ファイバーレーザの躍進を視野に入れた
ERL/ILC(STF)レーザ光源開発の提案～ 安定な高繰返し光源開発 ＆ パルス３次元形状制御 ～
冨澤

宏光

＆

ヴァーチャルラボ LAAA

高輝度光科学研究センター 加速器部門(SPring-8/JASRI)

１. フォトカソード光源開発の概観
２. レーザ光源の高品質化（整形技術）
３ . ERL/STF用の理想的な光源開発計画

１.

フォトカソード光源開発の概観
高QEカソード開発に依存してレーザの選択は異なる！
フォトカソード電子銃では、その光源レーザの３次元パルス形状の制御が不可欠。同時に、高度の長期安定度の実現も必要である。

※ 伝播モードの選択肢に、空間伝播モードと伝播モードの選択肢に、
空間伝播モードとファイバー伝播モードがある。
ファイバー伝播モードがある。

レーザパルス形状

レーザ高繰り返し化 (CW)⇨

F: 環境の安定化・時/空プロファイル自動整形
P: 小型レーザ装置＆最適整形

極低エミッタンスの実現

パルス: オシレータの高強度化・高効率化⇨

パルス: ファイバーレーザ
CW: CWレーザ＆ポッケルス切り出し＋パルススタック

レーザマクロ
パルス化⇨

パルス: OPCPA（Ti:Saレーザ ＋ YLFレーザ）
パルス: NOPA（ Ybファイバーレーザ ＋ フォトニック結晶）

コンパクトなレーザ装置の検討 （高効率化と全固体化）～ レーザ・ポンピング方式の進化 （２００３年当時の提案） ～在
現

Argon ion laser

Dye lasert

Argon ion
ion laser
laser
Argon

Ti:Sapphire
Dye
laser
laser

tt

Diode
Nd:YVO
4
Ti:Sapphire
SHG
Argon
ion
laser
laser
laser laser

Ti:Sapphirelaser tt

Ti:Sapphire
t
laser

t

Diode
Diode
laser
laser

Cr:LiSAF
Nd:YVO4
SHG
laser
laser

来
将

ファイバー増幅・整形システムと融合
Diode
laser

チャープLD？
直接光源に？

t

レーザーコンポーネンツ開発フローチャート （冨澤案 LAAA提出）
レーザ開発 レーザ開発
原研／KEK SHI／産総研
SPring8（旧フェスタ）パッシブ安定化
SPring8

アクティブ安定化
東大／ SPring8

レーザ開発
福井大学

長期安定化レーザ光源

YLF

ファイバーレーザ

ERL

ILC/FEL

三次元レーザ
パルス形状

Yb:YAG

Ti:Sa
レーザー加速レーザ
パルス形状

ピーク高強度化
安定化

時間プロファイル

波面制御 スペクトル補償

コントラスト向上

高品質ビーム化
空間プロファイル

デフォーマブルミラー＋ GA（遺伝的アルゴリズム）
福井工業センター／SPring8

産業化

SLM（空間位相変調器）
パルススタッカー
UV-Dazzler
SPring8

Dazzler
東大

消光比

高速
Qスイッチ

東大

ファイバーレーザの特徴• ファイバーの熱破壊限界は２ GW/ｃｍ２。１ｍｍφで２０ MWに相当する。
現実に１００ｋW出力が可能。
（熱破壊限界が2GW/cm2というのはアンドープの石英ファイバーの場合で、実際のレーザ媒質用ファイバーはYAGなどの固体レーザ用結晶と同等。レーザイオンがドープされていると、ダメージ限界は桁違いに下がるため、アンドープ材料を両端に融着する必要がある。 ）• バンドル化やコヒーレントビーム結合による超高パワー伝送が技術的に可能。
拡大して１５ｃｍφの多束ファイバーで２０ GW パワー伝送の可能性あり。
• 高品質ビームである単一モードで２ｋWの出力（φ１５μｍコア）は実現。
（ダメージ閾値の数分の一程度なので、ファイバーのエンド部分にアンドープの材料を融着し、導波路部分を無くしてビームを広げるなどの工夫が必要。）• 光ファイバーで５０００ｋｍの信号伝送が可能。
ファイバーレーザはガラスレーザの問題点を低損失，長大な利得長でカバー。
端面がなければほとんど損失なし。
石英ガラスの低損失性：０．２ ｄB/km
単一モード伝播，３次元的閉じ込めにより回折損失なし。

ファイバーレーザの躍進

出典：
Laser Focus Japan2005. 10, P 45

近年の高出力単一モード出力の増大。IPG社は多数のYbファイバーからの光を合わせて多モードビームを作り，１７ kWの製品納入実績あり。

固体レーザの代表的なLD励起方式
固体レーザの代表的なLD励起方式＜エンドポンプ方式＞
Focusing optics

Laser rod
Laser radiation

Diode laser HR- mirror＜サイドポンプ方式＞

End mirror

Laser rod

Transfer optics

Laser radiation

End mirror
Diode laser

HR- mirror※ 他にも、ロッド型、スラブ型、ディスク型とも端面励起、側面励起、斜め励起などがあります。

レーザ媒質形状に依存するLD励起方式
レーザ媒質形状に依存する
LD励起方式（（ファイバーレーザはその中の一つ）ファイバーレーザはその中の一つ）＜ディスクレーザ方式＞
Diode laser＜スラブレーザ方式＞
yFocussing optics

SlabzThin discCooling

Focussing optics
HR- mirror

Diode laser

Laser radiation
HR- mirror

End mirror＜ファイバーレーザ方式＞
Focussing optics
HR- mirror

Fiber
Diode laserファイバレーザ試験構成（サザンプトン大学の実験配置と同じ）
HT@975nm
HR@1,100nm

HT@975nm
HR@1,100nm

1,100nmHT@975nm
HR@1,100nm

Double clad
Yb-doped fiber
Stack LD
1kW@975nm
NA0.46

Stack LD
1kW@975nm
NA0.7• Core diameter 31μm
• NA <0.07• Length 30m
イエナー社提供

ファイバレーザ試験結果（イエナー社提供）• 1,525W@1ファイバ• M2<3@600W

ファイバレーザ励起光源（写真：イエナー社提供）

スタック型高出力LD

偏光合成

バー型高出力LD

ＴＦＢ

シングルチップLD

TFBLDからYbファイバーへの結合効率～50%であるが、どこまで上げられるかが今後の技術開発に依る。７５％位は可能か？

高出力半導体レーザバー （図：イエナー社提供）• InGaAs• 808nm/915nm/940nm/980nm• 電気→光変換効率 約40～60% (印加電圧低減で80%可能か？)

LDの高効率化に関しては、現在、アメリカの軍事予算(DARPA)で、500WクラスのLDの電力光変換効率～80%を目指すなどのプロジェクトが進行中。
(平均出力100kWクラスの固体レーザの励起源に利用。ASSP2006-TuA1, CLEO2006PTuC1など参照)高出力半導体レーザバーのEO変換効率
高出力半導体レーザバーのEO変換効率940nm高出力半導体レーザバー（並列）からの最大出力※ シングルエミッターの高出力LDは、平均出力～数W、電圧～数V、電流～数A程度。

（図：イエナー社提供）

高出力半導体レーザヒートシンク（イエナー社提供）• 10mm（幅）×1mm（奥行き）• 電気から光への変換効率 約50%排熱すべき熱量

PV =40 W= 4,000,000 W/㎡
10 mm ×1 mm

高出力半導体レーザヒートシンク
・ 半導体レーザーの高出力化の指針：
１．シングルエミッターLDの素子そのものの高出力化
２．LDをリニアアレイ化、スタック化して全体で高出力化
1でも2でも、結局は排熱をどうするのかが問題。
材料同士の表面熱コンダクタンスが面積に比例している
ことを考えると、冷却面積を広げる方が有利。

・ シングルエミッターLDの高出力化の指針
エミッターの幅をあまり広げずにLDの共振器長をのばすなどして冷却効率を上げる工夫が行われている。

パッシブ冷却方式（イエナー社提供）（モジュール内に冷却水を使わないという意味）

Pel = 80W
TL = 55℃

Popt = 40W

Pth = 40W

Δt = 30℃
Tk = 25℃• 銅製ヒートシンクによる熱伝導で排熱• モジュール内に冷却水不要• 期待寿命 20,000時間以上• 1バーあたりの最大出力～60W• ヒートシンク寸法大アクティブ冷却方式（イエナー社提供）
Pel = 100W
Popt = 50W

Pth = 50W

TL = 55℃
Δt = 30℃
Tk = 25℃• マイクロチャネルによる積極的な排熱• 期待寿命 10,000時間以上• 1バーあたりの最大出力～100W• ヒートシンク寸法小• 水質管理が重要（フィルタ／電気伝導率）

アクティブ冷却方式の水質管理

5μS/cm ～10μS/cm （5,000h）

0.2μS/cm （5,000h）（写真＆図：イエナー社提供）

水質管理は半導体励起レーザ共通の問題。他にも藻が生えることに対処する必要がある。次亜塩素酸や過酸化水素水による殺藻処理と金属防蝕は両立しない。コンダクタンスが著しく下がらないようにして適正な流量をとることが肝要！

パッシブとアクティブ冷却方式の比較（イエナー社の場合）
パッシブ冷却方式

アクティブ冷却方式

1バーあたりの最大出力

60W

100W

期待寿命

≧20,000h≧10,000h

ヒートシンクサイズ

大

小

冷却管理

易

難

IPGでもCWおよびQCWの両方で≧20,000h を達成している。
ダイオードレーザの寿命は本質的には≧50,000h と言われているが、１０度温度が上がれば寿命が半分になるということが知られている。
しかし、上記の寿命の値はチャンピオンデータなので、メーカが保証している5,000hを現状では目安とすべき。

DCB冷却方式 （折衷案？？）
寿命が低い理由の一つは、実装密度が高すぎて発熱密度が高すぎるため、LD実装密度を減らす方法のひとつ。
パッシブ冷却方式サブマウント（長寿命）

絶縁用高熱伝導セラミック（冷却管理易）マクロチャネルによる冷却プレート層（高出力・ヒートシンクサイズ小・チャネル劣化の影響無し→冷却管理易）（写真＆図：イエナー社提供）

温度以外のLDの寿命短縮要因• 戻り光雑音といい，励起用のLD自身からでた光がまたLDに戻ると寿命が短くなる。対策としては， 異なるLDを低出力にして組合わせるのが良いのでは？
• LDは本質的に電流駆動のデバイスであり，駆動電流に応じて負荷インピーダンスが変化する。 LDの動作点は一般的に，低い微分インピーダンス（ｄV/dI）で特性化されているため，電圧の小さな変化が駆動電流の大きな変化を引き起こしてしまう。したがって，電圧電源よりも電流電源を使用した方が広いインピーダンス
領域での電力制御が可能になり， LDの駆動において高い安定性を得られる。
•

QCWとCWモードが混在するオペレーションの場合は，両方のモードで動作する電流電源を使うべきであるが，CW電源でのQCW-LDの駆動は突発事故の原因となるのでフェルセーフが働くようにすべき。

• 一般的に，LDの保護には過渡保護，出力限界制御，温度監視。

０. 全体に亘る検討事項 （“ILCとERL用の光源案“引用）• 方針1： リニアーコライダー用とERL用をなるべく共存• 励起用LDQCW－LD： リニアーコライダー用
CW-LD： ERL用• マクロパルスの切り出しに関して（リニアーコライダー用）
主発振器の後でEOまたはAOで切り出す
QCW－LDのジッター対策に、最終段でポッケルセルで切り出す• 方針2： カソードを限定しない（偏極等の問題があるが）• 両方とも、案１（1030~1050nm）と案２（
1560nm）を用意）と• 案１のカソードはCeTeを想定（偏極の問題が残ります）• 案２のカソードはGaAsを想定• 方式3： 光学系は機能として表記• 現状で研究段階のものが必要なため、表記では開発済みの素子で表記• ストレッチャー、コンプレッサー等のグレーティングはChirped FBGに置き換わる可能性があります。

いろいろなレーザ活性イオンの準位
出典：須藤昭一著「エルビウム添加光ファイバー増幅器」：p5

この中でYbが最も単純な準位構造をもっていることが分かる。このことから、余計な準位にエネルギーが分岐せず、量子効率９０％の高効率を実現する。

レーザ活性イオン種に依存するファイバーレーザ出力限界（IPG社の現状）
Yb ファイバーレーザ: 1030 ~ 1050 nm（CW)： 2 kW
（Pulse）： 200 W 可変（2～250 ns）※ 多モード高出力化： 20 kW
サイズ （800×1460×1500 mm）
Er ファイバーレーザ: 1560 nm（CW)： 200 W
Tm ファイバーレーザ: 2000 nm（CW)： 200 W

Erには高効率化にYbの援用が必要

出典：泉谷徹郎著「光学ガラスとレーザガラス」：p157-158

センシタイザー であるYb 3+を僅か０．５％だけEr3+で置換したときに最高の発光強度が得られる。
このことが，レーザ発振のときにYbレーザが寄生発振する原因となり，
Er3+ の高ドープ化の難しさと共にErレーザの高効率化を妨げている。

Ybの援用なしでEr直接励起の可能性は？

可能性として、1.48ミクロン帯のLDを利用してErイオンを直接励起することも可能。
サブワットクラスならば1.48ミクロン帯のLDもあるので、IPGと同様の分岐ファイバー形式を利用すれば、高出力ファイバー
結合LDにすることも原理的には可能。
ただし、特注になるのでコストが非常に高くなる。

ファイバーレーザ光学系の偏光に関する問題
偏光保持：高調波変換の高効率化
ファイバー中では応力・温度により偏光状態が変わる・クラッドに構造を作り偏波保持ファイバーにする

・一定応力を加えて非等方に・コイル状に巻き張力をかける

出典：須藤昭一著「エルビウム添加光ファイバー増幅器」：p105

Yｂ： サザンプトン大学，帯域１０ｎｍ；６６３Wの直線偏光CW出力実績あり。
ミシガン大学，帯域２ｎｍ；４００Wの直線偏光CW出力実績あり。
二倍波変換の記録は，アキュライト社の６０W（変換効率５４％）

B-1. 加速器用半導体カソード候補のＱＥ曲線（LAAA提案引用 浜ホト提供）

各波長領域のレーザ活性媒質/結晶とカソードの候補
Cr:LiSAF
Ti:Sapphire800

227 339 577
277

1000

1200

Cr:YAG

Cr:Forsterite

1400

1600

1800

[nm]

DiamondMg (?)(111) Cu (110) 3. 66 eV K (111)
5. 47 eV 4. 48 eV
2. 15 eV

Cathode Material

どうやって、高繰り返し７８０ nm光源を得るか？
５００nm帯の高QE、偏極電子源カソードは可能か？
・ モードロックオシレータレーザ: 標準で ～１００ MHｚ。
マイクロチップ化により、記録では > ５０ GHｚ可(U.Kellerなど)。
※ 高繰り返し化は高パルスエネルギー化の障害となる。
（同じ平均出力の場合、高繰り返し動作の方がパルスエネルギーが小さく、非線形効果の低減やダメージ閾値の点では有利。

高効率レーザ媒質が必要。～GHｚ程度なら可能？
・ YLFレーザ・カスケード増幅: レーザ活性媒質の蛍光寿命により、
マクロパルス幅の最適値は異なる。
※ Yb:YAGも重要な候補だが増幅器は研究段階。
・ Yb:ファイバーレーザ: １０３０ｎｍ （CW)： 2 ｋW
（実際には長波長側１０５０～１１００ nmにシフト？）SHG(515 nmとして)をフォトニック結晶によるスーパーコンティ
ニュウムでBBO結晶にてパラメトリック増幅。
（noncollinearで７００～９００ｎｍ可能（NOPA方式）。collinearでは１０００～１１００ｎｍ。）

マックス・ボルン研究所＋DESY
OPCPA system for generation of trainsof femtosecond pulses with ～800 nm wavelength
Ti:Sa oscillator
Piezo

primary
synchronization loopτ ≤ 100 fs

τ = 15 ps
G > 5 000

photo
diode
mixer
1.3 GHzmaster clockf = 1.3 GHz

gratingcompressor

three-crystal
OPA

grating stretcher

synchronized
Nd:YLF Burst-Mode laser
pumping the OPA

τ = 12 ps(FWHM)

G ~ 20picosecond-pulse
output channel:
pulse trains, 800 μs longτ = 150 fs (FWHM)
Emicro = 50...100 μJ@ f= 1 MHz
outputpulse trains
800 μs long,
λ = 790 ...
830 nmλ = 523 nm
I. Will, H. Redlin, MBI Berlin







OPCPA system generates trains ofpicosecond or femtosecond pulses
τ = 150 fs .. 20 ps (FWHM)
pulse energy:
Emicro = 50…100 μJ
Etrain = up to 80 mJ
Available wavelength:
λ = 790…830 nm

up to 900 us

Output pulse trainof the OPCPA

どうやって、高繰り返し７８０ nm光源を得るか？
Yb:ファイバーSHG(515 nm)をスーパーコンティニュウムでBBO結晶にてNOPA
Pump tilt： 2.65°
Super Continuum: 1030 ~ 1700 nm

５００nm帯の高QE、偏極電子源カソードは可能か？
Ti:SaレーザFHG(197 nm)をスーパーコンティニュウムでBBO結晶にてNOPA

Pump tilt： 1.1°
Super Continuum: 300 ~ 900 nm

500 nm帯域でもブロードな光源を得ることで、偏極電子源
をこの帯域でも研究できる。

２. レーザ光源の高品質化
高品質な レーザ光源に必要なもの

1. 低エミッタンス用の、空間電荷効果を抑制する形状⇨ 最適３次元レーザパルス形状 (Spatial & Temporal)
3D-Elipsoid shape（ラグビーボール型）?

2. 低ジッター・システム⇨ レーザ・オシレータの長期安定化 (モードロック安定化)
Active & Passive 安定化

3. レーザ出力、ポインティングの長期安定化⇨ レーザ・システム全体の長期安定化 (温調システムの開発)
環境安定化

Passive 安定化
基本的に Passiveに安定化 することが基本！

２. レーザ光源の高品質化
レーザパルス光源の３次元形状自動最適化◆ Computer-aided SLM (Spatial Light Modulator)⇨ Rectangular Pulse shaping (adjustable)◆ Computer-aided DM (Deformable mirror)⇨ Flattop spatial profile (adjustable)
SLM

Automatic Control Optics• Spatial shaping (DM)• Pulse shaping (SLM)• Wave front Control (DM)

)))

DM

2 ~ 12 ps Fundamental
2 ~ 8 ps THG (263 nm)

２－１. 空間プロファイルの自動最適化へ~ Microlens array (MLA) and Deformable Mirror (DM) ~２-１-１. Spatial profile shaping with Microlens Array

２-１-２. Spatial profile shaping with Deformable Mirror+

Genetic
Algorithms

２－２. 時間プロファイルの自動最適化へ
SLM（空間位相変調器）
２-２-１. DAZZLER (Acousto-optics)
simultaneously and independently performing both spectralphase & amplitude of ultrafast laser pulses. (FASTLITE)
UV-Dazzler完成！（200~500 nm使用可！）

２-２-２. Fused-silica based SLM
BimorphPiezo actuator

Utilizing silica plates

Silica plate
holder◆ Directly shaping for UV-Laser

Axis◆ Higher Laser power threshold

Reflector
Laser light~ Computer-controllable silica plates complex ~Simulated Annealing Algorisms (SA)Silica plate２－２. 時間プロファイルの自動最適化へ
２-２-３. UV-Pulse Stacker
Sλ/2 plate

2～3 ｐｓ

P

SP

SP

SPSP

SP

※ Entrance window should be double AR-coated !
※ Not utilize Brewster Window !
※ The polarization of the input UV-laser is rotated
45 degrees by the half lambda waveplate.
※ UV-laser is split into two equal portions by the each
cubic polarizer. But, consider QE deference between
S and P!!

SPSP SPSP

16～24 ｐｓ

２. レーザ光源の高品質化
２－４．

レーザ３次元形状のSP8での現状

空間プロファイル:フラットトップ

パルス幅:２.５～２０ｐｓ
All stacked together（15.5 ps FWHM）

上図：ストリーク画像
下図：空間軸上に積分したパルス波形（Fesca 200）

３. ERL/STF用の理想的な光源開発計画
１. 高自由度・自動時間／空間プロファイル整形
整形技術⇨ 最終的にDMでカソードのQE分布も補償
１５００ ～⇨ SLMで最終パルス波形を最適化、途中の歪みを補償
２０００万円（１～２ 年）
２. 空間プロファイル整形： ピエゾDMの開発
１０００万円／年 ⇨ ５００万円, 1年 （SP8と福井工業センター）
３. 時間プロファイル整形： UV-Dazzlerの導入⇨ １０００万円, 1年 （SP8とタレスレーザ社）
光源開発 ４. Yb:YAG高強度オシレータと増幅器同時開発⇨ ４０００万円, ３年 （SP8と福井大学、阪大）
１３０００ ～
１５０００万円 ５. Yb:ファイバーレーザの導入・改造⇨ ６０００万円, ２年 （IPG社と組むことができるか？）（３年）

６. NOPAによる波長最適化とマクロパルス増幅
５０００万円／年⇨ ３０００万円, ２年 （誰がやる？リトアニアと組むか？）Ⅴ.. 各レーザ光源ベースの各レーザ光源ベースのILC/ERL用光源コスト
Ⅴ
ILC/ERL用光源コスト
１．Yb
レーザ（１０３０ nm）ベースの
ILC/ER/ERL
L光源の予算見積り（４倍波：２５８
１．Ybレーザ（１０３０nm）ベースのILC
光源の予算見積り（４倍波：２５８ nmで使用）
nmで使用）※ NOPAの場合の実証が出来れば，ERL用は平均出力１ｋWモデルとして， 上の１/３程度になる。ILC用はさほど変わらない。 両共用にすると２～３億で光源が可能という

Ⅴ.. 各レーザ光源ベースの各レーザ光源ベースのILC/ERL用光源コスト
Ⅴ
ILC/ERL用光源コスト
１．Er
レーザ（１５６０（１５６０ nm）
/ERL
L光源の予算見積り（２倍波：７８０
１．Erレーザnm）ベースのILC
ベースのILC/ER
光源の予算見積り（２倍波：７８０ nmで使用）
nmで使用）※ センシタイザーのYbの寄生発振がどの程度抑えられるかによる。この問題が解決しないと，増強化のためにコストがさらに上がることが予想される。

Ⅵ.. レーザのランニングコストとレーザのランニングコストとLDの寿命
Ⅵ
LDの寿命• LDの寿命が5000時間（５万時間÷√１００）として• 連続運転および通算運転時間 ： 1年＝3 x 2ヶ月 or 4 x 1.5ヶ月～6ヶ月＝4320時

間（SPring-8のユーザタイムと同等）• 現実の寿命見積もり：１年間の運転を保証するにはLDの数は２～３倍は必要• 維持費 ： LDのコストが支配的• 定常的に運転すれば，CW-LDの寿命はかなり延びる。 QCW-LDの寿命は相対的に短くなると思われるので、節電にしかならない。
• 基本的にはシングルエミッターLDから数ワットの出力を出すということ自体が，寿命という点で厳しい（将来的に改善するか？）。
• LDとヒートシンクのダイボンディングの信頼性が問題。この辺の信頼性が向上してきた結果，以前よりもLDの寿命が延びている• 検討したLDの価格は，全てファイバー結合型の高輝度のLDのものです。
例えば，φ600ミクロン，平均出力375WのLDが600(イエナ)～700(LIMO)万円
に対して，同等の平均出力の速軸コリメートLDならば，平均出力432W，広がり角0.5度で150万円(イエナ)程度です。固体レーザの場合はこの程度の輝度のLDで問題なく，固体レーザならばLDのランニングコストを劇的に下げられるという利点がある。

コストの見積もりについて•

LDのコストがいずれにせよ支配要因である。
• LDの個数などは効率ぎりぎりで考慮。最終モデルがMOPA構成の多段アンプになった
り場合はプリアンプの励起用にさらに2,3割分，LDの個数が増える可能性あり。
• LDの寿命を考えれば，スペクトラフィジックス社やコヒーレント社のように，最低限，最大出力の半分以下で使うのが普通とすると、LDの個数は倍以上と考えるのが妥当。
• ここでの効率の内訳は，Ybファイバーの場合，LDからYbファイバーへの結合効率～50%，
Ybファイバー増幅器の光−光変換効率～40%，
パルス圧縮器の透過率～50%で，全部あわせて～10%！，
電力効率からいうと，さらに半分の5％程度になります。
• 電力的には，例えば平均出力3kWモデル（Ybファイバー）として，電力効率で5%から，LDの必要電力が3kW/0.05～60kW程度。
多段式のMOPAとして3割り増しで60kW x 1.3 ～ 80kW程度。
また，電源装置効率を70%，冷却器の効率を30%として，0.7 x 0.3 ～ 21%。
したがって、80 kW/0.2～400kW程度。
※ Erファイバーの場合は，平均出力１ｋWモデルとして， 上の２/３程度になる。
しかし， Erファイバー増幅器の光−光変換効率がYbの場合の半分以下とすると，必要電力はさらに上がる。

メンテナンス性を考慮した設計に• 柔軟性をとるか、メンテナンス性をとるか～ 作業従事者が安全で文化的な生活をおくれますように。。。
• ファイバーレーザにすると柔軟性はなくなるがアライメントが固定化される。
空間伝播モードとファイバー伝播モードの優越を考慮する必要あり。
• 建設時にはエキスパートが必要であるが、定常運転開始後は基本的にメンテナンス
要員（運転補助員のみ）で作業が可能なシステムであることが肝要。
• 従来のMOPAシステムでは、主発振器から後段増幅にとシーケンシャルに調整が必要なため，同時に一人でしか調整できなかった。巨大システム＆昼夜連続運転形態に対応するためには，複数人数が同時に（パラレルに）メンテナンス可能なシステムとして設計すべき。この点ではファイバーレーザもMOPAなので同様の問題がある。
• バックアップレーザ光源と主レーザ光源への切り替えの容易さ（運転停止時間は最短とする），および主発振器の多重化による冗長性。
• 主励起用LD（増幅用光源）とバックアップ励起用LD（増幅用光源）への切り替えが容易である冗長性の高いシステム。特に，運転を継続しながらバックアップ励起源を供給可
能なシステムとする設計は、ファイバーレーザの方が容易である。
• レーザのトランスポートにおける光学系調整時の事故防止，特にレーザ運転中の調整やバックアップ光源および励起源への切り替え作業での事故が防止できる構造である
ことが望ましい。状況により作業内容が変化するので，インターロックだけでは対応できない。したがって，レーザ装置全体を構造的に安全性を考慮して設計すべきである。