特表 2023-533128 アクティブ光ボルテックスファイバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-02

(54)【発明の名称】アクティブ光ボルテックスファイバ

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/10 20060101AFI20230726BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20230726BHJP

   G02B 6/036 20060101ALI20230726BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20230726BHJP

   G02B 6/26 20060101ALI20230726BHJP

【ＦＩ】

H01S3/10 D

H01S3/067

G02B6/036

G02B6/02 411

G02B6/02 376B

G02B6/26

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2022571166

(86)(22)【出願日】2020-06-02

(85)【翻訳文提出日】2023-01-10

(86)【国際出願番号】 FI2020050381

(87)【国際公開番号】W WO2021245320

(87)【国際公開日】2021-12-09

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522452444

【氏名又は名称】アンプリコニックス オイ

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】フィリッポフ ヴァレリー

(72)【発明者】

【氏名】シャモロフスキー ユリー

【テーマコード（参考）】

2H137

2H250

5F172

【Ｆターム（参考）】

2H137AA13

2H137AB06

2H137BA03

2H137BA04

2H137BA07

2H137BA23

2H137BB08

2H137BC31

2H137BC51

2H137BC53

2H250AB03

2H250AC12

2H250AC13

2H250AC17

2H250AD02

2H250AD15

2H250AE71

2H250AH33

5F172AM04

5F172AM05

5F172AM08

5F172BB68

5F172BB73

5F172DD03

5F172NN03

5F172NN04

5F172NQ46

5F172NR28

5F172ZZ01

5F172ZZ11

(57)【要約】

様々な例示的実施形態は、アクティブ光ファイバおよびアクティブ光ファイバを使用するデバイスに関する。アクティブ光ファイバは、環状のアクティブコアによって囲まれる中央部を備え得る。ファイバがシングルモード部とマルチモード部とを備えるように、ファイバはテーパ状の縦断面形状を有し得る。環状コアは、例えば、ファイバの製造中にファイバ母材を回転（スピニング）させることによって獲得される低複屈折を有し得る。環状コアの屈折率は、環状コアを囲む中央部およびクラッド層の屈折率よりも高くなり得る。アクティブ光ファイバは、軌道角運動量（ＯＡＭ）を有する光モードの選択的な生成または増幅を可能にする。さらに、ファイバは大きなモードフィールド径（ＭＦＤ）を有し、内部加熱または環境による影響を受けない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の屈折率ｎ_１を有する中央部であって、前記中央部の直径がアクティブ光ファイバのセクションの長さに沿って徐々に変化し、テーパ状の縦断面形状を形成する、中央部と、
前記中央部を半径方向で囲む環状コアであって、前記環状コアには、少なくとも１つの希土類元素がドープされ、ｎ_２＞ｎ_１である第２の屈折率ｎ_２を有し、前記環状コアの複屈折が１０^－５未満である、環状コアと、
前記環状コアを半径方向で囲み、ｎ_３＜ｎ_２である第３の屈折率ｎ_３を有する第１のクラッド層と、
ｎ_４＜ｎ_３である第４の屈折率ｎ_４を有する、前記第１のクラッド層を半径方向で囲む第２のクラッド層と
を備え、前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分が光信号のシングルモード動作をサポートするように構成され、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分が光信号のマルチモード動作をサポートするように構成される、アクティブ光ファイバのセクション。

【請求項2】

前記アクティブ光ファイバのセクションの前記第１の部分が、以下の条件：
２ａ＜λ_Ｓ、および
２πｂＮＡ／λ_Ｓ＜２．４０５
を満たすように構成され、
式中、ａは前記環状コアの内径であり、ｂは前記環状コアの外径であり、λ_Ｓは前記光信号の波長であり、ＮＡは前記環状コアの開口数であり、

【数1】

である、請求項２に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項3】

前記環状コア、前記第１のクラッド層、または前記第２のクラッド層、のうちの少なくとも1つの厚みが、前記テーパ状の縦断面形状に沿って徐々に変化する、請求項１または請求項２に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項4】

前記テーパ状の縦断面形状が、放物線状の凸形状を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項5】

前記中央部が、半径方向において実質的に対称である、請求項１から４のいずれか一項に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項6】

前記アクティブ光ファイバのセクションを引っ張っている間、ファイバ母材を回転させることによって得られる、請求項１から５のいずれか一項に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項7】

前記アクティブ光ファイバのセクションのピッチが、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分において２～１５ｍｍの範囲にある、請求項６に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項8】

前記アクティブ光ファイバのセクションを引っ張っている間の回転角速度が、３００～１０００ｒｐｍの範囲である、請求項６または請求項７に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項9】

前記環状コアが、前記アクティブ光ファイバのセクションの前記第１の部分で前記光信号を受信するように構成される、請求項１～８のいずれか一項に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項10】

前記第１のクラッド層が、前記アクティブ光ファイバのセクションの前記第１の部分および／または前記アクティブ光ファイバのセクションの前記第２の部分においてポンプ放射を受信するように構成される、請求項１～９のいずれか一項に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項11】

前記ポンプ放射λ_Ｐの波長が、前記光信号λ_Ｓの波長より短い、請求項１～１０のいずれか一項に記載のアクティブ光ファイバのセクション。

【請求項12】

請求項１０または請求項１１に記載のアクティブ光ファイバのセクションを備える装置であって、
光信号を生成するように構成された光源と、
軌道角運動量を有する光信号を生成するように構成された光変換器と、
第１のポンプ放射源からのポンプ放射の第１の部分および前記光変換器からの光信号を、前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラーと、
第２のポンプ放射源からのポンプ放射の第２の部分を前記アクティブ光ファイバの第２の部分に結びつけ、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から出力光信号を提供するように構成された第２のダイクロイックミラーと
をさらに備える、装置。

【請求項13】

請求項１０または請求項１１に記載のアクティブ光ファイバのセクションを備える装置であって、
光信号を反射するように構成された第１のミラーであって、軌道角運動量を有する光信号を生成するように構成された光変換器に光学的に接続される第１のミラーと、
前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分に光学的に接続される第２のミラーであって、前記第１のミラーの反射率が前記第２のミラーの反射率よりも高い、第２のミラーと、
第１のポンプ放射源からのポンプ放射の第１の部分および前記光変換器からの光信号を前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラーと、
第２のポンプ放射源からのポンプ放射の第２の部分を前記アクティブ光ファイバの第２の部分に結びつけ、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から前記第２のミラーを介して出力光信号を提供するように構成された第２のダイクロイックミラーと
をさらに備える、装置。

【請求項14】

前記光変換器が、ＳプレートまたはＱプレートを備える、請求項１２または請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

請求項１０または請求項１１に記載のアクティブ光ファイバのセクションを備える装置であって、
光信号を生成するように構成された光源と、
第１のポンプ放射源の１つからのポンプ放射の第１の部分および前記光源からの光信号を、前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラーと、
前記光ファイバのセクションの第１の部分に近接し、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分の内部に統合された光変換器であって、前記光信号に対して軌道角運動量（ＯＡＭ）を生成するように構成される、光変換器と、
第２のポンプ放射源からのポンプ放射の第２の部分を前記アクティブ光ファイバの第２の部分に結びつけ、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から出力光信号を提供するように構成された第２のダイクロイックミラーと
をさらに備える、装置。

【請求項16】

請求項１０または請求項１１に記載のアクティブ光ファイバのセクションを備える装置であって、
前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に光学的に接続され、前記光信号を反射するように構成された第１のミラーと、
前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分に光学的に接続され、前記光信号を反射するように構成された第２のミラーであって、前記第１のミラーの反射率が前記第２のミラーの反射率よりも高い、第２のミラーと、
第１のポンプ放射源からのポンプ放射の第１の部分を前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラーと、
前記光ファイバのセクションの第１の部分に近接し、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分の内部に統合された光変換器であって、前記光信号に対して軌道角運動量（ＯＡＭ）を生成するように構成される、光変換器と、
第２のポンプ放射源からのポンプ放射の第２の部分を前記アクティブ光ファイバの第２の部分に結びつけ、前記第２のミラーを介して前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から出力光信号を提供するように構成された第２のダイクロイックミラーと
をさらに備える、装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

様々な例示的実施形態は、概して、アクティブ光ファイバおよびアクティブ光ファイバを使用するデバイスの分野に関する。特に、いくつかの例示的実施形態は、軌道角運動量（ｏｒｂｉｔａｌ ａｎｇｕｌａｒ ｍｏｍｅｎｔｕｍ）（ＯＡＭ）を有する光信号の生成および増幅に関する。

【背景技術】

【0002】

ファイバレーザおよび増幅技術は、様々な用途に使用され得る。用途の中には、光信号の軌道角運動量（ＯＡＭ）を利用することがある。ＯＡＭを有する光信号は、種々の手段によって生成することができる。しかしながら、達成可能な光強度およびモーダルコントラストは、全ての用途において十分なものではない場合がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

この要旨は、以下の詳細な説明でさらに説明される概念の選択を簡略化された形式で導入するために提供される。この要旨は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることを意図するものでもない。

【0004】

例示的実施形態は、ＯＡＭを有する光信号を使用する用途に適したアクティブ光ファイバのセクション（ｓｅｃｔｉｏｎ）を提供する。さらなる実施形態は、従属請求項、明細書、および図面で提供される。

【0005】

第１の態様によれば、アクティブ光ファイバのセクションは、第１の屈折率ｎ_１を有する中央部であって、中央部の直径がアクティブ光ファイバのセクションの長さに沿って徐々に変化し、テーパ状の縦断面形状を形成する、中央部と、中央部を半径方向で囲む環状コアであって、環状コアには、少なくとも１つの希土類元素がドープされ、ｎ_２＞ｎ_１である第２の屈折率ｎ_２を有し、環状コアの複屈折が１０^－５未満である、環状コアと、環状コアを半径方向で囲み、ｎ_３＜ｎ_２である第３の屈折率ｎ_３を有する第１のクラッド層と、ｎ_４＜ｎ_３である第４の屈折率ｎ_４を有する、第１のクラッド層を半径方向で囲む第２のクラッド層とを備えることができ、アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分が光信号のシングルモード動作をサポートするように構成され、アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分が光信号のマルチモード動作をサポートするように構成される。

【0006】

付随する特徴の多くは、添付の図面に関連して考慮される以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるようになるので、より容易に理解されるであろう。

【0007】

例示的実施形態のさらなる理解を提供し、本明細書の一部を構成するために含まれる添付の図面は、例示的実施形態を示し、説明とともに例示的実施形態の理解を助ける。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・テーパード・ボルテックス・ファイバのセクションの一例を示す。

【図2】例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・テーパード・ボルテックス・ファイバの第１のクラッド層の切断の例を示す。

【図3】例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・テーパード・ボルテックス・ファイバのセクション内を伝搬する光信号の電界分布の例を示す。

【図4】例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・ボルテックス・ファイバを備える主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）の例を示す。

【図5】例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・ボルテックス・ファイバを備えるレーザの例を示す。

【図6】例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・ボルテックス・ファイバを備える主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）の別の例を示す。

【図7】例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・ボルテックス・ファイバを備えるレーザの別の例を示す。

【0009】

添付の図面において、同様の参照は同様の部品を示すために使用される。

【発明を実施するための形態】

【0010】

ここで、添付図面に例示されている例示的実施形態について詳細に参照する。以下に提供される添付図面に関する詳細な説明は、本実施例の説明として意図するものであり、本実施例の構成または利用が可能な唯一の形態を表すことを意図するものではない。この説明では、実施例の機能および実施例を構成および動作させるためのステップの順序を示す。しかしながら、同一または同等の機能および順序が異なる実施例によって達成されてもよい。

【0011】

一般に、光ファイバは、コアの屈折率よりも低い屈折率を有する、少なくとも１つのクラッド層によって囲まれたコアを含むことができる。コアおよびクラッド材料の屈折率は、コア内を伝播する光の全内部反射の臨界角に影響を与える。この角度は、光ファイバの端から発射された光がコア内を伝搬できる入射角の範囲も規定する。コアは、例えば、二酸化ケイ素などの透明材料を備えてもよい。

【0012】

アクティブ光ファイバにおいて、コアは、少なくとも１つの希土類元素でドープされ得る。希土類元素は、セリウム（Ｃｅ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ネオジム（Ｎｄ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、スカンジウム（Ｓｃ）、テルビウム（Ｔｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびイットリウム（Ｙ）を含む材料の群を含む。アクティブ光ファイバのコアは、これらの元素の１つ以上、例えば、ＥｒもしくはＹｂ、またはＥｒとＹｂの組み合わせでドープされ得る。アクティブ光ファイバの動作中、希土類イオンは、光信号に加えて、アクティブ光ファイバ内に発射されるポンプ放射を吸収する。これにより、誘導放出による光信号の増幅が可能となる。異なる波長に対して異なる希土類元素を使用することができる。例えば、９８０～１１００ｎｍの波長域にはＹｂを使用することができ、１５３５～１６００ｎｍの波長域にはＥｒを使用することができる。

【0013】

光ファイバは、シングルモードまたはマルチモード動作をサポートするように構成することができる。シングルモードファイバは、光のシングルモードを伝送するように構成されてもよく、これは光ファイバのコアを通って伝搬する単一の光線として理解することができる。しかしながら、シングルモードファイバは、１つ以上のシングルモードおよびマルチモードセクションを備え得る。例えば、シングルモードファイバは、アクティブコアの少なくとも１つのより薄い部分が基本的なモードのみを通過するシングルモード動作をサポートするように構成され得、一方、アクティブコアのより厚みのある部分がマルチモード動作をサポートするように構成され得るようにテーパセクションを含み得る。しかしながら、テーパ状のコアのシングルモード部は、より厚い部分にもシングルモードの光信号が伝送される場合がある。

【0014】

複屈折（Ｂ）は、材料、例えば、光ファイバのアクティブコアの光学特性である。異なる方向に対して異なる屈折率を有する場合、材料は複屈折である。さらに、例えば、光ファイバを曲げることにより、Ｘ方向およびＹ方向の屈折率がわずかに異なる場合がある。複屈折材料は、光信号の異なる偏光に対して異なる屈折率を有する。複屈折は、異なる偏光に対する屈折率間の最大差に基づいて定義することができる：Ｂ＝２πΔｎ、式中、Δｎは異なる偏光（例えば、「速い」および「遅い」モード）に対する屈折率間の最大差である。

【0015】

軌道角運動量（ＯＡＭ）を有する光ビームは、例えば、光通信、光ピンセット、原子操作、および材料加工などの様々な用途に利用され得る。ＯＡＭを有する光ビームは、例えば、シリンドリカルレンズモードコンバータ、空間光変調器、または集積シリコンデバイス等のオプティックボリュームによって生成することができる。さらに、ＯＡＭビームは、例えば、長周期ファイバグレーティングに基づくシングルモード光ファイバ、および制御されたモード結合によるローモード光ファイバ（２～４モード）において直接生成することができる。しかしながら、このような方法によって獲得される光ビームの光出力は、例えば、数ｍＷのオーダーのようなかなり少量のものとなる場合がある。

【0016】

ＯＡＭを有するより強い光ビームを得るために、十分大きなモードスポットサイズ（例えば、２５μｍ）を有するラージモードエリア（ＬＭＡ）アクティブ光ファイバを用いた主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）システムを使用することができる。そのようなシステムは、同時にアクティブファイバの適切な曲げを伴う所望のＯＡＭモードの選択励起を適用することもできる。別のアプローチは、バルクＯＡＭコンバータ、例えば、Ｓ－プレートまたはＱ－プレートを含むＭＯＰＡシステムをファイバ増幅段と組み合わせて使用することを含み得る。しかしながら、そのようなアプローチは、アクティブファイバにおけるモードフィールド径のサイズが制限される結果となる場合があり、達成可能な光強度も制限する場合がある。さらに、最後のゲインカスケードで偏光を維持しないローモードファイバを使用する必要がある場合がある。このようなファイバでは、固有の残留ランダム複屈折が存在するため、モードコントラストの劣化、出力ビームの部分的な偏光解消、最終的にはＯＡＭビーム品質の低下を導く場合がある。モードコントラストとは、例えば、ＯＡＭを有するモードとＯＡＭを有しないモードのような異なるモード間のパワー分布を指す場合がある。

【0017】

さらに、低開口数のアクティブ少数モードＬＭＡファイバを使用すると、サポートされているすべてのファイバモード、例えば、ドーナツ型モード（ＯＡＭによる）および他のモードに対して同様のゲインを生じさせることができる。したがって、このようなシステムでは、モード増幅の選択性を提供できない場合がある。これは、所望のＯＡＭを有するビームの生成だけではなく、他の（望ましくない）モードにポンプ放射パワーを伝達する可能性もある。このことは、最終的に、モード容量のコントラストの低下を招く可能性がある。

【0018】

したがって、本開示の例示的実施形態は、ＯＡＭを有する光モードの達成可能な平均およびピークパワーを増加させ、ＯＡＭを有しない望ましくない光モードの重量を低減させることによりモードコントラストを改善し、環境影響に対してＯＡＭを有する生成された光ビームの安定性を改善するために使用され得る。

【0019】

例示的実施形態によれば、アクティブ光ファイバは、環状（リング状）のアクティブコアによって囲まれた中央部を含み得る。ファイバは、シングルモード部およびマルチモード部を含むようにテーパ状の長手方向の外形を有し得る。環状のコアは、例えば、ファイバの製造中にファイバ母材を回転（スピニング）させることによって得られる低複屈折を有し得る。環状コアの屈折率は、環状コアを囲む中央部およびクラッド層の屈折率よりも高くなり得る。アクティブ光ファイバは、ＯＡＭを有する光モードの選択的な生成または増幅を可能にする。さらに、ファイバは、大きなモードフィールド径（ＭＦＤ）を有し、ポンプまたは環境影響に起因する内部加熱の影響を受け難くなる。このアクティブ光ファイバは、例えば、レーザまたは主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）などの様々な装置に適用することができる。

【0020】

図１は、例示的実施形態による、ダブルクラッド・アクティブ・テーパード・ボルテックス・ファイバのセクションの一例を示す図である。図１は、アクティブ光ファイバ１００のセクションの縦断面（左）および半径方向の断面（右）の両方を示している。アクティブ光ファイバ１００のセクションは中央部１０１を含み得る。中央部１０１は、第１の屈折率ｎ_１を有し得る。中央部１０１は、半径方向で対称であってもよく、または半径方向で実質的に対称であってもよい。中央部１０１は、例えば、二酸化ケイ素などの任意の適切な材料を含み得る。中央部１０１は均一な部分のように図示されているが、中央部１０１は内部が１つ以上のサブパーツで構造化されていてもよいことが理解される。中央部１０１の直径がアクティブ光ファイバ１００のセクションの長さ（Ｌ）に沿って徐々に変化することにより、テーパ状の長手方向の外形が形成され得る。例えば、図１に示されるように、中央部１０１の直径は、アクティブ光ファイバ１００のセクションの長さに沿って左から右に増加し得る。テーパ状の長手方向の外形は、直線状または放物線状の凸形状を備えてもよく、これらの形状はポンプ吸収を改善するため、ＯＡＭを有するモードの増幅に有利である。

【0021】

アクティブ光ファイバ１００のセクションは、環状コア１０２をさらに含み得る。環状コア１０２は、中央部１０１を半径方向で囲み得る。したがって、環状コア１０２は、図１の半径方向の断面に示されるように、リング状の断面を有し得る。環状コア１０２は、第２の屈折率ｎ_２を有し得る。環状コアの屈折率は、中央部１０１の屈折率よりも高くてもよく、屈折率１０５に示されるように、ｎ_２＞ｎ_１である。

【0022】

環状コア１０２は、少なくとも１つの希土類元素をさらに含み得る。したがって、環状コア１０２は、アクティブであり得る。環状コア１０２は、例えば、ポンプ放射がアクティブ光ファイバ１００のセクションに発射されたときに環状コア１０２に発射された光信号の増幅を可能にするために、希土類元素でドープされ得る。環状コア１０２の複屈折は、１０^－５よりも小さくてもよい。例えば、低速偏光モードおよび高速偏光モードの屈折率ｎ_ｓｌｏｗとｎ_ｆａｓｔの差は、１０^－５より小さくてもよく、すなわち、Ｂ＝ｎ_ｓｌｏｗ－ｎ_ｆａｓｔ＜１０^－５であってもよい。環状コア１０２は、例えば、二酸化ケイ素などの任意の適切な材料を含み得る。環状コア１０２の厚みは変わってもよく、例えば、テーパ状の長手方向の外形に沿って徐々に増加してもよい。例えば、環状コア１０２の厚みは、ファイバセクションの長さに沿って中央部１０１の直径に比例していてもよい。環状コア１０２の厚みを増加させることは、モード面積がより大きくなり、非線形効果に対する高い閾値および大きな蓄積エネルギー、例えば、高いピークまたは平均電力をもたらす結果となるので、有利であり得る。

【0023】

アクティブ光ファイバ１００のセクションは、第１のクラッド層１０３をさらに含み得る。第１のクラッド層１０３は、第３の屈折率ｎ_３を有してもよい。第１のクラッド層の屈折率は、環状コア１０１の屈折率ｎ_４より小さくてもよく、屈折率プロファイル１０５に示されるように、ｎ_３＜ｎ_２である。第１のクラッド層１０３は、例えば、図１の半径方向の断面に示されているように、環状コア１０２を半径方向に囲み得る。

【0024】

アクティブ光ファイバ１００のセクションは、第２のクラッド層１０４をさらに含み得る。第２のクラッド層１０４は、第４の屈折率ｎ_４を有してもよい。第２のクラッド層の屈折率は、第１のクラッド層１０３の屈折率より低くてもよく、屈折率プロファイル１０５に示されるように、ｎ_４＜ｎ_３である。第２のクラッド層１０４は、例えば、図１の半径方向の断面に示されるように、第１のクラッド層１０３を半径方向に囲み得る。第１および第２のクラッド層は、例えば、二酸化ケイ素などの任意の適切な材料を含み得る。第１のクラッド層１０３および第２のクラッド層の厚みは変わってもよく、例えば、テーパ状の長手方向の外形に沿って徐々に増加してもよい。例えば、第１のクラッド層１０３および／または第２のクラッド層１０４の厚みは、中央部１０１の直径に比例してもよい。環状コア１０２と同様に、第１のクラッド層１０３および第２のクラッド層１０４の厚みを増加させることは有益であり得る。

【0025】

アクティブ光ファイバ１００のセクションは、シングルモード（ＳＭ）動作をサポートするように構成された第１の部分を含み得る。第１の部分は、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の端部に配置され得る。第１の端部は、ファイバセクションの狭端部を含み得る。ファイバセクションの狭端部において、中央部１０１は、図１に示されるように半径ａを有することができる。環状コア１０２は、内半径ａおよび外半径ｂを有することができる。第１のクラッド層１０３は、内半径ｂおよび外半径ｃを有することができる。第２のクラッド層１０４は、内半径ｃおよび外半径ｄを有することができる。

【0026】

環状コア１０２は、例えば、ファイバセクションの第１の部分で光信号を受信するように構成されてもよい。換言すれば、光信号は、アクティブ光ファイバ１００のセクションの狭端部で環状コア１０２に発射され得る。

【0027】

アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分は、以下の条件を満たすように構成され得る：２ａ＜λ_Ｓおよび２πｂＮＡ／λ_Ｓ＜２．４０５、式中、ａは環状コア１０２の内半径であり、ｂは環状コア１０２の外半径であり、λ_Ｓは光信号の波長であり、ＮＡは環状コアの開口数である。開口数ＮＡは、例えば、

【数1】

によって、第２の屈折率と第３の屈折率の２乗の減算の平方根に基づいて定義することができる。上記条件を満たすことにより、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分における基本的なモードの伝搬が可能となる。第１の部分（ＳＭ）の長さは、２つの条件の同時充足に基づいて決定され得る。第１の部分の長さは、例えば０．１～１ｍであり得る。第１の部分の長さは、テーパ状のファイバの長手方向の外形に依存し得る。

【0028】

アクティブ光ファイバ１００のセクションは、マルチモード（ＭＭ）動作をサポートするように構成された第２の部分をさらに含み得る。第２の部分において、上記２つの条件が満たされなくてもよく、第２の部分がシングルモードの動作に限定されず、環状コア１０２において複数のモードの伝搬が許容される。第２の部分は、アクティブ光ファイバ１００のセクションの幅広端部を含み得る。ファイバの幅広端部では、中央部１０１の直径、環状コア１０２の厚み、第１のクラッド層１０３の厚み、および／または第２のクラッド層１０４の厚みは、狭端部における対応する大きさより厚くなってもよい。

【0029】

第１のクラッド層１０３は、アクティブ光ファイバ１００のセクションの、第１の部分、例えば狭端部、においてポンプ放射を受信するように構成され得る。さらに、アクティブ光ファイバ１００のセクションの、第２の部分、例えば幅広端部、は、ポンプ放射を受信するように構成され得る。したがって、ポンプ放射は、第１のクラッド層１０３の一端または両端で第１のクラッド層１０３に発射され得る。例示的実施形態によれば、第２の部分で発射されるポンプ放射のパワーは、第１の部分で発射されるポンプ放射のパワーより高くてもよい。ポンプ放射の波長λ_Ｐは、光信号の波長λ_Ｓより短くなければならない。アクティブ光ファイバ１００のセクションは、様々な用途等で使用されてもよく、または他の類似もしくは他のタイプのファイバ部分と組み合わせて使用されてもよい。

【0030】

図２は、例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・テーパード・ボルテックス・ファイバの第１のクラッド層の切断例を示す。第１のクラッド層１０３の切断はポンプ放射の吸収を向上させるために適用され得る。第１のクラッド層１０３は、図２ａ～ｈに示されるように、異なる半径方向断面を形成するために、例えば１、２、３、４、５、６、７、または８回切断されてもよい。例えば、１回の切断では、Ｄ字型の半径方向断面をもたらすことができる（図２ａ）。５回の切断では五角形の半径方向断面をもたらすことができ（図２ｅ）、８回の切断では八角形の半径方向断面をもたらすことができる（図２ｈ）。切断は、より多くのポンプ放射が環状コア１０２を横切ることを可能にし、これによって環状コア１０２内部を伝搬する光信号の増幅が向上する。

【0031】

図３は、例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・テーパー・ボルテックス・ファイバのセクション内を伝搬する光信号の電界分布の例を示す。第１の部分においてシングルモード動作の条件が満たされる場合、２ｂの外径を有する環状コア１０２の第１の部分（シングルモード部）において、ガウス型の電界分布３０１（Ｍ^２～１）を有する基本的なモードが伝播することが実験的に実証されている。第２の部分（マルチモード部）では、この条件が満たされなくなり、複数のモードが環状コア１０２にサポートされ得る。モード結合を誘発する強い機械的な外乱がなければ、基本的なモードは、第２の部分（Ｍ^２～１）でも環状コア１０２内を伝播することができる。モードフィールドは、ファイバセクションの幅広端部における近接フィールドゾーンではリング形状３０２を有し、ファイバセクションの狭端部における遠方フィールドではガウス形状３０１を有することができる。例えば、１２０μｍのリング状コアを有するパッシブテーパードファイバでは、十分な品質を有する回折限界ビームが実験的に得られている（Ｍ^２～1．２）。

【0032】

環状コア１０２の低い複屈折（Ｂ＜１０^－５）は、アクティブ・テーパード・ファイバ１００のセクションにおける光信号の伝搬および増幅の間の偏光状態の歪みを低減できる。例示的実施形態によれば、アクティブ光ファイバ１００のセクションの製造は、アクティブ光ファイバ１００のセクションを引っ張っている間、ファイバ母材を回転させる工程を含み得る。スパンファイバを得るために回転が適用されてもよい。母材は、例えば、３００～１０００ｒｐｍの範囲の角速度で回転させることができる。得られるファイバピッチは、テーパード・ファイバセクションの部分の幅広部（第２の部分）において２～１５ｍｍの範囲内にすることができる。ファイバのピッチは、回転の周期、例えば、スパンファイバが３６０度回転する長さを指す場合がある。

【0033】

光ファイバの固有の残留複屈折は、主にそのコアの幾何学的欠陥、例えば、楕円度、凍結した機械的応力、または局所的なファイバの曲がりによって決定される。このような複屈折の局所的な固有状態は、一般的に直線偏光にある。ファイバ母材が延伸中に回転すると、幾何学的な異方性を有する軸が何度もその角度位置を変え、各偏光成分が高速波および低速波とほぼ同じ時間をかけて伝搬する。結果として、このようなスパンファイバの固有複屈折は非常に小さくなることがある（Ｂ＜１０^－５）。固有の偏光状態は、円偏光に近い場合がある。結果として、このようなファイバを伝搬する光の偏光は、非常にわずかにのみ乱れることがある。したがって、このようなファイバは、むしろ偏光をもたらさない場合があり、好ましくは、それに伴って増幅中の偏光の歪みが減少する。これは、ＯＡＭを用いた波の増幅に有利である。

【0034】

低複屈折は、他の手段によって代替的に得ることもできる。低い固有複屈折を得るための１つの方法は、光ファイバをできるだけ理想に近づけること、例えば、内部応力が低いレベルでファイバを実質的に対称にすることである。低い固有複屈折を得るための別の方法は、補償ファイバを適用することである。低いレベルの内部複屈折は、例えば、応力複屈折（Ｂ_Ｓ）と幾何学的形状複屈折（Ｂ_Ｃ）の合計がゼロになるようにファイバドーパント材料を選択することで達成できる。

【0035】

ＯＡＭビームの増幅および生成のための１つの解決策は、ステップ屈折率ＬＭＡアクティブファイバを使用することである。例えば、２５μｍコアを有するＰＡＮＤＡ（偏波保持および吸収低下（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ａｎｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｉｎｇ））タイプのＬＭＡファイバを適用することができる。しかしながら、このようなアプローチは、ビーム形成に関して最適でない場合がある。例えば、高複屈折ＰＡＮＤＡファイバにおける高速波および低速波は伝搬定数が大きく異なる場合があり、ドーナツ型のＯＡＭビームを形成するためには、アクティブファイバを予測不可能な方法で曲がらせる必要があり得る。高複屈折ＬＭＡファイバは、また、温度に強い影響を受ける場合がある。ポンプ放射が吸収されるとき、このような光ファイバは加熱され、ファイバ出力における偏光状態の変化をもたらす場合がある。

【0036】

したがって、別の解決策は、ＯＡＭを有するビームを増幅するために均一な等方性のアクティブＬＭＡファイバを使用することである。これは、ＯＡＭモードの形成をシンプルにすることができる。しかしながら、等方性のアクティブファイバを使用する場合、放射の偏光解消がランダム複屈折の存在の結果として生じる場合があり、次いで、ファイバ曲げによって引き起こされる場合がある。強複屈折およびステッププロファイルを有する均一なＬＭＡファイバの両方の欠点は、屈折率のプロファイル（ドーパント分布）を重ねる積分が、すべてのサポートされるモードにおいて実質的に同じになることと考えられる。したがって、低モードファイバに存在する望ましくないモードも増幅を経ることになるので、光信号の増幅は、モードコントラストに関して最適ではない。これは、ＯＡＭビームのパワーが制限される場合がある。これは、また、ＯＡＭビームの品質を低下させる場合がある。したがって、本開示の例示的実施形態は、ドーナツ型モード、例えば、ＯＡＭを有するモードにのみ有意な増幅を有する、環状コアを有するアクティブ・テーパード・ファイバを提供する。アクティブ光ファイバの開示されたセクションは、ＳＰＵＮリングコア・テーパード・ダブルクラッド・ファイバ（ＳＰＵＮ ｒｃＴ－ＤＣＦ）と呼ばれ得る。

【0037】

本開示の例示的な実施形態は、少なくとも以下の利点を提供する。

【0038】

１）リング状のドープコアにより、ＳＰＵＮ ｒｃＴ－ＤＣＦはドーナツ型モードに対して空間的に選択的増幅が可能である。ＳＰＵＮ ｒｃＴ－ＤＣＦは実質的に重なり積分を有するモード、すなわちリング状モードのみを効果的に獲得する。これは、良好なモードコントラストをもたらし、それによってＯＡＭビームのために励起および増幅を排他的または主要なものにすることが可能になる。中央部１０１に最大電界を有するモードに対しては実質的に利得を与えないことができ、それによって、例えば基本的なモードの過度の増幅を避けることができる。

【0039】

２）ＳＰＵＮ ｒｃＴ－ＤＣＦは、増幅された光の高輝度（回折限界に近いビーム品質）を維持しながら、例えば、幅部分において少なくとも１２０μｍの大きなモードフィールド径（ＭＦＤ）を有する。これにより、高い平均出力およびピーク出力を達成することができる。

【0040】

３）ＳＰＵＮ ｒｃＴ－ＤＣＦは、固有複屈折が小さく（＜１０^－５）、その結果、増幅された光の偏光状態を実質的に乱さなくなる。したがって、ＯＡＭビームの増幅および伝搬は最小限の歪みで起こる。また、低複屈折のために、ＳＰＵＮ ｒｃＴ－ＤＣＦは、ポンプ吸収による加熱の影響を受けにくい。さらに、ＳＰＵＮ ｒｃＴ－ＤＣＦは、振動および温度変化等の環境の影響を受けにくい。

【0041】

図１に示されていないが、アクティブ光ファイバ１００のセクションは、例えば、クラッド層を半径方向に囲む１つ以上のコーティング層等の追加の構造をさらに含んでもよい。コーティング層は、例えば、ポリマーコーティングを含んでもよい。コーティング層は、低い固有複屈折を有する環状コア１０２において外部複屈折を導入する原因になり得る環境影響を低減するように構成され得る。したがって、低内部複屈折が１つ以上のコーティング層とともに結合して、（内部／外部）温度変化および機械的屈曲等の他の環境影響の下で、ＯＡＭを有するモードに対して安定的であるが、選択的な伝搬および増幅を提供するアクティブ光ボルテックス・ファイバを提供する。上記の例示的実施形態では、ポンプ放射は、光信号と同じ方向もしくは実質的に同じ方向に、および／または光信号と反対もしくは実質的に反対方向に、第１のクラッド層１０３内を伝搬するように構成され得る。

【0042】

図４は、例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・ボルテックス・ファイバを備える主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）の例を示す。ＭＯＰＡ４００は、光信号、例えば、シードレーザビームを生成するように構成された、例えばシードレーザ（主発振器）等の光源４０１を含み得る。光信号は、波長λ_Ｓを有し得る。ＭＯＰＡ４００は、光信号に軌道角運動量を生成または導入するように構成された光変換器４０２をさらに含み得る。光（ビーム）変換器４０２は、シードレーザビームに基づくＯＡＭを有するビームを形成するための自由空間バルク光学スキームを含み得る。光変換器４０２は、例えば、ＳプレートまたはＱプレートを含み得る。また、ＭＯＰＡ４００は、アクティブ光ファイバ１００のセクションを含み得る。

【0043】

ＭＯＰＡ４００は、第１のダイクロイックミラー４０３をさらに含み得る。第１のダイクロイックミラー４０３は、第１のポンプ放射源４０４からのポンプ放射の第１の部分を、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分、例えば、ファイバ部分の狭端部における第１のクラッド層１０３に結合するように構成され得る。第１のダイクロイックミラー４０３はまた、光変換器４０２からの光信号を、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分、例えば、ファイバセクションの狭端部における環状コア１０２に結合するように構成され得る。

【0044】

ＭＯＰＡ４００は、第２のダイクロイックミラー４０５をさらに含み得る。第２のダイクロイックミラー４０５は、第２のポンプ放射源４０６からのポンプ放射の第２の部分を、アクティブ光ファイバの第２の部分、例えば、ファイバセクションの幅広端部における第１のクラッド層１０３に結合するように構成され得る。第２のダイクロイックミラー４０５は、さらに、アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から出力光信号を提供するように構成され得る。第２のダイクロイックミラー４０５は、例えば、ファイバ１００の幅広端部における環状コア１０２から受信した光信号をＭＯＰＡ４００の出力に伝達するように構成され得る。出力光信号は、ＯＡＭモードが選択的に増幅された光信号の増幅バージョンを含み得る。ＭＯＰＡ４００は、ポンプ放射源４０４、４０６のうちの少なくとも１つを含んでもよい。代替として、ＭＯＰＡ４００は、外部ポンプ放射源に結合されるように構成され得る。したがって、ＭＯＰＡ４００は、ポンプ放射源４０４、４０６を含まなくてもよい。

【0045】

図５は、例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・ボルテックス・ファイバを備えるレーザの例を示す。レーザ５００は、少なくとも２枚のミラーおよびＳＰＵＮ ｒｃＴ－ＤＣＦによって形成されるキャビティ内にＯＡＭビームを生成するように構成され得る。レーザ５００は、第１のミラー５０１を含み得る。第１のミラー５０１は、高反射率、例えば、実質的に１００％の反射率であり得る。第１のミラー５０１は、光変換器５０２に光学的に接続されてもよく、この光変換器５０２は光変換器４０２と同様のものであってもよい。第１のミラー５０１は、光信号を反射するように構成され得る。例えば、第１のミラー５０１は、光変換器５０２から受信した光信号を光変換器５０２に反射して戻すように構成され得る。光信号は、波長λ_Ｓを有し得る。また、レーザ５００は、アクティブ光ファイバ１００のセクションを含み得る。

【0046】

レーザ５００は、さらに第２のミラー５０５を含み得る。第２のミラー５０５は、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第２の部分、例えば、ファイバセクションの幅広端部に光学的に接続および／または物理的に結合してもよい。例えば、第２のミラー５０５は、ＳＰＵＮ ｒｃＴ－ＤＣＦの幅広端面に配置することができる。第２のミラー５０５は、ファイバセクションの環状コア１０２を退出する光信号の部分が第２のミラー５０５を通過できるように、部分的に透明であってもよい。したがって、第２のミラー５０５は、光信号を部分的に反射するように構成されてもよい。したがって、第１のミラー５０１の反射率は、第２のミラー５０５の反射率よりも高くてもよい。

【0047】

レーザ５００は、さらに、第１のダイクロイックミラー５０３を含んでもよい。第１のダイクロイックミラー５０３は、第１のポンプ放射源５０４からのポンプ放射の第１の部分を、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分、例えば、ファイバ部分の狭端部における第１のクラッド層１０３に結びつけるように構成されてもよい。第１のダイクロイックミラー５０３は、また、光変換器５０２からの光信号を、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分、例えば、ファイバセクションの狭端部における環状コア１０２に結びつけるように構成されてもよい。さらに、第１のダイクロイックミラー５０３は、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分、例えば、ファイバセクションの狭端部における環状コア１０２からの光信号を光コンバータ５０２に結びつけるように構成されてもよい。

【0048】

レーザ５００は、さらに、第２のダイクロイックミラー５０７を含んでもよい。第２のダイクロイックミラー５０７は、第２のポンプ放射源５０６からのポンプ放射の第２の部分を、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第２の部分、例えば、ファイバセクションの幅広端部における第１のクラッド層１０３に結びつけるように構成されてもよい。第２のダイクロイックミラー５０７は、さらに、第２のミラー５０５を介してアクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から出力光信号を提供するように構成されてもよい。第２のダイクロイックミラー５０７は、例えば、環状コア１０２を退出し、ファイバ１００の幅広端部で第２のミラー５０５を伝搬する光信号を、レーザ５００の出力に伝達するように構成されてもよい。レーザ５００は、ＯＡＭモードの高出力のレーザビームを生成することを可能にする。

【0049】

図６は、例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・ボルテックス・ファイバを備える主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）の別の例を示す。ＭＯＰＡ６００は、ＭＯＰＡ４００と同様であってもよい。しかしながら、ＯＡＭ変換機６０３は、この例示的実施形態においては、アクティブ光ファイバ１００のセクション内にまとめてもよい。

【0050】

ＭＯＰＡ６００は、光源４０１と同様の光源６０１、例えば、シードレーザを含んでもよい。ＭＯＰＡ６００は、第１のポンプ放射源６０４の１つからのポンプ放射の第１の部分を、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分、例えば、ファイバ部分の狭端部における第１のクラッド層１０３に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラー６０２をさらに含んでもよい。第１のダイクロイックミラー６０２は、さらに、光源６０１からの光信号を、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分、例えば、ファイバセクションの狭端部における環状コア１０２に結びつけるように構成されてもよい。ＭＯＰＡ４００と同様に、ポンプ放射源６０４、６０６は、ＭＯＰＡ６００の内部または外部にあってもよい。

【0051】

光変換器６０３は、例えば、制御されたモード結合のための機械的デバイス、ファイバの制御された曲げを提供するためのデバイス、または音響光学デバイス等の全てのファイバデバイスを含んでもよい。光変換器６０３は、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第２（マルチモード）の部分内に統合されてもよい。光変換器６０３は、光ファイバ１００のセクションの第１（シングルモード）の部分の近くに配置されてもよい。光変換器４０２と同様に、光変換器６０３は、光信号に軌道角運動量（ＯＡＭ）を生成するように構成されてもよい。光変換器６０３は、ファイバが既に２ａ＜λ_ｓおよび２πｂＮＡ／λ_ｓ＜２．４０５という２つの条件を満たしているのでＯＡＭを有するモードを形成できる複数のモードをサポートする、マルチモード部の先頭に配置されてもよい。

【0052】

ＭＯＰＡ６００は、第２のダイクロイックミラー６０５をさらに含んでもよい。第２のダイクロイックミラー６０５は、第２のポンプ放射源６０６からのポンプ放射の第２の部分を、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第２の部分に結びつけるように構成されてもよい。第２のダイクロイックミラー６０５は、さらに、ダイクロイックミラー４０５と同様に、アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から出力光信号を提供するように構成されてもよい。ＭＯＰＡ６００は、光源６０１とアクティブ光ファイバ１００のセクションとの間の外部光変換器なしで、強力なＯＡＭビームの発生を可能にする。

【0053】

図７は、例示的実施形態によるダブルクラッド・アクティブ・ボルテックス・ファイバを備えるレーザの別の例を示す。レーザ７００は、レーザ５００と同様であり得る。しかしながら、ＯＡＭ変換器７０３は、この例示的実施形態では、アクティブ光ファイバ１００のセクション内に統合されてもよい。

【0054】

レーザ７００は、ミラー５０１と同様の第１のミラー７０１を含んでもよい。第１のミラー７０１は、ミラー５０１と同様に、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分に光学的に接続され、光信号を反射するように構成されてもよい。レーザ７００は、ミラー５０５と同様の第２のミラー７０５をさらに含んでもよい。第１のミラー７０１の反射率は、第２のミラー７０５の反射率より高くてもよい。第２のミラー７０７は、ミラー５０５と同様に、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第２の部分に光学的に接続され、光信号を反射するように構成されてもよい。

【0055】

レーザ７００は、第１のポンプ放射源７０４からのポンプ放射の第１の部分を、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分、例えば、ファイバセクションの狭端部における第１のクラッド層１０３に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラー７０２をさらに含んでもよい。第１のダイクロイックミラー７０２は、さらに、アクティブ光ファイバ１００のセクションの第１の部分から第１のミラー７０１への光信号、および第１のミラー７０１からアクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に反射された光信号を結びつけるように構成されてもよい。第１のダイクロイックミラー７０２は、ファイバセクションの環状コア１０２から光信号を受信するように構成されてもよい。第１のダイクロイックミラー７０２は、反射された光信号をファイバセクションの環状コア１０２に結びつけるように構成されてもよい。

【0056】

レーザ７００は、光変換器６０３と同様の光変換器７０３をさらに備え、同様の方法でアクティブ光ファイバ１００のセクション内に統合されていてもよい。レーザ７００は、ダイクロイックミラー５０７と同様であり、同様の機能を有し得る第２のダイクロイックミラー７０７をさらに含んでもよい。例えば、ダイクロイックミラー５０７は、第２のポンプ放射源７０６からのポンプ放射をアクティブ光ファイバ１００のセクションに結びつけ、レーザ７００からの出力を提供するように構成されてもよい。レーザ７００は、第１のミラー７０１とアクティブ光ファイバ１００のセクションとの間に外部光変換器を設けることなく、ＯＡＭモードのための高出力のレーザビームを生成することを可能にする。

【0057】

本明細書に開示される例示的実施形態は、光信号のＯＡＭモードの生成および増幅に適したアクティブ光ファイバおよび装置を提供する。

【0058】

本明細書に与えられた範囲またはデバイスの値は、求める効果を失うことなく拡張または変更することができる。また、明示的に禁止されていない限り、任意の実施形態を他の実施形態と組み合わせることができる。

【0059】

本主題は、構造的特徴および／または動作について特有の言語で説明されたが、添付の特許請求の範囲に定義される主題は、必ずしも上述の特定の特徴または動作に限定されないことが理解される。むしろ、上述した特定の特徴および動作は、特許請求の範囲を実施する例として開示されており、他の同等の特徴および動作が特許請求の範囲に含まれることが意図されている。

【0060】

上述した利点および長所は、１つの実施形態に関するものであってもよいし、複数の実施形態に関するものであってもよいことが理解される。実施形態は、上述の問題のいずれかもしくはすべてを解決するもの、または上述の利益および利点のいずれかもしくはすべてを有するものに限定されない。さらに、「１つ」の項目への言及は、１つ以上の項目を指す場合があることが理解される。

【0061】

本明細書では、「含む」という用語は、特定のブロックまたは要素を含むことを意味するが、そのようなブロックまたは要素が限定的なリストを構成するものではないことを意味するために用いられる。したがって、装置は、追加のブロックまたは要素を含むことができる。

【0062】

対象は、「第１」または「第２」の対象と参照されることがあるが、これは必ずしも対象の順序または重要度を示すものではない。代わりに、このような限定詞は、単に、対象間の違いを明確にする目的で使用されることがある。

【0063】

上記の説明は例示としてのみ与えられ、当業者によって種々の変更を行うことができることが理解される。上記の明細書、例およびデータは、例示的実施形態の構造および使用に関する完全な説明を提供するものである。様々な実施形態は、一定程度詳細に、または１つ以上の個別の実施形態の参照を伴って上記に記載されているが、当業者は、本明細書を逸脱しない範囲で、開示された実施形態に多数の変更を加えることができる。

【図1】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図2(c)】

【図2(d)】

【図2(e)】

【図2(f)】

【図2(g)】

【図2(h)】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2022-06-16

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
アクティブ光ファイバのセクションを備え、前記アクティブ光ファイバのセクションは、
第１の屈折率ｎ_１を有する中央部であって、前記中央部の直径が前記アクティブ光ファイバのセクションの長さに沿って徐々に変化し、テーパ状の縦断面形状を形成する、中央部と、
前記中央部を半径方向で囲む環状コアであって、前記環状コアには、少なくとも１つの希土類元素がドープされ、ｎ_２＞ｎ_１である第２の屈折率ｎ_２を有し、前記環状コアの複屈折が１０^－５未満である、環状コアと、
前記環状コアを半径方向で囲み、ｎ_３＜ｎ_２である第３の屈折率ｎ_３を有する第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層を半径方向で囲み、ｎ_４＜ｎ_３である第４の屈折率ｎ_４を有する第２のクラッド層と、
を備え、前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分が光信号のシングルモード動作をサポートするように構成され、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分が光信号のマルチモード動作をサポートするように構成され、前記装置は、
前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分の前記環状コアから前記装置の出力に出力光信号を提供するためのダイクロイックミラーをさらに備える、装置。

【請求項2】

前記アクティブ光ファイバのセクションの前記第１の部分が、以下の条件：
２ａ＜λ_Ｓ、および
２πｂＮＡ／λ_Ｓ＜２．４０５
を満たすように構成され、
式中、ａは前記環状コアの内径であり、ｂは前記環状コアの外径であり、λ_Ｓは前記光信号の波長であり、ＮＡは前記環状コアの開口数であり、

【数1】

である、請求項２に記載の装置。

【請求項3】

前記環状コア、前記第１のクラッド層、または前記第２のクラッド層、のうちの少なくとも1つの厚みが、前記テーパ状の縦断面形状に沿って徐々に変化する、請求項１または請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記テーパ状の縦断面形状が、放物線状の凸形状を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記中央部が、半径方向において実質的に対称である、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記アクティブ光ファイバのセクションを引っ張っている間、ファイバ母材を回転させることによって得られる、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項7】

前記アクティブ光ファイバのセクションのピッチが、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分において２～１５ｍｍの範囲にある、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記アクティブ光ファイバのセクションを引っ張っている間の回転角速度が、３００～１０００ｒｐｍの範囲である、請求項６または請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記環状コアが、前記アクティブ光ファイバのセクションの前記第１の部分で前記光信号を受信するように構成される、請求項１～８のいずれか一項に記載の装置。

【請求項10】

前記第１のクラッド層が、前記アクティブ光ファイバのセクションの前記第１の部分および／または前記アクティブ光ファイバのセクションの前記第２の部分においてポンプ放射を受信するように構成される、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。

【請求項11】

前記ポンプ放射λ_Ｐの波長が、前記光信号λ_Ｓの波長より短い、請求項１～１０のいずれか一項に記載の装置。

【請求項12】

請求項１０または請求項１１に記載の装置であって、
光信号を生成するように構成された光源と、
軌道角運動量を有する光信号を生成するように構成された光変換器と、
第１のポンプ放射源からのポンプ放射の第１の部分および前記光変換器からの光信号を、前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラーと、
をさらに備え、
前記ダイクロイックミラーは、第２のポンプ放射源からのポンプ放射の第２の部分を前記アクティブ光ファイバの第２の部分に結びつけ、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から出力光信号を提供するように構成される、装置。

【請求項13】

請求項１０または請求項１１に記載の装置であって、
光信号を反射するように構成された第１のミラーであって、軌道角運動量を有する光信号を生成するように構成された光変換器に光学的に接続される第１のミラーと、
前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分に光学的に接続される第２のミラーであって、前記第１のミラーの反射率が前記第２のミラーの反射率よりも高い、第２のミラーと、
第１のポンプ放射源からのポンプ放射の第１の部分および前記光変換器からの光信号を前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラーと、
をさらに備え、
前記ダイクロイックミラーは、第２のポンプ放射源からのポンプ放射の第２の部分を前記アクティブ光ファイバの第２の部分に結びつけ、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から前記第２のミラーを介して出力光信号を提供するように構成される、装置。

【請求項14】

前記光変換器が、ＳプレートまたはＱプレートを備える、請求項１２または請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

請求項１０または請求項１１に記載の装置であって、
光信号を生成するように構成された光源と、
第１のポンプ放射源の１つからのポンプ放射の第１の部分および前記光源からの光信号を、前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラーと、
前記光ファイバのセクションの第１の部分に近接し、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分の内部に統合された光変換器であって、前記光信号に対して軌道角運動量（ＯＡＭ）を生成するように構成される、光変換器と、
をさらに備え、
前記ダイクロイックミラーは、第２のポンプ放射源からのポンプ放射の第２の部分を前記アクティブ光ファイバの第２の部分に結びつけ、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から出力光信号を提供するように構成される、装置。

【請求項16】

請求項１０または請求項１１に記載の装置であって、
前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に光学的に接続され、前記光信号を反射するように構成された第１のミラーと、
前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分に光学的に接続され、前記光信号を反射するように構成された第２のミラーであって、前記第１のミラーの反射率が前記第２のミラーの反射率よりも高い、第２のミラーと、
第１のポンプ放射源からのポンプ放射の第１の部分を前記アクティブ光ファイバのセクションの第１の部分に結びつけるように構成された第１のダイクロイックミラーと、
前記光ファイバのセクションの第１の部分に近接し、前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分の内部に統合された光変換器であって、前記光信号に対して軌道角運動量（ＯＡＭ）を生成するように構成される、光変換器と、
をさらに備え、
前記ダイクロイックミラーは、第２のポンプ放射源からのポンプ放射の第２の部分を前記アクティブ光ファイバの第２の部分に結びつけ、前記第２のミラーを介して前記アクティブ光ファイバのセクションの第２の部分から出力光信号を提供するように構成される、装置。

【国際調査報告】