JP2002528900A - 光ポンピングされる平面導波路を備えた光増幅器および該光増幅器を用いたパワーレーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ポンピングされる平面導波路を備えた光増幅器および該光増幅器を使用するパワーレーザを提供すること。 【解決手段】 増幅器の平面導波路は、ポンピング光（４）用の大きなデジタル開口を備えた多重モード導波路および増幅されるべき光用の単一モード導波路（１６）を形成する層（１４，１６，１８）を備えている。この光は、光ポンピングによって単一モード導波路において増幅される。レーザ源からのビームを増幅した後、該レーザ源からのビーム出力の光品質を維持しながら、ポンピング光、例えば、１つのレーザダイオードまたは幾つかのレーザダイオード（例えば、ストリップ）によって放出された光の最適な結合を達成することにより、レーザ源、例えば、マイクロレーザによって放出されたビームを増幅することを可能にする平面導波路を備えた光増幅器である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、光増幅器、とくに、光ポンピング平面導波路を備えた光パワー増幅
器（optical power amplifier）および該増幅器を使用するパワーレーザに関す
る。

【０００２】 本発明は、とくに、レーザによるマーキングおよびマイクロマーキング、長距
離範囲における発見、遠隔通信、およびとくに（サテライト間の）宇宙遠隔通信
、レーザディスプレイ、科学器械および生体臨床器械の用途において使用される
。

【０００３】 本発明は、好適には、ＭＯＰＡと称されている「マスター発振器パワー増幅器
（master oscillator power amplifier）」型の構造において使用される。

【０００４】 この構造は、高い光品質を有する光ビームを放出することができる低いパワー
のレーザ源（マスター発振器）およびその最初の品質の低下を最小にしながら、
このビームの増幅に必要なパワーを供給し得る光パワー増幅器を使用する。

【０００５】 光学的に活性化されたイオンによりドーピングされた光増幅器のレーザ媒体は
、例えば、入射レーザビームを増幅するために、パワーレーザダイオードによっ
て光ポンピングされる。それは、走行波増幅器（travelling wave amplifier）
、ＴＷＡである。増幅は、レーザビームが増幅器レーザ媒体を横切りながらなさ
れる。

【０００６】 それゆえ、この型の光増幅器はレーザではない。共振キャビティがこの増幅器
に追加されたときにレーザとなる。しかし、光増幅器（とくに、本発明による光
増幅器）は、共振キャビティを含む必要がないが、；この型の増幅器は、良好な
利得を持つならばレーザとなる必要がない。

【０００７】 （従来の技術） ロッドまたはスラブの形状のバルク光増幅器は良く知られている。これらの光
増幅器は、高いパワーを有することができるがゲインが低い。さらに、それらの
長さはおよそ数センチメートルまたは数十センチメートルである。それゆえ、こ
れらの増幅器はコンパクトではない。

【０００８】 例えば、この型の増幅器は、後述される他の書類と同様に、本明細書の終わり
で説明する書類［４］において検討されている。

【０００９】 薄いスラブの形状の光増幅器が同様に知られている。しかしながら、これらの
増幅器は単一モード方法（single mode manner）において入射レーザビームを案
内することができず、その結果、出力ビームの品質がかなり劣化してしまうこと
である。例えば、結果として、この型の出力ビームを非常に小さい領域上に焦点
合わせすることが難しいことである。とくに、高精度エッチングにこの型のビー
ムを使用することは不可能である。

【００１０】 書類［８］はこの型の増幅器を記載している。

【００１１】 高い利得であるが低いパワーを有する光ファイバ増幅器もまた知られている。
さらに、この型の増幅器は、長い光ファイバ長さを使用するのでコンパクトでは
ない。

【００１２】 この型の増幅器は書類［５］に記載されている。

【００１３】 平面導波路を備えた光増幅器が、また、遠隔通信（１．３μｍまたは１．５５
μｍでの）に関して知られている。この型の増幅器は、これがパワーレーザビー
ムを必要とする用途に非常に適するように光ファイバによって長手方向（longit
udinally）にポンピングされている。

【００１４】 この型の増幅器は書類［３］および［６］に記載されている。

【００１５】 １．０６４μｍで放出するマイクロレーザに匹敵する平面導波路を備えた光パ
ワー増幅器もまた知られている。この平面導波路の層は、基板上に液相エピタキ
シによって形成されている。

【００１６】 この増幅器は書類［１］に記載されている。

【００１７】 参照されるべきである書類［２］の情報からにより、平面導波路のエピタキシ
された層が形成され得るということに留意されたい。また、留意することは、こ
の書類［２］がコンパクトなレーザキャビティを形成するために、エピタキシさ
れた層の使用を公表しているということである。なお、この書類［２］は光増幅
を記載していない。

【００１８】 書類［１］の図２を検討すると、この書類に記載された増幅器の光ポンピング
は長手方向に行われることがわかる。これは、ほぼ完全な整列とポンプビームお
よび増幅されるべきビームのほぼ完全な重なり合いとを必要としている。しかし
ながら、この技術は実施が非常に難しくかつこれらのビームの各々の大きさが数
十マイクロメートルであるため信頼性が非常に低い。

【００１９】 また、パワー増幅器は、良好な結合効率（coupling efficiency）を備えたポ
ンピング技術を必要とし、そして増幅媒体へ高いエネルギを供給することができ
る。書類［１］に記載された増幅器は（該増幅器があまりにも多くの光学系を必
要とするので）、コンパクトでなくかつ光損失を減少させることができない。

【００２０】 また、最適な結合効率を得るために使用することができない。この増幅器に関
して、光ポンピングは、放出形状が楕円形であり、回析によって制限されないレ
ーザビームを放出するパワーレーザダイオードによって得られる。

【００２１】 さらに、この書類［１］に記載された増幅器は、良好な光品質の入射ビームを
受容することができず、同一の良好な光品質を有する高いパワーの増幅されたビ
ームを出力することができない。

【００２２】 （発明の説明） 本発明の目的は、レーザ源からのビームを増幅した後、このレーザ源から出力
されたビーム出力の光品質を維持しながら、ポンピング光、例えば、１つのレー
ザダイオードまたはいくつかのレーザダイオード（例えば、ストリップ）によっ
て放出された光の最適な結合を達成することにより、レーザ源、例えば、マイク
ロレーザによって放出されたビームを増幅することを可能にする平面導波路を備
えた光増幅器にある。

【００２３】 より詳しくは、本発明の第１の目的は、第２光を使用する光ポンピングによっ
て第１光を増幅するようになされた光増幅器であり、この増幅器は、基板といく
つかの層を有する前記基板上の平面導波路とを備え、この増幅器は、これらのい
くつかの層が、 −第２光用の大きなデジタル開口を備え、該第２光のほとんどを受容し、案内
することができる多重モード光導波路と、 −第１光を案内し、前記第２光によって発生された光ポンピングによって前記
第１光を増幅することができる前記第１光用の単一モード導波路と、を形成する
ことを特徴としている。

【００２４】 本発明による増幅器は、コンパクトにすることができ、いくつかの層を備えた
導波路を備え、該導波路が、回折によって制限されず、例えば、導波路を通過す
る脈動または連続するレーザビームの単一モード増幅を可能にしながら、パワー
レーザダイオードの１つまたはいくつかのストリップから出力され得る多重モー
ドポンプからの光ビームの効率の良い結合（好ましくは、横方向結合（transver
se coupling））を可能にする。

【００２５】 本発明において使用される平面導波路は、高いポンピングパワーおよび増幅さ
れ得る良好な品質の信号を両立する。さらに、本発明による同一の増幅器を多数
製造する際に集合製造方法を使用することができる。

【００２６】 本発明による増幅器の第１の特別な実施例によれば、平面導波路は、 −基板上に形成され、第１光の増幅用活性イオンを含む第１層と、 −前記第１層上に形成される第２層と、を備え、 前記第１層が前記第１光用の前記単一モード導波路を形成し、そして組み合わ
された第１層および第２層が、第２光用の大きなデジタル開口を備えた多重モー
ド導波路を形成し、前記第１層の光インデックスが前記基板の光インデックスよ
り大きく、前記第２層の光インデックスが前記第１層の光インデックスより小さ
くかつ前記基板の前記光インデックスより大きい。

【００２７】 第２の特別な実施例によれば、平面導波路は、 −基板上に形成された第１層と、 −前記第１層上に形成され、第１光の増幅用の活性イオンを含む第２層と、 −前記第２層上に形成された第３層と、を備え、 前記第２層が前記第１光用の前記単一モード導波路を形成し、組み合わされた
第１、第２および第３層が第２光用の大きなデジタル開口を備えた多重モード導
波路を形成し、前記第２光の前記光インデックスが前記基板の光インデックスよ
り大きく、前記第１および第３層の各々の光インデックスが前記第２層の前記光
インデックスより小さくかつ前記基板の前記光インデックスより大きくなってい
る。

【００２８】 これら２つの特別な実施例の各々において、増幅器は、また、前記層からなる
構体上に形成され、前記基板の前記光インデックスより小さいかまたはそれに等
しい光インデックスを備えた保護層を備えている。

【００２９】 好ましくは、平面導波路は、矩形平行六面体の形状であり、４つの磨かれた面
を備えている。

【００３０】 この場合に、好適な実施例によれば、第２光が貫通する面と反対にある平面導
波路の側面が、この第２光のすべてまたはほとんどすべてを反射する反射層によ
って被覆されている。

【００３１】 好ましくは、第２光のすべてまたはほとんどすべてを反射する反射層は、また
、第１光の反射を防止するものであり、前記第１光が貫通する前記面と反対にあ
る平面導波路の側面が、前記第１光用の反射防止である層によって被覆される。

【００３２】 この型の層を使用するのに代わる変形例として、平面導波路の側面が、第１お
よび第２光が貫通する面と反対であり、その結果、それらはほぼ１°の角度にあ
るように導波路の前記側面を配置することができる。

【００３３】 本発明の１つの特別な実施例によれば、矩形平行六面体形状の平面導波路は、
また、２つの対向側縁部（opposite side edge）で同一の角度に傾斜が付けられ
、したがって第１光が入力され、かつこの第１光が多重通路形状において増幅さ
れた形状で出力される２つの追加の反対側面を備えている。

【００３４】 本発明の好適な実施例によれば、平面導波路層は液相エピタキシによって形成
される。

【００３５】 本発明の他の目的は、 −本発明による光増幅器と、 −該光増幅器に第１光を供給するためのレーザ源と、 −第２光を前記光増幅器に供給するためのポンピング光源と、を備えるパワー
レーザである。

【００３６】 好ましくは、ポンピング光源は、光増幅器内の光ポンピングを可能にするよう
に配置されている。

【００３７】 例えば、このポンピング光源は、少なくとも１つのパワーレーザダイオードを
備えることができる。近赤外線において放出することができるレーザダイオード
も、本発明によるいくつかの用途に使用され得る。

【００３８】 レーザダイオードは、少なくとも１つのマイクロレーザ、例えば、マイクロレ
ーザストリップを備えることができる。

【００３９】 本発明は、添付図面を参照して手引きとしてのみ示される、以下に示す実施例
の説明を読んだ後に、より良好に理解される。

【００４０】 （実施例の詳細な説明） 図１〜図４の各々において、本発明による増幅器によって光ビームを増幅する
ために横方向のポンピングが使用される。この光ポンピングを可能にする光ビー
ムの伝搬方向は、増幅されるビームの伝搬方向に対して垂直である。

【００４１】 本発明は、また、長手方向のポンピングの場合において使用され得るが、横方
向のポンピングは、実施が容易であるので好ましい。

【００４２】 しかしながら、ポンピングビームと増幅されるべきビームとの重なりは、長手
方向のポンピングの場合におけるとき、横方向のポンピングの場合におけるよう
に良好ではない。

【００４３】 このため、ポンピングビームおよび増幅されるべきビームの両方に関して、光
損失の低い導波路を必要とする理由である。

【００４４】 液相エピタキシ技術は（他の技術もまた適するけれども）、本発明による増幅
器に含まれるこの平面導波路における層の積み重ねを形成するのに非常に適して
いる。液相エピタキシ技術を使用することにより、良好な光品質の層は、表面か
ら深いまたは表面の欠陥が少なく、そのため、伝搬に関して光損失が低くするこ
とができる。

【００４５】 本発明の光増幅器は、５ｃｍ以上の直径、光パラメータ（ドーピングおよびそ
れによる光インデックス）および幾何学的パラメータ（成長および切断）の選択
に関連付けられる使用の柔軟性を有する基板上に、この技術により可能な良好な
同質性によって、最適化された方法において集合的に製造され得る。

【００４６】 図１の断面図において略示される増幅器は、他のレーザビーム４によって（脈
動されるかまたは連続する）レーザビーム２を増幅するものである。

【００４７】 図１は、したがって、増幅されるべきビーム２の中心線に対して垂直な断面図
である。

【００４８】 図１における増幅器は単結晶基板６およびこの単結晶基板６上の平面光導波路
８を備えている。この平面導波路は、矩形の平行六面体の形状であり、４つの研
磨された側面を備えている。２つの反対側面は図１に示されており、それらは参
照番号１０および１２で印が付けられている。

【００４９】 さらに、この平面導波路は、好ましくは、液相エピタキシによって、基板上に
エピタキシされた３つの単結晶層１４，１６および１８を備えている。

【００５０】 既に述べられた書類［２］における情報は、この平面導波路を作るのに使用さ
れ得る。

【００５１】 層１４は基板６上に形成される。層１６は、この層１４上に形成され、ビーム
２の増幅用の活性イオンを含み、そして層１８は、この層１６に形成されている
。３つの層１４，１６および１８のすべてがポンピングビーム４（所定の波長を
備えている）用の大きなデジタル開口を備えた多重モード光導波路を形成してい
る。

【００５２】 この多重モード導波路がこのポンピングビームのほとんどを受容し、案内する
ことができる。

【００５３】 第２層１６は、増幅されるべきビーム２（所定の波長を有している）用の単一
モード光導波路を形成している。この単一モード導波路はこのビーム２を案内し
、それをポンピングビーム４によって発生された光ポンピングによって増幅する
ことができる。

【００５４】 第３の層１８または上方層は、空気中にさらしてもよいが、図１においては、
保護層２０によって被覆されている。

【００５５】 この図１は、また、基板６と同じくらい離れた保護層２０から出発して測定さ
れる厚さｅの関数としての光インデックスｎの変化を示している。

【００５６】 基板６、層１４、層１６、層１８および層２０の光インデックスは、それぞれ
、ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４およびｎ５で示されている。

【００５７】 ｎ３はｎ１より大きく、ｎ２およびｎ４はｎ３より僅かに小さいがｎ１より大
きく、ｎ２は示された例においてｎ４に等しいということである。また、ｎ５は
ｎ１より小さいかまたはそれに等しいことがわかる。

【００５８】 単結晶層１４、１６および１８の積み重ねが、この導波路の完全な幅ｌにわた
って多重モード（ポンプレーザ４の波長に関して）を形成することがわかる。

【００５９】 また、単一モード（増幅されるべきビーム２の波長に関して）は、すなわち、
層１６は、埋め込み単一モード導波路であることがわかる。

【００６０】 ２つの層１４および１８は、閉じ込め層（confinement layers）である。それ
らは活性イオンでドーピングされていないが、それらのドーピングは、これらの
層が基板の光インデックス（ｎ１）より非常に高い光インデックス（ｎ２＝ｎ４
）を有するように選ばれる。

【００６１】 層１４、１６および１８の積み重ねは、増幅されるべきビーム２の単一モード
案内を可能にするために互いに近い光インデックスを有しているが、ポンプビー
ム４に関連して大きなデジタル開口を付与する外部媒体（言い換えれば、空気ま
たは保護層２０）および基板とは非常に異なる。

【００６２】 少しも限定しない例として、増幅されるべきビーム２は１．０６４μｍに等し
い波長を有し、ポンピングビーム４はほぼ８０７ｎｍ〜８０８ｎｍの波長を有し
ており；基板６は、白のＹＡＧ（Ｙ₃Ａ_l5Ｏ₁₂）から作られ；閉じ込め層１４お
よび１８は、１２％のＧａおよび３５％のＬｕでドーピングされたＹＡＧから作
られ；活性層１６は、１〜３％のＮｄ、１４％のＧａおよび４６％のＬｕでドー
ピングされたＹＡＧから作られ；保護層２０は、シリカ（基板の光インデックス
より小さい、点線で示される光インデックス）またはＹＡＧ（基板のインデック
スと同一のインデックス）から作られている。また、基板、層１４、層１６、層
１８および保護層２０の厚さは、それぞれ、５５０μｍ，２．５μｍ，５μｍ，
２，５μｍおよび１０μｍに等しく；多重モード導波路の厚さはこのように１０
μｍに等しく；ｎ３とｎ２との間の（すなわち、ｎ３とｎ４との間の）差異は、
ほぼ１０^-3からなり；ｎ２（またはｎ４）とｎ１との間の差異は、ほぼ２×１０ ^-2 からなり、そしてｎ３とｎ１との間の差異は、またほぼ１０^-3である

【００６３】 このようにして得られた大きなデジタル開口は、活性媒体（層１６）とポンプ
ビーム４との最適な結合を可能にする。デジタル開口は、多重モード導波路（層
１４，１６および１８の組）内にポンプビーム４の受容円錐（アクセプタンスコ
ーン）を画成する。ポンプビーム４は回折によって制限されないので、このポン
プビーム用の導波路は、増幅されるべきビーム２用の単一モード案内領域（層１
６）を保持しながらポンプビーム４の最大の部分を吸収するためにできるだけ最
大のデジタル開口を有していなければならない。

【００６４】 比較のために、０．２６の同一のデジタル開口（デジタル開口は活性イオンで
ドーピングされた導波路の光インデックスの二乗と基板の光インデックスの二乗
との間の差異の平方根であることを念頭に置いて）および１０μｍの単一の案内
層を備えた導波路は、単一モードではなく、それゆえビーム品質は同様に良好で
はない。

【００６５】 増幅器が厚い多重モード導波路を有することが重要である。これは、層１４，
１６および１８の積み重ねにより構成されるウェハー上にポンプビーム４を焦点
合わせすることおよび構体をよりコンパクトにすることを容易にする。

【００６６】 図２における増幅器が図１における増幅器と異なる点は、層１４が取り除かれ
ていることである。図２において、参照番号１６ａとして記された層１６は、基
板６上に直接支持されている。さらに、図２において、１８ａと記された層１８
は、図１における層１８の厚さよりも厚い。図２の場合において、単一モードの
導波路は層１６ａによって形成され、一方、多重モード導波路は層１６ａおよび
１８ａの組によって形成される。

【００６７】 示された実施例において、インデックスｎ１、ｎ３、ｎ４およびｎ５の値は、
それぞれ図１におけるそれらと同一であり、層１８ａの厚さは、図１における層
１８の厚さの２倍であり、多重モード導波路の厚さは同様に１０μｍである。

【００６８】 図３は、本発明によるパワーレーザの概略斜視図である。このバワーレーザは
、本発明による増幅器２２（例として図２に示す増幅器）および（増幅されるべ
きビーム２を供給するためのレーザ源２４（示された例においてマイクロレーザ
）および集合参照符号２８を有するいくつかのポンピングレーザビームを供給す
るポンピング光源２６（示された例においてパワーレーザダイオードストリップ
）を備えている。

【００６９】 これはまた、横方向ポンピングであり、そしてパワーレーザダイオードのスト
リップは、このストリップの種々のダイオードから出力されたポンピングビーム
が、増幅されるべきビーム２の中心線に対して垂直であるように配置されている
。

【００７０】 パワーレーザは、また、ポンピングビームをコリメートするように設計された
筒状レンズ３０と、コリメートされたビームがそれに入力されかつそれらを多重
モード導波路（層１６ａおよび１８ａ）の縁部上に焦点合わせする筒状結合レン
ズ３２とを備えている。

【００７１】 図は、また、光ポンピングによって増幅され、ポンピングビームが入力される
面１０に隣接する、平面導波路の側面３６を通り、多重モード導波路（槽１６ａ
）の縁部を通って出力されるレーザビーム３４を示している。

【００７２】 少しも限定しない例として、２０Ｗの出力を有するレーザダイオードストリッ
プが、９０７〜８０８ｎｍの波長を放出するのに使用され得る。

【００７３】 平面導波路の側面１２（ポンピングビームが貫通する面と反対の面）は、好都
合にはこれらのポンピングビームのすべてまたはほとんどすべてを反射する層に
よって被覆されている。

【００７４】 好ましくは、この層３８は、また、増幅されるべきビーム２用の反射防止であ
り、増幅されるべきビーム２用の他の反射防止層４０が、また、平面導波路の側
面３６（増幅されるべきビームがそれを通って入る側面と反対の面）を被覆して
いる。

【００７５】 これらの層３８および４０は： −増幅器内のポンピングの良好な均一性を可能にしながら平面導波路の横方向
の寸法の最適化、 −増幅器性能の劣化の原因となるする寄生発振の回避、および −導波路構造内の注入損失（injection losses）および作動を混乱させるポン
プダイオードまたはマイクロレーザ２４（マスター発振器）に戻される光の除去
を可能にする多重誘電体層（multi-dielectric deposits）である。

【００７６】 この型の層の使用に代えて、平面導波路の側面１２および３６は上面図におい
て図４に略示されるように傾斜を付けることができる。

【００７７】 面１２が角度αで傾斜が付けられ、面３６が角度βで傾斜が付けられているこ
とがわかる。これらの角度αおよびβは、ほぼ０．５°〜１°である。それゆえ
、これらの傾斜は、寄生発振（望ましくないレーザ作用）を制御するための誘電
体処理に置き換える。

【００７８】 層３８がないならば、ポンピングビーム２８ａを多重導波路の縁部に転送する
ために、側面１２に向かい合っている他の光ポンピング構体を設けることができ
、この他の構体は、順に、パワーレーザダイオードのストリップ２６ａ、コリメ
ーションレンズ３０ａ（レンズ３０に対応している）および焦点合わせレンズ３
２ａ（レンズ３２に対応している）を備えている。

【００７９】 本発明による増幅器の平面導波路は、 −温度調整および高い出力パワーで大きな利得を可能にする熱−光歪み作用（
複屈折によって誘起される熱）の最小化、 −平面導波路の幅全体ｌ（図３）にわたって横方向ポンピングを使用するポン
ピングによる単一ビームの増幅からいくつかのビームの増幅への変更、および −マイクロ装置に一体化され得るパワーレーザ源を作るために、光学的および
機械的微小技術の使用を容易にする。

【００８０】 本発明による増幅器は、多数の波長において、エピタキシによって堆積させ得
る種々の結晶材料（例えば、ＹＡＧ，ＬＭＡ，ＹＳＯ，ＹＡＰ，ＹＡＢ，ＹＬＦ
およびＣＯＢ）により、また、種々の活性イオン（例えば、Ｎｄ，Ｙｂ，Ｅｒ，
ＰｒおよびＣｒ）および種々の共同のドーピング材（例えば、Ｇａ，Ｌｕ，Ｓｃ
およびＢｉ）により作動することができる。

【００８１】 種々の層中のドーピングおよび非ドーピングイオンの濃度は、 材料中の各光インデックスの制御と、 −隣接する層間の噛み合い不釣り合い（mesh mismatches）の制御（これは多
重層の成長および内深部または中間面拡散による損失の減少において重要である
）と、 −発光波長、有効な吸収断面および増幅構造をある大きさに作るために有効な
誘導放出断面等の分光大きさ（spectroscopy magnitudes）の固定を可能にする
。

【００８２】 それゆえ、本発明による増幅器は、その統合に必須であるそのビームの最初の
空間的品質を維持しながら、コンパクトな形状において脈動または連続するレー
ザ源（代表的には、マイクロレーザ）のパワー増幅を制御することができる。

【００８３】 本発明による増幅の他の利点は以下に記載される。

【００８４】 １）この増幅器の形状は、増幅されるべきビームの歪み上の熱作用の衝撃を減
少しながら熱の消散を容易にする。これはパワー増幅器の場合に重要である。

【００８５】 ２）誘電体層の積み重ねの設計は、増幅器の活動領域において、１つまたはい
くつかのパワーレーザダイオードから出力される、１つまたはいくつかの光ポン
プビームを導入（例えば、横方向に）することを容易にする（簡単な光学系を使
用して）ようになっている。この活動領域は、回折に制限されないこれらのダイ
オードからの放射線の吸収を最適化するために大きな開口を有しなければならな
い。

【００８６】 ３）設計されるように、積み重ねは、増幅器からの出力において良好な品質の
増幅されたビームを提供し、増幅案内において増幅されるべきビームの単一モー
ド案内を可能にする。それゆえ、本発明は、その増幅前のビームの品質に匹敵し
得る良好なビーム品質を維持しながら、光パワーを発生することができる。

【００８７】 このように、これは、変調可能なポンプパワー（例えば、構造を変えることな
く、それゆえ種々のパワー範囲へのアクセスを設けることなく１０，２０，３０
および４０Ｗのレーザダイオードを有する）をコンパクトな装置に供給する。

【００８８】 留意することは、本発明による増幅器は、パワーレーザダイオード出力ビーム
（図３）の楕円形状が、簡単な光学系によって容易な結合を可能にするので、レ
ーザダイオードによる横方向のポンピングにとくに適するということである。

【００８９】 この増幅器は、増幅されるべき１つまたはいくつかのレーザビーム（脈動また
は連続）により使用されることができ；例えば、図３の場合において、マイクロ
レーザ２４（単一ビームを放出する）は、いくつかの増幅されたビーム３４ａを
得るために、導波路の縁部を通って単一モード導波路に同時に送られるいくつか
の平行なビーム２ａを放出するマイクロレーザストリップ２４ａによって置き換
えられることもできる。

【００９０】 本発明は、増幅された光に関して良好な光品質を維持しながら、パワー導波路
増幅器における多重モードポンプビームのパワーの結合の問題を解決する。

【００９１】 さらに、使用される技術を考慮すると、書類［７］に記載された構造に匹敵す
る多重通路（multi-pass）、コンパクトかつ有効な構造にするのが容易である。

【００９２】 図５は多重通路形状を備えた本発明による増幅器の概略上面図である。図５の
場合において、図１および図２に示された平行六面体形状の平面導波路８がさら
に使用されるが、図５の場合において、この平面導波路は、２つの対向側縁部で
、例えば４５°に等しい角度γで傾斜が付けられ、したがって平行であり、それ
に増幅されるべきレーザビーム２が入力され、それから増幅されたビーム３４が
出力される２つの追加の側面４２および４４を備えている。

【００９３】 図５は、また、ポンプビーム２８を供給するパワーレーザダイオードのストリ
ップおよびコリメーションレンズ３０および焦点合わせレンズ３２を示している
。

【００９４】 図は増幅されるはずであるレーザビームによって単一モード導波路内に作られ
た種々の通路を示している。

【００９５】 図は、また、ポンピングビームがそれに到達する面と反対の平面導波路の側面
１２に形成されたポンピングビームからのすべてまたはほとんどすべての光を反
射する誘電体層３８ａを示している。

【００９６】 以下の書類がこの明細書において言及されている。すなわち、 ［１］ディー・ピー・シェパード、シー・ティー・エー・ブラウン、ティー・
ジェイ・ワーバートン、ディー・シー・ハンナ、エー・シー・トロッパーおよび
ビー・ファーランド、「ダイオードポンピング、高利得、平面導波路、Ｎｄ：Ｙ ₃ Ａ_l5Ｏ₁₂増幅器」、アプライド・フィジックス・レターズ７１（７）、１９９
７年８月１８日。 ［２］ビー・シャンバーズ、アイ・シャルティ、ビー・ファランドおよびディ
ー・ペレンクによる発明：フランス特許第２６８５１３５Ａ号−同様に、ヨーロ
ッパ特許第０５４７９５６号およびアメリカ合衆国特許第５，３０９，４７１号
参照。 ［３］アール・エヌ・ゴーシュ、ジェイ・シュムロビッチ、シー・エフ・ケー
ン、エム・アール・エックス・デ・バロース、ジー・ニュコラック、エー・ジェ
イ・ブルースおよびピー・シー・ベッカー、「８ｍＷしきい値Ｅｒ³⁺−ドーピン
グされた平面導波路増幅器」、ＩＥＥＥフォトニックス・テクノロジー・レンタ
ーズ、第８巻、第４号、１９９６年４月。 ［４］シー・ケネディー、「高いパワーのダイオードポンピングされたレーザ
パルス増幅器」、レーザ・アンド・オプトロニクス、１９９７年１０月。 ［５］ジェイ・ディー・ミネリー、ダブリュー・エル・バーネス、アール・ア
イ・ラミング、ピー・アール・モーケル、ジェイ・イー・タウンゼンド、エス・
ジー・グラッブおよびディー・エヌ・ペイン、「Ｅｒ³⁺／Ｙｂ³⁺共同ドーピング
されたファイバレーザおよび増幅器のダイオードアレイポンピング」、ＩＥＥＥ
フォトニックス・テクノロジー・レターズ、第５巻、第３号、１９９３年３月。 ［６］ワイ・シー・ヤン、エー・ジェイ・フェイバー、エッチ・デ・ワール、
ピー・ジー・キックおよびエー・ポールマン、アプライド・フィジックス・レタ
ーズ、７１，２９２２（１９９７）。 ［７］ジェイ・ジェイ・デグナン、１９９６年１１月１１日ないし１５日に中
国上海で開催された「第１０回レーザに関連する機器についての国際セミナー」
による「レーザ技術開発部会」に呈示された、「サテライトレーザ関連用不活性
Ｑ−スイッチングのマイクロレードトランスミッターの最適な設計」。 ［８］ジェイ・イー・ベルナルド、イー・マクキュラフおよびエー・ジェイ・
アルコック、「高利得、ダイオード−レーザ−ポンピングされたＮｄ：ＹＶＯ₄
スラブ増幅器」、クレオ１９９４、Ｃｔｕｋ５４，ｐ．１１６，１００４年。 ［９］ディー・シー・ハンナ等、「オプティクス・コミュニケーションズ」、
第９１巻、第３号、１９９２年、ｐ．２２９〜２３５。 ［１０］ヨーロッパ特許第０３２０９９０Ａ号（ホラロイド社）。

【００９７】 書類［９］に記載された装置は低いパワー（５００ｍＷ）レーザダイオードに
よって横方向にポンピングされた平面レーザであり、このダイオードからのビー
ムは記載された構造内で案内されている。

【００９８】 この装置はレーザビームの単一モード案内を設けずかつそれはレーザでありか
つ光増幅器ではない。我々か上記で見たように、光増幅器はレーザになるべきで
はない。

【００９９】 書類［１０］に記載された装置はポンプ光の結合を改善するために光ファイバ
装置に一般に使用される「クラディングポンピング」型構造である。

【０１００】 この装置において、増幅されるべき光に対して横方向に伝搬するポンプ光の問
題がない。さらに、この装置はその横方向断面において１つの光ビームのみを伝
搬することができる光ファイバの固有の構造により多重ビーム形状に拡張される
ことはできない。

【０１０１】 さらに、本発明の平面形状は書類［１０］に記載された円形形状より熱作用を
通じての良好な制御に関して著しく良好である。

【０１０２】 さらに、本発明において示された平面構造のような平面構造のみが、増幅され
るべき光を横切ってポンピングされた光を案内することにより、例えば、脈動ま
たは連続するマイクロレーザから出力された、いくつかのビームを増幅するコン
パクトかつ単一モードの手段を設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る特別な実施例における対応する光インデックス輪郭および増幅器
を示す概略断面図である。

【図２】 本発明に係る特別な実施例における対応する光インデックス輪郭および増幅器
を示す概略断面図である。

【図３】 本発明に係る増幅器を使用するパワーレーザを示す概略図である。

【図４】 本発明に係る２つの傾斜が付けられた側面を有する平面導波路を備える増幅器
を示す概略上面図である。

【図５】 本発明に係る他の増幅器を示す概略上面図である。

【符号の説明】

２ レーザビーム（増幅されるべき） ４ レーザビーム（ポンピングビーム） ６ 基板 １０ 側面 １２ 側面 １４ 層 １６ 層 １６ａ 層 １８ 層 １８ａ 層 ２０ 保護層 ２２ 増幅器 ２４ レーザ源（マイクロレーザ） ２６ ポンピング光源 ３６ 側面 ３８ 層（反射防止） ４０ 層（反射防止）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フェランド， ベルナール フランス国 エフ−38340 ボレッペ，リ ュ・ドゥ・プラサロット，115 (72)発明者 モルバ， エンジン フランス国 エフ−38000 グレノーブル， プレース・ジャン・モウリン，４ Ｆターム(参考） 2H047 KA00 KA02 KA04 KA15 LA00 NA08 PA06 QA01 RA08 5F072 AB01 AB20 AK03 AK09 HH01 JJ01 JJ02 JJ04 JJ05 PP07 SS01 SS02 YY01 YY07 YY15 YY17

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（６）といくつかの層（１４，１６，１８；１６ａ，１８ａ
   ）を有する該基板上の平面光導波路（８）とを備え、第２光（４）を使用する光
   ポンピングによって第１光（２）を増幅する光増幅器において、 前記いくつかの層が、 −前記第２光用の大きなデジタル開口を備え、該第２光のほとんどを受容し、
   案内する多重モード光導波路と、 −前記第１光を案内し、前記第２光によって発生された光ポンピングによって
   前記第１光を増幅する前記第１光用の単一モード導波路と、 を形成することを特徴とする光増幅器。
2. 【請求項２】 前記平面導波路が、 −前記基板（６）上に形成され、前記第１光の増幅用活性イオンを含む第１層
   （１６ａ）と、 −前記第１層上に形成される第２層（１８ａ）と、を備え、 前記第１層が前記第１光用の前記単一モード導波路を形成し、組み合わされた
   第１層および第２層が前記第２光用の大きなデジタル開口を備えた多重モード導
   波路を形成し、前記第１層の光インデックスが前記基板の光インデックスより大
   きく、前記第２層の光インデックスが前記第１層の光インデックスより小さくか
   つ前記基板の前記光インデックスより大きいことを特徴とする請求項１に記載の
   光増幅器。
3. 【請求項３】 前記平面導波路が、 −前記基板上に形成された第１層（１４）と、 −前記第１層上に形成され、前記第１光の増幅用の活性イオンを含む第２層（
   １６）と、 −前記第２層上に形成された第３層（１８）と、を備え、 前記第２層が前記第１光用の前記単一モード導波路を形成し、前記組み合わさ
   れた第１、第２および第３層が前記第２光用の大きなデジタル開口を備えた多重
   モード導波路を形成し、前記第２光の前記光インデックスが前記基板の光インデ
   ックスより大きくそして前記第１および第３層の各々の光インデックスが前記第
   ２層の前記光インデックスより小さくかつ前記基板の前記光インデックスより大
   きいことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
4. 【請求項４】 前記層からなる構体上に形成され、前記基板の前記光インデック
   スより小さいかまたはそれに等しい光インデックスを備えた保護層（２０）を備
   えることを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載の光増幅器。
5. 【請求項５】 前記平面導波路が、矩形平行六面体の形状であり、４つの磨かれ
   た側面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光増幅器
   。
6. 【請求項６】 前記第２光（４）が貫通する面と反対にある前記平面導波路の前
   記側面が、該第２光のすべてまたはほとんどすべてを反射する反射層（３８）に
   よって被覆されることを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
7. 【請求項７】 前記第２光（４）のすべてまたはほとんどすべてを反射する前記
   層（３８）が、また、前記第１光（２）用の反射防止であり、前記第１光が貫通
   する前記面と反対にある前記平面導波路の前記側面が、前記第１光用の反射を防
   止（４０）する層によって被覆されることを特徴とする請求項６に記載の光増幅
   器。
8. 【請求項８】 前記平面導波路の前記側面（１２，３６）が、前記第１および第
   ２光が貫通する前記面と反対であり、その結果それらはほぼ１°の角度にあるこ
   とを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
9. 【請求項９】 前記平面導波路が、また、２つの反対側縁で同一角度において傾
   斜が付けられ、したがって前記第１光（２）が入力され、かつ多重通路形状にお
   いて増幅された形状の第１光（３４）が出力される２つの追加の反対側面（４２
   ，４４）を備えることを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
10. 【請求項１０】 前記平面導波路層（１４，１６，１８；１６ａ，１８ａ）が、
    液相エピタキシによって形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１
    項に記載の光増幅器。
11. 【請求項１１】 −請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光増幅器（２２）と
    、 −前記光増幅器に前記第１光（２）を供給するためのレーザ源（２４）と、 −前記第２光（４）を前記光増幅器に供給するためのポンピング光源（２６）
    と、を備えることを特徴とするパワーレーザ。
12. 【請求項１２】 前記ポンピング光源（２６）が、前記光増幅器（２２）内の光
    ポンピングを横切るように配置されることを特徴とする請求項１１に記載のパワ
    ーレーザ。
13. 【請求項１３】 前記ポンピング光源が、少なくとも１つのパワーレーザダイオ
    ード（２６，２６ａ）を備えることを特徴とする請求項１１および１２のいずれ
    か１項に記載のパワーレーザ。
14. 【請求項１４】 前記レーザ源が、少なくとも１つのマイクロレーザ（２４）を
    備えることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のパワーレーザ
    。