特許 7395594 波長多重化されたシード源を使用する結合されたレーザアーキテクチャ

(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】2023-12-01

(45)【発行日】2023-12-11

(54)【発明の名称】波長多重化されたシード源を使用する結合されたレーザアーキテクチャ

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/23 20060101AFI20231204BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20231204BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20231204BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20231204BHJP

【ＦＩ】

H01S3/23

H01S3/067

H01S3/10 D

H01S5/40

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021541035

(86)(22)【出願日】2020-01-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-21

(86)【国際出願番号】 US2020012679

(87)【国際公開番号】W WO2020185289

(87)【国際公開日】2020-09-17

【審査請求日】2022-07-28

(31)【優先権主張番号】16/248,487

(32)【優先日】2019-01-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】520128820

【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100173565

【弁理士】

【氏名又は名称】末松 亮太

(74)【代理人】

【識別番号】100195408

【弁理士】

【氏名又は名称】武藤 陽子

(72)【発明者】

【氏名】グッドノ，グレゴリー・ディー

(72)【発明者】

【氏名】チェウン，エリク・シー

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－２８９１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１０００８８２１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０００２６８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１２８７４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１６４０８２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

別々の入力ファイバ上で異なる波長においてシードビームを各々が生成する複数の主発振器と、
前記別々のファイバ上の前記シードビームのすべてを受信し、前記シードビームを共通ファイバ上へとスペクトル的に結合するスペクトルマルチプレクサと、
前記共通ファイバ上の前記結合されたシードビームに応答的な電気光学位相変調器（ＥＯＭ）であって、前記結合されたシードビームの位相を、ＲＦドライバから印加される電圧に比例するように変化させることにより、前記結合されたシードビームを変調する、ＥＯＭと、
前記共通ファイバ上の前記変調および結合されたシードビームに応答的な、ならびに、前記シードビームを別々の出力ファイバ上へとスペクトル的に分ける、スペクトルデマルチプレクサと
を備える、波長分割多重化（ＷＤＭ）シードビーム源であって、
前記ＷＤＭシードビーム源が、スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）ファイバレーザ増幅器システムの一部である、
波長分割多重化（ＷＤＭ）シードビーム源。

【請求項2】

前記スペクトルマルチプレクサおよび前記スペクトルデマルチプレクサは、一連のアドドロップフィルタ、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）、または、多重の切り替え可能な出力ファイバを伴うプログラマブルスペクトルフィルタである、請求項１に記載のシードビーム源。

【請求項3】

複数の帯域通過フィルタをさらに備え、前記帯域通過フィルタのうちの別々の１つは、前記出力ファイバのうちの１つにおいて、前記変調されたシードビームのうちの１つを受信およびフィルタリングする、請求項１に記載のシードビーム源。

【請求項4】

前記ＥＯＭから前記共通ファイバ上で前記変調および結合されたシードビームを受信し、前記結合されたシードビームを増幅する前置増幅器をさらに備える、請求項１に記載のシードビーム源。

【請求項5】

前記ＥＯＭから前記共通ファイバ上で前記変調および結合されたシードビームを受信し、前記結合されたシードビームの偏光制御を提供する偏光子をさらに備える、請求項１に記載のシードビーム源。

【請求項6】

前記複数の主発振器は、単一縦モード分布帰還（ＤＦＢ）ダイオードレーザ発振器である、請求項１に記載のシードビーム源。

【請求項7】

前記シードビーム源は、前記スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）ファイバレーザ増幅器システムにおいてのシードビーム源である、請求項１に記載のシードビーム源。

【請求項8】

前記ファイバレーザ増幅器システムは、各々の出力ファイバ上の前記シードビームを増幅する別々のファイバ増幅器と、前記増幅されたビームを、発散する結合されないビームとして自由空間内へ向ける、前記増幅されたビームのすべてに応答的なエミッタアレイと、前記発散する結合されないビームを、コリメートされた結合されないビームとして集束させる、前記発散する結合されないビームに応答的なビームコリメーティング光学素子と、前記異なる波長においての前記増幅されたビームのすべてが、出力ビームとして同じ方向に向けられるように、前記コリメートされた結合されないビームを空間的に結合する、前記コリメートされた結合されないビームに応答的なＳＢＣ格子とを含む、請求項７に記載のシードビーム源。

【請求項9】

前記複数の主発振器、前記スペクトルマルチプレクサ、前記ＥＯＭ、および前記スペクトルデマルチプレクサは、前記ファイバレーザ増幅器システムにおいての第１のシードビーム源モジュールとして構成され、前記ファイバレーザ増幅器システムは、複数の主発振器と、スペクトルマルチプレクサと、ＥＯＭと、スペクトルデマルチプレクサとを各々が有する複数のシードビームモジュールを含み、前記シードビーム源モジュールのすべてにおいての、前記主発振器のすべては、異なる波長において動作する、請求項８に記載のシードビーム源。

【請求項10】

別々の入力ファイバ上で異なる波長においてシードビームを各々が生成する複数の主発振器と、
前記別々のファイバ上の前記シードビームのすべてを受信し、前記シードビームを共通ファイバ上へとスペクトル的に結合するスペクトルマルチプレクサと、
前記共通ファイバ上の前記結合されたシードビームに応答的な電気光学位相変調器（ＥＯＭ）であって、前記結合されたシードビームの位相を、ＲＦドライバからの付与される電圧に比例するように変化させることにより、前記結合されたシードビームを変調する、ＥＯＭと、
前記ＥＯＭから前記共通ファイバ上で前記変調および結合されたシードビームを受信し、前記結合されたシードビームを増幅する前置増幅器と、
前記前置増幅器から前記共通ファイバ上で前記増幅および結合されたシードビームを受信し、前記結合されたシードビームの偏光制御を提供する偏光子と、
前記偏光子からの前記共通ファイバ上の前記偏光制御および結合されたシードビームに応答的な、ならびに、前記シードビームを別々の出力ファイバ上へとスペクトル的に分ける、スペクトルデマルチプレクサと、
複数の帯域通過フィルタであって、前記帯域通過フィルタのうちの別々の１つは、前記出力ファイバのうちの１つにおいて、前記変調されたシードビームのうちの１つを受信およびフィルタリングする、複数の帯域通過フィルタと
を備える、波長分割多重化（ＷＤＭ）シードビーム源であって、
前記ＷＤＭシードビーム源は、スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）ファイバレーザ増幅器システムの一部である、
波長分割多重化（ＷＤＭ）シードビーム源。

【請求項11】

前記スペクトルマルチプレクサおよび前記スペクトルデマルチプレクサは、一連のアドドロップフィルタ、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）、または、多重の切り替え可能な出力ファイバを伴うプログラマブルスペクトルフィルタである、請求項１０に記載のシードビーム源。

【請求項12】

前記複数の主発振器は、単一縦モード分布帰還（ＤＦＢ）ダイオードレーザ発振器である、請求項１０に記載のシードビーム源。

【請求項13】

前記シードビーム源は、前記スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）ファイバレーザ増幅器システムにおいてのシードビーム源である、請求項１０に記載のシードビーム源。

【請求項14】

前記ファイバレーザ増幅器システムは、各々の出力ファイバ上の前記シードビームを増幅する別々のファイバ増幅器と、前記増幅されたビームを、発散する結合されないビームとして自由空間内へ向ける、前記増幅されたビームのすべてに応答的なエミッタアレイと、前記発散する結合されないビームを、コリメートされた結合されないビームとして集束させる、前記発散する結合されないビームに応答的なビームコリメーティング光学素子と、前記異なる波長においての前記増幅されたビームのすべてが、出力ビームとして同じ方向に向けられるように、前記コリメートされた結合されないビームを空間的に結合する、前記コリメートされた結合されないビームに応答的なＳＢＣ格子とを含む、請求項１３に記載のシードビーム源。

【請求項15】

前記複数の主発振器、前記スペクトルマルチプレクサ、前記ＥＯＭ、および前記スペクトルデマルチプレクサは、前記ファイバレーザ増幅器システムにおいての第１のシードビーム源モジュールとして構成され、前記ファイバレーザ増幅器システムは、複数の主発振器と、スペクトルマルチプレクサと、ＥＯＭと、スペクトルデマルチプレクサとを各々が有する複数のシードビームモジュールを含み、前記シードビーム源モジュールのすべてにおいての、前記主発振器のすべては、異なる波長において動作する、請求項１４に記載のシードビーム源。

【請求項16】

スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）ファイバレーザ増幅器システムであって、
別々の入力ファイバ上で異なる波長においてシードビームを各々が生成する複数の主発振器と、前記別々のファイバ上の前記シードビームのすべてを受信し、前記シードビームを共通ファイバ上へとスペクトル的に結合するスペクトルマルチプレクサと、前記共通ファイバ上の前記結合されたシードビームに応答的な電気光学位相変調器（ＥＯＭ）であって、前記結合されたシードビームの位相を、ＲＦドライバからの付与される電圧に比例するように変化させることにより、前記結合されたシードビームを変調する、ＥＯＭと、前記共通ファイバ上の前記変調および結合されたシードビームに応答的な、ならびに、前記シードビームを別々の出力ファイバ上へとスペクトル的に分ける、スペクトルデマルチプレクサとを含む、波長分割多重化（ＷＤＭ）シードビーム源と、
前記出力ファイバのうちの１つにおいての前記変調されたシードビームを各々が増幅する複数のファイバ増幅器と、
前記増幅されたビームを、発散する結合されないビームとして自由空間内へ向ける、前記増幅されたビームのすべてに応答的なエミッタアレイと、
前記発散する結合されないビームを、コリメートされた結合されないビームとして集束させる、前記発散する結合されないビームに応答的なビームコリメーティング光学素子と、
前記異なる波長においての前記増幅されたビームのすべてが、出力ビームとして同じ方向に向けられるように、前記コリメートされた結合されないビームを空間的に結合する、前記コリメートされた結合されないビームに応答的なＳＢＣ格子と
を備える、スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）ファイバレーザ増幅器システム。

【請求項17】

前記ＷＤＭシードビーム源は、複数の主発振器と、スペクトルマルチプレクサと、ＥＯＭと、スペクトルデマルチプレクサとを各々が有する複数のモジュール化されたＷＤＭシードビーム源のうちの１つであり、前記複数のモジュール化されたＷＤＭシードビーム源のすべてにおいての、前記主発振器のすべては、異なる波長において動作する、請求項１６に記載のＳＢＣファイバレーザ増幅器システム。

【請求項18】

前記ＷＤＭシードビーム源は、複数の帯域通過フィルタをさらに含み、前記帯域通過フィルタのうちの別々の１つは、前記出力ファイバのうちの１つにおいて、前記変調されたシードビームのうちの１つを受信およびフィルタリングする、請求項１６に記載のＳＢＣファイバレーザ増幅器システム。

【請求項19】

前記ＷＤＭシードビーム源は、前記ＥＯＭから前記共通ファイバ上で前記変調および結合されたシードビームを受信し、前記結合されたシードビームを増幅する前置増幅器をさらに含む、請求項１６に記載のＳＢＣファイバレーザ増幅器システム。

【請求項20】

前記ＷＤＭシードビーム源は、前記ＥＯＭから前記共通ファイバ上で前記変調および結合されたシードビームを受信し、前記結合されたシードビームの偏光制御を提供する偏光子をさらに含む、請求項１６に記載のＳＢＣファイバレーザ増幅器システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本開示は、一般的には、スペクトルビーム結合（ＳＢＣ：ｓｐｅｃｔｒａｌ ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）により結合される異なる波長においての増幅されたビームを生成する複数のビームチャネルを用いるファイバレーザ増幅器システムに対する波長分割多重化（ＷＤＭ）シードビーム源に関し、より詳しくは、ＳＢＣにより結合される異なる波長においての増幅されたビームを生成する複数のビームチャネルを用いるファイバレーザ増幅器システムに対するＷＤＭシードビーム源であって、シードビームのすべてを単一ファイバ上へと多重化するためのマルチプレクサと、ファイバ上の結合されたシードビームを変調する電気光学変調器（ＥＯＭ）と、変調されたシードビームのすべてを別々のファイバ上へと分けることを、シードビームが増幅されスペクトル的に結合される前に行うためのデマルチプレクサとを含む、シードビーム源に関する。

【背景技術】

【0002】

論考
[0002]高パワーレーザ増幅器は、工業、商業、軍事、その他を含む、多くの用途を有する。高パワーレーザに対する１つの具体的な例は、レーザ兵器システムである。レーザ増幅器の設計者は、これらおよび他の用途に対するレーザ増幅器のパワーを増大するための手立てを継続的に研究している。１つの知られているタイプのレーザ増幅器は、シードビームと、シードビームを増幅し、レーザ出力ビームを生成するためのポンプビームとを受信する、添加ファイバを用いるファイバレーザ増幅器であり、ファイバは、典型的には、約１０～２０μｍの有効芯直径を有する。

【0003】

[0003]ファイバレーザ増幅器設計においての改善が、ファイバ増幅器の出力パワーを、そのファイバ増幅器の現実的なパワーおよびビーム品質限界に近付くように増大した。出力パワーをさらに増大するために、一部のファイバレーザシステムは、増幅されたビームを何らかの方式で結合して、より高いパワーを生成する、多重ファイバレーザ増幅器を用いる。このタイプのファイバレーザ増幅器システムに対する設計難題は、複数のファイバ増幅器からのビームを結合することを、それらのビームが、ビーム直径にわたって一様な位相を有する単一ビーム出力を提供し、そのことによって、ビームが、小さい焦点スポットに集束させられ得るような様式で行うことである。結合されたビームを、長い距離（遠方界）において小さいスポットに集束させることが、ビームの品質を明確にする。

【0004】

[0004]スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）として知られている１つの多重ファイバレーザ増幅器設計において、複数の主発振器（ＭＯ）が、異なる波長において複数のファイバシードビームを生成し、各々のファイバシードビームは増幅される。増幅されたファイバシードビームは、次いで、異なる波長ファイバビームを単一出力ビームへと結合する、回折格子、または他の波長選択素子に向けられる。回折格子は、素子内へと形成される周期的構造を有し、そのことによって、わずかに異なる波長および角度方向を各々が有する個々のファイバビームが、周期的構造により方向を変えられるとき、ビームのすべてが、同じ方向において回折格子から回折する。しかしながら、スペクトル輝度に関する制限が、波長合成され得るシードビームの数を制限し、かくして、レーザの出力パワーを制限する。

【0005】

[0005]ＳＢＣは、レーザ源を、例えば１００ｋＷレベルより大である兵器クラス輝度にスケーリングするための１つの方法である。述べられたように、ＳＢＣレーザ兵器システムは、典型的には、Ｙｂ添加ファイバ増幅器（ＹＤＦＡ）などの、多重高パワーレーザチャネルからのビームを結合する、回折格子などの分散光学素子を用いるが、任意のレーザ素子が使用され得る。レージング利得媒体の制限される利得帯域幅（例えば、ＹＤＦＡに対する約４０ｎｍアクセス可能利得帯域幅）のため、レーザビーム源チャネルは、良好な結合されたビーム品質を維持しながら、ＳＢＣシステムを高パワーにスケーリングするために、高スペクトル輝度（ｋＷ／ｎｍ）を提供するように構成されなければならず、その結合されたビーム品質は、格子からの角度分散に起因して、チャネル線幅が相対的に狭くないならば悪化させられることになる。

【0006】

[0006]ＹＤＦＡからの高スペクトル輝度を達成するために、低パワー、狭線幅光によって増幅器をシードすることが必要である。しかしながら、ＹＤＦＡにおいての２つの非線形劣化が、シードビーム特性を制約する。第１に、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）は、シードビーム線幅が、そのシードビームのコヒーレンス長さを減少し、かくして、ＳＢＳパワーしきい値を増大するように拡幅されるということを要する。第２に、カー非線形性は、シードビームが、ＹＤＦＡにおいての自己位相変調（ＳＰＭ）または相互位相変調（ＸＰＭ）による、望まれない非線形スペクトル拡幅を防止するように、低い相対強度雑音（ＲＩＮ）を呈するという要件を課す。

【0007】

[0007]これらの２つの非線形劣化は、典型的には、複数のチャネルを有するＳＢＣシステムアーキテクチャを要し、各々のレーザチャネルは、低パワー主発振器フロントエンドアセンブリ（ＭＯＦＥＡ：ｍａｓｔｅｒ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、高パワーＹＤＦＡ（または、ＹＤＦＡのチェーン）とを含み、そのＹＤＦＡの出力ビームが、ビーム結合光学素子を使用して、単一ビームへと結合される。各々のＭＯＦＥＡは、電気光学変調器（ＥＯＭ）により後に続かれる、典型的には単一縦モード分布帰還（ＤＦＢ）ダイオードレーザ発振器である主発振器（ＭＯ）を含む。ＥＯＭは、付与される電圧に比例して、シードビームの位相を変化させる。高パワーを伴う無線周波数（ＲＦ）源をＥＯＭに付与することにより、出力ビームは、入力シードビームと比較して相当に拡幅された、その出力ビームの線幅を有することになる。ＳＢＳ劣化を伴わずにｋＷクラスＹＤＦＡをシードするのに適した線幅拡幅に対する典型的な値は、約１０ＧＨｚ／ｋＷの程度である。線幅を拡幅されたシードビームは、その位相のみが変調され、その振幅は変調されないので、理想的にはゼロＲＩＮを呈することになる。このことは、ＹＤＦＡにおいてのＳＰＭまたはＸＰＭを回避することにより、スペクトル拡幅を、および、結合されたＳＢＣビームのビーム品質の、結果としての損失を防止する。

【0008】

[0008]特に空中および陸上プラットフォームに対して、ファイバレーザシステムのサイズ、重量、およびパワー（ＳＷａＰ：ｓｉｚｅ， ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ）は、配備および使用を制限する主要な要因である。特に、ＭＯＦＥＡは、高部品総数、および、結果としての高コストという難点がある。構成要素の、よりコンパクトなパッケージングおよび経路設定に対する機会が確かに存するが、多重チャネルに対する並列高パワーＲＦ源およびＥＯＭに対する要件が、ＳＷａＰ、および、ＭＯＦＥＡのコストの両方に対する重大な一因である。ＳＷａＰ、および、ＳＢＣレーザビーム源に対して使用されるＭＯＦＥＡのコストの低減を可能にすることになる、アーキテクチャ的および構成要素改善に対する必要性が存する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0009】

[0009]本開示は、異なる波長においてシードビームを生成するいくつかの主発振器と、シードビームのすべてを単一ファイバ上へと多重化するスペクトルマルチプレクサとを含む、ファイバレーザ増幅器システムに対するＷＤＭシードビーム源を論考および説明する。単一電気光学変調器（ＥＯＭ）が、単一ファイバ上の結合されたシードビームを変調し、スペクトルデマルチプレクサが、次いで、変調されたシードビームを、別々のファイバ上のそれらのシードビームの成分たる波長へと分けることを、シードビームが増幅されスペクトル的に結合される前に行う。ファイバレーザ増幅器システムは、分けられたシードビームを増幅する別々のファイバ増幅器と、増幅されたビームを、発散する結合されないビームとして自由空間内へ向ける、別々の増幅されたビームのすべてに応答的なエミッタアレイと、発散する結合されないビームを、コリメートされた結合されないビームとして集束させる、発散する結合されないビームに応答的なビームコリメーティング光学素子と、異なる波長においての増幅されたビームのすべてが、出力ビームとして同じ方向に向けられるように、コリメートされた結合されないビームを空間的に結合する、コリメートされた結合されないビームに応答的なＳＢＣ格子とを含む。

【0010】

[0010]本開示の追加的な特徴は、添付図面と連関して取り上げられて、後に続く説明、および、添付される特許請求の範囲から明らかになることになる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】多重波長チャネルを含む知られているＳＢＣファイバレーザ増幅器システムの概略線図である。

【図2】図１において示されるＳＢＣファイバレーザ増幅器システムにおいてのチャネルのうちの１つにおいてのシードビーム源の概略ブロック線図である。

【図3】図１において示されるタイプのＳＢＣファイバレーザ増幅器システムに対して要される、図２において示されるタイプのシードビーム源のすべてを置き換えることができるＷＤＭシードビーム源の概略ブロック線図である。

【図4】図３において示されるタイプの多重のモジュール化されたＷＤＭシードビーム源を含むＳＢＣファイバレーザ増幅器システムの概略線図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

[0015]スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）を用いるファイバレーザ増幅器システムに対する波長分割多重化（ＷＤＭ）シードビーム源に向けられた、本開示の実施形態の、後に続く論考は、本来はただ単に例示的なものであり、本開示、または、本開示の用途もしくは使用を限定することを決して意図されない。

【0013】

[0016]図１は、個別の波長λにおいてファイバ１６上で提供されるシードビームを生成するシードビーム源１４を各々が有する、Ｎ個の数の波長チャネル１２を含む、知られているＳＢＣファイバレーザ増幅器システム１０の概略ブロック線図であり、各々のシードビーム源１４は、異なるビーム波長λ_１～λ_Ｎを生成する。ファイバ１６上のシードビームの各々は、Ｙｂ添加ファイバ増幅器などのファイバ増幅器２０に送出され、増幅器２０は、典型的には、光学ポンプビーム（図示せず）を受信する、ファイバ１６の添加増幅部分であることになる。増幅されたビームのすべては、発散する増幅されたビームのセットを自由空間内へと出力する光学エミッタアレイ２２に向けられ、個々のビーム波長λ_１～λ_Ｎは、わずかに異なるエミッタ位置から伝搬している。発散するビームは、発散するビームをコリメートし、それらの発散するビームをスペクトルビーム結合（ＳＢＣ）格子２６上へ向ける、コリメーティング光学素子２４に関して去るように反射させられ、そのことによって、個々のビームのすべてが、格子２６に衝突し、同じフットプリント上に重なる。格子２６は、個々のビーム波長λを空間的に回折させ、個々の増幅されたビームを、結合された出力ビーム２８として同じ方向に向ける。

【0014】

[0017]図２は、チャネル１２のうちの１つに対するシードビーム源１４のうちの１つの概略ブロック線図であり、構成要素の他の変形形態を有する他のシードビーム源が、さらには使用され得る。各々のシードビーム源１４は、個別のチャネル１２の波長λを有する連続波単一周波数ビームを生成する主発振器（ＭＯ）３０を含む。１つの実施形態において、ＭＯ３０は、単一縦モード分布帰還（ＤＦＢ）ダイオードレーザ発振器であり得る。ＭＯ３０により生成されるシードビームは、シードビームの位相を、高パワーを伴う増幅された無線周波数（ＲＦ）電気ドライバ３４により提供される、付与される電圧に比例するように変化させる、電気光学変調器（ＥＯＭ）３２に送出され、そのことによって、出力シードビームは、入力シードビームと比較して相当に拡幅される線幅を有し、そのことは、下流の高パワーファイバ増幅器２０においての誘導ブリルアン散乱を抑制する。増幅器ドライバ３８により駆動される、１つまたは複数の低パワー（典型的には、約１０～１００ｍＷ）前置増幅器３６が、拡幅されたシードビームを受信し、前置増幅器３６は、高パワーファイバ増幅器２０をシードするのに適したレベルにビームパワーを高めるように、半導体光学増幅器（ＳＯＡ）またはファイバ増幅器のいずれかであり得る。１つまたは複数のクリーンアップ偏光子４０が、高偏光消光比（ＰＥＲ）を確実にするために、上流の構成要素においての不完全性によりもたらされる偏光解消されたパワーをフィルタリング除去する。光学帯域通過ファルタ４２は、ＭＯ３０からの、および／または、前置増幅器３６からの拡幅された誘導放出を低減する。

【0015】

[0018]上記で論考されたように、とりわけ空中および陸上レーザシステムプラットフォームに対して、レーザシステムのサイズ、重量、およびパワー（ＳＷａＰ）は、配備および使用を制限する主要な要因である。並列シードビーム源１４のすべては、図２において示される構成要素のすべてを含むので、システムは、高部品総数、および、結果としての高コストという難点がある。並列高パワーＲＦ源およびＥＯＭに対する要件が、ＳＷａＰ、および、シード源のコストの両方に対する重大な一因である。

【0016】

[0019]図３は、図１において示されるタイプのＳＢＣファイバレーザ増幅器システムに対する、図２において示されるタイプのシードビーム源１４のすべてを置き換えることができる、異なる波長λ_１～λ_Ｎにおいての多重シードビームを提供する波長分割多重化（ＷＤＭ）シードビーム源５０の概略ブロック線図であり、シードビーム源１４に対する同類の要素は、同じ参照番号により識別される。シードビーム源５０において、ＭＯ３０のすべてからのＮ個のビームチャネル波長λ_１～λ_Ｎが、１つのＥＯＭ３２と、１つのＲＦドライバ３４と、１つの前置増幅器３６と、１つの増幅器ドライバ３８と、１つの偏光子４０とを有する単一変調チャネル５２内で結合される。このことを成し遂げるために、ＭＯ３０のすべてからのシードビームは、シードビームの波長λ_１～λ_Ｎのすべてを単一ファイバ５６上へと多重化するスペクトルマルチプレクサ５４に送出され、結合されたシードビームは、次いで、上記で論考された様式で変調されるようにＥＯＭ３２に送出され、次いで、前置増幅器３６により増幅され、次いで、偏光子４０により偏光フィルタリングされる。偏光子４０からの結合されたシードビームは、異なる波長λ_１～λ_Ｎシードビームを別々のファイバ６０内へと分けることを、帯域通過フィルタ４２に、および次いで、ファイバ増幅器２０に送出される前に行うスペクトルデマルチプレクサ５８に送出される。かくして、Ｎ－１個のＥＯＭ、雑音ドライバ、前置増幅器、増幅器ドライバ、および偏光子が、知られている設計から除かれ得る。

【0017】

[0020]スペクトルマルチプレクサ５４およびスペクトルデマルチプレクサ５８は、本明細書において論考される目的のための任意の適した波長分割デバイスであり得る。１つの技法は、安価であり、市販で入手可能であるファイバスプリッタを単純に使用することである。しかしながら、ファイバスプリッタは、入力パワーの１／Ｎのみが出力チャネル内へと成功裏に伝送されることになるので、非常に有損失である。その上、シードビーム源のデマルチプレクサ端部において、スプリッタの使用は、高パワー増幅器２０により課されるクロストーク要件を満たすために、近接する波長の約－５０ｄＢ遮断の、帯域通過フィルタ４２への厳しい要件を課す。高損失に起因して、より高いパワー増幅器が、単一前置増幅器３６に代わって使用されることを必要とし得る。より低い損失を伴う代替の手法は、波長依存素子を使用することであり得る。例えば、この素子は、ファイバブラッグ格子に基づく一連のアドドロップフィルタ、または、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）、または、多重の切り替え可能な出力ファイバを伴うプログラマブルスペクトルフィルタを備え得る。これらは、テレコム波長帯域（約１５５０ｎｍ）においての一般によくある解決策である。スペクトルフィルタはプログラマブルであるので、そのフィルタは、チャネルチューニングおよび構成において、大である柔軟性を提供する。そのフィルタは、各々の信号通過帯域の近くで随意に、増幅された誘導放出を排除するように構成され得る。そのフィルタは、さらには、単一構成要素を使用してすべてのチャネルをスペクトル的に形状設定する能力を提供し、そのことは、ＦＭ－ＡＭ変換の前置補償に対する有用性を加え得る。

【0018】

[0021]ＷＤＭシードビーム源を、各々Ｍ個のチャネルのＮ／Ｍ個の群へとモジュール化して、Ｎ個の高パワーチャネルのセットをシードすることが有益であり得る。ＷＤＭシードビーム源をモジュール化することは、Ｎチャネルシステムに対する根本のチャネル総数からシード源構成要素パワーを切り離す。モジュールサイズＭは、システムチャネル総数Ｎから独立して選択され得る。この柔軟性は、ＷＤＭシードビーム源においてのより低いパワー構成要素の使用を可能にする。

【0019】

[0022]モジュール化されたシードビーム源手法が有益であり得る別の理由は、その手法が、さらには、総体的なレーザシステムに対する波長選択方案においての柔軟性を提供するということである。このことは重要であり得るものであり、なぜならば、Ｎ個のチャネルの数が、より高いＳＢＣシステムパワーを可能にするために増大する際、ビームの波長は、増幅器利得帯域幅の範囲内で適合するように、一緒に、より近くで間隔を空けられなければならないからである。しかしながら、波長チャネル間隔が近いほど、低いクロストークを伴いながらシードビームを分けることは困難である。０．２５ｎｍ（６６ＧＨｚ）のチャネルの間の波長λ間隔に対して、それを超えると各々のチャネルが有意なスペクトルコンテンツを有する、約４０～５０ＧＨｚに対する平坦な通過帯域を維持しながら、近隣波長に対する－５０ｄＢクロストークを伴う、帯域通過フィルタを構築することは困難である。ＷＤＭシードビーム源をモジュール化することにより、波長は、ＳＢＣ出力ビーム内では同じ狭いチャネル間隔を保ちながら、同じモジュール内へと、広いチャネル間隔を伴って一緒に群にされ得る。この構成において、チャネル間隔は、Ｎ／Ｍ倍に、すなわち、離散的なＷＤＭシード源モジュールの数だけ増大され得る。このことは、分離およびクロストーク要件を緩和し、普通の場合に実用可能であることになるより高いチャネル総数へのスケーリングを可能にする。

【0020】

[0023]上記で論考されたモジュール化されたシードビーム源の具体的な例として、１０４０～１０８０ｎｍの波長全範囲を伴い、総波長全範囲Ｄｌが４０ｎｍである、典型的なＳＢＣレーザシステムを考える。源がＮ＝１６０個の波長チャネルを含むならば、波長間隔ｄｌは、Ｄｌ／Ｎ＝０．２５ｎｍであることになる。モジュールサイズＭが８つのチャネルであるならば、システムは、Ｎ／Ｍ（１６０／８）すなわち２０個のモジュールを有することになる。モジュール出力をスペクトル的にインターリーブすることにより、波長間隔は、各々のモジュールの内部で、Ｎ／Ｍ＊ｄｌ＝５ｎｍに増大され得る。例えば、第１のモジュールにおいて、波長方案は、｛１０４０、１０４５、１０５０、１０５５、１０６０、１０６５、１０７０、１０７５｝ｎｍであることになる。第２のモジュールにおいて、波長方案は、同じであるが、ｄｌだけ上方に移され、すなわち、｛１０４０．２５、１０４５．２５、１０５０．２５、１０５５．２５、１０６０．２５、１０６５．２５、１０７０．２５、１０７５．２５｝ｎｍであることになる。この様式で、帯域通過フィルタ４２は、０．２５ｎｍ波長間隔の代わりに５ｎｍ波長間隔に対して単に設計されることを必要とする。

【0021】

[0024]図４は、上記で論考されたモジュール式ＷＤＭシードビーム源手法を例解するＳＢＣファイバレーザ増幅器システム７０の概略線図であり、シードビーム源５０およびファイバレーザ増幅器システム１０に対する同類の要素は、同じ参照番号により識別される。システム７０は、上記で論考されたように、異なる波長において動作するＮ／Ｍ個の数のＭＯ３０を各々が含む、Ｍ個の数の波長群モジュール７２を含む。各々のモジュール７２内のシードビームの近接する波長λの間の間隔は、チャネルの間のクロストークが問題点にならないほど十分に隔たって遠い。上記で与えられた例において、その波長λ間隔は、５ｎｍである。しかしながら、異なるモジュール７２内のシードビームの波長の間の間隔は、非常に近くあり得るものであり、なぜならば、フィルタ４２が、異なるモジュール７２内にあり、そのことが、クロストークを防止するからである。上記で与えられた例において、その波長λ間隔は、０．２５ｎｍである。かくして、モジュール化されたシステム７０を使用することにより、構成要素のＮ（Ｍ－１）／Ｍ個の重複セットが、結果としてのＳＷａＰおよびコスト節約を伴って、知られている設計から除かれ得る。

【0022】

[0025]上述の論考は、本開示のただ単に例示的な実施形態を開示および説明するものである。当業者は、様々な変更、修正、および変形が、後に続く特許請求の範囲において定義されるような本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、それらの実施形態においてなされ得るということを、そのような論考から、ならびに、添付図面および特許請求の範囲から、たやすく認識することになる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】