JP2014135485A - 偏光ファイバ上に出力反射器を有する安定化ポンプレーザ - Google Patents
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Abstract
【課題】偏光ファイバ上に出力反射器を有する安定化ポンプレーザを提供する。
【解決手段】レーザ装置100は、ポンプレーザデバイスと、近位端部および遠位端部を有し、近位端部でポンプレーザデバイスに結合された偏光ファイバ120とを備える。遠位端部付近で偏光ファイバ120上に、少なくとも1つの出力反射器122が書き込まれる。レーザビームがポンプレーザデバイスから偏光ファイバ120を通って伝送されるとき、1つの偏光モードのみに対応する。
【選択図】図1
【解決手段】レーザ装置100は、ポンプレーザデバイスと、近位端部および遠位端部を有し、近位端部でポンプレーザデバイスに結合された偏光ファイバ120とを備える。遠位端部付近で偏光ファイバ120上に、少なくとも1つの出力反射器122が書き込まれる。レーザビームがポンプレーザデバイスから偏光ファイバ120を通って伝送されるとき、1つの偏光モードのみに対応する。
【選択図】図1
Description
本発明は、偏光ファイバ上に出力反射器を有する安定化ポンプレーザに関する。
[0001]光ファイバジャイロスコープによって正確に回転速度を感知する適用分野では、バイアス性能は、ジャイロスコープ内で使用される光源の安定性の影響を受けることが多い。光源の安定性は、ダイオードのポンプレーザの安定性の影響を受ける。通常、ポンプレーザの安定性を改善するには、レーザ放出波長を固定するための出力反射器として、長い偏光維持(PM)ファイバ上に製作されたファイバブラッググレーティングが使用される。さらに、安定した出力パワーを実現できるように、レーザ動作を「干渉性崩壊」モードで保つために、広いファイバブラッググレーティング反射帯域幅および長い偏光維持ファイバ長さが採用されてきた。
[0002]ブラッグ格子を含むPMファイバは、複屈折を伴う2つの偏光モードに対応し、一方はPMファイバの速い軸に沿った偏光モードであり、他方は遅い軸に沿った偏光モードである。レーザは、事実上、2つの偏光軸に対応する往復の長さが異なる2つの空胴を有する。レーザ内の利得媒体(半導体導波管)は、一方の偏光軸のみに対して利得を提供することが多いが、偏光維持ファイバと利得媒体との間の境界面における偏光交差結合により、事実上両方の偏光状態に対して利得が提供される。2つの偏光モードが干渉すると、出力ミラーの反射係数が温度の影響を受けやすくなり、ポンプレーザからの出力パワーの変動を招く。これらの変動は、ジャイロスコープの回転速度測定値に不安定性をもたらす。
[0003]別の従来の手法では、ファイバの事実上の複屈折を低減させるために、偏光維持ファイバの90°のスプライスが用いられてきた。それにもかかわらず、この手法はやはり、ポンプレーザ空胴内の2つの偏光モードに対応し、それによってジャイロスコープの回転速度測定値に不安定性をもたらす。
偏光ファイバ上に出力反射器を有する安定化ポンプレーザを提供する。
[0004]レーザ装置は、ポンプレーザデバイスと、近位端部および遠位端部を有し、近位端部でポンプレーザデバイスに結合された偏光ファイバとを備える。遠位端部付近で偏光ファイバ上に、少なくとも1つの出力反射器が書き込まれる。レーザビームがポンプレーザデバイスから偏光ファイバを通って伝送されるとき、1つの偏光モードのみに対応する。
[0005]図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって範囲を限定すると見なされるべきではないことを理解した上で、例示的な実施形態について、添付の図面を使用して、追加の特定性および詳細とともに説明する。
[0008]以下の詳細な説明では、実施形態について、当業者であれば本発明を実施できるのに十分なほど詳細に説明する。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態も利用できることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
[0009]少なくとも1つの出力反射器(output reflector)を有する偏光ファイバに光学的に結合された半導体レーザチップ(または導波管)を含む安定化半導体レーザ(ポンプレーザとも呼ぶ)装置が提供される。半導体レーザ装置では、パワー変動を除去することによって、温度に対する感度が低減されている。これにより、光ファイバジャイロスコープなどの別のデバイスの光源を励起するためにポンプレーザ装置が使用されるときの波長およびパワーの安定性が改善される。
[0010]偏光ファイバは、一方のファイバ軸に対して実質上高い損失を有し、他方の直交するファイバ軸に対して実質上低い損失を有する。この損失の差は、偏光ファイバが事実上1つの偏光モードにしか対応しないファイバのように見えるほど大きい。半導体レーザチップに結合された偏光ファイバを使用することで、レーザ空胴内のあらゆる場所から望ましくない偏光モードが事実上なくなり、偏光維持ファイバ内の2つの偏光軸に関連する2つの空胴の長さによって引き起こされる干渉作用が完全に除去される。
[0011]偏光ファイバ上には、ファイバブラッググレーティングなどの1つまたは複数の出力反射器を製作することができ、それによってポンプレーザ装置に対する出力結合器が提供される。偏光ファイバは、偏光ファイバ上にファイバブラッググレーティングを書き込むのに望ましい光屈折特性を有するように、特別に処理することができる。ブラッグ格子は、標準的な製作技法によって、偏光ファイバ上に直接書き込むことができる。ブラッグ格子を偏光ファイバ上に直接書き込むことで、いくつかの従来の方法で行われる非偏光性の偏光維持ファイバと偏光器および反射器との接続によって引き起こされる偏光交差結合(polarization cross-coupling)を回避するという利点が得られる。現在の手法を用いることで、レーザパワーの不安定性の主な原因であるレーザ空胴内の望ましくない偏光モードが著しく低減される。
[0012]一実施形態では、ファイバブラッググレーティングは、約0.5nm以上の反射帯域幅および約2〜約10パーセントの反射係数を有する。ポンプレーザのレーザダイオードチップからのファイバブラッググレーティングの距離は、少なくとも約1メートルである。さらに、このレーザがエルビウムドープファイバ光源を励起するために使用されるとき、偏光ファイバは、980nmなどの動作波長で偏光特性を最適にする曲げ半径で保たれる。
[0013]本手法により、光ファイバジャイロスコープ内で使用されるファイバベースの光源の安定性が改善される。そのような光源の安定性は、ジャイロスコープの性能にとって重要な誘因の1つである。
[0014]図1および図2は、レーザ空胴内で1つの偏光モードのみに対応する一実施形態による安定化ポンプレーザ(stabilized pump laser)装置100を示す。ポンプレーザ装置100は、偏光ファイバ120に結合された半導体レーザダイオードパッケージ110を含む。レーザダイオードパッケージ110は、レーザダイオードチップ112およびレンズ114、ミラーなどの他の光学構成要素を収容する。レーザダイオード112は、半導体導波管などの利得媒体116を含む。レーザダイオード112は、図2に示すように、レンズ114を通じて偏光ファイバ120と光学的に連通する。レーザダイオードパッケージ110はまた、レーザダイオードチップ112を外部電源に結合するための複数の電気コネクタ118を有する。
[0015]偏光ファイバ120は、偏光ファイバ120の遠位端部付近に位置するファイバブラッググレーティングなどの少なくとも1つの出力反射器122を含む。偏光ファイバ120は、図1に示すように、レーザダイオードパッケージ110と出力反射器122との間にピグテイルコイル区間124を含む。ピグテイルコイル区間124は、コイルの曲げ半径の適切な選択により、ファイバの一方の偏光状態に対しては強い減衰を提供するのに対して、他方の偏光状態に対しては減衰を実質上与えない。一実施形態では、偏光ファイバの長さは、「干渉性崩壊」領域内でレーザ動作を保つために、少なくとも1メートルである。
[0016]図2に示すように、軸142に沿って単一の偏光モードに対応するレーザビーム140が、レーザダイオード112からレンズ114を通じて偏光ファイバ120内へ放出される。
[0017]一実施形態では、図1に示すように、ポンプレーザ装置100を光ファイバジャイロスコープ130に光学的に結合することができる。ポンプレーザ装置100はまた、ファイバ光源などの他のデバイスに結合することもできる。
[0018]例示的な実施形態では、偏光ファイバの通過軸は、最大利得を有する半導体チップの軸の可能な限り近くに位置合わせされる。ポンプレーザ装置内で寄生空胴作用を回避するために、反射防止被覆によって、偏光ファイバおよびレンズに面するチップの強い表面反射を最小にすることができる。
例示的な実施形態
[0019]例1は、ポンプレーザデバイスと、近位端部および遠位端部を有し、近位端部でポンプレーザデバイスに結合された偏光ファイバと、遠位端部付近で偏光ファイバ上に書き込まれた少なくとも1つの出力反射器とを備えるレーザ装置を含む。レーザビームがポンプレーザデバイスから偏光ファイバを通って伝送されるとき、1つの偏光モードのみに対応する。
例示的な実施形態
[0019]例1は、ポンプレーザデバイスと、近位端部および遠位端部を有し、近位端部でポンプレーザデバイスに結合された偏光ファイバと、遠位端部付近で偏光ファイバ上に書き込まれた少なくとも1つの出力反射器とを備えるレーザ装置を含む。レーザビームがポンプレーザデバイスから偏光ファイバを通って伝送されるとき、1つの偏光モードのみに対応する。
[0020]例2は、ポンプレーザデバイスが、レンズを含むパッケージ内に収容されたレーザダイオードを構成する、例1に記載のレーザ装置を含む。
[0021]例3は、レーザダイオードが利得媒体を含む、例2に記載のレーザ装置を含む。
[0021]例3は、レーザダイオードが利得媒体を含む、例2に記載のレーザ装置を含む。
[0022]例4は、レーザダイオードが、レンズを通じて偏光ファイバと光学的に連通する、例2〜3のいずれかに記載のレーザ装置を含む。
[0023]例5は、パッケージが、レーザダイオードを外部電源に結合するための複数の電気コネクタを含む、例2〜4のいずれかに記載のレーザ装置を含む。
[0023]例5は、パッケージが、レーザダイオードを外部電源に結合するための複数の電気コネクタを含む、例2〜4のいずれかに記載のレーザ装置を含む。
[0024]例6は、出力反射器が、偏光ファイバの遠位端部付近に製作された少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを構成する、例1〜5のいずれかに記載のレーザ装置を含む。
[0025]例7は、偏光ファイバが、ポンプレーザデバイスと出力反射器との間にピグテイルコイル区間を含む、例1〜6のいずれかに記載のレーザ装置を含む。
[0026]例8は、ポンプレーザデバイスが、偏光ファイバを通じて光ファイバジャイロスコープに光学的に結合される、例1〜7のいずれかに記載のレーザ装置を含む。
[0026]例8は、ポンプレーザデバイスが、偏光ファイバを通じて光ファイバジャイロスコープに光学的に結合される、例1〜7のいずれかに記載のレーザ装置を含む。
[0027]例9は、レーザパッケージと、パッケージ内に収容されたポンプレーザダイオードと、パッケージ内に収容され、ポンプレーザダイオードと光学的に連通する少なくとも1つのレンズと、近位端部および遠位端部を有し、近位端部でポンプレーザダイオードに結合された偏光ファイバと、遠位端部付近で偏光ファイバ上に書き込まれた1つまたは複数のファイバブラッググレーティングとを備える装置を含む。レーザビームがポンプレーザダイオードから偏光ファイバを通って伝送されるとき、1つの偏光モードのみに対応する。
[0028]例10は、遠位端部で偏光ファイバに光学的に結合された光ファイバジャイロスコープをさらに備える、例9に記載の装置を含む。
[0029]例11は、ポンプレーザデバイスを安定化させる方法を含み、この方法は、第1の端部および反対側の第2の端部を有する偏光ファイバを設けるステップと、第2の端部付近で偏光ファイバ上に少なくとも1つの出力反射器を形成するステップと、偏光ファイバの第1の端部をポンプレーザデバイスの出力に結合するステップとを含む。
[0029]例11は、ポンプレーザデバイスを安定化させる方法を含み、この方法は、第1の端部および反対側の第2の端部を有する偏光ファイバを設けるステップと、第2の端部付近で偏光ファイバ上に少なくとも1つの出力反射器を形成するステップと、偏光ファイバの第1の端部をポンプレーザデバイスの出力に結合するステップとを含む。
[0030]例12は、出力反射器がファイバブラッググレーティングを構成する、例11に記載の方法を含む。
[0031]例13は、偏光ファイバの第2の端部を光ファイバジャイロスコープに光学的に結合するステップをさらに含む、例11および12のいずれかに記載の方法を含む。
[0031]例13は、偏光ファイバの第2の端部を光ファイバジャイロスコープに光学的に結合するステップをさらに含む、例11および12のいずれかに記載の方法を含む。
[0032]本発明は、本質的な特徴から逸脱することなく、他の形態で実施することもできる。記載の実施形態は、あらゆる点で、限定ではなく例示のみを目的とすると見なされるべきである。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物のみによって限定されるものとする。
100 安定化ポンプレーザ装置
110 半導体レーザダイオードパッケージ
112 レーザダイオードチップ
114 レンズ
116 利得媒体
118 電気コネクタ
120 偏光ファイバ
122 出力反射器
124 ピグテイルコイル区間
130 光ファイバジャイロスコープ
140 レーザビーム
142 軸
110 半導体レーザダイオードパッケージ
112 レーザダイオードチップ
114 レンズ
116 利得媒体
118 電気コネクタ
120 偏光ファイバ
122 出力反射器
124 ピグテイルコイル区間
130 光ファイバジャイロスコープ
140 レーザビーム
142 軸
Claims (3)
- ポンプレーザデバイスと、
近位端部および遠位端部を有し、前記近位端部で前記ポンプレーザデバイスに結合された偏光ファイバと、
前記遠位端部付近で前記偏光ファイバ上に書き込まれた少なくとも1つの出力反射器とを備え、
レーザビームが前記ポンプレーザデバイスから前記偏光ファイバを通って伝送されるとき、1つの偏光モードのみに対応する、
レーザ装置。 - 前記出力反射器が、前記偏光ファイバの前記遠位端部付近に製作された少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを構成し、前記ポンプレーザデバイスが、前記偏光ファイバを通じて光ファイバジャイロスコープに光学的に結合される、請求項1に記載のレーザ装置。
- ポンプレーザデバイスを安定化させる方法であって、
第1の端部および反対側の第2の端部を有する偏光ファイバを設けるステップと、
前記第2の端部付近で前記偏光ファイバ上に少なくとも1つの出力反射器を形成するステップと、
前記偏光ファイバの前記第1の端部を前記ポンプレーザデバイスの出力に結合するステップとを含む方法。
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