JP2009537979A - 高出力光ファイバパルスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 その設計が簡単で、部分的又は全面的に統合された形にできる、高い効率と、ナノ秒オーダ、即ち数ナノ秒（＜１０ｎｓ）の短いパルス持続時間と、長い光ファイバ寿命とを有する高出力光ファイバレーザ装置を提供すること。
【解決手段】 発明は励起波を発するのに適した少なくとも一つの発光ダイオード（１）と、第１の二重クラッド光ファイバ（６）を備えるトリガされる光共振器（２２）と、第２の二重クラッド光ファイバ（１０）を備える光増幅器と、前記励起波を二つの光ファイバ（６）及び（１０）の少なくとも一方に結合するのに適した第１（３３）及び第２（３５）の光結合手段とを備える高出力光ファイバパルスレーザ装置に関する。
発明によれば、二つのファイバの少なくとも一方は、この光ファイバ（６）又は（１０）に結合された励起波が部分的に吸収され、第２の光結合手段により他方の光ファイバ（６）又は（１０）に結合された残りの励起波を発生させ、前記第２の光ファイバ（１０）が第１の光ファイバ（６）より大きい長さを有するという構成を有する。
【選択図】 図１

Description

発明は高出力光ファイバパルスレーザ装置に関する。

連続励起されたレーザのトリガにより短いレーザパルスを作る原理はずっと以前から知られている。それは遮断状態に維持された光共振器内に配置されたレーザ媒質内にエネルギーを蓄積することにある。

できるだけ高い効率（励起出力とレーザにより発せられる出力間の比）を得るために、励起出力の大部分が吸収されるようにする長さを有するレーザ媒質を使用する必要がある。

二つの相次ぐレーザパルス発光間の期間に対応する励起期間後に、共振器の状態は次いで突然通過状態に切り換えられ、レーザ光束がキャビティ内で確立される。

１通過当たりのゲインが高いので、強度は速やかに増加し得る。少数の往復後、放射は最大値に達し、漸次減少する。レーザ発光はそのとき多くのパラメータに依存する持続時間を有するパルスの形を取る。

詳細には、レーザパルス持続時間がキャビティ長と１通過当たりのゲインに直接依存することが知られている（A.E. Siegman著「Lasers」（University Science Books, Sausalito, CA, 1986））。

サブナノ秒の持続時間のレーザパルスが、長さが１ｍｍ未満の結晶レーザ媒質で得られた。そのとき、レーザダイオードにより発せられる励起波の大部分を吸収しかつ無視できない効率と適度のパルス当たりのエネルギーを得るためには非常に強くドープされた結晶を使用しなければならない。

そのようなレーザ装置で生じ得る平均出力はそれにもかかわらずレーザ媒質内に引き起こされる熱効果により限定される。

古典的な解決策は、パルス発生用レーザ装置の同じ長さ制約を有さず、増幅器長が長くても短いパルスを増幅できる増幅器を追加することにある。ＭＯＰＡ（「マスタ・オッシレータ・パワー・アンプリファイア（Master Oscillator Power Amplifier）」）と呼ばれるこの解決策は必然的により複雑で、二つの別個の励起源を必要とする。

この解決策は、大きいゲインと高い平均出力を与える光ファイバ増幅器により低出力レーザパルスを生じる固体マイクロレーザと特に関連して多くの発案者により使用されてきた。

それにもかかわらず、この解決策は、いくつかの増幅段が工業的応用に適応可能な出力に到達する必要があるので、複雑であるという欠点を有する。

さらに、マイクロレーザは残りの増幅器に溶着出来ないのでこのシステムを統合することが不可能である。

同様に、共振器はパルスレーザダイオードであってもよいが、増幅段数がやはり増加する。

その他の点では、これらの増幅段を互いに分離する必要があり、そうでなければ、出力の大部分が連続放射の形で発せられることになる。

最近、イッテルビウムイオンでドープされた光ファイバにもっぱら基づいてナノ秒パルスを作る新しい技術がＬｉｍｐｅｒｔ他により提示された（Advanced Solid
State Photonics Conference, Vienna, February 2005）。この技術は増幅媒体として非常に強くドープされた短い光ファイバを使用することに基づく。

そのようなシステムは、可変減衰器（又は変調器（Ｑスイッチ））が１０ｎｓよりずっと長い立ち上がり時間を有することを含め、１０ｎｓオーダの持続時間を有するパルスの作成を可能にすることも示された。

パルスの持続時間がそれらを生じる光共振器の長さに比例することが知られている。従って、短いパルスを得るためには短い共振器を使用しなければならない。これは共振器において短い光ファイバ長、従って低励起出力吸収、従って悪い効率を強いる。

短いファイバ長を維持しつつ効率を増すために、通常は構造内の励起の吸収係数が増加され、従って、非常に高い励起占有密度を導入し、これは光ファイバの寿命の減少に通じる。

古典的な解決策はこのように短いファイバ（短いパルス持続時間）と長寿命（ファイバの進行を招き易い高すぎる励起イオン密度）の間の妥協を強いる。

従って、高い効率と短いパルス持続時間とファイバの長寿命を同時に得ることは難しい。

従って、発明の目的は、その設計が簡単で、部分的又は全面的に統合された形にできる、高い効率と、ナノ秒オーダ、即ち数ナノ秒（＜１０ｎｓ）の短いパルス持続時間と、長い光ファイバ寿命とを有する高出力光ファイバレーザ装置を提案することである。

そのために、発明は、
励起波を発するのに適した少なくとも一つの発光ダイオードと、
レーザ波を発生させるのに適したトリガされる光共振器であって、
非常に高反射性の端部と、前記励起波及び前記レーザ波を前記トリガされる光共振器の外に部分的に透過するのに適した部分反射性の端部と、
前記二つの反射性端部の間に設けられた、前記励起波を吸収しかつ前記レーザ波を増幅するのに適した第１の光ファイバをから成る増幅媒体と、
遮断状態から通過状態に切り換えるのに適した光変調器と
を備える光共振器と、
第２の光ファイバから成る光増幅器であって、前記トリガされる光共振器の前記部分反射性端部が前記二つの光ファイバの間に位置するように前記増幅器が設けられ、前記第１及び第２の光ファイバがコア、励起用クラッド及び閉じ込め用クラッドを有する二重クラッド光ファイバ型でありかつそれぞれ内側端部と外側端部を有し、前記二つの内側端部が互いに向き合う光増幅器と、
前記励起波を前記二つの光ファイバの一方にその前記外側端部を介して結合するのに適した第１の光結合手段と、
前記励起波を前記二つの光ファイバの一方にその前記内側端部を介して結合するのに適した前記二つの光ファイバの間に設けられた第２の光結合手段と
を備える
高出力光ファイバパルスレーザ装置
に関する。

発明によれば、
前記光変調器は音響光学又は電子光学変調器であり、
その前記外側端部を介して前記励起波が結合される前記光ファイバの前記ドープされたコアは前記励起波を部分的に吸収しかつ残りの励起波を前記光ファイバの前記内側端部に残すのに適しており、
前記第２の光結合手段は、前記二つの光ファイバの他方の前記内側端部において前記残りの励起波の結合と、前記トリガされる光共振器から出る前記レーザ波の結合とを同時に保証するのに適しており、
前記第２の光ファイバは、前記第１の光ファイバより大きい長さを有し、それにより前記トリガされる光共振器から出る前記レーザ光を増幅するのに適するようになる。

種々の考え得る実施例において、本発明はまた以下の特徴に関係し、これらは個々に、あるいはその技術的に可能な何れかの組合せに従って考えることができ、それぞれ特有の利点を有する。即ち、
前記第１及び前記第２の光ファイバの前記内側端部、前記部分反射性端部及び前記第２の光結合手段はモノリシック・アセンブリを形成するように一緒に集合され、
前記第１及び第２の光ファイバは、前記部分反射性端部と前記第２の光結合手段がエッチング又は写真飾刻された単一の光ファイバで形成され、異なる長さを有する二つの別個の光ファイバ部品を形成し、
前記前記部分反射性端部と前記光変調器は、前記変調器の反射率を制御するための電気制御装置を備える、前記光ファイバ内の統合変調器を形成し、前記統合変調器は前記第１と第２の光ファイバの間に設けられ、
前記部分反射性端部はブラッグ格子を備え、
前記非常に高反射性の端部と前記第１の光結合手段は前記第１の光ファイバの前記外側端部に統合された全反射器を形成し、前記全反射器はブラッグ格子を備え、
前記第２の光結合手段は、前記二つの光ファイバの前記向き合う内側端部をより近づけるのに適した機械的光ファイバ端部固定手段であり、
前記光ファイバパルスレーザ装置は、
それぞれ励起波を発する二つのレーザダイオードと、
二つの第１の光結合手段であって、前記第１の光結合手段の一方が前記励起波の一方を前記第１の光ファイバの前記外側端部に結合するのに適しており、前記第１の光結合手段の他方が前記励起波の他方を前記第２の光ファイバの前記外側端部に結合するのに適している二つの第１の光結合手段と
を備え、
前記二つの光ファイバ（６、１０）の少なくとも一方はフォトニックファイバ型であり、
前記第１及び第２の光ファイバの前記コアは３０μｍより大きい直径を有し、
前記光ファイバパルスレーザ装置は偏光されたレーザパルスを得るために偏光手段と、前記光ファイバを剛性化する安定化手段とを備える。

発明は以下の添付図面を参照してより詳細に述べられる。
図１は発明の実施例による高出力光ファイバレーザ装置を示す。
図２は上記の光ファイバレーザ装置をより詳細に示す。
図３は励起波をレーザ装置の増幅領域に注入するレーザダイオードを有する光ファイバレーザ装置の実施例を示す。
図４は二つのレーザダイオードを備える光ファイバレーザ装置の実施例を示す。
図５はレーザ装置が部分的に統合されたもう一つの考え得る実施例を示す。
図６はレーザ装置が全面的に統合されたもう一つの考え得る実施例を示す。
図７は光ファイバが薄い空気層により分離されたもう一つの考え得る実施例を示す。

図１は発明の実施例による高出力光ファイバレーザ装置を示す。

装置は励起波を発するのに適したレーザダイオード１を備える。それはいくつかのレーザダイオード１を備える。

励起波はレーザ波を発生させるのに適したトリガされる光共振器２２に注入される。

トリガされる光共振器２２は、完全又は準完全反射性である非常に高反射性の端部１２と、トリガされる光共振器２２の外部に励起波とレーザ波を部分的に透過するのに適した部分反射性端部９とを備える。

それは、二つの反射性端部９と１２の間に設けられた、励起波を部分的に吸収しかつレーザ波を増幅するのに適した第１の光ファイバ６から成る増幅媒体を備える。

それは好都合にも、レーザパルスを得るために遮断状態から通過状態に切り換えるのに適した光変調器１３を備える。

古典的なやり方では、光変調器１３は例えば音響光学でも電子光学変調器でもよい。

それはトリガされる光共振器２２の外側に設けられた、第２の光ファイバ１０から成る光増幅器を備える。

部分反射性端部９は、それぞれ内側端部１８、１９及び外側端部１７、２０を有する第１及と第２の光ファイバ６と１０の間に設けられる。二つの内側端部（１８、１９）は互いに向き合って設けられる。

第１の光ファイバ６の外側端部１７は第１の光結合手段３３を介してレーザダイオード１により発せられる励起波を受光するのに適している。第１の光ファイバ６の外側端部１７と第２の光ファイバの外側端部２０は二つの光ファイバ６及び１０により分離される。

第１の光結合手段３３は図２に示されるように第１のレンズ３、ダイクロイックミラー５及び第２のレンズ４を備えてもよい。

部分反射性端部９はレーザ波長において部分反射性である。

それはそこを通るレーザ波及び励起波の伝達を可能にしなければならない。それは単純な空気、ガラス又はシリカの板から成っていても、誘電体層で処理された板から成っていても、ハーフミラーから成っていても、ガラス基板に彫刻されたバルクのブラッグ格子から成っていても、他の反射系の何れかから成っていてもよい。

部分反射性端部９は第１の光ファイバ６側において、レーザ波が作られることになる第１の「発振器」領域の境界を定める。

第２の光ファイバ１０側においては、部分反射性端部９はレーザ波が増幅されることになる「増幅」領域の境界を定める。

光ファイバレーザ装置は二つの光ファイバ６と１０の間に設けられた第２の光結合手段３５を備えてもよい。

図２に示されるように、第１及び第２の光ファイバ６及び１０はコア３０、励起用クラッド３１及び閉じ込め用クラッド３２を有する二重クラッド光ファイバ型である。

その外側端部１７を介して励起波が結合される光ファイバ６のドープされたコア３０は励起波を部分的に吸収しかつ残りの励起波を他の光ファイバ６の内側端部１８に残すのに適している。

第１の光ファイバ６の内側端部１８と第２の光ファイバ１０の内側端部１９は残りの励起波と第２の光結合手段３５を介して共振器２２から出るレーザ波を互に対して同時に透過するのに適している。

第２の光結合手段３５は光ファイバ６の励起用クラッド３１から他の光ファイバ１０の励起用クラッド３１に向かって出る残りの励起波と光ファイバ６のコア３０から他の光ファイバ１０のドープされたコア３０に出るレーザ波を同時に結合するように最適化される。

第２の光結合手段３５は第１の光ファイバ６と部分反射性端部９の間に設けられた第１のコリメーションレンズ７と、部分反射性端部９と第２の光ファイバ１０の間に設けられた第２のコリメーションレンズ８とを備えてもよい。

部分反射性端部９は第１のコリメーションレンズ７と第２のコリメーションレンズ８の間に配置されても、内側端部１８、１９の一方とこれらの二つの光学要素７、８の一方の間に配置されてもよい。

光ファイバ６及び１０は関心のある波長においてゲインの発生が可能な複合レーザファイバである。

これらの光ファイバ６及び１０のコア３０は５ないし２００マイクロメータの直径を有する。それは希土類（イッテルビウム、ネオジム、エルビウム、ツリウム、ホルミウム・・・）から選ばれたイオンでドープされる。好ましくは、それはイッテルビウムイオンでドープされる。それはレーザ波長の波が導かれるようにする。

この導波路は好ましくは単一モードであるが、多モードでもよい。

光ファイバ６及び１０のコア３０は、その直径がコア３０の直径の１ないし１０倍である励起用クラッド３１により囲まれる。

励起用クラッド３１はコア３０内のレーザ波の導波を保証するために均一でも、微細構造を含んでもよい。光ファイバ６及び１０はその場合フォトニックファイバ型である。

励起用クラッド３１は低屈折率材料で出来た閉じ込め用クラッド３２により囲まれ、あるいは「エア−クラッド」型の構造を有する。励起用クラッド３１はコア３０のイオンドーパントの吸収に対応する励起波長での導波を保証しなければならない。

この励起用クラッド３１の開口数は出来るだけ大きくなければならない。

アセンブリはその役割がファイバの機械的維持を保証することである機械的鞘により囲まれてもよい。

光ファイバ６及び１０は好ましくはガラス又はシリカと空気で構成される。

光ファイバ６及び１０は異なるコア及びクラッド径を有してもよいが、コア径とクラッド径の比が第１の光ファイバ６と第２の光ファイバ６において非常に近ければシステムは上手く機能することになる。

励起波は第１の光ファイバ６の外側端部１７に入射する。それらはまた第１の光結合手段３３を介して励起用クラッド３１にこの第１の光ファイバ６に沿って注入されてもよい。

図２は光ファイバレーザ装置の実施例をより詳細に示し、装置動作のよりよい理解を可能にする。

励起波はレーザダイオード１により発せられる。それは第１の光結合手段３３を介して第１の光ファイバ６に注入される。

励起波はレーザダイオード１と第１の光結合手段３３の間に設けられた導波用ファイバ２の中に予め発せられてもよい。

より正確には、励起波は第１のレンズ３によりコリメートされる。それはダイクロイックミラー５を通り、第２のレンズ４により第１の光ファイバ６の外側端部１７にフォーカスされる。

励起波の一部は第１の光ファイバ６内のその伝搬中に吸収される。その外側端部１７を介して励起波が結合される光ファイバ６のドープされたコア３０は励起波を部分的に吸収しかつ残りの励起波をこの光ファイバ６の内側端部１８から出させるのに適している。

第１の光ファイバ６の二重クラッド構造は励起波が導かれるようにする。

第１の光ファイバ６の出口において、即ち 第１の光ファイバ６の内側端部１８において、残りの励起波とレーザ波は第１のコリメーションレンズ７により再びコリメートされて部分反射性端部９を通るが、これは部分反射性ミラーでもよい。残りの励起波とレーザ波が次いで第２のコリメーションレンズ８を介して増幅用の第２の光ファイバ１０の内側端部１９に結合される。

第２の光ファイバ１０の長さはその内側端部１９に入射する励起波の大部分を吸収するように選ばれる。

トリガされる光共振器２２のレーザキャビティの非常に高反射性の端部１２が第１の光ファイバ６により発せられた放射の全て又は一部をそれに向かって戻す。非常に高反射性の端部１２はミラーであってもよい。

ダイクロイックミラー５は好ましくはレーザ波長において完全反射性であり、励起波の波長において透明である。

励起波長は光ファイバ６及び１０により吸収される波長から選ばれる。

第２のレンズ４、第１のコリメーションレンズ７及び第２のコリメーションレンズ８は光ファイバ６及び１０の励起用クラッド３１の開口数と少なくとも同じ開口数を有するように選ばれる。

レーザダイオード１により生じた励起波が光ファイバ６及び１０中に吸収されるときは、それは反転分布を作り出す。

非常に高反射性の端部１２及び部分反射性端部９が正しく配置されれば、そのように形成された共振キャビティ内にレーザ効果が生じる。

残りの励起波は部分反射性端部９により部分的に透過され、第２のコリメーションレンズ８を介して第２の光ファイバ１０に注入される。

部分反射性端部９及び第２のコリメーションレンズ８は第１の光ファイバ６のコア３０から第２の光ファイバ１０のコア３０に出るモードを第１の光ファイバ６の励起用クラッド３１から第２の光ファイバ１０の励起用クラッド３１に向かって出るレーザ放射と同様に同時に結合し、寸法と開口数の両方の整合を保証するように選ばれる。

レーザ波は次いで、第１の光ファイバ６において吸収されなかった残りの励起波により自身が励起された第２の光ファイバ１０により増幅される。

励起波は第１の光ファイバ６において非常に部分的に吸収される（５ないし５０％、好都合には２０％未満）。残りは、励起波が完全又は準完全に吸収されるように第２の光ファイバ１０にいて吸収される。

コア３０による励起波吸収の典型的な値は３０ｄＢ／ｍより小さくなければならず、前記の値はコア３０面とクラッド３１面の関係を考慮に入れている。

同様に、コア３０内の希土イオンの局部濃度は出来るだけ均一でなければならない。

ファイバ６及び１０の長さは、励起波の準完全吸収を保証しかつナノ秒オーダ又は数ナノ秒（＜１０ｎｓ）の持続時間を有する高出力の短いパルスの発生を可能にするように選ばれる。

第２の光ファイバ１０は第１の光ファイバ６より大きい長さを有する。この長さは、第２の光ファイバ１０が第１の光ファイバ６より励起波の大きい部分を吸収するように適合される。

光ファイバレーザ装置は第１の光ファイバ６内で低吸収が維持されるようにし、一方ではそれにもかかわらず第１の光ファイバ６により吸収されなかった全ての励起波を吸収する第２の光ファイバ１０の増幅器のおかげで最大励起出力を搬送する。

従って、第１の光ファイバ６は第２の光ファイバ１０より小さい長さを有してもよく、短いパルスの発生を可能にしなければならない。これらのパルスは第２の光ファイバ１０内で増幅される。第２の光ファイバ１０はトリガされる光共振器２２の中に統合されないので最早長さの制約がなく、従って、それは低線形吸収をもつことが可能であり、従って徐々の進行の問題から免れる。短いパルスの発生、高効率（レーザ出力／励起出力）及びファイバの寿命は従って全て保存される。励起波吸収は二つの光ファイバ６及び１０間に十分分散され、これはファイバの熱効果と老化を回避する。

端と端をつない並べられた光ファイバ６及び１０の全長は５０ｃｍないし５ｍである。

従って、第１の光ファイバ６の長さがどうであろうと、全励起出力が光ファイバ６と１０の集合により吸収できることが分かる。そのために、その組み合せた長さが吸収長より大きくなるように選ばれることで十分である。

第１の光ファイバ６の長さは好ましくは３ｃｍないし３０ｃｍである。

それは１０ないし１００マイクロメータの大きい直径を有するコア３０を有する。一方では、励起されるイオンは従って多くなく（低吸収）、他方では、それらは大きい体積（広いコア）内に分散される。従って、その密度は比較的低い。この短いファイバのゲインはパルスレーザに通常使用されるゲインより低い。比較的より低いゲインは短い光路長のトリガされる光共振器２２により補償される。そのとき短いパルスが生じる。

前述のように、第１の光ファイバ６により吸収されなかった励起出力は第２の光ファイバ１０に向かって第１のコリメーションレンズ７及び第２のコリメーションレンズ８により再フォーカスされる。

第１のコリメーションレンズ７と第２のコリメーションレンズ８の特性は、一方では、それぞれの開口数を守りながら、第１の光ファイバ６の閉じ込め用クラッドから第２の光ファイバ１０の閉じ込め用クラッド３１に向かって出る如何なる光線をも結像し、他方では、第１の光ファイバ６のコア３０から第２の光ファイバ１０のコア３０の固有伝搬モードに向かって出る固有伝搬モードを最小損失で結像するように計算される。

光ファイバ６と１０のコア３０のドーピング比は、強い励起光束の下でもファイバの徐々の進行の如何なる問題も避けるように計算される。

図３に示されるような他の実施例も可能である。

励起波は前の例と同じ特性を有する第１の光結合手段３４を介して第２の光ファイバ１０の外側端部２０に対しレーザダイオード１により注入される。

励起波は次いで第２の光ファイバ１０により部分的に吸収され、後者の内側端部１９を通って出て行く残りの励起波を発生させる。残りの励起波は次いで第２の光結合手段３５を介して第１の光ファイバ６の内側端部１８に結合される。

この例では、光共振器１３、非常に高反射性の端部１２及び第１の光結合手段３４は二つの光ファイバ６及び１０と一直線に揃っている。光共振器１３は第１の光ファイバ６の外側端部に向き合って後者と非常に高反射性の端部１２間に配置される。

レーザパルスは第１の光結合手段３４を通ってレーザ装置から出る。

図４は、レーザ装置が二つの第１の光結合手段３３、３４と、それぞれ励起波を発する二つのレーザダイオード１とを備えるもう一つの考え得る実施例を示す。

第１の光結合手段の一方３３は励起波の一方を第１の光ファイバ６の外側端部１７に結合するのに適しており、第１の光結合手段の他方３４は励起波の他方を第２の光ファイバ１０の外側端部２０に結合するのに適している。

レーザパルスは第２の光ファイバ１０の外側端部２０に向き合って設けられた第１の光結合手段３４を通ってレーザ装置から出る。

図５及び７はレーザ装置が部分的に統合された二つの他の考え得る実施例を示す。

図５において、第１及び第２の光ファイバ６及び１０の内側端部１８、１９、部分反射性端部９及び第２の光結合手段３５はモノリシック・アセンブリを形成する、即ち単一ブロックで形成されるように一緒に集合される。

図７に示される特定の実施例において、第２の光結合手段３５は二つの光ファイバ６、１０の向き合った内側端部１８、１９をより近づけるのに適した機械的光ファイバ端部固定手段であってもよい。光ファイバ６及び１０は１００マイクロメータ未満の距離までより近づけてもよい。空気又は低屈折率材料の薄板（１００μｍ未満の厚さを有する）のみが二つの光ファイバ６、１０の内側端部１８、１９の間にあることが分かる。二つの光ファイバ６、１０の端部１８及び１９は上述の機械的手段を介して一直線に揃った状態に維持される。

部分反射性端部９は光ファイバ６、１０の二つの内側端部１８、１９の少なくとも一方で構成されてもよい。内側端部１８、１９は場合によりレーザ波に対して部分反射性の光学処理で覆われる。

最大の機能を光ファイバ６又は１０に統合できることは信頼性と製作コストの理由により特に有利である。

部分反射性端部９は、その反射率がレーザパルス波長において典型的には１０ないし５０％であるブラッグ格子を備えるブラッグ反射器９’であってもよい。

このブラッグ反射器９’は光ファイバ６又は１０のコア３０に彫刻される。導波路の連続性が励起波やレーザパルスに対して保証される。

光ファイバ６及び１０及びブラッグ反射器９’は一緒に溶着されてモノリシック・アセンブリを形成してもよい。

もう一つの実施例によれば、第１及び第２の光ファイバ６及び１０はブラッグ反射器９’がエッチング又は写真即刻された単一の光ファイバ６、１０で形成され、短い方が第１の光ファイバ６と同等で、長い方が第２の光ファイバ１０と同等の二つの領域６及び１０を定める。

図６に示されるもう一つの実施例によれば、部分反射性端部９と光変調器１３が一緒に結合されて光ファイバ６及び１０において統合変調器１６を形成する。完全に統合されたモノリシック・レーザ装置が得られる。

統合変調器１６はブラッグ格子と、その反射率を制御するための電気制御装置とを備えてもよい。この反射率は外部信号により変更できる。

統合変調器１６は第１と第２の光ファイバ６と１０の間に設けられる。

統合変調器１６は一つのファイバから他のファイバに励起波を導く。

この構成において、励起波は結合用光学部品１４、即ち「テーパ」を介して第１の光ファイバ６において結合される。

結合用光学部品１４は、レーザダイオード１により発せられた励起波を搬送する導波用ファイバ２の直径を第１の光ファイバ６の励起クラッド３１の直径に向かって断熱的に適応する。

非常に高反射性の端部１２及び第１の光結合手段３３は一緒に結合されて第１の光ファイバ６の外側端部１７において統合された全反射器１５を形成してもよい。

第１の光ファイバ６に彫刻されたブラッグ格子により形成された全反射器１５は共振キャビティの底部ミラーを形成し、励起波を伝搬する。

レーザ装置光学要素２、１４、１５、６、１６及び１０の組は集合されてモノリシック・システムを形成する。これらの要素は溶着されてもよい。

いくつかのレーザダイオード１が、「テーパ蛸」システムのおかげでファイバにおいて一緒に結合することもできる。

統合変調器１６は第１の光ファイバ６の外側端部１７と結合用光学部品１４の間に配置されてもよい。

レーザ装置は偏光されたレーザパルスを得るために偏光手段と、光ファイバ６、１０を剛性化する安定化手段とを備えてもよい。

光ファイバ６及び１０は「ロッド型ファイバ」を使用することによるか、あるいはファイバの外部の機械的手段（例えば機械的支持体又は鞘）により本質的に剛性化することもできる。これらの機械的手段は直線でも、光ファイバ保持に適応する規則的形状（円、渦巻き、曲線の一部・・・）を有してもよい。

その設計が簡単で、部分的又は完全に統合された形にできる、高効率、ナノ秒オーダの短いパルス持続時間、大きい光ファイバ寿命を有する高出力ファイバレーザがこのように得られた。

発明の実施例による高出力光ファイバレーザ装置を示す。 上記の光ファイバレーザ装置をより詳細に示す。 励起波をレーザ装置の増幅領域に注入するレーザダイオードを有する光ファイバレーザ装置の実施例を示す。 二つのレーザダイオードを備える光ファイバレーザ装置の実施例を示す。 レーザ装置が部分的に統合されたもう一つの考え得る実施例を示す。 レーザ装置が全面的に統合されたもう一つの考え得る実施例を示す。 光ファイバが薄い空気層により分離されたもう一つの考え得る実施例を示す。

１ レーザダイオード
２ 導波用ファイバ
３ 第１のレンズ
４ 第２のレンズ
５ ダイクロイックミラー
６ 第１の光ファイバ
７ 第１のコリメーションレンズ
８ 第２のコリメーションレンズ
９ 部分反射性端部
１０ 第２の光ファイバ
１２ 非常に高反射性の端部
１３ 光変調器
１４ 結合用光学部品
１５ 全反射器
１６ 統合変調器
１７ 第１の光ファイバの外側端部
１８ 第１の光ファイバの内側端部
１９ 第２の光ファイバの内側端部
２０ 第２の光ファイバの外側端部
２２ トリガされる光共振器
３０ コア
３１ 励起用クラッド
３２ 閉じ込め用クラッド
３３ 第１の光結合手段
３４ 第１の光結合手段
３５ 第２の光結合手段

Claims (11)

1. 励起波を発するのに適した少なくとも一つの発光ダイオード（１）と、
   レーザ波を発生させるのに適したトリガされる光共振器（２２）であって、非常に高反射性の端部（１２）と、前記励起波及び前記レーザ波を前記トリガされる光共振器（２２）の外に部分的に透過するのに適した部分反射性の端部（９）、前記二つの反射性端部（９）及び（１２）の間に設けられた、前記励起波を吸収しかつ前記レーザ波を増幅するのに適した第１の光ファイバ（６）から成る増幅媒体、および遮断状態から通過状態に切り換えるのに適した光変調器（１３）を備える光共振器（２２）と、
   第２の光ファイバ（１０）から成る光増幅器であって、前記トリガされる光共振器（２２）の前記部分反射性端部（９）が前記二つの光ファイバ（６、１０）の間に位置するように前記増幅器が設けられ、前記第１（６）及び第２（１０）の光ファイバがコア（３０）、励起用クラッド（３１）及び閉じ込め用クラッド（３２）を有する二重クラッド光ファイバ型でありかつそれぞれ内側端部（１８、１９）と外側端部（１７、２０）を有する光増幅器と、
   前記励起波を前記二つの光ファイバ（６、１０）の一方にその前記外側端部（１７、２０）を介して結合するのに適した第１の光結合手段（３３、３４）と、
   前記二つの光ファイバ（６、１０）の間に設けられた第２の光結合手段（３５）と
   を備える高出力光ファイバパルスレーザ装置において、
   前記光変調器（１３）が音響光学変調器又は電子光学変調器であり、
   その前記外側端部（１７、２０）を介して前記励起波が結合される前記光ファイバ（６、１０）の前記ドープされたコア（３０）が前記励起波を部分的に吸収しかつ残りの励起波を前記光ファイバの前記内側端部（１８、１９）に残すのに適しており、
   前記第２の光結合手段（３５）が、前記二つの光ファイバ（６、１０）の他方の前記内側端部（１８、１９）において前記残りの励起波の結合と、前記トリガされる光共振器（２２）から出る前記レーザ波の結合とを同時に与えるのに適しており、
   前記第２の光ファイバ（１０）が、前記第１の光ファイバ（６）より大きい長さを有し、それにより前記トリガされる光共振器（２２）から出る前記レーザ光を増幅するのに適するようになる
   ことを特徴とする
   高出力光ファイバパルスレーザ装置。
2. 前記第１（６）及び前記第２（１０）の光ファイバの前記内側端部（１８、１９）、前記部分反射性端部（９）及び前記第２の光結合手段（３５）がモノリシック・アセンブリを形成するように一緒に集合されることを特徴とする請求項１に記載の高出力光ファイバパルスレーザ装置。
3. 前記第１（６）及び第２（１０）の光ファイバが、前記部分反射性端部（９）と前記第２の光結合手段（３５）がエッチング又は写真飾刻された単一の光ファイバで形成され、異なる長さを有する二つの別個の光ファイバ部品（６、１０）を形成することを特徴とする請求項２に記載の高出力光ファイバパルスレーザ装置。
4. 前記部分反射性端部（９）と前記光変調器（１３）が、前記変調器の反射率を制御するための電気制御装置を備える、前記光ファイバ（６、１０）内の統合変調器（１６）を形成し、前記統合変調器（１６）が前記第１（６）と第２（１０）の光ファイバの間に設けられることを特徴とする請求項３に記載の高出力光ファイバパルスレーザ装置。
5. 前記部分反射性端部（９）がブラッグ格子を備えることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一つに記載の高出力光ファイバパルスレーザ装置。
6. 前記非常に高反射性の端部（１２）と前記第１の光結合手段（３３、３４）が前記第１の光ファイバ（６）の前記外側端部（１７）に統合された全反射器（１５）を形成し、前記全反射器（１５）がブラッグ格子を備えることを特徴とする請求項５に記載の高出力光ファイバパルスレーザ装置。
7. 前記第２の光結合手段（３５）が、前記二つの光ファイバ（６、１０）の前記向き合う内側端部（１８、１９）をより近づけるのに適した機械的光ファイバ端部固定手段であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバパルスレーザ装置。
8. それぞれ励起波を発する二つのレーザダイオード（１）と、
   二つの第１の光結合手段（３３、３４）であって、前記第１の光結合手段の一方（３３）が前記励起波の一方を前記第１の光ファイバ（６）の前記外側端部（１７）に結合するのに適しており、前記第１の光結合手段の他方（３４）が前記励起波の他方を前記第２の光ファイバ（１０）の前記外側端部（２０）に結合するのに適している二つの第１の光結合手段（３３、３４）と
   を備えることを特徴とする請求項１ないし７の何れか一つに記載の高出力光ファイバパルスレーザ装置。
9. 前記二つの光ファイバ（６、１０）の少なくとも一方がフォトニックファイバ型であることを特徴とする請求項１ないし８の何れか一つに記載の高出力光ファイバパルスレーザ装置。
10. 前記第１（６）及び第２（１０）の光ファイバの前記コア（３０）が３０μｍより大きい直径を有することを特徴とする請求項１ないし９の何れか一つに記載の高出力光ファイバパルスレーザ装置。
11. 偏光されたレーザパルスを得るために偏光手段と、前記光ファイバ（６、１０）を剛性化する安定化手段とを備えることを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一つに記載の高出力光ファイバパルスレーザ装置。

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