(57)【要約】  本発明は、光学素子及び種光とポンプ光の共有を許可することで、レーザ光に必要な光増幅を実現するとともに、光学素子の数と光学系全体の複雑性を低下させながらこのようなレーザの大規模生産を実現し、レーザの性能を向上させ、製造やレーザ完成品のコストの低減を図ることができる光学系を提供する。異なる光学利得部分は、種光とポンプ光の共有及び光学素子の共有を許可することに用いられるとともに、多段階の光増幅を提供可能なものである。【選択図】図１
2020532873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる光増幅セクションにおいて共有のポンプ光と種光を有するレーザ光システムであって、
光学ベンチとしての支持ベースと、
支持ベースに設けられ、種レーザ光波長で種光を発生する種レーザと、
支持ベースに設けられ、レーザ光を受けて出力するための第一光学ポート、第二光学ポート及び第三光学ポートを含み、前記種レーザから離間されており、第一光学ポートで受けた自由空間中の種光を第二光学ポートに案内し、第二光学ポートで受けた光を第三光学ポートに案内する光サーキュレータと、
支持ベースに設けられ、種レーザ光波長とは異なるポンプレーザ光波長でポンプ光を発生するポンプ光源と、
支持ベースに設けられ、自由空間中のポンプ光源からのポンプ光と光サーキュレータの第二光学ポートからの種光を受けて組合わせ、組合せレーザビームとしながら、ポンプレーザ光波長の光を伝送し種レーザ光波長の光を反射するための第一ダイクロイックミラーと、
支持ベースに設けられ、自由空間中の第一ダイクロイックミラーからの組合せレーザビームを受ける第一光ファイバコリメータと、
第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末とドープ利得光ファイバセクションを含み、前記第一光ファイバ端末が第一光ファイバコリメータに結合されて組合せレーザビームを受け、前記ドープ利得光ファイバセクションが第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末との間において組合せレーザビーム中のポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とする第一利得光ファイバセクションと、
第二光ファイバ端末とドープ利得光ファイバセクションとの間に第一利得光ファイバセクションにおいて形成され、種レーザ光波長の光をドープ利得光ファイバセクションに反射し戻して二次増幅させて第一光ファイバ端末にて反射増幅種ビームとするとともに、ポンプレーザ光波長の光を余剰ポンプビームとして第二光ファイバ端末に伝送し、第一光ファイバ端末での反射増幅種ビームが第一光ファイバコリメータに受け取られて自由空間にて第一ダイクロイックミラーに案内され、さらに第一ダイクロイックミラーにより自由空間中の反射増幅種ビームを光サーキュレータの第二光学ポートに案内し戻すファイバブラッググレーティングと、
支持ベースに設けられ、第一利得光ファイバセクションの第二光ファイバ端末に結合されて余剰ポンプビームを第一利得光ファイバセクションから支持ベース上方の自由空間に出射するように案内する第二光ファイバコリメータと、
支持ベースに設けられ、自由空間中の光サーキュレータの第三光学ポートからの反射増幅種ビームを受ける第三光ファイバコリメータと、
第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末とドープ利得光ファイバセクションを含み、前記第一光ファイバ端末が第三光ファイバコリメータに結合されて第一利得光ファイバセクションからの反射増幅種ビームを受け、前記ドープ利得光ファイバセクションが第一光ファイバ端末と第二光ファイバ端末との間において組合せレーザビーム中のポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とする第二利得光ファイバセクションと、
支持ベースに設けられ、第二利得光ファイバセクションの第二光ファイバ端末に結合され、自由空間中の第二光ファイバコリメータからの余剰ポンプビームを受けて第二利得光ファイバセクションのドープ利得光ファイバセクションにおいてポンプ光を提供し、そのポンプ光が提供される方向が第一利得光ファイバセクションの反射増幅種ビームの方向と逆であり、前記反射増幅種ビームが増幅されて増幅透過種ビームとなり、ここから第二利得光ファイバセクションから離れる第四光ファイバコリメータと、
を備えるレーザ光システム。
【請求項２】
支持ベースに設けられ、第四光ファイバコリメータと第二光ファイバコリメータとの間に位置し、余剰ポンプビームを自由空間中の第二光ファイバコリメータから第四光ファイバコリメータに伝送するとともに、第四光ファイバコリメータからの前記増幅透過種ビームを反射する第二ダイクロイックミラーをさらに備える、請求項１に記載のレーザ光システム。
【請求項３】
支持ベースに設けられ、第四光ファイバコリメータからの前記増幅透過種ビームを受ける出力光ファイバコリメータと、
前記出力光ファイバコリメータに結合され、前記増幅透過種ビームを受けてこのレーザ光システムのレーザ光出力とする出力光ファイバとを備える、請求項２に記載のレーザ光システム。
【請求項４】
支持ベースに設けられ、第四光ファイバコリメータと出力光ファイバコリメータとの間に位置し、第四光ファイバコリメータからの前記増幅透過種ビームをろ過して種レーザ光波長の光の伝送を許可するとともに、他の波長の光を低減する出力光帯域通過フィルタを備える、請求項３に記載のレーザ光システム。
【請求項５】
支持ベースに設けられ、第四光ファイバコリメータと出力光ファイバコリメータとの間に位置し、第四光ファイバコリメータからの前記増幅透過種ビームをろ過する光アイソレータを備える、請求項３に記載のレーザ光システム。
【請求項６】
支持ベースに設けられ、第四光ファイバコリメータと出力光ファイバコリメータとの間に位置し、第四光ファイバコリメータからの前記増幅透過種ビームの小部分を分割して光学監視信号とする光学スプリッタと、
支持ベースに設けられ、光学監視信号を受けて第四光ファイバコリメータからの前記増幅透過種ビームの出力を監視する光検知器とを備える、請求項３に記載のレーザ光システム。
【請求項７】
支持ベースに設けられ、光サーキュレータと第三光ファイバコリメータとの間に位置し、光サーキュレータの第三光学ポートからの前記反射増幅種ビームをろ過して種レーザ光波長の光の伝送を許可するとともに、他の波長の光を低減する光帯域通過フィルタを備える、請求項１に記載のレーザ光システム。
【請求項８】
前記支持ベース上のポンプ光源は、
支持ベースに位置し、それぞれポンプレーザ光波長で第一ポンプ光と第二ポンプ光を発生することができる第一ポンプレーザと第二ポンプレーザと、
支持座に位置し、第一ポンプ光と第二ポンプ光を合わせてポンプ光とし、前記ポンプ光が第一光ファイバコリメータに案内されるビームコンバイナとを含む、請求項１に記載のレーザ光システム。
【請求項９】
前記支持座上のポンプ光源は単一のポンプレーザを含む、請求項１に記載のレーザ光システム。
【請求項１０】
前記種レーザ光波長は光通信に使用されるスペクトル域にある、請求項１に記載のレーザ光システム。
【請求項１１】
光通信に使用されるスペクトル域は１５５０ｎｍを含む、請求項１０に記載のレーザ光システム。
【請求項１２】
前記ポンプレーザ光波長は種レーザ光波長よりも短い、請求項１０に記載のレーザ光システム。
【請求項１３】
前記第一利得光ファイバセクションと第二利得光ファイバセクションは偏光保持光ファイバセクションにより形成される、請求項１に記載のレーザ光システム。
【請求項１４】
前記第一利得光ファイバセクションと第二利得光ファイバセクションはいずれも偏光保持光ファイバを含む、請求項１に記載のレーザ光システム。
【請求項１５】
前記第一利得光ファイバセクションと第二利得光ファイバセクションはいずれも１００℃以上の高温に耐える全面ガラス型繊維を含む、請求項１に記載のレーザ光システム。
【請求項１６】
異なる光増幅セクションにおいて共有のポンプ光と種光を有するレーザ光システムであって、
光学ベンチとしての支持ベースと、
支持ベースに設けられ、種レーザ光波長で種光を発生する種レーザと、
支持ベースに設けられ、種レーザ光波長とは異なるポンプレーザ光波長でポンプ光を発生するポンプ光源と、
支持ベースに設けられ、種レーザからの種光とポンプ光源からのポンプ光を受けて組合わせ、組合せレーザビームとする第一自由空間光学モジュールと、
支持ベースに設けられ、自由空間中の前記第一自由空間光学モジュールからの組合せレーザビームを受ける第一光ファイバコリメータと、
第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末とドープ利得光ファイバセクションを含み、前記第一光ファイバ端末が第一光ファイバコリメータに結合されて組合せレーザビームを受け、前記ドープ利得光ファイバセクションが第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末との間において組合せレーザビーム中のポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とする第一利得光ファイバセクションと、
種レーザ光波長の光をドープ利得光ファイバセクションに反射し戻して二次増幅させて第一光ファイバ端末にて反射増幅種ビームとするとともに、ポンプレーザ光波長の光を余剰ポンプビームとして第二光ファイバ端末に伝送し、第一光ファイバ端末での反射増幅種ビームが第一光ファイバコリメータに受け取られて自由空間にて第一自由空間光学モジュールに案内される第一光学リフレクタと、
支持ベースに設けられ、第一利得光ファイバセクションの第二光ファイバ端末に結合されて余剰ポンプビームを第一利得光ファイバセクションから支持ベース上方の自由空間に出射するように案内する第二光ファイバコリメータと、
支持ベースに設けられ、自由空間中の第一自由空間光学モジュールからの反射増幅種ビームを受ける第三光ファイバコリメータと、
第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末とドープ利得光ファイバセクションを含み、前記第一光ファイバ端末が第三光ファイバコリメータに結合されて第一利得光ファイバセクションからの反射増幅種ビームを受け、前記ドープ利得光ファイバセクションが第一光ファイバ端末と第二光ファイバ端末との間において組合せレーザビーム中のポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とする第二利得光ファイバセクションと、
支持ベースに設けられ、第二利得光ファイバセクションの第二光ファイバ端末に結合され、自由空間中の第二光ファイバコリメータからの余剰ポンプビームを受けて第二利得光ファイバセクションのドープ利得光ファイバセクションにおいてポンプ光を提供し、そのポンプ光が提供される方向が第一利得光ファイバセクションの反射増幅種ビームの方向と逆であり、前記反射増幅種ビームが増幅されて増幅透過種ビームとなり、ここから第二利得光ファイバセクションから離れる第四光ファイバコリメータと、
第四光ファイバコリメータと第二光ファイバコリメータとの間に結合されて余剰ポンプビームを第二光ファイバコリメータから第四光ファイバコリメータに案内し、さらに第四光ファイバコリメータからの前記増幅透過種ビームを案内してこのレーザ光システムの出力とする第二自由空間モジュールと、
を備えるレーザ光システム。
【請求項１７】
各自由空間光学モジュールは、光ファイバや光導波路に制限されることなく自由空間中の光を案内することができる一つ又は複数の光学素子を含む、請求項１６に記載のレーザ光システム。
【請求項１８】
前記第一自由空間光学モジュールは、前記種レーザ光波長と前記ポンプレーザ光波長の光に対するダイクロイック装置を含む、請求項１６に記載のレーザ光システム。
【請求項１９】
前記第一自由空間光学モジュールは、波長に基づいて種レーザ光波長の光とポンプレーザ光波長の光を案内する波長選択ビームコンバイナ又は光学スプリッタを含む、請求項１６に記載のレーザ光システム。
【請求項２０】
異なる光増幅セクションにおいて共有のポンプ光と種光を有するレーザ光システムであって、
光学ベンチとしての支持ベースと、
支持ベースに設けられ、種レーザ光波長で種光を発生する種レーザと、
支持ベースに設けられ、種レーザ光波長とは異なるポンプレーザ光波長でポンプ光を発生するポンプ光源と、
支持ベースに設けられ、種レーザからの種光とポンプ光源からのポンプ光を受けて組合わせ、組合せレーザビームとする第一自由空間光学モジュールと、
支持ベースに設けられ、組合せレーザビームを受けるように結合され、組合せレーザビーム中のポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とする第一利得光ファイバセクションと、
種レーザ光波長の光を第一利得光ファイバセクションに反射し戻して二次増幅させて反射増幅種ビームとするとともに、ポンプレーザ光波長の光を余剰ポンプビームとして第二光ファイバ端末に伝送し、前記反射増幅種ビームが自由空間にて第一自由空間光学モジュールに案内される光学リフレクタと、
支持ベースに設けられ、第一自由空間光学モジュールにより第一利得光ファイバセクションからの前記反射増幅種ビームを受けるように結合され、自由空間にて余剰ポンプビームを受けてポンプ光を提供し、そのポンプ光が提供される方向が前記反射増幅種ビームの方向と逆であり、前記反射増幅種ビームが増幅されて増幅透過種ビームとなる第二利得光ファイバセクションと、
第一利得光ファイバセクションからの余剰ポンプ種ビームを案内するように結合され、さらに第二利得光ファイバセクションからの前記増幅透過種ビームを案内してこのレーザ光システムの出力とする第二自由空間光学モジュールと、
を備えるレーザ光システム。
【請求項２１】
前記第一利得光ファイバセクション又は第二利得光ファイバセクションは、ポンプレーザ光波長の光ポンプにて種レーザ光波長で光学利得を発生させるためのドープされたバルク光学結晶を含む、請求項２０に記載のレーザ光システム。
【請求項２２】
前記第一利得光ファイバセクション又は第二利得光ファイバセクションは、種レーザ光波長で光学利得を発生させるための半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含む、請求項２０に記載のレーザ光システム。
【請求項２３】
前記第一利得光ファイバセクション又は第二利得光ファイバセクションは、ポンプレーザ光波長の光ポンプにて種レーザ光波長で光学利得を発生させるためのドープ利得光ファイバセクションを含む、請求項２０に記載のレーザ光システム。
【請求項２４】
異なる光増幅セクションにおいて共有のポンプ光と種光を有するレーザ光システムであって、
光学ベンチとしての支持ベースと、
支持ベースに設けられ、種レーザ光波長で種光を発生する種レーザと、
支持ベースに設けられ、種レーザ光波長とは異なるポンプレーザ光波長でポンプ光を発生するポンプ光源と、
種光とポンプ光を受けるように結合され、ポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とするドープ利得光ファイバセクションを含む第一利得光ファイバセクションと、
第一利得光ファイバセクションからの前記増幅種光を受けるように結合され、ポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とするドープ利得光ファイバセクションを含む第二利得光ファイバセクションと、
第二利得光ファイバセクションからの前記増幅種光を受けるように結合され、ポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とするドープ利得光ファイバセクションを含む第三利得光ファイバセクションと、
ポンプ光源からのポンプ光を受けるように結合され、ポンプ光を第一ポンプビームと第二ポンプビームに分割し、前記第一ポンプビームが第一利得光ファイバセクションと第二利得光ファイバセクションに結合され、前記第二ポンプビームが第三利得光ファイバセクションに結合される光学スプリッタと、
を備えるレーザ光システム。
【請求項２５】
前記ポンプ光源は二つのレーザダイオードと一つのビームコンバイナとを含み、前記ビームコンバイナが二つのレーザダイオードからのポンプ光を合わせて前記ポンプ光とする、請求項２４に記載のレーザ光システム。
【請求項２６】
ポンプ光と種光の光路に置かれ、種レーザからの種光を前記第一利得光ファイバセクションに反射するとともに、前記第一利得光ファイバセクションを通過するポンプ光を前記第二利得光ファイバセクションに伝送する第一ダイクロイックミラーと、
ポンプ光と種光の光路に置かれ、第一利得光ファイバセクションにより増幅された種光を第二利得光ファイバセクションへの個別光路に反射し、第二利得光ファイバセクションにより増幅を行う第二ダイクロイックミラーとを備える、請求項２４に記載のレーザ光システム。
【請求項２７】
第一利得光ファイバセクションと第二利得光ファイバセクションとの間に位置し、前記第一利得光ファイバセクションからの増幅種光の増幅自然放出ノイズを低減する帯域通過フィルタを備える、請求項２４に記載のレーザ光システム。
【請求項２８】
第二利得光ファイバセクションと第三利得光ファイバセクションとの間に結合され、前記第二利得光ファイバセクションからの増幅種光の増幅自然放出ノイズを低減する帯域通過フィルタを備える、請求項２４に記載のレーザ光システム。
【請求項２９】
第一利得光ファイバセクションと第二利得光ファイバセクションとの間に結合され、前記第一利得光ファイバセクションからの増幅種光の増幅自然放出ノイズを低減する第一帯域通過フィルタと、
第二利得光ファイバセクションと第三利得光ファイバセクションとの間に結合され、前記第二利得光ファイバセクションからの増幅種光の増幅自然放出ノイズを低減する第二帯域通過フィルタとを備える、請求項２４に記載のレーザ光システム。
【請求項３０】
第三利得光ファイバセクションに結合され、前記第三利得光ファイバセクションからの増幅種光の増幅自然放出ノイズを低減する帯域通過フィルタを備える、請求項２４に記載のレーザ光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光増幅器とレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光システムでは、一つ又は複数の光増幅器でレーザの出力を増幅することで、レーザ出力範囲を上回る所望のレーザ出力レベルを実現することができ、このレーザは各種レーザ構造、例えば、ダイオードレーザ又は固体バルクレーザであってもよい。主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）は、種レーザとして元レーザ光を発生する一つの主レーザと、元レーザ光を増幅する一つ又は複数の光増幅器とを含むレーザシステムである。
【発明の概要】
【０００３】
本発明に記載の技術によれば、光学素子及び種光とポンプ光の共有を許可することで、レーザ光に対する所望の光増幅を実現するとともに、光学素子の数と光学系全体の複雑性を低下させながらレーザ光性能を向上させ、そして、このようなレーザの大規模生産やレーザ完成品のコストを低減した光学系を提供することができる。異なる利得光ファイバセクションにより種光とポンプ光及び光学素子を共有するとともに、多段階の光増幅を提供することができる。利得光ファイバセクションは各種光学利得媒体、例えばドープ光ファイバセクションや、ドープ結晶利得媒体又は半導体光増幅器で実現されてもよい。
【０００４】
開示技術の幾つかの実施例では、主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）は支持ベースに設けることができ、利得セクションと自由空間光学セクションとを含む光学案内セクションを混合させるようにして、増幅レーザ光の光ファイバでの不必要な伝播を低減することで、レーザ光出力における望ましくない非線形光学効果が低減されるとともに、レーザ光操作にて光学素子及びポンプ光と種光の共有に役立つ。
【０００５】
例えば、開示技術によれば、異なる光増幅セクションにおいて共有のポンプ光と種光を有するレーザ光システムを構築することが可能になる。このレーザ光システムは、光学ベンチとしての支持ベースと、支持ベースに設けられ、種レーザ光波長で種光を発生する種レーザと、支持ベースに設けられ、種レーザ光波長とは異なるポンプレーザ光波長でポンプ光を発生するポンプ光源と、支持ベースに設けられ、種レーザから発生する種光及びポンプ光源から発生するポンプ光をも受け取り可能な位置にあり、受け取ったポンプ光と種光とを合わせて組合せレーザビームとする第一自由空間光学モジュールと、支持ベースに設けられ、自由空間にて第一自由空間光学モジュールからの組合せレーザビームを受ける第一光ファイバコリメータと、第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末とドープ利得光ファイバセクションを含み、前記第一光ファイバ端末が第一光ファイバコリメータに結合されて組合せレーザビームを受け、前記ドープ利得光ファイバセクションが第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末との間に設けられ、組合せレーザビーム中のポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅した種光とする第一利得光ファイバセクションと、種レーザ光波長の光をドープ利得光ファイバセクションに反射し戻して二次増幅させて第一光ファイバ端末において反射増幅種ビームとするとともに、ポンプ光波長の光を余剰ポンプビームとして第二光ファイバ端末に伝送する第一光学リフレクタとを備える。第一光ファイバ端末での前記反射増幅種ビームは第一光ファイバコリメータに受け取られ、そして自由空間にて第一自由空間光学モジュールに案内される。前記レーザ光システムは、支持ベースに設けられ、第一利得光ファイバセクションの第二光ファイバ端末に結合されて余剰ポンプビームを第一利得光ファイバセクションから支持ベース上方の自由空間に案内する第二光ファイバコリメータと、支持ベースに設けられ、第一自由空間光学モジュールからの自由空間にある反射増幅種ビームを受ける第三光ファイバコリメータと、第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末とドープ利得光ファイバセクションを含み、前記第一光ファイバ端末が第三光ファイバコリメータに結合されて第一利得光ファイバセクションからの反射増幅種ビームを受け、前記ドープ利得光ファイバセクションが第一光ファイバ端末と第二逆方向光ファイバ端末との間に設けられて組合せレーザビーム中のポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅された種光とする第二利得光ファイバセクションと、支持ベースに設けられ、第二利得光ファイバセクションの第二逆方向光ファイバ端末に結合されて第二光ファイバコリメータの自由空間からの余剰ポンプビームを受けて第二利得光ファイバセクションのドープ利得光ファイバセクションにおいてポンプ光を提供し、ポンプ光が提供される方向が第一利得光ファイバセクションからの反射増幅種ビームの方向と逆であり、前記反射増幅種ビームが増幅されて増幅透過種ビームとなり、ここから第二利得光ファイバセクションから離れる第四光ファイバコリメータと、第四光ファイバコリメータと第二光ファイバコリメータとの間に結合されて余剰ポンプビームを第二光ファイバコリメータから第四光ファイバコリメータに案内し、さらに第四光ファイバコリメータからの増幅透過種レーザビームを案内して前記レーザ光システムの出力とする第二自由空間光学モジュールとを備える。上記実施形態における第一自由空間光学モジュールと第二自由空間光学モジュールは光ファイバでの増幅レーザ光の不必要な伝播を低減するためのものとして使用可能であり、それにより、レーザ光出力における望ましくない非線形光学効果が低減され、第一利得光ファイバセクションと第二利得光ファイバセクションとの間のレーザ光操作にて光学素子及びポンプ光と種光を共有することにも役立つ。
【０００６】
もう一つの実施例では、開示技術によれば、異なる光増幅セクションにおいて共有のポンプ光と種光を有するＭＯＰＡシステムを構築することができる。このシステムは、光学ベンチとしての支持ベースと、支持ベースに設けられ、種レーザ光波長で種光を発生する種レーザと、支持ベースに設けられ、種レーザ光波長とは異なるポンプレーザ光波長でポンプ光を発生するポンプ光源とを備える。このシステムは、種光とポンプ光を受けるように結合され、構造としてはドープ利得光ファイバセクションを含み、このドープ利得光ファイバセクションによりポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とする第一利得光ファイバセクションと、第一利得光ファイバセクションからの増幅種光を受けるように結合され、構造としてはドープ利得光ファイバセクションを含み、ポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とする第二利得光ファイバセクションと、第二利得光ファイバセクションからの増幅種光を受けるように結合され、構造としてはドープ利得光ファイバセクションを含み、ポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とする第三利得光ファイバセクションと、ポンプ光源からのポンプ光を受けるように結合され、ポンプ光を第一ポンプビームと第二ポンプビームに分け、前記第一ポンプビームが第一利得光ファイバセクションと第二利得光ファイバセクションに結合され、前記第二ポンプビームが第三利得光ファイバセクションに結合される光学スプリッタとを備える。
【０００７】
上記と他の特徴及びその実施形態は明細書、図面及び請求項においてより詳細に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】開示技術における主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）システムの模式図であり、このシステムは二つの利得光ファイバセクションを使用しており、一方の利得光ファイバセクションについて複光路設計を採用し、二つの利得光ファイバセクションと光学素子においてポンプ光を共有することにより３段階の増幅が実現される。
【図２】図１に示される主発振器出力増幅器システム（ＭＯＰＡ）を実現する模式図である。
【図３】開示技術における主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）システムの模式図であり、このシステムは光学的に直列配列された３つの利得光ファイバセクションを使用しており、段階当たりの単光路にて３段階の増幅が実現されるとともに、ポンプ光が共有されるようになる。
【図４】開示技術の利得光ファイバ設計を実現するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）の各種設計は、様々な光学素子を有する複雑な光学構造となる傾向がある。光ファイバ増幅器による増幅光が光ファイバセクションで案内される場合、光が増幅され出力レベルが高くなるため、利得光ファイバセクションにおいて著しい非線形光学効果が発生している。ＭＯＰＡ中の光ファイバ案内セクションを低減するとともに自由空間光学セクションを増加することによって、このような非線形光学効果の低減を図ることができる。ＭＯＰＡでは、一つ以上の光増幅セクションを有することで全体の光増幅を増加するのが望ましい。本発明に開示した技術によれば、光学素子の共有、及び、二つの異なる光増幅セクションでの種光とポンプ光の共有を提供可能である。
【００１０】
例えば、本発明に開示した技術は、異なる光増幅セクションにおいて共有のポンプ光と種光を有するレーザ光システムを構築するのに用いることができる。このようなレーザ光システムは、光学ベンチとしての支持ベースと、支持ベースに設けられ、種レーザ光波長で種光を発生する種レーザと、支持ベースに設けられ、種レーザ光波長とは異なるポンプレーザ光波長でポンプ光を発生するポンプ光源と、支持ベースに設けられ、種レーザからの種光とポンプ光源からのポンプ光を受けて合わせ、組合せレーザビームとする第一自由空間光学モジュールと、支持ベースに設けられ、組合せレーザビームを受けるように結合し、組合せレーザビーム中のポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅種光とする第一利得光ファイバセクションと、種レーザ光波長の光を第一利得光ファイバセクションに反射し戻して二次増幅させて反射増幅種ビームとするとともに、ポンプレーザ光波長の光を余剰ポンプビームとして第二光ファイバ端末に伝送し、前記反射増幅種ビームが自由空間にて第一自由空間光学モジュールに案内される光学リフレクタと、支持ベースに設けられ、第一自由空間光学モジュールにより第一利得光ファイバセクションからの前記反射増幅種ビームを受けるように結合され、自由空間にて余剰ポンプビームを受けてポンプ光を提供し、そのポンプ光が提供される方向が前記反射増幅種ビームの方向と逆であり、前記反射増幅種ビームが増幅されて増幅透過種ビームとなる第二利得光ファイバセクションと、第一利得光ファイバセクションからの余剰ポンプ種ビームを案内するように結合され、さらに第二利得光ファイバセクションからの前記増幅透過種ビームを案内してこのレーザ光システムの出力とする第二自由空間光学モジュールとを備える。幾つかの実施例では、前記第一利得光ファイバセクション又は第二利得光ファイバセクションは、ポンプレーザ光波長の光ポンプにて種レーザ光波長で光学利得を発生させるためにドープされたバルク光学結晶を含んでもよい。他の実施例では、前記第一利得光ファイバセクション又は第二利得光ファイバセクションは、ポンプレーザ光波長の光ポンプにて種レーザ光波長で光学利得を発生させるためのドープ利得光ファイバセクションを含んでもよい。
【００１１】
以下に提供される例示は光ファイバに基づく主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）に係り、この主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）は光学利得の高い新規構造に基づくドープ利得光ファイバセクションを使用しており、この光学利得の高い新規構造はコンパクトで、低コストで量産を行う。例えば、このような増幅器の応用例としては、ＣＡＴＶ光増幅器及び光検知と距離測定（レーザレーダ）システムに用いられるレーザ光源であってもよい。提供される構造は異なる類型のアクティブ光ファイバ（例えばエルビウム、イッテルビウム及びツリウムのドープされたもの）に対応可能であり、このＭＯＰＡ構造が異なる波長域に適用される。
【００１２】
開示技術は各種応用、例えば低コスト（例えば、一部の自動車メーカでは数百ドル以下）のパルスレーザ光源の大量（数百万個）生産を必要とする自動車産業におけるレーザレーダに基づく３Ｄマッピングに適用可能であることに注目されたい。レーザ光作動波長が９００ｎｍ前後（例えば９０５ｎｍ）にあるレーザダイオードに基づくレーザレーダシステムの開発に多大な努力が払われてきている。実際には、これらのレーザダイオードは安価で、非常にコンパクト且つ大量生産可能なものである。しかしながら、現在の工業界では、レーザダイオードの代わりに光ファイバレーザを使用する傾向が強い。まず、９００ｎｍ前後で作動するレーザダイオードとは対照的に、光ファイバレーザは人の目に安全な波長（例えば１．５ｕｍ又は２ｕｍ）で作動している。その次に、光ファイバレーザはほぼ完璧（回折制限される）なビーム品質を有しており、言い換えれば、非常に低い発散ガウスビームを発することができ、それに対して、一層高い発散及び低いビーム品質がレーザダイオードに固有の特性である。それにより、レーザダイオードに基づくレーザレーダシステムの角分解能は厳格に制限され、分解能の不十分な画像が発生し、小さな物体、例えば道路上のタイヤの検知は不可能となる。光ファイバレーザは技術面ではレーザダイオードよりも優れ一層安全なものであるが、その製造は非常に高価でより複雑となるため、自動車業界のような大規模市場への導入は非常に困難である。本願に開示した技術はこのような制限を軽減するためのものであり、その革新的な光ファイバ増幅器の設計によれば、現在使用されている解決手段よりも一桁低いコストで量産することが可能になる。このような新しい設計は他の応用（例えばＣＡＴＶ増幅器）に有用なものとなる可能性があり、レーザレーダシステムへの使用に制限されない。
【００１３】
開示技術によれば、新規な高利得ＭＯＰＡ構造を構築することが可能になり、この構造では、非常に低いコスト（例えば３００ドル未満）で大量生産（即ち、毎年数百万個）が可能である。ＭＯＰＡの組立てに係るそれぞれの素子は既に光ファイバ通信市場のために量産されている成熟したものであるにもかかわらず、既存の光ファイバに基づく光増幅器構造によって上記の目標を達成することは難しい。このため、新しい手段が求められている。
【００１４】
このような新しい手段は用いられる素子の数を最大限低減し、例えば、レーダに使用されている従来の１．５ｕｍのＭＯＰＡは、二つ又は三つの高価なポンプレーザダイオードを備えることで５０ｄＢに近い光学利得を得ている。開示技術の一つの態様では、単一のポンプレーザで５０ｄＢ又は一層大きい光増幅率を得るように実現され得ることは明らかである。任意に、より多くのポンプレーザを用いてもよく、例えば、低い電流で各ポンプを運転させることでＭＯＰＡの作動温度範囲を広げる、又はその長期的な信頼性を高めることができる。
【００１５】
一方、開示技術は、コストを節約し設備の寸法を低下させるため、個々の素子パッケージを低減、又は取り除くことで実現されてもよい。このような簡略化はポンプレーザダイオードとシードパッケージ（ｓｅｅｄ  ｐａｃｋａｇｉｎｇ）を含んでもよい。新しい設計は、マイクロオプティカルベンチを有することをその特徴とし、個別素子の大部分は共通の基板に取り付けられ、封止又は半封止カバーにより保護されている。このような構造により、電子業界で使用される装置と同様に全自動ピック・アンド・プレイス装置により組み立てることが可能になる。
【００１６】
一方、開示技術は、光ファイバに基づくＭＯＰＡ設計に一般に使用される受動光ファイバを低減、又は取り除きながらアクティブ（利得）光ファイバのみを保つことで実現されてもよい。このような方法によれば、信頼性や大規模製造性を高めるために光ファイバを接合することは不要になる。これは、高いピーク光出力での増幅器性能の顕著な向上にも繋がる。これに関しては、受動光ファイバを使用せず光ファイバ全体の長さを可能な限り低減することで、非線形信号の減衰を軽減、又は最小化させることができる。
【００１７】
説明のために、本発明の技術にかかる具体的な実施例では、９４０ｎｍのポンプレーザ、１５５０ｎｍの種レーザ及びＥｒ−Ｙｂ共ドープ利得光ファイバを使用している。他の実施形態では、他の波長の種レーザとポンプレーザ又は他の利得光ファイバドープ物質を使用してもよい。
【００１８】
図１は開示技術によるＭＯＰＡシステムの実施例を示しており、このＭＯＰＡシステムは、２つの利得光ファイバセクションにより少なくとも３段階の増幅が実現される。各利得光ファイバセクションは一対の光学コリメータに結合され、このコリメータは光ファイバ・レンズ組立体であり、各利得光ファイバセクションの光ファイバコアやクラッドに対する結合に基づく光の出入りのために用いられる。幾つかの実施形態では、コリメータはビーム拡大器エンドカップを含んでエア・ガラスインタフェースでの強度を低減するようにしてもよい。
【００１９】
図１の例示では、１５５０ｎｍの種レーザ２０を三つの光学ポート（ポート１、２及び３）を有する自由空間光サーキュレータ３０の入力ポート（ポート１）に置く。種光信号はポート２からサーキュレータを出て、ダイクロイックミラー４０にルーティングされ、コリメータ２００を通過して１５５０ｎｍの光を第一利得光ファイバセクション２１０の中心に反射する。第一利得光ファイバセクション２１０はファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）５０に結合される、又はそれを含むものであり、このファイバブラッググレーティングは種光を反射すると同時にポンプ光を透過させるように設けられている。第一の増幅段階をポンプするために、一つ又は複数のポンプを使用してもよく、一つのポンプを使用すれば、コスト上の利益が図られ、複数のポンプを使用すれば、ＭＯＰＡの作動温度範囲または信頼性が向上する。この実施例は二つのポンプ（ポンプ１０１とポンプ１０２）を有するシステムであり、二つのポンプは必要なポンプ波長（例えば約９４０ｎｍ）でポンプ光を発する。二つのポンプビームは異なる光学偏光状態にあってもよく、そしてビーム偏光コンバイナ１１０により偏光的に合わせられるようにすることができる。他の実施形態では、波長合わせを採用してもよい。合わせられたポンプビームはダイクロイックミラー４０を透過するように通過し、そしてコリメータ２００を通過して前記第一利得光ファイバセクション２１０のクラッドに入射する。
【００２０】
１５５０ｎｍの種光信号は第一利得光ファイバセクション２１０を通過しながら増幅され、増幅された種光はファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）５０に反射して逆方向へ二回目の第一利得光ファイバセクション２１０の通過を行う。二回増幅された種光信号はコリメータ２００を介して利得光ファイバ２１０から離れ、そしてサーキュレータのポート２にルーティングされ、さらにサーキュレータ３０のポート２からポート３を介して第二利得光ファイバセクション４１０にルーティングされる。コリメータ２００から発する９４０ｎｍのポンプ光は第一利得光ファイバセクション２１に吸収され、余剰の９４０ｎｍポンプ光は影響を受けることなくＦＢＧを通過し、ダイクロイックミラー５１０を通過してから第二利得光ファイバセクション４１０のクラッドに送られる。ポイント５００へ伝播する増幅自然放出ノイズ（ＡＳＥ）はダイクロイックミラー５１０により除去され、そして吸収器５２０（ＡＳＥダンプポート）（ＡＳＥ ｄｕｍｐ ｐｏｒｔ）に送られる。
【００２１】
ポート３からサーキュレータ３０から離れて増幅された光信号は狭帯域通過フィルタ６０によりろ過され、ダイクロイックミラー７０に反射した後、コリメータ４００を通過して第二利得光ファイバセクション４１０のファイバコアに入射する。前記光信号は増幅され、コリメータ６００を通過して第二利得光ファイバセクション４１０から離れる。前記光信号はダイクロイックミラー５１０により自由空間アイソレータ６１０に反射され、そして任意の帯域通過フィルタ６２０及び任意の自由空間タップ結合器６３０を通過する。タップ結合器６３０は増幅された光信号の小部分を抽出し、出力を監視するための任意のフォトダイオード６４０に送る。増幅された光信号はシステムの自由空間から離れてもよく、光ファイバコリメータ７００により光ファイバ結合を行うようにしてもよい。
【００２２】
９４０ｎｍのポンプ光は順に第一利得光ファイバセクション２１０、ダイクロイックミラー５１０及び第二利得光ファイバセクション４１０を通過する。第二利得光ファイバセクション４１０を通過した後、余剰の９４０ｎｍポンプ信号はコリメータ４００から離れ、そしてダイクロイックミラー７０を介して吸収器８０（ポンプダンプポート）（ｐｕｍｐ ｄｕｍｐ ｐｏｒｔ）に伝送される。
【００２３】
このシステムは、１５５０ｎｍの低出力レーザ光を最小ひずみを有する高出力信号に変換する主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）となる。
【００２４】
本例中のＭＯＰＡシステムは、二つの利得光ファイバセクションにおいて３つの増幅段階を経過する。一番目の利得光ファイバセクションは二段増幅を提供する複光路光増幅器であり、二番目の利得光ファイバセクションは単光路逆方向ポンプ光増幅器である。
【００２５】
このＭＯＰＡシステムは好ましくは、種レーザ光の偏光状態（偏光保持、ＰＭ）を維持するように構築することができるが、非ＰＭとして構築されてもよく、複雑性とコストが上昇するという代価を要する。
【００２６】
幾つかの実施形態では、帯域通過フィルタ６０とダイクロイックミラー７０とを組み合せて狭帯域ダイクロイックミラーとしてもよい。
【００２７】
図２は、図１において低コストのマイクロ光学ベンチＭＯＰＡ構造のレーザレーダ用のレーザ光源の例示を示している。この例示は、種レーザとして自由空間ダイオード（例えば、搬送波レーザダイオードチップ又はＣｏＣレーザダイオードチップ）又は光ファイバ結合ポンプレーザを使用している。光ファイバ結合種レーザ２０から発する光はレンズ２１（他のものとされる可能性がある）によりコリメーションが行われる。コリメーションを行ったビームはポート１からポート２へと自由空間サーキュレータ３０（偏光感度を有しても有さなくてもよい）を通過するように、ポート１からポート２に伝送され、４５°のダイクロイックミラー４０に反射し、そしてもう一つのコリメータ２００を通過して第一利得光ファイバセクション２１０の中心に結合される。結合最適化は、種光コリメーションレンズ２１及び／又は４５°のダイクロイックミラー４０及び／又は第一利得光ファイバセクションコリメータ２００を制御することで実現されてもよい。組立ての簡略化を図るために、サーキュレータ部品は完全に固定されている。第一利得光ファイバセクション２１０は二つの偏光組合せ自由空間（ＣｏＣ）ポンプ（偏光組合せ自由空間１０１ポンプと偏光組合せ自由空間１０２ポンプ）によりポンプされ、ポンプ波長は９４０ｎｍとされている。レンズ（レンズ１０５とレンズ１０６）（他のものとされてもよい）によりポンプのコリメーションを行う。この組合せポンプビームは４５°ダイクロイックミラー４０を透過するように通過し、そして４５°の９４０ｎｍ／１５５０ｎｍミラーに反射し、コリメータ２００により第一利得光ファイバセクションのクラッドに結合される。ポンプ開口数と平行ビーム径は、第一利得光ファイバコリメータ２００を通過して第一利得光ファイバセクション４４０のクラッドにおいて効果的に結合されるように設けられている。コリメーションレンズ（レンズ１０５とレンズ１０６）及び／又は４５°ポンプミラー４５を制御することで、ポンプと第一利得光ファイバセクションクラッドとの間の結合最適化を実現することができる。組立ての簡略化を図るために、偏光コンバイナ立方体１１０が固定されている。
【００２８】
そして、種レーザからの信号は第一段階の利得光ファイバにおいて増幅され、直接第一利得光ファイバセクションの中心に書き込まれたファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）５０により反射される。このファイバブラッググレーティングは、信号波長で反射率が非常に高く、ポンプ波長で反射率が非常に低くなるように設けられている（他の機能、例えばＡＳＥノイズを除去する機能を有するように設けられてもよい）。反射の後、信号は二回目の第一利得光ファイバセクション２１０の通過を行いながら増幅される。そして、この増幅された信号は第一利得光ファイバコリメータ２００から離れてサーキュレータ３０のポート２に達する。この方向では、光はサーキュレータのポート２からポート３に伝送される。ポート３から出射する光は帯域通過フィルタ６０を通過して４５°ダイクロイックミラー７０に反射し、コリメータ４００を通過して第二利得光ファイバセクション４１０の中心に結合される。４５°ダイクロイックミラー７０及び／又は第二利得光ファイバコリメータ４００を制御することで、第二利得光ファイバセクション４１０の中心の結合最適化を達成することができる。ポンプ光の一部のみ（この例示では、１０〜２０％）を吸収するように、第一利得光ファイバセクションの長さとポンプ吸収係数を選択する。吸収されなかったポンプ光は第一利得光ファイバセクションの末端に達し、もう一つのコリメータ５００によりコリメーションが行われる。このポンプ平行ビームは４５°ポンプミラー５１５に反射して４５°ダイクロイックミラー５１０を透過し、コリメータ６００を通過して第二利得光ファイバセクション（４１０）のクラッドに結合される。ポンプコリメータ５００及び／又は４５°ポンプミラー５１５を制御することで、結合最適化を達成することができる。コリメータ５００から離れた余剰の１５５０ｎｍ信号は４５°ダイクロイックミラー５１０に反射して吸収器５２０においてダンプされる。このような配置では、二回目の増幅をしようとする信号はコリメータ４００を通過して第二利得光ファイバセクション４１０の一端にて結合され、ポンプ光はもう一つのコリメータ６００を通過して他端にて結合され、逆方向ポンプが実施される。逆方向ポンプは非線形効果を低減する最適な配置となる。第二利得光ファイバセクション４１０において吸収されなかったポンプ光は４５°ダイクロイックミラー７０を通過して吸収器８０にダンプされる。信号は第二利得光ファイバセクション４１０において増幅され、コリメータ６００を介して離れる。この信号ビームは４５°ダイクロイックミラー５１０に反射し、偏光感度を有する又は有さない自由空間アイソレータ６１０を透過する。必要ならば、帯域通過フィルタ６２０を追加してＡＳＥを除去するようにしてもよい。また、幾つかの実施形態では、監視を行うように、自由空間タップ６３０を追加してビームの小部分を一つの自由空間フォトダイオード６４０に反射するようにしてもよい。出力はレーザ光源自由空間から離れてもよく、ここでの実施例のようにもう一つのコリメータ７００により光ファイバ結合を行ってもよい。
【００２９】
素子はほぼ割合通りに設計されるものであり、実際の製品の実現では、素子を小型化させる、又はその寸法を小さくするように設計してもよい。
【００３０】
図３は、開示技術におけるマイクロ光学ベンチの別の実施形態を示している。この特定のＭＯＰＡは上記した幾つかの特徴を残すと同時に、図１や２における複光路増幅器構造を使用することなく素子の共有を実現するための単光路増幅器構造を提供している。この単光路増幅器の実施例では、三つの増幅段階はそれぞれ３つの利得光ファイバセクションにおいて実現され、利得光ファイバセクション毎に一つの単光路が使用されている。
【００３１】
具体的には、種光（例えば１５５０ｎｍ）を発生するための種レーザを提供し、種光は第一ダイクロイック光学リフレクタにより第一対の光ファイバコリメータ（コリメータ２００とコリメータ５００）の間の第一利得光ファイバセクションに案内される。増幅された種光を第一利得光ファイバセクションから第三ダイクロイックリフレクタにリダイレクトさせて、第二対のコリメータ（コリメータ４００とコリメータ６００）の間の第二利得光ファイバセクションに入って第二段階の増幅を行うための第二ダイクロイックリフレクタを提供する。第三利得光ファイバセクションは第三対のコリメータ（コリメータ８００とコリメータ９００）の間において光学結合が行われ、第二利得光ファイバセクションから増幅された種光を受けて第三段階の増幅を行い、最終的に増幅された種光出力を得る。このため、ポンプ光を共有するとともに段階毎に単光路配置で種光を順に増幅させるように、三つの利得光ファイバセクションは光学的に直列配列されている。
【００３２】
図３におけるＭＯＰＡの光ポンプはポンプ光（例えば９４０ｎｍ）を発生するポンプ光源であり、ポンプスプリッタはポンプ光を、第一と第二利得光ファイバセクションを光学的にポンプするための第一ポンプビームと、第三利得光ファイバセクションを光学的にポンプするための第二ポンプビームとに分けるものである。このポンプ源は単一のポンプレーザであってもよく、異なるポンプレーザの組合せであってもよい。図３に示される例示では、多モードポンプ光を発生するように、ポンプ光源を二つのポンプレーザの組合せとしている。ポンプスプリッタは、所定の分割率（例えば６０％／４０％）でポンプ光を第一ポンプビームと第二ポンプビームに分けるように設計されてもよい。前記第一ポンプビーム（例えば４０％）はコリメータ５００を通過して第一利得光ファイバセクションに入力され、前記第二ポンプビーム（例えば６０％）はコリメータ８００を通過して第三利得光ファイバセクションに入力される。第一ポンプビームの一部は第一利得光ファイバセクションに吸収され、余剰の（吸収されなかった）ポンプ出力はコリメータ２００とコリメータ４００を通過して第二利得光ファイバセクションに入力される。図３に示されるように、第二利得光ファイバセクションからの余剰ポンプ光をビームダンプ（例えばダンプ１）に導入してもよく、ここでは、一つのダイクロイックリフレクタを設けることで、ポンプ光をダンプ１に伝送するとともに、増幅された種光を第三利得光ファイバセクションに反射するようにしている。図に示されるように、第二と第三段階の利得光ファイバセクションの間に帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）と光アイソレータが設けられている。他の実施形態では、第二利得光ファイバセクションからの余剰ポンプ光は、第二ポンプビームと共に第三段階の光ポンプを補助するように、第三利得光ファイバセクションに案内されるようにしてもよい。
【００３３】
本実施例では、種レーザから発する信号はコリメータ２００を通過して第一利得光ファイバに入力され、増幅された出力は、一部の増幅自然放出を除去するように、ダイクロイックミラーと任意の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）を通過して第二利得光ファイバセクションにルーティングされる。信号はコリメータ４００を通過して第二利得光ファイバセクションに入る。増幅された信号はコリメータ６００を通過して第二利得光ファイバセクションから離れ、そしてダイクロイックミラーと任意の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）を通過して第三利得光ファイバセクションにルーティングされる。信号はコリメータ８００を通過して第三利得光ファイバセクションに入り、増幅された信号はコリメータ９００を通過して第三利得光ファイバセクションから離れる。各利得段階の間及び第三段階の出力端においてアイソレータが使用される。第三段階の出力端において任意の帯域通過フィルタを使用してもよい。また、増幅段階の間、種レーザの後、又は第三段階の出力端においては、増幅された信号を監視するように、任意のタップを追加してもよい。
【００３４】
他の実施形態では、このような単光路増幅器構造は変更可能であり、つまり、コリメータ６００ではなくコリメータ９００によりポンプ光を入射させることで、第三段階の逆方向ポンプを実現する。
【００３５】
図３は、異なる光増幅セクションにおいて共有のポンプ光と種光を有するＭＯＰＡシステムの例示を示している。このシステムは、光学ベンチとしての支持ベースと、支持ベースに設けられ、種レーザ光波長で種光を発生する種レーザと、支持ベースに設けられ、種レーザ光波長とは異なるポンプレーザ光波長でポンプ光を発生するポンプ光源とを備える。このシステムは、種光とポンプ光を受けるように結合され、構造としてはドープ利得光ファイバセクションを含み、このドープ利得光ファイバセクションによりポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅された種光とする第一利得光ファイバセクションと、第一利得光ファイバセクションから増幅された種光を受けるように結合され、構造としてはドープ利得光ファイバセクションを含み、このドープ利得光ファイバセクションによりポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅された種光とする第二利得光ファイバセクションと、第二利得光ファイバセクションから増幅された種光を受けるように結合され、構造としてはドープ利得光ファイバセクションを含み、このドープ利得光ファイバセクションによりポンプ光のエネルギを種光のエネルギに変換させて増幅された種光とする第三利得光ファイバセクションと、ポンプ光源からのポンプ光を受けるように結合され、ポンプ光を第一ポンプビームと第二ポンプビームに分割し、前記第一ポンプビームが第一利得光ファイバセクションと第二利得光ファイバセクションに結合され、前記第二ポンプビームが第三利得光ファイバセクションに結合される光学スプリッタとを備える。
【００３６】
図４は、図１〜３におけるＭＯＰＡ設計に導入するのに適する具体的な全面ガラス型利得光ファイバ（三重クラッド又はガラス−ガラス繊維とも称される）設計の例示を示している。重合体によりポンプ光を案内する二重クラッド繊維とは異なり、このような類型の光ファイバはドープガラスのみにより光を案内するものであるから、外部温度や湿度が向上した場合に一層確実になり、これは、重合体が一般にこれらの要因に対して敏感であるためである。
【００３７】
このため、開示技術の実施形態では、重合体製のジャケットを有する全面ガラス型繊維を使用することで機械上の保護を実現することができる。このようなジャケットは光学的性質（例えば、光吸収や屈折率等）が変わってもよい。高温重合体が覆われた全面ガラス型繊維は最高１５０℃の高温で作動可能であるのに対して、標準的な二重クラッド繊維には温度が７０℃を超えてはいけない低屈折率の重合体がコーティングされることは一般的である。また、発生した熱を放熱器で放熱する必要があったが、このような類型の繊維による光ファイバを採用すれば、発生した熱を放熱器で放熱する需要は大きく低下する。これにより、高価な放熱器に対する需要を実質的になくして、コストと寸法の低下が図られている。
【００３８】
本実施例では、第一利得光ファイバセクション２１０と第二利得光ファイバセクション４１０に用いられる繊維は各種設計に基づく偏光保持（ＰＭ）光ファイバであってもよく、パンダＰＭ光ファイバ又はボータイＰＭ光ファイバの設計を含む。偏光保持光ファイバにおいて非ＰＭバージョンに必要な光学部品を取り除くことで、ＭＯＰＡシステムはより簡単になり、拡張性がより小さくなる。
【００３９】
全面ガラス型繊維については、ポンプガイド（内クラッド）の開口数（ＮＡ）は一般に０．３０前後に制限されているが、低い値に適宜設定されてもよい。実際に、各段階の間のポンプ結合を改善するために、同一のポンプガイド径を保ちながら受信側の開口数を増加するようにしてもよく、それにより、増幅倍数の低減が図られている。例えば、ポンプレーザを選択してＮＡ値が０．１５である１０５ｕｍのコアファイバから光を発することができる。第一増幅段階の利得光ファイバポンプガイドは、高いＮＡ（例えば０．２１）を有しながら１０５ｕｍである同一のガイド径を有するように選択されてもよく、第二段階については、ＮＡが０．２７である１０５ｕｍのポンプガイドを有するようにしてもよい。放出側コリメータに受信側コリメータよりも長い焦点距離を持つレンズを使用することで、ポンプ光のより緊密な集光が可能になる一方、やはり１００％として受信側光ファイバにより案内されている。
【００４０】
このため、開示技術は、受動光ファイバのないＭＯＰＡ増幅器を構築するように単一の低コストポンプで５０ｄＢを超える信号利得を実現するために使用可能であり、それにより、信頼性や製造性が向上し、コストや非線形効果（信号ひずみ）が低減している。汎用の支持ベースによって低コストが実現でき、各種の入手可能な商業用素子（例えば市販の素子）により製造を行うこともできる。全面ガラス型繊維を使用することで、放熱のための比較的高価な放熱器の使用は回避され、耐高温の設計が実現されている。ＰＭ光ファイバを選択すれば、ＭＯＰＡシステムの他の部分を簡略化して、より安価にすることができる。
【００４１】
上記したように、開示技術は、マルチ利得セクションの設計においてポンプ光を一つの利得セクションからもう一つの利得セクションに再循環させるようにすることをその特徴の一つとしている。設定数のポンプ光の第二利得光ファイバセクションへの通過を許可するように、第一段階の光学相互作用長（例えば、第一利得光ファイバセクションの光ファイバの長さ）を選択することでポンプ光の二つの利得セクション間の共有量を制御することができる。利得光ファイバセクションを設計する場合、結合損失を最大限軽減するように、具体的に利得光ファイバセクションの開口数を選択／調整することができる。
【００４２】
この特徴は、非ＤＣＦ／全面ガラス型繊維を有する設計、例えばラマン増幅器中のコア・ポンプされた光ファイバ増幅器設計（信号とポンプ光は同一のガイドにより案内される光ファイバ：ファイバコア）に使用可能である。ドープされた利得光ファイバ以外の各種タイプの光学利得媒体、例えば、バルク結晶や半導体光増幅器デバイスのようなドープされた結晶利得媒体を使用してもよい。
【００４３】
本特許文献には多くの詳細が含まれているが、これらの詳細はいかなる発明や保護しようとする範囲を制限するものとしても解釈されるべきではなく、特定発明による特定実施例の特徴についての説明と見なすべきである。本特許の個々の実施例の文脈で説明される幾つかの特徴は、単一の実施例において組み合せられて実現されるようにしてもよい。逆に、単一の実施例の文脈で説明される様々な特徴はそれぞれ、複数の実施例において又はあらゆる適切なサブ組合せとして実現されるようにしてもよい。また、上記では幾つかの組合せで作動するように特徴を説明しながら最初にもこのように主張していたが、場合によっては、それらの組合せのうちの保護しようとする組合せから一つ又は複数の特徴を取り除くこともでき、そして、保護しようとする組合せをサブ組合せ又はその変形に用いることもできる。
【００４４】
幾つかの実施形態と例示を説明したが、本特許文献に説明されて示される内容に基づいて他の実施形態において強化と変化を行うことも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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