用于光学隔离的装置和方法与流程

本发明涉及用于光学隔离的装置和方法。本发明尤其应用于光纤激光器中的激光束递送以及用于工业材料的激光处理的装备。

发明背景

高功率激光器在工业材料的激光处理中具有重要应用。功率超过10kW的脉冲式激光器被用于标记、雕刻、切割、焊接、以及钻探应用。功率超过1kW的连续波激光器被用于切割和焊接应用。

这些高功率激光器有利地具有用于将激光辐射从激光器地送到工件的光纤波束递送系统。不幸的是，非线性效应(诸如拉曼散射和刺激拉曼散射)会限制光纤波束递送系统的最大输出功率以及长度以及影响激光器对来自工件的后向反射的忍耐能力。一些系统的最大长度可能只有1m到2m那么小。这对激光处理机器(诸如平板切割器)的设计、或制造商场地板的设计、以及激光源本身的架构造成了严重的限制。

存在对避免上述问题的用于光学隔离的装置和方法的需要。

本发明

根据本发明的一个非限制性实施例，提供了用于光学隔离的装置，该装置包括激光器、波束递送系统以及输出端口，其中：

■该波束递送系统包括光学隔离器和光纤；

■该激光器由峰值功率来定义；

■该激光器发射处于信号波长的激光辐射；

■该激光辐射经由波束递送系统从激光器被耦合到输出端口；以及

■该光纤包括由芯、包覆层、处于信号波长处的模场面积、长度以及拉曼波长定义的光学波导；

并且该装置的特征在于：

■拉曼波长长于信号波长；

■该波束递送系统使信号波长处的激光辐射衰减，以使得由激光器发射的激光辐射的功率大于输出端口处激光辐射的功率；

■该装置不包括用于在激光辐射沿光纤传播时泵浦处于信号波长处的激光辐射的泵；

■该光学隔离器在信号波长处与拉曼波长相比具有更大的后向光学隔离和更大的前向传输；以及

■该光纤包括用于抑制受激拉曼散射的抑制装置。

本发明尤其有用于抑制脉冲式激光器中的受激拉曼散射效应。这是因为脉冲形状常常是非常重要的，并且如果在拉曼波长处后向反射的光学辐射在时间上或空间上与在波束递送系统或激光器中前向行进的脉冲交叠，则脉冲形状可能在实质上受到影响。受激拉曼散射还可能导致在拉曼波长处已经被散射并且接着朝向激光器被后向反射的辐射。该辐射可以被进一步放大并且可能破坏激光器。

“前向”指的是光学辐射远离激光器的传播，而“后向”指的是光学辐射朝向激光器的传播。

本发明与已知系统不同，已知系统使用拉曼放大，藉此沿光纤传播的光学辐射被具有短于光学辐射的信号波长的波长的泵辐射泵浦。在此类系统中，由泵浦辐射生成的拉曼波长近似等于信号波长，并且所得的拉曼增益放大了光学辐射，从而随着其沿光纤的传播而增加其功率。然而，在本发明中，激光器是如此，使得处于信号波长处的光学辐射的峰值功率如此之高以至于光学辐射在拉曼波长处生成不期望的自发发射，其波长长于信号波长。光学辐射可以经由收集拉曼散射来泵浦该自发发射。此类过程消耗了沿光纤传播的光学辐射，并且可得到如下强度的后向传播光，使得它能够破坏装置中的光学组件，诸如隔离器、泵二极管以及种子激光器。在本发明中，不存在泵，并且光纤传播除了能够经由受激拉曼散射放大信号波长处的激光辐射的光学辐射之外的光学辐射。

光纤在峰值功率处与具有相同模场直径但不具有抑制装置的光纤相比可具有显著较小的受激拉曼散射增益。抑制装置可以是相比于处于信号波长处的光学辐射有偏好地吸收、散射、耦合或以其他方式从光纤的芯中移除处于拉曼波长处的光学辐射的滤波器。

抑制装置可以跨光纤的长度来分布。

抑制装置可包括芯周围的高折射率特征，且高折射率特征被配置成相比于将信号波长的光耦合进入漏泄模增加将拉曼波长的光耦合进入漏泄模。

抑制装置可包括至少一个闪耀光栅。闪耀光栅优选地是光纤布拉格光栅，其中光栅线相对于光纤的轴处于一角度。闪耀光栅将不想要的光反射或耦合出光纤的芯。

抑制装置可包括至少一个长周期光栅。

抑制装置可包括芯周围的凹陷折射率包覆层。

光学隔离器可以被定位在激光器与光纤之间。这是本发明的一个尤其有利的方面，因为它使得光学隔离器能够被容纳在激光器底座内或激光器底座附近而非靠近激光处理机内的激光扫描头。因此更易于提供冷却，并且输出光学元件设计可以更小并且不那么麻烦。

光纤可以被定位在激光器与光学隔离器之间。

光纤的长度可以大于临界长度，该临界长度等于16倍的模场面积与光纤的拉曼增益系数和峰值功率的乘积的商。该长度可大于1.5倍的临界长度。该长度可大于2倍的临界长度。该长度可大于5倍的临界长度。该长度可大于10倍的临界长度。峰值功率可以大于10kW，并且该长度可大于10米。有利的是，本发明准许长于临界长度的光纤被用于激光系统而不会受到受激拉曼散射的影响。

该装置可以被配置成使得光纤的输出端与工件相距距离d。激光器可以如此使得它发射在真空中具有大于2d的空间脉冲长度的脉冲。有利的是，抑制装置准许被反射光学辐射与前向行进的辐射交叠，而没有由受激拉曼散射引起的失真或失稳效应。脉冲宽度可以为至少100ps。脉冲宽度可以为至少1ns。

激光器可以被配置成发射在光纤中具有光纤长度两倍到十倍之间的空间长度的脉冲。空间长度可以小于光纤长度的五倍。具有至少2L的空间长度的脉冲将在来自光纤端部的反射期间至少一次完整地沿光纤的长度交叠。实际上，由交叠脉冲引起的脉冲失真效应对于具有最大约10L的空间脉冲长度的脉冲来说变得重要。激光器可以发射具有小于10L的空间脉冲长度的脉冲，优选地小于5L，并且更优选地小于2L的空间脉冲长度的脉冲。有利的是，抑制装置准许被反射光学辐射与前向行进的辐射交叠，而没有由受激拉曼散射引起的失真或失稳效应。

激光器可以能够发射具有小于或等于2μs的脉冲宽度的脉冲。脉冲宽度可以小于或等于500ns。脉冲宽度可以小于或等于100ns。脉冲宽度可以小于或等于25ns。

激光器可以被配置成发射多个脉冲，并且光纤中毗邻脉冲之间的空间间隔可以小于或等于光纤长度的两倍。有利的是，抑制装置准许此类脉冲交叠，而不会有由受激拉曼散射引起的失真或失稳效应。激光器可具有至少1MHz、优选地至少5MHz、并且更优选地至少20MHz的脉冲重复频率。

激光器可以是由小于2的波束质量M²因子以及大于10kW的峰值功率定义的掺镱光纤激光器。激光器优选地被配置为主振荡器功率放大器。

该装置可包括物镜，该物镜被配置成将光学辐射聚焦到工件上，该装置采用用于材料的工业处理的装置的形式。此类工业处理可包括切割、焊接、标记、雕刻、划线、清洁、钻探、包覆、或加性制造。在此类装置中，由激光器提供的前向行进的光学辐射通常被工件部分地反射。如果前向行进的光学辐射还包括处于拉曼波长处的分量，则在信号波长或拉曼波长处被反射的辐射的效果将是从前向行进的激光辐射中移除信号辐射，从而得到在工件处具有失真的脉冲形状。被反射的辐射还会导致对激光器或波束递送系统的破坏。

本发明还提供了一种用于光学隔离的方法，该方法包括提供激光器、波束递送系统以及输出端口，其中：

■该波束递送系统包括光学隔离器和光纤；

■该激光器由峰值功率来定义；

■该激光器发射处于一信号波长的激光辐射；

■将激光辐射从激光器耦合到输出端口是经由波束递送系统的；以及

■该光纤包括由芯、包覆层、处于信号波长处的模场面积、长度以及拉曼波长定义的光学波导；

该方法的特征在于：

■拉曼波长长于信号波长；

■该波束递送系统使信号波长处的激光辐射衰减，以使得由激光器发射的激光辐射的功率大于输出端口处激光辐射的功率；

■该装置不包括用于在激光辐射沿光纤传播时泵浦处于信号波长处的激光辐射的泵；

■该光学隔离器在信号波长处与拉曼波长相比具有更大的后向光学隔离和更大的前向传输；以及

■该光纤包括用于抑制受激拉曼散射的抑制装置。

本发明的装置和方法中对包含抑制装置的光纤的使用提供了脉冲式和连续波激光器的设计中的重要优点，即光纤长度和峰值功率中的任一者或两者可以被显著增加，而不会有信号失真、信号失稳、或受激拉曼散射导致的对激光器的灾难性破坏的风险。另外，抑制装置的使用准许光学隔离器被定位在激光器底座本身中，而非在波束递送系统端部，这在其中光学隔离器要求冷却的高功率激光系统中是有利的。

脉冲式或连续波激光器，其含义旨在包括准连续波激光器、模式锁定激光器、具有在连续波信号上叠加的脉冲的激光器、以及输出任何其他类型的波形的激光器。峰值功率，其含义是由激光器发射的最大功率。

附图简述

现在仅通过示例并且参照附图描述本发明的各实施例，附图中：

图1示出了未根据本发明的一种装置中的前向方向中的拉曼散射的演化；

图2示出了图1的装置中的反向方向中的受激拉曼散射的演化；

图3示出了期望的脉冲形状；

图4示出了图1的装置中的期望脉冲形状的失真；

图5示出了未根据本发明的且其中光学隔离器被定位在激光器与光纤之间的一种装置中的前向方向中的拉曼散射的演化；

图6示出了图5的装置中的反向方向中的受激拉曼散射的演化；

图7示出了期望的脉冲形状；

图8示出了图5的装置中的期望脉冲形状的失真；

图9示出了根据本发明的一种装置中的前向方向中的拉曼散射的演化；

图10示出了光纤；

图11示出了图9的装置中的反向方向中的受激拉曼散射的演化；

图12示出本发明的且其中光学隔离器被定位在激光器与光纤之间的一种装置中的前向方向中的拉曼散射的演化；

图13示出了图12的装置中的反向方向中的拉曼散射的演化；

图14示出了采用具有高折射率特征的光纤的形式的用于抑制受激拉曼散射的抑制装置；

图15示出了采用至少一个闪耀光栅的形式的抑制装置；

图16示出了采用至少一个长周期光栅的形式的抑制装置；

图17示出了采用在毗邻芯具有凹陷折射率包覆层的光纤的形式的抑制装置；以及

图18示出了图17的光纤中的曲边。

本发明优选实施例的详细描述

图1示出了现有技术激光系统10，其包括激光器1、波束递送光纤2、输出光学元件3、以及用于将激光辐射5聚焦于工件6上的物镜4。输出光学元件3包括透镜7和光学隔离器8。透镜7将激光辐射5穿过光学隔离器8进行聚焦。在图1中，激光器1包括由泵29泵浦的放大光纤9。种子激光器11发射种子辐射12，该种子辐射12由放大光纤9放大以提供激光信号13。激光信号13被透射穿过光纤2，并且经由输出光学元件3和物镜4被聚焦于工件6上。透镜7和物镜4被选择和定位成优化来自光纤2的输出端14的激光辐射5到工件6的聚焦，工件6位于离端部14一距离15处。光纤2具有长度86。

由种子激光器11在前向方向26(远离激光器1)中发射的种子辐射12的频谱16被定义为因变于波长18的光学功率频谱密度17。频谱16被示为以信号波长19为中心环绕。激光信号13的频谱20同样被示为以信号波长19为中心环绕。

激光信号13由峰值功率21来表征。如果峰值功率21足够高，则激光信号22在光纤2的输出端14处的频谱23将具有处于拉曼波长25处的拉曼分量24。拉曼波长25等于信号波长19加上拉曼偏移。拉曼波长25长于信号波长19。拉曼偏移通常在频率中定义，但出于本讨论的目的可以被认为是取决于信号波长19以及光纤2的材料特性两者的固定波长偏移。

穿过光学隔离器8的传输频谱28被定义为因变于波长18的传输27。光学隔离器8优选地被针对信号波长19处的操作优化。信号波长19处的传输27优选地高于拉曼波长25处的传输，在拉曼波长25处传输通常不为零。这是因为如果输出光学元件3包括光学隔离器8，如图1中示出的系统中那样，则光学隔离器8将被针对信号波长19处的传输优化。

图2示出了现有技术激光系统10针对被反射激光辐射31的操作，被反射激光辐射31在沿光纤2从输出端14朝向激光器1的反向方向30中传播。尽管被反射激光辐射31被示为源自工件6，但它一般地源自许多镜面以及激光系统10内的其他源。比较图1和图2，光学隔离器8的传输频谱32在反向方向30中比在前向方向26中在信号波长19处具有更低的传输。这一差异被定义为光学隔离器8在信号波长19处的光学隔离33。一般来说，使光学隔离33最大化以帮助减少穿过光纤2传播到放大光纤9、被放大、并且使激光系统10失稳的信号波长19处的不期望反射是重要的。出于这一原因，拉曼波长25处的光学隔离77一般来说小于信号波长19处的光学隔离33。这具有允许拉曼波长25处的光穿过光学输出光学元件3并且被耦合进入光纤2的效果。

随着激光信号13的峰值功率21增大，图1所示的前向方向26中的输出端14处的频谱23的拉曼分量24也会增大，并且因此图2中示出的反向方向30中的输出端14处的光学频谱34的拉曼分量35也会增大。如果被反射激光辐射31在反向方向30中沿光纤2传播的同时，激光信号13在前向方向26中沿光纤2传播，则前向和后向行进的光学辐射5、31将在光纤2中在空间上交叠。被反射激光辐射31将经历受激拉曼散射，这将放大拉曼分量35。被反射激光辐射31的频谱36因此将在光纤2的输入端40处具有与光纤2的输出端14处的拉曼分量35相比更大的拉曼分量37。该拉曼分量37将被放大光纤9进一步放大(通过受激拉曼散射或常规线性放大过程中的至少一者)，这将在返回到种子激光器11的被反射激光辐射31的光学频谱38中产生甚至更大的拉曼分量39。该经放大的受激拉曼分量39可能高得足以破坏种子激光器11。另外，受激拉曼散射过程从前向行进的激光辐射5中获取能量，因为这被用作用于受激拉曼散射过程的泵。

图3示出了期望脉冲形状41，其被示为光学功率42随着时间44的变化。脉冲形状41具有脉冲宽度43。如果激光信号13的峰值功率21高得足以引发光纤2中的受激拉曼散射，则能量从前向行进的激光辐射5中被取出并且脉冲将失真，如图4所示。此处，脉冲形状45具有由已经泵浦并且因此失去了到被反射激光辐射31的能量的前向行进的激光辐射5引起的失真46。此类失真46非常难以建模和补偿，因为受激拉曼散射是非线性的光学过程的这一事实。

图5示出了类似于激光系统10的激光系统50的操作。在激光系统50中，光学隔离器8被定位在激光器1与光纤2之间。输出光学元件51不同于图1的输出光学元件3，因为它不包含隔离器。光学隔离器8被容纳在外壳52中，外壳52包括使穿过光学隔离器8的光准直的透镜7以及发射进入光纤2的光的另一透镜7。外壳52可以与激光器1的底座(未示出)被定位在一起。输出光学元件51的传输频谱53优选地在拉曼波长25处包括与信号波长19相比由滤波器或涂层(诸如抗反射涂层)引发的某种衰减。类似地针对参考图1和2示出的激光系统10，如果激光系统50中的峰值功率21足够高，则光学频谱23将包含拉曼波长25处的拉曼分量24。

图6示出了激光系统50在反向方向30中的操作。由于在输出光学元件51中没有光学隔离器，被反射激光辐射31的光学频谱68在信号波长19处比图2中示出的光学频谱34更高。然而，拉曼分量69将与拉曼分量35处于类似水平，如果在输出光学元件31中不存在与输出光学元件3中相比附加的滤波组件。

拉曼分量69接着将沿光纤2被受激拉曼散射放大。如果峰值功率21足够高，则所得的光纤2的输入端40处的频谱70将具有显著的拉曼分量71。光学隔离器8将使信号波长19处的被反射激光辐射31比拉曼波长25处衰减得更多，从而得到在拉曼波长25处具有显著拉曼分量65的频谱64。频谱64接着在放大光纤9中被放大，从而得到种子激光器63的输出处的频谱66。频谱66包含可能破坏种子激光器11的显著拉曼分量67。

工件6处的期望脉冲形状81参考图7示出。脉冲形状81具有脉冲宽度82。如之前那样，受激拉曼散射的效果是从前向行进的激光辐射5中移除信号辐射，从而得到在工件6处具有失真84的脉冲形状83。

如图5所示将光学隔离器8定位在毗邻激光器1能够比图1中示出的布置优选，因为它将昂贵的组件移动到远离来自工件6的反射的位置处。这具有可靠性和其他维护优点。然而，这对于许多高功率激光系统来说一直是不可能的，因为从图1的输出光学元件3中移除光学隔离器8具有移除被反射激光辐射31的衰减的效果，从而准许更多功率在光纤2中传播。在处理高反射材料(诸如铜和金刚石)时，当前向行进的激光辐射13被添加到后向行进的激光辐射31时，如果在激光信号13沿光纤2传播时距离15小于激光信号13的物理长度(未示出)的一半，则这可以近似地使光纤2中的瞬时峰值功率翻倍。受激拉曼散射是非线性光学过程，藉此增益与瞬时峰值功率有关。因而，在此情形中，图5中的装置的受激拉曼散射增益是图1中示出的装置的两倍，并且因而图8中示出的失真84显著强于参考图4示出的失真46的对应效果。另外，图6中以拉曼波长25在反向方向30中进入光学隔离器8的拉曼分量71功率将显著大于图2中的对应拉曼分量37，并且因此更可能使激光器1失稳或破坏激光器1。

失真46和84是非常不期望的，并且随着激光系统10的峰值功率21增大或者在光纤2的长度86被增加时变得更糟。对于具有约2-5m的光纤2长度86以及大于10kW的峰值功率21的单模或低模掺镱光纤激光系统而言，这极为引人注意。低模光纤激光器可以由参考图9示出的小于4且优选地小于2的波束质量M²因子95来定义。如果长度86被增加，则峰值功率21必须被进一步减小。效果因而对峰值功率21和光纤长度86施加了显著的设计限制。

现在将仅通过示例并且参照图9描述根据本发明的用于光学隔离的装置。出于易于比较和理解的目的，与先前附图中类似的部件已经被赋予相同的参考标号。该装置包括激光器1、波束递送系统91、以及输出端口92，其中：

■波束递送系统91包括光学隔离器8和光纤2；

■激光器1由峰值功率21来定义；

■激光器1发射处于信号波长19的激光辐射13；

■激光辐射13经由波束递送系统91从激光器1被耦合到输出端口92；以及

■参考图10示出的光纤2,包括由芯101和包覆层102定义的光学波导100。光学波导传送在信号波长19处具有模场面积104的模103。光纤2具有长度86且由拉曼波长25进一步定义。

该装置的特征在于：

■拉曼波长25长于信号波长19；

■波束递送系统91使信号波长19处的激光辐射13衰减，以使得由激光器1发射的激光辐射13的功率大于输出端口92处激光辐射13的功率；

■该装置不包括用于在激光辐射13沿光纤2传播时泵浦处于信号波长19处的激光辐射13的泵；

■光学隔离器8在信号波长19处与拉曼波长25相比具有更大的后向光学隔离33和更大的前向传输28；以及

■光纤2包括用于抑制受激拉曼散射的抑制装置94。

参考图9所示的装置可包括物镜4，物镜4被配置成将光学辐射5聚焦到工件6上，该装置采用用于材料的工业处理的装置的形式。此类工业处理可包括切割、焊接、标记、雕刻、划线、清洁、钻探、包覆、或加性制造。在此类装置中，由激光器1提供的前向行进的光学辐射5通常被工件6部分地反射。如果前向行进的光学辐射5还包括处于拉曼波长25处的分量，则在信号波长19或拉曼波长25处参考图11所示的被反射辐射31的效果将是从前向行进的激光辐射5中移除信号辐射，从而得到如先前参考图4和8描述的在工件6处具有失真的脉冲形状。被反射辐射31还可导致对激光器1或波束递送系统91的破坏。

抑制装置94具有与信号波长19相比减少光纤2在拉曼波长25处的传输93的效果。因而，图9的装置中的光纤2的输出端14处的前向行进的拉曼分量24具有与图1的装置中的前向行进的拉曼分量24相比更低的值。类似地，参考图11所示的被反射激光辐射31的频谱34具有比参考图2所示的频谱34更小的处于拉曼波长25的拉曼分量35。抑制装置94将进一步在被反射光学辐射31往回朝向激光器1传播时过滤被反射光学辐射31的拉曼分量35，从而导致与图2所示的系统相比频谱36和38中减少的拉曼分量37和39。

图12示出了可以被包括在波束递送系统121中以过滤拉曼分量24的滤波器135。滤波器135可以是使光学辐射衰减的电介质滤波器。滤波器135也可被包括在图9的波束递送系统91中。

光学隔离器8可以被置于激光器1与光纤2之间，如图12和13所示。图9的波束递送系统91已经由波束递送系统121替代。这类似于图5和6中示出的系统，除了光纤2包括抑制装置94外。受激拉曼散射抑制装置94的效果是针对前向行进的激光辐射5和被反射激光辐射31减少输出端14处的频谱23的拉曼分量24。图13中示出的拉曼分量69随着其沿光纤2朝向光学隔离器8传播被进一步抑制。图12和13中示出的装置的拉曼分量71、65和67因此小于图5和6中示出的装置的等效拉曼分量。

图12和13的装置具有类似于图9和11中示出的布置的功能，因为受激拉曼散射的非线性效应在两种情形中已经被缓解。然而，图12和13的布置尤其是有利的，因为：

(i)图9中示出的输出光学元件3包含光学隔离器8。作为直接结果，与不包含光学隔离器8的图12的输出光学元件51相比，它通常是较大和较重的。将输出光学元件3安装在激光材料处理机中可能是麻烦的。

(ii)图9的输出光学元件3中包含的光学隔离器8将实质上包含被反射激光辐射31，并且阻止其往回进入光纤2。输出光学元件3因而在用于高平均功率激光器(高于20W)或高反射材料(高于80％)时可要求主动式冷却。输出光学元件3的冷却可能需要冷却装置，而如果使用强制气冷达成冷却，则冷却装置可能是不合乎需要地大、有噪音且脏的，或者如果使用水冷却来达成冷却，则可能会向激光机引入水管和冷却器。在图12中示出的布置中，光学隔离器8可以被安装在激光器1的底座中，而激光器1的底座已经包括散热的冷却装置并且能够被容易地修改以管理从被包含在光学隔离器外壳52内的被反射激光辐射31生成的热量。图12的系统是有利的，因为基本上所有的冷却要求都能够在远离工件6的激光器底座处被管理。

激光器1可以发射被偏振的激光辐射13。光学隔离器8可以是偏振相关的隔离器。

激光器1可以发射被随机偏振的激光辐射13。光学隔离器8可以是偏振无关的隔离器。

抑制装置94可在毗邻芯101包括高折射率特征141，如图14所示。高折射率特征，其含义为这些特征141的折射率高于包覆层102的折射率。优选地，该折射率高于芯101的折射率。高折射率特征141被设计成将在拉曼波长25处传播的光学辐射从芯101耦合进入漏泄模142。优选地，拉曼波长25处的耦合比信号波长19处的耦合强得多。抑制装置94可以被用于移除在基础模以及较高阶模两者中传播的不想要的光学辐射。因此，其对于参考图9示出的波束质量M²因子95小于1.3、在1.3与2之间、优选地在2到7之间并且更优选地在7到15之间的激光器1来说是有用的。同样其对于具有大于15的波束质量M²因子95的激光器1来说是有用的。

如图15所示，抑制装置94可包括一个或多个闪耀光栅151，该一个或多个闪耀光栅151被设计成将拉曼波长25处的光学辐射152耦合出芯101。闪耀光栅具有与光纤2的轴处于一非垂直角度的多个光栅线153，如图15所示。

抑制装置94可包括如图16所示的一个或多个长周期光栅161，该一个或多个长周期光栅161被设计成将拉曼波长25处的光学辐射152耦合出芯101。长周期光栅沿光纤2的芯101包括多个折射率修改特征167。耦合可以在芯引导模(未示出)与漏泄模(未示出)之间，或者在芯引导模与光纤2的另一波导(未示出)的引导模之间。

抑制装置94可在毗邻芯101或芯101周围包括凹陷折射率包覆层171，如图17所示。芯101具有高于包覆层102的折射率173的折射率172。凹陷折射率包覆层171的折射率174小于包覆层102的折射率173。图18示出了因变于波长18的光学衰减182。光纤2可以被设计成具有尖锐的曲边181，以使得拉曼波长25处的衰减182显著高于信号波长19处的衰减182。可以通过在例如通过围绕中心部件包裹进行线缆整合时将光纤2布置成螺旋来增强曲边182的稳定性。

抑制装置94沿光纤2分布是优选的，诸如图14和17中示出的布置中那样。

图14到17中示出的布置适于抑制光纤2的基础模中的受激拉曼散射。图14中示出的布置还可被配置成抑制光纤2的较高阶模中的受激拉曼散射，这对于较高功率的激光系统来说是有利的，并且对于多横模脉冲式光纤激光系统来说尤其是有利的。

抑制装置94使得激光辐射5的峰值功率21被显著增大而不会引起对激光器1的破坏或失稳。替换地或附加地，抑制装置94使得光纤2的长度86能够被增加。激光器1可以是脉冲式激光器，并且峰值功率21可以为其平均功率的至少1000倍。峰值功率21可以是其平均功率的10到10000倍。激光器1可以是纳秒、微微秒或飞秒激光器，并且峰值功率21可以为其平均功率的1000到1000000倍。例如，如果用Pp表示峰值功率21，用Aeff表示模场面积104，则本发明使得用L表示的长度86能够通过以下给出的等式而大于临界长度Lc(未示出)：

其中gR是光纤2的拉曼增益系数。例如，具有模面积104Aeff＝150um²且峰值功率Pp＝10kW的单模光纤来说，临界长度Lc＝0.75m。长度86可以为临界长度Lc的至少1.5倍。优选地，长度86可以为临界长度Lc的至少2倍。更优选地，长度86为临界长度Lc的至少5倍或10倍。

参考图1、2、5、6、9和11-13描述的以及与临界长度Lc有关的讨论中的激光器1是主振荡器功率放大器。主振荡器功率放大器是优选的，因为由激光器1发射的脉冲的脉冲参数(诸如脉冲形状、峰值功率以及脉冲重复率)可以通过控制到主振荡器以及到功率放大器的驱动信号来控制。然而，激光器1还可以是例如Q切换激光器、模式锁定激光器或连续波激光器。如果激光器是连续波激光器，则峰值功率21是能够由激光器1发射的最大激光功率。激光器1还可以是例如光纤激光器、固态激光器(诸如圆棒激光器或圆盘激光器)或气体激光器。拉曼波长25处的附加滤波可以被纳入参考图9和12描述的装置中。

图9示出了光学辐射5的脉冲96因变于距离98的输出功率。如果在真空中空间脉冲长度97大于2d(从光纤2端部14到工件6的距离15的两倍)，则被反射光学辐射31将在光纤2中与前向行进的光学辐射5至少部分交叠。该交叠可导致受激拉曼散射。有利的是，纳入抑制装置94准许被反射光学辐射31与前向行进的光学辐射5交叠而不会有由与原本情形中可能的情况相比更高峰值功率21或更长长度86处的受激拉曼散射引起的失真或失稳效应。有利的是，抑制装置94帮助抑制在与峰值功率21和长度86相结合时可能发生的所得受激拉曼散射。因此，在参考图9和12描述的装置中增大峰值功率21和长度86中的一者或两者而不会有由受激拉曼散射引起的失真或失稳效应是可能的。脉冲宽度可以为至少100ps。脉冲宽度可以为至少1ns。

再次参考图9，光纤2内的光学脉冲96的空间长度99(未示出)根据光纤2的折射率被减小。在二氧化硅光纤中，空间长度99约等于空间长度96除以1.5。激光器1可以被配置成发射具有光纤2长度L 86的2倍到10倍之间的空间长度99的脉冲21。空间长度99可以小于光纤2长度86的5倍。空间长度99可以小于光纤2长度86的2倍。具有光纤2长度86至少2倍的空间长度99的脉冲21将在来自光纤端部14的反射期间至少一次完整地在光纤2中交叠。实际上，由交叠脉冲引起的脉冲失真效应对于具有最大约10L的空间脉冲长度99的脉冲21来说变得重要。激光器1可以发射具有小于10L、优选地小于5L、并且更优选地小于2L的空间脉冲长度99的脉冲21。有利的是，纳入抑制装置94准许被反射光学辐射31与前向行进的光学辐射5交叠而不会有由与原本情形中可能的情况相比更高峰值功率21或更长长度86处的受激拉曼散射引起的失真或失稳效应。因此，在参考图9和12描述的装置中增大峰值功率21和长度86中的一者或两者而不会有由受激拉曼散射引起的失真或失稳效应是可能的。

激光器1可以能够发射具有小于或等于2μs的脉冲宽度的脉冲21。脉冲宽度可小于或等于500ns。脉冲宽度可小于或等于100ns。脉冲宽度可小于或等于25ns。

激光器1可以被配置成发射多个脉冲21，并且光纤2中毗邻脉冲21之间的空间间隔(未示出)可以小于或等于光纤2长度86的两倍。有利的是，纳入抑制装置94准许被反射光学辐射31与前向行进的光学辐射5交叠而不会有由与原本情形中可能的情况相比更高峰值功率21或更长长度86处的受激拉曼散射引起的失真或失稳效应。因此，在参考图9和12描述的装置中增大峰值功率21和长度86中的一者或两者而不会有由受激拉曼散射引起的失真或失稳效应是可能的。激光器1可具有至少1MHz、优选地至少5MHz、并且更优选地至少20MHz的脉冲重复频率。

激光器1优选地是光纤激光器。光纤激光器优选地被配置为主振荡器功率放大器。激光器1可以是多模激光器或单模激光器。激光器1优选地发射处于基础模的光学辐射。激光器1优选地是包括掺杂稀土光纤的脉冲式光纤激光器，其中能量被存储在被发射的脉冲之间。更优选地，激光器1是由小于2的波束质量M²因子95以及大于10kW的峰值功率21定义的掺镱光纤激光器。波束质量M²因子95的其他范围也是有用的，如参考图14所描述的。激光器优选地被配置为主振荡器功率放大器。此类激光器是材料处理系统中的重要组件，并且本发明是尤其有利的，因为它阻止了后向反射的光学辐射按照可能使激光器失稳或者引起对激光器的破坏的方式抵达掺杂稀土的光纤。如果激光器失稳，则材料处理系统将被负面地影响。

应当理解，以上参照附图所述的本发明的各实施例已经仅通过示例给出，可以提供修改及附加的步骤和组件来加强性能。附图中示出的个别组件不限于它们在附图中的用途，并且可以用在其他附图以及本发明的所有方面中。本发明扩展至单独或组合示出的上述特征。