特許 6385617 ウォークオフポンプカプラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6385617

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】ウォークオフポンプカプラ

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/091 20060101AFI20180827BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/091

【請求項の数】21

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-509513(P2018-509513)

(86)(22)【出願日】2016年6月27日

(86)【国際出願番号】US2016039573

(87)【国際公開番号】WO2017039794

(87)【国際公開日】20170309

【審査請求日】2018年2月19日

(31)【優先権主張番号】14/840,262

(32)【優先日】2015年8月31日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】503455363

【氏名又は名称】レイセオン カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】スタルツ，ローバート

(72)【発明者】

【氏名】ボランド，ブライアン

【審査官】 島田 英昭

(56)【参考文献】

【文献】 欧州特許出願公開第１１０３８３８（ＥＰ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２５０４１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第６９１９９８９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１０９９１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１３３１８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２６４８３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特許第４１９１０３５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２６１４５６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００− ３／３０

Ｇ０２Ｂ２７／００−２７／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１入力端及び第１出力端を有する第１のビームディスプレーサであり、当該第１のビームディスプレーサは、前記第１入力端で、第１の波長を持つ直線偏光された信号シードと、第２の波長を持つ非偏光ポンプビームとを受け取るように構成され、前記非偏光ポンプビームは、第１及び第２の直線偏光成分を含み、当該第１のビームディスプレーサは更に、前記非偏光ポンプビームの前記第１の直線偏光成分を、前記第１出力端で、前記直線偏光された信号シードと同じ位置に置くように、前記非偏光ポンプビームの前記第１の直線偏光成分を空間的に平行移動させるように構成される、第１のビームディスプレーサと、
第２入力端及び第２出力端を有する第２のビームディスプレーサであり、当該第２のビームディスプレーサは、前記非偏光ポンプビームの前記第２の直線偏光成分を空間的に平行移動させて、前記非偏光ポンプビームの前記第１及び第２の直線偏光成分を再結合させるとともに、前記非偏光ポンプビームを、前記第２出力端で、前記直線偏光された信号シードと同じ位置に置くように構成される、第２のビームディスプレーサと、
前記第１のビームディスプレーサの前記第１出力端と、前記第２のビームディスプレーサの前記第２入力端との間に介在され、前記第１の直線偏光成分、前記第２の直線偏光成分、及び前記直線偏光された信号シードの各々の偏光を回転させるように構成された、二波長波長板と、
を有するビームカプラ。

【請求項2】

前記二波長波長板は更に、前記第１の直線偏光成分及び前記第２の直線偏光成分の各々の偏光を略９０度だけ回転させるとともに、前記直線偏光された信号シードの偏光を略１８０度だけ回転させるように構成される、請求項１に記載のビームカプラ。

【請求項3】

前記第１のビームディスプレーサは更に、前記直線偏光された信号シード及び前記非偏光ポンプビームを、コリニアな伝播方向にて受け取るように構成され、前記第２のビームディスプレーサは更に、前記第２出力端で前記コリニアな伝播方向を保つように構成されている、請求項１に記載のビームカプラ。

【請求項4】

前記第１のビームディスプレーサは、前記直線偏光された信号シードの伝播方向に対して第１の方向に傾けられた結晶光学軸を持つビームディスプレーサ結晶を含む、請求項１に記載のビームカプラ。

【請求項5】

前記第２のビームディスプレーサは、前記直線偏光された信号シードの前記伝播方向に対して第２の方向に傾けられた結晶光学軸を持つビームディスプレーサ結晶を含む、請求項４に記載のビームカプラ。

【請求項6】

前記第１及び第２のビームディスプレーサの各々が異方性結晶を含む、請求項１に記載のビームカプラ。

【請求項7】

前記第１のビームディスプレーサの前記第１入力端は、第１入射部で前記非偏光ポンプビームを受け取るとともに、第２入射部で前記直線偏光された信号シードを受け取るように構成され、前記第１入射部は前記第２入射部から空間的に離隔されている、請求項１に記載のビームカプラ。

【請求項8】

前記第１のビームディスプレーサは、長さ、幅、高さ、及び第１のウォークオフ角度によって規定され、前記長さは、少なくとも前記第１のウォークオフ角度に比例して定められる、請求項７に記載のビームカプラ。

【請求項9】

前記二波長波長板は、第１の材料及び第２の材料を含む、請求項１に記載のビームカプラ。

【請求項10】

前記第１の材料は石英を含み、前記第２の材料はサファイアを含む、請求項９に記載のビームカプラ。

【請求項11】

前記第１の材料は、前記第２の材料とは実質的に反対の、複屈折の熱誘起変化係数を含む、請求項９に記載のビームカプラ。

【請求項12】

前記第１の材料が、前記第２の材料と実質的に反対の、複屈折の波長分散を含む、請求項９に記載のビームカプラ。

【請求項13】

前記同じ位置に置かれた前記非偏光ポンプビーム及び前記直線偏光された信号シードを導波路に結合するように構成されたレンズ系、を更に有する請求項１に記載のビームカプラ。

【請求項14】

異なる波長のコリニアビームを同じ位置に置く方法であって、
第１の波長にある直線偏光された信号シードと第２の波長にある非偏光ポンプビームとを、第１のビームディスプレーサ中で伝播させることと、
前記第１のビームディスプレーサ中での前記非偏光ポンプビームの伝播中に、前記非偏光ポンプビームを第１の直線偏光成分と第２の直線偏光成分とに空間的に分離して、前記第１のビームディスプレーサの出力端で、前記第１の直線偏光成分を前記直線偏光された信号シードと同じ位置におくことと、
前記第１の直線偏光成分の偏光及び前記第２の直線偏光成分の偏光を第１の量だけ回転させることと、
前記直線偏光された信号シードの偏光を第２の量だけ回転させることと、
前記直線偏光された信号シードと、前記第１の直線偏光成分と、前記第２の直線偏光成分とを、第２のビームディスプレーサ中で伝播させることと、
前記第２のビームディスプレーサ中での前記第１及び第２の直線偏光成分の伝播中に、前記第１の直線偏光成分と前記第２の直線偏光成分とを空間的に再結合させて、前記第２のビームディスプレーサの出力端で、前記非偏光ポンプビームを前記直線偏光された信号シードと同じ位置に置くことと、
を有する方法。

【請求項15】

前記第１の直線偏光成分の前記偏光及び前記第２の直線偏光成分の前記偏光を前記第１の量だけ回転させることは、前記第１の直線偏光成分の前記偏光を略９０度だけ回転させるとともに、前記第２の直線偏光成分の前記偏光を略９０度だけ回転させることを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記直線偏光された信号シードの前記偏光を前記第２の量だけ回転させることは、前記直線偏光された信号シードの前記偏光を略１８０度だけ回転させることを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記同じ位置に置かれた前記直線偏光された信号シード及び前記非偏光ポンプビームを平面導波路へと送ること、を更に有する請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

前記非偏光ポンプビームを前記第１の直線偏光成分と前記第２の直線偏光成分とに空間的に分離することは、前記第１のビームディスプレーサ中で、前記第２の直線偏光成分の伝播方向に対して第１のウォークオフ角度で前記第１の直線偏光成分をウォークオフさせることを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の直線偏光成分と前記第２の直線偏光成分とを空間的に再結合させることは、前記第２のビームディスプレーサ中で、前記非偏光ポンプビームの伝播方向に対して第２のウォークオフ角度で前記第２の直線偏光成分をウォークオフさせることを含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記直線偏光された信号シードを、前記第１のビームディスプレーサ中で、前記第１のビームディスプレーサで受け取られたときの前記直線偏光された信号シードの伝播方向に対して或るウォークオフ角度でウォークオフさせること、を更に有する請求項１４に記載の方法。

【請求項21】

前記第１及び第２の直線偏光成分の前記偏光を前記第１の量だけ回転させることは、前記第１及び第２の直線偏光成分の前記偏光を略１８０度だけ回転させることを含み、前記直線偏光された信号シードの前記偏光を前記第２の量だけ回転させることは、前記直線偏光された信号シードの前記偏光を略９０度だけ回転させることを含む、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

光ビームカプラは、科学、産業、医療、及び軍事の分野にわたる広くて多様な用途を有する。例えば、導波路増幅器媒体（例えば、平面導波路（ＰＷＧ）又は光ファイバ）に、異なる波長のポンプビーム及び信号ビームを同時に入射しなければならないことが頻繁にある。オールガラスのポンプカプラは、ポンプ入力、信号入力、及び増幅導波路が一緒にスプライス又は融合されるものであり、使用すると効率的であり且つ堅牢である。しかしながら、オールガラスのポンプカプラは、常に実現可能なわけではない。例えば、オールガラスのポンプカプラは、異種材料のファイバ入力とＰＷＧとの間には使用されることができないことがある。そのような場合、ポンプ入力及び信号入力は、自由空間コンポーネントを介して増幅器導波路に結合されなければならない。ポンプビームとシード信号とをファイバ又は平面導波路増幅器に自由空間カップリングするための従来方法及びシステムは、１つ以上のダイクロイックミラーを必要とする。これは、例えばポンプビームがファイバ結合されたダイオードレーザモジュールから生成されるときなど、ポンプビームが非偏光であるときに問題となる。これは、ダイクロイックミラーのコーティング設計を困難にし、あるいは、入射するポンプを、ダイクロイックミラー上への略垂直入射に維持することを必要とする。後者は一般に、ポンプビーム用の追加の回転ミラーを付加することによって達成され、それにより、カップリングアセンブリの大きさ及び重量を比例的に増大させてしまう。さらに、ミラーのアライメントは、衝撃、振動、及び周囲温度変化に敏感である。

【発明の概要】

【0002】

態様及び実施形態は、偏光ビームと非偏光ビームとを同じ位置に置くためのシステム及び方法に関する。特に、実施形態は、１つ以上のダイクロイックミラーが存在しないことを特徴とするビームカプラを含む。従って、本発明の様々な態様は、衝撃、振動、周囲温度変化、及びシステムの信頼性に悪影響を及ぼし得るその他の環境的影響力に対して大いに鈍感である。

【0003】

一態様によれば、ビームカプラは、第１入力端及び第１出力端を有する第１のビームディスプレーサであり、当該第１のビームディスプレーサは、上記第１入力端で、第１の波長を持つ直線偏光された信号シードと、第２の波長を持つ非偏光ポンプビームとを受け取るように構成され、上記非偏光ポンプビームは、第１及び第２の直線偏光成分を含み、当該第１のビームディスプレーサは更に、上記非偏光ポンプビームの上記第１の直線偏光成分を、上記第１出力端で、上記直線偏光された信号シードと同じ位置に置くように、上記非偏光ポンプビームの上記第１の直線偏光成分を空間的に平行移動させるように構成される、第１のビームディスプレーサと、第２入力端及び第２出力端を有する第２のビームディスプレーサであり、当該第２のビームディスプレーサは、上記非偏光ポンプビームの上記第２の直線偏光成分を空間的に平行移動させて、上記非偏光ポンプビームの上記第１及び第２の直線偏光成分を再結合させるとともに、上記非偏光ポンプビームを、上記第２出力端で、上記直線偏光された信号シードと同じ位置に置くように構成される、第２のビームディスプレーサと、上記第１のビームディスプレーサの上記第１出力端と、上記第２のビームディスプレーサの上記第２入力端との間に介在され、上記第１の直線偏光成分、上記第２の直線偏光成分、及び上記直線偏光された信号シードの各々の偏光を回転させるように構成された、二波長波長板とを含む。

【0004】

一実施形態によれば、上記二波長波長板は更に、上記第１の直線偏光成分及び上記第２の直線偏光成分の各々の偏光を略９０度だけ回転させるとともに、上記直線偏光された信号シードの偏光を略１８０度だけ回転させるように構成される。一実施形態において、上記第１のビームディスプレーサは更に、上記直線偏光された信号シード及び上記非偏光ポンプビームを、コリニアな伝播方向にて受け取るように構成され、上記第２のビームディスプレーサは更に、上記第２出力端で上記コリニアな伝播方向を保つように構成される。

【0005】

一実施形態において、上記第１のビームディスプレーサは、上記直線偏光された信号シードの伝播方向に対して第１の方向に傾けられた結晶光学軸を持つビームディスプレーサ結晶を含む。更なる一実施形態において、上記第２のビームディスプレーサは、上記直線偏光された信号シードの上記伝播方向に対して第２の方向に傾けられた結晶光学軸を持つビームディスプレーサ結晶を含む。

【0006】

一実施形態によれば、上記第１及び第２のビームディスプレーサの各々が異方性結晶を含む。一実施形態において、上記第１のビームディスプレーサの上記第１入力端は、第１入射部で上記非偏光ポンプビームを受け取るとともに、第２入射部で上記直線偏光された信号シードを受け取るように構成され、上記第１入射部は上記第２入射部から空間的に離隔されている。更なる一実施形態において、上記第１のビームディスプレーサは、長さ、幅、高さ、及び第１のウォークオフ角度によって規定され、上記長さは、少なくとも上記第１のウォークオフ角度に比例して規定される。

【0007】

一実施形態において、上記二波長波長板は、第１の材料及び第２の材料を含む。一実施形態によれば、上記第１の材料は石英を含み、上記第２の材料はサファイアを含む。一実施形態によれば、上記第１の材料は、上記第２の材料とは実質的に反対の、複屈折の熱誘起変化係数を含む。一実施形態によれば、上記第１の材料が、上記第２の材料と実質的に反対の、複屈折の波長分散を含む。少なくとも１つの実施形態において、当該ビームカプラは更に、上記同じ位置に置かれた上記非偏光ポンプビーム及び上記直線偏光された信号シードを導波路に結合するように構成されたレンズ系を含む。

【0008】

一態様によれば、異なる波長のコリニアビームを同じ位置に置く方法は、第１の波長にある直線偏光された信号シードと第２の波長にある非偏光ポンプビームとを、第１のビームディスプレーサ中で伝播させることと、上記第１のビームディスプレーサ中での上記非偏光ポンプビームの伝播中に、上記非偏光ポンプビームを第１の直線偏光成分と第２の直線偏光成分とに空間的に分離して、上記第１のビームディスプレーサの出力端で、上記第１の直線偏光成分を上記直線偏光された信号シードと同じ位置におくことと、上記第１の直線偏光成分の偏光及び上記第２の直線偏光成分の偏光を第１の量だけ回転させることと、上記直線偏光された信号シードの偏光を第２の量だけ回転させることと、上記直線偏光された信号シードと、上記第１の直線偏光成分と、上記第２の直線偏光成分とを、第２のビームディスプレーサ中で伝播させることと、上記第２のビームディスプレーサ中での上記第１及び第２の直線偏光成分の伝播中に、上記第１の直線偏光成分と上記第２の直線偏光成分とを空間的に再結合させて、上記第２のビームディスプレーサの出力端で、上記非偏光ポンプビームを上記直線偏光された信号シードと同じ位置に置くこととを含み得る。

【0009】

一実施形態において、上記第１の直線偏光成分の上記偏光及び上記第２の直線偏光成分の上記偏光を上記第１の量だけ回転させることは、上記第１の直線偏光成分の上記偏光を略９０度だけ回転させるとともに、上記第２の直線偏光成分の上記偏光を略９０度だけ回転させることを含む。一実施形態によれば、上記直線偏光された信号シードの上記偏光を上記第２の量だけ回転させることは、上記直線偏光された信号シードの上記偏光を略１８０度だけ回転させることを含む。

【0010】

一実施形態において、当該方法は、上記同じ位置に置かれた上記直線偏光された信号シード及び上記非偏光ポンプビームを平面導波路へと送ることを含み得る。一実施形態によれば、上記非偏光ポンプビームを上記第１の直線偏光成分と上記第２の直線偏光成分とに空間的に分離することは、上記第１のビームディスプレーサ中で、上記第２の直線偏光成分の伝播方向に対して第１のウォークオフ角度で上記第１の直線偏光成分をウォークオフさせることを含む。一実施形態において、上記第１の直線偏光成分と上記第２の直線偏光成分とを空間的に再結合させることは、上記第２のビームディスプレーサ中で、上記非偏光ポンプビームの伝播方向に対して第２のウォークオフ角度で上記第２の直線偏光成分をウォークオフさせることを含む。

【0011】

一実施形態によれば、当該方法は、上記直線偏光された信号シードを、上記第１のビームディスプレーサ中で、上記第１のビームディスプレーサで受け取られたときの上記直線偏光された信号シードの伝播方向に対して或るウォークオフ角度でウォークオフさせることを含み得る。一実施形態によれば、上記第１及び第２の直線偏光成分の上記偏光を上記第１の量だけ回転させることは、上記第１及び第２の直線偏光成分の上記偏光を略１８０度だけ回転させることを含み、上記直線偏光された信号シードの上記偏光を上記第２の量だけ回転させることは、上記直線偏光された信号シードの上記偏光を略９０度だけ回転させることを含む。

【0012】

これら例示的な態様及び実施形態の更なる他の態様、実施形態、及び利点が、以下にて詳細に説明される。ここに開示される実施形態は、ここに開示される原理のうちの少なくとも１つと一貫したやり方で他の実施形態と組み合わされることができ、“実施形態”、“一部の実施形態”、“代替実施形態”、“様々な実施形態”、“一実施形態”、又はこれらに類するものへの言及は、必ずしも相互に排他的なものではなく、記載される特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを指し示すことを意図したものである。ここにこれらの用語が複数現れることは、必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているわけではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

以下、縮尺通りに描くことは意図していない添付の図面を参照して、少なくとも１つの実施形態の様々な態様を説明する。図面は、様々な態様及び実施形態の例示及び更なる理解を提供するために含められており、本明細書に組み込まれてその一部を構成するが、本発明の限定を規定するものとして意図したものではない。図面において、様々な図に示される同じ又は略同じ構成要素は各々、似通った参照符号によって表される。明瞭さの目的のため、全ての図で全ての構成要素にラベルを付すことはしていない場合がある。

【図1】本発明の態様に従ったビームカプラの一例のブロック図である。

【図2】本発明の態様に従ったビームカプラの他の一例のブロック図である。

【図3】本発明の態様に従ったビームを同じ位置に置く方法の一例のプロセスフローである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

態様及び実施形態は、偏光ビームと非偏光ビームとを同じ位置に置くためのシステム及び方法に関する。特に、実施形態は、１つ以上のダイクロイックミラーが存在しないことを特徴とするビームカプラを含む。従って、本発明の様々な態様は、衝撃、振動、周囲温度変化、及びシステムの信頼性に悪影響を及ぼし得るその他の環境的影響力に対して大いに鈍感である。例えば、非偏光ポンプビームと直線偏光された信号シードなど、非偏光ビームと偏光ビームとを組み合わせることへの一部の従来アプローチは、ダイクロイックミラーの利用を含んでいる。しかしながら、それらのアプローチは一般に、ここで説明される破壊的な力に敏感であるとともにカプラアセンブリの重量を増加させる回転ミラーを必要とする。これは、システムが航空機に取り付けられるときに特に懸念されることとなり得る。さらに、ミラーは、カプラが動いているときには時間がかかり実用的ではないものである微調整及び精密制御を必要とする。これらの欠点は、ここに開示されるビームカプラ（ダイクロイックミラーを組み込む必要がない）の使用によって回避され得る。更に詳細に後述するように、様々な実施形態に従ったビームカプラは、第１のビームディスプレーサ（beam displacer）と、二波長波長板（dual-wavelength waveplate）と、第２のビームディスプレーサとを含み、第１の波長で受け取った非偏光ポンプビームと、第２の波長で受け取った直線偏光された信号シードとを、コリニア（共線的）に同じ位置に置くように構成される。

【0015】

理解されるべきことには、ここに説明される方法及び装置の実施形態は、適用において、以下の記載に説明され又は添付図面に図示される構成の詳細及び構成要素の配置に限定されるものではない。これらの方法及び装置は、他の実施形態での実装が可能であり、また、様々なやり方で実施あるいは実行されることが可能である。具体的な実装の例が、単に例示の目的でここに提供されるが、限定することを意図したものではない。また、ここで使用される言葉遣い及び用語は、記述目的でのものであり、限定するものとして見なされるべきでない。“含む”、“有する”、“持つ”、“含有する”、“伴う”及びこれらの変形のここでの使用は、その後に挙げられる品目及びそれらの均等物並びに更なる品目を含む意味である。“又は”への言及は、“又は”を用いて記載される項目が、記載される項目のうちの、単一の、１つよりも多くの、及び全ての、の何れかを指し示し得るように、包含的なものとして解釈され得る。

【0016】

図１を参照するに、一実施形態に従ったビームカプラの一例のブロック図が示されている。全体として１００で指し示されているビームカプラは、第１のビームディスプレーサ１０２と、二波長波長板１０４と、第２のビームディスプレーサ１０６とを含むことができる。様々な実施形態において、ビームカプラ１００は、第１の波長を持つ偏光信号と、第２の波長を持つ非偏光信号とを受け取るように構成される。一実施形態において、偏光信号は、直線偏光された信号シード（“信号シード”）１０８を含み、非偏光信号は、偏光されていないポンプビーム（“ポンプビーム”）１１０を含む。図１に示すように、直線偏光された信号シード１０８は、インジケータ１２０によって表される方向の直線偏光を有し、非偏光ポンプビーム１１０は、インジケータ１２２によって表される第１方向の第１の直線偏光と、インジケータ１２４によって表される第２方向の第２の直線偏光とを有する。図１において、第１の直線偏光は、ポンプビーム１１０の第１の直線偏光成分１２６の偏光を表し、第２の直線偏光は、ポンプビーム１１０の第２の直線偏光成分１２８の偏光を表している。様々な実施形態において、直線偏光された信号シード１０８は１５３０ｎｍの波長を持ち、非偏光ポンプビーム１１０は９８０ｎｍの波長を持つ。従って、第１の直線偏光成分１２６及び第２の直線偏光成分１２８は、９８０ｎｍの波長を持ち得る。ここでは１５３０ｎｍ及び９８０ｎｍの波長で受け取られるとして記載されるが、様々な実施形態において、直線偏光された信号シード１０８及び非偏光ポンプビーム１１０は、科学的、産業的、医学的、及び軍事的な使命又は用途で従来から使用されているような何らかの他の波長で受け取られてもよい。図１は、ポンプビーム１１０及び直線偏光された信号シード１０８が同じ方向にコリニアに伝播していることを示している。

【0017】

図１を参照するに、様々な実施形態において、非偏光ポンプビーム１１０及び直線偏光された信号シード１０８は、第１のビームディスプレーサ１０２の入力端１４２で受け取られることができる。第１のビームディスプレーサ１０２は、長さ、幅、高さ、及びウォークオフ角度によって規定される。例えば、第１のビームディスプレーサ１０２は、４０ｍｍ×１１ｍｍ×１１ｍｍの寸法を持った一軸ウォークオフ結晶ディスプレーサを含むことができる。しかしながら、第１のビームディスプレーサ１０２は、二軸ウォークオフ結晶ディスプレーサを含んでいてもよく、数多の他のサイズが使用されてもよい。様々な実施形態において、第１のビームディスプレーサ１０２は、光学的に異方性の材料を含む第１の材料で構成される。これは、例えば、ニュージャージー州ニュートンのＴｈｏｒｌａｂｓ社から商業的に入手可能な方解石結晶を含み得る。従って、第１のビームディスプレーサ１０２によって受け取られた非偏光ビーム（例えば、ポンプビーム１１０）は、偏光によって、第１の直線偏光成分１２６及び第２の直線偏光成分１２８という２つの直線偏光成分へとスプリットされる。第１のビームディスプレーサ１０２は、第１の直線偏光成分１２６が第１のビームディスプレーサ１０２における異常波を含み、第２の直線偏光成分１２８が第１のビームディスプレーサ１０２における通常波を含むように構成されることができる。第１の直線偏光成分１２６の空間ビームプロファイルは、それが第１のビームディスプレーサ１０２中を伝播するにつれて、ますます平行移動されることになる。第２の直線偏光成分１２８の空間ビームプロファイルは、平行移動せずに、第１のビームディスプレーサ１０２中を真っ直ぐに伝播することになる。結果として、直線偏光成分１２６と１２８とが空間的に分離される。一実施形態において、直線偏光された信号シード１０８は、第１のビームディスプレーサ１０２における通常波を含み、故に、横方向の変位なしに第１のビームディスプレーサ１０２中を真っ直ぐに伝播する。

【0018】

図１に示すように、第１のビームディスプレーサ１０２は、ポンプビーム１１０の第１の直線偏光成分１２６を空間的に平行移動させて、第１の直線偏光成分１２６を直線偏光された信号シード１０８と同じ位置に置くように構成されることができる。一実施形態において、第１の直線偏光成分１２６及び信号シード１０８は、第１のビームディスプレーサ１０２の出力端１４４における出射部１３８で、同じ位置に置かれる。様々な実施形態において、第１の直線偏光成分１２６のビームウォークオフは、第２の直線偏光成分１２８の伝播方向に対して第１の角度にある。例として、第１のウォークオフ角度を、角θとして図１に示す。第２の直線偏光成分１２８は、第１のビームディスプレーサ中を、横方向の変位なく伝播する。一実装において、第１のウォークオフ角度は、第１のビームディスプレーサ１０２の屈折率（すなわち、ｎ_ｅ、ｎ_ｏ、及び波面法線によって規定される角度）及び結晶光学軸の方位（１１８として図示）によって定められる。従って、第１の直線偏光成分１２６、第２の直線偏光成分１２８、及び直線偏光された信号シード１０８の平行移動は、それぞれのビームの偏光に依存することになる。幾つかの実施形態において、結晶光学軸は、第１のビームディスプレーサ１０２の第１入射部１１２、第１のビームディスプレーサ１０２の第２入射部１１４、及び第１のビームディスプレーサの出力端１４４における出射部１３８を含む平面内で角度付けられる。結晶光学軸の角度は、第１の直線偏光成分１２６のウォークオフ角度を最大化するように選定され得る。例えば、一実施形態において、第１のビームディスプレーサ１０２は、信号シード１０８の伝播方向に対して略４５度の角度で傾けられた結晶光学軸を有する。従って、受け取られた直線偏光された信号シード１０８は、第１のビームディスプレーサ１０２中を、横方向の変位なく伝播することになる。同様に、非偏光ポンプビーム１１０の第２の直線偏光成分１２８は、第１のビームディスプレーサ１０２中を、横方向の変位なく伝播することになる。しかしながら、第１の直線偏光成分１２６の偏光（すなわち、異常偏光）の結果として、非偏光ポンプビーム１１０の第１の直線偏光成分１２６は、それが第１のビームディスプレーサ１０２中を進むにつれてウォークオフされる。

【0019】

図１を引き続き参照するに、一実施形態において、信号シード１０８は、第１のビームディスプレーサ１０２の第１入射部１１２で受け取られ、非偏光ポンプビーム１１０は、第１のビームディスプレーサ１０２の第２入射部１１４で受け取られる。第２入射部１１４は、第１の直線偏光成分１２６のウォークオフ方向とは反対向きに、第１入射部１１２から距離１１６だけ離隔される。様々な実施形態において、第１入射部１１２と第２入射部１１４との間の距離１１６は、第１のビームディスプレーサ１０２の長さとウォークオフ角度とによって定められる。更なる実施形態において、第１のビームディスプレーサ１０２は、ビームサイズ及びビームダイバージェンスに基づいて選定され得る。例えば、第１のビームディスプレーサ１０２の長さが４０ｍｍであり、第１のビームディスプレーサ１０２の材料が方解石である場合、第１入射部１１２と第２入射部１１４との間の距離は４．２ｍｍである。従って、一実施形態において、既知のウォークオフ角度を有する第１のビームディスプレーサ１０２の長さは、ポンプビーム１１０の第１の直線偏光成分１２６と信号シード１０８とを同じ位置に置くように変えられ得る。第１のビームディスプレーサ１０２の長さを変えることは、出射部１３８における第１の直線偏光成分１２６の横方向の変位を比例的に増加又は減少させる。

【0020】

図１に示すように、ポンプビーム１１０の第２の直線偏光成分１２８、ポンプビーム１１０の第１の直線偏光成分１２６、及び信号シード１０８は、第１のビームディスプレーサ１０２の出力端１４４（第１の直線偏光成分１２６及び直線偏光された信号シード１０８が同じ位置に置かれている）から、二波長波長板１０４へと送られる。様々な実施形態において、二波長波長板１０４は、異なる波長を持つ２つ以上のビームを受け取るように構成される。上述のように、一部の例において、これは、９８０ｎｍの波長を持つ非偏光ポンプビーム１１０の第１及び第２の直線偏光成分（１２６及び１２８）と、１５３０ｎｍの波長を持つ直線偏光された信号シード１０８とを含むことができる。様々な実施形態において、二波長波長板１０４は、第１の直線偏光成分１２６、第２の直線偏光成分１２８、及び信号シード１０８の各々の偏光を回転させるように構成される。これは、ポンプビーム（すなわち、第１及び第２の直線偏光成分）に対する半波長遅延と、信号シード１０８に対する１波長遅延とを作り出すことを含むことができる。故に、ポンプビーム偏光成分（第１の直線偏光成分１２６及び第２の直線偏光成分１２８）は、それらが二波長波長板１０４を通り抜けるときに偏光状態を“スイッチ”し、一方、信号シード１０８は、同じ偏光状態のままである。従って、ポンプビーム１１０の第１の直線偏光成分１２６は、第１のビームディスプレーサ１０２における異常波から第２のビームディスプレーサ１０６における通常波へと切り替わり、第２の直線偏光成分１２８は、第１のビームディスプレーサ１０２における通常波から第２のビームディスプレーサ１０６における異常波へと切り替わる。信号シード１０８は、第２のビームディスプレーサ１０６において通常波のままである。一実施形態において、半波長遅延は、偏光を略９０度回転させることを含み、１波長遅延は、偏光を略１８０度回転させることを含む。

【0021】

一実施形態において、二波長波長板１０４は、第１の材料及び第２の材料を含む。様々な実施形態において、第１の材料は石英を含み、第２の材料はサファイアを含む。既知の二波長波長板は、単一材料から構築され且つマルチオーダーであり、温度感度を示すとともに狭いスペクトル帯域幅を持つ。対照的に、理解されることには、二波長波長板１０４の複合材料設計は、これら上述の不備の双方を改善することになる。ここでは第１及び第２の材料を含むとして記載しているが、一部の実施形態において、波長板１０４は、単一の材料を含んでいてもよいし、複数の材料を含んでいてもよい。

【0022】

一実施形態において、二波長波長板１０４は、第１及び第２の材料を、それらの複屈折の熱誘起変化の係数ｄ（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）／ｄＴが符号において異なる結晶材料を選択することによって構成して含み得る。符号において異なる複屈折の熱誘起変化係数を持つとして選択された材料は、二波長波長板１０４の温度感度を低下させる。同様に、様々な実施形態において、二波長波長板１０４は、それらの複屈折における波長分散ｄ（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）／ｄλが符号において異なる第１及び第２の材料を選択することによって構築されることができ、それは、二波長波長板１０４のスペクトル帯域幅を増大させる。

【0023】

図１を引き続き参照するに、一部の実施形態において、全体として１００で指し示されているビームカプラは更に、入力端１４６及び出力端１４８を有する第２のビームディスプレーサ１０６を含むことができる。図１に示すように、二波長波長板１０４から第２のビームディスプレーサ１０６の入力端１４６に、ポンプビーム１１０の第２の直線偏光成分１２８、ポンプビーム１１０の第１の直線偏光成分１２６、及び信号シード１０８が送られる。様々な実施形態において、第２のビームディスプレーサ１０６は、異なる波長を持つ２つ以上のビームを受け取るように構成される。ここで説明するように、これは、９８０ｎｍの波長を持つ非偏光ポンプビーム１１０の第１及び第２の直線偏光成分（１２６及び１２８）と、１５３０ｎｍの波長を持つ直線偏光された信号シード１０８とを含むことができる。

【0024】

上述の第１のビームディスプレーサ１０２と同様に、第２のビームディスプレーサ１０６は、長さ、幅、高さ、及びウォークオフ角度によって規定される。例えば、第２のビームディスプレーサ１０６は、４０ｍｍ×１１ｍｍ×１１ｍｍの寸法を持った一軸ウォークオフ結晶ビームディスプレーサを含むことができる。しかしながら、第２のビームディスプレーサ１０６は、二軸ウォークオフ結晶ディスプレーサを含んでいてもよく、数多の他の構成が使用されてもよい。様々な実施形態において、第２のビームディスプレーサ１０６は、光学的に異方性の材料を含む材料で構成される。これは、例えば、ニュージャージー州ニュートンのＴｈｏｒｌａｂｓ社から商業的に入手可能な方解石結晶を含み得る。従って、二波長波長板から第２のビームディスプレーサ１０６によって受け取られた第２の直線偏光成分１２８は、第２のウォークオフ角度でウォークオフされる。

【0025】

図１に示すように、第２のビームディスプレーサ１０６は、ポンプビーム１１０の第２の直線偏光成分１２８を空間的に平行移動させて、非偏光ポンプビーム１１０の第１及び第２の直線偏光成分（１２６及び１２８）を再結合させるとともに、非偏光ポンプビーム１１０を、第２のビームディスプレーサ１０６の出射部１５０で、直線偏光された信号シード１０８と同じ位置に置くように構成されることができる。図示のように、一例において、第２のビームディスプレーサ１０６は、第１のビームディスプレーサ１０２の入力端１４２で受け取られたポンプビーム１１０及び信号シード１０８のコリニアな伝播方向を保存する。様々な実施形態において、第２の直線偏光成分１２８の空間ビームプロファイルは、それが第２のビームディスプレーサ１０６中を伝播するにつれて、ますます平行移動されることになる。第２の直線偏光成分１２８は、非偏光ポンプビーム１１０の伝播方向（図１にゴースト線として示す）に対して第２のウォークオフ角度でウォークオフすることになる。例として、第２のウォークオフ角度を、角φとして図１に示す。第２の直線偏光成分１２８の第２のウォークオフ角度は、第２のビームディスプレーサ１０６の屈折率（すなわち、ｎ_ｅ、ｎ_ｏ、及び波面法線によって規定される角度）及び結晶光学軸の方位（１３０として図示）によって定められる。従って、第１の直線偏光成分１２６、第２の直線偏光成分１２８、及び直線偏光された信号シード１０８の平行移動は、それぞれのビームの偏光に依存することになる。幾つかの実施形態において、結晶光学軸は、第２のビームディスプレーサ１０６の第１入射部１３２、第２のビームディスプレーサ１０６の第２入射部１３４、及び第２のビームディスプレーサ１０６の出力端１４８における出射部１５０を含む平面内で角度付けられる。結晶光学軸の角度は、第２の直線偏光成分１２８のウォークオフ角度を最大化するように選定され得る。例えば、一実施形態において、第２のビームディスプレーサ１０６は、信号シード１０８の伝播方向に対して略４５度の角度で傾けられた結晶光学軸を有する。従って、受け取られた直線偏光された信号シード１０８及び第１の直線偏光成分１２６は、第２のビームディスプレーサ１０６中を、横方向の変位なく伝播することになる。しかしながら、第２のビームディスプレーサ１０６における第２の直線偏光成分１２８の偏光（すなわち、異常偏光）の結果として、非偏光ポンプビーム１１０の第２の直線偏光成分１２８は、それが第２のビームディスプレーサ１０６中を進むにつれてウォークオフされる。

【0026】

図１に示すように、一部の実施形態において、第２のビームディスプレーサ１０６の結晶光学軸は、第１のビームディスプレーサ１０２の結晶光学軸に対して実質的に平行とし得る。例えば、第１のビームディスプレーサ１０２は、第２のビームディスプレーサ１０６と同じ結晶材料で構成されることができ、第１の結晶光学軸の方位（１１８として示す）は、第２の結晶光学軸の方位（１３０として示す）と同じとし得る。これらの実施形態において、第１のウォークオフ角度θは、第２のウォークオフ角度φに実質的に等しい。

【0027】

図１を引き続き参照するに、一実施形態において、同じ位置に置かれた信号シード１０８及び第１の直線偏光成分１２６は、第２のビームディスプレーサ１０６の第１入射部１３２で受け取られる。第２の直線偏光成分１２８は、第２の直線偏光成分１２８のウォークオフ方向とは反対向きに第１入射部１３２から距離１３６だけ離隔された第２のビームディスプレーサ１０６の第２入射部１３４で受け取られる。様々な実施形態において、第１入射部１３２と第２入射部１３４との間の距離１３６は、第２のビームディスプレーサ１０６の長さとウォークオフ角度φとによって定められる。例えば、第２のビームディスプレーサが方解石からなり、結晶光学軸が最大ウォークオフ角度に合わせて向けられ、そして、第２のビームディスプレーサ１０６の長さが４０ｍｍである場合、第１入射部１３２と第２入射部１３４との間の距離１３６は略４．２ｍｍである。従って、一実施形態において、既知のウォークオフ角度を有する第２のビームディスプレーサ１０６の長さは、非偏光ポンプビーム１１０の第１及び第２の直線偏光成分（１２６及び１２８）を再結合させるとともに、非偏光ポンプビーム１１０を、第２のビームディスプレーサ１０６の出射部１５０で、直線偏光された信号シード１０８と同じ位置に置くように変えられ得る。第２のビームディスプレーサ１０６の長さを変えることは、出射部１５０における第２の直線偏光成分１２８の横方向の変位を比例的に増加又は減少させる。

【0028】

一部の実施形態において、第２のビームディスプレーサ１０６の出射部で直線偏光された信号シード１０８と同じ位置に置かれた、非偏光ポンプビーム１１０の再結合された第１及び第２の直線偏光成分（１２６及び１２８）が、第２のビームディスプレーサ１０６の出力端１４８から送出される。様々な実施形態において、これは、例えば平面導波路（ＰＷＧ）１５２などの光増幅器に送ることを含むことができる。結合されたポンプ光及び信号光を導波路増幅器の中に集めるために、１つ以上のレンズを有するレンズ系１４０が使用され得る。

【0029】

次に図２を参照するに、一実施形態に従ったビームカプラの更なる一例のブロック図が示されている。全体として２００で指し示されているビームカプラは、第１のビームディスプレーサ２０２と、二波長波長板２０４と、第２のビームディスプレーサ２０６とを含むことができる。様々な実施形態において、ビームカプラ２００は、第１の波長を持つ直線偏光された信号シード（“信号シード”）２０８と、第２の波長を持つ非偏光ポンプビーム（“ポンプビーム”）２１０とを受け取るように構成される。図２に示すように、信号シード２０８は、インジケータ２２０によって表される方向の直線偏光を有し、ポンプビーム２１０は、インジケータ２２２によって表される第１方向の第１の直線偏光と、インジケータ２２４によって表される第２方向の第２の直線偏光とを有する。図２において、図１においてのように、第１の直線偏光は、ポンプビーム２１０の第１の直線偏光成分２２６の偏光を表し、第２の直線偏光は、ポンプビーム２１０の第２の直線偏光成分２２８の偏光を表している。様々な実施形態において、直線偏光された信号シード２０８は１５３０ｎｍの波長を持ち、非偏光ポンプビーム２１０は９８０ｎｍの波長を持つ。従って、第１の直線偏光成分２２６及び第２の直線偏光成分２２８は、９８０ｎｍの波長を持ち得る。ここでは１５３０ｎｍ及び９８０ｎｍの波長で受け取られるとして記載されるが、様々な実施形態において、直線偏光された信号シード２０８及び非偏光ポンプビーム２１０は、科学的、産業的、医学的、及び軍事的な使命又は用途で従来から使用されているような何らかの他の波長で受け取られてもよい。

【0030】

様々な実施形態において、非偏光ポンプビーム２１０及び直線偏光された信号シード２０８は、第１のビームディスプレーサ２０２の入力端で受け取られることができる。第１のビームディスプレーサ２０２は、長さ、幅、高さ、及びウォークオフ角度によって規定される。例えば、第１のビームディスプレーサ２０２は、４０ｍｍ×１１ｍｍ×１１ｍｍの寸法を持った一軸ウォークオフ結晶ディスプレーサを含むことができる。しかしながら、第１のビームディスプレーサ２０２は、二軸ウォークオフ結晶ディスプレーサを含んでいてもよく、数多の他の構成が使用されてもよい。様々な実施形態において、第１のビームディスプレーサ２０２は、光学的に異方性の材料を含む材料で構成される。これは、例えば、ニュージャージー州ニュートンのＴｈｏｒｌａｂｓ社から商業的に入手可能な方解石結晶を含み得る。従って、第１のビームディスプレーサ２０２によって受け取られた非偏光ポンプビーム２１０は、偏光によって、第１の直線偏光成分２２６及び第２の直線偏光成分２２８という２つの直線偏光成分へとスプリットされる。第１のビームディスプレーサ２０２は、第１の直線偏光成分２２６が第１のビームディスプレーサ２０２における通常波を含み、第２の直線偏光成分２２８が第１のビームディスプレーサ２０２における異常波を含むように構成されることができる。第２の直線偏光成分２２８の空間ビームプロファイルは、それがビームディスプレーサ結晶中を伝播するにつれて、ますます平行移動することになる。第１の直線偏光成分２２６の空間ビームプロファイルは、平行移動せずに、第１のビームディスプレーサ２０２中を真っ直ぐに伝播することになる。結果として、偏光成分２２６と２２８とが空間的に分離されることになる。一実施形態において、直線偏光された信号シード２０８は、第１のビームディスプレーサ２０２における異常波を含み、故に、それが第１のビームディスプレーサ２０２中を伝播するにつれて、ますます平行移動することになる。

【0031】

図２に示すように、第１のビームディスプレーサ２０２は、ポンプビーム２１０の第２の直線偏光成分２２８を空間的に平行移動させるように構成されることができる。第１のビームディスプレーサ２０２はまた、直線偏光された信号シード２０８を平行移動させて、信号シード２０８を第１の直線偏光成分２２６と同じ位置に置くように構成され得る。一実施形態において、第１の直線偏光成分２２６及び信号シード２０８は、第１のビームディスプレーサ２０２の出射部で、同じ位置に置かれる。様々な実施形態において、第２の直線偏光成分２２８のビームウォークオフは、第１の直線偏光成分２２６の伝播方向に対して第１のウォークオフ角度にある。例として、第２の直線偏光成分２２８の第１のウォークオフ角度を、角γとして図２に示す。同様に、信号シード２０８のビームウォークオフは、第１のビームディスプレーサ２０２で受け取られたときの信号シードの伝播方向（ゴースト線として示す）に対して或るウォークオフ角度にある。例として、この角度を、角ζとして図２に示す。第１の直線偏光成分２２６は、第１のビームディスプレーサ２０２中を、横方向の変位なく伝播する。

【0032】

第２の直線偏光成分２２８の第１のウォークオフ角度は、第１のビームディスプレーサ２０２の屈折率（すなわち、ｎ_ｅ、ｎ_ｏ、及び波面法線によって規定される角度）及び結晶光学軸の方位（２１８として図示）によって定められる。従って、第１の直線偏光成分２２６、第２の直線偏光成分２２８、及び直線偏光された信号シード２０８の平行移動は、特定のビームの偏光に依存することになる。幾つかの実施形態において、結晶光学軸は、第１のビームディスプレーサ２０２の長さに延在し且つ第１のビームディスプレーサ２０２の第１入射部２１２及び第１のビームディスプレーサ２０２の第２入射部２１４を含む平面に対して角度付けられる。結晶光学軸の角度は、第２の直線偏光成分２２８及び直線偏光された信号シード２０８のウォークオフ角度を最大化するように選定され得る。

【0033】

例えば、一実施形態において、第１のビームディスプレーサ２０２は、第１の直線偏光成分２２６の伝播方向に対して略４５度の角度で傾けられた結晶光学軸を有する。従って、第１の直線偏光成分２２６は、第１のビームディスプレーサ２０２中を、横方向の変位なく伝播することになる。しかしながら、第２の直線偏光成分２２８及び信号シード２０８の偏光（すなわち、異常偏光）の結果として、非偏光ポンプビーム２１０の第２の直線偏光成分２２８及び直線偏光された信号シード２０８は、それらが第１のビームディスプレーサ２０２中を進むにつれてウォークオフされる。

【0034】

図２を引き続き参照するに、一実施形態において、信号シード２０８は、第１のビームディスプレーサ２０２の第１入射部２１２で受け取られ、非偏光ポンプビーム２１０は、第２の直線偏光成分２２８のウォークオフ方向とは反対向きに第１入射部２１２から距離２１６だけ離隔された第１のビームディスプレーサ２０２の第２入射部２１４で受け取られる。様々な実施形態において、第１入射部２１２と第２入射部２１４との間の距離２１６は、第１のビームディスプレーサ２０２の長さとウォークオフ角度とによって定められる。更なる実施形態において、第１のビームディスプレーサ２０２は、ビームサイズ及びビームダイバージェンスに基づいて選定され得る。例えば、第１のビームディスプレーサ２０２の長さが４０ｍｍであり、第１のビームディスプレーサ２０２の材料が方解石である場合、第１入射部２１２と第２入射部２１４との間の距離２１６は４．２ｍｍである。従って、一実施形態において、既知のウォークオフ角度を有する第１のビームディスプレーサの長さは、ポンプビーム２１０の第１の直線偏光成分２２６と信号シード２０８とを同じ位置に置くように変えられ得る。第１のビームディスプレーサ２０２の長さを変えることは、第２の直線偏光成分２２８及び信号シード２０８の横方向の変位を比例的に増加又は減少させる。

【0035】

図２に示すように、第２の直線偏光成分２２８、第１の直線偏光成分２２６、及び信号シード２０８は、図１を参照して上述した例と同様に、第１のビームディスプレーサ２０２の出力端から二波長波長板２０４へと送られる。様々な実施形態において、二波長波長板２０４は、第１の直線偏光成分２２６、第２の直線偏光成分２２８、及び信号シード２０８の各々の偏光を回転させるように構成される。これは、上述のように、信号シード２０８に対する半波長遅延と、ポンプビーム（すなわち、第１及び第２の直線偏光成分）に対する１波長遅延とを作り出すことを含むことができる。一実施形態において、半波長遅延は、偏光を略９０度回転させることを含み、１波長遅延は、偏光を略１８０度回転させることを含む。ポンプビーム偏光成分（第１の直線偏光成分２２６及び第２の直線偏光成分２２８）は、同じ偏光状態のままであり、一方、信号シード２０８は偏光状態をスイッチする。従って、信号シード２０８は、第１のビームディスプレーサ２０２における異常波から第２のビームディスプレーサ２０６における通常波へと切り替わる。第１の直線偏光成分２２６は、第２のビームディスプレーサ２０６において通常波のままであり、第２の直線偏光成分２２８は、第２のビームディスプレーサ２０６において異常波のままである。

【0036】

図１に示した二波長波長板１０４を参照して上述したように、一部の実施形態において、二波長波長板２０４は、第１の材料及び第２の材料を含む。ここでは第１及び第２の材料を含むとして記載しているが、一部の実施形態において、波長板２０４は、単一の材料を含んでいてもよいし、３つ以上を含め、複数の材料を含んでいてもよい。一実施形態において、二波長波長板２０４は、第１及び第２の材料を、それらの複屈折の熱誘起変化の係数ｄ（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）／ｄＴが符号において異なる結晶材料を選択することによって構成して含み得る。符号において異なる複屈折の熱誘起変化係数を持つとして選択された材料は、二波長波長板２０４の温度感度を低下させる。同様に、様々な実施形態において、二波長波長板は、それらの複屈折における波長分散ｄ（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）／ｄλが符号において異なる第１及び第２の材料を選択することによって構築されることができ、それは、二波長波長板２０４のスペクトル帯域幅を増大させる。

【0037】

図２を引き続き参照するに、一部の実施形態において、全体として２００で指し示されているビームカプラは更に、入力端及び出力端を有する第２のビームディスプレーサ２０６を含む。図２に示すように、二波長波長板２０４から第２のビームディスプレーサ２０６の入力端に、第２の直線偏光成分２２８、第１の直線偏光成分２２６、及び信号シード２０８が送られる。上述の第１のビームディスプレーサ２０２と同様に、第２のビームディスプレーサ２０６は、長さ、幅、高さ、及びウォークオフ角度によって規定される。例えば、第２のビームディスプレーサ２０６は、４０ｍｍ×１１ｍｍ×１１ｍｍの寸法を持った一軸ウォークオフ結晶ディスプレーサを含むことができる。しかしながら、第２のビームディスプレーサ２０６は、二軸ウォークオフ結晶ディスプレーサを含んでいてもよく、数多の他のサイズが使用されてもよい。様々な実施形態において、第２のビームディスプレーサ２０６は、光学的に異方性の材料を含む。これは、例えば、ニュージャージー州ニュートンのＴｈｏｒｌａｂｓ社から商業的に入手可能な方解石結晶を含み得る。従って、二波長波長板から受け取られた第２の直線偏光成分２２８は、第２のウォークオフ角度でウォークオフされる。

【0038】

図２に示すように、第２のビームディスプレーサ２０６は、ポンプビーム２１０の第２の直線偏光成分２２８を空間的に平行移動させて、第１及び第２の直線偏光成分（２２６及び２２８）を再結合させるとともに、非偏光ポンプビーム２１０を、第２のビームディスプレーサ２０６の出射部で、直線偏光された信号シード２０８と同じ位置に置くように構成されることができる。様々な実施形態において、第２の直線偏光成分２２８の空間ビームプロファイルは、それが第２のビームディスプレーサ２０６中を伝播するにつれて、ますます平行移動されることになる。第２の偏光成分は、第２のビームディスプレーサ２０６の入力端で受け取られた第２の直線偏光成分２２８の伝播（図２にゴースト線として示す）に対して第２のウォークオフ角度でウォークオフされ得る。例として、第２のウォークオフ角度を、角δとして図２に示す。第２の直線偏光成分２２８の第２のウォークオフ角度は、第２のビームディスプレーサ２０６の屈折率（すなわち、ｎ_ｅ、ｎ_ｏ、及び波面法線によって規定される角度）及び結晶光学軸の向き（２３０として図示）によって定められ得る。従って、第１の直線偏光成分２２６、第２の直線偏光成分２２８、及び直線偏光された信号シード２０８の平行移動は、特定のビームの偏光に依存することになる。幾つかの実施形態において、結晶光学軸は、第２のビームディスプレーサ２０６の長さに延在し且つ第２のビームディスプレーサ２０６の第１入射部２３２及び第２のビームディスプレーサ２０６の第２入射部２３４を含む平面に対して角度付けられる。

【0039】

例えば、一実施形態において、第２のビームディスプレーサ２０６は、信号シード２０８の伝播方向に対して略４５度の角度で傾けられた結晶光学軸を有する。従って、受け取られた直線偏光された信号シード２０８及び第１の直線偏光成分２２６は、第２のビームディスプレーサ２０６中を、横方向の変位なく伝播することになる。しかしながら、非偏光ポンプビーム２１０の第２の直線偏光成分２２８は、それが第２のビームディスプレーサ中を進むにつれてウォークオフされる。

【0040】

図２を参照するに、矢印２３０によって指し示される向きの方位を持つ結晶光学軸を含むとして示されている。図２に示すように、一部の実施形態において、第２のビームディスプレーサ２０６の結晶光学軸は、第１のビームディスプレーサ２０２の結晶光学軸に対して実質的に直交するとし得る。一部の実施形態において、第１のビームディスプレーサ２０２は、第２のビームディスプレーサ２０６と同じ結晶材料で構成されることができ、第１の結晶光学軸の方位は、第２の結晶光学軸の方位１３０と同じとし得る。これらの実施形態において、ウォークオフ角度γ、ζ、及びδは全て、大きさにおいて略等しい（しかし、符号においてはそうでない）。

【0041】

図２を引き続き参照するに、一実施形態において、信号シード２０８及び同じ位置に置かれた第１の直線偏光成分２２６は、第２のビームディスプレーサ２０６の第１入射部２３２で受け取られ、ポンプビーム２１０の第２の直線偏光成分２２８は、第２の直線偏光成分２２８のウォークオフ方向とは反対向きに第１入射部２３２から距離２３６だけ離隔された第２のビームディスプレーサ２０６の第２入射部２３４で受け取られる。様々な実施形態において、第１入射部２３２と第２入射部２３４との間の距離は、第２のビームディスプレーサ２０６の長さとウォークオフ角度とによって定められる。例えば、第２のビームディスプレーサ２０６が方解石からなり、結晶光学軸が最大ウォークオフ角度に合わせて向けられ、そして、第２のビームディスプレーサ２０６の長さが４０ｍｍである場合、第１入射部と第２入射部との間の距離は略４．２ｍｍになる。従って、一実施形態において、既知のウォークオフ角度を有する第２のビームディスプレーサ２０６の長さは、非偏光ポンプビーム２１０の第１及び第２の直線偏光成分（２２６及び２２８）を再結合させるとともに、非偏光ポンプビーム２１０を、第２のビームディスプレーサ２０６の出射部で、直線偏光された信号シード２０８と同じ位置に置くように変えられ得る。第２のビームディスプレーサ２０６の長さを変えることは、第２の直線偏光成分２２８の横方向の変位を比例的に増加又は減少させる。

【0042】

一部の実施形態において、第２のビームディスプレーサ２０６の出射部で直線偏光された信号シード２０８と同じ位置に置かれた、非偏光ポンプビーム２１０の再結合された第１及び第２の直線偏光成分（２２６及び２２８）が、第２のビームディスプレーサ２０６の出力端から送出される。様々な実施形態において、これは、例えばＰＷＧ２３８などの光増幅器に送ることを含むことができる。結合されたポンプ光及び信号光を導波路増幅器の中に集めるために、例えば図１に示したレンズ系１４０などの１つ以上のレンズが使用され得る。

【0043】

図１及び２を参照して上述したように、一部の実施形態は、非偏光ポンプビームと直線偏光された信号シードとを同じ位置に置くプロセスを実行する。一部の実施形態において、これらのプロセスは、例えば図１を参照して上述したビームカプラ１００又は図２を参照して上述したビームカプラ２００などのビームカプラによって実行される。このような処理の一例を図３に示す。この例によれば、プロセス３００は、信号シード及びポンプビームを伝播させるアクトと、ポンプビームを第１の直線偏光成分と第２の直線偏光成分とに空間的に分離するアクトと、第１の直線偏光成分及び第２の直線偏光成分の偏光を回転させるアクトと、信号シードの偏光を回転させるアクトと、第１及び第２の直線偏光成分を再結合させ、ポンプビームを信号シードと同じ位置に置くアクトとを含んでいる。

【0044】

アクト３０２にて、このプロセスは、第１の波長にある直線偏光された信号シード（“信号シード”）と、第２の波長にある非偏光ポンプビーム（“ポンプビーム”）とを、第１のビームディスプレーサ中で伝播させることを含むことができる。上述のように、様々な実施形態において、信号シードは、第１の方向の直線偏光を有し、ポンプビームは、第１の方向の第１の直線偏光と、第２の方向の第２の直線偏光とを有する。第１の直線偏光は、ポンプビームの第１の直線偏光成分の偏光を表し、第２の直線偏光は、ポンプビームの第２の直線偏光の偏光を表す。また、様々な実施形態において、直線偏光された信号シードは１５３０ｎｍの波長を持ち、非偏光ポンプビームは９８０ｎｍの波長を持つが、上述のように、様々なその他の波長が使用されてもよい。様々な実施形態において、このプロセスは更に、例えば図１を参照して上述したビームディスプレーサ１０２又は図２を参照して上述したビームディスプレーサ２０２などの第１のビームディスプレーサの入力端で、伝えられた非偏光ポンプビーム及び直線偏光された信号シードを受け取ることを含む。

【0045】

アクト３０４にて、このプロセスは、第１のビームディスプレーサ中での非偏光ポンプビームの伝播中に、非偏光ポンプビームを第１の直線偏光成分と第２の直線偏光成分とに空間的に分離して、第１のビームディスプレーサの出力端で、第１の直線偏光成分を直線偏光された信号シードと同じ位置におくことを含むことができる。一実施形態において、第１の直線偏光成分及び信号シードは、第１のビームディスプレーサの出射部で同じ位置に置かれる。様々な実施形態において、これは、第２の直線偏光成分の伝播方向に対して或るウォークオフ角度で、第１の直線偏光成分を次第に平行移動させることを含む。他の実施形態において、これは、第１の直線偏光成分の伝播方向に対して或るウォークオフ角度で、第２の直線偏光成分を次第に平行移動させることと、第１のビームディスプレーサで受け取られたときの信号シードの伝播方向に対して或るウォークオフ角度で、直線偏光された信号シードを次第に平行移動させることとを含み得る。従って、第１の直線偏光成分、第２の直線偏光成分、又は直線偏光された信号シードが、それぞれの成分又はシードの空間ビームプロファイルが第１のビームディスプレーサを通って伝播するにつれてウォークオフされ得る。

【0046】

図１及び２を参照して上述したように、第１の直線偏光成分、第２の直線偏光成分、又は信号シードのウォークオフ角度は、第１のビームディスプレーサの屈折率及び結晶光学軸の方位によって定められ得る。例えば、一実施形態において、第１のビームディスプレーサは、信号シードの伝播方向に対して略４５度の角度で傾けられた結晶光学軸を有する。従って、受け取られた直線偏光された信号シードは、（通常波として偏光されたとき）第１のビームディスプレーサ中を横方向への変位なく伝播することになる。同様に、非偏光ポンプビームの第２の直線偏光成分は、（通常波として偏光されたとき）第１のビームディスプレーサ中を横方向への変位なく伝播することになる。しかしながら、第１の直線偏光成分の偏光（すなわち、異常偏光）の結果として、非偏光ポンプビームの第１の直線偏光成分はウォークオフされる。他の実施形態において、第１のビームディスプレーサは、ポンプビームの第１の直線偏光成分の伝播方向に対して略４５度の角度で傾けられた結晶光学軸を有する（異常波として偏光される）。従って、第１の直線偏光成分は、第１のビームディスプレーサ中を横方向への変位なく伝播することになる。しかしながら、第２の直線偏光成分及び信号シードの偏光の結果として、非偏光ポンプビームの第２の直線偏光成分及び直線偏光された信号シードはウォークオフされる。様々な実施形態において、このプロセスはまた、ポンプビームの第２の直線偏光成分、ポンプビームの第１の直線偏光成分、及び信号シードを、第１のビームディスプレーサの出力端から二波長波長板に送ることを含み得る。

【0047】

アクト３０６にて、このプロセスは、第１の直線偏光成分の偏光及び第２の直線偏光成分の偏光を第１の量だけ回転させることを含むことができる。アクト３０８にて、このプロセスは、直線偏光された信号シードの偏光を第２の量だけ回転させることを含むことができる。様々な実施形態において、二波長波長板は、第１の直線偏光成分、第２の直線偏光成分、及び信号シードの各々の偏光を回転させるように構成される。これは、ポンプビーム（すなわち、第１及び第２の直線偏光成分）に対する半波長遅延と、信号シードに対する１波長遅延とを作り出すことを含むことができる。これは、それに代えて、信号シードに対する半波長遅延と、ポンプビームに対する１波長遅延とを作り出すことを含んでもよい。一実施形態において、半波長遅延は、偏光を略９０度回転させることを含み、１波長遅延は、偏光を略１８０度回転させることを含む。結果として、ポンプビーム偏光成分（第１の直線偏光成分及び第２の直線偏光成分）及び信号シードは、偏光状態を“スイッチ”するか、又は同じ状態のままであるかであるとし得る。一部の実施形態において、このプロセスは、ポンプビームの第２の直線偏光成分、ポンプビームの第１の直線偏光成分、及び信号シードを、二波長波長板から第２のビームディスプレーサに送ることを含み得る。

【0048】

アクト３１０にて、このプロセスは、第２のビームディスプレーサ中での第１及び第２の直線偏光成分の伝播中に、第１及び第２の直線偏光成分を空間的に再結合させ、第２のビームディスプレーサの出力端で、非偏光ポンプビームを直線偏光された信号シードと同じ位置に置くことを含むことができる。様々な実施形態において、これは、第１の直線偏光成分の伝播方向に対して第２のウォークオフ角度で、第２の直線偏光成分を次第に平行移動させることを含む。他の実施形態において、これは、第２のビームディスプレーサの入力端で受け取られた第２の直線偏光成分の伝播方向に対して第２のウォークオフ角度で、第２の直線偏光成分を次第に平行移動させることを含むことができる。第２の直線偏光成分の第２のウォークオフ角度は、第２のビームディスプレーサの屈折率及び結晶光学軸によって定められ得る。様々な実施形態において、第２のビームディスプレーサは、直線偏光された信号シードの偏光に垂直な平面内で、信号シードの伝播方向に対して略４５度の角度で傾けられた結晶光学軸を有する。従って、受け取られた直線偏光された信号シード及び第１の直線偏光成分は、第２のビームディスプレーサ中を横方向への変位なく伝播することになる。しかしながら、第２の直線偏光成分の偏光の結果として、非偏光ポンプビームの第２の直線偏光成分はウォークオフされる。

【0049】

一部の実施形態において、第２のビームディスプレーサの出射部で直線偏光された信号シードと同じ位置に置かれた、非偏光ポンプビームの再結合された第１及び第２の直線偏光成分が、第２のビームディスプレーサの出力端から送出される。様々な実施形態において、これは、１つ以上のレンズを通して、例えばＰＷＧなどの光増幅器に送ることを含むことができる。

【0050】

故に、態様及び実施形態は、ダイクロイックミラーの使用を必要とすることなく偏光ビーム及び非偏光ビーム（例えば、特定の実施形態において、信号シード及びポンプビームなど）を同じ位置に置くビームカプラ、及びそのようなビームカプラの使用を伴う方法を提供する。ダイクロイックミラーの代わりに、上述のように、二波長波長板と組み合わされた一対のビームディスプレーサを使用して、ビームカプラの出力で同じ位置となるように、ビームを空間的に変位させることができる。当業者によって理解されることになるように、本開示の恩恵を所与として、ビームディスプレーサの寸法及び／又は材料を、例えば出力でのこれら２つのビームの同位置配置を達成するように、信号ビーム及びポンプビームの波長に応じて選定し得る。

【0051】

少なくとも１つの例の幾つかの態様を斯くして述べてきたが、理解されるべきことには、当業者には様々な改変、変更、及び改良が容易に浮かぶであろう。例えば、ここに開示された例は、他の状況でも使用され得る。そのような改変、変更、及び改良は、この開示の一部であることが意図され、また、ここに記載された例の範囲内であることが意図される。従って、以上の説明及び図面は単に例によるものである。

【要約】

ビームカップリングのための方法及び装置。一例において、ビームカプラは、第１の波長を持つ直線偏光された信号シードと、第２の波長を持つ非偏光ポンプビームとを受け取るように構成された第１のビームディスプレーサであり、非偏光ポンプビームは、第１及び第２の直線偏光成分を含み、当該第１のビームディスプレーサは更に、第１の直線偏光成分を直線偏光された信号シードと同じ位置に置くように、第１の直線偏光成分を空間的に平行移動させるように構成される、第１のビームディスプレーサと、第２の直線偏光成分を空間的に平行移動させて、非偏光ポンプビームの第１及び第２の直線偏光成分を再結合させるとともに、非偏光ポンプビームを直線偏光された信号シードと同じ位置に置くように構成された第２のビームディスプレーサと、第１のビームディスプレーサと第２のビームディスプレーサとの間に介在され、第１の直線偏光成分、第２の直線偏光成分、及び直線偏光された信号シードの各々の偏光を回転させるように構成された二波長波長板とを含む。

【図1】

【図2】

【図3】