泵浦辐射装置和用于泵浦激光活性介质的方法

摘要

本发明涉及一种泵浦辐射装置，其包括：用于产生泵浦辐射(3)的泵浦辐射源(1)、用于所述泵浦辐射源(1)的波长稳定化的装置(5)以及激光活性介质(12)，所述泵浦辐射(3)双向穿过所述激光活性介质(12)。所述泵浦辐射源(11)也具有用于将没有由所述激光活性介质(12)吸收的泵浦辐射(3c)反射回所述泵浦辐射源(1)的逆反射体(14)以及用于通过滤波没有由所述激光活性介质(12)吸收的泵浦辐射(3c)的不期望的频谱部分(10)来避免所述泵浦辐射源(1)的波长不稳定化的波长选择性元件(15)。本发明也涉及一种用于泵浦激光活性介质(12)的所属的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种泵浦辐射装置，其包括：用于产生泵浦辐射的泵浦辐 射源以及用于泵浦辐射源的波长稳定化的装置，例如以光栅结构的形式。 本发明也涉及一种用于泵浦激光活性介质的方法，其包括以下步骤：借助 泵浦辐射源产生泵浦辐射、例如借助光栅结构稳定化泵浦辐射的波长以及 借助泵浦辐射泵浦激光活性介质。

背景技术

由WO 2006/025849 A2已知一种用于高的辐射功率的辐射源，所述辐 射源包括作为泵浦辐射源的半导体二极管激光器和具有光栅结构的反射 体。反射体与半导体二极管激光器光学连接并且如此与二极管激光器的输 出射束对准，使得输出射束中的辐射的一部分由反射体反射回到二极管激 光器中。

借助在WO 2006/025849 A2中所描述的辐射源产生的(从反射体透射 的)激光辐射可以充当作用于泵浦激光活性介质的泵浦辐射。所述激光活 性介质通常具有非常窄的吸收线，即具有非常窄的波长范围，在所述波长 范围中吸收泵浦辐射。对于激光活性介质的泵浦而言，泵浦辐射的一部分 的与波长相关的至泵浦辐射源的反馈是有利的，因为在此发生所发射的波 长的稳定化，从而泵浦辐射的从反射体透射的部分具有比在没有所述稳定 化的情形下窄带得多的频谱。因此，可以通过反射体提高泵浦效率，因为 由激光活性介质接收的泵浦辐射的部分增加。

对于有效的泵浦而言，泵浦辐射穿过激光活性介质的路径也应当尽可 能长，以便提高吸收。然而，激光活性介质中的长的射束路径可能引起热 效应，所述热效应导致由活性介质产生的或者放大的激光辐射的射束质量 的变差。此外，所产生的或者所增强的激光辐射的射束质量应当比泵浦辐 射的射束质量高得多，从而在类似的射束腰部中泵浦辐射显著更强地离散， 并且因此保证泵浦辐射和激光辐射的好的在空间上的重叠并且因此保证从 泵浦辐射到激光辐射的仅仅在短的路程上的有效的能量转移。此外，对于 许多激光器或者放大器而言，由于其他原因在活性介质内的长的路径长是 不利的，因此例如对于超短脉冲激光器主要干扰线性的色散和/或在高的峰 功率时干扰介质的非线性度(例如自身相位调制、四波混频、拉曼和布里 渊散射(Raman-oder Brillouin-Streuung))。因此，尤其在激光晶体中也在 激光玻璃中、例如作为光纤激光器中的激光活性介质的放大器光纤，尽可 能如此短地选择激光介质中的路径路程并且实现泵浦辐射的多重通路或者 多个侧的泵浦。优选地，泵浦辐射可以在端镜上反射回自身，因此泵浦辐 射的没有由激光活性介质吸收的部分被反射回泵浦辐射源，因此实现穿过 激光介质的双重传播路径并且最大化吸收效率。

然而，尽管窄带地反射波长的反射体，从反射体透射的经波长稳定化 的泵浦辐射在波长范围中通常也具有没有由或者仅仅弱地由激光活性介质 吸收的频谱部分。所不期望的频谱部分由端镜反射回泵浦辐射源，尤其当 在高的辐射功率的情况下运行泵浦辐射装置时，主要当例如在三级激光介 质或者准三级激光介质中由于激光介质的增加的反转使吸收减弱 (ausbleichen)，这尤其在所谓的零声子吸收线 (Zero-Phonon-Absorptionslinie)中发生(例如，在Yb:YAG的情况下969 纳米，或者在Yb:Lu₂O₃的情况下976纳米)，然而出现以下问题：所不期 望的反射回来的频谱部分导致泵浦辐射源的不稳定化，从而泵浦辐射的从 反射体透射的频谱不希望地扩宽。尽管反射体，泵浦辐射频谱与激光活性 介质的吸收频谱的偏离降低泵浦辐射装置的效率，从而激光器的或者放大 器的输出功率不能如所期望的那样增加。

发明内容

本发明的任务是，如下扩展用于泵浦激光活性介质的泵浦辐射装置和 方法：尤其在高的泵浦功率的情况下也保证高的效率。

发明的主题

根据本发明，所述任务通过开始时所描述类型的泵浦辐射装置来解决， 所述泵浦辐射装置还包括：由泵浦辐射双向穿过的激光活性介质、用于将 没有由激光活性介质吸收的泵浦辐射沿着基本相同的光程或者射束路径反 射回泵浦辐射源的逆反射体以及用于通过滤除没有由激光活性介质吸收的 泵浦辐射的不期望的频谱部分来防止泵浦辐射源的波长不稳定化的波长选 择性元件。例如借助相应的装置、尤其光栅结构进行波长稳定化的一个或 者可能多个激光二极管可以用作泵浦辐射源。波长选择性元件可以根据设 计来透射或者反射泵浦辐射的不期望的频谱部分。

根据本发明提出，借助至少一个波长选择性元件滤除不期望的频谱部 分，即以下频谱部分：所述频谱部分位于激光活性介质的吸收线的边缘处 或者激光活性介质的吸收线之外并且因此较少地被吸收或者完全不被吸收 并且所述频谱部分可能对泵浦辐射装置的效率产生不利影响。波长选择性 元件在泵浦辐射的光程中的使用避免在用于防止不期望的辐射部分进入到 泵浦辐射源中的其他可能性时存在的缺点。因此，尤其在高的激光功率时 由于残留吸收例如可能没有意义地使用光学绝缘体(例如法拉第绝缘体 (Faraday-Isolator))在泵浦辐射源和激光活性介质之间的插入。

用于泵浦辐射源、更准确地说在此存在的激光活性介质的波长稳定化 的装置可以涉及光栅结构，所述光栅结构刻印(einbeschrieben)在激光活 性介质中，如在所谓的“分布式反馈激光器”(DFB)类型中是这种情形， 如在DE102009019996B4中所描述的那样。光栅结构也可以设置在激光活 性区域之外，但是也可以设置在集成到相同芯片上的波导体中，如例如在 所谓的“分布式布拉格反射激光器(distributed Bragg reflector laser)”(DBR) 中是这种情形。

泵浦辐射装置具有用于将没有由激光活性介质吸收的泵浦辐射通常沿 着基本上相同的光程反射回泵浦辐射源的逆反射体。逆反射体使得可能的 是，泵浦辐射至少又一次穿过激光活性介质，因此泵浦辐射装置的效率提 高。虽然，在没有逆反射体的情况下也能够借助多重转向(Umlenkung)提 高泵浦光通路的数量，然而尤其用于盘片激光器的多程泵浦辐射装置优选 使用大的空间角，参考例如WO2001/057970A1，并且在此在没有使用逆反 射体的情况下不能实现或者仅仅能够以过高成本地实现泵浦光通路的加 倍。

虽然替代波长选择性元件的使用也可以尝试如此改变泵浦辐射的射束 走向，使得泵浦辐射的由逆反射体反射回的部分以另一个角穿过激光活性 介质，从而在所述激光活性介质上反射回的泵浦辐射不再进入到泵浦辐射 源中。但是，在该方式中，当不能容易地提高泵浦辐射的射束质量时，激 光活性介质中的重叠区域可能缩小并且在激光活性介质中产生的激光辐射 的射束质量可能降低，从而在使用逆反射体时用于稳定化泵浦辐射源的波 长选择性元件也是特别有利的。

在另一种实施方式中，用于波长稳定化的装置或者光栅结构构成与波 长相关的反射体，以便将所产生的泵浦辐射的一部分反射回泵浦辐射源并 且将泵浦辐射的所透射的一部分输送到激光活性介质。反射体例如可以涉 及体布拉格光栅(Volumen-Bragg-Gitter)，其可以与泵浦辐射源或者在那设 置的泵浦二极管间隔开地设置。如果经波长稳定化的光纤激光器用作泵浦 辐射源，则所述泵浦光纤激光器的经波长稳定化的泵浦辐射例如可以由实 施为光纤布拉格光栅(Faser-Bragg-Gitter)的反射体产生。更一般地，对泵 浦辐射进行波长稳定化的反射体可以构成泵浦辐射源的耦合输出镜。

同样，对于本领域技术人员可理解，用于反馈泵浦辐射到泵浦辐射源 的逆反射体必要时可以与进行波长稳定化的反射体相同。在所述情形中， 所泵浦的激光活性介质潜在地位于泵浦辐射源的谐振器内部。通过泵浦辐 射在所述(必要时所耦合的外部的)谐振器内部的吸收而产生的损耗不允 许如此强，使得泵浦辐射源不再发射窄带的激光辐射。因此，逆反射体应 当比所泵浦的激光活性介质的吸收线更窄带地设计(即反射更小的波长范 围)。

泵浦辐射的由反射体反射回的、期望的频谱部分的提高虽然可能也导 致波长稳定性的改善，但是同时提高泵浦辐射源的或者用于射束成形的光 学元件的光学负荷，从而泵浦辐射源或者射束成形的元件加速地老化或者 被毁坏。同样通过反射体的提高的反馈泵浦辐射源的效率可能下降，从而 在使用反射体的情况下用于波长稳定化的波长选择性元件的使用也是有利 的。

在一种实施方式中，波长选择性元件是干涉滤波器。所述干涉滤波器 的作用基于在薄层上的直接辐射和经多次反射的辐射之间的干涉。

在另一种实施方式中，波长选择性元件构造为边缘滤波器或者构造为 边缘滤波器的组合，所述边缘滤波器中的一个或者多个透射仅仅在期望的 波长处的辐射以及较长波的辐射，并且所述边缘滤波器中的一个或者多个 透射除期望的波长处的辐射以外的其他辐射以及较短波的辐射。在一些情 形中，仅仅在激光活性介质的吸收线的一侧上实施频谱滤波可能足以对泵 浦光源进行稳定化。

应理解，必要时也可以使用以下滤波器作为波长选择性元件：所述滤 波器通过泵浦辐射的吸收而具有波长选择性的效果。相应的滤波器可以构 造为带通滤波器、高通滤波器或者低通滤波器。

在一种扩展方案中，干涉滤波器是相对于所述泵浦辐射的射束方向成 一个角度定向的标准具(Etalon)。标准具的效果基于法布里-珀罗干涉仪 (Fabry-Perot-Interferometer)的基本原理，其中，通常使用两个相互平行 定向的、以小的间距(例如以约40微米)设置的平的镜面来构成谐振器(腔)。 标准具仅仅透射满足谐振条件的波长处的辐射。通过标准具——所述标准 具的面法线相对于射束方向成一个(通常小的)角地倾斜以便避免所不期 望的频谱分量反射回泵浦辐射源——的布置，能够有针对性地耦合输出不 期望的辐射部分，因为通过所述角可以有针对性地影响标准具的透射最大 时的波长。

优选将例如以薄的平面平行的板(作为谐振器)的形式的衬底用作标 准具，所述薄的平面平行的板在两个侧面上设有(部分)反射性的涂层。 在此，在一个侧面上将例如以高折射和低折射交替的四分之一波层的堆叠 形式的涂层施加在背侧防反射的衬底上，所述衬底的厚度相应于例如半波 层的四倍。在另一个侧面上施加的涂层可以具有高折射和低折射交替的四 分之一波层的另一个堆叠。在此，陈述“半波”层或者“四分之一波”层 涉及层的光学厚度，所述光学厚度相应于标准具的中央的(谐振的)波长 的一半或者四分之一。但是，必要时也可以使用其他类型的标准具——例 如所谓的空气隙标准具(英语：“air-spaced etalons”：空气间隔标准具)，其 中，两个薄的平板通过隔件相互保持一预给定的间距。

在一种特别优选的实施方式中，标准具构造为薄层标准具，即标准具 在薄层涂层的内部产生。对此，例如背侧防反射的衬底上的高折射和低折 射的四分之一波层的适合的交替的堆叠——其作为部分反射体——可以由 半波层的四倍或者由半波层的重新交替的堆叠——其作为第二部分反射体 ——跟随，其中，如此选择相应的层的数量，使得谐振中的标准具具有接 近100％的透射。替代四分之一波层，也可以选择其他适合的层系统。

在一种扩展方案中，泵浦辐射装置具有用于转向和/或吸收由所述波长 选择性元件、尤其标准具从所述泵浦辐射的路径引开的不期望的频谱部分 的接收元件。不期望的频谱部分由标准具(或者另一个倾斜设置的波长选 择性元件)反射并且由于标准具的以相对于射束方向的倾斜角的布置而从 泵浦辐射的光程耦合输出。接收元件例如可以设有反射性的涂层，以便使 不期望的辐射部分转向到吸收器上。接收元件也可以自身构造为吸收器， 所述吸收器接收不期望的辐射部分的功率，例如以散热片的方式。

在一种实施方式中，所述激光活性介质是固体晶体，并且所述波长选 择性元件、尤其干扰滤波器在所述泵浦辐射的光程中设置在光栅结构和所 述固体晶体之间或者所述固体晶体和所述逆反射体之间。固体介质或者固 体晶体通常涉及掺杂的晶体，例如涉及Yb:YAG晶体或者Yb:三氧化二物 晶体(例如Yb:Lu₂O₃)。所泵浦的固体介质可以具有以下不同的几何形状： 例如涉及激光器盘片，所述激光器盘片通常由泵浦辐射多次穿过，其方式 是，借助多个镜始终将泵浦辐射再次反射回激光器盘片。替代地，此外也 可以使用棒状的激光介质(棒激光器)或者板状的介质(所谓的板条激光 器)作为激光活性固体介质。

在另一种实施方式中，逆反射体构造为波长选择性元件。通过这种方 式，可以放弃在泵浦辐射的光程中设置用于波长选择性的附加的透射的光 学元件。在此，波长选择性元件可以构成镜，泵浦辐射以适当选择的、不 等于0°的入射角射到所述镜上，以便使所述泵浦辐射反射回激光活性介质， 例如利特罗装置(Littrow-Anordnung)中的闪耀光栅。所述闪耀光栅将辐 射仅仅朝确定方向反射并且因此在给定波长时将辐射仅仅反射到确定的衍 射级上。在利特罗装置中，入射角相应于出射角(和所谓的闪耀角)，以便 使泵浦辐射反射回自身。

但是特别地，逆反射体也可以涉及端镜，泵浦辐射基本垂直地射到所 述端镜上，从而使泵浦辐射反射回自身。必要时，泵浦光装置的没有用作 逆反射体或者端镜的镜也可以用作波长选择性元件并且为此目的例如可以 设有光栅结构和/或设为具有波长选择性涂层的(干涉)滤波器。

在所述实施方式的一种扩展方案中，逆反射体是光栅结构。不仅在逆 反射体中而且在泵浦辐射源的反射体中，可以通过不同的方式实现光栅结 构或者实现折射率变化的模型(Muster)作为全息光栅、作为具有带隙的 光子晶体(英语：“(photonic bandgap crystal)”)、作为干涉滤波器反射体， 例如如在开始时引用的WO 2006/025849 A2中所描述的那样。

优选一种扩展方案，其中，逆反射体构造为体布拉格光栅。例如可以 通过以下制造所述的体布拉格光栅(英语：“体布拉格光栅(volume Bragg  grating)”)：使光热折射材料(英语：“光热折射材料(photo-thermo-refractive  material)”)暴露于具有周期性模型的射束分布，如在WO 2006/025849 A2 中详细描述的那样。

在一种扩展方案中，逆反射体构造为光栅波导体镜。所述镜具有高的 角度接受度以及高的效率，从而必要时可以放弃微调。例如可以如文献 “High Reflectivity Grating Waveguide Coatings for 1064 nm”(A.Bunkowski 等人所著的《Classical and Quantum Gravity 23》，7297ff)描述的那样构造 光栅波导体镜。在所述镜中，高折射的介质施加到低折射的介质(衬底) 上，所述高折射的介质构成波导体。在高折射的介质的背离衬底的侧上施 加光栅结构，所述光栅结构与在两个介质之间的边界面上的全反射组合地 导致相长干涉并且因此导致确定的波长(目标波长)处的射束的反射。

在另一种实施方式中，激光活性介质包括激光活性光纤，而泵浦辐射 装置包括用于将泵浦辐射输送到激光活性光纤的泵浦光纤区段。在所述情 形中，泵浦辐射装置用于泵浦光学光纤，更准确地说，泵浦光学光纤的激 光活性的(例如镱掺杂的或者铒掺杂的)芯。例如可以通过波长复用的组 件(英语：“波分复用(wavelength division multiplexer)”，WDM)将泵浦 辐射从泵浦辐射源耦合输入到泵浦光纤区段中。为了光学泵浦，将泵浦辐 射平行于光纤芯或者平行于其护套地沿着相互作用区域引导并且耦合输入 到激光活性光纤芯中或者由所述激光活性光纤芯吸收。应理解，在没有使 用泵浦光纤区段来导入以及必要时导出泵浦辐射的情况下能够实现激光活 性光纤的直接的(从端面的)泵浦。

在一种扩展方案中，泵浦辐射装置具有用于将没有由激光活性光纤吸 收的泵浦辐射输送到逆反射体的另外的泵浦光纤区段。在此，泵浦光纤区 段和所述另外的泵浦光纤区段可以构成同一个泵浦光纤的两个区段，所述 泵浦光纤在位于此之间的泵浦光纤区段中相对于激光活性光纤平行(并且 以小的间距)地延伸。替代地，可以将泵浦光纤区段在相互作用区域的两 个端部处拼接到激光活性光纤上或者其护套上。在每一种情形中使用逆反 射体，以便将泵浦辐射通过所述另外的泵浦光纤区段输送回相互作用区域， 从而使泵浦辐射通过第一泵浦光纤区段引导回泵浦辐射源。必要时，也可 以实现以下光学泵浦：其中，泵浦辐射从端面耦合输入到激光活性光纤中 并且必要时也再次耦合输出。当具有高的泵浦功率密度的泵浦辐射要直接 耦合输入到光纤的激光活性芯中时，或者当期望的泵浦功率非光纤耦合地 可用时，这尤其是有益的。

在一种扩展方案中，逆反射体构造为在另外的泵浦光纤区段中构成的 光纤布拉格光栅(英语：“光纤布拉格光栅(fiber bragg grating)”)。所述光 纤布拉格光栅可以借助激光图形发生器(Laser-Pattern-Generator)刻印到泵 浦光纤区段的自由端部的区域中并且用作波长选择性元件。

在另一种扩展方案中，在第二泵浦光纤区段的端面和逆反射体之间设 置镜组(Objektiv)。所述镜组有助于从第二泵浦光纤区段的端部耦合输出 的泵浦辐射聚焦或准直到逆反射体上，所述逆反射体在所述情形中优选构 造为体布拉格光栅。通过所述镜组的设置，在作为激光活性介质的光纤激 光器的情况下也可以将传统的、即没有刻印到光纤芯中的波长选择性元件 (例如体布拉格光栅)用作逆反射体。

在一种扩展方案中，泵浦辐射装置包括至少一个另外的用于将另外的 泵浦辐射输送到激光活性光纤的泵浦辐射源，其中，所述另外的泵浦辐射 通常具有与泵浦辐射源的泵浦辐射相邻的泵浦辐射波长。在所述情形中， 泵浦辐射源的泵浦辐射可以通过WDM元件或者DWDM元件(英语：“密 集波分复用(dense wavelength multiplexing)”，密集的波长耦合)同向地或 者反向相反方向地耦合输入到激光活性光纤中。

本发明也涉及开始时所述类型的用于泵浦激光活性介质的方法，所述 方法包括以下另外的步骤：借助波长选择性元件滤除没有由激光活性介质 吸收的并且借助逆反射体偏转回泵浦辐射源的频谱部分以防止泵浦辐射源 的波长不稳定化。在实施所述方法时使用的波长选择性元件或者泵浦辐射 装置可以如以上所描述的那样构造。以上结合泵浦辐射装置所描述的优点 也相应适用用于泵浦激光活性介质的方法。

在一种变型方案中，通过与波长相关的反射体(通常借助光栅结构) 实现泵浦辐射的波长的稳定化，所述反射体将所产生的泵浦辐射的一部分 反射回泵浦辐射源并且将泵浦辐射的所透射的一部分输送到激光活性介 质，即光栅结构作为反射体起作用。例如可以以体布拉格光栅或者光纤布 拉格光栅的形式构造所述光栅结构。

本发明的其他的优点由描述和示图得出。上述的特征和进一步列举的 特征同样可以单独地或者多个任意组合地使用。所示出的和所描述的实施 方式不应理解为穷举，而是相反地具有用于表述本发明的示例性的特征。

附图说明

附图示出：

图1a、b：半导体激光二极管形式的、具有体布拉格光栅形式的反射体 的泵浦辐射源的示意图；

图2：在不使用或者使用根据本发明的波长选择性元件的情况下的具有 逆反射体的泵浦装置中的由泵浦辐射源产生的泵浦辐射的频谱的示意图；

图3a、b：具有标准具作为波长选择性元件的泵浦辐射装置的示意图；

图3c：具有薄层标准具作为波长选择性元件的盘片激光器泵浦辐射装 置的示意图；

图4：根据图3a-c的两个不同的标准具的与波长相关的透射的示意图；

图5：具有光栅波导体镜作为波长选择性元件的泵浦辐射装置在不等于 0°入射角的情况下的一种实施方式的示图；

图6：具有体布拉格光栅形式的波长选择性元件的泵浦辐射装置的一种 实施方式的示图；以及

图7a-c：用于泵浦激光活性光纤形式的激光介质的泵浦辐射装置的实 施方式的示图。

具体实施方式

图1a、b以侧视图或者俯视图强烈示意性地示出泵浦辐射源1。泵浦辐 射源1在本示例中涉及用于产生在例如969纳米(用于泵浦作为激光活性 介质的Yb:YAG)或者例如976纳米(用于泵浦作为激光活性介质的 Yb:Lu₂O₃)的目标波长λ_z处的泵浦辐射的激光二极管。泵浦辐射源1具有 活性区域2，当以超过阈值电流密度的电流密度对泵浦辐射源1进行通电 时，在所述活性区域中产生光子或者泵浦辐射3。在本示例中，活性区域2 由铟砷化镓(InGaAs)组成，但是应理解，也可以使用其他的半导体材料。 泵浦辐射源1施加到散热片4上并且发射泵浦辐射3，所述泵浦辐射沿着 XYZ坐标系的Z方向延伸。

泵浦辐射3从泵浦辐射源1发散地出射，其中，泵浦辐射3在Y方向 (所谓的“fast axis：快轴”)上具有的发散不同于泵浦辐射3在X方向(所 谓的“slow axis：慢轴”)上的发散。泵浦辐射3射到具有光栅结构的体布 拉格光栅5形式的反射体上，所述光栅结构在所述情形中构造为线模型或 者线光栅。体布拉格光栅5将到达的泵浦辐射3的一部分3a反射回泵浦辐 射源1，以便抑制不期望的在泵浦辐射源1中激励的模式。

体布拉格光栅5对泵浦辐射3在Y方向上的发散具有相对小的影响， 因此柱面透镜6a设置在泵浦辐射源1和体布拉格光栅5之间，以便对泵浦 辐射3进行准直。为了改变泵浦辐射3在X方向上的发散，另一个柱面透 镜6b可以以类似的方式设置用于准直。应理解，为了改变X方向上的发散， 替代聚焦透镜6b，也可以设置散射透镜来抑制泵浦辐射源1中的不期望的 模式。同样，在一些装置中也可以完全放弃所述另一个透镜6b。不同于图 1a、b中示出的那样，也可以使用一个唯一的透镜元件来匹配泵浦辐射3 不仅在Y方向上而且在Z方向上的发散。不同于图1a、b中示出的那样， 必要时也可以将体布拉格光栅5直接安装在泵浦辐射3从泵浦辐射源1出 射的面上。

可在图2中识别到体布拉格光栅5对由泵浦辐射源1产生的泵浦辐射3 的效果，图2以用于作为激光活性介质的Yb:YAG的泵浦装置为例示出泵 浦辐射3根据波长λ的辐射强度。辐射强度具有以下强度分布：所述强度 分布在目标波长λ_Z处具有最大值并且所述强度分布具有基本高斯形的、窄 带的轮廓8。当如以上所示出的那样借助体布拉格光栅5将泵浦辐射3的一 部分3a反射回泵浦辐射源1中或者活性区域2中时，可以产生所述窄的强 度轮廓8。

窄带的强度轮廓8是有利的，因为泵浦辐射3用于泵浦激光活性介质， 所述激光活性介质仅仅在相对窄的波长范围7内有效吸收辐射。图2示例 性地示出具有逆反射体的多程泵浦辐射装置 (Multipass-Pumpstrahlungsanordnung)中的以薄的Yb:YAG激光器盘片形 式的激光活性介质在高反转的情况下的这样的(计算出的)吸收谱7。由于 有限数量的泵浦辐射通路以及由于反转时吸收的减弱，在吸收线的两侧明 显更小的频谱部分被吸收并且因此返回到泵浦二极管。

泵浦光源1的或者二极管的增益频谱也支持在窄带发射的频谱范围8 以外的自发的辐射发射，所述自发的辐射发射能够在足够的反馈的情况下 经过逆反射体起振成激光辐射。由于所使用的体布拉格光栅反射体在969 纳米波长处的有限的反射率，泵浦二极管8的频谱偏离到在965纳米至966 纳米波长处或者在971纳米至972纳米波长处的更宽的、不期望的发射带 10。根据二极管的增益频谱的位置或者根据二极管温度和半导体成分可以 激励或者过短波的辐射或过长波的辐射或者不仅过短波的辐射而且过长波 的辐射。通过波长选择性元件(滤波器)的添加可以抑制所述更宽的发射 带10，以便产生强度分布9(图2中虚线示出的)，所述强度分布相应于那 些没有通过逆反射体反馈的强度分布。由此，泵浦辐射的由激光器盘片吸 收的部分增加以及接着所泵浦的激光活性介质的效率或者输出功率增加。

图3a、3b示出Yb:YAG激光器晶体形式的所述激光活性介质12，所述 激光器晶体在泵浦辐射装置11中设置在泵浦辐射源1的泵浦光程13中并 且所述激光器晶体由泵浦辐射3激励，以便发射在约1030纳米的发射波长 处的(未示出的)激光辐射。泵浦辐射3的从体布拉格光栅5透射的部分 3b用于泵浦，该部分穿过激光器晶体12沿着相互作用长度D的体积。因 为尤其由于热效应而不能使由泵浦辐射3穿过的长度D任意大，所以由激 光介质12吸收泵浦辐射3的仅仅一部分。然而，为了能够将没有被吸收的 辐射部分用于泵浦并且通过所述方式提高泵浦过程的效率，在泵浦辐射装 置11中安装端镜14形式的逆反射体，所述逆反射体将未由激光介质12吸 收的泵浦辐射3c反射回自身中。端镜14将泵浦辐射3c反射回激光活性介 质12，从而所述激光活性介质再次由泵浦辐射3b穿过并且再次经过相互作 用长度D，其中，泵浦辐射3的另一部分由激光介质12吸收。应理解，在 图3a、b中示出的泵浦辐射装置11表示简化的示例，并且如有必要可以在 泵浦辐射装置11中设置多个其他的镜，以便实现多于仅仅两个的通过激光 介质12的泵浦通路。作为激光活性介质12也可以使用激光活性晶体，所 述激光活性晶体由不同于Yb:YAG的材料构成。激光活性介质也可以具有 与棒状的几何形状不同的几何形状，其在图3a、3b中示出，激光活性介质 12例如可以采用盘片或者板的形状。

由端镜14反射回体布拉格光栅5的泵浦辐射3c从所述体布拉格光栅 透射并且与泵浦辐射3的在所述体布拉格光栅5上反射回的部分3a一起进 入到泵浦辐射源1中。没有由激光活性介质12吸收的、反射回到泵浦辐射 源1中的辐射部分3c不仅具有目标波长λ_Z处的频谱部分，而且具有位于泵 浦辐射源1的可激励的增益频谱的边缘区域中的频谱分量10。在此，反射 回的泵浦辐射3c的没有被吸收的频谱部分通常具有大于目标波长λ_Z的范 围中的功率的功率，因为位于该波长范围中的功率部分基本上已经由激光 活性介质吸收。因此，所不期望的频谱部分10尤其在高的泵浦功率时导致 泵浦辐射源1的波长的不稳定化，所述不稳定化导致由泵浦辐射源1发射 的波长频谱的变宽。

为了保护泵浦辐射源1免受反射回所述泵浦辐射源的不期望的频谱部 分的损坏，在图3a、b的泵浦辐射装置11中安装有板状的标准具15形式 的波长选择性元件。板状的标准具15具有约40微米至50微米的厚度d并 且在两个平行的侧面上设置有反射性的涂层B。标准具15以角α相对于泵 浦辐射3的射束方向13倾斜。

图3c示例性示出用于泵浦薄的激光器盘片12(在图3c中被遮挡)的 泵浦辐射装置11的另一个实施例。泵浦二极管形式的泵浦辐射源1的泵浦 辐射3通过传输光纤16均匀化并且通过孔盘17输送到准直透镜18，所述 泵浦辐射源具有集成到所述泵浦辐射源1中的体布拉格光栅(在图3c中未 示出)并且针对Yb:YAG激光器盘片12稳定化到例如969纳米上或者针对 Yb:Lu₂O₃激光器盘片12稳定化到例如976纳米上。准直透镜18对泵浦辐 射3b进行准直，所述泵浦辐射从波长选择性元件15透射，所述波长选择 性元件在如图3a、b的示例中构造为薄膜标准具，而不期望的频谱部分10 被反射并且由设有镜面化部分(Verspiegelung)的孔盘17偏转到(未示出 的)经冷却的散热片。

从标准具15透射的泵浦辐射3b进入到泵浦辐射装置11的一部分中， 如由WO2001/057970A1所已知的那样并且所述部分因此在此没有被详细 描述。泵浦辐射3b在经过抛物面镜19并且经过多个转向棱镜20a、20b的 多个通路中始终又偏转到背侧经镜面化的激光器盘片12，所述激光器盘片 设置在抛物面镜19的焦点中。在所述泵浦辐射在逆反射体14——所述逆反 射体在本示例中构造为在盖顶边缘上到一起的、经镜面化的逆棱镜对20a、 20b——上反射之前，泵浦辐射3b由在此存在的激光活性介质12部分地吸 收并且通过基本相同的几何路径向后重新经过激光器盘片12并且最终返回 经过标准具15和传输光纤16到达泵浦二极管1。

自由运行的二极管的泵浦辐射，即在没有反射回的情况下由(未示出 的)体布拉格光栅完美地稳定化到激光器盘片12的吸收波长上，而在经波 长稳定化的泵浦二极管的情况下在泵浦辐射装置11中无附加的波长选择性 元件(例如以图3c中示出的标准具15的形式)的情况下使二极管频谱如 此偏离，使得所述二极管频谱与激光器盘片12的吸收线不再一致并且吸收 急剧降低以及因此盘片激光器的效率或者由所述盘片激光器发射的激光辐 射21的功率急剧降低。在泵浦辐射3经过泵浦辐射装置11的完整通路中 (去程和回程)泵浦辐射3的中央频谱峰的例如65％被吸收，但是边缘区 域的仅仅约20％被吸收，即约80％被反射回泵浦辐射源1。

虽然在使用更厚的激光器盘片的情况下或者在提高循环的数量的情况 下或者在降低激光器盘片的反转的情况下这些被吸收的不期望的频谱部分 中的部分分别比在吸收线的情况下的部分更显著地增长。但是，对于实现 良好的射束质量或者对于降低复杂度或者对于避免非线性的效果有利的 是，利用更薄的激光器盘片或者利用有限数量的泵浦光通路或者利用更高 的反转。在通过体布拉格光栅5稳定化的、作为泵浦辐射源1的二极管的 情况下，通常如此设计所述体布拉格光栅5使得仅仅反射泵浦频谱的边缘 区域的约20％。所述不期望的频谱部分的残余被透射返回至二极管并且在 所述二极管处导致不稳定化并且因此导致泵浦效率的降低。应理解，在此 所提到的数值仅仅具有示例性的特性并且没有限制本发明的适用范围。

泵浦辐射3b到标准具15的入射角或者标准具15自身能够通过适合的 (未示出的)设备精确调节到期望的透射特性上。随后根据图4阐述标准 具15对泵浦辐射3的作用方式，图4强烈示意地示出两种不同配置中的标 准具15的与波长相关的透射T。标准具15的透射T与波长相关地在最大 透射T_Max和最小透射T_Min1或者T_Min2之间变化。借助涂层B、更准确地说 通过涂层B的反射率的选择来调节最大的透射T_Max和最小的透射T_Min1、 T_Min2之间的差(称作对比度)，其中，最小的值T_Min1、T_Min2例如可以是最 大的透射T_Max的50％。

透射分布T的峰的(半值)宽d₁、d₂可以通过标准具15的厚度d来调 节。波长——在所述波长处标准具15的透射最大——可以通过倾斜角α来 调节并且通常如此选择，使得所述波长与目标波长λ_Z一致。因此，可以通 过倾斜角α的变化来补偿标准具15的制造公差，所述制造公差在垂直入射 的情况下使谐振波长略微偏移。对此所需的倾斜角α通常是小的并且位于 约2°和最大约20°之间。

必要时在其他的光学器件上反射之后，能够将泵浦辐射3b的由标准具 15反射的、不期望的频谱的背景几何地偏转到射束池槽(Strahlsumpf)，从 而经过度反射的泵浦辐射3尤其在倾斜角α的微调期间不会导致损坏。因 此，例如如图3c中示出的那样，高反射性涂覆的孔盘17可以防止返回反 射波到达光纤插头的粘接位置并且孔盘17可以负责使所述反射波转向并且 吸收在经良好冷却的插头容纳部中。

重要的是，使不期望的频谱部分10在其通过标准具15、泵浦光学器件 (例如图3c中的19、20a、20b)并且通过逆反射体14再次回到泵浦辐射 源1的路径上以如此程度衰减，使得在与泵浦辐射源1的增益频谱的均衡 中所述损耗占主导，从而在活性介质12的吸收线之外不发生寄生的起振。

对于透射的光学元件——例如标准具15——形式的波长选择性元件的 使用替代地或附加地，也可以使用例如以光栅波导体镜14a的形式的反射 性的元件用于滤波不期望的频谱部分10，所述光栅波导体镜用作泵浦辐射 装置11的端镜，如图5中示出的那样。光栅波导体镜14a仅仅反射在目标 波长λ_Z周围的窄的频谱范围中的泵浦辐射3并且能够实现泵浦辐射3的不 期望的频谱部分10的滤波。例如可以如开始时所引用的文献中那样构造所 述光栅波导体镜14a，所述光栅波导体镜在所述方面通过引用并入到本发明 的内容。

不仅光栅参数而且波导体宽度、即射束入射面——在所述射束入射面 上构成光栅——和衬底之间的间距可以适合地相互适配，以便在目标波长 λ_Z处得到对于泵浦辐射3的相长干涉。在更高的反射率的情况下，光栅波 导体镜14a可以比典型的体布拉格光栅具有更高的角度接受度以及相对宽 带的反射，从而必要时可以放弃微调。在图5中，将光栅波导体镜14a作 为在非垂直入射下、即在与射束方向13成角β下的逆反射体使用，更确切 地说，在利特罗装置中使用，在所述利特罗装置中光栅波导体镜14a的入 射角和出射角一致，从而泵浦辐射3b、3c反射回自身中。应理解，也可以 在垂直的入射(β＝0°)下或者在与利特罗角不同的倾斜角下使用所述光栅 波导体镜14a。

替代光栅波导体镜14a，体布拉格光栅14b也可以用作端镜或者逆反射 体，如其在图6中示出的那样。体布拉格光栅14b构造用于反射仅仅在目 标波长λ_Z周围的期望的波长范围中的到达的泵浦辐射3(其中，没有泵浦 辐射被透射)。通过这种方式也可以防止将不期望的频谱部分反射回泵浦辐 射源1。为了确保所述体布拉格光栅14b在没有角度微调到波长λ_Z上的情 况下适合通过反射体5稳定化的泵浦辐射源1，可能必要的是，使用经周期 调制的体布拉格光栅(“经线性调频的体布拉格光光栅(chirped VBG)”) 来实现足够的宽带性，其中，所述体布拉格光栅14b的反射率受其小的折 射率差限制。即使当假设体布拉格光栅14b的反射率非常明显地位于在 100％之下、例如在80％-90％处，但在经过泵浦辐射装置11的去程上还没 有被吸收的泵浦辐射3的所述部分还可以在回程上使用。

尽管在以上两个示例中端镜14构造为波长选择性元件，但必要时也可 以在泵浦辐射装置11的其他镜上实现波长选择，例如在用于使射束路径折 叠的或者用于实现通过激光活性介质12的多重通路的镜上实现波长选择。 因此，可以通过在不同镜上的多个频谱尖锐的涂层(干涉滤波器)的组合 实现不期望的频谱分量的抑制，当所述频谱部分的除期望的泵浦波长λ_Z以 外的一部分反射仅仅较长波的频谱范围而其除期望的泵浦波长λ_Z以外的另 一部分反射仅仅较短波的频谱范围时。除体布拉格光栅和光栅波导体镜以 外，也可以使用其他种类的以有利的方式可以具有光栅结构的、反射性的 波长选择性元件。

以下根据图7a-c进一步描述泵浦辐射装置11的其他的实施例，所述其 他的实施例用于泵浦具有激光活性光纤区段26的、即具有掺杂的(例如铒 掺杂的)芯的信号光纤22形式的激光活性介质。在在此示出的泵浦辐射装 置11中，从泵浦辐射源1出射的泵浦辐射3耦合输入到第一泵浦光纤区段 23a中，在所述第一泵浦光纤区段上在入射侧的光纤端部的区域中刻印有以 光纤布拉格光栅5形式的用于波长稳定化的反射体。第一泵浦光纤区段23a 耦合到具有激光活性光纤区段26的信号光纤22上，更确切地说，例如通 过波长复用器(WDM元件)、通过侧向的耦合输入或者通过泵浦光纤区段， 所述泵浦光纤区段平行于具有激光活性光纤区段26的信号光纤22地延伸 并且构成具有长度D的相互作用区域，泵浦辐射3在所述相互作用区域处 耦合输入到信号光纤22中，如图7a中说明的那样。

其他的第一和第二光纤布拉格光栅24a、24b刻印到信号光纤22中， 准确地说刻印到其芯中，它们用作在激光活性光纤22上构成的谐振器的端 镜。第二光纤布拉格光栅24b优选表示耦合输出装置，在所述耦合输出装 置上耦合输出在激光活性光纤区段26中产生的激光辐射。在此，另一个第 二光纤布拉格光栅24b处的辐射功率大于另一个第一光纤布拉格光栅24a 处的辐射功率，即在本示例中泵浦辐射方向3b与在激光活性光纤区段26 中产生的激光辐射的辐射反向。不言而喻，例如在光纤放大器装置的情形 中可以省去所述其他的光纤布拉格光栅24a、24b。

在图7a中示出的示例中，泵浦光纤23具有另外的泵浦光纤区段23c， 在所述另外的泵浦光纤区段上将没有由激光活性光纤22吸收的泵浦辐射从 该激光活性光纤引导离开。在所述另外的泵浦光纤区段23c的端部处，另 一个光纤布拉格光栅14c刻印入泵浦光纤23中，所述另一个光纤布拉格光 栅用作端镜或者逆反射体，以便将泵浦辐射3c引导回激光活性光纤区段 26，从而将另一个辐射部分耦合输入到具有激光活性光纤区段26的信号光 纤22中。通过作为波长选择性元件的光纤布拉格光栅14c来抑制不期望的 频谱部分并且基本仅仅将目标波长λ_Z处的泵浦辐射反射回泵浦辐射源1。

图7b示出泵浦辐射装置11，其与图7a中示出的泵浦辐射装置的区别 在于，替代所述另一个光纤布拉格光栅14c，体布拉格光栅14d用作端镜以 及波长选择性元件。为了将泵浦辐射从所述另外的泵浦光纤区段23c以自 由射束传播的方式引导到体布拉格光栅14d，在本示例中设置镜组25，所 述镜组对从所述另外的泵浦光纤区段23c的端部射出的泵浦辐射3在其射 到体布拉格光栅14d之前进行准直或者聚焦。尽管在图7b中镜组25简化 地表示为透镜，但是所述镜组包括多个光学元件，它们例如也可以构造为 反射性的光学元件。必要时也可以设置另一个镜组，以便将来自泵浦辐射 源1的泵浦辐射3耦合输入到第一泵浦光纤区段23a中。替代光纤布拉格 光栅5，也可以不同于图7a、7b中示出地设置体布拉格光栅作为反射体， 以便将泵浦辐射3的一部分反射回泵浦辐射源1。具有以用于波长稳定化的 集成的光栅结构的DFB激光器(Distributed Feed Back：分布式反馈)或者 DBR激光器(Distributed Bragg Reflective：分布式布拉格反射)形式的泵 浦辐射源1的使用也是可能的。

图7c示出泵浦辐射装置11的另一种实施方式，其中，波长敏感元件 15a定位在通过波长选择性元件5稳定化的泵浦辐射源1的第一泵浦光纤区 段23a与激光活性光纤区段26之间。泵浦辐射源1例如可以是经波长稳定 化的二极管。但是，所述泵浦辐射源自身也可以是光纤激光器。波长选择 性元件15a例如可以是波长复用器(WDM元件)并且同时将来自泵浦光纤 区段23a的泵浦辐射3b耦合输入到信号光纤22中或者激光活性光纤区段 26中，如图7c中示出的那样，但是也能够实现标准具、光栅等形式的波长 选择性元件。

可以通过另一个波长复用器15b将泵浦辐射3b从激光活性光纤区段26 耦合输出到引导至逆反射体的泵浦光纤区段23c中。逆反射体14a可以耦 合到所述波长复用器元件15b上或者耦合到相应的拼接的泵浦光纤区段 23c上(参考图7c)，所述逆反射体例如可以实施为光纤布拉格光栅并且所 述逆反射体使没有被吸收的泵浦辐射3c偏转回到激光活性光纤区段26中， 但也可能的是，将光纤布拉格光栅直接刻印到信号光纤22中。在所述情形 中，逆反射体14a同样具有波长选择性特性。但替代光纤布拉格光栅14a， 也可以使用传统的逆反射体，例如以上所描述的组件中的一种或者也使用 经镜面化的光纤端部。同样地，当然可以在泵浦光源1和逆反射体14a之 间的另一位置处定位波长选择性元件。

替代单个的泵浦辐射源1，也可以使用在不同的波长方面稳定化的泵浦 辐射源，所述泵浦辐射源例如通过所谓的紧密的波长耦合(称作“密集波 复用(DWM)”或者也称作“密集波分复用(DWDM)”)重叠，如其例如 在WO2002071119中示出的那样，所述密集波长耦合有关该方面通过引用 并入到本申请的内容。DWDM通常导致所使用的泵浦辐射的更高的光亮。

如图7c中示出的那样，例如可以使用至少一个另外的泵浦辐射源1a， 其波长不是必须与第一泵浦辐射源1的那些波长相同，而是例如可以通过 另一个波长选择性元件5a(例如以布拉格光栅的形式)稳定化到紧密相邻 的波长上。在紧密的波长耦合的情形中，用于将泵浦辐射耦合输入到激光 活性光纤区段26中的波长选择性元件15a可以是DWDM元件15a，来自 另外的泵浦光纤区段23d的泵浦辐射也耦合输入到所述DWDM元件中， 所述另外的泵浦光纤区段与所述另外的泵浦辐射源1a光学耦合。

没有被吸收的泵浦辐射可以通过激光活性光纤区段26的另一个端部上 的另一个相应的DWDM元件15b分配到多个不同的波长端口上，在所述 多个不同的波长端口中分别设置用于相邻的泵浦辐射波长的逆反射体14a、 14c，如图7c中说明的那样。逆反射体例如可以构造为光纤布拉格光栅14a、 14c，其刻印在拼接到DWDM元件15b上的分配给相应端口的相应的光纤 区段中并且与泵浦辐射的相应的波长匹配。

替代地，可以使用具有仅仅一个端口的DWDM元件15b，所述DWDM 元件将紧密相邻的波长偏转进共同的光纤区段23c中，逆反射体14a光学 耦合到所述共同的光纤区段上。在以下情形中，适于反射不同的泵浦辐射 波长的一个唯一的光纤布拉格光栅14a可以用作逆反射体：在所述情形中 在多个波长处的泵浦辐射通过DWDM元件15b的共同的端口耦合输出。

应理解，在图7b中示出的泵浦辐射装置11中也能够实现相应的方法。 多个泵浦辐射源的泵浦辐射可以通过WDM元件或者DWDM元件15a同 向耦合输入到激光活性光纤芯26中，而泵浦辐射源的泵浦辐射可以通过另 一个WDM元件或者DWDM元件15c从激光辐射分离。

应理解，替代如图7c中示出的同向的泵浦，也可以实现激光活性光纤 区段26的反向的泵浦。对此，至少两个泵浦波长可以通过两个分离的WDM 元件15a、c(参考图7b)反向地(并且在相对置的侧处)耦合输入到激光 活性光纤区段26中。在所述情形中，至少一个另外的泵浦光源与WDM元 件15c光学耦合，用于反射泵浦辐射源1的泵浦辐射的所述另外的泵浦光 纤区段23c也与所述WDM元件连接，所述泵浦辐射源通过WDM元件15a 在激光活性光纤区段26的所述另一个端部处耦合输入。

对于以上结合图7a-c描述的、激光活性光纤22或者激光活性光纤区段 26的侧向泵浦替代地，也可以实现以下光学泵浦：在所述光学泵浦中，泵 浦辐射3从端面耦合输入到信号光纤22中并且必要时也再次从端面耦合输 出或者反射。

应理解，具有另一种结构的泵浦辐射源同样是可能的。以上所描述的 和其他的泵浦辐射源可以用于棒激光器、板条激光器、盘片激光器或者光 纤激光器。特别感兴趣的是在高功率光纤激光器中的所述使用。在此，对 于高的峰功率而言，为了抑制非线性效——例如拉曼和布里渊散射(Raman- und Brillouin-Streuung)，必须使用具有短的长度的活性光纤。为了能够有 效吸收泵浦辐射并且能够实现激光辐射的高的峰功率，必须直接泵浦活性 芯。对此，需要高强度和高光亮的泵浦辐射，这可以通过DWM二极管装 置实现。如果从两侧泵浦或者借助反射回实现泵浦辐射经过光纤的双重通 路，则泵浦二极管可以如以上所描述的那样从其经稳定化的波长被锁定并 且DWM不再工作，这可以通过波长选择性元件的设置来防止。