(57)【要約】      （修正有）【課題】周知のシステムの欠点を実質的に克服する超ハイパワーSMファイバレーザシステムを提供する。【解決手段】ハイパワー単一モード(「SM」)レーザシステム１０が、マルチモード(「MM」)コアおよび前記コアを取り囲む少なくとも1つのクラッディングと共に構築されるモノリシックファイバ-ロッドファイバ導波路と共に構成された増幅器を含む。MMコアは、SM信号光を受け、誘導する小直径一様入力領域、入力領域から外側に拡がるモード変換円錐台形コア領域、および比較的大直径の一様出力領域と共に構成される。ハイパワーレーザシステム１０は、多くても出力コア部分の1つに等しい開口数NA2を有するMMポンプ光送達ファイバと共にさらに構築される。増幅器およびポンプ光出力ファイバが、開放された送達ケーブルを横切り、入射ポンプ光を増幅器のコア内に逆伝播方向に集束させるように構成されるミラーからの上流側を終端する。【選択図】図１
2018201038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由空間を通じて延び、マルチモード(「MM」)非一様寸法コアと、前記コアと共に延び、前記コアを取り囲むクラッディングと共に構成されたファイバ-ファイバロッド増幅器と、
自由空間を通じて延び、前記増幅器の終端領域と共に延びる終端領域を含むMMポンプ光出力ファイバと、
それぞれの増幅器およびポンプ光出力ファイバの前記終端領域を受けるレーザヘッドと、
前記レーザヘッド内に設けられ、増幅された信号光が伝播方向に横切るような寸法に作られる中央開口を有するミラーであって、ポンプ光が前記増幅器の前記コア内に結合されるように、ミラー上に入射する前記ポンプ光を逆伝播方向に向け直すように構成されるミラーと、
前記ミラーと、それぞれの増幅器および送達ファイバの前記終端領域とをXYZ平面内で互いに対して変位させるように動作可能であるアクチュエータと、
を備える超ハイパワー単一モード(「SM」)ブースタステージ。
【請求項２】
増幅器およびポンプ光出力ファイバが横切る、開放された送達ケーブルをさらに備え、それぞれのポンプ光出力ファイバおよび増幅器の前記終端領域が、互いにほぼ平行に延び、送達ケーブルの下流端を介してレーザヘッド内に突出する請求項１に記載のブースタステージ。
【請求項３】
前記MMコアが発光体と共にドープされ、
前記増幅器のファイバ部分に沿って伝播方向に単一モード(「SM」)信号光を誘導するように構成された小直径一様入力領域と、
入力部分および出力部分をブリッジするモード変換領域と
共に構築される請求項１に記載のブースタステージ。
【請求項４】
前記MMコアが、前記モード変換領域から延び、前記増幅器の前記終端領域に沿って前記SM信号光を誘導する大直径一様出力領域をさらに含む請求項３に記載のブースタステージ。
【請求項５】
それぞれの増幅器および出力ファイバの前記終端領域に融合され、前記レーザヘッドに取り付けられたバッファと、
それぞれの増幅器およびポンプ光出力ファイバ、バッファ、およびミラーの前記終端領域の少なくとも一部を格納し、それに結合されたスリーブであって、前記ミラーと、それぞれの増幅器およびポンプ光出力ファイバの終端領域とが、増幅されたSM信号光を前記開口を通じて前記伝播方向に出力しながら、前記ポンプ光を前記増幅器の前記MMコア内に結合するように、互いに対して調節可能であるスリーブと
をさらに備える請求項２に記載のブースタステージ。
【請求項６】
前記ポンプ光の開口数が、多くても、前記増幅器の出力コア領域の開口数に等しい請求項２に記載のブースタステージ。
【請求項７】
前記ミラーが球面または非球面である請求項１に記載のブースタステージ。
【請求項８】
気流が前記ミラーの孔を通じて出るときに、不純物を前記スリーブの外に搬送するように前記スリーブ内に前記気流を導入するように動作可能である吸気システムをさらに備える請求項２に記載のブースタステージ。
【請求項９】
前記ファイバ-ファイバロッド増幅器が、その入力終端領域と出力終端領域との間で連続的である請求項１に記載のブースタステージ。
【請求項１０】
前記ファイバ-ファイバロッド増幅器が、互いに融合されたファイバ部分およびファイバロッド部分を含む請求項2に記載のブースタステージ。
【請求項１１】
前記スリーブが、前記レーザヘッドの不純物のない内部を実現するように、一方を他方に挿入可能であり、互いに結合される2つのカップ形部分を含む請求項５に記載のブースタステージ。
【請求項１２】
信号を送達するように構成されたシードレーザソースと、
請求項１から１０の何れか一項に記載のブースタステージと
を備える超ハイパワーファイバレーザシステム。
【請求項１３】
増幅されたSM信号光の基本周波数の高調波を生成するように動作可能なシステムを格納するハウジングをさらに備え、それぞれの増幅器およびポンプ光出力ファイバの前記終端領域から距離を置いて前記レーザヘッドに光学的および機械的に結合されたハウジングと共に構成される請求項１２に記載の超ハイパワーファイバレーザシステム。
【請求項１４】
前記レーザヘッドおよびハウジングが、前記ミラーの前記開口に位置合せされ、増幅された信号光を前記レーザヘッドから前記ハウジングへの伝播方向に誘導するそれぞれの通路と共に構成される請求項１３に記載の超ハイパワーファイバレーザシステム。
【請求項１５】
前記レーザヘッドから間隔を置いて配置されおよびシードレーザソースを収容するメインコンソールをさらに備え、前記シードレーザソースが、前記メインコンソール内の前記増幅器の上流側領域に融合されたSM受動シード出力ファイバを備え、前記シード出力ファイバが、前記増幅器の前記MMコアの入力領域のうちの1つにほぼ整合するモードフィールド直径で構成されたコアを備える請求項１２に記載の超ハイパワーファイバレーザシステム。
【請求項１６】
前記メインコンソール内に格納され、レーザシステム動作をサポートするように構成されたユーティリティアセンブリをさらに備え、前記ユーティリティアセンブリが制御および安全エレクトロニクスを含む請求項１５に記載の超ハイパワーファイバレーザシステム。
【請求項１７】
前記増幅器内の前記信号光およびポンプ光によって生成される熱力学的応力を低減するように構成された冷却システムをさらに備える請求項１５に記載の超ハイパワーファイバレーザシステム。
【請求項１８】
前記冷却システムが、前記メインコンソール内に収容された冷却剤のソース、前記ソースに結合される入力と、出力とを有する少なくとも1つの柔軟なパイプを含み、前記柔軟なパイプが、前記送達ケーブル内または前記送達ケーブルの外部のどちらかに延びる主な長さを有し、冷却流体が柔軟なパイプを横切る請求項１７に記載の超ハイパワーファイバレーザシステム。
【請求項１９】
前記冷却システムが、前記増幅器の外面上に被覆され、数百℃までの温度に耐えることのできる高分子材料の外部層と共に構成される請求項１７に記載の超ハイパワーファイバレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、自由空間を介してほぼ基本モードの信号光をレーザヘッドに直接的に送達するモノリシックファイバ-ロッドファイバ増幅器を備える超ハイパワーファイバレーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過去10年間にわたる、希土類ドープされたファイバソースからの出力パワーの劇的な上昇により、2重クラッドファイバの使用を介して出力パワー、ビーム品質、総合効率、および波長柔軟性の点で優れた性能を有する様々なファイバレーザシステムが生み出された。それでも、現代のハイパワーファイバレーザシステムのパワースケーリングは、ますます増大する業界の需要を満足するには程遠い。
【０００３】
当業者は理解するであろうが、効率的なハイパワーの単一または低モード(「SM/LM」)ファイバ増幅器の基礎にある前提はかなり単純であり、すなわちSM/LMアクティブファイバのコア直径を最大に増大させ、MM能動コア誘導光の長さを最小限に抑えることである。大きいコア直径および短い長さの理由は、ハイパワーピークレベルおよび平均パワーレベルならびにほぼ回折が制限されるレーザ出力を有する必要によって容易に理解され得る。
【０００４】
しかし、導波路のコア直径を増大させることにより、ビーム品質を低下させる、誘導される高次モード(「HOM」)の数が増加する。これは、コアの非常に削減された開口数(「NA」)によって大きく軽減され得るが、そのように行うことにより、コア内に結合され得るポンプ光量が重大に制限される。この場合、ハイパワーに達するために従来技術で実現可能な唯一のオプションは、クラッドポンピングである。クラッディング内に結合されるポンプ光の吸収は、コア内に結合されるものよりも効率性が約8分の1の低さであるので、クラッドポンピングを使用することは、能動ファイバの必要な長さを増大させることを必要とする。したがってNLEの開始についてのしきい値が急激に低下する。SM/LM出力を放射することのできるハイパワーレーザシステムのスケーラビリティを改善するための多数の技法が開発されており、すぐ下で簡潔に論じられる。
【０００５】
スケーラビリティに大きな影響を及ぼす1つの重要な発展は、ファイバレーザ技術の技術者に周知の2重クラッドファイバを含む。例えば、米国特許第5818630号およびその拡張特許群は、2重クラッドMM能動ファイバ増幅器を含むハイパワーファイバレーザシステムを開示している。SM受動ファイバとMM能動ファイバとの間に配置される、光学の技術者にはビーム拡大器として良く知られているモード整合素子、いわゆるモード変換器によって良好な品質の出力ビームが実現される。変換器は、当業者には周知のようにガウス形状として近似的に表現され得る能動ファイバの基本モードのサイズにSMを拡大させるように構成される。
【０００６】
この設計は、いくつかの障害なしには実現されない。明らかに、この設計はかさばり、頑丈ではなく、したがってその用途が、現場で生み出し、維持するのが容易ではない比較的応力がかからない環境に限定される。テーパーファイバがモード整合要素として使用される場合、それぞれのSMおよびMMファイバの端部に融合される。この構成では、ファイバ間のスプライスでのパワー損失、および回折が限定されるビームのひずみが急激に増大する。さらに、2重クラッド構成のために、ポンピング技法がポンプ光を内部クラッディングに結合することを含み、それにより、増幅器の長さが増大し、NLEについてのしきい値が上昇する。
【０００７】
最近、ファイバレーザ業界は、ファイバ増幅器のスケーラビリティに対処するために、増幅器チェーンの出力ステージで一般に使用される結晶ファイバロッドに注目している。空気孔クラッド技術に基づいて、結晶ファイバロッドは、ドープされたコア、大直径ポンプコア、または内部クラッディング、および外部クラッディングを有する2重クラッド構造を含む。
【０００８】
ロッドファイバのSMドープされたコアは非常に小さいNAを有し、低ドーパント濃度を一般にホストする融解石英/水晶から作成される。低い開口数は、レーザシステムがCWレジームで動作するか、それともパルスレジームで動作するかに応じてkW-MW範囲の超ハイパワーに達するのに必要な量でコア内に結合され得るハイパワーポンプ光量を制限する。したがって、十分なポンプ光量が、ポンプコアまたは内部クラッディング内だけに結合され得る。したがって、クラッド結合されたポンプ光を十分に利用するために、ファイバロッドは、数十(通常は50超)センチメートルから数十メートルの間で変化する長さを有するべきである。したがって、入手可能な最短のファイバロッドでさえも、NLEの存在によって有害に影響を受ける。もちろん、後者はレーザのパワースケーラビリティを重大に制限する。
【０００９】
イッテルビウム(「Yb」)などのファイバロッド内の低濃度のイオンは、通常は約7xxppmである。そのような低いドーパント濃度では、ポンプ光の吸収も低い。所望のkW-MWパワーを得るためには、ポンプ光が非常にハイパワーで放射されるべきである。ポンプ光の十分な吸収を実現するために、ファイバロッドの全長が増大されるべきである。上記で論じたように、全長の増大により、NLEに対するしきい値が低下し、それにより、増幅器のパワースケーラビリティが限定される。
【００１０】
ファイバロッドのオープンエンド構造は別の関心エリアである。通常、空気孔全体を通じて入力信号を発射することは、マイクロオプティクスのみによって実現され得る。もちろん、後者はシステム構成全体を複雑にし、厄介で費用のかかるものにする。孔内の空気の存在により、熱伝導率特性が低下する。具体的には、空気孔により熱の放散が低速になり、それにより、ロッド自体が損傷し、環境災害が引き起こされ得る。
【００１１】
結晶ファイバロッドおよびロッドに基づく増幅ファイバデバイスの使用が、米国特許第7813603号(「603」)で開示されている。'603で教示される構造は、増幅媒体、少なくとも1つのポンプ光送達ファイバ、および信号光伝播方向と逆方向にポンプ光を増幅媒体内に向ける反射素子を含む。増幅媒体が、信号伝播方向と逆方向に反射されたポンプ光を受ける、マルチモードポンプコアと呼ばれる内部クラッディングを有するマルチクラッドフォトニック結晶ファイバロッドとして構成される。上記で論じたように、SMドープされたコアが小さいので、低パワーレベルでのNLEの開始を回避するために、反射されたポンプ光の吸収が、ほぼファイバ長に沿って行われる。開示される構造は、ドープされたコアに対する損傷を防止するために150W以下の出力パワーで動作する。
【００１２】
上記を要約すると、ハイパワーファイバシステムの設計は、以下の要素のために困難な課題に直面する:一般にはファイバ、具体的にはファイバロッド内の非線型効果、高次モード(「HOM」)への基本モードパワーの損失、ポンプ輝度、およびもちろん、過剰な熱発生。各要素は個々にパワースケーリングを制限するが、それらはさらに相互に関連する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第5818630号
【特許文献２】米国特許第7813603号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、上記で論じた周知のシステムの欠点を実質的に克服する超ハイパワーSMファイバレーザシステムが求められている。
【００１５】
kWレベル平均パワーおよびMWレベルピークパワーを出力することのできるコンパクトなポータブルSM超ハイパワーファイバレーザシステムも求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
開示されるハイパワーSMレーザシステムは、連続するファイバ入力、変換領域、およびファイバロッド出力領域によって画定される、開放されたモノリシックファイバ-ロッドファイバブースタを含むブースタステージと共に構成される。モノリシックMM導波路が、連続するMMコアと、コアと共に延び、コアを取り囲む少なくとも1つのクラッディングと共に構築される。導波路の入力ファイバ領域を通じて延びるコアの入力領域は小さく、シードソースから受け取られるSM信号光をサポートするように構成される。
【００１７】
導波路の長さに沿ったどこかで、コアは拡大して、出力増幅領域内に達する変換領域を画定するボトルネック形状の断面を帯びる。出力領域は、入力コア部分の一様な直径よりも大きい一様な直径で構築される。複数の高次モード(「HOM」)をサポートする可能性にも関わらず、HOMの増幅と比較して大きく増幅され、したがってHOMがノイズまで低減されるのは、単一の基本モードである。結果として、増幅器は、ほぼ単一の基本モードで光を放射する。ブースタはスプライスを有さず、したがってスプライス損失も、基本モードとHOMとの間の結合の可能性も有さない。
【００１８】
ブースタは開放されてよく、自由空間にわたって延び、慣習的なSM受動送達ファイバを使用することなく作業ゾーンに信号光を送達する。ブースタのコア直径の増大により、より高いポンプ光パワーを短いコアで吸収することが可能となる。具体的には、少なくとも1つのMMポンプ光ファイバが、ブースタの出力端部に極めて近接して設けられる。ポンプ機構の開示される構成により、ポンプ光をブースタのコア内に信号伝播方向と逆方向に結合することが可能となり、それにより、当業者には周知のように、ポンプ光の吸収が強められる。
【００１９】
ポンプ光の逆伝播結合が、それぞれのブースタおよび送達ファイバの出力端部から間隔を置いて配置された反射素子によって実現される。ブースタよりも小さい開口数(「NA」)および反射素子の所望の曲率でポンプ光送達ファイバを構成することは、反射されたポンプ光をブースタの出力コア端部に結合する助けになる。
【００２０】
出力領域の大きいコア直径およびポンピング機構は、ブースタを比較的短くすることを可能にする重要なパラメータである。長さは、主にブースタのロッドファイバ領域の出力コア領域に沿って、結合されたポンプ光の吸収を実現するように選択される。高いポンプ光パワーにも関わらず、長さの削減によってNLEの開始が最小限に抑えられる。
【００２１】
反射素子は、ブースタの光軸と位置合せされた開口と共に構成される。開口の寸法は、意味のあるポンプ光損失を防止し、伝播方向に開口を横切る増幅された信号光の損失をもたらさないように選択される。
【００２２】
増幅された信号光のハイパワー密度は、ファイバ表面にとって危険である。それを低減するために、開示されるシステムは、通常は水晶から作成された無心終端ブロックと共に構成される。ブロックは、それぞれのブースタおよびポンプ光送達ファイバおよび反射素子の端部間に配置される。ブロックの上流側面が、それぞれのブースタおよびポンプファイバのファイバ端部に融合される。
【００２３】
ロッドファイバ部分、終端ブロック、および反射素子を格納するスリーブを設けることにより、開示されるブースタのコンパクトさがさらに改善される。スリーブは、格納された光学構成要素に結合され、レーザヘッドとも呼ばれるパッケージが画定される。
【００２４】
図面が添付される以下の特定の実施形態から、開示されるシステムの上記および他の特徴および利点がより容易に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】開示されるブースタステージの光学的略図である。
【図１Ａ】図1の直線A-Aに沿ったブースタステージの断面図である。
【図２】図1のブースタステージの増幅器を示す図である。
【図３】図1のブースタステージを受けるレーザヘッドを示す図である。
【図４】図3の終端パッケージの例示的略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、本発明の実施形態を詳細に参照する。可能な場合はいつでも、同一または同様の部分またはステップを参照するために、図面および説明では同一または類似の番号が使用される。図面は簡略化した形のものであり、原寸に厳密に比例しない。具体的には明記されない限り、本明細書および特許請求の範囲での語および句には、ファイバレーザ技術の技術者にとって、通常の、慣例となっている意味が与えられるものとする。「結合」という語および類似の用語は、必ずしも直接的接続および隣接する接続ではなく、自由空間または中間素子を介する機械的光学的接続をも含む。
【００２７】
図1および図1Aを参照すると、例示的超ハイパワーファイバレーザシステム10は、ほぼ基本モードの数kW以上の信号光と、MWピークパワー出力とを放射することができる。システム10は、1つまたは複数のポンプ源13、シードレーザ14、任意選択の前置増幅カスケード、エレクトロニクス、冷却システム、および累積的に35と表され、超ハイパワーSMシステム出力を生成するのを助けるように構成されるすべての他のデバイスおよび構成要素を収容する1つまたは複数のキャビネット11を含むメインコンソールと共に構成され得る。
【００２８】
シードレーザ14によって放射されるSM信号光はさらに、コンソールとレーザヘッド15との間の自由空間にわたって延びる柔軟な送達ケーブル25と共に構成されるファイバブースタステージ12に沿って誘導され、ファイバブースタステージ12で増幅される。ブースタステージ12は、ケーブル25を横切り、希土類元素などの1つまたは複数の発光体でドープされたMMコアを有する能動2重クラッドファイバとして構成されるファイバブースタ18をさらに含む。図1Aに示されるように、少なくとも1つのポンプ光出力ファイバ24も、キャビネット11とレーザヘッド15との間の送達ケーブル25内の自由空間にわたって延びる。レーザヘッド15は、ポンプ光を増幅器の出力端部に逆伝播方向に結合するように構築された反射素子と共に構成される。ブースタステージ12ならびにポンプおよびレーザヘッド15の構造的特徴により、システム10は、ほぼ回折が限定された出力ビームを信号光伝播方向に放射するように動作可能である。
【００２９】
ハイパワーSMレーザシステム10は、複数の増幅ステージ、または当業者にはブースタステージ12として知られる最終増幅ステージと呼ばれる、図示されるような単一の増幅ステージを有し得る。好ましくは、シードソース14は、所望の波長の信号光をブースタステージ12に送達するSM出力受動ファイバ16と共に、単一周波数のSMファイバレーザとして構成される。
【００３０】
出力ファイバ16は、送達ケーブル25を横切り、周知の希土類元素から選択された1つまたは複数の異なるタイプの発光体でドープされるMMコアを有するブースタ18(図2)にスプライスされる。ブースタ18は、互いに融合された、別々に製造されたファイバ部分およびファイバロッド部分を含み得るが、好ましくは、モノリシックのワンピース構成要素として製造される。信号光は、ブースタ18から放射されるときに所望のレベルに増幅される。好ましくは、システム10はパルスレジームで動作し、MW SM信号光ビームを放射することができる。システム10が連続的レジームで動作する場合、平均出力パワーは高kWレベルに達し得る。動作レジームの如何に関わらず、放射される信号光のM2ビーム品質パラメータは、1.1から1.5の間で変動する。
【００３１】
ブースタステージ12のハイパワー出力がレーザヘッド15内に結合され、レーザヘッド15は、当業者には周知のように、ビーム誘導オプティクスを備え、レーザ処理されるべきワークピースの近くに配置される。具体的には、レーザヘッド15は、当業者には周知のように、光学表面損傷を防止するように構成された終端ブロックまたはバッファ20を格納する。出力回折限定信号ビームが、本明細書の以下で詳細に開示されるように、信号伝播方向にミラー22の中央開口を通じてさらに誘導される。
【００３２】
図2を参照すると、ブースタ18は、ドープされたMMコア30およびMMコア30と共に延びるクラッディングと共に2重クラッド構成を有し得る。一様に形成された入力ファイバ部分36が、シード14(図1)からSM信号光を誘導する受動ファイバ16に結合される。増幅器18の出力ロッドファイバ部分40も一様に形成され、入力ファイバ領域よりも大きい、コア部分およびクラッディング部分のそれぞれの直径を有する。円錐台形モード変換部分38が、入力ファイバ部分36および出力ファイバ部分40をブリッジする。
【００３３】
連続的コアMM30が、好ましい実施形態では、少なくとも3つの部分で構成される:入力一様寸法領域42、円錐台形モード変換領域44、および出力増幅領域46。ドープされたMMコア30内の基本モードのみの励起が、最初にMMコア30の基本モードのモードフィールド直径(「MFD」)を受動ファイバ16のそれと整合することによって実現される。それぞれの単一および基本モードの形状、すなわち輝度プロファイルも互いにほぼ整合することも望ましい。それぞれのSM送達ファイバ16および増幅器18のMFDがほぼ整合するので、モード整合オプティクスは不要である-それぞれのファイバの栓が互いに直接的にスプライスされる。
【００３４】
励起された基本モードが、比較的小さい直径d1を有する入力コア領域42に沿って誘導される。モード変換コア領域44に入ると、基本モードが、入力コア領域42の直径よりも大きい第2の直径d2を有するように断熱的に拡大する。基本モードが変換コア部分44および増幅コア部分46に沿って拡大および伝播するとき、増幅された信号光が基本モードでブースタ18を出ることを可能にするHOMが実質的には励起されない。
【００３５】
コア30は、上記で開示された3つの領域ではなく、2つの領域を有し得る。具体的には、コア30は、入力コア領域およびモード変換コア領域のみと共に製造され得る。増幅器18のクラッディングは、MMコア30の外面と相補的に延びる内面と共に構成され、したがって同一の2つまたは3つの異なる寸法に作られ、形成された領域を有し得る。あるいは、クラッディングは一様な断面を有し得る。
【００３６】
図3を参照すると、任意選択で、ブースタステージ12(図1)はバッファ20を備え得る。バッファ20の上流側の入力面が、ポンプファイバおよび増幅器24、18の出力端部にそれぞれ結合される。バッファ20は、石英ガラス無心ロッドとして構成され、出力ビームのパワー密度の低減によるファイバ端部に対する損傷を防止するように機能し得る。
【００３７】
ポンプ光送達ファイバ24は、受動MMファイバとして構成される。好ましくは、送達ファイバ24の下流端領域48が、増幅器18の出力領域40と平行に延びる。増幅器18およびポンプファイバ24の出力端部はそれぞれ、信号光伝播方向Lsに沿って見て、バッファ20の上流側面に直接的に接合され得る。これらの2つのファイバ間の他の空間的関係も本開示の範囲内にある。例えば、送達ファイバおよび能動ファイバのうちの1つが、他方の光軸に対してある角度でバッファの上流側面に接合され得る。複数の送達ファイバが増幅器18と共に使用され得る。
【００３８】
反射素子22は、球面または非球面ミラーとして構成され得る。ミラー22内に設けられ、システム10の光軸の中心に置かれる開口50が、伝播方向のポンプ光損失を防止し、または最小限に抑えるような寸法に作られる。好ましくは、開口50は、ビーム直径の2倍の直径を有するが、それよりもいくぶん大きく、例えばビームウエストの直径の3倍であり得る。ミラー22の直径はブースタ18の下流側ファセットと開口50との間の距離とほぼ同一である。
【００３９】
図3および図4を参照すると、それぞれのブースタ18およびポンプ光出力ファイバ24の下流端領域40および48が、図1の送達ケーブル25を越えて延び、送達ケーブルの出力端部に隣接する保護スリーブ52内に取り付けられる。具体的には、スリーブ52は、ブースタ18の出力領域40と、ポンプ光送達ファイバの下流端領域48と、ミラー22とを取り囲み得る。バッファ20が設けられる場合、バッファ20も、スリーブ52の内面に接着された、格納された構成要素を気密密閉するスリーブ52内に格納される。エポキシなどの任意の適切な接着手段が、接着材料として使用され得る。したがって、スリーブ52は、流体送達手段54によってスリーブ内に周期的にポンピングされる、空気などの流体の流れによってさらに実施され得る、ほぼ不純物のない環境を生み出す。
【００４０】
スリーブ52内に格納された光学構成要素の端部パッケージは、増幅器18のコア30へのポンプ光の信頼性の高い結合と、出力スリーブ開口または通路62を通じた信号光のほぼ無損失の通過とを実現するように調節可能である。具体的には、調節機構56は、それぞれ導波路18および送達ファイバ24の下流端と、ミラー22とをXYZ平面内で互いに対して変位するように動作可能である。XYZアクチュエータは機械の技術分野の技術者には周知であり、本開示の目的のために容易に調節され得る。
【００４１】
スリーブ52は、閉じたスペースを画定するように互いに重複する2つのU形カップ58および60を含み得る。大直径カップ60は、カップの下流側底部で画定され、この底部に取り付けられるミラー22の開口50と位置合せされる通路62を備える。他方のカップ58は、それぞれのファイバ24および18の出力端部領域と、バッファ20とを受ける。
【００４２】
開示される構造は、現代のレーザ技術で直接的にアクセスされ得ない波長を得るように調和発生器と共に使用され得る。非線型周波数変換技法により、UV、可視、およびIRスペクトル範囲の波長でレーザ放射を生成することが可能となる。当業者には周知のように、高調波発生は非線型結晶62によって実現される。構造的には、結晶62およびコリメーティングオプティクス64は、スリーブ52に光学的および機械的に結合されるハウジング66内部に配置され得る。
【００４３】
開示されるシステムは、超ハイパワーによる高い熱力学的応力にさらされる。熱応力の有害な効果と戦うために、開示されるシステム10は冷却手段と共に構成される。冷却手段は、1つまたは複数の柔軟なパイプを横切る、水または任意の他の適切な流体などの加圧冷却剤源を含み得る。柔軟なパイプは、送達ケーブル25内または送達ケーブル25の外部に設けられ得る。あるいは、冷却手段は、増幅器の外面上に被覆された高分子材料、耐温度材料の層を含み得る。
【００４４】
最も実際的で好ましい実施形態と考えられるものが図示され、開示されるが、開示される構成および方法からの逸脱が当業者には思い浮かぶことになり、本発明の精神および範囲から逸脱することなく使用され得ることは明らかである。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内に包含され得るすべての修正形態に一致するように解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００４５】
10  例示的超ハイパワーファイバレーザシステム
11  キャビネット
12  ファイバブースタステージ
13  ポンプ源
14  シードレーザ
15  レーザヘッド
16  SM出力受動ファイバ
18  ファイバブースタ
20  バッファ
22  反射素子
24  ポンプ光出力ファイバ
25  送達ケーブル
30  コア
36  入力ファイバ部分
38  円錐台形モード変換部分
40  出力ファイバ部分
42  入力一様寸法領域
44  円錐台形モード変換領域
46  出力増幅領域
48  下流端領域
50  開口
52  保護スリーブ
54  流体送達手段
56  調節機構
58  U形カップ
60  U形カップ
62  通路
62  結晶
64  コリメーティングオプティクス
66  ハウジング
【図１】
2018201038.tif 000003
【図１Ａ】
2018201038.tif 000004
【図２】
2018201038.tif 000005
【図３】
2018201038.tif 000006
【図４】
2018201038.tif 000007
【外国語明細書】
2018201038000001.pdf