JP2648433B2 - ゼロ損失導波体結合器 - Google Patents
ゼロ損失導波体結合器Info
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にレーザに関
し、特にレーザ導波体の１端から出て反射鏡に伝播し、
導波体中に反射して戻り、或いは別の導波体の入口に入
射するレーザ放射ビームの結合損失をなくすように動作
する光結合器に関する。
し、特にレーザ導波体の１端から出て反射鏡に伝播し、
導波体中に反射して戻り、或いは別の導波体の入口に入
射するレーザ放射ビームの結合損失をなくすように動作
する光結合器に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザの設計において遭遇する特別の問
題は、特に導波体レーザはレーザ導波体の１端から反射
鏡に伝播し、導波体中に反射して戻るレーザビームの結
合に関係するエネルギ損失である。このエネルギ損失の
問題はまた１つのレーザ導波体から別の導波体にビーム
結合することが望まれる場合にも生じる。そのようなエ
ネルギ損失は、導波体に対する出口と入口における光フ
ィールドのクリッピングおよび反射フィールドの振幅お
よび位相と導波体モードの振幅および位相との間の不整
合によって生じるものである。そのような不整合状態が
存在している場合には、導波体はフィルタとして動作
し、フィールドが導波体モードと整合するまで伝播フィ
ールドを減衰させる。このフィールド減衰はエネルギ損
失を生じ、それはさらにレーザ出力パワーを低下させ
る。
題は、特に導波体レーザはレーザ導波体の１端から反射
鏡に伝播し、導波体中に反射して戻るレーザビームの結
合に関係するエネルギ損失である。このエネルギ損失の
問題はまた１つのレーザ導波体から別の導波体にビーム
結合することが望まれる場合にも生じる。そのようなエ
ネルギ損失は、導波体に対する出口と入口における光フ
ィールドのクリッピングおよび反射フィールドの振幅お
よび位相と導波体モードの振幅および位相との間の不整
合によって生じるものである。そのような不整合状態が
存在している場合には、導波体はフィルタとして動作
し、フィールドが導波体モードと整合するまで伝播フィ
ールドを減衰させる。このフィールド減衰はエネルギ損
失を生じ、それはさらにレーザ出力パワーを低下させ
る。
【０００３】結合損失の量は円形孔を有する導波体レー
ザの湾曲した端部反射鏡に対して反射鏡の位置の関数で
あることが文献で報告されている（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑua
nt.Ｅlect. ＱＥ-8,838頁、Nov.1972）。1972年以来方
形孔導波体レーザが一層広く使用されるようになった
が、一般に結合光学系の設計は本質的に同じである。
ザの湾曲した端部反射鏡に対して反射鏡の位置の関数で
あることが文献で報告されている（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑua
nt.Ｅlect. ＱＥ-8,838頁、Nov.1972）。1972年以来方
形孔導波体レーザが一層広く使用されるようになった
が、一般に結合光学系の設計は本質的に同じである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図１は上記文献から採
用した図（841 頁）であり、円形孔導波体の端部から距
離ｚに配置された最適の湾曲の単一端部反射鏡に対する
可能な最小結合損失を示している。パラメータｂは０．
３２５Ｄ2 ／λに等しく、ここで、Ｄは導波体孔の直径
であり、λはレーザビームを構成する放射ビームの波長
である。１例として、λ＝１０．６μｍにおいて２ｍｍ
の直径の孔を有する導波体レーザに対して、ｂは１２．
３ｃｍに等しい。図１から０．５％以下の結合損失を得
るためには反射鏡は孔の端部から０．３７ｍｍ以下に近
接するか、２５０ｃｍ以上離れるかする必要がある。も
しも１．５％の結合損失が許容されるならば、反射鏡は
孔の端部から１．２ｃｍ以下に近接するか、１２０ｃｍ
以上離れるかする必要があり、または正確に１２．３ｃ
ｍの距離に位置させる必要がある。レーザビームに生じ
る１巡による損失の２％の付加（レーザの各端部におけ
る１．５％乃至０．５％）よって典型的な導波体レーザ
の出力パワーは４０％低下する。特定の導波体レーザの
構造またはその他の要因、例えば空洞プラズマによる光
学系の損傷の可能性は孔の端部に隣接するような最適の
位置結合光学系を配置することを禁止する。したがって
レーザの結合損失は禁止的な高いものとなる。さらに従
来知られている結合方法は異なった寸法の孔を有するレ
ーザ間の結合ができない。また従来知られている結合方
法によって構成された導波体レーザはモード弁別を達成
するために導波体損失に完全に依存しなければならな
い。
用した図（841 頁）であり、円形孔導波体の端部から距
離ｚに配置された最適の湾曲の単一端部反射鏡に対する
可能な最小結合損失を示している。パラメータｂは０．
３２５Ｄ2 ／λに等しく、ここで、Ｄは導波体孔の直径
であり、λはレーザビームを構成する放射ビームの波長
である。１例として、λ＝１０．６μｍにおいて２ｍｍ
の直径の孔を有する導波体レーザに対して、ｂは１２．
３ｃｍに等しい。図１から０．５％以下の結合損失を得
るためには反射鏡は孔の端部から０．３７ｍｍ以下に近
接するか、２５０ｃｍ以上離れるかする必要がある。も
しも１．５％の結合損失が許容されるならば、反射鏡は
孔の端部から１．２ｃｍ以下に近接するか、１２０ｃｍ
以上離れるかする必要があり、または正確に１２．３ｃ
ｍの距離に位置させる必要がある。レーザビームに生じ
る１巡による損失の２％の付加（レーザの各端部におけ
る１．５％乃至０．５％）よって典型的な導波体レーザ
の出力パワーは４０％低下する。特定の導波体レーザの
構造またはその他の要因、例えば空洞プラズマによる光
学系の損傷の可能性は孔の端部に隣接するような最適の
位置結合光学系を配置することを禁止する。したがって
レーザの結合損失は禁止的な高いものとなる。さらに従
来知られている結合方法は異なった寸法の孔を有するレ
ーザ間の結合ができない。また従来知られている結合方
法によって構成された導波体レーザはモード弁別を達成
するために導波体損失に完全に依存しなければならな
い。
【０００５】
【課題を解決するための手段】これらの問題は、本発明
により構成されたレーザ結合器によって克服され、別の
利点も得られる。本発明の結合器は、レーザビームを結
合し、クリッピング損失を生じることなくレーザ導波体
に戻すために良く知られている球面光学系を使用し、本
質的に同一のレーザモードフィールド分布が得られ、本
質的にゼロ結合損失が達成される。
により構成されたレーザ結合器によって克服され、別の
利点も得られる。本発明の結合器は、レーザビームを結
合し、クリッピング損失を生じることなくレーザ導波体
に戻すために良く知られている球面光学系を使用し、本
質的に同一のレーザモードフィールド分布が得られ、本
質的にゼロ結合損失が達成される。
【０００６】本発明の結合器は、導波体レーザの出口平
面の像を導波体出力強度の本質的に正確な再生と位相分
布で導波体中に戻して形成する湾曲した端部反射鏡を備
えている。結合器はまた出口孔と反射鏡との間の地点で
導波体出口近くに配置されたレンズを有しおり、このレ
ンズは、導波体中に戻されたビームの位相が出て行くビ
ームの位相と整合するようにそれを通過するビームに対
して位相補償を行う。したがって導波体孔の入口におけ
る戻りビームのクリッピングによる結合損失、および戻
りフィールド位相の導波体モード位相との不整合による
と結合損失は本質的にゼロにされる。
面の像を導波体出力強度の本質的に正確な再生と位相分
布で導波体中に戻して形成する湾曲した端部反射鏡を備
えている。結合器はまた出口孔と反射鏡との間の地点で
導波体出口近くに配置されたレンズを有しおり、このレ
ンズは、導波体中に戻されたビームの位相が出て行くビ
ームの位相と整合するようにそれを通過するビームに対
して位相補償を行う。したがって導波体孔の入口におけ
る戻りビームのクリッピングによる結合損失、および戻
りフィールド位相の導波体モード位相との不整合による
と結合損失は本質的にゼロにされる。
【０００７】本発明の別の実施例では、位相補償レンズ
が導波体出口に隣接していない位置に配置され、或いは
画像形成フィールド分布の反転が生じないようにされ、
或いはビームがレンズの中心で焦点を結ぶことがないよ
うにされ、或いは１つの導波体レーザが同様の寸法また
は異なる寸法の孔を有する別の導波体レーザに結合され
る。
が導波体出口に隣接していない位置に配置され、或いは
画像形成フィールド分布の反転が生じないようにされ、
或いはビームがレンズの中心で焦点を結ぶことがないよ
うにされ、或いは１つの導波体レーザが同様の寸法また
は異なる寸法の孔を有する別の導波体レーザに結合され
る。
【０００８】前述の本発明の特徴を以下添付図面を参照
にして詳細に説明する。
にして詳細に説明する。
【０００９】
【実施例】この出願は“High Resolution Spectral Lin
e Selector”（Attorney's Docket N0.PD-84001 ）と題
する本出願人による別出願に関連する。
e Selector”（Attorney's Docket N0.PD-84001 ）と題
する本出願人による別出願に関連する。
【００１０】本発明は導波体レ−ザの出口から放射され
たエネルギが全方向に伝播せず、公称上の放射の伝播方
向を中心とした小さい角度に限定されている事実を有効
に利用している。それ故、比較的小型のレンズ（又は湾
曲反射鏡）が全ての放射エネルギを実質上捕らえて導波
体出口面の画像を形成することに使用され、レンズ、導
波体出口、画像位置は通常のよく知られている幾何学的
光学レンズ方程式により関連づけられる。例えば、10.6
μｍの波長における２ｍｍの孔の導波体動作では実質上
全てのエネルギはｆ／10のコ−ン内に含まれる。
たエネルギが全方向に伝播せず、公称上の放射の伝播方
向を中心とした小さい角度に限定されている事実を有効
に利用している。それ故、比較的小型のレンズ（又は湾
曲反射鏡）が全ての放射エネルギを実質上捕らえて導波
体出口面の画像を形成することに使用され、レンズ、導
波体出口、画像位置は通常のよく知られている幾何学的
光学レンズ方程式により関連づけられる。例えば、10.6
μｍの波長における２ｍｍの孔の導波体動作では実質上
全てのエネルギはｆ／10のコ−ン内に含まれる。
【００１１】実質上全ての放射エネルギがレンズまたは
反射鏡によって捕捉され、画像形成に使用されると、画
像のフィールド分布は実質的に球面位相湾曲の付加を除
いて（回折効果のない）目標のフィールドの分布の正確
な規模のレプリカである。倍率（Ｍ）は画像距離と目標
距離との比に等しく、付加的な球形位相湾曲は曲率半径
−Ｍｆを有し、Ｍは前述の倍率であり、ｆはレンズまた
は反射鏡の焦点距離であり、負の記号は発散を示す。
反射鏡によって捕捉され、画像形成に使用されると、画
像のフィールド分布は実質的に球面位相湾曲の付加を除
いて（回折効果のない）目標のフィールドの分布の正確
な規模のレプリカである。倍率（Ｍ）は画像距離と目標
距離との比に等しく、付加的な球形位相湾曲は曲率半径
−Ｍｆを有し、Ｍは前述の倍率であり、ｆはレンズまた
は反射鏡の焦点距離であり、負の記号は発散を示す。
【００１２】適切に供給された位相湾曲の結果が代数的
加算により発見されるように発散半径の逆数による位相
湾曲を測定することは便利である。位相湾曲は平面から
のフィールドの位相偏差に比例する。前述の画像の結果
はフィールドを測定し−１／（Ｍｆ）の発散位相湾曲を
供給することである。
加算により発見されるように発散半径の逆数による位相
湾曲を測定することは便利である。位相湾曲は平面から
のフィールドの位相偏差に比例する。前述の画像の結果
はフィールドを測定し−１／（Ｍｆ）の発散位相湾曲を
供給することである。
【００１３】画像と目標の両者を同一に選択することに
より、画像フィールドは−１／ｆの位相湾曲を除いて導
波体出口におけるフィールドに一致するようにされる。
この湾曲の半分がビ−ムに＋１／（２ｆ）の位相湾曲を
与える補償レンズの使用により導波体出口で補償され、
湾曲の残りの半分が画像面で同様のレンズにより補償さ
れるならば、最終的な位相分布には付加された位相湾曲
はなく、導波体出口のもとの位相分布の位相湾曲と実質
的に一致する。次の導波体入口はこの画像位置に置かれ
ている。
より、画像フィールドは−１／ｆの位相湾曲を除いて導
波体出口におけるフィールドに一致するようにされる。
この湾曲の半分がビ−ムに＋１／（２ｆ）の位相湾曲を
与える補償レンズの使用により導波体出口で補償され、
湾曲の残りの半分が画像面で同様のレンズにより補償さ
れるならば、最終的な位相分布には付加された位相湾曲
はなく、導波体出口のもとの位相分布の位相湾曲と実質
的に一致する。次の導波体入口はこの画像位置に置かれ
ている。
【００１４】本発明のゼロ損失結合器の端部反射器の実
施例が図２に示されている。レ−ザ導波体10は孔14の出
口12を有し、これは円形、方形又はその他の中心対称の
断面形状を有する。湾曲した反射鏡16は出口12の画像を
導波体孔に形成し、その画像は出口放射の強度分布の正
確な再生である。補償レンズ18は反射された放射の位相
が導波体出口12に本来存在する反射放射位相が整合する
ように放射に位相補償を与える。このようなシステムは
実質上回折効果のない完全な画像装置であると考えら
れ、それ故結合器は実質上完全に導波体モ−ドに結合す
る。図２で明らかなように反射鏡16とレンズ18は２ｆの
距離で隔てられており、反射鏡16はｆの焦点距離を有す
る。従ってレンズ18は２ｆの焦点距離を有するように選
択されている。
施例が図２に示されている。レ−ザ導波体10は孔14の出
口12を有し、これは円形、方形又はその他の中心対称の
断面形状を有する。湾曲した反射鏡16は出口12の画像を
導波体孔に形成し、その画像は出口放射の強度分布の正
確な再生である。補償レンズ18は反射された放射の位相
が導波体出口12に本来存在する反射放射位相が整合する
ように放射に位相補償を与える。このようなシステムは
実質上回折効果のない完全な画像装置であると考えら
れ、それ故結合器は実質上完全に導波体モ−ドに結合す
る。図２で明らかなように反射鏡16とレンズ18は２ｆの
距離で隔てられており、反射鏡16はｆの焦点距離を有す
る。従ってレンズ18は２ｆの焦点距離を有するように選
択されている。
【００１５】出口と入口との間の位相補償の前述の等し
い分割は、同じ物理的な補償レンズ18が両方の補償器の
位置で使用されるように放射し、反射して同一の導波体
に結合する端部反射鏡16を必要とする。しかし、図３で
示されているように１つの導波体から他の導波体への放
射を結合するのが望まれるとき総合的な補償が保持され
ればよく、即ち任意の方法で出口と入口との間で分割さ
れることができる。
い分割は、同じ物理的な補償レンズ18が両方の補償器の
位置で使用されるように放射し、反射して同一の導波体
に結合する端部反射鏡16を必要とする。しかし、図３で
示されているように１つの導波体から他の導波体への放
射を結合するのが望まれるとき総合的な補償が保持され
ればよく、即ち任意の方法で出口と入口との間で分割さ
れることができる。
【００１６】図３で示されているように、第１の導波体
10は第２の導波体20に結合されている出力ビ−ムを有す
る。導波体10の出口と導波体20の入口は実質上一致した
大きさと形状の開口を有する。
10は第２の導波体20に結合されている出力ビ−ムを有す
る。導波体10の出口と導波体20の入口は実質上一致した
大きさと形状の開口を有する。
【００１７】形状が中心対称でない（即ち中心に関して
反転対称の転置を有する）と導波体20は導波体に関して
軸について180 度回転されなければならない。焦点距離
ｆを有する結像レンズ24は各補償レンズ18,22 からの距
離２ｆに位置され、補償レンズはそれぞれ２ｆの焦点距
離を有する。各レンズ18,22 は結像レンズ24と共に導波
体10と導波体20との間の実質的にゼロ結合損失を生じる
等しい位相補償量をビ−ムに提供する。
反転対称の転置を有する）と導波体20は導波体に関して
軸について180 度回転されなければならない。焦点距離
ｆを有する結像レンズ24は各補償レンズ18,22 からの距
離２ｆに位置され、補償レンズはそれぞれ２ｆの焦点距
離を有する。各レンズ18,22 は結像レンズ24と共に導波
体10と導波体20との間の実質的にゼロ結合損失を生じる
等しい位相補償量をビ−ムに提供する。
【００１８】位相補償が図３のように出口と入口で等し
く分割されると、各補償レンズが結像レンズ24の中心を
通る導波体からの全ての放射の焦点を結ぶように各補償
レンズ18,22 の焦点距離は実質上結像レンズ24への距離
に等しい。結像レンズの必要な直径は従って導波体放射
コ−ンの自由伝播寸法より大きくなければならないこと
がなく、焦点スポットの寸法より大きければよいので非
常に小さくできる。このように放射の焦点を結ぶことは
結像レンズ内の熱効果につながるが、このような効果は
後述するように本発明の他の実施例の使用により回避さ
れる。またこのような導波体からの導波体結合器では図
２で示されている端部反射鏡結合器と反対に２つの補償
レンズは総合的な位相補償の等しい分割とは異なって与
えられるように設計されている。このような非均等な分
割は結像レンズ上のビ−ムの焦点を結ぶことを阻止する
ために使用される。
く分割されると、各補償レンズが結像レンズ24の中心を
通る導波体からの全ての放射の焦点を結ぶように各補償
レンズ18,22 の焦点距離は実質上結像レンズ24への距離
に等しい。結像レンズの必要な直径は従って導波体放射
コ−ンの自由伝播寸法より大きくなければならないこと
がなく、焦点スポットの寸法より大きければよいので非
常に小さくできる。このように放射の焦点を結ぶことは
結像レンズ内の熱効果につながるが、このような効果は
後述するように本発明の他の実施例の使用により回避さ
れる。またこのような導波体からの導波体結合器では図
２で示されている端部反射鏡結合器と反対に２つの補償
レンズは総合的な位相補償の等しい分割とは異なって与
えられるように設計されている。このような非均等な分
割は結像レンズ上のビ−ムの焦点を結ぶことを阻止する
ために使用される。
【００１９】図４は図３の導波体から導波体への結合器
の変形を示しており、位相補償の全ては焦点距離ｆを有
する補償レンズ26により導波体20に近接して達成され、
従って結像レンズ24の焦点距離を整合する。図示のよう
に放射ビ−ムは結像レンズ24と補償レンズ26との間の等
距離の点で焦点を結ばれ、従って結像レンズ24上のビ−
ムの焦点が結ばれるのを回避する。
の変形を示しており、位相補償の全ては焦点距離ｆを有
する補償レンズ26により導波体20に近接して達成され、
従って結像レンズ24の焦点距離を整合する。図示のよう
に放射ビ−ムは結像レンズ24と補償レンズ26との間の等
距離の点で焦点を結ばれ、従って結像レンズ24上のビ−
ムの焦点が結ばれるのを回避する。
【００２０】リングでないレ−ザシステムでは結合器は
往復的でなければならず、即ち反対方向に伝播する放射
に対して等しく機能しなければならない。等しい画像距
離と目標距離では画像により誘発される球形位相湾曲は
両方向で同一であり、そのため図３、４で付加された位
相補償は放射伝播の両方向で補正される。異なった孔直
径または幅を有する導波体との間で結合することが好ま
しいならば目標および画像距離は２つの開口直径の比で
ある必要な寸法量Ｍを提供するため異なっていなければ
ならない。
往復的でなければならず、即ち反対方向に伝播する放射
に対して等しく機能しなければならない。等しい画像距
離と目標距離では画像により誘発される球形位相湾曲は
両方向で同一であり、そのため図３、４で付加された位
相補償は放射伝播の両方向で補正される。異なった孔直
径または幅を有する導波体との間で結合することが好ま
しいならば目標および画像距離は２つの開口直径の比で
ある必要な寸法量Ｍを提供するため異なっていなければ
ならない。
【００２１】図５に見られるように、矢印30によって示
された拡大方向におけるビーム伝搬は−１／（Ｍｆ）の
発散位相湾曲を有する大きな導波体28の入口で画像を形
成し、その湾曲は焦点距離Ｍｆの補償レンズ32によって
補償される。大きな導波体28から小さな導波体10への反
射方向における伝搬で、レーザビームは補償レンズ32の
１／（Ｍｆ）の収束する位相湾曲を最初に経験する。し
かし、このような位相湾曲が導波体10の入口へのレンズ
34によって結像されるようなＭの係数によって横方向に
縮小されるとき、曲率半径は縮小の平方の係数によって
短くされる。それ故、画像はＭ2 ／（Ｍｆ）＝Ｍ／ｆの
収束する位相湾曲を有し、正味ゼロの付加された位相湾
曲のために結像レンズ34によって導入された−Ｍ／ｆの
発散位相湾曲を加算する。それ故にこのような結合器
は、異なる大きさの導波体間で結合するときでさえ往復
的である。これは、補償が図５におけるような１つの導
波体上で全体的に達成されるときにのみならず、全補償
が２つの位置の間の任意の割合で分割されるときにも達
成される。
された拡大方向におけるビーム伝搬は−１／（Ｍｆ）の
発散位相湾曲を有する大きな導波体28の入口で画像を形
成し、その湾曲は焦点距離Ｍｆの補償レンズ32によって
補償される。大きな導波体28から小さな導波体10への反
射方向における伝搬で、レーザビームは補償レンズ32の
１／（Ｍｆ）の収束する位相湾曲を最初に経験する。し
かし、このような位相湾曲が導波体10の入口へのレンズ
34によって結像されるようなＭの係数によって横方向に
縮小されるとき、曲率半径は縮小の平方の係数によって
短くされる。それ故、画像はＭ2 ／（Ｍｆ）＝Ｍ／ｆの
収束する位相湾曲を有し、正味ゼロの付加された位相湾
曲のために結像レンズ34によって導入された−Ｍ／ｆの
発散位相湾曲を加算する。それ故にこのような結合器
は、異なる大きさの導波体間で結合するときでさえ往復
的である。これは、補償が図５におけるような１つの導
波体上で全体的に達成されるときにのみならず、全補償
が２つの位置の間の任意の割合で分割されるときにも達
成される。
【００２２】前述の結合器は、全て反転された像を形成
する。反転像は任意の既知の導波体レーザに関する問題
を与えることはなく、円形あるいは四角形の孔を有する
導波体レーザのような中心対称性の出口開口を一般に有
する。しかしながら、ある適用は台形のような非対称性
の開口形状あるいは非対称性のモードを支持する導波体
を要求するかもしれない。
する。反転像は任意の既知の導波体レーザに関する問題
を与えることはなく、円形あるいは四角形の孔を有する
導波体レーザのような中心対称性の出口開口を一般に有
する。しかしながら、ある適用は台形のような非対称性
の開口形状あるいは非対称性のモードを支持する導波体
を要求するかもしれない。
【００２３】図６に示されるように、このような要求が
満たされる必要がある場合、２つの結像レンズが使用さ
れ、それぞれは全ビームを実質的に捕捉するのに十分な
大きさである。第１の結像レンズ62は導波体の出口64の
中間像63を形成し、第２のレンズ66は目標物体として中
間像を利用し、導波体の入口68で第２のイメージを形成
する。位相補償レンズ70および72は出口64と入口68の間
に任意の方法で比率を与え、倍率は導波体から中間像63
あるいは導波体から導波体までの両方が含まれる。中間
像を有する本発明のこれらの実施例は全て、光学素子内
あるいは光学素子の表面上にレーザビームの焦点を結ぶ
ことを避ける。
満たされる必要がある場合、２つの結像レンズが使用さ
れ、それぞれは全ビームを実質的に捕捉するのに十分な
大きさである。第１の結像レンズ62は導波体の出口64の
中間像63を形成し、第２のレンズ66は目標物体として中
間像を利用し、導波体の入口68で第２のイメージを形成
する。位相補償レンズ70および72は出口64と入口68の間
に任意の方法で比率を与え、倍率は導波体から中間像63
あるいは導波体から導波体までの両方が含まれる。中間
像を有する本発明のこれらの実施例は全て、光学素子内
あるいは光学素子の表面上にレーザビームの焦点を結ぶ
ことを避ける。
【００２４】図７に示されるように、単一の導波体端部
反射器を設けるため、平坦な反射鏡74は中間像位置に位
置され、同じ物理的レンズ62および補償レンズ70は図６
に示される２つのレンズおよび２つの補償レンズにおい
て使用される。中間像は、任意の所望な大きさから成
る。これらの光学素子の要求された空間は、図７に示さ
れるような焦点距離および倍率の関数である。
反射器を設けるため、平坦な反射鏡74は中間像位置に位
置され、同じ物理的レンズ62および補償レンズ70は図６
に示される２つのレンズおよび２つの補償レンズにおい
て使用される。中間像は、任意の所望な大きさから成
る。これらの光学素子の要求された空間は、図７に示さ
れるような焦点距離および倍率の関数である。
【００２５】このような非反転システムは、単一の補償
装置は中間像の位置に位置されるという重要な付加的な
利点を有効に提供する。本発明の別の単一の導波体端部
反射器に対して図８に示されるように、図７の平坦な反
射鏡は湾曲した反射鏡76となり、その湾曲は２／（Ｍ
ｆ）の収斂する位相湾曲を付加するように選択される。
これは、Ｍｆ／２の焦点距離を有する反射鏡76で生じ
る。本発明の実施例によって実現された利点は、結合器
光学素子の数が分離補償レンズを要求されないために減
少され、それが導波体の端部に位置される光学素子を必
要としないという２つである。この実施例は図７のもの
に等しい結合特性を提供するが、少数の光学部品を有す
る。補償装置が丁度端部あるいは丁度中央ではない任意
のあるいは全ての利用可能な補償装置の位置に位置され
ることができ、付加的な中継レンズが任意あるいは全て
の像位置にわたって分布された要求された位相湾曲補償
を付加されることに注目されるべきである。
装置は中間像の位置に位置されるという重要な付加的な
利点を有効に提供する。本発明の別の単一の導波体端部
反射器に対して図８に示されるように、図７の平坦な反
射鏡は湾曲した反射鏡76となり、その湾曲は２／（Ｍ
ｆ）の収斂する位相湾曲を付加するように選択される。
これは、Ｍｆ／２の焦点距離を有する反射鏡76で生じ
る。本発明の実施例によって実現された利点は、結合器
光学素子の数が分離補償レンズを要求されないために減
少され、それが導波体の端部に位置される光学素子を必
要としないという２つである。この実施例は図７のもの
に等しい結合特性を提供するが、少数の光学部品を有す
る。補償装置が丁度端部あるいは丁度中央ではない任意
のあるいは全ての利用可能な補償装置の位置に位置され
ることができ、付加的な中継レンズが任意あるいは全て
の像位置にわたって分布された要求された位相湾曲補償
を付加されることに注目されるべきである。
【００２６】本発明の変形は導波体から外部にビームを
運び、多数の光学装置を通ってそれを処理し、結合損失
を有さない整合された状態で導波体にそれを戻すために
使用されることができる。
運び、多数の光学装置を通ってそれを処理し、結合損失
を有さない整合された状態で導波体にそれを戻すために
使用されることができる。
【００２７】最後に、本発明の使用が赤外線あるいは光
スペクトルに限定されず、電磁スペクトル（マイクロ波
のような）等の別の部分において結合する導波体に適用
されることができることに注目されるべきである。同様
の技術はまた導波体でないレーザ用に使用されることが
できる。
スペクトルに限定されず、電磁スペクトル（マイクロ波
のような）等の別の部分において結合する導波体に適用
されることができることに注目されるべきである。同様
の技術はまた導波体でないレーザ用に使用されることが
できる。
【００２８】さらに、図９に示されるように、モードの
識別はビームの焦点付近に開口80を位置することによっ
て達成されることができる。このような開口80は、それ
が基本的なモードからエネルギをクリップするため、お
よびエネルギがクリップされるためにシステムに損失を
加え、再構成されたイメージはレーザモード分布の正確
な整合ではない。しかし、モードの識別を達成するため
にこのような開口80の使用がある種のレーザシステムに
おいて所望されるように、このような結合損失とモード
の識別の間に実際的な妥協が存在する。
識別はビームの焦点付近に開口80を位置することによっ
て達成されることができる。このような開口80は、それ
が基本的なモードからエネルギをクリップするため、お
よびエネルギがクリップされるためにシステムに損失を
加え、再構成されたイメージはレーザモード分布の正確
な整合ではない。しかし、モードの識別を達成するため
にこのような開口80の使用がある種のレーザシステムに
おいて所望されるように、このような結合損失とモード
の識別の間に実際的な妥協が存在する。
【００２９】本発明の上記実施例が例示であり、変更が
当業者によって行うことができることを理解すべきであ
る。このような変更の１つは、レンズの代りに反射鏡
を、あるいは特定な適用の要求に依存している反射鏡の
代りにレンズを用いることである。さらに、この結合器
は、例えばリングレーザにおいて利用され、ビームは１
端部から放射され、周囲に反射され、反対の端部中に戻
される。多重導波体は同軸ではない場合、反射鏡は１つ
の導波体から出るビームを次の導波体中に向けるために
必要な角度で位置される。したがって、本発明はここに
開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲によってのみ限定される。
当業者によって行うことができることを理解すべきであ
る。このような変更の１つは、レンズの代りに反射鏡
を、あるいは特定な適用の要求に依存している反射鏡の
代りにレンズを用いることである。さらに、この結合器
は、例えばリングレーザにおいて利用され、ビームは１
端部から放射され、周囲に反射され、反対の端部中に戻
される。多重導波体は同軸ではない場合、反射鏡は１つ
の導波体から出るビームを次の導波体中に向けるために
必要な角度で位置される。したがって、本発明はここに
開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲によってのみ限定される。
【図１】縦座標に沿った導波体レーザの結合損失（％と
して表される）および各位置の最適に湾曲した反射鏡に
関する横座標にそった端部反射鏡の位置に関する値を示
している従来技術から適用されたグラフ。
して表される）および各位置の最適に湾曲した反射鏡に
関する横座標にそった端部反射鏡の位置に関する値を示
している従来技術から適用されたグラフ。
【図２】本発明の実施例の端部反射器の概略図。
【図３】各端部に等しい位相補償を有する本発明の実施
例の導波体の概略図。
例の導波体の概略図。
【図４】１端部に全位相補償を有する本発明の実施例の
導波体の概略図。
導波体の概略図。
【図５】１端部に位相補償を有する異なる寸法の開口を
有する導波体と結合する本発明の実施例の導波体の概略
図。
有する導波体と結合する本発明の実施例の導波体の概略
図。
【図６】各端部に等しい位相補償および倍率１を有する
本発明の実施例の導波体に対する非反転導波体の概略
図。
本発明の実施例の導波体に対する非反転導波体の概略
図。
【図７】１より大きい倍率を有する本発明の実施例の端
部反射器の概略図。
部反射器の概略図。
【図８】結合された反射鏡／補償装置光学部品を有する
本発明の別の端部反射器の概略図。
本発明の別の端部反射器の概略図。
【図９】中間焦点の開口を有する図８の端部反射器の実
施例の概略図。
施例の概略図。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−263386（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−229481（ＪＰ，Ａ) ＳＯＶＩＥＴ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩ ＣＳ，ＶＯＬ．13ＮＯ．10，（1983) Ｐ．Ｐ．1334−1338，Ｖ．Ｖ．ＧＲＩＧ ＯＲ’ＹＡＮＴＳ ＡＮＤ Ｖ．Ｉ．Ｓ ＭＩＲＮＯＶ ”ＳＴＩＭＵＬＡＴＥＤ ＢＲＩＬＬＯＵＩＮ ＳＣＡＴＴＥＲ ＩＮＧ ＩＮ ＦＩＢＲＥ−ＯＰＴＩＣ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ"
Claims (16)
- 【請求項１】 レーザ導波体の出口から放射される放射
ビームを導波体に戻し、導波体に再び入るビームの照射
分布が導波体を出るビームの照射分布の実質的な再生で
ある結合器において、 放射されたビームを導波体の出口に戻して画像を形成
し、その画像に位相湾曲を付加する画像形成手段と、 その付加された位相湾曲を実質的に消去して最小の結合
エネルギ損失が得られるようにビームの位相補償を行う
位相補償手段とを具備していることを特徴とする結合
器。 - 【請求項２】 前記画像形成手段が焦点距離ｆを有する
湾曲した反射鏡であり、前記位相補償を行う手段が導波
体の出口に隣接して配置されたレンズであり、前記反射
鏡が前記レンズから２ｆ離れた距離に配置されている請
求項１記載の結合器。 - 【請求項３】 前記画像形成手段が前記ビーム内に配置
された結像レンズとこの結像レンズに関して配置された
反射鏡とを具備し、ビームがこの反射鏡上に画像を形成
し、この反射鏡から前記結像レンズを通って反射して戻
され導波体の出口において結像する請求項１記載の結合
器。 - 【請求項４】 前記画像を形成する反射鏡が光学的に平
坦であり、前記位相補償手段が前記結像レンズと孔の端
部との間のビーム内に挿入された位相補償レンズを具備
している請求項３記載の結合器。 - 【請求項５】 前記反射鏡が前記画像を形成するビーム
の位相補償のために選択された湾曲を有している請求項
３記載の結合器。 - 【請求項６】 前記結像レンズが焦点距離ｆおよびそれ
と関連する倍率Ｍを有し、 前記位相補償レンズが導波体の出口に隣接して配置さ
れ、 前記結像レンズが前記位相補償レンズから（１＋１／
Ｍ）ｆの距離に配置され、 前記反射鏡が前記結像レンズから（Ｍ＋１）ｆの距離に
配置され、この結像レンズの焦点は前記結像レンズと前
記位相補償レンズとの間に位置している請求項３記載の
結合器。 - 【請求項７】 前記結像レンズが焦点距離ｆおよびそれ
と関連する倍率Ｍを有し、 前記反射鏡がＭｆ／２の焦点距離を有し、 前記結像レンズが導波体の出口から（１＋１／Ｍ）ｆの
距離に配置され、 前記反射鏡が前記結像レンズから（Ｍ＋１）ｆの距離に
配置され、この結像レンズの焦点は前記結像レンズと前
記反射鏡との間に位置している請求項４記載の結合器。 - 【請求項８】 第１の導波体から第２の導波体に放射ビ
ームを結合し、放射ビームは第１の導波体の端部から放
射されて第２の導波体の端部に入り、導波体に再び入る
ビームの照射分布が導波体を出るビームの照射分布の実
質的な再生である結合器において、 第１の導波体からのビームにより第２の導波体の出口に
画像を形成し、そのビームに位相湾曲を付加する画像形
成手段と、 その付加された位相湾曲を実質的に消去して最小の結合
エネルギ損失が得られるように画像形成ビームの位相補
償を行う手段とを具備していることを特徴とする結合
器。 - 【請求項９】 前記位相補償を行う手段が、導波体のそ
れぞれの出口または入口に隣接して配置された第１およ
び第２の位相補償レンズを具備し、それら各位相補償レ
ンズが付加された位相湾曲を実質上消去する位相補償を
ビームに与える請求項８記載の結合器。 - 【請求項１０】 前記画像形成手段が焦点距離ｆを有す
る結像レンズを具備し、この結像レンズが第１および第
２の位相補償レンズの間において各位相補償レンズから
２ｆの距離に配置されている請求項９記載の結合器。 - 【請求項１１】 第１および第２の位相補償レンズがそ
れぞれ所要の全体のの位相補償のほぼ半分を与える請求
項１０記載の結合器。 - 【請求項１２】 前記位相補償を行う手段が、前記第１
または第２の導波体の一方の出口または入口に隣接して
配置された位相補償レンズを具備し、前記画像形成手段
が焦点距離ｆを有する結像レンズを具備し、この結像レ
ンズは前記位相補償レンズから２ｆの距離で前記第１ま
たは第２の導波体の他方の入口または出口から２ｆの距
離に位置されている請求項８記載の結合器。 - 【請求項１３】 前記画像形成手段が、焦点距離ｆおよ
びそれと関連する倍率Ｍを有し結像レンズを具備し、前
記位相補償手段が焦点距離Ｍｆを有する位相補償レンズ
を具備し、 前記結像レンズが第１の導波体の出口から（１＋１／
Ｍ）ｆの距離の位置に配置され、 前記位相補償レンズが第２の導波体の入口に隣接して前
記結像レンズから（Ｍ＋１）ｆの距離の位置に配置さ
れ、 Ｍの値は第１および第２の導波体の断面寸法の比に関係
している請求項８記載の結合器。 - 【請求項１４】 導波体の出口から放射される放射ビー
ムを導波体の出口に反射する反射鏡と、 ビーム内に配置された補償レンズとを具備し、 この補償レンズはビームに対して位相補償を行う焦点距
離を有し、それによって導波体の出口で反射されたビー
ムの位相が前記出口において放射されたビームの位相に
実質的に等しくされていることを特徴とするレーザ結合
器。 - 【請求項１５】 第１の導波体の出口から放射される放
射ビームを第２の導波体の入口に結合する結合器におい
て、 第１の導波体の出口に隣接して第１の導波体から放射さ
れるビーム内に配置された第１の位相補償レンズと、 第２の導波体の入口に隣接して配置され、前記ビーム内
に配置された第２の位相補償レンズと、 前記ビーム内に配置された第１の結像レンズとを具備
し、 この第１の結像レンズが前記第１および第２の位相補償
レンズの間に挿入されて第１の導波体の出口の像を第２
の導波体の入口に形成させ、前記第１の結像レンズは画
像に位相湾曲を付加することを特徴とする結合器。 - 【請求項１６】 第１の導波体の出口から放射される放
射ビームを第２の導波体の入口に結合し、導波体に再び
入力するビームの照射分布が導波体を出るビームの照射
分布の実質的に再生であり、第１の導波体は第２の導波
体の開口寸法と異なった開口寸法を有している結合器に
おいて、 第１の導波体の出口の像を第２の導波体の入口において
形成するためにビーム内に配置され、焦点距離ｆおよび
それと関係する倍率Ｍを有し、出口の像に球面位相湾曲
を与える結像レンズと、 第２の導波体の入口に隣接して配置され、焦点距離Ｍｆ
を有し、前記結像レンズにより前記出口の像に付加され
た球面位相湾曲を補償する位相補償レンズとを具備し、 前記結像レンズは第１の導波体の出口から（１＋１／
Ｍ）ｆの距離の位置に配置され、前記位相補償レンズは
前記第２の導波体の入口に隣接して前記結像レンズから
（Ｍ＋１）ｆ離れた距離に配置されていることを特徴と
する結合器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/871,886 US5212747A (en) | 1992-04-21 | 1992-04-21 | Zero loss waveguide coupler |
| US871886 | 1992-04-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645668A JPH0645668A (ja) | 1994-02-18 |
| JP2648433B2 true JP2648433B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=25358384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5094505A Expired - Fee Related JP2648433B2 (ja) | 1992-04-21 | 1993-04-21 | ゼロ損失導波体結合器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5212747A (ja) |
| EP (1) | EP0567322B1 (ja) |
| JP (1) | JP2648433B2 (ja) |
| CA (1) | CA2094298C (ja) |
| DE (1) | DE69300934T2 (ja) |
| ES (1) | ES2080590T3 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6896883B2 (en) * | 1997-07-22 | 2005-05-24 | Cornell Research Foundation, Inc. | Biocontrol for plants with Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, and Sporobolomyces roseus |
| US6442310B1 (en) | 2000-07-14 | 2002-08-27 | Jds Uniphase Inc. | Optical coupling device and method |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0797674B2 (ja) * | 1989-03-02 | 1995-10-18 | 新日本製鐵株式会社 | 半導体レーザ励起固体レーザ |
| US4934784A (en) * | 1989-03-20 | 1990-06-19 | Kaptron, Inc. | Hybrid active devices coupled to fiber via spherical reflectors |
| US5027359A (en) * | 1989-10-30 | 1991-06-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Miniature Talbot cavity for lateral mode control of laser array |
| JPH03263386A (ja) * | 1990-01-24 | 1991-11-22 | Hitachi Ltd | レーザ発振器及びレーザ共振器並びに半導体加工装置 |
| FR2660492B1 (fr) * | 1990-03-30 | 1995-03-17 | Bm Ind | Resonateurs optiques a transformation de fourier. |
-
1992
- 1992-04-21 US US07/871,886 patent/US5212747A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-04-19 CA CA002094298A patent/CA2094298C/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-04-21 EP EP93303114A patent/EP0567322B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-21 DE DE69300934T patent/DE69300934T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-04-21 ES ES93303114T patent/ES2080590T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-21 JP JP5094505A patent/JP2648433B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＳＯＶＩＥＴ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．１３ＮＯ．１０，（１９８３）Ｐ．Ｐ．１３３４−１３３８，Ｖ．Ｖ．ＧＲＩＧＯＲ’ＹＡＮＴＳ ＡＮＤ Ｖ．Ｉ．ＳＭＩＲＮＯＶ "ＳＴＩＭＵＬＡＴＥＤ ＢＲＩＬＬＯＵＩＮ ＳＣＡＴＴＥＲＩＮＧ ＩＮ ＦＩＢＲＥ−ＯＰＴＩＣ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ" |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0645668A (ja) | 1994-02-18 |
| DE69300934D1 (de) | 1996-01-18 |
| EP0567322B1 (en) | 1995-12-06 |
| ES2080590T3 (es) | 1996-02-01 |
| CA2094298A1 (en) | 1993-10-22 |
| US5212747A (en) | 1993-05-18 |
| DE69300934T2 (de) | 1996-08-08 |
| CA2094298C (en) | 1998-07-14 |
| EP0567322A1 (en) | 1993-10-27 |
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