JP2014516479A - ラマン分布帰還型ファイバレーザ、およびそれを用いるハイパワーレーザシステム - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2011年4月25日に出願された米国仮特許出願第61/478,677号の利益を主張するものであり、当該仮特許出願が参照により本明細書に援用される。以下の参考文献が参照により本明細書に援用される:(1)V.E.Perlin、およびH.G.Winful著、「Distributed Feedback Fiber Raman Laser(分布帰還型ファイバラマンレーザ)」、IEEE Journal of Quantum Electronics、2001年、第37巻、p.38;(2)Y.Hu、およびN.G.R.Broderick著、「Improved design of a DFB Raman fiber laser(DFBラマンファイバレーザの改良された設計)」、Opt. Comm.、2009年、第282巻、p.3356;(3)J.Shi、およびM.Ibsen著、「Effects of phase and amplitude noise on π phase−shifted DFB Raman fibre lasers(位相がπずれたDFBラマンファイバレーザにおける位相、および振幅ノイズの影響)」Bragg Gratings Poling and Photosensitivity、2010年、JThA30;および(4)Agrawal著、Nonlinear Fiber Optics、 3rd ed.、Academic Press、2001年、 Eq.(2.3.34)、 p.47。
(1)回折格子を描画する間のUV照射による損失
(2)高い均一性を有する長い回折格子を作製することの困難さ
(3)カー非線形性により誘発されるブラッグ波長の変動
(4)例えば、屈折率変化を引き起こす、回折格子に沿ったファイバ内における不均一な温度分布に起因する変動
(5)高い要求ポンプパワー。
ここで、ファイバの長さに沿う縦方向の座標z、平均(有効)屈折率n、dc屈折率変化Δndc(z)、屈折率変化の変調振幅Δnac(z)(「回折格子の強度」)、回折格子の位相φ(z)、および回折格子の周期Λである。そのような回折格子は、ファイバの異なるモードを結合するため、すなわち異なるモード間でエネルギーを変換するために用いることができる。(同じ方向に進行する)異なる共伝搬モードが結合される場合、共伝搬モードの空間周波数の間の差は小さいため、回折格子の要求される空間周波数1/Λは比較的小さい。典型的には数10ミクロンから数100ミクロンの範囲にわたるこの大きなΛによって、そのような回折格子は、長周期回折格子とも呼ばれる。
WDM、およびアイソレータを通して測定された出力スペクトルが図4aおよび4bに示され、それぞれ位相のずれが内側および外側に向いていた。1584nmの同じ波長での発振が両方向について観察された。
Claims (28)
- ポンプ光源から放射を受けることが可能な光入力と、
ラマン放射を光出力に提供することが可能な少なくとも1つのブラッグ回折格子を含む、長さが20cmより短いラマン利得ファイバと、を有することを特徴とするラマンレーザ。 - 前記少なくとも1つのブラッグ回折格子が位相のずれを有する、請求項1に記載のラマンレーザ。
- 前記少なくとも1つのブラッグ回折格子が、長手方向に不均一な屈折率変調強度プロファイルを有する、請求項1に記載のラマンレーザ。
- 前記少なくとも1つのブラッグ回折格子が、長手方向に不均一な位相プロファイルを有する、請求項1に記載のラマンレーザ。
- 前記ラマンレーザが、最大半量の光強度で約1ギガヘルツ(GHz)またはそれより小さい光帯域幅を備える光スペクトルを有するラマン放射を前記光出力に発生する、請求項1に記載のラマンレーザ。
- 前記光帯域幅が約100MHzまたはそれより小さい、請求項5に記載のラマンレーザ。
- 前記光帯域幅が約6MHzと10MHzとの間である、請求項5に記載のラマンレーザ。
- 前記ラマンレーザが0.08Wから10Wの範囲内にしきい値パワーを有する、請求項1に記載のラマンレーザ。
- 前記ラマンレーザが1.28Wから4.4Wの範囲内にしきい値パワーを備える、請求項1に記載のラマンレーザ。
- さらに少なくとも1つの外部ラマン利得ファイバを有し、前記外部ラマン利得ファイバが、前記ラマン放射の出力を増幅するために吸収されないポンプ放射を利用する、請求項1に記載のラマンレーザ。
- さらに、前記少なくとも1つのブラッグ回折格子と前記少なくとも1つのラマン利得ファイバとの間に分離要素を有する、請求項10に記載のラマンレーザ。
- 前記ラマンレーザがレーザ共振器の内部に配され、入力放射が前記レーザ共振器の共振場によって発生される、請求項1に記載のラマンレーザ。
- さらに、請求項1に記載の前記ラマンレーザと直列に配され、請求項1に記載される前記ラマンレーザと同様の少なくとも1つの追加のラマンレーザを有する、請求項1に記載のラマンレーザ。
- ポンプ光源が直列に配される前記ラマンレーザに共通である、請求項13に記載のラマンレーザ。
- 前記ブラッグ回折格子が、前記ブラッグ回折格子の長さの少なくとも一部に沿ってブラッグ波長の偏位を生じさせるためにチャープされ、関連する光場の強度が前記ブラッグ回折格子の長さの異なる部分に関して大きく、最大の負のブラッグ波長の偏位の位置が、前記少なくとも1つのブラッグ回折格子の位相のずれの位置と一致する、請求項2に記載のラマンレーザ。
- さらに、前記ブラッグ回折格子の長さの少なくとも一部に沿う温度の偏位を制御する温度制御要素を有し、関連する光場の強度が前記ブラッグ回折格子の長さの異なる部分に関して大きく、最大の温度の偏位の位置が、前記位相のずれの位置と一致する、請求項2に記載のラマンレーザ。
- さらに、前記ブラッグ回折格子の長さの少なくとも一部に沿う歪の偏位を制御する歪制御要素を有し、関連する光場の変化の強度が前記ブラッグ回折格子の長さの異なる部分に関して大きく、最大の歪の偏位の位置が、前記位相のずれの位置と一致する、請求項2に記載のラマンレーザ。
- ポンプレーザと、
前記ポンプレーザから放射を受けることが可能な光入力と、
ラマン放射を提供することが可能な少なくとも1つのブラッグ回折格子を有するラマン利得ファイバと、を有し、
前記ファイバブラッグ回折格子が位相のずれを有し、前記ブラッグ回折格子が、前記ブラッグ回折格子の長さの少なくとも一部に沿ってブラッグ波長の偏位を生じさせるためにチャープされ、関連する光場の強度が前記ブラッグ回折格子の長さの異なる部分に関して大きく、最大の負のブラッグ波長の偏位の位置が、前記少なくとも1つのブラッグ回折格子の位相のずれの位置と一致し、
ラマン放射を提供する出力を有することを特徴とするファイバラマンレーザ空洞共振器。 - 前記位相のずれが約πである、請求項18に記載のファイバラマンレーザ空洞共振器。
- 前記波長の偏位が関連する光場の強度にほぼ比例する、請求項18に記載のファイバラマンレーザ空洞共振器。
- ポンプレーザと、
前記ポンプレーザから放射を受けることが可能な光入力と、
ラマン放射を提供することが可能な少なくとも1つのブラッグ回折格子を有するラマン利得ファイバと、
前記ブラッグ回折格子の長さの少なくとも一部に沿う温度の偏位を制御する温度制御要素であって、関連する光場の変化の強度が前記ブラッグ回折格子の長さの異なる部分に関して大きく、最大の温度の偏位の位置が、前記位相のずれの位置と一致する温度制御要素と、
ラマン放射を提供する出力と、を有することを特徴とするファイバラマンレーザ空洞共振器。 - 前記温度制御要素が加熱装置である、請求項21に記載のファイバラマンレーザ空洞共振器。
- 前記温度制御要素が冷却装置である、請求項21に記載のファイバラマンレーザ空洞共振器。
- 前記位相のずれが約πである、請求項21に記載のファイバラマンレーザ空洞共振器。
- 前記ブラッグ回折格子が、前記ブラッグ回折格子の長さの少なくとも一部に沿ってブラッグ波長の偏位を生じさせるためにチャープされ、関連する光場の強度が前記ブラッグ回折格子の長さの異なる部分に関して大きく、最大の負のブラッグ波長の偏位の位置が、前記少なくとも1つのブラッグ回折格子の位相のずれの位置と一致する、請求項21に記載のファイバラマンレーザ空洞共振器。
- ポンプレーザから放射を受けることが可能な光入力と、
前記光入力に接続され、かつ第1の光出力にラマン放射を提供することが可能な少なくとも1つのブラッグ回折格子を含む長さが20cmより短い第1のラマン利得ファイバと、
前記第1の光出力に前記第一のラマン利得ファイバと直列に接続される長さが20cmより短い第2のラマン利得ファイバであって、第2の光出力にラマン放射を提供することが可能な少なくとも1つのブラッグ回折格子を含む第2のラマン利得ファイバと、を有し、
前記第2のラマン利得ファイバが前記ポンプレーザからの吸収されない出力によって増幅されることを特徴とするを含むラマンレーザ。 - 1つ以上の追加のラマン利得ファイバであって、それぞれ長さが20cmより短く、前記第2の光出力に接続され、前記追加のラマン利得ファイバのそれぞれがラマン放射を提供することが可能な少なくとも1つのブラッグ回折格子を含む、請求項26に記載のラマンレーザ。
- レーザポンプと、
前記レーザポンプに接続されたレーザ共振器であって、前記レーザポンプによってポンプされるレーザ共振器と、
前記レーザ共振器の内部に配置されるラマン利得ファイバであって、20cmより短い長さであって、少なくとも1つのブラッグ回折格子を有するラマン利得ファイバと、を有することを特徴とするレーザ。
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