专利名称：采用大数值孔径泵浦的薄盘激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于激光器和放大器的薄盘增益介质，更具体地说，本发明涉及一种采用大数值孔径光束泵浦增益介质的光学系统。
背景技术：
随着激光二极管和激光二极管阵列的功率目益增大，具有更高功率的二极管泵浦固体激光器已日趋可行。现已提出许多方案将泵浦光从多个高功率二极管棒(bar)或者二极管棒阵列有效耦合到固体增益介质。人们期望构造一种具有优良模式质量(mode quality)的高功率激光器。而随着激光器功率的增大，这具有挑战性。一种能够同时实现高功率和优良模式质量的方案是，由Brauch，Giesen，Voss和Wittig发明的第5,553,088号专利以及Optical Letters volume20，page713(1995)中所描述的薄盘激光器结构。
在此薄盘结构中，增益介质通常是直径几毫米、厚度只有几百微米的盘。它被附着于冷却面的散热片上。该冷却面被镀膜，用以反射泵浦光以及激光光束。因此，薄盘激光器是泵浦光和激光光束共线的端面泵浦设计。如果泵浦模式与激光模式的大小相匹配，则没有任何效率损耗就可以获得很好的模式质量。与侧面泵浦结构相比较，这种薄盘激光器结构是典型的端面泵浦设计。如果此盘足够薄，则冷却是一维的，并且热梯度也与激光束共线。使得通过光束的热透镜效应很小。这种设计是针对大多数其它的端面泵浦设计提出的。因为在大多数其它的端面泵浦设计中，热透镜效应是显著的，而且必须通过对激光腔的设计实现部分补偿。
由于泵浦光必须多次通过增益介质，薄盘设计肯定是增加了复杂性。论文“pumping schemes for multi-kW thin disk lasers”by Erhard，Karszewski，Stewen，Giesen，Contag and Voss in Proceedings ofAdvanced Sold State Lasers conference 2000，OSA Trends in OpticsPhotonics Series，Volume 34，page78讲述到，“对于诸如Yb:YAG这样的准三能级系统，激光激活介质对激光波长的再吸收起到重要作用。在端面泵浦结构中，通过增加激光激活介质长度是增大了泵浦吸收，可也增加了对激光波长的再吸收损耗。
因此，在这种结构中总效率受到限制。提高效率的方法是，通过减少晶体长度并且/或者降低掺杂浓度，可以降低再吸收损耗而同时保持对泵浦辐射的高吸收。正如在薄盘设计中所证实的那样，在端面泵浦结构中，这可以仅仅通过泵浦辐射多次通过激活介质来实现。作者还指出，当使用更薄的晶体时，增加泵浦光穿行激活介质的次数可以达到更高的效率。
泵浦光多次穿行还有第二个理由。为了保持一维冷却，盘必须是薄盘。此外，破裂限度是以盘厚度的倒数进行衡量的。不幸的是，大多数增益介质的最大掺杂量以及所对应的最大吸收是有限。吸收最强的增益介质之一是Nd:YVO4(钒酸盐)。钒酸盐是一种四能级激光器，并因此对泵浦光的全吸收是最佳的。采用1at.％掺杂的钒酸盐，为了吸收86％的泵浦辐射，要求泵浦辐射穿行4次并且盘厚为400微米。在钒酸盐中可以实现更高的Nd掺杂量，但是却导致寿命和效率的降低。
最近研究集中在实现泵浦光的多次数穿行的设计方面。在采用泵浦光16次穿行的设计中，从二极管棒发出的光典型地被光纤耦合到具有0.1数值孔径(NA)的光纤束中。此泵浦光由一个反射镜成像在盘上。剩余的泵浦光由另一个反射镜收集，并且成像回盘上。随后，采用一组8个反射镜实现泵浦光16次通过增益介质。要求每个反射镜足够大，以捕获具有0.1数值孔径的泵浦光束。
在一种替代设计中，采用大的抛物柱面镜，并且用此镜8个不同的分段面(segment)代替前一设计中的8个分离的反射镜。抛物柱面镜的各个分段面必须具有0.1数值孔径。这要求更亮的泵浦源(NA＜0.1)或者更大的高数值孔径的抛物柱面镜。更亮的泵浦源能够产生具有较低数值孔径的相同光斑尺寸、或者数值孔径不变的较小光斑尺寸。
近来已经给出了两种将Yb掺入晶体基质的化学计量材料。第一种，YbAG，是由镱替代所有钇的YAG基质晶体(host crystal)。因而此晶体是具有100％Yb掺杂的Yb:YAG。在论文“Laserdemonstration of YbAG and Materials properties of highly dopedYb:YAG”by Patel，Honea，Speth，Payne，Hutcheson and Equall inIEEE Journal of Quantum Electronics，vol.37，page 135(2001)中描述了此晶体。对于YbAG已经显示，掺杂100％Yb的YAG晶体仍然可以得到无显著寿命衰退的优良激光晶体。最重要地，只需单次穿行，所有泵浦光在小于300微米的盘中能够被全部吸收。
第二种被称为KYbW的化学计量晶体，也是由镱替代了所有钇的KYW基质晶体。在论文“Laser operation of the new stoichiometriccrystal KYb(WO4)2”，by Klopp et al.，in Applied Physics B，vol.74，page185(2000)中描述了此晶体。计算出的KYbW的吸收长度小于20微米。
这些高掺杂的化学计量材料展现了一些新的可行性方案。一种方案是继续采用更薄的薄盘以及泵浦光的多次穿行。这会改善冷却效果。其它的可行方案是设计更简单、更低成本的系统。以前尚未考虑将更高数值孔径的泵浦方案用于薄盘系统，因为对于多次穿行泵浦采用高数值孔径反射镜有困难。高数值孔径泵浦方案具有若干优点，尤其是在降低系统复杂性和成本方面。
高数值孔径泵浦方案的第一个优点是，可以使用较低亮度的泵浦源。更高数值孔径泵浦方案对于采用薄盘增益介质是有意义的，因为泵浦光束在增益介质内部不发散。这些较低亮度的泵浦源可以是具有很少光束整形光学部件的二极管堆叠(stack)和二极管阵列。典型的光束整形光学部件包括在各个二极管棒上的快轴准直透镜、通过改变水平和垂直方向上的光束质量使泵浦光束对称化的光束整形器以及允许反向偏振的两个二极管堆叠进行组合的偏振光学元件。各光束整形光学部件有助于保持泵浦源的亮度，但却增加了泵浦源的成本和复杂性。
第二个优点是，非成像集中器(concentrator)可以用于代替成像系统。透镜管(lens duct)或空心斗形器件集中器可以被利用。这些非成像集中器将二极管堆叠发出的低数值孔径的大光束转变为大数值孔径的较小光束。这允许采用大的二极管堆叠，通常为1平方厘米，其二极管棒间的间隔用于有效冷却。此集中器可以使光束尺寸减少4或5倍，而此光束的数值孔径却会增加同样倍数。当要求将泵浦光束以最低成本转送到增益介质时，空心斗形器件集中器是优选方案。
第三个优点是，多个泵浦源可以从不同角度入射到薄盘增益介质上。由此可以将各个独立的二极管棒从多个方向对准增益介质上的泵浦点。并且，更容易从这些分开的二极管棒上排除热量。绕着盘移动的多个二极管堆叠也能用来增加功率。每个二极管堆叠均有各自的耦合器，并能从不同方向将泵浦光束传送到盘上。
需要一种包含薄盘增益介质的改良光学系统及其使用方法。还需要一种包含二极管泵浦的薄盘增益介质并利用高数值孔径泵浦方案降低成本和复杂性的光学系统及其使用方法。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种具有高功率和良好模式的二极管泵浦激光器及其使用方法。
本发明的另一个目的是提供一种更简单并便宜的具有高功率和良好模式的二极管泵浦激光器及其使用方法。
因此，本发明的这些和其它目的在一种包含高功率二极管泵浦源和薄盘增益介质的光学系统中得以实现。在二极管泵浦源和薄盘增益介质之间放置光学耦合器。此光学耦合器产生大数值孔径的光束入射到薄盘增益介质上。
在本发明的另一实施例中，提供了一种光学系统，至少包含产生第一和第二泵浦光束的第一和第二高功率二极管泵浦源。提供了一种薄盘增益介质。在每个二极管泵浦源和薄盘增益介质之间放置光学耦合器。第一和第二泵浦光束从不同方向入射到薄盘增益介质上。
在本发明的另一实施例中，一种泵浦薄盘增益介质的方法是，从泵浦源产生一束高功率二极管泵浦光束。此高功率二极管泵浦光束通过放置在二极管泵浦源和薄盘增益介质之间的光学耦合器。由此光学耦合器产生一束高数值孔径输出光束。此高数值孔径输出光束入射到薄盘增益介质的入射面上。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于材料加工的方法，包括但并不局限于显微机械加工，快速成型，退火，切割，引发化学过程，医学应用等等，由泵浦源产生一束高功率二极管泵浦光束。此高功率二极管泵浦光束通过放置在二极管泵浦源和薄盘增益介质之间的光学耦合器。从此光学耦合器产生一束高数值孔径输出光束。此高数值孔径输出光束入射到薄盘增益介质的入射面上，以产生输出光。将此输出光束导向待加工的物品。
在本发明的另一实施例中，提供了一种泵浦薄盘增益介质的方法。从第一和第二泵浦源产生第一和第二泵浦光束。第一和第二泵浦光束各自通过放置在二极管泵浦源和薄盘增益介质之间的光学耦合器，以产生第一和第二增益介质光束。第一和第二增益介质光束从不同方向入射到薄盘增益介质上。
图1是示出本发明光学系统的一个实施例的示意图，包括二极管泵浦源，耦合器，薄盘增益介质以及散热片；图2是示出本发明光学系统的一个实施例的示意图，包括两个二极管泵浦源，各自带有一个耦合器以及薄盘增益介质；图3是本发明一个实施例的示意图，包括二极管泵浦源，耦合器以及薄盘增益介质，通过采用单个反射镜将泵浦光偏转回薄盘增益介质，以实现泵浦光4次通过此薄盘增益介质；图4示出了计算出的随波长和角度变化的增透膜反射率；
图5示出了计算出的随波长和角度变化的高反膜反射率；具体实施方式
参考图1，本发明的一个实施例是光学系统10，它包括高功率二极管泵浦源12以及薄盘增益介质14。在第5553088号美国专利中公开了薄盘增益介质的一个实例，在此引用该专利供参考。光学耦合器16放置在二极管泵浦源12和薄盘增益介质14之间。二极管泵浦源12与薄盘增益介质14间的恰当距离范围为10cm至200cm，不包括相关联的光纤长度。光学耦合器16产生一束入射到薄盘增益介质14上的大数值孔径的光束18。
泵浦源12可以是一个或多个二极管棒、二极管棒的线性阵列、或者优选地是二极管棒的竖直堆叠，并且其功率至少可以达到50W，更优选地至少为200W。
在各种实施例中，入射到薄盘增益介质14上的光束18的数值孔径为大于0.35，大于0.4，大于0.5等等。
光学耦合器16可以是非成像集中器，它包括但不局限于透镜管、空心斗形器件(funnel)集中器等。在1999年9月22日提交的第09/401146号美国专利申请中披露了适用的斗形器件集中器的一个实例，在此引用该专利供参考。此外，光学耦合器16可以是将泵浦源12的快轴发散准直的柱面透镜，几个柱面透镜的组合等等。光学耦合器16还可以包含光束整形器，偏振光束组合器，波长光束组合器，光束均化器等。光束整形器在水平和垂直方向改变光束18的光束质量，使得光束18对称化。如第5825551号美国专利公开的，光束整形器可以由微反射镜阵列、一堆板(plate)、或者一对反射镜构成，在此引用该专利供参考。在一个实施例中，光学耦合器16将发自二极管泵浦源12的取值为0.1的低数值孔径的大光束转化为取值可以是0.2至0.5的大数值孔径的较小光束。
此外，可以选择光学耦合器16，将二极管泵浦源12的光束尺寸减小至少2倍，更优选地减小3或4倍。二极管泵浦源12的光束的数值孔径增大至少2倍，更优选地增大3或4倍。
薄盘增益介质14可以具有各种不同形状，包括但不局限于薄的圆片或者薄的方形片。薄盘增益介质14具有入射面22和冷却面24。入射面22是指光束18入射于其上的表面，而冷却面24是指通过其消除热的那个表面。入射面22和冷却面24通常是薄盘增益介质14的两个相对面，但若采用诸如未掺杂的YAG那样的透明散热片材料，它们可以是同一表面。薄盘增益介质14可以采用其厚度比孔径小得多的尺寸。合适的尺寸实例包括但不局限于孔径2mm至50mm并且厚度10μm至500μm。
粘合材料26，包括但不局限于焊接材料、胶等，将冷却装置28连接到冷却面24。合适的冷却装置28包括但不局限于金属散热器，氧化铍，未掺杂的YAG，陶瓷材料等。
薄盘增益介质14可以由各种不同材料制成，包括但不局限于Yb:YAG，Yb:KGW，Yb:KYW，Yb:S-FAP，Nd:YAG，Nd:KGW，Nd:KYW，或者Nd:YVO4。薄盘增益介质14也可以由半导体材料制成。为了在薄盘增益介质14中实现高吸收，可以利用诸如在此所述的这些化学计量增益材料。作为例子但不局限于，化学计量增益材料可以是化学计量Yb3+材料，如YbAG、KYbW等。
参考图2，本发明的一个实施例是光学系统110，它包括至少第一和第二高功率二极管泵浦源112和114，用于产生第一和第二泵浦光116和118。设置薄盘增益介质120。光学耦合器122分别放置在二极管泵浦源112与薄盘增益介质120之间，和在二极管泵浦源114与薄盘增益介质120之间。第一和第二泵浦光116和118从不同方向入射到薄盘增益介质120上。
参考图3，本发明的另一实施例是光学系统210，它包括高功率二极管泵浦源212和薄盘增益介质214。光学耦合器216放置在二极管泵浦源212和薄盘增益介质214之间。光学耦合器216产生入射到薄盘增益介质214上的大数值孔径的光束218。光束218二次通过薄盘增益介质214，并且未被吸收的泵浦光由光学耦合器220和单反镜230导回到薄盘增益介质214。光束218随后第三、第四次通过增益介质。
根据本发明，可以制造适合于泵浦光束大数值孔径的涂层(coating)。这样的涂层可以既适用于二极管产生的泵浦辐射，也适用于光学系统发射的激光辐射。
在增益介质入射面上的增透涂层可以由单层氟化镁构成。它也可以由多个电介质层组成。图4(a)示出了计算出的作为正入射的波长的函数的由SiO2和Ta2O5交替形成的7个电介质层的反射率，它被设计用于抑制折射率大约为2的薄盘增益介质入射面上的反射。这种涂层可以适用于KYbW和其它类似的增益介质。反射率在1000nm至1100nm以上的波长范围内保持在0.1％以下，它允许光学系统的宽波长可调谐，并且也可以支持形成飞秒脉冲所需要的宽波长波谱。
图4(b)示出了，对于固定泵浦波长940nm的非偏振光，作为相对于薄盘增益介质表面法线方向的入射角的函数的相同涂层的反射率。在相对表面法线方向直到60°的入射角范围内，反射率保持在4％以下；对于直到70°的入射角范围，反射率保持在10％以下。此涂层在930nm至950nm间其他泵浦波长的反射率曲线是很类似的。从+70°到-70°之间的锥角入射的泵浦光束对应于sin((70°-(-70°))/2)＝0.94的数值孔径。从+10°到+70°之间的锥角入射的泵浦光束对应于sin((70°-10°)/2)＝0.5的数值孔径。
将较厚的介质连接到薄盘增益介质14，120和214的顶部也是有益的。例如，高掺杂的Yb:YAG或YbAG薄盘可以扩散结合到未掺杂的YAG，未掺杂YAG对于泵浦二极管发射的泵浦光束18、116、118和218透明的。在此情况下，增透涂层可以沉积在较厚介质的入射面上。
在薄盘增益介质14，120和214的反射面上的高反射率涂层也可以由多个电介质层组成。它也可以包括其它材料，诸如铜、银，金等金属。在一个实施例中，高反射率涂层可以涂布在薄盘增益介质14、120和214的背面，即与入射面相对的表面。图5(a)示出了对于折射率大约为2的增益材料，所计算的作为正入射波长函数的适合的高反射涂层的反射率。此设计由20个交替的SiO2和Ta2O5电介质层以及一个铜层组成。这种涂层也可以适用于KYbW和其它类似的增益介质。从1000nm以下至大约1100nm的波长范围内，反射率保持在99.98％以上，这允许光学系统的宽波长可调谐性，并且也可以支持形成飞秒脉冲所需要的宽波长波谱。
图5(b)示出了，对于固定泵浦波长940nm的非偏振光，作为在薄盘增益介质14、120和214外部测得的、相对于薄盘增益介质14、120和214的表面法线方向的入射角函数的相同涂层的反射率。在相对表面法线方向直到25°的入射角范围内，反射率保持接近100％。对于直到60°的较大入射角，反射率减小，但平均仍保持在90％以上。对于大于60°的入射角，反射率又接近100％。此涂层在930nm至950nm间其他泵浦波长的反射率曲线也是很相似的。
当光学系统10、110和210被配置为激光器系统时，激光光束可以与薄盘增益介质14、120和214的增益区模式匹配(mode-match)。这可以在不损失效率的情况下产生良好的输出模式。由于一维冷却，热梯度也是与激光光束共线的，因而具有小的热透镜效应。
当光学系统10、110和210被配置为二极管泵浦的激光器系统时，它们具有各种不同的应用。作为说明但不局限于，掺杂Yb的增益介质有利于构成锁模激光光源。二极管泵浦激光器10、110和210可以使用半导体可饱和吸收体作为锁模器件，产生亚皮秒脉冲间隔。高功率的亚皮秒二极管泵浦激光系统10、110和210也可以用于同步泵浦OPO，并产生可调谐的亚皮秒脉冲光源。温度调谐的LBO晶体可以用作OPO的参量增益介质。此外，二极管泵浦激光器10、110和210可以用于偏振耦合的锁模系统。
光学系统10、110和210可以用作放大器。它们可以被配置成多通放大器或者再生放大器中的增益元件。用于对锁模振荡器产生的脉冲进行放大的再生放大器系统能够产生具有1mJ能量的亚皮秒脉冲。这种放大器系统可以根据啁啾脉冲放大，并且使用光栅对，在脉冲放大前对其进行拉伸，并在此脉冲放大后对其进行压缩。作为例子但不局限于，二极管泵浦系统10、110和210可以是具有高峰值功率的、亚皮秒脉冲光源，它适用于要求高精度加工或降低热破坏的显微加工应用。
此外，二极管泵浦系统10、110和210可以是具有良好的空间模质量的内腔倍频激光器。非严格位相位匹配的LBO可以用作倍频晶体，以生产功率高达20W至50W的高功率绿光光源，用于包括泵浦其他激光器的许多应用中。由于薄盘增益介质14、120和214中的空间烧孔效应，红外光或者绿光单频光源可以实现，并且它们除了应用于光谱学和度量学外，也用于泵浦其他激光器和单频OPO中。
前面对本发明优选实施例所做的描述是为了说明和描述的目的。无意使本发明完全是或者局限于所公开的准确形式。显然，许多修改和变型对于本技术领域内的技术人员是显而易见的。意在由下面的权利要求及其等同确定本发明范围。
权利要求
1.一种光学系统，包括高功率二极管泵浦源；薄盘增益介质；以及放置在二极管泵浦源和薄盘增益介质之间的光学耦合器，该光学耦合器产生大数值孔径的光束入射在薄盘增益介质上。
2.根据权利要求1所述的系统，其中泵浦源的功率至少为50W。
3.根据权利要求1所述的系统，其中泵浦源的功率至少为200W。
4.根据权利要求1所述的系统，其中入射到薄盘增益介质上的光束的数值孔径大于0.35。
5.根据权利要求1所述的系统，其中入射到薄盘增益介质上的光束的数值孔径大于0.4。
6.根据权利要求1所述的系统，其中入射到薄盘增益介质上光束的数值孔径大于0.5。
7.根据权利要求1所述的系统，其中耦合器从斗形器件、用于准直泵浦源快轴发散的柱面透镜、几个柱面透镜、光束整形器、透镜管、以及光束合成器中选择。
8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括耦合到薄盘增益介质的冷却面上的冷却装置。
9.根据权利要求1所述的系统，其中薄盘增益介质由化学计量增益材料制成。
10.根据权利要求1所述的系统，其中薄盘增益介质由化学计量Yb3+材料制成。
11.根据权利要求10所述的系统，其中化学计量Yb3+材料是YbAG。
12.根据权利要求10所述的系统，其中化学计量Yb3+材料是KYbW。
13.根据权利要求1所述的系统，其中薄盘增益介质由半导体材料制成。
14.根据权利要求1所述的系统，其中二极管泵浦源为堆叠的二极管棒。
15.根据权利要求1所述的系统，其中耦合器是非成像集中器。
16.根据权利要求15所述的系统，其中非成像集中器是透镜管。
17.根据权利要求1所述的系统，其中耦合器是光束均化器。
18.根据权利要求15所述的系统，其中非成像集中器被配置为，将来自二极管泵浦源的具有小数值孔径的大光束转变为具有大数值孔径的小光束。
19.根据权利要求15所述的系统，其中非成像集中器将来自二极管泵浦源的光束的尺寸至少减少2倍，并且将来自二极管泵浦源的光束的数值孔径至少增加2倍。
20.根据权利要求15所述的系统，其中非成像集中器是空心斗形器件。
21.一种光学系统，包括产生第一和第二泵浦光的至少第一和第二高功率二极管泵浦源；薄盘增益介质；分别放置于每个二极管泵浦源和薄盘增益介质之间的第一耦合器和第二耦合器；以及其中第一和第二泵浦光是从不同方向入射到薄盘增益介质上。
22.根据权利要求21所述的系统，其中光学耦合器从第一和第二二极管泵浦源产生均具有大数值孔径的、入射到薄盘增益介质上的第一和第二光束。
23.根据权利要求21所述的系统，其中泵浦源产生至少50W的功率。
24.根据权利要求21所述的系统，其中泵浦源产生至少200W的功率。
25.根据权利要求21所述的系统，其中入射到薄盘增益介质上的第一和第二光束的数值孔径均大于0.35。
26.根据权利要求21所述的系统，其中入射到薄盘增益介质上的第一和第二光束的数值孔径均大于0.4。
27.根据权利要求21所述的系统，其中入射到薄盘增益介质上的第一和第二光束的数值孔径均大于0.5。
28.根据权利要求21所述的系统，其中耦合器从为斗形器件、用于准直泵浦源快轴发散的柱面透镜、几个柱面透镜、光束整形器、透镜管、以及光束合成器中选择。
29.根据权利要求21所述的系统，进一步包括耦合到薄盘增益介质的冷却面的冷却装置。
30.根据权利要求21所述的系统，其中薄盘增益介质由化学计量增益材料制成。
31.根据权利要求21所述的系统，其中薄盘增益介质由化学计量Yb3+材料制成。
32.根据权利要求31所述的系统，其中化学计量Yb3+材料是YbAG。
33.根据权利要求31所述的系统，其中化学计量Yb3+材料是KYbW。
34.根据权利要求21所述的系统，其中薄盘增益介质由半导体材料制成。
35.根据权利要求21所述的系统，其中二极管泵浦源为堆叠的二极管棒。
36.根据权利要求21所述的系统，其中耦合器是非成像集中器。
37.根据权利要求36所述的系统，其中非成像集中器是透镜管。
38.根据权利要求21所述的系统，其中耦合器是光束均化器。
39.根据权利要求36所述的系统，其中非成像集中器被配置为，将二极管泵浦源发出的具有小数值孔径的大光束转变为具有大数值孔径的小光束。
40.根据权利要求36所述的系统，其中非成像集中器将二极管泵浦源发出的光束的尺寸至少减少2倍，并且将二极管泵浦源发出的光束的数值孔径至少增加2倍。
41.根据权利要求36所述的系统，其中非成像集中器是空心斗形器件。
42.一种泵浦薄盘增益介质的方法，包括从泵浦源产生高功率的二极管泵浦光束；高功率二极管泵浦光束通过位于二极管泵浦源和薄盘增益介质之间的光学耦合器；从光学耦合器形成高数值孔径的输出光束；以及确定高数值孔径的输出光束在薄盘增益介质入射面上的位置。
43.根据权利要求42所述的方法，其中泵浦光的功率至少为50W。
44.根据权利要求42所述的方法，其中泵浦光的功率至少为200W。
45.根据权利要求42所述的方法，其中入射到薄盘增益介质上的光束的数值孔径大于0.35。
46.根据权利要求42所述的方法，其中高数值孔径输出光束的数值孔径大于0.4。
47.根据权利要求42所述的方法，其中高数值孔径输出光束的数值孔径大于0.5。
48.根据权利要求42所述的方法，其中耦合器从斗形器件、用于准直泵浦源快轴发散的柱面透镜、几个柱面透镜、光束整形器，透镜管、以及光束合成器中选择。
49.根据权利要求42所述的方法，进一步包括冷却薄盘增益介质的冷却面。
50.根据权利要求42所述的方法，其中薄盘增益介质由化学计量增益材料制成。
51.根据权利要求42所述的方法，其中薄盘增益介质由化学计量Yb3+材料制成。
52.根据权利要求51所述的方法，其中化学计量Yb3+材料是YbAG。
53.根据权利要求51所述的方法，其中化学计量Yb3+材料是KYbW。
54.根据权利要求52所述的系统，其中薄盘增益介质由半导体材料制成。
55.根据权利要求42所述的方法，其中二极管泵浦源为堆叠的二极管棒。
56.一种材料加工方法，包括从泵浦源产生高功率的二极管泵浦光；高功率二极管泵浦光通过位于二极管泵浦源和薄盘增益介质之间的光学耦合器；从光学耦合器生成高数值孔径的输出光束；确定薄盘增益介质入射面上的高数值孔径输出光束的位置，以产生输出光束；以及将输出光束引向待加工的物品。
57.一种泵浦薄盘增益介质的方法，包括从第一和第二泵浦源产生第一和第二泵浦光；第一和第二泵浦光通过分别放置于每个二极管泵浦源和薄盘增益介质之间的第一和第二光学耦合器，以产生第一和第二泵浦光；以及确定从不同方向入射到薄盘增益介质上的第一和第二泵浦光的位置。
58.根据权利要求57所述的方法，其中第一和第二泵浦光均为高数值孔径光束。
全文摘要
一种光学系统包括高功率二极管泵浦源和薄盘增益介质。光学耦合器被放置在二极管泵浦源和薄盘增益介质之间。此光学耦合器产生入射到薄盘增益介质上的大数值孔径的光束。
文档编号H01S3/06GK1685576SQ03822635
公开日2005年10月19日 申请日期2003年8月11日 优先权日2002年8月30日
发明者詹姆斯·D.·卡夫卡, 德克·萨特 申请人:光谱物理学公司