(57)【要約】      （修正有）【課題】励起光をファイバ列レーザ／増幅器の信号ファイバに結合する、低コストの光学システムを提供する。【解決手段】励起光３０をファイバ列レーザ／増幅器の信号ファイバ１２に結合する光学システム１０である。該システム１０は、信号光がＴＬＧ２４を通って伸びるシングルモードコア４８内に伝播するように信号ファイバ１２に光学的に結合されたテーパー付き導光路（ＴＬＧ）２４を有している。ＴＬＧ２４は励起光３０がＴＬＧ２４に結合されるときに通る回折格子開口３４を有している。ダイオード放出器２８の列が回折格子の開口３４に隣接して配置されており、このため、励起光３０はＴＬＧ２４内に回折される。励起光３０は、ＴＬＧ２４と空気との間の境界４０から反射される。励起光が、ＴＬＧ２４と空気との間の境界４０にて反射されるときの励起光３０の角度は、小さくなり、励起光３０は信号ファイバ１２内に保持される。【選択図】  図１
2004193558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学信号ビームを増幅するため励起光を提供する光学システムにおいて、
第一の端部及び第二の端部を有し、且つ該第一の端部が該第二の端部よりも狭小な直径を有するテーパー付きの導光路であって、第一の端部から第二の端部まで漸進的に拡張し、シングルモードコアと、第一の端部に近接する開口とを有する前記テーパー付き導光路と、
該テーパー付き導光路の第二の端部に結合された二重クラッド増幅器ファイバであって、シングルモードコアと、該シングルモードコアを取り巻く内側クラッディング層と、該内側クラッディング層を取り巻く外側クラッディング層とを有し、増幅器ファイバのシングルモードコアがテーパー付き導光路のシングルモードコアに光学的に結合された、前記二重クラッド増幅器ファイバと、
テーパー付き導光路の開口に近接して配置された複数の光放出器であって、励起光を開口を通じてテーパー付き導光路内に向け、励起光がテーパー付き導光路の外面から反射され且つ、第二の端部に向けられ、テーパー付き導光路の直径が漸進的に増大することで励起光の反射角度が縮小し、このため、励起光が二重クラッドファイバ内に結合され且つ、全内面反射によりその内部に保持され、シングルモードコア内の信号ビームを増幅するようにした、前記複数の光放出器とを備える、光学システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
テーパー付き導光路が空気により取り巻かれ、このため、空気とテーパー付き導光路との間の相対的屈折率が、テーパー付き導光路の第一の端部にて励起光の全内面反射を提供するのに十分に大きいようにした、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
複数の放出器が、ダイオードバー内に設けられた複数のダイオード放出器である、システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムにおいて、
ダイオードバーが１００以内の放出器を有する、システム。
【請求項５】
請求項３に記載のシステムにおいて、
ダイオードバーがダイオード放出器の一次元的列を有する、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、
テーパー付き導光路の第一の端部に光学的に結合された出力ファイバを更に備え、
該出力ファイバが、テーパー付き導光路のシングルモードコアに光学的に結合されたシングルモードコアを有し、このため、増幅された光信号がテーパー付き導光路から出力ファイバ内に向けられるようにした、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、
開口が励起光を回折する伝送格子を有する、システム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、
伝送格子が、別個の格子が放出器の各々と整合するようにした、格子列を有する、システム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムにおいて、
伝送格子が、ホログラフィック伝送格子と、ブレーズされた伝送格子（ｂｌａｚｅｄ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ）とから成る群から選ばれる、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、
開口が１乃至数μｍの幅の範囲にある、システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムにおいて、
二重クラッドファイバ列レーザ／増幅器の一部である、システム。
【請求項１２】
光学システムにおいて、
第一の端部及び第二の端部を有し、該第一の端部が該第二の端部よりも狭小な直径を有するテーパー付き導光路であって、第一の端部から第二の端部まで漸進的に拡張し、シングルモードコアを有し、励起光に応答可能な前記テーパー付き導光路と、
テーパー付き導光路の第二の端部に結合された信号ファイバであって、シングルモードコアを有し、信号ファイバのシングルモードコアがテーパー付き導光路のシングルモードコアに光学的に結合され、励起光が全内面反射によりテーパー付き導光路の外面から反射され且つ、第二の端部に向けられ、テーパー付き導光路の直径が漸進的に増大することで励起光の反射角度が縮小し、このため、励起光が信号ファイバ内に結合され且つ、その内部に保持されて信号ビームをシングルモードコア内で増幅させるようにした前記信号ファイバとを備える、光学システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、
テーパー付き導光路が空気により取り巻かれ、このため、空気とテーパー付き導光路との間の相対的屈折率が、テーパー付き導光路の第一の端部にて励起光の全内面反射を提供するのに十分に大きいようにした、システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載のシステムにおいて、
テーパー付き導光路に光学的に結合され、励起光を提供する励起光源を更に備える、システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
テーパー付き導光路が、テーパー付き導光路の第一の端部に近接する伝送開口を有し、
前記励起光源が、伝送開口に近接して配置され、励起光を開口を通じてテーパー付き導光路内に導入することを許容するようにした、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムにおいて、
伝送開口が少なくとも１つの回折格子を有する、システム。
【請求項１７】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
テーパー付き導光路の第一の端部に結合された結合ファイバを更に備え、
前記励起光源が該結合ファイバに隣接して配置され、結合ファイバ内に結合された励起光がテーパー付き導光路内に結合されるようにした、システム。
【請求項１８】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
励起光源が複数のダイオード放出器を有するダイオードバーである、システム。
【請求項１９】
光学信号ビームを増幅する光学システムにおいて、
第一の端部及び第二の端部を有し、該第一の端部が該第二の端部よりも狭小な直径を有するテーパー付き導光路であって、第一の端部から第二の端部まで漸進的に拡張し、シングルモードコアと、第一の端部に近接する開口とを有し、前記開口が伝送格子列を有する前記テーパー付き導光路と、
テーパー付き導光路の第二の端部に結合された信号ファイバであって、シングルモードコアを有し、信号ファイバの信号モードコアがテーパー付き導光路のシングルモードコアに光学的に結合された前記信号ファイバと、
テーパー付き導光路の開口に近接して配置された複数の光放出器であって、放出器の各々が列内で伝送格子と整合し、励起光を伝送格子を通じてテーパー付き導光路内に向け、励起光がテーパー付き導光路の外面から反射され且つ、第二の端部に向けられ、テーパー付き導光路の直径が漸進的に増大することで励起光の反射角度が縮小し、このため、励起光が信号ファイバ内に結合され且つ、その内部に保持されてシングルモードコア内の信号ビームを増幅させるようにした前記複数の光放出器とを備える、光学システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムにおいて、テーパー付き導光路が空気により取り巻かれ、このため、空気とテーパー付き導光路との間の相対的屈折率が、テーパー付き導光路の第一の端部にて励起光の全内面反射を提供するのに十分に大きいようにした、システム。
【請求項２１】
請求項１９に記載のシステムにおいて、
伝送格子が、ホログラフィック伝送格子と、ブレーズされた伝送格子とから成る群から選ばれる、システム。
【請求項２２】
請求項１９に記載のシステムにおいて、
複数の放出器がダイオードバー内に設けられた複数のダイオード放出器である、システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムにおいて、
ダイオードバーがダイオード放出器の一次元的列を有する、システム。
【請求項２４】
請求項１９に記載のシステムにおいて、
開口が１乃至数μｍの幅の範囲にある、システム。
【請求項２５】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
高パワー二重クラッドファイバ列レーザ／増幅器である、システム。
【請求項２６】
光学システムにおいて、
第一の端部と、第二の端部と、中間部分とを有し、該中間部分が第一の端部及び第二の端部の直径よりも狭小な直径を有するテーパー付き導光路であって、中間部分から第一の端部まで及び中間部分から第二の端部まで漸進的に拡張し、該導光路を貫通して伸びるシングルモードコアと、中間部分に近接する伝送格子列とを有し、該伝送格子列が複数の対称の格子を有する前記テーパー付き導光路と、
テーパー付き導光路内で伝送格子列に近接して配置された複数の光放出器であって、励起光を格子列を通じてテーパー付き導光路内に向け、励起光がテーパー付き導光路の外面から反射され且つ、第一及び第二の端部に向けられ、テーパー付き導光路の直径が漸進的に増大することにより励起光の反射角度が縮小するようにした前記複数の光放出器とを備える、光学システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムにおいて、
別個の伝送格子が光放出器の各々と整合する、システム。
【請求項２８】
請求項２６に記載のシステムにおいて、
複数の光放出器がダイオードバーの一部である１００以内のダイオード放出器を有する、システム。
【請求項２９】
請求項２６に記載のシステムにおいて、
テーパー付き導光路が空気によって取り巻かれ、このため、空気とテーパー付き導光路との間の相対的屈折率が、テーパー付き導光路の中間部分にて励起光の全内面反射を提供するのに十分に大きいようにした、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、励起光をファイバ列レーザ／増幅器の信号ファイバ内に結合する光学システム、より具体的には、励起光が高パワーの二重クラッドファイバ列レーザ／増幅器の信号ファイバ内に結合されるときに通るテーパー付きの導光路を有する光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾道ミサイル、巡航ミサイル及び戦略航空機を含む、多岐に亙る空中の脅威に対抗する軍事目的のような多くの目的のため、高パワーレーザが採用されている。ファイバ列を採用するダイオード励起の固体状態レーザ増幅器は、これら型式の目的に使用される１つの既知の高パワーレーザである。本発明の譲受人に譲渡され、また、その内容を引用して本明細書に含めた、「高パワーファイバリボンレーザ及び増幅器（Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｉｂｂｏｎ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）」という名称の米国特許第６，２２９，９３９号には、かかる高パワーファイバ列レーザ増幅器が開示されている。
【０００３】
１つの典型的な高パワーファイバ列レーザは、各々、単一のビームとなるように組み合わされて高パワーの出力を提供する別個のレーザビームを発生させる、分離したシングルモードファイバの列を有している。この型式のファイバ列レーザは、各々が約１００ワットのパワーを発生させる１００又はより多くのシングルモードファイバを含むことができる。列中のファイバの各々は、典型的に、レーザビームを発生させ得るように５乃至２０μｍ程度の直径の円形のシングルモードコアを有している。コアの周りに形成され、また、コアよりも小さい屈折率を有する内側クラッディング層は、シングルモードビームをコア内に取り込む。内側クラッディング層よりも小さい屈折率を有する外側クラッディング層は、励起光をファイバ内に取り込み、その光を内部に吸収すべきコアを亙って向け且つ、当該技術分野の当業者に周知の物理的方法によってビームを増幅する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シングルモードレーザビームは、ビームが収束されたとき、単位面積当たり最大のパワーを発生する。レーザビームの横方向モードの数が増すに伴い、収束可能なビームスポットの寸法もビームの回折の結果として増大する。このことは、ビームの単位面積当たりのパワーを減少させ、このため、その強度を低下させることになる。
【０００５】
ファイバのコアの長さを増し且つ、より多くの光学的励起光を提供することにより、ファイバレーザのパワー出力を増大させることができる。しかし、コアの材料は、その値を超えたならば、コア材料を損傷させるであろうパワー限界値を有している。このように、所望の全ビーム出力パワーを発生させるためには、多数のシングルモードファイバが必要とされる。また、コアの直径をより大きくすることにより、より多くの光学パワーを提供することもできる。しかし、コアの直径が増大するに伴い、より高順位の伝播モードが発現し始め、ビームをシングルモードに制限することが益々、困難となる。更に、コアの寸法及びパワーが増すに伴い、コア内での熱の発生量も増大する。熱を少なくするため冷却システムを採用することができるが、より大径のコアでは、コアの中心部から熱を除去することがより困難となる。このため、列を亙って熱勾配が存在し、このことは、レーザの性能を低下させることになる。
【０００６】
適正な量の励起光をファイバ列中の信号ファイバ内に結合して信号を増幅し、所望のビームパワーを提供することが必要である。励起光を信号ファイバ内に結合する色々な技術が当該技術分野にて既知である。１つの特別な設計において、ダイオード放出器が励起光の案内ファイバの一端に結合され、また、案内ファイバの他端は、信号ファイバの一端に突合せ結合され、このため、ダイオード放出器からの励起光は、信号ファイバ内に結合される。ダイオード放出器は、最小量の励起光を発生させるに過ぎないため、ファイバのパワー必要量を充たすためには、追加的な励起光を信号ファイバ内に結合する必要がある。このため、各々が別個のダイオード放出器に結合された多くの励起光案内ファイバが互いに融着され且つ、列中の信号ファイバの各々の端部に突合せ結合されており、このため、多くのダイオード放出器の光は信号ファイバ内に結合される。
【０００７】
更に、典型的なダイオード放出器は、１乃至２ワットのパワーを発生させることができる。典型的なシングルモードファイバは、１００ワット以上のパワーを取り扱うことができる。このため、１００までの信号ファイバを含むことのできる列中の信号ファイバの各々に対し約５０乃至１００の別個の放出器ダイオードを提供する必要がある。幾つかの設計において、かかる多数の放出器をファイバの各々に結合することはできず、このため、パワーは犠牲にされる。更に、放出器の明るさは、ファイバレーザ／増幅器のファイバ列内に結合することのできるパワーの割合を制限することになる。ファイバ列の全体に対し、このような多数のダイオード放出器が必要とされるため、現在の商業的励起光源は、例えば、２５０Ｗの装置の場合、＄４０，０００というように極めて高価である。
【０００８】
２００１年６月５日付けで、ヘフリンガー（Ｈｅｆｆｌｉｎｇｅｒ）らに対して発行された、「光ファイバを側部から光学的に励起する装置（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｐｕｍｐｉｎｇ  ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｓｉｄｅ）」という名称の米国特許第６，２４３，５１５号には、光信号ファイバを側部から光学的に励起する装置が記載されている。ダイオード励起光が最初に、レンズによって平行化され、次に、信号ファイバの短い部分に沿って形成された反射性回折格子を使用して、信号ファイバ内に横方向に結合される。回折された励起光は、信号ファイバ内を移動し、全内面反射（ＴＩＲ）によってその内部に保持される。励起光をファイバ内に結合するための米国特許第６，２４３，５１５号に開示された技術は、ダイオード放出器の各々に対しレンズを必要とする。更に、効率的な励起光の吸収を保証し、また、次の入力位置にて有害な光の漏洩を防止するためには、追加のダイオード放出器は、十分に長い間隔でのみ互いに隣接する位置に配置しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の教示によれば、励起光を比較的低コストにてファイバ列レーザ／増幅器の信号ファイバ内に効率的に結合する光学励起光システムが開示される。該光学システムは、ファイバ列中の信号ファイバの各々に光学的に結合されたテーパー付き導光路を有している。信号光が伝播するときに通るシングルモードコアは、テーパー付き導光路を通って伸び且つ、信号ファイバのコアに結合されている。テーパー付き導光路は、光学励起光が導光路に結合するための回折格子開口を有している。ダイオード放出器の列は、回折格子開口に隣接する位置に配置され、このため、該放出器から放出された光は、回折開口を通じて且つ、テーパー付き導光路内に回折される。
【００１０】
光学励起光は、導光路と空気との間の境界から全内面反射により繰り返し反射され、このため、励起光はその内部に保持される。導光路のテーパー程度は、導光路の直径がダイオード列から信号ファイバまで増大するようなものである。テーパー程度は次のように選ばれる、すなわち、励起光が境界部から繰り返し反射されるとき、励起光が信号ファイバに向けて伝播するに伴い、導光路の軸に対する角度が小さくなるように選ばれる。一度び、励起光が信号ファイバに到達したならば、励起光の入射角度は、信号ファイバの開口数（ＮＡ）に適合する。多くのダイオード放出器は、高パワーの用途のため信号ファイバ内に結合された十分な励起光パワーを提供する。
【００１１】
１つの実施の形態において、導光路のテーパーが両方向に拡張する、導光路内に両方向に向けて励起光が回折されるような格子の型式とすることができる。このため、励起光は、信号ファイバのシングルモードコアのより長い長さに沿って向けることができる。この実施の形態において、テーパー付き導光路の両端は、信号ファイバに結合される。光学励起光システムは、信号ファイバに結合して端部の励起を可能にするか、又は、ファイバ増幅器の信号ファイバに沿って分散させることができる。
【００１２】
本発明の更なる特徴及び有利な点は、添付図面と共に、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ファイバ列レーザ／増幅器用のテーパー付き導光路を採用する光学励起光システムに関する本発明の実施の形態の以下の説明は、性質上、単に一例にしか過ぎず、本発明又はその用途又は使用を限定することを何ら意図するものではない。
【００１４】
図１は、高パワー二重クラッドファイバ列レーザ／増幅器のような、ファイバ列レーザ／増幅器に対し励起光を提供する光学励起光システム１０の平面図である。該システム１０は、上述した型式のファイバ列中の多数の信号ファイバの１つを表わすことを目的とする二重クラッド信号ファイバ１２を有している。該二重クラッド信号ファイバ１２は、増幅される光信号が伝播するときに通る信号モードコア１４を有している。
【００１５】
内側クラッディング層１６がコア１４の周りに形成され、また、外側クラッディング層１８が内側クラッディング層１６の周りに形成されている。コア１４及びクラッディング層１６、１８は、二酸化ケイ素のような、適宜なファイバ材料で出来ており、また、適宜な屈折率を提供し得るように被覆されている。特に、信号光をコア１４内に保持するため、内側クラッディング層１６は、コア１４よりも小さい屈折率を有している。同様に、励起光がコア１４を亙って伝播するのを許容し且つ、励起光を内側クラッディング層１６内に保持するため、外側クラッディング層１８は、内側クラッディング層１６よりも小さい屈折率を有している。
【００１６】
ファイバ１２は、ファイバを保護するのに適宜な屈折率を有する、特に図示しないその他の外側ジャケット層すなわちバッファを有している。内側クラッディング層１６と外側クラッディング層１８との間の移行部は、以下により詳細に説明するように、励起光が信号ファイバ１２内に伝播するのを許容する入射角度を識別する開口数（ＮＡ）を画成する。コア１４の直径は、制限されており（５乃至２０μｍ）、このため、光学的シングルモードのみが貫通して伝播する。コア１４には、イッテリビウム及びエルビウムのような適当な希土類イオンで被覆されており、これらのイッテリビウム及びエルビウムは、励起光によって励起され、このため当該技術分野の当業者により十分に理解されるように、信号は、コア１４内で増幅される。
【００１７】
本発明によれば、テーパー付き導光路（ＴＬＧ）２４と、複数のダイオード放出器２８を有するダイオードバー２６は、光学励起光３０を信号ファイバ１２内に結合する。ダイオードバー２６は、図示するように、ファイバ１２と対向する側のＴＬＧ２４の一端の開口３４に近接して配置されている。１つの実施の形態において、複数のダイオード放出器２８は、ダイオード放出器の一次元的列である。ダイオードバー２６は、各々が１乃至２ワットのパワーを発生させる、５０乃至１００個のダイオード放出器２８を含むことができる。しかし、これは、非限定的な例である。
【００１８】
開口３４は、回折格子３６が図示するように、各ダイオード放出器２８に対して配置される、回折格子３６の列を有している。以下により詳細に説明するように、回折格子３６は、ダイオード放出器２８によって発生された励起光３０が所定の回折角度にてＴＬＧ２４に入るのを許容する格子線（図４）を有している。回折格子３６は、励起光３０がＴＬＧ２４内に伝播するのを許容する、本明細書に記載した目的のための任意の適宜な格子とすることができる。
【００１９】
本明細書の説明及び関連する図は、ＴＬＧ２４に沿って均一に隔てられたダイオード放出器２８を示すものである。しかし、これは、単に説明のためだけであり、ダイオード放出器２８及び回折格子３６は、ＴＬＧ２４に沿って対称に配置する必要はない。格子３６は、ダイオード放出器２８の各々と整合することが望ましいが、この形態は、ＴＬＧ２４に沿って均一であるようにする必要はない。更に、色々なダイオード放出器２８は、本発明の範囲内で異なるパワーを提供し、異なる波長等を有するものとすることができる。
【００２０】
ＴＬＧ２４にはテーパーが付けられている、すなわち、その直径は、信号ファイバ１２に向けて拡大している。このテーパー付けは、励起光３０から、ＴＬＧ２４と空気との間の遷移部（本明細書で境界４０として図示）まで測定した反射角度が、以下により詳細に説明するように、励起光が伝播するに伴って減少することを許容する。ＴＬＧ２４の励起光伝播領域３８を空気に露呈させるため外側バッファ層をＴＬＧ２４から除去することにより、さもなければ、ＴＬＧ２４の周りの外側バッファ層に対して不可能であろう、より大きいＮＡがファイバ２４と空気との境界４０に提供される。このように、境界４０に対する励起光３０の角度が最大となるＴＩＲがダイオードバー２６に近接する境界４０にて許容される。例えば、空気に対して約１．４６の屈折率を有する溶融二酸化ケイ素ガラスに対するＮＡは、約１である。外側クラッディングすなわちバッファ層を有するガラスファイバは、典型的に、ＮＡが約０．３のＮＡである一方、幾つかの特殊なファイバの設計では、ＮＡは、０．４に近くなる。このため、ファイバ対空気の境界４０に対して２．５乃至３倍大きいＮＡは、励起光３０がＴＬＧ２４に沿って伝播するため受容可能な角度範囲を実質的に増大させる。
【００２１】
ＴＬＧ２４がテーパー付きであることは、境界４０から反射する各々にて、励起光３０の光線角度を縮小するすなわち小さくするから、ＴＬＧ２４のテーパー付けは、ファイバ１２の内側クラッディング層１６及び外側クラッディング層１８により設定されたＴＬＧ／ファイバの境界４２における信号ファイバ１２のＮＡに適合するような設計とすることができる。更に、境界４２におけるＴＬＧファイバの直径は、内側クラッディング１６の直径に等しく又はそれよりも小さくされる。このことは、励起光３０がＴＬＧ／ファイバの境界４２にて交差するとき、励起光３０をファイバ１２内に保持することを許容する。ＴＬＧ２４により実現されるこのＮＡの減少及び適合化は、励起光３０をファイバ１２内に効率的に結合して、光を増幅することを可能にする。
【００２２】
本発明によれば、ＴＬＧ２４は、励起光の伝播領域３８を通って伸びるシングルモードコア４８を有している。該コア４８は、光学的溶融といったような、任意の適宜な光学的結合技術によってファイバ１２のコア１４と光学的に結合されており、このため、ファイバ１２内で増幅された信号光は、最小の反射及び損失にてコア４８内に伝播する。このように、励起光３０及び信号ビームは、ＴＬＧ２４及びファイバ１２内で反対方向に伝播する。励起光の伝播領域３８及びコア４８は、二酸化ケイ素のような適宜なファイバ材料で出来ており、伝播領域３８は、コア４８よりも小さい屈折率を有し、このため、信号光は、ＴＩＲによりコア４８内に保持される。コア４８は、希土類イオンで被覆されておらず、このため、コア４８内で信号は何ら増幅されない。しかし、代替的な実施の形態において、コア４８は、信号を増幅させ得るように、希土類イオンで被覆することができる。
【００２３】
出力ファイバ５０は、ダイオードバー２６に近接し且つ、信号ファイバ１２に対向してＴＬＧ２４の端部と光学的に結合されている。出力ファイバ５０は、最小の反射及び損失となるような仕方にてコア４８に光学的に溶融されたシングルモードコア５２を有している。このため、励起光３０によってファイバ１２内で増幅された光信号は、目標に向けるべき増幅させた高パワーの光ビームとしてＴＬＧ２４を通り且つ、出力ファイバ５０内に伝播する。
【００２４】
図２は、励起光の伝播領域５６及びコア５８を有するＴＬＧ６０の側面図である。ＴＬＧ６０は、本発明のシステム１０にて使用すべく適用可能な必要なＴＬＧのテーパー付けの程度を示すため、ＴＬＧ６０を通って伝播する励起光６２を示す。図３は、線３−３に沿ったＴＬＧ６０の断面図である。図２には、励起光６２の遅い軸の面を示し、また、図３は、励起光６２の速い軸の面を示す。ＴＬＧ６０のテーパー角度αは、α＝（ｄ2−ｄ1）／Ｌであり、ここで、ｄ1は、端部６４におけるＴＬＧ６０の直径、ｄ2は、端部６６におけるＴＬＧ６０の直径、Ｌは、ＴＬＧ６０の長さである。１つの実施の形態において、開口数が０．２乃至０．４の信号ファイバの場合、ｄ1＝０．０５、ｄ2＝０．２、Ｌ＝２０ｍｍである。
【００２５】
励起光６２は、ダイオード放出器７４を有するダイオードバー７２に対して配置された開口７０を通ってＴＬＧ６０に入る。この実施例において、開口７０は、単に、ＴＬＧ６０における１つの開口部にしか過ぎず、回折格子を備えていない。このため、励起光６２は、開口７０からＴＬＧ６０を亙って直線状に向けられる。テーパー角度αによって、励起光６２は、第一の反射分から小さい角度にて境界４０から向けられる。適正な角度の励起光６２を発生させるためには、典型的に、境界４０から約８０乃至１００回、反射させる。回折格子を有する設計の場合、信号ファイバ１２内でＴＩＲを実現するための反射回数は、励起光６２は、最初の反射時、かなりの大きさの角度にて境界４０を打撃するため、減少する。
【００２６】
図４は、シングルモードコア８２を有するＴＬＧ８０の一部分の平面図である。このＴＬＧ８０の部分は、ダイオードバーに近接する完全なＴＬＧ８０のミラー部分（≡１００μｍ）であり、ここで、ダイオードバーの多数のダイオード放出器８４の内、２つのみが互いに隣接する位置に示されている。ＴＬＧ８０は、各々がダイオード放出器８４に対向してＴＬＧ８０に設けられた伝送格子線８８を有する回折格子８６の列を備えており、このため、放出器８４から放出された光学励起光９０は、図示するように、ＴＬＧ８０内に回折される。格子線８８は、励起光９０の波長程度、すなわち約１μｍである。この図は、後続の放出器８４の上流にて放出器８４から放出された励起光９０の一部がこれら後続の放出器８４の回折格子８６に衝突することを示すことを目的としている。しかし、格子８６の幅は１μｍ程度と極めて狭小にし、実際に後続の放出器８４の格子８６から漏洩する励起光９０の量を制限することができる。このため、それは、その組み合わさった面積はＴＬＧ８０の表面積よりも遥かに小さいから、ＴＬＧ８０に沿って下方に伝播する励起光９０の極く一部分、例えば１％以下だけが後続の格子８６から漏洩する。
【００２７】
図５は、二酸化ケイ素ブロック１００の上面９８にパターン化されたホログラフィック又は対称の伝送回折格子のような伝送格子９６を有する光学回折装置９４の平面図である。該伝送格子９６は、ブロック１００の上面９８に衝突する光ビーム１０４を回折する複数の格子線１０２を有している。明らかであるように、回折格子９６に起因する光ビーム１０４の回折は、光ビーム１０４をブロック１００内で反対方向に分散させる。この型式の光の分散は、両方向に等しい角度となるように格子線１０２を対称に形成することで実現される。
【００２８】
図６は、上述した装置９４を使用するファイバ列レーザ／増幅器に対する光学励起光システム１０６の平面図である。光学システム１０６は、境界１１２にて互いに光学的に溶融された第一のＴＬＧ１０８及び第二のＴＬＧ１１０を有している。ＴＬＧ１０８、１１０は、境界１１２が図示するようにＴＬＧ１０８、１１０の直径の最狭小部分であるようにテーパーが付けられている。隔てられた回折格子１１４の列がＴＬＧ１０８、１１０の双方に設けられており、この場合回折格子１１４の各々は、図５に関して上述した型式の伝送格子である。
【００２９】
複数のダイオード放出器１１８を有するダイオードバー１１６が放出器１１８が回折格子１１４の各々と整合するようにＴＬＧ１０８、１１０に対して配置されている。放出器１１８からの励起光は、回折格子１１４によって反対方向に回折され、このため、励起光は境界１１２に対し反対方向に伝播する。ＴＬＧ１０８、１１０がテーパー付きであることは、励起光の反射角度を小さくし、境界１１２に対向してＴＬＧ１０８、１１０の各々の一端に結合された上述した型式の信号ファイバ（図示せず）が励起光を受け取る。このように、光学システム１０６は、特定の設計にて信号ファイバのより長い長さに亙って励起光を提供することができる。コアは、明確化の目的のためにのみこの実施の形態にて図示されていない。
【００３０】
図７は、ブレーズした伝送格子１２４が二酸化ケイ素ブロック１２８の上面１２６にパターン化された、光学回折装置９４と同様の光学回折装置１２２の平面図である。伝送格子１２４は、ブレーズされた（ｂｌａｚｅｄ）格子であるため、該伝送格子は光を一方向に回折させる斜めの格子線１３０を有している。このため、上面１２６に衝突する光ビーム１３２は一方向に回折される。
【００３１】
図８は、単一のＴＬＧ１４２を有する光学励起光システム１０６と同様の光学励起光システム１４０の平面図である。隔てられた回折格子１４４の列が図示するようにＴＬＧ１４２内に設けられ、ここで、回折格子１１４の各々は、図７に関して上述した型式の光輝する格子である。複数のダイオード放出器１４８を有するダイオードバー１４６が伝送格子１４４に近接して設けられ、このため、ダイオード放出器１４８は図示するように格子１４４の各々と整合している。ダイオード放出器１４８からの励起光は、伝送格子１４４によってＴＬＧ１４２内に向けられ、このため、励起光は上述したように、ＴＬＧ１４２の拡張端部に向けられる。
【００３２】
図９は、本発明の１つの実施の形態による端部励起式ファイバ列レーザ／増幅器１５０の平面図である。増幅すべき信号光は、一端１５２にて増幅器１５０内に導入され、また、増幅された光は他端１５４から出力される。偏光を維持する（ＰＭ）１本の二重クラッド信号ファイバ１５６が増幅器１５０の端部１５２にて励起源１５８に結合され、また、増幅器１５０の端部１５４にて励起源１６０に結合されている。励起源１５８は、ＴＬＧ１６２と、ダイオードバー１６４とを有し、また、励起源１６０は、ＴＬＧ１６６と、上述の仕方にて励起光を提供するダイオードバー１６８とを有している。入力シングルモードＰＭファイバ１７０がファイバ１５６に対向する励起源１５８に光学的に結合され、また、出力シングルモードＰＭファイバ１７２が、図示するように、ファイバ１５６に対向して励起源１６０に光学的に結合されている。
【００３３】
図９に示した実施の形態において、ダイオードバー１６４からの励起光は、ＴＬＧ１６２と入力ファイバ１７０との間に接合された結合ファイバ１７４内に導入され、また、ダイオードバー１６８からの励起光は、ＴＬＧ１６６と出力ファイバ１７２との間に接合された結合ファイバ１７６内に向けられる。このことは、励起光は、必ずしもＴＬＧ内に向ける必要はなく、別のファイバによってＴＬＧ内に結合してもよく、この場合、反射角度は小さくなることを示す。
【００３４】
連続的なシングルモードファイバコア１７８のストランドは、入力ファイバ１７０から、結合ファイバ１７４、励起源１５８のＴＬＧ１６２、増幅ファイバ１５６、励起源１６０のＴＬＧ１６６、結合ファイバ１７６、次に、出力ファイバ１７２を通って伸びている。このため、信号光が増幅器１５０を通って伝播するとき、その信号光は、増幅ファイバ１５６の両端に設けられた励起光によって増幅される。
【００３５】
図１０は、一連の３つの増幅器部分１８４、１８６、１８８を有し、これら部分１８４、１８６、１８８の各々が図９に示した型式の完全な増幅器１５０である、分散型ファイバ列レーザ／増幅器１８２の平面図である。この実施の形態は、所望の程度の信号増幅が実現されるよう任意の適宜な数の増幅器を信号ファイバに沿って分配することが可能であることを示す。
【００３６】
上記の説明は、本発明の一例としての実施の形態を単に開示し且つ説明するものに過ぎない。当該技術分野の当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、上記の説明、添付図面及び特許請求の範囲から、色々な変更、改変例及び変更例が具体化可能であることが容易に認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１つの実施の形態による、励起光をファイバ列レーザ／増幅器の信号ファイバ内に結合する光学励起光システムの平面図である。
【図２】励起光の光線パターンを示す、図１に図示した光学システム内で採用されるテーパー付き導光路の平面図である。
【図３】テーパー付き導光路の図２の線３−３に沿った断面図である。
【図４】図１に図示した光学システムのテーパー付き導光路の一部分の平面図である。
【図５】本発明の光学システムに適したホログラフィック伝送格子の平面図である。
【図６】図５に図示したホログラフィック伝送格子を採用する、本発明による光学励起光システムの平面図である。
【図７】本発明の光学システムに適した光輝する伝送格子の平面図である。
【図８】図７に図示したブレーズした伝送格子を採用する本発明による光学励起光システムの平面図である。
【図９】本発明の１つの実施の形態による、増幅器の両端に光学励起光システムを採用する一端励起ファイバ列レーザ／増幅器の図である。
【図１０】本発明の別の実施の形態による、複数の分散型光学励起光システムを採用する分散型ファイバ列レーザ／増幅器の図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    光学励起光システム
１２    二重クラッド信号ファイバ
１４    信号モードコア
１６    内側クラッディング層
１８    外側クラッディング層
２４    テーパー付き導光路（ＴＬＧ）
２６    ダイオードバー
２８    ダイオード放出器
３０    光学励起光
３４    開口
３８    励起光の伝播領域
３６    回折格子
４０、４２    境界
４８    コア
５０    出力ファイバ
５２    シングルモードコア
【図１】
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【図２】
2004193558.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004193558.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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