WO2022259622A1 - レーザ増幅媒体およびレーザ増幅媒体の製造方法 - Google Patents

レーザ増幅媒体およびレーザ増幅媒体の製造方法 Download PDF

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浩一 濱本
智之 和田
貴代 小川
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三菱重工業株式会社
国立研究開発法人理化学研究所
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    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA

Definitions

  • the present invention relates to a laser amplification medium and a method for manufacturing a laser amplification medium.
  • High-quality and high-power lasers are needed in fields such as laser processing, scientific research, nuclear fusion, space debris removal, and safety compensation.
  • Solid state lasers and fiber lasers are often considered as ways to realize such lasers.
  • fiber lasers tend to have a relatively large power density inside the waveguide because the area of the waveguide is relatively small. This is particularly noticeable in the case of pulsed lasers.
  • problems such as damage to materials such as optical fibers and degradation of characteristics due to nonlinear optical effects are known.
  • non-patent document 1 R. Soulard et al., "ICAN: A novel laser architecture for space debris removal", Acta Astronautica 105, published in 2014, pp. 192-200
  • non-patent document 2 T. Ebisuzaki et al. ⁇ Demonstration designs for the remediation of space debris from the International Space Station ⁇ Acta Astronautica 112 ⁇ 2015 ⁇ pp.102-113) ⁇ CAN(Coherent Amplification Network: ⁇ It has been proposed to combine a large number (eg 10,000) of fiber lasers called a network.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-148769 discloses a multiple beam coupling device.
  • the multiple beam combiner includes a phase shift section, a superimposition section, an observation section, and a phase control section.
  • the phase shift section generates a plurality of shifted laser beams by shifting the phase of each of the plurality of laser beams.
  • the superposition unit generates a plurality of superposed laser beams by superimposing each of the plurality of shifted laser beams and the reference beam.
  • the observation unit generates interference pattern information regarding spatial interference patterns that appear when observing each of the plurality of superimposed laser beams.
  • the phase control section feedback-controls the phase shift by the phase shift section based on the interference pattern information obtained for each of the plurality of superposed laser beams, thereby setting the plurality of shifted laser beams to a desired state.
  • a laser amplification medium that is easy to manufacture and a method for manufacturing a laser amplification medium that is easy to implement are provided.
  • Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
  • the laser amplification medium includes a cladding portion, a first core portion and a second core portion, a virtual first layer, a virtual second layer and a virtual third layer.
  • the clad has a predetermined first refractive index.
  • the first core portion and the second core portion each have a second refractive index higher than the first refractive index, each extend parallel to a predetermined axial direction, and each side surface is covered with the clad portion.
  • the virtual first layer includes a portion of the cladding, the first core and the second core.
  • a virtual second layer and a virtual third layer each include another portion of the cladding.
  • the first layer is laminated and joined between the second and third layers in a predetermined lamination direction perpendicular to the axial direction.
  • the side surface of each of the first core portion and the second core portion includes a first planar portion and a second planar portion.
  • the first planar portion is included in a virtual first surface that is a virtual bonding surface between the first layer and the second layer and perpendicular to the stacking direction.
  • the second plane portion is included in a virtual second surface, which is a virtual joint surface of the first layer with the third layer and perpendicular to the stacking direction, and faces the first plane portion.
  • a method of manufacturing a laser gain medium includes a plurality of first regions having a predetermined first refractive index and a plurality of second regions having a second refractive index greater than the first refractive index. forming a first layer containing including doing.
  • the laminating includes bonding a second layer to a first surface of the first layer perpendicular to the stacking direction so as to bond the plurality of first regions and the second layer; bonding the third layer to a second surface of the first layer opposite the first surface to bond the third layer.
  • forming the first layer includes: a plurality of second regions each extending parallel to a predetermined axial direction parallel to the first surface; and a first planar portion included in the first surface; generating a plurality of second regions to have a first core portion and a second core portion each having a side surface including a second planar portion included in the second surface; Laminating the second layer, the first layer, and the third layer means that the plurality of integrated first regions, the second layer, and the third layer form side surfaces of the first core portion and the second core portion, respectively. It includes laminating the second, first and third layers to act as an overlying cladding.
  • the embodiment it is possible to provide a laser amplification medium that is easy to manufacture and a method for manufacturing a laser amplification medium that is easy to implement.
  • FIG. 1A is a bird's-eye view showing one configuration example of a laser amplification medium according to one embodiment.
  • FIG. 1B is a transparent bird's-eye view showing one configuration example of a virtual unit laser amplification medium obtained when a part of the laser amplification medium of FIG. 1A is extracted.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the unit laser amplification medium of FIG. 1B taken along an arbitrary cross section passing through the optical axis of the core portion.
  • FIG. 3A is a transparent bird's-eye view showing an example of a method of injecting pumping light from an end face of each core portion of the laser amplifying medium of FIG. 1A.
  • FIG. 3B is a transparent bird's-eye view showing an example of a method of making excitation light incident from the side surface of each core portion of the laser amplification medium of FIG. 1A.
  • FIG. 3C is a transmissive overhead view showing an example of the configuration of a modification of the laser amplification medium of FIG. 1A and an example of a method of injecting excitation light into the laser amplification medium according to this modification.
  • FIG. 4A is a transmission overhead view showing an example of the configuration of another modification of the laser amplification medium of FIG. 1A and a method of injecting excitation light into the laser amplification medium according to this modification.
  • FIG. 4B is a bird's-eye view showing an example of how the excitation light incident from the end of the excitation light optical path in FIG. 4A leaks to the outside from the side surface of the excitation light optical path.
  • FIG. 5 is a flow chart showing one configuration example of a method for manufacturing a laser amplification medium according to one embodiment.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing that the laser gain medium of FIG. 1A can be manufactured by laminating a first substrate and a second substrate.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing an example of a state in the middle of manufacturing the laser amplification medium.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view showing an example of a state in the middle of manufacturing the laser amplification medium.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing that the laser gain medium of FIG. 1A can be manufactured by laminating a first substrate and a second substrate.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing an example
  • FIG. 6D is a cross-sectional view showing an example of a state in the middle of manufacturing the laser amplification medium.
  • FIG. 6E is a cross-sectional view showing an example of a state in the middle of manufacturing the laser amplification medium.
  • FIG. 6F is a cross-sectional view showing an example of a state in the middle of manufacturing the laser amplification medium.
  • FIG. 6G is a cross-sectional view showing an example of a state in the middle of manufacturing the laser amplification medium.
  • FIG. 6H is a cross-sectional view showing an example of a state in the middle of manufacturing the laser amplification medium.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of one configuration example of a laser amplification medium according to one embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of one configuration example of a laser amplification medium according to one embodiment.
  • FIG. 8 is a transparent bird's-eye view showing one configuration example of a laser amplification medium according to one embodiment.
  • FIG. 9 is a graph for explaining an example of a method of controlling the temperature of the laser amplification medium by flowing a predetermined fluid through the laser amplification medium using the channel according to one embodiment.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing one configuration example of a laser amplification medium according to one embodiment.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing another configuration example of the laser amplification medium according to one embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the laser amplification medium according to one embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing one configuration example of a laser amplification medium according to one embodiment.
  • FIG. 1A is a transparent bird's-eye view showing one configuration example of a laser amplification medium 1 according to one embodiment.
  • a laser amplification medium 1 of FIG. 1A includes a clad portion 2 and a plurality of core portions 3 .
  • the total number of core portions 3 is 16, but this is merely an example and does not limit the present embodiment.
  • the cladding part 2 is independent.
  • the core portion 3 extends in one direction and is formed in a shape having flat surfaces on opposite side surfaces.
  • each core portion 3 has the same rectangular parallelepiped shape.
  • the cladding portion 2 also has a rectangular parallelepiped shape, but its dimensions are different from those of the core portion 3 .
  • the core portion 3 may have the shape of a hexagonal prism whose cross-section orthogonal to its extending direction is hexagonal.
  • the positional relationship of the constituent elements of the laser amplification medium 1 of FIG. 1A will be described.
  • a total of 16 core portions 3 extend in the same direction. This extending direction is called the X-axis direction.
  • the clad portion 2 also extends in the same X-axis direction.
  • the core portion 3 is doped with a laser gain medium, and as will be described later, by allowing pumping light and seed light to enter, amplified light obtained by amplifying the seed light can be emitted.
  • the side surface of the core portion 3 is formed into a shape having opposed flat surfaces extending parallel to the X-axis direction.
  • the side surface of each core portion 3 has a rectangular shape in the above cross section or end surface.
  • the side surfaces of the core portion 3 refer to four surfaces parallel to the X-axis direction among the six surfaces of the rectangular parallelepiped.
  • the side surfaces of a total of 16 core portions 3 are arranged in a 4 ⁇ 4 two-dimensional array. The two directions related to this two-dimensional arrangement are called the Y-axis direction and the Z-axis direction, respectively.
  • the side surface of each core portion 3 is preferably parallel to the Y-axis direction or the Z-axis direction.
  • the laser amplification medium 1 of FIG. 1A has a structure in which a core portion 3 extending parallel to the X-axis direction is arranged inside a clad portion extending parallel to the X-axis direction.
  • the side surfaces are formed to have opposing flat surfaces extending parallel to the X-axis direction.
  • the core portion 3 according to this embodiment has a shape of a quadrangular prism or rectangular parallelepiped.
  • the dimension in the width direction of each core portion 3 is preferably about five to ten times the diameter of the core of a general optical fiber.
  • the cross-sectional area of the core portion 3 according to this embodiment is preferably about 25 to 100 times the diameter of the core of a general optical fiber.
  • these numerical values are merely examples and do not limit the present embodiment.
  • Each core portion 3 in FIG. 1A is covered with the clad portion 2 on its side surface.
  • the clad portion 2 exists between two adjacent core portions 3 .
  • FIG. 1B is a transparent bird's-eye view showing one configuration example of a virtual unit laser amplification medium 10 obtained when a part of the laser amplification medium 1 of FIG. 1A is extracted.
  • a unit laser amplification medium 10 in FIG. 1B includes one core portion 3 and a clad portion 2 covering the side surface thereof.
  • the refractive index of the core portion 3 is higher than that of the clad portion 2 . It is expected that the laser light incident from one end face of the core portion 3 does not leak from the core portion 3 to the clad portion 2 by satisfying a predetermined condition of the incident angle.
  • FIGS. 2, 3A, 3B, 3C, 4A, and 4B are cross-sectional views of the unit laser amplification medium 10 of FIG. 1B taken along an arbitrary cross section passing through the optical axis 31 of the core portion 3.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the unit laser amplification medium 10 of FIG. 1B taken along an arbitrary cross section passing through the optical axis 31 of the core portion 3.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the unit laser amplification medium 10 of FIG. 1B taken along an arbitrary cross section passing through the optical axis 31 of the core portion 3.
  • the optical axis direction is unified to the X-axis direction.
  • pumping lights 4A and 4B are made incident on the unit laser amplification medium 10 by roughly two methods.
  • the excitation light 4A is incident from the end surface of the core portion 3 .
  • the pumping light 4A does not necessarily have to be incident parallel to the optical axis 31 of the core portion 3, and does not necessarily have to be incident from both end faces.
  • the excitation light 4B is incident from the side surface 32 of the core portion 3. As shown in FIG.
  • the excitation light 4B does not necessarily have to be incident perpendicularly to the side surface 32 of the core portion 3, and does not necessarily have to be incident from a plurality of directions.
  • the pumping lights 4A and 4B enter from both the end surface and the side surface 32 of the core portion 3 .
  • the seed light amplified by the energy of the pumping lights 4A and 4B is preferably incident from the end face of the core portion 3.
  • FIG. 3A is a perspective overhead view showing an example of a method of making excitation light 4A incident from the end surface of each core portion 3 of the laser amplification medium 1 of FIG. 1A.
  • the pumping light 4A shown in FIG. 3A corresponds to the pumping light 4A shown in FIG.
  • the incident positions of the excitation light 4A are omitted for some of the core portions 3 for ease of viewing, but it is preferable that the excitation light 4A is actually incident on all the core portions 3 respectively.
  • FIG. 3B is a transparent bird's-eye view showing an example of a method of making the excitation light 4B incident from the side surface 32 of each core portion 3 of the laser amplification medium 1 of FIG. 1A.
  • the excitation light 4B shown in FIG. 3B corresponds to the excitation light 4B in FIG.
  • the pumping light 4B enters the inside of the core portion 3 from the side surface 32 of the core portion 3 by entering the pumping light 4B from the side surface of the clad portion 2 . Therefore, in the case of FIG. 3B, unlike the case of FIG. 3A, the seed light existing inside all the core portions 3 can be amplified only by injecting the pumping light 4B from the side surface of the clad portion 2 at once.
  • core portions 3 may be geometrically shaded by other core portions 3, but since the distance of the core portions 3 with respect to the direction of the excitation light 4B is short, the excitation light that is not absorbed It is possible to adopt a configuration in which the light 4B is absorbed by the core portion 3 in shadow.
  • FIG. 3C is a transmission bird's-eye view showing an example of a configuration of a modification of the laser amplification medium 1 of FIG. 1A and an example of a method of making pumping light 4C incident on the laser amplification medium 1 according to this modification.
  • the laser amplification medium 1 according to the modification of FIG. 3C is obtained by applying a double clad structure to the laser amplification medium 1 of FIG. 1A.
  • the laser amplification medium 1 of FIG. 3C is obtained by replacing the clad portion 2 of the laser amplification medium 1 of FIG. 1A with the inner clad portion 2A and the outer clad portion 2B.
  • the laser amplification medium 1 of FIG. 3C can also be obtained by replacing the cladding portion 2 of the laser amplification medium 1 of FIG. 1A with an inner cladding portion 2A and adding an outer cladding portion 2B to the outside of the side surface.
  • the excitation light 4C is fully emitted at the boundary surface between the inner clad portion 2A and the outer clad portion 2B. Reflection is repeated, and the excitation light 4C enters the inside of the core portion 3 from the side surface 32 of the core portion 3 during that time.
  • the refractive index of the outer clad portion 2B may be smaller than the refractive index of the inner clad portion 2A.
  • the seed light existing inside all the core portions 3 can be amplified simply by injecting the pumping light 4C from the end surface of the inner clad portion 2A at once.
  • FIG. 4A is a transmission bird's-eye view showing an example of the configuration of another modification of the laser amplification medium 1 of FIG. 1A and a method of making pumping light 4D incident on the laser amplification medium 1 according to this modification.
  • the laser amplification medium 1 according to the modification of FIG. 4A is obtained by replacing a portion of the core portion 3 of the laser amplification medium 1 of FIG. 1A with an optical path 6 for pumping light that is not doped with a laser gain medium.
  • FIG. 4B is a bird's-eye view showing an example of how the excitation light 4D entering from the end of the excitation light optical path 6 in FIG. 4A leaks to the outside from the side surface of the excitation light optical path 6.
  • the excitation light optical path 6 has a function of leaking incident light to the outside of the excitation light optical path 6 .
  • the excitation light optical path 6 includes a scattering source that scatters the incident light or a diffuse reflection source that diffuses the incident light.
  • the excitation light 4 ⁇ /b>D entering from the end of the excitation light optical path 6 leaks out in all directions along the side surfaces of the excitation light optical path 6 .
  • the excitation light 4 ⁇ /b>D leaking from the side surface of the excitation light optical path 6 enters all the core portions 3 from the side surface 32 of the core portion 3 .
  • the side surface of the excitation light optical path 6 may be appropriately processed so that the excitation light 4D can easily leak toward the clad portion 2 covering this side surface.
  • the pumping lights 4A, 4B, 4C, and 4D described above may be, for example, semiconductor laser lights having absorption wavelengths of the laser gain medium.
  • the pumping light 4D enters the pumping light optical path 6 from the end face thereof, thereby amplifying the seed light existing inside all the core portions 3. can do. Therefore, in the case of FIGS. 4A and 4B also, unlike the case of FIG. 3A, the seed light existing inside all the core portions 3 can be removed by simply injecting the excitation light 4D from the end face of the excitation light optical path 6 at once. can be amplified.
  • the laser amplification medium 1 can amplify the seed light existing inside all the core portions 3 by entering the pump light 4B, 4C or 4D at once. .
  • FIG. 5 is a flow chart showing one configuration example of a method for manufacturing the laser amplification medium 1 according to one embodiment.
  • 6A is a cross-sectional view showing that the laser amplification medium 1 of FIG. 1A can be manufactured by laminating the first substrate 11 and the second substrate 12.
  • FIG. 6B to 6H are cross-sectional views showing an example of the state during the manufacture of the laser amplification medium 1.
  • the stacking direction is unified to the Z-axis direction.
  • the flowchart of FIG. 5 includes a total of 4 steps from the first step S1 to the fourth step S4.
  • the first step S1 is executed.
  • the first substrate 11 is produced.
  • the first substrate 11 comprises a first portion 20 .
  • the first substrate 11 may be composed only of the first portion 20 .
  • the first portion 20 is made of the first material that constitutes the clad portion 2 of the laser amplification medium 1.
  • the first material is, for example, glass or YAG (Yttrium Aluminum Garnet) having predetermined characteristics. garnet) crystals or YAG ceramics.
  • the first material has the same refractive index as the cladding portion 2 .
  • FIG. 6B shows a cross section of the first substrate 110 that is thicker than the desired thickness.
  • a first substrate 110 having a thickness greater than a desired thickness is first produced, and a part of the first substrate 110 is scraped off from both or one side thereof to produce a first substrate 11 having a desired thickness. good.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • This scraping step may be performed as part of the first step S1, or may be performed as a separate step from the first step S1. In the latter case, in the first step S1, instead of producing the first substrate 11 with the desired thickness, a thicker first substrate 110 may be produced.
  • the required number of first substrates 11 and 110 may be generated collectively. Alternatively, the required number of first substrates 11 and 110 may be generated little by little by executing the first step S1 a plurality of times before and after the other steps.
  • the second step S2 is executed.
  • a second substrate 12 is produced.
  • the second substrate 12 comprises a first portion 20 and a second portion 30 .
  • the second substrate 12 may be composed only of the first portion 20 and the second portion 30 .
  • the second portion 30 may be made of a second material.
  • the second material is a material that constitutes the core portion 3 of the laser gain medium 1, and can be obtained, for example, by doping ions of an appropriate active element into glass, YAG crystal, or YAG ceramics as a laser gain medium.
  • This active element may be, for example, neodymium, ytterbium, erbium, or the like.
  • the second material preferably has the same refractive index as the core portion 3.
  • the refractive index of the core portion 3 may be uniform over its entire area, or may vary continuously according to the distance from the optical axis 31 in the radial direction.
  • the plurality of second portions 30 formed by ion doping do not always have ideal shapes due to manufacturing errors and other factors.
  • the ideal shape is a rectangular parallelepiped extending in the same direction like the core portion 3 in FIG. 1A.
  • the core portion 3 has a shape with sufficient precision for practical use, even if it contains a realistic manufacturing error, it is simply referred to as a "rectangular parallelepiped". The same is true for other geometric definitions.
  • FIG. 6C shows a cross section of the second substrate 120 that is thicker than the desired thickness.
  • the second substrate 120 having a thickness greater than the desired thickness is produced first, and then both sides or one side of the second substrate 120 is scraped off to produce the second substrate 12 having the desired thickness.
  • This scraping step may be performed as part of the second step S2, or may be performed as a separate step from the second step S2.
  • the second portion 30 is exposed on one surface of the second substrate 120, it does not necessarily have to reach the other surface.
  • the required number of second substrates 12 and 120 may be generated collectively. Alternatively, the required number of second substrates 12 and 120 may be generated little by little by executing the second step S2 a plurality of times before and after the other steps.
  • the third step S3 is executed.
  • the first substrates 11, 110 and the second substrates 12, 120 are laminated.
  • one surface of the second substrates 12 and 120 is bonded to one surface of the first substrates 11 and 110 .
  • both first portions 20 are joined so as to be optically integrated.
  • optically integrated bonding means that, for example, when light passes through this bonding surface, undesirable phenomena such as refraction, reflection, diffraction, and scattering do not occur, or even if they occur, they are practical. We mean such a junction that is practically negligible.
  • Each of the first substrates 11, 110 and the second substrates 12, 120 after being optically integrated may be called a virtual substrate, a virtual layer, or the like.
  • the joint surface after being optically integrated may be called a virtual surface, a virtual plane, a virtual joint surface, or the like.
  • Room-temperature bonding for example, is known as a method for realizing such bonding. In any case, it is preferable to perform processing such as polishing on the surfaces to be joined before joining.
  • FIG. 6D shows the surface of the second substrate 120 from which the second portion 30 is exposed.
  • the second substrate 120 having a desired thickness can be produced by scraping off the scraped portion 121 up to a predetermined thickness from the non-bonded surface of the second substrate 120 .
  • FIG. 6E shows the joined body of the first substrate 110 and the second substrate 12 after scraping away the scraped portion 121 of FIG. 6D.
  • the side surface of the second portion 30, which will be used as the core portion 3 in the future has at least a flat portion in the +Z-axis direction and a flat portion in the ⁇ Z-axis direction, both of which lie on the XY plane.
  • each core portion 3 of the laser amplification medium 1 preferably parallel to each other, i.e. parallel to each other.
  • the side surface 32 of each core portion 3 of the laser amplification medium 1 according to the present embodiment has two plane portions facing each other in the Z-axis direction on the virtual bonding surfaces of the first substrate 11 and the second substrate 12. It is preferable to include at least
  • lamination may be repeated a necessary number of times, or the first step S1 for generating the first substrates 11 and 110 and the second step S2 for generating the second substrates 12 and 120 may be performed. It may be repeated little by little according to the timing of execution.
  • a new first substrate 110 is further laminated on the surface of the second substrate 12 laminated on the first substrate 110 .
  • the first substrate 11 having a desired thickness can be produced by scraping off the scraped portion 111 up to a predetermined thickness from the unbonded surface of the new first substrate 110.
  • FIG. 6G shows the joined body of the first substrate 110, the second substrate 12 and the new first substrate 11 after the scraped portion 111 of FIG. 6F has been scraped away.
  • FIG. 6H shows a laminate obtained by laminating the first substrates 11, 110 and the second substrate 12 the number of times necessary to produce the laser amplification medium 1 of FIG. 1A. Thereafter, by scraping off the scraped portion 111 from each of the lowermost layer and the uppermost first substrate 110, the first substrate 11 having a desired thickness in each of the lowermost preliminary uppermost layers is generated. A laser gain medium 1 is produced, namely the laser gain medium 1 of FIG. 1A.
  • the fourth step S4 is executed.
  • finishing is performed.
  • processing such as polishing may be performed on the end faces in the X-axis direction and/or the Y-axis direction of the laser amplification medium 1 in FIG. 6A.
  • one end face of the laser amplification medium 1 in the X-axis direction can be processed into a state suitable for optically connecting a pre-stage device for injecting seed light to be amplified into each core portion 3 .
  • the other end face of the laser amplification medium 1 in the X-axis direction is preferably processed into a state suitable for emitting the laser light amplified by each core portion 3 to the outside.
  • the other end face of the laser amplification medium 1 in the X-axis direction is optically connected to a post-stage device for coupling a plurality of laser beams amplified by the plurality of core portions 3 into one high-output laser beam. It is preferable to process it in a state suitable for
  • the first portion 20 and the second portion 30 may be separately produced, processed into a desired shape, and then alternately joined to produce the second substrate 12.
  • FIG. it is expected that the shape of the core portion 3 can be brought closer to an ideal rectangular parallelepiped.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of one configuration example of the laser amplification medium 1 according to one embodiment.
  • a plurality of first substrates 11 and a plurality of second substrates 12 are alternately stacked in the Z-axis direction.
  • the number of the plurality of core portions 3 in the Y-axis direction The placement is staggered.
  • two first substrates 11 and one second substrate 11 are provided between an arbitrary core portion 3 and the core portion 3 closest to the arbitrary core portion 3 in the +Z-axis direction or the ⁇ Z-axis direction.
  • a substrate 12 is sandwiched.
  • a plurality of core portions 3 are arranged in a so-called staggered array in a cross section of the laser amplification medium 1 taken along a virtual plane perpendicular to the X-axis direction.
  • the laser amplification medium 1 according to the present embodiment can be manufactured by alternately laminating the first substrate 11 and the second substrate 12, so that the modified example shown in FIG. 7 can be easily adopted. is also possible.
  • such a modification is advantageous in order to allow the excitation light 4B to enter all the core portions 3 more uniformly when the excitation light 4B is incident from the side surface of the clad portion 2. is expected to become possible.
  • FIG. 8 is a transparent bird's-eye view showing a partial configuration example of the laser amplification medium 1 according to one embodiment.
  • a laser amplification medium 1 in FIG. 8 includes a clad portion 2, a core portion 3, and a plurality of flow paths 5.
  • the total number of flow paths 5 is 8 and the total number of core portions 3 is 1, but these numerical values are merely examples and do not limit the present embodiment.
  • the cladding part 2 is independent.
  • the flow path 5 is a cavity provided inside the clad portion 2 and extends in the same X-axis direction as the core portion 3 .
  • the flow path 5 penetrates the clad portion 2 in the X-axis direction.
  • the channel 5 may be defined as a side surface parallel to the X-axis direction.
  • the cross section of the channel 5 taken along a virtual plane orthogonal to the X-axis direction is rectangular.
  • the rectangular shape of the flow path 5 may be a different rectangular shape than the rectangular shape of the cross section of the core portion 3 on the same plane.
  • the rectangular shape of the flow path 5 has a larger area than the rectangular shape of the core portion 3 .
  • the cross-sectional shape and cross-sectional area of the flow path 5 are only examples, and the cross-section of the flow path 5 may have a shape other than a rectangle, and may not necessarily be larger than the cross-sectional area of the core portion 3. .
  • the channel 5 may be generated, for example, by forming a cavity inside the cladding portion 2 of the laser amplification medium 1 according to the first embodiment.
  • a fine processing technique such as ablation using a femtosecond laser is known.
  • FIG. 9 is a graph for explaining an example of a method for controlling the temperature of the laser amplification medium 1 by flowing a predetermined fluid through the laser amplification medium 1 using the channel 5 according to one embodiment.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the temperature of the laser amplification medium 1 .
  • T 0 the target temperature at which the laser gain medium 1 functions most efficiently
  • T min the minimum and maximum temperatures at which the laser gain medium 1 functions properly are represented by "T min " and "T max , respectively. ”.
  • a fluid whose temperature is equal to or lower than the target temperature T0 is caused to flow through the flow path 5 to cool the laser amplification medium 1. 1 can be brought closer to the target temperature T0 .
  • a fluid whose temperature is equal to or higher than the target temperature T0 is caused to flow through the flow path 5 to heat the laser amplification medium 1 H,
  • the temperature of the laser amplification medium 1 can be made close to the target temperature T0 .
  • This fluid may be liquid or gas. Helium gas may be used as an example of this fluid.
  • the scattering of the excitation light 4A, 4B, 4C inside the laser amplification medium 1 may be suppressed, or conversely may be assisted.
  • the scattering it is expected that the excitation lights 4A, 4B, and 4C reach the far core portion 3 more easily.
  • the scattering is assisted, it is expected that the excitation light beams 4A, 4B, and 4C reach the core portions 3 hidden behind the other core portions 3 more easily.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing one configuration example of the laser amplification medium 1 according to one embodiment.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing another configuration example of the laser amplification medium 1 according to one embodiment.
  • the core portions 3 of the laser amplification medium 1 shown in FIG. is obtained by increasing the number of flow paths 5 shown in FIG.
  • the laser amplification medium 1 of FIG. 10B has a total of 24 flow paths 5 and a total of 18 core portions 3 of the laser amplification medium 1 of FIG. and the core portions 3 are arranged in a two-dimensional array of 6 ⁇ 7 in a cross section along a virtual plane perpendicular to the X-axis direction.
  • the channels 5 and the core portions 3 are arranged alternately in the Z-axis direction, and six channels 5 and six core portions 3 are arranged in the Y-axis direction. Focusing on the core portion 3 at this time, it is arranged in a two-dimensional array of 6 ⁇ 3. Focusing on the channels 5, they are arranged in a two-dimensional array of 6 ⁇ 4.
  • thermal resistance R1 between core portion 3A and channel 5 and thermal resistance R2 between core portion 3B and channel 5 are considered.
  • the core portion 3A is located outside the 4 ⁇ 4 two-dimensional array. Therefore, there is no other core portion 3 between the core portion 3A and the channel 5A having the shortest distance from the core portion 3A.
  • the core portion 3B is located inside the 4 ⁇ 4 two-dimensional array. Therefore, another core portion 3 exists between the core portion 3B and the channel 5B having the shortest distance from the core portion 3B. Therefore, the thermal resistance R2 is considered to be greater than the thermal resistance R1.
  • the thermal resistance R3 between the core portion 3C and the flow channel 5 and the thermal resistance R4 between the core portion 3D and the flow channel 5 are considered.
  • the core portion 3C is located outside the 6 ⁇ 3 two-dimensional array.
  • the core part 3D is located inside in the same two-dimensional array.
  • other core portions 3 do not exist between the core portion 3C and the flow paths 5C and 5D that are closest to the core portion 3C.
  • thermal resistance R3 and thermal resistance R4 are considered to be the same.
  • a temperature difference is less likely to occur between the core portion 3C and the core portion 3D.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the laser amplification medium 1 according to one embodiment.
  • a plurality of flow paths 5 and a plurality of core portions 3 are arranged in a so-called checker array.
  • the channel 5 and the core portion 3 are arranged in a two-dimensional array in a cross section along a virtual plane orthogonal to the X-axis direction, where the Y-axis direction and the Z-axis direction of the channel 5 are
  • the core portions 3 are adjacent to each other, and the flow paths 5 are adjacent to the core portions 3 in the Y-axis direction and the Z-axis direction.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing one configuration example of the laser amplification medium 1 according to one embodiment.
  • the laser amplification medium 1 of FIG. 12 is obtained, for example, by increasing the number of core portions 3 of the laser amplification medium 1 of FIG.
  • the remaining ten core portions 3 and fifteen stress-applying portions 7 each have a rectangular parallelepiped shape extending in the X-axis direction.
  • the core portions 3 and the stress applying portions 7 are arranged in a 5 ⁇ 5 two-dimensional array.
  • the stress-applying portions 7 and the core portions 3 are alternately arranged in the Y-axis direction.
  • five stress-applying portions 7 and five core portions 3 are arranged in a row.
  • the stress applying portions 7 are arranged on both sides in the Y-axis direction for each of the plurality of core portions 3 .
  • the stress-applying portion 7 may be formed, for example, by a method similar to that of the core portion 3, or may be formed by opening a flow path 5 inside the clad portion 2 and pouring and hardening an appropriate material into the internal space. Also good. In either case, the core portion 3 receives stress from both sides in the Y-axis direction, so that the polarization direction of light propagating in the X-axis direction inside the core portion 3 is controlled to approach the Z-axis direction. This leads to the laser amplification medium 1 being able to output laser light of higher quality. It may also be used in applications such as beam coupling using linearly polarized light and harmonic generation using nonlinear optical phenomena.

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Abstract

製造が容易なレーザ増幅媒体と、実現が容易なレーザ増幅媒体の製造方法とを提供する。 レーザ増幅媒体は、クラッド部と、第１コア部および第２コア部と、仮想的な第１層、第２層および第３層とを備える。第１コア部および第２コア部は、軸方向に平行に延在し、クラッド部によって側面が被覆されている。第１層は、クラッド部の一部、第１コア部および第２コア部を含む。第２層および第３層は、クラッド部の一部を含む。第１層は、第２層および第３層の間に、軸方向に直交する積層方向に積層および接合されている。第１コア部および第２コア部のそれぞれにおける側面は、第１平面部分および第２平面部分を備える。第１平面部分は、第１層の、第２層との仮想的な接合面である第１表面に含まれる。第２平面部分は、第１層の、第３層との仮想的な接合面である第２表面に含まれる。

Description

レーザ増幅媒体およびレーザ増幅媒体の製造方法
　本発明はレーザ増幅媒体およびレーザ増幅媒体の製造方法に関する。
　高品質かつ高出力なレーザが、レーザ加工、科学研究、核融合、宇宙デブリ除去、安全補償などの分野で必要とされている。このようなレーザを実現する方法として、多くの場合、固体レーザおよびファイバレーザが検討される。
　このうち、ファイバレーザでは、導波路の面積が比較的小さいため、導波路内部のパワー密度が比較的大きくなる傾向がある。このことは、特に、パルスレーザの場合に顕著である。その結果、光ファイバなどの材料にダメージが発生したり、非線形光学効果による特性の劣化が発生したりするなどの問題が知られている。
　そこで、それぞれの出力パワーが小さい多数のファイバレーザを結合することによって大きい出力パワーを得る技術が提案されている。
　上記に関連して、非特許文献１（Ｒ．　Ｓｏｕｌａｒｄ　ｅｔ　ａｌ．著、「ＩＣＡＮ：Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｌａｓｅｒ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｓｐａｃｅ　ｄｅｂｒｉｓ　ｒｅｍｏｖａｌ」、Ａｃｔａ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ　１０５、２０１４年発行、ｐｐ．１９２－２００）および非特許文献２（Ｔ．　Ｅｂｉｓｕｚａｋｉ　ｅｔ　ａｌ．著、「Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｄｅｂｒｉｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｔａｔｉｏｎ」、Ａｃｔａ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ　１１２、２０１５年発行、ｐｐ．１０２－１１３）では、ＣＡＮ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋ：コヒーレント増幅ネットワーク）と呼ばれる多数（例えば、１万本）のファイバレーザを結合することが提案されている。
　また、特許文献１（特開２０１３－１４８７６９号公報）には、複数ビーム結合装置が開示されている。この複数ビーム結合装置は、位相シフト部と、重ね合わせ部と、観測部と、位相制御部とを備える。位相シフト部は、複数のレーザ光のそれぞれの位相をシフトさせることによって複数のシフトレーザ光を生成する。重ね合わせ部は、複数のシフトレーザ光のそれぞれと参照光とを重ね合わせることによって複数の重ね合わせレーザ光を生成する。観測部は、複数の重ね合わせレーザ光の各々を観測した際に現れる空間的な干渉パターンに関する干渉パターン情報を生成する。位相制御部は、複数の重ね合わせレーザ光毎に得られた干渉パターン情報に基づいて、位相シフト部による位相シフトをフィードバック制御し、それにより、複数のシフトレーザ光を所望の状態に設定する。
特開２０１３－１４８７６９号公報
Ｒ．　Ｓｏｕｌａｒｄ　ｅｔ　ａｌ．著、「ＩＣＡＮ：Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｌａｓｅｒ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｓｐａｃｅ　ｄｅｂｒｉｓ　ｒｅｍｏｖａｌ」、Ａｃｔａ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ　１０５、２０１４年発行、ｐｐ．１９２－２００ Ｔ．　Ｅｂｉｓｕｚａｋｉ　ｅｔ　ａｌ．著、「Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｄｅｂｒｉｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｔａｔｉｏｎ」、Ａｃｔａ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ　１１２、２０１５年発行、ｐｐ．１０２－１１３
　製造が容易なレーザ増幅媒体と、実現が容易なレーザ増幅媒体の製造方法とを提供する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　一実施の形態によれば、レーザ増幅媒体は、クラッド部と、第１コア部および第２コア部と、仮想的な第１層と、仮想的な第２層および仮想的な第３層とを備える。クラッド部は、所定の第１屈折率を有する。第１コア部および第２コア部は、第１屈折率より高い第２屈折率をそれぞれ有し、所定の軸方向に対して平行にそれぞれ延在し、クラッド部によってそれぞれの側面が被覆されている。仮想的な第１層は、クラッド部の一部、第１コア部および第２コア部を含む。仮想的な第２層および仮想的な第３層は、クラッド部の別の一部をそれぞれ含む。第１層は、第２層および第３層の間に、軸方向に直交する所定の積層方向に積層および接合されている。第１コア部および第２コア部のそれぞれにおいて、側面は、第１平面部分と、第２平面部分とを備える。第１平面部分は、第１層の、第２層との仮想的な接合面であり積層方向に直交する仮想的な第１表面に含まれる。第２平面部分は、第１層の、第３層との仮想的な接合面であり積層方向に直交する仮想的な第２表面に含まれ、第１平面部分に対向している。
　一実施の形態によれば、レーザ増幅媒体の製造方法は、所定の第１屈折率を有する複数の第１領域と、第１屈折率より大きい第２屈折率を有する複数の第２領域とを含む第１層を生成することと、第１屈折率を有する第２層および第３層を生成することと、第２層、第１層および第３層をこの順に、所定の積層方向に積層することとを含む。積層することは、複数の第１領域および第２層を接合するように、第１層の、積層方向に直交する第１表面に、第２層を接合することと、複数の第１領域および第３層を接合するように、第１層の、第１表面に対向する第２表面に、第３層を接合することとを含む。第１層を生成することは、複数の第２領域が、第１表面に対して平行な所定の軸方向に対して平行にそれぞれ延在し、第１表面に含まれる第１平面部分と、第２表面に含まれる第２平面部分とを含む側面をそれぞれ有する、第１コア部および第２コア部を備えるように、複数の第２領域を生成することを含む。第２層、第１層および第３層を積層することは、一体化された複数の第１領域、第２層および第３層が、第１コア部および第２コア部のそれぞれにおいて側面を被覆するクラッド部として機能するように、第２層、第１層および第３層を積層することを含む。
　前記一実施の形態によれば、製造が容易なレーザ増幅媒体と、実現が容易なレーザ増幅媒体の製造方法とを提供することが出来る。
図１Ａは、一実施形態によるレーザ増幅媒体の一構成例を示す俯瞰図である。 図１Ｂは、図１Ａのレーザ増幅媒体の一部を抜き出した場合に得られる仮想的な単位レーザ増幅媒体の一構成例を示す透過俯瞰図である。 図２は、図１Ｂの単位レーザ増幅媒体の、コア部の光軸を通る任意の断面による断面図である。 図３Ａは、図１Ａのレーザ増幅媒体の各コア部の端面から励起光を入射する方法の一例を示す透過俯瞰図である。 図３Ｂは、図１Ａのレーザ増幅媒体の各コア部の側面から励起光を入射する方法の一例を示す透過俯瞰図である。 図３Ｃは、図１Ａのレーザ増幅媒体の一変形例の構成と、この変形例によるレーザ増幅媒体に励起光を入射する方法の一例を示す透過俯瞰図である。 図４Ａは、図１Ａのレーザ増幅媒体の別の変形例の構成と、この変形例によるレーザ増幅媒体に励起光を入射する方法の一例を示す透過俯瞰図である。 図４Ｂは、図４Ａの励起光用光路の端部から入射した励起光が、励起光用光路の側面から外部に漏れ出る様子の一例を示す俯瞰図である。 図５は、一実施形態によるレーザ増幅媒体の製造方法の一構成例を示すフローチャートである。 図６Ａは、図１Ａのレーザ増幅媒体が、第１基板および第２基板を積層することで製造可能であることを示す断面図である。 図６Ｂは、レーザ増幅媒体の製造途中における状態の一例を示す断面図である。 図６Ｃは、レーザ増幅媒体の製造途中における状態の一例を示す断面図である。 図６Ｄは、レーザ増幅媒体の製造途中における状態の一例を示す断面図である。 図６Ｅは、レーザ増幅媒体の製造途中における状態の一例を示す断面図である。 図６Ｆは、レーザ増幅媒体の製造途中における状態の一例を示す断面図である。 図６Ｇは、レーザ増幅媒体の製造途中における状態の一例を示す断面図である。 図６Ｈは、レーザ増幅媒体の製造途中における状態の一例を示す断面図である。 図７は、一実施形態によるレーザ増幅媒体の一構成例の断面図である。 図８は、一実施形態によるレーザ増幅媒体の一構成例を示す透過俯瞰図である。 図９は、一実施形態による流路を用いたレーザ増幅媒体に所定の流体を流してレーザ増幅媒体の温度を制御する方法の一例について説明するためのグラフである。 図１０Ａは、一実施形態によるレーザ増幅媒体の一構成例を示す断面図である。 図１０Ｂは、一実施形態によるレーザ増幅媒体の別の一構成例を示す断面図である。 図１１は、一実施形態によるレーザ増幅媒体のさらに別の一構成例を示す断面図である。 図１２は、一実施形態によるレーザ増幅媒体の一構成例を示す断面図である。
　添付図面を参照して、本発明によるレーザ増幅媒体およびレーザ増幅装置の製造方法を実施するための形態を以下に説明する。
　（第１の実施形態）
　図１Ａを参照して、本実施形態によるレーザ増幅媒体１の一構成例について説明する。図１Ａは、一実施形態によるレーザ増幅媒体１の一構成例を示す透過俯瞰図である。
　図１Ａのレーザ増幅媒体１の構成要素について説明する。図１Ａのレーザ増幅媒体１は、クラッド部２と、複数のコア部３とを備える。図１Ａの例では、コア部３の総数は１６であるが、これはあくまでも一例にすぎず、本実施形態を限定しない。その一方で、クラッド部２は単独であることが好ましい。
　コア部３は一方向に延在し、対向する側面に平面を有する形状に形成されている。例えば、図１Ａの例では、それぞれのコア部３は同一の直方体の形状を有している。また、クラッド部２も直方体の形状を有しているが、その寸法はコア部３とは異なる。ただし、これらはあくまでも一例にすぎず、本実施形態を限定しない。例えば、コア部３は、その延在方向に直交する断面の形状が六角形である六角柱の形状を有していてもよい。
　図１Ａのレーザ増幅媒体１の構成要素の位置関係について説明する。図１Ａの例では、合計１６のコア部３が同一の方向に延在している。この延在方向をＸ軸方向と呼ぶ。また、クラッド部２も同じＸ軸方向に延在している。コア部３にはレーザ利得媒質がドーピングされており、後述するように励起光と種光を入射させることで種光を増幅した増幅光を出射させることができる。
　ここで、レーザ増幅媒体１の、Ｘ軸方向に直交する仮想的な平面による断面を考える。この断面の構成は、レーザ増幅媒体１の両端面の構成と同じである。言い換えれば、Ｘ軸方向において、クラッド部２の長さと、それぞれのコア部３の長さは、同じである。さらに言い換えれば、Ｘ軸方向において、それぞれのコア部３の各端面は、クラッド部２の各端面に対して面一に露出している。ただし、この構成は実施形態説明のための一例であり、コア部３の端面は必ずしもＸ軸に直交しなくてもよい。これにより、出射方向の調整や戻り光の防止効果を付与することができ得る。また、コア部３の端面に無反射コーティング等のコーティングを付加してもよい。
　コア部３の側面は、Ｘ軸方向に平行に延在する対向した平面を有する形状に形成されている。例えば、図１Ａの例では、上記の断面または端面において、それぞれのコア部３の側面は、矩形の形状を有している。図１Ａの例では、コア部３の側面とは、直方体の６面のうち、Ｘ軸方向に対して平行な４面を指す。また、上記の断面または端面において、合計１６のコア部３の側面は、４×４の二次元配列状に配置されている。この二次元配列に係る２つの方向を、それぞれ、Ｙ軸方向およびＺ軸方向と呼ぶ。さらに、各コア部３の側面は、Ｙ軸方向またはＺ軸方向に対して平行であることが好ましい。
　図１Ａのレーザ増幅媒体１は、Ｘ軸方向に平行に延在するクラッド部の内部にＸ軸方向に平行に延在するコア部３が配列された構造を有しており、コア部３の側面はＸ軸方向に平行に延在する対向する平面を有するように形成されている。例えば、本実施形態によるコア部３は四角柱または直方体の形状を有している。さらに、本実施形態では、それぞれのコア部３の幅方向の寸法が、一般的な光ファイバのコアの直径の約５倍～１０倍程度であることが好ましい。言い換えれば、本実施形態によるコア部３の断面積は、一般的な光ファイバのコアの直径の約２５倍～１００倍程度であることが好ましい。ただし、これらの数値はあくまでも一例にすぎず、本実施形態を限定しない。
　図１Ａの各コア部３は、その側面が、クラッド部２によって被覆されている。言い換えれば、隣接する２つのコア部３の間には、クラッド部２が存在する。
　図１Ｂを参照して、図１Ａの各コア部３と、その側面を被覆するクラッド部２とが、光導波路としても機能し得ることについて説明する。図１Ｂは、図１Ａのレーザ増幅媒体１の一部を抜き出した場合に得られる仮想的な単位レーザ増幅媒体１０の一構成例を示す透過俯瞰図である。
　図１Ｂの単位レーザ増幅媒体１０は、１つのコア部３と、その側面を被覆するクラッド部２とを備えている。ここで、コア部３の屈折率は、クラッド部２の屈折率よりも高い。コア部３の一方の端面から入射するレーザ光は、その入射角度が所定の条件を満たすことで、コア部３からクラッド部２に漏出しないことが期待される。
　図１Ｂの単位レーザ増幅媒体１０を合計１６本用意して、４×４の二次元配列に配置して接合し、全てのクラッド部２を光学的に一体化させることによって、図１Ａのレーザ増幅媒体１を得ることができる、とも言える。
　図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、本実施形態によるレーザ増幅媒体１に励起光４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄを入射する複数の方法について説明する。図２は、図１Ｂの単位レーザ増幅媒体１０の、コア部３の光軸３１を通る任意の断面による断面図である。なお、本明細書の全ての図において、光軸方向はＸ軸方向に統一している。
　図２の例では、大別して２種類の方法により、励起光４Ａ、４Ｂを単位レーザ増幅媒体１０に入射している。第１の方法では、励起光４Ａをコア部３の端面から入射している。ただし、励起光４Ａは、コア部３の光軸３１に対して必ずしも平行に入射しなくても良いし、必ずしも両方の端面から入射しなくても良い。第２の方法では、励起光４Ｂをコア部３の側面３２から入射している。ここで、励起光４Ｂは、コア部３の側面３２に対して必ずしも垂直に入射しなくても良いし、必ずしも複数の方向から入射しなくても良い。なお、これら２つの方法を組み合わせて、コア部３の端面および側面３２の両方から励起光４Ａ、４Ｂを入射することも可能である。いずれの場合も、励起光４Ａ、４Ｂのエネルギーによって増幅される種光は、コア部３の端面から入射されることが好ましい。
　図３Ａは、図１Ａのレーザ増幅媒体１の各コア部３の端面から励起光４Ａを入射する方法の一例を示す透過俯瞰図である。図３Ａに示した励起光４Ａは、図２の励起光４Ａに対応している。図３Ａでは見やすさのために一部のコア部３については励起光４Ａの入射位置を省略しているが、実際には全てのコア部３に励起光４Ａをそれぞれ入射することが好ましい。
　図３Ｂは、図１Ａのレーザ増幅媒体１の各コア部３の側面３２から励起光４Ｂを入射する方法の一例を示す透過俯瞰図である。図３Ｂに示した励起光４Ｂは、図２の励起光４Ｂに対応している。図３Ｂでは、クラッド部２の側面から励起光４Ｂを入射することで、コア部３の内部にもコア部３の側面３２から励起光４Ｂが入射する。したがって、図３Ｂの場合は、図３Ａの場合とは異なり、励起光４Ｂをクラッド部２の側面から一度に入射するだけで全てのコア部３の内部に存在する種光を増幅できる。なお、一部のコア部３が、幾何的に他のコア部３の影になっている場合もあり得るが、励起光４Ｂの方向に対するコア部３の距離は短いため、吸収されなかった励起光４Ｂが影になっているコア部３で吸収されるという構成をとることは可能である。
　図３Ｃは、図１Ａのレーザ増幅媒体１の一変形例の構成と、この変形例によるレーザ増幅媒体１に励起光４Ｃを入射する方法の一例を示す透過俯瞰図である。図３Ｃの変形例によるレーザ増幅媒体１は、図１Ａのレーザ増幅媒体１にダブルクラッド構造を適用することで得られる。言い換えれば、図１Ａのレーザ増幅媒体１のクラッド部２を、内部クラッド部２Ａおよび外部クラッド部２Ｂに置き換えることで、図３Ｃのレーザ増幅媒体１が得られる。もしくは、図１Ａのレーザ増幅媒体１のクラッド部２を内部クラッド部２Ａと呼び換え、その側面の外側に外部クラッド部２Ｂを追加することでも図３Ｃのレーザ増幅媒体１が得られる。
　図３Ｃの場合には、例えば、内部クラッド部２Ａの端面に励起光４Ｃを適宜な入射角度で入射することによって、励起光４Ｃは内部クラッド部２Ａおよび外部クラッド部２Ｂの間の境界面で全反射を繰り返し、その間にコア部３の内部にもコア部３の側面３２から励起光４Ｃは入射する。このとき、外部クラッド部２Ｂの屈折率は、内部クラッド部２Ａの屈折率より小さくても良い。図３Ｃの場合も、図３Ａの場合とは異なり、励起光４Ｃを内部クラッド部２Ａの端面から一度に入射するだけで全てのコア部３の内部に存在する種光を増幅できる。
　図４Ａは、図１Ａのレーザ増幅媒体１の別の変形例の構成と、この変形例によるレーザ増幅媒体１に励起光４Ｄを入射する方法の一例を示す透過俯瞰図である。図４Ａの変形例によるレーザ増幅媒体１は、図１Ａのレーザ増幅媒体１のうち、一部のコア部３を、レーザ利得媒質をドーピングしない励起光用光路６に置き換えることで得られる。
　図４Ｂは、図４Ａの励起光用光路６の端部から入射した励起光４Ｄが、励起光用光路６の側面から外部に漏れ出る様子の一例を示す俯瞰図である。図４Ｂの例では、励起光用光路６は入射した光を励起光用光路６の外へ漏出させる機能を備えている。例えば、励起光用光路６は入射光を散乱させる散乱源、あるいは乱反射させる乱反射源を含む。これにより、励起光用光路６の端部から入射した励起光４Ｄは、励起光用光路６の側面のあらゆる方向に向けて漏れ出る。励起光用光路６の側面から漏れ出した励起光４Ｄは、全てのコア部３の内部に、コア部３の側面３２から入射する。ここで、励起光用光路６の側面は、この側面を被覆するクラッド部２に向けて励起光４Ｄが漏れ出し易いように、適宜な加工が施されていても良い。
　上記に説明した励起光４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは、例えば、レーザ利得媒質の吸収波長を有する半導体レーザ光であっても良い。
　このように、図４Ａおよび図４Ｂのレーザ増幅媒体１では、励起光用光路６の内部にその端面から励起光４Ｄを入射することで、全てのコア部３の内部に存在する種光を増幅することができる。したがって、図４Ａおよび図４Ｂの場合も、図３Ａの場合とは異なり、励起光４Ｄを励起光用光路６の端面から一度に入射するだけで全てのコア部３の内部に存在する種光を増幅できる。
　以上に説明したように、本実施形態によるレーザ増幅媒体１は、励起光４Ｂ、４Ｃまたは４Ｄを一度に入射することで、全てのコア部３の内部に存在する種光を増幅することができる。
　図５および図６Ａ～図６Ｈを参照して、図１Ａに示したレーザ増幅媒体１を容易に製造する方法、すなわち本実施形態によるレーザ増幅媒体１の製造方法、の一例について説明する。図５は、一実施形態によるレーザ増幅媒体１の製造方法の一構成例を示すフローチャートである。図６Ａは、図１Ａのレーザ増幅媒体１が、第１基板１１および第２基板１２を積層することで製造可能であることを示す断面図である。図６Ｂ～図６Ｈは、レーザ増幅媒体１の製造途中における状態の一例を示す断面図である。なお、本明細書の全ての図において、積層方向はＺ軸方向に統一している。
　図５のフローチャートは、第１ステップＳ１から第４ステップＳ４までの合計４のステップを含んでいる。図５のフローチャートが開始すると、第１ステップＳ１が実行される。
　第１ステップＳ１では、第１基板１１を生成する。ここで、第１基板１１は、第１部分２０を備える。第１基板１１は、第１部分２０だけで構成されていても良い。第１部分２０は、レーザ増幅媒体１のクラッド部２を構成する第１材質で構成されており、この第１材質は、例えば、所定の特性を有するガラスまたはＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）結晶またはＹＡＧセラミックスであっても良い。第１材質は、クラッド部２と同じ屈折率を有する。
　図６Ｂは、所望の厚さより厚い第１基板１１０の断面を示している。第１ステップＳ１では、まず所望の厚さより厚い第１基板１１０を生成し、その両面または片面から第１基板１１０の一部を削り取ることによって所望の厚さの第１基板１１を生成しても良い。削り取る方法としては、例えば、半導体の製造方法で使用されるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）などが知られている。
　この削り取るステップは、第１ステップＳ１の一部として実行されても良いし、第１ステップＳ１とは別のステップとして実行されても良い。後者の場合、第１ステップＳ１では、所望する厚さを有する第１基板１１を生成する代わりに、より厚い第１基板１１０を生成しても良い。
　第１ステップＳ１では、必要な枚数の第１基板１１、１１０をまとめて生成しても良い。また、第１ステップＳ１をその他のステップの前後に複数回実行することで必要な枚数の第１基板１１、１１０を少しずつ生成しても良い。
　第１ステップＳ１の次には、第２ステップＳ２が実行される。第２ステップＳ２では、第２基板１２を生成する。ここで、第２基板１２は、第１部分２０および第２部分３０を備える。第２基板１２は、第１部分２０および第２部分３０だけで構成されていても良い。第２部分３０は、第２材質で構成されていても良い。第２材質は、レーザ増幅媒体１のコア部３を構成する材質であり、例えば、ガラスまたはＹＡＧ結晶またはＹＡＧセラミックスに適切な活性元素のイオンをレーザ利得媒質としてドーピングすることで得られる。この活性元素は、例えば、ネオジム、イッテルビウム、エルビウムなどであっても良い。
　第２材質は、コア部３と同じ屈折率を有することが好ましい。ただし、コア部３の屈折率は、その全域において均一であっても良いし、光軸３１からラジアル方向の距離に応じて連続的に変化しても良い。
　イオンのドーピングによって形成される複数の第２部分３０は、製造誤差などの要因によって、必ずしも理想的な形状を有するとは限らない。ここで、理想的な形状とは、図１Ａのコア部３のような、同じ方向に延在する直方体である。しかし、本実施形態では、たとえ現実的な製造誤差を含んでいたとしても、コア部３が実用上十分な精度を有する形状を有していれば、これを単に「直方体」と呼ぶ。その他の幾何学的定義についても同様である。
　図６Ｃは、所望の厚さより厚い第２基板１２０の断面を示している。第２ステップＳ２では、第１ステップＳ１の場合と同様に、まず所望の厚さより厚い第２基板１２０を生成し、その両面または片面を削り取ることで所望の厚さの第２基板１２を生成しても良い。そして、この削り取るステップは、第２ステップＳ２の一部として実行されても良いし、第２ステップＳ２とは別のステップとして実行されても良い。このことに関連して、第２部分３０は、第２基板１２０の一方の表面に露出している一方で、必ずしも他方の表面まで達していていなくても良い。
　第２ステップＳ２では、必要な枚数の第２基板１２、１２０をまとめて生成しても良い。また、第２ステップＳ２をその他のステップの前後に複数回実行することで必要な枚数の第２基板１２、１２０を少しずつ生成しても良い。
　第２ステップＳ２の次には、第３ステップＳ３が実行される。第３ステップＳ３では、第１基板１１、１１０および第２基板１２、１２０を積層する。このとき、第１基板１１、１１０の一方の表面に、第２基板１２、１２０の一方の表面が接合される。この接合では、双方の第１部分２０が光学的に一体化するように接合されることが好ましい。ここで、光学的に一体化するような接合とは、例えば、この接合面を光が通過するときに屈折、反射、回折、散乱などの所望しない現象が発生しない、または、発生しても実用的に無視できる程度であるような接合を意味する。光学的に一体化された後の第１基板１１、１１０および第２基板１２、１２０のそれぞれは、仮想的な基板、仮想的な層、などと呼んでも良い。また、光学的に一体化された後の接合面は、仮想的な表面、仮想的な平面、仮想的な接合面、などと呼んでも良い。
　このような接合を実現する方法としては、例えば、常温接合が知られている。いずれの場合も、接合を行う前に、接合する表面に対して、研磨などの加工を行うことが好ましい。
　図６Ｄでは、第１基板１１０の表面に、第２基板１２０の、第２部分３０が露出している方の表面が接合されている。この後、第２基板１２０のうち、接合されていない方の表面から所定の厚さまでの削り取り部分１２１を削り取ることで、所望の厚さを有する第２基板１２を生成することができる。図６Ｅでは、図６Ｄの削り取り部分１２１を削り取った後の、第１基板１１０および第２基板１２の接合体を示している。図６Ｅに示した状態において、将来的にコア部３として用いられる第２部分３０の側面が、少なくとも＋Ｚ軸方向の平面部分と、－Ｚ軸方向の平面部分とを備え、両方ともＸＹ平面に対して平行であり、つまり互いに平行であることが好ましい。言い換えれば、本実施形態によるレーザ増幅媒体１の各コア部３の側面３２は、第１基板１１および第２基板１２の仮想的な接合面に、Ｚ軸方向に対向する２枚の平面部分を少なくとも含むことが好ましい。
　第３ステップＳ３は、必要な回数の積層を、まとめて繰り返しても良いし、第１基板１１、１１０を生成する第１ステップＳ１と、第２基板１２、１２０を生成する第２ステップＳ２を実行するタイミングに合わせて少しずつ繰り返しても良い。
　図６Ｆでは、第１基板１１０に積層された第２基板１２の表面に、新たな第１基板１１０をさらに積層している。この後、新たな第１基板１１０のうち、接合されていない方の表面から所定の厚さまでの削り取り部分１１１を削り取ることで、所望の厚さを有する第１基板１１を生成することができる。図６Ｇでは、図６Ｆの削り取り部分１１１を削り取った後の、第１基板１１０、第２基板１２および新たな第１基板１１の接合体を示している。
　図６Ｈでは、図１Ａのレーザ増幅媒体１を生成するために必要な回数だけ第１基板１１、１１０および第２基板１２を積層した積層体を示している。この後、最下層および最上層の第１基板１１０のそれぞれから削り取り部分１１１を削り取ることで、最下層の予備最上層のそれぞれに所望の厚さを有する第１基板１１が生成され、図６Ａのレーザ増幅媒体１が生成され、すなわち図１Ａのレーザ増幅媒体１が生成される。
　第３ステップＳ３の次には、第４ステップＳ４が実行される。第４ステップＳ４では、仕上げが行われる。ここで行う仕上げとしては、例えば、図６Ａのレーザ増幅媒体１のＸ軸方向および／またはＹ軸方向の端面に、例えば研磨などの加工を行っても良い。
　特に、レーザ増幅媒体１のＸ軸方向の一方の端面は、増幅する対象となる種光を各コア部３に入射するための前段装置を光学的に接続するに適した状態に加工することが好ましい。また、レーザ増幅媒体１のＸ軸方向の他方の端面は、それぞれのコア部３で増幅されたレーザ光を外部に出射するに適した状態に加工することが好ましい。もしくは、レーザ増幅媒体１のＸ軸方向の他方の端面は、複数のコア部３でそれぞれ増幅された複数のレーザ光を１つの高出力レーザ光に結合するための後段装置を光学的に接続するに適した状態に加工することが好ましい。
　第４ステップＳ４が終了すると、図５のフローチャートも終了する。
　本実施形態によるレーザ増幅媒体１の製造方法では、上記に説明した図５のフローチャートに、様々な変更を加えることができる。例えば、第２ステップＳ２において、第１部分２０および第２部分３０を別々に生成し、所望の形状に加工した後、交互に接合することで、第２基板１２を生成しても良い。この場合は、コア部３の形状を理想的な直方体により近づけることが可能となると期待される。
　図７を参照して、本実施形態によるレーザ増幅媒体１の、積層に係る変形例について説明する。図７は、一実施形態によるレーザ増幅媒体１の一構成例の断面図である。
　図７の変形例では、複数の第１基板１１および複数の第２基板１２が、交互に、Ｚ軸方向に積層されている。ただし、積層された複数の第２基板１２のうち、１枚の第１基板１１を挟んで互いに最も近い２枚の第２基板１２の任意の組み合わせにおいて、Ｙ軸方向における複数のコア部３の配置が互い違いになっている。言い換えれば、任意のコア部３と、この任意のコア部３から＋Ｚ軸方向または－Ｚ軸方向に最も近いコア部３との間には、２枚の第１基板１１および１枚の第２基板１２が挟まれている。さらに言い換えれば、図７の変形例では、レーザ増幅媒体１の、Ｘ軸方向に直交する仮想的な平面による断面において、複数のコア部３はいわゆる千鳥配列（Ｓｔｒａｇｇｅｒｅｄ　ａｒｒａｙ）で配置されている。
　このように、本実施形態によるレーザ増幅媒体１は、第１基板１１および第２基板１２を交互に積層して製造することが可能であるので、図７のような変形例を容易に採用することも可能である。このような変形例は、例えば、図３Ｂに示したように、励起光４Ｂをクラッド部２の側面から入射する場合に、励起光４Ｂが全てのコア部３により均一に入射させるために有利となる可能性が期待される。
　（第２実施形態）
　図８を参照して、別の実施形態によるレーザ増幅媒体１の一構成例について説明する。図８は、一実施形態によるレーザ増幅媒体１の部分的な一構成例を示す透過俯瞰図である。
　図８のレーザ増幅媒体１は、クラッド部２と、コア部３と、複数の流路５とを備えている。図８の例では、流路５の総数は８であり、コア部３の総数は１であるが、これらの数値はあくまでも一例にすぎず、本実施形態を限定しない。その一方で、クラッド部２は単独であることが好ましい。
　流路５は、クラッド部２の内部に設けられた空洞であり、コア部３と同じＸ軸方向に延在している。
流路５は、クラッド部２をＸ軸方向に貫通している。流路５は、Ｘ軸方向に対して平行な側面として定義されても良い。
　図８の例では、流路５の、Ｘ軸方向に直交する仮想的な平面による断面は、矩形である。流路５の矩形は、コア部３の同じ平面による断面の形状である矩形とは別の矩形であっても良い。図８の例では、流路５の矩形は、コア部３の矩形よりもその面積が大きい。ここで、流路５の断面形状および断面積はあくまでも一例であり、流路５の断面は矩形以外の形状を有していても良いし、コア部３の断面積より必ずしも大きくなくても良い。
　流路５の製造方法の一例について説明する。流路５は、例えば、第１実施形態によるレーザ増幅媒体１のクラッド部２の内部に空洞を形成することによって生成しても良い。その為の具体的な手法としては、例えば、フェムト秒レーザを用いたアブレーションなどの微細加工技術などが知られている。
　図９を参照して、本実施形態による流路５の使用方法の一例について説明する。図９は、一実施形態による流路５を用いたレーザ増幅媒体１に所定の流体を流してレーザ増幅媒体１の温度を制御する方法の一例について説明するためのグラフである。
　図９のグラフにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸はレーザ増幅媒体１の温度を表している。縦軸において、レーザ増幅媒体１が最も効率よく機能する目標温度を「Ｔ０」で表しており、レーザ増幅媒体１が適切に機能する最低温度および最高温度をそれぞれ「Ｔｍｉｎ」および「Ｔｍａｘ」で表している。
　レーザ増幅媒体１の温度が最高温度Ｔｍａｘを上回った場合には、温度が目標温度Ｔ０以下である流体を流路５に流すことで、レーザ増幅媒体１の冷却Ｃを行い、レーザ増幅媒体１の温度を目標温度Ｔ０に近づけることができる。反対に、レーザ増幅媒体１の温度が最低温度Ｔｍｉｎを下回った場合には、温度が目標温度Ｔ０以上である流体を流路５に流すことで、レーザ増幅媒体１の加熱Ｈを行い、レーザ増幅媒体１の温度を目標温度Ｔ０に近づけることができる。この流体は、液体であっても良いし、気体であっても良い。この流体の一例として、ヘリウムガスを用いても良い。所望の屈折率を有する流体を用いることによって、レーザ増幅媒体１の内部における励起光４Ａ、４Ｂ、４Ｃの散乱を抑制しても良いし、反対に散乱を助けても良い。散乱を抑制した場合は、励起光４Ａ、４Ｂ、４Ｃがより遠いコア部３まで到達しやすくなることが期待される。反対に、散乱を助けた場合は、励起光４Ａ、４Ｂ、４Ｃが他のコア部３の後に隠れているコア部３まで到達しやすくなることが期待される。
　図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、複数のコア部３および複数の流路５を備えるレーザ増幅媒体１の構成例について説明する。図１０Ａは、一実施形態によるレーザ増幅媒体１の一構成例を示す断面図である。図１０Ｂは、一実施形態によるレーザ増幅媒体１の別の一構成例を示す断面図である。
　図１０Ａのレーザ増幅媒体１は、例えば、図８に示したレーザ増幅媒体１のコア部３を合計１６本に増やして図１Ａの場合と同様に４×４の２次元配列に配置し、かつ、図８に示した流路５を合計２０本に増やして１６本のコア部３の周囲に配置することで得られる。
　図１０Ｂのレーザ増幅媒体１は、例えば、図１０Ａのレーザ増幅媒体１の流路５を合計２４本に、コア部３を合計１８本にそれぞれ変更し、かつ、これら合計４２本の流路５およびコア部３を、Ｘ軸方向に直交する仮想的な平面による断面において６×７の二次元配列に配置することで得られる。ただし、この二次元配列において、Ｚ軸方向には流路５およびコア部３を交互に配置し、Ｙ軸方向には流路５およびコア部３をそれぞれ６本ずつ配置する。このとき、コア部３に注目すると、６×３の二次元配列に配置されている。また、流路５に注目すると、６×４の二次元配列に配置されている。
　図１０Ａにおいて、コア部３Ａおよび流路５の間の熱抵抗Ｒ１と、コア部３Ｂおよび流路５の間の熱抵抗Ｒ２とについて考える。コア部３Ａは、４×４の二次元配列における外側に位置している。その為、コア部３Ａと、コア部３Ａとの距離が最も短い流路５Ａとの間には、他のコア部３が存在しない。その一方で、コア部３Ｂは、４×４の二次元配列における内側に位置している。その為、コア部３Ｂと、コア部３Ｂとの距離が最も短い流路５Ｂとの間には、他のコア部３が存在する。したがって、熱抵抗Ｒ２は熱抵抗Ｒ１よりも大きくなると考えられる。言い換えれば、全ての流路５に同じ流体を同じ条件で流した場合に、コア部３Ａよりもコア部３Ｂの方が温度の制御をしにくい。さらに言い換えれば、コア部３Ａおよびコア部３Ｂの間で温度差が発生しやすい。
　同様に、図１０Ｂにおいて、コア部３Ｃおよび流路５の間の熱抵抗Ｒ３と、コア部３Ｄおよび流路５の間の熱抵抗Ｒ４とについて考える。コア部３Ｃは、６×３の二次元配列における外側に位置している。その一方で、コア部３Ｄは、同じ二次元配列における内側に位置している。ここで、コア部３Ｃと、コア部３Ｃとの距離が最も近い流路５Ｃ、５Ｄとの間には、他のコア部３が存在しない。同様に、コア部３Ｄと、コア部３Ｄとの距離が最も近い流路５Ｅ、５Ｆとの間にも、他のコア部３が存在しない。したがって、熱抵抗Ｒ３および熱抵抗Ｒ４は、同じになると考えられる。言い換えれば、コア部３Ｃおよびコア部３Ｄの間で温度差が発生しにくい。さらに言い換えれば、図１０Ａの場合と比較して、図１０Ｂの場合では、複数のコア部３の温度を均一に制御しやすいと考えられる。このことは、レーザ増幅媒体１がより高品質なレーザ光を出力できることに繋がる。
　このような考え方をさらに進めて、流路５およびコア部３を図１１のように配置しても良い。図１１は、一実施形態によるレーザ増幅媒体１のさらに別の一構成例を示す断面図である。図１１において、複数の流路５および複数のコア部３は、いわゆる市松配列（Ｃｈｅｃｋｅｒ　ａｒｒａｙ）に配置されている。言い換えれば、流路５およびコア部３は、Ｘ軸方向に直交する仮想的な平面による断面において二次元配列に配置されており、ここで、流路５のＹ軸方向およびＺ軸方向にはコア部３が隣接しており、かつ、コア部３のＹ軸方向およびＺ軸方向には流路５が隣接している。
　（第３実施形態）
　図１２を参照して、偏光制御が可能なレーザ増幅媒体１について説明する。図１２は、一実施形態によるレーザ増幅媒体１の一構成例を示す断面図である。
　図１２のレーザ増幅媒体１は、例えば、図１Ａのレーザ増幅媒体１のコア部３を合計２５本に増やし、そのうちの１５本を応力付与部７に変更することで得られる。ここで、残る１０本のコア部３と、１５本の応力付与部７とは、それぞれ、Ｘ軸方向に延在する直方体の形状を有している。Ｘ軸方向に直交する仮想的な平面による断面において、コア部３および応力付与部７は、５×５の二次元配列に配置されている。ここで、Ｙ軸方向において、応力付与部７およびコア部３は交互に配置されている。また、Ｚ軸方向において、応力付与部７およびコア部３のそれぞれは、５本ずつ一列に配置されている。言い換えれば、図１２のレーザ増幅媒体１では、複数のコア部３のそれぞれについて、Ｙ軸方向の両側に応力付与部７が配置されている。
　応力付与部７は、例えば、コア部３と同様の方法で形成しても良いし、クラッド部２の内部に流路５を空けてその内部空間に適宜な材質を流し固めることで形成しても良い。いずれの場合も、コア部３がＹ軸方向の両側から応力を受けることによって、コア部３の内部をＸ軸方向に伝搬する光の偏波方向がＺ軸方向に近づくように制御される。このことは、レーザ増幅媒体１がより高品質なレーザ光を出力できることに繋がる。また、直線偏光を利用したビーム結合や、非線形光学現象を利用した高調波発生などのアプリケーションに使用することも可能となり得る。
　以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
　本出願は、２０２１年６月１１日に出願された日本国特許出願２０２１－９７７５９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
 

Claims (10)

  1. 　所定の第１屈折率を有するクラッド部と、
    　前記第１屈折率より高い第２屈折率をそれぞれ有し、所定の軸方向に対して平行にそれぞれ延在し、前記クラッド部によってそれぞれの側面が被覆された第１コア部および第２コア部と、
    　前記クラッド部の一部、前記第１コア部および前記第２コア部を含む仮想的な第１層と
    　前記クラッド部の別の一部をそれぞれ含む仮想的な第２層および仮想的な第３層と
    を備え、
    　前記第１層は、前記第２層および前記第３層の間に、前記軸方向に直交する所定の積層方向に積層および接合されており、
    　前記第１コア部および前記第２コア部のそれぞれにおいて、前記側面は、
    　前記第１層の、前記第２層との仮想的な接合面であり前記積層方向に直交する仮想的な第１表面に含まれる、第１平面部分と、
    　前記第１層の、前記第３層との仮想的な接合面であり前記積層方向に直交する仮想的な第２表面に含まれ、前記第１平面部分に対向する第２平面部分と
    を備える
    　レーザ増幅媒体。
  2. 　請求項１に記載のレーザ増幅媒体において、
    　前記第２屈折率をそれぞれ有し、前記軸方向に対して平行にそれぞれ延在し、前記クラッド部によってそれぞれの側面が被覆された第３コア部および第４コア部と、
    　前記クラッド部の一部、前記第３コア部および前記第４コア部を含む仮想的な第４層と、
    　前記クラッド部の別の一部を含む仮想的な第５層と
    をさらに備え、
    　前記第４層は、前記第３層および前記第５層の間に、前記積層方向に積層および接合されており、
    　前記第３コア部および前記第４コア部のそれぞれにおいて、前記側面は、
    　前記第４層の、前記第３層との仮想的な接合面であり前記積層方向に直交する仮想的な第３表面に含まれる、第３平面部分と、
    　前記第４層の、前記第５層との仮想的な接合面であり前記積層方向に直交する仮想的な第４表面に含まれ、前記第３平面部分に対向する第４平面部分と
    を備える
    　レーザ増幅媒体。
  3. 　請求項２に記載のレーザ増幅媒体において、
    　前記軸方向に直交する仮想的な平面による断面において、前記第１コア部、前記第２コア部、前記第３コア部および前記第４コア部は、千鳥配列で配置されている
    　レーザ増幅媒体。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ増幅媒体において、
    　前記クラッド部は、
    　外部から励起光が入射可能に構成された側面
    を備える
    　レーザ増幅媒体。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ増幅媒体において、
    　前記クラッド部は、
    　外部から励起光が入射可能に構成された端面
    を備え、
    　前記第１屈折率より低い第３屈折率を有し、前記クラッド部の側面を被覆する第２クラッド部
    をさらに備える
    　レーザ増幅媒体。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザ増幅媒体において、
    　側面が前記クラッド部によって被覆されるように前記軸方向に延在する励起光用光路
    をさらに備え、
    　前記励起光用光路の前記側面は、前記励起光用光路の端面から入射した励起光が前記側面を介して前記クラッド部に漏れ出るように構成されている
    　レーザ増幅媒体。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザ増幅媒体において、
    　側面が前記クラッド部によって被覆されるように前記軸方向に延在し、内側を所定の流体が通過するように構成された流路
    をさらに備える
    　レーザ増幅媒体。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザ増幅媒体において、
    　前記軸方向および前記積層方向の両方に直交する方向に、前記第１コア部に向けて両側から応力を付与して、前記第１コア部を伝搬する光の偏波を制御する応力付与部
    をさらに備える
    　レーザ増幅媒体。
  9. 　所定の第１屈折率を有する複数の第１領域と、前記第１屈折率より大きい第２屈折率を有する複数の第２領域とを含む第１層を生成することと、
    　前記第１屈折率を有する第２層および第３層を生成することと、
    　前記第２層、前記第１層および前記第３層をこの順に、所定の積層方向に積層することと
    を含み、
    　前記積層することは、
    　前記複数の第１領域および前記第２層を接合するように、前記第１層の、前記積層方向に直交する第１表面に、前記第２層を接合することと、
    　前記複数の第１領域および前記第３層を接合するように、前記第１層の、前記第１表面に対向する第２表面に、前記第３層を接合することと
    を含み、
    　前記第１層を生成することは、
    　前記複数の第２領域が、前記第１表面に対して平行な所定の軸方向に対して平行にそれぞれ延在し、前記第１表面に含まれる第１平面部分と、前記第２表面に含まれる第２平面部分とを含む側面をそれぞれ有する、第１コア部および第２コア部を備えるように、前記複数の第２領域を生成すること
    を含み、
    　前記第２層、前記第１層および前記第３層を積層することは、
    　一体化された前記複数の第１領域、前記第２層および前記第３層が、前記第１コア部および前記第２コア部のそれぞれにおいて前記側面を被覆するクラッド部として機能するように、前記第２層、前記第１層および前記第３層を積層すること
    を含む
    　レーザ増幅媒体の製造方法。
  10. 　請求項９に記載のレーザ増幅媒体の製造方法において、
    　前記第１屈折率を有する複数の第３領域と、前記第２屈折率を有する複数の第４領域とを含む第４層を生成することと、
    　前記第１屈折率を有する第５層を生成することと、
    　前記第３層、前記第４層および前記第５層をこの順に、前記積層方向に積層することと
    をさらに含み、
    　前記第３層、前記第４層および前記第５層を積層することは、
    　前記第４層の、前記積層方向に直交する第３表面に、前記第３層を接合して、前記複数の第３領域および前記第３層を光学的に一体化することと、
    　前記第４層の、前記第３表面に対向する第４表面に、前記第５層を接合して、前記複数の第３領域および前記第５層を光学的に一体化することと
    を含み、
    　前記第４層を生成することは、
    　前記複数の第４領域が、前記軸方向にそれぞれ延在し、前記第３表面に含まれる第３平面部分と、前記第４表面に含まれる第４平面部分とを含む側面をそれぞれ有する、第３コア部および第４コア部を備えるように、前記複数の第４領域を生成すること
    を含み、
    　前記第３層、前記第４層および前記第５層を積層することは、
    　一体化された前記複数の第３領域、前記第３層および前記第５層が、前記第３コア部および前記第４コア部のそれぞれにおいて前記側面を被覆するクラッド部として機能するように、前記第３層、前記第４層および前記第５層を積層すること
    をさらに含む
    　レーザ増幅媒体の製造方法。
     
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