特許 7228669 アクティブファイバパッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-15

(45)【発行日】2023-02-24

(54)【発明の名称】アクティブファイバパッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20230216BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230216BHJP

   H01S 3/02 20060101ALI20230216BHJP

   H01S 3/042 20060101ALI20230216BHJP

   G02B 6/46 20060101ALI20230216BHJP

【ＦＩ】

H01S3/067

H05K7/20 M

H01S3/02

H01S3/042

G02B6/46

G02B6/46 311

【請求項の数】 29

(21)【出願番号】P 2021504232

(86)(22)【出願日】2019-07-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-11-18

(86)【国際出願番号】 IL2019050746

(87)【国際公開番号】W WO2020021527

(87)【国際公開日】2020-01-30

【審査請求日】2022-06-20

(31)【優先権主張番号】260758

(32)【優先日】2018-07-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IL

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】514288875

【氏名又は名称】エルビット システムズ エレクトロ－オプティクス エロップ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100111202

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 周彦

(72)【発明者】

【氏名】ホワニシャン，グリゴール

(72)【発明者】

【氏名】サックス，ザッカリー

(72)【発明者】

【氏名】トゥルム，アサフ

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１７７５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４４４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０９１５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１８３４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０１０４１６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ファイバレーザ、アンプ、或いはＡＳＥソースに使用されるアクティブファイバパッケージにおいて、
内部にアクティブファイバを受け入れて保持するための少なくとも２つのスパイラルの構成を有する溝を備える板状ベースであって、前記スパイラルが前記アクティブファイバの可視性を同一平面上で実現し、１スパイラルの外側ループが他のスパイラルの外側ループに対して円滑に推移し、前記スパイラルの各スパイラルが相対的に直線セクションの内部に円滑に推移する、板状ベースを備え、
前記スパイラルのうちの１スパイラルの前記直線セクションの一部が結合ファイバに接続可能に構成され、
前記溝の少なくとも２つのスパイラルのそれぞれは、内側ループがアクティブファイバの緊密な巻線を実現するその外側のループよりも小さな曲率半径を有する内側のループを有するように設計され、熱的モーダル不安定性（ＴＭＩ）を低減してレージングパワーを増強することを特徴とする、アクティブファイバパッケージ。

【請求項2】

前記アクティブファイバパッケージは、組み立て処理時に前記ファイバの完全な可視性を実現する、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項3】

前記アクティブファイバパッケージは、動作時に前記ファイバの部分的な可視性を実現する、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項4】

前記溝は、ｕ字型溝形状、ｖ字型溝形状、矩形を有する、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項5】

前記溝は、連続性を有する、請求項１又は４の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項6】

前記スパイラルの各スパイラルは、円形状とする、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項7】

前記スパイラルは、円形、楕円形又は他の何らかの形状、或いはその組み合わせとする、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項8】

前記スパイラルへの出入口は、前記スパイラルの面より上の表面に対し円滑に推移する、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項9】

前記スパイラルは、前記ファイバが、前記スパイラルを跨いで前記スパイラルのそれぞれに出入りするように構成されている、請求項８記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項10】

前記同一平面上のスパイラルは、ポンプコンバイナ、ファイバブラググレーティング（ＦＢＧ）、出力コネクタ、モードストリッパ、並びにデリバリーファイバから選択されるファイバコンポーネントと、前記アクティブファイバとの一体化を可能にする、請求項１、７、８、９の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項11】

ポッティングコンポーネントは、前記ファイバを前記溝に固着する透光性接着剤及び／又は熱伝導接着剤から選択される、請求項１、４、５の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項12】

前記ポッティングコンポーネントは、ファイバ再塗布材、熱接着剤、光伝導接着剤、並びにその組み合わせから選択される、請求項１０記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項13】

前記直線セクションにおけるアクティブファイバの長さは、５～８０ｍｍの範囲である、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項14】

パワー損失を監視するため前記板状ベースに少なくとも１つの温度センサが埋設される、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項15】

前記板状ベースは、前記アクティブファイバ又はスプライスの冷却を実現する熱伝導ベースとする、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項16】

前記ファイバパッケージは、前記レーザキャビティパッケージの動作時に前記アクティブファイバを冷却するための冷却システムを更に備える、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項17】

前記冷却システムは、前記板状ベースの下部に配置される略平面状の板状層を備え、前記板状層は、動作時に前記アクティブファイバを冷却するための少なくとも１つの溝チャネルを備える、請求項１６記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項18】

前記板状層及び前記板状ベースを密封するため気体又は液体タイプのシールが使用される、請求項１７に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項19】

前記板状層のうちの少なくとも１つの溝チャネル内にオーリングが位置決めされる、請求項１８記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項20】

前記冷却システムは、熱を液体又は気体に変換するため金属、合金などから選択される熱伝導材料から成る少なくとも１つのパイプを備える、請求項１６～１９の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項21】

前記冷却システムは、水、液体金属、気体、或いは他の何らかの流体の何れかを再循環させる、請求項１６～２０の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項22】

冷却温度は、前記冷却システムによって摂氏１５～３５度に保たれる、請求項１６～２１の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項23】

前記板状ベース及び／又は前記板状層は、金属、合金、ガラス並びにその組み合わせから選択される熱伝導材料から成る、請求項１７～１９の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項24】

前記ファイバパッケージは、前記溝の前記スパイラル内に前記アクティブファイバを位置決めする時に前記アクティブファイバを見るための少なくとも１つの窓セクションを備える、請求項１記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項25】

前記窓セクションは、前記ファイバを位置決めするために使用される、請求項２４記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項26】

前記アクティブファイバは、前記冷却システムの温度変化又は散乱光スペクトル変化を検出するため前記板状ベースに埋設された熱カメラ及び熱センサのうちの少なくとも１つを以って監視される、請求項１６～２３の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項27】

ＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００、ＬＭＡ－ＹＤＦ－２５／４００、ＬＭＡ－ＹＤＦ－２５／２５０、並びにＬＭＡ－ＹＤＦ－３０／４００ファイバファミリーとを含む数モード～マルチモードファイバから選択される、請求項１、２、３、１０、１１、１５、１６、１７、２４、２５、２６の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項28】

前記アクティブファイバは、低ＮＡファイバ、光バンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）、低ＮＡ固体コアファイバから選択される、請求項１、２、３、１０、１１、１５、１６、１７、２４、２５、２６、２７の何れか一項に記載のアクティブファイバパッケージ。

【請求項29】

前記ＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００ファイバファミリーの曲率半径は、１～４０ｃｍの範囲、好適には４～８ｃｍの範囲とする、請求項２７記載のアクティブファイバパッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクティブ光ファイバに関する。より具体的には、本発明は、ファイバレーザ、アンプなどに使用されるアクティブ光ファイバのループを収容するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

高出力のファイバレーザ及びアンプは、ループ状に構成されることが多い長尺のアクティブファイバを収容するための装置を要するが、適切に管理されなければ機械的、熱的、或いは光学的要因で損傷を被ることがある。このようなファイバは、適切な動作のために特定の範囲の屈曲半径及び鋭いエッジからの保護を要する。

【0003】

従前の設計は、コイル式構造又は多層構造に基づいている。マーチンサイファートによる米国特許第７４００８１２号は、光ファイバを収容するための装置、例えばシリンダの内側周辺にアクティブファイバを包装するための装置、より正確には当該ファイバが前記コイル内にばねの様に延びるような内表面に負荷されている装置を開示している。このようなファイバは、入出力ファイバが異なる高さで出るにつれて平面状となるわけではない。また、このファイバの負荷は、当該ファイバが全長に沿って可視できない故に困難となりうるし、両側へのスプライスの接続は、特に当該スプライスがコイルの入口又は出口に近接している必要がある場合は真っ直ぐに進まないこともありうる。

【0004】

ファイバが異なる平面内でコイルを出入りするというような問題を解決するため、ヨンゴンフ等による米国特許第８４９３６５１号は、熱伝導シリンダの周辺や上記熱伝導シリンダの外表面周辺の光ファイバをループすることにより当該光ファイバの管理及び冷却を行う装置及び方法であって、前記光ファイバが略同一平面上で熱伝導シリンダを出入りするような装置及び方法を記載している。当該コイルは、内外表面周辺の両方でファイバと共にラッピングされている。このファイバは、可視できないばかりか完全に平面状であるわけでもない。また、入出力スプライスの製造は、正確な配置を実現することに関しては困難があり、当該ファイバに捩じれが発生する危険が残る。

【0005】

ハオドン等による米国特許公開第２０１３／０２３００６１は、改良型のファイバ管理及び熱管理能力を有するファイバレーザキャビティパッケージ、並びにこのようなファイバレーザキャビティパッケージを製造する方法を記載している。このような多層平面パッケージ方式は、ファイバの可視性を伴わないばかりかファイバ負荷時の困難性を提示している。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のアクティブファイバパッケージは、（ａ）ファイバ全体の可視性、並びにアクティブファイバと、レーザ又はアンプ何れかにおける他のファイバ結合コンポーネントとの容易な一体化を実現する略平面状の構成を有する点、（ｂ）モーダルコンテンツを制御して熱的モーダル不安定性を抑制する故、レーザ出力の増強を実現するコイル状構成を有する点、（ｃ）内部にファイバを構成する一方、更なる損傷に繋がりかねない捩じれや屈曲を防止することを可能にする構成を有する点、（ｄ）蓄熱を除去する点で有利である。

【0007】

従って、本発明の幾つかの実施態様によれば、ファイバレーザ、アンプ、或いはＡＳＥソースに使用されるアクティブファイバパッケージにおいて、
内部にアクティブファイバを受け入れて固定的に保持するための少なくとの２つのスパイラルの構成を有する溝を備える板状ベースであって、前記スパイラルが前記アクティブファイバの可視性を同一平面上で実現し、１スパイラルの外側ループが他のスパイラルの外側ループに対して円滑に推移し、前記スパイラルの各スパイラルが相対的に直線セクションの内部に円滑に推移する、板状ベースを備え、
前記スパイラルのうちの１スパイラルの前記直線セクションの一部が結合ファイバにスプライスされ、
前記スパイラルの各スパイラルの複数の内側ループが、相対的に小さい曲率半径を有する前記直線セクションに近接して前記アクティブファイバの緊密な巻線を実現する故、熱的モーダル不安定性（ＴＭＩ）を低減してレージングパワーを増強することを特徴とする、アクティブファイバパッケージが提供される。

【0008】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記パッケージは、前記ファイバの完全な可視性を実現する。

【0009】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記アクティブファイバパッケージは、組み立て処理時に前記ファイバの完全な可視性を実現する。

【0010】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記アクティブファイバパッケージは、動作時に前記ファイバの部分的な可視性を実現する。

【0011】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記溝は、ｕ字形溝形状、ｖ字型溝形状、或いは矩形を有する。

【0012】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記溝は、連続性を有する。

【0013】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記スパイラルの各スパイラルは、円形状とする。

【0014】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記スパイラルは、円形、楕円形又は他の何らかの形状、或いはその組み合わせとする。

【0015】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、入出力側は、同一の高さで前記アクティブファイバに対して出入りする。

【0016】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記スパイラルへの出入口は、上記スパイラルより上に対し円滑に推移する。

【0017】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記ファイバは、前記スパイラルを跨いで前記スパイラルの各々の内径を出入りし、エアギャップは、前記スパイラル及び前記スパイラルを跨いだ前記ファイバの間を分割する。

【0018】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記同一平面上のスパイラルは、ポンプコンバイナ、ファイバブラググレーティング（ＦＢＧ）、出力コネクタ、モードストリッパ、並びにデリバリーファイバから選択されるファイバコンポーネントと、前記アクティブファイバとの一体化を伴う。

【0019】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、ポッティングコンポーネントは、前記ファイバを前記溝に固着する透光性接着剤及び／又は熱伝導接着剤から選択される。

【0020】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記ポッティングコンポーネントは、ファイバ再塗布材、熱接着剤、光伝導接着剤、並びにその組み合わせから選択される。

【0021】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記直線セクションの長さは、前記スパイラルの入口から５～５０ｍｍの範囲の前記スプライスを含有する。

【0022】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、温度上昇によるパワー損失を監視するため前記板状ベースに少なくとも１つの温度センサが埋設される。

【0023】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記板状ベースは、前記アクティブファイバ又はスプライスの冷却を実現する熱伝導ベースとする。

【0024】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記ファイバパッケージは、前記レーザキャビティパッケージの動作時に前記アクティブファイバを冷却するための冷却システムを更に備える。

【0025】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記冷却システムは、前記板状ベースの下部に配置される略平面状の板状層を備え、前記板状層は、動作時に前記アクティブファイバを冷却するための少なくとも１つの溝チャネルを備える。

【0026】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記板状層及び前記板状ベースを密封するため流体シールが使用される。

【0027】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記流体チャネルを追跡するため前記板状層のうちの少なくとも１つの溝チャネル内にオーリングが位置決めされる。

【0028】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記冷却システムは、熱を液体又は期待に変換するため金属、合金などから選択される熱伝導材料から成る少なくとも１つのパイプを備える。

【0029】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記冷却システムは、水、液体金属、気体、或いは他の何らかの流体の何れかを再循環させる。

【0030】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記冷却温度は、前記冷却システムによって摂氏１５～３５度に保たれる。

【0031】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記板状ベース及び／又は前記板状層は、金属、合金、ガラス、並びにその組み合わせから選択される熱伝導材料から成る。

【0032】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記ファイバパッケージは、前記スパイラルの溝ライン内に前記アクティブファイバを位置決めするための少なくとも１つの窓セクションを備える。

【0033】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記窓セクションは、前記スパイラルのうちの少なくとも１つの溝ラインをスキップしつつ前記ファイバを位置決めするために使用される。

【0034】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記アクティブファイバは、前記冷却システムの温度変化又は前記散乱光スペクトル変化を検出するため前記板状ベースに埋設された熱カメラ又は熱センサのうちの少なくとも１つを以って監視される。

【0035】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、ＬＭＡ―ＹＤＦ－２０／４００，ＬＭＡ－ＹＤＦ－２５／４００，ＬＭＡ－ＹＤＦ－２５／２５０，並びにＬＭＡ－ＹＤＦ－３０／４００ファイバファミリーと、異なるドーパント濃度ファイバと、を含む数モード～マルチモードファイバから選択される。

【0036】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記アクティブファイバは、低
ＮＡファイバ、光バンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）、低ＮＡ固体コアファイバから選択される。

【0037】

更にまた、本発明の幾つかの実施態様によれば、前記ＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００ファイバファミリーの曲率半径は、１～４０ｃｍの範囲、好適には４～８ｃｍの範囲とする。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1A】本発明の幾つかの実施態様による二重螺旋アクティブファイバの板状ベースを図示する。

【0039】

【図1B】本発明の幾つかの実施態様による二重螺旋アクティブファイバの板状ベースを図示する。

【0040】

【図2A】図１の板状ベースの一部の斜視図である。

【0041】

【図2B】図１の板状ベースの一部の断面図である。

【0042】

【図3A】前記板状ベースにファイバを位置決めさせた状態の図１の板状ベースの一部の斜視図である。

【0043】

【図3B】前記板状ベースにファイバを位置決めさせた状態の図１の板状ベースの一部の断面図である。

【0044】

【図4】本発明の幾つかの実施態様による二重螺旋アクティブファイバの板状ベース及び略平面板状の冷却層を示す。

【0045】

【図5】本発明の幾つかの実施態様による、すぐに使えるように製造されたアクティブファイバパッケージを示す。

【0046】

【図6A】全長ファイバの使用例を図示する。

【0047】

【図6B】図１の二重螺旋アクティブファイバの板状ベースにおけるより短いファイバの使用例を図示する。

【0048】

【図7】ファイバアンプに使用される図１の二重螺旋アクティブファイバの板状ベースを示す。

【0049】

【図8】共鳴装置に使用される図１の二重螺旋アクティブファイバの板状ベースを示す。

【0050】

【図9】本発明の幾つかの実施態様によれば、ＴＭＩが測定されうる幾つかのポイントを含む図８の共鳴装置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0051】

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の幾つかの実施態様による二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００を図示する。

【0052】

二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００は、内部にアクティブファイバを受け入れて固定的に保持するために適合されているが、少なくとも２つのスパイラル、即ち前記スパイラル領域内にアクティブファイバを受け入れて固定的に保持するための第１スパイラル１０４及び第２スパイラル１０６の構成を有する溝１０２を含んでいる。

【0053】

幾つかの実施態様によれば、溝１０２は、連続的なｕ字型溝形状、ｖ字型溝形状、或いは矩形であってもよい。

【0054】

各図に見られるように、第１スパイラル１０４及び第２スパイラル１０６は、内部にフ前記ファイバを構成する一方、損失に繋がりかねない捩じれや屈曲を防止することを可能にする円形構成を有する。この円形構成は、熱的モーダル不安定性において最高次元のモード曲率損失の支援を実現する。但し、第１スパイラル１０４及び第２スパイラル１０６は、直線セクションを伴わない楕円形又は他の何らかの形状であってもよい。

【0055】

溝１０２にファイバを固定するため、ファイバ再塗布物質（Ｌｕｖａｎｔｉｘ ＰＣ－３７３又はＭｙＰｏｌｙｍｅｒｓ ＭＹ－１３７）などのポッティング化合物、熱接着剤、及び／又は光伝導接着剤（ＮｕＳｉｌ ＬＳ－３２４６）がファイバに塗布されてもよい。本発明の幾つかの実施態様によれば、ここでは光が吸収されるというよりも寧ろファイバから逃げるようにするために透明度の高いポッティングを使用することが重要である。このような吸収は高温スポットの原因となる可能性があり、結果としてファイバの焼付けやポッティング化合物の焼付けに繋がりかねない。

【0056】

図１Ｂに見られるように、第１スパイラル１０４の外側ループは、第２スパイラル１０６の外側ループに対し円滑に推移し、これらスパイラルの各スパイラルの内側ループは、直線セクション、例えば第１直線セクション１０８及び第２直線セクション１１０の内部に円滑に推移する。

【0057】

スプライス障害を防止するため、スプライス自体は、前記スパイラルへの入口に近接するファイバ１０８の直線セクションに配置されるのがよい。更にまた、熱的モーダル不安定性（ＴＭＩ）を抑制するため、入力ファイバにスプライスされたファイバのセクションは、相対的に小さい曲率半径のスパイラルのセクション、例えばセクション１１２Ａ又は１１２Ｂに近接しているのがよい。直線セクション１０８又は１１０におけるアクティブファイバの長さは、好適には５～８０ｍｍの範囲とされ、特定の実施態様においてパッシブファイバへのスプライスで終端している。

【0058】

図１Ａ及び図１Ｂに見られるように、第１スパイラル１０４及び第２スパイラル１０６は同一平面上にあり、（ａ）他のファイバコンポーネント、例えば、ポンプコンバイナ、ファイバブラググレーティング（ＦＢＧ）．出力コネクタ、モードストリッパ、デリバリーファイバ及び／又はパッシブファイバを含む他のファイバ結合コンポーネントなどとのアクティブファイバの容易な一体化と、（ｂ）アクティブファイバ全体の可視性と監視、即ちホットスポットなどの完全な観察、組み立て処理時でのファイバの完全な可視性、並びに動作時のファイバの部分的な可視性を実現している。

【0059】

幾つかの実施態様によれば、前記アクティブファイバは、熱カメラを以って監視されてもよい。他の実施態様において、アクティブファイバ全体に可視性があるわけではないが、クランプやヒートシンクなど透光性のある材料によって部分的に覆われている。

【0060】

図１Ａ及び図１Ｂに見られるように、スパイラル１０４及び１０６の各スパイラルの円形領域は、前記アクティブファイバの大部分を受け入れている。

【0061】

本発明の幾つかの実施態様によれば、前記スパイラルは同一平面上にあるが、図２Ａ及び２Ｂに見られるように、板状ベース１００の表面は全体的に平面状とはいえないが、スパイラルへの出入口は、スパイラル１０４及び１０６より上の上下表面に対し円滑に推移している。

【0062】

図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ板状ベース１００の一部の斜視図及び断面図である。各図に見られるように、板状ベース１００は全体的に平面状ではない代わりにポイント２０４及び２０６は、スパイラル１０４（スパイラル１０６は図示せず）より上の表面にある。このような構成は、スパイラル１０４の内径に（また既存の場合、スパイラル１０４の内径から）ファイバを導くのに重要であり、即ちスパイラル１０４に入る前に、ファイバはポイント２０４及び２０６を通過してスパイラル１０４を跨いでいる。ポイント２０６からは、ポイント２１２に対し徐々に下る、即ちスパイラル１０４の平面に対し下る表面上でファイバは溝２０８及び２１０において連続している。

【0063】

図３Ａ及び図３Ｂは、ポイント２０４及び２０６を通過し、スパイラル１０４の内径を通じてスパイラル１０４に入るファイバ３０２を示す板状ベース１００の一部の斜視図及び断面図である。各図に見られるように、ポイント２０４及び２０６は、スパイラル１０４及び１０６よりかなり上にあるため、この特定の実施態様ではエアギャップはファイバ３０２とスパイラルを下部で分割している。

【0064】

本発明の幾つかの実施態様によれば、熱的モーダル不安定性（ＴＭＩ）は、関連する温度勾配の入力ポンプパワー発射ポイントへの接近によってアクティブファイバの幾つかの第１内側ループで主に発生しうる。

【0065】

熱的モーダル不安定性閾値を増強するため、二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００は、内側ループ、即ちセクション１１４Ａ及び１１４Ｂがアクティブファイバの緊密な巻線を実現するスパイラルよりも小さな曲率半径を有する、円形スパイラルを有するように設計されているため単一モードより大きな全モードのストリップを実現する故、熱的モーダル不安定性（ＴＭＩ）の低減及びレージングパワーの増強を実現する。従って、図１Ｂに見られるように、スプライス１１２Ａ及び１１２Ｂは、より小さい曲率半径のスパイラルの部分に近接、例えばそれぞれセクション１１４Ａ及び１１４Ｂに近接する直線セクション１０８及び１１０の範囲内にある。

【0066】

また、前記コイルは、前記スプライスから何らかのより高次元のモードをストリップする傾向があり、スプライスの内部に発射されるか、或いはアクティブファイバ内部にスプライスによって生成されるかの何れかである点に留意されたい。

【0067】

本発明の幾つかの実施態様によれば、アクティブファイバの板状ベース１００としては、９１５ｎｍダイオードや９７６ｎｍダイオードなど各種ダイオードを以ってポンピング可能なＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００タイプのファイバが適切である。ある実施態様において、９７６ｎｍポンプダイオードは、中央のポンプ波長を短いスペクトル幅に保つため波長ロックされている。

【0068】

本発明の幾つかの実施態様によれば、板状ベース１００は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ（Ｎｕｆｅｒｎ）社のＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００ファイバファミリーから選択される他の各種ファイバ、並びに偏光維持ファイバ（ＰＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００）、モード整合ファイバ（ＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００－Ｍ）、高エネルギーファイバ、及び異なるドーパント濃度ファイバなどを含む変形例のために設計されている。他のファイバ製造業者としては、ＮＬｉｇｈｔ社と、Ｃｏｒａｃｔｉｖｅ社と、を含む。

【0069】

本発明の幾つかの実施態様によれば、２０／４００ファミリーについては、最適な屈曲半径は、１～４０ｃｍの範囲、好適には４～８ｃｍの範囲（通常は５ｃｍ）としている。

【0070】

また、ＬＭＡ－ＹＤＦ－２５／４００、ＬＭＡ－ＹＤＦ－２５／２５０、ＬＭＡ－ＹＤＦ－３０／２５０、ＬＭＡ－ＹＤＦ－３０／４００など複数のモードをサポートする他のファイバファミリーも使用されてもよい。

【0071】

また、本発明の幾つかの実施態様によれば、通常低パワーで単一モードであって、より高いポンプパワーでマルチモード動作を行うファイバも使用されてもよい。これらのファイバは、フォトン結晶ファイバ（ＰＣＦ），フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ），低ＮＡ固体コアファイバなどの低ＮＡファイバを含む。これらのタイプのファイバの最適な屈曲半径は、ファイバ開口数（ＮＡ）で１～８０ｃｍの範囲としている。

【0072】

本発明の幾つかの実施態様によれば、前記ファイバの内側ループの最適な曲率半径は、レーザ効率、即ちポンプパワー対出力パワーを測定する一方、ビーム質又はモーダルコンテンツ（平方メートル）を同時に監視することにより実験的に決定されてもよい。幾つかの実施態様によれば、前記ファイバの内側ループの曲率の平方メートルは、特定の範囲内、即ち１．４未満、１．３未満,１．２未満、或いは１．１未満とし、パワー効率が監視されることを要件としている。

【0073】

本発明の幾つかの実施態様によれば、前記半径は、実験的に監視できるモーダル不安定性閾値によって決定されてもよい（図９参照）。

【0074】

図４は、本発明の幾つかの実施態様による二重螺旋アクティブファイバの板状べース１００及び略平面状の板状冷却層４００を示す。

【0075】

本発明の幾つかの実施態様によれば、螺旋アクティブファイバの板状ベース１００は、アクティブファイバ及び／又はスプライスの片側冷却を実現する熱伝導ベースである。

【0076】

板状冷却層４００は、動作時にアクティブファイバを冷却するための少なくとも１つの流体チャネルを受け入れて固定的に保持するための板状ベース１００の円形スパイラルと互換性のある構を有する少なくとも１つの溝チャネル４０２を含む。

【0077】

動作時、板状ベース１００は、板状冷却層４００より上にあって且つ当該冷却層に物理的に接触して配置されて十分な放熱を実現している故、特定の動作条件下でのファイバレーザキャビティの連続的な動作を実現している。

【0078】

本発明の幾つかの実施態様によれば、板状ベース１００及び板状冷却層４００の間に流体シール（気体又は液体タイプのシール）を要する場合がある。特定の流体（特定の液体又は気体）の場合、板状冷却層４００で流体チャネルを追跡するための溝チャネル４０２にオーリングが設置されてもよい。本発明の幾つかの実施態様によれば、二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００及び板状冷却層４００は、金属、合金、ガラスなどの熱伝導材料、並びにその組み合わせから成っていてもよい。

【0079】

本発明の幾つかの実施態様によれば、二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００からの放熱を実現するため上記の板状冷却層４００以外の何らかの熱交換手段が使用されてもよい点に留意されたい。

【0080】

本発明の幾つかの実施態様によれば、二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００は、前記ファイバの長さを調整するための少なくとも１つの窓セクションを含みうる、すぐに使用するパッケージ（図５に図示説明）に収容されてもよい。

【0081】

図５は、本発明の幾つかの実施態様による、すぐに使用するように製造されたアクティブファイバパッケージ５００を示す。

【0082】

同図に見られるように、ファイバパッケージ５００は、板状ベース１００と、冷却システム５０６と、を備える。板状ベース１００は、内部にアクティブファイバを受け入れて固定的に保持するための少なくとも２つのスパイラルの構成を有する溝１０２を備える。

【0083】

本発明の幾つかの実施態様によれば、溝１０２は、ｕ字型、ｖ字型、或いは矩形の何れかである。

【0084】

同図に見られるように、第１スパイラル１０４及び第２スパイラル１０６は、内部にファイバを構成する一方、損失に繋がりかねない捩じれや屈曲を防止することを可能にする円形構成を有する。この円形構成は、熱的モーダル不安定性において最大限高次元のモード曲率損失の支援を実現する。但し、第１スパイラル１０４及び第２スパイラル１０６は、直線セクションを伴わない楕円形など他の形状であってもよい。

【0085】

前記少なくとも２つのスパイラルは同一平面上にあり、他の実施態様においてアクティブファイバの完全な可視性又は部分的な可視性を実現し、第１スパイラルの外側ループ１０４は第２スパイラル１０６の外側ループに対し円滑に推移し、前記２つのスパイラルの各スパイラルの内側ループは、直線セクション、即ち第１直線セクション１０８及び第２直線セクション１１０の内部に円滑に推移している。

【0086】

本発明の幾つかの実施態様によれば、溝１０２内にファイバを固定するため、ファイバ再塗布材（Ｌｕｖａｎｔｉｘ ＰＣ－３７３又はＭｙＰｏｌｙｍｅｒｓ ＭＹ－１３７）などのポッティング化合物、熱接着剤、及び／又は光伝導接着剤（ＮｕＳｉｌ ＬＳ－３２４６）がファイバに塗布される。物質透過性が高ければ、光がファイバ内に吸収されるというよりも寧ろファイバから逃げる可能性が出てくる。このような吸収は高温スポットの原因となる可能性があり、結果としてファイバ焼付けに繋がりかねない。

【0087】

スプライス障害を防止するため、スプライス自体は、スパイラルへの入口に近接するファイバ１０８の直線部に配置されるのがよい。直線セクション１０８又は１１０におけるアクティブファイバの長さは、好適には５～８０ｍｍの範囲とし、特定の実施態様においてパッシブファイバへのスプライスで終端している。

【0088】

熱的モーダル不安定性（ＴＭＩ）を低減することによりレージングパワーを増強するため、入力ファイバにスプライスされたファイバの一部は、相対的に小さい曲率半径のスパイラルの一部、例えばセクション１１２Ａ又は１１２Ｂに近接している。

【0089】

各図に見られるように、第１スパイラル１０４及び第２スパイラル１０６は同一平面上にあり、（ａ）アクティブファイバと、他のファイバコンポーネント、例えば、ポンプコンバイナ、ファイバブラググレーティング（ＦＢＧ）、出力コネクタ、モードストリッパ、デリバリーファイバ及び／又はパッシブファイバを含む他のファイバ結合コンポーネントなどとの容易な一体化と、（ｂ）アクティブファイバ全体の可視性と監視、即ちホットスポットなどの完全な観察、組み立て処理時でのファイバの完全な可視性、並びに動作時のファイバの部分的な可視性を実現している。

【0090】

本発明の幾つかの実施態様によれば、前記アクティブファイバは、二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００に埋設された熱センサ又は熱カメラの何れかを以って監視される。

【0091】

本発明の幾つかの実施態様によれば、スパイラル１０４及び１０６の各スパイラルの円形領域が前記アクティブファイバの大部分を受け入れ、入出力側、即ち入力側１１１及び出力側１１３、或いはその逆がアクティブファイバのコイルに対し出入りする。

【0092】

本発明の幾つかの実施態様によれば、前記スパイラルは同一平面上にあるが、二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００の表面は、全体的に平面状でない代わりにスパイラルへの出入口は、スパイラルより上の上下表面に対し円滑に推移している。

【0093】

熱的モーダル不安定性閾値を増強するため、二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００は、内側ループ、即ちセクション１１４Ａ及び１１４Ｂがアクティブファイバの緊密な巻線を実現するスパイラルよりも小さな曲率半径を有する円形スパイラルを有するように設計されているため単一モードより大きな全モードのストリップを実現する故、熱的モーダル不安定性（ＴＭＩ）の低減及びレージングパワーの増強を実現する。従って、前記スプライスは、より小さい曲率半径のスパイラルの一部、例えばセクション１１４Ａに近接する直線セクション１０８の範囲内にある。また、前記コイルは、前記スプライスからより高次元のモードをストリップする傾向があり、スプライス内部に発射されるか、或いはアクティブファイバ内部にスプライスによって生成されるかの何れかである点に留意されたい。

【0094】

本発明の幾つかの実施態様によれば、アクティブファイバの板状ベース１００としては、９１５ｎｍ，９７６ｎｍダイオードなどを含む各種ダイオードを以ってポンピング可能なＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００タイプのファイバが適切である。

【0095】

ある実施態様において、９７６ｎｍポンプダイオードは、中心ポンプ波長及び狭いスペクトル幅を実現するため波長ロックされている。

【0096】

二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ（Ｎｕｆｅｒｎ）社のＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００ファイバファミリーから選択された他の各種ファイバ、並びに偏光維持ファイバ（ＰＬＭＡ－ＹＤＦ－２０／４００）、モード整合ファイバ（ＬＭＡ－ＹＤＦ―２０／４００－Ｍ）、高エネルギーファイバ、及び各種ドーパント濃度ファイバなどを含む変形例のために設計されてもよい。他のファイバ製造業者としては、ＮＬｉｇｈｔ社と、Ｃｏｒａｃｔｉｖｅ社と、を含む。

【0097】

本発明の幾つかの実施態様によれば、２０／４００ファミリーの場合、最適な屈曲半径は、１～４０ｃｍの範囲、好適には４～８ｃｍの範囲（通常は５ｃｍ）としている。

【0098】

また、ＬＭＡ－ＹＤＦ－２５／４００，ＬＭＡ－ＹＤＦ－２５／２５０，ＬＭＡ－ＹＤＦ－３０／２５０，ＬＭＡ－ＹＤＦ－３０／４００など複数のモードをサポートする他のファイバファミリーも使用されてもよい。

【0099】

また、本発明の幾つかの実施態様によれば、通常低パワーで単一モードであって、より高いポンプパワーでマルチモード動作を行うファイバも使用されてもよい。これらのファイバは、フォトン結晶ファイバ（ＰＣＦ），フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ），低ＮＡ固体コアファイバなど低ＮＡファイバを含む。これらのタイプのファイバの最適な屈曲半径は、ファイバ開口数（ＮＡ）で１～８０ｃｍの範囲としている。

【0100】

本発明の幾つかの実施態様によれば、前記ファイバの内側ループの最適な曲率半径は、レーザ効率、即ちポンプパワー対出力パワーを測定する一方、ビーム質又はモーダルコンテンツ（平方メートル）を同時に監視することにより実験的に決定されてもよい。幾つかの実施態様によれば、前記ファイバの内側ループの曲率の平方メートルは、特定の範囲内、即ち１．４未満、１．３未満、１．２未満、或いは１．１未満とする一方、パワー効率が監視されることを要件としている。

【0101】

本発明の幾つかの実施態様によれば、前記半径は、実験的に監視可能なモーダル不安定性によって決定される。ＴＭＩ閾値の監視は、特定の実施態様において、前記ファイバコア、即ち前記ファイバ第１又は第２クラッドの範囲外のストリップ光量を、未使用のポンプコンバイナ脚部又はファイバタップを通じて、パワーメータ、第１光検出器、或いはカメラを以って監視することにより行われてもよい。

【0102】

本発明の幾つかの実施態様によれば、螺旋アクティブファイバの板状ベース１００は、アクティブファイバ及び／又はスプライスの片側冷却を実現する熱伝導ベースである。

【0103】

本発明の幾つかの実施態様によれば、冷却システム５０６は、板状ベース１００の真下にあって且つ該板状ベースに物理的に接触して配置された略板状の冷却層（図４に図示説明される層４００）を備えて十分な放熱を実現している故、特定の動作条件下でのファイバレーザキャビティの連続動作を実現している。前記板状冷却層（図４に図示される層４００）は、動作時にアクティブファイバを冷却するための少なくとも１つの流体チャネルを受け入れて固定的に保持するための板状ベース１００の円形スパイラルと互換性のある構成を有する少なくとも１つの溝チャネル（図４に図示される溝チャネル４０２）を含む。

【0104】

冷却システム５０６は、気体又は気体に熱を変換するための、例えば金属、合金など熱伝導性の高い材料から成るパイプを更に備える。

【0105】

本発明の幾つかの実施態様によれば、板状ベース１００及び板状冷却層４００の間に流体シール（気体又は液体タイプのシール）を要する場合がある。特定の流体（特定の液体又は気体）の場合、板状冷却層４００で流体チャネルを追跡するための溝チャネル４０２にオーリングが設置されてもよい。

【0106】

本発明の幾つかの実施態様によれば、冷却システム５０６は、、熱交換機を利用して水（例えば、水再循環チラー）、液体金属、或いは他の流体の何れかを再循環させてもよい。冷却温度は、好適には摂氏１５～３５度であればよい。

【0107】

本発明の幾つかの実施態様によれば、アクティブファイバパッケージ４００は、パワー損失を監視するため前記二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００に埋設される、少なくとも１つの温度センサを含む。

【0108】

本発明の幾つかの実施態様によれば、二重螺旋アクティブファイバの板状ベースからの放熱を実現するため前記の板状冷却層４００（図４の層４００）以外の何らかの熱交換手段が使用されてもよい点に留意されたい。

【0109】

同図に見られるように、アクティブファイバパッケージ５００は、螺旋溝ラインにより短いファイバを位置決めするための窓セクション５０２及び窓セクション５０４など少なくとも１つの窓セクションを含む。本発明の幾つかの実施態様によれば、前記ファイバが前記スパイラルの全長に十分適合する長さでない場合、窓セクション５０２及び／又は窓セクション５０４は、ファイバの位置決め、即ち少なくとも１つの螺旋溝ラインのスキップに使用されてもよい。以下、図６Ｂに見られ説明されるように、相対的に短いファイバが使用される場合、内側及び外側の螺旋溝ラインのみが使用されてもよい。

【0110】

図６Ａは、全長ファイバの使用例を示し、図６Ｂは、本発明の幾つかの実施態様による、より短いファイバの使用例を示す。図６Ａにおいて、螺旋溝全体がファイバによって占有されている。但し、図６Ｂにおいて、より短いファイバは螺旋溝ラインの一部を占有するに過ぎない。図６Ｂに見られるように、ファイバがポイント６０４に達し、ポイント６０６に跨る場合、幾つかの溝ラインがスキップされる。

【0111】

本発明の幾つかの実施態様によれば、このような窓セクション（複数可）は、様々な形状および大きさであってもよい。

【0112】

図７は、ファイバアンプ７００において使用される二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００を示す。ファイバアンプ７００は、ポンプダイオード７０２と、ポンプ信号コンバイナ７０４と、モードストリッパ７０６と、出力コネクタ７０８と、ポンプ信号コンバイナ７０４及びモードストリッパ７０６の間に実装される二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００と、を含む。

【0113】

図８は、共鳴装置８００において使用される二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００を示す。共鳴装置８００は、ポンプダイオード７０２と、ポンプ信号コンバイナ７０４と、第１ＦＢＧ反射装置８０２Ａと、第２ＦＢＧ反射装置８０２Ｂと、モードストリッパ７０６と、出力コネクタ７０８と、第１ＦＢＧ反射装置８０２Ａ及び第２ＦＢＧ反射装置８０２Ｂの間に実装される二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００と、を含む。

【0114】

図９は、本発明の幾つかの実施態様によってＴＭＩが測定される幾つかのポイントを含む図８の共鳴装置８００を示す。

【0115】

ポイント９０２ － 前記共鳴装置を通じて後退するパワーは、パワーメータ、光検出器、分光計、或いはカメラを以ってポイント９０２で監視されてもよい。また、突然のパワー上昇、スペクトラム変化、或いは温度変化を以ってＴＭＩを示してもよい。

【0116】

ポイント９０４ － 前記ポンプコンバイナの不使用の脚部にあるポイントである。主に前記コイルにおいてより高いモードでストリップされたパワーにより共鳴装置８００を通じて後退するパワーは、パワーメータ、光検出器、分光計、或いはカメラを以ってポイント９０４で監視されてもよい。

【0117】

ポイント９０６及び９０８ － ＦＢＧ反射装置８０２Ａ及び８０２Ｂにあるポイントである。これらのポイントにおいて、ＴＭＩは、温度変化によってコンポーネント上又は冷却流体中の温度センサ経由で、即ち分光計又は光度検出器付きのパッケージを通じて散乱光を監視することによって監視されてもよい。

【0118】

ポイント９１０ － 二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００にあるポイントである。本発明の幾つかの実施態様によれば、前記アクティブファイバは、二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００に埋設された熱センサ、或いは冷却システム温度の変化又は散乱光スペクトルの変化を監視するための熱カメラの何れかを使用することによりポイント９１０で監視されてもよい。

【0119】

ポイント９１２ － モードストリッパにあるポイントである。本発明の幾つかの実施態様によれば、ポイント９１２におけるパワーは、ストリップされたレーザ信号光の変化を探るためのパワーメータ、光検出器、カメラ、或いは分光計を使用して容易に監視されうる。

【0120】

本発明の幾つかの実施態様によれば、温度変化は、ファイバに近接して接続されるか。或いはファイバ結合コンポーネントに直接接続される少なくとも１つの温度センサを使用して監視されてもよい。

【0121】

ポイント９１４ － 前記コイルがかなりの量のより高次元のモードをストリップする場合の突然の効率変化又はパワー低下を明確化するパワーメータ、或いは出力信号の時間的な変動を検出する光検出器付きのカメラ／開口部の何れかを使用してポイント９１４で監視されてもよい。

【0122】

また、これらコネクタは通常モードストリッパを含むため出力コネクタ７０８においても温度変化が監視されてもよい点に留意されたい。また、突然の温度変化を以ってＴＭＩを示すこともありうる。

【0123】

本発明の幾つかの実施態様によれば、前記ファイバレーザの出力は、カメラ、光検出器、或いはレーザ効率の突然の低下、パワー損失、ビームプロファイルの変動、ビームパワーの時間的な変動、或いはモーダルコンテンツを検出するカメラを使用して監視されてもよい。また、特定のコンポーネント、即ちスプライスやモードストリッパの加熱を以ってＴＭＩを示すこともありうる。

【0124】

本発明の幾つかの実施態様によれば、ＴＭＩ閾値の監視は、ファイバコア内、即ちファイバ第１又は第２クラッド内でないストリップ光量を、不使用のポンプコンバイナ又はファイバタップを通じて、パワーメータ、第１光検出器、或いはカメラを以って監視することにより行われてもよい。

【0125】

また、前記クラッド内の光のスペクトルの監視は、例えばポンプダンプストリップスペクトルを監視することによりクラッド内にいつ信号が漏れたかを示してもよい。

【0126】

本発明の幾つかの実施態様によれば、二重螺旋アクティブファイバの板状ベース１００は、アンプ、ファイバレーザ共鳴装置、或いはＡＳＥソースの一部であっても、少なくとも２つのスパイラルを含んでもよい点に留意されたい。

【0127】

更に、出力パワーがモーダル不安定性によって制限されるヒッポドローム構成に基づいたスパイラルとは異なり、本発明の二重螺旋アクティブファイバプレートの場合、出力パワーは、前記ヒッポドローム構成の出力パワーよりも少なくとも５０％だけ高くなる一方、ポンプダイオード（スペクトル）及びポンプ寸法を一定に保っている点に留意されたい。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】