JP7316791B2 - モノリシック可視波長ファイバーレーザー - Google Patents

モノリシック可視波長ファイバーレーザー Download PDF

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Description

本願は、２０１６年４月２９日出願の米国仮特許出願第６２／３２９，６６０号の出願日の恩典を主張するものであり、その開示全体をここに参考文献として援用する。
本発明は、可視波長範囲、例えば４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲のレーザービームを生成するためのファイバーレーザー及びこれらのレーザーを作る方法に関する。具体的には、本発明は、フェムト秒レーザー形成型ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）を含むレーザー形成型ＦＢＧの設置を介してファイバー中のレーザー処理を提供する構成及び方法に関する。
概して、ＦＢＧは、スペクトル及び空間スペクトル波長特異的フィードバックを提供するためのファイバーベースの装置の典型的な形態である。これらの装置は、１μｍ（ミクロン）より上の波長を有するレーザービームを生成するファイバーレーザーで採用されてきた。ファイバーレーザー用途では、ＦＢＧは、典型的には、特殊感光性光ファイバーへ位相マスクを適用することによって作られている。この光ファイバーのコアは概してＧｅドープされている。ファイバーのコアがマスクを通してＵＶ光に曝されると、ＵＶ光がコア中のＧｅ原子と相互作用するところで局所屈折率が変化する。マスクのパターンに基づき、コアの屈折率は、ファイバーの長さに沿って周期的な（即ち既定の）パターンで変化する。ファイバーのコアの長さに沿った屈折率のこの周期的改変は、スペクトル依存性のフィードバック機構を確立する。よって、ＦＢＧを光ファイバーの両端に適用して定在波キャビティを形成させ、キャビティの往復利得がキャビティ損失を超えるときにレーザー処理を開始させるようにすることができる。かくして、光ファイバーを用いて、光ファイバーの自己案内性及びファイバーの材料品質に因る堅牢性と高信頼性の利点を有するモノリシックレーザーキャビティを作り出すことができる。
ここでの使用に際し、別途明示的に表明されていない限り、「ＵＶ」、「紫外線」、「ＵＶスペクトル」、及び「スペクトルのＵＶ部分」、及び同様の用語は、それらの最も広範な意味を与えられるべきであり、約１０ｎｍから約４００ｎｍ、及び約１０ｎｍから約４００ｎｍの波長の光を含むものとする。
ここでの使用に際し、別途明示的に表明されていない限り、「可視」、「可視スペクトル」、及び「スペクトルの可視部分」、及び同様の用語は、それらの最も広範な意味を与えられるべきであり、約３８０ｎｍから約７５０ｎｍ及び約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長の光を含むものとする。
ここでの使用に際し、別途明示的に表明されていない限り、「青色レーザービーム」、「青色レーザー」、及び「青色」という用語は、それらの最も広範な意味を与えられるべきであり、概して、レーザービームを提供するシステム、レーザービーム、レーザー源、例えばレーザー及びダイオードレーザーであって、約４００ｎｍから約５００ｎｍの波長を有するレーザービーム又は光を提供するもの、例えば伝播させるもの、をいう。
ここでの使用に際し、別途明示的に表明されていない限り、「緑色レーザービーム」、「緑色レーザー」、及び「緑色」という用語は、それらの最も広範な意味を与えられるべきであり、概して、レーザービームを提供するシステム、レーザービーム、レーザー源、例えばレーザー及びダイオードレーザーであって、約５００ｎｍから約５７５ｎｍの波長を有するレーザービーム又は光を提供するもの、例えば伝播させるもの、をいう。
概して、ここでの使用に際し「約」という用語は、別途指定されていない限り、±１０％の分散又は範囲、表明されている値を得ることに関連付けられる実験誤差又は計器誤差、及び望ましくはこれらのうちのより大きい方、を網羅するものとする。
発明の背景技術の項は、本発明の実施形態と関連付けられ得る当技術の様々な態様を紹介することを意図している。従って、本項での上記論考は、本発明をより深く理解するための枠組みを提供しており、先行技術の是認と見なされてはならない。
３００－７００ｎｍの範囲の高出力高出力高輝度レーザー源は、典型的には、近赤外線に始まるパルスレーザー源の周波数倍化によって達成される。光ファイバーを伴うモノリシックキャビティの使用は、これらの波長範囲では、スペクトル及び空間スペクトル依存性のフィードバック及び選択を提供するために光ファイバーの加工時に典型的にゲルマニウム（Ｇｅ1）を感光性ドーパントとして使用しているファイバーベースの構成要素の光劣化のせいで妨げられてきた。
故に、３００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲、特に可視波長範囲例えば４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲のモノリシックファイバー高輝度レーザーの堅牢性に対する必要性が長年存在しており、未だ成就されていない。本発明は、他にもあるが中でも特に、ここに教示され開示されている製造物品、装置、及びプロセスを提供することによって、これらの必要性を解決する。
かくして、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器が提供されており、当該レーザー共振器は、コアとクラッディングとを有し全ファイバーフィードバック機構を有する光ファイバーを備える。フィードバック機構は第１反射部材及び第２反射部材を有し；第１反射部材と第２反射部材は光ファイバーの長さ方向に沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；第２反射部材はファイバーブラッググレーティングであり、ファイバーブラッググレーティングは第１のラマン次数へのフィードバックを提供することができ；ファイバーブラッググレーティングは第２のラマン次数へのフィードバックを提供することができない。
更に、これらのレーザー共振器を自らのレーザー処理構成要素として有するレーザーシステム及びレーザー、並びにレーザーシステム内に１、２、３、４、５、又はそれ以上、１０又はそれ以上、及び５０又はそれ以上のレーザー共振器があるその様なシステムが提供されている。これらの多構成要素システムは、独立型とすることもでき、同じファイバー上及び異なるファイバー上で結合させることもでき、またこれらの組合せ及び変形型とすることもできる。
更に、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、レーザー、及び方法、即ち、ファイバーブラッググレーティングは、４００ｎｍ－７００ｎｍの波長領域で動作するためにフェムト秒パルスを使用して光ファイバー中に作成されている；波長は光の波長範囲内にあり、８００ｎｍ未満である；コアは純粋溶融石英コアであり、ファイバーブラッググレーティングはコア中に配置されている；コアはリンドープされたコアであり、ファイバーブラッググレーティングはコア中に配置されている；コアは感光性ドーパントでドープされておらず、それによりコアは感光性ドーパント不含であり；レーザー共振器は約５００ｎｍより下の波長でレーザービームを作り出すことができる；及び、ファイバーブラッググレーティングは光ファイバー中に光波方向に対する垂直入射で刻まれていて；それにより光ファイバーのコア内にフィードバックを提供する；という特徴うちの１つ又はそれ以上を有している共振器、システム、レーザー、及び方法が提供されている。
更にまた、ラマン利得スペクトル内の特定の波長のフィードバックを提供するファイバーブラッググレーティングが提供されている。
また、ファイバーブラッググレーティングが提供されており、当該ファイバーブラッググレーティングはファイバー結合型体積ブラッググレーティングである。
また、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器が提供されており、当該レーザー共振器は、コアとクラッディングとを有し全ファイバーフィードバック機構を有する光ファーバーを備える。フィードバック機構は第１反射部材及び第２反射部材を有し；第１反射部材と第２反射部材は光ファイバーの長さ方向に沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；第２反射部材はファイバーブラッググレーティングであり、ファイバーブラッググレーティングはラマン利得スペクトルの次数全体に亘るフィードバックを提供することができる。
更に、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、レーザー、及び方法、即ち、ファイバーブラッググレーティングはファイバー結合型体積ブラッググレーティングである；ファイバーブラッググレーティングはファイバー結合型体積ブラッググレーティングであり；ファイバーブラッググレーティングは光ファイバー中に光波方向の法線に対し角度を付けて刻まれていて；それによりファイバーブラッググレーティングは伝播モードをファイバーのコアから外へ向け直すことができる；ファイバーブラッググレーティングは光ファイバー中の光波方向の法線に対して湾曲した形状で刻まれていて；それによりファイバーブラッググレーティングはｎのモードのみをファイバーのコアの中へ戻すように向け直すことができ、ここにｎは１から＜４まで変わり得る；ファイバーブラッググレーティングは純粋溶融石英コアファイバー中に刻まれている；ファイバーブラッググレーティングは純粋溶融石英コアファイバー中に刻まれていて；ここではファイバーブラッググレーティングはファイバーのリンドープされたコア中に刻まれている；ファイバーブラッググレーティングはドープされたコアに刻まれている；コアは感光性ドーパントでドープされておらず、それによりコアは感光性ドーパント不含であり；レーザー共振器は約５００ｎｍより下の波長でレーザービームを作り出すことができる；ファイバーブラッググレーティングはｎのラマン次数に亘る損失を提供することができ、ここにｎは２から＞１０まで変わり得る；ファイバーブラッググレーティングはファイバー結合型体積ブラッググレーティングであり；ファイバー結合型体積ブラッググレーティングはフェムト秒レーザーパルスを使用して作られている；ファイバーブラッググレーティングは、ファイバー結合型体積ブラッググレーティングであり、ガラス中に作られる；ファイバーブラッググレーティングはファイバー結合型体積ブラッググレーティングであり；ファイバー結合型体積ブラッググレーティングはガラス中に光波方向に対する垂直入射で刻まれていて；それによりファイバー結合型体積ブラッググレーティングは光ファイバーのコア内にフィードバックを提供することができる；ファイバーブラッググレーティングはファイバー結合型体積ブラッググレーティングであり；ファイバー結合型体積ブラッググレーティングは光ファイバー中に光波方向の法線に対して角度を付けて刻まれていて；それによりファイバー結合型ブラッググレーティングは伝播モードをファイバーのコアから外へ向け直すことができる；及び、ファイバーブラッググレーティングはファイバー結合型体積ブラッググレーティングであり；ファイバー結合型体積ブラッググレーティングは光ファイバー中に光波方向の法線に対して湾曲した形状で刻まれていて；それによりファイバー結合型ブラッググレーティングはｎのモードのみをファイバーのコアの中へ戻すように向け直すことができ、ここにｎは１から＜４まで変わり得る；という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有する共振器、システム、レーザー、及び方法が提供されている。
加えて、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器が提供されており、当該レーザー共振器は、コアとクラッディングとを有し全ファイバーフィードバック機構を有する光ファイバーを備える。フィードバック機構は第１反射部材及び第２反射部材を有し；第１反射部材と第２反射部材は光ファイバーの長さ方向に沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；第２反射部材はファイバーブラッググレーティングであり、ファイバーブラッググレーティングは第２のラマン次数への損失を提供することができる、光ファイバー、を有している。
更に追加的に、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器が提供されており、当該レーザー共振器は、コア及びエンドキャップとクラッディングとを有し全ファイバーフィードバック機構を有する光ファイバーを備える。フィードバック機構はファイバー中に配置されている第１反射部材及びエンドキャップ中に配置されている第２反射部材を有し；第１反射部材と第２反射部材は光ファイバーの長さ方向に沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；第２反射部材はブラッググレーティングであり、ブラッググレーティングは或るラマン次数へのフィードバックを提供することができる、光ファイバー、を有している。
更に、次の特徴、即ち、第１反射部材はファイバーブラッググレーティングである、第１反射部材は体積ブラッググレーティングである；及び、第１反射部材は空間グレーティングである、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、レーザー、及び方法が提供されている。
更に、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、レーザー、及び方法、即ち、ブラッググレーティングは第１のラマン次数へのフィードバックを提供することができ；ブラッググレーティングは第２のラマン次数へのフィードバックを提供することができない；ブラッググレーティングは第２のラマン次数へのフィードバックを提供することができない；ブラッググレーティングは、ファイバー光学器エンドキャップの中に光波方向に対する垂直入射で書き込まれていて、当該ブラッググレーティングは光ファイバーのＮＡに整合するように湾曲しており、それによりブラッググレーティングは光ファイバーのコア内にフィードバックを提供する；及び、ブラッググレーティングはラマン利得スペクトル内の特定の波長のフィードバックを提供する；ブラッググレーティングはラマン利得スペクトル全体に亘るフィードバックを提供する、という特徴の１つ又はそれ以上を有する共振器、システム、レーザー、及び方法が提供されている。
加えて、光ファイバーに接続されているファイバー光学器エンドキャップの中に書き込まれている体積ブラッググレーティングが提供されており、当該体積ブラッググレーティングは或るラマン次数への損失を提供する。光ファイバーに接続されている光学器エンドキャップの面への誘電体被覆が、ｎ＝１のラマン次数のフィードバックを提供するがｎ＝２又はそれより高いラマン次数についてはフィードバックを提供しないように十分に狭い帯域とされていてもよい。共振器は、一方の反射器としての誘電体被覆と他方の反射器としての体積ブラッググレーティングとの組合せとすることができる。
更に、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、レーザー、及び方法、即ち、体積ブラッググレーティングは、伝播モードをファイバーのコアから外へ向け直すように光ファイバー中に光波方向の法線に対して角度を付けて刻まれている；ファイバー光学器エンドキャップはガラスである；ファイバー光学器エンドキャップは、感光性ドーパントでドープされていないガラスであり、それにより感光性ドーパント不含であり、約５００ｎｍより下の波長のレーザービームを生成することができる、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有する共振器、システム、レーザー、及び方法が提供されている。
また、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器が提供されており、当該レーザー共振器は、コアとクラッディングとを有し全ファイバーフィードバック機構を有する光ファイバーを備える。フィードバック機構は光ファイバー中に配置されている第１反射部材及び光ファイバー中に配置されている第２反射部材を有し；第１反射部材と第２反射部材は光ファイバーの長さに沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；第２反射部材はナノ構造モスアイグレーティングである。
更に、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、レーザー、及び方法、即ち、ナノ構造モスアイグレーティングは或るラマン次数へのフィードバック提供することができる；ナノ構造モスアイグレーティングは第１のラマン次数へのフィードバックを提供することができ；ナノ構造モスアイグレーティングは第２のラマン次数へのフィードバックを提供することができない；ナノ構造モスアイグレーティングは、第２のラマン次数へのフィードバックを提供することができない；ナノ構造モスアイグレーティングは光ファイバーの端部のガラス中に作られている；ナノ構造モスアイグレーティングはファイバー中に光波方向に対する垂直入射で位置決めされていて、それにより光ファイバーのコア内にフィードバックを提供することができる；ナノ構造モスアイグレーティングはラマン利得スペクトル内の特定の波長のフィードバックを提供することができる；ナノ構造モスアイグレーティングはラマン利得スペクトル全体に亘るフィードバックを提供することができる；ナノ構造モスアイグレーティングは第２のラマン次数への損失を提供することができる；ナノ構造モスアイグレーティングは、光ファイバー中に光波方向の法線に対して角度を付けて位置決めされていて、それにより伝播モードをファイバーのコアから外へ向け直すことができる；ナノ構造モスアイグレーティングのための波長は４００ｎｍから５００ｎｍである；ナノ構造モスアイグレーティングは、ｎのラマン次数に亘る損失を提供することができ、ここにｎは２から＞１０まで変わり得る、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有する共振器、システム、レーザー、及び方法が提供されている。
また更に、８００ｎｍ未満の波長を有するレーザービームを提供するためのファイバーレーザーが提供されており、当該レーザーは、第１に光ファイバーと、ポンプレーザー入力端と、レーザービーム出力端と、を有するレーザー共振器を有しており；光ファイバーはコアとクラッディングとを有し；レーザービーム出力端は、コアの屈折率とは異なる屈折率を有するレーザー変質領域（laser affected zone）を有し、レーザー変質領域は、既定波長を有するレーザービームを透過させ既定範囲の波長を反射するためのブラッググレーティングを画定しており、当該既定範囲は透過したレーザービームの波長を含んでいない。
加えて、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、レーザー、及び方法、即ち、レーザー共振器はモノリシックファイバーレーザー共振器である；レーザービーム出力端は体積ブラッググレーティングである；出力端はファイバーブラッググレーティングである；透過したレーザービームの波長は約４００ｎｍから約６００ｎｍである；透過したレーザービームの波長は約４００ｎｍから約５００ｎｍである；透過したレーザービームの波長は約４２５ｎｍから約４７５ｎｍである；透過したレーザービームの波長は４５７ｎｍである；透過したレーザービームの波長は４６６ｎｍである、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有する共振器、システム、レーザー、及び方法が提供されている。
また、ファイバーレーザー共振器を作る方法が提供されており、この方法は、光ファイバーを提供する段階と；光ファイバーの或る区域を、１０ピコ秒未満のパルス幅を有するパルスレーザービームで処理し、それにより変更された屈折率を有するレーザー変質領域を光ファイバー中に形成させ；それによりファイバーブラッググレーティングを画定する、処理する段階であって；ファイバーブラッググレーティングは約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲の波長を透過させるように波長選択的である、処理する段階と、を有している。
更に、次の特徴、即ち、パルス幅は１ピコ秒未満である；及び、レーザー変質領域は本質的に感光性ドーパント不含である、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、レーザー、及び方法が提供されている。
更に、ファイバーレーザー共振器を作る方法が提供されており、この方法は、光ファイバーを提供する段階と；光ファイバーの或る区域を、屈折率改変手段で処理し、それにより変更された屈折率を有するレーザー変質領域を光ファイバー中に形成させ；それによりファイバーブラッググレーティングを画定する、処理する段階であって；ファイバーブラッググレーティングは約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲の波長を透過させるように波長選択的である、処理する段階と、を有している。
加えて、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、レーザー、及び方法、即ち、屈折率改変手段は化学剤である；屈折率改変手段は熱処理である；屈折率改変手段は電磁放射ビームである；電磁放射ビームはエキシマレーザービームであり、ファイバーブラッググレーティングはエキシマレーザーによって提供される深部ＵＶ放射によって誘導される；及び、電磁放射ビームはＸ線ビームであり、ファイバーブラッググレーティングは光ファイバーのＸ線への暴露によって誘導される、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有する共振器、システム、レーザー、及び方法が提供されている。
更には、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器が提供されており、当該レーザー共振器は、コア及びエンドキャプとクラッディングとを有し一体型フィードバック機構を有する光ファイバーを備える。フィードバック機構はファイバー中に配置されている第１反射部材及びエンドキャップの表面に配置されている第２反射部材を有し；第１反射部材は光ファイバーの或る長さに沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；第２反射部材は誘電体被覆であり、誘電体被覆は第１のラマン次数へのフィードバックを提供することができ；第２反射部材は誘電体被覆であり、誘電体被覆はｎ＝２のラマン次数へのフィードバックを提供しない、光ファイバー、を有している。
また更に、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器が提供されており、当該レーザー共振器は、コア及びエンドキャップとクラッディングとを有し一体型フィードバック機構を有する光ファイバーを備える。フィードバック機構はエンドキャップの面に配置されている第１反射部材及びファイバー中に配置されている第２反射部材を有し；第２反射部材は光ファイバーの長さ方向に沿って配置されていて第１反射部材との間に或る距離を画定しており；第２反射部材はブラッググレーティングであり、ブラッググレーティングは第１のラマン次数へのフィードバックを提供することができる、光ファイバー、を有している。
加えて、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器が提供されており、当該レーザー共振器は、コア及びエンドキャップとクラッディングとを有し一体型フィードバック機構を有する光ファイバーを備える。フィードバック機構は一方のエンドキャップの面に配置されている第１反射部材及び他方のエンドキャップの面に配置されている第２反射部材を有し；第１反射部材と第２反射部材は光ファイバーの或る長さに沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；第２反射部材は狭帯域誘電体被覆であり、誘電体被覆は第１のラマン次数へのフィードバックを提供することができる。
更に、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの共振器、システム、及び方法、即ち、第２反射部材は狭帯域誘電体被覆であり、誘電体被覆は第２のラマン次数又はｎ＞１からｘｘまでの何れかの他のラマン次数へのフィードバックを提供しない；第１反射部材は、第１のラマン次数へのフィードバックを提供する狭帯域誘電体被覆であり、ポンプ波長における低反射被覆である；第１反射部材及び第２反射部材は、第１のラマン次数へのフィードバックを提供する誘電体被覆であり、どちらもポンプ波長における低反射被覆である；第１反射部材及び第２反射部材は、ｎのラマン次数へのフィードバックを提供する誘電体被覆であり、ここにｎ＞１からｘｘｘまでである；第１反射部材及び第２反射部材は、ｎのラマン次数へのフィードバックを提供する誘電体被覆であり、ここにｎ＞１からｎ＝１０である；第１反射部材及び第２反射部材は、第１のラマン次数へのフィードバックを提供する誘電体被覆であり、第１誘電体被覆はポンプ波長に対して低反射性であり、第２誘電体被覆はポンプ波長に対して高反射性であり、レーザーの変換効率を改善するために共振器を通るポンプ波長のための第２のパスを提供する、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有する共振器、システム、及び方法が提供されている。
本発明によるモノリシックレーザー共振器の端部の或る実施形態の概略断面図である。 本発明によるモノリシックレーザー共振器の端部の或る実施形態の概略断面図である。 本発明によるモノリシックレーザー共振器の端部に設置されているファイバーベースのＶＢＧ構成の或る実施形態の概略断面図である。 本発明によるレーザー共振器の端部の或る実施形態の概略断面図である。 本発明によるレーザー共振器の端部の或る実施形態の概略断面図である。 本発明によるモノリシックレーザー共振器の或る実施形態の概略断面図である。 図６のレーザー共振器の平面図である。 本発明による、様々な条件とラマン次数の関数としての変化する計算された内部レーザー共振器パワーを示すグラフである。 本発明による、様々な条件とラマン次数の関数としての変化する計算された内部レーザー共振器パワーを示すグラフである。 本発明による、様々な条件とラマン次数の関数としての変化する計算された内部レーザー共振器パワーを示すグラフである。 本発明による、様々な条件とラマン次数の関数としての変化する計算された内部レーザー共振器パワーを示すグラフである。 本発明による、様々な条件とラマン次数の関数としての変化する計算された内部レーザー共振器パワーを示すグラフである。 本発明による、様々な条件とラマン次数の関数としての変化する計算された内部レーザー共振器パワーを示すグラフである。 本発明による、ＦＢＧを作るためのレーザービームショットパターンの断面図である。 本発明による、ＦＢＧを作るためのレーザービームショットパターンの断面図である。 本発明による、ＦＢＧを作るためのレーザービームショットパターンの断面図である。 本発明による、ＦＢＧを作るためのレーザービームショットパターンの断面図である。 本発明によるレーザー性能を示すグラフである。 反射部材が誘電体被覆である或る実施形態の断面概略図である。 本発明による或る実施形態の、反射部材が誘電体被覆である実施形態の断面概略図である。
概して、本発明の実施形態は、光ファイバー中のモノリシックレーザー共振器に関する。モノリシックレーザー共振器は、レーザー処理共振器の端部を作るためにファイバーから形成される１つの、望ましくは２つの、一体型ＦＢＧを有している。
概して、本発明の実施形態では、反射部材が光ファイバーの或る長さに沿った区域に形成されている。反射部材は波長特異的であって広域（例えば、数百ナノメートルの反射波長範囲）からの特定の波長範囲を反射するようになっていてもよいし、反射部材は波長制限型（例えば、ｘｎｍより大きい波長を反射する、ｙｎｍより低い波長を反射する）であってもよいし、又は反射部材は狭域型（例えば、数十ナノメートル以下の波長を反射する）であってもよい。
好適には、モノリシックファイバーレーザー処理共振器の実施形態では、レーザー処理共振器は、ファイバーから一体形成されている少なくとも一端の、望ましくは両端の、反射部材を有している。最も好適な実施形態では、反射部材のうちの一方は又は望ましくは両方は、レーザー共振器の端部を作るためにフェムト秒レーザーの使用によってファイバー中に形成されている。フェムト秒レーザーは、レーザー処理共振器の端部にファイバー反射部材から例えばＦＢＧを作るために、ファイバー中の材料の光学特性を改変するべく、例えば屈折率を変更するべく、レーザーショットのパターンをファイバーへ提供する。
概して、モノリシックレーザー処理共振器で使用するためのファイバーは、コアと、コアの周りの第１、第２、又はそれ以上のクラッディング層と、を有するものとすることができる。コアは、光学的に透明な媒質から作られ、約０．１μｍから約１０００μｍの直径を有するものとすることができる。或る好適な実施形態では、コアは、ガラスで作られていて、約５０μｍの直径を有している。クラッディング層は、ガラスから作られ、約１５μｍから５００μｍの厚さ（層の内側の面から層の外側の面までの距離、例えば断面）を有するものとすることができる。或る好適な実施形態では、クラッディング層（多重クラッディング層の実施形態では最も内側の層）は、ガラスから作られていて２５μｍの厚さを有している。
或る好適な実施形態では、好適なコア及び好適なクラッディング層が利用されている。
モノリシックファイバーレーザー共振器の実施形態は、長さが約０．１ｃｍから約１００ｃｍ、数メートルということもあれば、１０００メートル又はそれ以上ということもある。モノリシックファイバーレーザー共振器は約５０メートル未満であるのが望ましい。但し、それより長いレーザー共振器及びそれより短いレーザー共振器も構想される。
フェムト秒レーザー形成型ＦＢＧは、長さ約０．１ｍｍから長さ約５００ｍｍとすることができる。レーザー共振器の実施形態では、次表が、異なるレーザーを提供する共振器の実施形態の実施例を提供している。
表１は、本レーザーシステムの実施形態の幾つかの実施例を提供している。
Figure 0007316791000001
レーザー処理共振器の端部を提供するためにファイバー中に形成されるＦＢＧは、既定パターン及び既定エネルギーレベルでのフェムト秒レーザーの送達で以てファイバーを処理して作られるのが望ましい。送達パターン別に送達されるレーザーエネルギーがファイバーの光学特性に変化をもたらす。これは、レーザー共振器の何れかの端部にカスタム仕様の様々に異なるＦＧＢを持てる能力を提供する。例えば、レーザーショットパターンは、ファイバーの長さに伴って変化するショット密度を有するものであってもよく、そうすればＦＧＢの長さに亘って漸進的に変化する光学特性を提供することができる。これらの変化する特性は、均等変化、互い違い、可変、基本的に非周期的、周期的、及び他の組合せ及び変形型とすることができる。
図８Ａから図８Ｄを見ると、レーザー送達パターン及びレーザー変質区域の実施形態を有するファイバーの断面の画が示されている。図８Ａには、コア８０２とクラッディング８０１とを有するファイバーが示されている。レーザー送達パターンは、ショットパターン線８０５から、８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃ、８０５ｄの方向に見て、線ごとのレーザーショットの密度減少を有している。可変ショット密度を有する他のパターンも構想される。加えて、密度は、ファイバーの軸の長さ方向に沿って変えられてもよいし、ファイバーの中心から半径方向に変えられてもよいし、これの組合せ及び変形型であってもよい。図８Ｂを見ると、コア８２０とクラッディング８２１を有するファイバーであって、ファイバーの長手方向軸に対し角度８００を付けて設置されているレーザーショット８５０の線を有するファイバーが示されている。この角度は、０度から１７９度までとすることができる。
図８Ｃを見ると、コア８２２とクラッディング８１２とを有するファイバーの断面が示されている。ファイバーは、送達されたレーザーショットパターンが材料の光学特性を変化させたレーザー変質領域８５５を有している。図８Ｃでは、レーザー変質領域、例えば区域８５５は、全体がコア８２３内にある。図８Ｄの実施形態では、レーザー変質領域８５６は、コア８２３中にありクラッディング８１３の中まで延びている。特にフェムト秒レーザーを使用した場合、レーザー作用領域は、レーザーショットパターンが方向決めされている区域と本質的に同じであり、一致しているものと理解されたい。但し、ショット密度、エネルギー、及び送達時間に依り、レーザー変質領域はショットパターンが送達される区域より広いこともあれば狭いこともあり得る。
或る実施形態では、共振器を改変することを介して又は共振器のどこかに別のファイバー構成要素１を挿入することを介して、２次ストークス抑制を実現することができる。
レーザー共振器の或る実施形態では、レーザー共振器は、３００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲、特に４００ｎｍ－７００ｎｍの波長範囲で使用するための光ファイバー中の全ファイバーフィードバック機構からなる。ＦＢＧを作るために、フェムト秒高強度レーザーを使用して光ファイバーのコア中に周期的構造が誘導される。周期的構造は、高強度レーザー光でガラスの屈折率を改変することによって得られる。周期的屈折率変化は、ｎ次ラマンファイバーレーザーでの使用向けの４００－７００ｎｍ波長範囲にある特定の波長帯域のスペクトル選択を可能にさせる。スペクトル選択は、フィードバック又は関心波長の成長を提供するように４００－７００ｎｍスペクトルウインドーのどこかに設置される。
ＦＢＧによって提供されるフィードバックは、レーザー発振が図１に示されている様にｎ次ファイバーラマンレーザーを作り出すことができるようにする。図１は、ラマンレーザー１０１のレーザー共振器１００の或る実施形態の断面概略図である。共振器１００は、コア１０３と、クラッディング１０４と、外側クラッディング１０５と、を有する光ファイバー１０２を有している。共振器１００は、この実施形態ではＦＢＧ１０６である反射部材、を有している。共振器１００は、図に示されていないが光ファイバー１０２の長さに沿って左の方向に、ＦＢＧから距離を置いて配置されている第２の反射部材を有している。レーザーの伝播は、点線１０７ａによって示されており、順方向光と反射光の経路は矢印１０７と１０７ｂによってそれぞれ示されている。
加えて、レーザー共振器の或る実施形態では、「ｎ＋１」次ラマンモードの成長は、図２に示されている様に、「ｎ＋１」次ラマンモードでのエネルギーがファイバーコアから射出されるようにＦＢＧを傾けることによって抑制できる。この抑制は、ｎ次ラマンモードがエネルギー的に従来のパワー限界を超えて増大することを可能にさせる。この実施形態では、レーザーパターンはクラッディングの中まで延びていることに注目されたい。
図２を見ると、ラマンレーザー２０１のレーザー共振器２００の或る実施形態の断面概略図が提供されている。共振器２００は、コア２０３と、クラッディング２０４と、外側クラッディング２０５と、を有する光ファイバー２０２を有している。共振器２００は、この実施形態では角度の付けられたＦＢＧ２０６である反射部材、を有している。共振器２００は、図に示されていないが光ファイバー２０２の長さに沿って左の方向に、ＦＢＧ２０６から距離を置いて配置されている第２の反射部材を有している。レーザーの伝播は、点線２０７ａによって示されており、順方向光と反射光の経路は矢印２０７と２０７ｂによってそれぞれ示されている。ＦＢＧが刻まれるやり方、例えばコア及びクラッディング中に位置決めされ、光ファイバーの軸に対して位置決めされることが、コアを出てゆく反射光７０６ｂをもたらすことに注目されたい。共振器は、図に示されていないが光ファイバーの長さに沿って左の方向に、ＦＢＧから距離を置いて配置されている第２の反射部材を有している。
加えて、レーザーパターンは、図には断面で単数又は複数の線として示されているが、典型的には円盤形状であり、即ち、パターンが送達されるコア区域の外側をなぞるように又は意図されるならコア区域を充填するようにロッドラインファイバーの線に沿っているものと理解される。パターンの形状は、必ずしも円盤形状でなくてもよく、半円盤、垂直線、平面、三角形、円錐形、及び他の形状、並びにこれらの組合せ及び変形型が使用されてもよい。更に、ファイバー及びファイバーコアが円でない、例えば方形であるなら、その場合、レーザービーム送達パターンは、ファイバーの形状をなぞることが意図される場合にはそうするように当該ファイバーと同じ形状、例えば方形とすることができる。
或る実施形態では、図３に示されている様に、光ファイバーの、ファイバーブラッググレーティングが光ファイバー中に直接書き込まれている区分の場所に、更に体積ブラッググレーティング（ＶＢＧ）が使用されている。かくして、この実施形態は、外側クラッディング３１１と、内側クラッディング３１２と、コア３１３と、を有する第１の光ファイバー区分３１０を有している。レンズ、即ちレンズ３２０の組立体が、光路内でファイバー３１０とＶＧＢ３３１が刻まれた光学部材３３０との間に配置されている。レンズ３２１が、ＶＧＢ３３１と、外側クラッディング３４１、内側クラッディング３４２、及びコア３４３を有する第２の光ファイバー区分３４０との間に配置されている。光（矢印によって図示）は、適切なレンズ３２０でＶＢＧ３３１に入射結合され（矢印３７０ａの順方向及び反射）、適切なレンズ３２１でＶＢＤ３３１に出射結合される（矢印３７０ｂ、レーザー伝播）。入射光及び出射光は、ファイバー結合装置を構成している光ファイバーの中へ案内される。ファイバー結合型ＶＢＧは、ラマン活性ファイバーの入力及び出力へ継ぎ合わされていて、ファイバーブラッググレーティングを使用するのと同じ成果を実現する。共振器は、図に示されていないが光ファイバー３１０の長さに沿って左の方向に、ＶＢＧから距離を置いて配置されている第２の反射部材を有している。
或る実施形態では、体積ブラッググレーティングが、以上に論じられているやり方でフィードバックを提供するために、図４に示されている様に一片のガラスエンドキャップの中に書き込まれている（例えば、コア、クラッディング、又はそれら両方のレーザー変質区域を作り出すことによって形成されている）。かくして、この実施形態は、外側クラッディング４１１と、内側クラッディング４１２と、コア４１３と、を有する光ファイバー区分４１０を有している。光ファイバーの面４１４は、光学部材４３０、例えばガラスエンドキャップ、に機械的及び光学的に接触しており、例えば光学部材４３０へ融合されている。ＶＧＢ４３１が部材４３０中に刻まれている。光（矢印によって図示）は、ＶＢＧ４３１に入射及び出射結合され（矢印４７０）、そこから伝播される（矢印４７０ａ）。かくして、図４の構成はファイバーレーザー共振器の一端又は両端を形成することができる。
ＦＢＧ又はＶＢＧは、図５の実施形態に示されている様に、低次モードを反射するために光伝播方向の法線に対して湾曲した面で以て書き込まれていてもよい。図５を見ると、レーザーのレーザー共振器のための反射部材５００の或る実施形態の断面概略図が提供されている。反射部材５００は、コア５０３と、内側クラッディング５０４と、外側クラッディング５０５と、を有する光ファイバー５０２を有している。反射部材５００は、湾曲した形状に刻まれた又は書き込まれたＶＧＢ５３１を有する光学部材５３０、例えばガラスエンドキャップ、を有している。レーザーの伝播は点線５０７ａによって示されており、反射光でコア内に留まっている順方向光と反射光の経路は矢印５０７によって示され、コアから外へ方向決めされ例えばコアには二度と進入しない反射光の経路は矢印５０７ｂによって示されている。
図６及び図６Ａに示されている実施形態は、「モスアイ」レーザービーム送達パターンの様な互い違い又は分散パターンであり、光ファイバー端部へ直接に送達されて、モスアイパターンレーザー変質領域を作り出すことができ、また以上に論じられているやり方でのフィードバック例えば反射を提供すること、更には実施形態ではレーザービームの伝播を提供することができる。かくして、図６を見ると、レーザーのレーザー共振器のための反射部材６００の或る実施形態の断面概略図が示されている。反射部材６００は、コア６０３と、内側クラッディング６０４と、外側クラッディング６０５と、を有する光ファイバー６０２を有している。レーザー作用帯６３０は、ファイバー６０２の端部に設置されている。また、この実施形態では、ファイバー面６０７に。実施形態では、ファイバー６０２内部の他の点に配置されることもあり得るものと理解しておきたい。図６Ａを見ると、モスアイパターン６３１を示すファイバー面６０７の平面概略図が示されている。
図１から図６には、光ファイバーの一区分のみが示されており、これらの図面は略図でしかなく、ファイバーの実際の長さはより長く、実施形態ではなおいっそう長く、例えば何桁も長く、図に描かれているよりも数桁長いものと理解しておきたい。
全ファイバーフィードバック機構は、全ファイバーｎ次ラマンファイバーレーザー、望ましくは全ファイバーｎ次モノリシックラマンファイバーレーザーが構築されることを可能にする。
図７Ａから図７Ｆ。これらの図には、ラマン定在波及び出力光パワーの或る実施形態について示されるレーザー共振器のモデル化された内部パワー及び他の因子を描く一連のグラフが示されている。
図７Ａには、メートル単位のファイバー長さに対するワット（Ｗ）単位の信号パワーがグラフ化されており、１次ラマンについては追加損失有り（２次ラマン損失０ｄＢ）とされている。１次ラマン出力パワーは５６Ｗである。曲線７０１は４５７ｎｍ順方向信号であり、曲線７０２は４５７ｎｍ逆方向信号である。
図７Ｂには、２次ラマン（２次ラマン損失０ｄＢ）について、メートル単位のファイバー長さに対するワット（Ｗ）単位の信号パワーがグラフ化されている。２次ラマン出力パワーは５５Ｗである。曲線７１１は４６６ｎｍ順方向信号であり、曲線７１２は４６６ｎｍ逆方向信号である。
図７Ｃには、１次ラマン（２次ラマン損失６ｄＢ）について、メートル単位のファイバー長さに対するワット（Ｗ）単位の信号パワーがグラフ化されている。１次ラマン出力パワーは１２０Ｗである。曲線７２１は４５７ｎｍ順方向信号であり、曲線７２２は４５７ｎｍ逆方向信号である。
図７Ｄには、２次ラマン（２次ラマン損失６ｄＢ）について、メートル単位のファイバー長さに対するワット（Ｗ）単位の信号パワーがグラフ化されている。２次ラマン出力パワーは１５Ｗである。曲線７３１は４６６ｎｍ順方向信号であり、曲線７３２は４６６ｎｍ逆方向信号である。
図７Ｅには、１次ラマン（２次ラマン損失１３ｄＢ）について、メートル単位のファイバー長さに対するワット（Ｗ）単位の信号パワーがグラフ化されている。１次ラマン出力パワーは１９３Ｗである。曲線７４１は４５７ｎｍ順方向信号であり、曲線７４２は４５７ｎｍ逆方向信号である。
図７Ｆには、２次ラマン（２次ラマン損失１３ｄＢ）について、メートル単位のファイバー長さに対するワット（Ｗ）単位の信号パワーがグラフ化されている。２次ラマン出力パワーは０Ｗである。曲線７５１は４６６ｎｍ順方向信号であり、曲線７５２は４６６ｎｍ逆方向信号である。
図９を見ると、レーザーキャビティ中の２次ラマンストークスでの追加損失（単位ｄＢ）の関数としての１次ラマンストークス線９０１及び２次ラマンストークス線９０２それぞれのワット単位の出力パワーのグラフ９００が提供されている。かくして、このグラフは、２次ラマンストークス線におけるレーザー共振器内の損失を増加させることによる、２次ラマンレーザー処理の抑制を示している。ファイバーラマンレーザー内の定在波パワーが示されている。
図１０を見ると、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器１０００の或る実施形態の断面図が示されている。レーザー共振器は、コア１００２及びエンドキャップ１００３とクラッディング１００４とを備え一体型フィードバック機構１００５を有する光ファイバー１００１を有しており、フィードバック機構１００５は、ファイバー中に配置されている第１反射部材１００６及びエンドキャップ１００３の表面１００８に配置されている第２反射部材１００７を有し、第１反射部材は、光ファイバーの或る長さに沿って配置されていて、部材間に或る距離１０１０を画定している。第２反射部材１００７は、或るラマン次数へのフィードバック望ましくは第１のラマン次数へのフィードバックを提供し且つｎ＝２のラマン次数へのフィードバックを提供しない誘電体被覆である。
図１１を見ると、約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器の或る実施形態の断面図が示されている。レーザー共振器は、第１のラマン次数の、ポンプ波長にＡＲである誘電体被覆を有するエンドキャップ１１０４と、第１のラマン次数の、ポンプ波長にＲ＜９５％ＨＲである誘電体被覆１１０２を有する第２エンドキャップ１１０５と、それらエンドキャップへ接続しエンドキャップを光通信に置くファイバー１１０３と、を有している。
或る実施形態では、第２反射部材は、第１のラマン次数へのフィードバックを提供することができるブラッググレーティングであり、第１のラマン次数へのフィードバックを提供する。
別の実施形態では、２つのエンドキャップがファイバーのどちらかの端部に利用されている。この実施形態では、図１０の実施形態の様に、エンドキャップの面は、反射部材を形成する誘電体被覆を有している。第２エンドキャップの面も第２反射部材を形成する誘電体被覆を有している。エンドキャップの面上の誘電体被覆は、第２のラマン次数への又はｎ＞１からｘｘまでの何れかの他のラマン次数へのフィードバックを提供しない狭帯域誘電体被覆とすることができる。それは、第１のラマン次数へのフィードバックを提供し且つポンプ波長における低反射被覆である狭帯域誘電体被覆とすることができる。両方の反射部材を誘電体被覆とし第１のラマン次数へのフィードバックを提供させるようにすることもでき、その場合、どちらもがポンプ波長における低反射被覆であるのが望ましい。両方の反射被覆を誘電体被覆とし、第１の誘電体被覆はポンプ波長について低反射性を有するものとし、第２の誘電体被覆はポンプ波長について高反射性を有するものとし、レーザーの変換効率を改善するために共振器を通るポンプ波長のための第２のパスを提供させるようにすることもできる。
本発明の或る実施形態では、ファイバーレーザーの第１のラマン次数へのフィードバックを提供するが第２のラマン次数へのフィードバックを提供しないブラッググレーティングを使用するファイバーレーザーが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバーレーザーの第１のラマン次数へのフィードバックを提供するが第２のラマン次数へのフィードバックは提供しないブラッググレーティングであって、４００－７００ｎｍの波長領域で動作するためにフェムト秒パルスを使用して光ファイバー中に作られているブラッググレーティング、を使用するファイバーレーザーが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバーレーザーの第１のラマン次数へのフィードバックを提供するが第２のラマン次数へのフィードバックは提供しないブラッググレーティングであって、純粋溶融石英コアファイバー中に作られているブラッググレーティング、を使用するファイバーレーザーが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバーレーザーの第１のラマン次数へのフィードバックを提供するが第２のラマン次数へのフィードバックは提供しないブラッググレーティングであって、リンドープされたコアファイバー中に作られているブラッググレーティング、を使用するファイバーレーザーが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバーレーザーの第１のラマン次数へのフィードバックを提供するが第２のラマン次数へのフィードバックは提供しないブラッググレーティングであって、ドープされたコア中に作られているブラッググレーティング、を使用するファイバーレーザーが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバーレーザーの第１のラマン次数へのフィードバックを提供するが第２のラマン次数へのフィードバックは提供しないブラッググレーティングを使用するファイバーレーザーが提供されており、コアは、５００ｎｍより下の波長で使用される場合は感光性ドーパント例えばゲルマニウムでドープされていない。
本発明の或る実施形態では、ファイバーレーザーの第１のラマン次数へのフィードバックを提供するが第２のラマン次数へのフィードバックは提供しないブラッググレーティングを使用するファイバーレーザーが提供されており、グレーティングは、光ファイバーのコア内にフィードバックを提供するために、光ファイバー中の光波方向に対して垂直入射に刻まれている。
本発明の或る実施形態では、ラマン利得スペクトル内の特定の波長のフィードバックを提供するファイバーブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、第１のラマン次数のラマン利得スペクトル全体に亘るフィードバックを提供するファイバーブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、第２のラマン次数への損失を提供するファイバーブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、伝播モードをファイバーのコアから外へ向け直すために、光ファイバー中の光波方向の法線に対して角度を付けて刻まれているファイバーブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ｎのモードのみを折り返しファイバーのコアの中へ向け直すために、光ファイバー中の光波方向の法線に対して湾曲した形状、例えば凸状、に刻まれているファイバーブラッググレーティングが提供されており、ここにｎは１から＜４まで変わり得る。
本発明の或る実施形態では純粋溶融石英コアファイバー中に作られているファイバーブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバーのリンドープされたコア中に作られているファイバーブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ドープされたコア中に作られているファイバーブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバーブラッググレーティングが提供されており、ここにコアは５００ｎｍより下の波長で使用される場合は感光性ドーパントでドープされていない。
本発明の或る実施形態では、ｎのラマン次数に亘る損失を提供するファイバーブラッググレーティングが提供されており、ここにｎは２から＞１０まで変わり得る。
本発明の或る実施形態では、４００－７００ｎｍの波長領域で動作するためにフェムト秒パルスを使用して作られているファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ガラス中に作られているファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、光ファイバーのコア内にフィードバックを提供するために、ガラス中に光波方向に対する垂直入射で刻まれているファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ラマン利得スペクトル内の特定の波長のフィードバックを提供するファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ラマン利得スペクトル全体に亘るフィードバックを提供するファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、第２のラマン次数への損失を提供するファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、伝播モードをファイバーのコアから外へ向け直すために、光ファイバー中に光波方向の法線に対して角度を付けて刻まれているファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ｎのモードのみを折り返しファイバーのコアの中へ向け直すために、光ファイバー中に光波方向の法線に対して湾曲した形状に刻まれているファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されており、ここに、ｎは１から＜４まで変わり得る。
本発明の或る実施形態では、ガラス中に作られているファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されており、ここにガラスは５００ｎｍより下の波長で使用される場合は感光性ドーパントでドープされていない。
本発明の或る実施形態では、ｎのラマン次数に亘る損失を提供するファイバー結合型体積ブラッググレーティングが提供されており、ここにｎは１から＞１０まで変わり得る。
本発明の或る実施形態では、４００－７００ｎｍの波長領域で動作するためにフェムト秒パルスを使用して作られている体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ガラス中に作られているファイバー光学器エンドキャップの中に書き込まれている体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバー光学器エンドキャップの中に書き込まれている体積ブラッググレーティングであって、光ファイバーのコア内にフィードバックを提供するために、ガラス中に光波方向に対する垂直入射で刻まれていて光ファイバーのＮＡに整合するように湾曲している体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバー光学器エンドキャップの中に書き込まれている体積ブラッググレーティングであって、ラマン利得スペクトル内の特定の波長のフィードバックを提供する体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバー光学器エンドキャップの中に書き込まれている体積ブラッググレーティングであって、ラマン利得スペクトル全体に亘るフィードバックを提供する体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、第２のラマン次数への損失を提供するために、ファイバー光学器エンドキャップの中に書き込まれている体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の或る実施形態では、ファイバー光学器エンドキャップの中に書き込まれている体積ブラッググレーティングであって、伝播モードをファイバーのコアから外へ向け直すために光ファイバー中に光波方向の法線に対して角度を付けて刻まれている体積ブラッググレーティングが提供されている。
本発明の実施形態では、ファイバーブラッググレーティング、体積ブラッググレーティング、空間グレーティング（例えばモスアイグレーティング）、及びブラッググレーティングを有するエンドキャップであって、次の特徴、即ち、ガラス内に作られていて；ここにガラスは５００ｎｍより下の波長で使用される場合には感光性ドーパントでドープされていない；ｎのラマン次数に亘る損失を提供し、ここにｎは２から＞１０まで変わり得る；４００－７００ｎｍの波長領域で動作するためにフェムト秒パルスを使用して作られている；光ファイバーのコア内にフィードバックを提供するためにガラス中に光波方向に対する垂直入射で作られている；ラマン利得スペクトル内の特定の波長のフィードバックを提供する；ラマン利得スペクトル全体に亘るフィードバックを提供する；第２のラマン次数への損失を提供する；及び、伝播モードをファイバーのコアから外へ向け直すために光ファイバー中に光波方向の法線に対して角度を付けて刻まれている、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有しているファイバーブラッググレーティング、体積ブラッググレーティング、空間グレーティング、及びブラッググレーティングを有するエンドキャップが提供されている。
ＦＢＧを作るためのフェムト秒レーザーの使用は、モノリシックファイバーレーザー共振器を形成するためにファイバー中に波長特異的屈折率変化を生じさせる好適な方法であるが、他の方法が採用され得る又は後日開発され得るものと認識される。例えば、ＦＢＧは、エキシマレーザーによって提供される深部ＵＶ放射、又は光ファイバーのＸ線への暴露、又はスペクトルの可視部分で動作するためにＦＢＧを作るべく光ファイバーの屈折率を改変する他の方法、によって誘導されてもよい。
光ファイバー中にレーザー変質領域を作り出すために、及びＶＢＧ、ＦＢＧ、及び光ファイバー材料の屈折率の変化した他の区域を形成するために、使用することのできるフェムト秒レーザーは、商業的に入手可能なものが幾つかある。レーザー変質領域を作り出すには、約１０ピコ秒未満、約５ピコ秒未満、約１ピコ秒未満、約５００フェムト秒未満、及び約１００フェムト秒未満のパルス幅を有するレーザービームが使用され得るものと考えられる。
次の実施例は、本発明のＬＡＭシステム、ＬＡＭ方法、及びラマン発振器レーザーの様々な実施形態を例示するために提供されている。これらの実施例は、例示目的であり、本発明の範囲を限定するものと見なされてはならず、またそれ以外のやり方で本発明の範囲を限定するものでもない。
実施例１
レーザーキャビネットが、パワー調整源と、ポンプレーザーと、１０のモノリシックファイバーレーザーと、ビームコンバイナ及び関連の制御システムと、安全インターロック及びモニターと、冷却システム（例えば、ファン、ヒートシンク、又は深冷器の様な別体の冷却システム）と、を有している。パワー調整源は、４４５ｎｍの波長及び４００ワットのパワーを有する半導体レーザーポンプ源にパワー供給し、レーザーポンプ源は、ＦＢＧをレーザー共振器の末端として有している１０のモノリシックファイバーレーザー共振器へポンプレーザービームを提供する。各モノリシックファイバーレーザー共振器は、４５３ｎｍの波長と２００ワットのパワーを有する初期レーザービームを作り出す。各初期レーザービームはガラスビームコンバイナによって組み合わされて、高度多重モードビーム品質に至るまでの限定された回折で２０００ワットを有する出力レーザービームを作り出す。
本発明の実施形態の主題である又は本発明の実施形態と関連付けられる新規で画期的なプロセス、材料、性能、又は他の有益な特徴及び特性の根底にある理論を提供する又は当該理論に取り組むうえで必要条件はないことを指摘しておく。それでもなお、本明細書にはこの領域の技術を更に進展させるための様々な理論が提供されている。本明細書に提言されている理論は、別途明示的に表明されていない限り、断じて、保護を与えられるべき特許請求の範囲に記載の発明の範囲を限定、制限、又は狭小化するものではない。本発明を利用するうえでこれらの理論は必要とならないかもしれないし又は実践されないかもしれない。更に理解しておきたいこととして、本発明は、本発明の方法、物品、材料、装置、及びシステムの実施形態の機能、特徴を解説するための新しい理論及びこれまで知られていない理論へとつながる可能性があり、その様な後発理論は保護を与えられるべき本発明の範囲を限定するものではない。
本明細書に示されているシステム、機器、技法、方法、活動、及び動作の様々な実施形態は、様々な他の活動のために使用されてもよいし、ここに示されている分野に加え他の分野で使用されてもよい。加えて、これらの実施形態は、例えば、将来開発され得る他の機器又は活動と共に；及び、本明細書の教示に基づき一部が改変され得る既存の機器又は活動と共に、使用されてもよい。更に、本明細書に示されている様々な実施形態は互いと一体に異なる様々な組合せで使用されてもよい。而して、例えば、本明細書の様々な実施形態に提供されている構成は互いと共に使用されてもよく、保護を与えられるべき本発明の範囲は、特定の実施形態、特定の実施例、又は特定の図にある実施形態に示されている特定の具現化、構成、又は配列に限定されてはならない。
発明は、その精神又は本質的な特性から逸脱することなく、ここに具体的に開示されている以外の他の形態に具現化されてもよい。説明されている実施形態は、あらゆる点で、例示にすぎず制限を課すものではないと考えられるべきである。
１００ レーザー共振器
１０１ ラマンレーザー
１０２ 光ファイバー
１０３ コア
１０４ クラッディング
１０５ 外側クラッディング
１０６ ファイバーブラッググレーティング、ＦＢＧ
１０７ 順方向光
１０７ａ レーザーの伝播
１０７ｂ 反射光
２００ レーザー共振器
２０１ ラマンレーザー
２０２ 光ファイバー
２０３ コア
２０４ クラッディング
２０５ 外側クラッディング
２０６ ファイバーブラッググレーティング、ＦＢＧ
２０７ 順方向光
２０７ａ レーザーの伝播
２０７ｂ 反射光
３１０ 第１の光ファイバー区分
３１１ 外側クラッディング
３１２ 内側クラッディング
３１３ コア
３２０、３２１ レンズ
３３０ 光学部材
３３１ 体積ブラッググレーティング、ＶＢＧ
３４０ 第２の光ファイバー区分
３４１ 外側クラッディング
３４２ 内側クラッディング
３４３ コア
３７０ａ 順方向光及び反射光
３７０ｂ レーザー伝播
４１０ 光ファイバー区分
４１１ 外側クラッディング
４１２ 内側クラッディング
４１３ コア
４１４ 光ファイバーの面
４３０ 光学部材
４３１ 体積ブラッググレーティング、ＶＢＧ
４７０ 光の入射及び出射結合
４７０ａ 光の伝播
５００ 反射部材
５０２ 光ファイバー
５０３ コア
５０４ 内側クラッディング
５０５ 外側クラッディング
５０７ 順方向及びコア内に留まる反射光
５０７ａ レーザーの伝播
５０７ｂ コアから外へ方向決めされる反射光
５３０ 光学部材
５３１ 体積ブラッググレーティング、ＶＢＧ
６００ 反射部材
６０２ 光ファイバー
６０３ コア
６０４ 内側クラッディング
６０５ 外側クラッディング
６０７ ファイバー面
６３０ レーザー作用帯
６３１ モスアイパターン
７０１ ４５７ｎｍの順方向信号を表す曲線
７０２ ４５７ｎｍの逆方向信号を表す曲線
７１１ ４６６ｎｍの順方向信号を表す曲線
７１２ ４６６ｎｍの逆方向信号を表す曲線
７２１ ４５７ｎｍの順方向信号を表す曲線
７２２ ４５７ｎｍの逆方向信号を表す曲線
７３１ ４６６ｎｍの順方向信号を表す曲線
７３２ ４６６ｎｍの逆方向信号を表す曲線
７４１ ４５７ｎｍの順方向信号を表す曲線
７４２ ４５７ｎｍの逆方向信号を表す曲線
７５１ ４６６ｎｍの順方向信号を表す曲線、
７５２ ４６６ｎｍの逆方向信号を表す曲線
８００ クラッディングのファイバー長手方向に対する角度
８０１ クラッディング
８０２ コア
８０５、８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃ、８０５ｄ ショットパターン線
８１２、８１３ クラッディング
８２０ コア
８２１ クラッディング
８２２、８２３ コア
８５０ レーザーショット
８５５、８５６ レーザー変質領域
９００ 出力パワーのグラフ
９０１ １次ラマンストークス線
９０２ ２次ラマンストークス線
１０００ レーザー共振器
１００１ 光ファイバー
１００２ コア
１００３ エンドキャップ
１００４ クラッディング
１００５ フィードバック機構
１００６ 第１反射部材
１００７ 第２反射部材
１００８ エンドキャップの面
１０１０ 反射部材間の距離
１１０２ 第１のラマン次数の誘電体被覆
１１０３ ファイバー
１１０４、１１０５ エンドキャップ

Claims (17)

  1. 約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器であって、
    ａ．コアとクラッディングとを有し全ファイバーフィードバック機構を有する光ファイバーを備え、前記フィードバック機構は第１反射部材及び第２反射部材を備え、前記第１反射部材と前記第２反射部材は、前記光ファイバーの長さ方向に沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；
    ｂ．前記第２反射部材はファイバーブラッググレーティングであり、前記ファイバーブラッググレーティングは１次ラマン光へのフィードバックを提供することができ、前記ファイバーブラッググレーティングは２次ラマン光へのフィードバックを提供することができないようにされた、レーザー共振器。
  2. 請求項１に記載のレーザー共振器において、前記ファイバーブラッググレーティングは、４００－７００ｎｍの波長領域で動作するフェムト秒パルスを使用して光ファイバー中に作られている、レーザー共振器。
  3. 請求項１に記載のレーザー共振器において、前記コアはリンドープされたコアであり、前記ファイバーブラッググレーティングは前記コア中に配置されている、レーザー共振器。
  4. 請求項１に記載のレーザー共振器において、前記コアは感光性ドーパントでドープされておらず、それにより前記コアは感光性ドーパント不含であり；当該レーザー共振器は、約５００ｎｍより下の波長のレーザービームを作り出すことができる、レーザー共振器。
  5. 請求項１に記載のレーザー共振器において、前記ファイバーブラッググレーティングは、前記光ファイバー中に光波方向に対する垂直入射で刻まれていて；それにより前記光ファイバーの前記コア内にフィードバックを提供する、レーザー共振器。
  6. 約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器であって、
    ａ．コアとクラッディングとを有し全ファイバーフィードバック機構を有する光ファイバーを備え、前記フィードバック機構は第１反射部材及び第２反射部材を備え；前記第１反射部材と前記第２反射部材は光ファイバーの長さ方向に沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；
    ｂ．前記第２反射部材はファイバーブラッググレーティングであり、前記ファイバーブラッググレーティングは或る次数のラマン光の利得スペクトルの全体に亘るフィードバックを提供することができ、他の全ての次数のラマン光へのフィードバックは提供しないようにされた、レーザー共振器。
  7. 約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器であって、
    ａ．コアとクラッディングとを有し全ファイバーフィードバック機構を有する光ファイバーを備え、前記フィードバック機構は第１反射部材及び第２反射部材を有し；前記第１反射部材と前記第２反射部材は前記光ファイバーの長さ方向に沿って配置されていて間に或る距離を画定しており；
    ｂ．前記第２反射部材はファイバーブラッググレーティングであり、前記ファイバーブラッググレーティングは２次ラマン光への損失を提供することができ、他の全ての次数のラマン光へのフィードバックは提供しないようにされた、レーザー共振器。
  8. 請求項７に記載のファイバーブラッググレーティングにおいて、前記ファイバーブラッググレーティングはファイバー結合型体積ブラッググレーティングである、ファイバーブラッググレーティング。
  9. 請求項２に記載のレーザー共振器において、前記ファイバーブラッググレーティングは、前記光ファイバー中に光波方向の法線に対して角度を付けて刻まれていて；それにより前記ファイバーブラッググレーティングは伝播モードを前記ファイバーの前記コアから外へ向け直すことができる、レーザー共振器。
  10. 請求項２に記載のレーザー共振器において、前記ファイバーブラッググレーティングは、前記光ファイバー中の光波方向の法線に対して湾曲した形状に刻まれていて；それにより前記ファイバーブラッググレーティングはｎモードのみを前記ファイバーの前記コアの中へと戻すように向け直すことができ、ここにｎは１から４まで変わり得る、レーザー共振器。
  11. 約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長領域のレーザービームを生成するためのレーザー共振器であって、
    ａ．コア及びエンドキャップとクラッディングとを備え全ファイバーフィードバック機構を有する光ファイバーを備え、前記フィードバック機構は、前記ファイバー中に配置されている第１反射部材及び前記エンドキャップ中に配置されている第２反射部材を備え；前記第１反射部材と前記第２反射部材は前記光ファイバーの長さ方向に沿って配置されていて間に或る距離を画定しており、
    ｂ．前記第２反射部材はブラッググレーティングであり、前記ブラッググレーティングは或る次数のラマン光へのフィードバックを提供することができる、光ファイバーを備えている、レーザー共振器。
  12. 請求項１１に記載のレーザー共振器において、前記ブラッググレーティングは１次ラマン光へのフィードバックを提供することができる、レーザー共振器。
  13. 請求項１１に記載のレーザー共振器において、前記ブラッググレーティングは２次ラマン光へのフィードバックを提供することができない、レーザー共振器。
  14. 請求項１２に記載のレーザー共振器において、前記ブラッググレーティングは２次ラマン光へのフィードバックを提供することができない、レーザー共振器。
  15. 請求項１１に記載のレーザー共振器において、前記ブラッググレーティングは前記光ファイバーのエンドキャップの中に光波方向に対する垂直入射で書き込まれていて、前記ブラッググレーティングは前記光ファイバーのＮＡに整合するように湾曲しており、それにより前記ブラッググレーティングは前記光ファイバーの前記コア内にフィードバックを提供する、レーザー共振器。
  16. 請求項１１に記載のレーザー共振器において、前記ブラッググレーティングはラマン利得スペクトル内の特定の波長のフィードバックを提供する、レーザー共振器。
  17. 請求項１１に記載のレーザー共振器において、前記ブラッググレーティングはラマン利得スペクトル全体に亘るフィードバックを提供する、レーザー共振器。
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