(57)【要約】  コレステリック液晶構造の有利な光学的特性を模擬し、フアイバーブラッググレーテイングで実現されるカイラルフアイバーレーザー（１０）が提供される。該発明されたカイラルフアイバーレーザー（１０）の、そのドーパント、ピッチ、コア断面及び寸法のみならずその構造内に使用されるコア（１４）及びクラデイング（１６）の材料も、該発明されたカイラルフアイバーレーザー（１０）が望まれる波長でのレーザー動作を生じることを可能にするよう有利に選択され、構成される。該発明されたカイラルフアイバーレーザーのもう１つの実施例では、同調可能な欠陥が、該欠陥モードでの波長に対応する同調可能なレーザー動作を提供するため、導入される。該発明されたカイラルフアイバーレーザーの励起用にフアイバーに結合された光学的ポンピングのみならず直接光学的ポンピングも使用する多数の実施例が提供される。
2005510092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カイラルフアイバーレーザーが、
中に起こる複数の長寿命フオトニックモードを有するフオトニックストップバンドを備えた長いカイラル光フアイバーを具備しており、前記カイラル光フアイバーは中央の縦軸線と、前記縦軸線に沿って配置されたコアとを備えており、前記コアはピッチ、コア断面形状、コア長さ、コア高さ、コア幅、及びコア屈折率を有しており、前記カイラル光フアイバーは又前記コアを囲むクラデイングを有しており、該クラデイングはクラデイング屈折率を有しており、該カイラルフアイバーレーザーは又
前記コア及び該クラデイングの少なくとも１つを通して配置された活性ドーパントを具備しており、前記コア及びクラデイングの屈折率、前記コア断面形状、前記コア長さ、該コア高さ、前記コア幅、そして前記ピッチは望まれるレーザー動作波長に対応する特定の長寿命フオトニックモードを、前記複数の長寿命フオトニックモードから作るよう構成されており、そして該カイラルフアイバーレーザーは更に
前記カイラル光フアイバーに電磁放射を放射させるために、前記長いカイラル光フアイバーに印加される励起手段を具備しており、前記活性ドーパントは、レーザー動作出力作用が、最大出力電力と最低レーザー動作しきい値の少なくとも１つを有して前記望まれるレーザー動作波長で起こるように、前記選択された特定の長寿命フオトニックモードに実質的に位置付けられたピーク利得を生ずるよう構成されることを特徴とする該カイラルフアイバーレーザー。
【請求項２】
前記カイラル光フアイバーが前記カイラル光フアイバー内部の信号の波長の半分である周期と、そして前記周期の２倍である前記ピッチと、を有する構造を備えることを特徴とする請求項１の該カイラルフアイバーレーザー。
【請求項３】
更に前記カイラル光フアイバーの前記ピッチを変えることにより前記望まれるレーザー動作波長を動的に同調させる第１同調手段を具備することを特徴とする請求項１の該カイラルフアイバーレーザー。
【請求項４】
前記第１同調手段が前記縦軸線に沿って前記カイラル光フアイバーをツイストする、そして前記カイラル光フアイバーを加熱、冷却、ストレッチ又はシリンクする、ことの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項３の該カイラルフアイバーレーザー。
【請求項５】
更に、前記カイラル光フアイバーの前記フオトニックストップバンド内に長寿命欠陥フオトニックモードを引き起こす、前記カイラル光フアイバー内に配置された、欠陥を具備することを特徴とする請求項１の該カイラルフアイバーレーザー。
【請求項６】
前記コア及びクラデイングの屈折率、前記コア断面形状、前記コア高さ、前記コア幅、そして前記ピッチが、前記望まれるレーザー動作波長が該長寿命欠陥フオトニックモードに対応するよう、構成されており、そして前記活性ドーパントが、該レーザー動作出力作用が最大出力電力と最低レーザー動作しきい値の少なくとも１つを有して前記望まれるレーザー動作波長で起こるように、前記長寿命欠陥フオトニックモードに実質的に位置付けられたピーク利得を生ずるよう構成されることを特徴とする請求項５の該カイラルフアイバーレーザー。
【請求項７】
前記カイラル光フアイバーが２つのシーケンシャルな縦部分を備えており、そして前記欠陥が、前記２つの縦部分間の予め決められた間隔と、前記２つの縦部分間に位置付けられた誘電体材料と、そして前記２つの縦部分間の予め決められたツイスト角度での円周方向ツイストと、の少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項６の該カイラルフアイバーレーザー。
【請求項８】
更に該カイラル光フアイバーの前記縦部分間の前記予め決められた間隔を変えること、と前記予め決められたツイスト角度を変えること、の少なくとも１つにより第２レーザー動作波長を動的に同調させるための第２同調手段を具備することを特徴とする請求項７の該カイラルフアイバーレーザー。
【請求項９】
前記励起手段が前記コア及び前記クラデイングの少なくとも１つを通して前記カイラル光フアイバーの前記縦軸線に沿って光学的ポンピングを提供するよう構成された直接的な光学的ポンプ源を備える請求項１の該カイラルレーザー。
【請求項１０】
前記励起手段が前記カイラル光フアイバーに近接して光学的ポンピングを供給するよう構成されたフアイバーに結合された光学的ポンプ源を備えることを特徴とする請求項１の該カイラルレーザー。
【請求項１１】
前記励起手段が前記カイラル光フアイバーに近接して光学的ポンピングを供給するよう構成された複数のフアイバーに結合された光学的ポンプ源を備えることを特徴とする請求項１の該カイラルレーザー。
【請求項１２】
前記コア屈折率と前記クラデイング屈折率の間の差を増加することが低しきい値レーザー動作用に該カイラルフアイバーレーザーを最適化することに対応しており、そして前記コア屈折率と前記クラデイング屈折率の間の前記差を減少することが高出力レーザー動作用に該カイラルフアイバーレーザーを最適化することに対応することを特徴とする請求項１の該カイラルレーザー。
【請求項１３】
カイラルフアイバーレーザーを望まれるレーザー動作波長に誂えるための装置に於いて、該装置が
選択用手段であるが、
（１）１８０度対称性を有する断面形状、コア長さ、コア高さ、コア幅、及びコア屈折率を備える光フアイバーコアと、
（２）前記コアを囲み、クラデイング屈折率を有するクラデイングと、
を選択するための該選択用手段を具備しており、前記コアと該クラデイングの少なくとも１つを通して活性ドーパントが配置されており、該装置は又
前記コアに印加されるべき望まれるピッチの値の決定手段であるが、前記望まれるレーザー動作波長、前記コア断面形状、前記コア長さ、コア高さ及びコア幅、コア屈折率、そしてクラデイング屈折率が与えられた場合、前記コアが該望まれるピッチでツイストされた時、最終カイラル光フアイバーが、中で起こる複数の長寿命フオトニックモードを有するフオトニックストップバンドを備えるよう構成されるように、前記コアに印加されるべき望まれるピッチの値の該決定手段を具備しており、前記複数の長寿命フオトニックモードの選択された長寿命フオトニックモードは前記望まれたレーザー動作波長に対応しており、該装置は更に
前記カイラル光フアイバーを作るために前記コアに前記望まれるピッチを適用するための手段と、そして
前記カイラル光フアイバーに電磁放射を放射させるための、前記カイラル光フアイバーに印加される、励起手段とを具備しており、前記活性ドーパントは、レーザー動作出力作用が、最大出力電力と最低レーザー動作しきい値の少なくとも１つを有して前記望まれるレーザー動作波長で起こるように、前記選択された長寿命フオトニックモードに実質的に位置付けられたピーク利得を生じるよう構成されることを特徴とする該装置。
【請求項１４】
カイラルフアイバー構造を利用してレーザー動作させる方法に於いて、該方法が
（ａ）中で起こる複数の長寿命フオトニックモードを有するフオトニックストップバンドを備える長いカイラル光フアイバーを提供する過程を具備しており、前記カイラル光フアイバーは中心の縦軸線、前記縦軸線に沿って配置されたコアを備えており、前記コアはピッチ、１８０度対称性を有するコア断面形状、コア長さ、コア高さ、コア幅、そしてコア屈折率を有しており、前記カイラル光フアイバーは又前記コアを囲むクラデイングを備えており、該クラデイングはクラデイング屈折率を有しており、該方法は又
（ｂ）前記過程（ａ）の前に、該コア及びクラデイングの屈折率、前記コア断面形状、前記コア長さ、前記コア高さ、及び前記コア幅を選出する過程と、
（ｃ）前記過程（ｂ）の後であるが前記過程（ａ）の前に、望まれるレーザー動作波長に対応する望まれるピッチを、
ｉ）前記望まれるレーザー動作波長、
ｉｉ）前記コア及びクラデイングの屈折率、そして
ｉｉｉ）前記コア断面形状、前記コア長さ、前記コア高さ、及び前記コア幅
からを決定する過程と、
（ｄ）前記過程（ａ）の前に、前記望まれるレーザー動作波長が、前記複数の長寿命フオトニックモードからの特定の長寿命フオトニックモードに対応するように、前記望まれるピッチを有して前記長いカイラル光フアイバー構成する過程と、
（ｅ）前記過程（ａ）の前に、前記選択された特定の長寿命フオトニックモードに概略位置付けられたピーク利得を生ずるよう、前記コア及び前記クラデイングの少なくとも１つ内に配置された活性ドーパントを選出し、構成する過程と、そして
（ｆ）レーザー動作出力作用が、最大出力電力と最低レーザー動作しきい値の少なくとも１つを有して前記望まれるレーザー動作波長で起こるように、前記カイラル光フアイバーに電磁放射を放射させるよう、前記カイラル光フアイバーに励起を印加する過程を具備することを特徴とする該方法。
【請求項１５】
更に
（ｇ）前記過程（ａ）の前に、前記選択された特定の長寿命フオトニックモードが欠陥モードであるように前記カイラルフアイバー構造内に欠陥を導入する過程を具備することを特徴とする請求項１４の該レーザー動作させる方法。
【請求項１６】
前記カイラルフアイバー構造が２つのシーケンシャルに位置付けられた縦部分を有しており、そして前記過程（ｇ）で導入された前記欠陥が前記２つの縦部分間に予め決められたツイスト角度での円周方向ツイストを含んでおり、更に
（ｈ）前記予め決められたツイスト角度を変えることにより前記望まれるレーザー動作波長を動的に同調させる過程を具備することを特徴とする請求項１５の該レーザー動作させる方法。
【請求項１７】
更に、
（ｉ）前記カイラル光フアイバーの前記望まれるピッチを変えることにより前記望まれるレーザー動作波長を動的に同調させる過程を具備することを特徴とする請求項１４の該レーザー動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にカイラル構造（ｃｈｉｒａｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）に基づくレーザーに関し、特にカイラルフアイバー要素（ｃｈｉｒａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を利用する、光学的にポンプされる（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｐｕｍｐｅｄ）レーザーに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザーは近年多くの工業的及び商業的応用を見出した。例えば、レーザーは遠隔通信、シーデープレイヤー（ＣＤ  ｐｌａｙｅｒｓ）、シーデーロムドライブ（ＣＤ  ＲＯＭ  ｄｒｉｖｅｓ）及びデーブイデープレイヤーで使われる光学的に読み出し可能な媒体のピックアップ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉａ  ｐｉｃｋｕｐｓ）、医学的画像形成、そしてビデオデイスプレーで使われている。しかしながら、前に既知の半導体レーザーは多くの欠点を有する。例えば、シーデープレイヤーで使用されるものの様な従来の半導体レーザーはチップのエッジから光を放射するので、ウエーハをチップにへき開し（ｃｌｅａｖｅ）、該レーザーが適当に機能するかどうかを知る前に該チップをパッケージする必要がある。エルイーデー（ＬＥＤ）の様な他の種類の光源は或る応用品で必要な性能を提供しない。
【０００３】
垂直キャビテイ面発光レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｅｄ  Ｌａｓｅｒｓ）｛以下、”ブイシーエスイーエルエス（ＶＣＳＥＬｓ）”と称する｝が、種々の応用で良く機能出来る、より進歩した、高品質レーザー用のニーヅに取り組むため開発された。ブイシーエスイーエルエスはエルイーデーエス（ＬＥＤｓ）とエッジ放射レーザー（ｅｄｇｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ）の性能の利点をエルイーデー解決策に比肩するコストで組み合わせている。ブイシーエスイーエルエスは、エルイーデーエスの様にウエーハ表面から垂直に光を放射し、それはそれらの製造及び試験が標準的アイシーの手順及び機器と完全に両立することを意味し、又ブイシーエスイーエルエスのアレー（ａｒｒａｙｓ）が利用可能なことも意味する。加えて、ブイシーエスイーエルエスは遙かに速く、より効率的であり、エルイーデーエスより少ない発散のビーム（ｓｍａｌｌｅｒ  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ｂｅａｍ）を作る。
【０００４】
該ブイシーエスイーエル構造は従来の半導体レーザーに優る下記の性能利点のホスト（ｈｏｓｔ）へ導く。
【０００５】
１）小型
２）低電力消費
３）２次元アレーの能力
従来のエッジ放射半導体レーザーと対照的に、該面発光ブイシーエスイーエルは放射状に対称なガウス型近接場（Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ）を有し、光学素子又はフアイバーとの結合を大幅に簡素化する。加えて、ブイシーエスイーエル技術は２次元レーザーアレーの組立を許容する。
【０００６】
しかしながら、ブイシーエスイーエルエスは多数の欠点を背負う。該ブイシーエスイーエルエスの製造は複雑で高価な微少組立（ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）を要する。薄層（ｔｈｉｎ  ｌａｙｅｒ）半導体レーザーの１パス利得（ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｓｓ  ｇａｉｎ）は低いので、ブイシーエスイーエルエスは、ブラッグ反射器（Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ）として該レーザー内に一体化される高反射性誘電体スタック（ｈｉｇｈｌｙ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｔａｃｋｓ）を組み込む。これらは分子ビームエピタキシー（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｉｔａｘｙ）｛エムビーイー（ＭＢＥ）｝の方法を使って成長させられる、誘電体材料の交互層から成る。これは隣接層の原子格子構造の密接な整合（ｃｌｏｓｅ  ｍａｔｃｈ）を保証する。それにより異なる電子的特性を有する材料の交互の原子的に順序付けられた層（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ａｔｏｍｉｃａｌｌｙ  ｏｒｄｅｒｅｄ  ｌａｙｅｒｓ）が作られる。該層間のインターフエースは電気抵抗を減ずるためにデジタルに類別され（ｇｒａｄｅｄ）、ドープ（ｄｏｐｅｄ）されねばならない。
【０００７】
該層数及び／又は交互層間の誘電的差（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を増すことによりブイシーエスイーエルエスの性能を改良するため多くの仕事がなされた。しかしながら、この方策は該製造をもっと高価にそして難しくする。又これらの層内の吸収により決定される層数の限界もある。ブイシーエスイーエルエスは２次元アレーで製造され得るが、大面積上で均一な構造を達成すること及び大面積アレーを作ることには大きな困難があった。ブイシーエスイーエルエス用に典型的に使われる材料は、遠隔通信で関心のある周波数範囲に亘り望ましい低吸収性と高い屈折率差異（ｉｎｄｅｘ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）とを有しない。特に、約１．５マイクロメートル付近の通信バンドで高い反射率を達成することは難しい。
【０００８】
加えて、ブイシーエスイーエルエスはそれらの周期が変えられないので周波数を同調させることが出来ない。フオトンモードの密度（ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏｎ  ｍｏｄｅｓ）は低い屈折率差異多層ブラッグ反射器（ｌｏｗ  ｉｎｄｅｘ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）の使用に依っても評価可能な程変えられず、その利得は普通のレーザーキャビテイ（ｏｒｄｉｎａｒｙ  ｌａｓｅｒ  ｃａｖｉｔｙ）に於けるそれと比較してブイシーエスイーエルシステムでは改善出来ない。又その光の偏光を制御するためには外部デバイスが使われねばならない。
【０００９】
ブイシーエスイーエルベースのレーザーの欠点に向けて多数の新規な解決策が最近開発された。これらの新技術は高効率、低しきい値レーザーを達成するために、コレステリック液晶（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）の様な、或るカイラル材料（ｃｈｉｒａｌ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を有利に利用している。全てのこれらの解決策は周期的構造で起こるフオトニックバンドギャップ現象（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄ  ｇａｐ  ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）を利用することに基づいている。
【００１０】
例えば、共通に譲渡された同時係属中の米国特許出願の特許文献１は、空間的、スペクトル的、及び時間的（ｔｅｍｐｏｒａｌ）なレーザー動作パラメーターの改良された制御を有し、増加した出力電力と低いレーザー動作しきい値を有する新しいバンドギャップレーザー（ｂａｎｄ  ｇａｐ  ｌａｓｅｒ）を開示している。共通に譲渡された米国特許の特許文献２はコレステリック液晶｛シーエルシー（ＣＬＣ）｝構造に基づく種々の電気的及び光学的にポンプされる（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｐｕｍｐｅｄ）カイラルレーザーを開示している。この特許文献２に開示されたシーエルシーレーザーは、カイラル（コレステリック）材料の独特な特性により前に既知のエッジ放射レーザーとブイシーエスイーエルエスの欠点を有利に克服した。特に従来技術の欠点は下記の様に克服された。
【００１１】
１）作るのが難しい、ブイシーエスイーエルエスの様な、多層構造と対照的に、該シーエルシー膜／層は、容易に作られる自己組織化構造（ｓｅｌｆ−ｏｒｇａｎｉｚｅｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）である。
【００１２】
２）シーエルシー膜／層の周期は、電界又は磁界を印加するか又は温度又は圧力を変えることにより容易に変えられ得るので、該レーザー出力は発光中部層の利得バンド内で（ｗｉｔｈｉｎ  ｔｈｅ  ｇａｉｎ  ｂａｎｄ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｍｉｄｄｌｅ  ｌａｙｅｒ）周波数的に同調させられ得る。
【００１３】
３）シーエルシー膜／層のバンド構造は狭い波長範囲上でのフオトンモードの局所的密度の増加（ｉｎｃｒｅａｓｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｌｏｃａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏｎ  ｍｏｄｅｓ  ｏｖｅｒ  ａ  ｎａｒｒｏｗ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｒａｎｇｅ）へ導く。これは今度は利得の改善とレーザー動作しきい値の低下に帰着する。そして
４）該レーザー出力の偏光化は該シーエルシー構造により決定される。かくして該レーザービームは何等外部デバイスを要すること無く、右又は左円偏光化又は直線偏光化される。
【００１４】
もう１つの共通に譲渡された特許の特許文献３は更に、高いポンプ電力での単一モードレーザー動作を有利に可能にして、レーザー動作放射のバンド幅を減じて、そして周期的レーザーでそのモードでのレーザー動作用に特定のフオトニックモードの有利な選択を可能にする、装置と方法を開示することにより、前記共通に譲渡された特許を改良している。
【００１５】
前に説明した特許文献１，２及び３は又、フオトニックストップバンド（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｓｔｏｐ  ｂａｎｄ）内に局在する欠陥フオトニック状態（ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  ｄｅｆｅｃｔ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｓｔａｔｅ  ｗｉｔｈｉｎ  ｔｈｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｓｔｏｐ  ｂａｎｄ）に対応する波長でレーザー動作を有利に起こらせる欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）が周期的構造内に導入されることを開示した。これは周期的構造内の高められたエネルギー密度へ導く。しかしながら、欠陥をつくるために必要な精密な発光材料厚さを有する成層構造を作ることは難しい（その必要な厚さは該媒体内の光の波長を４で割り算した値に等しくなければならない）。より重要なことは、該欠陥により引き起こされる局在する状態の位置は容易には制御され得ず、何故ならば、一旦該デバイスが製造されると、該発光材料の厚さは変えられないからである。この挑戦に取り組むために、共通に譲渡された特許であり、その全体が引用によりここに組み入れられる、特許文献４はカイラル構造内に可変（すなわち、同調可能な）欠陥を誘起するための新しい装置と方法を導入した。
【００１６】
上記共通に譲渡され、同時係属中の特許出願で開示された発明技術のエッセンスは１次元の周期的構造の特性の利用に依存する。１次元｛１デー（１Ｄ）｝のフオトニックバンドギャップ｛ピーイージー（ＰＢＧ）｝構造には２つの前に公知の種類があり、それらは（１）周期的成層媒体（ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｌａｙｅｒｅｄ  ｍｅｄｉａ）と、（２）コレステリック液晶｛シーエルシーエス（ＣＬＣ）｝、である。これらのシステムの両者で、該バンドギャップの中心での該媒体内部の波長は問題の構造の周期の２倍である。シーエルシー構造では、該バンドギャップは光の円偏光成分用のみに存在し、該成分は該構造と同じ回転の向きを有する。第２の円成分は該構造により影響されない。該第１の種類の構造は光フアイバーで実施されて来て、フアイバーブラッググレーテイング（ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）｛エフビージー（ＦＢＧ）｝として知られる。しかしながら、第２の種類の構造−シーエルシーエス−はフアイバーの形では存在しない。フアイバーブラッググレーテイングは多くの応用を有し−フアイバー部品が現代の情報及び通信技術のバックボーンを形成しており、広範囲の応用に−例えば情報処理に、好適である。しかしながら、従来の周期的構造に基づくエフビージーエスは製造するのが容易でなく、多数の欠点を背負っている。
【００１７】
シーエルシーエスは成層媒体（ｌａｙｅｒｅｄ  ｍｅｄｉａ）に比して優れた特性を示す（上記組み入れられた特許文献４で開示された様に）ので、光フアイバー内で、作るのがより容易なコレステリック周期的フオトニックバンドギャップ（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄ  ｇａｐ）｛以下”ピービージー（ＰＢＧ）”と呼ぶ｝構造の有利な光学的特性を実現するために新しい技術が開発された。光フアイバー内でシーエルシーの様なピービージー構造を実現するため及び／又はこの様なフアイバーを作るため、のこれらの新しい技術はそれらの全体が引用により全てここに組み入れられる、共通に譲渡され同時係属中の米国国特許出願の、特許文献５，特許文献６，特許文献７及び特許文献８に開示されている。これらの取り組みは、連続した（そしてかくして実施するに容易な）過程として該構造の製造を実現しながら、コレステリック液晶の優れた光学特性を取り込んだ。
【００１８】
前に説明した様に、シーエルシーの様なカイラル構造に基づいたレーザーは前に既知の周期的レーザーに優る重要な利点を提供する。しかしながら、レーザーで使用するのに好適なシーエルシー構造を製造するには多数の挑戦が残されている。逆に、エフビージー構造はエフビージーを再生するのに比較的簡単で容易な製作過程の利点を提供する。シーエルシーの様な光学特性を有するエフビージーを作るために上記説明の技術を使って、カイラル（例えば、シーエルシー）とエフビージーの構造の利点を組み合わせるカイラルフアイバーレーザーを提供することが望ましい。特定の望まれる波長での使用のために構成され、作られたカイラルフアイバーレーザーを提供することは更に望ましい。又動的に同調可能なレーザー動作波長を有するカイラルフアイバーレーザーを提供することも望ましい。
【特許文献１】米国特許出願公開第号明細書、”Ｓｔｏｐ  Ｂａｎｄ  Ｌａｓｅｒ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ”
【特許文献２】米国特許第６，４０４，７８９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４１１，６３５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３９６，８５９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開明細書、”Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ”
【特許文献６】米国特許出願公開明細書、”Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ”
【特許文献７】米国特許出願公開明細書、”Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ”
【特許文献８】米国特許出願公開明細書、”Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ”
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明はコレステリック液晶（シーエルシー）構造と同様な有利な光学特性を有する特に構成された光フアイバー構造に基づく新しいカイラルフアイバーレーザーに向けられている。発明されたカイラルフアイバーレーザーで使用される光フアイバー構造は、それが、シーエルシー構造内で該構造のピッチがその周期の２倍であるべき要求を充たすので、シーエルシー構造と同様な光学特性を達成する。これは１８０度対称性を有し幾何学的複屈折を有するカイラルフアイバー構造を使うことにより達成される。この様な特性はフアイバー構造に沿い２つの同一同軸らせんを課する（ｉｍｐｏｓｉｎｇ  ｔｗｏ  ｉｄｅｎｔｉｃａｌ  ｃｏａｘｉａｌ  ｈｅｌｉｘｅｓ）ことにより得られ、該構造では第２らせん（ｓｅｃｏｎｄ  ｈｅｌｉｘ）は第１らせん（ｆｉｒｓｔ  ｈｅｌｉｘ）から前方へ該構造のピッチの半分だけシフトされる。この様な構造は上記組み入れられた特許文献５，６，７，そして８で詳細に説明されている。発明されたカイラルフアイバーレーザーの幾つかの実施例は下記で論じられる。
【００２０】
例示的カイラルフアイバーレーザーの第１の実施例はエルビウム（Ｅｒｂｉｕｍ）の様な、活性材料（ａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）でドープ（ｄｏｐｅｄ）されたフアイバー構造と、該活性材料を励起するために該フアイバー構造に向けられた光学的電磁エネルギー源とを含む。該フアイバー構造は、１８０度断面対称性を有するコア（ｃｏｒｅ）と、該コアを囲むクラデイング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）とを有する。該コアと該クラデイングとの両者は設計的選出の問題として選択された種々の光学的材料（例えば、ガラス）で構成されてもよい。ドーパント（ｄｏｐａｎｔ）材料が該フアイバー構造の該コア、該クラデイング又は両要素に導入されてもよい。最も重要なこととして、該フアイバー構造は該構造のピッチが該周期の２倍である要求を充たすよう構成されることであり−すなわち、それは、該フアイバー構造に沿って、２つの同一の同軸らせん（ｔｗｏ  ｉｄｅｎｔｉｃａｌ  ｃｏａｘｉａｌ  ｈｅｌｉｘ）を課し（ｉｍｐｏｓｉｎｇ）、その際第２らせんは第１らせんから前方へ該構造のピッチの半分だけシフトされる、ことに依って構成されることである。発明されたカイラルフアイバーレーザーの第１の例示的実施例では、これは２重らせん構造を形成するために該コアをツイストすることにより達成される。上記の組み込まれた特許出願の特許文献５−８で開示された他の技術が同じ目的を達成するために利用されてもよい。光学的ポンプが直接コアモード内にポンプしてもよく、或いはそれはより均質な吸収を保証するためにクラデイングモード内にポンプしてもよい。
【００２１】
望まれる波長でのレーザー動作をもたらす発明されたカイラルフアイバーレーザーを提供するために、該レーザーのフアイバー構造はツイストする前に適当に構成されねばならない。該構成過程は構成パラメーター、すなわち、コア及びクラデイング材料、該コアの断面形状と寸法、そして望まれるレーザー動作モード（バンドエッジモード又は欠陥モード）、の選択を含む。該望まれるレーザー動作波長の値と上記構成パラメーターの値が与えられると、該フアイバー構造の望まれるピッチが容易に得られる。該構成パラメーターの選択及び該ピッチの決定と一緒に、発明されたカイラルフアイバーレーザーに該望まれる波長でのレーザー動作をもたらさせるフアイバー構造が容易に組立られる。
【００２２】
組立後該フアイバー構造のピッチを変える｛すなわち、該構造をツイストする、引っ張る（ｐｕｌｌｉｎｇ  ｉｔ）、又はその温度を変える、ことにより｝ことにより、該レーザー動作波長は容易に同調され、かくして同調可能なカイラルフアイバーレーザーを提供する。
【００２３】
発明されたカイラルフアイバーレーザーの他の実施例は欠陥モードでのレーザー動作を可能にするためその中に導入された欠陥を有するフアイバー構造を含む。１実施例は、該フアイバー構造の２つの部分を相互に対しツイスト（ｔｗｉｓｔ）することにより該レーザ動作する波長の同調を実現するツイスト欠陥（ａ  ｔｗｉｓｔ  ｄｅｆｅｃｔ）を含む。幾つかの光学的ポンピングの実施例は、１つの結合されポンプされた光フアイバーからの結合されたポンピング、１つの結合されポンプされた光フアイバーからの多数カイラルフアイバーレーザーのポンピング、そして多数の結合されポンプされた光フアイバーからの１つのカイラルフアイバーレーザーのポンピングを含む。
【００２４】
本発明の他の目的と特徴は付属する図面と関連して考慮された下記詳細説明から明らかになる。しかしながら、該図面は、本発明を限定する規定としてではなく単に図解目的用として設計されており、該限定のためには付属する請求項が参照されるべきである、ことは理解されるであろう。
【実施例】
【００２５】
本発明は簡素化され使い易いフアイバー形式でコレステリック液晶の利点を具体化する有利なカイラルフアイバーレーザーに向けられている。
【００２６】
現在使用されているフアイバーブラッググレーテイングは１次元成層誘電体媒体（１Ｄ  ｌａｙｅｒｅｄ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｅｄｉａ）と類似と見られてもよい。シーエルシーエスは１次元周期的構造（１Ｄ  ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）の優れた形である。シーエルシーエスが成層媒体（上記組み入れられた米国特許出願で開示した様に）に比して優れた特性を示すので、特許文献８の上記組み入れられた名称”らせん型フアイバーブラッググレーテイング（Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）”｛以下”エイチエフビージー（ＨＦＢＧ）と呼ぶ｝米国特許出願は光フアイバーでのコレステリックな周期的フオトニックバンドギャップ｛以下、ピービージー（ＰＢＧ）と呼ぶ｝の構造のエッセンスの有利な実施を開示する。この新しい取り組みは、該構造の製造を連続な（そしてかくして実施し易い）過程として容易化しながら、コレステリック液晶の優れた光学特性を取り込む。
【００２７】
これを達成するために、該エイチエフビージーの特許文献８はその発明された構造が従来のシーエルシー構造のエッセンス−−その縦対称性、を模倣せねばならないことを教えた。らせんフアイバー構造は望まれる特性を有するように見える。しかしながら、シーエルシー構造では、そのピッチはその周期の２倍である。これは単一らせんであるらせん構造の最も簡単な実現とは別個（ｄｉｓｔｉｎｃｔ）である。該単一らせん構造では、周期はピッチと等しく、波長の中心にあるバンドギャップはピッチの２倍に等しいこと見出すと人は期待する。しかしながら、この配置は該構造を通過する光の電場の配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）と該らせんの対称性との間のミスマッチを作る。この場は該ピッチの２倍の光の波長に等しい距離で３６０度回転されている。他方、この距離での該らせんの回転は７２０度である。かくして、らせん構造は或る有利な応用を有するが、それは１つの顕著な例外−該構造が２つの異なる隣接材料から成る時と言う例外、を有して、望ましいシーエルシー構造を眞には模倣しない。
【００２８】
かくして、コレステリック構造の利点を保存しながらフオトニックストップバンドを作るための要求を充たす構造は下記２つの要求を充たさねばならない。
【００２９】
（１）該構造の光学的誘電的感受性（ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）の周期がその波長の半分であること
（２）該構造の該誘電的感受性が、それが常に円偏光定在波の場の方向と整合されるよう、回転すること。
【００３０】
エイチエフビージー特許出願の特許文献８は更にこれらの要求を充たす構造を作る最も有利で、簡単な方法の１つは２重らせん構造を創ることであると教えた。この構造では、２つの同一同軸らせんがフアイバー構造内又はその上に課せられ、そこでは第２らせんは第１らせんから前方へ該ピッチの半分だけシフトされる。これらの要求を充たすもう１つの有利な構造は一緒に接合された、異なる屈折率の２つの隣接成分から成る単一らせん構造である。この場合、その波長はそのピッチに等しく、そのピッチは該システムの有効な光学的誘電的感受性の周期の２倍に等しい。エイチエフビージー特許出願の特許文献８は、設計的選出の問題として組み立てられてもよい、光フアイバー内のこの様な有利な２重及び単一らせん構造の幾つかの実施例を開示した。２重及び単一らせん構造を作るための有利な装置と方法は上記組み入れられ、共通に譲渡され同時係属中の仮特許出願の特許文献６に開示されている。
【００３１】
本発明のカイラルフアイバーレーザーが、それらのらせん又は２重らせん構造（例えば、図１Ｂに示すコア断面を有するツイストされたフアイバー）から得られたシーエルシーの様な特性を有する発明された光フアイバーの上記組み入れられた実施例を参照して説明されるが、該発明されたカイラルレーザーが、それらの特性が如何にして達成されたかに無関係にシーエルシーの様な特性（すなわち、フオトニックストップバンド）を有するどんな光フアイバーを使って有利に作られてもよいことは注意すべきである。例えば、ツイストされたコアを有するフアイバー構造を使う代わりに、該コアは、その上に刻み込まれた、又はもう１つの誘電体材料で２重らせんパターンで巻き込まれた、又は該２つの組み合わせの、２重らせん溝パターン（ｄｏｕｂｌｅ  ｈｅｌｉｘ  ｇｒｏｏｖｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）を有してもよい（光フアイバー内に望まれるシーエルシーの様な特性をもたらすこれら及び他の技術は特許文献８で詳細に説明される）。更に、上記で組み入れられた共通に譲渡され同時係属中の米国特許出願の特許文献５−８に開示された種々の有利なシーエルシー関連技術は、設計選出の問題として該発明されたカイラルフアイバーレーザーと関連して有利に利用されるよう容易に適合されることは注意すべきである。
【００３２】
今図１Ａと１Ｂを参照すると、予め規定された望まれる波長λＬのレーザー動作をもたらす例示的カイラルフアイバーレーザーの第１実施例１０が示される。該レーザー１０はフアイバー構造１２と光学的ポンプ（又は同様な電磁エネルギー源）１８を有する。該フアイバー構造１２はコア１４と、該コア１４を囲むクラデイング１６を有する。該コア１４と該クラデイング１６の両者は、設計的選出の問題として選択される種々の光学的材料（例えば、ガラス）から構成されてもよい。又該構造１２はオプションとして図３Ａ−３Ｃに関連して下記で説明される欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）を含んでもよい。欠陥の存在はバンドエッジモード（ｂａｎｄ  ｅｄｇｅ  ｍｏｄｅ）でより寧ろ欠陥モード（ｄｅｆｅｃｔ  ｍｏｄｅ）でのレーザー動作を可能にする。
【００３３】
該フアイバーレーザー１０を構成する目的上コア及びクラデイング材料の選択で考慮されてもよい多くの物理的パラメーター（すなわち、コスト、柔軟性、温度応答、他）があるが、材料選択のキー要因は該コア１４と該クラデイング１６の屈折率−それぞれｎ１とｎ２、及びこれらの屈折率間の差である。ｎ１とｎ２の間の差の大きさは、該フアイバーレーザー１０が低しきい値、低電力レーザー動作用か或いは高しきい値、高電力レーザー動作用か何れに最適化されるかを決定する点で重要である。ｎ１とｎ２間の差を増大することは低しきい値、低電力レーザー動作用への該フアイバーレーザー１０の最適化を増進させ、一方ｎ１とｎ２間の差を減ずることは高しきい値、高電力レーザー動作用へのフアイバーレーザー１０の最適化を増進させる。ｎ１とｎ２間の差は該フアイバーレーザー１０のレーザー動作特性での唯一の決定要因ではないとは言え、該差の大きさの決定はレーザー動作のしきい値と電力に対する望ましいレーザー動作特性の最適化用に重要であることは、しかしながら、注意すべきである。
【００３４】
長い楕円形コア１４の断面が図１Ｂで示されるが、該コア１４の該特定的断面と寸法は、該コア構造が、それがツイストされた時２重らせん構造が形成されるように、１８０度断面対称性が保持される限り、設計的選出の問題として選択されてもよい。かくして、該コア１４は平行な側部を有するが半円形の頂部及び底部部分を有する長方形断面又は概ね長方形断面を有してもよい。
【００３５】
該フアイバーレーザー１０が望まれるレーザー動作波長でのレーザー動作をもたらすよう、該フアイバー構造１２は特定のピッチＰを有する２重らせん構造でなければならない。該フアイバー構造１２は該コアをツイストすることにより２重らせん構造として構成され得る。上記注意の様に、２重らせんコア構造を達成するための他の手段が本発明の精神を離れることなく容易に利用されてもよく−該コア１４のツイステイング（ｔｗｉｓｔｉｎｇ）は単なる例として示され、説明されるに過ぎない。しかしながら、該望まれるレーザー動作波長λＬに対応する特定のピッチＰは各フアイバー構造用に個別に決定されねばならず、それは該Ｐの値が、該コア及びクラデイングの屈折率、それぞれｎ１及びｎ２、該コアの断面形状及び寸法（長さＬ、高さＨ、そして幅Ｗ）のみならず該望まれるレーザー動作モード（バンドエッジか又は欠陥か）にも基づくからである。上記説明のパラメーターが与えられた場合、例えば、ソフトウエアシミュレーションによる、エフデーテーデー（ＦＤＴＤ）｛フアイナイトデイフアレンスタイムドメイン（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）｝による、ビーム伝播法（ｔｈｅ  Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）による、マイクロ波モデリングによる、解析的に又は実験による、Ｐを得るための多数の良く知られた技術がある。ソフトウエアモデリングは、それが、Ｐ及びλＬの望まれる値が与えられた場合他のパラメーターの決定を可能にするので、有利である。例えば、Ｐ及びλＬが与えられると、該必要なコア寸法、Ｌ、Ｈ、Ｗ又は該必要な屈折率ｎ１及びｎ２を決定出来る。
【００３６】
選択されたコア及びクラデイング材料、コア断面形状及び寸法、該フアイバー構造１２内の欠陥の存在又は欠如（ｌａｃｋ）、そして該ピッチＰが与えられた場合、該フアイバー構造１２は、このフアイバー構造１２を利用する該フアイバーレーザー１０が該望まれる波長λＬでレーザー動作を有利に生ずるように、構成され、組み立てられ得る。上記組み入れられた特許出願の特許文献６は該フアイバー構造１２を構成し、組み立てるための新しい装置と方法を示し、説明する。
【００３７】
有利なことに、該得られたピッチＰの値はλＬの値に直接比例する。かくして、もし、例えば、λＬの値が１０％だけ調整される必要があれば、該Ｐの値は、該フアイバーレーザー１０がλＬの新しい値でのレーザー動作を提供することを保証するために単に１０％調整されるだけである。ＰとλＬの間のこの関係は、該フアイバー構造１２のピッチＰを変えることにより該フアイバーレーザー１０を同調させることを可能にするため有利に利用され得る。これは該フアイバー構造１２をその縦軸線の周りにツイストすることにより、その温度を変えることにより、又はそれを圧縮するか、ストレッチ（ｓｔｒｅｔｃｈ）することにより行われてもよい。
【００３８】
該フアイバー構造１２を構成するための例示的過程が図６に関連して下記で示され、説明される。
【００３９】
今図１Ａと１Ｂに戻ると、該光学的ポンプ１８は、該フアイバー構造１２内の活性材料による均質な吸収を最大化するために、コアモードではコアポンピング（ｃｏｒｅ  ｐｕｍｐｉｎｇ）２０を、或いはクラデイングモードではクラデイングポンピング（ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｐｕｍｐｉｎｇ）２２を、提供してもよい。好ましくは、該コア１４又はクラデイング１６の少なくとも１つは、該光学的ポンプ１８からの光学的ポンピングに応答して電磁放射を放射する、エルビウム（Ｅｒｂｉｕｍ）の様な、活性材料でドープされるのがよい。好ましくは該活性の放射材料は、該放射材料の放射スペクトラムのピークが実質的に該望まれる波長λＬの近くにあるように本発明に依り選択されるのがよい。今図４を参照すると、例示的な透過率対波長のグラフは、該フアイバー構造１２の該エフビージーの簡略化された表現が、波長λ１とλ２に対応するバンドエッジモード７０，７２のみならず、該バンドエッジモードの１つ（この例ではモード７０）に実質的に近位のその放射ピークを有する放射スペクトラム７４をもを示すことを表している。図４の例はレーザー動作がλ１と等しい波長λＬで望まれていると仮定している。望まれるバンドエッジモード７０のピークと該放射材料の放射ピークのこの近い一致は、該フアイバーレーザー１０内の最適化されたエネルギー分布を生じ、かくして該望まれたレーザー動作波長λＬでの高効率レーザー動作に帰着する。
【００４０】
今図２Ａ−２Ｃを参照すると、中に規定された欠陥を有する、フアイバー構造１２の代わりの実施例がフアイバー構造３０，４０そして５０として示される。該フアイバー構造１２内への欠陥の導入は、上記組み入れられた共通に譲渡される米国特許の特許文献２及び４で説明される様に、該フオトニックストップバンドの中心での長寿命フオトニック欠陥モード（ｌｏｎｇ−ｌｉｖｅｄ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｄｅｆｅｃｔ  ｍｏｄｅ）を生じる。例示的欠陥モード７６が図５に示される。該フアイバー構造１２内の欠陥の存在又は欠如は必要なピッチＰの値に影響する要因の１つである。
【００４１】
今図２Ａを参照すると、予め決められた距離で２つのシーケンシャルな縦に整合された構造部分３２と３４を離し隔てることにより欠陥３６が導入される、フアイバー構造３０が示される。
【００４２】
今図２Ｂを参照すると、予め決められた距離で２つのシーケンシャルな縦に整合された構造部分３２と３４を離し隔て、次いで該部分３２，３４間に誘電体材料を導入することにより欠陥３８が導入される、フアイバー構造４０が示される。
【００４３】
今図２Ｃを参照すると、該部分３２，３４の１つをもう１つの部分に対し予め決められた円周方向角度で、予め規定されたツイスト角度θにツイストすることにより、ツイスト欠陥４２が導入される、フアイバー構造５０が示される。好ましくは、該角度θは９０度がよいが、それはもし同調可能なカイラルレーザーが望まれるなら変えられてもよい。
【００４４】
図３Ａ−３Ｃで説明されるもう１つの欠陥の組み合わせは本発明の精神から離れることなく設計的選出の問題として利用されてもよい。
【００４５】
今図５を参照すると、例示的透過率対波長グラフが該フアイバー構造１２のエフビージーの簡単な表現が、波長λｄに対応する欠陥モード７６のみならず実質的に欠陥モード７６に近位のその放射ピークを有する放射スペクトラム７８をも示すことを表している。図５の例はレーザー動作がλｄに等しい波長λＬで望まれることを仮定している。望まれる欠陥モード７６のピークと放射材料の放射ピークのこの近い一致は該フアイバーレーザー１０内の最適化されたエネルギー分布を生じ、かくして該望まれるレーザー動作波長λＬでの高効率レーザー動作に帰着する。図２Ｃの該フアイバー構造５０は、該ツイスト角θを変えることにより、該欠陥モード７６の位置、かくして該レーザー動作波長λＬが容易にそして動的に変えられ、かくして該フアイバーレーザー１０が同調させられることを可能にするので、特に有利である。
【００４６】
今図３Ａ−３Ｃを参照すると、カイラルフアイバーレーザー１０用の幾つかの代わりの光学的ポンピング実施例が示される。図３Ａでは、光学的ポンピングが、光学的ポンプ１８から、フアイバー構造１２に結合された光フアイバー５４を経由して供給されるカイラルフアイバーレーザー５２の断面が示される。図３Ｂでは、光学的ポンピングが、光学的ポンプ１８から、複数のフアイバー構造１２に結合された光フアイバー５４を経由して供給されるカイラルフアイバーレーザーグループ５６の断面が示される。かくして単一のポンプされた光フアイバーが多数のカイラルフアイバーレーザーへ結合ポンピング（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｕｍｐｉｎｇ）を提供する。図３Ｃでは、光学的ポンピングが、光学的ポンプ１８から、単一のフアイバー構造１２に結合された複数のポンプされる光フアイバー５４経由で供給されるカイラルフアイバーレーザー５８の断面が示される。かくして、単一のフアイバー構造１２は多数のポンプされた光フアイバー５４に結合され、それらによりポンプされる。
【００４７】
今図６を参照すると、該カイラルフアイバーレーザー１０で使用するためのフアイバー構造１２を構成するための例示的過程１００が示される。又該過程１００は図２Ａ−３Ｃに示す様な、該発明されたカイラルフアイバーレーザー１０の他の実施例又はその要素に適用されてもよい。該過程１００は典型的コンピュータシステムにより実行されるソフトウエアとして容易に実施されてもよい。代わりに、該過程１００は、オプションとして該過程の幾つか用のソフトウエアモデリングを使って、手動式に実行されてもよい。該過程１００は単に例として示されるに過ぎず、該フアイバー構造１２を構成する唯一の方法では決してないことは注意されるべきである。他の構成技術が容易に利用されるが、それは本発明の精神から離れているものではない。
【００４８】
該過程１００は過程１０２で始まるが、そこで望まれるλＬが選択される。過程１０２で、該コア１４及びクラデイング１６の少なくとも１つ用の活性放射ドーピング材料（例えば、エルビウムの様な）が選択される。
【００４９】
過程１０６で設計的選出の問題としてコア１４とクラデイング１６用の特定材料が選択される。図１Ａ及び１Ｂに関連して上記で論じた様に、該コア及びクラデイング材料の選択のキーは該コア材料（ｎ１）及びクラデイング材料（ｎ２）の屈折率の値とそれらの間の差である。
【００５０】
過程１０６で、コア１４の長さＬのみならずコア１４の断面形状と垂直及び水平寸法、それぞれＨ及びＷ、も選択される。該コア１４の断面形状は楕円形、長方形、又は該２つの組み合わせであってもよく（平行な側部であるが半円形の頂部及び底部部分を有する）、或いはそれは１８０度対称性を有する何等かの幾何学的形状であってもよい。Ｌ、ＨそしてＷの大きさは設計的選出の問題として選択され、該フアイバーレーザー１０の望まれる規模（ｓｉｚｅ）のみならず他の要因（入手可能な材料の様な）にも左右される。
【００５１】
過程１０６で、その入力データに基づきフアイバー構造１２のモデルの有効垂直屈折率ｎｅｆｆ−Ｖ及び有効水平屈折率ｎｅｆｆ−Ｈを決定するため、λＬ、ｎ１及びｎ２、該コア１４の断面形状そしてＬ、Ｈ及びＷを入力データとして使い、シミュレーションが行われる（該有効屈折率は図１Ｂで示される）。この様なシミュレーションは、エフデーテーデー（ＦＤＴＤ）｛フアイナイトデイフアレンスタイムドメイン（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）｝、ビーム伝播法（Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ）、マイクロ波モデリング（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｍｏｄｅｌｉｎｇ）、λＬ、ｎ１及びｎ２、該コア１４の断面形状そしてＬ、Ｈ及びＷの特定の値について超越方程式（ｔｒａｎｓｃｅｎｄｅｎｔａｌ  ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）を解くことに依るか、又は試行繰り返し実験（ｔｒｉａｌ  ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）に依り解析的に、の様な１つ以上の良く公知の光学的シミュレーション技術を使って行い得る。この様な計算用に有利な例示的シミュレーションのプラットフオーム（ｐｌａｔｆｏｒｍ）は米国、カリフオルニア州の、シミュラント社（Ｓｉｍｕｌａｎｔ，  Ｉｎｃ．，  ＣＡ．，  ＵＳ．）により作られたシミュラントイーエムテーエム（Ｓｉｍｕｌａｎｔ．ＥＭＴＭ）ソフトウエアである。
【００５２】
過程１１０で、該フアイバーレーザー１０の望まれるレーザー動作モードが選択されるべきである。該レーザー動作モードは、該ピービージー（ＰＢＧ）のバンドエッジモード（図４のモード７０の様な）にあるか、又は、もし欠陥３６，３８又は４２が該フアイバーレーザー１０に導入されるなら、欠陥モード（図５のモード７６の様な）にあり得る（図２Ａ−２Ｃ参照）。該発明されたカイラルフアイバーレーザー１０での使用のために有利な欠陥は図２Ｃに示すツイスト欠陥４２である。一旦望まれるレーザー動作モードが選択されると、選択されたレーザー動作モードに基づいて、λＬ、ｎｅｆｆ−Ｖ及びｎｅｆｆ−Ｖから該フアイバー構造１２の該ピービージーの中心での波長（図４で示す様な）、λＣの値が決定される。該λＣの値は多くの良く公知の数学的表現を使って計算出来る。レーザー動作がバンドエッジモードで、又はツイスト欠陥４２に基づく欠陥モードで望まれる時、容易に利用されるλＣを決定するための例示的表現は下記で示される。
【００５３】
λＣ＝λＬ／（１＋（Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆ−ＡＶ）＊（０．５−θ／１８０））
ここで：Δｎｅｆｆ＝ｎｅｆｆ−Ｖ−ｎｅｆｆ−Ｈ；
ｎｅｆｆ−ＡＶ＝（ｎｅｆｆ−Ｖ−ｎｅｆｆ−Ｈ）／２；そして
θ＝ツイスト欠陥４２のツイスト角度であり、そこではθ＝０又は１８０度の時、レーザー動作はバンドエッジモードで望まれ、その他の場合レーザー動作は欠陥モードで起こる。
【００５４】
過程１１２で、該フアイバー構造１２に適用されるべきピッチＰはλＣとｎｅｆｆ−ＡＶとの値から決定される。Ｐは下記表現を使い決定されてもよい。
【００５５】
Ｐ＝λＣ／ｎｅｆｆ−ＡＶ
Ｐの該値はλＬの値に直接比例する。かくして、もし、例えば、該λＬの値が該過程１０６−１１４の後１０％だけ調整される必要があるならば、該フアイバーレーザー１０がλＬの新しい値でレーザー動作を提供することを保証するために簡単に該値Ｐは１０％だけ調整され得る。
【００５６】
過程１１４で、該フアイバーレーザー１０で使用された時、該フアイバーレーザー１０が該望まれる波長λＬでレーザー動作を生ずることを可能にするフアイバー構造１２を作るための構成パラメーターとして、Ｐ、ｎ１、ｎ２、該コア１４断面形状、Ｌ、Ｈ及びＷの値が提供される。
【００５７】
上記で過程１００は簡単化された形で示されたことは注意されるべきである。実際の使用では、もし望まれるなら、上記過程１０８−１１２は材料及び導波路の分散（ｍａｔｅｒｉａｌ  ａｎｄ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を明らかにするため変型されてもよい。これは材料分散によりｎ１、ｎ２がλＬの異なる値用には僅かに異なるからである。そして同様に、導波路分散により、ｎｅｆｆ−Ｖとｎｅｆｆ−Ｈの値もλＬの特定に値に左右される。勿論過程１０８−１１２の何等かの商業的ソフトウエアによる実施は材料及び導波路の分散の補償を含むであろう。
【００５８】
結論として、カイラルフアイバーレーザー１０は該レーザー動作しきい値の下で利用されてもよいことは注意されるべきである。かくしてレーザーとして使われる代わりに、該カイラルレーザー１０は高い抽出効率（ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を有する光源として利用されてもよい。
【００５９】
かくしてその好ましい実施例に適用された時の本発明の基本的な新しい特徴が示され、説明され、指摘されたが、図解された該デバイスと方法の形式と詳細で、そしてそれらの動作で、当業者により種々の省略、置き換え及び変更が行われ得るが、それらは本発明の精神から離れるものでないことは理解されるであろう。例えば、同じ結果を達成するために実質的に同じ方法で実質的に同じ機能を行う要素及び／又は方法の過程の全ての組み合わせが本発明の範囲に入ることが意図されていることを表明するものである。従って、ここに付属する請求項の範囲により指示された様にのみ限定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】本発明のカイラルフアイバーレーザーの第１実施例の側面図の簡略な線図である。
【図１Ｂ】図１Ａのカイラルフアイバーレーザーのフアイバー構造の断面図の簡略な線図である。
【図２Ａ−２Ｃ】該フアイバー構造内に導入された欠陥を利用する図１Ａのカイラルフアイバーレーザーの代わりの実施例の簡略な線図である。
【図３Ａ】発明されたカイラルフアイバーレーザーが結合された光フアイバー経由でポンプされる本発明のカイラルフアイバーレーザーの第２実施例の側面図の簡略な線図である。
【図３Ｂ】多数の結合された光学的ポンピング要素によりポンプされる発明されたフアイバーレーザーを示す本発明のカイラルフアイバーレーザーの第３実施例の断面図の簡略な線図である。
【図３Ｃ】単一の結合された光学的ポンピング要素によりポンプされる多数の発明されたフアイバーレーザーを示す本発明のカイラルフアイバーレーザーの第４実施例の断面の簡略な線図である。
【図４】フオトニックバンドギャップ及びフオトニックバンドエッジモードのみならず発明されたカイラルフアイバーレーザーで使われる活性材料の放射スペクトラムも示す、図１Ａの本発明のカイラルフアイバーレーザーの第１実施例用の透過率対波長の線図である。
【図５】フオトニックバンドギャップ及び欠陥モードのみならず発明されたカイラルフアイバーレーザーで使われる活性材料の放射スペクトラムも示す、図２Ａ−２Ｃの発明されたカイラルフアイバーレーザーの代替え実施例用の透過率対波長の線図である。
【図６】予め規定された望まれる波長でのレーザー動作用に発明されたカイラルフアイバーレーザーを構成するための例示的過程の流れ線図である。
【図１Ａ】
2005510092.tif 000003
【図１Ｂ】
2005510092.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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