(57)【要約】ファイバ増幅器システムのためのシードビーム・ソースが提供される。シードビーム・ソースは、それぞれが異なる波長でレーザ・ビームを発生させる、複数の連続波マスタ発振器レーザと、それぞれがマスタ発振器レーザの内特定の１つからレーザ・ビームを受ける複数のスイッチング変調器と、を含む。各スイッチング変調器が所定のタイミング・シーケンスに基づいて光パルスとしてそのレーザ・ビームを出力するように制御される。シードビーム・ソースは更に、複数のスイッチング・モジュールからの光パルスに応答する光カプラを含む。光カプラは如何なる特定の時点でスイッチング変調器から光パルスの内１つを受けるのみであり、光カプラは、複数のスイッチング変調器から光パルスを連続的に受けて、全てのスイッチング変調器からの光パルスを含む、インタリーブされた連続光シードビームを出力する。【選択図】図１
2017525146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ増幅器システムのためのシードビーム・ソースであって、
それぞれが異なる波長でレーザ・ビームを発生させる、複数のＭ個の連続波マスタ発振器レーザと、
それぞれが前記マスタ発振器レーザの内特定の１つから前記レーザ・ビームを受ける複数のＭ個のスイッチング変調器であって、各前記スイッチング変調器が所定のタイミング・シーケンスに基づいて光パルスとしてそのレーザ・ビームを出力するように制御される、スイッチング変調器と、
前記複数のスイッチング・モジュールからの前記光パルスに応答する光カプラであって、前記光カプラは任意の特定の時点で前記スイッチング変調器から前記光パルスの内１つを受けるのみであり、前記光カプラは、前記複数のスイッチング変調器から前記光パルスを連続的に受けて、全ての前記スイッチング変調器からの前記光パルスを含む、インタリーブされた連続光シードビームを出力する、光カプラと、
前記スイッチング変調器に、前記特定の時点で前記光パルスの内１つを出力のみさせるために、電気信号を前記複数のスイッチング変調器に選択的に供給する電気パルス・ドライバと、
を備える、シードビーム・ソース。
【請求項２】
請求項１記載のシードビーム・ソースにおいて、前記スイッチング変調器が同期によりトリガされる音響光学増幅変調器である、シードビーム・ソース。
【請求項３】
請求項１記載のシードビーム・ソースであって、更に、複数の遅延デバイスであって、１つが前記マスタ発振器レーザのそれぞれに対する、遅延デバイスを備え、
各前記遅延デバイスが前記電気パルス・ドライバから前記電気信号を受けて、前記所定のタイミング・シーケンスについて前記スイッチング変調器を選択的に制御する、シードビーム・ソース。
【請求項４】
請求項１記載のシードビーム・ソースにおいて、前記スイッチング変調器のパルス幅が、１／Ｍとファイバ・コア全体への熱拡散時間との積以下の値を有する、シードビーム・ソース。
【請求項５】
請求項１記載のシードビーム・ソースにおいて、前記複数のマスタ発振器レーザが、少なくとも１ナノメートルの波長の差を有する前記レーザ・ビームを供給する、シードビーム・ソース。
【請求項６】
請求項１記載のシードビーム・ソースであって、更に、
電気光学変調器であって、前記光カプラから前記インタリーブされたシードビームを受け、また、誘導ブリルアン散乱を抑制するために、前記シードビームを周波数変調する、電気光学変調器を備える、シードビーム・ソース。
【請求項７】
請求項１記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムが１つ以上のファイバ増幅器における単一のチャネルを含む、シードビーム・ソース。
【請求項８】
請求項１記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムがコヒーレントに結合されたＮ個のファイバ増幅器のアレイを含む、シードビーム・ソース。
【請求項９】
ファイバ増幅器システムのためのシードビーム・ソースであって、
それぞれが異なる波長でレーザ・ビームを発生させる、複数のＭ個の光デバイスと、
それぞれが前記光デバイスの内特定の１つから前記レーザ・ビームを受ける複数のＭ個のスイッチング・デバイスであって、各前記スイッチング・デバイスが所定のタイミング・シーケンスに基づいて光パルスとしてそのレーザ・ビームを出力するように制御される、スイッチング・デバイスと、
前記複数のスイッチング・デバイスからの前記光パルスに応答する光カプラであって、前記光カプラは、任意の特定の時点で前記スイッチング・デバイスから前記光パルスの内１つを受けるのみであり、前記光カプラは、前記スイッチング・デバイスから前記光パルスを連続的に受けて、全ての前記スイッチング・デバイスからの前記光パルスを含む、インタリーブされた連続光シードビームを出力する、光カプラと、
を備える、シードビーム・ソース。
【請求項１０】
請求項９記載のシードビーム・ソースにおいて、前記光デバイスがマスタ発振器レーザである、シードビーム・ソース。
【請求項１１】
請求項９記載のシードビーム・ソースにおいて、前記スイッチング・デバイスが同期によりトリガされる音響光学増幅変調器である、シードビーム・ソース。
【請求項１２】
請求項９記載のシードビーム・ソースであって、更に、複数の遅延デバイスであって、１つがマスタ発振器レーザのそれぞれに対し、各前記遅延デバイスが前記所定のタイミング・シーケンスについて前記スイッチング・デバイスを選択的に制御する電気信号を供給する、遅延デバイスを備える、シードビーム・ソース。
【請求項１３】
請求項９記載のシードビーム・ソースにおいて、前記スイッチング・デバイスのパルス幅が、１／Ｍとファイバ・コア全体への熱拡散時間との積以下の値を有する、シードビーム・ソース。
【請求項１４】
請求項９記載のシードビーム・ソースにおいて、前記複数の光デバイスが、少なくとも１ナノメートルの波長の差を有する前記レーザ・ビームを供給する、シードビーム・ソース。
【請求項１５】
請求項９記載のシードビーム・ソースであって、更に、電気光学変調器であって、前記光カプラから前記シードビームを受け、また、誘導ブリルアン散乱を抑制するために、前記シードビームを周波数変調する電気光学変調器を備える、シードビーム・ソース。
【請求項１６】
請求項９記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムが１つ以上のファイバ増幅器における単一のチャネルを含む、シードビーム・ソース。
【請求項１７】
請求項９記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムがコヒーレントに結合されたＮ個のファイバ増幅器のアレイを含む、シードビーム・ソース。
【請求項１８】
ファイバ増幅器システムのシードビーム・ソースであって、
それぞれが異なる波長でレーザ・ビームを発生させる、複数のＭ個の連続波マスタ発振器レーザであって、前記複数のマスタ発振器レーザが、少なくとも２ナノメータの波長の差を有する前記レーザ・ビームを供給する、連続波マスタ発振器レーザと、
同期によりトリガされる複数のＭ個の音響光学増幅変調器（ＡＯＭ）であって、それぞれが前記マスタ発振器レーザの内特定の１つから前記レーザ・ビームを受け、各前記ＡＯＭが所定のタイミング・シーケンスに基づいて光パルスとしてそのレーザ・ビームを出力するように制御され、前記ＡＯＭのパルス幅が、１／Ｍとファイバ・コア全体への熱拡散時間との積以下の値を有する、ＡＯＭと、
前記複数のＡＯＭからの前記光パルスに応答する光カプラであって、前記光カプラは任意の特定の時点で前記ＡＯＭから前記光パルスの内１つを受けるのみであり、前記光カプラは、前記複数のＡＯＭから前記光パルスを連続的に受けて、全ての前記ＡＯＭからの前記光パルスを含む、インタリーブされた連続光シードビームを出力する、光カプラと、
前記ＡＯＭに、前記特定の時点で前記光パルスの内１つを出力のみさせるために、電気信号を前記複数のＡＯＭに選択的に供給する電気パルス・ドライバと、
複数の遅延デバイスであって、１つが前記マスタ発振器レーザのそれぞれに対し、各前記遅延デバイスが前記電気パルス・ドライバから前記電気信号を受けて、前記所定のタイミング・シーケンスについて前記ＡＯＭを選択的に制御する、遅延デバイスと、
前記光カプラから前記インタリーブされたシードビームを受け、誘導ブリルアン散乱を抑制するために、前記シードビームを周波数変調する電気光学変調器と、
を備える、シードビーム・ソース。
【請求項１９】
請求項１８記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムは、１つ以上のファイバ増幅器における単一のチャネルを含む、シードビーム・ソース。
【請求項２０】
請求項１８記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムは、コヒーレントに結合されたＮ個のファイバ増幅器のアレイを含む、シードビーム・ソース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
[0001]  本発明は、全般的に、ファイバ・レーザ増幅器のために光シードビームを発生するシードビーム・ソースに関し、更に特定すれば、ファイバ・レーザ増幅器のために光シードビームを発生するシードビーム・ソースであって、異なる波長を有する複数のシードビームを単一のシードビームにインタリーブさせるシードビーム・ソースに関するものである。
【０００２】
検討
[0002]  高パワーのレーザ増幅器は多くの用途を有し、産業的、商用的、軍用的等のものを含む。レーザ増幅器の設計者は、これらの用途のために、レーザ増幅器のパワーを増大させる手法を継続的に研究している。ある公知の種別のレーザ増幅器はファイバ・レーザ増幅器であり、シードビーム、添加ファイバ、およびポンプ・ビームを採用して、当業者によく理解される手法でレーザ・ビーム発生させる。通例、高パワーのファイバ・レーザ増幅器は、約１０〜２０μｍ或いはそれより大きなアクティブ・コア径を有するファイバを採用する。現代のファイバ・レーザ増幅器は、最大１０ｋＷもの単一のファイバ出力レベルに達している。幾らかのファイバ・レーザ・システムには、多数のファイバ・レーザ増幅器を採用し、ある手法でそれらを組み合わせて高パワーを供給するものもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  上記の径を有する高パワーのファイバ・レーザに使用されるファイバは多数の横方向の伝搬モードをサポートする。しかしながら、通例は、ほぼガウシアンである最低位の基本モードＬＰ０１のみにおいて出力ビームを発生させるのに使用される。これらのファイバから約１．５ｋＷを越えてＬＰ０１モードの出力パワーを更にスケーリングするのを阻害する基本的な問題は、基本モードからより高次モード（ＨＯＭ）へのパワー切り替え(power transfer)の出現閾値である。当該技術分野ではよく理解されるように、最低オーダの基本モードでの光伝搬は、通例、より高いビーム品質を有する。ここでは、高次モードで伝搬する光は空間ビーム品質の減少を招く。この影響により、多様な用途に求められる単一横方向のモードの出力を有する、多数ｋＷ、低非線形性、そして高コヒーレントなファイバ増幅器の開発が阻害されている。
【０００４】
[0004]  レーザ光のＨＯＭへの光パワー切り替えは、一般的に、基本モードＬＰ０１と次のより高次モデルＬＰ１１との間の干渉パターンで書かれるファイバ・コアの屈折率で、可動(moving)長周期グレーティング（ＬＰＧ）を形成する結果として生じる。多数の実験的研究は、ＬＰＧの形成に導くこのようなファイバ屈折率変化のための機構がサーマルなものであることを示してきた。具体的には、多数モードで伝搬する光は、光強度グレーティングを生成するファイバにおいて相互に干渉することになる。ここでは、干渉によって生じるグレーティングの周期は、ファイバ・モードおよび光学波長の特有のものとなる。光干渉は、複数の異なるモードの光ビーム間での干渉の詳細にしたがって、ファイバの量を通じた熱変量を生成し、ファイバ・コアの屈折率を変化させる。このことは、光に拡散を生じさせる。拡散した光は同位相で整合され、このことは、基本モードからより高次モードへのパワー切り替えを生じさせる。光出力パワーが増大するので、ＬＰＧ振幅が増加し、また、光結合は指数的に増強する。最終的には閾値レベルに到達し、閾値より上では光パワーがモード間で動的に変動する。モード間のパワーの動的な変動が絶えず観測され、ファイバ・コア全体の熱拡散時間（通例は、二酸化ケイ素ファイバの２０ｕｍクラス・コア径に対し約１ｍｓ）に対応する時間スケールで生じる。
【０００５】
[0005]  パワー切り替えの動的な性質は、光ビームの位相に対するＬＰＧの位相を、熱拡散時間と同様またはこれよりも早い時間スケールで動的に変化させることによって、伝搬モード切り替えメカニズムが阻害され得るということを示唆する。このコンセプトは、最近、閉ループのサーボ制御設定で起動したモードの重ね合わせ(super-position)において関連の振幅および位相を動的に変化させることによって実験的に検証されてきた。
【０００６】
[0006]  光伝搬をより高次モードにする当該課題を解決する別のアプローチは、実質的にシードビームのライン幅を拡張する(broaden)ことである。複数のモード間では異なる有効な屈折率の分散のために、ＬＰＧの空間的周波数は、シードビーム波長に従うことになる。十分に拡張されたシードビームによって、ＬＰＧは、ゲイン長(gain length)に相当する長さスケールについて断念(wash out)することになる。つまり、コヒーレントなＨＯＭ結合を阻害することになる。コンセプトとしては、これは、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）を緩和するのに使用される標準的な方法に類似する。しかしながら、モード間の分散に基づく計算は、重大な抑制のために必要とされるライン幅がＳＢＳに対するよりも１ナノメータ以上のオーダで非常に広くなる見込みがあることを示唆する。
【０００７】
[0007]  連続的に広いｎｍクラスのシードビームのライン幅によって、スペクトル位相および振幅の展開を管理することは困難となり得る。何故ならば、シードビームは高パワーの増幅器チェーンを通じて伝搬するからである。スペクトル位相および振幅が維持されない場合は、分散またはマルチパスの干渉による影響のために、当初ピュアな周波数変調（ＦＭ）ソースは、振幅変調（ＡＭ）ソースに部分的に変換することになる。即ち、強度は時間と共に変化することになる。このことは、今度は、出力シードビームのライン幅を広げることができまたは出力ビームのコヒーレンスを低減させることができるカー(Kerr)非線形性からの非線形位相変調へと導き、つまり、ビーム結合を介した更なるスケーリングを妨げる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、マルチ波長シードビーム・ソースおよび単一ファイバ増幅器のブロック図である。
【図２】図２は、マルチ波長シードビームを単一のシードビームにインタリーブするためのタイミング図である。
【図３】図３は、コヒーレントに結合されたＮ個のファイバ増幅器のアレイにおいてマルチ波長シードビームを採用する光学システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0011]  本発明の実施形態についての次の考察は、ファイバ・レーザ増幅器のシードビームを発生させるシードビーム・ソースに向けられ、実際は単に例示的であり、如何なる場合も本発明またはその適用若しくは使用を限定することを意図するのではない。
【００１０】
[0012]  本発明では、ファイバ・レーザ増幅器のためにシードビームを発生させるシードビーム・ソースを提案する。ファイバ・レーザ増幅器は、上述したように可動長周期グレーティング（ＬＰＧ）の結果として、高次ファイバ・モードへと光結合することによって生じる熱不安定性を低減させる。この効果によって生じるグレーティングの周期は、ファイバ・コア内を伝搬している光の波長にしたがう。それ故、ファイバ・コアを通じて伝搬する光の波長が特定のデューティ・サイクルで継続的に変化している場合、ファイバを下方向に伝搬した以前の波長シードビームによって生成されるＬＰＧは、ファイバを下方向に伝搬する新規の波長シードビームをより高次のモードに結合することにならない。シードビームの波長を数ナノメータ変化させることだけが必要であることが示されている。また、ポンプ・ビームを採用するレーザ増幅プロセスが比較的広い帯域幅をカバーするので、シードビームの波長の変化は、レーザ増幅プロセスにそれほど重大には影響しない。この考察に基づいて、シードビーム・ソースは、特定のパルス幅および異なる波長を有する光パルスにインタリーブする。その結果、２つ以上のモードでの光伝搬の間を結合するのを防止、或いは低減させることができる。
【００１１】
[0013]  シードビーム・ソースが、異なる波長を有する２つのシードビームにインタリーブする場合について検討する。波長が十分に遠く離れて離間される場合に、１つのシードビームによって形成される長周期グレーティングは、他のシードビームのモード結合のために位相整合することにはならず、逆もまた然りである。２つの波長間のスイッチング周波数がファイバ・コア全体の熱拡散時間よりも速い場合は、それぞれのＬＰＧを駆動させる熱負荷は半減されることになる。つまり、ＬＰＧ振幅を２倍に低減させ、これに対応して、モード不安定性の出現のためのパワー閾値を増加させる。このコンセプトは、２以上の整数であるＭ個の異なるシードビーム・ソース波長に拡張可能である。ここで、Ｍ個の波長の各々は、ファイバ・コア全体の熱拡散時間以下の時間でスイッチされる。つまり、各ＬＰＧをそれぞれ駆動する熱負荷を１／Ｍ倍に低減させる。このことは、モード不確実性の閾値をＭ倍に増加させる。
【００１２】
[0014]  一般に、必要とされる波長の離間は、ファイバ設計の詳細および増幅器アーキテクチャの両方にしたがうことになる。主たる重要性を有するファイバ・パラメータは、伝搬モードＬＰ０１とＬＰ１１間の有効なモード間屈折率の差の分散である。増幅器アーキテクチャは、ＨＯＭ結合のために有効なゲイン長を決定する。これには、熱蒸着プロファイル、ポンプ配置、ファイバ・コアのゲイン飽和(saturation)、およびモード間の差動損失を含む数多くの要因の相互依存性に関する複雑な関係がある。実際のところ、このようなゲイン長は数値的に計算することができ、或いはモード変換のための閾値を測定することによって経験的に決定することができる。通例は、マルチｋＷのスケーリングに適した大きなモード・エリアのファイバについて、シードビーム・レーザ間の波長間隔は、メートルのオーダのゲイン長に対し最大１テラヘルツのオーダということになる。
【００１３】
[0015]  上記のデュアル波長の概念は、ファクタＭによる更なるスケーリングのために、Ｍ＞２に拡張することができる。単一の増幅器が、ＹＢ添加ファイバの利得帯域幅内に適切にある約３０ｎｍの総帯域幅を取り扱うことができるものと想定する。このようなアプローチは、ＨＯＭ閾値においてファクタＭに最大１０×の増加を潜在的に提供することができる。ＨＯＭ閾値ポイントでは、恐らくは、ラマン(Raman)散乱または損失のような他の影響がパワーを制限することになる。或いは、このレベルの抑制は、ＨＯＭ不安定性による現在使用不可能である、より大きいコア径およびより低い非線形性によって、他のファイバ設計の使用を可能にすることができる。
【００１４】
[0016]  図１は、上述したシードビーム・ソースに適したマルチ波長シードビーム・ソース１０のブロック図である。ソース１０は、複数のＭ個のビーム・チャネル１２を含み、それぞれが、異なる波長λ１，λ２，...，λＭで動作している連続波マスタ発振器（ＭＯ）レーザ１４を有する。ここでは、ＭＯレーザ１４間の波長間隔は、本明細書で検討しているＨＯＭ結合を抑制するように選択される。各ＭＯレーザ１４は、ファイバ１８上で同期によりトリガされた振幅変調器１６にビームを供給する。振幅変調器１６は音響光学振幅変調器（ＡＯＭ）とすることができる。後述するように、各チャネル１２のＡＯＭ１６は個別に時間ゲートされ、当該チャネルではＡＯＭの内１つのみが特定のＭＯレーザ１４から光パルスを供給しており、ＡＯＭ１６の内１つのみが任意の所与の時点で光パルスを出力している。時間制御された全てのビーム・パルスは、ファイバ２２上で光カプラ２０に供給される。ここでは、カプラ２０は、特定の時点で全てのチャネル１２からのビーム・パルスの内１つを受け取るのみである。
【００１５】
[0017]  カプラ２０は、ファイバ２６上で電気光学変調器（ＥＯＭ）２４に対し、受け取っている特定のビームを出力する。電気光学変調器（ＥＯＭ）２４は、ビームを周波数変調して、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）を抑制する。特に、ＥＯＭ２４を使用して、ＳＢＳ抑制の目的で、カプラ２０の下流へのシードビームの付加的なライン幅拡張(broadning)を提供することができる。ＥＯＭベース拡張は、例えば、ホワイト・ノイズ・ソースからでよく、即ちＳＢＳを阻害するデジタル疑似乱数ビット・シーケンス（ＰＲＢＳ）でもよい。この追加されたライン幅拡張は、通例は、全幅が約１０ＧＨｚのオーダとなり、通例は波長間のＴＨｚクラスの間隔よりも非常に狭い。この拡張は、増幅器ファイバでの往復時間（通例は、１０メータ長増幅器では約１００ｎｓ）に対応する任意の所与の時間窓の間で約１０ＧＨｚのオーダとなることを確実にする。したがって、ＳＢＳの形成を阻害する短いコヒーレンス長を確実にする。トータルの出力の時間平均化されたスペクトルは、ＥＯＭ拡張により、スイッチされたマルチ波長ソースのコンボリューションとなる。ファイバの瞬時周波数が、狭いライン、即ち、任意の所与の１００ｎｓ時間窓について約１０ＧＨｚのオーダであるので、これら狭い範囲にわたるスペクトル振幅および位相を維持して、例えば分散またはマルチパス干渉の影響を原因とするＦＭ−ＡＭ変換、およびビーム・コヒーレンスの二次的損失を回避することは比較的容易である。例えば、コヒーレンスを維持するために、ＥＯＭ２４によって規定される瞬時的な１０ＧＨｚのスペクトル範囲にわたるもののみを除いて、テラヘルツのスペクトル全範囲にわたるグループ遅延を正確にパスマッチさせる必要がない。
【００１６】
[0018]  ＭＯレーザ１４からのビームは、ＡＯＭ１６を同期によりトリガすることによって個別に時間ゲート制御される。特に、ＡＯＭ１６は、波長λ１，λ２，...，λｍごとにそれぞれ遅延デバイス３６、３８および４０を通じて電気パルス・ドライバ４２によってゲート制御される。ここでは、パルス・ドライバ４２からの電気的トリガ信号Ｔｐｕｌｓｅは、遅延デバイス３６、３８および４０によって提供される遅延に基づいて、選択的に特定のＡＯＭ１６に供給される。図２は、遅延デバイス３６、３８および４０がどのようにＡＯＭ１６を選択的に制御するかを示すタイミング図５０を示し連続ビームがカプラ２０に供給される。但し、所与の時点でＡＯＭ１６の内１つのみからである。タイミング図５０は連続的な時間スロット５２を含む。ここでは、各時間スロット５２は、時間（パルス幅）を表し、複数のチャネル１２の内１つは、そのビームをカプラ２０に供給しており、波長λ１，λ２，...，λＭで示される。図２はまた、ファイバ２６、３０および３２でのカプラ２０の下流方向への光伝搬における時間連続する波長を表す。図２では、ＭｘＴｐｕｌｓｅ＜＝１がファイバ・コア全体への熱拡散時間である。
【００１７】
[0019]  ＬＰＧは熱効果によってファイバに形成されるので、波長スイッチングを介して、ファイバ・コア全体の熱拡散時間よりも早い時間スケールでＬＰＧを阻害する必要がある。通例のＡＯＭスイッチング速度は１０ｎｓ未満であり、その間に、多数の波長がファイバに存在することになり、また、コヒーレンスが線形分散または非線形の四光波混合が原因で損なわれることがある。最大1 ｍｓの熱拡散時間よりも速くするために、全てのＭ個の波長の間でスイッチするのに必要となるスイッチング周波数は、１ｋＨｚよりも大きくなることが見込まれる。したがって、このソースからのデューティ・サイクルの減少は約１０ｎｍ×１ｋＨ×Ｍ＝０．００１％×Ｍに過ぎず、その結果、ビーム結合レーザ・システムでは無視可能なパワー損失となる。ＡＯＭベース・スイッチングの使用はまた、パルス自体の間に２つの波長の間でＦＷＭを防止するのに必要となる最大約６０ｄＢの高いパルス間(intrapulse)コントラストを提供する。
【００１８】
[0020]  波長のスイッチングはまた、コヒーレントに結合されたマスタ発振器のパワー増幅器アーキテクチャにおける位相ロックを一時的に阻害する。このことは、システム効率性に対するデューティ・サイクル・インパクトとして見受けられる。ここでは、関連するデューティ・サイクル時間スケールは、位相ロック・サーボ制御システムの収束時間によって定められる。通例の約３００ｋｒａｄ／ｓのサーボ制御システム速度について、非段階的(un-phased)な状態からの収束時間は、大凡 Π／（３００ｋｒａｄ／ｓ）＝１０μｓとなる。したがって、デューティ・サイクル・インパクトは約（１０μｓ）×（１ｋＨｚ）×Ｍ＝１％×Ｍとなる。このようなデューティ・サイクル・インパクトは、効率性における実質的な損失を潜在的に表すことになり得る。しかしながら、このことを補償する多数の手法は容易であると見込まれる。これら多数の手法は、アクティブ・パス（グループ遅延）マッチング、カー(Kerr)位相シフトを介してそれら位相を整合一致させるためのシードビームの相対振幅の調整(tailoring)、または、波長にしたがう位相シフトの検出に基づくシードフォワード安定化の実装が含まれ、位置位相全体よりも非常に遅く変化させなければならない。
【００１９】
[0021]  図１では、シード・ソース１０の出力ビームは、ファイバ３０上で単一のファイバ増幅器２８に供給される。単一のファイバ増幅器２８は、ファイバ３２上で、増幅されたファイバ・ビームを供給する。ファイバ増幅器２８は、光増幅を供給するために、当業者によって十分に理解される１つ以上のポンプ・ビーム（非図示）を受け取る。更に、ファイバ増幅器２８は、単一のファイバ増幅器または複数のカスケードされたファイバ増幅器を表すことが意図される。上記のマルチ波長シードビームのコンセプトは、ビーム・パワーを増大させるために、並行して動作する複数のファイバ増幅器アレイに拡張することができる。
【００２０】
[0022]  図３は、ファイバ増幅器システム６０のブロック図である。ここでは、シードビーム・ソース１０は、光ファイバ３０を表す光ファイバ６４上でインタリーブされたマルチ波長のシードビームを供給する。上述したようにシードビームを単一のファイバ増幅器２８に供給する代わりに、シードビームは、１ｘＮスプリッタ６２によって多数のビーム・チャネル６８に分割される。ここでは、シードビームはファイバ７０上で各チャネル６８の位相アクチュエータ６６に供給される。位相アクチュエータ６６は各チャネルで全ての波長の位相を修正する。その結果、各チャネル６８のシードビームは、単一のコヒーレントな出力ビームに結合される特定の時点で、他のシードビームと同位相にすることができる。各位相アクチュエータ６６はまた、特定のシードビームが他のシードビームと結合された後に、当該特定のシードビームを識別するのに使用される一意のディザ変調をシードビームに課す。上述したように、位相アクチュエータ６６からのシードビームは、ファイバ７４上でファイバ増幅器７２に供給され、ポンプ・ビームによって増幅されることになる。ここでは、増幅されたシードビームがＮ×１結合オプティクス７６に供給され、増幅された全てのシードビームを単一の結合出力ビーム８０に結合する。
【００２１】
[0023]  結合されたビーム８０において各シードビームの位相を検出して位相アクチュエータ６６での位相補正を提供するために、低パワー・サンプル・ビーム８２が、ビーム・スプリッタ８８によって結合ビーム８０から分割され、また、サンプル・ビームを電気信号に変換する位相検出器８４（例えば光検出器）に向けられる。位相検出回路８４からの電気信号は周波数トーンを含むことになり、位相アクチュエータ６６によって特定のシードビームに印加されたディザ周波数にしたがう。その結果、当該電気信号は、位相アクチュエータ６６により供給される、規定された一意のディザ周波数でトーンの重ね合わせを含むことができる。位相検出器８４からの電気信号はＮ−チャネル位相コントローラ８６に供給される。Ｎ−チャネル位相コントローラ８６は、ディザ周波数間の関係を識別し、チャネル６８の各位相アクチュエータ６６を制御する。その結果、ファイバ・ビームの位相は、当業者によって十分に理解される手法で位相のロックをすることができる。
【００２２】
[0024]  上述した考察は、本発明の例示的な実施形態を開示および説明したに過ぎないものである。当業者は、このような検討から、並びに添付の図面および特許請求の範囲から、次の特許請求の範囲に規定される本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、様々な変化、変更、および変形を行うことができることを認めるであろう。
【図１】
2017525146.tif 000003
【図２】
2017525146.tif 000004
【図３】
2017525146.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月7日(2015.12.7)
【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】
ファイバ増幅器システムのためのシードビーム・ソースであって、当該シードビーム・ソースが光ファイバを通じて伝搬するシードビーム光のより高次モードへの結合によって生じる熱不安定性を低減させるシードビームを生じさせ、前記光ファイバがファイバ・コアを有し、当該シードビーム・ソースが、
それぞれが異なる波長でレーザ・ビームを発生させる、複数のＭ個の連続波マスタ発振器レーザと、
それぞれが前記マスタ発振器レーザの内特定の１つから前記レーザ・ビームを受ける複数のＭ個のスイッチング変調器であって、各前記スイッチング変調器が所定のタイミング・シーケンスに基づいて光パルスとして前記レーザ・ビームを出力するように制御され、前記複数のＭ個のスイッチング変調器はまた、前記光パルスが、１／Ｍとファイバ・コア全体への熱拡散時間との積以下のパルス幅を有して、前記低減した熱不安定性を提供するように制御される、スイッチング変調器と、
前記複数のスイッチング・モジュールからの前記光パルスに応答する光カプラであって、前記光カプラは任意の特定の時点で前記スイッチング変調器から前記光パルスの内１つを受けるのみであり、前記光カプラは、前記複数のスイッチング変調器から前記光パルスを連続的に受けて、全ての前記スイッチング変調器からの前記光パルスを含む、インタリーブされた連続光シードビームを出力する、光カプラと、
前記スイッチング変調器に、前記特定の時点で前記光パルスの内１つを出力のみさせるために、電気信号を前記複数のスイッチング変調器に選択的に供給する電気パルス・ドライバと、
を備える、シードビーム・ソース。
【請求項２】
請求項１記載のシードビーム・ソースにおいて、前記スイッチング変調器が同期によりトリガされる音響光学増幅変調器である、シードビーム・ソース。
【請求項３】
請求項１記載のシードビーム・ソースであって、更に、複数の遅延デバイスであって、１つが前記マスタ発振器レーザのそれぞれに対する、遅延デバイスを備え、
各前記遅延デバイスが前記電気パルス・ドライバから前記電気信号を受けて、前記所定のタイミング・シーケンスについて前記スイッチング変調器を選択的に制御する、シードビーム・ソース。
【請求項４】
請求項１記載のシードビーム・ソースにおいて、前記複数のマスタ発振器レーザが、少なくとも１ナノメートルの波長の差を有する前記レーザ・ビームを供給する、シードビーム・ソース。
【請求項５】
請求項１記載のシードビーム・ソースであって、更に、
電気光学変調器であって、前記光カプラから前記インタリーブされたシードビームを受け、また、誘導ブリルアン散乱を抑制するために前記シードビームを周波数変調する、電気光学変調器を備える、シードビーム・ソース。
【請求項６】
請求項１記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムが１つ以上のファイバ増幅器における単一のチャネルを含む、シードビーム・ソース。
【請求項７】
請求項１記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムがコヒーレントに結合されたＮ個のファイバ増幅器のアレイを含む、シードビーム・ソース。
【請求項８】
ファイバ増幅器システムのためのシードビーム・ソースであって、当該シードビーム・ソースが光ファイバを通じて伝搬するシードビーム光のより高次モードへの結合によって生じる熱不安定性を低減させるシードビームを生じさせ、前記光ファイバがファイバ・コアを有し、当該シードビーム・ソースが、
それぞれが異なる波長でレーザ・ビームを発生させる、複数のＭ個の光デバイスと、
それぞれが前記光デバイスの内特定の１つから前記レーザ・ビームを受ける複数のＭ個のスイッチング・デバイスであって、各前記スイッチング・デバイスが所定のタイミング・シーケンスに基づいて光パルスとして前記レーザ・ビームを出力するように制御され、前記複数のＭ個のスイッチング変調器はまた、前記光パルスが、１／Ｍとファイバ・コア全体への熱拡散時間との積以下のパルス幅を有して、前記低減した熱不安定性を提供するように制御される、スイッチング・デバイスと、
前記複数のスイッチング・デバイスからの前記光パルスに応答する光カプラであって、前記光カプラは、任意の特定の時点で前記スイッチング・デバイスから前記光パルスの内１つを受けるのみであり、前記光カプラは、前記スイッチング・デバイスから前記光パルスを連続的に受けて、全ての前記スイッチング・デバイスからの前記光パルスを含む、インタリーブされた連続光シードビームを出力する、光カプラと、
を備える、シードビーム・ソース。
【請求項９】
請求項８記載のシードビーム・ソースにおいて、前記光デバイスがマスタ発振器レーザである、シードビーム・ソース。
【請求項１０】
請求項８記載のシードビーム・ソースにおいて、前記スイッチング・デバイスが同期によりトリガされる音響光学増幅変調器である、シードビーム・ソース。
【請求項１１】
請求項８記載のシードビーム・ソースであって、更に、複数の遅延デバイスであって、１つがマスタ発振器レーザのそれぞれに対し、各前記遅延デバイスが前記所定のタイミング・シーケンスについて前記スイッチング・デバイスを選択的に制御する電気信号を供給する、遅延デバイスを備える、シードビーム・ソース。
【請求項１２】
請求項８記載のシードビーム・ソースにおいて、前記複数の光デバイスが、少なくとも１ナノメートルの波長の差を有する前記レーザ・ビームを供給する、シードビーム・ソース。
【請求項１３】
請求項８記載のシードビーム・ソースであって、更に、電気光学変調器であって、前記光カプラから前記シードビームを受け、また、誘導ブリルアン散乱を抑制するために、前記シードビームを周波数変調する電気光学変調器を備える、シードビーム・ソース。
【請求項１４】
請求項８記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムが１つ以上のファイバ増幅器における単一のチャネルを含む、シードビーム・ソース。
【請求項１５】
請求項８記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムがコヒーレントに結合されたＮ個のファイバ増幅器のアレイを含む、シードビーム・ソース。
【請求項１６】
ファイバ増幅器システムのシードビーム・ソースであって、当該シードビーム・ソースが光ファイバを通じて伝搬するシードビーム光のより高次モードへの結合によって生じる熱不安定性を低減させるシードビームを生じさせ、前記光ファイバがファイバ・コアを有し、当該シードビーム・ソースが、
それぞれが異なる波長でレーザ・ビームを発生させる、複数のＭ個の連続波マスタ発振器レーザであって、前記複数のマスタ発振器レーザが、少なくとも２ナノメータの波長の差を有する前記レーザ・ビームを供給する、連続波マスタ発振器レーザと、
同期によりトリガされる複数のＭ個の音響光学増幅変調器（ＡＯＭ）であって、それぞれが前記マスタ発振器レーザの内特定の１つから前記レーザ・ビームを受け、各前記ＡＯＭが所定のタイミング・シーケンスに基づいて光パルスとして前記レーザ・ビームを出力するように制御され、前記複数のＭ個のスイッチング変調器はまた、前記光パルスが、１／Ｍとファイバ・コア全体への熱拡散時間との積以下のパルス幅を有して、前記低減した熱不安定性を提供するように制御される、ＡＯＭと、
前記複数のＡＯＭからの前記光パルスに応答する光カプラであって、前記光カプラは任意の特定の時点で前記ＡＯＭから前記光パルスの内１つを受けるのみであり、前記光カプラは、前記複数のＡＯＭから前記光パルスを連続的に受けて、全ての前記ＡＯＭからの前記光パルスを含む、インタリーブされた連続光シードビームを出力する、光カプラと、
前記ＡＯＭに、前記特定の時点で前記光パルスの内１つを出力のみさせるために、電気信号を前記複数のＡＯＭに選択的に供給する電気パルス・ドライバと、
複数の遅延デバイスであって、１つが前記マスタ発振器レーザのそれぞれに対し、各前記遅延デバイスが前記電気パルス・ドライバから前記電気信号を受けて、前記所定のタイミング・シーケンスについて前記ＡＯＭを選択的に制御する、遅延デバイスと、
前記光カプラから前記インタリーブされたシードビームを受け、誘導ブリルアン散乱を抑制するために、前記シードビームを周波数変調する電気光学変調器と、
を備える、シードビーム・ソース。
【請求項１７】
請求項１６記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムは、１つ以上のファイバ増幅器における単一のチャネルを含む、シードビーム・ソース。
【請求項１８】
請求項１６記載のシードビーム・ソースにおいて、前記ファイバ増幅器システムは、コヒーレントに結合されたＮ個のファイバ増幅器のアレイを含む、シードビーム・ソース。
【国際調査報告】
2017525146.tif 000006
2017525146.tif 000007