(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短パルスファイバレーザであって、
自由空間にわたって延びる、単一モード（「ＳＭ」）線形偏波信号光のサブナノ秒パルスを伝搬方向に誘導する発光体がドープされた多モードコア（「ＭＭ」）を有するファイバブースタと、
ポンプ光を前記伝搬方向に誘導し、前記自由空間にわたって前記ファイバブースタと同様に延びるポンプ光送達ファイバを備えるポンプと、
前記ファイバブースタおよび前記ポンプ光送達ファイバの下流側領域を受ける携帯型レーザヘッドと、
前記自由空間にわたって前記ファイバブースタおよび前記ポンプ光送達ファイバを取り囲む可撓性スリーブとを含み、
前記携帯型レーザヘッドが、
向け直されたポンプ光が前記ＭＭコアの下流側端部に結合されるように、前記ポンプ光を逆伝搬方向に向け直し、
前記伝搬方向に、実質的に単一の基本モードで増幅信号光を出力するように構成され、
前記超短パルスファイバレーザが、
前記ファイバブースタの上流側にあり、前記ファイバブースタに結合された線形チャープファイバブラッググレーティング（「ＦＢＧ」）と、
前記線形チャープＦＢＧを支持し、前記信号光のパルス持続時間を所望のパルス持続時間範囲内で制御可能に調整するように前記ＦＢＧの長さの変化を引き起こすように動作可能な、調整可能パルスストレッチャとをさらに含み、
前記調整可能パルスストレッチャが、前記ＦＢＧを支持する撓み取付け台と、前記撓み取付け台に取り付けられ、前記撓み取付け台を撓み点の周りで制御可能に湾曲させる行程を生じる圧電アクチュエータとを含む、超短パルスファイバレーザ。
【請求項２】
前記圧電アクチュエータが、約１００ｆｓから約１００ｐｓｅｃの範囲である前記所望のパルス持続時間範囲にわたって前記撓み取付け台を撓み点の周りで制御可能に湾曲させる行程を生じる、請求項１に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項３】
前記携帯型レーザヘッドから上流側に離間している、前記ＦＢＧおよび前記調整可能パルスストレッチャを格納するメインコンソールと、
前記メインコンソール内に取り付けられた、前記ＦＢＧの上流側端部に接合された出力ファイバを有するファイバシードレーザであり、前記単一モード（「ＳＭ」）線形偏波信号光のサブナノ秒パルスを前記伝搬方向に発出するように動作可能なファイバシードレーザとをさらに含む、請求項１に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項４】
前記取付け台が、前記圧電アクチュエータを受ける少なくとも１つのＵ字型ネストを備えた構成であり、前記ネストが、前記圧電アクチュエータの伸長位置における長さより小さく、その結果前記圧電アクチュエータが電荷の印加に応答して前記ネストの周囲を押圧するときに、前記撓み取付け台が前記撓み点の周りで湾曲して、前記線形チャープＦＢＧの長さを前記圧電アクチュエータの行程にわたって増加させるようになっている、請求項２に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項５】
前記取付け台が、前記１つのネストと位置合わせされた、追加の圧電アクチュエータを受ける追加のＵ字型ネストを備えた構成であり、前記圧電アクチュエータが、少なくとも同時に反対方向に作動される、請求項４に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項６】
前記取付け台が、前記線形チャープＦＢＧを受けるファイバトレイと、前記ファイバトレイの側面に位置し、前記線形チャープＦＢＧのそれぞれの端部にそれぞれの固定位置で結合されている２つの離間した締結具とをさらに備えた構成である、請求項４に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項７】
前記撓み取付け台が、前記電荷の印加時に、ｋＨｚレベルに達する周波数で、最大５０ｍｍの距離で変位することができる、請求項４に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項８】
前記ファイバシードレーザが、パッシブモード同期レーザ、またはアクティブモード同期レーザである、請求項３に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項９】
前記ファイバシードレーザが、最大で約３０００ｋＨｚに達するパルス繰返し数で、約１０６４ｎｍの波長で信号光パルスを発出するように動作可能であり、各パルスが、約１００ｆｓから約１００ｐｓｅｃの間の持続時間を有する、請求項３に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１０】
前記ＳＭ信号光のサブナノ秒パルスを前記ファイバブースタの上流側コア部分に送達する出力パッシブＳＭファイバをさらに含み、前記出力パッシブＳＭファイバおよびファイバブースタが、互いに結合されたそれぞれのコア領域を有し、前記信号光が前記ファイバブースタの前記ＭＭコアに結合されたときに前記ファイバブースタの前記コア領域で基本モードのみが励起されるように互いに一致するそれぞれのモードフィールド径を有する構成になっている、請求項３に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１１】
前記パルスストレッチャの下流側で前記メインコンソール内に取り付けられた少なくとも１つのファイバ前置増幅器をさらに含む、請求項３に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１２】
前記携帯型レーザヘッドが、
前記ファイバブースタおよび前記ポンプ光送達ファイバのそれぞれの前記下流側領域から離間している反射要素と、
前記ファイバブースタおよび前記ポンプ光送達ファイバのそれぞれの前記下流側領域と前記反射要素との間のシリカ終端ブロックとを収容する、請求項１に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１３】
前記ファイバブースタおよび前記ポンプ光送達ファイバのそれぞれの前記下流側領域と、前記反射要素とが、前記シリカ終端ブロックの上流側面に直接融着され、前記反射要素が、前記ポンプ光を、前記逆伝搬方向に前記ファイバブースタの前記ＭＭコア中に反射するように構成され、前記信号光が前記伝搬方向に開口を遮られることなく横切ることができるような寸法を有する中央開口を有する、請求項１２に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１４】
前記携帯型レーザヘッドが、
前記ファイバブースタおよび前記ポンプ光送達ファイバの前記下流側端部をそれぞれ支持するヒートシンクをさらに収容し、
前記ポンプ光送達ファイバの前記下流側領域が、前記終端ブロックの上流側面に直接融着されており、
前記携帯型レーザヘッドが、
１つの端部が前記ファイバブースタの前記下流側領域に損失なく接合され、反対側端部が前記終端ブロックの前記上流側面に融着された端部パッシブファイバであり、前記ファイバブースタの前記下流側領域が前記ヒートシンクによって完全に支持された終端部を有するように寸法を取られた長さを有する端部パッシブファイバとをさらに収容する、請求項１２に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１５】
前記レーザヘッドが、前記反射要素の下流側に位置する、前記逆伝搬方向への後方反射信号光の伝搬を防止するように構成されたアイソレータをさらに収容する、請求項１２に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１６】
前記レーザヘッド内に格納された、前記ファイバブースタの上流側でチャーピングされた前記信号光のパルスを圧縮するように構成されたボリュームブラッググレーティングをさらに含む、請求項１に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１７】
前記信号光の前記増幅チャープパルスの偏光状態を変化させる、４分の１波長板および偏光子に基づくサーキュレータをさらに含む、請求項１６に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１８】
前記ファイバブースタの前記ＭＭコアが、入力ファイバ部分およびファイバロッド出力部分を備えた構成になっている、請求項１に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項１９】
前記ＭＭコアの前記入力ファイバ部分が、前記入力ファイバ部分の断面より大きな断面を有する前記ファイバロッド出力部分に当接するモード変換先細領域に当接する一様な寸法の入力領域を備えた構成になっている、請求項１８に記載の超短パルスファイバレーザ。
【請求項２０】
前記メインコンソール内に取り付けられた、１種類または複数種類の希土類元素のイオンがドープされた線形チャープＦＢＧを側面励起するそれぞれ異なる波長の放射を選択的に発出する複数のダイオードレーザをさらに含む、請求項３に記載の超短パルスファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超短パルスファイバレーザに関する。特に、本開示は、調節可能パルス持続時間方式の小型の超短モード同期ファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
高パワーパルスファイバレーザシステムは、現代の民間産業ならびに様々な科学技術領域で広く使用されている。産業分野におけるパルスファイバレーザの適用性は、レーザパルスの平均パワーおよびピークパワー、出力エネルギー、ビーム品質、波長、効率、信頼性、安定性、頑健性、ならびに小型さによって決まる。
【０００３】
小型の高パワーファイバレーザの開発は、これらのレーザの電気光学的特徴の進化と同じくらい重要である。小型化は、パワー、サイズ、および重量が主要な関心事となるスペースの限られた場所に高性能の高パワーレーザシステムを配備するという全体としての目的に向かう重要なステップである。連続波モード、または本開示の主題であるパルスモードで動作する小型の高パワーファイバレーザは、幅広い、ただし個々には非常に特殊な応用分野でよりよい解決策を上手く開発する上で、重要なファクタである。
【０００４】
超短パルスレーザは、サブピコ秒から数十ピコ秒の持続時間を有するパルスを発出するレーザであり、他の多数のレーザ構成と同様に、切断、溶接、およびその他の従来の応用分野で幅広く使用されている。さらに、超短パルスファイバレーザは、ガラス切断、プリント回路基板のバイアホール形成、燃料噴射器の精密な穴の形成、微細加工、および眼科など、特殊な応用分野を有する。これらの応用分野では、所要の性能を達成するために、精密なパルスエネルギーおよびピークパワーが必要となる。
【０００５】
パルスｋＷ／ＭＷパワーファイバレーザは、一般に、ファイバ型の主発振器電力増幅器（「ＭＯＰＡ」）を有するアーキテクチャを備えた構成になっている。この構成では、主発振器が、レーザパルスを生成し、ファイバ増幅器が、これらのパルスを高出力パワーレベルに増幅する。パルス増幅は、光学的な非線形性の発生によって制限される。増幅器からの超短パルスによってより多くのエネルギーを抽出するために、チャープパルス増幅が使用される。この方法では、パルスを分散によって時間的に伸長して、パルスピークパワーを低下させる。パルスは、数サブピコ秒から数十ナノ秒の長さのパルス持続時間まで伸長することができる。増幅後、パルス持続時間は、通常はその最初の値に回復（圧縮）される。通常は、チャーピングおよび圧縮は、両方とも、大きな寸法を有するバルク要素によって実現される。
【０００６】
したがって、小型構成のパルスチャーピング構成要素およびパルス圧縮構成要素を備えた、小型の超短パルス高パワーファイバレーザが必要とされている。
【０００７】
いくつかの応用分野では、パルス持続時間は、高速で調節しなければならない。このような場合の例は、ある処理ステップでサブピコ秒パルスを使用し、その後、次のステップでピコ秒パルスを使用する、機械加工ステップどうしを速いペースで切り替える必要がある場合である。別の例は、レーザ状態を変化させるためにパルス持続時間を元のパルス持続時間に再調節する場合である。これにより、パルスのピークパワーが変化して、ファイバ増幅器の非線形性の量が変化する可能性があり、また、このピークパワーの変化によって引き起こされる分散を補償する必要が生じる可能性がある。
【０００８】
チャープＦＢＧは、この高速切替えに使用することができる。線形チャープＦＢＧは、パルスに沿って線形チャープを引き起こすことができる。ＦＢＧの長さを調節することにより、グレーティングの分散を変化させることができる。パルス持続時間を実時間で調整する既知の方法は、グレーティングの温度調節である。ただし、このような調整の速度は、温度制御ループによって制限される。ファイバブラッググレーティングの長さを調整する別の方法は、グレーティングを機械的に伸長させることである。これは、モータアクチュエータによって行うことができる。この場合も、機械的アクチュエータの速度によって制限される。より高速な調整方法は、圧電変換器を使用することである。残念ながら、圧電変換器は、変位範囲が限られており、その応用分野も、制限されたパルス持続時間調節、主として非線形分散補償のために非線形チャープＦＢＧを使用する場合に限定されている。
【０００９】
したがって、さらに、既知の方式より大きな距離で線形チャープＦＢＧを伸長させるように構成された圧電型アクチュエータによるパルス持続時間調節方式を備えた高パワーパルスファイバＭＯＰＡ構成が必要とされている。
【００１０】
高強度の実質的に回折が制限されたパルスレーザビームをアクセス性がない可能性がある目的地に送達する能力は、全体的なレーザの小型化の問題を無視して考慮することはできない。シード、前置増幅器、ポンプ源、電子機器、およびその他の不可欠なレーザシステム構成要素を所望の目的地に非常に近接させた状態でレーザシステム全体を位置付けることは、常に現実的であるとは限らないので、ファイバ送達が望ましい。レーザの応用分野の大部分は、レーザ光源が高度に操縦可能であることを必要とする。これらの応用分野では、通常は、パッシブ送達ファイバが、ＭＯＰＡ増幅回折制限パルスビームを、比較的小さくて軽量な、ビームを所望の位置に合焦させる誘導光学素子を備えた加工レーザヘッドに誘導する。
【００１１】
高パワーファイバレーザ、および特にパルスレーザでファイバを使用することの技術的な難題は、自己位相変調などの非線形効果の比較的低いしきい値に関連するｋＷ／ＭＷ高ピークパワーの組合せである。通常は、非線形効果は、回折制限ビームを発出するように構成されたファイバレーザのパワースケーリングを制限する。レーザ技術分野の当業者には周知の通り、１）アクティブファイバ、すなわち希土類元素のイオンがドープされたコアを有するファイバのコア断面の拡大、および２）ファイバ長の短縮という、２つの一般的な手法を主に使用して、非線形効果の挿入に対処する。
【００１２】
したがって、実質的に単一の基本モードのみに対応し、端面励起されるように構成された多モード（「ＭＭ」）コアを有するアクティブファイバを利用した小型のビーム送達アセンブリを備えた高パワー単一モード（「ＳＭ」）パルスファイバレーザがさらに必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記で特定した必要は、全体の小型化、信号光の高いピークパワー、および調節可能な持続時間を有する超短パルスに寄与するように設計された複数の構成要素を有する、本明細書に開示する高パワーＳＭ超短パルスファイバレーザによって満足される。
【００１４】
開示するレーザシステムは、増幅器および信号光送達ファイバの両方として同時に機能するファイバブースタを特徴とする。このファイバブースタは、シードレーザから前置増幅器、電子機器、ポンプアセンブリまでの全ての周辺構成要素を収容するメインコンソールの間の自由空間にわたって延びているので、開示するレーザヘッドは、非常に小型かつ軽量である。
【００１５】
開示するシステムは、小型のパルスストレッチャおよびパルスコンプレッサを備える。パルスストレッチャは、可撓性取付け台を備えた構成になっており、この可撓性取付け台は、チャープファイバブラッググレーティングを支持し、またその取付け台を撓ませるように構成された圧電要素を受けるので、それにより大きな撓み範囲を有している。
【００１６】
取付け台の撓みの範囲が増大することにより、線形チャープファイバブラッググレーティングを使用することが可能になる。線形チャープファイバブラッググレーティングを用いることで、パルスをその元のチャーピング前の持続時間に、またそれよりさらに短い持続時間に圧縮することが可能になる。コンプレッサは、レーザヘッドの小型化に大きく寄与するボリュームブラッググレーティングとして構成される。
【００１７】
開示するレーザは、ポンプ光が、信号光の伝搬方向の反対の方向に、自由空間にわたっても延びるポンプ光送達ファイバによって送達され、ファイバブースタの終端部に結合される、端面励起技術を利用する。これは、レーザヘッドに取り付けられた、ポンプ光を逆伝搬方向に向け直すように構成された反射器によって実現される。同時に、この反射器は、増幅信号光が、レーザヘッド内を伝搬方向に光路に沿って損失なくさらに伝搬することを可能にする開口を備える。
【００１８】
本開示の上記その他の特徴および利点は、以下の詳細を図面と関連付けて読めば、より容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】開示する高パワー超短パルスレーザシステムを示す図である。
【図２】図１のシステムの光源を示す光学的概略図である。
【図３】図２に示すパルスストレッチャを示す直交図である。
【図４】図３のパルスストレッチャを示す断面図である。
【図５】反射時の望ましいＦＢＧスペクトルを示す図である。
【図６】図３および図４の開示するパルスストレッチャの動作を説明するコンピュータ生成シミュレーションを示す図である。
【図７】図１のレーザシステムのレーザヘッドを示す断面図である。
【図８】図７にＡとして示されるレーザヘッドの領域を示す拡大概略図である。
【図９】図７の領域Ａの断面図である。
【図１０】図７の領域Ａの側面図である。
【図１１】修正された図７の領域Ａを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本開示の好ましい実施形態について詳細に言及する。図面および説明では、可能な限り、同じ、または同様の参照番号を使用して、同じ、または同様の部分またはステップを示している。図面は、非常に簡略化した形態のものであり、縮尺も厳密なものではない。
【００２１】
図１は、特に直線偏波（ＬＰ）信号光の単一横モード（ＳＭ）超短パルスのパルス源を収容するメインコンソール１２を有する構成の、開示するパルスファイバレーザ１０を示す図である。レーザ１０は、ビーム誘導光学素子を備えたレーザヘッドと、可撓性ケーブル１６内でコンソール１２とレーザヘッド１４の間の自由空間にわたって延びるファイバブースタとをさらに含む。従来のパッシブ送達出力ファイバを備えず、発光体ドープファイバのみで構成されたファイバブースタを使用することにより、多くの既知のシステムと比較して、有効ファイバ長が短縮される。このことは、ファイバ波長が短くなると、誘導される非線形効果のしきい値が高くなるので重要である。
【００２２】
図２は、超短パルスファイバレーザの代表として、主発振器電力ファイバ増幅器（「ＭＯＰＦＡ」）構成を有するファイバレーザ１０の、高度に概略的な光学的アーキテクチャを示す図である。主発振器１８は、アクティブモード同期ファイバレーザとして、または好ましくは半導体吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ）を備えたパッシブモード同期ファイバレーザとして構成され、メインコンソール１２に取り付けられて、ＳＭ  ＬＰサブナノ秒レーザパルを出力する。１つまたは複数のファイバ前置増幅器２４も、コンソール１２に取り付けられ、これらのパルスを増幅するように動作可能である。主増幅は、光学的非線形性の発生によってのみ制限される出力パワーを有するファイバブースタ２６によって行われる。
【００２３】
超短パルスによってより多くのエネルギーを抽出するために、以下でさらに詳細に開示するように、コンソール１２内で、シード１６と前置増幅器２４の間に、パルスストレッチャ２２が結合される。最後に、パルスは、以下でいくらか詳細に説明するように、レーザヘッド１４（図１）に取り付けられた、伸長されたパルスを元のピコ秒またはフェムト秒のパルス持続時間に圧縮するように動作可能な、オプティカルコンプレッサ４２によって圧縮される。
【００２４】
図３および図４を参照すると、図１および図２の構成で利用される調整可能パルスストレッチャ２２は、チャープファイバブラッググレーティング（「ＦＢＧ」）３０を保持する機械的撓み取付け台２８を格納した筐体を含む。圧電素子３２は、取付け台２８に設けられたネスト４４内で、枢動点の周りのＦＢＧ３０の伸長を最適化する位置に受けられる。このような構成では、圧電素子の動作の範囲にわたってＦＢＧの長さの大きな変化が引き起こされ、線形チャープＦＢＧを使用してパルス持続時間を調整させることが可能になる。このようにして、パルス持続時間は、マイクロ秒程度の短さの切替え時間内に、１００ｆｓから１００ｐｓｅｃに調整することができる。線形チャープＦＢＧを使用することにより、パルスをそれらの元の持続時間、またはそれよりさらに短い持続時間に圧縮することが可能になる。
【００２５】
圧縮パルスのパルス形状がその持続時間に影響を及ぼすことは既知である。また、自己位相変調（「ＳＰＭ」）などのファイバの非線形性により、線形分散補償によるパルス圧縮を用いた完全変換限界パルス圧縮が妨げられることも既知である。ＳＰＭによるスペクトルの広がりに似ている放物線状のパルス形状は、ＳＰＭの存在下でも圧縮することができる。したがって、有意な非線形性が存在するときには、変換限界を実現するために、この望ましい放物線状のパルス形状が必要となる。適当なアポダイゼイションプロフィルを有するＦＢＧ３０は、このようなパルス形状を生成することができる。提案されている技術のうちの１つは、図１から図２の構成の空間光変調器を使用することであるが、これは嵩張る。ここで、この技術は、図５に示すように、異なる波長で動作して、適当な発光体がドープされているＦＢＧ３０のそれぞれの領域を側面励起技術によってポンピングする、複数のダイオードレーザを含む。他には、図１から図２に示す構成で、単一のダイオードを複数の微小電気機械システムまたは光スイッチ（「ＭＥＭＳ」）と組み合わせて使用することも可能である。
【００２６】
図３および図４に戻って、電荷が圧電素子３２に印加されると、圧電素子は、ネスト４４の周囲を押圧しながら伸長する。その結果として、取付け台２８は、図４の点４６の周りで撓み、ＦＢＧ３０の長さが増大する。もう１つの圧電素子と同時に動作する圧電素子を受ける追加のネスト４４があると、取付け台２８は弓形に曲がるように動作することができ、これにより、ＦＢＧ３０の長さはさらに増大する。これは、図６に示すシミュレーションを参照すれば、さらに容易に明らかになる。
【００２７】
取付け台２８の上部は、ＦＢＧ３０を受けるトレイ３４を備えた構成になっている。ＦＢＧ３０の複数の離間した領域は、任意の適当な手段によって、それぞれの所定の位置に固定される。主として較正のためであるが、取付け台２８は、温度変換装置４０によって制御される熱電素子３６を支持する。締結具３８によって、取付け台２８を筐体に取り付ける。
【００２８】
取付け台２８は、アルミニウムで構成することが好ましいが、その他の任意の可撓性材料で構成することもできる。いくつかの応用分野では、パルス持続時間は、高速で調節しなければならない。このような場合の例は、ある処理ステップでサブピコ秒パルスを使用し、その後、次のステップでピコ秒パルスを使用する、機械加工ステップどうしを速いペースで切り替える場合である。取付け台２８の材料を正しく選択すれば、高いｋＨｚレベルに達する頻度率で取付け台を伸長させることができる。
【００２９】
図７を参照すると、図１から図２の本発明の構成の携帯型レーザヘッド１４は、ヒートシンク５１上に配置されたそれぞれのポンプ光送達ファイバおよびファイバブースタの下流側端部を受けるフェルール５２をその入力／上流側端部に含む筐体を備えた構成になっている。ＭＷレベルに達するピークパワーを有する増幅信号光の高パワー密度を防止するために、シリカをベースとする終端ブロック５４が、下流側ファイバ端部に結合されている。球面ミラー５６は、以下で詳細に開示するように、ポンプ光を逆伝搬方向にファイバブースタの下流側端部に反射するように構成される。ミラー５６は、損失を生じることなく増幅信号光が横切るような寸法を有する中央開口を含む。増幅信号光は、レンズ系５８と、増幅ステージに向かう後方反射信号光の伝搬を最小限に抑えるように構成されたアイソレータ６０とを通ってさらに伝搬する。
【００３０】
上流側ミラー６２は、入射信号光をビームスプリッタ６６に向け直し、ビームスプリッタ６６は、その信号光をコンプレッサ４２に向かって送出する。コンプレッサ４２は、ボリュームブラッググレーティングとして構成される。最後に、信号光の圧縮パルスが、順次ミラー６８および７０に入射した後で、レーザヘッド１６の出力ポートから出射される。
【００３１】
これらの信号光のパルスは、線形偏波されている。レーザヘッド１６から出て、特にビームスプリッタ６６を通って伝搬するために、偏光系は、順方向伝搬信号光の極性を変化させるように構成される。特に１０３０ｎｍの波長用に設計されたこの偏光系は、圧縮信号光の極性をチャープ信号光の極性と反対になるように変化させるように構成された、半波長板６４および４分の１波長板６１を備えた構成になっている。あるいは、これらの波長板の代わりに、図示の概略図でファラデーサーキュレータを実装することもでき、これは、実際に、他の全ての波長に有利である。
【００３２】
図８および図９は、ファイバブースタ７２および１つまたは複数のポンプ光送達ファイバ７４それぞれの下流側端部を示す図である。ファイバブースタ７２は、互いに接合された２つの部分を備えた構成になっていてもよいが、接合部のない連続体であることが好ましい。ファイバブースタ部分の外径は、一様であってもよいし、あるいは比較的長い上流側ファイバ部分と、比較的大きな下流側ファイバロッド部分とを含み、先細部分がこれらの上流側部分と下流側部分とつないでいてもよい。ブースタ７２のＭＭコアは、一様な寸法の入力領域７６と、先細領域７８と、入力領域７６より大きな断面を有する別の一様な寸法の増幅領域８０とを有する。ＭＭコアの入力領域７６は、シードおよび前置増幅器のステージから送達される信号光の単一モードと同じモードフィールド径を有する基本モードに対応するように構成される。その結果として、ＳＭ信号光をＭＭコアの入力コア領域７６に結合したときに、高次のモードは励起されない。先細領域は、信号光を増幅コア領域に向かって断熱膨張させて、高次モードの励起を生じることなく基本モードが徐々に拡張するようにする。
【００３３】
ファイバブースタ７２およびポンプ光送達ファイバ７４の大部分の長さ部分はケーブル１６を通って延びているが、それらそれぞれの端部は、レーザヘッド１４で受けられ、ヒートシンク５１に載る（図７）。ブースタおよびポンプ光送達ファイバの終端部は、終端ブロック５４に融着される。使用時には、ポンプ光は、端部８２から発出され、ブロック５４を通って伝搬方向に伝搬し、最終的にミラー５６で反射される。ミラー５６は、向け直されたポンプ光が同じブロック５４を通って逆伝搬方向にファイバブースタ７２の終端部内へ誘導されるような湾曲反射表面を有する構成になっている。ブースタ７２の比較的大きな増幅ファイバロッド部分内で反射ポンプ光が効果的に吸収されることにより、ファイバブースタ全体を、必要なら約３０ｃｍの長さにして、高いピークパワーレベルでも非線形性の発生を回避することができる。その後、増幅信号光は、図７を参照して説明したように、終端ブロック５４を通って伝搬し、ミラー５６の開口８４を横切って（または、代替として、開口のない構成のミラー５６を通って）レーザヘッド１４に沿ってさらに誘導される。
【００３４】
ファイバコアは、その全断面にわたって、１種類または複数種類の希土類元素がドープされている。好ましくは、業界の傾向に照らして、選択されるドーパントは、イッテルビウム（Ｙｂ３＋）であることが多い。増幅コア領域８０は、実質的に０．１以上のＮＡを有する構成にすることができる。さらに、コアの全長は、その中心領域の約０．６５２が基本モードと重複し、したがって、ＦＭと重複していない、コアの小さな周辺領域２６、すなわちＨＯＭおよび／または自然放出を増幅することができるゾーンが残るように構成される。
【００３５】
しかし、周辺領域の増幅は、コア領域８０の開口数に最もよく一致するが、それより小さいことが好ましい開口数でポンプ光を発出するようにポンプ源を構成することによって大きく抑制される。その結果として、基本モードは、ポンプ光内に閉じ込められ、したがって、ブースタ７２のＭＭコアの全長に沿った基本モードのサイズと少なくとも同じサイズを有する。先細コア領域７８の開口角は、少なくとも一部の吸収されないポンプ光がコア領域７６に進入する前に減結合するように制御可能に選択される。
【００３６】
図１０を参照すると、開示する逆方向ポンピング方式では、ファイバブースタ７２とブロック５４の伸長器との間の融着領域は、ポンプ光がこの領域を通してブースタ７２のアクティブファイバに端部領域に結合されるので、通常はブースタの残りの部分よりさらに高い温度下にある。さらに、ファイバブースタ７２の終端部は、ヒートシンク５１（図７）上に載っておらず、このことと、温度が高いこととが相まって、融着された表面の間の接合が特に脆弱になる。
【００３７】
図１１を参照すると、端部ファイバ領域９０とブロック５４の間の接合を補強するために、ＭＭパッシブファイバ９２が、ブロック５４とファイバ領域９０の間に挿入されており、このＭＭパッシブファイバ９２は、ファイバブースタ７２の増幅コア領域８０の直径と一致する直径を有する。ポンプ送達ファイバ７４は、依然として、ブロック５４と直接接触している。反射ポンプ光は、パッシブファイバ９２内に捕捉され、ファイバブースタ７２のコア領域８０に結合される。
【００３８】
特定の状況では、ブースタ７２のＭＭコアに、ポンプ光を受けるさらに大きな領域を持たせることが望ましい。これは、ブースタ７２のクラッディング８６にフッ素がドープされたリング９４を設けることによって実現することができる。パッシブファイバ９２のコアは、リング９４の直径と実質的に一致する。パッシブファイバ９２内では吸収が起きないので、パッシブファイバ９２のブロック５４との接合は、ほとんど損なわれることはない。
【００３９】
開示するＹｂファイバレーザ１０は、１．５Ｗから３０Ｗ超の間で変化する平均パワー、および５ＭＷを超えるピークパワーで動作することができる。パルスエネルギーは、１００μＪを超えることもあり、また５μＪと低いこともある。ビーム品質は、１．２から１．５の間の範囲である。パルス持続時間は、１００ｆｓから１００ｐｓｅｃの間隔におよび、パルス繰返し率は、３０００ｋＨｚ以上に達する可能性もある。
【００４０】
開示した例に関連して本開示について説明したが、以下の特許請求の範囲の範囲および趣旨を逸脱することなく、上記に開示した実施形態の多数の修正および／または追加は、レーザ技術分野の当業者には容易に明らかになるであろう。
【符号の説明】
【００４１】
１０  パルスファイバレーザ
１２  メインコンソール
１４  レーザヘッド
１６  可撓性ケーブル／シード
１８  主発振器
２２  パルスストレッチャ
２４  ファイバ前置増幅器
２６  ファイバブースタ
２８  機械的撓み取付け台
３０  チャープファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）
３２  圧電素子
３４  トレイ
３６  熱電素子
３８  締結具
４０  温度変換装置
４２  オプティカルコンプレッサ
４４  ネスト
５１  ヒートシンク
５２  フェルール
５４  終端ブロック
５６  球面ミラー
５８  レンズ系
６０  アイソレータ
６１  ４分の１波長板
６２  上流側ミラー
６４  半波長板
６６  ビームスプリッタ
７２  ファイバブースタ
７４  ポンプ光送達ファイバ
７６  入力領域
７８  先細領域
８０  増幅領域
【図１】
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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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