(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに結合された少なくとも１対の反射器を含み、前記少なくとも１対の反射器は、前記少なくとも１対の反射器間に光キャビティを画定し、前記光キャビティ内で光を反射するように構成されており、さらに、
前記光ファイバに結合され、前記光キャビティにポンプ光を供給するように構成された少なくとも１つの光ポンプと、
前記光キャビティ内の光エネルギーを増幅するために、前記ポンプ光に応答する光キャビティ内に位置決めされた利得媒体と、
前記光キャビティの外に前記光エネルギーの大部分を結合する線光源を形成するように構成された前記光キャビティ内に位置決めされた１つ又はそれ以上の傾斜グレーティングとを含むファイバ・レーザ。
【請求項２】
前記少なくとも１対の反射器が第１の対の反射グレーティングを含む、請求項１に記載のファイバ・レーザ。
【請求項３】
前記光キャビティが第２の対の反射グレーティングを含み、前記第２の対の反射グレーティングが、前記ファイバ内に形成され、前記第１の対の反射グレーティング内に位置決めされ、そして、前記第２の対の反射グレーティング間で前記光キャビティ内の前記光エネルギーを反射するように構成される、請求項２に記載のファイバ・レーザ。
【請求項４】
前記第１の対の反射グレーティングにより、光が約１５５５ｎｍの波長で前記光キャビティに入ることが可能になる、請求項２に記載のファイバ・レーザ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光ポンプの反対側で前記少なくとも１対の反射器の別の側に位置決めされ、そして、前記光キャビティにポンプ光を供給するように構成された第２の光ポンプをさらに含む、請求項１に記載のファイバ・レーザ。
【請求項６】
前記光キャビティ内に位置決めされ、前記キャビティの外に前記光エネルギーを結合するように構成された第２の傾斜グレーティングをさらに含む、請求項１に記載のファイバ・レーザ。
【請求項７】
前記少なくとも１対の反射器における前記反射器のうちの少なくとも１つが、前記ファイバ内または前記ファイバの端面の近くに設けられる、請求項１に記載のファイバ・レーザ。
【請求項８】
前記少なくとも１対の反射器が、前記利得媒体の一方の端部に１つまたは複数の高反射器と、前記利得媒体の他方の端部に単一の広帯域反射器とを含む、請求項１に記載のファイバ・レーザ。
【請求項９】
光キャビティを有する光ファイバと、
前記光キャビティにポンプ光を供給するように構成された光ポンプと、
前記光キャビティ内の光エネルギーを増幅するために、前記ポンプ光に応答する光キャビティ内に提供された利得媒体と、
前記光キャビティの外に前記光エネルギーの大部分を結合する線光源を形成するように構成された前記光キャビティ内に位置決めされた１つ又はそれ以上の傾斜グレーティングと、を含むファイバ・レーザ。
【請求項１０】
前記光キャビティが、１対のグレーティングによって形成されたリニア・キャビティであり、前記グレーティングが、前記光キャビティ内で前記光エネルギーを反射するように構成される、請求項９に記載のファイバ・レーザ。
【請求項１１】
前記光キャビティが、少なくとも１つの光カプラによって形成されたリング形状キャビティである、請求項９に記載のファイバ・レーザ。
【請求項１２】
前記光ポンプが、前記リニア光キャビティにポンプ光を反対方向で供給するようにさらに構成される、請求項１０に記載のファイバ・レーザ。
【請求項１３】
前記光ポンプが、前記光キャビティの両側に位置決めされた２つのポンプを含む、請求項１２に記載のファイバ・レーザ。
【請求項１４】
前記グレーティングが、前記媒体の外に少なくとも部分的に形成されるか、または前記媒体内に少なくとも部分的に形成される、請求項１または９に記載のファイバ・レーザ。
【請求項１５】
光ファイバから少なくとも部分的に形成されるリング形状光キャビティと、
前記リング形状光キャビティにポンプ光を供給するように構成されたポンプと、
前記リング形状光キャビティ内の光エネルギーを増幅するために、前記ポンプ光に応答する前記リング形状光キャビティ内に位置決めされた利得媒体、
前記光キャビティの外に前記光エネルギーの大部分を結合する線光源を形成するように構成された前記光キャビティ内に位置決めされた１つ又はそれ以上の傾斜グレーティングと、を含む光アセンブリ。
【請求項１６】
前記１つ又はそれ以上の傾斜グレーティングが、前記利得媒体の外に少なくとも部分的に形成される、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記１つ又はそれ以上のグレーティングが２つの傾斜グレーティングを含み、
前記２つの傾斜グレーティングの各々が４５°の軸角を有し、
前記２つの傾斜グレーティングの方位角間の差が９０°であり、
前記グレーティングの相対強度が、一方のグレーティングは前記レーザ・キャビティ内の前記光エネルギーの大部分を偏光させ、他方のグレーティングは、レーザ発振している前記偏光に沿って前記光エネルギーの大部分を前記ファイバの外に散乱させるものである、請求項１５に記載のアセンブリ又は請求項１若しくは９に記載のファイバ・レーザ。
【請求項１８】
前記リング形状光キャビティ内に位置決めされ、前記１つ又はそれ以上の傾斜グレーティングと同じ角度または異なる角度で前記リング形状光キャビティの外に光エネルギーを結合するように構成された第２の傾斜グレーティングをさらに含む、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
ａ）前記第１のポンプから放出された前記ポンプ光を受け取り、前記ポンプ光を前記リング形状光キャビティに結合するように構成された光カプラ、
ｂ）前記リング形状光キャビティ内に位置決めされ、前記リング形状光キャビティ内の前記光エネルギーを単一方向に導くように構成されたアイソレータ・デバイス、または、
ｃ）前記リング形状光キャビティ内の前記光エネルギーを第１の波長でフィルタ処理するように構成された少なくとも１つのフィルタ、
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
第２の波長で前記リング形状光キャビティ内に発生した前記信号光をフィルタ処理するように構成された１つまたは複数の第２の波長フィルタをさらに含む、請求項１９に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記リング形状光キャビティにポンプ光を第１の方向で供給するように構成された第１のポンプと、
前記リング形状光キャビティにポンプ光を前記第１の方向とは反対の第２の方向で供給するように構成された第２のポンプと、を含む、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記１つ又はそれ以上の傾斜グレーティングが、グレーティング平面に関して前記ファイバの軸に対して４５度に傾けられている、請求項１５に記載のアセンブリ又は請求項１若しくは９に記載のファイバ・レーザ。
【請求項２３】
前記１つ又はそれ以上の傾斜グレーティングの長さが、少なくとも数センチメータである、請求項１に記載のファイバ・レーザ。
【請求項２４】
前記線光源の強度が、前記１つ又はそれ以上の傾斜グリーティングの長さにわたって実質的に一定である、請求項１に記載のファイバ・レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は線光源および光ファイバに関する。より詳細には、本発明はファイバの側面から光を結合する光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な用途が線光源を利用している。線光源は、数センチメートルから数メートルの長さに、またはさらに長くすることができる。線光源は、高い処理量、したがって検査の区域を流れる品目を試験する大きく長い区域の検査に役立つ光検査業務で使用される。線光源の重要な基準には、線光源が均一、効率的、低コスト、高信頼、最少の本質的でない熱発生でなければならないことが含まれる。線光源を利用するいくつかのシステムでの別の重要な基準は、光のすべてが１つの小さい区域にのみ入射するように線光源が高い指向性のものであることである。追加の基準は、線光源が特定のスペクトル成分だけを有することである。
【０００３】
現在の線光源には、ダイオードのアレイ、長いハロゲン・ランプ、および散乱ファイバが含まれる。１つの解決策は、ファイバに刻み込まれた傾斜グレーティングをもつファイバを使用する。しかし、光はグレーティングを通って伝搬するにつれて激減するので、このファイバ・グレーティングの解決策は、適切な散乱光均一性を達成するために非均一なグレーティング強度を必要とする。さらに、グレーティングは１つの偏光しか外に結合することができず、それにより光源はそれほど効率的でなくなる。さらに、ファイバに沿って十分な複屈折がある場合、偏光はファイバに沿って回転し、それにより、外に結合される光のパワーは非均一になることがある。さらに、いかなる偏光変動も外に結合されるパワーの不安定性を招くことがある。最後に、狭帯域スペクトルが必要とされる場合、これはファイバ入力において満たされなければならず、そのようなレーザ源は高価で、非効率的となることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，２１１，９５７号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｉｎ−ｌｉｎｅ  Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｂｌａｚｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ、Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ  Ｐ．Ｓ．ら、Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ＩＥＥＥ、２０００年１０月、１２巻、Ｉｓｓｕｅ  １０、１３５２〜１３５４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの態様は光ファイバに結合された少なくとも１対の反射器を有するファイバ・レーザを含み、この少なくとも１対の反射器は、この少なくとも１対の反射器間に光キャビティを画定し、その光キャビティ内の光を反射するように構成される。少なくとも１つの光ポンプが光ファイバに結合され、ポンプ光を光キャビティに供給するように構成され、少なくとも１つの媒体が光キャビティ内に位置決めされ、光キャビティ内にポンプ光から信号光を発生させるように構成される。さらに、少なくとも１つのグレーティングが光キャビティ内に位置決めされ、光キャビティから外に信号光を結合するように構成される。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、光アセンブリは、光ファイバから少なくとも部分的に形成されるリング形状光キャビティと、リング形状光キャビティにポンプ光を供給するように構成されたポンプと、リング形状光キャビティ内に位置決めされ、ポンプ光から信号光を発生させるように構成された媒体とを含む。第１のグレーティングが、リング形状光キャビティ内に位置決めされ、このリング形状光キャビティから外に信号光を結合するように構成される。
【０００８】
本発明のさらなる別の態様では、ファイバ・レーザは、その中に光キャビティを有する光ファイバと、光キャビティにポンプ光を供給するように構成された光ポンプと、光キャビティ内に設けられ、ポンプ光から出力光を発生させるように構成された媒体とを含む。グレーティングが光キャビティ内に設けられ、光キャビティから外に出力光を結合するように構成される。
【０００９】
添付の図面と関連付けて考慮すると、本発明は以下の詳細な説明を参照して一層よく理解されるようになるので、本発明およびそれに付随する利点の多くのより完全な理解が容易に得られるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】リニア・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザを示す図である。
【図２Ａ】同じ角度で配向された２つの傾斜ファイバ・グレーティングをもつリニア・キャビティを備える二重ポンプ・レーザを示す図である。
【図２Ｂ】異なる角度で配向された２つの傾斜ファイバ・グレーティングをもつリニア・キャビティを備える二重ポンプ・レーザを示す図である。
【図３】リング・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザを示す図である。
【図４】リニア・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザを示す図である。
【図５】リング・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザを示す図である。
【図６】リニア・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザを示す図である。
【図７】ファイバ・レーザの出力スペクトルを示す図である。
【図８】図８Ａは、第１のグレーティング構成を有する側面発光ファイバ・レーザ（ｓｉｄｅ  ｆｉｒｅ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ）の側面図および端面図、ならびにそれからの光出力を示す図であり、図８Ｂは、第２のグレーティング構成を有する側面発光ファイバ・レーザの側面図および端面図、ならびにそれからの光出力を示す図である。
【図９Ａ】ファイバ軸と平行な出力ビームのプロファイルを示す図である。
【図９Ｂ】ファイバ軸に垂直な出力ビームのプロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、改善された線光源機能を有するレーザ構成を対象とする。より詳細には、本明細書に開示されるレーザ構成は、改善された効率、より良好な均一性、より少ない偏光感受性、より低いコスト、および１つまたは複数のレーザ波長での単一のレーザ線出力の可能性を有する。
【００１２】
本発明の実施形態は側面発光ファイバ・レーザに関する。側面発光ファイバ・レーザはキャビティ内で光を発生させるためのキャビティを含む。側面発光ファイバ・レーザは、さらに、ファイバ・レーザの側面から特定の方向にキャビティから外に光を結合するように構成される。
【００１３】
図１は、リニア・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザを示す。レーザは、ポンプ４ａおよび４ｂからの光を受け取るファイバ２を含む。ポンプ４ａおよび４ｂは、任意の所望のパワーで光を放出する任意の所望のポンプとすることができる。代替の実施形態では、少しドープしたファイバまたは短い長さのドープ・ファイバが、単一の方向に伝搬させるただ１つのポンプ・レーザと共に使用することができる。この構成は、十分に長い長さのファイバにわたって、有用である均一な反転を生成するのに十分である。一実施形態では、図１に示したレーザは、高反射グレーティング６ａおよび６ｂなどの１対の反射器を含む。この対の反射器は、ファイバ内もしくはファイバの端面上に反射器を含むか、またはループ・ミラーなどの別個の反射構成要素を含むことができる。図１では、リニア・キャビティはこの対の高反射グレーティング６ａと６ｂとの間で形成され、各グレーティングはある波長に整合され、その波長だけにフィードバックを与える。例えば、ポンプ４ａおよび４ｂから放出された光は、それぞれ、各対の反射グレーティング６ａおよび６ｂによって受け取られる。反射グレーティング６ａおよび６ｂは波長λａの光を反射するように構成される。したがって、反射グレーティング６ａおよび６ｂによって反射される光は反射グレーティング６ａと６ｂとの間で形成されたリニア・キャビティで共振し、波長λａの光を発生させる。
【００１４】
別の実施形態では、第２の対の反射グレーティング８ａおよび８ｂが、第１の対の反射グレーティング６ａおよび６ｂの内に位置決めされる。リニア・キャビティがこの対の高反射グレーティング８ａと８ｂとの間で形成され、各グレーティングはある波長に整合され、その波長だけにフィードバックを与える。例えば、第２の対の反射グレーティング８ａおよび８ｂは波長λｂの光を反射するように構成される。したがって、反射グレーティング８ａおよび８ｂによって反射された光は反射グレーティング８ａと８ｂとの間で形成されたリニア・キャビティで共振し、波長λｂの光を発生させる。一実施形態によれば、二重ポンプ・ファイバ・レーザは、リニア・キャビティ内に利得ファイバ１２を含む。利得ファイバ１２は、リニア・キャビティ内で発生した光を増幅する任意の所望の媒体（すなわち利得媒体）である。したがって、光が高反射グレーティング６ａと６ｂとの間、または８ａと８ｂとの間で共振すると、利得ファイバ１２は共振した光を増幅する。図１は第１および第２の対のグレーティング（６ａ、６ｂおよび８ｃ、８ｂ）を示しているが、これは本発明の利点を実現するのに必要ではない。例えば、図１の構成はグレーティング８ａおよび８ｂを除くことができる。
【００１５】
さらに、利得媒体吸収が均一である場合、利得ファイバ１２は実質的に均一な利得を与えることになる。したがって、これらの条件下で、所望の均一の出力が生成される。さらに、発生した光のパワーはリニア・キャビティの長さと共に増加する。しかし、図１の実施形態において、反射グレーティング間の光のパワーは、これらの波長での利得ファイバの利得および損失に依存するので、反射グレーティング８ａと８ｂとの間の光のパワーは反射グレーティング６ａと６ｂとの間の光のパワーほど必ずしも高くない。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、二重ポンプ・レーザは、レーザから外に光を結合する（すなわち、出力光または信号光）ために、リニア・キャビティ内に位置決めされた傾斜ファイバ・グレーティング１０を含む。リニア・キャビティ内の傾斜ファイバ・グレーティング１０の位置は変更することができる。例えば、高反射グレーティング８ａと傾斜ファイバ・グレーティング１０との間の間隔と、高反射グレーティング８ｂと傾斜ファイバ・グレーティング１０との間の間隔とが等しくなるように、傾斜ファイバ・グレーティングはキャビティ内に均一に配置することができる。別の例では、傾斜ファイバ・グレーティングは、高反射グレーティング８ａよりも高反射グレーティング８ｂに接近して配置することができる。さらなる別の例では、傾斜ファイバ・グレーティングは、高反射グレーティング８ｂよりも高反射グレーティング８ａに接近して配置することができる。さらに、高反射器は、ファイバの同じ部分で傾斜グレーティングの上に重ね書きすることもできる。
【００１７】
したがって、リニア・キャビティ内で傾斜ファイバ・グレーティング１０を位置決めすると、光がレーザから外に結合される場所が決定される。さらに、ファイバから外への光散乱の損失を低減するために、傾斜ファイバ・グレーティングと同じ長さに近く、または丁度同じ長さに高反射グレーティングを位置決めするのはより有利である。
【００１８】
一般に、傾斜グレーティングは少なくとも３つのパラメータを有する。これらのパラメータは、グレーティング平面、すなわち、グレーティング屈折率変調が生じるコア領域内の一定の屈折率の平面を考えることにより理解することができる。３つの基本的なパラメータは、１）ファイバの軸に沿って測定されたグレーティング周期Λ、２）グレーティング平面とファイバ軸との間の角度として定義されるグレーティング軸角θａ、３）グレーティング平面に対する法線がファイバ軸のまわりに作る角度として定義されるグレーティング方位角θｚである。これらの３つのパラメータは、図８ａおよび８ｂに、θａ＝４５°θｚ＝０°およびθａ＝４５°θｚ＝９０°の場合について示される。これらの３つのパラメータは純粋に平坦なグレーティング平面の方位を決定することになるが、非平坦である一定の屈折率の平面についても可能である。この場合、より多くのおよび／または異なるパラメータがグレーティング屈折率変調を指定するのに必要とされるが、これらの定義がファイバの中心などのファイバの単一の半径ポイントに適用される場合これらの定義は依然として使用することができる。しかし、そのような非平坦なグレーティングからのグレーティング散乱を本発明において依然として使用することができる。また、本発明では図８ａおよび８ｂでの特定の角度を使用する必要はないが、これらの角度が以下の実施形態で説明される。
【００１９】
所与の波長λの入射コア導波光に対するグレーティングによる光散乱は、３つのパラメータによって以下のように決定される。１）Λが、光を散乱することになる軸角を決定する。２）θａが散乱光の強さを決定する。グレーティング平面からのミラー反射がΛによって決定された光散乱方向と整合するようにθａが調整される場合、光散乱は所与の屈折率変調で可能な最大効率に近いものとなるであろう。３）θｚは、光がグレーティングから散乱する方位角を決定する。これは、図８ａおよび８ｂにおいて散乱光の波線によって示される。偏光依存性は、光散乱の軸角によって決定される。軸角が０°（前方に）または１８０°（後方に）に近い場合、２つの偏光について散乱効率はほとんど差がないであろう。一方、光が９０°に近い軸角で（ファイバに直角で）散乱する場合、散乱効率の差は最大になり、散乱の方向に偏光された光は最も低い散乱効率を有する。したがって、ａ）９０°で光を散乱する周期を有し、ｂ）４５°の軸傾斜θａを有するグレーティングは、１つの偏光だけ、すなわち、グレーティング平面と平行に偏光された光を効率よく散乱することになる。他の偏光は、比較的わずかな散乱でそのようなグレーティングを通過することになる。そのようなグレーティングは、イン・ファイバ偏光器として働くことができる。
【００２０】
これらの機能のさらなる説明は、（１）Ｉｎ−ｌｉｎｅ  Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｂｌａｚｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ、Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ  Ｐ．Ｓ．ら、Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ＩＥＥＥ、２０００年１０月、１２巻、Ｉｓｓｕｅ  １０、１３５２〜１３５４頁、（２）米国特許第６，２１１，９５７号に見いだすことができ、これらのすべての全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２１】
一実施形態では、傾斜ファイバ・グレーティング１０は完全に利得ファイバ１２の外に形成される。別の例では、傾斜ファイバ・グレーティング１０は部分的に利得ファイバ１２内に形成される。さらなる別の例では、傾斜ファイバ・グレーティング１０は完全に利得ファイバ１２内に形成される。好ましい構成はグレーティングを完全に利得領域内に有することである。この構成では、利得ファイバ全体がファイバから外に光を散乱することになる。さらに、グレーティングと利得領域とをオーバーラップさせることによって、ポンプの使用を介して光の偏光とパワーとに対する高度の制御を達成することができる。
【００２２】
別の実施形態では、二重ポンプ・リニア・キャビティ・レーザは多数の傾斜ファイバ・グレーティングを含む。例えば、図２Ａは、傾斜ファイバ・グレーティング１４ａおよび１４ｂをもつ図１の二重ポンプ・リニア・キャビティ・レーザを示す。図２Ａにおいて、傾斜ファイバ・グレーティング１４ａおよび１４ｂはファイバ２に対して同じ方位角方位を有する。リニア・キャビティ内で発生した光は、傾斜ファイバ・グレーティング１４ａおよび１４ｂの方位に従い、傾斜ファイバ・グレーティング１４ａおよび１４ｂの方位に対してある角度でレーザから外に結合される。別の例として、図２Ｂでは、傾斜ファイバ・グレーティング１５ａおよび１５ｂはファイバ２に対して異なる方位角方位および／または軸方位を有する。したがって、リニア・キャビティ内で発生した光は、図２Ｂの異なる矢印方向によって概略的に示されるように異なる方位角でレーザから外に結合することができる。これらのグレーティングは互いに部分的にまたは完全にオーバーラップすることも可能である。さらに、グレーティングの軸角および方位角は共に２つのグレーティングについて異なることが可能である。なお、さらに、グレーティングは異なる周期を有することも可能である。グレーティングは非均一周期を有することもでき、非均一屈折率変調振幅プロファイルを有することもできる。
【００２３】
傾斜ファイバ・グレーティング１４ａおよび１４ｂ（または１５ａおよび１５ｂ）は、リニア・キャビティ内の任意の位置に沿って互いに独立して配置することができる。例えば、傾斜ファイバ・グレーティング１４ａはグレーティング８ａに接近して配置することができ、一方、傾斜ファイバ・グレーティング１４ｂはグレーティング８ｂに接近して配置することができる。したがって、傾斜ファイバ・グレーティング１４ａはグレーティング８ａに近い位置でレーザから外に光を結合し、一方、傾斜ファイバ・グレーティング１４ｂはグレーティング８ｂに近い位置でレーザから外に光を結合する。したがって、傾斜ファイバ・グレーティング１４ａおよび１４ｂをリニア・キャビティ内の任意の所望の位置に配置して、光がレーザから外に結合される場所を制御することができる。さらに、傾斜ファイバ・グレーティングは互いの上に配置することもできる。
【００２４】
ファイバ・レーザが１つより多い傾斜ファイバ・グレーティングを有する場合、傾斜ファイバ・グレーティングのうちの１つは、前述のように、光を偏光させるように構成することができ、それは、レーザの偏光ドリフトに起因する結合損失を低減するなどの結合の利点を与えることができる。この構成は、レーザの偏光を制御する利点を与えることができる。ファイバがある位置から別の位置に移動されるとき、ファイバによって導波される偏光が変化することがあるので、偏光の制御は重要である。しかし、ファイバ・レーザが、ファイバに書き込まれた強力な偏光グレーティングを有する場合、レーザ発振光の偏光は、ファイバの曲げまたはねじれの状態にかかわらず最小の損失をもつ偏光で強制的に生じさせられることになる。第２の弱いグレーティングが強力なグレーティングと直角に（方位角方向に）製作される場合、弱いグレーティングは好ましいレーザ発振の偏光でファイバから外に光を結合することになる。ファイバが曲げられているか、さもなければ乱されている場合、強力な偏光グレーティングは偏光を弱いグレーティングの軸上で強制的にとどめたままにすることになる。一実施形態では、偏光保持のファイバおよび構成要素からファイバ・レーザ全体を製作し、キャビティ内に偏光器などの偏光依存損失を組み込んで、単一の所望の偏光状態でレーザ発振動作を行わせることによって、偏光による厄介な問題は低減または除去することができる。
【００２５】
図３は、リニア・キャビティの代わりにリング・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザによる別の実施形態を示す。この二重ポンプ・レーザは、ポンプ２２ａおよび２２ｂに接続されたファイバ２０を含む。図１のレーザ・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザと同様に、ポンプ２２ａおよび２２ｂは光を放出する。２つのポンプ２２ａおよび２２ｂを使用することにより、リング・キャビティ内の利得ファイバ３４に均一の励起が与えられる。均一性を与えるために２つのポンプが必要とされることがあるが、１つのポンプで十分である可能性もある。この場合、２２ａまたは２２ｂのいずれかを除去することができる。二重ポンピングはリニア・キャビティまたはリング・キャビティのいずれにも均一性を与えるのに十分であるが、さらに優れた均一性のために２つより多いポンプを有することも可能である。側面ポンピングまたはクラッド・ポンピングを使用してポンプを光ファイバに結合することもできる。
【００２６】
ポンプ２２ａおよび２２ｂから放出された光はカプラ２４および２６によってリング・キャビティに結合され、利得ファイバ３４は結合された光を増幅する。前述のリニア・キャビティの実施形態と同様に、リング・キャビティ動作は単一ポンプ・レーザおよび一方向ポンピングで行うことができる。図３のリング・キャビティは、リング・キャビティで発生した光を一方向に導くアイソレータ２８を含む。リング・キャビティは、リング・キャビティで発生した光を所望の波長でフィルタ処理する波長フィルタ３０をさらに含む。フィルタは、薄膜フィルタ、エタロン、ファイバ・ブラッグ・グレーティング、またはファイバ・リング・キャビティに挿入することができる任意の他の波長フィルタとすることができる。フィルタ処理された光が波長フィルタ３０を出ると、光は傾斜ファイバ・グレーティング３２に進み、傾斜ファイバ・グレーティングは光をリング・キャビティから外に結合する。したがって、リング・キャビティで発生した光は、波長フィルタ３０によってフィルタ処理された波長で一方向にリング・キャビティから外に結合される。さらに、発生した光は、ファイバ２０の軸を基準とした傾斜ファイバ・グレーティング３２の方位に対してある角度でリング・キャビティから外に結合される。
【００２７】
さらに、リング・キャビティは、リング・キャビティで発生した光を増幅するための利得ファイバ３４を含む。リニア・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザと同様に、傾斜ファイバ・グレーティング３２は、完全に利得ファイバ３４の外に形成すること、部分的に利得ファイバ３４内に形成すること、または完全に利得ファイバ３４内に形成することができる。前述のように、リニア・キャビティの場合、好ましい構成は、グレーティングを完全に利得領域内に有し、ポンプの使用を介して光の偏光とパワーとに対する高度の制御を行うことである。他の実施形態では、二重ポンプ・リング・キャビティ・レーザは、図２Ａおよび図２Ｂに示したようにリング・キャビティに１つより多い傾斜ファイバ・グレーティングを含むことができる。例えば、リング・キャビティが１つより多い傾斜ファイバ・グレーティングを含む場合、各傾斜ファイバ・グレーティングは図２Ａに示したようにファイバの軸に対して同じ方位を有するか、または各傾斜ファイバ・グレーティングは図２Ｂに示したようにファイバの軸に対して異なる方位を有することができる。さらに、リング・キャビティ内の傾斜ファイバ・グレーティングの位置を変えて、発生した光がリング・キャビティから外に結合される場所を制御することができる。例えば、１つの傾斜ファイバ・グレーティングは出力カプラ２４に接近して配置し、一方、第２の傾斜ファイバ・グレーティングは波長フィルタ３０に接近して配置することができる。グレーティングの周期は異なってもよい。
【００２８】
別の実施形態では、波長フィルタ３０はチューナブルフィルタである。チューナブルフィルタでは、波長の遮断周波数を任意の所望の波長に調整することができる。例えば、ファイバ・レーザの初期動作の間、波長フィルタ３０はｆｃ１の遮断周波数を有することがある。しかし、ファイバ・レーザの後続の動作の間に、ファイバ・レーザの遮断周波数をｆｃ２に調整することができる。
【００２９】
別の実施形態では、二重ポンプ・リング・キャビティ・レーザは１つより多い波長フィルタを含むことができる。例えば、図３の波長フィルタ３０は直列に配置された２つの波長フィルタと取り替えることができる。別の実施形態では、波長フィルタ３０は並列に配置された２つの波長フィルタと取り替えることができる。
【００３０】
したがって、リング・キャビティが１つより多い波長フィルタを含む場合、光は、１つより多い波長フィルタによってフィルタ処理された波長でリング・キャビティから外に結合される。さらに、リング・キャビティが１つより多い波長フィルタを含む場合、１つより多いフィルタの各々はチューナブルフィルタとすることができる。
【００３１】
別の実施形態では、リニア・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザは単一ポンプ・レーザと取り替えることができる。図４は、光をスプリッタ４２に放出するポンプ４０をもつリニア・キャビティを備える単一ポンプ・レーザを示す。スプリッタは光を２つの方向に分割する。
【００３２】
図１に示したリニア・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザと同様に、リニア・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザは、１つまたは複数の対応する対の高反射グレーティングを含む。例えば、図４に示したレーザは第１の対の高反射グレーティング４４ａおよび４４ｂを含み、リニア・キャビティがこの対の高反射グレーティング間で形成される。高反射グレーティング４４ａは、スプリッタ４２からの光をファイバ５０に沿って受け取るように位置決めされ、高反射グレーティング４４ｂは、スプリッタ４２からの光をファイバ４８に沿って受け取るように位置決めされる。光を受け取る際、高反射グレーティング４４ａおよび４４ｂは、波長λａの光以外の光を反射するように構成される。
【００３３】
さらに、図４に示したリニア・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザは、第２の対の高反射グレーティング４６ａおよび４６ｂを含むことができる。第２の対の高反射グレーティング４６ａおよび４６ｂは、波長λｂの光以外の光を反射するように構成される。
【００３４】
図１に示したリニア・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザと同様に、図４のリニア・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザは、傾斜ファイバ・グレーティング５２と利得ファイバ５４とを含む。傾斜ファイバ・グレーティングは完全に利得ファイバ５４の外に形成すること、部分的に利得ファイバ５２内に形成すること、または完全に利得ファイバ５２内に形成することができる。
【００３５】
図２Ａに示したリニア・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザと同様に、傾斜ファイバ・グレーティング５２は、ファイバの軸に対して同じ方位をもつ２つの傾斜ファイバ・グレーティングと取り替えることができる。さらに、傾斜ファイバ・グレーティング５２は、図２Ｂに示したようにファイバの軸に対して異なる方位をもつ２つの傾斜ファイバ・グレーティングと取り替えることができる。さらに、１つより多い傾斜ファイバ・グレーティングがある場合、傾斜ファイバ・グレーティングの位置を変えて、光がリニア・キャビティから外に結合される場所を制御することができる。
【００３６】
図５は、リング・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザを示す。単一ポンプ・レーザは、光をスプリッタ６２に放出するポンプ６０を含む。スプリッタは、ファイバ６４および６６に沿ってポンプ６０からの光を分割する。ファイバ６６に沿って進む光は、カプラ６８によってリング・キャビティに結合される。ファイバ６４に沿って進む光は、カプラ７０によってリング・キャビティに結合される。アイソレータ７２および波長フィルタ７４は、図３に示したアイソレータ２８および波長フィルタ３０と同じ機能を与える。リング・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザは傾斜ファイバ・グレーティング７６と利得ファイバ７８とを含む。傾斜ファイバ・グレーティング７６は完全に利得ファイバ７８の外に、部分的に利得ファイバ７８内に、または完全に利得ファイバ７８内に形成することができる。
【００３７】
リング・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザは、図２Ａおよび２Ｂに示したような１つより多い傾斜ファイバ・グレーティングを含むことができる。さらに、リング・キャビティをもつ単一ポンプ・レーザは、図３のリング・キャビティをもつ二重ポンプ・レーザで説明したように１つより多いフィルタを含むことができる。
【００３８】
図６は、リニア・キャビティをもつ単一ポンプ・ファイバ・レーザの特定の非限定の例を示す。キャビティは、２つの高反射グレーティング１０４ａおよび１０４ｂで構成される。この実施形態では、これらの反射グレーティングは、１５５５ｎｍに中心がある狭帯域幅に関して入射光の９９．９％を超えて反射する。１本のエルビウム（Ｅｒ）ドープ・ファイバ１０６、パドル１０８ａから１０８ｃ、および傾斜ファイバ・グレーティング１１０が、反射グレーティング１０４ａと１０４ｂとの間に配置される。Ｅｒドープ・ファイバ１０６は長さが１．２５ｍである。パドル１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃを使用して、偏光に敏感な傾斜ファイバ・グレーティング１１０のために光の偏光を適切に制御する。
【００３９】
図６の実施形態では、傾斜ファイバ・グレーティング１１０は長さ８ｃｍであり、ファイバ１０６の軸に対して約４５°の傾斜角を有する。傾斜ファイバ・グレーティング１１０は、さらに、ファイバ１０６に沿って測定された約１．０７μｍの周期を有する。したがって、傾斜ファイバ・グレーティング１１０は、ファイバから垂直に１５５５ｎｍに近い波長でレーザから外に光を結合する。
【００４０】
ポンプ１００は４３ｍＷのパワーで作動し、９８０ｎｍの光を放出する。ポンプ１００から放出された光はコネクタ１０２を通過し、コネクタ１０２はＦＣ（ファイバ接続）コネクタまたはファイバ接続斜めパッチカード（ＦＣＡＰＣ）コネクタとすることができる。別のポンプ（図示せず）は、ファイバ・レーザの他方の端部に位置決めされ、９８０ｎｍの波長で、ポンプ１００とほぼ同じパワーで光を放出する。さらに、光スペクトル・アナライザ（ＯＳＡ）１１４は、傾斜ファイバ・グレーティング１１０から外に結合された光と、光キャビティの外側のレーザのファイバ側面の光とを測定する。さらに、カメラ１１２を使用して、傾斜ファイバ・グレーティング１１０から外に結合された光の写真を撮る。１５５０ｎｍ近くのグレーティング散乱効率を測定するために、グレーティングは最初にレーザ・キャビティの外側で試験される。試験されたグレーティングは、その後キャビティ内に配置される。図６に示したレーザが１５５０ｎｍの１．７ｍＷレーザでポンプされるとき、傾斜ファイバ・グレーティング１１０に沿って測定されたパワー密度は約４９ｎＷ／ｃｍであった。結果が示すところによれば、パドル１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃはポンプ１００および１１４から放出された光のパワーを最大にしたが、グレーティング散乱光に対する変動は引き起こさなかった。
【００４１】
図７は、図６に示した側面発光ファイバ・レーザの端部から外に結合された光のスペクトルと、図６に示したようにファイバ・キャビティ内の傾斜グレーティングに垂直に配置された多モード光ファイバから測定された光のスペクトルとを示すチャートである。図７のチャート中の細線は、高反射グレーティング１０４Ｂの後の出力パワーを表す（左の軸）。太い実線は、図６に示した側面発光ファイバ・レーザに隣接して配置された多モード光ファイバに入る側面発光出力パワーを示す（右の軸）。図７は、線幅が狭く、隣接する光を２０ｄＢよりも多く超えているので、側面発光レーザの側面から外に結合された光は１５５５ｎｍ近くでレーザ発振していることを示す。したがって、側面発光ファイバ・レーザの側面から多モード・ファイバに結合された光は、ファイバの端部を出る光と比較して、自然放射増幅光（ＡＳＥ）を非常に高度に抑制した状態でレーザ発振している。
【００４２】
図６に示した側面発光ファイバ・レーザの傾斜ファイバ・グレーティング１１０から外に結合された光（すなわち、多モード・ファイバによって測定されたもの）は、傾斜ファイバ・グレーティング１１０の長さにわたって実質的に一定の強度の広い線の光である。図９Ａは、図６に示した側面発光ファイバ・レーザと平行な出力ビームのプロファイルを示す。図９Ａは、レーザのキャビティで発生した、レーザの長さに沿った光のパワーが最小の変動でほぼ一定であることを示している。図９Ｂは、図６に示した側面発光ファイバ・レーザに垂直な出力ビームのプロファイルを示す。図９Ｂは、ファイバ軸に垂直であり、ファイバのまわりの方位角による光の広がりを示す。図９Ｂは、最大値（すなわち、Ｙ−位置０）の両側から距離が増加するにつれて、側面発光ファイバ・レーザから放出されたパワーが減少することも示している。
【００４３】
図６のファイバから測定されたパワーは２．５μＷ／ｃｍであった。上述のように、９８０ポンプ・パワーは４３ｍＷであった。ｃｍ当たりの外への散乱光と入力レーザ・パワーの比は効率の基準として使用することができる。特に、ｃｍ当たりの外への散乱光が入力レーザ・パワーと比較して増加するにつれて、ファイバ・レーザはより高い効率で作動する。
【００４４】
図６に示した実施形態の場合、ｃｍ当たりのパワー・アウト／ポンプパワー・インの比は、６×１０−５／ｃｍである。この比は、レーザ・キャビティ内になく、１５５０ｎｍのレーザによって単にポンプされる場合の同じグレーティングに対する３×１０−５／ｃｍと比較して改善されたものである。したがって、レーザ・キャビティは入力光パワーを所望の出力パワーに高い割合で変換し、それがファイバ・レーザの効率を改善する。
【００４５】
明らかに、本発明の非常に多くの変更および変形が前述の教示に鑑みて可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲内で、本発明は本明細書で具体的に説明したものとは別のやり方で実施することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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