特開 2024-116067 一体型高輝度信号コンバイナを有するマルチコアファイバレーザー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024116067

(43)【公開日】2024-08-27

(54)【発明の名称】一体型高輝度信号コンバイナを有するマルチコアファイバレーザー

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20240820BHJP

【ＦＩ】

H01S3/067

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023206928

(22)【出願日】2023-12-07

(31)【優先権主張番号】63/485,170

(32)【優先日】2023-02-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】18/194,242

(32)【優先日】2023-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515288122

【氏名又は名称】ルーメンタム オペレーションズ エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】Ｌｕｍｅｎｔｕｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100225543

【弁理士】

【氏名又は名称】上原 真

(72)【発明者】

【氏名】リチャード ディー ファウルハーバー

(72)【発明者】

【氏名】マーティン エイチ メンデル

(72)【発明者】

【氏名】パトリック グレッグ

【テーマコード（参考）】

5F172

【Ｆターム（参考）】

5F172AM01

5F172AM08

5F172DD03

5F172DD06

5F172NQ34

(57)【要約】      （修正有）

【課題】複数のコアを含むマルチコア入力ファイバによるファイバレーザーを含む光学システムを提供する。
【解決手段】光学システムは、それぞれが個別のシングルモードレーザーをサポートするように構成された複数のコアを含むマルチコア入力ファイバと、複数のモードをサポートするように構成された単一のコアを含むデリバリファイバと、並びに、マルチコア入力ファイバ及びデリバリファイバに結合される信号コンバイナと、を備える。いくつかの実装形態では、信号コンバイナは、マルチコア入力ファイバから複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取り、且つ、複数の個別のシングルモードレーザー入力を合成して、デリバリファイバに供給されるマルチモード出力を生成するように構成される。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学システムであって、
・ポンプレーザー源と、
・マルチコアファイバレーザーであり、該マルチコアファイバレーザーは、
前記ポンプレーザー源に結合される入力側、及び出力側を有する発振器を含み、前記発振器は、
前記ポンプレーザー源によって生成されたポンプ光を信号光に変換するための複数のシングルモードアクティブファイバコアを含むアクティブファイバ、
それぞれが前記複数のシングルモードアクティブファイバコアに関連付けられ、前記発振器の入力側で高反射器（ＨＲ）として動作するようにそれぞれ構成された、複数の第１の反射器、また、
それぞれが前記複数のシングルモードアクティブファイバコアに関連付けられ、前記発振器の出力側で出力カプラ（ＯＣ）として動作するようにそれぞれ構成された、複数の第２の反射器、
を含むものである、該発振器、及び
前記発振器の出力側に結合され、前記発振器の複数のシングルモードアクティブファイバコアに整合された複数のコアを有するパワー増幅器
を含む、該マルチコアファイバレーザーと、
・マルチモードデリバリファイバと、並びに、
・前記マルチコアファイバレーザーと一体化されており、前記マルチコアファイバレーザーから複数のシングルモードレーザー入力を受け取り、且つ、前記複数のシングルモードレーザー入力を合成して、前記マルチモードデリバリファイバに供給されるマルチモード出力を生成するように構成された信号コンバイナと、
を備える、光学システム。

【請求項2】

請求項１に記載の光学システムにおいて、前記信号コンバイナは、前記マルチコアファイバレーザーから前記複数のシングルモードレーザー入力を受け取るための複数の対称的なコアを備え、前記マルチモードデリバリファイバとの継ぎ合わせ地点に向かって断熱的にテーパ付けしている、光学システム。

【請求項3】

請求項１に記載の光学システムにおいて、前記信号コンバイナは、１／４ピッチ長を有するグレーデッドインデックスファイバを備え、グレーデッドインデックスファイバは、該第１の継ぎ合わせ地点で前記マルチコアファイバレーザーに継ぎ合わされ、第２の継ぎ合わせ地点で前記マルチモードデリバリファイバに継ぎ合わされる、光学システム。

【請求項4】

請求項１に記載の光学システムにおいて、前記マルチコアファイバレーザーからの前記複数のシングルモードレーザー入力の量が、前記マルチモードデリバリファイバにおいてサポートされるモードの量に等しい、光学システム。

【請求項5】

請求項１に記載の光学システムにおいて、前記発振器の複数のシングルモードアクティブファイバコア及び前記パワー増幅器の複数のコアは、前記信号コンバイナと前記マルチモードデリバリファイバとの間の継ぎ合わせ地点における前記マルチモードデリバリファイバ内の対応するモードと整合するコアサイズ及び開口数をそれぞれ有する、光学システム。

【請求項6】

請求項１に記載の光学システムにおいて、前記信号コンバイナは疎水性表面コーティングを有する、光学システム。

【請求項7】

光学システムであって、
・それぞれが個別のシングルモードレーザーをサポートするように構成された複数のコアを含むマルチコア入力ファイバと、
・複数のモードをサポートするように構成された単一のコアを含むデリバリファイバと、並びに、
・前記マルチコア入力ファイバ及び前記デリバリファイバに結合される信号コンバイナと、
を備え、
前記信号コンバイナは、前記マルチコア入力ファイバから複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取り、また、前記複数の個別のシングルモードレーザー入力を合成して、前記デリバリファイバに供給されるマルチファイバ出力を生成するように構成される、光学システム。

【請求項8】

請求項７に記載の光学システムにおいて、前記信号コンバイナは、前記マルチコア入力ファイバから前記複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取るための複数の対称的なコアを備え、前記マルチコア入力ファイバは、前記デリバリファイバとの継ぎ合わせ地点に向かって断熱的にテーパ付けしている、光学システム。

【請求項9】

請求項７に記載の光学システムにおいて、前記信号コンバイナは、１／４ピッチ長を有するグレーデッドインデックスファイバを備え、前記グレーデッドインデックスファイバは、第１の継ぎ合わせ地点で前記マルチコア入力ファイバに継ぎ合わされ、第２の継ぎ合わせ地点で前記デリバリファイバに継ぎ合わされる、光学システム。

【請求項10】

請求項７に記載の光学システムにおいて、前記信号コンバイナで前記マルチコア入力ファイバから受け取られる前記複数の個別のシングルモードレーザー入力の量が、前記デリバリファイバにおいてサポートされる前記複数のモードの量に等しい、光学システム。

【請求項11】

請求項７に記載の光学システムにおいて、前記マルチコア入力ファイバの複数のコアは、前記信号コンバイナと前記デリバリファイバとの間の継ぎ合わせ地点における前記デリバリファイバ内の対応するモードと整合するコアサイズ及び開口数をそれぞれ有する、光学システム。

【請求項12】

請求項７に記載の光学システムにおいて、前記信号コンバイナは疎水性表面コーティングを有する、光学システム。

【請求項13】

光学システムを動作させるための方法であって、
・それぞれが複数の個別のシングルモードレーザー入力における個別のシングルモードレーザーをサポートするように構成された複数のコアを含むマルチコアファイバレーザーから、信号コンバイナによって、複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取るステップと、
・前記信号コンバイナによって、前記複数の個別のシングルモードレーザー入力を合成してマルチモード出力を生成するステップと、及び、
・前記信号コンバイナによって、複数のモードをサポートするように構成された単一のコアを含むデリバリファイバに前記マルチモード出力を供給するステップと、
を備える、方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の方法において、前記信号コンバイナは、前記マルチコアファイバレーザーから前記複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取るための複数の対称的なコアを備え、前記マルチコアファイバレーザーは、前記デリバリファイバとの継ぎ合わせ地点に向かって断熱的にテーパ付けしている、方法。

【請求項15】

請求項１３に記載の方法において、前記信号コンバイナは、１／４ピッチ長を有するグレーデッドインデックスファイバを備え、前記グレーデッドインデックスファイバは、第１の継ぎ合わせ地点で前記マルチコアファイバレーザーに継ぎ合わされ、第２の継ぎ合わせ地点で前記デリバリファイバに継ぎ合わされる、方法。

【請求項16】

請求項１３に記載の方法において、前記信号コンバイナで前記マルチコアファイバレーザーから受け取られる前記複数の個別のシングルモードレーザー入力の量が、前記デリバリファイバにおいてサポートされる前記複数のモードの量に等しい、方法。

【請求項17】

請求項１３に記載の方法において、前記マルチコアファイバレーザーの複数のコアは、前記信号コンバイナと前記デリバリファイバとの間の継ぎ合わせ地点における前記デリバリファイバ内の対応するモードに整合するコアサイズ及び開口数をそれぞれ有する、方法。

【請求項18】

請求項１３に記載の方法において、前記マルチコアファイバレーザーは、マルチコア発振器及びマルチコアパワー増幅器の入力端に結合されるポンプレーザー源及びコンバイナを有するエンドポンプ型主発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）レーザーである、方法。

【請求項19】

請求項１３に記載の方法において、前記マルチコアファイバレーザーは、双方向ポンプを有する主発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）レーザーであり、該主発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）レーザーは、
マルチコア発振器及びマルチコアパワー増幅器の入力端に結合される第１のポンプレーザー源及び第１のコンバイナと、並びに
マルチコア発振器及びマルチコアパワー増幅器の出力端に結合される第２のポンプレーザー源及び第２のコンバイナと、
を備え、
前記第１のポンプレーザー源及び前記第２のポンプレーザー源は、互いに逆方向に伝播するポンプ光を生成するように構成される、方法。

【請求項20】

請求項１３に記載の方法において、前記マルチコアファイバレーザーは、ポンプレーザー源と、シードレーザー源と、マルチコア前置増幅器及びマルチコアパワー増幅器の入力端に結合されるコンバイナと、を備えるエンドポンプ型マルチステートアンプである、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本特許出願は、２０２３年２月１５日に出願された、「MULTICORE LASER WITH INTEGRATED HIGH-BRIGHTNESS SIGNAL COMBINER」と題する米国仮特許出願第６３／４８５，１７０号の優先権を主張する。先行出願の開示は、本特許出願の一部とみなされ、参照により本特許出願に援用する。

【0002】

本開示は、一般に、高出力ファイバレーザーアーキテクチャ、及び一体型高輝度信号コンバイナによりいくつかの個別の（独立した）シングルモードレーザーをサポート（支援）するマルチコアファイバを含むレーザーアーキテクチャに関する。

【背景技術】

【0003】

レーザーパワースケーリングは、レーザーの幾何学的構成配置（ジオメトリ）、形状、又は動作原理を変更することなく、レーザーからの出力パワーを増加させる技術を含む。パワースケーラビリティは、レーザー設計において重要な利点であると一般的に考えられており、通常、より強力なポンプ源、より強力な冷却、サイズの増大、並びに／又は、レーザー共振器及び／若しくは利得媒質におけるバックグラウンド損失の低減を必要とする。例えば、パワースケーラビリティを達成するための１つのアプローチは、主発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）アーキテクチャを使用することである。例えば、ＭＯＰＡシステムでは、主発振器が高コヒーレントビームを生成し、光増幅器を使用して、ビームの主要な特性を維持しながらビームのパワーを増大する。

【発明の概要】

【0004】

いくつかの実装形態では、光学システムは、・ポンプレーザー源と、・マルチコアファイバレーザーであり、該マルチコアファイバレーザーは、前記ポンプレーザー源に結合される入力側、及び出力側を有する発振器を含み、該発振器は、前記ポンプレーザー源によって生成されたポンプ光を信号光に変換するための複数のシングルモードアクティブファイバコアを含むアクティブファイバ、それぞれが前記複数のシングルモードアクティブファイバコアにそれぞれ関連付けられ、前記発振器の入力側で高反射器（ＨＲ）として動作するようにそれぞれ構成された、複数の第１の反射器、また、それぞれが前記複数のシングルモードアクティブファイバコアにそれぞれ関連付けられ、前記発振器の出力側で出力カプラ（ＯＣ）として動作するように構成された、複数の第２の反射器、を含むものである、該発振器、及び前記発振器の出力側に結合され、前記発振器の複数のシングルモードアクティブファイバコアに整合された複数のコアを有するパワー増幅器を含む、該マルチコアファイバレーザーと、・マルチモードデリバリファイバと、並びに、・前記マルチコアファイバレーザーと一体化されており、前記マルチコアファイバレーザーから複数のシングルモードレーザー入力を受け取り、且つ、前記複数のシングルモードレーザー入力を合成して、前記マルチモードデリバリファイバに供給されるマルチモード出力を生成するように構成された信号コンバイナと、を備える。

【0005】

いくつかの実装形態では、光学システムは、・それぞれが個別のシングルモードレーザーをサポートするように構成された複数のコアを含むマルチコア入力ファイバと、・複数のモードをサポートするように構成された単一のコアを含むデリバリファイバと、並びに、・前記マルチコア入力ファイバ及び前記デリバリファイバに結合される信号コンバイナと、を備え、前記信号コンバイナは、前記マルチコア入力ファイバから複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取り、また、前記複数の個別のシングルモードレーザー入力を合成して、前記デリバリファイバに供給されるマルチファイバ出力を生成するように構成される。

【0006】

いくつかの実装形態では、光学システムを動作させるための方法は、それぞれが複数の個別のシングルモードレーザー入力における個別のシングルモードレーザーをサポートするように構成された複数のコアを含むマルチコアファイバレーザーから、信号コンバイナによって複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取るステップと、前記信号コンバイナによって、前記複数の個別のシングルモードレーザー入力を合成してマルチモード出力を生成するステップと、及び、前記信号コンバイナによって、複数のモードをサポートするように構成された単一のコアを含むデリバリファイバに前記マルチモード出力を供給するステップと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】主発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）レーザーアーキテクチャの実施例を示す図である。

【図1B】外部信号コンバイナを使用してＭＯＰＡレーザーアーキテクチャのパワースケーリングを行う実施例を示す図である。

【図2A】一体型高輝度信号コンバイナを含むマルチコアレーザーアーキテクチャの実施例を示す図である。

【図2B】一体型高輝度信号コンバイナを有するマルチコアレーザーアーキテクチャにおいて使用可能なマルチコア発振器の１つ以上の実施例を示す図である。

【図3A】一体型高輝度信号コンバイナを含むマルチコアレーザーアーキテクチャにおいて使用可能なマルチコアアクティブファイバの例示的な断面を示す図である。

【図3B】一体型高輝度信号コンバイナを含むマルチコアレーザーアーキテクチャにおいて使用可能なマルチコアアクティブファイバの例示的な断面を示す図である。

【図4A】ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャにおけるマルチコア発振器及びパワー増幅器を結合するための例示的なインタフェースを示す図である。

【図4B】ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャにおけるマルチコア発振器及びパワー増幅器を結合するための例示的なインタフェースを示す図である。

【図4C】ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャにおけるマルチコア発振器及びパワー増幅器を結合するための例示的なインタフェースを示す図である。

【図5A】マルチコアレーザーアーキテクチャにおいて使用可能な一体型高輝度信号コンバイナの実施例を示す図である。

【図5B】マルチコアレーザーアーキテクチャにおいて使用可能な一体型高輝度信号コンバイナの実施例を示す図である。

【図5C】マルチコアレーザーアーキテクチャにおいて使用可能な一体型高輝度信号コンバイナの実施例を示す図である。

【図6】一体型高輝度信号コンバイナを有するマルチコアレーザーアーキテクチャを含む光学システムを動作させるための例示的なプロセスを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

例示的な実装形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同一の参照符号は、同一又は類似の要素を識別可能である。

【0009】

図１Ａは、主発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）レーザーアーキテクチャの実施例１００Ａを示す図であり、図１Ｂは、外部信号コンバイナを使用してＭＯＰＡレーザーアーキテクチャのパワースケーリングを行う実施例１００Ｂを示す図である。

【0010】

本明細書で説明するように、レーザーパワースケーリングは、一般的に、レーザーのジオメトリ、形状、又は動作原理を変更することなく、レーザーからの出力パワーを増加させるために使用可能な技術を指す。パワースケーラビリティは、レーザー設計における重要な利点と考えられており、通常、より強力なポンプ源、より強力な冷却、サイズの増大、並びに／又は、レーザー共振器及び／若しくは利得媒質におけるバックグラウンド損失の低減を必要とする。例えば、レーザーアーキテクチャにおいてパワースケーラビリティを達成するための１つのアプローチは、ＭＯＰＡアーキテクチャを使用することであり、ＭＯＰＡアーキテクチャでは、主発振器が高コヒーレントビームを生成し、光パワー増幅器が、ビームの主要な特性を維持しながらビームのパワーを増加させるために使用される。例えば、ＭＯＰＡアーキテクチャでは、低パワーの単一周波数レーザー発振器からの出力を、より高出力のパワー容量を有する光増幅器内に、一方向で注入することができる。特殊なケースは、パワー増幅器がファイバデバイスである主発振器ファイバ増幅器（ＭＯＦＡ）である。他の場合には、ＭＯＰＡが、固体バルクレーザー及びバルク増幅器、又は波長可変型外部共振器型ダイオードレーザー及び半導体光増幅器を含む場合がある。

【0011】

例えば、図１Ａを参照すると、実施例１００Ａは、レーザーダイオードのセット１１２と、コンバイナ１１４と、レーザーダイオードのセット１１２及びコンバイナ１１４を結合する出力ファイバのセットとを備えるマルチキロワット（ｋＷ）ポンプ源１１０を含むＭＯＰＡレーザーアーキテクチャを示す。さらに示すように、このＭＯＰＡレーザーアーキテクチャは、高コヒーレントビームを生成するように構成された主発振器１２０を含んでもよく、主発振器１２０は、第１の反射器１２２（例えば、第１のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ））、アクティブファイバ１２４、及び第２の反射器１２６（例えば、第２のＦＢＧ）を備えてもよい。例えば、第１の反射器１２２は、コンバイナ１１４とアクティブファイバ１２４の入力端との間で、アクティブファイバ１２４から放射される光の大部分を反射するための高反射器（ＨＲ）として使用してもよく、第２の反射器１２６は、アクティブファイバ１２４の出力端で出力カプラ（ＯＣ）として使用してもよい。ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャは、さらに、パワー増幅器１４０と、発振器１２０の出力端をパワー増幅器１４０に（例えば、アクティブファイバ１２４の出力端におけるＯＣとして構成された第２の反射器１２６を介して）結合するパッシブファイバ１３０と、光チェーン内の様々な他の構成要素（例えば、望ましくない波長又は吸収されないポンプ光のためのフィルタ）等とを含んでもよい。

【0012】

ＭＯＰＡ構成は、必要な出力パワーを直接生成可能なレーザーよりも複雑な場合があるが、ＭＯＰＡ構成は、必要な出力パワーが高い場合、（例えば、線幅、波長調整範囲、ビーム品質、又はパルス持続時間に関して）必要な性能をより容易に達成することができる。加えて、ＭＯＰＡ構成は、低パワーシードレーザーを変調するために使用でき、又は、高出力デバイスを直接変調するのではなく、シードレーザー（例えば、発振器１２０）とパワー増幅器１４０との間で光変調器を使用でき、既存のレーザー及び既存の増幅器（又は増幅器チェーン）を使用し、それにより、より高出力のパワーを有する新しいレーザーの開発を不要にすることができ、且つ／又は、レーザーの共振器内強度と比較してより低い光強度を有する増幅器を使用することができる。

【0013】

しかしながら、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャをより高パワーにスケーリングすることは、困難である。例えば、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャにおける発振器１２０は、安定性のために可能な限りシングルモードに近い状態に維持されるべきであるが、これは困難である。なぜなら、ポンプ光を発振器１２０において信号光に変換することが、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）、又はシングルモードレーザーのパワースケーリングに深刻な障害をもたらす他の非線形効果によって制限されるからである。特に、ＳＲＳは、光学ビームからのエネルギーが、ガラス媒質の分子内で励起される振動モード及び／若しくは回転モード又はフォノンを介して、より長い波長に変換される、非線形光学効果である。このプロセスは、（例えば、光ファイバをラマン増幅器又は波長可変型ラマンレーザーに変えた）特定の用途では有用な場合があるが、ＳＲＳは、切断及び溶接産業で使用されるマルチｋＷ連続波（ＣＷ）の工業用ファイバレーザー又は準ＣＷのｋＷファイバレーザーには望ましくない。例えば、工業用の場合、ＳＲＳは、エネルギーをある波長から別の波長に伝達し、且つ／又は、望ましくない損失及び／若しくは加熱を伴わずに伝播可能なパワーを制限する場合があり、これにより、工業プロセスに悪影響を及ぼし、且つ／又は機器に損傷を引き起こす可能性がある。工業用ｋＷファイバレーザーのパワーレベルが増加し続けるにつれて、ＳＲＳ、ＳＢＳ、及び他の非線形効果はより問題になり、非線形効果を抑制するための技術が必要とされる。

【0014】

いくつかの場合、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャにおけるパワースケーリングは、レーザーのコア直径及び／又は開口数（ＮＡ）を増加させることによって達成することができる。しかしながら、レーザーのコア直径及び／又はＮＡを増加させると、パワーの増加の代償として輝度が犠牲になる。他の場合、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャにおけるパワースケーリングは、複数のレーザーを外部信号コンバイナと組み合わせることによって達成することができる。例えば、図１Ｂを参照すると、実施例１００Ｂは、複数のシングルモードレーザーを含み、外部信号コンバイナ１５０を有するＭＯＰＡアーキテクチャを示しており、このＭＯＰＡアーキテクチャでは、ｎ個（ｎは１より大きい）のシングルモードレーザーからのシングルモード出力が外部信号コンバイナ１５０に供給され、外部信号コンバイナ１５０は、ｎ個のシングルモード出力を結合して、デリバリケーブル１６０を介してマルチモード出力を供給する。例えば、ｎ個のシングルモードレーザーからのシングルモード出力が、ｎ本の別々のファイバを介して外部信号コンバイナ１５０に供給されてもよく、これらのファイバは、捩じられてもよく、テーパ化されてもよく、融着されてもよく、またデリバリケーブル１６０に継ぎ合わされてもよい。代替的に、外部信号コンバイナ１５０は、ガラスエンクロージャ（例えば、毛細管）を含んでもよく、この場合、ｎ本の別々のファイバは、外部信号コンバイナ１５０に入れられ、ガラスエンクロージャのテーパ領域内でテーパ化され、デリバリケーブル１６０に継ぎ合わされる。しかしながら、外部信号コンバイナ１５０をこのように使用することにより、複数のレーザーを結合し、パワーを増幅できるが、外部信号コンバイナ１５０はコストを増加させ、輝度を犠牲にする。

【0015】

本明細書で説明するいくつかの実装形態は、複数の個別のシングルモードレーザーをサポート可能なマルチコアファイバと、高輝度信号コンバイナとを含むレーザーアーキテクチャに関し、高輝度信号コンバイナをマルチコアファイバと一体化することにより、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャ又は他のモノリシックファイバレーザーにおけるパワースケーリング性能を向上させることができる。例えば、上述のように、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャにおける主発振器は、シングルモード又はほぼシングルモードの領域で動作するときに、最も安定である。さもないと、発振器の寸法が十分に制御されていない場合に、横モード不安定性が生じる可能性がある。さらに、ＨＲ及び／又はＯＣ反射器として使用されるＦＢＧ及び／又は他のデバイスは、一般的に、反射器デバイスがシングルモード又はほぼシングルモードの場合に、書き込み及び／又は測定がより容易となる。したがって、いくつかの個別のシングルモードレーザーをサポートするマルチコアファイバを高輝度信号コンバイナと一体化することを利用することにより、信号パワーが増加し、輝度が最適化し、コストが最小限に抑えられ、且つ／又は既存のレーザーアーキテクチャを活用することが可能な方法で、マルチモード出力を生成することができる。

【0016】

図２Ａは、一体化した高輝度信号コンバイナを含むマルチコアレーザーアーキテクチャの実施例２００－１、２００－２、及び２００－３を示す図である。実施例２００－１では、マルチコアレーザーアーキテクチャは、マルチコアパワー増幅器ファイバ２４０に結合されるマルチコア発振器２２０を含むエンドポンプ型ＭＯＰＡアーキテクチャであり、マルチコアパワー増幅器ファイバ２４０は、デリバリファイバ２６０を介してマルチモード出力を供給する信号コンバイナ２５０と一体化される。付加的に又は代替的に、実施例２００－２では、マルチコアレーザーアーキテクチャは、双方向ポンプで構成されたＭＯＰＡアーキテクチャであり、マルチコア発振器２２０の入力端に設けられた第１のセットのダイオード２１２－１及び第１のコンバイナ２１４－１を備える、（例えば、光の伝播方向に第１のポンプ光を供給する）第１のポンプレーザー源２１０－１と、マルチコアパワー増幅器ファイバ２４０の出力端に設けられた第２のセットのダイオード２１２－２及び第２のコンバイナ２１４－２を備える、（例えば、光の伝播方向とは逆方向に第２のポンプ光を供給する）第２のポンプレーザー源２１０－２と、を含む。図２Ａにさらに示すように、実施例２００－３では、マルチコアレーザーアーキテクチャが、エンドポンプ型多段増幅器である。この場合、ポンプ光を供給するように構成されたダイオード２１２に加えて、ポンプレーザー源２１０は、信号光を供給可能なシードダイオード２１６と、ダイオード２１２によって供給されたポンプ光を、シードダイオード２１６によって供給された信号光と結合して、マルチコアレーザーアーキテクチャへの入力光を生成可能なポンプ信号コンバイナ２１８と、を含み、このマルチコアレーザーアーキテクチャは、マルチコア前置増幅器ファイバ２４０－１、及び高輝度信号コンバイナ２５０と一体化した第２段マルチコアパワー増幅器ファイバ２４０－２を備える。実施例２００－３によって示すように、ＰＳＣアーキテクチャにおいて外部シードダイオード２１６を使用すると、アクティブファイバの入力端でＨＲとして使用される第１の反射器２２２、及び／又はアクティブファイバの出力端でＯＣとして使用される第２の反射器２２６を不要にすることができる。

【0017】

したがって、本明細書で説明するように、図２Ａに示すマルチコアレーザーアーキテクチャはそれぞれ、複数のレーザーダイオード２１２と、コンバイナ２１４又はポンプ信号コンバイナ２１８と、を備えるマルチキロワット（ｋＷ）ポンプ源２１０を含んでもよい。いくつかの実装形態では、マルチｋＷポンプ源２１０は、マルチコアレーザーアーキテクチャへの入力光を生成するように構成されたポンプレーザー源を画定してもよい。さらに示すように、マルチコアレーザーアーキテクチャは、マルチコアアクティブファイバ２２４の入力端に（例えば、コンバイナ２１４／２１８とマルチコアアクティブファイバ２２４との間のインタフェースに）設けられた複数のＨＲ反射器（例えば、複数の第１のＦＢＧ）２２２、又はマルチコアアクティブファイバ２２４と整合するパッシブマルチコアファイバを含んでもよい。複数のＨＲ反射器２２２はそれぞれ、マルチコアアクティブファイバ２２４の１つのコアに関連付けられる。さらに、複数のＯＣ反射器２２６（例えば、複数の第２のＦＢＧ）が、マルチコアアクティブファイバ２２４の出力端に（例えば、マルチコアアクティブファイバ２２４の出力端と、マルチコアパワー増幅器ファイバ２４０内に結合するパッシブファイバとの間のインタフェースに）設けられてもよい。複数のＯＣ反射器２２６はそれぞれ、マルチコアアクティブファイバ２２４の１つのコアに関連付けられてもよい。さらに、マルチコアアクティブファイバ２２４の１つのコアに関連付けられたＨＲ反射器２２２は、マルチコアアクティブファイバ２２４の同じコアにおける対応するＯＣ反射器２２６に関連付けられる。さらに、マルチコアレーザーアーキテクチャは、マルチコア発振器２２０又はマルチコア前置増幅器ファイバ２４０－１を含んでもよく、マルチコア発振器２２０又はマルチコア前置増幅器ファイバ２４０－１は、複数のＨＲ反射器２２２、複数のＯＣ反射器２２６、及びマルチコアアクティブファイバ２２４を含んでもよい。

【0018】

実施例２００－１及び２００－２では、マルチコア発振器２２０の各発振器が、複数のＨＲ反射器２２２のうちの１つ、マルチコアアクティブファイバ２２４のうちの１つのコア、及び複数のＯＣ反射器２２６のうちの１つを含んでもよい。入力光は、マルチコア発振器２２０によって信号光に変換してもよく、信号光は、パワー増幅器ファイバ２４０によってより高パワーレベルに増幅してもよい。例えば、いくつかの実装形態では、マルチコアアクティブファイバ２２４が複数のコアを含んでもよく、反射器２２２／２２６は、マルチコア発振器２２０の異なるコア内に書き込まれる。いくつかの実装形態では、反射器２２２／２２６の周期が互いに異なってもよく、反射器２２２／２２６の周期を変化させることにより、各発振器において（例えば、マルチコア発振器アクティブファイバ２２４の各コアにおいて）異なる波長を発振させることが可能となる。代替的に、いくつかの実装形態では、反射器２２２／２２６の周期は、各発振器内で特定の波長が発振できるように、互いに一致してもよく、又は、反射器２２２／２２６のうちの１つは、より広い格子と重複する狭い格子であってもよい。代替的に、いくつかの実装形態では、フェムト秒レーザー等を使用して、ファイバ全体にわたって単一の格子を書き込んでもよい。ファイバ全体にわたって単一の格子が書き込まれる構成では、ファイバ全体を一度に露光して、すべてのコアにわたって同じ格子を書き込んでもよい。いずれの場合も、マルチコア発振器２２０に複数の個別のコアを設けることにより、ＳＲＳ又は他の非線形効果を大幅に増加させることなく、ポンプ光－信号光変換を効果的に乗算することができる。例えば、発振器内の単一のコアが、一般的に、（例えば、そのコア内のポンプパワーの変換に基づいて）所与の量のパワーを生成でき、それにより、マルチコア発振器２２０内の個別に動作するコアの数を２倍にすること、３倍にすること、４倍にすること、あるいは乗算することによって、マルチコア発振器２２０内で発生するポンプ光－信号光変換を効果的に乗算することができる。さらに、実施例２００－３では、マルチコア前置増幅器ファイバ２４０－１及び／又はマルチコアパワー増幅器ファイバ２４０－２は、本明細書で説明するマルチコア発振器２２０と同様の特性を有するマルチコアファイバを備えてもよい。

【0019】

いくつかの実装形態では、安定性を最大にするために、マルチコアレーザーアーキテクチャに含まれるマルチコアファイバが、シングルモード領域で動作するように構成されてもよい。例えば、本明細書で説明するように、マルチコアファイバは、シングルモード（例えば、光のシングルモードのみを反射するように設計される）、ほぼシングルモード（例えば、シングルモードの閾値内）、シングル横モード且つシングル偏光モード、シングル横モードであるがシングル偏光モードではないモード等となるように構成されてもよい。いずれの場合も、マルチコアファイバをシングルモード領域で動作させることにより、マルチコアレーザーアーキテクチャは、マルチコアアクティブファイバ又はマルチコアファイバ内の任意の他の信号搬送ファイバのパラメータが十分に制御されていない場合に生じる可能性がある横モード不安定性を回避することができる。さらに、１つのアクティブファイバ内に複数の個別のシングルモード又はほぼシングルモードのコアを作製することにより、ＨＲ反射器及び／又はＯＣ反射器として動作するように構成されたＦＢＧ又は他の反射器を書き込み且つ／又は測定するために使用される技術を単純化することができる。したがって、本明細書で説明するように、図２Ａに示すマルチコアレーザーアーキテクチャは、１本のファイバ内に作製可能な複数の個別のシングルモード又はほぼシングルモードのコアを有する１本以上のマルチコアファイバを含み、そうすることで、ポンプ光－信号光変換を増加し、ＳＲＳ利得を低減し、フォトダークニングを低減し、マルチコアファイバから生じる安定性を維持する。このようにして、マルチコアファイバからの信号パワーを増加させることができ、そうすることで、（１本以上の）パワー増幅器ファイバ２４０を含む（１つ以上の）後段における反転及び／又は加熱が低減される。付加的に又は代替的に、マルチコアファイバの１つ以上のコア内で複数のモードが搬送されてもよい。例えば、高次モードは異なる共振波長を有することになるので、いくつかの実装形態では、ＨＲ反射器及び／又はＯＣ反射器として動作するように構成されたＦＢＧ又は他の反射器を使用して、マルチモードファイバにおいてシングルモードレーザー処理達成することができる（例えば、わずかにマルチモード化したファイバから初めて、（１つ以上の）ＦＢＧを使用してほぼシングルモードの性能を与えることができ、これにより製造公差を緩和することができる）。

【0020】

いくつかの実装形態では、マルチコア発振器２２０内に含まれる個別のアクティブファイバコアが、マルチコアパワー増幅器ファイバ２４０への発射前に異なる波長を反射するように作製される異なるＨＲ反射器２２２及び／又はＯＣ反射器２２６を有してもよい（例えば、アクティブファイバの各コアが、特定の波長用に作製され、対応するコア用のＨＲ反射器２２２及びＯＣ反射器２２６として使用される、一対のＦＢＧ２２２／２２６又は他のデバイスを有してもよく、それにより、各発振器が、マルチコアアクティブファイバ２２４内で（１つ以上の）異なる波長を有する個別のレーザーとして機能することができる）。付加的に又は代替的に、特定の波長用にＨＲ反射器２２２及びＯＣ反射器２２６を両方とも作製するのではなく、波長毎に一方の反射器（例えば、ＨＲ反射器２２２）のみを作製してもよく、他方の反射器（例えば、ＯＣ反射器２２６）は広帯域幅の格子であってもよい。このようにして、マルチコアパワー増幅器ファイバ２４０に関連付けられた段に遷移するときに、望ましくないコヒーレンス効果を抑制することができ、これは、実施例２００－１、２００－２におけるマルチコア発振器２２０とマルチコアパワー増幅器ファイバ２４０との間、又は実施例２００－３におけるマルチコア前置増幅器ファイバ２４０－１と第２段マルチコアパワー増幅器との間にパッシブファイバを有することによって対処可能である。いくつかの実装形態では、マルチコアファイバ２２０／２４０－１とマルチコアパワー増幅器ファイバ２４０／２４０－２との間の輝度は、モード整合パッシブファイバ（例えば、１／４ピッチグレーデッドインデックスファイバ又は等価ステップインデックスファイバ）を追加することによって増加させることができる。また、マルチコアファイバは、発振器コア内及び（１つ以上の）後段の増幅器段内でより効率的な変換を可能にするために、同じポンプコンバイナ内で異なるポンプ波長を用いて使用することもできる。

【0021】

図２Ｂを参照すると、第１の構成では、一体型高輝度信号コンバイナを有するマルチコアレーザーアーキテクチャにおいて使用可能なマルチコア発振器２２０－１は、マルチコアアクティブファイバ２２４の個別のアクティブコア内に直接作製された複数の格子（例えば、ＨＲ格子２２２及びＯＣ格子２２６）を有するマルチコアアクティブファイバ２２４を備える。いくつかの実装形態では、複数のコアのそれぞれに複数の格子がそれぞれ書き込まれる場合があるが、分かり易さのために、図２Ｂでは、複数のＨＲ格子２２２のうちの１つのみと、複数のＯＣ格子２２６のうちの１つのみが示されている。この場合、単一のアクティブファイバ２２４は、関連付けられたＦＢＧ２２２／２２６と協働して、個別の発振器として機能し、またクロストークの閾値レベルを満たすように互いに離間させられている、複数のドープコアを含む。例えば、いくつかの実装形態では、複数のコアは、複数のドープコア間のクロストークを回避若しくは抑制するように、又はコア間のクロストークのレベルを最小限に抑えるように、互いから離間させられてもよい。代替的に、いくつかの実装形態では、コア間の離間度は、コア間のクロストークの閾値レベルを可能にするように低減されてもよい（例えば、コヒーレントビーム結合等のクロストークが望まれる用途の場合、コア間の離間度は、コア間で固定位相関係を達成するように制御されてもよい）。

【0022】

マルチコア発振器２２０－１の第１の構成では、マルチコア発振器２２０－１の入力端でＨＲ反射器２２２として使用される１つ以上のＦＢＧ、及び／又はマルチコア発振器２２０－１の出力端でＯＣ反射器２２６として使用される１つ以上のＦＢＧが、フェムト秒（ＦＳ）レーザー又は他の手段を用いて、アクティブファイバ２２４の両側の各コアに直接書き込まれてもよい。例えば、いくつかの実装形態では、アクティブファイバ２２４の入力端上の第１のＦＢＧが、（例えば、約９９％の反射率を持つ）ＨＲ反射器２２２として動作するように構成されてもよく、アクティブファイバ２２４の出力側上の第２のＦＢＧが、（例えば、約１０－２０％の反射率を持つ）ＯＣ反射器２２６として動作するように構成されてもよい。代替的に、図２Ｂは、整合アクティブファイバ及びパッシブファイバを含むマルチコア発振器２２０－２の第２の構成を示す。本明細書で説明するように、整合アクティブ及びパッシブファイバは、一般的に、同じ数のコアを有し、ファイバ内のコアの相対位置が同じであり、並びに／又は同様のモードサイズ及び開口数（ＮＡ）を有してもよい。さらに、本明細書で説明するように、整合アクティブ及びパッシブファイバは、ファイバ同士が一緒に継ぎ合わされ又は他の方法で結合されたときにファイバ内の各コアが整列するように配向されてもよい。マルチコア発振器２２０－２の第２の構成の場合、各コアに書き込まれたＨＲ反射器２２２及びＯＣ反射器２２６（例えば、各ＦＢＧ）を有する整合マルチコアパッシブファイバは、整合マルチコアアクティブファイバ２２４の両端に継ぎ合わされてもよい。例えば、参照符号２２８－１及び２２８－２は各継ぎ合わせ地点を示しており、そこで整合マルチコアパッシブファイバが整合マルチコアアクティブファイバ２２４の両端に継ぎ合わされる。さらに、マルチコア発振器２２０－１の第１の構成と同様に、アクティブファイバ２２４の入力端上の第１のＦＢＧがＨＲ反射器２２２として機能し、アクティブファイバ２２４の出力端上の第２のＦＢＧがＯＣ反射器２２６として機能する。

【0023】

上述のように、図２Ａ～２Ｂは実施例として提示されている。他の実施例は、図２Ａ～２Ｂに関して説明したものとは異なっていてもよい。図２Ａ～２Ｂに示すデバイスの数と配置は例として提示される。実際には、図２Ａ～２Ｂに示すものと比べて、追加のデバイス、より少ないデバイス、異なるデバイス、又は異なるように配置されたデバイスが存在してもよい。さらに、図２Ａ～２Ｂに示す２つ以上のデバイスが単一のデバイスの中に実装されてもよく、又は図２Ａ～２Ｂに示す単一のデバイスが複数の分散デバイスとして実装されてもよい。付加的に又は代替的に、図２Ａ～２Ｂに示すデバイスのセット（例えば、１つ以上のデバイス）が、図２Ａ～２Ｂに示す別のデバイスのセットによって実行されるものとして説明されている１つ以上の機能を実行してもよい。

【0024】

図３Ａ～３Ｂは、一体型高輝度信号コンバイナを含むマルチコアレーザーアーキテクチャにおいて使用可能なマルチコアアクティブファイバの例示的な断面を示す図である。図３Ａ～３Ｂは、一体型高輝度信号コンバイナを有するマルチコアレーザーアーキテクチャにおいて（例えば、図２Ａに示すマルチコアレーザーアーキテクチャにおいて）使用可能なマルチコアアクティブファイバの例示的な断面３００－１～３００－６を示す実施例である。例えば、図３Ａ～３Ｂに示すように、マルチコアアクティブファイバは、一般的に、内側クラッド３２０と、内側クラッド３２０を囲む外側クラッド３３０と、内側クラッドに埋め込まれており、ポンプレーザー源からのポンプ光をパワー増幅器に発射される信号光に変換するため、並びに／又は合成されたポンプ光及び信号光をパワー増幅器に伝送するために使用される、複数のシングルモードファイバコア３１０と、を含んでもよい。

【0025】

図３Ａを参照すると、断面３００－１、３００－２、及び３００－３は、コア３１０間のクロストークを回避するため及び／又はコア３１０間のクロストークの閾値レベルを満たすために、マルチコアアクティブファイバが、互いに均一に離間している２つ、３つ、又は４つの同一のコア３１０（例えば、コア３１０は、均一なドーピング及び均一なコアサイズを有する）を含んでいる、例示的な構成を示している。しかしながら、マルチコアアクティブファイバは、一般的に、Ｎ個（Ｎは１より大きい整数である）のコアを含んでもよい。

【0026】

付加的に又は代替的に、図３Ｂを参照すると、断面３００－４、３００－５、及び３００－６は、マルチコアアクティブファイバが、異なるパラメータに関連付けられた複数のコア３１０を含む例示的な構成を示す。例えば、断面３００－４によって示すように、マルチコアアクティブファイバは、コアの離間度が異なる複数のコア３１０を含んでもよい（例えば、第１のコア３１０が、第１の距離だけ第２のコア３１０から離間させられ、また第１の距離とは異なる第２の距離だけ第３のコア３１０から離間させられてもよい）。付加的に又は代替的に、断面３００－５によって示すように、マルチコアアクティブファイバは、異なるコアサイズ（例えば、異なるコア直径）を有する複数のコア３１０を含んでもよい。付加的に又は代替的に、断面３００－６によって示すように、マルチコアアクティブファイバは、各コア３１０内で異なるドーピング（異なるコア３１０の塗りつぶしパターンの変化によって図３Ｂに示される）を有する複数のコア３１０を含んでもよい。他の実施例（明示的には図示せず）では、複数のコア３１０が、アクティブファイバの中心軸の周りで撚り合わされてもよく、これはコア３１０を屈曲させることと同等であり、こうすることで、マルチコア発振器によってより多くのシングルモード信号を出力することを保証することができる。いくつかの実装形態では、撚り合わせの周期を調整してもよく、そうすることで曲げ直径が変化する。さらに、いくつかの実装形態では、コア３１０を撚り合わせることにより、異なるコア３１０にわたってポンプ吸収をより均一にすることができる。

【0027】

上述のように、図３Ａ～３Ｂは実施例として提示される。他の実施例は、図３Ａ～図３Ｂに関して説明したものとは異なっていてもよい。図３Ａ～３Ｂに示すデバイスの数と配置は例として提示される。実際には、図３Ａ～３Ｂに示すものと比べて、追加のデバイス、より少ないデバイス、異なるデバイス、又は異なるように配置されたデバイスが存在してもよい。さらに、図３Ａ～３Ｂに示す２つ以上のデバイスが単一のデバイスの中に実装されてもよく、又は図３Ａ～３Ｂに示す単一のデバイスが複数の分散デバイスとして実装されてもよい。付加的に又は代替的に、図３Ａ～３Ｂに示すデバイスのセット（例えば、１つ以上のデバイス）が、図３Ａ～３Ｂに示す別のデバイスのセットによって実行されるものとして説明されている１つ以上の機能を実行してもよい。

【0028】

図４Ａ～４Ｃは、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャ４００の実施例と、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャにおけるマルチコア発振器４２０及びパワー増幅器４４０を結合する例示的なインタフェースと、を示す図である。例えば、図４Ａに示すように、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャ４００は、複数のレーザーダイオード４１２と、コンバイナ４１４とを備えるマルチｋＷポンプ４１０を含んでもよく、マルチｋＷポンプ４１０は、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャ４００への入力光を生成するように構成されるポンプレーザー源を集合的に画定することができる。さらに示すように、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャは、マルチコア発振器４２０の入力端（例えば、コンバイナ４１４とアクティブファイバ４２４との間のインタフェース）に設けられた複数のＨＲ反射器４２２（例えば、複数の第１のＦＢＧ）を含んでもよく、アクティブファイバ４２４の各コアの入力端に１つのＨＲ反射器４２２が設けられてもよい。さらに示すように、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャ４００は、マルチコア発振器４２０の出力端（例えば、アクティブファイバ４２４の出力端と、パワー増幅器４４０に結合するパッシブ又はアクティブ出力ファイバ４３０との間のインタフェース）に複数のＯＣ反射器４２６（例えば、複数の第２のＦＢＧ）を含んでもよく、アクティブファイバ４２４の各コアの出力端に１つのＯＣ反射器４２６が設けられてもよい。

【0029】

いくつかの実装形態では、マルチコア発振器４２０からの出力が、最後の増幅段用のマルチコア発振器４２０に整合されるマルチコアパワー増幅器４４０に継ぎ合わされる。一般に、本明細書で説明するように、マルチコア発振器４２０及びマルチコアパワー増幅器４４０内の個々のコアはそれぞれ、個別の（独立した）シングルモードレーザーとして機能する。さらに、いくつかの実装形態では、様々なコアにわたってポンプ吸収の均一化を助けるために、マルチコア発振器４２０及び／又はマルチコアパワー増幅器４４０用に使用されるマルチコアファイバを捩じってもよい。いくつかの実装形態では、マルチコアパワー増幅器４４０用に使用されるマルチコアファイバが、複数の対称コア、複数の同心コア、複数のオフセットコア、又はマルチコア発振器２２０からの出力に整合される他の適切なコア構成を含んでもよい。

【0030】

例えば、図４Ａを参照すると、参照符号４５０－１は、マルチコア発振器４２０の出力端の例示的な断面を示しており、マルチコア発振器４２０は２つのアクティブコア４５２を含み、アクティブコア４５２は、フッ素（Ｆ）ドープ外側クラッド４５６によって囲まれた溶融シリカ内側クラッド４５４に埋め込まれている。さらに示すように、参照符号４６０－１は、マルチコア発振器４２０の出力に継ぎ合わされ又は一体化したマルチコアパワー増幅器４４０の入力端の例示的な断面を示す。図示のように、マルチコアパワー増幅器４４０は、マルチコア発振器４２０の２つのアクティブコア４５２に整合する２つのアクティブコア４６２と、２つのアクティブコア４６２を囲み、マルチコア発振器４２０の溶融シリカ内側クラッド４５４に整合する溶融シリカ内側クラッド４６４と、溶融シリカ内側クラッド４６４を囲み、マルチコア発振器４２０のフッ素ドープ外側クラッド４５６に整合するフッ素ドープ外側クラッド４６６と、を含む。

【0031】

別の実施例では、図４Ｂを参照すると、参照符号４５０－２は、マルチコア発振器４２０が、フッ素ドープ外側クラッド４５６によって囲まれた溶融シリカ内側クラッド４５４の内部に中心アクティブコア４５２－１及びオフセットアクティブコア４５２－２を含む、例示的断面を示す。参照符号４６０－２によって示すように、マルチコア発振器４２０の断面は、マルチコア発振器４２０の中心コア４５２－１に整合される内側コア４６２－１と、マルチコア発振器４２０のオフセットコア４５２－２に整合される外側コア４６２－２と、二重同心コア４６２－１、４６２－２を囲む溶融シリカ内側クラッド４６４と、溶融シリカ内側クラッド４６４を取り囲むフッ素ドープ外側クラッド４６６と、を含む二重同心コア出力ファイバ（例えば、パッシブ又はアクティブ出力ファイバ）に整合される。

【0032】

別の実施例では、図４Ｃを参照すると、参照符号４５０－３は、マルチコア発振器４２０が図４Ｂに示すものと同じ構成を有する例示的な断面を示す。参照符号４６０－３によって示すように、マルチコア発振器４２０の断面は、マルチコア発振器４２０の中心コア４５２－１に整合された中心コア４６２－１と、マルチコア発振器４２０のオフセットコア４５２－２に整合されたオフセットコア４６２－２と、二重オフセットコア４６２－１、４６２－２を囲む溶融シリカ内側クラッド４６４と、溶融シリカ内側クラッドを囲むフッ素ドープ外側クラッド４６６と、を含む二重オフセットコア出力ファイバ（例えば、パッシブ又はアクティブ出力ファイバ）に整合される。

【0033】

他の実施例（明示的に図示せず）では、マルチコアパワー増幅器ファイバ４４０は、コンファインドドーピング（confined doping）を有してもよく、コンファインドドーピングは、テーパ状のコアと類似しており、マルチコア発振器４２０からの信号がマルチコアパワー増幅器ファイバ４４０に発信された後にそのモードをより良く封じ込めることができる。付加的に又は代替的に、マルチコア発振器４２０のアクティブファイバ４２４は、単一の中心オフセットコア４５２を含んでもよく、中心オフセットコア４５２は捩じられてもよく、単一の中心オフセットコア内のモードは、捩じりの周期を制御することによって十分に管理することができる。

【0034】

上述のように、図４Ａ～４Ｃは例として提示される。他の実施例は、図４Ａ～４Ｃに関して説明したものとは異なっていてもよい。図４Ａ～４Ｃに示すデバイスの数と配置は例として提示される。実際には、図４Ａ～４Ｃに示すものと比べて、追加のデバイス、より少ないデバイス、異なるデバイス、又は異なるように配置されたデバイスが存在してもよい。さらに、図４Ａ～４Ｃに示す２つ以上のデバイスが単一のデバイスの中に実装されてもよく、又は図４Ａ～４Ｃに示す単一のデバイスが複数の分散デバイスとして実装されてもよい。付加的に又は代替的に、図４Ａ～４Ｃに示すデバイスのセット（例えば、１つ以上のデバイス）が、図４Ａ～４Ｃに示す別のデバイスのセットによって実行されるものとして説明されている１つ以上の機能を実行してもよい。

【0035】

図５Ａ～５Ｃは、一体型高輝度信号コンバイナを有するマルチコアレーザーアーキテクチャの実施例５００－１、５００－２、及び５００－３を示す図である。例えば、図５Ａ～５Ｃに示すように、実施例５００－１、５００－２、及び５００－３はそれぞれ、マルチＫＷポンプ５１０を備えるＭＯＰＡレーザーアーキテクチャを含み、マルチＫＷポンプ５１０は、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャへの入力光を生成するように構成されたポンプレーザー源を画定可能な複数のレーザーダイオード５１２及びコンバイナ５１４を含む。代替的に、いくつかの実装形態では、マルチｋＷポンプ５１０は、マルチコアレーザーアーキテクチャへの入力光を生成可能なシードダイオード（図示せず）及びポンプ信号コンバイナ５１４を含んでもよい。いくつかの実装形態では、さらに示すように、マルチコアレーザーアーキテクチャはマルチコア発振器５２０を含み、マルチコア発振器５２０は、マルチコア発振器５２０の入力端（例えば、コンバイナ５１４とマルチコア発振器５２０のアクティブファイバ５２４との間のインタフェース）に設けられた複数のＨＲ反射器５２２（例えば、複数の第１のＦＢＧ）と、マルチコア発振器５２０の出力端（例えば、アクティブファイバ５２４の出力端とパッシブ又はアクティブ出力ファイバ５３０との間のインタフェース）にある複数のＯＣ反射器５２６（例えば、複数の第２のＦＢＧ）と、マルチコアパワー増幅器５４０と、を備えてもよい。図５Ａ～５Ｃにさらに示すように、マルチコアパワー増幅器５４０からの出力は一体化信号コンバイナ５５０に供給されてもよく、一体化信号コンバイナ５５０は、マルチコアパワー増幅器５４０の様々なコアから受け取ったシングルモード入力を合成してマルチモード出力を生成し、マルチモード出力は、デリバリファイバ５６０を介して供給される。

【0036】

例えば、図５Ａを参照すると、実施例５００－１は、パッシブテーパを有する信号コンバイナ５５０と一体化可能なマルチコアレーザーアーキテクチャを示す。例えば、図５Ａに示すように、対称コアを有するマルチコアレーザーからの出力は、おおよそ３ｘのテーパ比で断熱的にテーパ付けされ、またマルチモードデリバリファイバ（又はデリバリケーブル）５６０に継ぎ合わされてもよい。例えば、参照符号５５２は、入力インタフェースにおける一体化信号コンバイナ５５０の断面を示しており、入力インタフェースでは、マルチコアレーザーアーキテクチャからシングルモード入力が受け取られ、参照符号５５４は、継ぎ合わせ地点５７０における一体型信号コンバイナ５５０の断面を示し、継ぎ合わせ地点５７０では、信号コンバイナ５５０がマルチモードデリバリファイバ５６０に継ぎ合わされ、参照符号５６２は、マルチモードデリバリファイバ５６０の断面を示す。したがって、実施例５００－１では、ファイバがテーパ化するにつれて、マルチコアレーザーアーキテクチャの個々のコアからのモードが、クラッドに向かって断熱的に拡張することができる。いくつかの実装形態では、明るさを最適化するために、テーパ比を十分に大きくなるように構成して、モードがコアから完全に現れることを保証してもよい。さもないと、個々のコアからのモードが十分に制御されていない場合、モード同士が結合して、マルチモードデリバリファイバ５６０内でいくつかのモードが作られる可能性があり、その結果、輝度が減少する可能性がある。

【0037】

さらに、いくつかの実装形態では、一体化信号コンバイナ５５０に表面処理を施すことにより、一体化信号コンバイナ５５０に疎水性表面コーティングを持たせてもよい。例えば、いくつかの実施態様では、信号コンバイナ５５０の表面にヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）（Ｈ_３Ｃ）_３Ｓｉの化学処理層が塗布されてもよく、これにより、信号コンバイナ５５０の表面の化学的性質を変化させることができる。この場合、信号コンバイナ５５０の表面上の水酸（ＯＨ）基（シラノール末端）をＨＭＤＳ（のメチル基）と反応させて、信号コンバイナ５５０上に単分子層保護コーティング（例えば、ＨＭＤＳ層）を形成することができる。言い換えれば、各酸素分子が水素分子を持つ酸素分子（例えば、シラノール基）の表面層を有するシリカ系光ファイバ（又は他のタイプの光ファイバ若しくは光学部品）ではなく、信号コンバイナ５５０は、各酸素分子がＨＭＤＳ基を持つ酸素分子の表面層を含む。露出したＨＭＤＳ基は疎水性表面を形成し、それにより、信号コンバイナ５５０上にある大気水分子ベースの堆積表面汚染物質、及び／又は加水分解反応による微小亀裂伝播が、防止又は低減される。このようにして、ＨＭＤＳ処理（又は別のタイプの処理）の利用により、信号コンバイナ５５０のために再コーティング又はハウジングを設ける必要性を低減することができ、それにより、製造の複雑性が低減され且つ／又はさらなる小型化が可能になる。

【0038】

付加的に又は代替的に、図５Ｂに且つ実施例５００－２によって示すように、信号コンバイナ５５０は、１／４ピッチグレーデッドインデックス（ＧＩ）ファイバを備えてもよい。例えば、図５Ｂに示すように、マルチコアレーザーアーキテクチャからの出力は、第１の継ぎ合わせ地点５７０－１で、１／４ピッチ長を有するグレーデッドインデックスファイバの整合ピースに継ぎ合わされてもよく、グレーデッドインデックスファイバは、第２の継ぎ合わせ地点５７０－２で、マルチモードデリバリファイバ（又はデリバリケーブル）５６０に継ぎ合わされてもよい。例えば、図５Ｂにおいて、参照符号５５２は、マルチコアレーザーアーキテクチャからシングルモード入力が受け取られる第１の継ぎ合わせ地点５７０－１におけるグレーデッドインデックスファイバの断面を示し、参照符号５５４は、グレーデッドインデックスファイバの１／４ピッチ長の中点におけるグレーデッドインデックスファイバの断面を示し、参照符号５５６は、第２の継ぎ合わせ地点５７０－２におけるグレーデッドインデックスファイバの断面を示す。いくつかの実装形態では、図５Ａの実施例５００－１と比較した場合、ファイバアセンブリ内にさらなる継ぎ合わせ５７０があると、より多くの損失をもたらす可能性がある。さらに、図５Ａを参照して上述したのと同様に、個々のコアからのモードが十分に制御されない場合、個々のコアからのモード同士が結合して、マルチモードデリバリファイバ５６０内でいくつかのモードが作られる可能性があり、その結果、輝度が減少する可能性がある。

【0039】

付加的に又は代替的に、図５Ｃを参照すると、実施例５００－３は、アクティブテーパを有する信号コンバイナ５５０と一体化可能なマルチコアレーザーアーキテクチャを示す。例えば、図５Ｃでは、マルチコアレーザーアーキテクチャ内のコアの数が、マルチモードデリバリファイバ５６０内のサポートされているモードの数に整合し、またマルチコアレーザーアーキテクチャ内のマルチコアにおける各コアが、信号コンバイナ５５０とマルチモードデリバリファイバ５６０との間のインタフェースにおいて、マルチモードデリバリファイバ５６０内の対応するモードに整合するコアサイズ及びＮＡを有するという点で、マルチコアレーザーアーキテクチャ及びマルチモードデリバリファイバ５６０は十分に整合している。例えば、４つのコアを有するマルチコアファイバでは、この４つのコアが、４つのモード（例えば、ＬＰ０１、ＬＰ１１Ｘ、ＬＰ１１Ｙ、及びＬＰ０２モード）をサポートするデリバリファイバ５６０に整合される。いくつかの実装形態では、一体型信号コンバイナ５５０を形成するためにマルチコアファイバが正確にテーパ化されたときに、マルチコアファイバからの各モードがマルチモードデリバリファイバ５６０内の正確なモードに整合するように、マルチコアレーザーアーキテクチャのコアサイズ及びＮＡが固定される。例えば、いくつかの実装形態では、第１のテーパ状コアが、マルチモードデリバリファイバ５６０内のＬＰ０１モードに直接整合してもよく、第２のテーパ状コアが、マルチモードデリバリファイバ５６０内のＬＰ１１Ｘモードに直接整合してもよく、第３のテーパ状コアが、マルチモードデリバリファイバ５６０内のＬＰ１１Ｙモードに直接整合してもよく、第４のテーパ状コアが、マルチモードデリバリファイバ５６０内のＬＰ０２モードに直接整合してもよい。さらに、図５Ａを参照して上述したのと同様の方法で一体化信号コンバイナ５５０に表面処理を施すことにより、一体化信号コンバイナ５５０に疎水性表面コーティングを持たせて、信号コンバイナ５５０上にある大気水分子由来の堆積表面汚染物質及び／又は加水分解反応を介した微小な亀裂の伝播を防止又は低減させることができる。

【0040】

上述のように、図５Ａ～５Ｃは実施例として提示される。他の実施例は、図５Ａ～５Ｃに関して説明したものとは異なっていてもよい。図５Ａ～５Ｃに示すデバイスの数と配置は例として提示される。実際には、図５Ａ～５Ｃに示すものと比べて、追加のデバイス、より少ないデバイス、異なるデバイス、又は異なるように配置されたデバイスが存在してもよい。さらに、図５Ａ～５Ｃに示す２つ以上のデバイスが単一のデバイスの中に実装されてもよく、又は図５Ａ～５Ｃに示す単一のデバイスが複数の分散デバイスとして実装されてもよい。付加的に又は代替的に、図５Ａ～５Ｃに示すデバイスのセット（例えば、１つ以上のデバイス）が、図５Ａ～５Ｃに示す別のデバイスのセットによって実行されるものとして説明されている１つ以上の機能を実行してもよい。

【0041】

図６は、一体化高輝度信号コンバイナを有するマルチコアレーザーアーキテクチャを含む光学システムを動作させるための例示的なプロセス６００のフローチャートである。いくつかの実装形態では、図６の１つ以上のプロセスブロックが、信号コンバイナ（例えば、信号コンバイナ２５０、信号コンバイナ５５０等）によって実行される。

【0042】

図６に示すように、プロセス６００は、それぞれが複数の個別のシングルモードレーザー入力における個別のシングルモードレーザーをサポートするように構成された複数のコアを備えるマルチコアファイバレーザーから、複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取ることを含んでもよい（ブロック６１０）。例えば、信号コンバイナ２５０、信号コンバイナ５５０等は、上述のように、それぞれが複数の独立したシングルモードレーザー入力における個別のシングルモードレーザーをサポートするように構成された複数のコアを備える、マルチコアファイバレーザー２００－１、２００－２、及び／又は２００－３、ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャ４００等から、複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取ってもよい。

【0043】

図６にさらに示すように、プロセス６００は、複数の個別のシングルモードレーザー入力を合成してマルチモード出力を生成することを含んでもよい（ブロック６２０）。例えば、信号コンバイナ２５０、信号コンバイナ５５０等は、上述のように、複数の個別のシングルモードレーザー入力を合成してマルチモード出力を作ってもよい。

【0044】

図６にさらに示すように、プロセス６００は、複数のモードをサポートするように構成された単一のコアを備えるデリバリファイバにマルチモード出力を供給することを含んでもよい（ブロック６３０）。例えば、信号コンバイナ２５０、信号コンバイナ５５０等は、上述のように、複数のモードをサポートするように構成された単一のコアを備えるデリバリファイバ２６０、５６０等にマルチモード出力を供給してもよい。

【0045】

プロセス６００は、後述の及び／又は本明細書の他の場所に記載される１つ以上の他のプロセスに関連して記載される、任意の単一の実装形態又は任意の実装形態の組み合わせ等の付加的な実装形態を含んでもよい。

【0046】

第１の実装形態では、信号コンバイナは、マルチコアファイバレーザーから複数の個別のシングルモードレーザー入力を受け取るための複数の対称的なコアを備え、これらのコアは、デリバリファイバとの継ぎ合わせ地点に向かって断熱的にテーパ付けする。

【0047】

単独での又は第１の実装形態と組み合わせられた第２の実装形態では、信号コンバイナは、１／４ピッチ長を有するグレーデッドインデックスファイバを備え、グレーデッドインデックスファイバは、第１の継ぎ合わせ地点でマルチコアファイバレーザーに継ぎ合わされ、第２の継ぎ合わせ地点でデリバリファイバに継ぎ合わされる。

【0048】

単独での又は第１及び第２の実装形態のうちの１つ以上と組み合わせられた第３の実装形態では、信号コンバイナでマルチコアファイバレーザーから受け取られる複数の個別のシングルモードレーザー入力の量が、デリバリファイバにおいてサポートされる複数のモードの量に等しい。

【0049】

単独での又は第１－第３の実装形態のうちの１つ以上と組み合わせられた第４の実装形態では、マルチコアファイバレーザーの複数のコアは、信号コンバイナとデリバリファイバとの間の継ぎ合わせ地点におけるデリバリファイバ内の対応するモードに整合するコアサイズ及び開口数をそれぞれ有する。

【0050】

単独での又は第１－第４の実装形態のうちの１つ以上と組み合わせられた第５の実装形態では、マルチコアファイバレーザーは、マルチコア発振器及びマルチコアパワー増幅器の入力端に結合されるポンプレーザー源及びコンバイナを有するエンドポンプ型ＭＯＰＡレーザーである。

【0051】

単独での又は第１－第５の実装形態のうちの１つ以上と組み合わせられた第６の実装形態では、マルチコアファイバレーザーは、マルチコア発振器及びマルチコアパワー増幅器の入力端に結合される第１のポンプレーザー源及び第１のコンバイナと、マルチコア発振器及びマルチコアパワー増幅器の出力端に結合される第２のポンプレーザー源及び第２のコンバイナと、を備える双方向ポンプを有するＭＯＰＡレーザーであり、第１のポンプレーザー源及び第２のポンプレーザー源は、互いに逆方向に伝播するポンプ光を生成するように構成される。

【0052】

単独での又は第１－第６の実装形態のうちの１つ以上と組み合わせられた第７の実装形態では、マルチコアファイバレーザーは、ポンプレーザー源と、シードレーザー源と、マルチコア前置増幅器及びマルチコアパワー増幅器の入力端に結合されるコンバイナと、を備えるエンドポンプ型マルチステートアンプである。

【0053】

図６はプロセス６００の例示的なブロックを示すが、いくつかの実装形態では、プロセス６００が、図６に示すものよりと比べて、追加のブロック、より少ないブロック、異なるブロック、又は異なるように配置されたブロックを含む。付加的に又は代替的に、プロセス６００のブロックのうちの２つ以上は、並行して実行されてもよい。

【0054】

前述の開示は、例示及び説明を提供するが、網羅的となること、又は開示されている厳密な形態に実装形態を限定することを意図するものではない。変更及び改変は、上記の開示に照らしてなされてもよく、又は実装形態の実践から獲得されてもよい。さらに、１つ以上の実装形態を組み合わせることができない理由を前述の開示が明示的に提示していない限り、本明細書で説明されている実装形態のいずれも組み合わせてもよい。

【0055】

特定の特徴の組合せが特許請求の範囲に記載され且つ／又は本明細書に開示されているが、これらの組合せは、様々な実装形態の開示を限定することを意図するものではない。実際、これらの特徴の多くは、特許請求の範囲に具体的に記載されておらず且つ／又は本明細書に開示されていない方法で組み合わせることができる。以下に列挙される各従属請求項は、１つの請求項のみに直接従属する場合もあるが、種々の実装形態の開示は、請求項のセットにおける他のすべての請求項と組み合わせられた各従属請求項を含む。本明細書で使用する場合、項目のリストのうちの「少なくとも１つ（at least one of）」を指す語句は、単一の要素を含む、それらの項目の任意の組合せを指す。例として、「ａ、ｂ、又はｃのうちの少なくとも１つ（at least one of: a, b, or c）」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ－ｂ、ａ－ｃ、ｂ－ｃ、及びａ－ｂ－ｃ、並びに同じ項目の倍数との任意の組合せを網羅するように意図される。

【0056】

本明細書で使用される要素、行為、又は指令は、明示的に記載されていない限り、重要又は必須であると解釈されるべきではない。また、本明細書で使用される場合、冠詞「a」及び「an」は、１つ以上の項目を含むように意図される。さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「the」は、冠詞「the」に関連して参照される１つ以上の項目を含むように意図され、また「１つ以上の（the one or more）」と互換的に使用される場合がある。さらに、本明細書で使用される場合、用語「セット（set）」は、１つ以上の項目（例えば、関連する項目、無関係な項目、又は関連する項目と無関係な項目の組合せ）を含むように意図され、「１つ以上（the one or more）」と互換的に使用される場合がある。１つのみの項目が意図される場合、語句「１つのみの（only one）」又は類似の用語が使用される。また、本明細書で使用する場合、用語「有する（has, have, having）」等は、オープンエンドの用語であるように意図される。さらに、「に基づく（based on）」という語句は、特に明記しない限り、「に少なくとも部分的に基づく（based, at least in part, on）」ことを意味するものとする。また、本明細書で使用される場合、用語「又は（or）」は、連続して使用される場合に包括的であることが意図され、また別段の定め（例えば、「いずれか（either）」又は「一方のみ（only one of）」と組み合わせて使用される場合）が明示的に記載されていない限り、「及び／又は（and/or）」と互換的に使用される場合がある。さらに、「下方（below）」、「下側（lower）」、「上方（above）」、「上側（upper）」等の空間的に相対的な用語は、本明細書では、説明を容易にするために、図に示すように、１つの要素又は特徴と別の（１つ以上の）要素又は（１つ以上の）特徴との関係を説明するために使用される場合がある。空間的に相対的な用語は、図に示す方位に加えて、使用又は動作中の装置、デバイス、及び／又は要素の異なる方位を包含するように意図される。装置は、他の方位（９０度又は他の方位）に合わせてもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子も同様に、それに応じて解釈されてもよい。

【符号の説明】

【0057】

１００ ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャ
１１０ マルチキロワット（ｋＷ）ポンプ源
１１２ レーザーダイオードのセット
１１４ コンバイナ
１２０ 発振器
１２２ 反射器
１２４ アクティブファイバ
１２６ 反射器１３０ パッシブファイバ
１４０ パワー増幅器
１５０ 外部信号コンバイナ
１６０ デリバリケーブル
２００ マルチコアレーザーアーキテクチャ
２１０ ポンプレーザー源
２１２ ダイオードのセット
２１４ コンバイナ
２１６ シードダイオード
２１８ ポンプ信号コンバイナ
２２０ マルチコア発振器
２２２ 反射器
２２４ マルチコアアクティブファイバ
２２６ 反射器
２４０ マルチコアパワー増幅器ファイバ
２４０－１ マルチコア前置増幅器ファイバ
２４０－２ マルチコアパワー増幅器ファイバ
２５０ 信号コンバイナ
２６０ デリバリファイバ
３００ マルチコアアクティブファイバの断面
３１０ シングルモードファイバコア
３２０ 内側クラッド
３３０ 外側クラッド
４００ ＭＯＰＡレーザーアーキテクチャ
４１０ マルチｋＷポンプ
４１２ レーザーダイオード
４１４ コンバイナ
４２０ マルチコア発振器
４２２ ＨＲ反射器
４２４ アクティブファイバ
４２６ ＯＣ反射器
４３０ パッシブ又はアクティブ出力ファイバ
４４０ パワー増幅器
４５０ マルチコア発振器４２０の出力端の断面
４５２ アクティブコア
４５４ 溶融シリカ内側クラッド
４５６ フッ素（Ｆ）ドープ外側クラッド
４６０ マルチコアパワー増幅器４４０の入力端の断面
４６２ アクティブコア
４６４ 溶融シリカ内側クラッド
４６６ フッ素ドープ外側クラッド
５００ マルチコアレーザーアーキテクチャ
５１０ マルチＫＷポンプ
５１２ レーザーダイオード
５１４ コンバイナ
５２０ マルチコア発振器
５２２ ＨＲ反射器
５２６ ＯＣ反射器
５４０ マルチコアパワー増幅器
５５０ 一体化信号コンバイナ
５５２ 一体化信号コンバイナ５５０の断面
５５４ 一体型信号コンバイナ５５０の断面
５６０ マルチモードデリバリファイバ
５６２ マルチモードデリバリファイバ５６０の断面
５７０ 継ぎ合わせ地点

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【外国語明細書】