(57)【要約】  １．５μｍ帯域における動作に対して、ブロードエリアレーザダイオードによって光励起するファイバレーザ（１８）または増幅器（１６）を作製するために、光学活性ファイバ（３０）が使用されている。このダブルクラッド構造の活性ファイバ（３０）は、準３準位遷移を有する光励起エルビウムイオンでドープされたコア（３４）を有する。コア（３４）は、コア屈折率およびコア断面積を有する。内部クラッド（３２）はコア（３４）を取り囲む。内部クラッド（３２）は、コア屈折率より小さい内部クラッド屈折率，コア断面積より２から２５倍大きい内部クラッド断面積および１．５：１より大きいアスペクト比を有する。外部クラッド（３６）は内部クラッド（３２）を取り囲み、内部クラッド屈折率より小さい外部クラッド屈折率を有する。
2007511100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
準３準位の光デバイスであって、
ケイ酸塩ガラスのホスト材料および前記ケイ酸塩ガラス内の、単一の３価のエルビウム（Ｅｒ）光学活性イオンの複数のドーパント粒子から構成される固体レーザ材料と、
１または２以上の吸収性である波長で集中した光出力を有する光ポンピングエネルギー源と、
前記エネルギー源からの光ポンピングエネルギーを前記固体レーザ材料中に結合して、２つのマニホールドのエネルギー準位間に反転または反転分布をもたらす光学系と、
を含み、
前記エルビウム光学活性イオンは、前記ドーパント粒子間に大きなエネルギー伝達を与える程十分に高くない濃度であり、前記レーザ材料は、単一の基底状態エネルギーマニホールドと少なくとも１つの他の高エネルギー状態マニホールドとを有し、当該両方のマニホールドは、当該マニホールドの間を定義する複数のエネルギー準位を有し、１または２以上の波長で光エネルギーは吸収性であり、前記１または２以上の波長は所望の放射を構成することを特徴とする準３準位の光デバイス。
【請求項２】
前記固体レーザ材料内に前記所望の放射を発振するように選択された前記固体レーザ材料を入れ且つ自身からの出力放射を発生させる共振空洞をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記１または２以上の波長では光エネルギーは吸収性であり、当該１または２以上の所望の放射は、約１５３０ｎｍから１６２０ｎｍの間の範囲にある波長を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記光ポンピングエネルギー源は、当該２つのマニホールドのエネルギー準位によって定義される吸収スペクトルと略整合する励起出力を有する半導体ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記固体レーザ材料は、ダブルクラッドファイバにおいて単一にＥｒ+3ドープされたアンチモンケイ酸塩であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記基底状態エネルギーマニホールドと前記１つの他の高エネルギー状態マニホールドは、それぞれ材料の4Ｉ15/2および4Ｉ13/2マニホールドであることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記光ポンピングエネルギーが集中する波長は、１４５０ｎｍから１６００ｎｍの間であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記固体レーザ材料は、約１０００ｐｐｍ（モル）のエルビウムドーピングを有していることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記固体レーザ材料は、ファイバレーザまたは増幅器を構成する光学活性ダブルクラッドファイバを含み、前記ファイバは、
３準位遷移を有する光励起Ｅｒイオンでドープされたコアと、
前記コアを取り囲む内部クラッドと、
前記内部クラッドを取り囲む外部クラッドと、
を含み、
前記コアはコア屈折率およびコア断面積を有し、前記内部クラッドは前記コア屈折率より小さい内部クラッド屈折率，前記コア断面積より２から２５倍大きい内部クラッド断面積および１．５：１より大きいアスペクト比を有し、前記外部クラッドは、前記内部クラッド屈折率より小さい外部クラッド屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記コアは、出力信号波長でたった１つの横モードのみをサポートするように十分小さいサイズであり、前記たった１つの横モードは、最適結合のために、標準的な単一モードファイバと同じモードフィールド径を有することを特徴とする請求項９に記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工および医術から電気通信へ及ぶ用途に対する、高出力の光増幅器およびレーザとして用いられる、帯域内，直接的な，整合したまたは共鳴励起の活性ドープエルビウムファイバに関する。本発明は、特に、電磁スペクトルのアイセーフ領域において、効率的に高出力１．５μｍ帯域の放射を生じるための準３準位ダブルクラッドファイバレーザおよび準３準位ダブルクラッドファイバ増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザまたは増幅器における利得媒質は、さまざまなエネルギー準位を有する原子またはイオンからなっている。遷移は、量子力学系が１つのエネルギー準位から他のエネルギー準位へと変わる過程である。分子における電子遷移を示すスペクトル線の帯域とも呼ばれる、かかるエネルギー準位は、電子バンドスペクトルを形成する。この遷移過程の間に、エネルギーが放射または吸収され、通常フォトンまたはフォノン（熱として放出された粒子の運動エネルギー）の形態をとる。フォトンだけに関する遷移は直接放射遷移、フォトンとフォノンの組み合わせによる遷移は間接遷移と呼ばれる。間接遷移は、系が１つのエネルギー準位から他のエネルギー準位に変わるときに、放射吸収または放出なくして、原子またはイオンが受ける変化である。必要なエネルギーは、例えば熱の形態および固体における運動エネルギーのような振動またはプラズマにおける原子または電子の動きによって供給されたりまたは取り除かれたりし得る。
【０００３】
光ポンピングは、一連のエネルギー準位における、原子または原子系の数が、材料上に当たる光の吸収によって変化する過程である。この光ポンピング過程は、原子を特定の高エネルギー準位に上げ且つある中間準位間に反転分布をもたらし得る。反転分布は、２つのエネルギー準位のうちのより高いエネルギー準位により多くの原子系があるという状態であり、この場合には誘導放出が、誘導吸収に勝っている。
【０００４】
一般に、レーザ増幅器は、発振器，増幅器およびレンズからなっている。増幅器は、利得媒質とともにポンプ共振器を含み、当該ポンプ共振器は、ロッド，スラブまたは他の形状の外形を有し得る。ポンプ共振器は、利得媒質にエネルギーを与え、当該利得媒質は、フォトンを生成する。フォトンは、利得媒質にわたるコヒーレントエネルギーのビーム中に取り込まれる。
【０００５】
活性媒質，利得媒質またはレーザ媒質は、レーザ内にあり、低エネルギー状態への誘導電子遷移または誘導分子遷移の結果としてコヒーレント放射を放つ材料である。光の吸収よりむしろ誘導放出が任意の波長で生じ、活性レーザ媒質に利得を与えることとなる。この媒質は、反転分布として知られる状態、つまり、エネルギー準位が低エネルギー準位よりもかなり高密度になっている少なくとも１つの量子遷移を有さなければならない。
【０００６】
励起電位は、原子のエネルギー準位を上げるために必要とされるエネルギー量を言及するための用語であり、原子がエネルギーを放射すべき場合に必要である。高励起電位は、任意のスペクトル線の生成に関与する遷移の、上位の状態におけるエネルギー量である。低励起電位は、任意波長の光を吸収することができる状態に原子を活性化させるために必要とされるエネルギー量（eVで表される）である。
【０００７】
ポンピングバンドは、ポンピング放射がレーザ媒質に印加されるときに、基底状態におけるイオンが最初に励起されるエネルギー準位のグループである。ポンピングバンドは、通常反転されるエネルギー準位よりも高いエネルギー順位に位置している。利得媒質がフォトンからの光エネルギーでポンピングされると、利得媒質の原子からの電子は、基底エネルギー状態から励起エネルギー状態へと励起される。この差は、励起波長と呼ばれる。基底状態と上位のレーザ状態との間のエネルギー差は、遷移波長と呼ばれている。励起エネルギー状態と上位のレーザ状態との間のエネルギー差は、量子欠損と呼ばれている。フォトンの形態における熱は、電子が励起エネルギー状態から上位のレーザ状態へと遷移されるときに放出される。量子欠損は、利得媒質で発生される熱をもたらす。生じた熱は、レーザ効率を制限する。
【０００８】
利得媒質が、遷移波長より短波長でのフォトンを用いて励起されるときに、利得媒質の電子は、上位のレーザ状態よりも上に位置する高エネルギー状態へと励起される。結果として、量子欠損は、高エネルギー状態と上位のレーザ状態との間に形成される。高エネルギー状態から上位のレーザ状態への電子の緩和は、誘導放出を生じない。むしろ、高エネルギー準位から上位のレーザエネルギー状態への遷移は、熱の発生をもたらす。エネルギー準位におけるギャップが大きくなればなるほど、発生する熱量は大きくなる。
【０００９】
レーザ放射は、通常、３準位または４準位の遷移系によって、材料において生じる。３準位レーザは、３つの準位のエネルギー状態構造を有する、例えば固体ルビーのような材料を有するレーザである。基底状態（１）において、材料に印加された励起が、材料中のイオンを広帯域準位（２）に上げ、この広帯域準位から、イオンは自然に下の高密度にふさがった準位（３）に移動する。放射（蛍光）の放出は、基底状態への自然帰還を示す。３準位系において、蛍光のための低準位は、基底準位、すなわち最も低いエネルギーを有する準位であるが、４準位系においては、この低準位は、基底準位の上に位置する。
【００１０】
４準位レーザは、結晶材料またはガラス材料中（ガーネットであることが多い）に含まれる、遷移金属の活性原子またはイオン，希土類金属またはアクチニドからなる固体レーザでもあり得る。異なるエネルギー準位への励起および遷移については、３準位レーザの場合と同様である。しかし、第４番目の、通常はふさがっておらず基底準位の上にある準位があり、ここでは、レーザ光は、自然減衰が基底状態に戻る前になくなってしまう。
【００１１】
３準位系は、概して４準位系ほど効率的ではない。レーザ動作に必要な反転分布を作るために、原子粒子，イオン粒子または分子粒子を１または２以上のエネルギー準位からより高いエネルギー準位に励起しなくてはならない。高エネルギー準位に比べて、基底準位を満たす極めて多くの粒子があるので、３準位系において、必要とされるエネルギー反転分布を得ることは非常に難しい。一方、４準位系においては、通常レーザ遷移用に使用される低レーザエネルギー準位は、基底準位よりもかなり高い位置にあるので、室温でさえほぼ完全に空にし得る。すなわち、特定の温度で反転分布をもたらすエネルギー閾値または励起電位は、３準位系においてよりも４準位エネルギー遷移においてより低く、より高いレーザ遷移の可能性をもたらすこととなる。自然遷移の可能性とは、１つの状態における原子が、任意の単位時間内に低エネルギー状態に自発的に移動する、という可能性である。このより高い自然遷移の可能性のために、４準位レーザ遷移系は、３準位系よりも効率的であり且つレーザ放射を発生させるために幅広く使用される。
【００１２】
準３準位レーザ遷移系が周知である。準３準位レーザ遷移系は、レーザ遷移の低エネルギー状態は基底状態に接近しているが、熱的に満たされた状態であるものである。低エネルギーで熱的に満たされた状態とは、基底状態マニホールドにおけるものである。この関係において、エネルギー状態マニホールドは、ドーパントによって固体状態レーザ材料において定義される。一方、結晶ホストまたはガラスホストは、かかるマニホールドの各々におけるエネルギー準位の数および位置を定めるという重要な役割を果たす。準３準位ポンピングに対するもう１つの用語は、共鳴吸収および共鳴放射を含む共鳴ポンピングである。共鳴吸収は、吸収されたエネルギーの再放出であり、材料内のエネルギー準位遷移のために、粒子から任意方向において入射エネルギーと同一波長を有している。同様に、共鳴放射は、入射粒子すなわちフォトンと同じ周波数を有する原子または分子によって放出される放射である。共鳴放射は、概して、原子または分子の最も低いエネルギー準位への遷移を含む。
【００１３】
準３準位遷移は、室温で観察されているが、必要な反転分布を与えるために、概して高いエネルギー閾値があらゆる従来の装置において必要とされている。このことは、極めて効率を低減させている。
【００１４】
高出力１．５μｍ帯域の放射は、光通信，軍事システムおよび医療システムにおいて、極めて関心が高い。この波長はアイセーフであり、シリカ光ファイバの低損失窓と一致する。当該シリカ光ファイバは、電磁スペクトルのアイセーフ領域において高出力レーザ光を要求するアプリケーションに対して有用である。増幅器として構成されたとき、本発明は、例えば一般的なアンテナテレビ（ＣＡＴＶ）および自由空間光（ＦＳＯ）通信のような、高出力を必要とする光伝送システムに適用される。スペクトルのアイセーフ領域における高出力ファイバレーザは、ＦＳＯ通信および大気検出を含むアプリケーションに対しても必要とされる。
【００１５】
１．５μｍ帯域内の放射すなわち１．４μｍから１．６μｍの間の波長を有する放射を与えるための、過去におけるほとんどの努力は、例えばエルビウム：イッテルビウム（Ｅｒ：Ｙｂ）共ドープファイバのような希土類ドープダブルクラッドファイバレーザにおける、ホスト結晶材料またはガラス材料の共ドープに焦点を合わせている。希土類ドープファイバは、例えばネオジム（Ｎｄ），イッテルビウム（Ｙｂ），エルビウム（Ｅｒ）またはホルミウム（Ｈｏ）のような希土類元素のイオンが、ガラスのコアマトリクス中に取り込まれている光ファイバであり、可視および近赤外のスペクトル領域において低損失で高吸収をもたらしている。希土類ドープファイバレーザは、光を増幅することができるようにさせるためにレーザ媒質が低準位の希土類ハロゲン化合物でドープされた光ファイバである。出力は、幅広い範囲にわたって調整可能であり、広帯域であり得る。レーザダイオードが、ファイバレーザの低閾値出力のためにポンピング用として使用されることができ、冷却の必要性を取り除く。
【００１６】
共ドーピング方法は、イオン間にエネルギー移動を与える必要があることを考慮すると、
励起放射を吸収することおよびレージングの両方に対して、単一イオンに依存する方法と比較して本質的に非効率的である、ということが認識されるであろう。例えば、Ｅｒ：Ｙｂ共ドープファイバに対して報告されている高効率は、レーザエルビウムイオンを励起するために使用されるエルビウムエネルギーの移動過程に対する、イッテルビウムの比較的低い効率によって、吸収された出力に関して５０％である。
【００１７】
１．５μｍ帯域放射の他の公知の供給源は、例えばＥｒ：ＹＡＧレーザのような固体レーザおよび半導体ダイオードレーザである。固体レーザは、活性媒質として透明基板（結晶質，セラミックまたはガラス）を使用するレーザであり、レージングのために必要なエネルギー状態を与えるようにドープされている。ポンピングメカニズムは、例えばフラッシュランプのような強力光源からの放射である。ルビー，ガーネットおよびＮｄ：ＹＡＧレーザは、固体レーザの例である。半導体ダイオードは、小型であるという点で有利であるが、そのビーム質は、多くのアプリケーションに対して十分ではなく、現在市販されているダイオードは、十分な出力を有しておらず且つフラッシュランプと比較して強力ではない。
【発明の開示】
【００１８】
１．５μｍ帯域における動作に対して、ブロードエリアレーザダイオードによって光励起するファイバレーザまたは増幅器を作製するために、光学活性ファイバが使用されている。このダブルクラッド構造の活性ファイバは、準３準位遷移を有する光励起エルビウムイオンでドープされたコアを有する。コアは、コア屈折率およびコア断面積を有する。内部クラッドはコアを取り囲む。内部クラッドは、コア屈折率より小さい内部クラッド屈折率，コア断面積より２から２５倍大きい内部クラッド断面積および１．５：１より大きいアスペクト比を有する。外部クラッドは内部クラッドを取り囲み、内部クラッド屈折率より小さい外部クラッド屈折率を有する。
【好ましい実施例の詳細な説明】
【００１９】
光ファイバは、その高容量および電気的ノイズに対する耐性によって、電気通信用伝送媒体として好まれている。シリカ光ファイバは、比較的安価であり、単一横モードファイバとして製造されるときには、増幅または再生なしに、１５５０ｎｍにおける信号を長距離にわたって伝達することができる。しかし、かなりの伝送距離が必要とされるかまたは光信号が多くの経路に分けられるので、多くのファイバネットワークにおいて光増幅に対する必要性がある。エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、所要の光利得を与えることにおいてかなり効果的であるということが見出されている。知られているように、ＥＤＦＡは、光入力を増幅するために使用され得る光ファイバである。エルビウム希土類イオンは、ドーパントとして百万分の数百の典型的なレベルで、ファイバコア材料に添加される。ファイバは、１．５μｍのエルビウムレーザ波長で非常に透明である。レーザによって励起されるとき、光利得が生じ、増幅が起こる。その純粋な３準位モードで動作するエルビウム光ファイバ増幅器は、９８０ｎｍの波長１１６で励起されるときに、図１に示されるように、１５５０ｎｍの波長１２６を有する光信号を増幅することができる。
【００２０】
図１を参照すると、三価のエルビウムドープガラスのエネルギー準位図が示されている。示されているエネルギー状態マニホールドは、参照番号１１で言及されている基底状態マニホールドである4Ｉ15/2マニホールド，参照番号１2で言及されている、次に高いエネルギー状態マニホールドである4Ｉ13/2マニホールドおよび参照番号１３で参照されている、上位のレーザ状態4Ｉ11/2である。定義されているように、エルジウムドープレーザにおいて多くのエネルギーマニホールドがあるが、この基底状態マニホールド１１および直接隣接したより高いマニホールド１２は、レーザ放射に対する対象の波長帯域および適切な吸収スペクトルの２つを定義する。吸収スペクトルは、吸収のスペクトル窓とも呼ばれ、当該スペクトル窓は、発光スペクトルと対照的に、材料媒質を通してフィルターをかけられている放射によって形成される。理解されるように、基底状態マニホールド１１は、基底状態エネルギー準位（準位１として識別される）だけでなく、準基底状態である他の幾つかの準位（図示せず）を含む。エルジウムイオンのほとんどは、室温で基底状態準位１１にある。高エネルギーマニホールド１２は、同一内のエネルギー準位が、図示されているように２つの明確な閉じたグループである、第１グループ（１つのグループにおける準位）と第２グループ（もう１つのグループにおける準位）とを形成している、という点で基底状態マニホールドと同様である。基底状態マニホールドにおける基底状態グループで、本発明の１つの実施例をもって、対象の放射波長と吸収スペクトルの両方を定義し、反転分布と連続レージングが単一タイプのドーパントで生じるということを確実にするのはこれら２つのグループのうちの低い方である。マニホールド１２におけるエネルギー準位は、マニホールド１１のエネルギー準位と比べて、約数ミリ秒という極めて長い寿命時間をも有している。室温での０．１ドープされたエルビウムガラスは、１．５１〜１．５４μｍに主要な吸収帯域を有している。この帯域は、１．５２８±０．００１μｍと１．５３３±０．００１μｍに位置する２つの吸収ピークを含むが、ポンピング用光源は、これら吸収ピークの少なくとも１つに集中した出力エネルギーを有するように選択される。
【００２１】
図１ａの、従来の純粋な３準位ポンピングは、遷移波長より高いエネルギー準位（短波長）でフォトンを供給する。従来のダイオードは、下位のレーザ状態より上にある上位のレーザ状態より高いエネルギー状態に利得媒質を励起する。上位のレーザ状態すなわち高励起エネルギーは、4Ｉ11/2のエネルギー状態１３である。下位のレーザ状態は、4Ｉ13/2のエネルギー状態である。高励起エネルギー状態１３と下位のレーザ状態１２との間のエネルギー差は、電子が、非放射で下位のレーザ状態準位１２である4Ｉ13/2におさまるとき、熱１３０の生成をもたらす。熱１３０の生成は、利得媒質に印加される熱負荷をもたらす。
【００２２】
図１ｂを参照すると、本発明は、直接的に下位のレーザ状態１２への利得媒質原子の励起をもたらす波長を有するフォトンで、利得媒質を励起する。フォトンポンピングは、利得媒質を高励起エネルギー状態に励起しないので、熱放射は低減される。利得媒質の電子は、フラッシュランプまたは従来のダイオードポンピングと同様に、高励起エネルギー状態１３から下位のレーザ状態まで落ちない。従って、本発明は、利得媒質に印加されるフォトンの波長を制御することによって、利得媒質上の熱負荷を低減する。本発明の教示によると、記載されているエルビウムドープガラスが、強力な１．５μｍ波長帯域源１６で励起されるとき、基底状態グループ１１におけるエルビウムイオンは、上位マニホールド１２の下位エネルギー準位に励起される。通常の３準位遷移系において、反転分布は、第１準位である基底状態準位１１のから高い準位である上位のレーザ状態１３に粒子を励起することによって形成されるが、本発明の基準を満たすエルビウムドープ固体材料の１．５μｍの帯域内ポンピングに対して、反転分布は、基底状態準位１１の第２および第４の準位として識別される、基底状態マニホールドにおけるエネルギー準位から粒子を励起することによって生じる。それらは、より高い準位である、次に高いエネルギー状態マニホールド１２に励起される。このことは、図１において線１６で示されている。室温で、基底状態マニホールドにおけるエルビウムイオン粒子の２６％は、基底状態１１の第１エネルギー準位である基底状態１１にあるが、合計４８％は、基底状態１１の第２および第４の準位にある。さらに、基底状態マニホールドにおけるイオンのエネルギー再分布のために、ポンピング工程は、かかる準位の全てを空にしてしまう。このことは、レーザ動作を得るために必要である励起閾値を低減することに極めて重要である。このことは、以下に論じられるように、レーザ効率に極めて貢献する。
【００２３】
図１のエネルギー準位図から、励起波長１６とレーザ発光波長範囲２６との間に僅かな差がある。このことは、図３において明らかなように、出力光への高効率励起変換効率をもたらす。図３において、１５３０ｎｍの光は、透明性を得るために最も少ない量を必要とすることが示されており、その結果、ダブルクラッドファイバ幾何学において利得を得る。さらに、吸収および発光それぞれに対する、これら２つの波長１６および２６における差は、熱の形態で系から失われる励起エネルギーの量に関連している。この差は、特に図１ａの従来の純粋な９８０ｎｍポンピングと比較して小さいので、例えば、熱量は図１ｂにおいて相応して小さい。
【００２４】
図２を参照すると、本発明を有利に利用するように設計されたダブルクラッドファイバレーザの配置が示されている。本発明の光学活性ファイバ，輝度変換器，ファイバ増幅器，ファイバレーザ，誘電性導波路レーザまたは増幅器は、図２に示されており、同一または機能的に同様な部分に参照される同一の番号で、幾つかの例示的または代表的な実施例に関して本明細書に説明され且つ示されている。
【００２５】
かかる図に関して、本発明の基準を満たすダブルクラッドファイバ構造における固体材料であるエルビウムドープケイ酸塩ガラスは、参照番号３０で示される。この固体レーザ材料の両端は、誘電体被覆されてファイバ／空気の界面とされるかまたはレーザおよび励起放射に対して適切な低反射性を有するように配されたファイバブラッググレーティングを有するようになされる。かかるダブルクラッドファイバは、ミラー６０および６２によって定義されるレーザ共振空洞４６内に配される。ミラー６２は、対象のレーザ放射に対して適切に低減された反射率を有し、例えば増幅器への入力用の単一モードファイバなどのような出力ファイバ２０にレーザ出力６６を与える。増幅器用のファイバは、単に同一の２部分からなるクラッドファイバ３０であり得るが、ミラー６０および６２はなくても良い。
【００２６】
励起源であるブロードエリア半導体レーザ（ＢＡＬ）ダイオードは、７２として示され、約１５３０ｎｍの励起波長でポンピングするためのものである。高出力に上がる能力は、ダイオードバーまたはスタックの形態におけるＢＡＬのアレイの使用を通して出る、ということが認識される。
【００２７】
励起源７２の出力は、レンズ７０を介してダブルクラッド光学ドープファイバ３０の内部クラッド３２中に焦点が合わせられる。当該ダブルクラッド光学ドープファイバ３０は、ダイオード励起６４の出力を共振器またはレーザ構造に結合するように配置される。レーザ材料または光学活性ダブルクラッドファイバ３０は、光学活性イオンまたはドーパント９０でドープされたコア３４を有し、当該コア３４は、外部クラッド３６によって取り囲まれている。
【００２８】
励起イオンが、図１の上位マニホールド１２の下位グループから図１の下位マニホールド１１の基底状態グループへと減衰するときに、かかるエルビウムドープダブルクラッドファイバは、１５５０〜１６２０ｎｍのコヒーレント放射を発するであろう。共振が、１５５０ｎｍ〜１６２０ｎｍ帯域放射の利得を、各往復に対するその損失よりも高くさせるとき、レーザ材料は、１５５０ｎｍ〜１６２０ｎｍ帯域においてレーザビームを放出する。
【００２９】
レーザ効率は、入力に対する出力の割合として定義される。このレーザ効率は、量子効率（吸収された励起フォトンの各々によって生じたレーザフォトンの数），量子欠損（励起フォトンとレーザフォトンとの間のエネルギー差）およびレーザ材料の励起吸収効率および励起源の電気−光の効率を含む励起効率に依存している。我々は、上位マニホールドにおけるレーザ準位の長寿命によって、本発明で量子効率１を見込むことができる。本発明の優れた特質の１つは、９９％の量子エネルギー効率を許容する、その小さな量子欠損である。（レーザの量子エネルギー効率は、励起フォトンエネルギーに対するレーザフォトンエネルギーの割合であり、（λp／λｓ）で定義される。λpは励起波長であり、λｓはレーザ波長である。）この９９％の量子エネルギー効率は、並外れて高い。この小さい量子欠損および付随して発生する少量の熱によって、出力がマルチワットレベルに増大することが可能になる。
【００３０】
効率的な励起源は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰのダイオードレーザであり、当該ダイオードレーザは、通常３０〜４５％の量子効率（Ｗ／Ａ）および２５〜４０％の電気−光の変換効率を有する。例として、多モードのＩｎＧａＡｓＰダイオードポンピングによって、励起出力の吸収効率は９０％を超過しうる。従って、９０％の光変換効率および２２〜３６％の全変換効率が、理論的に実現し得る。
【００３１】
しかし、ブロードエリアレーザダイオードは、約５０〜２００μｍの幅を有し、この幅は、単一モード動作に付随するものと比較してかなり広い。例えば、ブロードエリアレーザダイオードが多モードの光出力を生じる、１２０μｍのストライプ幅は、他のチップおよびファイバ整合条件に依存する、極めて高い出力動作に対して使用され得る。ストライプ幅の大きなサイズは、かなり低い出力密度で動作しながら高光出力を発生することを可能にする。しかし、基本的な（ゼロ次）横モード（単一モードファイバまたは増幅器を励起することに使用するモード）で安定な動作を実現することは極めて難しい。
【００３２】
従って、ダブルクラッド構造が、高輝度出力光６６に対して、ダブルクラッド構造のコア３４における単一モード導波路の、低輝度の複数の横モードブロードエリア励起ダイオード７２による効率的な励起を可能にするという点で、当該ダブルクラッド構造は、輝度変換器の機能を果たす。
【００３３】
ブロードエリアダイオード７２からの複数の横モード光は、同軸導波管（いわゆる、図４に示されるような、内部クラッド３２の好ましい細長い断面を有し、図２に概略的に示されているダブルクラッドファイバ構造）の使用を通して、エルビウムドープガラスのレーザ材料に効率的に結合される。ダブルクラッド構造および標準タイプ２のダブルクラッドファイバよりも小さい、好ましい細長い内部クラッド３２は、多モード励起光が単一モード出力光に効率的に結合されることを可能にする。
【００３４】
レーザ発振を実現するために、光フィードバックがエルビウムドープファイバ３０に必要とされる。この系における利得は高いので、フィードバックは、ファイバ端での空気−ガラスの界面からのフレネル反射を通してなされ得る。フィードバックは、例えばファイバ端の誘電性ミラーのような反射器６０または６２の使用を通して与えられるかまたはファイバコア３４内にまたは多モード格子としての内部クラッド３２にわたってブラッグ格子を設けることを通して与えられ得る。従って、多モード入力を効率的に結合するエルビウムドープダブルクラッドファイバレーザが、高出力１５３５ｎｍブロードエリアレーザによって帯域内励起される本発明によって教示されている。
【００３５】
フィードバックを使用しないとしても、帯域内励起されたエルビウムドープダブルクラッドファイバ３０は、ワンパス光増幅器として構成されるときに有用であり得る。１５３５ｎｍブロードエリアレーザ７２による励起を通して、この増幅器は極めて効率的であり、高出力レベルを生じることができる。ワンパス増幅器として構成されるとき、本発明は、ＣＡＴＶとしてのかかる用途に対して効率的で高出力な増幅器を与える。
【００３６】
従って、アイセーフスペクトルにおける高出力エルビウムドープファイバレーザおよび増幅器が、本発明によって教示されている。高出力の１５３５ｎｍブロードエリアレーザ７２およびダブルクラッドエルビウムドープファイバ３０の使用を通して、電磁スペクトルのアイセーフ領域におけるマルチワットレベルの単一横モード光の効率的な発生が実現され得る。帯域内励起機構は、低減された熱損失によって、より大きな出力可能性をもたらす。この構造は、低量子欠損の利点且つ相応して高出力変換効率を有する。
【００３７】
１．５μｍ帯域内ポンピングに対して、強力な励起源が所要の励起電位を与えるために必要とされる。単一ストライプのブロードエリアダイオードレーザは、いまだに最も効率的且つ最も安価な励起源である。半導体レーザ技術における近年の進歩は、短波長で最大１６Ｗまでの出力を有する、単一ストライプブロードエリアレーザダイオードの創造をもたらす。０．１未満の遅軸開口数（ＮＡ）および９２０ｎｍ、９８０ｎｍで２Ｗの出力を有する１００μｍ幅のデバイスは、現在、電気通信の用途に対する認定試験を通過しているが、高出力で１．５μｍ帯域で市販されているものはない。適切な結合光学で、かかるレーザダイオードのビームは、両方の横方向において０．３５未満のＮＡを有する３０ｘ５μｍの大きさの点に焦点が合わせられ得る。かかる点における光出力密度は、１．３ＭＷ／ｃｍ2であり、これは高出力で１．５μｍ帯域で利用できる場合に、準３準位レーザ系における透明性を得るのに十分高い。
【００３８】
ダブルクラッドエルビウムドープファイバ構造３０をブロードエリアレーザダイオード７２に対して最適化するために、クラッドのコアに対する面積比の推奨値は、約２：１から８：１の間である。その理由は、以下に理論的に説明されるように、閾値は効率的なポンピングのために出来るだけ低減されるべきであるからである。
【００３９】
安価な高出力ブロードエリア励起レーザを利用する１つの方法は、クラッド励起されるファイバ設計またはダブルクラッドのファイバ設計を含む。クラッド励起ファイバレーザおよび増幅器の効果は、周知である。かかるデバイスは、多モード励起光のかなりの部分を単一モードの出力に変換する輝度変換器として効率的に機能する。
【００４０】
クラッド励起は、ファイバ増幅器自体において使用されるかまたは別の高出力単一モードファイバ励起レーザを構築するために用いられる。しかし、クラッド励起技術は、純粋な３準位ファイバレーザを励起するのに効果がないということが実際問題として分かってきている。
【００４１】
実際的なダブルクラッド増幅器およびレーザは、主に４準位系に制限されている。ダブルクラッドファイバレーザは、３準位レーザ（レーザ遷移は、励起状態と基底状態との間である）と比較して、４準位レーザ（レージングは、２つの励起状態の間での遷移において生じる）に対してより良い性能を与える。
【００４２】
競合し且つ高利得の４準位遷移の場合において、ドープされたコアは、励起されていないときにレーザ信号波長に透明である。結果として、レージングのための出力閾値は、本質的にダブルクラッドファイバ構造のドープされたコアおよび内部クラッドの寸法、および励起吸収長にわたったダブルクラッドファイバにおけるバックグラウンド損失に依存している。
【００４３】
知られているように、ダブルクラッドファイバは、ダイオードバーおよび他の同様な活性構造からの結合を可能にする。しかし、このことは、通常、信号重複に対するドーピングプロファイルとの大いに低減された励起重複によってなされる。何故ならば、信号波長でコアモードに対する十分な光利得を得るために、ドーピングは、信号コア中または信号コアに近接して制限される必要があるからである。通常は、コアは均一にドープされており、励起導波路と信号コアとの間の、クラッドのコアに対する面積比（ＣＣＲ）は、従来のダブルクラッドファイバレーザに対して約１００：１である。
【００４４】
必然的に、競合する４準位遷移の高利得は、高水準の増幅された自然放出（ＡＳＥ）をもたらし、このＡＳＥは反転を飽和させる。弱いポンピングであっても、４準位遷移でのＡＳＥは、増幅器を飽和させ、３準位でのレージングのために必要な反転分布が引き起こされるのを激減させるかまたは妨げたりする。実際に、光共振器がなかったとしても、４準位のより長い波長でのレージングは、後方散乱から可能である。従って、高励起吸収は、４準位遷移での利得に有利に働くかまたは共振器で定義されるレーザミラーが、３準位遷移用に調整されていたとしてもより長くなる。
【００４５】
従って、準３準位または３準位のクラッド励起ファイバレーザにおいて、励起出力の空間分布がドープされた領域と僅かしか重複しないことは、相対的に低い反転レベル（＜５％）を必要とする、競合する４準位レーザ遷移についてのかなり高い利得をもたらす。従って、所要の反転レベルで、所望の３準位または準３準位の振動を得るために、これら競合する遷移の利得を抑制する必要がある。
【００４６】
固定された励起出力のために十分な長さのファイバ長を形成することは、平均の反転を減少させるのに等しいので、ファイバ長は、準４準位でのレージングを回避するが、その代わりに３準位遷移で優先的にレーザ発振するのに十分な短さに意図的になされ得る。しかし、短いファイバレーザは非効率的である。
【００４７】
本発明の教示によると、例えばアンチモンケイ酸塩のような好適なケイ酸塩のホストガラスを有する、１．５μｍ帯域におけるエルビウム準３準位遷移の特定の場合において、クラッドのコアに対する所望の面積比（Ａclad／Ａcore）は、エルビウムダブルクラッドファイバレーザに対して８未満であることが見出されている。
【００４８】
どの位の励起光がダブルクラッドファイバの内部クラッドに結合されるかは、クラッドサイズおよびＮＡに依存している。知られているように、ファイバの面積（etendue）（開口数を開口寸法またはスポットサイズでかけたもの）は、効率的な結合のために励起源の面積（etendue）以上であるべきである。開口数およびスポットサイズは、両方の軸において異なっているので、ｘ方向およびｙ方向における面積（etendue）は維持されるかより大きくされなければならない。
【００４９】
通常は、第１および第２のクラッドの間の屈折率差に関連して、高開口数ＮＡcladが望まれる。周知の設計において、第１クラッド層はガラスから作られ、第２クラッド層は、開口数ＮＡcladを増やすために、相対的に低屈折率を有するプラスチック（フッ素化ポリマー）から作られる。かかるプラスチックは、多くの用途に対して所望の熱的安定性を有さないかもしれず、第１クラッドから剥離するかもしれず且つ湿損の影響を受けやすいかもしれない。さらに、公知の、大きいクラッドを有するダブルクラッドの概念は、３準位遷移に効率的ではない。
【００５０】
従来のクラッド励起の高出力３準位ファイバレーザの非効率さは知られているけれども、特別な設計基準を使用して、この非効率さを克服することが可能であることは知られていない。
【００５１】
一般に、ファイバレーザまたは増幅器として使用され得るダブルクラッド構造は、２つのクラッドを含む。第１の（内部の）多モードクラッド３２は、多モード励起コアとして機能する。第１クラッドすなわちクラッド３２は、単一モードコア３４に隣接しており、第２のクラッド３６は、第１のクラッド３２を取り囲んでいる。第１の多モードクラッドすなわち内部クラッド３２は、入力ポンピングに対して高開口数（ＮＡclad）を有する導波路として機能する。第１の多モードクラッド３２（Ｄcladは、図４および図２において見られるように、内部クラッドのより長い寸法４４であり得る）の断面は、所望の形状を有するように設計され得る。当該形状は、例えば励起源（Ｄlaserは、図２で見られるように遅軸におけるブロードエリアレーザ光の放射開口４２のサイズである）または他の機構の近視野形状、または励起ビームの結合効率を高める形状に適合するように設計され得る。第１および第２のクラッド層の間の開口数（ＮＡclad）は、励起レーザダイオードの出力を捕らえるのに足りるほど大きくなければならない。実質的な輝度増加は、コア領域に対する励起クラッド領域の割合（ＣＣＲ）に依存している。この割合（ＣＣＲ）が大きくなるほど、輝度増加は大きくなる。しかし、励起放射の吸収は、この割合（ＣＣＲ）に反比例しているので、コアおよびクラッドの断面間の領域におけるこの差異は、長いデバイス長を必要とする。コア領域に対する励起クラッド領域についての、従来の高い割合（ＣＣＲ）は、難しい高レベルの反転を実現させる。その理由は、一般に、この割合（ＣＣＲ）が大きくなればなるほど、任意の励起出力で実現され得る反転のレベルは低くなるからである。従って、励起吸収および反転が関係してくる。
【００５２】
従って、高いＣＣＲを有するダブルクラッドファイバ増幅器／レーザのコアにおけるドーパントとして希土類元素Ｅｒを使用することは、問題がある。ダイオードレーザバーから得られる出力がかなりの高出力であっても、レーザまたは増幅器に対する準３準位系の動作に必要な高い反転レベルに達することは極めて難しい。
【００５３】
３準位遷移は、利得を得るために＞５０％である高い反転を必要とする。準３準位遷移は、低いが４準位レーザと比較して大きな反転レベルを必要とする。４準位レーザは、極めて小さい反転で利得を得る。３準位系において、レージングは、励起準位から基底状態またはたった数ｋＴ（つまり、動作温度で熱的に混合している）で基底状態から分離された状態へと起こる。結果として、非励起のドープコアは、レーザ波長で強力に吸収し、不十分な反転分布のために、レーザ出力の閾値が問題となり得る。
【００５４】
図２を参照すると、ダブルクラッド構造の活性ファイバ３０は、ドープされた中央部すなわちコア３４を有している。当該コア３４は、高レベルの反転を必要とする準３準位遷移を有する光学活性イオン９０でドープされている。コア３４は、コア屈折率（ｎcore）およびコア断面積を有している。この断面積は、コアの寸法４２から計算され得る。コア３４を取り囲んでいる内部クラッド３２は、内部クラッド屈折率（ｎinnerclad）を有している。この内部クラッド屈折率はコア屈折率より小さく、内部クラッドの断面積はコア断面積の２〜２５倍であり（２＜ＣＣＲ＜２５）、アスペクト比は１．５：１より大きい。ダブルクラッド活性ファイバ３０のこの好ましい設計および寸法は、６ｄＢより大きい強い励起吸収を可能にするが、長波長ＡＳＥを抑制する。本発明によって教示されるように、内部クラッドの断面積は、内部クラッドの寸法（長さ４４を含む）から計算されることができ、図４によって例示され得る。
【００５５】
再び図２を参照すると、外部クラッド３６は、内部クラッド３２を取り囲み、内部クラッドの屈折率より小さい外部クラッドの屈折率を有する。
【００５６】
ダブルクラッド活性エルビウムドープファイバ３０の使用に対する例として、レーザ構造が図２に示されている。１００％の信号を反射し且つ励起に透明なミラー６０が、活性ファイバ３０の励起端に配置されている。約４％の信号反射が、任意の出力ミラー６２をもって出力端に与えられている。コアに対するクラッドの好ましい面積比すなわち重複の割合Гs／Гpが見出されることができ、１．５μｍ帯域においてエルビウムファイバレーザを使用するための希土類ドーパントＥｒに対して、最大比である７：６が本発明によって見出され且つ教示されている。
【００５７】
一般に、図２の活性ファイバ３０は、増幅器またはファイバレーザとして使用され得る。本発明は、エルビウムでドーピングするダブルクラッド構造に対する、最大許容の内部クラッド領域を教示する。一般に、励起吸収断面（σap），準安定準位の寿命（τ），所望のレベルの平均的反転（）およびいかなるタイプのレーザダイオードからの利用できる励起出力が与えられており、特定の出力吸収，入力及び出力（吸収されていない）の励起出力値が、それぞれＰinおよびＰoutとして評価されると仮定すると、クラッドの最大許容断面積は、希土類およびホスト材料系に対して本発明によって教示されるように、以下の方程式を使用して見出されることができる。
【００５８】
【数１】
2007511100.tif 000003
【００５９】
式（１）において、ｈνは励起フォトンエネルギーである。
【００６０】
イオンとホスト材料との間の違いにも関わらず、方程式（１）は普遍的に適用され、飽和以下でよく動作する増幅器に対して特に適している。一般に、それはコアに対するクラッドの面積比（ＣＣＲ）ではなく、効率的なレーザまたは増幅器の動作に対して最も重要な、内部クラッドの実寸である。従って、コア３４は、図２の内部クラッド３２の内部に適合するサイズであり得る。
【００６１】
しかし、コア３４は、サイズおよびＮＡについて標準の単一モードファイバ２０と同様であることが好ましい。当該単一モードファイバ２０は、レーザを出力ファイバ２０に結合することを容易にするかまたは増幅器の入力および出力の両方に結合することを容易にする。通常の単一モードのコア半径は約３〜４μｍである。
【００６２】
ダブルクラッドファイバの内部クラッドの好ましいサイズを計算する際に、増幅器は非活性ドーパントであるＧｅおよびＡｌ（タイプＩＩ）で共ドープされた石英ガラスに基づいており、内部クラッドの断面積は、Ａclad≒７８０μｍ2であることが見出されている。このことは、７８０μｍ2より大きい内部クラッド断面積に関して、より強力な励起レーザ（２Ｗよりも有効な出力）が使用されないならば、平均的な反転である０．６は得られないであろう、ということを意味している。実際には、受動的損失は、内部クラッドの使用可能なサイズを約５００μｍ2以下の小さい値にさえ制限するであろう。
【００６３】
有効出力が、４Ｗ励起ダイオードにおいて見られるようなレーザダイオードにおいて２倍になる場合には、内部クラッド領域が２０００μｍ2未満、好ましくは１５００μｍ2であるように、推奨値も２倍になる。
【００６４】
本発明によって教示される、好適な全ガラス設計および小さい導波路寸法では、直接的な先端励起が好ましい選択である。本発明は、レーザまたは増幅器のような準３準位デバイスに対して重要なことは、内部クラッド中に形成され得る励起出力密度（達成可能な反転を定義する）のレベルである、ということをさらに教示している。内部クラッドの最大所望領域を見つけるための本発明の教示によると、レーザに対する出力閾値推定式を使用することがより好都合である。
【００６５】
３準位デバイスに関して、レーザにおける閾値励起出力Ｐthは、飽和出力Ｐsatよりも大きくなければならない。言い換えると、ファイバレーザは、その長さの要部にわたって”ブリーチされ（bleached）”なければならない。（すなわち、約２分の１のレーザ原子が、励起状態に励起されている。）Ｐsatは式（２）によって定義される飽和出力である。
【００６６】
【数２】
2007511100.tif 000004
【００６７】
従って、内部クラッド面積（Ａclad）が小さくなればなるほど、飽和出力Ｐsatは小さくなる。その理由は、これら２つの項目は、方程式（２）によって直接関係付けられているからである。飽和出力が小さくなればなるほど反転は大きくなるということが分かる。何故ならば、これらの項目は反比例しているからである。従って、高い反転が準３準位レーザを働かせるようになされ得る。
【００６８】
閾値出力Ｐｔは、クラッド面積（Ａclad）およびレーザ長に比例してスケールされる。閾値励起出力は、以下の方程式によって近似される。式（３）において、閾値励起出力は、ファイバレーザがブリーチされるときにファクターαp／４．３４３だけ飽和出力より大きくなる。
【００６９】
【数３】
2007511100.tif 000005
【００７０】
式（３）において、σaは励起吸収断面であり、τは蛍光のまたは準安定準位の寿命であり、Ａcladは内部クラッドの断面積であり、σPは励起吸収（ｄＢ）である。従って、方程式（３）から、レージングに対する出力閾値は、内部クラッドの寸法および励起吸収長にわたった活性ファイバにおけるバックグラウンド損失に本質的に依存している。
【００７１】
しかし、内部クラッドの最小領域の実際的なサイズは、材料（ＮＡcladおよび屈折率のコントラストすなわち屈折率のデルタ）および励起集光光学の質によって制限される。２以上であるクラッドアスペクト比では、コアが楕円形でないならば、コアに対するクラッドの面積比ＣＣＲが２未満であることは不可能であろう。さらに、従来の光学系では、１００μｍ以上のブロードエリアレーザ７２を２０μｍより小さいスポットに集光することは極めて難しく且つ１０μｍより大きい単一モードコアを作ることは実際的ではない。何故ならば、要求される屈折率のコントラストすなわち屈折率のデルタが小さすぎるからである。このことは、最小のＣＣＲが約２であるということを決定づける。
【００７２】
クラッドのコアに対する面積比（ＣＣＲ）が小さいダブルクラッド増幅器において、信号のクラッドモードは、十分な程度にドープされたコアと重なり、高次モード（ＨＯＭ）において利得を受けることとなる。導波路のモードは、光学フィールドの一定のプロファイルを有する。導波路モードは、フィールドがドープされた領域と重なり合うだけ増幅される。（本明細書で与えられる説明に関して、クラッドの部分ドープも可能であるが、コアのみがドープされていると仮定する。）基本となるコアモードのフィールドのほとんどはコア３４内にあり、反転の所望のレベルが得られる場合には、そのモードは明らかに増幅される。しかし、内部クラッドは、その大きなサイズのために多くの異なるモードをサポートする。幾つかのイオンは、常に自発的に遷移し、全てのモード，コアおよびクラッドに同量のフォトンを与える。クラッドがコアのサイズと同程度である場合には、高次の内部クラッド信号モードの少なくとも幾らかは、コアにおけるイオンと、それらのフィールドについての十分な重なりを有し、増幅もされることとなる。この重なりは、レーザまたは増幅器の効率を低下させる。その理由は、高次クラッドモード（ＡＳＥ）において累積された光エネルギーは、単一モード出力ファイバに結合されないからである。
【００７３】
増幅器に対する１つの解決策は、増幅器として使用される活性ファイバ３０のダブルクラッドファイバコアモードに結合する単一モードファイバ２０の入力および出力を完全にモード整合し、僅かな光のみが増幅器のクラッドモード中に入射されるようにすることである。さもなければ、増幅器のクラッドモード中に光を入射することは、その効率を低下させる。その理由は、幾らかの励起エネルギーはクラッドモードの増幅に浪費され、有用な出力には決して変換されないからである。入力ファイバをダブルクラッドファイバのコアモードにモード整合するために、ファイバが接合されるとき、モードフィールド径（ＭＦＤ）が入力ファイバおよびダブルクラッドのコアと同じであるということを確実にすることが教示されている。実際の屈折率差すなわち屈折率のデルタおよびコア直径が異なるとしても、必要とされることはＭＦＤを整合させコアを十分に位置調整することである。
【００７４】
レーザに関して本発明が教示する他の解決策は、モード選択フィードバックを使用し、基本的なモードのみのレーザ動作を確実にすることである。モード選択フィードバックを与えるために、単一モードの出力ファイバがダブルクラッドファイバコアモードにモード整合され、任意の１つの反射器５２は、ブラッグ格子または他のタイプの反射器の形態で出力ファイバに設けられ、コアモードのみに対する強力な光フィードバックを確実にすることとなる。内部損失が十分に小さいならば、レーザ効率は外反射に対して相対的に鈍感になる。従って、４〜１５％の外部反射器は、効率を大きく低下させないであろう。しかし、ひとたび反射器５２が単一モード出力ファイバ２０に配置され、ファイバがモード整合されると、ダブルクラッドファイバレーザ３０のコアモードである１つのモードのみがフィードバックを受け、クラッドモードはフィードバックを受けない。従って、反射器５２は信号光を反射し、モード選択機能を行うこととなる。モード整合器および反射器５２の存在は、クラッドモードが決してレーザ光を発しないということを確実にする。
【００７５】
或いは、出力ミラー６２（適切な薄膜スタックの形態であることが好ましい）が配置されて、ブラッグ反射器５２および付加的な任意の励起反射器５６の必要性を除去することができる。本発明は、高い反転レベルが準３準位のレーザまたは増幅器の全長にわたって維持されるべきであり、かなりの量の励起出力が他端を通過して出て行くであろうということを教示している。従って、レーザ／増幅器の効率を最大にするために、付加的な多モード励起反射器５６を使用して、図２に見られるように残りの出力をデバイス中に反射させて戻すことが好ましい。励起反射器として機能し、ファイバ端から僅かな距離のところに置き換えられたフラットミラーは、励起波長で１００％および信号波長で５〜１５％を反射するように設計されているならば、信号に対する幾つかのモード選択フィードバックをも与えることができる。
【００７６】
レーザの場合において、励起反射器５６として機能する出力フラットミラーは、単にファイバの切断端または研磨端に配された誘電ミラーであることができ、信号に対して透明であり励起に対して高反射であることができる。
【００７７】
しかし、増幅器として活性ファイバ３０を使用する場合には、ほんの僅かな信号反射でさえ望ましくない多経路干渉効果を引き起こし得る。内部クラッド３２の材料が感光性である場合には、増幅器１６に対する効果的な解決策は、活性ファイバ３０の、励起されていない端部で、多モードチャープファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）５６を書き込むことである。当該活性ファイバ３０は、励起モードの全てまたはほとんどを反射するように設計されている。
【００７８】
一般に、励起光とドープされたファイバコアとの間の重なりを最大化することは効果的である。従って、コアをより大きく且つ内部クラッドをより小さくすることが望ましい。コアを大きくすると励起吸収が改善され、内部クラッドを小さくすると、小さな励起出力での高い反転の形成に役立つ。しかし、既に論じられ且つ見てきたような他の要因は、ほぼ２つのモードのコアに対応するサイズに最適なコアサイズを制限する。物理学によると、コアに対するクラッドの面積比（ＣＣＲ）は５または６より大きいことが必要とされる。現在の材料選択および結合光学系の性能を考えると、励起結合効率が損失を受け始めるまで、クラッドサイズは低減され得るという制限がある。その最小のクラッドサイズを考えると、コアに対するクラッドの面積比（ＣＣＲ）を５または６以下に低減させる唯一の方法は、コアをより大きく作ることである。
【００７９】
しかし、コアと内部クラッドとの間の屈折率差すなわちデルタは、小さくし過ぎることはない。または既に論じられたように、光学フィールドはコアに単に閉じ込められず、コアの導波路はかなりの曲げ損失を有する。従って、任意の屈折率差すなわちデルタで、コアがグレーデッドインデックスで作られていないならば、コアが多モード化（実際には、約１０μｍまで）になるまで、図２および図４のコア直径４２を大きくすることのみできる。任意のデルタに関して、コアがグレーデッドインデックスを有しているならば、僅かに大きいコアは単一モードであることができる。内部クラッド導波路が顕著な量の受動的損失を有する場合には、大きなサイズのグレーデッドインデックスコアは、より短いファイバ長で同量の励起出力を吸収することを可能にし、デバイス効率を大きくする。コア屈折率のグレーディングは、例えばコア−内部クラッドの予備成形物をアニールすることによってまたは高温で当該予備成形物を引いてかなりのドーパント拡散を可能にすることによってなされ得る。コアが融解しクラッドが軟化すると、拡散工程は相対的に早くなり、グレーデッドインデックスプロファイルがそのままで形成され得る。
【００８０】
グレーデッドインデックスの究極的なバージョンは、外部クラッドの先端までずっと屈折率が小さくなるコアである。その結果、コアと内部クラッドとの間の明確な境界が存在しないのでそれらは１つになる。かかる導波路のゼロ次または基本モードは、相対的に小さいＭＦＤでその中心に閉じ込められ、高次モードは、より不均一に全ての導波路領域を満たす。従って、本発明は、面積比（ＣＣＲ）のアナログをも教示する。当該面積比は、ガラス層の面積比よりもむしろ特定されるモード面積比である。
【００８１】
論じられているように、多くの要因が、導波路構造として使用されるダブルクラッドファイバの最適設計に影響を与える。導波路内のモード数およびモード強度（フィールド）分布は、導波路形状，屈折率のコントラストすなわち屈折率のデルタおよびサイズに依存している。
【００８２】
コアと内部クラッド（グレーデッドインデックス）との間の境界線が引き難い場合に関しては、物理的な断面積比（ＣＣＲ）は容易に定義されない。ダブルクラッドファイバのコアおよび内部クラッドの両方として使用される、高いデルタのグレーデッド導波路についての独特な場合においては、モード面積は、そのモードの光強度がその最大値の１／ｅ2より大きくなる（または電界振幅がその最大値の１／ｅより大きくなる）物理面積として定義される。すなわち、コアおよび内部クラッドが、屈折率が導波路の中心部分から端部まで徐々に低下（変化）するように組成を連続的に変化させてある材料から作られる単一の導波路を形成するとき、ドープされた領域を形成するように、導波路の中心部分は、３準位遷移を有する光活性イオンでドープされる。その後、導波路の基本（ゼロ次）信号モードとドープされた領域との間の重なりは、結合した導波路の全ての励起モードとドープされた領域との重なりの７倍以上にならないように設計される。
【００８３】
物理的な断面積比（ＣＣＲ）に対する直接アナログは、ａ／ｂの比であり、ａは結合された全ての伝搬励起モードの断面積であり、ｂは基本（ゼロ次）の信号モードの断面積である。この場合における全てのモードは、グレーデッド導波路（コアと内部クラッドの両方）のモードである。しかし、励起はこれらのモードの全てを使用し、信号は、理想的にはゼロ次においてのみ伝搬し適度に高いデルタに対して約３：１から５：１の所望の割合を与える。信号モードの断面積にわたって結合した全ての伝搬励起モードの断面積についての、この３：１から５：１のモード比は、特にエルビウム準３準位レーザに対して有益である。
【００８４】
コアと内部クラッドが明確な境界を有するとき、同様な定義が標準的な場合に対して与えられ得る。その理由は、励起はクラッドの多くのモードを使用し、信号はコアの１つのモードのみ使用するからである。しかし、標準的な場合に関して、この定義は物理的な断面積比（ＣＣＲ）とほとんど同じ数値を与える。
【００８５】
光学的に面積（etendue)を保存することに関して、ダブルクラッドファイバ３０についてのＮＡcladおよびスポットサイズの製品は、図２のレーザダイオード７２における開口数（ＮＡlaser）およびスポットサイズの製品と等しいかまたはより大きくなければならない。光学がレーザ放射面積の像を縮小するために使用される場合には、同じ光学は、自動的にビームを分岐させるかまたはそのＮＡを大きくさせるであろう。内部クラッド３２（励起導波路として機能する）のＮＡであるＮＡcladは、全ての光を集光するように入力ビームのＮＡ以上でなければならない。ＮＡに対する一般的な定義は、最大広がり角を示す。この最大広がり角で光線は導波路に入り、導波路に必要とされる全ての内部反射を受けることとなる。典型的な１００μｍブロードストライプレーザに関して、ストライプ（遅軸）に平行な広がり角は、約０．１のＮＡに対応している。ファイバのＮＡを０．３５より大きくすることが、励起光の３０μｍコア内への効率的な結合のために望まれる。１５μｍコアに対しては、０．７のＮＡが必要とされる。
【００８６】
これらのＮＡ値は、内部クラッドと外部クラッドとの間の極めて高い屈折率のコントラストすなわちデルタを示し且つ標準的な石英ファイバに利用可能であるよりも大きい。
しかし、それらは多成分ガラスで実現され得る。タンタルケイ酸塩（Tantalum silicate）およびアルミニウムランタンケイ酸塩のファイバは、石英と比べて高い屈折率で作製されている。コアおよび内部クラッドに対して異なる成分を使用しているアンチモンケイ酸塩ファイバも、石英と比べて高い屈折率で作製されている。ほとんどの多成分ファイバは、高屈折率を与え、例えば、複合材料としてリン酸塩およびケイ酸鉛およびジャーマネートに基づくものである。しかし、コアの化学的特性および物理的特性は、内部クラッドに対応しなければならない、ドーパントのスペクトル特性は保持されなければならない。
【００８７】
ファイバ導波路のＮＡも、最小サイズに関連し、上に示すように特定のアスペクト比に対する閾値出力値に関連している。細長い内部クラッド３２は、さまざまな形状であることができ、例えば楕円形の代わりに長方形であり得る。長方形の多モード内部クラッドのアスペクト比が減少するにつれて、レージングに対する閾値出力はかなり低下する。４／πすなわち１．２７以上である長方形のアスペクト比に関して、長方形の内部クラッドは、レージングに対する閾値出力が円形の内部クラッドと比較して小さい。例えば、開口数０．６である導波路に関して、レージングのための閾値出力は、３３μｍ直径ファイバの円形内部クラッドに対する９００ｍＷからアスペクト比３（３３μｍｘ１１μｍ）を有するファイバ導波路の長方形内部クラッドに対する２００ｍＷまで低減される。これらの寸法は、ブロードストライプダイオードレーザ７２の像サイズと一致している。レージング用閾値出力のこの低減は、２〜４Ｗダイオードがブロードストライプ励起源７２の限界である場合には、大いに効果的である。
【００８８】
知られているように、励起光の効率的な結合のために、ダブルクラッドファイバの内部クラッドの配置は、励起ダイオードの配置と整合すべきである。残念なことに、ブロードエリア半導体レーザ７２の発光スポットはかなり非対称であり、少なくとも１００：１のアスペクト比を有している。ビームは、通常は速軸方向（ウエハ面に対して垂直）において単一モード化（ガウシアン）されており、遅軸方向（ウエハ面に対して平行）において強く多モード化されている。遅軸方向が最も重要なものであり、励起導波路またはファイバレーザの許容できるサイズを最終的に定める。
【００８９】
本発明は、図２の内部クラッドに対して使用され得る、さまざまな細長い形状を教示している。最も技術的に好都合なものは図４の楕円内部クラッド３２に加えて、長方形内部クラッドおよび長円内部クラッドである。より長い（遅軸）寸法４４は、ダイオードレーザ開口部の幅（図２のレーザ４２）掛けるファイバＮＡに対するダイオード遅軸ＮＡlaserの割合より少なくとも１０〜２０％大きくあるべきである。例えば、０．１のＮＡを有する１００μｍレーザがポンピング用に使用され且つファイバ内部クラッドのＮＡが０．３である場合には、そのクラッドのより長い寸法は少なくとも１．２ｘ１００／３＝４０μｍであるべきである。クラッドの断面積をできる限り小さく保つために、より短いクラッドの寸法は、単一モードコアを受け入れるのに足りるほどの大きさにされるべきである。結果として得られる、クラッドのアスペクト比は、１．５：１またはこれより大きいであろう。相対的に小さい、コアに対するクラッドの面積比（ＣＣＲ）と相まって、内部クラッドの長楕円形または細長い形状は、ドープされたコアと励起モードとの重なりを等しくすることによって、均一な励起吸収を保証するであろう。他の可能な細長い形状は、ダイヤモンド形状の内部クラッドを含み、コアの円より大きい円の中央に細長い中央楕円形伸長部を有する、土星のような内部クラッドは、任意のコアサイズに対して、コアに対するクラッドの面積比（ＣＣＲ）が最も小さくなるであろう。
【００９０】
再び図２を参照すると、ダブルクラッド活性ファイバ３０の好ましい設計および寸法は、長波長ＡＳＥを抑制しつつ強力な励起吸収を可能にし、十分強力な励起強度は準３準位動作を得ることを可能にし、本発明の教示を集約している。増幅器またはレーザとしての使用のための準３準位，準３準位ダブルクラッド活性ファイバまたは輝度変換器３０の入力側は、波長λpで励起信号６４で照射される。内部クラッド３２は、多モード動作用に構成されている。内部クラッド３２内の中央に配置された、好ましくは単一横モードであるコア３４は、内部クラッド３２とは十分な組成差異を有するガラスから作られ、屈折率における適切な差異を与える。コア３４は、厳密に単一モードである必要はなく、２つにモード化されようとしているコアはさらに機能する。我々の定まった目的に対して、コア３４はエルビウム（Ｅｒ3+）イオンでドープされる。ダブルクラッド活性ファイバ３０も、
外部クラッド３６を有し、当該外部クラッド３６は、ＮＡcladが０．３より大きくなるように、内部クラッド３２の屈折率よりも小さい屈折率を有するガラスから作られていることが好ましい。全ガラス設計は、これらのタイプの屈折率を許容し、このガラスのタイプは、アルミノケイ酸塩ランタン（lanthanum aluminosilicate）ガラス，ジャーマネートアンチモン（antimony germanate），硫化物，ビスマス鉛ガラート（lead bismuth gallate）などを含む。オーバークラッド（overclad）に対する好ましい材料もガラスであり、例えばボロアルミノケイ酸塩のアルカリである。
【００９１】
図４における活性ファイバ３０の断面積表示において、それらの相対直径を正確に図示するための試みは何もなされていない。しかし、内部クラッド３２の面積は、コア３４の面積と比較して約２５倍の大きさ未満であることが好ましい。
【００９２】
活性ファイバ３０の長さは、高次モードがその長さにわたって十分に減衰するように、関連する波長と比較して極めて長くあるということ以外は、相対的に重要ではない。実際には、この長さは、コア中の希土類ドーピングのレベルおよび所望の励起吸収効率によって定められる。幾つかの状況においては、長さ１ｃｍは十分過ぎる程である。
【００９３】
分離したフォーカスエレメント７０を使用する代わりに、ブロードストライプレーザ７２の光学特性は、多モード内部クラッド３２への直接結合を可能にするほど十分に良好であり得る。しかし、フォーカスエレメント７０が必要とされる場合には、１００ｘ１μｍ2の寸法を有する通常のほうしゃ開口を有し、ＮＡが遅軸で０．１、速軸で０．５５であるブロードエリアレーザダイオードからの励起出力を、長方形コアの断面が３０ｘ１０μｍ2および有効開口数が＞０．４２であるファイバに効率的に結合することができるような技術が開発されてきている。”遅”および”速”という用語は、レーザダイオード接合面に対してそれぞれ”平行である”および”垂直である”という面を言及している。１００ｘ１μｍ2の放射寸法を有し且つ遅軸および速軸におけるＮＡがそれぞれ０．１および０．５５である（遠視野の最大強度ポイントの５％で測定される）ブロードエリア半導体レーザ７２からの光を効率的に結合するために、結合光学または他のビーム整形器７０は、３０ｘ10μｍ2の寸法を有し且つ遅軸及び速軸における５％ＮＡがそれぞれ０．３５および０．１２であるエミッタ近視野の像を形成するように設計され得る。
【００９４】
図２および図４の概略図に示されているように、ダイオード或いはブロードエリアレーザ７２および多モードクラッド３２の入力についての、同様な楕円形，長方形，長楕円形のアスペクト比または細長いアスペクト比（両者は垂直にまたは水平に同様に位置調整される）は、レンズまたはファイバ−光学系の結合器，光学励起子または他のビーム整形器またはフォーカスエレメント７０が、幅広いストライプまたはブロードエリアレーザダイオード７２またはダイオードバーの相対的に大きいサイズの出力を、ファイバレーザ／増幅器または他のタイプの輝度変換器３０の幅広い多モードクラッド３２に焦点を合わせることを可能にする。内部クラッド３２は、１．５より大きいアスペクト比を有し、ブロードエリアレーザダイオード７２からの励起光の結合が十分に大きい励起出力密度を作り出すことを可能にさせるのに足りるほど小さくされることが好ましい。ダブルクラッドファイバの内部クラッドは、さまざまな方法によって例えば楕円形または長方形のような細長い形状に引かれ得る。有効な方法は、三段るつぼ引き出しおよびロッドインチューブ法を含み、所望の形状にそのパーツを機械加工する。ＣＶＤ，ゾル−ゲルおよびチューブにおける軟質ガラスは、他の有効な方法である。
【００９５】
図４の多モードクラッド３２の長方形，楕円形，長楕円形の断面または他の細長い断面は、特に有利である。その理由は、その入射面３２３は、ワイドストライプレーザ７２の放射パターンに容易に整合させ得るからであり、当該放射パターンは、高さに対する幅のアスペクト比（ＡＲ）が１００：１であり得る。つまり、導波路の入射面３２３の幅は、その高さよりも大きく作られることができ、これは高アスペクト比として定義される。最初の１００ｘ１μｍサイズから縮小されるときに、結合光学系が両方の直行方向においてほぼ同じＮＡを有するビームを形成するように設計されているとしても（高出力密度を維持するために有利である）、結果として得られるビームウエストは、垂直方向よりもダイオードチップの面においてより幅広くなり、例えば３０ｘ５μｍである。クラッド導波路の断面がその形状に整合する場合には、ほとんど全てのレーザダイオードの出力は、高い光励起出力密度を維持しながら、導波路中に容易に結合され得る。高い出力密度は、円形または四角い導波路において得られる出力閾値よりも、低いレージング用出力閾値を可能にする。例えば、長方形，”競技場形”，ダイアモンド，”土星形”または他のビーム整合形状である他の細長い形状である、内部クラッドの他の断面が、励起放射領域の形状に整合させるように使用され得る。しかし、ファイバレーザ／増幅器または輝度変換器３０の出力が、コア３４からの出力として、円形の単一モードの横磁場を有することが望ましい。ファイバ３０を使用するファイバレーザ／増幅器の出力が、円形のモードフィールドを有することが望ましい。その理由は、従来のファイバ２０も円形のモードフィールドを有しており、モードフィールドサイズと形状が良好に整合すればするほど、結合損失は小さくなるからである。
【００９６】
内部クラッドの任意のＮＡに関して、ダブルクラッドファイバのより長い寸法は、得られる励起出力の全てを結合するという必要条件によって定められる。（何故ならば、ブロードエリアレーザエミッタのサイズは固定されており、当該サイズは、ブロードエリアレーザのＮＡに関するファイバのＮＡによって定められる量によってのみ縮小され得るからである。）その後、第２の長さすなわち短い寸法が変更され得る。しかし、より長い寸法が同じである場合には、アスペクト比３：１を有する細長い形状は、１：１のアスペクト比を有する形状の３分の１の表面積を有する。従って、かかる小さい表面積すなわちクラッド面積を有する対応するレーザは、約３倍低い閾値を有することができる。最適な準３準位ダブルクラッドファイバレーザまたは増幅器を設計することにおける多くの要素は、コアに対するクラッドの面積比（ＣＣＲ）に関係している。任意のファイバのＮＡおよび励起レーザのＮＡでは、内部クラッドの寸法の１つは、あるサイズ以下に低減することができない。しかし、本発明の教示によると、高い反転のために出来る限り表面積を小さくするために、他の寸法が圧迫され得る。従って、本発明は、面積もその面積のアスペクト比の特定化も、効率的なデバイスを作るために十分ではなく、同時に両方を特定化することによってのみ、十分な反転および低閾値を与えることができる。
【００９７】
レーザに関する場合と同様に、増幅器として使用される活性ファイバ３０は、ほとんどの光増幅を与えるコアに結合する励起光６４を受け取るために、多モード内部クラッドを使用する。単一モードファイバの出力ファイバは、例えばスプライスまたは他の結合によって活性ファイバ３０の出力接合部で直接結合され、基本モードのみであるレーザ信号６６を効率的に出力する。それぞれの最低次モードに対するモードフィールド径（ＭＦＤ）は、活性ファイバ３０の出力端と単一モードファイバとの間の接合部にわたって整合される。インデックスグレーデッドでない場合には、コアが出力信号波長で１つの横モードのみをサポートするように十分小さいサイズにされ、この信号横モードは、最適結合に対する標準的な信号モードファイバと等しいモードフィールド径を有するようになる。
【００９８】
例として、内部クラッド３２としての多成分ケイ酸塩ガラスは、直径１２５μｍを有する外部クラッド３６内に配され且つ６μｍのコア直径４２を有するコア３４を有し、ＣＳ９８０単一モードファイバ２０にきっちりと整合した出力モードを与えることとなる。ケイ酸アンチモンガラスが使用されることが好ましい。もう１つの多成分ケイ酸塩ガラスは、６０ＳｉＯ2 ２８Ａｌ2Ｏ3 １２Ｌａ2Ｏ3（モル％）である。他の単一モードファイバが使用可能であるけれども、この単一モードファイバ２０は、９８０ｎｍで波長を伝搬し、標準的な１２５μｍの外径を有する、コーニング社によって作製されたＣＳ９８０単一モードファイバである。
【００９９】
熱膨張率（ＣＴＥ）の不整合を最小化することは、ファイバの信頼性を上げるために極めて重要であり、ファイバの切断および端部研磨を容易にする。０〜２００℃の範囲にわたった＋／−３０ｘ１０-7／℃未満のＣＴＥ不整合が、内部クラッドと外部クラッドとの間で好ましい。クラッドに対するコアのＣＴＥ不整合は研磨に対して重要であるが、不整合についての最も重要なポイントは、内部クラッドと外部クラッドとの間にある。従って、０〜２００℃の範囲にわたって内部クラッドの材料と＋／−３０ｘ１０-7／℃未満の熱膨張率（ＣＴＥ）の不整合を有するガラスから、コアは作製されることが好ましい。これらの必要条件は、アンチモンケイ酸塩，アルミノランタノケイ酸塩（alumino-lantano- silicate），アルミノホスホジャーマノケイ酸塩（alumino-phospho-germanosilicate）およびさまざまな他の酸化ガラスを使用することで比較的容易に満たされる。例えば３段るつぼ引き（triple-crucible draw）のような、幾つかのファイバ作製技術に関して、導波路形状にわたった良好な制御のために、コア，内部クラッドおよび外部クラッドのガラスの粘度は整合していることも重要である。
【０１００】
例
単独にドープされたエルビウムダブルクラッドファイバレーザは、１５３５ｎｍで高出力ブロードエリアレーザ７２で励起される。この技術は、最適化されていないファイバ３０における高いバックグラウンド損失によって最初に制限された、７０％のスロープ効率
を生ずる。ダブルクラッドエルビウムドープファイバ３０は、３７．８μｍｘ１２μｍの寸法を有する、楕円形の内部クラッド３２を有している。円形のコア３４は、８μｍの直径を有している。内部クラッド３２と外部クラッド３６との間の開口数およびコア３４と内部クラッド３２との間の開口数は、それぞれ０．４５および０．１である。エルビウム濃度は、ドーパント濃度が０．１％（１０００／１００００００）である１０００ｐｐｍ（モル）である。１０ｍのファイバ３０が、このレーザにおいて使用される。アンチモンケイ酸塩のファイバ３０は、３段るつぼ法を使用して製造される。
【０１０１】
励起レーザ７２は、１５３５ｎｍで動作する単一ストライプブロードエリアレーザである。活性領域は、ＭＯＣＶＤによって成長したグレーデッドインデックス分離閉じ込め構造で、ＡｌＧａＩｎＡｓ多量子井戸から作られている。注入電流は、窒化層によって閉じ込められる。１５３５ｎｍブロードエリアレーザ７２は、インジウムはんだを使用して銅のヒートシンクにエピ層を下にして実装される。エミッタの寸法は、８０ｘ１μｍ2である。高出力を与えるために、ストライプは約１２０μｍ幅まで大きくされ得る。励起波長は１５３５ｎｍである。最大出力は４Ｗである。速軸および遅軸に対する開口数は、それぞれ０．４および０．１である。ブロードエリアレーザ７２は、３：１の縮小マイクロレンズ７０（ＬＩＭＯから入手可能）を使用して、ダブルクラッドファイバ３０の内部クラッド３２内に結合される。励起の立ち上がり効率（launch efficiency）は７０％である。
【０１０２】
レーザ共振器のフィードバックは、各ファイバ面で空気：ガラスの界面からの５％フレネル反射によって与えられる。レーザの出力特性は、図５に示されている。片面の最大出力は、１６０５ｎｍで６００ｍＷである。７０％の最大立ち上がり効率は、同一の内部クラッド寸法を有する３ｍ長のファイバを使用して測定されるがコアはない。マイクロレンズの透過は、透過面上への反射防止コーティングがないことにより、８３％である。ブロードエリアレーザ７２とレンズ７０との間の作動距離は３０μｍである。レンズとファイバ面との間の距離は１２５μｍである。この密接した制約は、バルク２色性（bulk dichroics）の使用を妨げ、ファイバの励起立ち上がり端からの出力量を直接的に確定することとなる。誘電被覆面およびコア内にまたは内部クラッドにわたって書き込まれ、立ち上がり端でフィードバックを与えるブラッグ格子は、さらなる最適化のために使用され得る。誘電被覆された反射器またはコア内或いはクラッド内のファイバブラッグ格子を通して、ファイバの励起端でのフィードバックを増大させることによってさらなる改良がなされるべきである。
【０１０３】
従って、本発明の教示によると、コアの断面積は、内部クラッドの高次モードが基本モードよりも、ドープされた面積との重なりがより小さくなるようにされる。
【０１０４】
レンズ，結合スキーム，ファイバレーザ，増幅器および光パッケージの他の構成部品のような、ダブルクラッド構造の選択肢および設計基準に対するさまざまな変更および変形
が、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに本発明になされ得るということが当業者に明らかである。従って、本発明の変更および変形が添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にあるならば、本発明は、それらを包含するということを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１（ａ）】本発明による（ｂ）の帯域内ポンピングと（ａ）における従来の９８０ｎｍ励起エルビウムとを比較するための、エルビウムドープガラスにおける関連する４ｆ−４ｆ吸収およびレーザ遷移についての省略されたエネルギー準位ダイアグラムである。
【図１（ｂ）】本発明による（ｂ）の帯域内ポンピングと（ａ）における従来の９８０ｎｍ励起エルビウムとを比較するための、エルビウムドープガラスにおける関連する４ｆ−４ｆ吸収およびレーザ遷移についての省略されたエネルギー準位ダイアグラムである。
【図２】１．５μｍ帯域での動作に対して、ブロードエリアレーザダイオードによって光励起する、本発明による光学活性ファイバの断面概略図である。
【図３】本発明による、１６０５ｎｍでの出力（ｍＷ）対１５３５ｎｍでの入力（ｍＷ）のグラフである。
【図４】本発明による、図２の活性ファイバ３０の内部クラッド３２の楕円すなわち楕円形状３２３の断面表示である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2007511100.tif 000011
2007511100.tif 000012