專利名稱：波長(zhǎng)穩(wěn)定的激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種激光二極管，特別地，本發(fā)明涉及將多個(gè)激光二極管源結(jié)合在高功率單光束中。
背景技術(shù)：
將多個(gè)激光二極管結(jié)合在一起以形成高功率單光源是人們所熟知的，而且在發(fā)明人為Robert Waarts等人、于1998年4月4日發(fā)表的、轉(zhuǎn)讓給JDS Uniphase公司的美國(guó)專利No.5,790,576中對(duì)其進(jìn)行了描述，通過(guò)參考將該專利合并到本發(fā)明中。該專利的

圖12在本發(fā)明中以圖1示出，該圖中的多個(gè)激光二極管161在該專利的圖14中用1、2、3到10標(biāo)出。該專利的說(shuō)明書表明可將輸出纖維1571、1572、1573到15710形成一個(gè)纖維束或結(jié)合在一個(gè)纖維耦合器163中，以提供高功率(1kW)單纖維輸出165。所述光纖165也可以是雙層包覆的纖維。也可以采用其它光束結(jié)合的方法，包括自由空間光束結(jié)合、偏振結(jié)合或者兩者都使用。作為選擇但并非優(yōu)選，纖維束可以結(jié)合到大的多模纖維中，在這種大的多模纖維中，將光束在所述多模纖維中結(jié)合。
發(fā)明人為Yamaguchi等人的美國(guó)專利No.5,369,661公開了將來(lái)自半導(dǎo)體激光陣列的光結(jié)合到固體激光介質(zhì)或光纖中的光學(xué)系統(tǒng)。所述光學(xué)系統(tǒng)包括梯度指數(shù)(GRIN)透鏡陣列，所述梯度指數(shù)透鏡陣列會(huì)聚與所述半導(dǎo)體激光陣列成一個(gè)大的發(fā)散角發(fā)射的多個(gè)單光束，以形成平行準(zhǔn)直光束。
通過(guò)參考合并到本發(fā)明中的、發(fā)明人為Rice等人的美國(guó)專利No.6,229,940公開了一種非相干光纖激光系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供一種可擴(kuò)充的并能夠聚焦于目標(biāo)位置的輸出光束，該目標(biāo)位置位于相對(duì)較近或相對(duì)較遠(yuǎn)的位置，而并不要求復(fù)雜的光學(xué)元件。所述非相干光纖激光系統(tǒng)包括用于提供單模激光信號(hào)的多個(gè)單模激光源，如多個(gè)光纖放大器。所述的多個(gè)激光源，如所述的多個(gè)光纖放大器，在運(yùn)行時(shí)相互之間并不相干，因而所產(chǎn)生的激光信號(hào)也并不相干。所述非相干光纖激光系統(tǒng)一般還包括用于將多個(gè)非相干激光信號(hào)按照所希望的路徑發(fā)送的多個(gè)單模光纖。此外，所述非相干光纖激光系統(tǒng)還可以包括將所述多個(gè)單模光纖所分別提供的非相干激光信號(hào)準(zhǔn)直的多個(gè)透鏡。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述非相干光纖激光系統(tǒng)還包括將所述已準(zhǔn)直的非相干激光信號(hào)合并并以一個(gè)預(yù)定的距離聚焦于目標(biāo)位置的裝置。
在一些方面，本發(fā)明與上述現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)，不過(guò)，與現(xiàn)有技術(shù)有著極大不同的是本發(fā)明提供一種高功率波長(zhǎng)穩(wěn)定的激光源，這種激光來(lái)自于在光學(xué)反饋穩(wěn)定的系統(tǒng)中具有多個(gè)激光二極管的光學(xué)系統(tǒng)，在所述光學(xué)系統(tǒng)中，從多個(gè)多模二極管激光二極管源所接收的光的一部分從單一的部分反射元件反饋給所述激光二極管中的每一個(gè)。本發(fā)明的一個(gè)新穎性方面在于將單一的反饋光學(xué)信號(hào)分成n個(gè)獨(dú)立的次信號(hào)，以反饋給n個(gè)激光二極管。本發(fā)明的另一個(gè)新穎性方面在于利用單一光柵或反射元件的實(shí)質(zhì)上相同的區(qū)域來(lái)向多個(gè)激光二極管提供反饋。
本發(fā)明使得從n個(gè)激光二極管發(fā)出的光束混合以形成的單個(gè)的混合光束，這種混合光束會(huì)發(fā)射到下游單一的部分反射的元件上，該部分反射的元件會(huì)以單一的混合反射信號(hào)的形式向所述激光二極管提供反饋，這種單一的混合反射信號(hào)將被分成n個(gè)反饋信號(hào)，以使所述n個(gè)激光二極管中的每一個(gè)都接收它所產(chǎn)生的一些輻射和作為反饋光的從n-1個(gè)其它的激光二極管所產(chǎn)生的一些輻射。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于利用市場(chǎng)上可以獲得的部件以相對(duì)較低的成本提供高功率激光輸出信號(hào)。
雖然在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中利用光柵元件提供光學(xué)反饋，但利用光柵元件向激光腔提供反饋卻并不新穎，例如，美國(guó)新澤西州Pennington市的PD-LD公司公開了LuxxmasterTM體積布拉格光柵(VBG)元件的使用，該體積布拉格光柵元件用于穩(wěn)定二極管激光器元件的固定陣列。該公開已在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)址http//www.pd-ld.com/pdf/VBGAlignmentProdedure100703.pdf中公開。所示出的是使用多個(gè)光束，這些光束中的每一個(gè)都對(duì)準(zhǔn)體積全息照相的不同位置，以提供穩(wěn)定所述激光器的光學(xué)反饋。雖然這種方案看來(lái)如它所描述的那樣工作，但這種方案還是被認(rèn)為有一些缺陷和限制，而這些缺陷和限制正是本發(fā)明所試圖來(lái)克服的。該解決方案雖然適合于激光二極管的陣列，但看起來(lái)并不非常適合于激光二極管為離散元件或成束的光纖的系統(tǒng)。利用激光二極管陣列的一個(gè)潛在的問題是如果一個(gè)出了故障或停止運(yùn)行，那么那個(gè)在元件陣列中的單一激光元件不能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的置換。在LuxxmasterTM的公開中所示出的排列的另一個(gè)潛在的限制是來(lái)自每個(gè)激光二極管的激光并不發(fā)射到單一的反射元件的相同區(qū)域，因此對(duì)不同的反射元件可能會(huì)具有稍微不同的響應(yīng)。通過(guò)參考合并在本發(fā)明中的、申請(qǐng)人為Volodin等人的美國(guó)專利申請(qǐng)20030219205也公開了VBG的結(jié)構(gòu)和使用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于從多個(gè)激光二極管中產(chǎn)生高功率激光輸出信號(hào)，其中僅需要單一的光柵或反射器來(lái)穩(wěn)定所述多個(gè)激光二極管。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于產(chǎn)生具有單一的輸出光束的高功率激光，所述輸出光束的波長(zhǎng)的穩(wěn)定由利用結(jié)合在多個(gè)二極管激光器中的部分反射元件的光學(xué)反饋來(lái)進(jìn)行，所述反射元件可內(nèi)嵌于多模纖維或可以是一個(gè)VBG，所述VBG被光學(xué)耦合以從光束合成儀接收單一的光束。
發(fā)明概述[12]根據(jù)本發(fā)明，提供一種高功率光源，所述光源包括多個(gè)激光二極管；多個(gè)多模波導(dǎo)管，所述多個(gè)多模波導(dǎo)管中的每一個(gè)有一個(gè)光學(xué)耦合到所述多個(gè)激光二極管中的一個(gè)的末端，以收集從所述多個(gè)激光二極管發(fā)出的光束并引導(dǎo)所述光束以一個(gè)正向方向傳輸?shù)降谝皇占恢茫龆鄠€(gè)多模波導(dǎo)管中的每一個(gè)還用于將穿過(guò)所述多模波導(dǎo)管的光以一個(gè)反向方向引導(dǎo)到所述多個(gè)激光二極管；放置用來(lái)接收來(lái)自所述第一收集位置的以正向方向傳輸?shù)墓馐墓鈱W(xué)合成儀，所述光學(xué)合成儀用于將所述光束合并成單一的正向傳輸?shù)墓馐?，以使在每個(gè)光束中的實(shí)質(zhì)上所有的光輻射重疊在其它的每個(gè)光束的光輻射上，以形成所述單一的光束，所述光學(xué)合成儀還用于將所接收到的以反向穿過(guò)的光束在所述收集位置分成分離的光束，以向所述多個(gè)激光二極管提供光學(xué)反饋；至少部分反射的元件，所述元件被放置用來(lái)接收所述單一的以正向傳輸?shù)墓馐?，以使所述單一的以正向傳輸?shù)墓馐亩嘤?0％的部分穿過(guò)所述元件，并將所述單一的以正向傳輸?shù)墓馐?-40％作為穩(wěn)定所述激光二極管的反饋而反射回所述激光二極管。
其中，所述至少部分反射的元件可以是一個(gè)具有1到7nm帶寬，反射率為5％到40％的濾光片。優(yōu)選地，所述至少部分反射的元件是一個(gè)具有1到7nm帶寬，反射率為10％到20％的濾光片。所述10％到20％的反射率是針對(duì)具有中心波長(zhǎng)的光束，所述中心波長(zhǎng)是792nm、808nm、915nm、938nm和976nm中的至少一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種高功率光源，所述光源包括a)多個(gè)激光二極管；b)多個(gè)多模波導(dǎo)管，所述多個(gè)多模波導(dǎo)管中的每一個(gè)有一個(gè)光學(xué)耦合到所述多個(gè)激光二極管中的一個(gè)的末端，以收集從所述多個(gè)激光二極管發(fā)出的光束并引導(dǎo)所述光束以一個(gè)正向方向傳輸?shù)降谝皇占恢茫龆鄠€(gè)多模波導(dǎo)管中的每一個(gè)還用于將穿過(guò)所述多模波導(dǎo)管的光以一個(gè)反向方向引導(dǎo)到所述多個(gè)激光二極管；c)放置用來(lái)接收來(lái)自所述第一收集位置的以正向方向傳輸?shù)墓馐墓鈱W(xué)合成儀，所述光學(xué)合成儀用于將所述光束合并成單一的正向傳輸?shù)墓馐?，以使在每個(gè)光束中的實(shí)質(zhì)上所有的光輻射重疊在其它的每個(gè)光束的光輻射上，以形成所述單一的光束，所述光學(xué)合成儀還用于將所接收到的以反向穿過(guò)的光束在所述收集位置分成分離的光束，以向所述多個(gè)激光二極管提供光學(xué)反饋；d)至少部分反射的元件，所述元件被放置用來(lái)接收所述單一的以正向傳輸?shù)墓馐允顾鰡我坏囊哉騻鬏數(shù)墓馐亩嘤?0％的部分作為傳輸光束引導(dǎo)到輸出位置，并將所述單一的以正向傳輸?shù)墓馐?-40％作為穩(wěn)定所述激光二極管的反饋而反射回所述激光二極管。
附圖簡(jiǎn)述[14]本發(fā)明的示范性實(shí)施例將結(jié)合附圖進(jìn)行描述，在這些附圖中[15]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的高功率光源，在此光源中，將多個(gè)激光二極管合并在一起并在雙包覆的單光纖上輸出。
圖2是示出了現(xiàn)有技術(shù)中的激光二極管棒的示意圖，在該激光二極管棒中，通過(guò)提供部分反射的LuxxmasterTM全息元件來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)鎖定。
圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，在該實(shí)施例中，多個(gè)激光二極管的輸出端通過(guò)多模光纖耦合到合成儀，且所述合成儀通過(guò)單一的多模纖維光學(xué)耦合到體積全息照相。
圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖，在該實(shí)施例中，放置兩段多模纖維來(lái)從合成儀接收合并光，在所述兩段多模纖維之間有一個(gè)濾光器。
圖5是本發(fā)明的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的示意圖，在該實(shí)施例中，從所述合成儀到一個(gè)反射元件使用自由空間光學(xué)裝置。
圖6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該圖示出了多個(gè)光源、一個(gè)光纖合成儀、一個(gè)單一的多模纖維和一個(gè)準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡在一個(gè)端面有部分反射涂層，在另一端面有AR涂層。
圖7是本發(fā)明的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的示意圖，在該實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上是完全反射的元件提供兩個(gè)反射光束。
發(fā)明詳述[22]參看圖2，該圖示出了激光二極管棒，在該激光二極管棒中，通過(guò)在光束的路徑中提供多個(gè)部分反射LuxxmasterTM全息元件來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)鎖定，所述光束從激光二極管的陣列發(fā)出。具有四個(gè)發(fā)射條紋的二極管激光棒20發(fā)出入射在圓柱形準(zhǔn)直顯微透鏡元件24上的光，所述圓柱形準(zhǔn)直顯微透鏡元件24向所述LuxxmasterTM全息元件26提供四個(gè)實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的光束22。離開所述準(zhǔn)直顯微透鏡元件24的光束在入射在所述LuxxmasterTM全息元件26上時(shí)被分離并在離開所述LuxxmasterTM全息元件26時(shí)稍微地重疊。
正如將在下面所描述的那樣，與圖2中所示的排列形成對(duì)比的是，本發(fā)明提供一種激光系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，從多個(gè)二極管激光器發(fā)出的光束合并在一起以完全重疊或混合來(lái)形成單一的光束，這種光束在實(shí)質(zhì)上提供給單一的反射元件上的相同的區(qū)域或位置或點(diǎn)，來(lái)自所述多個(gè)二極管中的任何一個(gè)的所有光和來(lái)自另外的二極管的所有光重疊，以使來(lái)自每個(gè)二極管的光映射在相同的區(qū)域上，而不是現(xiàn)有技術(shù)中的在圖2中所示出的多個(gè)點(diǎn)或多個(gè)部分地重疊的點(diǎn)。
圖3示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，61個(gè)激光二極管30通過(guò)61個(gè)多模光纖33光學(xué)耦合到合成儀元件32，不過(guò)在該圖中僅示出了3個(gè)多模光纖，所述合成儀元件32用于將由所述激光二極管30輸出的光功率合并到單一的多模光纖35中。在所述耦合器中所產(chǎn)生的損耗約為1％，而在所述單一的多模光纖35上剩余約99％的光。在所述合并后的光離開所述光纖35時(shí)，這種光優(yōu)選由一個(gè)以透鏡37形式的準(zhǔn)直光學(xué)元件準(zhǔn)直為單一的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的光束38，將所述單一的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的光束38引導(dǎo)以射在一個(gè)或多個(gè)體積布拉格光柵(VBG)39上。在運(yùn)行中，當(dāng)所述單一的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的光束38入射在所述VBG上時(shí)，所述光能的約76.8％穿過(guò)，所述光束38的剩余部分，即考慮了損耗之后還有約20％的光向后反射回所述激光二極管。所示出的合成儀元件32可以是合成儀的任何形式，包括由一個(gè)或多個(gè)透鏡形成的合成儀或纖維束合成儀。光學(xué)合成儀可從JDS Uniphase公司在市場(chǎng)上得到，該公司提供將10、16或20個(gè)多模纖維輸入合成為單一的多模輸出的合成儀。在將來(lái)自幾個(gè)多模激光二極管的功率進(jìn)行合成以產(chǎn)生單一的高功率輸出源時(shí)，這些纖維合成儀會(huì)很有用處。優(yōu)選所述透鏡37產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上與傳輸光束的光軸同軸的光束，以使所述混合光在所述VBG 39上占據(jù)大體上呈圓形的區(qū)域。
雖然在圖3中所示出的排列在所述合成儀元件32的輸出端使用單一的多模光纖，但也可以設(shè)想其它的結(jié)構(gòu)，如將來(lái)自所述激光二極管的光以另一種方式合并成一個(gè)單一的輸出光束，且將所述光束引導(dǎo)到部分反射器上的相同區(qū)域。
圖4示出了一種可供選擇的排列，在這種排列中，將末端被分開或磨光的兩個(gè)多模纖維42a和42b以末端對(duì)末端的方式鄰接在一起，且在將所述兩個(gè)末端鄰接在一起之前，在所述42b的末端中的一個(gè)上使用多層涂層44。通過(guò)這種方式，所述多層涂層或?yàn)V光片44就內(nèi)嵌和夾入所述纖維42a和42b之間，且在鄰近于所述纖維42a和42b的位置出現(xiàn)。在制造過(guò)程中，當(dāng)將所述第二光纖鄰接于所述第一光纖之上的涂層時(shí)，必須小心以保持所述涂層的完整性。作為選擇，也可將光柵寫在多模光纖中，這樣會(huì)提供所希望的反射率和帶寬，以提供所希望的光學(xué)反饋。
優(yōu)選所述多層涂層具有窄的反射率頻帶。通過(guò)舉例更明確地來(lái)講，對(duì)于距所述激光器的中心波長(zhǎng)從10nm±到4nm±來(lái)說(shuō)，所述涂層會(huì)被進(jìn)行抗反射涂覆以具有小于1％的反射率。對(duì)于在所述激光器的中心波長(zhǎng)附近±2nm來(lái)說(shuō)，所述涂層的反射率會(huì)優(yōu)選＞2％。
所述激光器中心波長(zhǎng)的例子有[29]808nm、792nm、938nm、973nm、976nm和980nm。
對(duì)于垂直入射的反射率，如果所述激光器中心波長(zhǎng)是938.5，濾光片參數(shù)的例子如下[31]910nm到934nm小于1％[32]934nm到936nm小于7％[33]936nm到941nm5-10％[34]941nm到943nm小于7％[35]943nm到960nm小于1％[36]所述涂層可涂覆在如圖3所示的合并光纖35的輸出端上而不用提供VBG。作為選擇，所述涂層可涂覆在如圖3所示的準(zhǔn)直透鏡上以消除對(duì)所述VBG 39的需求。這在圖6中示出。
與現(xiàn)有技術(shù)中僅有一小部分光被反射回所述激光腔的激光系統(tǒng)不同，在本發(fā)明的系統(tǒng)中，實(shí)質(zhì)上有更大部分的光，如10％或10％以上一直到40％的光可用作反饋光，因?yàn)檫@種光在反射回所述合成儀時(shí)，必須將其分離并在所述許多多模纖維中分開，以使所要求的小部分到達(dá)每個(gè)激光腔，以在所希望的范圍內(nèi)穩(wěn)定波長(zhǎng)。本發(fā)明的新穎性在于合成為所述單一的光束的光可共享所述單一的部分反射元件，本發(fā)明的新穎性也在于將返回光分離給產(chǎn)生光的不同的激光器。我們相信這會(huì)提供一種有成本效率的波長(zhǎng)穩(wěn)定系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在有一個(gè)激光器出現(xiàn)故障的情況下會(huì)很容易地修理。在此情況下，對(duì)出現(xiàn)故障的激光器可以進(jìn)行更換，而無(wú)需更換其它的正在工作的激光器。
人們熟知各種各樣的用于穩(wěn)定激光腔的光學(xué)反饋形式。例如，通過(guò)參考合并在本發(fā)明中的、發(fā)明人為Ventrudo的美國(guó)專利No.5,485,481和6,661,819以及通過(guò)參考合并在本發(fā)明中的、發(fā)明人為Ziari等人的美國(guó)專利No.6,525,872均對(duì)此做了描述，這幾個(gè)專利都轉(zhuǎn)讓給JDS Uniphase公司。
在光學(xué)反饋中，在將激光輻射功率P的一小部分k相干地返回所述激光腔以使所返回的光與所述激光腔中的激光相干時(shí)，光腔損耗L會(huì)減少ΔL～√k(k的平方根)，其中，k是功率反饋系數(shù)，定義為所返回的功率與所發(fā)出的功率之比。由具有反射帶寬Δλ的功率選擇反射器所提供的功率選擇反饋可減少光腔中的光損耗，這種減少僅針對(duì)波長(zhǎng)在所述反射帶寬Δλ中的激光模式，因此就能夠鑒別其它的波長(zhǎng)在所述反射帶寬外的激光模式。在沒有這種反饋引致的損耗鑒別的情況下，所述激光波長(zhǎng)光譜在運(yùn)行期間可能會(huì)由于激光增益光譜、激光器溫度、激光器老化等的小變化而變化，這種在激光增益光譜中的小的變化是由于如泵電流波動(dòng)而引起；相對(duì)于目前并不發(fā)出激光的另一種模式或模式組的光學(xué)增益來(lái)說(shuō)，這些變化可減少目前發(fā)出激光的模式的光學(xué)增益，因此而導(dǎo)致在激光光譜中的變化。通過(guò)在激光運(yùn)行期間提供損耗鑒別，這種鑒別超過(guò)了所預(yù)想的相對(duì)增益變化，就會(huì)將所述激光光譜穩(wěn)定在所述外反饋反射帶寬Δλ的反射帶寬內(nèi)。
在另一種通過(guò)外光學(xué)反饋進(jìn)行激光穩(wěn)定的非相干裝置中，激光輻射的一小部分返回所述激光腔會(huì)引起人們所知為相干坍縮的動(dòng)態(tài)反饋，其中所述激光輻射的相干長(zhǎng)度減小而變得小于所述反射器與所述激光器之間的距離，而所述激光光譜變得相當(dāng)寬。若所述反饋波長(zhǎng)帶寬Δλ比在非選擇反射器所引起的相干坍縮的狀態(tài)中將會(huì)具有的激光光譜帶寬略小，且所述反饋所引起的損耗鑒別大到足以避免所述激光輻射的光譜跳變到所述帶寬Δλ之外，那么所述激光就會(huì)以穩(wěn)定的光譜來(lái)運(yùn)行，這種光譜占據(jù)所述帶寬Δλ并由所述外反射器的選擇性來(lái)定形。
前面所述的現(xiàn)有技術(shù)中的解決方法描述了光學(xué)反饋穩(wěn)定的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)用于分別由一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)所穩(wěn)定的一個(gè)或多個(gè)二極管激光器，而且其中的激光器的光學(xué)輻射的反射部分被實(shí)質(zhì)上返回到相同的激光器，甚至在多個(gè)激光二極管，如組成激光二極管陣列的激光二極管同時(shí)由結(jié)構(gòu)上相同的外反射器穩(wěn)定時(shí)也是如此。
與之相反，本發(fā)明采用多模光束合成儀，在這種多模光束合成儀中，將不同激光器的光混合，以使如果所述合成儀將N個(gè)單個(gè)激光器的激光束混合，那么第i個(gè)激光器輻射的反射部分ΔPi在返回所述合成儀時(shí)在所有的N個(gè)激光器之間被分開。因此，只有第i個(gè)激光器輻射的返回部分ΔPi的約1/N可被返回到所述第i個(gè)激光器腔中，這樣就在相干穩(wěn)定裝置的情況下減少有效反饋水平N倍。
另一方面，也將所有其它N-1個(gè)激光器的反射輻射的約1/N部分注入所述第i個(gè)激光腔中，以在所有的N-1個(gè)激光器之間提供動(dòng)態(tài)耦合。我們相信但并沒有證實(shí)，這種動(dòng)態(tài)耦合也許能夠同時(shí)引起所有的N個(gè)激光器的相干坍縮。
參看圖5，該圖示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，61個(gè)激光二極管50通過(guò)61個(gè)多模光纖53在光學(xué)上耦合到合成儀元件52，不過(guò)在該圖中僅示出了3個(gè)多模光纖53，所述合成儀元件52用于將由所述激光二極管50輸出的光功率合并成一束光束。本實(shí)施例中并沒有在圖3中所示出的光纖35。在所述耦合器所產(chǎn)生的損耗約為1％，而在所述單一的多模光纖35上剩余約99％的光。在所述合并后的光離開所述透鏡57時(shí)，這種光優(yōu)選被準(zhǔn)直為單一的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的光束58，將所述單一的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的光束58引導(dǎo)以射在一個(gè)或多個(gè)體積布拉格光柵(VBG)59上。在運(yùn)行中，由于所述單一的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的光束58入射在所述VBG上，所以所述光能的約76.8％穿過(guò)，所述光束58的剩余部分，即考慮了損耗之后還有約20％，向后反射回所述激光二極管。所示出的合成儀元件52可以是合成儀的任何形式，包括由一個(gè)或多個(gè)透鏡形成的合成儀或纖維束合成儀。
參看圖6，該圖示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，激光二極管60通過(guò)多模光纖63在光學(xué)上耦合到合成儀元件62，不過(guò)在該圖中僅示出了3個(gè)多模光纖53，所述合成儀元件52用于將由所述激光二極管50輸出的光功率合并到單一的多模光纖65中。在該圖中示出了濾光片69，以包覆在透鏡67的一個(gè)末端上?？蛇x擇提供一種透明基片以在所述透鏡的末端或在所述透鏡的末端上支撐所述濾光片。在另一個(gè)實(shí)施例中，可使用墊圈類環(huán)形濾光片支撐。
雖然所示出和描述的實(shí)施例談及了至少部分反射的元件或體積全息照相，但提供實(shí)質(zhì)上全部反射的元件也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，這種全部反射的元件提供兩個(gè)反射光束；在圖7中示出了反饋光束74和從元件79所反射的被反射的發(fā)射光束76，而不是被透射的發(fā)射光束，被反射的發(fā)射光束76反射到所述反饋光束的路徑之外的位置。在圖7中，激光二極管陣列70向多個(gè)光纖73提供信號(hào)，所述多個(gè)光纖73的輸出由合成儀72所合并。光纖75將所述合并的激光導(dǎo)向所述透鏡77。
權(quán)利要求
1.一種高功率光源，包括多個(gè)激光二極管；多個(gè)多模波導(dǎo)管，所述多個(gè)多模波導(dǎo)管中的每一個(gè)有一個(gè)光學(xué)耦合到所述多個(gè)激光二極管中的一個(gè)的末端，以收集從所述多個(gè)激光二極管發(fā)出的光束并引導(dǎo)所述光束以一個(gè)正向方向傳輸?shù)降谝皇占恢?，所述多個(gè)多模波導(dǎo)管中的每一個(gè)還用于將穿過(guò)所述多模波導(dǎo)管的光以一個(gè)反向方向引導(dǎo)到所述多個(gè)激光二極管；放置用來(lái)接收來(lái)自所述第一收集位置的以正向方向傳輸?shù)墓馐墓鈱W(xué)合成儀，所述光學(xué)合成儀用于將所述光束合并成單一的正向傳輸?shù)墓馐允乖诿總€(gè)光束中的實(shí)質(zhì)上所有的光輻射重疊在其它的每個(gè)光束的光輻射上，以形成所述單一的光束，所述光學(xué)合成儀還用于將所接收到的以反向穿過(guò)的光束在所述收集位置分成分離的光束，以向所述多個(gè)激光二極管提供光學(xué)反饋；至少部分反射的元件，所述元件被放置用來(lái)接收所述單一的以正向傳輸?shù)墓馐?，以使所述單一的以正向傳輸?shù)墓馐亩嘤?0％的部分穿過(guò)所述元件，并將所述單一的以正向傳輸?shù)墓馐?-40％作為穩(wěn)定所述激光二極管的反饋而反射回所述激光二極管。
2.如權(quán)利要求1所述的高功率光源，還包括放置在所述光學(xué)合成儀與所述至少部分反射的元件之間的單一的多模光學(xué)波導(dǎo)管，所述波導(dǎo)管用于將所述單一的正向傳輸?shù)墓馐龑?dǎo)到所述至少部分反射的元件。
3.如權(quán)利要求2所述的高功率光源，其特征在于，所述至少部分反射的元件被放置在所述單一的多模光學(xué)波導(dǎo)管內(nèi)或直接耦合到所述單一的多模光學(xué)波導(dǎo)管的一端。
4.如權(quán)利要求2所述的高功率光源，其特征在于，所述至少部分反射的元件被放置在鄰近于所述單一的多模光學(xué)波導(dǎo)管的一端的位置。
5.如權(quán)利要求4所述的高功率光源，還包括準(zhǔn)直裝置，所述準(zhǔn)直裝置在到所述至少部分反射的元件的路徑上，將已經(jīng)以正向穿過(guò)所述單一的多模光學(xué)波導(dǎo)管的光實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直。
6.如權(quán)利要求1所述的高功率光源，還包括將所述單一的正向傳輸?shù)墓馐鴮?shí)質(zhì)上定形的裝置，以將所述單一的正向傳輸?shù)墓馐谄渖湓谒鲋辽俨糠址瓷涞脑蠒r(shí)實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直。
7.如權(quán)利要求6所述的高功率光源，其特征在于，所述光學(xué)合成儀將所述多個(gè)光束合并成單一光束，所述單一光束具有一個(gè)與所述光束在傳輸時(shí)所沿著的光軸實(shí)質(zhì)上同軸的截面。
8.如權(quán)利要求1所述的高功率光源，其特征在于，所述至少部分反射的元件是一個(gè)體積布拉格光柵。
9.如權(quán)利要求1所述的高功率光源，其特征在于，所述激光二極管是離散元件。
10.如權(quán)利要求9所述的高功率光源，其特征在于，所述多個(gè)多模波導(dǎo)管被包含在一個(gè)束中。
11.如權(quán)利要求2所述的高功率光源，其特征在于，所述至少部分反射的元件是被放置在所述單一的多模光學(xué)波導(dǎo)管的一個(gè)末端上的濾光片，并且，第二多模光學(xué)波導(dǎo)管的一個(gè)末端被耦合到所述濾光片的相對(duì)一側(cè)，以使所述濾光片夾在所述單一的多模光學(xué)波導(dǎo)管與所述第二多模波導(dǎo)管之間。
12.如權(quán)利要求2所述的高功率光源，其特征在于，所述單一的多模模式波導(dǎo)管包括第一長(zhǎng)度的多模光纖、第二長(zhǎng)度的多模光纖和置于所述兩種長(zhǎng)度光纖的的末端之間的濾光片。
13.如權(quán)利要求11所述的高功率光源，其特征在于，對(duì)于波長(zhǎng)距中心波長(zhǎng)792nm、808nm、938nm或976nm為±2nm的光，所述至少部分反射的元件的反射率為＞2％。
14.如權(quán)利要求1所述的高功率光源，其特征在于，所述至少部分反射的元件是一個(gè)具有1到7nm帶寬，反射率為5％到40％的濾光片。
15.如權(quán)利要求1所述的高功率光源，其特征在于，所述至少部分反射的元件是一個(gè)具有1到7nm帶寬，反射率為10％到20％的濾光片。
16.如權(quán)利要求15所述的高功率光源，其特征在于，所述10％到20％的反射率是針對(duì)具有中心波長(zhǎng)的光束，所述中心波長(zhǎng)是792nm、808nm、915nm、938nm和976nm中的至少一個(gè)。
17.如權(quán)利要求15所述的高功率光源，還包括一個(gè)透鏡，所述濾光片被放置在所述透鏡上。
18.如權(quán)利要求17所述的高功率光源，還包括被放置在所述合成儀與所述透鏡之間的光纖，以在所述濾光片與所述合成儀之間引導(dǎo)光。
19.如權(quán)利要求12所述的高功率光源，其特征在于，所述濾光片是布拉格光柵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高功率光源，所述光源具有激光器二極管的陣列、束或單獨(dú)的多個(gè)激光器二極管，所述激光器二極管耦合到同樣數(shù)量的多模波導(dǎo)管，以收集從所述激光器二極管發(fā)出的光束。光學(xué)合成儀接收所述光束并將所述光束合并成單獨(dú)的正向傳輸?shù)墓馐?，以使每個(gè)光束中實(shí)質(zhì)上所有的光學(xué)輻射重疊在另外的每一個(gè)光束的光學(xué)輻射上，以形成所述單獨(dú)的光束。設(shè)置一種反射元件以接收所述單獨(dú)的正向傳輸?shù)墓馐?，并使所述單?dú)的正向傳輸?shù)墓馐亩嘤?0％穿過(guò)。所述反射元件將所述單獨(dú)的正向傳輸?shù)墓馐?％到40％作為穩(wěn)定所述激光器二極管的反饋反射回所述激光器二極管。
文檔編號(hào)G02B27/09GK1870369SQ20051007184
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者埃里克·保羅·朱克, 埃德蒙·L.·沃爾科, 文森特·V.·王, 克里斯·哈特, 杰伊·A.·斯基德莫爾, 倫道夫·W.·赫因斯 申請(qǐng)人:Jds尤尼弗思公司