JP4714136B2 - ファイバレーザ - Google Patents
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Description
この出願は、米国連邦法規類集 タイトル35 §119(e)に基づき、2003年1月24日提出のアメリカ合衆国特許出願通し番号第60/442,123号及び2003年5月15日提出の通し番号60/470,446号に対して優先権を主張するものである。上記アメリカ合衆国特許出願の全内容は参考として本明細書に取り込まれている。
本発明はレーザ、より具体的にはファイバレーザに関する。
ダイオードポンプファイバレーザは長くて薄いジオメトリを有しており、バルク固体レーザのジオメトリよりも良好な熱除去が可能である。現在では、ファイバを通してポンプレーザから送られることの多いポンプ光は、ファイバレーザの外側コアに入り、この外側コアに閉じこめられ、ファイバの内側コアを通過するように方向転換され、この内側コアでレーザ活物質を励起して光を発生させ、増幅する。ポンプ光はファイバの端部を通して又はファイバの側部を通して入ってもよい。
Imin∝PL
強度が非常に高い場合には、実質的に有効レーザ動作を妨げる非線形効果が生じる。典型的なシングルモードファイバレーザのコアの直径は出力レーザ光の波長によって制限されるので、これらの条件は、シングルモードcw動作に対して、現在のところ200Wの有効な電力上限を課す。
十分な量のレーザ光が発生する活性領域のサイズを縮小することにより、発生した光はファイバレーザの活性領域に閉じこめられない。ファイバレーザの利得が低い場合及び/又はファイバレーザにおいてモード弁別部が使用されている場合には、ファイバレーザは、発生した光がファイバレーザのマルチモード導波管内に送られる場合でさえ、シングルモードレーザとして動作することができる。
図1aは円筒形ファイバレーザの概略図である。
図1bは円筒形ファイバレーザの概略的な断面図である。
図1cは円筒形ファイバレーザの概略的な断面図である。
図1dは円筒形ファイバレーザの概略的な断面図である。
図1eは円筒形ファイバレーザの概略的な断面図である。
図1fは円筒形ファイバレーザの概略的な断面図である。
図2は矩形ファイバレーザの概略的な断面図である。
図3aはサイドポンプファイバレーザの概略図である。
図3bはサイドポンプファイバレーザの概略図である。
図3cは自由空間伝播路により分離されたレーザ区間を有するファイバレーザの概略図である。
図3dはモード弁別区間により分離されたレーザ区間を有するファイバレーザの概略図である。
図4aはモード弁別区間の概略的な側面図である。
図4bはモード弁別区間の概略的な側面図である。
図4cはモード弁別区間の概略的な側面図である。
図4dはモード弁別区間の概略的な側面図である。
図4eはモード弁別区間の概略的な側面図である。
図4fはモード弁別区間の概略的な側面図である。
図5aは端部にモード弁別区間が設けられたファイバレーザの概略的な断面図である。
図5bは端部にモード弁別区間が設けられたファイバレーザの概略的な断面図である。
図5cは端部にモード弁別区間が設けられたファイバレーザの概略的な断面図である。
それぞれ異なる図の中の同じ参照記号は同じ構成要素を指す。
ファイバレーザは、レーザ放射の波長に比べて大きな断面を有する主に受動的な導波管内でレーザ放射を搬送することができる。この大きな導波管断面が、非線形効果なしで数kWの出力を可能にする値にまで導波管内の放射強度を低下させる。レーザのマルチモード動作を防止するために、装置の利得は最低次モードの閾より僅かに高い値まで下げられる。高次モードは1つ又は複数のモード弁別区間の使用及び/又は最低次モードに対して高次モードの損失を増大させるレーザ共振器の使用によって抑制される。利得の低減は活性媒質のサイズならびにレイジングモードとファイバ内の活性媒質との重なりを大幅に減少させることにより実現される。
r(n1 2−n2 2)1/2<2.045λ/2π
のときには最低次モードだけをサポートする。r(n1 2−n2 2)1/2がこの値より小さくなるにつれて、フィールドの益々大きな割合が活性領域からクラッドの中へと漏れる。最低次モードの強度の約50%以上が活性領域外にあれば、活性領域がモードを閉じこめるとは言えない。
本発明は本発明の詳細な説明との関連で記述されているが、上記の記述は本発明を例解する目的で為されているものであり、添付した請求項の範囲により規定される本発明の範囲を限定するものではない。他の側面、利点、及び変更形態は以下の請求項の範囲内にある。
Claims (21)
- 特性波長でレーザ放射を発生する光ファイバにおいて、
該光ファイバは、
第1の屈折率を有する第1のマルチモードコア領域と、
活性領域とを有し、
前記コア領域は、レーザ放射をファイバの長手方向にガイドし、かつ、ポンプ放射をガイドするように適合させられており、
前記活性領域は、ポンプ放射によりポンプされたときに特性波長でレーザ放射を発生させるために前記コア領域に埋め込まれており、前記活性領域の横方向の寸法は前記特性波長よりも短く、前記活性領域内で発生したレーザ放射が前記活性領域内に閉じ込められないことを特徴とする光ファイバ。 - 前記活性領域内に特性波長で発生したレーザ放射の50%未満が活性領域内に閉じこめられる、請求項1記載の光ファイバ。
- 前記活性領域内に特性波長で発生したレーザ放射の10%未満が活性領域内に閉じこめられる、請求項1記載の光ファイバ。
- 前記活性領域内に特性波長で発生したレーザ放射の5%未満が活性領域内に閉じこめられる、請求項1記載の光ファイバ。
- 前記活性領域内に特性波長で発生したレーザ放射の2%未満が活性領域内に閉じこめられる、請求項1記載の光ファイバ。
- 前記活性領域は第1の屈折率とは異なる第2の屈折率を有し、活性領域の横方向の寸法と、第1の屈折率と第2の屈折率との間の差は、前記活性領域内で発生したレーザ放射が前記活性領域内に閉じこめられないように組み合わされている、請求項1記載の光ファイバ。
- 所望のモードは光ファイバの最低次のガウシアンモードである、請求項1記載の光ファイバ。
- 光ファイバの長手方向に沿った利得が十分に小さいため、所望のレーザモードはレイジング閾より上で動作し、その一方で他のすべてのモードはレイジング閾よりも下で動作する、請求項7記載の光ファイバ。
- マルチモード光ファイバ内に発生した不所望なモードの光を弁別し、その一方で所望のモードの光についてはマルチモード光ファイバモード内を伝播することを許可するモード弁別器をさらに有する、請求項7記載の光ファイバ。
- 前記モード弁別器は、ミラーと第1のマルチモード光ファイバとの間に定められた自由空間伝搬路、又はファイバ回折格子である、請求項7記載の光ファイバ。
- 自由空間伝搬路内に配置されたミラーをさらに有しており、
当該ミラーは、所望のモードで第1のマルチモード光ファイバから発し、当該ミラーによりマルチモード光ファイバに反射し返された光を透過させるように構成されており、かつ、不所望なモードで第1のマルチモード光ファイバから発された光は透過させず、第1のマルチモード光ファイバに戻らせないように構成されている、請求項8記載の光ファイバ。 - レーザ放射をガイドする第2のマルチモード光ファイバをさらに有しており、
前記モード弁別部は第1のマルチモード光ファイバと第2のマルチモード光ファイバの間の自由空間伝搬路である、請求項9記載の光ファイバ。 - 前記自由空間伝搬路内に配置されたレンズをさらに有しており、
当該レンズは、所望のモードで第1のマルチモード光ファイバから発した光を第2のマルチモード光ファイバ内へと透過させるように構成されている、請求項12記載の光ファイバ。 - レーザ放射をガイドする第2のマルチモード光ファイバをさらに有しており、
前記モード弁別器は第1のマルチモード光ファイバと第2のマルチモード光ファイバの間に配置された第3のマルチモード光ファイバであり、ファイバの半径方向外側に向かって低下する屈折率を有している、請求項9記載の光ファイバ。 - 前記モード弁別器は光ファイバの強く曲げられた区間であり、実質的に長円形に曲げられている、請求項9記載の光ファイバ。
- 前記モード弁別器は光ファイバの強く曲げられた複数の区間であり、これらの曲げられた区間は実質的に平行でない平面に位置しており、光ファイバの強く曲げられた区間のうちの少なくとも1つは実質的に長円形に曲げられている、請求項9記載の光ファイバ。
- マルチモード光ファイバ内に発生した不所望なモードの光を弁別し、その一方で所望のモードの光についてはマルチモード光ファイバモード内を伝播することを許可するモード弁別手段をさらに有する、請求項7記載の光ファイバ。
- 前記活性領域の横方向の寸法が特性波長よりも短い、請求項17記載の光ファイバ。
- 所望のモードは光ファイバの最低次のガウシアンモードである、請求項17記載の光ファイバ。
- 光ファイバの長手方向に沿った利得が十分に小さいため、所望のレーザモードはレイジング閾より上で動作し、その一方で他のすべてのモードはレイジング閾よりも下で動作する、請求項17記載の光ファイバ。
- 特性波長を有するレーザエネルギーをシングル光学モードで供給する方法において、
マルチモード光ファイバ内に埋め込まれた活性領域をポンプエネルギーでポンプし、特性波長を有するレーザエネルギーを発生させ、
発生した光をマルチモードファイバでガイドし、
ただし、前記活性領域の横方向の寸法は特性波長よりも短く、前記活性領域内で発生したレーザ放射が前記活性領域内に閉じ込められないことを特徴とする、特性波長を有するレーザエネルギーをシングル光学モードで供給する方法。
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