DE19621461C2

DE19621461C2 - Laser-System mit SBS-Glasfaser-Phasenkonjugation

Info

Publication number: DE19621461C2
Application number: DE1996121461
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Eichler; Baining Liu; Jens Kunde; Andreas Haase
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2016-05-30
Also published as: DE19621461A1

Description

Die Erfindung betrifft Lasersysteme mit Phasenkonjugatoren aus Multimode-Glasfasern zur Verbesserung der Strahlqualität. Solche Faser-Phasenkonjugatoren werden mit Faserkern durchmessern von 100 bis 400 µm und Faserlängen von 2 bis 20 m realisiert. Die Faser- Phasenkonjugatoren können die bisher verwendeten gefährlichen Flüssigkeits- oder Hoch druckgaszellen als phasenkonjugierende Spiegel für Hochleistungslaser ersetzen. Ein beson deres Kennzeichen der eingesetzten Faser-Phasenkonjugatoren ist eine geringe Depolarisation des reflektierten Lichtes. In Verbindung mit polarisationserhaltenden Lasermaterialien lassen sich damit Lasersysteme aufbauen, die Strahlung mit einem hohen Polarisationsgrad emittie ren.

Bei den erfundenen Laser-Systemen werden Multimode-Glasfasern als phasenkonjugierende Spiegel verwendet. Diese besitzen einen hohen Reflexionsgrad, der von der stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) in den Glasfasern herrührt. Aufgrund der langen Wechselwir kungslängen und kleiner Querschnitte in den Multimoden-Glasfasern läßt sich SBS bei gerin ger Leistung erzeugen, so daß ein phasenkonjugierender Spiegel aus solchen Multimode- Glasfasern auch für quasi-kontinuierliche Hochleistungslaser geeignet ist.

Im Gegensatz zu giftigen Flüssigkeits- oder gefährlichen Hochdruckgas-SBS-Zellen als pha senkonjugierende Spiegel sind die Faser-Phasenkonjugatoren umweltverträglich und unge fährlich bei der Anwendung. Außerdem zeigen sie hohe Stabilität sogar bei hoher Leistungs dichte, was bei Flüssigkeits- oder Hochdruckgas-SBS-Zellen problematisch sein kann.

Die Faser-Phasenkonjugatoren liefern z. B. einen Reflexionsgrad von über 50%, eine Fidelity von über 90% und eine Schwelleistung von weniger als 6 kW bei einer Laserwellenlänge von 1,06 µm. Die Zerstörungsschwelle liegt bei mehr als 500 MW/cm². Ähnliche Daten wurden auch bei der grünen Wellenlänge von 532 nm erzielt. Diese hervorragenden Parameter führen bei Verwendung als Laserspiegel zu einer hohen Strahlqualität bei hohen Spitzenleistungen oder hohen mittleren Ausgangsleistungen.

Phasenkonjugation ist eine Technik, mit der sich mögliche Phasenverzerrungen eines opti schen Signals in einem optischen Medium aufgrund der "Wellenfrontumkehr" kompensieren lassen, wenn dieses Signal an einem phasenkonjugierenden Spiegel reflektiert wird und das optische Medium nochmals in umgekehrter Richtung passiert wird.

Phasenkonjugation läßt sich durch stimulierte Brillouin-Streuung realisieren.

Fidelity ist eine Kerngröße (0 < F ≦ 1), die die "Treue der Wellenfrontumkehr" während der Phasenkonjugation beschreibt, so daß man bei einer Fidelity von 1 eine perfekte Reprodukti on der Wellenfront eines optischen Signals erhält.

Kurz nach der Realisierung des ersten phasenkonjugierenden Spiegels auf der Basis der sti mulierten Brillouin-Streuung in Methan-Gas im Jahre 1972 (JETP Lett., Vol. 15, 109-113) wurden phasenkonjugierende Spiegel das erste Mal in einem Laser-Oszillator-Verstärker- System eingesetzt, um die gute Strahlqualität des Oszillators nach zweifachem Durchgang durch den Verstärker zu erhalten (JETP Lett., Vol. 16, 435-438, 1972).

Danach gewannen die phasenkonjugierenden SBS-Spiegel für den Aufbau von Hochlei stungslasern mit beugungsbegrenzter Strahlqualität immer mehr an Bedeutung wegen des großen Anwendungspotentials dieser Laser in der Materialbearbeitung und in der wissen schaftlichen Forschung.

Es ist bekannt, daß durch stimulierte Brillouin-Streuung in Glasfasern eine einfallende Welle reflektiert werden kann. Eine allgemeine theoretische Beschreibung ist in "Nonlinear Fiber Optics" von G. P. Agrawal, 2^nd Edition, Academic Press, 1995, Seiten 370-403 zu finden.

Die erste Beschreibung der stimulierten Brillouin-Streuung in Glasfasern wurde von E. P. Ippen und R. H. Stolen in der Zeitschrift "Applied Physics Letters" Jahrgang 1972, Band 21, Seiten 539 bis 541 gegeben. Seitdem sind eine Vielzahl experimenteller und theoretischer Fragen zur stimulierten Brillouin-Streuung in Glasfasern entstanden. Diese umfassen im we sentlichen Fragen zu den physikalischen Grundlagen und auch zahlreichen Aspekten der An wendung. Je nach Einsatzgebiet der Glasfaser repräsentiert die SBS entweder einen uner wünschten, oft leistungslimitierenden Störmechanismus oder aber eine gezielt herbeigeführte Wechselwirkung zur Ausnutzung der entstehenden rotverschobenen Stokes-Welle.

Zur phasenkonjugierenden Eigenschaft einer durch stimulierte Brillouin-Streuung in Multi mode-Glasfasern reflektierten Welle findet sich bereits in "Applied Optics" Jahrgang 1972, Band 11, Seiten 2489 bis 2494 eine kurze theoretische Anmerkung. Im Jahre 1983 wurde in der Zeitschrift "JETP Letters" Jahrgang 1982, Band 36, Seiten 104 bis 107 eine experimen telle Untersuchung über die Reflektivität und Schwelleistung der SBS-Reflexion in den Mul timode-Glasfasern mit einem Kerndurchmesser von 30 µm gegeben, ohne dabei allerdings eine praktische Anwendung im Auge zu haben.

Aus der Zeitschrift Sov. J. Quantum Electronics, Vol. 17, No. 4, 1987, Seiten 493-495 ist ein Lasersystem nach dem gemeinsamen Oberbegriff der unabhängigen Patenansprüche be kannt, bei dem als SBS-Phasenkonjugator dicke Multimode-Glasfasern mit geringer Depolarisation als Spiegel zur Verbesserung der Strahlqualität verwendet werden. Die dort in Be tracht gezogenen Multimode-Galsfasern haben beispielsweise einen Durchmesser von 250 µm, eine numerische Apertur von 0,12 und eine Länge von 2 bis 20 m. Die Depolarisation beträgt beispielsweise 0,1 bzw. 10% oder mehr.

Die bisherigen entwickelten phasenkonjugierenden SBS-Spiegel für Hochleistungslaser mit beugungsbegrenzter Strahlqualität wurden auf der Basis der stimulierten Brillouin-Streuung in Flüssigkeiten oder Gasen unter hohem Druck aufgebaut. Die meisten geeigneten Flüssig keiten sind jedoch giftig und die Hochdruckgase sind wegen Explosionsgefahr der Zellen ge fährlich. Derartige Phasenkonjugatoren neigen auch zu optischen Durchbrüchen bei hohen Leistungsdichten, was zu niedriger Stabilität und schlechter Strahlqualität der Reflexion führt. Deshalb sind phasenkonjugierende SBS-Spiegel für kommerzielle Hochleistungslasersysteme bis heute nur wenig verbreitet. Ein kommerzielles System mit einer Ausgangsleistung von 40 Watt bei der Laserwellenlänge von 1,06 µm wurde im Jahre 1995 von der Firma COHERENT auf den Markt gebracht, wobei eine Freon-Zelle mit den bereits beschriebenen Nachteilen als phasenkonjugierender Spiegel verwendet worden ist.

Das in Sov. J. Quantum Electronics, Vol. 17, No. 4, 1987, Seiten 493-495 beschriebene La sersystem enthält bereits eine Glasfaser mit 250 µm Durchmesser als Phasenkonjugator, je doch zeigen sowohl der dort verwendete Glasfaser-Phasenkonjugator als auch der verwendete Festkörper-Laserkristall Nd:YAG (mit Neodym dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat) starke Depolarisation besonders bei hohen optischen Pump- und Ausgangsleistungen. Die Depolari sation führt in Doppelpass-Oszillator-Verstärker-Systemen zu einem Verlust an Ausgangslei stung sowie zu einer Rückkopplung in den Oszillator, wodurch dieser und damit das Gesamt system instabil wird und Schäden an optischen Komponenten auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lasersysteme mit hoher Strahlqualität zu entwic keln, wofür SBS-Phasenkonjugatoren aus hochbelastbaren, festen Materialien eingesetzt wer den sollen, die umweltfreundlich und ungefährlich für den Anwender sind. Es sollte auch eine einfache Handhabung für den Einsatz in Hochleistungslasern möglich sein. Außerdem sind Depolarisationseffekte in dem Phasenkonjugator und den Lasermaterialien zu vermeiden.

Diese Aufgaben wurden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Lasermaterialien mit geringer Depolarisation, z. B. Nd:YALO (YAlO₃) an Stelle von Nd:YAG (Y₃Al₅O₁₂) und Multimode- Glasfasern, ebenfalls mit geringer Depolarisation und mit Kerndurchmessern von 100 bis 400 µm als SBS-Material verwendet werden. Das Lasersystem wird als Oszillator-Verstärker- System (engl. master oscillator-power amplifier, abgekürzt MOPA) aufgebaut. Der von einem Laser, z. B. von einem Festkörperlaser emittierte Lichtstrahl hoher Strahlqualität, d. h. M² ≈ 1, aber entsprechend geringer Leistung wird dazu in einen Laserverstärker gestrahlt, der intensiv gepumpt wird und deshalb eine hohe optische Verstärkung aufweist. Solche Laserverstärker, besonders Festkörperlaserverstärker, üben auf den zu verstärkenden Laserstrahl starke Pha senstörungen aus, was zu einer Verschlechterung seiner Strahlqualität führt, d. h. hinter dem Verstärker ist M² << 1. Der Laserstrahl wird dann nach Durchlauf durch den Verstärker von einem Phasenkonjugator mit invertierter Wellenfront reflektiert. Nach erneutem Durchlauf durch den Laserverstärker in umgekehrter Richtung werden die Phasenstörungen dann aufge hoben und der zweimal verstärkte Laserstrahl besitzt nach dem Rücklauf wieder die anfängli che hohe Strahlqualität M² ≈ 1 und kann z. B. über eine Polarisationsweiche ausgekoppelt werden.

Die Technologie der Multimode-Glasfasern, die als Phasenkonjugatoren eingesetzt werden, ist sehr weit entwickelt. Multimode-Glasfasern mit einem niedrigen Absorptionsverlust lassen sich mit verschiedenen Kerndurchmessern herstellen. Der nichtlineare Effekt der stimulierten Brillouin-Streuung wird daher in diesen Multimode-Glasfasern mit Kerndurchmessern von 100 bis 400 µm für die Realisierung der phasenkonjugierenden Spiegel für Hochleistungslaser verwendet.

Die Möglichkeit, mit stimulierter Brillouin-Streuung ein Signal phasenzukonjugieren, zeich net sich durch einen einfachen Aufbau aus, da keine externen Pumpwellen benötigt werden. Die Photonen der eintretenden Signalwelle werden an den akustischen Phononen des Faser materials gestreut. Dabei entsteht ein im Vergleich zu den Photonen der Signalwelle im Fre quenzbereich rotverschobenes Photon, ein sogenanntes Stokes-Photon. Ist die Leistung der einfallenden Welle hoch genug, läuft diese Brillouin-Streuung stimuliert ab. In diesem Fall koppeln die Pump- und die Stokeswelle durch Elektrostriktion mit der aus den akustischen Phononen gebildeten Schalwelle und ein merklicher Teil der Pumpwelle wird in die Stokes welle transferiert, die sich in Rückreflexion phasenkonjugiert zum Pumpwelle ausbreitet.

In Glasfasern gilt für die Leistungsschwelle P_S, die notwendig ist, um stimulierte Brillouin- Streuung zu erhalten:

Dabei ist A die Wechselwirkungsfläche, bestimmt durch den Kerndurchmesser der Glasfaser; L eine effektive Wechselwirkungslänge, bestimmt z. B. durch die Faserlänge oder die i. a. sehr geringe Dämpfung der Glasfaser, und g_B ist der für das Fasermaterial charakteristische Bril louin-Verstärkungskoeffizient.

Für geringe Schwelleistungen ist es also notwendig, geringe Kerndurchmesser zu wählen. Allerdings muß hierbei beachtet werden, daß für eine effiziente Einkopplung von Licht in eine Glasfaser bei gegebener Strahlqualität des Lichts ein Mindestdurchmesser des Glasfaser kerns erforderlich ist. Üblich ist die Forderung, daß das Strahlparameterprodukt M² _Licht, das sich aus minimaler Strahltaille w_o, Halbwinkel der Divergenz im Fernfeld Θ und der Wellen länge λ des Lichts errechnet zu

höchstens halb so groß ist wie das Strahlparameterprodukt M² _Faser der Faser, falls alle trans versalen Fasermoden angeregt sind. Dieses läßt sich in guter Näherung abschätzen zu:

Dabei ist NA die numerische Apertur der Faser, die den maximalen Winkel, unter dem in die Faser eingekoppelte Strahlen in der Faser noch totalreflektiert werden, bestimmt, und d ist der Kerndurchmesser der Faser. NA liegt z. B. für typische Glasfasern bei 0,22.

Faserphasenkonjugatoren mit Kerndurchmessern von 100 bis 400 µm und NA = 0,22 sind daher beispielsweise bei einer Wellenlänge von 1064 nm in der Lage, Phasenstörungen, die zu einem M² von ca. 16 bis ca. 65 führen, bei guter Einkoppeleffizienz zu kompensieren.

Als Phasenkonjugatoren können im Prinzip beliebige Gläser verwendet werden. Besonders geeignet sind Multimode-Quarzglasfasern mit einer Stufenindexstruktur des Brechungsindex und mit Kerndurchmessern von 100 bis 400 µm. Der Kern besteht aus Quarzglas. Die numeri sche Apertur NA beträgt 0,22 und entspricht einem maximalen Vollwinkel von 25,4° (≈ 440 mrad) für eine effektive Einkopplung des Lichts in Fasern. Dies erlaubt eine bequeme Ein kopplung vom Licht mit z. B. 1,06 µm Wellenlänge mit einer Strahlqualität von M² < 60 in die Fasern. Die Länge der geeigneten Fasern variiert von 0,1 bis 100 m. Die Dämpfungskon stante bei 1,06 µm z. B. beträgt α_dB = 2 dB/km, was zur Folge hat, daß die Zerstörschwelle von Phasenkonjugatoren aus Quarzglasfasern hoch liegt.

Vorteilhaft ist der Kerndurchmesserbereich von 100 bis 400 µm zum einen wegen der Mög lichkeit, eine effiziente Einkopplung einfach zu ermöglichen. Zum anderen ist zu beachten, daß bei einer Anwendung einer Glasfaser in einem Hochleistungslasersystem die Zerstör schwelle der verwendeten Glasfaser hoch genug liegen sollte. Da üblicherweise die Zerstö rung durch die Überschreitung einer kritischen Intensität oder Leistung pro Fläche hervorge rufen wird, ist auch daher ein nicht zu geringer Kerndurchmesser zu fordern. Falls der Kern durchmesser allerdings zu groß wird, steigt die Schwelle für das Einsetzen der stimulierten Brillouinstreuung zu stark an, so daß der Kerndurchmesserbereich von 100 bis 400 µm eine gute Wahl darstellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Abb. 1 bis 6 erläutert:

Abb. 1 Schema des Meßaufbaus zur Charakterisierung des Faser-Phasenkonjugators;

Abb. 2 Abhängigkeit der Reflektivität und der Fidelity von der Eingangsleistung für eine Fa ser mit einem Kerndurchmesser von 200 µm und einer Länge von etwa 4 m;

Abb. 3 Abhängigkeit der Schwelleistung, der Reflektivität und der Fidelity von der Faserlän ge für eine Faser mit einem Kerndurchmesser von 200 µm;

Abb. 4 Reproduktion der Strahlqualität durch den Faser-Phasenkonjugator im Falle eines Pha senstörobjektes im Strahlengang;

Abb. 5 Nd:YALO-MOPA-System mit Faser-Phasenkonjugator;

Abb. 6 Konzept eines Faserlasersystems mit hoher Ausgangsleistung und hoher Strahlqualität komplett aus Faserkomponenten.

Zur Charakterisierung der Faser-Phasenkonjugatoren wurde ein Nd:YAG Oszillator mit zwei Verstärkern für die Erzeugung einer Lichtquelle mit beugungsbegrenzter Strahlqualität bei einer Pulsdauer von 30 ns und einer Kohärenzlänge von 40 cm verwendet. Die maximale Pulsenergie war auf 30 mJ begrenzt und die Repetitionsrate betrug 1 Hz.

Abb. 1 zeigt den experimentellen Aufbau. Die beugungsbegrenzte Laserstrahlung wird über eine Fokussierlinse L₁, wobei die Brennweite je nach verwendeter Faser zwischen f = 50 mm und f = 200 mm variiert wurde, in die Fasern eingekoppelt. Alle verwendeten Linsen sind AR-beschichtet für 1,06 µm. Eine Keilplatte zwischen dem optischen Isolator und Fokussier linse koppelt einen geringen Teil des Eingangsstrahls und des reflektierten Strahls aus, so daß die Eingangsenergie E₁, die reflektierte Energie E₂ und die transmittierte Energie E₃ durch eine kleine Lochblende (∅ = 200 µm) in der Fokalebene der Linse L₂ (f = 335 mm) gemessen werden. Sie dienen dann zur Bestimmung der Reflektivität R und der Fidelity F des reflek tierten SBS-Strahls:

Dabei bedeutet T die Transmission der Lochblende, die sich durch das Fokussieren des Ein gangsstrahls in die Lochblende mit der Linse L₂ bestimmen läßt.

Abb. 2 zeigt exemplarisch die Abhängigkeit der Reflektivität und der Fidelity von der Ein gangsleistung für eine Faser mit einem Durchmesser von 200 µm und einer Länge von etwa 4 m. Reflektivitäten von über 50% und eine Schwelleistung von nur 17 kW wurden erreicht. Die Schwelleistung ist als die Eingangsleistung aus der experimentellen Kurve definiert, bei der der SBS-Reflex diffuse Reflexionen vom Faserende und anderen Störquellen deutlich überwiegt. Bei der Faser mit einem Kerndurchmesser von 100 µm reduziert sich die Schwel leistung bereits auf 6 kW. Die Reflexion ist stabil für Eingangsleistungen von mehr als der zehnfachen Schwelleistung. Die Fidelity beträgt über 90% und die Fidelityschwankungen sind kleiner als 2%.

Die Abhängigkeit der Schwelleistung, der Reflektivität und der Fidelity von der Faserlänge zeigt (siehe Abb. 3), daß nur die ersten zwei Meter der Fasern an dem SBS-Prozeß konstruk tiv teilnehmen. Dies läßt sich dadurch erklären, daß die Wechselwirkungslänge der stimulier ten Brillouin-Streuung in den Fasern durch die Koheränzlänge der Eingangsstrahlung be grenzt ist.

Die Depolarisation des reflektierten SBS-Strahls kann im allgemeinen während des SBS- Prozesses in den Multimode-Wellenleitern auftreten. Bei den von uns verwendeten Faser- Phasenkonjugatoren wird diese Depolarisation allerdings auf weniger als 5% reduziert. Die Zerstörschwelle der Faser-Phasenkonjugatoren liegt bei über 500 MW/cm², wenn man eine homogene Beleuchtung auf den gesamten Kernbereich annimmt.

Es ist auch zu erwähnen, daß die lange Faser für den Einsatz als Phasenkonjugator gewickelt werden kann, wie Abb. 1 schematisch darstellt, wobei keine wesentlichen Einflüsse bei Wic kelradien größer als 10 cm auf den SBS Prozeß festgestellt wurden.

Tabelle 1 gibt einen Überblick über das Verhalten von Faser-Phasenkonjugatoren bei einem nahezu beugungsbegrenzten Eingangsstrahl mit M² = 1,1. Zum Vergleich sind die ermittelten Daten für eine mit CS₂, eine bisher häufig als SBS-Medium eingesetzte Flüssigkeit, gefüllte SBS-Zelle unter gleichen Bedingungen mit angegeben.

Tabelle 1

Verhalten der Faser-Phasenkonjugatoren bei etwa beugungsbegrenztem Eingangsstrahl mit M² = 1,1 im Vergleich zu einer mit CS₂ gefüllten SBS-Zelle

Aus Tabelle 1 ist zu erkennen, daß die mit den Faser-Phasenkonjugatoren erreichten Werte mit den für CS₂ erzielten Werten gut vergleichbar sind. Die mit CS₂ erreichten Reflektivitäten des SBS-Prozesses liegen noch etwas höher, während die Fidelitywerte bei den Faser- Phasenkonjugatoren geringeren Durchmessers deutlich besser als die bei CS₂ erzielten sind. Ähnliches Verhalten der von uns erfundenen Faser-Phasenkonjugatoren wurde auch bei einer grünen Wellenlänge von 532 nm erzielt, was einen breiten Spektralbereich von Lasersyste men mit diesen Faser-Phasenkonjugatoren ermöglicht.

Zur Demonstration der Reproduktion der Strahlqualität durch den Faser-Phasenkonjugator im Falle eines Phasenstörungsobjektes im Strahlengang wurde eine kurze Faser mit dem Kern durchmesser von 200 mm und einer Länge von 8,7 cm als Phasenstörungsobjekt in den Auf bau eingeführt (siehe Abb. 4). Eine Linse mit einer Brennweite von f = 40 mm sammelt das divergente Licht aus der kurzen Faser in den Faser-Phasenkonjugator. Nach dem Einfach-Paß durch das Phasenstörungsobjekt zeigt sich eine starke Modulation in dem transversalen Strahlprofil mit M² = 10. Nach der Reflexion im Faser-Phasenkonjugator und dem Doppelpaß durch das Phasenstörungsobjekt reproduziert sich die Ausdehnung des transversalen Strahl profils, so daß sich etwa das Profil des Eingangsstrahls ergibt. Für diese Messung wurde die Lochblende in Abb. 1 durch die CCD-Kamera ersetzt.

Tabelle 2 gibt einen Überblick für das Verhalten des 200 µm Faser-Phasenkonjugators bei diesem phasengestörten Eingangsstrahl mit M² = 10 im Vergleich zu einer mit CS₂ gefüllten SBS-Zelle, wobei die kursiven Daten in Klammern die Resultate für M² = 1,1 aus Tabelle 1 zeigen. Die Daten für M² berücksichtigen bereits die Verluste durch die Phasenstörung.

Tabelle 2

Verhalten eines Faser-Phasenkonjugators bei einem phasengestörten Eingangsstrahl mit M² = 10 im Vergleich zu einer CS₂ gefüllten SBS-Zelle Die Daten in Klammern zeigen nochmals die Werte für M² = 1,1 aus Tabelle 1

Es ist deutlich zu sehen, daß sich Schwelleistung und der Reflexionsgrad bei dem Faser- Phasenkonjugator nicht signifikant verändern, wenn sich die Eingangsstrahlqualität von M² = 1,1 auf M² = 10 verschlechtert, während aber eine dramatische Verschlechterung beider Pa rameter in der mit CS₂ gefüllten SBS-Zelle zu verzeichnen ist. Dieser Vergleich zeigt deut lich, daß Faser-Phasenkonjugatoren den häufig verwendeten mit CS₂ gefüllten, SBS-Zellen nicht nur durch eine bessere Handhabbarkeit einer Glasfaser gegenüber einer giftigen Flüssig keit, sondern auch bezüglich der physikalischen Parameter der Phasenkonjugation in prakti schen Anwendungen überlegen sind.

Das beschriebene Lasersystem mit SBS-Phasenkonjugator aus einer Multimode-Glasfaser besitzt gegenüber einem Lasersystem mit SBS-Phasenkonjugatoren aus Flüssigkeiten oder Hochdruckgasen den Vorteil, daß er umweltfreundlich ist und keine Gefahr für den Anwender darstellt. Aufgrund der weit entwickelten Glasfaser-Technologie läßt sich der Faser- Phasenkonjugator leicht herstellen. Da Multimode-Glasfasern preiswert zu erhalten sind, er geben sich wirtschaftliche Vorteile.

Die zeitliche Stabilität der mittleren Ausgangsleistung und deren Polarisation ist hoch, da La sermaterial und Glasfaser-Phasenkonjugatoren geringer Depolarisation verwendet werden.

Es ist auch zu betonen, daß der von uns erfundene Faser-Phasenkonjugator die Realisierung eines Glasfaserlaser-MOPA-Systems (MOPA: master oscillator and power amplifier) in einer Doppelpass-Konfiguration ermöglicht, so daß ein Faserlasersystem komplett aus Faserkom ponenten mit hohen Ausgangsleistungen möglich ist, wie weiter hinten ausgeführt wird.

Als ein praktisches Beispiel wird die Konstruktion eines Nd:YALO-MOPA-Systems mit Fa ser-Phasenkonjugator mit einem Kerndurchmesser von 200 µm und einer Länge von 2 m, also im Sättigungsbereich der phasenkonjugierenden Eigenschaften, als phasenkonjugierender Spiegel beschrieben (Abb. 5). Der Aufbau ist sehr ähnlich zu Abb. 1 mit dem Unterschied, daß sich der Verstärker in einer Doppelpaß-Anordnung befindet und die Repetitionsrate bei 100 Hz liegt. Die mittlere Ausgangsleistung beträgt 14 W mit hoher Strahlqualität bei einer Oszillatorleistung von 2,7 W.

Besonders geeignet sind die Faser-Phasenkonjugatoren als Spiegel für diodengepumpte und auch blitzlampengepumpte Faserlaser in einer Doppelpaß-MOPA-Konfiguration, so daß Fa serlasersysteme komplett aus Faserkomponenten mit hohen Ausgangsleistungen möglich sind, wie in Abb. 6 als weiteres Anwendungsbeispiel skizziert ist. Dabei wird die geringe Lei stung eines Faserlaseroszillators mit hoher Strahlqualität durch einen Faserlaserverstärker heraufgesetzt. Für den Faserlaser-Oszillator läßt sich die bekannte longitudinale Pumpgeo metrie mit Monomodefasern als aktives Medium verwenden. Im Gegensatz dazu läßt sich für den Doppelpaß-Verstärker eine transversale Pumpgeometrie mit Multimodefasern als verstär kendes Medium realisieren. Die hohe Strahlqualität wird dabei durch die Nutzung des oben beschriebenen Faser-Phasenkonjugators garantiert.

Claims

1. Lasersystem mit einem Laseroszillator, einem diesem nachgeschalteten Doppelpass verstärker und einem SBS-Phasenkonjugator aus einer dicken Glasfaser zur Verbesse rung der Strahlqualität, dadurch gekennzeichnet, daß das laseraktive Medium des Laserverstärkers Nd:YALO ist und die Glasfaser des SBS-Phasenkonjugators einen Durchmesser im Bereich von 100 µm bis 400 µm und eine Depolarisation der phasenkonjugierten Welle kleiner als 5% aufweist.

2. Lasersystem mit einem Laseroszillator, einem diesem nachgeschalteten Doppelpass verstärker und einem SBS-Phasenkonjugator aus einer dicken Glasfaser zur Verbesse rung der Strahlqualität, dadurch gekennzeichnet ist, daß das laseraktive Medium des Laserverstärkers eine dotierte Multimode-Glasfaser ist und die Glasfaser des SBS-Phasenkonjugators einen Durchmesser im Bereich von 100 µm bis 400 µm und eine Depolarisation der phasenkonjugierten Welle kleiner als 5% aufweist.