(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一波長の低ノイズ信号光を発生させる少なくとも一つのシード源と、
前記信号光を受け取って増幅するように構成されたサブポンプユニットであって、
前記第一波長よりも短い第二波長でサブポンプ光を放出するように互いにまとめられた複数のサブポンプマルチモードレーザダイオード、及び、
前記サブポンプ光の第二波長を前記信号光の第一波長に変換するように動作可能なマルチモードＮｄファイバ波長変換器であって、
前記低ノイズ信号光のノイズレベルと実質的に同一のノイズレベルと、
ｎＢに比例する輝度（ｎは前記サブポンプマルチモードレーザダイオードの数であり、Ｂは各サブポンプマルチモードレーザダイオードの輝度である）と、
ｎＰｄに比例する出力（Ｐｄは各サブポンプマルチモードレーザダイオードの出力であり、ｎは前記サブポンプマルチモードレーザダイオードの数である）と、を有して増幅された前記信号光を放出するように構成されたマルチモードＮｄファイバ波長変換器
を有するサブポンプユニットと、
増幅された前記信号光を受け取り、且つ９７６ｎｍ付近の第三波長にピーク放出を有するシングルモードＹｂファイバ発振器と、を備えた高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項２】
前記信号光の第一波長が９００〜９４０ｎｍの波長範囲内であり、前記サブポンプ光の第二波長が８００〜８１０ｎｍの波長範囲内である、請求項１に記載の高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項３】
前記サブポンプマルチモードレーザダイオードが、前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器をエンドポンピングする、請求項１に記載の高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項４】
前記サブポンプマルチモードレーザダイオードが、前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器をサイドポンピングする、請求項１に記載の高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項５】
前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器が、増幅された低ノイズポンプ出力が最大０．１％の二乗平均平方根を有するように構成されている、請求項１に記載の高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項６】
前記シード源が、一つ又は複数の組み合わさったマルチモードピグテール型レーザダイオード、一つ又は複数のファイバシード源から成る組から選択された構成を有する、請求項１に記載の高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項７】
前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器が、同心状のコア及び少なくとも一つのクラッドを有するＮｄドープファイバを備えて構成されていて、前記コア及び前記クラッドがそれぞれ均一な断面を備えて構成されている、請求項１に記載の高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項８】
前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器が、コアと、前記コアを取り囲む少なくとも一つのクラッドとを備えて構成されていて、前記コア及び前記クラッドの各々が二重ボトルネック形状の断面を有する、請求項１に記載の高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項９】
前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器が、コアと、前記コアを取り囲む少なくとも一つのクラッドとを備えて構成されていて、前記コアが二重ボトルネック形状の断面を有し、前記少なくとも一つのクラッドが実質的に均一な寸法の断面を有する、請求項１に記載の高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項１０】
前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器と前記シングルモードＹｂファイバ発振器との間に配置されて結合された波長選択器を更に備え、前記波長選択器が、増幅された前記信号光の第一波長に対して透明であり、前記第一波長と異なる寄生波長の光を防止する、請求項１に記載の高出力超高輝度ポンプ源。
【請求項１１】
ポンプ源であって、
第一波長のサブポンプ光を放出する複数のサブポンプレーザダイオードと、
前記サブポンプ光を受け取って、前記第一波長よりも長い第二波長のポンプ信号光を放出するように動作可能なマルチモードＮｄファイバ波長変換器と、
前記第二波長の増幅された前記ポンプ信号光を受け取って、前記第二波長のポンプ光を吸収して、前記第二波長よりも長い９７６ｎｍ付近の第三波長のポンプ光を放出するように動作可能なシングルモードＹｂファイバ発振器とを備えて構成されたポンプ源と、
前記ポンプ光を受け取り、前記第三波長付近にピーク吸収を備えて構成されて、実質的にシングルモードでシステムからの光を放出するように構成されたファイバレーザデバイスと、を備えた高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項１２】
前記ファイバレーザデバイスが、Ｙｂ、Ｅｒ及びそれらの組み合わせから成る群から選択された希土類イオンでドープされた活性ファイバを含む、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項１３】
前記ファイバレーザデバイスが、ファイバ増幅器又はファイバ発振器を含む、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項１４】
前記ポンプ源が、前記ファイバレーザデバイスをエンドポンピングするように、又は前記ファイバレーザデバイスをサイドポンピングするように構成されている、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項１５】
前記システムからの光が、０．１倍分以上前記第三波長を超えないシステム波長で放出される、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項１６】
前記ファイバレーザデバイスが、シングルモードコア又はマルチモードコアを備えて構成されていて、前記マルチモードコアが、所望の波長の実質的にシングルモードで前記システムからの光を放出するように構成されている、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項１７】
前記ポンプ源が、９００から９４０ｎｍの間の前記第二波長のポンプ信号光を放出する一つ又は複数のマルチモードシード源を更に有し、前記マルチモードシード源が、レーザダイオード又はファイバから選択されている、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項１８】
前記複数のサブポンプレーザダイオードが、略８００ｎｍから略８１０ｎｍの間の範囲の前記第一波長のサブポンプ光を放出し、前記複数のサブポンプレーザダイオードが、互いにまとめられて、前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器をサイドポンピングするか、又は、前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器をエンドポンピングする、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項１９】
前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器及び前記シングルモードＹｂファイバ発振器の各々が、同心状のコア及び少なくとも一つのクラッドを有するドープファイバを備えて構成されていて、前記コア及び前記クラッドがそれぞれ均一な断面を備えて構成されている、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項２０】
前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器及び前記シングルモードＹｂファイバ発振器の各々が、コアと、前記コアを取り囲む少なくとも一つのクラッドとを備えて構成されていて、前記コア及び前記クラッドの各々が、二重ボトルネック形状の断面を有する、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項２１】
前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器及び前記シングルモードＹｂファイバ発振器の各々が、コアと、前記コアを取り囲む少なくとも一つのクラッドとを備えて構成されていて、前記コアがダブルボトルネック形状の断面を有し、前記少なくとも一つのクラッドが、実質的に均一な寸法の断面を有する、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項２２】
前記ポンプ源が、前記マルチモードＮｄファイバ波長変換器と前記シングルモードＹｂファイバ発振器との間に配置されて結合された波長選択器を更に有し、前記波長選択器が、増幅された前記信号光の第二波長に対して透明であり、前記第二波長とは異なる寄生波長の光を防止する、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項２３】
一つ又は複数のシード源が、前記ファイバレーザデバイスをエンドポンピングするか、又は、前記ファイバレーザデバイスをサイドポンピングする、請求項１１に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項２４】
ポンプシード源と、前記ポンプシード源の下流のマルチモードＮｄファイバ増幅器と、前記マルチモードＮｄファイバ増幅器の下流のシングルモードＹｂレーザとを備えて構成されたポンプシステムを備えた高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステムであって、９７５ｎｍ付近の波長の前記シングルモードＹｂレーザの出力が、前記ポンプシード源によって放出される略９２０ｎｍのマルチモードシード信号よりも数百倍明るくて且つ最大で十倍高出力になるように、前記マルチモードＮｄファイバ増幅器及び前記シングルモードＹｂレーザが構成されている、高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項２５】
Ｙｂイオン、Ｅｒイオン、又はＥｒ／Ｙｂイオンでドープされ９７６ｎｍ付近にピーク吸収を有する活性ファイバを有するファイバレーザデバイスを更に備えた請求項２４に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項２６】
前記ファイバレーザデバイスがファイバレーザ又はファイバ増幅器を含む、請求項２５に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項２７】
前記ファイバレーザデバイスの活性ファイバが、基本モードのみを実質的にサポートすることができるマルチモードコアを備えて構成されている、請求項２５に記載の高出力超高輝度シングルモードファイバレーザシステム。
【請求項２８】
伝達ファイバによって前記マルチモードＮｄファイバ増幅器に伝達される８００〜８１０ｎｍ範囲のサブポンプ光を放出する複数のポンプレーザダイオードを更に備え、前記マルチモードＮｄファイバ増幅器が、間隔の空いた複数の端部領域と、前記端部領域から内側に間隔の空いた中心領域と、前記端部領域と前記中心領域の両端とを繋ぐ移行領域とを含むボトルネック断面を有し、前記中心領域が、前記端部領域の均一な寸法の断面よりも大きな均一な寸法の断面を有する、請求項２４に記載の高出力超高輝度シングルモード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、略９７５ｎｍに吸収ピークを有するシングルモード（ＳＭ，ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）高出力ファイバレーザ及び増幅器に関する。特に、本開示は、９７６ｎｍ波長範囲（９８０ｎｍ波長範囲と称されることも多い）の高出力超高輝度ＳＭポンプライトを出力するファイバポンプユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）及び他の希土類イオンでドープされたファイバを含むファイバレーザシステムは、高効率で、コスト効果的で、小型で、且つ頑丈な光発生及び光増幅デバイスである。特に、Ｙｂ及びＥｒファイバレーザシステムが、その優れた効率及び長期間安定性のために、ファイバレーザ市場において主流となっている。
【０００３】
９７６ｎｍ範囲の光を放出するポンプ源は、多様な産業的応用にとって特に興味が持たれるものであるが、そうした応用として、ファイバのコアのドーパント組成に応じて略９７４〜９７６ｎｍにピーク吸収を有する高出力Ｙｂ及びＥｒファイバデバイスのポンピングが挙げられるが、これに限定されるものではない。所望の波長におけるファイバデバイスの効率は、より高いポンプ光吸収及びより高い反転分布で改善される。一つよりも多くのスペクトル利得領域を有するＹｂファイバレーザデバイスにとって、吸収は特に重要である。吸収レベルが高くなると、ドープされたファイバの全長が短くなり、非線形性に対する閾値が高くなる。これは、ファイバレーザ及び増幅器のパワースケーリングに悪影響を与える非線形効果を制限するのに重要である。従って、略９７５ｎｍのピーク吸収に可能な限り近い波長にＹｂドープファイバをポンピングすることで、ファイバ長さが短くなり、非線形性に対する閾値が高くなる。
【０００４】
既存の略９７５ｎｍで発光するポンプを二つのグループに分けることができて、即ち、ＳＭ光源とＭＭ光源である。ＳＭ光源として典型的には、低出力で高品質ビームを放出するレーザダイオードが挙げられ、ＭＭ光源としても、レーザダイオードが挙げられるが、この場合、高出力であるが低輝度であり、従って低品質のビームを発生させ得る。入力光の輝度が劣ると、その吸収が実質的に悪化する。
【０００５】
従って、効率的な略９７６ｎｍＹｂファイバレーザデバイスは、９７６ｎｍ付近の波長における高輝度ポンプ光を必要とする。略９７６ｎｍで高輝度光を放出することができる高効率ポンプ源が、従来開示されている。このポンプ源は、ポンプシード信号光と、略９７５ｎｍの波長で超高輝度ポンプ光を放出するマルチモード（ＭＭ，ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ）ファイバ変換器と、ポンプ光を受け取り、１０１５ｎｍ範囲のより長い波長において高出力高輝度シングルモード（ＳＭ）光を放出するように動作可能なシングルモード（ＳＭ）Ｙｂファイバレーザとを含む。上記システムの使用は、望まれる９７６ｎｍ範囲にＳＭ  Ｙｂレーザがなくてもよい特定の応用を有し得るものであるが、この場合、放射は多重モードになる。これは、略９７６ｎｍにおける出力ビームの輝度及び品質に影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５１７４３号ＲＭ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、略９７６ｎｍ範囲において高出力超高輝度ＳＭ出力を有するポンプ源が要求されている。
【０００８】
更に、略９７６ｎｍにおいて超高輝度高出力ＳＭポンプ光を放出するポンプ源を用いた高出力ファイバレーザシステムが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
こうした要求は、Ｙｂ及び／又はＥｒ希土類イオンでドープされ９７６ｎｍ範囲にピーク吸収を有するファイバレーザ及び増幅器用の本ポンプ源によって満たされる。本ポンプ源は、ｋＷ出力レベルの回折限界超高輝度ビームを出力するように構成されて、また、サブポンプユニットと、略９７６ｎｍの高出力超高輝度ポンプ光を放出するＳＭ  Ｙｂファイバレーザとを含む。
【００１０】
本開示の一態様によると、サブポンプユニットは、ＳＭ  Ｙｂファイバレーザ内に結合される高輝度サブポンプ光を発生させるように構成される。このユニットは、比較的短波長のサブポンプ光を出力する複数のＭＭレーザダイオードと、サブポンプ光の波長を、より長い波長のサブポンプ出力に増幅及び変換するＭＭ  Ｎｄドープファイバ波長変換器とを有する。複数のＭＭサブポンプレーザダイオードの使用は、変換器の出力における高出力レベルに寄与する。ファイバ増幅器は、ポンプシード源からのポンプ信号光を増幅するだけではなく、高出力サブポンプ光によって、ポンプ信号光の輝度も実質的に上昇させる。
【００１１】
本開示の更なる態様によると、ポンプ源のＳＭ  Ｙｂレーザは、コアの直径とクラッドの直径との間の高い比を提供して、高輝度サブポンプ光が効率的に吸収されることを可能にするＹｂドープ活性ファイバの幾何学的形状によって、サブポンプ光を効率的に吸収するように構成される。結果として、所望の９７６ｎｍ範囲のポンプ出力であるＳＭ  Ｙｂファイバレーザの出力が、サブポンプ光のものよりも更に明るくなる。
【００１２】
本デバイスの上記及び他の態様、特徴、及び、利点は、添付図面を参照して以下の具体的な説明から明らかになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】９７６ｎｍ範囲の高出力超高輝度ＳＭを出力する本ポンプ源を備えた高出力ファイバレーザシステムを示す。
【図２】図１のポンプ源のＭＭ  Ｎｄ波長変換器の構成として考えられるものの一つを示す。
【図３】図２の線Ｉ‐Ｉに沿ったＮｄ波長変換器の初期構成の断面図を示す。
【図４】図２の線Ｉ‐Ｉに沿ったＮｄ波長変換器の最終構成の断面図を示す。
【図５】図１に示されるポンプ源のＳＭ  Ｙｄファイバレーザの実施形態として考えられるものの一つを示す。
【図６】図１〜５のポンプ源を用いた高出力ファイバレーザシステムの構成を示す。
【図７】図１〜５のポンプ源を用いた高出力ファイバレーザシステムの構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に図示されている本開示の複数の実施形態について詳細に説明する。同じ又は同様の部分又はステップを指称するのに、図面及び説明においては同じ又は同様の参照番号を用いている。図面は、単純化されていて、正確な縮尺通りではない。
【００１５】
図１を参照すると、ポンプ源１０は、特に、９００〜９４０ｎｍ範囲（好ましくは、略９１５〜９２０ｎｍの波長）でシード信号を放出する一つのポンプシード源又は複数のシード源１２を備えて構成される。シード信号は、ＭＭ波長変換器１４を含むサブポンプユニットに更に結合され、そのＭＭ波長変換器１４は、ＮｄドープＭＭファイバを備えて構成されたファイバ増幅器であり、８００〜８１０ｎｍのサブポンプレーザダイオード１８の放出を略９１５〜９２０ｎｍのサブポンプ放出に変換するように動作可能である。ＳＭ  Ｙｂファイバレーザ１６は、ファイバグレーティングＦＧ間に画定された共鳴キャビティを備え、変換及び増幅されたサブポンプ放出を受け入れ、ポンプ源１０の構成を完成させる。以下で開示するように、ポンプ源１０は、９７６ｎｍ範囲の波長の超高輝度高出力ＳＭポンプ光を放出するように動作可能であり、略９７６ｎｍにピーク吸収を有し且つＹｂイオン、Ｅｒイオン又はＹｂ／Ｅｒイオンでドープされたファイバレーザ又は増幅器２０に更に結合される。
【００１６】
ポンプシード源１２は、所望の波長、例えば略９２０ｎｍでサブポンプ信号光を放出するＭＭピグテール型レーザダイオードを備えて又はこれと組み合わせて構成される。レーザの当業者には既知のように、レーザダイオードは、比較的スパイクが少なく、つまり滑らかで低ノイズの信号を出力する。典型的には、二乗平均平方根（ＲＭＳ，ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ）単位で測定されるノイズレベルは、略０．１ＲＭＳであり、一方で、典型的には、サブポンプ信号光の開口数（ＮＡ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）の範囲は、略０．１から０．１３の間である。信号光の出力は、数十から数百ワットになり得る。半導体構造のシード１２が、比較的滑らかな出力のため好ましいものであるが、ファイバ構成を有することもできる。信号光は、パッシブＭＭファイバ２２に更に結合されて、光路に沿って、ＭＭ  Ｎｄ波長変換器１４に誘導されて、信号が増幅されて、その輝度が少なくとも１０倍増大する。
【００１７】
以下で説明するように、波長変換器１４におけるＭＭ  Ｎｄドープファイバ等のファイバの使用は、光の輝度を増大させる。輝度Ｂを、以下のように求めることができる：
Ｂ≒Ｐ／ＢＰＰ      （１）
ここで、Ｐは出力であり、ＢＰＰは、ビーム発散半角とビーム半径との積によって求められるビームパラメータの積である。ＢＰＰが小さいほど、ビーム品質が高くなり、輝度が高くなる。従って、回折限界ガウスビームが、最も低いＢＰＰを有する。ＢＰＰは、１/２Ｄｃ×ＮＡに対応し、ここで、Ｄｃはコアの直径であり、ＮＡは開口数である。従って、コアの直径Ｄｃを増やして、ＮＡを減らすと、ＢＰＰが増強されて、輝度Ｂが上昇する。従って、ファイバの製造を制御することで、ファイバが低ＮＡ及び低ドーパント濃度を有することができ、これは、以下で説明する理由によって有利なものとなる。
【００１８】
Ｎｄは、９００ｎｍ範囲に対応する信号波長及び１０６０ｎｍ範囲に対応する寄生波長における増幅を特徴としている。更に、１０６０ｎｍ範囲における寄生波長の利得と、９００ｎｍ範囲における信号波長の所望の値の利得とは、Ｎｄドープファイバの全長及び活性イオンの濃度の積に比例する。典型的には、ファイバの長さ及びイオン濃度が増えると、パラサイト範囲における利得が増えて、これは、動作波長範囲における利得に悪影響を与える。従って、ファイバ長さが長くなり、Ｎｄイオン濃度が高くなると、不可避的に、略１０６０ｎｍ範囲における増幅が、所望の９００ｎｍ範囲における増幅よりも大きくなる。寄生波長における望ましくない増幅を最少化するため、Ｎｄファイバの長さ及びイオン濃度を増やさずに、サブポンプ光の吸収を増大させることが望ましい。
【００１９】
本開示の一態様によると、略８００〜８１０ｎｍにおけるサブポンプ光の吸収の増大は、Ｎｄファイバのコアの直径とクラッドの直径との間の高い比の結果である。この比が高くなると、つまり、コアの直径が大きくなるが、クラッドの直径が同じであるか又は小さくなると、サブポンプ光の吸収が増える。
【００２０】
図２は、本開示のこの態様を実現するように構成された変換器１４のＮｄドープファイバ２４の一実施形態を示す。特に、参照として本願に完全に組み込まれる特許文献１に開示されているように、複数のサブポンプダイオード１８によってサイドポンピングされるＮｄドープファイバ２４は、二重ボトルネック形状を有する。
【００２１】
図示されているように、波長変換器又はファイバ増幅器１４は、ＭＭの多重クラッドＮｄファイバ２４を備え、その活性ファイバ２４の側面には、ファイバ２４の両側に突合せ接合された入力及び出力用のＳＭ（又はＭＭ）パッシブファイバが配置される。複数のサブポンプダイオード１８は、互いに光学的及び機械的に結合されて、結合器を形成し、これは、当業者には既知のように、結合ＭＭ出力を、変換器１４をサイドポンピングするコアレスＭＭ伝達パッシブファイバ３６を通して、Ｎｄファイバ２４に誘導する。伝達ファイバ及びアクティブファイバの各々の結合ストレッチ部は、結合領域を画定し、その結合領域に沿って、ポンプ光が、ファイバ２４のコア２６内に提供されたＮｄ利得媒体に到達して吸収される。必要であれば、接続されたファイバを、外力の印加に応答して、互いに引き抜き得る。Ｎｄイオンは、略１０から２００ｐｐｍの範囲内の濃度（９００ｎｍの波長範囲における望ましい利得及び１０６０ｎｍ範囲における十分な利得の抑制にとっては、５０〜１００ｐｐｍの範囲が好ましい）で、ファイバのコア２６内に導入される。
【００２２】
Ｎｄアクティブファイバ２４の幾何学的形状、つまり、長手方向のファイバ軸に沿ったコア２６の断面及びクラッド２８の断面は、二重ボトルネック形状の断面を有する。これは、狭い寸法の入力端部領域３０と、均一な寸法の増幅中間領域３２（入力領域の面積よりも大きな面積Ａｃｏｒｅを有する）と、端部領域と中間コア領域とを繋ぐ切頭円錐状の入力変換領域２４とを含む。二重ボトルネック部分を完成させるため、コア２６は、必要に応じて入力領域と実質的に同一に又は異なるようにそれぞれ構成された出力切頭円錐状の変換領域と端部領域とを更に有する。コア２６は、シングル横モード、又はマルチモードをサポートし得る。クラッド２８は、コア２６の断面と相補的な断面、又は均一な断面を有し得る。
【００２３】
図３に示されるように、初期設定では、伝達ファイバ３６及びＮｄファイバ２４は同等の外径を有し得て、一方、明らかなように、コア２６の断面積Ａｃｏｒｅは、Ｎｄファイバのクラッド領域及び伝達ファイバのクラッド領域の和であるクラッド領域の断面積Ａｃｌａｄよりも小さい。この比を増大させるため、図４に示されるように、直径方向に逆向きの張力をファイバ２４とファイバ３６に印加して、組み合わせのクラッド領域の断面積を減少させるのと同時に、コア領域を増大させる。各ファイバの増大及び減少の割合は任意のものではない。この割合は、変換器１４のＮＡが、図１のシード源１２のものと等しい、好ましくは最大で０．０８倍分だけ小さくなるように選択される。
【００２４】
結果として、Ｎｄファイバ２４のコアの直径とクラッドの直径との間の比が比較的小さく、高いＤｃｏｒｅ／Ｄｃｌａｄ比で構成されたＮｄファイバ２４内で吸収されるサブポンプ出力が高いので、所望の９１５〜９２０ｎｍ波長で変換器１４によって放出される増幅ポンプ信号光は、非常に明るい。変換ポンプ信号光の輝度は、ｎ×Ｂに比例し、ここで、ｎは、ＭＭサブポンプレーザダイオードの数であり、Ｂは、各ＨＰレーザダイオード１８の輝度である。複数のＭＭサブポンプダイオード１８の使用によって、増強ポンプ信号光は高出力なものでもある。増幅ポンプ信号光の出力は、ｎ×Ｐｌｄに比例し、ｋＷレベルに達し得て、ここで、ｎはＨＰレーザダイオード１８の数であり、Ｐｌｄは、各ダイオードの出力である。勿論、その出力は、シード源１２によって放出されるポンプ信号光の出力にも依存し、サブポンプユニットの全出力を決定するにあたって織り込む必要がある。レーザダイオード１８は、サイドポンプ波長変換器１４として図示されているが、レーザの当業者であれば容易に実現できるように、Ｎｄファイバ２４のコア／クラッド比を最適に高く保つことを勿論前提として、ダイオード１８をエンドポンピング構成で配置することができる。
【００２５】
図１に戻ると、レーザの当業者には周知のように、略１０３０ｎｍにおけるピーク放出を完全に除去することはできない。略１０３０ｎｍのサブポンプ変換光が、ＳＭ  Ｙｂファイバレーザ１６に結合することを防止するため、ポンプ源１０は、変換器１４とＳＭレーザ１６との間にフィルタ４５を更に含む。多様な物理原理に基づいた多様な種類の光学フィルタが存在している。例えば、フィルタ４５は、長周期ファイバグレーティング又は傾斜ファイバグレーティングを備えたパッシブファイバから選択され得る。代わりに、サマリウム（Ｓｍ３＋）や、当業者には既知の他の同様の機能のドーパントを高濃度で備えたパッシブファイバもフィルタとして使用可能である。更に他の可能性としては、Ｗ型屈折率プロファイルを有するパッシブファイバを備えて構成されたフィルタを有することが挙げられる。
【００２６】
図５を参照すると、変換サブポンプ光は、ＳＭ  Ｙｂファイバレーザ１６に更に結合される。上述のように、増幅シード信号光の輝度が増大して、高反転分布となると、所望の９７６ｎｍ範囲で放出されるＳＭポンプ光は、信号ポンプ光よりも百倍から数百倍明るくなり得る。これと当時に、寄生１０１５ｎｍの光放出が実質的に抑制される。
【００２７】
図２に示されるＮｄ変換器１４の構成と類似したＳＭ  Ｙｂ発振器１６を構成することによって、ポンプ光の輝度を更に改善することができる。つまり、Ｙｂドープファイバ３７は、上述の全ての利点を備えて、二重ボトルネックの長手方向断面を有し得る。
【００２８】
図６は、Ｙｂ又はＥｒでドープされたレーザ又は増幅器４０を備えた超高出力ファイバレーザシステム５０における図１のポンプ源１０の応用として考えられるものの一つを示す。特に、高出力ファイバレーザシステム５０は、一束にまとめられた複数のポンプ源１０を含む。９８０ｎｍ波長範囲の信号を誘導する中心ＳＭ信号ファイバ３８が、束の中を通って、信号ファイバ３８を取り囲むポンプ１０に光学的に接続される。このまとめられたポンプ源の出力ファイバ４２及び中心信号ファイバは、エンドポンピング法に従ってファイバ増幅器又はレーザ２０内にポンプ光及び信号光を伝達する。ファイバ増幅器又はレーザ２０は、所望の波長範囲で高出力回折限界ビームを出力するように構成される。ファイバデバイス２０は、Ｙｂドープファイバベースのものである場合、そのピーク放出波長は、好ましくは、略０．１倍分以上ポンプ波長を超えない。ファイバレーザシステム２０の活性ファイバは、所望の波長の基本モードを実質的にサポートすることができるマルチモードコア又はＳＭコアのいずれかを備えたＳＭデバイスであり得る。必要に応じて、例示されるシステムにおいて、偏光（偏波）維持ファイバを用いることができる。
【００２９】
図７は、高出力ファイバレーザシステム５０における本ポンプ源１０の他の構成を示す。この場合、複数のポンプグループ（各グループが、図１の高出力超高輝度ファイバレーザポンプ源１０を複数含む）と、Ｙｂ又はＥｒファイバデバイス２０とが、サイドポンピング構成を形成する。各グループの複数のポンプ源１０は互いにまとめられて、所望の波長で結合器から、例えばＹｂファイバ増幅器２０にポンプ光を誘導する単一の出力ファイバを有するようにする。これは、ＳＭコア又はＭＭコアで構成され得て、そのＭＭコアは、所望の波長の実質的にシングルモードでシステムからの光を放出し、実質的に単一の基本モード又は低次モードの出力で超高輝度光を出力し得る。
【００３０】
図６及び図７に示される両構成は、放出波長がファイバデバイス２０のＹｂ又はＥｒ利得媒体の略９７５ｎｍの吸収ピークに実質的に一致している高出力高輝度ポンプ信号でポンピングされる改良型高出力ファイバレーザ及び／又は増幅器を特徴としている。そのため、当業者には容易に実現できるように、図６及び図７の概略図において、改良型増幅器２０のアクティブファイバの長さが実質的に短くなっている一方で、非線形効果に対する閾値が上昇している。
【００３１】
添付図面を参照して少なくとも一つの本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明は、その正確な実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。例えば、本ポンプ源は、ＣＷレーザシステム又はパルスレーザシステムの一体部となり得る。上記本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、多様な波長、ファイバパラメータ、希土類ドーパント等の多様な変更、修正及び適応が当業者には可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ポンプ源
１２  シード源
１４  波長変換器
１６  レーザ
１８  レーザダイオード
２０  ファイバレーザ又は増幅器
【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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