DE112015005587B4 - OPTICAL CROSS COUPLING ATTENUATION SYSTEMS FOR WAVELENGTH BEAM COMBINING LASER SYSTEMS - Google Patents

OPTICAL CROSS COUPLING ATTENUATION SYSTEMS FOR WAVELENGTH BEAM COMBINING LASER SYSTEMS Download PDF

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Abstract

Lasersystem, umfassend:eine Anordnung von Strahl-Sendern (102), die jeweils einen Strahl senden;Abbildungsoptik (110) zum Fokussieren der Strahlen auf ein streuendes bzw. dispersives Element (112);ein streuendes bzw. dispersives Element (112) zum Empfangen und Streuen der fokussierten Strahlen, wodurch ein Multiwellenlängenstrahl gebildet wird; undeine optische Faser zum Empfangen des Multiwellenlängenstrahls, wobei die optische Faser umfasst (i) einen Kern (650) zum Empfangen des Multiwellenlängenstrahls, der einen ersten Bereich davon zurück auf das streuende bzw. dispersive Element (112) reflektiert und einen zweiten Bereich davon als einen aus vielen Wellenlängen zusammengesetzten Ausgabestrahl sendet, wobei der Kern (650) eine teilweise reflektierende Oberfläche aufweist, und (ii) umgebend den Kern, einen Mantel (640), der ein Reflexionsvermögen für den Multiwellenlängenstrahl von weniger als 1% aufweist, wobei das streuende bzw. dispersive Element (112) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Beugungsgitter, einem streuenden Prisma, einem Grisma (Prisma/Gitter), einem Übertragungsgitter oder einem Echelle-Gitter.A laser system comprising: an array of beam transmitters (102) each transmitting a beam; imaging optics (110) for focusing the beams on a dispersive element (112); a dispersive element (112) for receiving and scattering the focused beams, thereby forming a multi-wavelength beam; andan optical fiber for receiving the multi-wavelength beam, the optical fiber comprising (i) a core (650) for receiving the multi-wavelength beam reflecting a first portion thereof back onto the dispersive element (112) and a second portion thereof as one emits multi-wavelength composite output beam, the core (650) having a partially reflective surface, and (ii) surrounding the core, a cladding (640) having a reflectivity for the multi-wavelength beam of less than 1%, the scattering or The dispersive element (112) is selected from the group consisting of a diffraction grating, a scattering prism, a grism (prism / grating), a transmission grating or an echelle grating.

Description

Technisches GebietTechnical area

In verschiedenen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung Lasersysteme, insbesondere Wellenlänge-Strahl-kombinierende Lasersysteme, die Systeme zur abschwächenden optischen Kreuzkopplung zwischen Strahl-Sendern einbeziehen.In various embodiments, the present invention relates to laser systems, in particular wavelength-beam-combining laser systems which include systems for attenuating optical cross-coupling between beam transmitters.

Hintergrundbackground

Hochleistungs-Lasersysteme werden für eine Vielfalt von unterschiedlichen Anwendungen, wie Schweißen, Schneiden, Bohren und Verarbeitung von Materialien, genutzt. Solche Lasersysteme umfassen im Allgemeinen einen Laser-Sender bzw. Laser-Emitter, der Laserlicht daraus in eine optische Faser (oder einfach eine „Faser“) koppelt, und ein optisches System, das das Laserlicht der Faser auf das zu verarbeitende Werkstück fokussiert. Das optische System ist im Allgemeinen konzipiert, um einen Laserstrahl mit der höchsten Qualität oder gleichwertig den Strahl mit dem niedrigsten Strahl-Parameter-Produkt (BPP) zu erzeugen. Das BPP ist das Produkt des Laserstrahl-Divergenzwinkels (Halb-Winkel) und der Radius des Strahls bei seinem engsten Punkt (d.h. die Strahleinschnürung, die minimale Fleckgröße). Das BPP quantifiziert die Qualität des Laserstrahls und wie gut er zu einem kleinen Fleck fokussiert werden kann und wird im Allgemeinen in Einheiten von Millimeter-Milliradians (mm-mrad) ausgedrückt. Ein Gaußscher Strahl hat das geringste mögliche BPP, angegeben durch die Wellenlänge des Laserlichts geteilt durch pi. Das Verhältnis des BPP von einem tatsächlichen Strahl zu jenem von einem idealen Gaußschen Strahl bei der gleichen Wellenlänge wird M2 bezeichnet, oder der „Strahl-Qualitätsfaktor“, der ein Wellenlänge-unabhängiges Maß der Strahlqualität ist, wobei die „beste“ Qualität dem „niedrigsten“ Strahl-Qualitätsfaktor von 1 entspricht.High-power laser systems are used for a variety of different applications such as welding, cutting, drilling and processing materials. Such laser systems generally include a laser transmitter or emitter that couples laser light therefrom into an optical fiber (or simply a "fiber"), and an optical system that focuses the laser light from the fiber onto the workpiece to be processed. The optical system is generally designed to produce the highest quality laser beam or, equivalent, the lowest beam parameter product (BPP) beam. The BPP is the product of the laser beam divergence angle (half angle) and the radius of the beam at its narrowest point (ie the beam neckline, the minimum spot size). The BPP quantifies the quality of the laser beam and how well it can be focused into a small spot and is generally expressed in units of millimeter-milliradians (mm-mrad). A Gaussian beam has the lowest possible BPP, given by the wavelength of the laser light divided by pi. The ratio of the BPP of an actual beam to that of an ideal Gaussian beam at the same wavelength is called M 2 , or the "beam quality factor", which is a wavelength-independent measure of the beam quality, with the "best" quality being the " corresponds to the lowest “beam quality factor of 1.

Wellenlänge-Strahl-Kombinieren (WBC) ist eine Technik zum Skalieren der Ausgangsleistung und Helligkeit von Laserdiodenbarren, Stapeln von Diodenbarren oder anderen Lasern, angeordnet in einer ein- oder zwei-dimensionalen Anordnung bzw. Array. WBC-Verfahren wurden konzipiert, um Strahlen zusammen mit einer oder beiden Dimensionen einer Anordnung von Sendern zu kombinieren. Typische WBC-Systeme schließen eine Vielfalt von Sendern, wie einen oder mehrere Diodenbarren, ein, die unter Verwendung eines streuenden bzw. dispersiven Elements kombiniert werden, um einen Multiwellenlängenstrahl zu bilden. Jeder Sender in dem WBC-System schwingt individuell mit und wird durch Wellenlänge-spezifische Rückkopplung von einem üblichen teilweise reflektierten Ausgangskoppler stabilisiert, der durch das streuende bzw. dispersive Element entlang einer Strahl-kombinierenden Abmessung gefiltert wird. Beispielhafte WBC-Systeme werden im Einzelnen in US 6 192 062 B1 , US 6 208 679 B1 , US 8 670 180 B2 und US 8 559 107 B2 angegeben, wobei die gesamte Offenbarung von jedem hierin durch diesen Hinweis einbezogen ist. In der US 6,665,471 B1 und der US 2013/0208361 A1 werden ein Wellenlängenstrahl-Kombinationssystem mit mehreren Emittern, wie beispielsweise Diodenelementen, unter Verwendung eines dispersiven Elements kombiniert, um einen Mehrfachwellenlängenstrahl zu bilden.Wavelength-Beam Combining (WBC) is a technique for scaling the output power and brightness of laser diode bars, stacking diode bars or other lasers arranged in a one- or two-dimensional array. WBC techniques were designed to combine beams together with one or both dimensions of an array of transmitters. Typical WBC systems include a variety of transmitters, such as one or more diode bars, that are combined using a dispersive element to form a multi-wavelength beam. Each transmitter in the WBC system resonates individually and is stabilized by wavelength-specific feedback from a conventional partially reflected output coupler which is filtered by the scattering element along a beam combining dimension. Exemplary WBC systems are detailed in US 6 192 062 B1 , US 6,208,679 B1 , US 8 670 180 B2 and US 8 559 107 B2 , with the entire disclosure of each being incorporated herein by this reference. In the US 6,665,471 B1 and the US 2013/0208361 A1 For example, a wavelength beam combination system having multiple emitters such as diode elements is combined using a dispersive element to form a multiple wavelength beam.

Eine Vielfalt von WBC-Techniken wurde genutzt, um Hoch-Leistungs-Laser für viele unterschiedliche Anwendungen zu bilden. Jedoch kann optische Kreuzkopplung zwischen Strahl-Sendern übliche WBC-Systeme mit sub-optimaler Helligkeit ergeben. Somit gibt es einen Bedarf für Kreuzkopplungs-Abschwächungs-Anordnungen für WBC-Lasersysteme.A variety of WBC techniques have been used to create high power lasers for many different applications. However, optical cross-coupling between beam transmitters can result in conventional WBC systems with sub-optimal brightness. Thus, there is a need for cross-coupling attenuation arrangements for WBC laser systems.

KurzdarstellungBrief description

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kennzeichnen Wellenlänge-Strahl-Kombinierungs- (WBC) Lasersysteme Mehrfach-Sender (oder „Strahl-Sender“), z.B. Diodenbarren oder die Einzel-Dioden-Sender von einem Diodenbarren, die kombiniert werden, um einen Multiwellenlängenstrahl zu bilden. Jeder Sender in dem Lasersystem schwingt einzeln mit und wird über Wellenlänge-spezifische Rückkopplung von einem üblichen teilweise reflektierten Ausgangskoppler stabilisiert, der durch ein streuendes bzw. dispersives Element (z.B. ein Beugungsgitter, ein streuendes Prisma, ein Grisma (Prisma/Gitter), ein Übertragungsgitter oder ein Echelle-Gitter) entlang einer Strahl-kombinierenden Abmessung gefiltert wird. Vorteilhafterweise wird die Übersprechdämpfung zwischen Rückkopplungsstrahlen unter Verwendung eines nicht-Schlitz-basierenden Kreuzkopplungsabschwächenden optischen Systems abgeschwächt. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem oder mindestens ein Bereich davon in dem Rayleigh-Bereich des durch das streuende bzw. dispersive Element übertragenen Multiwellenlängenstrahls positioniert und der Ausgangskoppler ist in dem Rayleigh-Bereich des durch das Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem (oder mindestens einen Bereich davon) übertragenen Multiwellenlängenstrahls positioniert. In dieser Weise erzeugen Lasersysteme gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Multiwellenlängen-Ausgabestrahlen mit hoher Helligkeit und hoher Stärke.In accordance with embodiments of the present invention, wavelength beam combining (WBC) laser systems feature multiple transmitters (or "beam transmitters"), e.g., diode bars or the single diode transmitters of a diode bar, that are combined to form a multi-wavelength beam . Each transmitter in the laser system oscillates individually and is stabilized via wavelength-specific feedback from a conventional, partially reflected output coupler, which is formed by a scattering or dispersive element (e.g. a diffraction grating, a scattering prism, a grism (prism / grating), a transmission grating or an echelle grating) is filtered along a beam combining dimension. Advantageously, the crosstalk attenuation between feedback beams is attenuated using a non-slot based cross coupling attenuating optical system. In various embodiments, the cross-coupling attenuation system or at least a region thereof is positioned in the Rayleigh region of the multi-wavelength beam transmitted by the scattering or dispersive element and the output coupler is in the Rayleigh region of the cross-coupling attenuation system (or at least a region thereof ) transmitted multi-wavelength beam is positioned. In this way, laser systems according to embodiments of the present invention produce multi-wavelength output beams with high brightness and high strength.

In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem erste und zweite optische Elemente (z.B. Linsen) oder besteht im Wesentlichen daraus und die fokale Länge des ersten optischen Elements ist größer (oder auch im Wesentlichen größer) als die fokale Länge des zweiten optischen Elements. In solchen Ausführungsformen kann das erste optische Element in dem Rayleigh-Bereich des durch das streuende bzw. dispersive Element übertragenen Multiwellenlängenstrahls positioniert werden und der Ausgangskoppler kann in dem Rayleigh-Bereich des durch das zweite optische Element übertragenen Multiwellenlängenstrahls positioniert werden.In various embodiments, the cross-coupling attenuation system comprises or consists essentially of first and second optical elements (eg lenses) and the focal length of the first optical element is greater (or also substantially greater) than the focal length of the second optical element. In such embodiments, the first optical element can be positioned in the Rayleigh region of the multi-wavelength beam transmitted by the scattering or dispersive element and the output coupler can be positioned in the Rayleigh region of the multi-wavelength beam transmitted by the second optical element.

In verschiedenen Ausführungsformen wird die optische Kreuzkopplung auch vermindert oder im Wesentlichen beseitigt über die Verwendung von konzipierten Ausgangskopplern, die Rückstrahlung von Streu-Wellenlängen minimieren, welche zu den einzelnen Strahl-Sendern zurück reflektieren könnten. Solche Ausgangskoppler können mit oder ohne andere hierin beschriebene Kreuzkopplung-Abschwächungssysteme angewendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen bauen die teilweise reflektierenden Ausgangskoppler eine Anti-Reflexions-Beschichtung auf ihrer Oberfläche in Regionen, anders als ein teilweise reflektierender Bereich, ausgelegt und positioniert, um nur den Multiwellenlängenstrahl abzufangen, ein. Der teilweise reflektierende Bereich kann aus dem verbleibenden Bereich des Ausgangskopplers herausragen oder der teilweise reflektierende Bereich kann mit dem verbleibenden Bereich im Wesentlichen coplanar sein.In various embodiments, the optical cross-coupling is also reduced or substantially eliminated through the use of designed output couplers that minimize back-radiation of stray wavelengths which could reflect back to the individual beam transmitters. Such output couplers can be used with or without other cross-talk attenuation systems described herein. In various embodiments, the partially reflective output couplers incorporate an anti-reflective coating on their surface in regions other than a partially reflective area designed and positioned to intercept only the multi-wavelength beam. The partially reflective area can protrude from the remaining area of the output coupler or the partially reflective area can be substantially coplanar with the remaining area.

In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Ausgangskoppler eine optische Faser, deren Kern bemessen und positioniert ist, um nur den Multiwellenlängenstrahl abzufangen, einschließen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Die Oberfläche des Kerns kann teilweise reflektierend sein und/oder der Kern kann darin ein Faser-Bragg-Gitter einschließen, um die eine Rückkopplung ermöglichende Reflexion des Strahls bereitzustellen. Der Mantel der optischen Faser kann mit einer Anti-Reflexions-Beschichtung beschichtet werden, um Streu-Reflexion und optische Kreuzkopplung, die sich daraus ergibt, zu verhindern. Eine Abschlusskappe kann über der optischen Faser z.B. zum Umweltschutz vorliegen und/oder um die Stromdichte an dem Ende der Faser zu vermindern. In verschiedenen Ausführungsformen kann die optische Faser einen Modenabstreifer beinhalten und/oder in Verbindung mit einem Modenabstreifer, der im Wesentlichen unerwünschte Modi von Licht am Fortschreiten in der optischen Faser entfernt, angewendet werden.In various embodiments of the invention, the output coupler may include, or consist essentially of, an optical fiber whose core is sized and positioned to intercept only the multi-wavelength beam. The surface of the core can be partially reflective and / or the core can include a fiber Bragg grating therein to provide the feedback allowing reflection of the beam. The cladding of the optical fiber can be coated with an anti-reflective coating to prevent stray reflection and optical cross-coupling that may result. An end cap can be placed over the optical fiber for example to protect the environment and / or to reduce the current density at the end of the fiber. In various embodiments, the optical fiber may include a mode stripper and / or may be used in conjunction with a mode stripper that removes substantially undesirable modes of light from progressing in the optical fiber.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung koppeln Multiwellenlängen-Ausgabestrahlen in eine optische Faser. In verschiedenen Ausführungsformen weist die optische Faser Mehrfach-Mantel-Schichten, die einen Einzel-Kern umgeben, mehrfach diskrete Kernregionen (oder „Kerne“) in einer Einzel-Mantel-Schicht oder mehrfache Kerne, umgeben von Mehrfach-Mantel-Schichten, auf. In verschiedenen Ausführungsformen können die Ausgabestrahlen für Anwendungen, wie Schneiden, Schweißen, usw., an ein Werkstück abgegeben werden.Embodiments of the present invention couple multi-wavelength output beams into an optical fiber. In various embodiments, the optical fiber has multiple cladding layers surrounding a single core, multiple discrete core regions (or “cores”) in a single cladding layer, or multiple cores surrounded by multiple cladding layers. In various embodiments, the output beams can be delivered to a workpiece for applications such as cutting, welding, etc.

Hierin kann sich „optische Elemente“ auf beliebige von Linsen, Spiegel, Prismen, Gittern und dergleichen, welche elektromagnetische Strahlung umleiten, reflektieren, beugen oder in jeder anderen Weise optisch manipulieren, beziehen. Hierin schließen Strahl-Sender, Sender oder Laser-Sender oder Laser eine beliebige elektromagnetische Strahl-erzeugende Vorrichtung, wie Halbleiterelemente, ein, die einen elektromagnetischen Strahl erzeugen, jedoch selbst mitschwingend sein können oder nicht sein können. Diese schließen auch Faser-Laser, Scheiben-Laser, Laser im nicht festen Zustand, oberflächenemittierende Diodenlaser (VCSELs), usw. ein. Im Allgemeinen schließt jeder Sender eine zurück reflektierende Oberfläche, mindestens ein optisches Verstärkungsmedium und eine vordere reflektierende Oberfläche ein. Das optische Verstärkungsmedium erhöht die Zunahme von elektromagnetischer Strahlung, die nicht auf einen besonderen Bereich des elektromagnetischen Spektrums begrenzt ist, die aber sichtbares, infrarotes und/oder ultraviolettes Licht sein kann. Ein Sender kann mehrfache Strahl-Sender, wie einen Diodenbarren, ausgelegt zum Senden von mehrfachen Strahlen einschließen oder besteht im Wesentlichen daraus. Die in den Ausführungsformen hierin empfangenen zugeführten Strahlen können Einzel-Wellenlängen- oder Multiwellenlängenstrahlen, kombiniert unter Verwendung verschiedener auf dem Fachgebiet bekannter Techniken, sein.As used herein, “optical elements” can refer to any of lenses, mirrors, prisms, gratings, and the like that redirect, reflect, diffract, or optically manipulate electromagnetic radiation in any other way. As used herein, beam transmitters, transmitters, or laser transmitters or lasers include any electromagnetic beam-generating device, such as semiconductor elements, that generate an electromagnetic beam, but may or may not be resonant themselves. These also include fiber lasers, disk lasers, non-solid state lasers, surface emitting diode lasers (VCSELs), and so on. In general, each transmitter includes a back reflective surface, at least one optical gain medium, and a front reflective surface. The optical gain medium increases the build-up of electromagnetic radiation, which is not limited to any particular region of the electromagnetic spectrum, but which can be visible, infrared, and / or ultraviolet light. A transmitter may include or consist essentially of multiple beam transmitters, such as a diode bar, designed to transmit multiple beams. The supplied beams received in the embodiments herein may be single-wavelength or multi-wavelength beams combined using various techniques known in the art.

Laserdioden-Anordnungen, Stäbe und/oder Stapel, wie jene in der nachstehenden allgemeinen Beschreibung beschrieben, können in Verbindung mit Ausführungsformen der hierin beschriebenen Innovationen verwendet werden. Laserdioden können einzeln oder in Gruppen, im Allgemeinen in ein-dimensionalen Reihen/Anordnungen (Diodenbarren) oder zwei-dimensionalen Anordnungen (Dioden-Barren-Stapel) verpackt werden. Ein Dioden-Anordnungs-Stapel ist im Allgemeinen ein vertikaler Stapel von Diodenbarren. Laserdiodenbarren oder Anordnungen erreichen im Allgemeinen eine wesentlich höhere Stärke und Kosteneffektivität als eine äquivalente Einzel-Breitflächendiode. Hoch-Leistungs-Diodenbarren enthalten im Allgemeinen eine Anordnung von Breitflächen-Sendern unter Erzeugen von zig Watt mit relativ schlechter Strahlqualität; trotz der höheren Stärke ist die Helligkeit häufig geringer als jene von einer Breitflächen-Laserdiode. Hoch-Leistungs-Diodenbarren können gestapelt werden, zur Erzeugung von Hoch-Leistungs-gestapelten Diodenbarren von extrem hohen Stärken von hunderten oder tausenden von Watt. Laserdioden-Anordnungen können zum Senden eines Strahls in den freien Raum oder in eine Faser ausgelegt sein. Faser-gekoppelte Dioden-Laser-Anordnungen können üblicherweise als eine Pumpquelle für Faser-Laser und Faser-Verstärker verwendet werden.Laser diode arrays, rods, and / or stacks such as those described in the general description below can be used in conjunction with embodiments of the innovations described herein. Laser diodes can be packaged individually or in groups, generally in one-dimensional rows / arrangements (diode bars) or two-dimensional arrangements (diode bar stacks). A diode array stack is generally a vertical stack of diode bars. Laser diode bars or arrays generally achieve significantly greater strength and cost effectiveness than an equivalent single wide area diode. High power diode bars generally contain an array of wide area transmitters generating tens of watts of relatively poor beam quality; despite the higher strength, the brightness is often lower than that of a wide area laser diode. High power diode bars can be stacked to produce high power stacked diode bars of extremely high strengths of hundreds or thousands of watts. Laser diode Arrays can be designed to send a beam into free space or into a fiber. Fiber-coupled diode laser arrays can commonly be used as a pump source for fiber lasers and fiber amplifiers.

Ein Dioden-Laser-Stab ist ein Typ von Halbleiter Laser, der eine ein-dimensionale Anordnung von Breitflächen-Sendern enthält, oder alternativ Sub-Anordnungen, die z.B. 10-20 enge Streifen-Sender enthalten, enthält. Ein Breitflächen-Diodenbarren enthält im Allgemeinen zum Beispiel 19-49 Sender, jeden mit Abmessungen in der Größenordnung von z.B. 1 µm × 100 µm. Die Strahlqualität entlang der 1 µm Abmessung oder Fast-Axis ist im Allgemeinen Beugungs-begrenzt. Die Strahlqualität entlang der 100 µm Abmessung oder Slow-Axis oder Anordnungsdimension ist im Allgemeinen vielfach Beugungs-begrenzt. Im Allgemeinen weist ein Diodenbarren für kommerzielle Anwendungen eine Laserresonatorlänge der Größenordnung von 1 bis 4 mm auf, ist etwa 10 mm breit und erzeugt zig Watt Ausgangsleistung. Die meisten Diodenbarren werden in der Wellenlängenregion von 780 bis 1070 nm betrieben, wobei die Wellenlängen von 808 nm (zum Pumpen von Neodym-Lasern) und 940 nm (zum Pumpen Yb:YAG) am vorherrschendsten sind. Der Wellenlängenbereich von 915-976 nm wird zum Pumpen von Erbium-dotierten oder Ytterbium-dotierten Hoch-Leistungs-Faser-Lasern und Verstärkern verwendet.A diode laser rod is a type of semiconductor laser that contains a one-dimensional array of wide area transmitters, or alternatively, sub-arrays containing, e.g., 10-20 narrow striped transmitters. A wide area diode bar generally contains, for example, 19-49 transmitters, each with dimensions on the order of, for example, 1 µm x 100 µm. The beam quality along the 1 µm dimension or fast axis is generally diffraction-limited. The beam quality along the 100 µm dimension or slow axis or arrangement dimension is generally limited in many ways by diffraction. In general, a diode bar for commercial applications has a laser cavity length on the order of 1 to 4 mm, is about 10 mm wide, and produces tens of watts of output power. Most diode bars operate in the 780-1070 nm wavelength region, with the 808 nm (for pumping neodymium lasers) and 940 nm (for pumping Yb: YAG) wavelengths being the most prevalent. The wavelength range of 915-976 nm is used for pumping erbium-doped or ytterbium-doped high-power fiber lasers and amplifiers.

Ein Dioden-Stapel ist einfach eine Anordnung von mehrfachen Diodenbarren, die sehr hohe Ausgangsleistung abgeben können, auch Diodenlaser-Stapel, Mehrfach-Barren-Modul oder zwei-dimensionale Laser-Anordnung genannt, wobei die üblichste Dioden-Stapel-Anordnung jene von einem vertikalen Stapel ist, der effektiv eine zwei-dimensionale Anordnung von Rand-Sendern ist. Ein solcher Stapel kann durch Befestigen von Diodenbarren an dünnen Kühlkörpern und Stapeln dieser Aufbauten so erzeugt werden, um eine periodische Anordnung von Diodenbarren und Kühlkörpern zu erhalten. Es gibt auch horizontale Dioden-Stapel und zwei-dimensionale Stapel. Für die hohe Strahlqualität sollten die Diodenbarren im Allgemeinen so nahe zueinander wie möglich sein. Andererseits erfordert effizientes Kühlen eine gewisse minimale Dicke des zwischen den Stäben befestigten Kühlkörpers. Dieser Kompromiss der Diodenbarren-Beabstandung ergibt eine Strahlqualität von einem Dioden-Stapel in der vertikalen Richtung (und folglich seine Helligkeit), die viel geringer ist als jene von einem Einzel-Diodenbarren. Es gibt jedoch unterschiedliche Techniken, um dieses Problem signifikant abzuschwächen, z.B. durch räumliches Verschachteln der Ausgaben von verschiedenen Dioden-Stapeln durch Polarisations-Koppeln oder durch Wellenlängen-Vervielfachen. Verschiedene Typen von Hoch-Leistungs-Strahlformern und verwandten Vorrichtungen wurden für solche Zwecke konzipiert. Dioden-Stapel können extrem hohe Ausgangsleistungen (z.B. Hunderte oder Tausende Watt) bereitstellen.A diode stack is simply an arrangement of multiple diode bars that can deliver very high output power, also called diode laser stacks, multiple bar modules or two-dimensional laser arrangements, the most common diode stack arrangement being that of a vertical one Stack is, which is effectively a two-dimensional array of edge transmitters. Such a stack can be created by attaching diode bars to thin heat sinks and stacking these structures so as to obtain a periodic arrangement of diode bars and heat sinks. There are also horizontal diode stacks and two-dimensional stacks. For the high beam quality, the diode bars should generally be as close to one another as possible. On the other hand, efficient cooling requires a certain minimum thickness of the heat sink attached between the rods. This trade-off in diode bar spacing results in beam quality from a diode stack in the vertical direction (and hence its brightness) that is much lower than that from a single diode bar. However, there are different techniques to significantly alleviate this problem, e.g., by spatially interleaving the outputs from different diode stacks by polarization coupling or by wavelength multiplying. Various types of high power beamformers and related devices have been designed for such purposes. Diode stacks can provide extremely high output powers (e.g. hundreds or thousands of watts).

In einem Aspekt kennzeichnen Ausführungsformen der Erfindung ein Lasersystem, das eine Anordnung (z.B. eine ein-dimensionale Anordnung oder eine zwei-dimensionale Anordnung) von Strahl-Sendern, die jeweils einen Strahl senden, Abbildungsoptik zum Fokussieren der Strahlen auf ein streuendes bzw. dispersives Element, ein streuendes bzw. dispersives Element zum Empfangen und Streuen der fokussierten Strahlen, wodurch ein Multiwellenlängenstrahl gebildet wird und eine optische Faser zum Empfangen des Multiwellenlängenstrahls einschließt oder im Wesentlichen daraus besteht. Die optische Faser umfasst (i) einen Kern zum Empfangen des Multiwellenlängenstrahls, Reflektieren eines ersten Bereichs davon zurück auf das streuende bzw. dispersive Element und Übertragen eines zweiten Bereichs davon als einen Ausgabestrahl, zusammengesetzt aus vielen Wellenlängen, wobei der Kern eine teilweise reflektierende Oberfläche aufweist, und (ii) der Kern, ein Mantel mit einem Reflexionsvermögen für den Multiwellenlängenstrahl von weniger als 1% umgibt oder besteht im Wesentlichen daraus, wobei das streuende bzw. dispersive Element ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Beugungsgitter, einem streuenden Prisma, einem Grisma (Prisma/Gitter), einem Übertragungsgitter oder einem Echelle-Gitter.In one aspect, embodiments of the invention characterize a laser system which has an arrangement (e.g. a one-dimensional arrangement or a two-dimensional arrangement) of beam transmitters, each transmitting a beam, imaging optics for focusing the beams on a scattering or dispersive element , a dispersive element for receiving and dispersing the focused beams, thereby forming a multi-wavelength beam and including or essentially consisting of an optical fiber for receiving the multi-wavelength beam. The optical fiber comprises (i) a core for receiving the multi-wavelength beam, reflecting a first portion thereof back onto the dispersive element, and transmitting a second portion thereof as an output beam composed of multiple wavelengths, the core having a partially reflective surface , and (ii) the core, a cladding with a reflectivity for the multi-wavelength beam of less than 1% surrounds or consists essentially of it, wherein the scattering or dispersive element is selected from the group consisting of a diffraction grating, a scattering prism, a Grisma (prism / grating), a transmission grating or an echelle grating.

Ausführungsformen der Erfindung können einen oder mehrere der Nachstehenden in jeder von einer Vielfalt von Kombinationen einschließen. Ein Bereich des Kerns kann aus dem Mantel herausragen. Eine Oberfläche des Kerns kann im Wesentlichen coplanar mit einer Oberfläche des Mantels sein. Die optische Faser kann derart positioniert sein, dass an der teilweise reflektierenden Oberfläche des Kerns ein Durchmesser (oder andere laterale Abmessung, z.B. Breite) des Kerns nicht weniger als ein Durchmesser (oder andere laterale Abmessung, z.B. Breite) des Multiwellenlängenstrahls ist. Der Durchmesser des Kerns kann im Wesentlichen gleich oder größer als der Durchmesser des Multiwellenlängenstrahls sein. Eine Abschlusskappe kann an der optischen Faser befestigt und optisch stromaufwärts der teilweise reflektierenden Oberfläche des Kerns angeordnet sein. Eine Antireflex-Beschichtung kann über dem Mantel der optischen Faser angeordnet sein. Ein Modenabstreifer kann um mindestens einen Bereich des Kerns der optischen Faser angeordnet sein. Der Modenabstreifer kann um mindestens einen Bereich des Mantels der optischen Faser angeordnet sein. Die Abbildungsoptik kann eine oder mehrere zylindrische Linsen, eine oder mehrere kugelförmige Linsen, einen oder mehrere kugelförmige Spiegel und/oder einen oder mehrere zylindrische Spiegel einschließen oder besteht im Wesentlichen daraus. Das streuende bzw. dispersive Element kann ein Beugungsgitter (z.B. ein transmissives Beugungsgitter oder ein reflektierendes Beugungsgitter) einschließen oder besteht im Wesentlichen daraus.Embodiments of the invention can include one or more of the following in any of a variety of combinations. A portion of the core can protrude from the cladding. A surface of the core can be substantially coplanar with a surface of the clad. The optical fiber may be positioned such that at the partially reflective surface of the core a diameter (or other lateral dimension, e.g. width) of the core is not less than a diameter (or other lateral dimension, e.g. width) of the multi-wavelength beam. The diameter of the core can be substantially equal to or greater than the diameter of the multi-wavelength beam. An end cap can be attached to the optical fiber and located optically upstream of the partially reflective surface of the core. An anti-reflective coating can be placed over the cladding of the optical fiber. A mode stripper can be disposed around at least a portion of the core of the optical fiber. The mode stripper can be arranged around at least a portion of the cladding of the optical fiber. The imaging optics can include or consist essentially of one or more cylindrical lenses, one or more spherical lenses, one or more spherical mirrors and / or one or more cylindrical mirrors. That The scattering or dispersive element can include a diffraction grating (for example a transmissive diffraction grating or a reflective diffraction grating) or consists essentially of it.

Das Lasersystem kann ein Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem zum Empfangen und Übertragen des Multiwellenlängenstrahls unter Vermindern der Kreuzkopplung davon einschließen. Die teilweise reflektierende Oberfläche des Kerns der optischen Faser kann in einem Rayleigh-Bereich des Multiwellenlängenstrahls, übertragen durch das Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem, angeordnet sein. Mindestens ein Bereich des Kreuzkopplungs-Abschwächungssystems kann in einem Rayleigh-Bereich des Multiwellenlängenstrahls, übertragen durch das streuende bzw. dispersive Element, angeordnet sein. Das Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem kann afokal sein. Das Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem kann ein afokales Teleskop einschließen oder besteht im Wesentlichen daraus. Das Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem kann ein erstes optisches Element mit einer ersten fokalen Länge und ein zweites optisches Element mit einer zweiten fokalen Länge einschließen oder besteht im Wesentlichen daraus. Das erste optische Element kann optisch stromaufwärts des zweiten optischen Elements angeordnet sein. Die erste fokale Länge kann mindestens zwei, mindestens drei, mindestens fünf, mindestens sieben, mindestens zehn oder mindestens 100 Mal größer als die zweite fokale Länge sein. Jedes der ersten und zweiten optischen Elemente kann eine Linse (z.B. eine zylindrische Linse oder eine kugelförmige Linse) einschließen oder besteht im Wesentlichen daraus. Das erste optische Element kann in einem Rayleigh-Bereich des Multiwellenlängenstrahls, übertragen durch das streuende bzw. dispersive Element, angeordnet sein. Die teilweise reflektierende Oberfläche des Kerns der optischen Faser kann in einem Rayleigh-Bereich des Multiwellenlängenstrahls, übertragen durch das zweite optische Element, angeordnet sein. Die optische Entfernung zwischen den ersten und zweiten optischen Elementen kann ungefähr gleich einer Summe der ersten und zweiten fokalen Längen sein.The laser system may include a cross-talk attenuation system for receiving and transmitting the multi-wavelength beam while reducing the cross-talk thereof. The partially reflective surface of the core of the optical fiber may be located in a Rayleigh region of the multi-wavelength beam transmitted by the cross-coupling attenuation system. At least one region of the cross-coupling attenuation system can be arranged in a Rayleigh region of the multi-wavelength beam transmitted by the scattering or dispersive element. The crosstalk attenuation system can be afocal. The crosstalk attenuation system can include or consists essentially of an afocal telescope. The crosstalk attenuation system may include or consist essentially of a first optical element having a first focal length and a second optical element having a second focal length. The first optical element can be arranged optically upstream of the second optical element. The first focal length can be at least two, at least three, at least five, at least seven, at least ten, or at least 100 times greater than the second focal length. Each of the first and second optical elements may include or consist essentially of a lens (e.g., a cylindrical lens or a spherical lens). The first optical element can be arranged in a Rayleigh range of the multi-wavelength beam, transmitted through the scattering or dispersive element. The partially reflective surface of the core of the optical fiber can be arranged in a Rayleigh region of the multi-wavelength beam transmitted through the second optical element. The optical distance between the first and second optical elements can be approximately equal to a sum of the first and second focal lengths.

Diese und andere Aufgaben zusammen mit Vorteilen und Merkmalen der hierin offenbarten vorliegenden Erfindung werden deutlicher durch den Bezug auf die nachstehende Beschreibung, die beigefügten Zeichnungen und die Ansprüche. Weiterhin ist es verständlich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen sich nicht gegenseitig ausschließen und in verschiedenen Kombinationen und Permutationen vorliegen können. Wenn hierin verwendet, bedeuten die Begriffe „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ ±10%, und in einigen Ausführungsformen ±5%. Der Begriff „besteht im Wesentlichen aus“ bedeutet ausschließlich andere Materialien, die zur Wirkung beitragen, sofern nicht anders hierin definiert. Trotzdem können solche anderen Materialien insgesamt oder einzeln in Spurenmengen vorliegen. Hierin werden die Begriffe „Strahlung“ und „Licht“ untereinander austauschbar angewendet, sofern nicht anders angezeigt. Hierin wird „stromabwärts“ oder „optisch stromabwärts“ angewendet, um den relativen Ersatz von einem zweiten Element anzuzeigen, das einen Lichtstrahl nach Aussetzen einem ersten Element trifft, wobei das erste Element „stromaufwärts“ oder „optisch stromaufwärts“ des zweiten Elements ist. Hierin ist „optische Entfernung“ zwischen zwei Komponenten der Abstand zwischen zwei Komponenten, der tatsächlich von Lichtstrahlen durchquert wird; die optische Entfernung kann, muss jedoch nicht gleich dem physikalischen Abstand zwischen zwei Komponenten sein auf Grund von z.B. Reflexionen von Spiegel oder anderen Änderungen in fortschreitender Richtung, erfahren von dem Licht, das von einer der Komponenten zu der anderen gelenkt wird.These and other objects, along with advantages and features of the present invention disclosed herein, will become more apparent upon reference to the following description, accompanying drawings, and claims. Furthermore, it is understood that the features of the various embodiments described herein are not mutually exclusive and can exist in various combinations and permutations. As used herein, the terms "substantially" and "approximately" mean ± 10%, and in some embodiments ± 5%. The term “consists essentially of” only means other materials that contribute to the effect, unless otherwise defined herein. Nonetheless, such other materials may be present in whole or in part in trace amounts. Here, the terms “radiation” and “light” are used interchangeably, unless otherwise indicated. As used herein, "downstream" or "optically downstream" is used to indicate the relative replacement of a second element that strikes a beam of light upon exposure to a first element, the first element being "upstream" or "optically upstream" of the second element. Here, "optical distance" between two components is the distance between two components that rays of light actually traverse; the optical distance may, but need not, be equal to the physical distance between two components due to, for example, reflections from mirrors or other changes in progressive direction experienced from the light directed from one of the components to the other.

FigurenlisteFigure list

In den Zeichnungen beziehen sich Bezugszeichen im Allgemeinen auf die gleichen Teile über die gesamten verschiedenen Ansichten. Auch sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird der Schwerpunkt im Allgemeinen auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gelegt. In der nachstehenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die nachstehenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

  • 1A ist ein Schema von einem Wellenlänge-Strahl-Kombinations (WBC)-Verfahren in der Nicht-Strahl-kombinierenden Abmessung gemäß des Standes der Technik;
  • 1B ist ein Schema von einem Wellenlänge-Strahl-Kombinations (WBC)-Verfahren in der Strahl-kombinierenden Abmessung gemäß des Standes der Technik;
  • 2 ist ein Schema von einem WBC-Lasersystem, das ein optisches Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem gemäß des Standes der Technik einbezieht;
  • 3 ist ein Schema von einem beispielhaften optischen Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem für ein WBC-Lasersystem gemäß des Standes der Technik;
  • 4 ist ein Schema von einem optischen Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem und einem Ausgangskoppler für ein WBC-Lasersystem gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
  • 5 ist ein Schema von einem optischen Element und einem Ausgangskoppler für ein WBC-Lasersystem gemäß Ausführungsformen der Erfindung; und
  • 6-8 sind Schemata von Bereichen von optischen Fasern, angewendet als Ausgangskoppler für WBC-Lasersysteme gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
In the drawings, reference characters generally refer to the same parts throughout the different views. Also, the drawings are not necessarily to scale, emphasis instead being placed generally on illustrating the principles of the invention. In the description below, various embodiments of the present invention are described with reference to the following drawings, in which:
  • 1A Figure 13 is a schematic of a wavelength-beam-combining (WBC) process in the non-beam-combining dimension according to the prior art;
  • 1B Figure 13 is a schematic of a wavelength-beam-combining (WBC) process in the beam-combining dimension according to the prior art;
  • 2 Figure 13 is a schematic of a WBC laser system incorporating a prior art optical cross-talk attenuation system;
  • 3 Figure 13 is a schematic of an exemplary optical cross-talk attenuation system for a WBC laser system according to the prior art;
  • 4th is a schematic of an optical cross coupling attenuation system and output coupler for a WBC Laser system according to embodiments of the invention;
  • 5 Figure 3 is a schematic of an optical element and output coupler for a WBC laser system in accordance with embodiments of the invention; and
  • 6-8 are schematics of ranges of optical fibers applied as output couplers for WBC laser systems according to embodiments of the invention.

Beschreibung im EinzelnenDescription in detail

Aspekte und Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen das Gebiet des Skalierens von Laserquellen für hohe Leistung und hohe Helligkeit unter Verwendung eines äußeren Resonators und insbesondere Verfahren und Einrichtung für äußeren Resonator-Strahl unter Kombinieren der Verwendung von sowohl ein-dimensionalen als auch zwei-dimensionalen Laserquellen. In einer Ausführungsform schließt das äußere Resonator-System ein-dimensionale oder zwei-dimensionale Laserelemente, ein optisches System, ein streuendes bzw. dispersives Element und ein teilweise reflektierendes Element ein. Ein optisches System besteht aus einem oder mehreren optischen Elementen, die zwei Basisfunktionen ausführen. Die erste Funktion ist, alle Laserelemente entlang der Strahl kombinierenden Dimension auf ein streuendes bzw. dispersives Element zu überlappen. Die zweite Funktion ist, zu sichern, dass alle Elemente entlang der Nicht-Strahl kombinierenden Abmessung normal zu dem Ausgangskoppler fortschreiten. In verschiedenen Ausführungsformen führt das optische System möglichst wenig Verlust ein. Als solches werden diese zwei Funktionen einen Einzel-Resonanzhohlraum für alle Laserelemente ermöglichen.Aspects and embodiments generally relate to the field of scaling laser sources for high power and high brightness using an outer cavity, and more particularly, methods and apparatus for outer cavity beams combining the use of both one-dimensional and two-dimensional laser sources. In one embodiment, the outer resonator system includes one-dimensional or two-dimensional laser elements, an optical system, a scattering element, and a partially reflective element. An optical system consists of one or more optical elements that perform two basic functions. The first function is to overlap all laser elements along the beam combining dimension onto a scattering or dispersive element. The second function is to ensure that all elements along the non-beam combining dimension progress normally to the output coupler. In various embodiments, the optical system introduces as little loss as possible. As such, these two functions will enable a single resonant cavity for all laser elements.

In einer anderen Ausführungsform schließt das äußere WBC-Resonator-System Wellenlänge stabilisierte ein-dimensionale oder zwei-dimensionale Laserelemente, ein optisches System und ein streuendes bzw. dispersives Element ein. Ein-dimensionale oder zwei-dimensionale Wellenlänge stabilisierte Laserelemente mit gleicher Wellenlänge können unter Verwendung verschiedener Mittel, wie Laserelemente mit Rückkopplung von Wellenlänge gechirptem Volumen-Bragg-Gitter, verteilten Rückkopplungs (DFB)-Laserelementen oder verteilten Bragg-Reflektor (DBR)-Laserelementen, ausgeführt werden. Hier ist die Hauptfunktion des optischen Systems, alle Strahlen auf einem streuenden bzw. dispersiven Element zu überlappen. Wenn es keinen Ausgangskoppler-Spiegel außerhalb des Wellenlängestabilisierten Laserelements mit parallelen Strahlen entlang der Nicht-Strahl-kombinierenden Abmessung gibt, ist es wenig wichtig. Aspekte und Ausführungsformen betreffen weiterhin Hoch-Leistungs- und/oder Hoch-Helligkeits-Mehrfach-Wellenlänge-äußere Resonator-Laser, die ein Überlappen oder koaxialen Strahl von sehr geringer Ausgangsleistung bis Hunderte und auch bis Megawatt von Ausgangsleistung erzeugen.In another embodiment, the WBC external resonator system includes wavelength stabilized one-dimensional or two-dimensional laser elements, an optical system, and a scattering element. One-dimensional or two-dimensional wavelength stabilized laser elements with the same wavelength can be produced using various means, such as laser elements with feedback of wavelength chirped volume Bragg grating, distributed feedback (DFB) laser elements or distributed Bragg reflector (DBR) laser elements, are executed. Here the main function of the optical system is to overlap all rays on a scattering or dispersive element. If there is no output coupler mirror outside of the wavelength stabilized laser element with parallel beams along the non-beam combining dimension, it is of little importance. Aspects and embodiments further relate to high power and / or high brightness multiple wavelength outer cavity lasers that produce an overlap or coaxial beam from very low output power to hundreds and even up to megawatts of output power.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schwächen den Grad an unbeabsichtigter und/oder unerwünschter Rückkopplung von nicht-ursprünglichen Sendern in WBC-Lasersystemen ab. Zum Beispiel gibt es in einem WBC-System, in dem zwei einzelne Strahl-Sender einen üblichen teilweise-reflektierenden Spiegel (wie ein Ausgangskoppler) teilen, das Potenzial für die Rückkopplung des Lichts von einem Sender, um in den anderen Sender einzudringen. Diese unerwünschte Rückkopplung (oder „Übersprechdämpfung“ oder „Kreuzkopplung“) von einem „nicht-ursprünglichen“ Sender vermindert die Effizienz des Systems. Die hierin beschriebenen Ansätze und Ausführungsformen können auf ein- und zwei-dimensionale Strahl kombinierende Systeme entlang der langsam-divergierenden Dimension (oder „Richtung“), schnell-divergierende Dimension oder andere Strahl kombinierende Dimensionen angewendet werden. Für Zwecke dieser Anmeldung weisen emittierte Strahlen Profile auf, in denen eine Dimension nahe zu oder vollständige Beugungs-begrenzt ist, während die andere Dimension viele Male Beugungs-begrenzt ist. Ein anderer Weg des Beschreibens davon kann in Bezug auf Achse und/oder Dimension erfolgen. Zum Beispiel kann ein Ausgabestrahl eine langsam und eine schnell divergierende Achse oder Dimension aufweisen.Embodiments of the present invention mitigate the level of inadvertent and / or unwanted feedback from non-original transmitters in WBC laser systems. For example, in a WBC system where two individual beam emitters share a common partially reflective mirror (like an output coupler), there is the potential for the light from one emitter to be fed back to enter the other emitter. This unwanted feedback (or “crosstalk attenuation” or “cross coupling”) from a “non-native” transmitter reduces the efficiency of the system. The approaches and embodiments described herein can be applied to one- and two-dimensional beam combining systems along the slow diverging dimension (or “direction”), fast diverging dimension, or other beam combining dimensions. For purposes of this application, emitted rays have profiles in which one dimension is near or completely diffraction-limited while the other dimension is diffraction-limited many times. Another way of describing this can be in terms of axis and / or dimension. For example, an output beam can have a slowly and rapidly diverging axis or dimension.

Wenn der Begriff im Wesentlichen größer verwendet wird, beim Beziehen auf die fokale Länge von einem optischen Element, verglichen mit der fokalen Länge von einem anderen optischen Element (f1»f2), ist es so zu verstehen, dass ein Faktor von mindestens 2, 3, 4, 5, 7 Male oder größer sein muss. Zum Beispiel kann die fokale Länge von f1 100mm oder mehr sein, während die fokale Länge von f2 50mm oder weniger ist. In einem anderen Beispiel kann die fokale Länge von f1 200mm oder mehr sein, während f2 20mm oder weniger ist. Der Begriff „angularer Filter“ bezieht sich auf eine Vielfalt von optischen Elementen, die eine ausgewiesene Anzahl von Öffnungen für Rückkopplungsstrahlen erzeugt. Die Größe von dieser Anzahl von Öffnungen kann die erlaubte Rückkopplung auf nur jene begrenzen, die dem ursprünglich emittierten Strahl entspricht. Das bedeutet, dass der angulare Filter benachbarte oder nahe emittierte Strahlen am Rückkehren in den ursprünglichen Sender (d.h. Übersprechdämpfung) hindert. Stabilisierung von Sendern bezieht sich auf Rückkopplung, die durch jeden Sender empfangen wurde, der zu einer merklichen Wellenlänge verengt wurde. Dies kann in Form von Seeding der Sender mit einer besonderen Wellenlänge erfolgen, unter Veranlassung, dass ein Bereich des emittierten Strahls zurück in den Sender umgeleitet wird, und Eingreifen bei der Rückkopplung, wie Platzieren eines optischen Gitters in der Weise, um eine in die Sender als Rückkopplung zu richtende individuelle Wellenlänge zu erzeugen. Häufig wird Rückkopplung zurück auf die ursprüngliche Emissionsfläche reflektiert, wo sie durch ein streuendes bzw. dispersives Element oder Beugungsgitter gelangt vor dem Eintreten zurück in den optischen Verstärkungsmedium-Bereich des ursprünglichen Senders. In einigen WBC-Ausführungsformen kann die Rückkopplungsquelle eine übliche reflektierende Oberfläche sein, die Rückkopplung für mehrfache Sender bereitstellt, wobei jeder der Rückkopplungsstrahlen einzeln auf eine bestimmte Wellenlänge abgestimmt wird.When the term is used substantially larger when referring to the focal length of one optical element compared to the focal length of another optical element (f1 »f2), it is to be understood that a factor of at least 2.3 , 4, 5, 7 times or larger. For example, the focal length of f1 can be 100mm or more, while the focal length of f2 is 50mm or less. In another example, the focal length of f1 can be 200mm or more while f2 is 20mm or less. The term "angular filter" refers to a variety of optical elements that create a designated number of openings for feedback beams. The size of this number of openings can limit the allowable feedback to only that corresponding to the originally emitted beam. This means that the angular filter prevents neighboring or closely emitted beams from returning to the original transmitter (ie crosstalk attenuation). Transmitter stabilization refers to feedback received by any transmitter that has been narrowed to a noticeable wavelength. This can take the form of seeding the transmitters at a particular wavelength, causing a portion of the emitted beam to be redirected back into the transmitter, and intervening in the feedback, such as placing an optical grating in such a way as to bring one into the transmitters to generate individual wavelengths to be directed as feedback. Often times, feedback is reflected back onto the original emission surface, where it is through a scattering or dispersive element or diffraction grating gets back into the optical gain medium area of the original transmitter before entering. In some WBC embodiments, the feedback source may be a common reflective surface that provides feedback to multiple transmitters, with each of the feedback beams being individually tuned to a particular wavelength.

1A-1B veranschaulichen ein ein-dimensionales (1-D) WBC-System des Standes der Technik mit äußerem Resonator einschließlich oder bestehend im Wesentlichen aus einem ein-dimensionalen Strahl-Sender 102 (z.B. ein Diodenbarren) mit einer zurück reflektierenden Oberfläche 104, einem Verstärkungsmedium 106 mit z.B. zwei oder mehreren Diodensendern 105, einer vorderen reflektierenden Oberfläche 108, einer kombinierenden Optik 110, einem streuenden bzw. dispersiven Element 112 und einem teilweise reflektierenden Ausgangskoppler 114. In dieser Ausführungsform wird die kombinierende Optik oder Linse 110 in einem fokalen Abstand 120a entfernt von der vorderen reflektierenden Oberfläche 108 des Diodenbarrens 102 angeordnet, während auf der Rückebene oder anderen Seite von Linse 110 streuendes bzw. dispersives Element 112 in einem fokalen Abstand 120b entfernt angeordnet wird. Der Ausgangskoppler 114 wird bei einem bestimmten Abstand von dem streuenden bzw. dispersiven Element 112 angeordnet und reflektiert einen Bereich des erzeugten Strahls (Rückkopplung 116) zurück auf streuendes bzw. dispersives Element 112. 1A-1B illustrate a prior art one-dimensional (1-D) WBC system with an external cavity including or consisting essentially of a one-dimensional beam transmitter 102 (e.g. a diode bar) with a back reflective surface 104 , a gain medium 106 with, for example, two or more diode transmitters 105 , a front reflective surface 108 , a combining look 110 , a scattering or dispersive element 112 and a partially reflective output coupler 114 . In this embodiment, the combining optics or lens 110 at a focal distance 120a away from the front reflective surface 108 of the diode bar 102 placed while on the back plane or other side of lens 110 scattering or dispersive element 112 at a focal distance 120b is located away. The output coupler 114 becomes at a certain distance from the scattering or dispersive element 112 arranged and reflects a region of the generated beam (feedback 116 ) back to the scattering or dispersive element 112 .

In dieser Ausführungsform übt die Anordnung der kombinierenden Linse 110 zwei Funktionen aus. Die erste Funktion ist, alle Hauptstrahlen von allen Diodenelementen auf das streuende bzw. dispersive Element 112 zu überlappen. Die zweite Funktion ist, jeden Strahl in beiden Achsen zu sammeln. 1A und 1B veranschaulichen eine schematische Ansicht der nicht-Strahl-kombinierenden Abmessung 130-Ansicht (1A) und der Strahl-kombinierenden Abmessung 140-Ansicht (1B). Sender 102 schließt mehrfache Sender (z.B. Diodensender) 105, eine zurück reflektierende Oberfläche 104, Verstärkungsmedium 106 und eine Vorderfläche/Facette 108 ein oder besteht im Wesentlichen daraus.In this embodiment, the arrangement of the combining lens is effective 110 two functions. The first function is to send all principal rays from all diode elements onto the scattering or dispersive element 112 to overlap. The second function is to collect each ray in both axes. 1A and 1B illustrate a schematic view of the non-beam combining dimension 130 view ( 1A) and the beam-combining dimension 140 view ( 1B) . Channel 102 includes multiple transmitters (e.g. diode transmitters) 105 , a back reflective surface 104 , Gain medium 106 and a front face / facet 108 or consists essentially of it.

In WBC-Resonatoren ist es für benachbarte Sender möglich, miteinander optisch zu kreuz-koppeln. Dies kann die Ausgabe-Strahlqualität stark abbauen. 2 ist ein Schema von einem WBC-Resonator des Standes der Technik mit zwei benachbarten Sendern 202a und 202b, die deren nominale Auf-Achse-Hauptstrahlen 260a und 260b (gezeigt als durchgezogene Linien) zu Linse 210 senden, was dieselben auf die Mitte des streuenden bzw. dispersiven Elements (z.B. Beugungsgitter) 212 fokussiert. Von dort werden beide Hauptstrahlen an deren eigenen einzigartigen Wellenlängen gebeugt, um sich entlang der gleichen Achse 240 auszubreiten, durch die Kreuzkopplungs-Abschwächungs-Optik 250, die beliebige und alle Linsen oder optische Elemente zwischen dem Gitter 212 und dem teilweise-reflektierenden Koppler 214 wiedergibt. Beide Strahlen werden dann teilweise auf sich selbst zurück reflektiert, unter Ausbreiten rückwärts zum Selbst-koppeln zu deren entsprechendem Sender. Die Punktlinien 261a und 261b in 2 zeigen die Hauptstrahlen, die optische Kreuzkopplung zwischen den zwei Sendern ergeben würden - d.h. ein Hauptstrahl, der von einem Sender entstammt, koppelt zurück in einen anderen Sender.In WBC resonators it is possible for neighboring transmitters to optically cross-couple with one another. This can severely degrade the output beam quality. 2 Figure 13 is a schematic of a prior art WBC resonator with two adjacent transmitters 202a and 202b which are their nominal on-axis principal rays 260a and 260b (shown as solid lines) to lens 210 send what the same to the center of the scattering or dispersive element (e.g. diffraction grating) 212 focused. From there, both main rays are diffracted at their own unique wavelengths to move along the same axis 240 propagate through the cross-coupling attenuation optics 250 any and all lenses or optical elements between the grating 212 and the partially reflective coupler 214 reproduces. Both beams are then partially reflected back onto themselves, spreading backwards to self-couple to their respective transmitter. The dotted lines 261a and 261b in 2 show the principal rays that would result in optical cross coupling between the two transmitters - that is, a principal ray originating from one transmitter couples back into another transmitter.

Die nachstehenden Parameter werden wie nachstehend definiert:

  • d = Abstand zwischen den zwei Sendern (symmetrisch verschoben oberhalb und unterhalb der Achse um +/- (d/2)).
  • ∈ = Ablenkungswinkel (der Winkel zwischen den Hauptstrahlen mit durchgezogener Linie und den Hauptstrahlen mit Punktlinie an den Sendern.
  • θ1/2 = Semi-Divergenz-Fernfeld-Winkel von einem Sender in der WBC-Richtung.
  • L0 = Abstand der Sender zur Linse L1.
  • f1 = fokale Länge von Linse L1.
The following parameters are defined as follows:
  • d = distance between the two transmitters (symmetrically shifted above and below the axis by +/- (d / 2)).
  • ∈ = deflection angle (the angle between the main rays with a solid line and the main rays with a dotted line at the transmitters.
  • θ 1/2 = semi-divergence far-field angle from a transmitter in the WBC direction.
  • L 0 = distance of the transmitter to the lens L1.
  • f 1 = focal length of lens L1.

In 2 wird das Gitter gezeigt, wie es bei normalem Vorkommen funktioniert. Hier wird angenommen, dass das System in der Littrow-Konfiguration betrieben wird, wobei der Einfallswinkel und der Beugungswinkel gleich (und nicht-Null) sind. In der Littrow-Konfiguration passt eine geringe Änderung in dem Einfallswinkel zu erster Ordnung durch eine gleiche Änderung in dem Beugungswinkel. In dem Horizontal-Schema scheint dann jeder Strahl, der mit Littrow betrieben wird, sich gerade durch das Gitter auszubreiten. Es ist klar, dass nur der Mittelstrahl 202c (derjenige, der von einem imaginären Sender auf halbem Wege zwischen zwei Sendern 202a und 202b ausstrahlen würde) bei Littrow selbst-koppelt.In 2 the grid is shown how it works in normal occurrences. It is assumed here that the system is operated in the Littrow configuration, with the angle of incidence and the angle of diffraction being equal (and non-zero). In the Littrow configuration, a small change in the angle of incidence matches first order with an equal change in the angle of diffraction. In the horizontal scheme, every ray operated with Littrow then appears to be propagating straight through the grid. It is clear that only the central ray 202c (the one from an imaginary transmitter halfway between two transmitters 202a and 202b would radiate) at Littrow self-couples.

Die Symmetrie in 2 ist vorbedacht, da sie für einige wichtige Vereinfachungen bei der Analyse des eindeutigen Ablenkungswinkels ∈, bei welchem ein Hauptstrahl von einem Sender austreten und zu dem anderen zurückkehren könnte, sorgt. Die erste Symmetrie-basierte Vereinfachung ist, dass der abgelenkte (Punktlinie) Hauptstrahl den Koppler an seiner Mitte treffen muss. Die zweite Vereinfachung ist, dass die Kreuzkopplungs-Wellenlänge der Durchschnitt der zwei selbst-koppelnden Wellenlängen sein muss. Dies würde wiederum die Wellenlänge von einem imaginären Sender auf halbem Wege zwischen den zwei Sendern sein, welche, wie vorstehend ausgewiesen, bei Littrow selbst-koppelnd sein würden. Deshalb müssen die Punktlinien-Hauptstrahlen in 2 das Gitter bei Littrow durchqueren, in der Bedeutung, dass sie sich scheinbar gerade durch das Gitter ausbreiten würden, wie gezeigt. Unter Verwendung dieser Vereinfachung kann eine übliche „y / y-bar“ (Hauptstrahl-Höhe / Hauptstrahl-Anstieg)-Analyse angewendet werden, um den oberen Punktlinie-Hauptstrahl zu verfolgen:The symmetry in 2 is careful as it provides some important simplifications in the analysis of the unique deflection angle ∈ at which a principal ray could exit from one transmitter and return to the other. The first symmetry-based simplification is that the deflected (dotted line) main ray has to hit the coupler at its center. The second simplification is that the cross-coupling wavelength must be the average of the two self-coupling wavelengths. Again, this would be the wavelength from an imaginary transmitter halfway between the two transmitters which, as indicated above, would be self-coupling at Littrow. Therefore the dotted line Main rays in 2 cross the grid at Littrow, meaning that they would appear to be spreading straight through the grid, as shown. Using this simplification, a standard "y / y-bar" (chief ray height / chief ray rise) analysis can be applied to trace the top dotted chief ray:

Verlassen des oberen Senders bzw. Emitters: y E m i t t e r = d 2

Figure DE112015005587B4_0001
y ¯ E m i t t e r = ε
Figure DE112015005587B4_0002
Leaving the upper transmitter or emitter: y E. m i t t e r = d 2
Figure DE112015005587B4_0001
y ¯ E. m i t t e r = ε
Figure DE112015005587B4_0002

Eindringen in Linse L1: y L 1 _ e i n = y E m i t t e r + L 0 y ¯ E m i t t e r = d 2 + L 0 ε

Figure DE112015005587B4_0003
y ¯ L 1 _ e i n = y ¯ E m i t t e r = ε
Figure DE112015005587B4_0004
Penetration in lens L1: y L. 1 _ e i n = y E. m i t t e r + L. 0 y ¯ E. m i t t e r = d 2 + L. 0 ε
Figure DE112015005587B4_0003
y ¯ L. 1 _ e i n = y ¯ E. m i t t e r = ε
Figure DE112015005587B4_0004

Austreten aus Linse L1: y L 1 _ a u s = y L 1 _ e i n = d 2 + L 0 ε

Figure DE112015005587B4_0005
y ¯ L 1 a u s = y ¯ L 1 e i n y L 1 e i n f 1 = ε d 2 + L 0 ε f 1 = ε ( f 1 L 0 f 1 ) d 2 f 1
Figure DE112015005587B4_0006
Exit from lens L1: y L. 1 _ a u s = y L. 1 _ e i n = d 2 + L. 0 ε
Figure DE112015005587B4_0005
y ¯ L. 1 a u s = y ¯ L. 1 e i n - y L. 1 e i n f 1 = ε - d 2 + L. 0 ε f 1 = ε ( f 1 - L. 0 f 1 ) - d 2 f 1
Figure DE112015005587B4_0006

Eindringen in das und Austreten aus dem Gitter (Es wird an die vorstehende Erörterung erinnert, dass der Punktlinie-Hauptstrahl die Richtung bei dem Gitter nicht ändert): y G i t t e r = y L 1 _ a u s + f 1 y ¯ L 1 _ a u s = d 2 + L 0 ε + ε ( f 1 L 0 ) d 2 = ε f 1

Figure DE112015005587B4_0007
y ¯ G i t t e r = y ¯ L 1 _ a u s = ε ( f 1 L 0 f 1 ) d 2 f 1
Figure DE112015005587B4_0008
Entering and exiting the grid (recall the discussion above that the dotted principal ray does not change direction at the grid): y G i t t e r = y L. 1 _ a u s + f 1 y ¯ L. 1 _ a u s = d 2 + L. 0 ε + ε ( f 1 - L. 0 ) - d 2 = ε f 1
Figure DE112015005587B4_0007
y ¯ G i t t e r = y ¯ L. 1 _ a u s = ε ( f 1 - L. 0 f 1 ) - d 2 f 1
Figure DE112015005587B4_0008

Um die Berechnungen an dem Koppler zu beenden, die das Ausbreiten durch die Kreuzkopplungs-Abschwächungs-Optik beinhalten, wird daran erinnert, dass der Punktlinien-Hauptstrahl den Koppler an seiner Mitte kreuzt. Deshalb ist nur der Strahlanstieg an dem Koppler nicht-Null, und angemerkt sein, dass die Strahlhöhe und der Strahlanstieg an dem Gitter beide proportional sein müssen. Dies impliziert, dass das Verhältnis der Höhe zu dem Anstieg an dem Gitter konstant sein muss. Und man kann konstant sehr intuitiv als das Negative des effektiven Abstands des Kopplers von dem Gitter interpretieren, wie durch die Kreuzkopplungs-Abschwächungs-Optik bestimmt. In anderen Worten y G i t t e r y ¯ G i t t e r L c p l r _ e f f

Figure DE112015005587B4_0009

Worin Lcplr_eff der effektive Abstand des Kopplers über (nach rechts von) das Gitter hinausgeht.To finish the calculations on the coupler that involve propagating through the cross coupling attenuation optics, recall that the dotted principal ray crosses the coupler at its center. Therefore, only the beam rise at the coupler is non-zero, and it should be noted that the beam height and beam rise at the grating must both be proportional. This implies that the ratio of the height to the slope on the grid must be constant. And one can constantly very intuitively interpret as the negative of the effective distance of the coupler from the grating, as determined by the cross-coupling attenuation optics. In other words y G i t t e r y ¯ G i t t e r - L. c p l r _ e f f
Figure DE112015005587B4_0009

Wherein L CPLR _ eff is the effective distance of the coupler over (to the right of) beyond the grid.

Konkret kann Lcplr_eff entweder mit einer Strahlenspur oder mit einer y/y-bar-Analyse der Post-Gitter-Linsen berechnet werden. Aber in jedem Fall erlaubt Gleichung 9, Gleichungen 7 und 8 für den Ablenkungswinkel ∈ mit dem nachstehenden Ergebnis zu lösen: ε = ( d 2 f 1 ) [ ( f 1 L 0 f 1 ) + ( f 1 L c p l r _ e f f ) ]

Figure DE112015005587B4_0010
Specifically, L cplr_eff can be calculated either with a ray trace or with a y / y-bar analysis of the post-grating lenses. But in either case, Equation 9 allows equations 7 and 8 to be solved for the deflection angle ∈ with the following result: ε = ( d 2 f 1 ) [ ( f 1 - L. 0 f 1 ) + ( f 1 L. c p l r _ e f f ) ]
Figure DE112015005587B4_0010

Nun, da der Ablenkungswinkel ∈, der Kreuzkopplung ergibt, bestimmt wurde, kann der Grad an Kreuzkopplung berechnet werden. Eine zweckmäßige Definition der Kreuzkopplung ist das Integral über Raumwinkel an dem Sender des Produkts der selbst-gekoppelten Intensität und der kreuz-gekoppelten Intensität, normalisiert durch das Integral des Quadrats der selbst-gekoppelten Intensität. Vor dem Berechnen des Integrals ist es wichtig, anzumerken, dass im Namen der vereinfachenden Symmetrie angenommen wird, dass sowohl die herausgehenden und hereinkommenden Strahlen an den Kreuzkopplungs-Sendern gleich abweichen. Somit betrachtet man für das Überlappungsintegral einen Strahl (der selbst-gekoppelte Strahl), der nicht-abgelenkt ist, und der andere Strahl (der kreuz-gekoppelte Strahl), um durch Verdoppeln durch Winkel ∈ abgelenkt zu sein. Einsetzen dieses Abschnitts in Gleichungsform liefert: U ¨ b e r l a p p e n = e x p [ 2 ( θ θ 1 / 2 ) 2 ] e x p [ 2 ( θ 2 ε θ 1 / 2 ) 2 ] d θ e x p [ 2 ( θ θ 1 / 2 ) 2 ] e x p [ 2 ( θ θ 1 / 2 ) 2 ] d θ

Figure DE112015005587B4_0011
Now that the deflection angle ∈ that gives cross talk has been determined, the degree of cross talk can be calculated. A useful definition of cross-coupling is the integral over solid angles at the transmitter of the product of the self-coupled intensity and the cross-coupled intensity, normalized by the integral of the square of the self-coupled intensity. Before calculating the integral, it is important to note that in the name of simplistic symmetry, it is assumed that both the outgoing and incoming beams at the cross-coupling transmitters are the same. Thus, for the overlap integral, consider one ray (the self-coupled ray) which is undeflected and the other ray (the cross-coupled ray) to be deflected by doubling by angle ∈. Substituting this section into equation form gives: U ¨ b e r l a p p e n = e x p [ - 2 ( θ θ 1 / 2 ) 2 ] e x p [ - 2 ( θ - 2 ε θ 1 / 2 ) 2 ] d θ e x p [ - 2 ( θ θ 1 / 2 ) 2 ] e x p [ - 2 ( θ θ 1 / 2 ) 2 ] d θ
Figure DE112015005587B4_0011

(Angemerkt sei, dass Gleichung 11 ein-dimensionale Integrale über einen Einzel-Winkel anstelle von zwei-dimensionalen Integralen über Raumwinkel beinhaltet. Dies erfolgt, weil die Integration über Winkel in die Richtung orthogonal zu der Strahlabweichung eine Konstante ergibt, die aus dem Verhältnis in Gleichung 11 herausfällt.) Gleichung 11 kann vereinfacht werden, um zu ergeben: U ¨ b e r l a p p e n = e x p [ 2 ( 2 ε θ 1 / 2 ) 2 ]

Figure DE112015005587B4_0012
(Note that Equation 11 includes one-dimensional integrals over a single angle instead of two-dimensional integrals over solid angles. This is because the integration over angles in the direction orthogonal to the beam deviation gives a constant that falls out of the relationship in equation 11.) Equation 11 can be simplified to give: U ¨ b e r l a p p e n = e x p [ - 2 ( 2 ε θ 1 / 2 ) 2 ]
Figure DE112015005587B4_0012

Zusammenfassend kann man den relevanten Ablenkungswinkel ∈ hinsichtlich der bekannten Parameter gemäß Gleichung 10 berechnen. Das erhaltene Überlappen kann dann gemäß Gleichung 12 berechnet werden. Dies ergibt das Verhältnis von kreuz-gekoppelter Intensität zu selbst-gekoppelter Intensität, unter der Annahme, dass es in dem selbst-gekoppelten Fall eine perfekte Einschnürung an dem Koppler gibt.In summary, one can calculate the relevant deflection angle ∈ with regard to the known parameters according to equation 10. The overlap obtained can then be calculated according to equation 12. This gives the ratio of cross-coupled intensity to self-coupled intensity, assuming that in the self-coupled case there is a perfect neck at the coupler.

Es gibt eine sehr interessante Möglichkeit, um einen großen Einfluss auf die Kreuzkopplung auszuüben, wenn nahe, jedoch nicht sehr, an der gewöhnlichen Konfiguration von Anordnen der Sender eine fokale Länge zurück von L1. Wenn wir die Sender dort genau platziert haben, dann würde der erste Term in dem Nenner von Gleichung 10 null sein, und Gleichung 10 würde sich reduzieren auf: ε ( L 0 = f 1 ) = ( d ) ( L c p l r _ e f f ) 2 f 1 2

Figure DE112015005587B4_0013
There is a very interesting way to have a big impact on the crosstalk if close, but not very, to the usual configuration of placing the transmitters a focal length back from L1. If we placed the transmitters exactly there, then the first term in the denominator of equation 10 would be zero, and equation 10 would reduce to: ε ( L. 0 = f 1 ) = ( d ) ( L. c p l r _ e f f ) 2 f 1 2
Figure DE112015005587B4_0013

Unter Substitution von Gleichung 13 in Gleichung 12 ergibt sich: U ¨ b e r l a p p e n = e x p [ 4 ( d * ( L c p l r _ e f f ) d ' * Z r ) 2 ] .

Figure DE112015005587B4_0014
Substituting equation 13 in equation 12 results in: U ¨ b e r l a p p e n = e x p [ - 4th ( d * ( L. c p l r _ e f f ) d ' * Z r ) 2 ] .
Figure DE112015005587B4_0014

Hier ist d’ der Sender-Durchmesser an dem nahen Feld, und Zr ist der Rayleigh-Bereich des Strahls. Um somit Kreuz-Koppeln zu vermindern, sollte der Nahfeld-Füllfaktor (d/d’) hoch sein, die optische Weglänge zwischen dem Gitter und Koppler sollte lang sein und der Rayleigh-Bereich sollte kurz sein. Im Allgemeinen ist der Nahfeld-Füllfaktor festgelegt. Als ein Beispiel, wenn angenommen wird, dass das WBC-System 20 Diodenbarren und ein Umbildobjektiv mit einer fokalen Länge von 2000 mm enthält, dann ist die Strahlgröße an dem Gitter grob 40 mm (unter der Annahme von 20 milli-radian voller Strahl-Divergenz). Der Rayleigh-Bereich von einem solchen Strahl (1 µm Wellenlänge und Beugung begrenzt) ist etwa 160 m. Der Abstand zwischen dem Gitter und Ausgangskoppler sollte mit dem Rayleigh-Bereich zur KreuzKopplungs-Abschwächung vergleichbar sein. Solche Länge würde das WBC-System im Wesentlichen nicht ausführbar machen. Wenn jedoch der Strahl um 40× zwischen dem Gitter und dem Ausgangskoppler verkleinert wird, wird die optische Weglänge um 160× oder auf etwa 1 m verkürzt. Weiterhin kann die Verminderung der optischen Weglänge unter Verwendung größerer Verminderung in der Strahlgröße erreicht werden. Die Strahl-Verkleinerung kann unter Verwendung verschiedener Mechanismen, wie Linsen, Prismen oder einer Kombination von beiden, ausgeführt werden. Sorgfältiger Aufbau muss beachtet werden, so dass selbst-koppeln von jedem Sender nicht abbaut, so dass der Resonator in der Leistung leidet.Here d 'is the transmitter diameter at the near field and Zr is the Rayleigh region of the beam. Thus, to reduce cross-coupling, the near-field fill factor (d / d ') should be high, the optical path length between the grating and coupler should be long, and the Rayleigh range should be short. In general, the near-field fill factor is fixed. As an example, assuming the WBC system 20th Contains diode bars and a conversion lens with a focal length of 2000 mm, then the beam size at the grating is roughly 40 mm (assuming 20 milli-radians of full beam divergence). The Rayleigh region of such a ray ( 1 µm wavelength and diffraction limited) is about 160 m. The distance between the grating and output coupler should be comparable to the Rayleigh range for cross-coupling attenuation. Such a length would make the WBC system essentially impractical. However, if the beam is reduced by 40x between the grating and the output coupler, the optical path length is reduced by 160x, or about 1 m. Furthermore, the reduction in optical path length can be achieved using greater reduction in beam size. Beam reduction can be accomplished using various mechanisms such as lenses, prisms, or a combination of both. Careful assembly must be observed so that the self-coupling of each transmitter does not degrade, so that the performance of the resonator suffers.

Wenn die Sender jedoch etwas von dieser Position heraus sind, dann kann man in dem ersten Term in dem Nenner von Gleichung 10 tatsächlich den zweiten Term streichen, was den erforderlichen Ablenkungswinkel unendlich macht und die Kreuzkopplung null überlappt. Insbesondere geschieht dies, wenn: L 0 = f 1 + ( f 1 2 L c p l r _ e f f )

Figure DE112015005587B4_0015
However, if the transmitters are a little out of this position then in the first term in the denominator of Equation 10 one can actually delete the second term, making the required deflection angle infinite and the cross talk overlapping zero. In particular, this happens when: L. 0 = f 1 + ( f 1 2 L. c p l r _ e f f )
Figure DE112015005587B4_0015

In anderen Worten, wenn der effektive Abstand zu dem Koppler Lcplr_eff sehr groß ist, gibt uns Gleichung 14 ein potenzielles Rezept zum Ziehen der Sender etwas zurück von dem vorderen Brennpunkt von L1, um Kreuzkopplung zu zerstören.In other words, if the effective distance to the coupler L cplr_eff is very large, Equation 14 gives us a potential recipe for pulling the transmitters back slightly from the front focus of L1 to destroy cross-talk.

3 veranschaulicht ein Beispiel von einem Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem 250 des Standes der Technik, erläutert durch einen Kasten in 2. Hier kann optisches Element 302 eine Linse mit einer fokalen Länge F1 304 aufweisen. Ein zweites optisches Element 306 kann auch eine Linse sein und eine fokale Länge F2 308 aufweisen. Der Abstand zwischen 302 und 306 ist exakt oder ungefähr die Summe der fokalen Längen F1 und F2. Wie vorstehend erörtert, ist es bevorzugt, dass das Verhältnis von F1 zu F2 (F1/F2) mindestens zweifach oder größer ist. Das System 250 kann ein afokales Teleskop-System sein. In anderen Ausführungsformen können mehrfache optische Elemente verwendet werden, wobei die Wirkung des Systems noch die Eigenschaften von einem afokalen Teleskop-System mit einem großen Verhältnis beibehält. 3 Figure 11 illustrates an example of a cross talk attenuation system 250 of the prior art, illustrated by a box in 2 . Optical element can be used here 302 a lens with a focal length F 1 304 exhibit. A second optical element 306 can also be a lens and have a focal length F 2 308 exhibit. The distance between 302 and 306 is exactly or approximately the sum of the focal lengths F 1 and F 2 . As discussed above, it is preferred that the ratio of F 1 to F 2 (F 1 / F 2 ) be at least two times or greater. The system 250 can be an afocal telescope system. In other embodiments, multiple optical elements can be used while the action of the system still retains the properties of a large ratio afocal telescope system.

In verschiedenen Ausführungsformen ist es erwünscht, Linse 302 in dem Rayleigh-Bereich von Strahlen anzuordnen, die von einem streuenden bzw. dispersiven Element (z.B. Beugungsgitter) übertragen werden, während auch ein teilweise-reflektierender Ausgangskoppler oder eine andere reflektierende Oberfläche in den Rayleigh-Bereich von Strahlen, die aus Linse 306 herauskommen, platziert wird. Durch geeignetes Platzieren von Linsen mit einer F1>>F2 Beziehung in diesen Positionen wird ein effektives System erzeugt, um jegliche Kreuzkopplungs-Rückkopplung am Eindringen der nicht-abstammenden Sender oder Quelle zu vermindern und in einigen Fällen ganz zu entfernen.In various embodiments it is desirable to have lens 302 to arrange in the Rayleigh range of rays that are transmitted by a scattering or dispersive element (e.g. diffraction grating), while also a partially reflective output coupler or other reflective surface in the Rayleigh range of rays that are transmitted from the lens 306 come out, is placed. By properly placing lenses with an F 1 >> F 2 relationship in these positions, an effective system is created to eliminate any cross coupling. To reduce feedback at the penetration of the non-parent transmitter or source and, in some cases, to remove it altogether.

4 veranschaulicht ein Stabilisierungs-System 400 (das ein Bereich von einem WBC-Lasersystem sein kann) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welchem ein optisches Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem (welche optische Elemente 410, 420 einschließen können oder im Wesentlichen daraus bestehen) in Verbindung mit einem teilweise reflektierenden Ausgangskoppler 430 angewendet wird, konzipiert, um Reflexionen zu minimieren, die unerwünschte Rückkopplung ergeben könnten. Wie gezeigt, schließt der Ausgangskoppler 430 einen teilweise reflektierenden Strahl-Empfangs-Bereich 434, ausgelegt und positioniert zum Aufnehmen des Strahls von optischem Element 420, ein. Insbesondere weist der Strahl-Empfangs-Bereich 434 im Allgemeinen einen Durchmesser (oder andere seitliche Abmessung) ungefähr von der gleichen Größe wie der Durchmesser (oder andere seitliche Abmessung) des Strahls, der aufnimmt, auf. Der Strahl-Empfangs-Bereich 434, der ungefähr zentriert auf einer Oberfläche des Ausgangskopplers 430 sein kann, ist von einem nicht-reflektierenden Bereich (oder Oberfläche) 432 umgeben, der ein Reflexionsvermögen von 1% oder weniger zu den Wellenlängen des empfangenden Strahls aufweist. Zum Beispiel kann der nicht-reflektierende Bereich 432 mit einer Anti-Reflexions-Beschichtung beschichtet sein, um unerwünschte Rückstrahlung zu verhindern, die optische Übersprechdämpfung ergeben könnte. Somit wird beliebiges Streulicht unter Ausbreiten zu dem Ausgangskoppler 430 außerhalb des Strahl-Empfangs-Bereichs 434 nicht zurück zu den Strahl-Sendern des WBC-Systems reflektieren. Der Strahl-Empfangs-Bereich 434 kann aus dem Rest der Oberfläche von Koppler 430 herausragen (d.h. kann hinsichtlich des nicht-reflektierenden Bereichs 432 erhöht sein), wie in 4 gezeigt, oder der Strahl-Empfangs-Bereich 434 kann ungefähr coplanar mit nicht-reflektierendem Bereich 432 sein. 4th illustrates a stabilization system 400 (which may be a portion of a WBC laser system) according to an embodiment of the present invention, in which a cross-talk attenuation optical system (which optical elements 410 , 420 may include or consist essentially of) in conjunction with a partially reflective output coupler 430 is used, designed to minimize reflections that could result in unwanted feedback. As shown, the output coupler closes 430 a partially reflective beam receiving area 434 , designed and positioned to receive the beam from optical element 420 , a. In particular, the beam receiving area 434 generally a diameter (or other lateral dimension) approximately the same size as the diameter (or other lateral dimension) of the beam that is receiving. The beam receiving area 434 , which is roughly centered on a surface of the output coupler 430 is from a non-reflective area (or surface) 432 that has a reflectivity of 1% or less to the wavelengths of the receiving beam. For example, the non-reflective area can 432 be coated with an anti-reflective coating to prevent unwanted reflection that could result in optical crosstalk attenuation. Thus, any stray light will propagate to the output coupler 430 outside the beam reception area 434 do not reflect back to the beam emitters of the WBC system. The beam receiving area 434 can be made from the rest of the surface of coupler 430 protrude (ie may in terms of the non-reflective area 432 be increased), as in 4th shown, or the beam receiving area 434 can be roughly coplanar with non-reflective area 432 be.

Der Strahl-Empfangs-Bereich 434 kann ein Reflexionsvermögen für die Wellenlängen des Strahls von weniger als ungefähr 15%, z.B. in dem Bereich von ungefähr 2% bis ungefähr 10%, aufweisen, um so die erwünschte Wellenlängenstabilisierung des Strahls von den verbundenen Sendern bereitzustellen. Es wird Wert darauf gelegt, dass der Rest des empfangenen Strahls durch den Ausgangskoppler 430 gelangen wird und zu optischen SystemKomponenten (z.B. eine optische Faser oder ein Werkstück) stromabwärts übertragen wird.The beam receiving area 434 may have a reflectivity for the wavelengths of the beam of less than about 15%, for example in the range of about 2% to about 10%, so as to provide the desired wavelength stabilization of the beam from the associated transmitters. Care is taken that the rest of the received beam goes through the output coupler 430 and is transmitted to optical system components (e.g., an optical fiber or workpiece) downstream.

5 veranschaulicht ein Stabilisierungs-System 500 (welches ein Bereich von einem WBC-Lasersystem sein kann) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in dem ein optisches Element 510 (z.B. eine zylindrische oder kugelförmige Linse) einfach den Strahl auf den teilweise reflektierenden Ausgangskoppler 430 fokussiert, und kein zweites sammelndes optisches Element dazwischen vorliegt. In dieser Weise kann der Ausgangskoppler 430 in einem WBC-Lasersystem ohne die Verwendung von einem optischen Kreuzkopplungs-Abschwächungssystem (z.B. eines einschließlich oder bestehend im Wesentlichen aus zwei oder mehreren optischen Elementen, wie Linsen) angewendet werden. 5 illustrates a stabilization system 500 (which may be a portion of a WBC laser system) according to an embodiment of the present invention, in which an optical element 510 (e.g. a cylindrical or spherical lens) simply direct the beam onto the partially reflective output coupler 430 focused, and there is no second converging optical element in between. In this way the output coupler 430 in a WBC laser system without the use of a cross-coupling optical attenuation system (eg, including or consisting essentially of two or more optical elements such as lenses).

6 veranschaulicht einen Bereich von einem WBC-Lasersystem 600, in dem ein optisches Element 610 Licht direkt in den Kern 650 von einer optischen Faser fokussiert, das ein oder mehrere Merkmale, die als der teilweise reflektierende Ausgangskoppler wirken, einschließt. Wie gezeigt, kann die optische Faser auch einen Mantel 640 aufweisen, der den Kern 650 umgibt; im Allgemeinen weist der Mantel 640 einen Brechungsindex geringer als jener des Kerns 650 auf, so dass Licht in dem Kern 650 eingeschränkt wird. Die Endfläche des Kerns 650 kann im Wesentlichen coplanar mit der Endfläche 642 des Mantels sein oder der Kern 650 kann leicht von Oberfläche 642 herausragen. Um die Wellenlängenstabilisierung bereitzustellen, kann die Endfläche des Kerns 650 teilweise reflektierend für die Wellenlängen des Strahls (z.B. zwischen ungefähr 2% und ungefähr 10% reflektierend oder zwischen ungefähr 4% und ungefähr 10% reflektierend) sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann das teilweise Reflexionsvermögen durch eine Beschichtung auf der Endfläche des Kerns bereitgestellt werden. 6th Figure 3 illustrates a portion of a WBC laser system 600 in which an optical element 610 Light straight to the core 650 focused by an optical fiber that includes one or more features that act as the partially reflective output coupler. As shown, the optical fiber can also have a cladding 640 having the core 650 surrounds; generally exhibits the coat 640 a refractive index lower than that of the core 650 on so that light is in the core 650 is restricted. The end face of the core 650 may be substantially coplanar with the end face 642 the mantle or the core 650 can be easily removed from surface 642 stick out. To provide the wavelength stabilization, the end face of the core 650 partially reflective for the wavelengths of the beam (e.g., between about 2% and about 10% reflective, or between about 4% and about 10% reflective). In various embodiments, the partial reflectivity can be provided by a coating on the end face of the core.

In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann anstelle von oder zusätzlich zu einer teilweise reflektierenden Beschichtung ein Faser-Bragg-Gitter 654 in dem Kern 650 bereitgestellt werden, um das erwünschte teilweise Reflexionsvermögen bereitzustellen. Wie dem Fachmann bekannt, schließt das Faser-Bragg-Gitter eine periodische Variation des Brechungsindex von einem Bereich der Faser (z.B. in dem Kern 650) ein oder besteht im Wesentlichen daraus. Die Periodenvariation kann z.B. von der Größenordnung von einer Hälfte der Wellenlänge (oder einer der Wellenlängen) des empfangenen Strahls sein und das Gitter leitet somit Fresnel-Reflexion ein. Die Wellenlängenabhängigkeit und/oder die Höhe der Reflexion können durch das besondere Gittermuster und die Brechungsindexvariation darin ausgewählt werden. In verschiedenen Ausführungsformen können mehrfache Faser-Bragg-Gitter 654 in dem Kern 650 angeordnet sein und jedes Gitter 654 kann eine andere Brechungsindexvariation und/oder Wellenlängenselektivität aufweisen.In various embodiments of the invention, a fiber Bragg grating can be used instead of or in addition to a partially reflective coating 654 in the core 650 may be provided to provide the desired partial reflectivity. As known to those skilled in the art, the fiber Bragg grating involves a periodic variation in the index of refraction of a portion of the fiber (e.g., in the core 650 ) or essentially consists of it. The period variation can be, for example, of the order of half the wavelength (or one of the wavelengths) of the received beam and the grating thus introduces Fresnel reflection. The wavelength dependence and / or the height of the reflection can be selected by the particular grating pattern and the refractive index variation therein. In various embodiments, multiple fiber Bragg gratings 654 in the core 650 be arranged and each grid 654 may have a different refractive index variation and / or wavelength selectivity.

In verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche 642 des Mantels 640 mit einer anti-reflektierenden Beschichtung beschichtet sein, um so jedes abweichende Licht zu verhindern, das von dem Strahl vom Reflektieren zurück in benachbarte Sender oder Strahlen streut. Zum Beispiel kann die Oberfläche 642 beschichtet sein, um so ein Reflexionsvermögen von weniger als 1% für die Wellenlängen des Strahls aufzuweisen.In various embodiments, the surface 642 of the coat 640 be coated with an anti-reflective coating so as to prevent any aberrant light that scatters from the beam from reflecting back into adjacent emitters or beams. For example, the surface can 642 be coated so as to have a reflectivity of less than 1% for the wavelengths of the beam.

7 veranschaulicht ein Wellenlängen-Stabilisierungs-System 700 (das ein Bereich von einem WBC-Lasersystem sein kann), in dem ein optisches Element 710 Licht in den Kern 650 der optischen Faser fokussiert. In System 700 ist eine Abschlusskappe 720 über und in Kontakt mit Kern 650 (und in einigen Ausführungsformen Oberfläche 642 dem Mantel 640) angeordnet; in einigen Ausführungsformen ist die Abschlusskappe 720 an der optischen Faser mit einem Index-passenden Material dazwischen befestigt. In anderen Ausführungsformen ist mindestens ein Bereich der optischen Faser (z.B. Kern 650) direkt mit der Abschlusskappe 720 verbunden. Wie in 7 gezeigt, ermöglicht das Vorliegen der Abschlusskappe 720 die effektive Grenzfläche zwischen der optischen Faser und dem ankommenden Strahl (d.h. der Punkt, an dem der Strahl in die Abschlusskappe eindringt), um den Strahl aufzunehmen, wenn er einen größeren Durchmesser (oder Breite) aufweist, wodurch die Stromdichte des Strahls nach Eintritt an der optischen Faser vermindert wird. Das Vorliegen der Abschlusskappe 720 kann auch andere Bereiche der optischen Faser vor Wärme, Feuchtigkeit und/oder anderen Umweltverunreinigungen schützen. 7th illustrates a wavelength stabilization system 700 (which can be an area from a WBC laser system) in which an optical element 710 Light to the core 650 the optical fiber is focused. In system 700 is a graduation cap 720 over and in contact with core 650 (and in some embodiments surface 642 the coat 640 ) arranged; in some embodiments the end cap is 720 attached to the optical fiber with an index matching material therebetween. In other embodiments, at least a portion of the optical fiber (e.g., core 650 ) directly to the end cap 720 tied together. As in 7th shown allows the presence of the end cap 720 the effective interface between the optical fiber and the incoming beam (i.e., the point at which the beam enters the end cap) to accommodate the beam if it is of a larger diameter (or width), thereby increasing the current density of the beam after it has entered of the optical fiber is decreased. The presence of the end cap 720 can also protect other areas of the optical fiber from heat, moisture, and / or other environmental contaminants.

8 veranschaulicht ein Wellenlängen-Stabilisierungs-System 800 (das ein Bereich von einem WBC-Lasersystem sein kann), in dem ein optisches Element 810 Licht in den Kern 650 der optischen Faser fokussiert. System 800 beinhaltet einen Modenabstreifer 820, um weiterhin die Reinheit und Übertragungsfähigkeiten der optischen Faser hinsichtlich des Strahls zu erhöhen. Es wird Wert darauf gelegt, dass wie Strahlen Übertragungsmedien ändern, die verschiedenen Brechungsindizes und Lichteinfallswinkel in eine optische Faser einen Mantelmodus ergeben können, d.h. Licht, das in dem Material des Mantels ausgelenkt wird. Dieser Mantelmodus kann unerwünscht sein, da solches Licht Wellenlängenstörung und Verunreinigung des primären Strahls ergeben kann. Wie dem Fachmann bekannt, kann der Modenabstreifer 820 einschließen, besteht im Wesentlichen daraus oder besteht aus einem Material mit einem Brechungsindex von nicht weniger als (d.h. gleich oder größer als) jener des Mantels 640; in dieser Weise wird Licht, das sich im Allgemeinen als ein Mantelmodus in dem Mantel ausbreiten könnte, vorzugsweise in den Modenabstreifer eindringen und aus der optischen Faser herausstrahlen. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Modenabstreifer 820 e einen Brechungsindex von größer als jener des Mantels 640 aufweisen. Wie in 8 gezeigt, kann ein Index-passendes Material 830 zwischen dem Kern 650 (oder in einigen Ausführungsformen der Mantel 640) und dem Modenabstreifer 820 angeordnet sein. (Wenn hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Index-passendes Material“ auf ein Material, angeordnet zwischen zwei anderen Materialien und mit einem Brechungsindex zwischen den Brechungsindizes der zwei Materialien oder ungefähr gleich dem Brechungsindex von einem oder beiden der Materialien.) Obwohl 8 den Modenabstreifer 820 als direkt unter Umgeben des Kerns 650 anführt, ist in verschiedenen Ausführungsformen mindestens ein Bereich des Mantels 640 zwischen dem Kern 650 und dem Modenabstreifer 820 angeordnet. 8th illustrates a wavelength stabilization system 800 (which can be an area from a WBC laser system) in which an optical element 810 Light to the core 650 the optical fiber is focused. system 800 includes a mode stripper 820 to further increase the purity and transmission capabilities of the optical fiber with respect to the beam. It is important that as rays change transmission media, the various indices of refraction and angles of incidence of light into an optical fiber can result in a cladding mode, that is, light deflected in the material of the cladding. This cladding mode can be undesirable as such light can result in wavelength interference and contamination of the primary beam. As known to those skilled in the art, the mode stripper 820 include, consists essentially of or consists of a material having an index of refraction not less than (ie, equal to or greater than) that of the clad 640 ; in this way, light that could generally propagate as a cladding mode in the cladding will preferentially enter the mode stripper and radiate out of the optical fiber. In various embodiments, the mode stripper 820 e has a refractive index greater than that of the clad 640 exhibit. As in 8th shown can be an index-matching material 830 between the core 650 (or in some embodiments the coat 640 ) and the mode stripper 820 be arranged. (As used herein, the term "index-matching material" refers to a material sandwiched between two other materials and having an index of refraction between the indices of refraction of the two materials or approximately equal to the index of refraction of one or both of the materials.) Although 8th the fashion stripper 820 than directly under surrounding the core 650 cited, is in various embodiments at least one area of the jacket 640 between the core 650 and the fashion stripper 820 arranged.

In beliebigen der vorstehend erwähnten Wellenlängen-Stabilisierungs-Systeme wird Wert darauf gelegt, dass der Strahl auf verschiedenen Wegen über die Zugabe von optischen und/oder streuenden bzw. dispersiven Elementen, ausgelegt zum Erreichen der erwünschten Strahlqualitäten, manipuliert werden können. Zum Beispiel können optische Elemente, wie Gitter und/oder Kollimatoren, in dem WBC-System und/oder dem Stabilisierungs-System vorliegen. Es wird auch Wert darauf gelegt, dass die teilweise reflektierenden Elemente mit teilweise reflektierenden Eigenschaften durch eine beliebige Anzahl von Mitteln bereitgestellt werden können, einschließlich, jedoch nicht auf das Bereitstellen von Gittern, Beschichtungen usw. begrenzt, um so die erwünschte Übertragung und erwünschte Reflexionsqualitäten zu erreichen.In any of the above-mentioned wavelength stabilization systems, emphasis is placed on the fact that the beam can be manipulated in various ways via the addition of optical and / or scattering or dispersive elements designed to achieve the desired beam qualities. For example, optical elements such as gratings and / or collimators can be present in the WBC system and / or the stabilization system. It is also appreciated that the partially reflective elements with partially reflective properties can be provided by any number of means including, but not limited to, the provision of gratings, coatings, etc., so as to provide the desired transmission and reflective qualities reach.

Die hierin angewendeten Begriffe und Ausdrücke werden als Begriffe der Beschreibung und nicht der Begrenzung verwendet, und es gibt keine Absicht bei der Verwendung von solchen Begriffen und Ausdrücken, irgendwelche Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Bereiche davon auszuschließen, jedoch wird erkannt, dass verschiedene Modifizierungen in dem beanspruchten Umfang der Erfindung möglich sind.The terms and expressions used herein are used as terms of description and not of limitation, and there is no intent in the use of such terms and expressions to exclude any equivalents of the features or ranges shown and described, however, it is recognized that various modifications are possible are possible within the scope of the invention as claimed.

Claims (17)

Lasersystem, umfassend: eine Anordnung von Strahl-Sendern (102), die jeweils einen Strahl senden; Abbildungsoptik (110) zum Fokussieren der Strahlen auf ein streuendes bzw. dispersives Element (112); ein streuendes bzw. dispersives Element (112) zum Empfangen und Streuen der fokussierten Strahlen, wodurch ein Multiwellenlängenstrahl gebildet wird; und eine optische Faser zum Empfangen des Multiwellenlängenstrahls, wobei die optische Faser umfasst (i) einen Kern (650) zum Empfangen des Multiwellenlängenstrahls, der einen ersten Bereich davon zurück auf das streuende bzw. dispersive Element (112) reflektiert und einen zweiten Bereich davon als einen aus vielen Wellenlängen zusammengesetzten Ausgabestrahl sendet, wobei der Kern (650) eine teilweise reflektierende Oberfläche aufweist, und (ii) umgebend den Kern, einen Mantel (640), der ein Reflexionsvermögen für den Multiwellenlängenstrahl von weniger als 1% aufweist, wobei das streuende bzw. dispersive Element (112) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Beugungsgitter, einem streuenden Prisma, einem Grisma (Prisma/Gitter), einem Übertragungsgitter oder einem Echelle-Gitter.A laser system comprising: an array of beam emitters (102) each transmitting a beam; Imaging optics (110) for focusing the rays on a scattering or dispersive element (112); a dispersive element (112) for receiving and dispersing the focused beams, thereby forming a multi-wavelength beam; and an optical fiber for receiving the multi-wavelength beam, the optical fiber comprising (i) a core (650) for receiving the multi-wavelength beam reflecting a first portion thereof back onto the dispersive element (112) and a second portion thereof as one composed of many wavelengths Emits output beam, the core (650) having a partially reflective surface, and (ii) surrounding the core, a cladding (640) having a reflectivity for the multi-wavelength beam of less than 1%, wherein the scattering or dispersive element ( 112) is selected from the group consisting of a diffraction grating, a scattering prism, a grism (prism / grating), a transmission grating or an echelle grating. Lasersystem nach Anspruch 1, wobei ein Bereich des Kerns (650) aus dem Mantel (640) herausragt.Laser system according to Claim 1 wherein a portion of the core (650) protrudes from the cladding (640). Lasersystem nach Anspruch 1, wobei die optische Faser derart positioniert ist, dass an der teilweise reflektierenden Oberfläche des Kerns (650) ein Durchmesser des Kerns (650) nicht weniger als ein Durchmesser des Multiwellenlängenstrahls ist.Laser system according to Claim 1 wherein the optical fiber is positioned such that at the partially reflective surface of the core (650), a diameter of the core (650) is not less than a diameter of the multi-wavelength beam. Lasersystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Abschlusskappe (720), die an der optischen Faser befestigt und optisch stromaufwärts von der teilweise reflektierenden Oberfläche des Kerns (650) angeordnet ist.Laser system according to Claim 1 further comprising an end cap (720) attached to the optical fiber and optically positioned upstream of the partially reflective surface of the core (650). Lasersystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Antireflex-Beschichtung, angeordnet über dem Mantel (640) der optischen Faser.Laser system according to Claim 1 further comprising an anti-reflective coating disposed over the cladding (640) of the optical fiber. Lasersystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Modenabstreifer (820), der um mindestens einen Bereich des Kerns (650) der optischen Faser angeordnet ist.Laser system according to Claim 1 further comprising a mode stripper (820) disposed around at least a portion of the core (650) of the optical fiber. Lasersystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Kreuzkopplung-Abschwächungssystem (250) zum Empfangen und Übertragen des Multiwellenlängenstrahls unter Vermindern der Kreuzkopplung davon.Laser system according to Claim 1 , further comprising a cross-talk attenuation system (250) for receiving and transmitting the multi-wavelength beam while reducing the cross-talk therefrom. Lasersystem nach Anspruch 7, wobei die teilweise reflektierende Oberfläche des Kerns (650) der optischen Faser in einem Rayleigh-Bereich des durch das Kreuzkopplung-Abschwächungssystem (250) übertragenen Multiwellenlängenstrahls angeordnet ist.Laser system according to Claim 7 wherein the partially reflective surface of the core (650) of the optical fiber is located in a Rayleigh region of the multi-wavelength beam transmitted by the cross-talk attenuation system (250). Lasersystem nach Anspruch 7, wobei mindestens ein Bereich des Kreuzkopplung-Abschwächungssystems (250) in einem Rayleigh-Bereich des durch das streuende bzw. dispersive Element (112) übertragenen Multiwellenlängenstrahls angeordnet ist.Laser system according to Claim 7 wherein at least one area of the cross-coupling attenuation system (250) is arranged in a Rayleigh area of the multi-wavelength beam transmitted by the scattering element (112). Lasersystem nach Anspruch 7, wobei das Kreuzkopplung-Abschwächungssystem (250) ein afokales Teleskop umfasst.Laser system according to Claim 7 wherein the cross talk attenuation system (250) comprises an afocal telescope. Lasersystem nach Anspruch 7, wobei das Kreuzkopplung-Abschwächungssystem (250) ein erstes optisches Element (410) mit einer ersten fokalen Länge (304) und ein zweites optisches Element (420) mit einer zweiten fokalen Länge (308) umfasst, wobei das erste optische Element (410) optisch stromaufwärts von dem zweiten optischen Element (420) angeordnet ist.Laser system according to Claim 7 wherein the crosstalk attenuation system (250) comprises a first optical element (410) with a first focal length (304) and a second optical element (420) with a second focal length (308), the first optical element (410) is arranged optically upstream of the second optical element (420). Lasersystem nach Anspruch 11, wobei die erste fokale Länge (304) mindestens zweifach größer als die zweite fokale Länge ist (308).Laser system according to Claim 11 wherein the first focal length (304) is at least two times greater than the second focal length (308). Lasersystem nach Anspruch 11, wobei die erste fokale Länge (304) mindestens siebenfach größer als die zweite fokale Länge (308) ist.Laser system according to Claim 11 wherein the first focal length (304) is at least seven times greater than the second focal length (308). Lasersystem nach Anspruch 11, wobei jedes von den ersten und zweiten optischen Elementen (410, 420) eine Linse (110) umfasst.Laser system according to Claim 11 wherein each of the first and second optical elements (410, 420) comprises a lens (110). Lasersystem nach Anspruch 11, wobei das erste optische Element (410) in einem Rayleigh-Bereich des durch das dispersive Element (112) übertragenen Multiwellenlängenstrahls angeordnet ist.Laser system according to Claim 11 wherein the first optical element (410) is arranged in a Rayleigh region of the multi-wavelength beam transmitted through the dispersive element (112). Lasersystem nach Anspruch 11, wobei die teilweise reflektierende Oberfläche des Kerns (650) der optischen Faser in einem Rayleigh-Bereich des durch das zweite optische Element (420) übertragenen Multiwellenlängenstrahls angeordnet ist.Laser system according to Claim 11 wherein the partially reflective surface of the core (650) of the optical fiber is located in a Rayleigh region of the multi-wavelength beam transmitted through the second optical element (420). Lasersystem nach Anspruch 11, wobei eine optische Entfernung zwischen den ersten und zweiten optischen Elementen (410, 420) ungefähr gleich einer Summe der ersten und zweiten fokalen Längen (304, 308) ist.Laser system according to Claim 11 wherein an optical distance between the first and second optical elements (410, 420) is approximately equal to a sum of the first and second focal lengths (304, 308).
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