JP2017111458A - ファイバ伸張器およびモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】増幅器ファイバの分散勾配の整合、および非線形性の複雑なバランスの調整を容易にするファイバ伸張器、およびその製造方法を提供する。【解決手段】ファイバ伸張器はコア領域１２１、内側の溝領域１２２、環状領域１２３、外側の溝領域１２４、および外側のクラッド領域１２５を含む。コア領域は屈折率ｎ１、屈折率がｎ０である外側のクラッド領域について正の有効屈折率差Δｎ１を有し、内側の溝領域はコア領域を取り囲み、屈折率ｎ２、負の有効屈折率差Δｎ２を有する。環状領域は溝領域を取り囲み、ｎ３、正の有効屈折率差Δｎ３を有し、外側の溝領域は環状領域を取り囲み、屈折率ｎ４、負の有効屈折率差Δｎ４を有する。各部位の外側半径、Δｎ１、Δｎ２、Δｎ３、Δｎ４の値がファイバに負の分散を持たせ、かつ選択された動作波長帯の中の特定の波長において０．００５ｎｍ−１よりも大きい相対分散勾配を持たせる。【選択図】図６

Description

本発明は、一般に光ファイバデバイスおよびその方式に関し、より具体的には、チャープパルス増幅システムに使われる改良されたファイバ伸張器とそのモジュールに関する。

チャープパルス増幅器（ＣＰＡ）は、ペタワット（１０^１５ワット）レベルまでの超短レーザパルスを増幅するための技術である。レーザは、比較的パワーが低い一連の超短パルスからなる出力を発生する。それから、これらのパルスは、パルスを伸張させる分散を有する伸張モジュールに送り込まれる。次いで、伸張されたパルスは高出力増幅器に送り込まれる。それから、伸張され増幅されたパルスは、再圧縮された増幅パルス出力を作り出すために、伸張モジュールの分散と逆の分散を有する圧縮モジュールに送られる。増幅の前にパルスを伸張することによって、パルスのピークパワーを低減し、望ましくない非線形性を避けることが可能である。

米国特許第６，５６５，２６９号明細書

現状では、伸張モジュールは自由空間回折グレーティングを用いて製造される。しかし、多くの理由により、全てをファイバベースで行う（全ファイバ）解法を用いることが望ましい。ファイバベースの伸張器を作る努力がなされてきたが、これらの試みは成功しなかった。一事例においては、４００メータの標準的な低カットオフ シングルモードファイバが伸張器として使われた。しかし、通常、圧縮器は正の相対分散勾配（ＲＤＳ）を有し、標準の低カットオフシングルモードファイバは通常負のＲＤＳを有するので、分散勾配の整合は容易には得られない。この問題を克服するために、増幅器ファイバの勾配の不整合および非線形性の複雑なバランスが要求される。他の事例では、１０５０ｎｍにおいてＲＤＳが０．００５３ｎｍ^−１のファイバが記述されていた。そのファイバは、１０５０ｎｍにおいて分散がβ_２＝−１．６ｐｓ^２（Ｄ＝２．７ｐｓ／ｎｍ）であるグレーティング圧縮器と整合するが、その利用は限定的である。

従来技術のこれら及び他の問題は、新しいファイバ伸張器を提供する本願発明によって取り扱われる。ファイバは、コア領域と内側の溝領域と環状領域と外側の溝領域と外側のクラッド領域とを含む。コア領域は、半径ｒ_１、屈折率ｎ_１、及び、外側半径がｒ_０で屈折率がｎ_０である外側のクラッド領域についての正の有効屈折率差Δｎ_１を有する。コア領域の有効屈折率Δｎ_１はｎ_１−ｎ_０に等しい。内側の溝領域は、コア領域を取り囲み、そして、外側半径ｒ_２と、ｎ_０よりも小さい屈折率ｎ_２と、ｎ_２−ｎ_０に等しい負の有効屈折率差Δｎ_２とを有する。環状領域は、溝領域を取り囲み、そして、外側半径ｒ_３、ｎ_０よりも大きい屈折率ｎ_３と、ｎ_３−ｎ_０に等しい正の有効屈折率差Δｎ_３と有する。外側の溝領域は、環状領域を取り囲み、そして、外側半径ｒ_４、ｎ_０よりも小さい屈折率ｎ_４と、ｎ_４−ｎ_０に等しい負の有効屈折率差Δｎ_４とを有する。外側のクラッド領域は外側の溝領域を取り囲む。値ｒ_０、ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４、Δｎ_１、Δｎ_２、Δｎ_３、およびΔｎ_４が、ファイバに負の分散を持たせ、かつ、選択された動作波長帯の中の特定の波長において０．００５ｎｍ^−１よりも大きい相対分散勾配を持たせる。

本発明のさらなる観点により、選択されたグレーティング圧縮器の分散およびＲＤＳを整合させるために、新しいファイバ伸張器が第二のファイバと組み合わせて使用される。

チャープパルス増幅システムのダイアグラムを表す図である。 入射角１８°におけるグレーティング間隔０．１メータの１２００ライン／ｍｍグレーティング圧縮器について波長に対する分散をプロットしたグラフを表す図である。 グレーティング間隔０．１メータの１２００ライン／ｍｍグレーティングについて入射角度の関数として１０３０ｎｍにおける分散およびＲＤＳの計算値を示すグラフを表す図である。 グレーティング間隔０．１メータの１２００ライン／ｍｍグレーティングについて入射角度の関数として１０３０ｎｍにおける分散およびＲＤＳの計算値を示すグラフを表す図である。 本発明の観点によるファイバ伸張器の断面を表す図である。 図５に示されるファイバの設計上の屈折率プロファイルを表す図である。 図６に示される屈折率プロファイルにより製造されたファイバの実測された屈折率プロファイルを表す図である。 図５−７に示されるファイバの具体的な設計、および動作の詳細を説明する表である。 図５−７に示されるファイバの具体的な設計、および動作の詳細を説明する表である。 図５−７に示されるファイバの分散、ＲＤＳ、および減衰を図解するグラフ表す図である。 図５−７に示されるファイバの分散、ＲＤＳ、および減衰を図解するグラフ表す図である。 図５−７に示されるファイバ伸張器を採用する伸張器ユニットのそれぞれ異なる構成のダイアグラム表す図である。 図５−７に示されるファイバ伸張器を採用する伸張器ユニットのそれぞれ異なる構成のダイアグラム表す図である。 図５−７に示されるファイバ伸張器を採用する伸張器ユニットのそれぞれ異なる構成のダイアグラム表す図である。 グレーティング圧縮ユニットの分散、およびＲＤＳを整合させるために第二のファイバと組み合わせた図５−７に示されるファイバ伸張器の使用を図解するグラフ表す図である。 グレーティング圧縮ユニットの分散、およびＲＤＳを整合させるために第二のファイバと組み合わせた図５−７に示されるファイバ伸張器の使用を図解するグラフ表す図である。 グレーティング圧縮ユニットの分散、およびＲＤＳを整合させるために第二のファイバと組み合わせた図５−７に示されるファイバ伸張器の使用を図解するグラフ表す図である。 グレーティング圧縮ユニットの分散、およびＲＤＳを整合させるために第二のファイバと組み合わせた図５−７に示されるファイバ伸張器の使用を図解するグラフ表す図である。 本発明のさらなる観点によって伸張器モジュールを構築する方法のフローチャート表す図である。

本発明のよりよい理解のために、添付の図、および添付の請求の範囲とにより以下に説明する。なお、これらの図面中の構成要素は必ずしも寸法通りではない。
本発明の観点は、特定の波長帯、例えば１０００−１１００ｎｍ内で動作する短パルスファイバレーザでのチャープ増幅のための伸張器モジュールを全てファイバベースで提供するシステムと技術に向けられている。本発明の第一の観点は、伸張器モジュールそのものに直接使われてもよい新しいファイバ伸張器に向けられている。本発明のさらなる観点によれば、伸張器モジュールは、新しいファイバ伸張器と、伸張器モジュールが所望の総合的分散および総合的ＲＤＳを有するように選択された少なくとも一つの異なるファイバとを組合せ、共に接合することによって構築される。

伸張器モジュールの設計において出てくる問題の議論にしたがって、新しいファイバ伸張器の詳細な説明と、および伸張器モジュールを構成するためにファイバ伸張器とその他のファイバとの好適な組合せとが提供される。説明されるシステムおよび技術は、一般的に広く使われているグレーティング圧縮器と組み合わせて使われるために十分高いＲＤＳを有する全ファイバ伸張器モジュールを構成するために使われるということに留意されたい。

高いパルスエネルギーを持つ短パルスファイバレーザは、マイクロマシニング（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）や類似のものなど多くの用途に望ましい。短パルス、つまり持続時間が１ピコ秒より短く、マイクロジュールレベル、あるいはミリジュールレベルものパルスエネルギーを有する短パルスを生成するための耐久性のある方式として、チャープパルス増幅が示されている。

図１は、代表的なチャープパルス増幅システム２０のダイアグラムを示す。低パワーのフェムト秒発振器２１がパルス出力２２を発生し、通常、１０^３倍以上にパルス出力を伸張する伸張器モジュール２３に送り込まれる。伸張器モジュール２３はパルスのピークパワーを低減するために非常に分散が大きい。それから、伸張されたパルス出力２４は高パワーの増幅器２５によってリニアに増幅される。増幅され伸張されたパルス出力２６は、その後、伸張器ユニットとは逆の分散を持つ分散要素である圧縮ユニット２７によって再圧縮されて、増幅され再圧縮されたパルス出力２８をもたらす。

群速度分散の特性を明らかにするために、異なるパラメータとその微分係数を用いる。光ファイバの場においてはＤパラメータが一般的に用いられる。Ｄパラメータは以下のように定義される。

ここで、Ｔｇは群遅延、λは波長である。レーザの場の内部では、伝播定数（β）の二次微分であるβ_２を使うことがより一般的である。

ここでωは角振動数である。これら二つのパラメータは以下のように一意的に関連している。

ここでｃは真空中の光の速度である。これ以降の本説明の中ではＤパラメータが使われる。

現在のチャープ増幅システムでは、伸張ユニットおよび圧縮ユニットは、自由空間回折グレーティングの対を用いて作られる。しかし、一般的にいえば、多くの理由により、ファイバベースの方式が自由空間光学系の方式よりも望ましい。一般に、ファイバベースの構成要素は、対応する自由空間光学系の構成要素と比較してサイズが小さく、より安定性がよく、寿命が長く、かつコストが安い。

現在のところ、圧縮器ユニットについては全ファイバ方式を用いて製造される可能性はない。数ナノジュール以上のパルスエネルギーについては、圧縮後の高いピーク強度が、圧縮器ファイバ中の非線形性による顕著なパルス歪につながる。しかし、増幅および圧縮前のレーザ出力のパワーが比較的低いため、これらの高いピーク強度は伸張器ユニットに関しては問題ではない。従って、伸張器ユニットが全ファイバ方式を用いて作られるならば、圧縮器ユニットも含めすべてのレーザ増幅システムは、いかなる自由空間光学系を使用せずにファイバから製造されるであろう。

しかし、伸張器として用いるファイバの設計には多くの問題がある。一つの問題は、理想的には、伸張器は、単一の波長でだけでなく、パルスの全スペクトル範囲、一般的にはパルスの持続時間に依存するが５−２０ｎｍの範囲で、圧縮器グレーティングの分散を整合するべきである。図２は、１２００ライン／ｍｍのグレーティング圧縮器の分散（Ｄパラメータ）４２が、入射角度１８°、グレーティングの距離０．１メータにおける波長の関数としてプロットされているグラフ４０を示す。図２の図解のように、一般にグレーティング圧縮器は比較的大きい分散勾配を有する。

分散および分散勾配の補償のためのファイバを設計するとき、有用な指標は相対分散勾配（ＲＤＳ）であって、それは以下のように定義される。

ファイバが分散および分散要素の分散勾配を補償するとき、ファイバは分散要素として同一のＲＤＳを持つべきである。ＲＤＳは以下の式によって伝播定数の三次、および二次微分の比に関連している。

ファイバ伸張器の設計における一般的な問題は十分高いＲＤＳを得ることである。これは圧縮器グレーティングの一般的な特性による。十分な伸張比を得るために、通常５ｐｓ／ｎｍから数１００ｐｓ／ｎｍの範囲の分散Ｄが必要とされる。あまりにも長いグレーティング間の距離を必要とせずにそのような分散係数を得るためには、比較的低い入射角でグレーティングを動作させることが必要である。しかし、このことが比較的高いＲＤＳの値につながる。この例が、グレーティング間隔が０．１メータで１２００ライン／ｍｍのグレーティングについて、入射角の関数として１０３０ｎｍにおいて計算された分散６２とＲＤＳ８２のグラフ６０および８０である図３および図４に示されている。

本発明の観点が、これらの問題およびその他の問題に対処する新しいファイバ伸張器の設計を提供する。いま述べているファイバの例は、負の分散Ｄ、およびＲＤＳ＞０．００５ｎｍ^−１を有する。このファイバは、例えばＹｂファイバ利得帯（増幅窓）、即ち１０００ｎｍと１１００ｎｍの間のファイバレーザで作用する短パルスレーザ用のチャープパルス増幅システムの伸張器モジュールで使用するために設計されている。しかし、ここに説明されるファイバ設計は、他の波長帯、例えば一般にＴｉ−サファイアレーザによって使われる８００ｎｍ帯や、既存の分散補償ファイバ技術で一般的に使われる１５５０ｎｍ帯などで動作する短パルスレーザ用のチャープパルス増幅システムで使用するために修正してもよい。

新しいファイバは、それぞれが屈折率を持つ複数の領域を生成するためにドープされた適切な材料で製造される。これらの領域は、ファイバの長手方向に伸びる中心部コア領域と、コア領域を取り囲む連続した層として配される一連の同心領域とを含む。ファイバは、例えば修正化学気相堆積（ＭＣＶＤ）技術や類似の技術など、業界で知られた技術を用いて作られる。

図５は、寸法どおりではないが、新しい伸張ファイバ１００の断面の図解を示す。図５に示されるように、ファイバは以下の領域を含む。半径がｒ_１であるコア１０１、外側の半径がｒ_２である内側の溝１０２、外側の半径がｒ_３である環状部１０３、外側の半径がｒ_４である外側の溝、および外側の半径がｒ_０である外側のクラッド。さらにファイバは（図示しない）一つ以上の外側の保護層を備えてもよい。

図６は、ファイバに望ましい屈折率プロファイル１２０の図解を示し、図７は、望ましい屈折率プロファイルに従って製造されたファイバから得られた実測による屈折率プロファイル１４０を示す。本説明のために、外側のクラッドの屈折率はｎ_０として表され、コア、内側の溝、環状部、および外側の溝の屈折率はそれぞれｎ_１〜ｎ_４として表される。さらに、外側のクラッドの屈折率ｎ_０がそれぞれのファイバ領域についての有効屈折率差Δｎを決定するために使われる。つまり、
Δｎ_１＝ｎ_１−ｎ_０；
Δｎ_２＝ｎ_２−ｎ_０；
Δｎ_３＝ｎ_３−ｎ_０；および
Δｎ_４＝ｎ_４−ｎ_０
である。

図６および７に示されるように、屈折率プロファイル１２０，１４０は、コア領域１０１に対応する中心部の突起１２１、１４１、内側の溝部１０２に対応する溝部１２２、１４２、環状領域１０３に対応する肩部１２３、１４３、および外側の溝部１０４に対応するより小さい溝部１２４、１４４を含む。

図８は、以下のファイバ領域部の材料、ドーパント、有効屈折率、幅、および外側半径のそれぞれについての詳細を説明する表２００を示す。

五つのファイバ領域のすべての材料はＳｉＯ_２である。個々の領域のそれぞれは適当な量のドーパントを加えることにより作られる。外側のクラッド１０５は、ドープされず、屈折率ｎ_０を有する。外側のクラッドの外側半径は６２．５マイクロメータである。したがってファイバ伸張器の直径は１２５マイクロメータである。

コア１０１は、屈折率を高めるドーパントＧｅＯ_２をドープされ、有効屈折率差Δｎ_１＝ｎ_１−ｎ_０＝２１．９×１０^−３、および半径０．９８マイクロメータを有する。

内側溝部１０２は、屈折率を下げるドーパントＧｅＯ_２およびＦの混合物をドープされ、有効屈折率差Δｎ_２＝ｎ_２−ｎ_０＝−８．９×１０^−３、幅２．９６マイクロメータ、および外側半径３．９４マイクロメータを有する。選択肢として、溝部はＦだけでドープされてもよい。

環状部１０３は、屈折率を高めるドーパントＧｅＯ_２およびＦの混合物をドープされ、有効屈折率差Δｎ_３＝ｎ_３−ｎ_０＝６．８×１０^−３、幅１．３８マイクロメータ、および外側半径５．３２マイクロメータを有する。選択肢として、環状部はＧｅＯ_２だけでドープされてもよい。

外側溝部１０４は、屈折率を高めるドーパントＰ_２Ｏ_５およびＦの混合物をドープされ、有効屈折率差Δｎ_４＝ｎ_４−ｎ_０＝−１．０×１０^−３、幅１．７６マイクロメータ、および外側半径７．０８マイクロメータを有する。選択肢として、混合ドーパントはＧｅＯ_２を含んでもよい。第二の選択肢として、外側溝部はＦだけでドープされてもよい。

図９は、図８に説明される表２００に従って製造されるファイバの種々の特性を説明する表２１０である。これらの特性は、１０３０ｎｍおよび１０６０ｎｍにおける、相対分散勾配、分散、減衰、およびモードフィールド径を含む。さらに表は、直径３０ｍｍの心棒に一巻きしたときの損失が０．５ｄＢとなる波長とファイバのカットオフ波長とを説明している。

表２１０に示されるように、１０３０ｎｍにおいて、ファイバは、相対分散勾配０．００９４ｎｍ^−１、分散−１６４ｐｓ／（ｎｍ−ｋｍ）、減衰２．９ｄＢ／ｋｍ、およびモードフィールド径２．９マイクロメータを有する。１０６０ｎｍにおいて、ファイバは、相対分散勾配０．１３０ｎｍ^−１、分散−２３６ｐｓ／（ｎｍ−ｋｍ）、減衰２．６ｄＢ／ｋｍ、およびモードフィールド径３．０マイクロメータを有する。

さらに表２１０に示されるように、直径３０ｍｍの心棒に一巻きしたときの損失が０．５ｄＢとなる波長は１０７２ｎｍである。ファイバのカットオフ波長は９７０ｎｍである。ファイバは、選択された動作波長範囲以下でカットオフ波長を有するように設計されているということに留意されたい。図１０は、分散２２２およびＲＤＳ２２４が波長の関数としてプロットされるグラフ２２０を示す。図１１は、減衰２３２が波長の関数としてプロットされるグラフ２３０を示す。

ここに説明されているファイバは、全ファイバ伸張ユニットを形成するために様々な構成で使われる。これらの構成のいくつかが図１２−１４に模式的に示されている。

図１２は伸張モジュール２４０の図解を示し、一本の新しいファイバ伸張器２４２が、適当なパッケージ２４４に組み込まれ、上に述べられたパルス伸張機能をそれ自体が備えるように使用される。この方法は、ファイバ伸張器２４２の分散とＲＤＳとを所与の圧縮器ユニットの分散とＲＤＳとに調整する必要なしに整合させるために使用される。もし、ファイバ伸張器２４２の必要な長さが十分に短ければ、ファイバは緩く巻いたコイルの形でパッケージ２４４に組み込まれてもよい。もっと長いファイバ２４２は、巻き枠や他の適当な構造物を用いて、パッケージ２４４に組み込まれてもよい。

本発明の更なる観点により、新しいファイバ伸張器に基づく伸張ユニットの分散とＲＤＳとが、選択された分散とＲＤＳとを有する第二のファイバあるいはファイバデバイスとファイバ伸張器とを組み合わせることによって、正確にコントロールされる。以下で用いられるように、「ファイバ」という表現は、ファイバ、ファイバデバイス、ファイバベースの構造体、あるいはそれらの組合せなどを参照するものとして一般的に使用される。

新しいファイバ伸張器と組み合わせて使用するのに適切な第二のファイバを選択することにより、ファイバ伸張器および第二のファイバのいずれかあるいはその両方の長さを切り揃えることで、伸張モジュールの総合的な分散と総合的な相対分散勾配の両方を正確にコントロールすることが可能である。所望の結果、即ち、特定の圧縮モジュールと伸張器モジュールとの整合を達成すべく新しいファイバ伸張器が一つ以上の他のファイバと組み合わされている伸張器モジュールに本義論を適用することが可能であるということに留意すべきである。

第二のファイバは、様々な物理的構成で新しいファイバ伸張器と組み合わされてよい。例えば、図１３に図示されるように、ファイバ伸張器２５２と第二のファイバ２５４とは接合点２５６で互いに結合され、ＣＰＡシステムへの組み込みのために単一のパッケージ２５８の中に共に収納される。代替として、図１４に図示されるように、伸張器モジュール２６０は、接合点２７２で共に結合されるファイバ伸張器２６８と第二のファイバ２７０のそれぞれを収納する複数のパッケージユニット２６２および２６４からなる。新しいファイバ伸張器と第二のファイバの組合せに基づく伸張器モジュールは、得られるＲＤＳの量のコントロールの柔軟性だけでなく、二つのファイバそれぞれの長さを調整することによって、分散およびＲＤＳを個別に非常に正確なコントロールで調整できることを備えている。

例えば、正の分散Ｄと負のＲＤＳとを有する第二のファイバとファイバ伸張器とを組み合わせることによって、伸張器ファイバ単体のＲＤＳよりも高いＲＤＳを持つ伸張器ユニットを組み立てることが可能である。一つの典型的な実施例において、ファイバ伸張器は、より高次のモード（ＨＯＭ）、例えばＬＰ_０２モードで動作する正のＤと負のＲＤＳとを有するファイバデバイスと組み合わされた。実施例で用いられたファイバデバイスは、フェムトコンプ（ＦｅｍｔｏＣｏｍｐ）（登録商標、以下同）という名称でＯＦＳから商業的に入手可能である。図１５および図１６は、如何にして新しいファイバ（１０３０ｎｍにおけるＤ＝−１６４ｐｓ／（ｎｍ−ｋｍ）、およびＲＤＳ＝０．００９４ｎｍ^−１）をフェムトコンプ（１０３０ｎｍにおけるＤ＝６９ｐｓ／（ｎｍ−ｋｍ）、およびＲＤＳ＝−０．００９３ｎｍ^−１）と組み合わせることにより、１０３０ｎｍにおけるＲＤＳが０．００２５ｎｍ^−１であるグレーティング圧縮器が整合されるかを示す。

図１５は、新しいファイバ（下側のプロット３０２）とフェムトコンプファイバデバイス（上側のプロット３０４）とについて波長の関数として分散がプロットされるグラフ３００を示す。図１６は、入射角１８°、グレーティングの間隔０．１ｍで動作する１２００ライン／ｍｍ圧縮器グレーティングの目標とする分散、−Ｄのプロット３１２を含むグラフ３１０を示す。図１６のグラフはさらに、１４２メータのフェムトコンプのＨＯＭファイバが続く１１９メータの新しいファイバを組み合わせることにより得られる分散のプロット３１４を図解する。

代替として、負の分散Ｄと負のＲＤＳとを有する第二のファイバあるいはファイバデバイスと伸張器ファイバとを組み合わせることによって、伸張器ファイバ単体のＲＤＳよりも低いＲＤＳを持つ伸張器ユニットを組み立てることが可能である。例えば、そのようなファイバの一つは、ＯＦＳのクリアライト（ＣｌｅａｒＬｉｔｅ）（登録商標、以下同）９８０−１４、あるいはコーニングのＨＩ−１０６０のような標準の低カットオフシングルモードファイバである。図１７および１８は、如何にして新しいファイバ（１０３０ｎｍにおけるＤ＝−１６４ｐｓ／（ｎｍ−ｋｍ）、およびＲＤＳ＝０．００９４ｎｍ^−１）をクリアライト９８０−１４（１０３０ｎｍにおけるＤ＝−４４ｐｓ／（ｎｍ−ｋｍ）、およびＲＤＳ＝−０．００４１ｎｍ^−１）と組み合わせることにより、１０３０ｎｍにおけるＲＤＳが０．００６８ｎｍ^−１であるグレーティング圧縮器が整合されるかを示す。

図１７は、新しいファイバ（下側のプロット３２２）とクリアライト９８０−１４シングルモードファイバ（上側のプロット３２４）とについて波長の関数として分散がプロットされるグラフ３２０を示す。図１８は、入射角３０°、グレーティングの間隔０．１ｍで動作する１２００ライン／ｍｍ圧縮器グレーティングの目標とする分散、−Ｄのプロット３３２を説明するグラフ３３０を示す。図１８のグラフはさらに、６．５メータのクリアライト９８０−１４ファイバが続く７．８メータの新しいファイバを組み合わせることにより得られる分散のプロット３３４を図解する。

伸張器ファイバをＯＦＳのクリアライト９８０−１４やコーニングのＨＩ−１０６０のような標準の低カットオフファイバに接合することに起因する接合損失が試験された。これらのファイバは、帯域１０００ｎｍから１１００ｎｍで動作するファイバレーザに日常的に使われている。開示および図面が参照のためそのすべてがここに引用される米国特許第６，５６５，２６９号明細書に述べられている熱的に拡張されたモードフィールド技術を用いて、クリアライト９８０−１４への０．１７ｄＢの接合損失が示されている。

図１９は、本発明の更なる観点による一般的な方法３５０のフローチャートを示す。ステップ３５１で、新しいファイバ伸張器が用意される。ステップ３５２で、少なくともその一つがファイバ伸張器の分散とＲＤＳとは異なる分散とＲＤＳとを有する第二のファイバが用意される。ステップ３５３で、それぞれの伸張器ファイバと第二のファイバが共に接合されるとき、ファイバ伸張器と第二のファイバとが一体となった総分散および総ＲＤＳが選択された圧縮器の分散とＲＤＳとに整合するように、それぞれの伸張器ファイバと第二のファイバの長さが調節される。

上に述べられたシステムと技術は、従来の技術を越える数多くの利点を備えるということが認識されよう。グレーティングベースの伸張器と比較して、本発明によるシステムはＲＤＳおよび分散の両方のより正確なコントロールを備える。さらに、ここに述べられるシステムはより小さいサイズ、よりよい安定性、より長い寿命、およびより低いコストという利点を備える。

上に述べられたことは当業者が発明を実施することを可能にする詳細を含むが、記述は本質的に例示的なものであり、これらの教えることの恩恵を受ける当業者には多くの修正、および変形が明らかであることが認識されるべきである。したがって、本発明はここに添付される請求の範囲によってのみ規定され、かつ請求の範囲は従来技術によって許容されるかぎり広く解釈されるものであると意図される。

１００ ファイバ
１０１ コア
１０２ 内側の溝
１０３ 環状部
１０４ 外側の溝
１０５ 外側のクラッド
１２０ 所望する屈折率プロファイル
１２１、１４１ 中心部の突起
１２２、１４２ 溝部
１２３、１４３ 肩部
１２４、１４４ より小さい溝
１４０ 実測した屈折率プロファイル
２２２ 分散
２２４ ＲＤＳ
２３２ 減衰
２４０、２６０ 伸張モジュール
２４２、２５２、２６８ ファイバ伸張器
２４４、２５８ パッケージ
２５４、２７０ 第二のファイバ
２５６、２７２ 接合点
２６２、２６４ パッケージユニット
３１２、３３２ 目標分散のプロット
３１４ 接合により得られた分散のプロット

Claims (10)

1. ファイバ伸張器と該ファイバ伸張器に接合した第二のファイバとからなる、パルス増幅システムに用いられる伸張モジュールであって、該伸張モジュールが、
   半径ｒ_１、屈折率ｎ_１、及び外側の半径ｒ_０と屈折率ｎ_０とを有する外側のクラッド領域に対してｎ_１−ｎ_０に等しい正の有効屈折率差Δｎ_１を有するコア領域、
   外側の半径ｒ_２、ｎ_０よりも小さい屈折率ｎ_２、およびｎ_２−ｎ_０に等しい負の有効屈折率差Δｎ_２を有する、前記コア領域を取り囲む内側の溝領域、
   外側の半径ｒ_３、ｎ_０よりも大きい屈折率ｎ_３、およびｎ_３−ｎ_０に等しい正の有効屈折率差Δｎ_３を有する、前記内側の溝領域を取り囲む環状領域、および、
   外側の半径ｒ_４、ｎ_０よりも小さい屈折率ｎ_４、およびｎ_４−ｎ_０に等しい負の有効屈折率差Δｎ_４を有する、前記環状領域を取り囲む外側の溝領域を含み、
   前記外側のクラッド領域は前記外側の溝領域を取り囲み、そして、
   値ｒ_０、ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４、Δｎ_１、Δｎ_２、Δｎ_３、およびΔｎ_４が、負の分散と、選択された動作波長帯内の特定の波長において０．００５ｎｍ^−１よりも大きい相対分散勾配とを、該ファイバ伸張器に持たせるように選択されており、
   該第二のファイバは、分散及び相対分散勾配の少なくとも一つが該ファイバ伸張器とは異なり、該ファイバ伸張器及び該第二のファイバのそれぞれの長さを調整することで、該ファイバ伸張器と該第二のファイバとを合せた総分散及び総相対分散勾配が、選択された圧縮器ユニットの分散及び相対分散勾配に整合するようにすることができることを特徴とする伸張モジュール。
2. 前記選択された動作波長帯は１０００および１１００ｎｍの間であることを特徴とする請求項１に記載の伸張モジュール。
3. 前記選択された動作波長帯以下にカットオフ波長を有することを特徴とする請求項１に記載の伸張モジュール。
4. 前記第二のファイバは、前記動作波長帯以下にカットオフ波長を有するシングルモードファイバであり、前記ファイバ伸張器は、該シングルモードファイバと０．５ｄＢよりも小さい接合損失で接合可能であることを特徴とする請求項１に記載の伸張モジュール。
5. ｒ_１＝０．９８μｍ
   ｒ_２＝３．９４μｍ、
   ｒ_３＝５．３２μｍ、
   ｒ_４＝７．０８μｍ、
   ｒ_０＝６２．５０μｍ、
   Δｎ_１＝２１．９×１０^−３、
   Δｎ_２＝−８．９×１０^−３、
   Δｎ_３＝６．８×１０^−３、および
   Δｎ_４＝−１．０×１０^−３
   であることを特徴とする請求項１に記載の伸張モジュール。
6. 前記伸張モジュールが前記ファイバ伸張器の相対分散勾配よりも大きい相対分散勾配を有するよう、前記第二のファイバがゼロよりも大きい分散とゼロよりも小さい相対分散勾配とを有することを特徴とする請求項１に記載の伸張モジュール。
7. 前記伸張モジュールが前記ファイバ伸張器の相対分散勾配よりも小さい相対分散勾配を有するよう、前記第二のファイバがゼロよりも小さい分散とゼロよりも小さい相対分散勾配とを有することを特徴とする請求項１に記載の伸張モジュール。
8. パルス増幅システムにおいて使用される伸張モジュールを組み立てる方法であって、
   （ａ）ファイバ伸張器を用意し、該ファイバ伸張器は、
   半径ｒ_１、屈折率ｎ_１、及び外側の半径ｒ_０と屈折率ｎ_０とを有する外側のクラッド領域に対してｎ_１−ｎ_０に等しい正の有効屈折率差Δｎ_１を有するコア領域、
   外側の半径ｒ_２、ｎ_０よりも小さい屈折率ｎ_２、およびｎ_２−ｎ_０に等しい負の有効屈折率差Δｎ_２を有する、前記コア領域を取り囲む内側の溝領域、
   外側の半径ｒ_３、ｎ_０よりも大きい屈折率ｎ_３、およびｎ_３−ｎ_０に等しい正の有効屈折率差Δｎ_３を有する、前記内側の溝領域を取り囲む環状領域、および、
   外側の半径ｒ_４、ｎ_０よりも小さい屈折率ｎ_４、およびｎ_４−ｎ_０に等しい負の有効屈折率差Δｎ_４を有する、前記環状領域を取り囲む外側の溝領域を含み、
   前記外側のクラッド領域は前記外側の溝領域を取り囲み、そして、
   値ｒ_０、ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４、Δｎ_１、Δｎ_２、Δｎ_３、およびΔｎ_４が、負の分散と、選択された動作波長帯内の特定の波長において０．００５ｎｍ^−１よりも大きい相対分散勾配とを、該ファイバ伸張器に持たせるように選択されており、
   （ｂ）分散と相対分散勾配とを有し、少なくともその一つが前記ファイバ伸張器の分散と相対分散勾配とは異なる第二のファイバを用意し、
   （ｃ）前記ファイバ伸張器と前記第二のファイバとが共に接合されるときに、前記ファイバ伸張器と前記第二のファイバの総分散と総相対分散勾配とが、選択された圧縮器ユニットの分散と相対分散勾配とに整合するように、前記ファイバ伸張器と前記第二のファイバのそれぞれの長さを調整する、
   各工程からなることを特徴とする伸張モジュールを組み立てる方法。
9. 前記伸張モジュールが前記ファイバ伸張器の相対分散勾配よりも大きい相対分散勾配を有するよう、前記第二のファイバがゼロよりも大きい分散とゼロよりも小さい相対分散勾配とを有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記伸張モジュールが前記ファイバ伸張器の相対分散勾配よりも小さい相対分散勾配を有するよう、前記第二のファイバがゼロよりも小さい分散とゼロよりも小さい相対分散勾配を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。

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