(57)【要約】光ファイバが、半径軸と、長手軸と、第１の窓面と、第２の面と、活性領域とを有しており、第１の窓面はポンプ放射を受光し、ポンプ放射を光ファイバ内へ透過させるよう適合させられており、第２の面は光ファイバ内で受光したポンプ放射を全内反射させるよう適合させられており、はポンプ放射でポンプされたときに特性波長で放射を発生させる。第１の窓面の法線方向は第１の窓面における半径軸の方向に対して平行でない。
2006516810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径軸と、
長手軸と、
第１の窓面と、
第２の面と、
活性領域とを有する光ファイバにおいて、
前記第１の窓面は、当該第１の窓面における前記半径軸の方向に対して平行でない法線方向を有し、ポンプ放射を受光し、ポンプ放射を光ファイバ内へ透過させるよう適合させられており、
前記第２の面は光ファイバ内で受光したポンプ放射を全内反射させるよう適合させられており、
光ファイバ内の前記活性領域はポンプ放射でポンプされたときに特性波長で放射を発生させる、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
第１の窓面の法線方向と第１の窓面における半径軸の方向との間の角度はおよそ１５°よりも大きい、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
第１の窓面の法線方向と第１の窓面における半径軸の方向との間の角度はおよそ４５°よりも大きい、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】
第１の窓面の法線方向と第１の窓面における半径軸の方向との間の角度はおよそ６０°よりも大きい、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項５】
第１の窓面の法線方向は実質的に第１の窓面における半径軸の方向に対して垂直である、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項６】
第１の窓面の法線方向は実質的に光ファイバの長手軸に平行である、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項７】
第１の窓面は実質的に平坦である、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項８】
第２の面の法線方向と第２の面における半径軸の方向との間の角度はおよそ３０°よりも小さい、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項９】
第２の面の法線方向は実質的に第２の面における半径軸の方向に平行である、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１０】
第２の面は曲がっている、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１１】
第３の窓面をさらに有しており、第３の窓面は当該第３の窓面における半径軸の方向に平行でない法線方向を有し、ポンプ放射を受光するよう適合させられている、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１２】
第３の窓面は実質的に平坦である、請求項１１記載の光ファイバ。
【請求項１３】
前記活性領域の横方向の寸法は特性波長よりも小さい、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１４】
（ａ）光ファイバ、
（ｂ）ポンプ放射を発するように適合させられたダイオードレーザアレイ、及び、
（ｃ）ダイオードレーザアレイと第１の面との間に配置され、ダイオードレーザアレイからのポンプ放射を光ファイバの第１の窓面へガイドするように適合させられた光学素子
を有するファイバレーザアセンブリにおいて、
前記光ファイバは、
（１）半径軸、
（２）長手軸、
（３）第１の窓面、
（４）第２の面、
（５）活性領域
を有しており、
前記第１の窓面は当該第１の窓面における前記半径軸の方向に対して平行でない法線方向を有し、ポンプ放射を受光し、ポンプ放射を光ファイバ内へ透過させるよう適合させられおり、
前記第２の面は光ファイバ内で受光したポンプ放射を全内反射させるよう適合させられており、
光ファイバ内の前記活性領域はポンプ放射でポンプされたときに特性波長で放射を発生させる
ことを特徴とするファイバレーザアセンブリ。
【請求項１５】
第１の窓面の法線方向と第１の窓面における半径軸の方向との間の角度はおよそ１５°よりも大きい、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項１６】
第１の窓面の法線方向と第１の窓面における半径軸の方向との間の角度はおよそ４５°よりも大きい、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項１７】
第１の窓面の法線方向と第１の窓面における半径軸の方向との間の角度はおよそ６０°よりも大きい、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項１８】
第１の窓面の法線方向は実質的に第１の窓面における半径軸の方向に対して垂直である、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項１９】
第１の窓面の法線方向は実質的に光ファイバの長手軸に平行である、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項２０】
第１の窓面は実質的に平坦である、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項２１】
第２の面の法線方向と第２の面における半径軸の方向との間の角度はおよそ３０°よりも小さい、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項２２】
第２の面の法線方向は実質的に第２の面における半径軸の方向に平行である、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項２３】
第２の面は曲がっている、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項２４】
第３の窓面をさらに有しており、第３の窓面は当該第３の窓面における半径軸の方向に平行でない法線方向を有し、ポンプ放射を受光するよう適合させられている、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項２５】
第３の窓面は実質的に平坦である、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項２６】
前記活性領域の横方向の寸法は特性波長よりも小さい、請求項１４記載のファイバレーザアセンブリ。
【請求項２７】
長手軸、半径軸、及びアジマス軸を有するファイバレーザをポンプする方法において、
ポンプ放射のビームを発生させるステップと、
ポンプ放射のビームがファイバレーザの長手軸、半径軸、及びアジマス軸に沿って成分を有するような方向においてポンプ放射のビームをファイバレーザの中へ入射させるステップとを有することを特徴とするファイバレーザをポンプする方法。
【請求項２８】
前記ファイバレーザは第１の窓面における半径軸の方向に平行でない法線方向を有する窓面を有しており、
ポンプ放射のビームは前記第１の窓面を通してファイバレーザの中へ入射させられる、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
ダイオードレーザアレイによってポンプ放射のビームを発生させる、請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
この出願は、米国連邦法規類集  タイトル３５  §１１９（ｅ）に基づき、２００３年１月２４日提出のアメリカ合衆国特許出願通し番号第６０／４４２，１２２号に対して優先権を主張するものである。上記アメリカ合衆国特許出願の全内容は参考として本明細書に取り込まれている。
【０００２】
技術分野
本発明はレーザ、より詳細にはサイドポンプファイバレーザに関する。
【０００３】
背景
ダイオードポンプファイバレーザの多くの用途（例えば、金属の切断や溶接のような材料加工）にとって、連続波（“ｃｗ”）高出力及び高ビーム品質（回折限界付近での）は不可欠である。ファイバジオメトリは数キロワット（“ｋＷ”）の高出力動作によく適している。というのも、ファイバのジオメトリは長く薄いので過度の熱を全長にわたって有効に除去することができるからである。このため、バルク固体レーザよりも高速にファイバから熱を除去することが可能である。
【０００４】
ファイバレーザは放射を発生させるために外部エネルギー源によりポンプされなければならず、またファイバレーザの効率は有限であるので、外部エネルギー源はファイバレーザから放射されるパワーよりも多くのパワーを供給しなければならない。したがって、効率的かつ経済的にファイバレーザの活性領域内へポンプエネルギーを結合することが望まれる。
【０００５】
多くの固体レーザはおよそ１〜２μｍの出力波長を有している。このような出力波長を有するレーザは、例えば、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｙｂ、及びＶｎのようなドーパントでドープしてもよい。それゆえ、以下の記述では、ファイバレーザを記述する際にこのオーダーの波長が仮定される。しかしながら、出力波長がこの仮定と異なっている場合には、ファイバレーザの寸法は適切に出力波長に合わせてスケーリングされる。
【０００６】
一般に、ダブルクラッドファイバレーザは典型的には出力レーザ放射ガイド用のシングルモードコアから構成されており、シングルモードコアはポンプレーザ放射をガイドするマルチモード導波領域内に埋め込まれている。マルチモード導波領域は外側クラッドの中に埋め込むことができる。マルチモードクラッドは数十μｍ〜数百μｍのオーダーの直径を有しており、１つ又は複数のポンプダイオードからの光を搬送する。これらのポンプダイオードは、ファイバの側面に沿って分布し結合される（「サイドポンプファイバレーザ」）か、又はすべてファイバの２つの端部に配置される（「エンドポンプファイバレーザ」）。
【０００７】
活性領域の直径はクラッド領域よりも小さく、レイジングドーパントを含有している。ドーパントはポンプ波長を吸収し、出力レーザ波長において利得を生じさせる。活性領域をポンプするためには、ポンプレーザ放射がマルチモード導波領域と活性領域の両方を効率よく透過しなければならない。
【０００８】
数ｋＷのオーダーのｃｗ出力を得るためには、この出力よりも大きなポンプ出力がファイバレーザの活性領域によって吸収されなければならない。一般に、ポンプ出力は高出力ダイオードレーザにより産出される。シングルエミッタダイオードレーザデバイスは５ワットのｃｗ出力に達する。したがって、数百又は数千ものシングルエミッタデバイスが効率よく数ｋＷ出力用のファイバレーザに入力結合しなければならない。しかし、数千のシングルエミッタデバイスを個別にコンタクトさせ、保持し、ファイバ結合させるのは困難であり、コスト高である。
【０００９】
それゆえ、高出力固体レーザをポンプするには、複数のエミッタを１つのデバイスにまとめた、５０ワット又はそれ以上の総出力を生み出す高出力ダイオードレーザアレイが選択されることがある。このようなアレイの出力開口は一般に１０ｍｍ×１μｍであり、長軸に沿った約５〜１０°のビームの開きと短軸に沿った約４０〜７０°のビームの開きを有する。ダイオードレーザアレイの高出力はシングルエミッタデバイスよりも有利であるが、非点収差性の高いアレイの出力ビームは複雑な光学素子（いわゆる微小光学素子）の付加なしではこのようなデバイスのファイバ結合を有効に阻止してしまう。微小光学素子を用いても、ダイオードレーザアレイのファイバ結合は困難である。
【００１０】
概要
ファイバの活性領域をポンプするためのポンプ光を透過させる固有窓（ｎａｔｉｖｅ  ｗｉｎｄｏｗ）を光ファイバに作ることができる。この窓は、この窓を透過したポンプ光がファイバ内で全内反射されるような位置に置くことができる。
【００１１】
第１の一般的側面では、光ファイバは、半径軸と、長手軸と、ポンプ放射を受光し、ポンプ放射を光ファイバ内へ透過させるよう適合させられた第１の窓面と、光ファイバ内で受光したポンプ放射を全内反射させるよう適合させた第２の面と、ポンプ放射でポンプされたときに特性波長で放射を発生させる光ファイバ内の活性領域とを有している。第１の窓面の法線方向は第１の窓面における半径軸の方向に対して平行でない。
【００１２】
第２の一般的側面では、ファイバレーザアセンブリが、光ファイバ、ポンプ放射を発するように適合させられたダイオードレーザアレイ、及び、ダイオードレーザアレイの間に配置され、ダイオードレーザアレイからのポンプ放射を光ファイバへガイドするように適合させられた光学素子を有している。前記光ファイバは半径軸と、長手軸と、ポンプ放射を受光し、ポンプ放射を光ファイバ内へ透過させるよう適合させられた第１の窓面と、光ファイバ内で受光したポンプ放射を全内反射させるよう適合させた第２の面と、ポンプ放射でポンプされたときに特性波長で放射を発生させる光ファイバ内の活性領域とを有している。第１の窓面の法線方向は第１の窓面における前記半径軸の方向に対して平行でない。前記光学素子はさらにダイオードレーザアレイからのポンプ放射を光ファイバの第１の面へガイドするように適合させられている。
【００１３】
実施形態は以下の特徴のうちの１つ又は複数を含む。例えば、第１の窓面の法線方向と第１の窓面における半径軸の方向との間の角度は、およそ１５°よりも大きい、およそ４５°よりも大きい、又はおよそ６０°よりも大きいとしてよい。第１の窓面の法線方向は実質的に第１の窓面における半径軸の方向に対して垂直であってもよい。第１の窓面の法線方向は実質的に光ファイバの長手軸に平行であってよい、第１の窓面は実質的に平坦であってよい。
【００１４】
第２の面の法線方向と第２の面における半径軸の方向との間の角度はおよそ３０°よりも小さくしてよい。第２の面の法線方向は実質的に第２の面における半径軸の方向に平行であってよい。第２の面は曲がっていてよい。
【００１５】
光ファイバはさらに第３の窓面を有しいてもよく、この第３の窓面が第３の窓面における半径軸の方向に平行でない法線方向を有するようにしてよい。なお第３の窓面はポンプ放射を受光するよう適合させられる。第３の窓面は実質的に平坦であってよい。
【００１６】
活性領域の横方向の寸法は特性波長よりも小さくしてよい。
【００１７】
第３の一般的側面では、長手軸、半径軸、及びアジマス軸を有するファイバレーザをポンプする方法が、ポンプ放射のビームを発生させるステップと、ポンプ放射のビームがファイバレーザの長手軸、半径軸、及びアジマス軸に沿って成分を有するような方向においてポンプ放射のビームをファイバレーザの中へ入射させるステップとを有している。
【００１８】
実施形態は以下の特徴のうちの１つ又は複数を含む。ファイバレーザが第１の窓面における半径軸の方向に平行でない法線方向を有する窓面を有するようにし、ポンプ放射のビームが第１の窓面を通してファイバレーザの中へ入射させられるようにしてよい。ポンプ放射のビームはダイオードレーザアレイによって発生させられるようにしてよい。
【００１９】
別に定義しないかぎり、本明細書において使用されるすべての技術的及び科学的用語は、本発明の属する分野における通常の知識を有する者によって普通に理解される通りの意味を有している。本明細書で説明されている方法及び材料に類似の又は等価な方法及び材料は本発明の実施又は試験において使用することができるが、適切な方法及び材料は以下に説明されている。本明細書で言及されているすべての刊行物、特許出願、特許、及び他の参考文献は全体的に参照として取り込まれている。両立困難な場合には、定義を含めて本明細書が支配する。さらに、材料、方法、及び、実施例は単に説明のためのものであり、限定的なものと解されてはならない。
【００２０】
本発明の他の特徴及び利点は以下の詳細な説明と請求項とから明らかとなる。
【００２１】
図面の説明
図１ａは、ファイバレーザをポンプするダイオードレーザアレイの概略的な断面図である。
図１ｂは、ファイバレーザをポンプするダイオードレーザアレイの概略的な断面図である。
図２は、ファイバレーザをポンプするダイオードレーザアレイの概略的な上面図、側面図、及び等角投影図である。
図３は、ファイバレーザをポンプする多重ダイオードレーザアレイの概略的な上面図、側面図、及び等角投影図である。
図４ａは、ファイバレーザをポンプするダイオードレーザアレイの上面図である。
図４ｂは、ファイバレーザ内でのポンプ光の伝播の概略的な等角投影図である。
図４ｃは、ファイバレーザ内でのポンプ光の伝播の概略的な等角投影図である。
図５は、ファイバレーザをポンプする多重ダイオードレーザアレイの上面図である。
図６は、サイドポンプすることのできるファイバレーザの断面図である。
図７は、サイドポンプすることのできるファイバレーザの断面図である。
【００２２】
異なる図の中の同じ参照記号は同じ要素を示している。
【００２３】
詳細な説明
高出力レーザアレイからのポンプ放射をファイバレーザの活性領域内へ結合させるために、ファイバの断面が少なくとも１つの平坦面（すなわち、ファイバ固有窓）を有するように選択することができる。このような平坦面によって、微小光学素子を用いてアレイからのビームを整形しなくても高出力ダイオードレーザアレイからの出力レーザビームを効率的に結合させることが可能となる。レーザアレイの放射はファイバ固有窓を通って曲がったファイバ表面に対してほぼ接線方向に入射させることができる。レーザアレイ放射はまた、ファイバ内のポンプ光がファイバの長手方向に沿って実質的に成分を有するように入射させてもよい。長手方向の成分の大きさは、ファイバ長手軸とファイバ外部の入射ポンプビーム軸との間の角度として定義される入射角αｉによって決定することができる。ポンプ光は一般に空気から空気の屈折率よりも大きな屈折率を有するファイバ材料内へと入射するので、伝播角度αｐは一般に入射角よりも大きくなる。伝播角はファイバ内でのポンプ光の螺旋伝播路とファイバの軸との間の角度として定義される。ファイバレーザ内のポンプビームの実質的な長手方向成分とビームの高速軸に沿った大きなビームの開きのために、ファイバレーザ内にポンプ光のローカルモードが存在する見込みはない。
【００２４】
図１ａを参照すると、複数の高出力ダイオードレーザから成る高出力ダイオードレーザアレイ（１０）が、ファイバレーザ（４０）のポンピング用のレーザ放射（１１０）を産出する。ポンプ放射（１１０）は屈折率ｎ＞ｎａｉｒの平面ガラスプレート（２０）に結合されるので、レーザ放射（１１０）はガラスプレートの一方の端部から他方の端部へ効率的にガイドされる。ポンプレーザ放射（１１０）はガラスプレートを出て、ファイバ（４０）のファイバ固有窓（３０）を通ってファイバ（４０）に入る。ファイバ（４０）内で、ポンプレーザ放射（１１０ａ及び１１０ｂ）は活性領域（図１には図示せず）により吸収され、活性領域はポンプ放射に反応して特性波長の放射を発生させる。
【００２５】
ファイバ固有窓（３０）は、ファイバ（４０）内へ入射するポンプレーザからの放射を受光するように適合させられた平坦面であってよい。図１ｂを参照すると、ファイバ固有窓（３０）の表面（３６）に対する法線軸は、ファイバ固有窓（３０）の表面上の点においてこの窓の半径軸（３４ａ）に対して平行でない。したがって、一般には、ファイバ固有窓（３０）の表面は図１ａに示されているようにファイバ（４０）の半径軸に平行であってよい。言い換えれば、窓の法線方向（３６）は窓（３０）と交差するファイバの半径軸（３４）に対して垂直であってよい。しかし、図１ｂを参照すると、窓（３０）の法線軸（３６）は窓（３０）と交差するファイバの半径軸に対して垂直である必要はない。ファイバ固有窓（３０）の長さはファイバ（４０）の長手軸に実質的に沿って、また実質的に平行に延びている。
【００２６】
再び図１ａを参照すると、ポンプレーザ放射（１１０ａ及び１１０ｂ）はファイバ（４０）の内曲面（３２）での全内反射によりファイバレーザ（４０）内に閉じこめられている。今度は図１ｂを参照すると、表面（３２）上の点における法線方向（３８）は一般にその点で表面（３２）と交差する半径軸（３４ｂ）の方向に平行であってよい。表面（３２）の法線方向（３８）は半径軸（３４ｂ）に完全に平行である必要はなく、実際には、ファイバ（４０）の円筒対称が破れれば（例えば、固有窓（３０）によって）、どこにおいても半径軸に平行ではあり得ない。
【００２７】
再び図１ａを参照すると、ポンプレーザ放射の２つのビーム（１１０ａ及び１１０ｂ）は、高出力ダイオードレーザアレイ（１０）からファイバ（４０）内へと伝播するものとして図示されている。ファイバ（４０）内部でのビーム（１１０ａ及び１１０ｂ）の開きがすぐさま非常に大きくなることで、ファイバ（４０）内のレーザ物質の局所的な領域への結合を妨げ兼ねないローカルモードの共振を有効に防ぐ。
【００２８】
図２ａを参照すると、高出力ダイオードレーザアレイ（１０）からのポンプレーザ放射は平面ガラスプレート（２０）を通り、固有窓（３０）を通ってファイバ（４０）内へと結合する。ファイバ（４０）は螺旋形の断面を有する曲がった表面（３２）を有している。このような形状は、ポンプ放射（１１０ａ及び１１０ｂ）をファイバ（４０）内に受け入れる固有窓（３０）の自然な位置を提供し、またファイバ（４０）内のポンプ光のローカルモードを抑制する効率的な構造をも提供する。ポンプ放射（１１０ａ及び１１０ｂ）はファイバ内のレーザ活物質により吸収され、レーザ活物質はこの活物質に特徴的な波長を有する放射を発生させる。活物質により発生させられた放射は、ファイバ（４０）の長手軸に沿って、共振空洞を画定する２つの反射器（例えば、ミラー又は回折格子）の間で往復させることができる。光が共振空洞内で往復するにつれて、特性波長における光利得が光損失よりも大きくなるので、特性波長の放射は増幅される。
【００２９】
図２ｂを参照すると、複数の高出力ダイオードレーザ又はダイオードレーザアレイ（１０）は取り付けられた平面ガラスプレート（２０）を通り、固有窓（３０）を通ってファイバ（４０）内へとポンプレーザ放射を結合させることができる。高出力ダイオードレーザ（１０）は互いに隣接しているが、このことは必ずしも必要ではない。任意の２つのダイオードレーザの間の距離はファイバレーザ（４０）のニーズに最も合うように選択してよい。
【００３０】
図３を参照すると、複数の高出力ダイオードレーザ（１０）は、平面ガラスプレート（２０）を通り、複数の固有窓（３０ａ）及び（３０ｂ）を通って、ファイバ（４０）内へとポンプレーザ放射を結合させることができる。ファイバ（４０）が２つのずれた半円から成る断面を有するようにしてよい。これにより、２つの固有窓（３０ａ）及び（３０ｂ）が自然に形成され、またローカルモードを抑制するための効率的な構造も提供される。
【００３１】
ファイバ（４０）は当該技術分野において周知の標準的技術を用いて製造することができる。例えば、プレフォームは様々な技術を用いて（例えば、融解石英の煤を融解石英の内壁に堆積させ、その結果生じた管を焼結してロッドを成形することにより；融解石英の煤をセラミックロッドの外側に堆積させ、その結果生じた構造物を冷却し、ロッドを取出し、その結果生じた管を焼結してロッドを成形することにより；又は融解石英の煤を元となる純粋な石英のロッドに軸方向に蒸着させてロッドを成形することにより）作成することができる。プレフォームはフライス削り又は切削によりファイバ（４０）の所望の断面形にカットされる。例えば、円筒形のプレフォームを長手軸に沿って半分にカットし、この２つの半円筒形の半分同士を相互にオフセット位置で焼結することにより再び接着させて最終段階のファイバに所望の断面を形成することができる。それから、ファイバ（４０）が周知の技術を用いてプレフォームから引き抜かれ、引き抜かれたファイバの断面は、ファイバを引き抜いたもとのプレフォームの断面形を保持する。
【００３２】
図４ａを参照すると、高出力ダイオードレーザアレイ（１０）からの放射はガラスプレート（２０）を通ってファイバ（４０）内へと透過し、ファイバ固有窓（３０）のうちの１つを通る。高出力ダイオードレーザアレイの放射は、ファイバ固有窓（３０）を通って実質的に長手方向成分を伴って別に指定しない限り曲がったファイバ表面（３２）に対してほぼ接線方向で入射する。ダイオードレーザ（１０）からの放射は長手方向に沿った成分を有する方向でもファイバのアジマス方向でも入射する。したがって、入射したポンプビームは、ファイバ（４０）により定まる半径方向成分、アジマス方向成分、及び長手方向成分を有する。長手方向成分の大きさは、ファイバ軸（５０）と入射ポンプビーム軸との間の角度として定義される入射角αｉ（１２）により決定される。また、ポンプ光は一般に空気（屈折率ｎ１）から屈折率ｎ２＞ｎ１のファイバ材料内へ入射するので、伝播角αｐ（１３）は図４ａに示されているように一般に入射角よりも大きくなる。伝播角αｐ（１３）はポンプビーム放射（１１０）の螺旋伝播路とファイバ（４０）の軸（５０）との間の角度として定義される。ファイバレーザ内のポンプビームの実質的な長手方向成分とビームの高速軸に沿った４０〜７０°の大きなビームの開きとのために、ファイバレーザ内にポンプ光のローカルモードが存在する見込みはない。
【００３３】
図４ｂ及び図４ｃを参照すると、ポンプ光ビームの幅とポンプビーム放射（１１０）の螺旋伝播路のスロープとの間の可能な関係が見て取れる。しかし、水平及び垂直の両方向におけるポンプ光のビームの開きのため、この図は実際のビーム路を図示しようとするものとはなっていない。これは単に複数のポンプレーザビームのオーバーラップの可能な状況を示すために使用されているだけである。
【００３４】
図４ｂを参照すると、ポンプレーザビーム（１１０）の伝播が示されている。ここでは、ポンプレーザビームの初期幅は伝播角αｐにより定まる螺旋スロープにほぼ等しい。複数のポンプレーザビームがこのようにして入射すれば、複数のビームがオーバーラップし、それゆえファイバ内での強度が増す。図４ｃを参照すると、複数のポンプレーザビーム（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ）の伝播に関して、ポンプレーザビームの初期幅は伝播角αｐにより定まる螺旋スロープよりも小さい。複数のポンプレーザビームがこのようにして入射すれば、複数のビームは必ずしもオーバーラップせず、ポンプビーム強度を所望の値に制限することができる。ポンプレーザビームの初期幅と伝播角αｐにより定まる螺旋スロープとの任意の比が可能であり、これによりファイバ内のポンプ光強度を任意の所望の値に調整することが可能となる。
【００３５】
図５ａを参照すると、ファイバレーザは、半透明の出力結合ミラー（５１０）と、リアミラー（５２０）と、複数のセクション（４００）に巻かれ、複数のポンプレーザアセンブリ（６００）によりサイドポンプされるファイバ（４０）とから構成されている。図５ｂは図５ａに示されているのと同様のファイバレーザを図示しているが、ポンプ出力を１つの長手方向に入射させるポンプレーザアセンブリ（６００）の他に、複数のポンプレーザアセンブリ（６１０）がポンプレーザ出力を反対方向に入射させることができることが示されている。
【００３６】
図６を参照すると、上で説明した方法を用いてファイバ（４０）を効率的にポンプするファイバ（４０）の断面の可能な構成が示されている。螺旋形の断面を有する表面（３２）を持つファイバは、長方形の平面固有窓（３０）のための位置を形成する。ファイバはポンプレーザ光のみを搬送する（ダブルクラッドファイバレーザ）か又はポンプレーザ光とファイバレーザ出力の両方を搬送するマルチモード導波領域（７０）から構成されていてよい。１つ又は複数の活性領域（８０）を任意にマルチモード導波領域（７０）の中に配置し、所望の任意の形状を有するようにしてよい。活性領域（８０）はエネルギーを吸収すると活物質に特徴的な波長で放射を発生させる。活性領域（８０）は活性領域で発生した放射を閉じこめ又はガイドする必要はない。むしろ、活性領域（８０）がファイバレーザ（４０）の出力波長に比べて十分小さな寸法を有している場合には、活性領域（８０）は放射を閉じこめず、放射はファイバ（４０）のマルチモード導波領域（７０）全体によってガイドされる。外側クラッド（６０）はポンプレーザ放射及びファイバレーザ放射の導波領域（７０）内への閉じこめを強化するために使用することができる。
【００３７】
外側クラッド（６０）は屈折率ｎ３＜ｎ２の均質な透過性材料としてよい。ここで、ｎ２はマルチモード導波領域（７０）の屈折率であり、材料の複数の同心円クラッド層はそれぞれ異なる屈折率を有しており、そのためポンプレーザ光に対する誘電体ミラー又は金属性ミラーを提供する。
【００３８】
図７を参照すると、ファイバ（４０）の断面は、僅かにずらした２つの半円形の表面（３２）を有しており、ポンプレーザ放射のファイバ（４０）内への結合のための２つの隣接する長方形の平面状固有窓（３０ａ及び３０ｂ）を自然に形成している。また、マルチモード導波領域（７０）、活性領域（８０）、及び外側クラッド（６０）も図示されている。
【００３９】
他の実施形態
本発明は本発明の詳細な説明との関連で記述されているが、上記の記述は本発明を例解する目的で為されているものであり、添付した請求項の範囲により規定される本発明の範囲を限定するものではない。他の側面、利点、及び変更形態は以下の請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１ａ】ファイバレーザをポンプするダイオードレーザアレイの概略的な断面図である。
【図１ｂ】ファイバレーザをポンプするダイオードレーザアレイの概略的な断面図である。
【図２ａ】ファイバレーザをポンプするダイオードレーザアレイの概略的な上面図、側面図、及び等角投影図である。
【図２ｂ】ファイバレーザをポンプするダイオードレーザアレイの概略的な上面図、側面図、及び等角投影図である。
【図３】ファイバレーザをポンプする多重ダイオードレーザアレイの概略的な上面図、側面図、及び等角投影図である。
【図４ａ】ファイバレーザをポンプするダイオードレーザアレイの上面図である。
【図４ｂ】ファイバレーザ内でのポンプ光の伝播の概略的な等角投影図である。
【図４ｃ】ファイバレーザ内でのポンプ光の伝播の概略的な等角投影図である。
【図５ａ】ファイバレーザをポンプする多重ダイオードレーザアレイの上面図である。
【図５ｂ】ファイバレーザをポンプする多重ダイオードレーザアレイの上面図である。
【図６】サイドポンプすることのできるファイバレーザの断面図である。
【図７】サイドポンプすることのできるファイバレーザの断面図である。
2006516810.tif 000003
2006516810.tif 000004
2006516810.tif 000005
2006516810.tif 000006
【図３】
2006516810.tif 000007
2006516810.tif 000008
2006516810.tif 000009
2006516810.tif 000010
2006516810.tif 000011
【図６】
2006516810.tif 000012
【図７】
2006516810.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月28日(2005.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径軸と、
長手軸と、
第１の窓面と、
第２の面と、
活性領域とを有する光ファイバにおいて、
前記第１の窓面は、当該第１の窓面における前記半径軸の方向に対して平行でない法線方向を有し、ポンプ放射を受光し、ポンプ放射を光ファイバ内へ透過させるよう適合させられており、
前記第２の面は光ファイバ内で受光したポンプ放射を全内反射させるよう適合させられており、
光ファイバ内の前記活性領域はポンプ放射でポンプされたときに特性波長で放射を発生させる、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
第１の窓面の法線方向と第１の窓面における半径軸の方向との間の角度はおよそ１５°よりも大きい、有利には４５°よりも大きい、さらに有利には６０°よりも大きい、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
第１の窓面の法線方向は実質的に第１の窓面における半径軸の方向に対して垂直である、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】
第１の窓面の法線方向は実質的に光ファイバの長手軸に平行である、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項５】
第１の窓面は実質的に平坦である、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項６】
第２の面の法線方向と第２の面における半径軸の方向との間の角度はおよそ３０°よりも小さい、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項７】
第２の面の法線方向は実質的に第２の面における半径軸の方向に平行である、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項８】
第２の面は曲がっている、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項９】
第３の窓面をさらに有しており、第３の窓面は当該第３の窓面における半径軸の方向に平行でない法線方向を有し、ポンプ放射を受光するよう適合させられており、有利には実質的に平坦である、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記活性領域の横方向の寸法は特性波長よりも小さい、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１１】
（ａ）請求項１から１０のいずれか１項記載の光ファイバ、
（ｂ）ポンプ放射を発するように適合させられたダイオードレーザアレイ、及び、
（ｃ）ダイオードレーザアレイと第１の面との間に配置され、ダイオードレーザアレイからのポンプ放射を光ファイバの第１の窓面へガイドするように適合させられた光学素子
を有する
ことを特徴とするファイバレーザアセンブリ。
【請求項１２】
長手軸、半径軸、及びアジマス軸を有するファイバレーザをポンプする方法において、
ポンプ放射のビームを発生させるステップと、
ポンプ放射のビームがファイバレーザの長手軸、半径軸、及びアジマス軸に沿って成分を有するような方向においてポンプ放射のビームをファイバレーザの中へ入射させるステップとを有することを特徴とするファイバレーザをポンプする方法。
【請求項１３】
前記ファイバレーザは第１の窓面における半径軸の方向に平行でない法線方向を有する窓面を有しており、
ポンプ放射のビームは前記第１の窓面を通してファイバレーザの中へ入射させられる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ダイオードレーザアレイによってポンプ放射のビームを発生させる、請求項１２記載の方法。
【国際調査報告】
2006516810.tif 000014
2006516810.tif 000015
2006516810.tif 000016