ES2918326T3 - Láser de fibra pulsada ultracorta de alta potencia - Google Patents

Abstract

Un sistema láser de fibra de pulso UltraShort de alta potencia de alta potencia está configurado con consola principal separada y cabezal láser. Un refuerzo de fibra está configurado con una sola fibra activa que se extiende entre la consola principal y la cabeza del láser y, por lo tanto, sirve como fibra de amplificación y de entrega. El cabezal láser está provisto de una configuración que permite que la luz de la bomba de redirección propague una dirección de contrapropagación y se acople en el extremo aguas abajo del refuerzo de fibra. El láser divulgado incluye además una rejilla Bragg de fibra chirriada linealmente y una camilla de pulso sintonizable que incluye configurada a tune controlable una duración de pulso de la luz de señal en un rango de 100 FS - 100 psec. Los pulsos chirridos se amplían aún más por un compresor configurado como una rejilla de volumen Bragg. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Láser de fibra pulsada ultracorta de alta potencia

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a láseres de fibra pulsada ultracorta. Concretamente, la invención se relaciona con láseres de fibra compactos de bloqueo de modo ultracorto con un esquema de duración de pulso ajustable.

Los sistemas láser de fibra pulsada de alta potencia encuentran un uso generalizado en las industrias comerciales actuales y en diferentes áreas de la ciencia y la tecnología. La aplicabilidad de los láseres de fibra pulsada en las aplicaciones industriales depende de la potencia media y de pico de los pulsos láser, las energías de salida, la calidad del haz, la longitud de onda, la eficiencia, la fiabilidad, la estabilidad, la solidez y de la compacidad.

El desarrollo de láseres de fibra compactos de alta potencia es tan importante como la evolución de las características electro-ópticas de los mismos. La compacidad es un paso esencial hacia el objetivo general de desplegar sistemas láser avanzados de alta potencia en lugares con espacio limitado, donde la potencia, el tamaño y el peso son las principales preocupaciones. Los láseres de fibra compactos de alta potencia que operan en modo de onda continua o pulsado, siendo este último el objeto de la presente invención, son factores críticos para el desarrollo exitoso de mejores soluciones para aplicaciones de amplio alcance, pero individualmente muy específicas.

Un láser pulsado ultracorto es un láser que emite pulsos desde subpicosegundos de duración a decenas de picosegundos de duración y, como muchas otras configuraciones del láser, se utiliza ampliamente en el corte, la soldadura y otras aplicaciones convencionales. Además, un láser de fibra pulsada ultracorta tiene una aplicación específica que incluye el corte de vidrio, la creación de orificios en placas de circuitos impresos, la generación de orificios precisos en inyectores de combustible, el micromecanizado y la oftalmología, etc. Para estas aplicaciones, se requieren una energía de pulso y una potencia de pico precisas para lograr el rendimiento requerido.

Los láseres de fibra pulsada de kW-MW de potencia se configuran comúnmente con una arquitectura que tiene un oscilador maestro-amplificador de potencia ("MOPA" - master oscillator power amplifier) con base de fibra. En esta configuración, el oscilador maestro genera pulsos láser y el amplificador de fibra amplifica estos pulsos hasta alcanzar altos niveles de potencia de salida. La amplificación de los pulsos está limitada por la aparición de no linealidades ópticas. Para extraer más energía de los pulsos ultracortos del amplificador se utiliza la amplificación de pulsos chirp. En este método, los pulsos se estiran en el tiempo a través de la dispersión con el fin de reducir la potencia máxima del pulso. El pulso puede ser estirado hasta duraciones de pulso de hasta 10s de nanosegundos a partir de algunos sub-picosegundos. Después de la amplificación, la duración del pulso se suele restaurar (comprimir) a sus valores iniciales. Normalmente, tanto el chirp como la compresión se llevan a cabo mediante elementos masivos sobredimensionados. Un ejemplo de un láser de fibra pulsada ultracorta puede encontrarse en el documento US 2013/177031 A1.

Por lo tanto, existe una necesidad de un láser de fibra de pulsos ultracortos de alta potencia compacto con componentes de chirp y compresión de pulsos configurados de forma compacta.

Para algunas aplicaciones, la duración del pulso debe ajustarse de forma rápida. Un ejemplo de esto es el uso de un pulso de sub picosegundos para un paso de procesamiento y luego un pulso de picosegundos para el siguiente paso que requiere cambiar entre los pasos de mecanizado a un ritmo rápido. Otro ejemplo es un reajuste de la duración del pulso a la duración original del pulso para cambiar las condiciones del láser. Esto podría ser un cambio en la potencia de pico de los pulsos cambiando la cantidad de no linealidad en el amplificador de fibra y el requisito de compensación de la dispersión inducida por el cambio de potencia de pico.

Para esta conmutación rápida se puede utilizar un FBG chirpeado. Un FBG chirpeado linealmente puede inducir un chirp lineal a lo largo del pulso. Es posible cambiar la dispersión de la rejilla ajustando la longitud del FBG. Un método conocido para sintonizar la duración del pulso en tiempo real es el ajuste de la temperatura de una rejilla. Sin embargo, la velocidad de dicho ajuste está limitada por el bucle de control de temperatura. Otro método para ajustar la longitud de una rejilla de fibra Bragg es estirar mecánicamente la rejilla. Esto puede hacerse mediante un actuador motorizado. Esto también está limitado por la velocidad del actuador mecánico. Un método de ajuste más rápido es utilizar un transductor eléctrico piezoeléctrico. Desafortunadamente, el piezoeléctrico tiene un rango de desplazamiento limitado y la aplicación se ha limitado a utilizar un FBG chirpeado no linealmente para el ajuste de la duración del pulso limitado - principalmente la compensación de la dispersión no lineal.

Por lo tanto, existe una necesidad adicional de una configuración MOPA de fibra pulsada de alta potencia con un esquema de ajuste de la duración del pulso del actuador basado en un piezo configurado para estirar un FBG chirpeado linealmente a una distancia mayor que la de los esquemas conocidos.

La capacidad de suministrar haces láser pulsados de alta intensidad y sustancialmente limitados por la difracción a destinos que pueden carecer de accesibilidad no puede considerarse sin prestar atención a la cuestión de la compacidad general del láser. La entrega por fibra es deseable, ya que no siempre es práctico ubicar los sistemas láser completos con semillas, preamplificadores, fuentes de bombeo, componentes electrónicos y otros componentes indispensables del sistema láser muy cerca del destino deseado. La mayoría de las aplicaciones láser requieren un alto grado de maniobrabilidad de una fuente de luz láser. En estas aplicaciones, normalmente una fibra de entrega pasiva guía los haces pulsados amplificados por difracción MOPA a un cabezal láser de procesamiento que es relativamente pequeño, ligero y provisto de ópticas de guiado que enfocan el haz en el lugar deseado.

El reto tecnológico que supone el uso de fibras en láseres de fibra de alta potencia y, en particular, en láseres pulsados, es una combinación de kW-MW de alta potencia de pico que se asocia con un umbral relativamente bajo de efectos no lineales, incluida la modulación de autofase. Típicamente, los efectos no lineales limitan el escalado de potencia de un láser de fibra configurado para emitir un haz limitado por difracción. Como es bien sabido por un experto en la técnica del láser, se utilizan dos enfoques generales para combatir los efectos no lineales: 1) la ampliación de la sección transversal del núcleo de una fibra activa, es decir, la fibra que tiene el núcleo dopado con iones de elementos de tierras raras, y 2) la reducción de la longitud de la fibra.

Por consiguiente, existe una necesidad adicional de un láser de fibra pulsada monomodo ("SM") de alta potencia provisto de un conjunto compacto de entrega de haz que aproveche las fibras activas con un núcleo multimodo ("MM") que esté configurado para soportar sustancialmente sólo un modo fundamental y ser bombeado por el extremo.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Las necesidades identificadas anteriormente se satisfacen con el láser de fibra pulsada ultracorta SM de alta potencia que se define en la reivindicación 1, que tiene múltiples componentes diseñados para contribuir con la compacidad general, alta potencia de pico de la luz de señal y pulsos ultracortos con duración ajustable.

El sistema láser de la invención presenta una fibra de refuerzo que funciona simultáneamente como amplificador y como fibra de entrega de luz de señal. Con el refuerzo de fibra que se extiende sobre el espacio libre entre una consola principal, que alberga todos los componentes periféricos desde un láser de semilla hasta el preamplificador, pasando por la electrónica y los conjuntos de bombeo, el cabezal láser divulgado es muy compacto y ligero.

El sistema de la invención está provisto de un estirador de impulsos compacto y un compresor de impulsos. El estirador de impulsos está configurado con una montura flexible que soporta una rejilla Bragg de fibra chirpeada y recibe un elemento piezoeléctrico que está configurado para flexionar la montura que, por lo tanto, tiene un gran rango de flexión.

El mayor rango de flexión de la montura permite el uso de una rejilla de Bragg de fibra chirpeada linealmente. Con esta última, es posible comprimir los pulsos a su duración original pre-chirpeada e incluso más corta. El compresor está configurado como una rejilla Bragg de volumen que contribuye en gran medida a la compacidad del cabezal del láser.

El láser descrito emplea una técnica de bombeo final en la que la luz de bombeo es suministrada por una fibra de entrega de luz de bombeo, que también se extiende por el espacio libre, y se acopla en el extremo terminal de la fibra de refuerzo en una dirección contraria a la dirección de propagación de la luz de señal. Esto se realiza mediante un reflector montado en el cabezal del láser y configurado para redirigir la luz de bombeo en la dirección de contrapropagación. Al mismo tiempo, el reflector está provisto de una abertura que permite que la luz de señal amplificada se propague más allá de la trayectoria de la luz en la dirección de propagación dentro del cabezal láser sin pérdidas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Estas y otras características y ventajas de la invención se harán más evidentes a partir de las siguientes especificaciones junto con los dibujos, en que:

La FIG. 1 es una vista del sistema de láser pulsado ultracorto de alta potencia de la invención;

La FIG. 2 es un esquema óptico de la fuente de luz del sistema de la FIG. 1;

La FIG. 3 es una vista ortogonal de un estirador de pulsos mostrado en la FIG. 2;

La FIG. 4 es una vista en sección del estirador de impulsos de la FIG. 3

La FIG. 5 es el espectro FBG deseado en reflexión;

La FIG. 6 es una estimulación generada por ordenador que ilustra la operación del estirador de pulso divulgado de las FIGs. 3 y 4;

La FIG. 7 es una vista en sección del cabezal del sistema láser de la FIG. 1;

La FIG. 8 es una vista esquemática ampliada de una región del cabezal láser indicada como A en la FIG. 7;

La FIG. 9 es una vista en sección de la región A de la FIG. 7;

La FIG. 10 es una vista lateral de la región A de la FIG. 7; y

La FIG. 11 es una vista esquemática de la región A modificada de la FIG. 7.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Se hará ahora referencia en detalle a las realizaciones preferidas de la invención. Siempre que sea posible, se utilizan números de referencia iguales o similares en los dibujos y en la descripción para referirse a partes o pasos iguales o similares. Los dibujos se muestran en forma muy simplificada y no son precisos a escala.

La FIG. 1 muestra el láser de fibra pulsada 10 de la invención, configurado con una consola principal 12 que aloja, entre otros, una fuente de pulsos ultracortos de modo transversal único (SM) de luz de señal linealmente polarizada (LP). El láser 10 incluye, además, un cabezal láser con óptica de guiado del haz, y un reforzador de fibra que se extiende por el espacio libre entre la consola 12 y el cabezal láser 14 dentro de un cable flexible 16. El uso del amplificador de fibra configurado únicamente con una fibra dopada con emisor de luz sin una fibra de salida pasiva habitual reduce la longitud efectiva de la fibra en comparación con muchos sistemas conocidos. Esto es importante ya que la longitud de onda de la fibra acortada tiene un mayor umbral de efectos no lineales inducidos.

La FIG. 2 ilustra una arquitectura óptica altamente simplificada del láser de fibra 10 que, como es típico en los láseres de fibra pulsados ultracortos, tiene una configuración de amplificador de fibra de potencia del oscilador maestro ("MOPFA"). El oscilador maestro 18 está configurado como un láser de fibra con bloqueo de modo activo o, preferiblemente, como un láser de fibra con bloqueo de modo pasivo con un espejo de absorción de semiconductores (SESAM) y montado en la consola principal 12 para dar salida a pulsos láser de subnanosegundo SM LP. Uno o más preamplificadores de fibra 24 también están montados en la consola 12 y operan para amplificar estos pulsos. La amplificación principal se realiza mediante un amplificador de fibra 26 cuya potencia de salida está limitada únicamente por la aparición de no linealidades ópticas.

Para extraer más energía de los pulsos ultracortos, se acopla un estirador de pulsos 22 entre la semilla 16 y el preamplificador 24 dentro de la consola 12, como se explica con más detalle a continuación. Finalmente, los pulsos son comprimidos por un compresor óptico 42, que está montado en el cabezal del láser 14 (FIG. 1), y que opera para comprimir los pulsos estirados a duraciones de pulso originales de picosegundo o femtosegundo, como se indicará en mayor detalle más adelante.

Respecto a las FIGs. 3 y 4, el estirador de pulsos sintonizable 22 utilizado en la configuración de las FIGs. 1 y 2, incluye una carcasa que encierra una montura de flexión mecánica 28 que sostiene una rejilla Bragg de fibra chirpeada ("FBG") 30. Un piezoeléctrico 32 se recibe en un nido 44, que se proporciona en la montura 28, en posición para optimizar el estiramiento de la FBG 30 alrededor de un punto de pivote. Tal configuración induce un gran cambio en la longitud del FBG en el rango de operación piezoeléctrica y permite utilizar un FBG chirpeado linealmente para sintonizar la duración del pulso. De este modo, la duración del pulso puede ajustarse de 100 fm a 100 pseg con un tiempo de conmutación tan corto como microsegundos. El uso de un FBG chirpeado linealmente permite la compresión de los pulsos a su duración original o incluso más corta.

Es sabido que la forma del pulso comprimido afecta a su duración. También es sabido que las no linealidades de la fibra, como la modulación autofásica ("SPM"), impiden la compresión de pulso limitada por la transformación completa utilizando una compresión de pulso con compensación de dispersión lineal. Las formas de pulso parabólicas que imitan el ensanchamiento espectral por SPM pueden comprimirse incluso en presencia de SPM. Por lo tanto, la forma de pulso parabólica deseada es necesaria para lograr la limitación de la transformación cuando está presente una no linealidad significativa. El FBG 30 con un perfil de apodización apropiado puede generar tales formas de pulso. Una de las técnicas propuestas es el uso del modulador de luz espacial en las configuraciones de las FIGs. 1-2, que es voluminoso. En este caso, la técnica incluye una pluralidad de láseres de diodo que operan a diferentes longitudes de onda y que bombean las respectivas regiones del FBG 30, que está dopado con emisores de luz adecuados, mediante una técnica de bombeo lateral como se muestra en la FIG. 5. La otra posibilidad es el uso de un solo diodo en combinación con una pluralidad de sistemas micro electromecánicos o brujas ópticas ("MEMS") en las configuraciones mostradas en las FIGs. 1-2.

Volviendo a las FIGs. 3 y 4, cuando se aplica la carga al piezoeléctrico 32, éste se estira instando contra la periferia del nido 44. Como resultado, la montura 28 se flexiona alrededor de un punto 46 de la FIG. 4 aumentando la longitud del FBG 30. Al disponer de un nido adicional 44 que recibe su piezoeléctrico y que opera simultáneamente con el otro, la montura 28 es operativa para arquearse, lo que aumenta aún más la longitud del FBG 30. Esto se hace más evidente mirando la simulación ilustrada en la FIG. 6.

La parte superior de la montura 28 está configurada con una bandeja 34 que recibe el FBG 30. Las regiones espaciadas del FBG 30 se fijan en ubicaciones predeterminadas respectivas por cualquier medio adecuado. Proporcionado principalmente para propósitos de calibración, la montura 28 soporta un elemento termoeléctrico 36 controlado por un transductor de temperatura 40. Los sujetadores 38 permiten el ensamblado de la montura 28 en la carcasa.

La montura 28 está hecha preferentemente de aluminio, pero puede ser de cualquier otro material flexible. Para algunas aplicaciones, la duración del pulso tiene que ser ajustada de manera rápida. Un ejemplo de esto es utilizar un pulso de sub picosegundos para un paso de procesamiento y luego un pulso de picosegundos para el siguiente paso, cambiando entre los pasos de mecanizado a un ritmo rápido. Seleccionando correctamente el material de la montura 28, es posible estirar la montura a una tasa de frecuencia que alcanza altos niveles de kHz.

En relación con la FIG. 7, el cabezal láser portátil 14 de la configuración según la invención de las FIGs. 1-2 está configurado con una carcasa que en su extremo de entrada/aguas arriba incluye una virola 52 que recibe los extremos aguas abajo de la respectiva fibra de entrega de luz de bombeo y del reforzador de fibra colocado en un disipador de calor 51. Para evitar la alta densidad de potencia de la luz de señal amplificada con potencias máximas que alcanzan niveles de MW, se acopla un bloque de terminación basado en sílice 54 a los extremos de la fibra aguas abajo. Un espejo esférico 56, como se describe en detalle más adelante, está configurado para reflejar la luz de bombeo en la dirección de contrapropagación en el extremo de la fibra de refuerzo aguas abajo. El espejo 56 incluye una abertura central dimensionada para ser atravesada por la luz de señal amplificada sin introducir pérdidas. La luz de señal amplificada se propaga además a través de un sistema de lentes 58 y un aislador 60, que está configurado para minimizar la propagación de la luz de señal retro-reflectada hacia las etapas de amplificación.

Un espejo aguas arriba 62 redirige la luz de señal incidente a un divisor de haz 66 que a su vez dirige la luz de señal hacia el compresor 42. El compresor 42 está configurado como una rejilla Bragg de volumen. Finalmente, los pulsos comprimidos de luz de señal inciden secuencialmente en los espejos 68 y 70 antes de salir por el puerto de salida del cabezal láser 16.

Los pulsos de luz de señal están polarizados linealmente. Para salir del cabezal láser 16 y propagarse específicamente a través del divisor de haz 66, se configura un sistema de polarización para cambiar la polaridad de la luz de señal que se propaga hacia adelante. Diseñado específicamente para la longitud de onda de 1030 nm, el sistema de polarización está configurado con placas de onda de 12 y %, respectivamente, configuradas para cambiar la polaridad de la luz de señal comprimida para que sea opuesta a la polaridad de la luz de señal chirpeada. Alternativamente, en lugar de las placas de onda, se puede implementar un circulador de Faraday en el esquema ilustrado, el cual es, de hecho, ventajoso para todas las demás longitudes de onda.

Las FIGs. 8 y 9 ilustran los extremos aguas abajo de los respectivos amplificadores de fibra 72 y la fibra o fibras de suministro de luz de bombeo 74. El amplificador de fibra 72 puede estar configurado con dos porciones empalmadas entre sí, pero preferiblemente es un cuerpo continuo sin empalmes. El diámetro exterior de las porciones de refuerzo de fibra puede ser uniforme o puede incluir una porción de fibra relativamente larga aguas arriba y una porción de varilla de fibra relativamente grande aguas abajo con una porción ahusada que une las porciones aguas arriba y abajo. El núcleo MM del amplificador 72 tiene una región de entrada 76 de dimensiones uniformes, una región ahusada 78 y otra región amplificadora 80 de dimensiones uniformes con una sección transversal mayor que la de la región de entrada 76. La región de entrada 76 del núcleo de MM está configurada para soportar un modo fundamental con el mismo diámetro de campo de modo que el modo único de luz de señal entregado desde las etapas de semilla y preamplificador. Como consecuencia, no se excitan los modos de orden superior al acoplar la luz de señal SM en la región de entrada 76 del núcleo MM. La región ahusada expande adiabáticamente la luz de señal hacia la región del núcleo amplificador, de forma que el modo fundamental se expande gradualmente sin que se exciten modos de alto orden.

Mientras que las porciones de mayor longitud de las respectivas fibras del amplificador 72 y de la fibra de entrega de luz de bombeo 74 se extienden a través del cable 16, sus respectivas porciones terminales se reciben en el cabezal láser 14 y descansan sobre un disipador de calor 51 (FIG. 7). Los extremos terminales de las respectivas fibras de refuerzo y de suministro de luz de bombeo se fusionan con el bloque de terminación 54. Durante el uso, la luz de bombeo se emite desde la porción terminal 82, se propaga en la dirección de propagación a través del bloque 54 y finalmente se refleja en el espejo 56. El espejo 56 está construido con una superficie reflectante tan curvada que la luz de bombeo redirigida es guiada en la dirección de contrapropagación a través del mismo bloque 54 y hacia el extremo terminal de la fibra del amplificador 72. La absorción efectiva de la luz de bombeo reflejada dentro de la porción de varilla de fibra amplificadora relativamente grande del amplificador 72 permite que todo el reforzador de fibra tenga unos 30 cm de longitud, si es necesario, y evita la generación de no linealidades incluso a niveles de potencia máxima elevados. La luz de la señal amplificada se propaga entonces a través del bloque de terminación 54 y atraviesa una abertura 84 en el espejo 56 (o, alternativamente, a través del espejo 56 configurado sin la abertura) para ser guiada aún más a lo largo del cabezal láser 14 como se explica en referencia a la FIG. 7.

El núcleo de la fibra está dopado en toda su sección transversal con uno o más elementos de tierras raras. Preferentemente, a la luz de las tendencias industriales, el dopante elegido suele ser el iterbio (Yb3+). La región del núcleo amplificador 80 puede estar configurada con un NA sustancialmente igual o superior a 0.1. Además, toda la longitud del núcleo está estructurada para que aproximadamente el 0.652 de su área central esté solapada por un modo fundamental, lo que deja una pequeña zona periférica del núcleo 26 -una zona en la que pueden amplificarse los HOMs y/o la emisión espontánea- no solapada por el FM.

Sin embargo, la amplificación en la zona periférica se suprime en gran medida configurando una fuente de bombeo tal que emita luz de bombeo con una apertura numérica que, como máximo, coincida con la de la región del núcleo 80, pero preferiblemente más pequeña que ésta. En consecuencia, el modo fundamental queda encerrado dentro de la luz de bombeo que, por lo tanto, tiene un tamaño al menos tan grande como el del modo fundamental a lo largo de toda la longitud del núcleo MM del amplificador 72. El ángulo de apertura de la región ahusada del núcleo 78 se selecciona de forma controlable para proporcionar el desacoplamiento de al menos parte de la luz de bombeo no absorbida antes de que entre en la región del núcleo 76.

Respecto a la FIG. 10, en el esquema de contrabombeo de descrito, la región de fusión entre el amplificador de fibra 72 y el bloque 54 de expansión está típicamente bajo temperaturas aún más altas que el resto del reforzador, ya que la luz de bombeo se acopla a la región terminal de la fibra activa del amplificador 72 a través de esta región. Además, el extremo terminal 90 del amplificador de fibra 72 no se encuentra sobre el disipador de calor 51 (FIG. 7), lo que junto con las elevadas temperaturas hace que la unión entre las superficies fundidas sea particularmente vulnerable.

Volviendo a la FIG. 11, para reforzar la unión entre la región de fibra terminal 90 y el bloque 54, se inserta una fibra pasiva MM 92 entre el bloque 54 y la región de fibra 90, con un diámetro que coincide con el de la región de núcleo amplificador 80 del amplificador de fibra 72. La fibra de suministro de la bomba 74 sigue estando en contacto directo con el bloque 54. La luz de bombeo reflejada es captada dentro de la fibra pasiva 92 y acoplada a la región del núcleo 80 del amplificador de fibra 72.

Bajo ciertas circunstancias es deseable proporcionar al núcleo MM del amplificador 72 un área más grande que reciba la luz de la bomba. Esto puede lograrse proporcionando un revestimiento 86 del amplificador 72 con un anillo 94 dopado con Flúor. El núcleo de la fibra pasiva 92 coincide sustancialmente con el diámetro del anillo 94. Como no hay absorción en la fibra pasiva 92, su unión con el bloque 54 rara vez se ve comprometida.

El láser de fibra de Yb 10 divulgado puede operar a una potencia media que varía entre 1.5 W hasta más de 30 W y una potencia máxima superior a 5 MW. La energía del pulso puede superar los 100 |jJ y ser tan baja como 5 |jJ. La calidad del haz oscila entre 1.2 y 1.5. La duración del pulso cubre un intervalo de 100 fs a 100 psec, y una tasa de repetición de pulso que puede alcanzar 3000 kHz y superior.

Aunque la presente invención se ha descrito en términos del ejemplo descrito, sin embargo, para un experto en la técnica láser sería fácil efectuar numerosas modificaciones y/o adiciones a las realizaciones descritas anteriormente sin apartarse del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un láser de fibra pulsada ultracorta (10), que comprende

un amplificador de fibra (72) que se extiende por el espacio libre y que tiene un núcleo multimodo, MM, (76, 78, 80) dopado con emisor de luz que está configurado para guiar pulsos de subnanosegundo de luz de señal monomodo, SM, linealmente polarizada en una dirección de propagación;

una bomba provista de una fibra de suministro de luz de bombeo (74) que está configurada para guiar la luz de bombeo en la dirección de propagación y que se coextiende con el amplificador de fibra (72) sobre el espacio libre;

un cabezal de láser portátil (14) que recibe regiones aguas abajo del amplificador de fibra (72) y de la fibra de suministro de luz de bombeo (74), respectivamente; y

un manguito flexible que rodea el amplificador de fibra (72) y la fibra de suministro de luz de bombeo (74) sobre el espacio libre,

donde el cabezal láser portátil (14) está configurado para:

redirigir la luz de bombeo en una dirección de contrapropagación de modo que la luz de bombeo redirigida se acople a un extremo aguas abajo (80) del núcleo de ^{M m} (76, 78, 80),

una luz de señal amplificada de salida en la dirección de propagación en un modo fundamental sustancialmente único; y

una rejilla Bragg de fibra linealmente chirpeada, FBG, (30) aguas arriba y acoplada al amplificador de fibra (72); y

un estirador de impulsos sintonizable (22) que soporta la rejilla Bragg de fibra chirpeada linealmente (30) y operable para inducir cambios en la longitud de la rejilla Bragg de fibra (30), en el que el estirador de impulsos sintonizable (22) incluye una montura de flexión (28) que soporta el FBG (30) y un actuador piezoeléctrico (32) montado en la montura de flexión, con el fin de sintonizar de forma controlable la duración de los impulsos de la luz de señal en un rango de duración de impulsos deseado.

2. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 1, en el que el estirador de pulsos sintonizable (22) incluye la montura de flexión (28) que soporta el FBG (30), y el actuador piezoeléctrico (32) montado en la montura de flexión (28) está configurado para producir una pulsación para arquear de forma controlable la montura flexible (28) alrededor de su punto de flexión (46) en el rango de duración de pulso deseado desde unos 100 fs a unos 100 pseg.

3. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 1 comprende además:

una consola principal (12) espaciada aguas arriba del cabezal láser portátil (14) y que encierra el FBG (30) y el estirador de pulsos sintonizable (22), y

un láser de fibra semilla (18) montado en la consola principal (12) y que tiene una fibra de salida empalmada a un extremo aguas arriba del FBG (30), siendo el láser de fibra semilla (18) operativo para emitir los pulsos de sub-nanosegundo de luz de señal monomodo, SM, linealmente polarizada en la dirección de propagación.

4. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 2, en el que la montura (28) está configurada con al menos un nido en forma de U (44) que recibe el actuador piezoeléctrico (32), siendo el nido (44) más pequeño que una longitud del actuador piezoeléctrico (32) en una posición estirada del mismo, de tal manera que cuando el actuador piezoeléctrico (32) se impulsa contra una periferia del nido (44) en respuesta a una carga aplicada, la montura de flexión (28) se arquea alrededor del punto de flexión (46) aumentando una longitud del FBG chirpeado linealmente (30) sobre la pulsación del actuador piezoeléctrico (32).

5. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 4, en el que la montura (28) está configurada con un nido adicional en forma de U alineado con el nido (44) y que recibe un actuador piezoeléctrico adicional (32), estando los actuadores piezoeléctricos (32, 32) configurados para actuar al menos simultáneamente en direcciones opuestas, y/o

en que la montura (28) está configurada además con una bandeja de fibra (34), que recibe el FBG chirpeado linealmente (30), y con dos sujetadores espaciados que flanquean la bandeja de fibra (34) y que están acoplados a los respectivos extremos del FBG chirpeado linealmente (30) en respectivas ubicaciones fijas.

6. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 4, en el que la montura de flexión (28) está configurada para ser capaz de desplazarse a una frecuencia que alcanza el nivel de kHz a una distancia de hasta 50 mm al aplicar la carga.

7. El láser de fibra pulsado ultracorto de la reivindicación 3, en que el láser de fibra semilla (18) es un láser de bloqueo de modo pasivo o un láser de bloqueo de modo activo, y/o

donde el láser de fibra semilla (18) está configurado para emitir pulsos de luz de señal a una longitud de onda de aproximadamente 1064 nm con un alcance de repetición de pulsos de hasta aproximadamente 3000 kHz, teniendo cada pulso una duración de entre aproximadamente 100 fs a aproximadamente 100 psec.

8. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 3 que comprende además una fibra SM pasiva de salida configurada para suministrar los pulsos de luz de señal SM de sub-nanosegundo a una porción de núcleo aguas arriba del amplificador de fibra (72), teniendo el SM pasivo de salida y el amplificador de fibra (72) regiones de núcleo respectivas acopladas entre sí y configuradas con diámetros de campo de modo respectivos que coinciden entre sí de manera que sólo un modo fundamental se excita en la región de núcleo del amplificador de fibra (72) al acoplar la luz de señal en el núcleo MM (76, 78, 80) del amplificador de fibra (72), y/o

comprendiendo además al menos un preamplificador de fibra (24) montado en la consola principal (12) aguas abajo del estirador de impulsos (22).

9. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 1, en el que el cabezal láser portátil (14) alberga

un elemento reflectante (56) espaciado de las regiones aguas abajo (82, 80) del amplificador de fibra (72) y de la fibra de entrega de luz de bombeo (74), respectivamente,

un bloque de terminación de sílice (54) entre las regiones aguas abajo (82, 80) del amplificador de fibra (72) y la fibra de entrega de luz de bombeo (74) y el elemento reflectante (56), respectivamente.

10. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 9, en el que las regiones aguas abajo (80, 82) del amplificador de fibra (72) y la fibra de entrega de luz de bombeo (74) respectivas y el elemento reflectante (56) se funden directamente con una cara aguas arriba del bloque de terminación de sílice (54), estando el elemento reflectante (56) configurado para reflejar la luz de bombeo de vuelta hacia el núcleo MM (76, 78, 80) del amplificador de fibra (72) en la dirección de contrapropagación, y disponiendo de una abertura central (84) dimensionada para permitir que la luz de señal atraviese sin obstáculos la abertura (84) en la dirección de propagación.

11. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 9, en el que el cabezal láser portátil (14) alberga además un disipador de calor (51) que soporta los extremos aguas abajo (80, 82) del amplificador de fibra (72) y de suministro de luz de bombeo (74), respectivamente,

la región aguas abajo (82) de la fibra de suministro de luz de bombeo (74) que está directamente fusionada con una cara aguas arriba del bloque de terminación (54), y

una fibra pasiva final (92) que tiene un extremo empalmado a la región aguas abajo (82) del amplificador de fibra (72) sin pérdidas y un extremo opuesto fusionado a la cara aguas arriba del bloque de terminación (54), teniendo la fibra pasiva final (92) una longitud dimensionada de manera que la región aguas abajo (80, 82) del amplificador de fibra (72) tenga un extremo terminal de la misma totalmente soportado por el disipador de calor (51), y/o en el que el cabezal láser (14) alberga además un aislador (60) situado aguas abajo del elemento reflectante (56) y está configurado para evitar la propagación de la luz de señal retroreflectada en la dirección de contrapropagación.

12. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 1 que comprende además una rejilla Bragg de volumen (42) encerrada en el cabezal del láser (14) y configurada para comprimir los pulsos de la luz de señal chirpeada aguas arriba del amplificador de fibra (72).

13. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 12, que comprende además un circulador basado en una placa de onda de % (61, 64) y un polarizador que está configurado para cambiar un estado de polarización de los pulsos chirpeados amplificados de la luz de señal.

14. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 1, en el que el núcleo MM (76, 78, 80) del amplificador de fibra (72) está configurado con una porción de fibra de entrada y una porción de varilla de fibra de salida (80).

15. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 14, en el que la porción de fibra de entrada (76) del núcleo MM (76, 78, 80) está configurada con una región de entrada de dimensiones uniformes que desemboca en una región ahusada de transformación de modo (78) que desemboca en la porción de salida de varilla de fibra (80) que tiene una sección transversal mayor que la porción de fibra de entrada (76).

16. El láser de fibra pulsada ultracorta de la reivindicación 3 que comprende además una pluralidad de láseres de diodo montados en la consola principal (12) y configurados para emitir selectivamente radiación a diferentes longitudes de onda respectivas para bombear lateralmente el FBG chirpeado linealmente (30) que está dopado con uno o más iones de elementos de tierras raras.