DE69320657T2 - EIN DIODENGEPUMPTER,KONTINUIERLICH ARBEITENDER OPTISCHER EINZELMODEN-FASERLASER, der bei 976 nm emittiert - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Einmodenfaser-Laservorrichtung und insbesondere eine neue Laserquelle für Strahlung im Wellenlängenbereich von 976 nm, allgemein definiert als 970-980 nm, die insbesondere für Telekommunikationssysteme nützlich ist.
- Die Erfindung zielt darauf ab, eine Laserquelle zu schaffen, die in der Lage ist, im CW-Betrieb im Bereich von 976 nm mit einer beträchtlichen Ausgangsleistung in der Größenordnung von 100 mW zu emittieren, und die direkt an einen optischen Verstärker wie z. B. einen Erbiumfaserverstärker angespleißt werden kann.
- Der optische Einmodenfaserlaser gemäß der Erfindung ist insbesondere anwendbar, um einen Erbiumfaserverstärker ohne nennenswerte Verluste mit einer Pumpstrahlung zu beaufschlagen.
- In der Druckschrift "Continuous-Wave Tunable and Superfluerescent Operation of a Monomode Ytterbium-Doped Fiber-Laser" von D.C. Hanna et al. Proceedings of the OSA Topical Meeting vom 1.-3. Mai 1989, wird die Möglichkeit offenbart, eine Einmoden-Emission bei 976 nm durch eine mit Ytterbium dotierte optische Faser zu erreichen, die durch einen separaten Farb stofflaser im Wellenlängenbereich zwischen 800 und 920 nm gepumpt wird.
- Ein solches Pumpschema führt zu hohen Laserschwellen aufgrund der ziemlich hohen Yb-Konzentration, die für eine Absorption der zum Erzielen einer hohen Ausgangsleistung ausreichenden Pumpstrahlung notwendig ist.
- Eine hohe Laserschwelle bedeutet, daß eine relativ hohe Mindestleistung benötigt wird, um die Lasertätigkeit der Vorrichtung zu starten, was ein erheblicher Nachteil für viele Anwendungen im Telekommunikationsbereich ist, insbesondere in ferngespeisten Systemen.
- In einer Druckschrift von E. Snitzer, "Recent Advances in Glass Laser", NEREM RECORD, 1968, wird über den Betrieb eines Lasers auf der Basis von mit Nd und Yb dotiertem Glas berichtet. Der Mechanismus beim Betrieb einer solchen Vorrichtung ist ein nicht strahlender Energietransfer zwischen Nd und Yb, der bei den in dem Artikel dargestellten hohen Konzentrationspegeln stattfindet.
- Im wesentlichen wird Nd durch die Eingangsstrahlung gepumpt, und Nd gibt seinerseits Energie an Yb ab, so daß eine hohe Konzentration von Yb auch in diesem Fall erforderlich ist, wenn man eine hohe Ausgangsleistung wünscht. Ferner ermöglicht die Vorrichtung nur Impulsbetrieb (nichtkontinuierliche Welle) und die Emission bei einer Wellenlänge um 1060 nm.
- Als weiteres Beispiel für einen mit Nd dotierten Faserlaser ist aus der US-A 4,829,529 ein Einmodenfaserlaser bekannt, der bei einer Wellenlänge von 1080 nm emittiert und eine mit Nd dotierte Einmoden-Glasfaser, die von einer Mehrmoden- Faseroberfläche und einer äußeren Ummantelungsschicht umgeben ist, zwei Spiegel an den Faserenden zur Bildung eines Resonanzhohlraums und eine kohärente 800 nm-Hochleistungs- Laserdiodenquelle enthält, die mit einem Ende der Faser durch eine optische Fokussiereinrichtung gekoppelt ist. Auch diese Vorrichtung emittiert Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 1060-1080 nm.
- Außerdem befaßt sich der vorstehend genannte Stand der Technik in keinem Fall mit dem Problem, den Faserlaser mit einem Faserelement wie z. B. einem Erbiumverstärker zu verbinden.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laservorrichtung zu verwirklichen, die in der Lage ist, die oben genannten Einschränkungen der bekannten Techniken zu vermeiden, und insbesondere
- - eine Nd-Yb-dotiertes Glas enthaltende Laservorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, im CW-Betrieb im Bereich von 970-980 nm zu arbeiten;
- - die Anschließbarkeit der Laserquelle an einen Erbiumverstärker zu verbessern;
- - die Verwendung einer preisgünstigen Pumpvorrichtung zu ermöglichen.
- Die oben genannten Ziele werden durch die Erfindung erreicht, nämlich einen optischen Einmodenfaserlaser mit:
- - einer Pumplaserdiodenquelle, die Licht mit einer ersten Wellenlänge emittiert;
- - einem optischen Fasersegment, das an einem Ende mit der genannten Laserdiodenquelle gekoppelt ist und folgendes aufweist:
- i. einen inneren Stufenindex-Einmodenwellenleiter;
- ii. einen diesen umgebenden äußeren Mehrmodenwellenleiter;
- iii. eine den äußeren Wellenleiter umgebende Ummantelung,
- dadurch gekennzeichnet, daß
- - ein Spiegelpaar an den Enden des genannten optischen Fasersegments angeordnet ist,
- - der genannte innere Wellenleiter mit Nd sowie einer Konzentration von Yb dotiert ist, die ausreichend niedrig ist, um einen Intracavity-Strahlungsübergang von Nd nach Yb zu gewährleisten;
- - die genannten Spiegel Nd-Laserstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge im Bereich von 910-940 nm und Yb-Laserstrahlung mit einer dritten Wellenlänge von 970-980 nm reflektieren und Reflexionen von Wellenlängen verhindern, die außerhalb des durch die genannten zweiten und dritten Wellenlängen definierten Bereiches liegen;
- - die genannte erste Wellenlänge im Bereich von 780-820 nm liegt.
- Gemäß der Erfindung ist das Erreichen der gewünschten Ziele auf eine Kombination von Merkmalen zurückzuführen und genauer gesagt: auf das gleichzeitige Dotieren der aktiven Faser mit Nd und Yb, die Verwendung geringer Yb-Konzentrationen und die spezielle Ausführung der Endspiegel.
- Um eine hohe Ausgangsleistung zu erreichen, wendet die Erfindung nicht die konventionellen Methoden einer Erhöhung der Dotierungskonzentration oder/und der Pumpleistung an, sondern sie nutzt vorteilhaft den Intracavity-Pumpeffekt bei einem Strahlungsenergietransfer zwischen den Dotierstoffen. Ferner beruht sie darauf, daß das System gezwungen wird, mit einer anderen als der spontanen Wellenlängen zu lasern.
- Im Gegensatz zur gegenwärtigen technischen Meinung, daß bei Reduzierung der Dotierungskonzentration (zur Herabsetzung der Laserschwelle) unterhalb eines vorbestimmten Wertes kein Lasereffekt erreichbar sei, hat die Anmelderin überraschender weise festgestellt, daß man im Fall einer drastischen Reduzierung der Yb-Konzentration unterhalb des oben genannten Wertes (d. h. bei einer Konzentration von Yb, die 100-1000 mal geringer ist als die Yb-Konzentration in den bekannten Vorrichtungen) wieder eine Lasertätigkeit erreicht.
- Da die geringe Konzentration von Yb zu einer Verringerung der Gesamtkonversionseffizienz beim Tandempumpen aufgrund geringer Absorption führt, wird ferner gemäß der angemeldeten Erfindung - zur Erhöhung der Absorptions-/Konversionseffizienz - Intracavity-Pumpen in der Faser herbeigeführt durch gleichzeitiges Dotieren einer Einmodenfaser mit Nd und sehr geringen Konzentrationen von Yb, sowie dadurch, daß das Nd gezwungen wird, mit einer Wellenlänge zu lasern, die sehr nahe bei derjenigen liegt, welche von den Yb-Ionen absorbiert werden kann.
- Mit anderen Worten ist es dank
- - der hohen Leistung innerhalb des Resonanzhohlraums (Intracavitypumpen); und
- - der speziellen Ausführung der Spiegel, durch die das Nd gezwungen werden kann, bei einer Wellenlänge zu emittieren, die derjenigen sehr nahekommt, welche Yb-Ionen zu absorbieren in der Lage sind,
- möglich, die Absorption und folglich die Konversionseffizienz zu steigern.
- Die allgemeine Betriebsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist wie folgt anzunehmen.
- Nd wird durch einen Diodenlaser gepumpt, der bei ungefähr 800 nm emittiert. Die Laserstrahlung des Nd erfolgt bei 920 nm, da die Spiegel aufgrund geeigneter Ausbildung seine natürliche Strahlung bei 1,06 um abbrechen. Die innerhalb des Resonanzhohlraums vorhandene hohe Leistungsdichte pumpt ihrerseits die Yb-Ionen auf sehr effiziente Weise, so daß man Ver stärkung für CW(Continous Wave)-Einmodenemission niedriger Schwelle bei 976 nm erreicht. Der Energietransfer zwischen Nd und Yb findet durch Photonenabsorption und nicht durch Atomkollisionen wie in der bekannten Vorrichtung statt.
- Die Laservorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Lage, eine sehr stabile und effiziente Emission im Spektralbereich von 976 ± 1 nm zu erzeugen, und kann ohne nennenswerte Verluste direkt mit einem Erbiumfaserverstärker verspleißt werden.
- Ein weiterer Vorteil der Laservorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß es sich bei der Pumpvorrichtung um eine preiswerte 800 nm-Mehrmoden-GaAlAs-Laserdiode handelt, die allgemein verfügbar und zuverlässig ist. Durch eine Vergrößerung der Ausgangsleistung auf 250-500 mW kann leicht ein Ausgangsleistungsniveau in der Größenordnung von 100-200 mW bei 976 nm erreicht werden.
- Aufgrund der großen Emissionsoberfläche (50-100 um²) dieser Dioden übersteigt die Ausgangsleistungsdichte nicht 3-5 mW/um², was zehnmal geringer ist als im Fall einer Einmodentechnik bei 980 nm.
- Ein zusätzlicher Vorteil der Faserlaservorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Anordnung zur Stabilisierung der Diodenemissionswellenlänge sehr einfach ist. Dank des breiten Pumpbandes der Nd-Ionen im Quarzglas ist die Anwendung von Dioden möglich, die im Bereich 780-820 nm emittieren, also innerhalb von ±20 nm.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser verständlich durch die Beschreibung von bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsformen der Vorrichtung, wie sie - nur als nicht einschränkende Beispiele - in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen:
- Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform einer Laservorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Längsschnitt ihres optischen Wellenleitersegments zeigt;
- Fig. 2 das Profil des Brechungsindex in der Faser der Laservorrichtung darstellt;
- Fig. 3 einen Querschnitt des optischen Wellenleitersegments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 4 einen Querschnitt eines optischen Wellenleitersegments gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- Fig. 5 schematisch eine alternative Ausführungsform zur Kopplung der Pumpdiode mit dem optischen Wellenleitersegment darstellt.
- Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Laservorrichtung der Erfindung aus einer pumpenden Laserdiode 1 und einem Stück oder Segment 2 eines optischen Wellenleiters, der einen inneren Wellenleiter 10 und einen ihn umgebenden äußeren Wellenleiter 11 sowie eine den Wellenleiter 11 umgebende Ummantelungsschicht 12 aufweist. Die Länge des optischen Wellenleiters ist vorzugsweise in der Größenordnung von etwa einem Meter.
- Vorzugsweise wird dieser optische Wellenleiter als Doppelkernfaser 2 realisiert mit einem inneren Kern 10, einem äußeren Kern 11 und einer ringförmigen Ummantelung 12, die alle einen allgemein kreisförmigen Querschnitt haben.
- Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Form begrenzt. Fig. 3 zeigt eine elliptische Struktur mit einem inneren Wellenleiter 10a, einem ihn umschließenden äußeren Mehrmoden-Wellenleiter 11a und einer Quarzummantelung 12a, die alle einen allgemeinen elliptischen Querschnitt haben.
- Fig. 4 illustriert eine Ausführungsform mit einem rechteckigen Aufbau mit einem inneren Wellenleiter 10b, einem ihn umschließenden äußeren Mehrmoden-Wellenleiter 11b und einer Quarzummantelung 12b, die alle einen allgemeinen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.
- Nachfolgend wird die Erfindung weiter unter Bezugnahme auf eine Struktur mit kreisförmigem Querschnitt erläutert, doch gilt die Offenbarung auch für die anderen möglichen Ausführungsformen, soweit nichts gegenteiliges angegeben wird.
- Das bevorzugte Profil des Brechungsindexes ri des Wellenleiter 2 (10i-12i) ist in Fig. 2 dargestellt, wobei der innere Kern 10 der Faser 2 ein Stufenindex-Einmodenkern ist, der sowohl mit Nd als auch Yb in einem Verhältnis von 20 bis 100 und vorzugsweise von 30 bis 50 dotiert ist. Die Menge der Dotierstoffe wird weiter unten diskutiert.
- Der innere Wellenleiter 10 besteht aus mit Al, P, Sc, Y oder einer Kombination hieraus dotiertem Quarzglas.
- Der ihn umgebende äußere Wellenleiter 11 ist ein Gradientenindex-Mehrmodenkern mit einem Außendurchmesser von 30 bis 100 um, abhängig von der Stirnflächengröße der Diode 1.
- Allgemeiner gesagt ist der Brechungsindex des äußeren Kerns 11 niedriger als der des inneren Kerns 10. Eine solche Faser kann nach einem konventionellen MCVD-Verfahren hergestellt werden.
- Die Ummantelung 12 besteht vorzugsweise aus mit Fluor dotiertem Quarzglas. Alternativ kann die Ummantelung 12 aus einem Polymermaterial bestehen. Der Brechungsindex 12i ist allgemein konstant, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
- Jedes Ende der Faser ist mit einem mehrschichtigen dielektrischen Spiegel 3 bzw. 4 beschichtet. Beide Spiegel sind hoch reflektierend (> 90%) für eine Strahlung im Bereich 910-940 nm und für eine Strahlung im Bereich 970-980 nm. Ferner sollen die Spiegel praktisch keine Wellenlängen reflektieren, die außerhalb des Bereiches 910-980 nm liegen, insbesondere den Bereich 1000-1100 nm, d. h. den Bereich der natürlichen Emission von Nd.
- Dies bedeutet, daß die Spiegel die Wellenlänge im Pumpbereich reflektieren (oder einfangen) und die Wellenlängen oberhalb von 980 nm durchlassen, insbesondere die im Bereich 1060-1100 nm. Höchst vorzugsweise ist bei 976 nm nur der der Pumpdiode 1 zugewandte Spiegel 3 hoch reflektiv (> 99%), wohingegen der Ausgangsspiegel 4 weniger relektierend ist (ungefähr 90%). Die Spiegel können durch direktes Sputtern unter Anwendung einer bekannten HF-Magnetrontechnik gebildet werden.
- Eine Laserdiodenquelle, die ein Pumplicht mit einer Wellenlänge von 780-820 nm emittiert, ist optisch mit der einen Endfläche der Faser gekoppelt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Quelle 1 um eine 800 nm-Mehrmodendiode, deren aktive Oberfläche optisch mit einer Endfläche der Faser gekoppelt ist, eventuell durch eine zylindrische Linse (nicht dargestellt). Bei der Laserdiode 1 handelt es sich z. B. um eine GaAlAs-Mehrmoden- SQW-Diode, die nach einem MOCVD-Verfahren hergestellt wird. Eine solche Quelle kann durch ein Dioden-Array ersetzt werden.
- Der durch die Laserquelle 1 erzeugte Lichtstrahl 5, der an einem der Faserenden in den Außenkern eingekoppelt wird, breitet sich durch diesen aus und kann eventuell, aber nicht notwendigerweise am anderen Faserende durch den Spiegel 4 zurückreflektiert werden, der bei der Pumpwellenlänge hochgradig reflektierend sein.
- Durch mehrfache Reflexionen an der Grenze zwischen Außenkern und Ummantelung dringt das Licht in den inneren Kern ein (wie in Fig. 1 dargestellt) und wird von den Nd3&spplus;-Ionen absorbiert, die ihrerseits im Bereich von 925-930 nm aufgrund der Resonanzübertragung 4F3/2 --> 419/2 lasern. Diese Emission wiederum wirkt als Pumpstrahlung für die Yb3&spplus;-Ionen desselben inneren Kerns 10, der auf einer Wellenlänge von 976 nm lasert, welche der Resonanzübertragung 2F5/2 --> 2F7/2 entspricht.
- Die von den Yb-Ionen emittierte Linie hängt nicht von der Vorrichtungstemperatur ab, und im Quarzglas beträgt die Halbwertsbreite nur etwa 3 nm. Bei Verwendung dieser Vorrichtung zum Pumpen von mit Er dotierten optischen Faserverstärkern gibt es aufgrund der Tatsache, daß die Laserwellenlänge automatisch nahe dem Maximum des Bandes lokalisiert ist, kein Problem mit der Verschiebung der Pumplichtlinie außerhalb des Erbiumabsorptionsbandes aufgrund der entweder durch den Herstellungsprozeß oder durch Temperatureinfluß verursachten Streueffekte. Da ein 940 nm-Wasserabsorptionsband die Pumstrahlung von Yb-Ionen (930 nm) überlappt, ist es zweckmäßig, den Wassergehalt der Faser zu kontrollieren.
- Bei den gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat der optische Wellenleiter 2 die nachstehend aufgeführten Merkmale:
- Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie schematisch in Fig. 5 dargestellt ist, in der dieselben Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Komponenten benutzt wurden, erfolgt die Kopplung zwischen der Pumpdiode 1 und dem optischen Wellenleitersegment 2 durch ein Mehrmodenfaser- Anschlußkabel 20, das an einem Ende direkt mit dem Wellenleitersegment verspleißt und am anderen Ende durch konventionelle und nicht dargestellte Mittel mit der Diode 1 verbunden ist.
- Aus graphischen Gründen ist das optische Wellenleitersegment 2 vergrößert dargestellt, während seine wirkliche Größe ungefähr dieselbe ist wie die des Faseranschlußkabels 20.
- Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Anforderungen an die Stabilität der Diodenemissionswellenlänge erheblich vereinfacht werden. Aufgrund des breiten Pumpbandes der Nd-Ionen im Quarzglas ist es möglich, Dioden mit einer Wellenlänge von 790 nm bis 820 zu benutzen, d. h. innerhalb eines Bandes von ±15 nm.
- Insbesondere dank der speziellen Seltenerddotierstoffe Nd und Yb ist es möglich, eine kostengünstige 800 nm-GaAlAs- Mehrmoden-Laserdiode zu benutzen, die einfach verfügbar und zuverlässig ist.
- Darüber hinaus ist es dank der speziellen Ausgestaltung der Spiegel möglich, eine Laservorrichtung herzustellen, die im Bereich von 970-980 nm arbeiten kann.
- Weiter ist es aufgrund der sehr niedrigen Konzentration von Yb (100-1000 mal niedriger als die Konzentration der bekannten Vorrichtungen) möglich, einen Laser, der mit Strahlungsenergieübertragung zwischen Nd und Yb arbeitet, und folglich einen optischen Einmodenfaserlaser mit CW-Betrieb, zu erhalten.
Claims (1)
1. Optischer Einmodenfaserlaser mit:
- einer Pumplaserdiodenquelle (1), die Licht mit einer
ersten Wellenlänge emittiert;
- einem optischen Fasersegment (2), das an einem Ende
mit der genannten Laserdiodenquelle (1) gekoppelt ist
und folgendes aufweist:
i. einen inneren Stufenindex-Einmodenwellenleiter
(10);
ii. einen diesen umgebenden äußeren
Mehrmodenwellenleiter (11);
iii. eine den genannten äußeren Wellenleiter (11)
umgebende Ummantelung (12);
- einem an den Enden des genannten optischen
Fasersegments (2) angeordneten Spiegelpaar;
dadurch gekennzeichnet, daß
- der genannte innere Wellenleiter (10) mit Nd sowie
einer Konzentration von Yb dotiert ist, die
ausreichend niedrig ist, um einen
Intracavity-Strahlungsübergang von Nd nach Yb zu gewährleisten;
- die genannten Spiegel (3, 4) Nd-Laserstrahlung mit
einer zweiten Wellenlänge im Bereich 970-980
reflektieren und Reflexionen von Wellenlängen verhindern,
die außerhalb des durch die zweiten und dritten
Wellenlängen definierten Bereiches liegen;
- wobei die genannte erste Wellenlänge im Bereich 780-
820 nm liegt.
2. Laservorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nd-Konzentration im
genannten inneren Wellenleiter (10) von 10 bis 500 ppm und
die Yb-Konzentration von 1 bis 50 ppm beträgt.
3. Laservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nd- und Yb-
Konzentrationen im genannten inneren Wellenleiter (10)
von 80-110 ppm bzw. von 1-4 ppm betragen.
4. Laservorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das genannte optische
Wellenleitersegment (2) mit der Laserdiodenquelle (1) durch
direktes Verspleißen einer Mehrmodenfaser-Anschlußlitze
(20) mit dem genannten optischen Wellenleitersegment (2)
gekoppelt ist.
5. Laservorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Nd zu Yb
in dem genannten Stufenindex-Einmodenwellenleiter (10)
von 20 bis 100 und vorzugsweise von 30 bis 50 beträgt.
6. Laservorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Querschnittsflächenverhältnis zwischen dem inneren Wellenleiter (10) und dem
äußeren Wellenleiter (11) zwischen 1 und 100 und
vorzugsweise zwischen 2 und 20 beträgt.
7. Laservorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Apertur des
äußeren Wellenleiters (11) zwischen 0,12 und 0,35 und die
numerische Öffnung des inneren Wellenleiters (10)
zwischen 0,08 und 0,25 beträgt.
8. Laservorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der innere Wellenleiter (10)
aus mit Al, P, Sc, Y oder einer Kombination hieraus
dotiertem Quarzglas besteht.
10. Laservorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Quarzglas mit
Fluor dotiert ist.
11. Laservorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Spiegel (3, 4)
als Schichten aus mehrschichtigem dielektrischem Material
gebildet sind.
12. Laservorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der genannte äußere
Wellenleiter (11) einen Brechungsindex mit Gradientenprofil
hat.
13. Laservorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Diodenquelle (1)
eine 800 nm-GaAlAs-Mehrmoden-Laserdiode ist.
14. Laservorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsvermögen der
genannten Spiegel (3, 4) > 90% beträgt.
15. Laservorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsvermögen des
der Pumpdiode (1) zugewandten Spiegels (3) > 99%
beträgt.
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016169933A1 (de) * | 2015-04-20 | 2016-10-27 | Rofin Sinar Laser Gmbh | Optischer resonator für einen hochleistungs-faserlaser |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5530710A (en) | 1995-05-15 | 1996-06-25 | At&T Corp. | High-power pumping of three-level optical fiber laser amplifier |
| US5574818A (en) * | 1995-08-01 | 1996-11-12 | Ceramoptec Industries, Inc. | Compound waveguide lasers and optical parametric oscillators |
| US5790722A (en) * | 1996-04-16 | 1998-08-04 | Hughes Electronics | High power optical fiber amplifier/laser system |
| DE19620159C2 (de) * | 1996-05-07 | 2002-08-08 | Inst Physikalische Hochtech Ev | Faserlaser oder Faserverstärker mit neuartiger Brechzahlstruktur |
| US5659644A (en) * | 1996-06-07 | 1997-08-19 | Lucent Technologies Inc. | Fiber light source with multimode fiber coupler |
| US5933437A (en) * | 1996-09-26 | 1999-08-03 | Lucent Technologies Inc. | Optical fiber laser |
| US5898715A (en) | 1997-06-09 | 1999-04-27 | Lucent Technologies Inc. | Optical communication system comprising a cladding pumped fiber laser |
| US6370180B2 (en) | 1999-01-08 | 2002-04-09 | Corning Incorporated | Semiconductor-solid state laser optical waveguide pump |
| US6229939B1 (en) * | 1999-06-03 | 2001-05-08 | Trw Inc. | High power fiber ribbon laser and amplifier |
| WO2004066458A2 (en) | 2003-01-24 | 2004-08-05 | Trumpf, Inc. | Fiber laser |
| EP1586145B1 (de) | 2003-01-24 | 2006-06-07 | Trumpf, Inc. | Seite gepumpte faserlaser |
| DE502005003203D1 (de) * | 2005-07-05 | 2008-04-24 | Trumpf Laser Gmbh & Co Kg | Wellenleiter-Laseranordnung |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0239772A3 (de) * | 1986-02-28 | 1989-08-30 | Polaroid Corporation | Faserlaser |
| US4829529A (en) * | 1987-06-15 | 1989-05-09 | Spectra-Physics, Inc. | Laser diode pumped fiber lasers with pump cavity |
| US4815079A (en) * | 1987-12-17 | 1989-03-21 | Polaroid Corporation | Optical fiber lasers and amplifiers |
| GB2239983A (en) * | 1989-12-22 | 1991-07-17 | Univ Southampton | Optical fibre laser |
-
1993
- 1993-10-13 DE DE69320657T patent/DE69320657T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-10-13 EP EP94903982A patent/EP0723715B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-10-13 WO PCT/IT1993/000108 patent/WO1995010869A1/en not_active Ceased
- 1993-10-13 AU AU58222/94A patent/AU5822294A/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016169933A1 (de) * | 2015-04-20 | 2016-10-27 | Rofin Sinar Laser Gmbh | Optischer resonator für einen hochleistungs-faserlaser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU5822294A (en) | 1995-05-04 |
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| EP0723715A1 (de) | 1996-07-31 |
| WO1995010869A1 (en) | 1995-04-20 |
| DE69320657D1 (de) | 1998-10-01 |
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