JPH11506871A - 光ファイバレーザーシステム及び対応するレイジング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光ファイバレーザーシステム及び対応するレイジング方法は、一次レーザー信号を増幅して複数の二次レーザー信号に分割する。光ファイバレーザーシステムは例えば配分モジュール等の配分手段を有し、配分手段は、マスタ発振器により生成された一次レーザー信号を複数の二次レーザー信号に分割する。配分モジュールは例えば光ファイバ増幅器等の増幅手段を含み、増幅手段は一次レーザー信号を増幅し、配分モジュールは更に信号パワースプリッタを含み、前記スプリッタは、増幅された一次レーザー信号を複数の二次レーザー信号に分割する。二次レーザー信号は、例えば別の光ファイバ増幅器を含むパワー増幅モジュール等により更に増幅される。二次レーザー信号は再合成され、これにより、一次レーザー信号の所定パワーレベルより高いパワーレベルを有するレーザー出力が生成される。二次レーザー信号を合成するプロセスの間に二次レーザー信号はコリメートされ、二次レーザー信号の相対的位相は、結果のレーザー出力が所定位相プロフィル及び比較的高いビーム品質を有するように制御可能に変調される。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバレーザーシステム及び対応するレイジング方法 関連分野 この明細書は１９９５年６月７日に提出された米国特許出願第０８／４７１． ８７０号明細書の部分継続であり、その内容全体が本明細書に明示的に組込まれ れている。 発明の分野 本発明は一般的に、レーザーシステム及び対応するレイジング方法に関連し、 詳細には、光ファイバ増幅器及び対応するレイジング方法を使用するレーザーシ ステムに関する。 発明の背景 レーザーは現在では広い用途に使用されている。例えばレーザーは、材料を切 削、溶接、熱処理、穿孔、トリミング及びコーティングする等により材料を処理 するために使用される。レーザーは、塗料を剥離し、コーティングを除去し、表 面をクリーニングし、レーザーマーキングを形成するためにも使用される。レー ザーは例えば単一モード光ファイバ等を介して種々の医療及びその他の用途に直 接に適用される。 レーザーは、レーザー武器及びレーザー測距システムを含む軍事用途にも益々 使用されている。更に、レーザー信号が例えばエルビウムによりドープされたフ ァイバ増幅器等により例えば差分周波数偏移変調等の所定のフォーマットで伝送 されるレーザー通信システムが開発された。１つのより特定の用途ではレーザー は、例えば金属、酸化、合成、液体又はガス状表面等の照射された表面にプラズ マを生成することが可能である。照射表面におけるプラズマ生成により、例えば Ｘ線リソグラフィに使用されるＸ線等のＸ線を生成することが可能である。 レーザーは現在では種々の用途に使用され、前述の用途はぞれらのうちのごく 一部にすぎず、レーザーシステムが将来に使用される用途の数及び多様性は増加 するものと予測される。従ってタスクの異なるタイプのレーザーシステムが開発 された。これらのレーザーシステムはガスレーザー、固体レーザー、半導体レー ザー、色素レーザー、エキシマーレーザー、化学レーザーを含む。 しかし、レーザーが使用される用途の数が増加するにつれて、レーザーシステ ムへの要求も益々厳しくなっている。例えば軍事、材料処理、医療及び通信用途 を含む多数の用途は、まずマスタより高いパワーレベルを放射する連続波レーザ ーを要求する。更に多数の用途は、レーザーシステムが、例えば主に又は完全に 基本的すなわちＴＥＭ₀₀モード特性等を示す高品質の出力ビームを生成すること を要求する。従って出力ビームは、より高い輝度を達成するためにより明確に集 束されることが可能である。同時に多数の用途は、レーザーシステムが、適応可 能又は動的に制御可能である出力ビームを生成することを要求する。従って出力 ビームは、用途により要求されるように情報を伝達するために、又は正確に制御 されたパワー又はフルエンスレベルを生成するために変調されることが可能であ る。 レーザーシステムは、増加する数の用途に使用されるので、レーザーシステム は、通常は、比較的堅固で、軽量で、異なる環境条件の中で動作でき、メンテナ ンス可能で、使用可能でなければならず、しかもその際、過剰なコスト又は使用 不能時間が発生してはならない。更にレーザーにより消費される又は放射される 材料は、有利には、危険でなく、環境にやさしくなければならない。更にしばし ば、レーザーが、比較的高い輝度を有する出力ビームを生成し、例えば振幅変調 、周波数変調及び位相変調等の種々の変調が容易に可能であることが望ましい、 何故ならばこれによりレーザーシステムの融通性が高められるからである。種々 の レーザーシステムが、前述の用途のうちの１つ以上に用いられるために開発され たが、従来のレーザーシステムのうちの皆無ではなくとも僅かしか、前述の特徴 を提供し、しかもその際、比較的大きいパワーを有する高品質出力ビームを提供 しない。 発明の要約 従って本発明の目的は、改善されたレーザーシステム及び対応する増幅方法を 提供することにある。 本発明の別の１つの目的は、制御可能な出力ビームを有する改善された連続波 レーザーシステムを提供することにある。 本発明の更に別の１つの目的は、出力パワーの比較的高いレベルを提供する改 善されたレーザーシステムを提供することにある。 本発明の更に別の１つの目的は、特定の用途の特定の要求を満足するために容 易に変更又はスケールされることが可能である適応形又はモジュール形レーザー システムを提供することにある。 これら及びその他の目的は本発明の１つの実施の形態では、一次レーザー信号 を増幅し、増幅された一次レーザー信号を複数の二次レーザー信号に分割し、二 次レーザー信号を再合成して、一次レーザー信号の所定パワーレベルより高いパ ワーレベルを有する高い輝度のレーザー出力を畝閲すことにより達成される。複 数の二次レーザー信号は、それらの再合成の前に個別に合成されることも可能で ある。 従って本発明は、スケール可能なレーザーアーキテクチャを提供し、このアー キテクチャは、数ワット〜数メガワットの出力ビーム、連続波動作、高い輝度を 含む高いビーム品質、出力ビームの変調の容易性、及び高い電気的から光学的へ の動作効率を有するレーザーを任意の所望の組合せで設計及び製造することを可 能にする。更に本発明の光ファイバレーザー及び対応する方法は、有利にはレー ザービームの空間コヒーレンスを維持する光ファイバ増幅器によりレーザー信号 の増幅に少なくとも部分的には起因して比較的高い輝度を有する単一モードレー ザー出力を効率的に生成することが可能である。 本発明の光ファイバレーザーシステムは、所定波長及び所定パワーレベルを有 する一次レーザー信号を生成するマスタ発振器を含む。マスタ発振器も有利には 、所定波面及び所定線幅を有する一次レーザー信号を生成する。マスタ発振器は 、例えば振幅、位相又は周波数等の一次レーザー信号の１つ以上の特性を変調す る変調手段を含むこともある。変調手段は外部コマンドに応答する。 光ファイバレーザーは増幅手段も含み、増幅手段は一次レーザー信号に応答し 、増幅手段は一次レーザー信号を増幅し、これにより、一次レーザー信号の所定 パワーレベルより高いパワーレベルを有する信号を生成する。光ファイバレーザ ーシステムは、一次レーザー信号を複数の二次レーザー信号にスプリット及び配 分する手段も有する。１つの有利な実施の形態では配分手段は信号パワースプリ ッタ及び複数の光波ガイドを有し、これにより一次レーザー信号は複数の二次レ ーザー信号に分割されることが可能となる。配分手段はモジュールとして構成さ れることが可能であり、レーザー信号を増幅する増幅手段を含むこともある。例 えば配分モジュールは例えば光ファイバ増幅器又は集積能動光増幅器等の光増幅 器を含むこともあり、これにより一次レーザー信号が増幅される。 光ファイバレーザーシステムは、二次レーザー信号のうちの１つ以上を増幅し て複数の三次レーザー信号に分割する例えば二次配分モジュール等の手段も含む こともある。従って本発明の光ファイバレーザーは、一次レーザー信号の制御さ れた増幅及び分割を提供し、これにより、レーザー出力の結果のパワーは特定の 用途の要求に調整される又はスケールされることが可能となる。 １つの実施の形態では光ファイバレーザーの増幅手段は、二次レーザー信号の うちの少なくとも１つの二次レーザー信号を更に増幅する例えば光ファイバ増幅 器等の手段を含む。１つの有利な実施の形態では、例えば光ファイバ増幅器等の 二次レーザー信号を増幅する手段が、それぞれの二次レーザー信号を増幅する増 幅モジュールの中に配置されている。二次レーザー信号のうちの１つ以上の二次 レーザー信号を増幅することにより光ファイバレーザーシステムは、一次レーザ ー信号の所定パワーレベルより高いパワーレベルを有するレーザー出力を生成す る。 配分手段はポンプソースを含むこともあり、ポンプソースは、一次レーザー信 号が増幅されるように光ファイバ増幅器をポンピングする。この実施の形態では 光ファイバ増幅器は有利には、例えばイッテルビウム、ネオジム、プラセオジム 、エルビウム、ホルミウム及びツリウム等の１つ以上の希土類元素によりドープ されたコアを有する光ファイバである。配分手段はモニターも含むこともあり、 モニターは、複数の二次レーザー信号のうちの少なくとも１つの二次レーザー信 号と、ポンプソースにより注入されたポンプパワーとを個別に検出し、これによ り、配分モジュール及びポンプソースが適切に動作しているこか確認される。 パワー増幅モジュールの光ファイバ増幅器はデュアルコア光ファイバであるこ ともある。デュアルコア光ファイバは、例えばイッテルビウム、ネオジム、プラ セオジム、エルビウム、ホルミウム又はツール等の１つ以上の希土類元素により ドープされた内側コアを有し、更に、内側コアを包囲する外側コアを有し、更に 、外側コアを包囲するクラッディング層を有する。パワー増幅モジュールは、光 ファイバ増幅器をポンピングする少なくとも１つのポンプソースも含む。１つの 実施の形態ではデュアルコア光ファイバの外側コアは所定横断面寸法、形状及び 開口数を有する。この実施の形態ではポンプソースはレーザーソースを含み、レ ーザーソースは、外側コアの所定横断面寸法、形状及び開口数にマッチされてい る所定寸法、形状及び開口数を有するレーザービームを放射する。従って、レー ザーのモードを光ファイバのモードにマッチすることにより、ポンプ信号がレー ザ ーソースから出射されて光ファイバ増幅器の外側コアに結合される際の効率が最 大化される。 １つの実施の形態ではパワー増幅モジュールは、複数の配分されたポンプソー スを含み、ポンプソースは、間隔を置いて配置されている複数の領域内の光ファ イバ増幅器をポンピングする。別の１つの実施の形態ではパワー増幅モジュール の光ファイバ増幅器は第１の及び第２の直列接続された光ファイバ増幅器を含む 。この実施の形態ではポンプソースは、第１の及び第２の光ファイバ増幅器を、 二次レーザー信号がこの増幅器を通過して伝送される方向に対して反対の方向又 は同一及び反対の方向で同時にポンピングすることが可能である。 別の１つの実施の形態ではパワー増幅モジュールは第１の及び第２のポンプソ ースを含み、これにより、それぞれ第１の及び第２のの異なる偏光状態をそれぞ れ有するそれぞれのポンプ信号を生成する。この実施の形態ではパワー増幅モジ ュールは偏光ビームコンバイナーを含み、このコンバイナーは、第１の及び第２ のポンプソースのそれぞれのポンプ信号を合成して、第１の及び第２の偏光状態 の組合せである混合偏光状態を有する合成ポンプ信号を生成し、この合成ポンプ 信号は、いずれのポンプ信号の輝度よりも高い輝度を有する。 代替的に第１の及び第２のポンプソースは、それぞれ第１の及び第２の異なる 波長をそれぞれ有するそれぞれのポンプ信号を生成することが可能であり、パワ ー増幅モジュールはダイクロイックビームコンバイナーを含み、このコンバイナ ーは第１の及び第２のポンプソースのそれぞれのポンプ信号を合成して、第１の 及び第２の色を有する混合波長を有する合成ポンプ信号を生成し、合成ポンプ信 号は、いずれの個々のポンプ信号の輝度よりも高い輝度を有する。 更にパワー増幅モジュール又は配分モジュールの光ファイバ増幅器は１つ以上 のフィルタを内蔵し、フィルタは選択的に、一次レーザー信号の所定波長とは異 なる波長を有する光信号を除去する。従って、一次レーザー信号の波長とは異な る波長でラーマン散乱又はその他の非線形効果を介して光ファイバ増幅器により スプリアス的に生成されたいかなる光信号も、除去されないまでも減衰される。 スプリアス的に生成された光信号は有利には、所定時間間隔で減衰され、これに より一次レーザー信号のゲイン低減が阻止される。 光ファイバレーザーシステムはビームコンバイニング手段も含み、ビームコン バイニング手段は複数の二次レーザー信号を合成して、一次レーザー信号の所定 パワーレベルより高いパワーレベルを有する単一レーザー出力ビームを形成する 。ビームコンバイニング手段は、例えば勾配屈折率レンズ素子、バイナリ光学レ ンズ素子及び表面回屈折レンズ等、複数の二次レーザー信号のうちのそれぞれ１ つの二次レーザー信号をコリメートする複数のレンズ素子を含む。複数のレンズ 素子も所定アパーチュアを充填することが可能である。 １つの実施の形態のビームコンバイニング手段は、例えば振幅及び／又は位相 等の複数の二次レーザー信号のうちの１つ以上の二次レーザー信号の少なくとも １つの所定特性を制御する手段も含む。例えばビームコンバイニング手段は、二 次レーザー信号のそれぞれの二次レーザー信号それぞれの位相を制御する手段を 含む。従ってこの実施の形態のビームコンバイニング手段は、アパーチュアの表 面にわたり所望の同位相波面を生成し、これにより、複数の二次レーザー信号を 単一で高品質で大きいパワーのレーザー出力ビームにコヒーレントに合成するこ とが可能となる。別の１つの実施の形態ではビームコンバイニング手段は、例え ばそれぞれのレーザー増幅モジュールのゲインを調整する等により二次レーザー 信号のうちのそれぞれの二次レーザー信号の振幅を制御することが可能である。 従ってこの実施の形態のビームコンバイニング手段は非常に高品質のレーザー出 力ビームを生成することが可能であり、しかもその際、所定アパーチュアの寸法 のアパーチュアの中の回折効果により発生される液晶はの中のサイドローブに失 われるパワーを最小化する。 二次レーザー信号のそれぞれの位相を制御するためにビームコンバイニング手 段は、例えば液晶変調器、電気光学位相変調器又はインライン光ファイバ位相変 調器等の複数の位相変調器素子を有する位相変調器アレイを含み、これにより、 複数の二次レーザー信号のうちのそれぞれの二次レーザー信号の位相を制御可能 に調整することが可能となる。代替的に配分手段は複数の位相変調器を含み、こ れにより、ビームコンバイニング手段からの制御信号に応答して複数の二次レー ザー信号のうちのそれぞれの二次レーザー信号の位相を制御可能に調整すること が可能となる。 １つの実施の形態のビームコンバイニング手段は検出器アレイも含み、検出器 アレイは複数の検出器素子を有し、検出器素子はそれぞれの二次レーザー信号を 、所定位相を有する基準信号と比較する。更にビームコンバイニング手段は位相 制御手段を含み、位相制御手段は位相制御信号を位相変調器アレイ、又は配分手 段の複数の位相変調器に供給する。従って複数の位相変調器及び位相変調器アレ イの複数の素子は、位相制御信号に応答して複数の二次レーザー信号のそれぞれ の位相を調整し、この調整により、複数の二次レーザー信号は基準信号の所定位 相に対して所定位相関係を有することが可能となる。 この実施の形態のビームコンバイニング手段は、基準信号を生成する手段と、 基準信号の位相を制御可能に調整する位相変調器とを含むこともある。有利には 基準信号は一次レーザー信号か又は二次レーザー信号のうちの１つの二次レーザ ー信号から導出される。代替的に、基準信号を生成する手段は、所定位相を有す る基準信号を生成する基準レーザーソースを含み。いずれの場合にも、光ファイ バレーザーと、とりわけビームコンバイニング手段とは、複数の二次信号の位相 を制御することが可能であり、これにより、アパーチュアにわり安定して正確な 所定の位相プロフィル又は位相テーパを有するレーザー出力を生成することが可 能となる。 １つの代替実施の形態のビームコンバイニング手段は検出器を含み、検出器は 二次レーザー信号の強度を検出する。検出強度を基礎にして位相制御手段は二次 レーザー信号のそれぞれの位相を調整し、これにより所定の位相関係が形成され る。例えば二次レーザー信号は例えば変換レンズ等により集束面の中の中央スポ ットに集束されることが可能である。次いでこの実施の形態の位相制御手段は二 次レーザー信号のそれぞれの位相を調整し、これにより中央スポットの外部の光 の強度が最小化される。例えば大気境界層効果等によりビームコンバイニング手 段の下流で導入された信号摂動を補償するためにいずれの実施の形態のビームコ ンバイニング手段も位相変調器アレイも含み、位相変調器アレイは所定波面を二 次レーザー信号に強制する。 光ファイバ増幅器等の増幅器手段により実現される増幅に少なくとも部分的に 起因して本発明の光ファイバレンジは、比較的高いパワーレベルを有するレーザ ー出力を生成する。レーザー信号を、それらの再合成の前に適切に増幅し分割す ることによりレーザーの出力パワー能力は、所定の方法でスケールされることが 可能である。この所定出力パワー能力の中でレーザーの実際の出力パワーは、レ ーザーの中の光ファイバ増幅器のゲインを調整することにより所望のように制御 されることが可能である。更に結果のレーザー出力のビーム品質は正確に制御さ れ、これにより、所定位相プロフィル又は比較的高い輝度を有する単一モード出 力ビームが効率的に生成されることが可能となる。本発明の光ファイバレーザー システムにより生成される制御可能なビーム品質及びスケール可能なパワーレベ ルの結果として、光ファイバレーザーシステムは、精度及び大きいパワーを要求 する用途を含む多数の種々の用途に使用されることが可能である。 図面の簡単な説明 図１は本発明の光ファイバレーザーシステムの１つの実施の形態のコンポネン トを示すブロック回路図、図２は本発明の光ファイバレーザーシステムのマスタ 発振器を含むレーザー信号ソースの１つの実施の形態のブロック回路図、図３複 数のマスタ発振器及びレーザー信号変調器を示す本発明の光ファイバレーザーシ ステムのレーザー信号水素の別の１つの実施の形態のブロック回路図、図４は本 発明の光ファイバレーザーシステムの配分ネットワークの１つの実施の形態を示 すブロック回路図、図５は配分ネットワークが信号パワースプリアスの上流の光 増幅器及び対応するポンプソースを含む本発明の光ファイバレーザーシステムの 配分モジュールの１つの実施の形態を示すブロック回路図、図６は二次レーザー 信号のうちのそれぞれの１つの二次レーザー信号に対応する複数の位相変調器も 含む本発明の光ファイバレーザーシステムの配分モジュールの別の１つの実施の 形態を示すブロック回路図、図７は配分モジュールが信号パワースプリッタの上 流の光増幅器と二次レーザー信号及び／又はポンプパワーを監視するモニターと を含む本発明の光ファイバレーザーシステムの配分モジュールの１つの実施の形 態を示すブロック回路図、図８は配分モジュールが信号パワースプリッタの上流 の光増幅器と二次レーザー信号及び／又はポンプパワーを監視するモニターと二 次レーザー信号のうちのそれぞれの１つの二次レーザー信号に対応する複数の位 相変調器とを含む本発明の光ファイバレーザーシステムの配分モジュールの１つ の有利な実施の形態を示すブロック回路図、図９は複数の二次配分モジュールと 複数のパワー増幅モジュールを示し更にビームコンバイニング手段による複数の 光増幅器の出力の合成を示す本発明の１つの実施の形態の光ファイバレーザーシ ステムを部分的に略示するブロック回路図、図１０は本発明の光ファイバレーザ ーシステムを略示するブロック回路図、図１１は本発明の光ファイバレーザーシ ステムの１つの実施の形態のパワー増幅モジュールを略示するブロック回路図、 図１２は密に詰込まれたレンズ素子のアレイを含む本発明の光ファイバレーザー システムの１つの実施の形態のビームコンバイニング手段略示する概略図、図１ ３は密に詰込まれたレンズ素子も含む本発明の光ファイバレーザーシステムの別 の１つの実施の形態のビームコンバイニング手段を略示する概略図である。 有利な実施の形態の詳細な説明 本発明がより詳細に、本発明の１つの有利な実施の形態が示されている添付図 面を参照して以下において説明される。しかし本発明は多数の異なる形で実施さ れることが可能であり、本明細書に記載の実施の形態に制限されると見なされて はならない。むしろ、この実施の形態は、この開示が完全完璧であり本発明の範 囲を当業者に完全に伝えるために提供される。同一の部分は同一の参照番号によ り示されている。 図１において、本発明の１つの実施の形態による光ファイバレーザーシステム が示されている。光ファイバレーザーシステムはレーザー信号ソース１１を含み 、レーザー信号ソース１１は例えばダイオードによりポンピング（励起）される ダイオードポンプ形ファイバレーザー、単一モードダイオードレーザー、ダイオ ードポンピング形モードロック発振器又はダイオードポンピング形ロッド又はス ラブ又はミラー等のマスタ発振器１２を含む。マスタ発振器は有利には、所定波 長及び所定パワーレベルを有する一次レーザー信号を出力する。例えば一次レー ザー信号は１０６４ｍＷの所定波長及び２０ｍＷの所定パワーレベルを有する。 しかし一次レーザー信号は別の波長及びパワーレベルを本発明の精神及び範囲か ら逸脱すること無しに有することが可能である。更にマスタ発振器は通常は、例 えばＴＭ₀₀等の所定波面及び所定線幅を有する一次レーザー信号を出力する。例 えばマスタ発振器の所定線幅は有利には、レーザー信号ソース１１の結果のコヒ ーレンス長が、本発明の光ファイバレーザーシステムの中の最大パス長差より長 いように選択されている。 マスタ発振器１２は有利には単一モード一次レーザー信号を出力する。更にマ スタ発振器は有利には、連続波（ｃｗ）一次レーザー信号を発生する。しかし図 ２に示されているようにレーザー信号ソース１１は、マスタ発振器により出力さ れる一次レーザー信号の振幅又は位相を変調するためのレーザー信号変調器１３ を含むことも可能である。レーザー信号変調器は、マスタ発振器が本発明の精神 及び範囲から逸脱すること無しに例えば長いパルス又は短いパルス等の種々の波 形を発生することができるように例えば振幅変調又は位相変調等の種々の技術に より一次レーザー信号を変調することができる。更にレーザー信号変調器は、図 ２に示されているように外部信号により制御されることが可能である。従って従 ってマスタ発振器は効果的に、後述するように光ファイバレーザーシステム１０ 全体のためのスペクトル及び時間的波形を形成する。 当業者には自明なようにマスタ発振器１２は直接的又は間接的に変更されるこ とが可能である。マスタ発振器及び現行の変調の強度とに依存してマスタ発振器 信号は、振幅、周波数及び位相において変調されることが可能である。 従って１つの有利な実施の形態ではレーザー信号ソース１１は、マスタ発振器 １２のレーザー共振器に対して外部の変調を提供するレーザー信号変調器１３を 含む。この実施の形態ではレーザー信号変調器は、マスタ発振器と同一の基板に 直接的に集積されるか、又はマスタ発振器から物理的に分離されていることも可 能である。レーザー信号変調器が物理的にマスタ発振器から分離されている実施 の形態ではレーザー信号ソースは選択的に、マスタ発振器により出力された信号 をレーザー信号変調器の中に発射するためにカップリングレンズ１７を含むこと も可能である。この実施の形態ではレーザー信号変調器は有利には選択的に、後 述のように例えば偏光子・ファラデー旋光器・偏光子等の光アイソレーター１５ によりマスタ発振器から隔離されている。 当業者には自明なように効果的フィードバックは、レーザーシステム１０全体 にわたり光学的反射により、信号増幅の間に増幅された自然放出から生成される 。効果的フィードバックは、レーザーのアレイからのビームの形成を妨害するマ スタ発振器１２の時間的安定性に対して破壊的である。従って、望ましくない逆 方 向伝搬パワーは有利には、例えば１つ以上の光アイソレーター１５等によりレー ザーシステムの中で抑圧される。光アイソレーターにより、マスタ発振器により 放出された信号は、順方向で伝搬することができ、他方、逆方向伝搬ノイズは抑 圧される。 図１及び９に示されているように光ファイバレーザーシステム１０は、マスタ 発振器１２により生成された一次レーザー信号を複数の二次レーザー信号に分割 する手段を有する配分ネットワーク１４も含む。配分ネットワークは有利には、 二次レーザー信号の中の一次レーザー信号の重要な特性を保持する。例えば二次 レーザー信号は有利には、一次レーザーショットキーに対して所定の周波数及び 振幅関係を有する。 図９に示されているようにそして以下に説明されるように配分ネットワーク１ ４の１つの有利な実施の形態は、１つ以上の配分モジュール１４ａを含み、それ ぞれの配分モジュール１４ａは、一次レーザー信号を複数の二次レーザー信号に 分割する手段を含む。配分ネットワークと、１つの実施の形態では配分モジュー ルとは有利には、例えばファイバライトガイド及び集積光波ガイド（光導波路） 等の複数の光波ガイドを含む。しかし当業者には、配分モジュールが以下におい て詳細に示され説明されるが、一次レーザー信号を分割する手段を含む配分手段 は必ずしもモジュール化されている必要はないことは自明である。 図１に示されているように光ファイバレーザーシステム１０は、光ファイバレ ーザーの中の信号を増幅するパワー増幅手段３０も含む。例えば増幅手段は、一 次レーザー信号が複数の二次レーザー信号に配分モジュール１４ａにより分割さ れる前に一次レーザー信号を増幅することも可能である。代替的に増幅手段は個 別に、配分モジュールの下流の二次レーザー信号を増幅することも可能であり、 配分モジュール自身が増幅手段の少なくとも一部を含むことも可能である。 図５に示されているように配分モジュール１４ａは、増幅手段の一部を形成す る例えば光ファイバ増幅器１６等の光増幅器を含むことも可能である。図示の実 施の形態では光ファイバは、一次レーザー信号を受信及び増幅することも可能で ある。代替的に配分モジュールは複数の光増幅器を含み、それらのうちの１つが 個別にそれぞれの二次レーザー信号を増幅することも可能である。１つの実施の 形態の光ファイバ増幅器は、例えばイッテルビウム、ネオジム、プラセオジム、 エルビウム、ホルミウム及びツリウム等の１つ以上の希土類元素によりドープさ れたコアを有する光ファイバを含む。更に、光ファイバ増幅器の比較的長い長さ に起因して光ファイバ増幅器は、パッケージ化の必要性を最小化するためにルー プにされることが可能である。 図６〜８に示されているように配分モジュール１４ａは、一次レーザー信号が 増幅されるように光ファイバ増幅器１６をポンピングするための例えばレーザー ダイオード、複数の個々のエミッタを有するレーザーダイオードアレイ、光ファ イバレーザー又はその他の適切なポンプレーザー等のポンプソース１８も含む。 当業者には自明なようにポンプソースは所定波長のポンプ信号を光ファイバ増幅 器に供給し、光ファイバ増幅器は、例えば希土類元素等のドープ剤を励起し、こ れにより一次レーザー信号は光ファイバ増幅器の中を伝送される。有利にはポン プ信号の波長は、一次レーザー信号の所定波長とは異なる。例えば一次レーザー 信号は、１０６４ナノメータ所定波長を有することも可能であり、ポンプ信号は ８０８ナノメータの波長を有することも可能である。しかし、希土類元素により ドープされたコアを有する光ファイバ増幅器のためには一次レーザー信号及びポ ンプ信号の双方の波長は有利には、希土類イオンの複数の吸収帯域うちの１つの 吸収帯域又は代替的に希土類イオンの分離している吸収帯域の中にある。 図１０に同様に示されているように配分モジュール１４ａは、一次レーザー信 号とポンプ信号とを合成するための及び合成信号を光ファイバ増幅器１６に結合 するための例えばダイクロイックキューブ、ダイクロイックフィルタ及びヒュー ズされたファイバカプラ等のダイクロイックビームコンバイナー４２を含むビー ムコンバイナー２０を含むことも可能である。一次レーザー信号を含む光学信号 は、二次レーザー信号及びポンプ信号は有利には、光ファイバ増幅器と、例えば ビームコンバイナー等の種々の光学素子に、例えばコリメートレンズ又は集束レ ンズ等の１つ以上のレンズ素子２２により結合され、これは図１０に概略的に示 され、当業者には自明である。 配分モジュール１４ａは、図４〜７に示されているように増幅された一次レー ザー信号を複数の二次レーザー信号に分割するための光波ガイド信号スプリッタ 又は信号パワースプリッタ２４も含む。有利には信号パワースプリッタは、二次 レーザー信号の周波数及び波長が変化されないように例えば３ｄＢファイバカプ ラ又は１・Ｎ単一モードスター（星形）カプラ等の受動カプラである。一次レー ザー信号は任意の所定数の二次レーザー信号に分割されることが可能である。し かし、より高いパワーレベルを有するレーザー出力は通常は、一次レーザー信号 の分割を増加することにより生成される、何故ならばこれにより更なる増幅が後 述のように可能となるからである。従ってレーザーシステム設計者は、特定の用 途のための要求を考慮して一次レーザー信号の増幅及び分割を最適化できる。 図７，８及び１０に同様に示されているように配分モジュール１４ａはモニタ ー２６を含むこともあり、モニター２６は１つ以上のレンズ素子２２、複数の二 次レーザー信号のうちの少なくとも１つを検出する検出器８６、及びポンプソー ス１８により注入されたポンプパワー又はポンプフルアンスの少なくとも一部を 検出するための検出器８７を含む。従ってモニターは、配分モジュール及び／又 はポンプソースが適切に動作していることを確認でき、任意の動作欠陥が容易に 検出及び修理される。 配分モジュール１４ａと、とりわけ光ファイバ増幅器１６とは、例えばファイ バ格子、ダイクロイックフィルタ、複屈折インラインフィルタ、光ファイバ増幅 器の不等パス又は適切にドープされたコアを有するマッハ・ツェーンダフィルタ 等のフィルタ２８も含む。フィルタは有利には帯域フィルタであり、帯域フィル タは有利には、一次レーザー信号の所定波長を中心に位置する所定領域の波長の 外部の波長を有する信号を除去する。従って例えば一次レーザー信号の波長とは 異なる波長で光ファイバ増幅器の中でラーマン散乱又はその他の非線形効果によ り生成されるスプリアス光信号は選択的に、所定の間隔で除去されないまでの減 衰され、これにより、光ファイバ増幅器の中の散乱の効果が消去され、とりわけ 、一次レーザー信号の望ましくない望ましくないゲイン（利得）低減が阻止され る。 光ファイバ増幅器１６の中の散乱により導入されたスプリアス信号は、フィル タリング等の除去されることが可能であり、これに対してその代りにスプリアス 信号は、光ファイバ増幅器の中を通過して伝搬し、その際に増幅されることが可 能である。次いで例えばフィルタリングにより、一次レーザー信号の所定波長を 有する信号を抑圧することにより光ファイバレーザーシステム１０は、散乱プロ セスの間に生成され所定波長とは異なる波長を有する光信号の増幅及び伝送を支 援することが可能である。 図示されていないにもかかわらず、例えばそれぞれの配分モジュール１４ａ及 び／又はパワー増幅モジュール３０ａ等のそれぞれのモジュールは有利には、逆 方向伝搬信号を最小化する手段を含む。このような手段は、モジュールの１つ以 上の入力ポート及び／又は１つ以上の出力ポート配置されることが可能である。 例えば例えば前述のように適切な偏光子を有するファラデー旋光器（回転子）素 子等の光アイソレーターは、例えば増幅された自然放出等の逆方向伝搬信号をブ ロックするために１つ以上の入力及び／又は出力ポートに配置されている。更に 例えば配分モジュール等のモジュールのそれぞれの入力及び出力ポートは、光フ ァイバコネクタを有することもある。 図９に示されているように光ファイバレーザーシステム１０は、二次及び三次 配分モジュールを含む例えば付加的な配分モジュール１４ａ等の、二次レーザー 信号を更に増幅及び分割する手段を含むこともある。これらの付加的な配分モジ ュールにより生成された信号も有利には、一次レーザー信号の重要な特性を含む 。例えばこれらの信号は通常は、一次レーザー信号に対して所定周波数及び振幅 関係を有する。配分モジュールの２つのカスケード状レベルが示されており、こ れに対して光ファイバレーザーシステムは、本発明の精神及び範囲を逸脱するこ と無しに配分モジュールの付加的レベルを含むことも可能である。更なる増幅に 起因して、合成された信号により形成される結果のレーザー出力は、更に増加さ れることが可能である。従って本発明の光ファイバレーザーシステムにより形成 される出力パワーは、レーザー出力の結果のパワーレベルが、レーザーシステム の中を伝搬するレーザー信号の増幅及び分割程度を制御可能に選択することによ り特定の用途の要請を急速にして選択されることが可能であるようにスケール可 能である。 図１、９及び１１に概略的に示されているように光ファイバレーザーシステム １０の増幅手段は、図９に示されているように１つ以上のパワー増幅モジュール ３０ａも含むこともあり、それぞれのパワー増幅モジュール３０ａは、信号を増 幅する手段を含む。図示のように１つの実施の形態のパワー増幅モジュールは、 少なくとも１つの配分モジュール１４ａの下流に位置し、これによりそれぞれの 二次レーザー信号を受信することが可能となる。図９に概略的に示されている１ つの有利な実施の形態ではパワー増幅モジュールは、複数の二次レーザー信号の それぞれに対応している。更にパワー増幅モジュールは有利には、図９に同様に 示されている最も下流に位置する配分モジュールの下流に位置し、これにより、 その際に形成される二次又は三次信号が増幅されることが可能となる。しかし代 替的実施の形態ではパワー増幅モジュールは配分モジュールの上流に位置し、こ れにより一次レーザー信号が増幅され、又はパワー増幅モジュールは配分モジュ ールの中に組込まれ、これにより一次又は二次レーザー信号が増幅される。 図１１に示されているようにパワー増幅モジュール３０ａは、それぞれの二次 レーザー信号を増幅する少なくとも１つの光ファイバ増幅器３２，４０等の光増 幅器も含む。従ってパワー増幅モジュールは、結果のレーザー出力を更に増加す る。パワー増幅モジュール３０ａの光ファイバ増幅器による増幅に続いて、増幅 された信号は、１つ以上の光ファイバ又は光波フガイドにより遠くに位置するア パーチュアへ伝送されることが可能である。 増加されたパワー増幅を提供するためにパワー増幅モジュール３０ａの光ファ イバ増幅器３２，４０は有利には、デュアルコア光ファイバを含む。デュアルコ ア光ファイバは通常は、例えばイッテルビウム、ネオジム、プラセオジム、エル ビウム、ホルミウム及びツリウム等の希土類の１つ以上の元素によりドープされ た内側コアと、外側コアとを有し、外側コアは内側コアと、外側コアを包囲する クラッディング層とを包囲する。しかし１つの実施の形態ではデュアルコア光フ ァイバの開口数、外側コアを軟質金コーティングによりコーティングすることに より増加される。光ファイバ増幅器は有利にはデュアルコア光ファイバを含むに もかかわらず、その代わりに光ファイバ増幅器は、本発明の精神及び範囲から逸 脱すること無しにその他のタイプの光ファイバを含むことも可能である。 パワー増幅モジュール３０ａは有利には、前述のように光ファイバ増幅器３２ をポンプする、例えばレーザーダイクロイックアレイ等の少なくとも１つのポン プソース３４も含む。図１０に示されているようにそして配分モジュール１４ａ に関連して前述したように、二次レーザー信号と、ポンプソースにより供給され るポンプ信号とは有利には、通常はダイクロイックビームコンバイナー８４及び １つ以上のレンズ素子３９を含むビームコンバイナー３６等によりパワー増幅モ ジュールの光ファイバ増幅器に結合されている。 当業者には自明なようにデュアルコア光ファイバの外側コアは通常は、所定の 寸法、形状及び開口数を有する。例えばデュアル光ファイバの外側コアは、略長 方形又は楕円形を有する。ポンプ信号が光ファイバ増幅器の外側コアに結合され ている効率と、ひいては、光ファイバ増幅器により実現される増幅率とを最大化 するために、光ファイバ増幅器により実現される増幅率とを最大化するために、 Ｊｅｆｆｒｅｙ Ｈｅｉｄｅｌ等に対して１９９３年５月１８日に発行された” 回折により制限されたレーザーのアレイ及びそれをアライメントする方法”との 題名の米国特許第５２１２７０７号に示されているように複数のエミッタから成 るレーザーダイクロイックアレイ等のポンプソース３４のポンプソース３４は、 外側コアの所定の横断面寸法、形状及び開口数にマッチされている所定の寸法、 形状及び開口数を有するレーザービームを放射することが可能である。例えばポ ンプソースは、例えばコリメートレンズのアレイ等のコリメート光学装置を含む こともあり、これにより、放射されたレーザービームが制御可能に形成され、こ れにより、デュアルコア光ファイバの外側コアの横断面寸法、形状及び開口にマ ッチされることが可能である。このようにしてポンプソースは、光ファイバにモ ードマッチされることが可能である。 パワー増幅モジュール３０ａの光ファイバ増幅器３２により実現される増幅率 を更に増加するために、１つの実施の形態のポンプソース３４は、複数の間隔を 置いて配置されている領域内の光ファイバ増幅器をポンピングする複数の分散配 置されているポンプソースを含む。例えば図１１に概略的に示されているように 光ファイバ増幅器は、この増幅器を通過して伝送される信号が第１の光ファイバ 増幅器から第２の光ファイバ増幅器に結合されるようにエンドツーエンド関係で 配置されている第１の及び第２の光ファイバ増幅器３２及び４０にスプリットさ れることも可能である。それぞれの光ファイバ増幅器は、その比較的長い長さに 起因して望むならばループにされることが可能である。ポンプソースは、ポンプ 信号を第１の光ファイバ増幅器の入力側にポンプ信号を供給する第１のポンプソ ースと、ポンプ信号を第１の光ファイバ増幅器の出力側と第２の光ファイバ増幅 器の入力側に供給する第２のポンプソース４４，４６とを含むこともある。図示 のように、第１の及び第２のポンプソースにより供給されるポンプ信号は、オフ アクシス（軸外れ）で供給されることが可能であるが、しかし例えばダイクロイ ックビームコンバイナー４２等によりそれぞれの光ファイバ増幅器に結合される ことも可能である。 光ファイバ増幅器３２，４０により実現される増幅率は、前述のように光ファ イバ増幅器をスプリットし、付加的なポンプ信号を双方の光ファイバ増幅器の中 に結合することによっても増加されることが可能である。図示の実施の形態では ポンプ信号は、例えばダイクロイックビームコンバイナー４２等の光ファイバ増 幅器の中に、レーザー信号の伝送方向に対して異なる方向で結合されている。詳 細にはこの例としての実施の形態の第２のポンプソースのポンプ信号は、第１の 光ファイバ増幅器３２の下流端部に結合され、これにより上流に向かって走行す る、すなわちポンプ信号は、レーザー信号の伝送方向に対してほぼ反対の方向で 走行する。これとは異なり、第２のポンプソースから第２の光ファイバ増幅器４ ０に供給されるポンプ信号は、この増幅器４０を通過して伝送されるレーザー信 号の方向とほぼ同一の方向で走行する。代替的にポンプ信号は光ファイバ増幅器 に結合されることも可能であり、これによりポンプ信号は、本発明の精神及び範 囲から逸脱すること無しにレーザー信号の伝送方向に対して同一の方向又は双方 の方向に伝搬する。 図１１に示されているように１つの実施の形態のポンプソースは、光ファイバ 増幅器３２，４０により実現される増幅率を更に増加する複数の個別のポンプソ ースを含む。例えばパワー増幅モジュール３０ａは第１の及び第２のポンプソー ス４４，４６（ポンプソースＰ及びポンプソースＳと呼称される）を含み、ポン プソース４４，４６は、偏光ビームコンバイナー４８に対してそれぞれｐ偏光及 びｓ偏光を有するそれぞれのポンプ信号を形成する。例えば第１の及び第２のポ ンプソースにより形成されるそれぞれのポンプ信号の偏光状態は最初は同一であ ることもある。しかし半波プレート４５は第２のポンプソースに対応することも あり、これにより例えばそのそれぞれ偏光状態がシフトされる。 この実施の形態ではパワー増幅モジュール３０ａは、第１の及び第２ののポン プソース４４，４６のそれぞれのポンプ信号を合成する偏光ビームコンバイナー ｊ４８を含み、これにより、第１の又は第２の偏光状態とは異なる例えば円形の 混合偏光状態を有する合成ポンプ信号が形成される。異なる偏光状態を有するポ ンプソースを合成することにより合成ポンプ信号の輝度は、第１の又は第２のポ ンプソースにより形成されるポンプ信号のそれぞれの輝度に対して増加されるこ とが可能である。従って光ファイバ増幅器は更に励起され、これにより第２のレ ーザー信号の更なる増幅が実現される。 代替的に第１の及び第２のポンプソース４４，４６は、それぞれ第１の及び第 ２の波長を有するそれぞれのポンプ信号を形成することもある。第１の及び第２ の波長は有利には異なる。従ってこの実施の形態のパワー増幅モジュール３０は 、第１の及び第２のポンプソースのそれぞれのポンプ信号を合成するダイクロイ ックビームコンバイナーを含み、これにより、第１の及び第２の波長とは異なり 輝度が増加された混合波長を有する合成ポンプ信号を生成される。 更に本発明の第１の光ファイバレーザーシステム１０の帯域は、アップコンバ ージョンプロセスを使用することにより広げられることが可能である。とりわけ 光ファイバ増幅器１６，３２，４０は、光ファイバ増幅器を強くポンピングする ことにより反転され、これにより、一次レーザー信号の所定波長とは異なる波長 を有する光信号が形成される。 配分モジュール１４ａに関して前述のようにパワー増幅モジュール３０ａと、 とりわけパワー増幅モジュールの光ファイバ増幅器３２，４０とは、例えばファ イバ格子、ダイクロイックフィルタ、複屈折インラインフィルタ、所定波長又は 一次レーザー信号とは異なる波長を有する光信号を選択的に除去するための不等 パス又は光ファイバ増幅器の適切にドープされたコアを有するマッハ・ツェーン ダフィルタ等の帯域フィルタ５０を含む。従って、光ファイバ増幅器により導入 された散乱効果は、除去されないまでも減衰される。 当業者には自明なように光ファイバ増幅器１６，３２，４０は通常は、所定領 域の波長の中の波長領域を有する信号を増幅する。例えば１つ以上の希土類元素 によりドープされた光ファイバ増幅器のためには光ファイバ増幅器は有利には、 希土類イオンの放射帯域のうちの１つの帯域の中の波長を有する信号を増幅する 。従って例えば１０６４ナノメータ等の一次レーザー信号の所定波長と、放射帯 域の所定波長とは有利には、波長の所定領域内にあり、より有利には、希土類イ オンの放射帯域のうちの１つ以上の帯域の中にある。 異なる偏光又は異なる波長のポンプ信号を供給するポンプソースが説明され示 されたにもかかわらず、これらの技術は、ポンプソースが、異なる偏光及び異な る波長を有するポンプ信号を供給し、これらのポンプ信号が、より高い輝度を有 する混合ポンプ信号を生成するために合成されるように合成されることが可能で ある。 更に、単一モード発振器１２を有するレーザー信号ソースがが前述されたにも かかわらず、レーザー信号ソース１１は複数のマスタ発振器を含むこともあり、 これらの発振器の出力は、図３に示されているように例えばレーザー信号コンバ イナー１９、より有利には集積光波ガイドコンバイナー、光ファイバコンバイナ ー又は格子により加算される。複数のマスタ発振器は、分離し別個の波長を有す る複数の信号を発生する。次いでこれらの信号は、例えば大フィルタ、偏光ビー ムスプリッタ、部分透過ビームスプリッタ、光ファイバコンバイナー又は集積光 コンバイナー等により合成される。しかし、遠視野ビームを適切に形成するため にレーザー信号ソースのそれぞれのレッグのパス長は、複数のマスタ発振器の実 効コヒーレンス長より長くは異なることはない。レーザー信号ソースは複数のレ ーザー信号変調器１３と、それぞれのマスタ発振器に対応する光アイソレーター １１とも含む。 １つの実施の形態の光ファイバレーザーシステム１０は、複数の二次レーザー 信号を単一のレーザー出力に合成するビームコンバイニング手段５４も含む。レ ーザー出力は通常は、一次レーザー信号の所定パワーレベルより高いパワーレベ ルを有する。更に光ファイバレーザーシステムの全パワー能力は、システム設計 の間に、一次レーザー信号の増幅及び分割を制御することによりスケールされる ことが可能である。動作中は光ファイバレーザーシステムの実際の出力パワーは 、１つ以上の光増幅器のゲインを適切に調整することにより全パワー能力の中で 望まれるように選択されることが可能である。更に出力信号の周波数は有利には 、一次レーザー信号の周波数に対して所定の関係を有する。例えば一次レーザー 信号と出力信号とのそれぞれの周波数は有しには同一である。 図１２及び１３に示されているようにビームコンバイニング手段５４は、複数 の二次レーザー信号のそれぞれの１つを有するビームコンバイニングアレイ５２ を含む。通常は１つのレンズ素子はそれぞれの二次レーザー信号をコリメートす る。例えばレンズ素子は、複数の勾配屈折率（グレーデッドインデックス）レン ズ素子を含むこともある。この実施の形態ではレンズ素子のグレーディングのイ ンデックスは、屈折率を故意に半径方向にグレーディングすることにより又は均 質媒体の中に熱勾配により屈折率を半径方向グレーディングを発生することによ り得られる。代替的にレンズ素子は、補正非球面レンズ、ホログラフィレンズ素 子、バイナリ回折レンズ素子、バイナリ光レンズ素子、表面屈折レンズ素子又は 当業者には自明なその他のタイプのレンズ素子を含む。 複数の複数のレンズ素子５６も有利には所定アパーチュアを充填する。１つの 有利な実施の形態ではレンズ素子は、少なくともレンズ素子の横断面形状と同一 の大きさのアーマチュアを充填する。例えばレンズ素子が六角形横断面を有する 図示の実施の形態ではレンズ素子は有利には、レンズ素子の六角形横断面に対し て接線方向で延在する仮想円により境界を定められているアパーチュアを充填す る。 レンズ素子５６は六角形横断面を有するものとして図示されているが、しかし レンズ素子の横断面は、本発明の精神及び範囲から逸脱すること無しに種々の形 状を有することが可能である。図１２及び１３に示されているようにレンズ素子 は有利には、密に詰込またアレイ５２の中に配置され、これにより、良好なビー ム形成及び制御特性を有するコンパクトな光ファイバレーザーシステム１０が形 成される。従ってレンズ素子の横断面形状は有利には、同一の横断面形状を有す る互いに隣接するレンズを互いに係合する。更にレンズ素子は有利には比較的長 く、例えば１つの実施の形態では１０ｍｍであり、これにより、レンズ素子の積 重ねアレイが自動アライメントされる。 レンズ素子５６は、レンズ素子を引出されれるか押出すことにより所定の横断 面形状を有するように製造される。例えばレンズ素子力が引出されれるブールは 、結果のレンズ素子が所定の横断面形状を有するように研磨等により所望の横断 面形状を有するように形成される。しかし当業者に自明なその他のレンズ製造方 法が、本発明の精神及び範囲から逸脱すること無しに使用されることが可能であ る。 ビーム制御手段５４は、二次レーザー信号の一部を再配向するビームサンプリ ング手段６３と、例えば振幅又は位相等の二次レーザー信号のうちの１つ以上の レーザー信号の所定特性を制御及び変調する手段とをも含む。例えばビーム制御 手段は、結果のレーザー出力が所定位相プロフィルを有するようにコリメートさ れた二次レーザー信号のそれぞれのレーザー信号のそれぞれの位相を個別に制御 する手段を含む。１つの実施の形態ではビームコンバイニング手段の位相制御手 段は、二次レーザー信号が所定アパーチュアの中でマップされる個所を基礎にし てそれぞれの二次レーザー信号のそれぞれの位相を制御することが可能である。 このようにしてこの実施の形態のビームコンバイニング手段は、アパーチュアの 面にわたり所望の同位相波面を形成でき、これにより、複数の二次レーザー信号 を１つの単一で高品質で高パワーのレーザー出力ビームに合成することが可能と なる。例えばレーザー出力は、所定のレンジにおける所定のスポットに集束され るか、又はレーザー出力は、所定に領域における所定のレンジにおける所定のエ リアの比較的一様な照射を実現する。複数の信号のそれぞれの位相を変調する１ つの例としての方法が、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｋｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．９，１０６２〜６６頁（１９９４年９ 月）に記載のＫ．Ｈ．Ｎｏ著の論文”１００リッジ光波ガイド増幅器の１次元ス ケーリング”に説明されている。 別の１つの実施の形態ではビームコンバイニング手段５４は、それぞれの増幅 モジュールのゲインを調整することにより、それぞれのコリメートされた二次レ ーザー信号の振幅を制御する手段も含む。通常は二次レーザー信号のそれぞれの 振幅は、それぞれの二次レーザー信号が所定アパーチュアの中でマップされる個 所を基礎にして調整される。このようにしてこの実施の形態のビームコンバイニ ング手段は高品質のレーザー出力ビームを生成でき、その際、所定アパーチュア のスポットのアパーチュアの中の回折効果により発生される遠視野の中のサイド ローブへ失われるパワーを最小化できる。 二次レーザー信号のそれぞれの位相を制御するビームコンバイニング手段５４ の実施の形態のためにはビームコンバイニング手段は、複数の二次レーザー信号 のそれぞれの位相を制御可能に調整する複数の位相変調器素子６０を有する複数 の位相変調器アレイ６０を含む。それぞれの位相変調器は有利には、後述のよう に制御信号に応答して複数の二次レーザー信号のうちのそれぞれの１つを変調す る。位相変調器素子は液晶変調器を含むこともある。しかし位相変調器素子は、 電気光学位相変調器、応力又は電界又は磁界又は温度に応答するインライン光フ ァイバ位相変調器、形状を定められた可動鏡を有する半導体ウェーハ、又は当業 者に自明なその他の電気的に作動される位相変調器も含むこともある。 位相変調器アレイ５８により二次レーザー信号のそれぞれの位相を変調する代 りにビームコンバイニング手段は複数の位相変調器を含み、これらの位相変調器 はレンズ素子５６の上流に配置され、二次レーザー信号のうちのそれぞれの１つ に対応していることもある。例えば配分ネットワーク５６と、より有利には配分 モジュール１４ａとは複数の集積位相変調器２７を含み、これらの変調器２７は 、後述のように制御信号に応答して二次レーザー信号のうちのそれぞれの１つを 変調する。別の１つの実施の形態ではパワー増幅手段３０と、より有利にはパワ ー増幅モジュール３０ａとは複数の位相変調器８５を含み、位相変調器８５は、 図１１に略示されているように制御信号に応答してレーザー信号のうちのそれぞ れの１つを変調する。 図１２に示されている第１の実施の形態ではビームコンバイニング手段５４は 、複数の二次レーザー信号の少なくとも１つの所定特性を検出し、検出特性を所 定基準特性と比較する検出手段も含む。例えば所定特性は、二次レーザー信号の 位相及び／又は振幅を含むこともある。 １つの実施の形態では検出手段は、複数の検出器素子６４を有する検出器アレ イ６２を含む。検出器素子は、例えば位相等の複数の二次レーザー信号のうちの それぞれの１つの二次レーザー信号の所定特性を基準信号の所定特性と比較する 。従ってビームコンバイニング手段５４は有利には、基準信号を生成する手段も 含む。通常は基準信号生成手段は、それぞれの二次レーザー信号のための１つの 基準信号を生成する。基準信号を生成する手段は、例えば局所発振器６６等の基 準レーザーソースを含むこともある。代替的に基準信号はマスタ発振器から導出 さ れか、又は二次レーザー信号から導出される。 いずれの実施の形態でも基準レーザーソースは有利には１つ以上の基準信号を 発生し、それぞれの基準信号は、二次レーザー信号のうちのそれぞれの１つの二 次レーザー信号に対応するそれぞれの所定位相及び振幅を有する。図１２に示さ れているように、基準信号を生成する手段は、基準信号をコリメートするために 局所発振器に対応するコリメーティングレンズ６８も含む。基準信号を生成する 手段は、複数の基準信号のそれぞれの基準信号のそれぞれの位相を制御可能に調 整する位相変調器７０のアレイも含む。このようにして基準信号の波面は所望の 場合には、大気の中の位相摂動効果等のビームコンバイニング手段５４の下流の 既知の位相摂動を補償するために調整されることが可能である。図１２に略示さ れているように基準信号生成手段の位相変調器は、例えば液晶変調器、電気光学 位相変調器、インライン光ファイバ変調器又は適応形光学装置等の指示に電気的 に作動される位相変調器も含むこともある。 従って基準信号の例えば位相及び／又は振幅等の所定特性は例えばレーザーシ ステム設計者等により制御可能に選択されることが可能であり、それぞれの二次 レーザー信号等の同一の特性に比較されることが可能である。図１２に示されて いるように、基準信号を生成する手段は、共通位相変調により複数の基準信号を 制御可能に変調するための広帯域位相変調器８も含むこともある。従って位相デ ィザは、それぞれの基準信号が複数の二次レーザー信号サンプルのそれぞれのサ ンプルとコヒーレントに合成される場合、位相エラー情報を有する振幅信号が複 数の検出器素子６４のそれぞれの１つの検出器素子により生成されるように複数 の基準信号のすべてに印加されることもある。基準信号と二次レーザー信号との 間の差を基礎にして、コントローラ７２として示されている、ビームコンバイニ ング手段５４の位相制御手段は、位相制御信号を位相変調器アレイ５８を供給す ることが可能である。代替的に位相制御手段は同一の結果を達成するために、図 １に略示されているように制御信号を、レンズ素子５６の上流に配置されている 複数の位相変調器２７及び／又は８５に例えばマイクロプロセッサ又はマイクロ コントローラ等の制御システム２１を介して供給することも可能である。 位相制御信号は同時に又はシーケンスで、それぞれの基準信号の所定位相にマ ッチするか又は所定位相関係になるために、例えばそれぞれの位相変調器素子６ ０又は位相変調器２７及び／又は８５によりそれぞれの二次レーザー信号を変調 する等によりそれぞれの二次レーザー信号の位相を調整する。従ってビームコン バイニング手段５４は、光ファイバレーザーシステム１０からの出力ビームの所 定同位相波面を実施し、光ファイバレーザーシステム１０からの出力ビームの同 位相波面の所定時刻歴を実施するために時間により前記同位相波面を制御するこ とが可能である。このようにして、本発明の光ファイバレーザーシステム１０の コリメートされたレーザー出力の位相プロフィル又は位相テーパは制御及び形成 されることが可能である。従って、比較的大きいパワーを有し例えばコリメーシ ョン及び集束等の制御可能なビーム品質を有する出力信号が、本発明の光ファイ バレーザーシステムにより発生されることが可能である。 図１２に関して前述のように基準信号に比較される代りに二次レーザー信号の それぞれの位相は、出力ビームの結果の強度を最大化するために調整されること が可能である。このようにして、図３に示されているように複数の二次レーザー 信号がレンズ素子５６によりにコリメートされることが可能であり、例えば変換 レンズ等により単一点に集束されることが可能である。例えば検出器アレイ８２ 等により中央スポットの相対的強度を解析することによりビームコンバイニング 手段５４は、二次レーザー信号のそれぞれの位相の相対的測定値を得ることが可 能である。 この実施の形態のビームコンバイニング手段ｓ５４は、複数のレーザー信号に より生成された波面が変換レンズ７４により、波面が平である時点に最も高いオ ンアクシス強度の最も密なスポットに集束される。逆に、複数の二次レーザー信 号により生成された波面の中の任意の位相分布は、サイドローブの中により低い オンアクシス強度及び大きいパワーを生成する。従って検出器アレイ８２は有利 には、変換レンズの集束面の中に配置され、従って、レーザーアレイのシミュレ ートされた遠視野の中に配置され、これによりオンアクシス及びオフアクシスパ ワーの相対的強度が監視される。 図１３に示されているように位相コントローラ７２等によりそれぞれの二次レ ーザー信号のそれぞれの位相をシーケンスでディザすることにより、そして、中 央スポットの強度を解析することによりこの実施の形態のビームコンバイニング 手段５４はそれぞれの二次レーザー信号の適切な位相設定を定め、これにより中 央スポットの強度が最大化され、これにより比較的平らな同位相波面も形成され る。なかんずく、オンアクシス強度が位相試験の間に増加する場合、位相コント ローラは、それぞれの二次レーザー信号の新位相設定を保持し、次ぐの二次レー ザー信号を試験する。しかし、オンアクシス強度が位相試験の間に減少する場合 、それぞれの二次レーザー信号の位相は、次の二次レーザー信号を試験する前に 元の位相設定に戻される。前述の時間シーケンス的試験プロセスためには位相試 験は通常は、それぞれのレーザーのＲＭＳ位相偏差が複数の二次レーザー信号の 平均位相に対して最小化されるまで継続する。図１３に示されているように位相 コントローラ７２はコントロールシステム２１に動作点に接続され、これにより 二次レーザー信号のそれぞれの位相が、レンズ素子５６の上流に配置されている 複数の位相変調器２７を介してシーケンス的にディザされる。代替的にこの実施 の形態のビームコンバイニング手段５４は、コリメートされた二次レーザー信号 のそれぞれの位相が、位相変調器アレイの対応する素子６０を調整することによ りディザされることが可能であるように図１２に示されているように位相変調器 アレイ５８を含む。 中央スポットを監視する代りに図１３のビームコンバイニング手段５４は、中 央スポットを除いて変換レンズ７４の集束面の中のすべての光を監視する等によ り単一点に集束された二次レーザー信号のオフアクシス強度を求めることが可能 である。前述のようにそれぞれの二次レーザー信号のそれぞれの位相は、図１２ に示されているように例えばレンズ素子５６の上流の複数の位相変調器２７又は 位相変調器アレイ５８等により位相コントローラ７２によりシーケンス的にディ ザされることが可能である。オフアクシス強度はディザプロセス全体にわたり監 視されることが可能であり、二次レーザー信号のそれぞれの位相は、オフアクシ ス強度が最小化されるように制御されることが可能であり、これにより、対応す るオンアクシス強度が最大化される。オフアクシス強度を解析することによりこ の実施の形態のビームコンバイニング手段は、比較的大型のレーザーアレイに対 して容易にスケール可能である、何故ならば任意の位相変化が、オフアクシス強 度の中の大幅な変化を発生するからである。 前述の時間シーケンス的試験の代りにビームコンバイニング手段５４は同時周 波数シーケンスプロセスを使用することが可能であり、この場合、別個のディザ 周波数がそれぞれの二次レーザー信号に割当てられる。当業者には自明なように 二次レーザー信号のそれぞれの位相は、マルチディザプロセスに従ってＰＬＬ（ 位相同期）回路を用いてトラックされる。二次レーザー信号のそれぞれの位相は 、ＰＬＬ回路により生成されたエラー信号を基礎にして調整されることが可能で ある、何故ならばそれぞれのエラー信号は、二次レーザー信号の集合の平均位相 に比してそれぞれの二次レーザー信号の位相に比例する。 図１３に示されているようにこの実施の形態のビームコンバイニング手段５４ も選択的に、例えば液晶又は電気光学位相変調器アレイ等の位相変調器アレイ８ ０を含むこともあり、これにより所定波面が二次レーザー信号に強制される。例 えば位相変調器アレイにより強制された所定波面は位相共役波面であることもあ り、位相共役波面は、大気により下流に導入された望ましくない位相摂動を補償 又は補正する。なかんずく、変換レンズ７４に入射する二次レーザー信号にわた り比較的平らな位相波面を生成するビームコンバイニング手段ためには二次レー ザー信号のそれぞれの位相設定は、位相変調器アレイのそれぞれの位相設定の正 確に反対すなわち位相共役でなければならない。このようにして、位相変調器ア レイの位相設定が下流位相摂動に等しく設定されている場合、二次レーザー信号 は、摂動媒体を通過して伝搬するために所望の共役波面を有する。このようにし て位相変調器アレイは、さもなければ結果のレーザービームを分散するリアルタ イムで大気により導入された位相又は振幅摂動を適応的に補償する。 位相変調器アレイ８０の素子の数は、波面補正システムの空間分解能を定める 。このようにして最適な波面補正ためにはレーザーアレイの空間分解能は少なく とも位相摂動の下流の空間分解能と同一の高さでなければならない。更に二次レ ーザー信号の数は有利には少なくとも位相変調器アレイの素子の数の大きさに等 しくなければならない。 複数の二次レーザー信号のそれぞれの位相を変調するいくつかの例としての方 法及び装置が前述され、これに対して光ファイバレーザーシステム１０は、本発 明の精神及び範囲から逸脱すること無しに種々の制御方法に従って動作するビー ムコンバイン手段５４を含むことが可能である。例えば複数の二次レーザー信号 のそれぞれの位相はマルチディザ法、時分割ディザ法又は位相差法に従って変調 されることが可能である。 少なくとも部分的には本発明の光ファイバレーザーシステム１０のレーザー出 力の比較的高い品質及び高い輝度に起因してレーザー出力は、非線形結晶に印加 されることが可能であり、これにより、同様に比較的高い品質を有する、レーザ ー出力の第２の、第３の又は第４の調波が生成される。従って光ファイバレーザ ーシステムは、微分波長を有する信号を容易に生成することが可能である。 同様にレーザー出力の比較的大きいパワー、比較的高い品質及び比較的大きい パワー、適応性に起因して本発明の光ファイバレーザーシステム１０は、レーザ ー通信システム、及びレーザー武器及び測距及び遠隔探査作戦を含む軍事システ ムを含む種々の用途で使用されることが可能である。光ファイバレーザーは、加 熱処理、切削、溶接、穿孔、トリミング、塗料剥離、クリーニング及びコーティ ング被着及び除去を含む種々の材料処理を行うことが可能である。更に本発明の 光ファイバレーザーシステムはなかんずく、レーザーマーキング、種々のターゲ ットでのプラズマの生成、例えば医療用途等のための直接的レーザー照射を必要 とする用途に適する。更に本発明の光ファイバレーザーシステムは種々の対象物 を照射することが可能であり、これにより、検出、写真、ホログラフィ及び気象 学的用途に好適に使用されることが可能である。 本発明の光ファイバレーザーシステム１０は、共振吸収プロセスによりターゲ ット媒体の中の原子及び分子遷移を励起する特定の波長を有するレーザー出力も 生成する。例えば光ファイバレーザーは、中間圏の中のナトリウムＤ線を励起し 、これにより、地上テレスコープ及びレーザービームディレクターの大気的性能 の劣化の能動的補償のための案内人工衛生として用いられることが可能である。 光ファイバレーザーは選択的に、分離及び純粋化のためにウラン等の同位元素を 励起することが可能である。光ファイバレーザーの多数の潜在的用途が前述され たが、本発明の光ファイバレーザーは、本発明の精神及び範囲から逸脱すること 無しにその他の用途に使用されることが可能である。 更に本発明の光ファイバレーザーシステム１０はモジュールシステムを提供す る。なかんずく、配分モジュール及びパワー増幅モジュールは個別に、例えばバ ッテリー等の電気的駆動エネルギーを供給する手段と、例えばヒートシンク等の 廃熱エネルギーを除去し導出する適切な手段と一緒にパッケージ化されることが 可能である。このようにして、所定動作特性を有する光ファイバレーザーシステ ムは、１つ以上の配分モジュール及びパワー増幅モジュールを適切に選択し組立 てることにより形成されることが可能である。更に光ファイバレーザーシステム のモジュール設計により、所望のようにモジュールを挿入及び除去することによ りシステムの迅速な再構成が可能となる。更に光ファイバレーザーシステムの修 理及びメンテナンスはモジュール設計構成に起因して簡単化される、何故ならば 故障のモジュールは光ファイバレーザーシステム全体を解体すること無しに簡単 に除去及び置換されることが可能であるからである。更にレーザー信号ソース１ １、配分モジュール１４ａ、増幅モジュール３０及びビームコンバイニング手段 ５４は、光ファイバレーザーシステム種々のコンポネントが遠くに配置されてい ることが可能であり、種々の機械的構成において高いパワーレベルを生成するこ とが可能であるレーザーシステムに組立てられることが可能であるように光ファ イバ光波ガイドに接続されることが可能である。 図面及び明細書において本発明の有利な実施の形態が説明され、特定の用語が 使用されたにもかかわらず、これらの用語は一般的かつ説明的意味のみに使用さ れ、制限の目的のために収容されず、本発明の範囲は次の請求の範囲に記載され ている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ゼディカー，マーク・エス アメリカ合衆国、63034 ミズーリ、フロ リサント、ウェイン・ウェイ・コート 4002

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 所定波長及び所定パワーレベルを有する一次レーザー信号を生成するマ スタ発振器と、 前記マスタ発振器に応答して前記一次レーザー信号を増幅する増幅手段と、 前記マスタ発振器に応答して、前記マスタ発生器により生成された前記一次レ ーザー信号を複数の二次レーザー信号に分割する配分手段と、ここで、前記二次 レーザー信号は、前記一次レーザー信号に所定の方法で対応する周波数及び振幅 を有し、 前記配分手段に応答して複数の前記二次レーザー信号を、前記一次レーザー信 号に所定の態様で対応する周波数及び振幅を有するレーザー出力に合成するビー ムコンバイニング手段と を具備することを特徴とする光ファイバレーザーシステム。 ２． 配分手段が増幅手段を含み、前記増幅手段は、一次レーザー信号をマス タ発振器から受信し一次レーザー信号を増幅する光増幅器を含むことを特徴とす る請求項１に記載の光ファイバレーザーシステム。 ３． 光増幅器が、光ファイバ増幅器を通過して伝送される間に一次レーザー 信号を増幅する光ファイバ増幅器を含むことを特徴とする請求項２に記載の光フ ァイバレーザーシステム。 ４． 配分手段が、光ファイバ増幅器に応答して一次レーザー信号を複数の二 次レーザー信号に分割する信号パワースプリッタを含むことを特徴とする請求項 １に記載の光ファイバレーザーシステム。 ５． 配分手段が更に、一次レーザー信号が増幅されるように光ファイバ増幅 器をポンピングするポンプソースを含むことを特徴とする請求項１に記載の光フ ァイバレーザーシステム。 ６． 配分手段が更に、複数の二次レーザー信号のうちの少なくとも１つの二 次 レーザー信号と、ポンプソースにより注入されたポンプ信号とを個別に検出する モニターを含み、これにより、前記配分モジュールが適切に動作していることが 確認されることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバレーザーシステム。 ７． 光ファイバ増幅器が、少なくとも１つの希土類元素によりドープされた コアを有する光ファイバを含み、前記少なくとも１つの希土類元素が、イッテル ビウム、ネオジム、プラセオジム、エルビウム、ホルミウム及びツリウムから成 る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザーシス テム。 ８． 光ファイバ増幅器が、波長の所定の領域内の波長を有し前記光ファイバ 増幅器を通過して伝送される信号を増幅し、マスタ発振器により生成された一次 レーザー信号が波長の所定領域内にあることを特徴とする請求項１に記載の光フ ァイバレーザーシステム。 ９． 更に、配分手段に応答して二次レーザー信号のうちの少なくとも１つの 二次レーザー信号を更に増幅するパワー増幅モジュールを含み、前記パワー増幅 モジュールが、光ファイバ増幅器を通過して伝送される間に前記少なくとも１つ の二次レーザー信号を増幅する少なくとも１つの光ファイバ増幅器を含むことを 特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザーシステム。 １０． パワー増幅モジュールの光ファイバ増幅器がデュアルコア光ファイバ を含み、前記デュアルコ光ファイバが、希土類元素によりドープされた内側コア と、前記内側コアを包囲する外側コアと、前記外側コアを包囲するクラッディン グ層とを有することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザーシステム 。 １１． ビームコンバイニング手段が、複数の二次レーザー信号のうちのそれ ぞれの１つの二次レーザー信号をコリメートし所定アパーチュアを充填する複数 のレンズ素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザーシス テム。 １２． 複数のレンズ素子が、勾配屈折率レンズ素子、バイナリ光学レンズ素 子及び表面回折レンズ素子から成る群から選択されることを特徴とする請求項１ １に記載の光ファイバレーザーシステム。 １３． ビームコンバイニング手段が、 複数の二次レーザー信号のそれぞれの位相を制御可能に調整する複数の位相変 調器素子を有する位相変調器アレイと、ここで、それぞれの位相変調器素子は複 数の二次レーザー信号のうちのそれぞれの１つの二次レーザー信号に対応し、 複数の前記二次レーザー信号の少なくとも１つの所定特性を検出し、前記検出 特性を所定特性と比較する検出手段と、 前記検出手段に応答して、前記検出特性と前記所定特性との比較を基礎にして 位相制御信号を前記位相変調器アレイに供給し、これにより、複数の前記位相変 調器素子が複数の前記二次レーザー信号のそれぞれの位相を調整することが可能 となり、この調整により複数の前記二次レーザー信号が所定位相関係を有するこ とが可能となる位相制御手段と を具備することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザーシステム。 １４． 検出手段が検出器アレイを具備し、前記検出器アレイは、複数の二次 レーザー信号のうちのそれぞれの１つの二次レーザー信号を、所定位相を有する 基準信号と比較する検出器素子を有することを特徴とする請求項１３に記載の光 ファイバレーザーシステム。 １５． 複数の位相変調器素子が、液晶波長器、電気光学位相変調器及びイン ライン光ファイバ位相変調器から成る群から選択された複数の変調器から成るこ とを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバレーザーシステム。 １６． 検出手段が複数の二次レーザー信号を複数の基準信号のうちのそれぞ れの基準信号と比較し、 ビームコンバイニング手段が更に、基準信号を生成する基準信号生成手段を具 備し、前記基準信号生成手段が、所定位相を有する基準信号を生成する基準レー ザーソースと、前記基準信号ソースにより生成された基準信号の位相を制御可能 に調整する位相変調器とを具備することを特徴とする請求項１３に記載の光ファ イバレーザーシステム。 １７． 更に、一次レーザー信号に対してそれぞれの二次レーザー信号の位相 を制御する複数の位相変調器を具備し、 ビームコンバイニング手段が、複数の二次レーザー信号の強度を検出する検出 器と、前記検出器に応答して検出強度を基礎にして位相制御信号を前記位相変調 器に供給する位相制御手段とを具備し、これにより、複数の前記位相変調器が複 数の二次レーザー信号のそれぞれの位相を調整することが可能となり、この調整 により、複数の前記二次レーザー信号が所定位相関係を有することが可能となる ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザーシステム。 １８． 更に、複数の二次レーザー信号を中央スポットに集束する変換レンズ を具備し、検出器は前記中央スポットの強度を検出し、位相制御手段が、前記中 央スポットの強度を最大化するために複数の前記二次レーザー信号のそれぞれの 位相を調整することを特徴とする請求項１７に記載の光ファイバレーザーシステ ム。 １９． 更に、集束面の中の中央スポットに複数の二次レーザー信号を集束す る変換レンズを具備し、検出器が前記中央スポットの外部の集束面の中の光の強 度を検出し、位相制御手段が、前記中央スポットの外部の前記集束面の中の光の 強度を最小化するために複数の前記二次レーザー信号のそれぞれの位相を調整す ることを特徴とする請求項１７に記載の光ファイバレーザーシステム。 ２０． 前記ビームコンバイニング手段が更に位相変調器アレイを具備し、前 記位相変調器アレイは検出器の上流に位置し、前記位相変調器アレイは所定光フ ァイバレーザーシステムを複数の二次レーザー信号に強制し、これにより、前記 ビームコンバイニング手段の下流に導入された信号摂動が補償されることを特徴 とする請求項１７に記載の光ファイバレーザーシステム。 ２１． 配分モジュールの光ファイバ増幅器がフィルタを含み、前記フィルタ が、所定波長とは異なる波長を有する光信号を選択的に除去し、これにより散乱 効果が消去されることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバレーザーシステ ム。 ２２． 配分手段に応答して少なくとも１つの二次レーザー信号を複数の三次 レーザー信号に分割する分割手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の 光ファイバレーザーシステム。 ２３． 所定波長及び所定パワーレベルを有する一次レーザー信号を生成する マスタ発振器と、 前記マスタ発振器に応答して、前記マスタ発振器により生成された一次レーザ ー信号を増幅して複数の二次レーザー信号に分割する配分モジュールを具備する 分配手段と、ここで、前記配分モジュールは、前記一次レーザー信号を前記マス タ発振器から受信し、前記光ファイバ増幅器を通過して伝送される間に一次レー ザー信号を増幅する光ファイバ増幅器と、前記光ファイバ増幅器に応答して、増 幅された前記一次レーザー信号を複数の二次レーザー信号に分割するカブラとを 具備し、 前記配分モジュールに応答して、前記二次レーザー信号のうちの少なくとも１ つの二次レーザー信号を更に増幅し、前記パワー増幅モジュールは少なくとも１ つの光ファイバ増幅器を具備し、前記光ファイバ増幅器は、前記光ファイバ増幅 器を通過して伝送される間に前記少なくとも１つの二次レーザー信号を増幅し、 これにより、前記一次レーザー信号の所定パワーレベルより高いパワーレベルを 有するレーザー出力を生成するパワー増幅モジュールと を具備したことを特徴とする光ファイバレーザーシステム。 ２４． パワー増幅モジュールの光ファイバ増幅器がデュアルコア光ファイバ を具備し、前記光ファイバは、希土類元素によりドープされた内側コアと、前記 内側コア包囲する外側コアと、前記外側コアを包囲するクラッディング層とを具 備することを特徴とする請求項２３に記載の光ファイバレーザーシステム。 ２５． パワー増幅モジュールが更に、光ファイバ増幅器をポンピングする少 なくとも１つのポンプソースを具備することを特徴とする請求項２４に記載の光 ファイバレーザーシステム。 ２６． 外側コアが所定横断面寸法及び形状を有し、少なくとも１つのポンプ ソースがレーザーソースからなり、前記レーザーソースは、所定寸法及び形状を 有するレーザービームを放射し、前記レーザービームの所定寸法及び形状は、前 記外側コアの前記所定４だ寸法及び形状にマッチし、これにより、ポンプ信号が 光ファイバ増幅器の前記外側コアに効率的に結合されることを特徴とする請求項 ２５に記載の光ファイバレーザーシステム。 ２７． パワー増幅モジュールが更に、複数の配分されたポンプソースを具備 し、前記ポンプ素子は、デュアルコア光ファイバの間隔を置いて配置されている 複数の領域の中の光ファイバ増幅器をポンピングすることを特徴とする光ファイ バレーザーシステム。 ２８． パワー増幅モジュールの少なくとも１つの光ファイバ増幅器が、第１ の及び第２の直列に接続されている光ファイバ増幅器を具備し、前記少なくとも １つのポンプソースが、同時に前記第１の及び第２の光ファイバ増幅器を、二次 レーザー信号が前記増幅器の中の通過して伝送される方向に対して反対の方向で ポンプすることを特徴とする請求項２５に記載の光ファイバレーザーシステム。 ２９． 少なくとも１つのポンプソースが第１の及び第２ののポンプソースを 具備し、前記第１の及び第２のポンプソースは、それぞれ第１の及び第２の偏光 状態を有するそれぞれのポンプ信号を生成し、前記第１の及び第２の偏光状態は 異なり、前記パワー増幅モジュールは更に偏光ビームコンバイナーを具備し、前 記偏光ビームコンバイナーは第１の及び第２のポンプソースのそれぞれのポンプ 信号を合成し、これにより、前記第１の及び第２の偏光状態とは異なる混合偏光 を有する合成ポンプ信号を生成し、前記合成ポンプ信号は、前記第１の及び第２ のポンプソースにより生成されたそれぞれのポンプ信号のそれぞれの強度に比し てより高い輝度を有することを特徴とする請求項２５に記載の光ファイバレーザ ーシステム。 ３０． 少なくとも１つのポンプソースが複数のポンプソースを具備し、複数 の前記ポンプソースは、異なる波長を有するそれぞれのポンプ信号を生成し、パ ワー増幅モジュールが更にダイクロイックビームコンバイナーを具備し、前記ダ イクロイックビームコンバイナーは、複数の前記ポンプソースのそれぞれのポン プ信号を合成し、これにより、個々のポンプソースのそれぞれの波長とは異なる 混合波長を有する合成ポンプ信号が生成され、前記合成ポンプ信号は、個々の前 記ポンプソースにより生成されたそれぞれのポンプ信号のそれぞれの輝度に比し てより高い輝度を有することを特徴とする請求項２５に記載の光ファイバレーザ ーシステム。 ３１． パワー増幅モジュールの光ファイバ増幅器がフィルタを含み、前記フ ィルタは、所定波長とは異なる波長を有する光信号を選択的に除去し、これによ り、非線形散乱効果により生成された信号が消去されることを特徴とする請求項 ２５に記載の光ファイバレーザーシステム。 ３２． 更にビームコンバイニング手段を具備し、前記ビームコンバイニング 手段はパワー増幅モジュールに応答して、前記パワー増幅モジュールにより更に 増幅された二次レーザー信号を含む複数の二次レーザー信号を合成してレーザー 出力を形成することを特徴とする請求項２３に記載の光ファイバレーザーシステ ム。 ３３． ビームコンバイニング手段は複数のレンズ素子を具備し、前記レンズ 素子は、複数の二次レーザー信号のそれぞれの二次レーザー信号をコリメートし 、所定アパーチュアを充填することを特徴とする請求項２３に記載の光ファイバ レーザーシステム。 ３４． ビームコンバイニング手段が、 複数の位相変調器素子を有する位相変調器アレイと、ここで、前記位相変調器 素子は、更に増幅された複数の二次レーザー信号を制御可能に調整し、それぞれ の変調器素子は、複数の二次レーザー信号のそれぞれの１つの二次レーザー信号 に対応し、 複数の検出器素子を有する検出器アレイと、ここで、前記検出器素子は、更に 増幅された複数の前記二次レーザー信号のそれぞれ１つの二次レーザー信号を、 所定位相を有する基準信号と比較し、 前記検出器アレイに応答して、位相制御信号を前記位相変調器アレイに供給し 、これにより、複数の前記位相変調器素子が、更に増幅された複数の前記二次レ ーザー信号のそれぞれの位相を調整することが可能となり、この調整により、複 数の前記二次レーザー信号が、前記基準信号の所定位相に対して所定の位相を有 することが可能となる位相制御手段と を具備してなることを特徴とする請求項３０に記載の光ファイバレーザーシス テム。 ３５． 更に複数の位相変調器を具備し、前記位相変調器は、一次レーザー信 号に対してそれぞれの二次レーザー信号の位相を制御し、 ビームコンバイニング手段が、 複数の前記二次レーザー信号の強度を検出する検出器と、 前記検出器に応答して、検出強度を基礎にして前記位相変調器に位相制御信号 を供給し、これにより、複数の前記位相変調器が複数の二次レーザー信号のそれ ぞれの位相を調整することが可能となり、この調整により、複数の前記二次レー ザー信号が所定の位相関係を有することが可能となる位相制御手段と を具備したことを特徴とする請求項３２に記載の光ファイバレーザーシステム 。 ３６． 前記ビームコンバイニング手段が更に位相変調器アレイを具備し、前 記位相変調器アレイは検出器の上流に配置され、前記位相変調器アレイは所定波 面を複数の二次レーザー信号に強制し、これにより、前記ビームコンバイニング 手段の下流に導入された信号摂動が補償されることを特徴とする請求項３５に記 載の光ファイバレーザーシステム。 ３７． 更にカスケード形配分モジュールを具備し、前記カスケード形配分モ ジュールは配分モジュールの下流に配置され、前記カスケード形配分モジュール は少なくとも１つの二次レーザー信号を複数の三次レーザー信号に更に分割する ことを特徴とする請求項２３に記載の光ファイバレーザーシステム。 ３８． 所定波長及び所定パワーレベルを有する一次レーザー信号を生成する ステップと、 光ファイバ増幅器を通過して一次レーザー信号を伝送する伝送ステップと、こ こで、前記伝送ステップは、光ファイバ増幅器により前記一次レーザー信号を増 幅するステップを具備し、 増幅された前記一次レーザー信号を複数の二次レーザー信号に分割する分割ス テップと、 複数の前記二次レーザー信号を、前記一次レーザー信号の所定パワーレベルに 比してより高いパワーレベルを有するレーザー出力に合成するコンバイニングス テップと を具備することを特徴とする高パワーレーザー出力生成方法。 ３９． 増幅ステップが、所定波長を有するポンプ信号により光ファイバ増幅 器をポンピングするステップを具備することを特徴とする請求項３８に記載の高 パワーレーザー出力生成方法。 ４０． 前記ポンピングステップが、複数の間隔を置いて配置されている領域 における光ファイバ増幅器をポンピングするステップを具備することを特徴とす る請求項３９に記載の高パワーレーザー出力生成方法。 ４１． 前記ポンピングステップが、 それぞれ第１の及び第２の偏光を有する第１の及び第２のポンプ信号を生成す るステップと、 前記第１の及び第２のポンプ信号を合成して、前記第１の及び第２の偏光とは 異なる混合偏光を有する合成ポンプ信号を形成するコンバイニングステップと を具備することを特徴とする請求項４０に記載の高パワーレーザー出力生成方 法。 ４２． ポンピングステップが、 それぞれ第１の及び第２の波長を有する第１の及び第２のポンプ信号を生成す るステップと、 前記第１の及び第２のポンプ信号を合成して、混合波長を有する合成ポンプ信 号を形成するコンバイニングステップと を具備することを特徴とする請求項４０に記載の高パワーレーザー出力生成方 法。 ４３． 更に、少なくとも１つの二次レーザー信号とポンプ信号の少なくとも 一部とを個別に検出することにより一次レーザー信号の増幅を監視するステップ を具備することを特徴とする請求項３９に記載の高パワーレーザー出力生成方法 。 ４４． 更に、第２の光ファイバ増幅器を通過して少なくとも１つの二次レー ザー信号が伝送される間に前記第２の光ファイバ増幅器により二次レーザー信号 のうちの少なくとも１つの二次レーザー信号を更に増幅するステップを具備する ことを特徴とする請求項３８に記載の高パワーレーザー出力生成方法。 ４５． 前記コンバイニングステップが、複数の二次レーザー信号をコリメー トするステップを請求項３８に記載の高パワーレーザー出力生成方法。 ４６． 前記コンバイニングステップが更に、複数のコリメートされた二次レ ーザー信号により所定アパーチュアを充填するステップを具備することを特徴と する請求項４５に記載の高パワーレーザー出力生成方法。 ４７． コンバイニングステップが更に、複数の二次レーザー信号のそれぞれ の位相を変調するステップを具備し、これにより、所定の位相関係を有するレー ザー出力が生成されることを特徴とする請求項尾３８に記載の高パワーレーザー 出力生成方法。 ４８． 変調ステップが、 複数の二次レーザー信号の所定特性を所定基準特性と個別に比較し、これによ りそれらの間の差を求める比較ステップと、 前記比較ステップで求められた、複数の前記二次レーザー信号の所定特性と所 定基準特性との間の差を基礎にして複数の前記二次レーザー信号のそれぞれの位 相を変調し、これにより所定位相関係を生成する変調ステップと、 前記変調ステップに続いて複数の前記レーザー信号を合成して、所定位相プロ フィルを有するレーザー出力を形成するコンバイニングステップと を具備することを特徴とする請求項請求項４７に記載の高パワーレーザー出力 生成方法。 ４９． 個別に比較するステップが、複数の二次レーザー信号を、それぞれの 所定位相をそれぞれ有する複数の基準信号のそれぞれ１つの基準信号と個別に比 較するステップを具備し、これにより、それらの間のそれぞれの位相を求めるこ とを特徴とする請求項４８に記載の高パワーレーザー出力生成方法。 ５０． 変調ステップが、 複数の二次レーザー信号を中央寸法に集束するステップと、 前記中央スポットの強度を求めるステップと、 前記中央スポットの強度を最大化するために複数の二次レーザー信号のそれぞ れの位相を変調するステップと、 前記変調ステップに続いて複数の前記二次レーザー信号を合成して、所定位相 プロフィルを有するレーザー出力を形成するコンバイニングステップと を具備することを特徴とする請求項４７に記載の高パワーレーザー出力生成方 法。 ５１． 変調ステップが、 複数の二次レーザー信号を集束面の中の中央スポットに集束するステップと、 前記中央スポットの外部の集束面の中の光の強度を求めるステップと、 前記中央スポットの外部の前記集束面の中の光の強度を最大化するために複数 の前記二次レーザー信号のそれぞれの位相を変調するステップと、 前記変調ステップに続いて、複数の前記二次レーザー信号を合成して、所定位 相プロフィルを有するレーザー出力を形成するコンバイニングステップと を具備することを特徴とする請求項４７に記載の高パワーレーザー出力生成方 法。 ５２． 変調ステップに続いて、所定波面を複数の二次レーザー信号に強制し 、これにより、後続の信号摂動を補償することを特徴とする請求項４７に記載の 高パワーレーザー出力生成方法。 ５３． 二次レーザー信号のうちの少なくとも１つの二次レーザー信号を更に 増幅するステップと、 前記コンバイニングステップの前に、更に増幅された前記二次レーザー信号を 複数の三次レーザー信号に分割するステップと を具備することを特徴とする請求項３８に記載の高パワーレーザー出力生成方 法。 ５４． 伝送ステップが更に、一次レーザー信号の所定波長を中心に位置する 波長の所定領域の外部の波長を有する信号をフィルタリングするステップを具備 し、これにより、光ファイバ増幅器の中で非線形散乱により導入されたスプリア ス信号を除去することを特徴とする請求項３８に記載の光ファイバレーザーシス テム。