JP2002539616A - 側面ポンプ・ファイバ・レーザ - Google Patents

側面ポンプ・ファイバ・レーザ

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JP2002539616A
JP2002539616A JP2000604499A JP2000604499A JP2002539616A JP 2002539616 A JP2002539616 A JP 2002539616A JP 2000604499 A JP2000604499 A JP 2000604499A JP 2000604499 A JP2000604499 A JP 2000604499A JP 2002539616 A JP2002539616 A JP 2002539616A
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タリク、マンツール
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オプティゲイン インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 側面ポンプ・ファイバ・レーザがコア（１８）と被覆（２０）を有する光ファイバを含んでいる。コア（１８）は、被覆（２０）の屈折率、ｎ２、より大きい屈折率ｎ１を有する。このファイバ・レーザは、ファイバ被覆の上側に形成されているチャネル内に一体に形成されている結合窓（２２）を更に含んでいる。結合窓はｎ１より大きい屈折率ｎ３を有する。ファイバ・レーザはレーザ・ダイオード・バーなどの、レーザ光源（１４）を更に含んでいる。そのレーザ光源のビームは、光をファイバ・コア（１８）に直接結合するように、結合窓を通じて送られる。ブラッグ格子（２６）を、結合窓（２２）と反射窓（２８）の間に含むこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景および概要： 本発明はファイバ・レーザに関するものであり、更に詳しくいえば、側面ポン
プ・ファイバ・レーザに関するものである。
【０００２】 希土類をドープされた光ファイバは、細いファイバコアへのポンプレーザ光の
効率的な長手方向結合が困難であるので、低パワーデバイスであると通常考えら
れており、実際のファイバ自体に対する制約が存在する。より大きい出力パワー
に対する制約は、長手方向にポンピングする時にファイバ上に焦点を合わせるこ
とができる適用されたレーザ・ダイオード・アレイの利用可能なパワーと、吸収
されるポンプ光の強さに関するコアの損傷しきい値とにより与えられる。
【０００３】 したがって、長手方向ポンピングのみにより出力パワーを増加することは困難
である。この問題に対する解決策が、ファイバの側面からのポンプ光の繰り返し
内部結合であることが、ある人により示唆されている。したがって、それは「側
面ポンプされる」と名付けられている。たとえば、レーザの側面ポンピング装置
が米国特許第５，４５５，８３８号および第４，７９４，６１５号に開示されて
いる。ファイバ・レーザの側面ポンピングが、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ 、１０巻９号、１９９８年９月号所載の
Ｍ．Ｈｏｆｅｒ他による論文「高出力の側面ポンプされる受動モードロックＥｒ
−ＹＢファイバ・レーザ（Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ Ｓｉｄｅ−Ｐｕｍｐｅｄ Ｐ
ａｓｓｉｖｅｌｙ Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｅｒ−ＹＢ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓ
ｅｒ）」、ならびにＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｂ、Ｌａｓｅｒｓ ａｎ ｄ Ｏｐｔｉｃｓ 、６３巻１３１〜１３４ページ（１９９６）所載のＷｅｂｅｒ
他の「側面ポンプされるファイバ・レーザ（Ｓｉｄｅ−Ｐｕｍｐｅｄ Ｆｉｂｅ
ｒ Ｌａｓｅｒ）」に開示されている。Ｈｏｆｅｒの論文では、二重被覆ファイ
バの側面ポンピングは、ファイバの外側被覆に９０度のＶ形溝を刻むことにより
行われる。ダイオードの放出光を、Ｖ溝の面に集束させるためにレンズが用いら
れた。Ｗｅｂｅｒの論文では、二重被覆ファイバの側面ポンピングは、ファイバ
の上側のシリコーン外部被覆を約１ｍｍの長さにわたって除去することにより、
行われた。内部被覆の屈折率と同じ屈折率を持つプリズムが、はがされた場所の
上に置かれた。プリズムとファイバの間に、屈折率整合油が用いられた。
【０００４】 ファイバ内に光を側面からポンピングしようとする従来技術の試みで、側面結
合が可能であることが示されたが、結合効率を高め、そのような側面ポンピング
装置を製造する技術を改善するという産業における需要が依然として存在する。
【０００５】 これに関して、本発明は、単被覆ファイバのコア内に光を側面ポンピングする
簡単かつ効率的な手段を提供するものである。更に詳しくいえば、側面ポンプさ
れるファイバ・レーザは、コアと被覆を有する光ファイバを含んでいる。コアは
屈折率がｎ１であり、被覆は屈折率がｎ２であり、ｎ１はｎ２より大きい。ファ
イバは、ファイバ被覆の上側に形成されている窓チャネル内に配置されている結
合窓を更に含んでいる。ファイバ・レーザは、結合窓を通じて送られて、ファイ
バのコアに直接結合されるレーザ光ビームまたは多数のレーザ光ビームを放出す
るレーザ・ダイオード・バーなどの、レーザ光源を更に含んでいる。
【０００６】 結合窓は、屈折率ｎ３を持つ光学物質で構成されている。ｎ３はｎ１より大き
い。窓チャネルは、被覆物質の一部を物理的に除去することにより形成される。
結合物質を構成するために利用される光学物質はチャネル内でファイバ上に付着
され、ファイバの一体構造の一部となる。結合窓は、光をファイバ内に導いてコ
ア内への光の結合を強める一体化されたプリズムを効果的に形成する。結合窓を
形成する光学物質は、段階的屈折率物質すなわちステップ屈折率物質とすること
ができる。結合効率を一層高めるために、結合窓は、レーザ・ダイオードのスマ
イル、すなわち、放出パターン、およびアパーチャに応じて、長方形、三角形ま
たはその他の幾何学的形状などの形状にできる。窓物質は、表面に接着されるの
ではなくて、ファイバに直接付着されるので、空隙はなく、屈折率整合油を使用
する必要がないから、結合効率は高くなり、全体の構造はより良く一体化される
。
【０００７】 ファイバ・レーザの第２の実施例は、結合窓の下のコア内にブラッグ格子が書
込まれているファイバを含んでいる。ファイバは、ブラッグ格子の下の被覆の反
対側の下側に形成されている、第２の窓チャネル内に配置されている反射窓（反
射鏡）を更に含んでいる。反射窓は、窓チャネル内に付着されている反射性光学
物質で構成されている。反射窓は、望ましくない波長を選別して除去するための
フィルタとして使用できる。反射窓は、帰還機構を使用することにより、ファイ
バ・レーザの波長を同調するために使用することもできる。
【０００８】 したがって、本発明の諸目的の中には、高い結合効率を有する側面ポンプされ
るファイバ・レーザを提供すること、ファイバの構造中に直接一体化されている
窓プリズムを通じて、ファイバのコアに光を直接ポンピングできるようにする側
面ポンプされるファイバ・レーザを提供すること、同調可能な側面ポンプされる
ファイバ・レーザを提供すること、コア内への光の結合を強め、かつ直接結合す
るブラッグ格子を含んでいる、側面ポンプされるファイバ・レーザを提供するこ
と、およびファイバ内への光の繰り返し側面結合を含む側面ポンプされるファイ
バ・レーザを提供すること、がある。
【０００９】 本発明のその他の諸目的、諸特徴、および諸利点は、本発明についての下記の
説明を、添付されている例示的図面を参照しながら考察することにより明らかに
なるであろう。
【００１０】 好適な実施例の説明： ここで、本発明の側面ポンプされるファイバ・レーザが示され、図１に１０で
全体的に指示されている図面を参照する。
【００１１】 側面ポンプされるファイバ・レーザは、１２で全体的に示されている光ファイ
バと、１４で全体的に示されているレーザ光源とを備えている。
【００１２】 レーザ光源は、送ることができるレーザ光ビーム１６を放出できる任意の光源
を含むことができる。レーザ光源１４は、レーザ・ダイオードと、レーザ・ダイ
オードのアレイを含むレーザ・ダイオード・バーとを含むことができるが、それ
に限定されるものではない。レーザ光ビーム１６を限られた領域内に集束するた
めの光学素子（図示せず）を利用することもできる。
【００１３】 光ファイバ１２は、この技術で周知の種類の多重モード、単被覆ファイバを含
むことが好ましい。他の種類のファイバも考えられ、この開示はファイバの種類
に関して応用範囲を限定することを意図されるものではない。ファイバ１２は、
コア１８と被覆２０とを含んでいる。
【００１４】 コア１８には、希土類ドーパントをドープしたり、しなかったりできる。しか
し、本発明の教示に従って、コア１８は希土類ドーピング物質を含むことが好ま
しい。コア１８の屈折率はｎ１であり、被覆２０の屈折率はｎ２であって、ｎ１
はｎ２より大きい。屈折率のこの構成は、この技術では通常のものである。レー
ザ光源１４からの光をファイバ１２の側面内に結合するために、ファイバ１２は
、ｎ１より大きい屈折率ｎ３を持つ光学物質を含んでいる結合窓２２を更に含ん
でいる。結合窓２２は、ファイバ被覆２０の上側に形成されている窓チャネル２
４内に配置されている。窓チャネル２４は、被覆物質を、約１ｍｍから約５ｍｍ
までの範囲の長さに沿って、ファイバのコア１８を露出するか、ほとんど露出す
る深さまでファイバ１２から除去することにより形成される。除去の長さは長い
よりも短い方が好ましい。被覆物質の部分除去は、ファイバの側面研磨を含めた
、種々の知られている方法のいずれかにより行うことができる。被覆物質がひと
たび除去されると、その結果得られた窓チャネル２４には、コアの屈折率より大
きい屈折率ｎ３を持つ光学物質が充填される。言い換えると、光学窓物質は、フ
ァイバに直接付着され、したがって、ファイバの一体部分を形成する。考えられ
ていることは、レーザ光ビーム１６をファイバコア１８に直接導入するための一
体にされたプリズムを結合窓２２が提供することである。結合窓２２を形成する
光学物質は、分布屈折率物質すなわちステップ屈折率物質を含むことができる。
結合効率を一層高くするために、結合窓２２は、レーザ・ダイオードのスマイル
、すなわち、放出パターンと、アパーチャとに応じて長方形、三角形またはその
他の幾何学的形状とすることができる。窓物質は、表面に接着されるのではなく
て、ファイバに直接付着されるので、空隙がなく、外部プリズムを使用する場合
に見出されるような屈折率整合ゲルを使用する必要がなく、したがって、結合効
率が高くなり、全体の構造がより良く一体化される。
【００１５】 光ビーム１６が結合窓２２を通ってひとたび入り込むと、それはファイバ１２
の内部に捕えられ、最終的にはファイバ１２の長手方向の長さに沿ってコア１８
に結合される。
【００１６】 ここで図２を参照すると、ファイバ・レーザ１０Ａの第２の実施例が、上記の
ように、コア１８と、被覆２０と、結合窓２２とを有するファイバ１２Ａを含ん
でいる。ファイバ１２Ａは、結合窓２２の下でコア１８に書込まれている一連の
ブラッグ格子２６を更に含んでいる。ほぼ１００％の反射率を達成するために、
ブラッグ格子２６は多数の層（およそ１００層）で書込まれる。格子２６は、約
２０度と約３０度の間の角度でファイバ１２Ａに書込まれる。ファイバ１２Ａは
、ブラッグ格子２６の下の被覆２０の反対側の下側に形成されている、第２の窓
チャネル３０内に配置されている反射窓２８を更に含んでいる。チャネル３０は
、上側チャネル２４と同じやり方で形成されている。反射窓２８は反射光学物質
を含んでいて、ブラッグ格子２６の下に反射鏡を本質的に形成する。格子２６と
反射窓（鏡）２８は、光の結合と、結合された光のファイバ１２Ａの長さに沿う
送りとを容易にするものと信じられる。
【００１７】 反射窓２８は、望ましくない波長を選別して除去するフィルタとして使用する
こともでき、帰還機構（図示せず）を使用することによりファイバ・レーザの波
長を同調するために使用することもできる。
【００１８】 図２に示されているファイバ・レーザ１０Ａは、レーザ光ビームをファイバ１
２Ａの側面に注入するために、多数のレーザ光源１４（レーザ・ダイオード・バ
ー）の使用を示す。２つのレーザ・ダイオード・バー１４を、ファイバに対して
同じ相対角度θで配置でき、または異なる角度θ１およびθ２で向けることがで
きる。光ビームをより小さい目標面積に集束するために、光学素子（図示せず）
を使用できる。
【００１９】 この概念を、二重被覆ファイバおよび多重被覆ファイバ（線図は示されていな
い）に関して利用できることを更に意図している。それらの場合には、窓チャネ
ル２４および３０はコアのすぐ近くの深さまで延長する必要はないかもしれず、
むしろ、ポンプ光は内部被覆に結合されるので、窓チャネルの底が内部被覆内の
ある深さに終端する。それの深さは、コアのすぐ近くからコアから数百ミクロン
離れた場所までの範囲に及ぶ。
【００２０】 多数の光源を同じファイバの側面に結合できるように、本発明の側面結合窓構
造をファイバの長さに沿って繰り返すことも意図している。繰り返し側面結合に
より各結合場所にもっと小さいパワーのレーザを使用でき、単一のポンプ場所に
おけるファイバの大きなパワーのポンピングの結果として、ファイバおよびコア
に物理的損傷が生ずることが減少する。
【００２１】 したがって、本発明はファイバの側面にレーザ光を結合する簡単かつ効率的な
インタフェースを提供するものであることが分る。屈折結合窓の形成と、反射窓
がコアへのレーザ光の結合を容易にし、ブラッグ格子はファイバの長手方向長さ
に沿うレーザ光の送りを容易にする。それらの理由から、本発明は十分な商業的
価値を持つ、大きな技術的進歩を表すものと信じられる。
【００２２】 本発明を具体化するある特定の構造をここに示し、記述したが、基礎を成す発
明的概念の要旨および範囲から逸脱することなく諸部品の種々の変更および再構
成を行えること、および添付されている特許請求の範囲により示されていること
を除き、ここで示し、記述した特定の態様にそれは限定されないことが当業者に
は明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の教示に従っている側面ポンプ・ファイバ・レーザの概略横断面図であ
る。
【図２】 側面ポンプされるファイバ・レーザの別の実施例の概略横断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 屈折率ｎ１を持つコアと、ｎ１より小さい屈折率ｎ２を持つ被覆と、この被覆
    の第１の側内に一体に形成されている結合窓とを備え、この結合窓はｎ１より大
    きい屈折率ｎ３を持つ光学物質を含んでいる、光ファイバ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の光ファイバであって、前記結合窓の前記光学物質は前記被覆内
    に形成されている窓チャネル内に付着されており、前記窓チャネルの深さは前記
    被覆の厚さにほぼ等しい光ファイバ。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の光ファイバであって、前記コアは前記窓チャネルの下で前記コ
    ア内に書込まれているブラッグ格子を含んでいる光ファイバ。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の光ファイバであって、前記ブラッグ格子は反射率がほぼ１００
    ％である光ファイバ。
  5. 【請求項５】 請求項３記載の光ファイバであって、前記ブラッグ格子は約２０度と約３０度
    の間の角度で付着されている光ファイバ。
  6. 【請求項６】 請求項４記載の光ファイバであって、前記ブラッグ格子は約２０度と約３０度
    の間の角度で付着されている光ファイバ。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の光ファイバであって、前記ファイバは前記被覆の前記第１の側
    とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記反射窓は
    反射性光学物質を含んでいる光ファイバ。
  8. 【請求項８】 請求項２記載の光ファイバであって、前記ファイバは前記被覆の前記第１の側
    とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記反射窓は
    反射性光学物質を含んでいる光ファイバ。
  9. 【請求項９】 請求項３記載の光ファイバであって、前記ファイバは前記被覆の前記第１の側
    とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記反射窓は
    反射性光学物質を含んでいる光ファイバ。
  10. 【請求項１０】 請求項４記載の光ファイバであって、前記ファイバは前記被覆の前記第１の側
    とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記反射窓は
    反射性光学物質を含んでいる光ファイバ。
  11. 【請求項１１】 請求項５記載の光ファイバであって、前記ファイバは前記被覆の前記第１の側
    とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記反射窓は
    反射性光学物質を含んでいる光ファイバ。
  12. 【請求項１２】 請求項６記載の光ファイバであって、前記ファイバは前記被覆の前記第１の側
    とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記反射窓は
    反射性光学物質を含んでいる光ファイバ。
  13. 【請求項１３】 屈折率ｎ１を持つコアと、ｎ１より小さい屈折率ｎ２を持つ被覆と、この被覆
    の第１の側内に一体に形成されている結合窓とを備え、この結合窓はｎ１より大
    きい屈折率ｎ３を持つ光学物質を含んでいる、光ファイバと、 前記結合窓を通じて送られて、前記コアに直接結合される光ビームを放出する
    光源と、 を備えているファイバ・レーザ。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載のファイバ・レーザであって、前記結合窓の前記光学物質は前
    記被覆内に形成されている窓チャネル内に付着されており、前記窓チャネルの深
    さが前記被覆の厚さにほぼ等しいファイバ・レーザ。
  15. 【請求項１５】 請求項１３記載のファイバ・レーザであって、前記コアは前記窓チャネルの下
    で前記コア内に書込まれているブラッグ格子を含んでいるファイバ・レーザ。
  16. 【請求項１６】 請求項１５記載のファイバ・レーザであって、前記ブラッグ格子は反射率がほ
    ぼ１００％であるファイバ・レーザ。
  17. 【請求項１７】 請求項１５記載のファイバ・レーザであって、前記ブラッグ格子は約２０度と
    約３０度の間の角度で付着されているファイバ・レーザ。
  18. 【請求項１８】 請求項１６記載のファイバ・レーザであって、前記ブラッグ格子は約２０度と
    約３０度の間の角度で付着されているファイバ・レーザ。
  19. 【請求項１９】 請求項１３記載のファイバ・レーザであって、前記ファイバは前記被覆の前記
    第１の側とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記
    反射窓は反射性光学物質を含んでいるファイバ・レーザ。
  20. 【請求項２０】 請求項１４記載のファイバ・レーザであって、前記ファイバは前記被覆の前記
    第１の側とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記
    反射窓は反射性光学物質を含んでいるファイバ・レーザ。
  21. 【請求項２１】 請求項１６記載のファイバ・レーザであって、前記ファイバは前記被覆の前記
    第１の側とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記
    反射窓は反射性光学物質を含んでいるファイバ・レーザ。
  22. 【請求項２２】 請求項１７記載のファイバ・レーザであって、前記ファイバは前記被覆の前記
    第１の側とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記
    反射窓は反射性光学物質を含んでいるファイバ・レーザ。
  23. 【請求項２３】 請求項１８記載のファイバ・レーザであって、前記ファイバは前記被覆の前記
    第１の側とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記
    反射窓は反射性光学物質を含んでいるファイバ・レーザ。
  24. 【請求項２４】 請求項１９記載のファイバ・レーザであって、前記ファイバは前記被覆の前記
    第１の側とは反対の第２の側内に一体に形成されている反射窓を更に備え、前記
    反射窓は反射性光学物質を含んでいるファイバ・レーザ。
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