(57)【要約】  シングルモードもしくは低次モードクラッドポンプファイバーオシレータあるいはプリアンプリファイアと、複数の横モードを誘導するよう適合されたクラッドポンプファイバーレーザーパワー増幅器とを具備し、前記オシレータあるいはプリエンプリファイアからの出力が前記パワー増幅器を介して供給されるファイバーレーザーについて開示する。前記レーザーパワー増幅器のコアおよびクラッド径は、前記オシレータおよびプリアンプリファイアの径より大きいので、より低い輝度のポンプ源を採用することができる。
2009512208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルモードもしくは低次モードクラッドポンプファイバーレーザーオシレータあるいはプリアンプリファイアと、マルチ横モードを誘導するよう適合されたクラッドポンプファイバーレーザーパワー増幅器とを具備し、前記オシレータもしくはプリアンプリファイアからの出力が、モード混合手段を介して、前記パワー増幅器に供給される、ファイバーレーザー。
【請求項２】
前記モード混合手段が、モード混合ファイバーとクラッドモードストリッパーを有する、請求項１に記載のファイバーレーザー。
【請求項３】
前記クラッドモードストリッパーが、前記モード混合ファイバーと、同軸上に、隣接して取り付けられたキャピラリーを具備し、全内部反射を使用して、前記ファイバーから離れた位置に前記ストリッパー内の放出光を方向変更させるよう適合された、前記シングルもしくは低次モードオシレータあるいはプリアンプリファイアに近接した端面を有する、請求項２に記載のファイバーレーザー。
【請求項４】
前記オシレータもしくはプリアンプリファイアが、コアと内部クラッドと外部クラッドとを有し、
前記パワー増幅器が、前記レーザー信号用の導波管を形成するコアおよび内部クラッドとポンプエネルギー用の導波管を形成する外部クラッドとを有し、
前記パワー増幅器の前記コアおよび内部クラッドの径がそれぞれ、前記オシレータもしくはプリアンプリファイアの前記コアおよび内部クラッドの径よりも大きい、請求項１〜３のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項５】
前記モード混合ファイバーが、コアとクラッドとを有し、前記コアが非線形断面を有する、請求項１〜４のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項６】
前記モード混合手段が、モード混合を誘発するため、その長さ沿いに少なくともひとつの巻線部もしくは曲げ部を有するファイバーである、請求項１〜５のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項７】
前記オシレータもしくはプリアンプリファイアが、コアと、それぞれが前記信号用とポンプ用の個別の導波管を形成する内部クラッドおよび外部クラッドとを具備し、前記内部クラッドが、前記ポンプモードの混合を促進するための非円形断面を有する、請求項１〜６のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項８】
融着ファイバーポンプコンバイナーが、マルチモードポンプ光を活性光ファイバーの内部クラッドに導入するのに使用される、請求項７に記載のファイバーレーザー。
【請求項９】
ポンプエネルギーが、順方向、逆方向もしくは順方向と逆方向の両方向に導入される、請求項１〜８のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項１０】
前記パワー増幅器内の前記光ファイバーが、ポンプモードの混合を促進するための非円形断面を有する内部クラッドを有する、請求項１〜９のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項１１】
マルチモードコアフィードスルーを有する融着ファイバーポンプコンバイナーが、ポンプ光および信号光を多重化および分波するのに使用される、請求項１〜１０のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項１２】
前記パワー増幅器が、前記パワー増幅器のコア径よりも大きいコア径の光ファイバーを介して供給される出力を有する、請求項１〜１１のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項１３】
前記オシレータが、ポンプレーザーダイオードを直接変調することによって変調される出力を有する、請求項１〜１２のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項１４】
前記基本増幅器の前段にある、一つもしくは複数のプリアンプリファイアチェーンでパルスレーザーが増幅される、請求項１〜１３のいずれか一つに記載のファイバーレーザー。
【請求項１５】
レーザービーム信号を出力するためのシングルモードもしくは低次モードレーザーオシレータあるいはプリアンプリファイアと、
マルチ横モードを誘導するためのパワー増幅器とを具備し、
前記パワー増幅器の開口数が前記オシレータもしくはプリアンプリファイアの開口数よりも大きい、ファイバーレーザー。
【請求項１６】
レーザービーム信号を出力するためのシングルモードもしくは低次モードレーザーオシレータと、
前記レーザー信号用の導波管を形成するコアおよび内部クラッドならびに、ポンプエネルギー用の導波管を形成する外部クラッドを有する活性ファイバーによって形成された、マルチ横モードを誘導するよう適合されたパワー増幅器とを具備し、
前記パワー増幅器の前記コアおよび内部クラッドが、前記オシレータの前記コアおよび内部クラッドより実質的に大きい、ファイバーレーザー。
【請求項１７】
レーザービーム信号を出力するための、ファイバー結合型半導体レーザーダイオード・シングルモードもしくは低次モードレーザー増幅手段と、
前記レーザー信号用の導波管を形成するコアおよび内部クラッドならびに、ポンプエネルギー用の導波管を形成する外部クラッドを有するパワー増幅器とを具備し、
前記パワー増幅器の前記コアおよび内部クラッドがそれぞれ、前記プリアンプリファイアの前記コアおよび内部クラッドより実質的に大きい、ファイバーレーザー。
【請求項１８】
実質的に、添付図面のいずれかを参照して上述のように説明され、またこれら図に示されている、ファイバーレーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーレーザーに関する。特に、本発明は、クラッドポンプ光ファイバーレーザーに関する。レーザーは、連続波（ＣＷ）レーザーもしくはパルスレーザーであってもよい。
【背景技術】
【０００２】
レーザーは、切断、溶接、穿孔などの材料加工をはじめとする、多種多様な用途に利用されている。ごく最近になって、活性レーザー元素が光ファイバー内部のコアに取り込まれ、さらにレーザー作用を確保するのに必要なポンプ手段がファイバークラッドを介して組み込まれた、光ファイバーレーザーが開発されている。ポンプエネルギー（一般に光）が、内部クラッドと外部クラッドとによって形成された導波管を介して供給され、光ファイバーのコアには希土類元素などのレーザー元素がドープされている。クラッドポンプ光の光線がコアと交差すると、ポンプ光がコア内の活性元素によって吸収される。レーザーオシレータ（振動子）は、ファイバーの両端面に取り付けられた、レーザー活性イオン（希土類元素）をドープした、二つの屈折率グレーティング構造反射板（ブラッグ回折格子）によって形成されている。米国特許第４，８０７，８０５号には、このようなグレーティングと、このようなグレーティングを製造する方法とが記載されている。
【０００３】
したがって、このようなファイバーの主要な部材は、ポンプ源と、ポンプカップリング部と、クラッドポンプファイバーとである。あるいは、ファイバーレーザーは、半導体レーザーダイオードもしくは別のファイバーレーザーなどのシード源を入力として用い、このシード源を使用して一連の光ファイバー増幅器を励起するように形成してもよい。
【０００４】
この種の高出力ファイバーレーザーには、材料加工だけでなく、遠隔通信にも用途がある。今日まで、高出力クラッドポンプファイバーレーザーに関しては、光ファイバー利得媒質のシングル横モード動作に焦点が当てられてきた。このモードには、レーザービームの質がきわめて良好である、という利点がある。しかしながら、シングル横モード動作ではファイバーコアの径が小さくなくてはならないため、輝度の極めて高いポンプ源（通常、半導体レーザー）が必要になるという欠点がある。
【特許文献１】米国特許第４，８０７，８０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、改良されたクラッドポンプ光ファイバーレーザーおよび、上記制約条件に対処する光ファイバーレーザーを提供することを意図としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、レーザービーム信号を出力するためのシングルモードもしくは低次モードレーザーオシレータあるいはプリアンプリファイアと、レーザー信号用の導波管を形成するコアおよび内部クラッドならびにポンプエネルギー用の導波管を形成する外部クラッドを有する活性ファイバーによって形成され、マルチプル横モードを誘導するよう適合されたパワー増幅器とを具備し、前記パワー増幅器のコアおよび内部クラッドの径が、前記オシレータもしくはプリアンプリファイアの前記コアおよび内部クラッドの径よりも実質的に大きい、ファイバーレーザーが提供される。
【０００７】
より大きな径のパワー増幅器を利用すると、必要な総ポンプパワーを得ることができるだけでなく、低輝度ポンプ源（先行技術によるファイバーレーザーでは必須である）を使用することが可能となる。
【０００８】
別の態様では、本発明は、レーザービーム信号を出力するためのファイバー結合型半導体レーザーダイオード・シングルモードもしくは低次モードのレーザー増幅手段と、レーザー信号用の導波管を形成するコアおよび内部クラッドならびに、ポンプエネルギー用の導波管を形成する外部クラッドを有するクラッドポンプ光ファイバーを備えるパワー増幅器とを具備し、前記パワー増幅器の前記コアおよび内部クラッド径が、それぞれ前記プリアンプリファイアの前記コアおよび内部クラッドより実質的に大きい、ファイバーレーザーを提供する。
【０００９】
マルチプルモード増幅器の可能なモードのほとんどもしくはすべてを満たして確実に効率を向上させ、再現性を確保できるように、モード混合光ファイバーの中間セクションを、前記シングルモードもしくは低次モードファイバーと前記増幅器との間に配置することが好ましい。
【００１０】
順方向では、前記モード混合光ファイバーは、マルチモードファイバーの開口を満たすという効果を発揮するので、マルチモード増幅器の性能にとって利点となりうる。逆方向では、前記パワー増幅器の方向から前記モード混合光ファイバーに入射する光はいずれも方向変更されて、前記モード混合ファイバーの開口を満たす。
【００１１】
本発明はさらに、シングルモードもしくは低次モードクラッドポンプファイバーレーザーオシレータあるいはプリアンプリファイアと、複数の横モードを誘導するよう適合されたクラッドポンプファイバーレーザーパワー増幅器とを具備し、前記オシレータもしくはプリアンプリファイアからの出力が、モード混合手段を介して、前記パワー増幅器に供給されるファイバーレーザーを提供する。
【００１２】
クラッドモードストリッパーは、前記パワー増幅器の前位置に取り付けることが好ましい。
【００１３】
前記モード混合光ファイバーは、モード混合を誘発するための、非円形（例えば、カット面を持つ六角形など）の断面を持つコアを有している。あるいは、前記モード混合光ファイバー手段は、円形のコアと、さらに、モード混合を誘発するための一つもしくは複数の捻じれ部あるいは曲げ部を備えていてもよいし、モード混合を誘発するための別の手段を備えていてもよい。当然のことではあるが、前記モード光混合ファイバーで、ベント部と非円形コアとを組み合わせてもよい。
【００１４】
前記クラッドモードストリッパーは、通常、前記モード混合ファイバーと同軸上で、その長さの一部分に沿って取り付けられたキャピラリーと、前記キャピラリーの長手方向軸に対して傾斜した端面とを具備していてもよい。
【００１５】
前記基本オシレータもしくはプリアンプリファイアの前記内部クラッドは、非円形断面を有していてもよい。
【００１６】
現在利用可能なシングルモードおよび低次モードファイバーは、約１２５〜４００ミクロンの範囲にわたる内部クラッド径を有している。対応するコア径は、約４〜３０ミクロンの範囲にわたっている。
【００１７】
中出力レーザー（２５０〜１０００Ｗ）を製造する場合、こういった従来のファイバーには、一定レベルのポンプ光輝度が必要である。基本的には、輝度＝出力／（面積ｘ（ＮＡ2））が成り立ち、左式でＮＡとは導波管の作動開口数である。低い輝度の約四倍で、コストが非常に低いポンプ源を利用できる。内部クラッド断面積を四倍に拡大するとこのポンプ源を収納できる。すなわち、クラッド径が約８００ミクロン強まで〜２倍に拡大する。したがって、前記マルチモード増幅器の前記コアおよびクラッドの両方を、現在この用途に使用されているファイバーのコアおよびクラッドの寸法よりも実質的に大きい寸法に拡大すると、好ましいポンプ吸収率を維持しながら、さらに低い輝度のポンプ源を利用することが可能となる。
【００１８】
本発明のさらなる態様によれば、レーザー信号を出力するためのシングルモードもしくは低次モードレーザーオシレータあるいはプリアンプリファイアと、マルチプル横モードを誘導するパワー増幅器とを具備し、前記パワー増幅器の開口数が前記オシレータもしくはプリアンプリファイアの開口数より大きいファイバーレーザーが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、下記の添付図面を参照しながら、一部の例をあげることによって本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
以下に、図１〜図１２を参照ながら、クラッドポンプマルチモードファイバーレーザーについて説明する。
【００２１】
図１を参照すると、本発明の第一の実施形態による光ファイバーレーザーは、基本オシレータパワー増幅器構成である。図１に示されているように、前記レーザーは、一般に、クラッドモードストリッパー３およびモード混合ファイバー４を介して接続された、基本オシレータ１およびパワー増幅器２を具備している。前記基本オシレータは、レーザー出力を発振するように配置され、出力が約５０〜２００Ｗなど、通常かなり出力の低いオシレータである。ひとつの実施形態では、このパワー出力は、前記パワー増幅器内で増幅されて、約２５０〜１０００Ｗの総出力パワーを供給するが、これらの値は別の値であってもよい。
【００２２】
前記基本オシレータ１は、光ファイバーで構成された線形レーザーキャビティを具備している。これは、図２にさらに明確に示されている。利得媒体は、通常、自己のコア内でシングル横モードもしくはマルチプル横モードをサポートする、希土類元素ドープクラッドポンプ光ファイバーである。ファイバーの材料にＮｄ、Ｙｂもしくはその他の材料あるいは各種材料の組み合わせなど、好適な希土類元素でドープしてもよく、材料の選択しだいでファイバーがレーザーを発振する周波数を決めることができる。この材料が、前記活性ファイバー（５および９）の前記コア（８および９）を形成する。ファイバーブラッグ回折格子６ａおよび６ｂは、既知の方法で前記活性ファイバーの両端面に結合された、通常ドーピングされていない光ファイバーの長さ沿いに形成されて、キャビティと反射板を形成している。これは、数多くの光ファイバーレーザーにとって標準の構成である。ポンプ光は、融着ファイバーポンプコンバイナー７を介して、前記利得ファイバーの前記内部クラッド１７に導入される。前記活性利得ファイバー５では、前記ポンプ光を使用して、ドープされたコア内の希土類原子をそれらの平衡原子状態から励起することによって、反転分布状態を生じさせ、結果的にレーザービームを発振させる。ポンプ光を、融着ポンプコンバイナーを介して、ファイバーレーザーのどちらか一方の端面もしくは実際には両端面に導入することで、レーザーの総パワーを増大させることができる。信号フィードスルー付の融合コンバイナーを介して、前記レーザー光がレーザーを射出し、モード混合ファイバー４（以下にさらに詳細に説明）を介して前記パワー増幅器２に伝達され、そこでさらに増幅される。
【００２３】
前記基本オシレータは、シングル横モードで動作することが好ましい。あるいは、前記ファイバーが、複数の横モードをサポートする場合には、当業者にとって周知であるような、ファイバーを密に巻くなどの標準の技法を用いると、それ以上高次のモードが抑制される。
【００２４】
パワー増幅器は、精巧なマルチモードコア９と径の大きい内部クラッド１０を有するクラッドポンプ光ファイバーを具備している。ポンプ光は、前記内部クラッド１０に導入され、前記コア９内でレーザー光を増幅するのに使用され、増幅されたレーザー光はファイバー１１を介して、次いでさらにクラッドモードストリッパー１２を介して出力される。
【００２５】
前記パワー増幅器の前記コアおよび前記内部クラッドの径は、それぞれ、前記基本オシレータの前記コアおよび前記内部クラッド層７の径より大きい。代表的実施形態では、前記基本オシレータの前記コアの径は、約５μｍ〜約３０μｍの範囲内であればよく、前記コアの開口数は、通常０．０６〜０．１５の範囲内となるであろう。前記基本オシレータの前記内部クラッド層の外径は、ほぼ１３０μｍ〜４００μｍの範囲内に納まっていればよい。前記外部クラッドは、代表値ｎ＝１．３８の低屈折率ポリマーの被覆からなり、前記ポンプ導波管の開口数は約０．４５となる。この場合、前記パワー増幅器のコア径は、およそ３０μｍ〜７５μｍで、開口数が０．０６〜０．１５の範囲内であればよい。前記内部クラッドの径は、例えば、およそ８００μｍ〜１０００μｍの範囲であればよいが、これらの範囲に限定されることはない。前記外部クラッドは、通常、代表値ｎ＝１．３８の低屈折率ポリマーの被覆からなり、前記ポンプ導波管の開口数は約０．４５となる。
【００２６】
この構成では、従前の純シングルモードファイバーレーザーの出力ほど出力を高くする必要がないので、もっと低いパワー（もっと低い輝度）のポンプ源で前記基本オシレータにポンプさせることが可能となる。
【００２７】
場合によっては、前記内部クラッド導波管は、図１８に示されている種類のエアクラッド構造を具備していてもよい。これは、信号コア１００と、前記内部クラッドを形成している前記コアを包囲するガラス領域１０１と、前記外部クラッドを形成している細孔環１０２と、外部固体ガラス領域１０３とを有している。このようなエアクラッド構造ダブルクラッド光ファイバーは、本来的に周知のファイバーである。マルチモードポンプ光は、前記外部細孔環１０２によって誘導され、前記内部クラッド領域１０１内へ伝達される。これらの前記外部細孔環が、前記ポンプ導波管の「外部エアクラッド」を形成している。このようなエアクラッドファイバーを使用すると、前記ポンプ導波管の開口数を増やすことができる。上述のように、輝度＝パワー／（面積ｘ（ＮＡ2））が成り立つ。したがって、前記ポンプ導波管の開口数ＮＡを、２の平方根倍して増やした場合、所定のポンプ光輝度の受光に着目すると、ポンプガイドの断面積を２倍にした場合と同等になる。従来、前記ポンプ導波管のＮＡは、主として、前記ポンプ導波管のＮＡがおよそ０．４５となるような外部ポリマークラッドの屈折率（通常、およそ１．３８）によって決定される。エアクラッド型の光ファイバーを使用すると、前記ポンプ導波管のＮＡを０．６以上にまで増大することができる。これは、内部クラッド径を３３％拡大した場合とほぼ同等である。
【００２８】
クラッドモードストリッパーが前位置に取り付けられた、モード混合マルチモードファイバー４のセクションを介して、前記シングルモードもしくは低次モード基本オシレータから前記パワー増幅器への遷移が生じる。順方向では、前記モード混合光ファイバーは、前記マルチモードファイバーの開口を満たす効果を有しており、これは前記マルチモード増幅器の性能にとって利点となる。逆方向では、前記パワー増幅器の方向から前記モード混合光ファイバーに入射する光は、前記モード混合ファイバーの開口部を満たすように再分布される。シングルモード（もしくは近シングルモード）ファイバーへの遷移に達した時点で、光の大部分がクラッドにカップリングし、図５に示されている前記クラッドモードストリッパーによって除去される。したがって、達成される光アイソレーションの度合いは、前記モード混合光ファイバーおよび前記シングル（もしくは近シングルモード）ファイバーによってサポートされるモード数の割合にほぼ等しくなる。
【００２９】
前記クラッドモードストリッパーは、前記ファイバーのクラッドに隣接して、同軸上に取り付けられ、透過接合部分材１４によって前記クラッドに接続されたガラスもしくはその他の材料からなるキャピラリー１３を具備している。前記ストリッパーは、通常、前記ファイバーの長手方向に垂直に取り付けられた一端１５と、基本オシレータに近接し、長手方向軸に対し（通常、およそ４５°の角度で）斜めに取り付けられた他端１６とを備えている。前記ストリッパーの角度および材料は、前記クラッドモードストリッパー１３内で後ろ方向にその光路を進む照射光が、全体として表面１６で内部反射されて、外側に方向変更されるように選択されている。
【００３０】
図３および４に示されている実施形態は、順方向および逆方向それぞれにおける前記基本マスターオシレータのポンピングを示しており、図１の実施形態は順方向と逆方向双方の同時ポンピングを示している。これらの実施形態の目的は、レーザーの効率の改善にあってもよいし、単に技術的な便宜性を追求するだけであってもよい。双方向ポンピングでは、一方向ポンピングよりもさらに大量のポンプパワー（所定の輝度の）を活性光ファイバーに導入することができる。
【００３１】
同様に、図７および８は、順方向および逆方向のポンピングを用いた、前記パワー増幅器に関する別の実施形態を示している（図６は、双方向におけるポンピングを示している）。
【００３２】
図９は、図２の（すなわちオシレータの）前記融着ファイバーマルチモードポンプコンバイナーを形成する方法を示している。このようなコンバイナーは、例えば米国特許第５，８６４，６４４号に開示されている。前記ポンプコンバイナーは、マルチモードコアもしくは低次モードコアのどちらでもよい、希土類非ドープコアを光学的に備えた、中心光ファイバーを有する７本の光ファイバーからなるファイバー束を具備している。これは、前記ファイバー束２０を形成している、図１０の中心ファイバー８を包囲したファイバー集団７によって示されている。このようなコンバイナーは周知であり、ファイバー数を様々に変えること（例えば１９本のファイバーなど）も可能である。前記中心ファイバーを包囲する前記マルチモードファイバーは、半導体レーザーもしくはその他の手段（図示せず）からポンプエネルギーを受け入れる。図９の右端へ視点を当てると、このファイバー束が、テーパーセクション２１に融着され、実質的に円形の断面とファイバー５の径にほぼ等しい径とを有する１本のファイバーを形成している。この段階で、このファイバーが、通常、ファイバー５と寸法、コアおよびクラッドの形状が類似した、非ドープ光ファイバーの長さ沿いに接合される。これのファイバーが、融着ポンプコンバイナーの出力を形成する。ただし、この出力ファイバーは、コア２２と、内部クラッド層２３と、外部（ポンプ）クラッド２４とを具備している点に留意されたい。前記内部クラッド層２３と前記外部クラッド層２４との間の接合部分は、図示されているように、円形である必要はなく、断面がカットされていてもよい。このカットされた構成は、各種断面図に示されているように、レーザー構造の他の様々な部分と一緒に使用してもよく、そのようにすると、例えばモード混合などで利点が得られる。
【００３３】
図１１は、前記コア２２と前記内部クラッド２３と前記外部クラッドとを図示した、図９のセクション２１の断面を示している。
【００３４】
図１２（ａ）は、マルチモードポンプ・デリバリファイバー７の断面を示す図であり、図１２（ｂ）は、前記ポンプコンバイナーを介して前記レーザー信号を誘導するコア導波管を有する、中心ファイバー８の断面を示す図である。
【００３５】
上述のファイバーレーザーには、一般に、レーザーダイオードからポンプエネルギーが供給される。図１〜１１の実施形態は、連続波（ＣＷ）レーザーを示している。あるいは、同じ基本オシレータパワー増幅器構成を用いて、前記ファイバーレーザーオシレータ（基本オシレータ）を変調することによって、パルス発振動作を実現することができる。この変調は、例えばポンプダイオードの変調など、ポンプ手段を変調することによって成立しうる。この構成では、代表的パワーレベルは、平均２５０Ｗ〜５００Ｗのパワーで、１ｋＷのピークパワーより大きくなるであろう。この場合、前記コアおよびクラッドの寸法は、上述のＣＷレーザーの前記コアおよびクラッド径と実質的に等しくてよい。
【００３６】
高い平均パワーおよびピークパワーでレーザーをパルス発振させる能力は、前記パワー増幅器の拡大したコアの、もうひとつの望ましい成果でもある。拡大したコアにより、コア内の光の強度は減衰し、強度依存性の刺激によるブリユアン散乱などといった、有害な非線形効果の発現が回避される。
【００３７】
図１３〜図１７は、パルスレーザー形式の別の実施形態を示す図である。このレーザーは、前記基本オシレータパワー増幅器構成からなる。前記基本オシレータ３０は、通常、出力パワーが比較的低いが、前記プリアンプリファイアセクション３１内で増幅されて、さらに高い総出力パワーを生じる。前記基本オシレータからの代表的パワーレベルは、５Ｗ〜１０Ｗの出力で、レーザーからは約２０Ｗ〜４０Ｗの総出力パワーとなる。
【００３８】
前記基本オシレータ３０は、通常、ピーク出力パワーが数百ｍＷの直接変調ファイバー結合型半導体レーザーダイオード３２を具備している。これは、段間アイソレーションおよびバンドパスフィルタリング機能付き多段シングルモードもしくは低次モードプリアンプリファイアチェーンで増幅される。これは、ファイバー結合型ファラデーアイソレーター３４を介して、前記レーザーダイオード３２から入力を受け取る、シングルモード第１段プリアンプリファイア３３を具備している。前記プリアンプリファイアは、融着ファイバーポンプ信号マルチプレクサ１２を介してポンプされる、シングルモード希土類元素ドープ光ファイバー１１を有している。ここからの出力は、さらなるファイバー結合型ファラデーアイソレーター３５を介して、クラッドポンプ第２段プリアンプリファイア３６に伝達される。このプリアンプリファイアは、シングルモードもしくは低次モードコアを有するクラッドポンプ光ファイバー３７を具備しており、マルチモードポンプ・デリバリーファイバー３８によってポンプされる。
【００３９】
前記プリアンプリファイア段からの出力は、クラッドアイソレーター４０（図１〜図１２の実施形態のアイソレーターと類似）を有するモード混合ファイバー３９を介して、マルチモードパワー増幅器４１に供給される。
【００４０】
このパワー増幅器４１は、マルチモード希土類元素ドープコアを有する、径の大きいクラッドポンプ光ファイバー４２を具備している。これは精巧なマルチモードコアであり、径の大きいクラッドを有している。代表的コアパラメータは、径が１００ミクロンで、開口数が０．０８である。代表的内部クラッド径は、８００ミクロンである。これは、さらなるマルチモードポンプ・デリバリーファイバー４３を介してポンプされる。
【００４１】
したがって、前記マルチモードパワー増幅器４１は、一般に、図１〜図１２の実施形態のパワー増幅器と類似している。径の大きいクラッドポンプ光ファイバーの断面は類似しており、通常、非線形の内部クラッドを有している。
【００４２】
前記パワー増幅器４１では、信号が増幅されて、例えば約２０Ｗ〜４０Ｗの総出力パワーが前述のように生成され、クラッドモードストリッパー４４を介して、この出力パワーを利用できる出力へ供給される。
【００４３】
図１３（ｂ）は、前記シングルモード第１段プリアンプリファイア３３の光ファイバーの断面を示す図であり、図１３（ｃ）は、前記クラッドポンプ第２段プリアンプリファイアの断面を示す図である。
【００４４】
前記マルチモードパワー増幅器４１の外部クラッドは、通常、低屈折率ポリマーの被覆からなり、内部クラッド開口数はおよそ０．４５となる。場合によっては、前記外部クラッドは、図１８を参照して説明した種類のエアクラッドファイバーを具備していてもよい。
【００４５】
さらに、本発明にかかるこの実施形態で形成されたさらに大きなクラッド径により、通常は輝度がさらに高い同等のポンプレーザー源よりかなりコストが低い、さらに輝度の低いポンプレーザー源を使用することが可能となる。
【００４６】
図１４は、図１３の前記シングルモード第１段プリアンプリファイアをさらに詳細に示した図である。ただし、この増幅器には、さらに光バンドパスフィルター１０が備わっている点に留意されたい。この目的は、増幅器の出力から不必要な増幅自然放出光（ＡＳＥ）を取り除くことにある。ＡＳＥは、パルス信号の信号対ノイズ（ＳＮ）比を劣化させる、ブロードバンド自然放射光である。信号波長帯域外に存在するこのＡＳＥ成分を光バンドパスフィルタリングによって除去して、ＳＮ比を向上させ、結果的に、変調信号のコントラスト比も向上させることができる。
【００４７】
図１５〜１８は、前記クラッドポンプ第２段プリアンプリファイアの３つの典型的実施形態を示す図である。ただし、他の実施例も使用可能であり、これらは、例として示されている３つの実施形態にすぎない。図１５は、前記シングルモード第１段プリアンプリファイア３３に近接した端面に融着ファイバーマルチモードポンプコンバイナーと、遠端面にシングルモードもしくは低次モードフィードフィードスルーを備えた融着ファイバーポンプコンバイナーとを有する例を示す図である。図１６および１７は、順方向ポンピングと逆方向ポンピングを用いた別の実施形態を示す図である。
【００４８】
さらに、シングルモード基本オシレータから前記マルチモードパワー増幅器への遷移が、クラッドモードストリッパー４０を前位置に取り付けた、モード混合光ファイバー３９のセクションを介して発生する。これは、図１〜図１２の実施形態の目的と同じ目的を持ち、望ましい任意の方法でモード混合を達成することができる。
【００４９】
本発明の実施形態では、前記パワー増幅器のコア径よりも大きいコア径を有するファイバーを介して、前記パワー増幅器の出力を加工品に供給してもよい。このようにすると、材料加工時に、前記加工品からコアへの光の後方反射からレーザーを光アイソレーションすることが可能となる。
【００５０】
前記基本オシレータの出力を、（前記ポンプクラッドに前記ポンプエネルギーを供給する）前記ポンプレーザーダイオードを直接変調することによって変調して、パルスレーザーを出力してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１（ａ）】クラッドポンプレーザーの配置を示す図である。
【図１（ｂ）】線分Ａ−Ａから見た断面を示す図である。
【図１（ｃ）】線分Ｂ−Ｂから見た断面を示す図である。
【図２】基本オシレータを示す図である。
【図３】基本オシレータの別の実施形態を示す図である。
【図４】さらに別の実施形態を示す図である。
【図５】クラッドモードストリッパーを示す図である。
【図６】パワー増幅器の第一の実施形態を示す図である。
【図７】パワー増幅器の第二の実施形態を示す図である。
【図８】パワー増幅器の第三の実施形態を表す図である。
【図９】融着ファイバーポンプコンバイナーを示す図である。
【図１０】領域２０における前記コンバイナーの断面を示す図である。
【図１１】融着ファイバーポンプコンバイナーの、線分Ｄ−Ｄから見た断面を示す図である。
【図１２（ａ）】マルチモードポンプ・デリバリーファイバーの断面を示す図である。
【図１２（ｂ）】融着ポンプコンバイナーの（通常、中央の）信号搬送ファイバーの断面を示す図である。
【図１３（ａ）】変調半導体レーザーダイオードにより励起されるファイバーレーザーを示す図である。
【図１３（ｂ）】シングルモード活性増幅ファイバーの、線分Ｅ−Ｅから見た断面を示す図である。
【図１３（ｃ）】シングルモードもしくは低次モード増幅ファイバーの、線分Ｆ−Ｆから見た断面を示す図である。
【図１４】シングルモードシードダイオードおよび第一段プリアンプリファイアを示す図である。
【図１５】シングルモードもしくは低次モード第二段クラッドポンププリアンプリファイアを示す図である。
【図１６】シングルモードもしくは低次モードクラッドポンプ第二段プリアンプリファイアの別の実施形態を示す図である。
【図１７】シングルモードもしくは低次モードクラッドポンプ第二段プリアンプリファイアのさらに別の実施形態を示す図である。
【図１８】図６〜図１１の基本オシレータパワー増幅器構成とは別のオシレータパワー増幅器構成で使用するための、エアクラッド構造ダブルクラッド光ファイバーを示す図である。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図１（ｃ）】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１３（ｃ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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