JP2022522676A

JP2022522676A - 向上された性能のためにエバネッセントに結合される導波管

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Publication number: JP2022522676A
Application number: JP2021549785A
Authority: JP
Inventors: デレクアール．ドラチェンバーグ，; ポールエイチ．パックス，
Original assignee: ローレンスリバーモアーナショナルセキュリティー，エルエルシー
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2022-04-20
Also published as: KR20210125589A; WO2020181003A1; US20200284983A1; US10838149B2; EP3935425A1; EP3935425A4

Abstract

本技術は、高平均電力ファイバおよび高ピーク電力増幅器に関し、より具体的には、利得コアが空になるまで、コアからの光を利得とともに受動コアの中に一方向性に結合する能力に関する。本技術は、熱および非線形効果の分離のための二重コアファイバ増幅器に関する。二重コア導波管アーキテクチャは、２つのエバネッセントに結合される導波管を提供し、第１の導波管は、屈折力を生産するための活性利得種でドープされ、第１の導波管と平行に延設される、第２の導波管は、第１の導波管によって生産される電力を収集するように構成される。電力は、第２の導波管から取り込まれる。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１９年３月５日に出願された、米国第１６／２９２，６０１号の優先権を主張するものであって、その継続出願である。

（連邦政府資金による研究開発下で行われた発明の権利に関する記載）
米国政府は、ＬａｗｒｅｎｃｅＬｉｖｅｒｍｏｒｅＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙの運営のための米国エネルギー省とＬａｗｒｅｎｃｅＬｉｖｅｒｍｏｒｅＮａｔｉｏｎａｌＳｅｃｕｒｉｔｙ，ＬＬＣとの間の契約番号第ＤＥ－ＡＣ５２－０７ＮＡ２７３４４号に準拠する本発明における権利を有する。

本技術は、高平均電力ファイバおよび高ピーク電力増幅器に関し、より具体的には、利得コアが空になるまで、コアからの光を利得とともに受動コアの中に一方向性に結合する能力に関する。本技術は、熱および非線形効果の分離のための二重コアファイバ増幅器に関する。

単一開口回折限定ファイバ増幅器からの最大平均電力は、熱レンズ効果または熱モード不安定性の効果（小コア直径によって軽減される）と、誘導散乱効果（大コア面積によって軽減される）とによって設定される。これらの効果は、組み合わせられ、出力電力を２～３ｋＷ（組み合わせ可能な狭帯域ビーム）および２０～３０ｋＷ（広帯域）に限定する。現在、最高平均電力ファイバ増幅器は、大モード面積（ＬＭＡ）コアを有し、熱レンズ効果ではなく、熱モード不安定性（ＴＭＩ）によって限定される。本新しく観察される効果は、依然として、徹底的な調査下にあって、それを軽減するための努力が成されている。最終的には、ファイバレーザ出力電力は、熱限界および非線形限界を同時に設計する必要性によって限定される。熱障壁を排除することは、非熱効果によってのみ限定される、新しい設計の可能性を広げる。帯域幅拡大および縦方向熱勾配を通して、円形コアファイバの非線形閾値を増加させるために、多大な努力が、成されてきた。これらのアプローチは、電力閾値をわずかに改良しているが、その限界に到達している。

本技術の実施形態は、高平均電力ファイバ増幅器のための二重コアアーキテクチャを含み、一方の小コアは、屈折力を生産するための活性利得種でドープされ、第２のより大きいコアは、その電力を収集するように構成される。本新規アーキテクチャは、効果を、異なる、熱的に隔離されるが、光学的に結合される、コアに分離することによって、コアサイズに競争的需要を課す、非線形および熱効果によって設定される、設計および性能限界を打破する。各コアは、一方または他方の効果を軽減するように最適化される。本技術の一側面は、結合モード理論モデル化が、本アーキテクチャが、２つのコア間の発振交換が阻止される、レジーム（ｒｅｇｉｍｅ）内で動作することができ、電力伝達が、高温コアが空になるまで、高温コアから低温コアに一方向性であって、その後、全ての出力電力が、ファイバの出力ファセットにおいて、低温コアから抽出されることができることを示すことである。本技術は、高平均およびピーク電力ファイバレーザの新しい分岐と、現在のファイバレーザ電力限界（熱モード不安定性を含む）を打破するための経路とを表す。

本技術は、２つの効果を、２つの熱的に別個であるが、光学的に結合される、コアに分離することによって、現在の限界を打破する。一方のコアである、小直径を有する、「高温」コアは、希土類でドープされ、利得の全てを提供する。大面積を有する、他方の「低温」コアは、ドープされず、エバネッセント結合を通して、高温コア内で生産される電力を取り込む。

単ドープされた二重コアファイバ増幅器は、電気通信産業に関して、受動（低温）コアをスペクトルフィルタとして使用することによって、望ましくない光を取り除き、活性（高温）コア内のスペクトルを成形することが実証されている。電気通信バージョンと異なり、本技術は、活性コアにシードするが、最大可能伝達が達成された後に、受動コアから抽出する。

本技術の使用は、熱および非線形効果によって現在限定される、単一モードファイバレーザの電力閾値を増加させることを含む。レーザ切断および溶接は、本技術から利点を享受する。

本書の中に組み込まれ、その一部を形成する、付随の図面は、本技術の実施形態を図示し、説明とともに、本技術の原理を解説する役割を果たす。

図１Ａは、本技術のある実施形態における、各コア内の相対的強度を示す。

図１Ｂは、水平線としてのレジーム毎に、カッパ／アルファおよび関連付けられる閾値を示す。

図２は、小コアが、希土類でドープされ、大コアが、受動導波管である、基本実施形態を示す。

図３は、電力が、スラブ導波管と、２つの高分散導波管とを備える、ブリッジ構造を通して流動することによって、活性希土類でドープされたコアから受動コアに流動する、実施形態を示す。

図４は、電力が、高分散導波管のストリングを備える、ブリッジ構造を通して流動することによって、小さい希土類でドープされたコアから大受動コアに流動する、実施形態を示す。

本技術は、２つの効果を、２つの熱的に別個であるが、光学的に結合される、コアに分離することによって、ファイバレーザに関する現在の熱および非線形限界を打破する。一方のコアである、小直径を有する、「高温」コアは、希土類でドープされ、全ての利得を提供する。大面積を有する、他方の「低温」コアは、希土類ドーパントを伴わず、エバネッセント結合を通して、高温コア内で生産される電力を取り込む。本技術は、電力を活性（高温）コアの中にシードし、高温コア内の最大可能増幅および低温コアへの伝達が、達成された後、電力を受動（低温）コアから抽出する。高温および低温コアは、その伝搬定数間の離調が電力伝達に影響を及ぼさず、かつ高速変調をその伝達に引き起こさないことを条件として、広範囲のサイズおよび屈折率であることができる。

一般的実施形態は、活性利得種でドープされている、第１の導波管を含む。本導波管の断面積は、光学増幅が飽和レジーム内で生じることを可能にする。実施形態は、活性利得種でドープされていない、第２の導波管を含む。本導波管の断面積は、少なくとも１つの強度依存非線形性を低減させる。そのような有害な効果は、限定ではないが、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）、および自己位相変調（ＳＰＭ）を含む。２つの導波管は、エバネッセント結合が各導波管からおよび各導波管へ生じ得るように、近接して固定される。第１の導波管の強度利得係数は、第１の導波管と第２の導波管との間のエバネッセント振幅結合係数を少なくとも４倍上回る。

本技術を構成する、個々の要素は、光学利得を提供し得る、ドーパントを伴う、１つのコア（導波管）と、電力コレクタおよびリザーバとして作用する、ドーパントを伴わない、１つのコアと、所望に応じて、熱隔離および分散（波長およびモード選択性のために）を提供する、２つのコア間の１つ以上の随意のブリッジ導波管要素と、全ての他の要素を包含する、励起クラッディングとである。例示的ブリッジ導波管要素は、円形グレーデッドインデックス、円形ステップインデックス、長方形ステップインデックス、または位相合致要件を充足し得る、他のプロファイルを有するものを含む。一次高温および低温コアは、例えば、ステップインデックスによって、光結晶アレイによって、または任意の他の手段によって、導波管を生成するように形成されることができる。利得要素は、例えば、希土類ドーパント、非線形媒体、または任意の他のタイプの光学利得要素であることができる。高温および低温コアのサイズは、異なり得るが、所望のモードの伝搬定数は、共鳴結合が生じるために合致されなければならない。

結合モード理論（ＣＭＴ）を使用した予備モデル化は、本アーキテクチャが、コア間の電力の発振交換が阻止される、レジーム内で動作し得ることを示す。２つの同じ受動結合された導波管では、電力は、正弦および余弦を用いて説明される挙動を伴って、コア間で発振する。しかしながら、一方のコアが、利得を呈する一方、他方が、受動的であって、伝達係数が、利得係数の１／４未満であるとき、結合モード方程式は、双曲線正弦および余弦によって説明される。本レジームでは、電力伝達は、高温コアが、空になり、全ての出力電力が、低温コアから抽出され得るまで、高温コアから低温コアへと一方向性である。低温コア内の電力は、発振せずに、指数関数的に上昇し、発振が抑制されるため、小高温コアは、有害な非線形効果をもたらすほど十分に高い強度を被ることはない。図１Ａおよび１Ｂは、２つの着目レジームを示す。図１Ａは、基底利得８と、各コア内の相対的強度（１０＝低温コア、１２＝高温コア）とを示す。図１Ｂは、水平線としてのレジーム毎に、カッパ／アルファおよび関連付けられる閾値を示す。カッパは、結合係数であって、アルファは、利得係数である。２つのプロットを比較すると、この場合、理想的抽出点が、高温コア１２が空になる（約１２ｍにおいて）前の発振レジームの発現の直前にあることが明白である。本ファイバ増幅器アーキテクチャは、有意に高い性能を可能にする。本技術は、直接、現在の熱的に限定されるファイバレーザに適用されることができる。

図２は、基本実施形態を示す。ここでは、小高温コア２０は、希土類でドープされる。大低温コア２２は、受動導波管であって、導波管を画定する必要に応じてのみドープされる。エバネッセント結合を通して、電力は、小高温コア２０から大低温コア２２に流動し、そこから、電力が、取り込まれる。高温コアは、熱モード不安定性および熱レンズ効果等の熱的に誘発される効果を回避するために、小さい。低温コア２２は、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）、誘導ラマン散乱、損傷等のピーク電力誘発効果を回避するために、大きい。他の実施形態は、ブリッジを利用して、分離距離を増加させてもよい。

動作時、熱発生増幅は、高温コア内でのみ生じ、電力は、低温コアに伝達する。発振レジーム（カッパ／利得＞０．２５）内で完全に動作する場合、増幅器長および結合長は、伝達のピークにおいて電力を抽出するために、十分に合致されなければならない。抑制された発振レジーム（カッパ／利得＜０．２５）内で動作する理想的場合では、電力は、低温コアに持続的に伝達され、エネルギーは、高温コアが完全に枯渇されるまで、高温コアに戻らない。正しい増幅器長では、高温コアが完全に枯渇される直前に、エネルギーは、低温コアから最大電力で退出する。

本発明者らは、「ハーベスタ」ファイバ増幅器のための単純モデルを開発した。最初に、利得飽和は、無視され、モデルは、２つの結合された導波管ＡおよびＢのみから成り、Ａは、利得を有する。結合は、κによって、強度利得は、αによって規定され、２つの導波管は、共鳴状態にあると仮定される。基礎方程式は、次いで、以下となる。

これらは、κおよびαの相対的サイズに応じて、閉形式解を有する。

本単純モデルは、本技術の興味深い新規性を示す。結果は、単一導波管の予期される値の半分の基底利得であって、α＜４Ｋに関しては、導波管ＡとＢとの間の周期的強度発振が認められ、α≧４Ｋに関しては、利得の半分の基底を上回る、導波管Ｂ内の単純指数関数的上昇が認められた。

実際には、増幅器は、励起枯渇に随伴する、その利得の飽和を被る。故に、本発明者らは、モデルを２つの結合された導波管ＡおよびＢに拡張し、Ａは、飽和性利得Ｉ_ｓａｔ

を有する。

これらは、もはや、閉形式解を有していないが、数値解をプロットすることを可能にする。１つの興味深い解は、パラメータα＝３１．２８ｍ^－１、κ＝α／６７、Ｉ_ｓａｔ＝２×１０^－４Ｗ／μｍ^２を有する。本解は、飽和しない限り、結合よりはるかに大きい利得を与え、利得対増幅器長結果は、図１Ａに示される。

これまで与えられた全ての実施例は、任意の要素をそれらの間に伴わない、２つの単純位相合致結合コアに関するものである。大コアに悪影響（ＴＭＩまたは熱レンズ効果）を及ぼさないように、小コア内の熱をさらに分離するために、単一または複数のブリッジ導波管が、コア間に設置されてもよい。これらのブリッジ導波管は、波長およびモード選択性をデバイスに追加する、高分散である場合とそうではない場合がある。例えば、利得コア内で増幅されるいくつかの波長のうち、ブリッジを交差し得る、小帯域幅のみが、伝達され、出力として抽出されるであろう。または、例えば、利得コア内で増幅されているいくつかのモードのうち、１つのみが、受動コアに伝達され、出力として抽出されるであろう。または、別の実施例に関して、利得コア内の単一モードが、受動コア内の多くのモード（基本または高次モード）のうちの１つに伝達され得る。これらの変形例および他の類似変形例は全て、本技術内に含まれる。

図３は、電力が、高分散導波管３４、スラブブリッジ３６、および第２の高分散導波管３８を通して流動することによって、小高温コア３０から大低温コア３２に流動する、実施形態を示す。

図４は、電力が、高分散導波管のストリングブリッジ４４を通して流動することによって、小高温コア４０から大低温コア４２に流動する、実施形態を示す。

広義には、本書は、少なくとも、以下を開示する。

一側面では、本書は、二重コア導波管アーキテクチャを提示し、これは、２つのエバネッセントに結合される導波管を提供し、第１の導波管は、屈折力を生産するための活性利得種でドープされる。第１の導波管と平行に延設される、第２の導波管は、第１の導波管によって生産される電力を収集するように構成される。電力は、第２の導波管から取り込まれる。

本書はまた、少なくとも以下の概念を提示する。

概念
（概念１）
装置であって、
活性利得種でドープされる第１の導波管であって、該第１の導波管は、光学増幅が飽和レジーム内で生じ得るような断面積を有する、第１の導波管と、
任意の該活性利得種でドープされていない第２の導波管であって、該第２の導波管は、少なくとも１つの非線形性を低減させる断面積を有する、第２の導波管と、
該第１の導波管および該第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段であって、該第１の導波管の強度利得係数は、該第１の導波管と該第２の導波管との間のエバネッセント結合係数を少なくとも４倍上回る、手段と
を備える、装置。
（概念２）
該第１の導波管は、光ファイバの第１のコアを備え、該第２の導波管は、光ファイバの第２のコアを備え、該装置はさらに、該第１のコアおよび該第２のコアと接触し、それらを下回る屈折率を有する媒体を備える、概念１、３－１０、１３、および２０に記載の装置。
（概念３）
該第１の導波管は、光ファイバの第１のコアを備え、該第２の導波管は、光ファイバの第２のコアを備え、該装置はさらに、該第１のコアおよび該第２のコアを囲繞し、それらと接触し、それらを下回る屈折率を有する媒体を備える、概念１、２、４－１０、１３、および２０に記載の装置。
（概念４）
該活性利得種は、希土類を備える、概念１－３、５－１０、１３、および２０に記載の装置。
（概念５）
該第１の導波管および該第２の導波管は、それらの間の発振交換が阻止されるレジーム内で動作し、電力伝達は、該第１の導波管が空になるまで、該第１の導波管から該第２の導波管に一方向性に行われ、その後、全ての出力電力は、該第２の導波管から抽出されることができる、概念１－４、６－１０、１３、および２０に記載の装置。
（概念６）
該第１の導波管および該第２の導波管はともに、それらの間の発振交換が減衰されるレジーム内で動作するように構成され、電力は、該第１の導波管から該第２の導波管に伝達し、その後、出力電力は、該第２の導波管から抽出される、概念１－５、７－１０、１３、および２０に記載の装置。
（概念７）
電力は、該第１の導波管から該第２の導波管に伝達し、その後、出力電力は、該第２の導波管から抽出される、概念１－６、８－１０、１３、および２０に記載の装置。
（概念８）
該第１の導波管にシードするための手段をさらに備え、該第１の導波管を光学的に励起するための手段をさらに備える、概念１－７、９、１０、１３、および２０に記載の装置。
（概念９）
該第１の導波管および該第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段は、該第１の導波管および該第２の導波管をエバネッセント結合を可能にする距離だけ離して固定して置くことを含む、概念１－８、１０、１３、および２０に記載の装置。
（概念１０）
該第１の導波管および該第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段は、少なくとも１つのブリッジ導波管要素を備える、概念１－９、１３、および２０に記載の装置。
（概念１１）
該少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、円形グレーデッドインデックス、円形ステップインデックスおよび長方形ステップインデックスから成る群から選択されるインデックス構造を備える、概念１０、１２、および１４－１９に記載の装置。
（概念１２）
該少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、該第１の導波管および該第２の導波管をともにエバネッセントに結合することを可能にするための位相合致要件を充足するインデックスプロファイルを備える、概念１０、１１、および１４－１９に記載の装置。
（概念１３）
該第１の導波管および該第２の導波管は、伝達のピークにおいて電力を抽出するために十分に合致される長さおよび分離を有する、概念１－１０および２０に記載の装置。
（概念１４）
該少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、該第１の導波管から該第２の導波管への波長およびモード選択性を提供するために十分な分散を備え、該少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、該分散の結果が望ましくない波長またはモードの結合係数を低減させる場合、十分な分散を備える、概念１０－１２および１４－１９に記載の装置。
（概念１５）
該第１の導波管内で増幅されたいくつかの波長のうち、該ブリッジを交差し得る該いくつかの波長の帯域幅の一部のみが、該第２の導波管に伝達されることができ、該帯域幅は、該ブリッジ導波管要素の分散と、該ブリッジ導波管要素と該第１の導波管および該ブリッジ導波管要素と該第２の導波管との間の結合条件とによって設定される、概念１０－１２、１４、および１６－１９に記載の装置。
（概念１６）
該ブリッジ導波管要素の分散は、該第１の導波管のモードの伝搬定数間で判別するために十分であり、該第１の導波管内で増幅されているいくつかのモードのうち、１つのみが、該第２の導波管に伝達されることができる、概念１０－１２、１４、１５、および１７－１９に記載の装置。
（概念１７）
該ブリッジ導波管要素の分散は、該第２の導波管のモードの伝搬定数間で判別するために十分あり、該第１の導波管内の単一モードが、該第２の導波管内の多くのモード（基本または高次モード）のうちの１つに伝達されることができる、概念１０－１２、１４－１６、１８、および１９に記載の装置。
（概念１８）
該ブリッジは、波長またはモード選択的結合をもたらすために十分な分散を有する、第１の高分散導波管と、スラブと、第２の高分散導波管とを備え、電力は、該第１の導波管から、該高分散導波管、該スラブ、該第２の高分散導波管、該第２の導波管に流動する、概念１０－１２、１４－１７、および１９に記載の装置。
（概念１９）
該ブリッジは、高分散導波管のストリングブリッジを備える、概念１０－１２および１４－１８に記載の装置。
（概念２０）
該第２の導波管は、該第２の導波管から離れ、該第１の導波管に向かう、電力の逆転をもたらすであろう長さより短い長さを有する、概念１－１０および１３に記載の装置。
（概念２１）
方法であって、
活性利得種でドープされる第１の導波管を提供することであって、該第１の導波管は、光学増幅が飽和レジーム内で生じ得るような断面積を有する、ことと、
任意の該活性利得種でドープされていない第２の導波管を提供することであって、該第２の導波管は、少なくとも１つの非線形性を低減させる断面積を有する、ことと、
該第１の導波管および該第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段を提供することであって、該第１の導波管の強度利得係数は、該第１の導波管と該第２の導波管との間のエバネッセント結合係数を少なくとも４倍上回る、ことと、
該第１の導波管にシード光をシードすることと、
該第１の導波管を励起し、該シード光から増幅された光を生産することであって、該増幅された光の一部は、該第１の導波管から該第２の導波管へのエバネッセント結合を介して伝達され、伝達される光を生産する、ことと、
該第２の導波管から伝達される光の少なくとも一部を抽出することと
を含む、方法。
（概念２２）
該第１の導波管は、光ファイバの第１のコアを備え、該第２の導波管は、光ファイバの第２のコアを備え、該装置はさらに、該第１のコアおよび該第２のコアと接触し、それらを下回る屈折率を有する媒体を備える、概念２１、２３－３０、３３、および４０に記載の方法。
（概念２３）
該第１の導波管は、光ファイバの第１のコアを備え、該第２の導波管は、光ファイバの第２のコアを備え、該装置はさらに、該第１のコアおよび該第２のコアを囲繞し、それらと接触し、それらを下回る屈折率を有する媒体を備える、概念２１、２２、２４－３０、３３、および４０に記載の方法。
（概念２４）
該活性利得種は、希土類を備える、概念２１－２３、２５－３０、３３、および４０に記載の方法。
（概念２５）
該第１の導波管および該第２の導波管は、それらの間の発振交換が阻止される、レジーム内で動作し、電力伝達は、該第１の導波管が空になるまで、該第１の導波管から該第２の導波管に一方向性に行われ、その後、出力電力は、該第２の導波管から抽出される、概念２１－２４、２６－３０、３３、および４０に記載の方法。
（概念２６）
該第１の導波管および該第２の導波管はともに、それらの間の発振交換が阻止される、レジーム内で動作するように構成され、電力は、該第１の導波管から該第２の導波管に伝達し、その後、出力電力は、該第２の導波管から抽出される、概念２１－２５、２７－３０、３３、および４０に記載の方法。
（概念２７）
電力は、該第１の導波管から該第２の導波管に伝達し、その後、出力電力は、該第２の導波管から抽出される、概念２１－２６、２８－３０、３３、および４０に記載の方法。
（概念２８）
該装置はさらに、該第１の導波管にシードするための手段を備え、さらに、該第１の導波管を励起するための手段を備える、概念２１－２７、２９、３０、３３、および４０に記載の方法。
（概念２９）
該第１の導波管および該第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段は、該第１の導波管および該第２の導波管をエバネッセント結合を可能にする距離だけ離して固定して置くことを含む、概念２１－２８、３０、３３、および４０に記載の方法。
（概念３０）
該第１の導波管および該第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段は、少なくとも１つのブリッジ導波管要素を備える、概念２１－２９、３３、および４０に記載の方法。
（概念３１）
該少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、円形グレーデッドインデックス、円形ステップインデックスおよび長方形ステップインデックスから成る群から選択されるインデックス構造を備える、概念３０、３２、および３４－３９に記載の方法。
（概念３２）
該少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、該第１の導波管および該第２の導波管をともにエバネッセントに結合することを可能にするための位相合致要件を充足するインデックスプロファイルを備える、概念３０、３１、および３４－３９に記載の方法。
（概念３３）
該第１の導波管および該第２の導波管は、伝達のピークにおいて電力を抽出するために十分に合致される長さおよび分離を有する、概念２１－３０および４０に記載の方法。
（概念３４）
該少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、該第１の導波管から該第２の導波管への波長およびモード選択性を提供するために十分な分散を備え、該少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、該分散の結果が望ましくない波長またはモードの結合係数を低減させる場合、十分な分散を備える、概念３０－３２および３４－３９に記載の方法。
（概念３５）
該第１の導波管内で増幅され得る、いくつかの波長のうち、該ブリッジを交差し得る該いくつかの波長の帯域幅の一部のみが、該第２の導波管に伝達されることができ、該帯域幅は、該ブリッジ導波管要素の分散と、該ブリッジ導波管要素と該第１の導波管および該ブリッジ導波管要素と該第２の導波管との間の結合条件とによって設定される、概念３０－３２、３４および３６－３９に記載の方法。
（概念３６）
該ブリッジ導波管要素の分散は、該第１の導波管のモードの伝搬定数間で判別するために十分であり、該第１の導波管内で増幅されているいくつかのモードのうち、１つのみが、該第２の導波管に伝達されることができる、概念３０－３２、３４、３５、および３７－３９に記載の方法。
（概念３７）
該ブリッジ導波管要素の分散は、該第２の導波管のモードの伝搬定数間で判別するために十分であり、該第１の導波管内の単一モードが、該第２の導波管内の多くのモード（基本または高次モード）のうちの１つに伝達されることができる、概念３０－３２、３４－３６、３８、および３９に記載の方法。
（概念３８）
該ブリッジは、波長またはモード選択的結合をもたらすために十分な分散を有する、第１の高分散導波管と、スラブと、第２の高分散導波管とを備え、電力は、該第１の導波管から、該高分散導波管、該スラブ、該第２の高分散導波管、該第２の導波管に流動する、概念３０－３２、３４－３７、および３９に記載の方法。
（概念３９）
該ブリッジは、高分散導波管のストリングブリッジを備える、概念３０－３２および３４－３８に記載の方法。
（概念４０）
該第２の導波管は、該第２の導波管から離れ、該第１の導波管に向かう、電力の逆転をもたらすであろう、長さより短い、長さを有する、概念２１－３０および３３に記載の方法。

本技術の前述の説明は、例証および説明の目的のために提示されており、包括的であること、または本技術を開示される精密な形態に限定することを意図するものではない。多くの修正および変形例が、上記の教示に照らして可能性として考えられる。開示される実施形態は、本技術の原理およびその実践的用途を解説し、それによって、他の当業者が、種々の実施形態において、検討される特定の使用に好適な種々の修正を伴って、本技術を最良に使用することを可能にするためだけに意図される。本技術の範囲は、以下の請求項によって定義されるものとする。

本明細書に説明される全ての要素、部品、およびステップが、好ましくは、含まれる。これらの要素、部品、およびステップのいずれかは、当業者に明白となるであろうように、他の要素、部品、およびステップによって置換される、または完全に削除されてもよいことを理解されたい。

Claims

装置であって、
活性利得種でドープされる第１の導波管であって、前記第１の導波管は、光学増幅が飽和レジーム内で生じ得るような断面積を有する、第１の導波管と、
任意の前記活性利得種でドープされていない第２の導波管であって、前記第２の導波管は、少なくとも１つの非線形性を低減させる断面積を有する、第２の導波管と、
前記第１の導波管および前記第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段であって、前記第１の導波管の強度利得係数は、前記第１の導波管と前記第２の導波管との間のエバネッセント結合係数を少なくとも４倍上回る、手段と
を備える、装置。
前記第１の導波管は、光ファイバの第１のコアを備え、前記第２の導波管は、光ファイバの第２のコアを備え、前記装置はさらに、前記第１のコアおよび前記第２のコアと接触し、それらを下回る屈折率を有する媒体を備える、請求項１に記載の装置。
前記第１の導波管は、光ファイバの第１のコアを備え、前記第２の導波管は、光ファイバの第２のコアを備え、前記装置はさらに、前記第１のコアおよび前記第２のコアを囲繞し、それらと接触し、それらを下回る屈折率を有する媒体を備える、請求項１に記載の装置。
前記活性利得種は、希土類を備える、請求項１に記載の装置。
前記第１の導波管および前記第２の導波管は、それらの間の発振交換が阻止されるレジーム内で動作し、電力伝達は、前記第１の導波管が空になるまで、前記第１の導波管から前記第２の導波管に一方向性に行われ、その後、全ての出力電力は、前記第２の導波管から抽出されることができる、請求項１に記載の装置。
前記第１の導波管および前記第２の導波管はともに、それらの間の発振交換が減衰されるレジーム内で動作するように構成され、電力は、前記第１の導波管から前記第２の導波管に伝達し、その後、出力電力は、前記第２の導波管から抽出される、請求項１に記載の装置。
電力は、前記第１の導波管から前記第２の導波管に伝達し、その後、出力電力は、前記第２の導波管から抽出される、請求項１に記載の装置。
前記第１の導波管にシードするための手段をさらに備え、前記第１の導波管を光学的に励起するための手段をさらに備える、請求項１に記載の装置。
前記第１の導波管および前記第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段は、前記第１の導波管および前記第２の導波管をエバネッセント結合を可能にする距離だけ離して固定して置くことを含む、請求項１に記載の装置。
前記第１の導波管および前記第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段は、少なくとも１つのブリッジ導波管要素を備える、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、円形グレーデッドインデックス、円形ステップインデックスおよび長方形ステップインデックスから成る群から選択されるインデックス構造を備える、請求項１０に記載の装置。
前記少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、前記第１の導波管および前記第２の導波管をともにエバネッセントに結合することを可能にするための位相合致要件を充足するインデックスプロファイルを備える、請求項１０に記載の装置。
前記第１の導波管および前記第２の導波管は、伝達のピークにおいて電力を抽出するために十分に合致される長さおよび分離を有する、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、前記第１の導波管から前記第２の導波管への波長およびモード選択性を提供するために十分な分散を備え、前記少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、前記分散の結果が望ましくない波長またはモードの結合係数を低減させる場合、十分な分散を備える、請求項１０に記載の装置。
前記第１の導波管内で増幅されたいくつかの波長のうち、前記ブリッジを交差し得る前記いくつかの波長の帯域幅の一部のみが、前記第２の導波管に伝達されることができ、前記帯域幅は、前記ブリッジ導波管要素の分散と、前記ブリッジ導波管要素と前記第１の導波管および前記ブリッジ導波管要素と前記第２の導波管との間の結合条件とによって設定される、請求項１０に記載の装置。
前記ブリッジ導波管要素の分散は、前記第１の導波管のモードの伝搬定数間で判別するために十分であり、前記第１の導波管内で増幅されているいくつかのモードのうち、１つのみが、前記第２の導波管に伝達されることができる、請求項１０に記載の装置。
前記ブリッジ導波管要素の分散は、前記第２の導波管のモードの伝搬定数間で判別するために十分であり、前記第１の導波管内の単一モードが、前記第２の導波管内の多くのモード（基本または高次モード）のうちの１つに伝達されることができる、請求項１０に記載の装置。
前記ブリッジは、波長またはモード選択的結合をもたらすために十分な分散を有する第１の高分散導波管と、スラブと、第２の高分散導波管とを備え、電力は、前記第１の導波管から、前記高分散導波管、前記スラブ、前記第２の高分散導波管、前記第２の導波管に流動する、請求項１０に記載の装置。
前記ブリッジは、高分散導波管のストリングブリッジを備える、請求項１０に記載の装置。
前記第２の導波管は、前記第２の導波管から離れ、前記第１の導波管に向かう電力の逆転をもたらすであろう長さより短い長さを有する、請求項１に記載の装置。
方法であって、
活性利得種でドープされる第１の導波管を提供することであって、前記第１の導波管は、光学増幅が飽和レジーム内で生じ得るような断面積を有する、ことと、
任意の前記活性利得種でドープされていない第２の導波管を提供することであって、前記第２の導波管は、少なくとも１つの非線形性を低減させる断面積を有する、ことと、
前記第１の導波管および前記第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段を提供することであって、前記第１の導波管の強度利得係数は、前記第１の導波管と前記第２の導波管との間のエバネッセント結合係数を少なくとも４倍上回る、ことと、
前記第１の導波管にシード光をシードすることと、
前記第１の導波管を励起し、前記シード光から増幅された光を生産することであって、前記増幅された光の一部は、前記第１の導波管から前記第２の導波管へのエバネッセント結合を介して伝達され、伝達される光を生産する、ことと、
前記第２の導波管から伝達される光の少なくとも一部を抽出することと
を含む、方法。
前記第１の導波管は、光ファイバの第１のコアを備え、前記第２の導波管は、光ファイバの第２のコアを備え、前記装置はさらに、前記第１のコアおよび前記第２のコアと接触し、それらを下回る屈折率を有する媒体を備える、請求項２１に記載の方法。
前記第１の導波管は、光ファイバの第１のコアを備え、前記第２の導波管は、光ファイバの第２のコアを備え、前記装置はさらに、前記第１のコアおよび前記第２のコアを囲繞し、それらと接触し、それらを下回る屈折率を有する媒体を備える、請求項２１に記載の方法。
前記活性利得種は、希土類を備える、請求項２１に記載の方法。
前記第１の導波管および前記第２の導波管は、それらの間の発振交換が阻止されるレジーム内で動作し、電力伝達は、前記第１の導波管が空になるまで、前記第１の導波管から前記第２の導波管に一方向性に行われ、その後、全ての出力電力は、前記第２の導波管から抽出される、請求項２１に記載の方法。
前記第１の導波管および前記第２の導波管はともに、それらの間の発振交換が阻止されるレジーム内で動作するように構成され、電力は、前記第１の導波管から前記第２の導波管に伝達し、その後、出力電力は、前記第２の導波管から抽出される、請求項２１に記載の方法。
電力は、前記第１の導波管から前記第２の導波管に伝達し、その後、出力電力は、前記第２の導波管から抽出される、請求項２１に記載の方法。
前記装置はさらに、前記第１の導波管にシードするための手段を備え、さらに、前記第１の導波管を励起するための手段を備える、請求項２１に記載の方法。
前記第１の導波管および前記第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段は、前記第１の導波管および前記第２の導波管をエバネッセント結合を可能にする距離だけ離して固定して置くことを含む、請求項２１に記載の方法。
前記第１の導波管および前記第２の導波管をともにエバネッセントに結合するための手段は、少なくとも１つのブリッジ導波管要素を備える、請求項２１に記載の方法。
前記少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、円形グレーデッドインデックス、円形ステップインデックスおよび長方形ステップインデックスから成る群から選択されるインデックス構造を備える、請求項３０に記載の方法。
前記少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、前記第１の導波管および前記第２の導波管をともにエバネッセントに結合することを可能にするための位相合致要件を充足するインデックスプロファイルを備える、請求項３０に記載の方法。
前記第１の導波管および前記第２の導波管は、伝達のピークにおいて電力を抽出するために十分に合致される長さおよび分離を有する、請求項２１に記載の方法。
前記少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、前記第１の導波管から前記第２の導波管への波長およびモード選択性を提供するために十分な分散を備え、前記少なくとも１つのブリッジ導波管要素は、前記分散の結果が望ましくない波長またはモードの結合係数を低減させる場合、十分な分散を備える、請求項３０に記載の方法。
前記第１の導波管内で増幅され得るいくつかの波長のうち、前記ブリッジを交差し得る前記いくつかの波長の帯域幅の一部のみが、前記第２の導波管に伝達されることができ、前記帯域幅は、前記ブリッジ導波管要素の分散と、前記ブリッジ導波管要素と前記第１の導波管および前記ブリッジ導波管要素と前記第２の導波管との間の結合条件とによって設定される、請求項３０に記載の方法。
前記ブリッジ導波管要素の分散は、前記第１の導波管のモードの伝搬定数間で判別するために十分であり、前記第１の導波管内で増幅されているいくつかのモードのうち、１つのみが、前記第２の導波管に伝達されることができる、請求項３０に記載の方法。
前記ブリッジ導波管要素の分散は、前記第２の導波管のモードの伝搬定数間で判別するために十分であり、前記第１の導波管内の単一モードが、前記第２の導波管内の多くのモード（基本または高次モード）のうちの１つに伝達されることができる、請求項３０に記載の方法。
前記ブリッジは、波長またはモード選択的結合をもたらすために十分な分散を有する第１の高分散導波管と、スラブと、第２の高分散導波管とを備え、電力は、前記第１の導波管から、前記高分散導波管、前記スラブ、前記第２の高分散導波管、前記第２の導波管に流動する、請求項３０に記載の方法。
前記ブリッジは、高分散導波管のストリングブリッジを備える、請求項３０に記載の方法。
前記第２の導波管は、前記第２の導波管から離れ、前記第１の導波管に向かう電力の逆転をもたらすであろう長さより短い長さを有する、請求項２１に記載の方法。