JPH09506473A - 結合された複合出力ファイバーレーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 結合された複合出力ファイバーレーザは、各々ポンプ光（１２，５８〜６４）を供給する複数のレーザダイオード（１０，５０〜５６）を含んでいる。ポンプ光は、それぞれ、ブラッグの回折格子（１６，７４〜８０）に入射され、ブラッグの回折格子はポンプ波長を通過させるとともにレージング波長を反射させる。ファイバー（２０，９０〜９６）は、ポンプ光に応答してレージング波長のレージングを供給するためのＥｒ³⁺のようなゲインドーパントでドープされる。光ビーム（１８，８２〜８８）は光結合器（２２）に入射され、この光結合器は、所定のパワ一配分例えば等分配に基づいて、光ビーム（１８，８２〜８８）をファイバー（３０〜３８）上の光ビーム（４０〜４８）に結合する。光（４０）は共通キャビティファイバーとして作用するファイバー（３０）に沿って移行する。光（４０）は反射したフィードバック光（１２２）を供給する反射鏡（１２０）を反射する。フィードバック光（１２２）は、結合器（２２）に入り、かつ同じ又は異なる所定のパワー配分に基づいて個々のキャビティファイバー（２０，８２〜８８）に分配される。出力光（４２〜４８）は、ファイバー（３２〜３８）に供給され、ビームを交差させるためにレンズ（１６０）に入射される。ファイバー（２０，９０〜９６）の各々の長さは、出力ビーム（４２〜４８）の結合されたキャビティ位相ロックを得るために、圧電チューナ（２００〜２０８）によって調節される。また、出力ビーム（４２〜４８）の各々は追加のチューナ（２４０〜２４６）によって位相シフトされる。追加の出力ビームはミラー（１２０）を介して通過する光（２３２）によって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 結合された複合出力ファイバーレーザ 技術分野 本発明は、ファイバーレーザに係り、特に結合された複合出力ファイバーレー ザに関する。 背景技術 ほとんど全てのレーザシステムにおいて、有効な出力パワー量は、システムの 熱効果と同様に、主に有効なゲインの量によって制限される。しかしながら、１ ９９２年１０月２日出願の米国特許出願Ｎｏ．０７／９５５，８１０、結合され た複合出力共振器を使用する測量可能なレーザシステムで論じられているように 、所定の目標点で、個々のレーザを寄せ集めたものよりも大きい合成強度を得る ために、複数の個々のレーザを結合することは、レーザと共振器の技術分野にお いて知られている。 特に、レーザ発生動作を継続させるために各々が単一出力にして充分に反射さ れたフィードバック光（いわゆるセルフフィードバック）を有するＮ個の結合さ れないレーザが、遠い位置で集束されると、目標点で見られるピーク強度はＮ× Ｉに等しくなることは、高出力レーザの分野において知られている。ここで、Ｎ はレーザの数であり、Ｉは単一レーザの強度である。しかしながら、Ｎ個のレー ザが結合されると、すなわち位相ロックされかつ同じ周波数または モードになると、出力ビーム間の位相が一定であるように、各レーザは目標点で 同期し、目標点で見られる強度はＮ²×Ｉ（すなわちコーヒレントの和）である 。 しかしながら、複合キャビティに対する位相ロックを維持するために、各レー ザのキャビティ長は本質的にレーザの各々のレージング波長の整数倍以内に保つ べきである。しかにしてこの要求に近づくかはレーザの数と使用されるカップリ ングのタイプに従って適合しなければならない。しかしながら、振動と熱効果に より非常に大きなミラーを正確に制御する必要があるので（高パワーレーザに対 して）、キャビティ長マッチングのレベルを達成することは困難である。 Ｎ²Ｉの出力強度を達成する他の方法は、例えば折り重ねられたキャビティお よびキャビティにおける種々の量なる位置からのタップオフ出力ビームのような 単一の長いレーザキャビティ（個々のレーザではない）を用いることである。そ のようなレーザは、知られているように、複合出力共振器（又はレーザ）又はＭ ＯＲと呼ばれる。 光ファイバーの領域では、有効なゲインの最大量は空気キャビティのためのも のよりも非常に少ない。さらに、前述の技術は光ファイバー領域において容易に 適用できない。結局、そのような技術は、最も高い測量可能なファイバーレーザ システムを得るために、個々のファイバーレーザを供給できない。 発明の開示 本発明の目的は、共に結合された複数のファイバーレーザと、全てが位相ロッ クされかつ測量可能な出力パワーである複数の出力を有する、結合された複合出 力ファイバーレーザを提供することである。 本発明によれば、結合された複合出力ファイバーレーザは光を伝播する複数の 個々の光キャビティファイバーを含み、複数の個々のファイバーキャビティの各 一つに沿って配設されかつ各々がレージング波長で光を反射するための複数の反 射手段が設けられており、個々のキャビティファイバーの各々の一部は、レージ ング波長でレージングさせる所定のゲインドーパントによってドープされ、この ゲインドーパントをレージングさせるように励起するポンプ光を受ける。少なく とも一つの出力ファイバーと共通キャビティファイバーが設けられており、光結 合手段が各出力ファイバーと、共通キャビティファイバーおよび個々のキャビテ ィファイバーに接続され、該光結合手段は、第１の所定パワー配分に基づいて、 個々のファイバーの各々における所定の光の量を、少なくとも一つの出力ファイ バーに結合するとともに、共通ファイバーに結合し、各出力ファイバーにおける 光はそれぞれの出力光ビームとして出る。共通キャビティ反射手段は、共通キャ ビティファイバーに沿って配設され、レージング波長の反射されたフィードバッ ク光の所定量を供給し、共通キャビティファイバーに沿って戻るとともに結合手 段に戻る。結合手段は、第２の所定パワー配分に基づいて個々のキャビティファ イバーの各々に沿ってフィードバック光の配分された所定量を供給する。フィー ドバック光の配分された所定量は複数の反射手段の対 応する一つに入射され、所定のレージング波長であるフィードバック光の配分さ れた所定量は対応する反射手段によって反射され、これにより複数の結合された キャビティを生成し、各キャビティは複数の反射手段と共通反射手段によって構 成され、レージング波長でレーザを発生し、かつ出力ビームの各々は位相ロック される。出力ビームは、少なくとも一つの出力ファイバーからの光と、共通キャ ビティフィードバック反射手段を通して通過する共通キャビティファイバー又は 他の出力ファイバーのどちらかからの、又は両方からの光、によって構成されて いる。 さらに、本発明によれば、レーザポンプ手段はポンプ光ビームを供給する。さ らに本発明によれば、ファイバーストレッチング手段が、個々のキャビティの少 なくとも一つの長さを調節するために、設けられている。個々のキャビティファ イバーは単一の空間モードファイバーであり、ゲインドーパントは希土類元素で ある。 本発明は、複数の個々のレーザから得ることが出来るパワーを極めて増加させ ることによって、従来技術のファイバーレーザよりも非常に改良されている、こ とを示している。 本発明は優れたモード閉じ込め特性を供給する単一モードファイバーを有しキ ャビティとゲイン媒体の両方として作用する非常に効率的なファイバーレーザを 使用する。もちろん、高品質低損失ファイバー結合器が不望のキャビティ損失を 小さくするために用いられる。さらに、ファイバコアに直接書かれている内部コ アブラッグの使用により、効率的なキャビティフィードバックが得られるととも にレージング波張バンドをスペクトルで狭くすることが助けられ、 これにより結合されたレーザシステムからの狭い波長バンド出力ビームが得られ る。 さらにまた、複数の個々の出力ポートからの出力光ビームが、遠い目標点に所 望のＮ²Ｉ強度を供給するために、容易に調整される。さらにまた、簡単なハー ドウェア制御とフィードバック技術を、共振器間の位相ロックを維持するために 使用される。もちろん、本発明は使用されるレーザの数に基づいて測量可能であ る全システム出力パワーを供給する。 さらに、ファイバー成分とこの集積された構造の適正なパッケージングで結合 されたファイバーピグティルダイオードポンプ間の融合接続を使用することによ って、不適当な結合に極めて不感度である強固なシステムが得られる。 本発明の前述の目的、特徴および利点は、添付図面に示されている次の実施例 の詳細な説明に鑑みてより明白になるであろう。 図面の簡単な説明 第１図は本発明による、結合された出力ファイバーの概略ブロック図である。 第２図は本発明による、結合された出力ファイバーの他の実施例による概略ブ ロック図である。 第３図は本発明による、出力ビームの詳細を示す、第２図の２つのファイバー と光学エレメントの展開図である。 第４図は本発明による、直面する波干渉パターンのグラフである。 第５図は本発明による、直面する波干渉パターンを介しての掃引 のグラフである。 発明を実施するための最良の形態 第１図を参照すると、レーザダイオード（ＬＤ）１０は、ポンプ波長例えば９ ８０ナノメータを有するポンプ光１２を光ファイバー１４に供給する。レーザダ イオード１０とファイバー１４はファイバーピグテールを有する公知のレーザダ イオードである。ポンプ光１２はファイバー１４に沿って伝搬しかつ内部コアフ ァイバーブラッグの回折格子１６に入射される。回折格子１６は、所定のレージ ング波長で集束された光１８の所定量の狭い波長バンドを反射するとともにドー プファイバー２０に沿う光１８として残りの波長（ポンプ波長を含む）を通過さ せる。光ファイバー２０は、希土類ドープド単一横方向（空間の）モードファイ バ、例えばエルビウムドープドシリカコアファイバーである。そのようなドーパ ントは、ファイバーレーザ用のゲイン媒体を供給するとともに、レーザキャビテ ィの一部として作用する。ファイバー１４，２０は、そのコアに書かれている（ 又は刻印されている）ブラッグの回折格子１６で一つの連続するドープドファイ バーであっても良く、又は共に接続された別の光学要素であっても良い。光１８ のポンプ光部分は公知の方法におけるゲイン媒体を励起し、それにより公知のレ ージング動作に必要な励起された原子が供給される。ファイバー２０は単一空間 モードファイバーであるので、単一横方向モードのみがレーザを発生させる。 レーザダイオード１０からの光１２がファイバー１４に入射する のを助けるために、レーザダイオード１０とファイバー１４との間にレンズ（図 示せず）を設けてもよい。もちろん、必要ならば、例えば直接に又は波長デマル チプレクサ又は結合器を使用するかのどちらかによって、ファイバー２０の側か らポンピングするというファイバーレーザをポンピングする他の技術を、ポンピ ング光１２をドープドファイバー２０に結合するために、使用できる。 ドープされたファイバー２０はポート２４で既知の５×５結合器２２に供給さ れる。結合器２２は、既知の方法で複数のファイバーを共に結合し、かつ所定の パワー配分（以下に論じられる）に基づいて各ファイバーからの光を分配する。 光１８は結合器２２に接続器２６に入り、結合器２２は、矢印４０〜４８にな されているように、所定のパワー配分に基づいて、光１８を複数のファイバー３ ０〜３８に分配する。例えば、光１８のパワーは５０の等しい部品に分配される 。その場合に、ビーム４０〜４８は各々ビーム１８の２０％によって構成される 。ファイバー３０〜３８は単一モードファイバーである。ファイバー３０〜３８ のうちの、皆無，いくつか又は全ては、必要ならば、さらなるゲインを得るため にドープされる。 しかしながら、光ビーム４２〜４８が出るファイバー３２，３４，３６，３８ の端部は、結合された共振器を不安定なものとしないために、出力ファイバー３ ２〜３８に沿うフィードバック光の量を小さくするように設計されるべきである 。例えば、ファイバーの端部を無反射コーティング材でコーティングしたり、そ の端部に中間適合泡又はビーズを置くとかで十分である。 レーザダイオード５０〜５６に対して同様な装置が存在し（レーザダイオード １０と同様に）、レーザダイオード５０〜５６はポンプ光信号５８〜６４を、回 折格子と同様に、関連するブラッグの回折格子７４〜８０に入射するファイバー ６６〜７２に供給する。関連するポンプ光８２〜８８は、ファイバー２０と同様 に、希土類ドープファイバー９０〜９６に供給される。ブラッグの回折格子１６ ，７４〜８０の代わりに、必要ならばどんな反射素子を用いることが出来る。 ファイバー９０〜９６はポート１００〜１０６において結合器２２に供給され る。光８２〜８８は、ポート２４でファイバー２０に沿って入る光に沿うポート １００〜１０６でファイバー９０〜９６に沿って結合器２２に入る。光ビーム１ ８，８２〜８４の各々のパワーは、前述のように、所望のパワー分割例えば等配 分又は２０％に基づいてファイバー３０〜３８に沿って分割される。かくして、 ファイバー３０の接続器２２に出る光４０は供給器２２に入るビーム１８，８２ 〜８８の各々のパワーの５分の１（２０％）に等しいパワーを持っている。他の パワー分配を必要ならば用いることができる。光ビーム４０〜４８は、それぞれ 、ファイバー３０〜３８に沿ってポート１１０〜１１８から結合器２２を出る。 光４０は、ファイバー３０に沿って伝播し、反射された光ビーム１２２を提供 する反射ミラー１２０に入る。ミラー１２０はレージング波長λ１のレーザを発 生させる（かつ前述のように複合レーザを結合させる）のに十分な光を反射する 。ミラー１２０の代わりに、必要ならばブラッグの回折格子（図示せず）を用い ることもできる。 さらに、ファイバー３０の端部は高忠実性の引き離された端面を有し、この端面 はフレスネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）反射を提する。所望ならば、共振器への十分な フィードバックと結合を提する他の反射素子またはコーティングを用いることが 出来る。 反射された光１２２は、ファイバー３０に移行し、かつポート１１０でその右 側から再入する。その方法と同様な方法で、光ビーム１８，８２〜８８は５つの 部分に分割され、戻りビーム１２２はそれぞれ、結合器２２のポート２４，１０ ０〜１０６から出て関連するゲインドープファイバー２０，９０〜９６として広 がる接続器２６の左側のうちの光ビーム１２４〜１３２として示されている５つ の等しい部分に分割される。 光１２４はファイバー格子１６に入射される。格子１６は、前述のように、も ちろんレージング波長λ１である反射波長で集束された光の狭い波長を反射し、 これによりλ１で光１８の部分を再強化しかつミラー１２０と回折格子１６間の レーザ共振キャビティを生成する。ファイバー２０におけるゲイン媒体は、レー ジング波長λ１の反射器１６，２０によって境界を定められたキャビティにおい てレーザを発生させるのに十分な、ゲインを供給する。知られているように、レ ージング波長λ１はキャビティの光学長，ゲイン媒体，およびレーザキャビティ を区切る反射器によって決定される。 同様にして、レーザ共振器は、ブラッグの回折格子７４とミラー１２０間、ブ ラッグの回折格子７６とミラー１２０間、ブラッグの回折格子７８とミラー１２ ０間、およびブラッグの回折格子８０とミラー１２０間で形成される。結局、結 合器２２に再入する、ミラ ー１２０からの反射光１２２は、前述の５つの共振器キャビティに対するフィー ドバック光であり、かつこれらの共振器の各々からのキャビティ光の５分の１に なされる。それ故に、５つの共振器キャビティは各々共通のフィードバックミラ ー１２０，共通のキャビティセクション（ファイバー３０），および隣接するキ ャビティの各々からの光の一部分を持っており、結合された共振器を生成する。 矢印１８，８２〜８８は、ゲイン媒体と、各ブラッグの回折格子１６，７４〜８ ０からのキャビティ内で反射された光の双方を示すために、使用されることを理 解すべきである。 結合器２２内の導波１５０，１５２は一般にドープされないことを理解すべき である。 光ビーム４２〜４８は、ファイバー３２〜３８を出て、光学素子１６０例えば 焦点レンズに入射され、素子１６０の焦点面におけるターゲット位置１６２で交 差するビーム１６４〜１７０としてのビーム４２〜４８を集束される。光学素子 １６０は、発明の要素ではなく、単なる位相ロックされたビームを結合するため の例示にすぎない。従って、所望ならば他の又は光学素子は使用しなくてもよい 。 前述のように、５つのレーザの各々が同じ波長のレージングであり、かつ全て の位相ロックされかつ出力ビームが点１６２（もちろん遠いフィールド）で干渉 すれば、点１６２での出力強度はＮ²Ｉに等しくなり、ここでＮはレーザの数で ありＩは所定のレーザの強度である。発生する位相ロックに対して、レーザの各 々に対するキャビティの長さはレージング波長λ１のほぼ整数倍に保たれなけれ ばならない。それ故に、位相ロックされた全ての出力光ビーム４２〜 ４８に対して、５つのレーザキャビティの各々すなわち反射器１６，１２０，反 射器７４〜１２０，反射器７６，１２０，反射器７８，１２０，および反射器８ ０，１２０は、本質的に同じキャビティ長を持たなければならないか、又は互い のレージング波長の整数倍以内でなければならない。 必要なキャビティマッチングを達成するために、圧電ファイバーストレッチャ ー又はチューナ（同調器）２００〜２０８が、それぞれ、ファイバー２０，９０ 〜９６に取り付けられる。チューナ２００〜２０８は制御器２１２からのライン ２１０上の信号によって駆動される。チューナ２００〜２０８の代わりに、所望 ならば、ヒータ又は他の伸長器を使用できる。制御器２１２は、公知のものであ り、かつここで論じられる機能を遂行するためにそのような計算機とメモリ手段 によって構成される。制御器の詳細な例示は発明には必要がない。 キャビティ長の各々が所望の許容差内にある時を決めるために、ビームスプリ ッタ２１４はビーム１６４〜１７０の通路に配置できる。ビームスプリッタは検 出器２２４上のビーム２１６〜２２２としてのビーム１６４〜１７０の所定の部 分をｄｅｆｌｅｃｔするとともに、検出器２２４は点１６２（すなわち干渉パタ ーンを生ずる）と類似する空間における点をモニターする。計算器は光学パワー 入射を示す制御器２１２にライン２２６上の電気信号を供給する。制御器２１２ は、公知の技法を用いて、ビーム１６４〜１７０が位相ロックされたかどうかを 決定し、関連するキャビティのキャビティ長を調節するためにチューナ２００〜 ２０８を駆動する。出力ビー ム１６４〜１７０が目標位置１６０で全て位相ロックおよび同期していると、検 出器によって検出された出力強度は最大になる。 さらに、複数のビームスプリッタ（図示せず）の各ビームに対する一つが出力 ビームの一部を検出器２４に向けるのに使用される。ビームスプリッタの代わり に、ファイバー３２〜３８に取り付けられた１つ又はそれ以上の導波管（図示せ ず）が出力ビームの一部をタップオフするめたに使用され、位相ロックを確認す るためのフィードバック信号が供給される。ビームスプリッタは光学素子１６０ の左または右に配置できることが理解できる。 さらに、出力ビームタップに加えて、例えばボール（Ｂａｌｌ）による米国特 許第４，８９６，３２４号で論じられているように、ミラー１２０を通過する光 ２３２を測定するために、ミラー１２０の右側にスペクトロフォン２３０を配置 できる。スペクトロフォンは、知られているように、ガス媒体を含有しており、 このガス媒体の周波数の関数としての光吸収は、入射する光周波数によって変わ る吸収特性を持っている。スペクトロフォン２３０は、もちろん、ガス媒体の吸 収のレベルを検出するマイクロフォンによって構成され、共振器ビーム周波数を 示すライン２３４上の電気出力信号を供給する。ライン２１６上の電気信号は制 御器２１２に供給され、この制御器２１２はどのチューナ２００〜２０８が出力 ビーム１６４〜１７０を位相ロックするために調整されるべきかを決定する。さ らに、結合器（図示せず）を、ビーム４０の一部をタップオフするために、ファ イバー３０に取り付けることが出来る。 そのような同調機能を遂行するための技術において、多くの異な る技法が存在する。どのキャビティを調節する必要があるかを決める一つの技術 は、前述のボール（Ｂａｌｌ）の特許で論じられているような、チューナ２００ 〜２０８の各々に対する異なった周波数を有するデイザ信号を供給することであ る。その場合、レーザ共振器の周波数結合は、異なった周波数で各チューナをデ イザし、スペクトロフォンで結合された出力ビームを検出し、およびどのレーザ が同期外れであるかを決めるための所定のアルゴリズムを適用することによって 、最適にされる。 もちろん、位相ロック用に必要とされる反射器１２０からのキャビティフィー ドバック量は１００％以下である（以下に論じるように）。特に、５×５，２０ ％等配分結合器によって、ミラー１２０による１００％キャビティフィードバッ クは、（．２）（．２）＝０．４又は４％である（すなわち、所定のレーザのレ ーザパワーの２０％はフィードバックファイバー３０に結合され、かつレーザパ ワーの２０％は結合器２２を通して他のレーザに結合される）。もちろん、結合 の低パーセンテージは位相ロックするために必要である（以下に論じるように） 。従って、反射素子１２０を通して通過した光２３２を使用することは、制御器 にフィードバックするために実際に何ら差出がましいことではない。 所望ならば、さらなる出力ビームとして光２３２が使用されることは理解され るべきである（第２図でさらに論じられる）。 出力ビーム１６４〜１７０が全て位相ロックおよび同期であれば、コーヒレン ト干渉がビーム１６４〜１７０の交差に存在し、かつ周期的な干渉パターン（ス タンディング波）は空間におけるその領域 に存在する。この干渉パターンは空間における強度変化のピークと谷によって作 られる。 もちろん、出力光ビーム４２〜４８の位相変化得、これにより光波４２〜４８ によって形成される波形の角度を変更するために、前述したチューナ２００〜２ ０８と同様に、調節可能な位相シフター（又は出力チューナ）２４０〜２４６が 設けられている。これにより、ビーム４２〜４８は所望の方向に操縦される。位 相変調器２４０〜２４６は、例えば位相板を用いることによる一定の遅延又は可 変圧電チューナを使用することによる可変制御遅延を備えており、制御器２１２ からのラライン２４８上の信号に応じてファイバーを引き伸ばす。 また、変調器２４０〜２４６は、それぞれ、ファイバー３２〜３８に取り付け られか又はファイバー３２〜３８とレンズ１６０の右側に配置される。 出力ビーム４２〜４８は、結合器２２内の接続器２６を出るので、位相ロック されるばかりでなく、出力導波管１５２（結合器２２内の）が共通キャビティの 部分である結合されたファイバー共振器における同じ点から配管されているので 、同期している。しかしながら、出力ファイバー３２〜３８（前述のように、チ ューナ２４０〜２４６によって変更される）の光学径路長により、ファイバー３ ２〜３８を出るビーム４２〜４８は同期していてもよく又は同期していなくても よい。 また、共振器の間に高量の結合が存在すれば、解離が生ずる前のキャビティ長 間により許容差があることを、理解すべきである。同 様にして、小量のカップリングが存在すれば、カップリングに必要とされる許容 差は締め具であり、かくしてより正確なキャビティ長マッチングを維持するため により速くかつ正確な制御が使用されなければならない。 第２図を参照すると、他の実施例において、２つのレーザ３００，３０２（例 えば、チタニウム−サファイアレーザ）が、Ｅｒ³⁺ドープケイ素（ｓｉｌｉｃａ ）コアを有するファイバー３１０，３１２にポンプ光３０４，３０６、を供給す る。各レーザは９８０ナノメータ（．９８ミクロン）のポンプ波長と約５１ミリ ワットの出力パワーレベルを持っている。必要ならば他のドーパントを使用でき る。光ビーム３０４，３０６は、ブラッグの回折格子３１４，３１６に入射され 、回折格子３１４，３１６は、それぞれ、ファイバー３１０，３１２内に植設さ れている。回折格子３１４，３１６は、所定量例えば反射で集中した光の狭波長 バンドのそれぞれ８８％と９５％と約１．５５ミクロンのレージング波長を反射 するとともに、光３１８としてのポンプ光を通す。ポンプ光３１８は、レージン グ波長でレーザを発生させるために、ドープファイバーゲイン媒体を励起する。 必要ならば、他の反射量を用いてもよい。ファイバー３１０，３１２は、約３． ３メートルの長さであり、既知の２×２結合器３２６のポート３２２，３２４に 供給される。結合器３２６は７０％／３０％（交差／真直）結合器である。結局 、光３１８の３０％は、ファイバー３２９上のポート３２８から結合器３２６を 出る光３２７として、結合（真直）される。もちろん、光３１８の７０％は、フ ァイバー３３２上のポート３３４から結合器を出る光３３ ０として、結合（交差）される。対称的に、光３２０の７０％は、ファイバー３ ２９上のポート３２８から結合器３２６を出る光３２７と、結合（クロス）され る。もちろん、光３２０の３０％はファイバー３３２上のポート３３４からの出 力光３３０と、結合（ストレート）される。 結合器３２６の右側のファイバー３２９の端部３３３は高忠実度に切り開かれ た端面を有し、この端面は反射光３３４として入射光３２７を反射する。端面は 約４％のフレスネル反射を提供し、これにより約４％のキャビティフィードバッ ク（切断されたキャビティファイバー３２９において）が得られる。端面３３３ からの４％キャビティフィードバック反射でもって、（．７０）（．３０）（． ０４）＝０．０８または８％が達成される。我々は、この適度なカップリング（ ．８％）とキャビティフィードバック（４％）の量が位相ロックするのに十分で あることが、わかった。 光３３４は、ポート３２８で結合器３２６に再入し、かつそれぞれ光ビーム３ ３６，３３８としてファイバー３１０，３１２に３０／７０と分離される。特に 、光３３６は光３３４の３０％であり、光３３８は光３３４の７０％である。フ ァイバー３１０に沿って伝播する光３３６は、ブラッグの回折格子３１４に入射 され、かつ反射してレージング波長の光３１８の一部を補強する。これにより回 折格子３１４と反射端面３３３との間にレーザキャビティが生成される。光３３ ８は、ブラッグの回折格子３１６に入射されるとともに反射され、かつλ１の光 ３２０の一部を補強し、これにより回折格子３１６と反射端面３３３との間にレ ーザキャビティを生成する。 光３３４が光３４０として通過されるので、反射されない光３２７の一部はフ ァイバー３２９を出て、光学素子例えば再方向付けコリメートレンズに入射され る。ファイバー３３２の端面３４４にビードされた指標適合流体は光３３０がキ ャビティ内に反射されるのを防ぎ、これによりそのようなフィードバック光が結 合された共振器が、前述のように、不安定にするのを防止する。 光３３０は、レンズ３４２に入射する光３４５としてファイバー３３２を出る とともに、レンズ３４２は所定の位置３５０（第３図）で交差するビーム３４６ ，３４８としてのビーム３４０，３４５を平行にする。コリメートレンズ３４２ を使用することは、発明の働きを証明するための単なるテスト目的のためのもの であり、実際にビームは、第１で前に論じたように、ターゲット上に集束される 。 第３図を参照すると、ファイバー３２９，３３２を出る発散光ビーム３４０， ３４４はレンズ３４２に入射する。レンズ３４２は平行ビーム３４６，３４８を 作り、これらの平行ビーム３４６，３４８は、前述の干渉パターンが空間に存在 する領域３５２で交差する。 位相ロックがなされたことを確証するために第２，４，５図を参照すると、光 ビーム３４６，３４８は走査ミラー３６０に入射された。走査ミラー３６０は、 軸３６２に関して回動し、該ミラーから所定距離に配置された検出器３３６上の 孔３６５を通して反射された光３６４を供給する。検出器３６６は、第４図に示 されているように空間における強度パターンを追跡したオシロスコープにライン ３６８上の電気信号を供給する。２つのレーザキャビティが位相ロックされたこ とを確証するために、圧電チューナ３７０（第１図で論 じたような）はファイバー３１２に取付けられ、電圧Ｖｉｎは干渉パターンが第 ４図に示されているようになるまで変化した。第４図は、前述したビーム３６４ ，３６８が位相ロックされたことを示す立て波干渉パターンを示す。第５図を参 照すると、複数の（約５）走査が１０秒間で行われ、干渉パターンは、変化もし ないし、結合が基本的に時間に渡って安定したものであることを示すシフトもし なかった。 Ｎを有するダイオードの代わりに、必要ならば、各ファイバーレーザの１つと 単一レーザポンプを使用できる。さらに、結合されるレーザの数は限定されるも のでなく、提供された結合量は位相ロックに十分である。また、各ポンプ光信号 は異なる波長であってもよく、かつ各ゲイン媒体は異なってもよく、各ファイバ ーレーザに対するレージング波長は同じである。 さらにまた、ファイバー１４，６６〜７２（第１図）は省略してもよく、そう すればポンプ光１２，５８〜６４は反射回折格子１６，７４〜８０に直接入射さ れるか又は前述の種々の方法で押し出される。また、キャビティ反射器に必要で あれば、ブラッグの回折格子の代わりに、ディクロイックミラーのような他の反 射器を用いることができる。 もちろん、結合器２２（第１図）は出力ファイバー３２〜３８および共通のキ ャビティファイバー３０と同じ数の入力ファイバー２０，９０〜９６を持つ必要 もなく、かつ出力ファイバー３２〜３８と共通キャビティファイバー３０への入 力ファイバービーム１８，８２〜８８のパワー配分は個々のファイバー９０〜９ ６へのフィー ドバック光１２２のパワー配分と同じである必要もない。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 分配される。出力光（４２〜４８）は、ファイバー（３ ２〜３８）に供給され、ビームを交差させるためにレン ズ（１６０）に入射される。ファイバー（２０，９０〜 ９６）の各々の長さは、出力ビーム（４２〜４８）の結 合されたキャビティ位相ロックを得るために、圧電チュ ーナ（２００〜２０８）によって調節される。また、出 力ビーム（４２〜４８）の各々は追加のチューナ（２４ ０〜２４６）によって位相シフトされる。追加の出力ビ ームはミラー（１２０）を介して通過する光（２３２） によって得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光を伝播させる複数の個々の光キャビティファイバーと、各々前記複数の個 々のキャビティファイバーに沿って配設され、各々レージング波長の光を反射さ せるための複数の反射手段と、 レージング波長でレーザを発生させる所定のゲインドーパントでドープされか つ前記レージングを起こさせるように前記ゲインドーパントを励起するポンプ光 を受ける前記ファイバーの一部と、 複数の出力ファイバーと、 共通キャビティファイバーと、 前記出力ファイバー，前記共通キャビティファイバーおよび前記個々のファイ バーに接続され、前記個々のキャビティファイバーの各々からの光を受け、第１ の所定のパワー配分，それぞれの出力光ビームとして前記ファイバーを出る前記 第１の出力ファイバーにもとづいて、前記個々のファイバーの各々における所定 量の光を前記複数の出力ファイバーと共通キャビティファイバーに接続するため の光結合手段、および 前記共通キャビティファイバーに沿って配設され、前記共通キャビティファイ バーに沿って前記レージング波長の所定量の反射フィードバック光を戻すととも に、前記個々のキャビティファイバーを結合するのに十分な前記結合手段に戻す 共通キャビティ反射手段によって構成され、 前記結合手段は、第２の所定のパワー配分に基づいて、前記個々のキャビティ ファイバーの各々に沿って前記フィードバック光の配 分された所定量を供給し、 前記フィードバック光の配分された所定量は、前記複数の反射手段の対応する 一つに入射され、前記レージング波長の前記フィードバック光の前記配分された 所定量は前記対応する反射手段によって反射され、これにより複数の結合された レーザキャビティを生成し、各キャビティは、前記複数の反射手段と前記共通反 射手段によって構成され、各キャビティは前記レージング波長のレーザを発生す るとともに、前記出力ビームの各々は位相ロックされる、ことを特徴とする、 結合された複合出力ファイバーレーザ。 ２．さらに、前記ポンプ光を供給するレーザポンプ手段によって構成されている ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の結合された複合出力ファイバ ーレーザ。 ３．さらに、少なくとも一つの前記個々のキャビティファイバーの長さを調節す るためのファイバー引き伸ばし手段によって構成されていることを特徴とする特 許請求の範囲第１項に記載の結合された複合出力ファイバーレーザ。 ４．前記個々のキャビティファイバーが単一空間モードファイバーであることを 特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の結合された複合出力ファイバーレー ザ。 ５．前記ゲインドーパントが希土類元素であることを特徴とする、特許請求の範 囲第１項に記載の結合された複合出力ファイバーレーザ。 ６．前記出力光ビームの少なくとも二つが前記出力光ビームに再び向けるための 光学素子に入射されることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の結合さ れた複合出力ファイバーレーザ。 ７．前記出力光ビームの各々が、前記出力光ビームを再び向け集光させるために 、関連する光学素子に入射され、干渉パターンを生成させるために所定の領域で 交差させられることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の結合された複 合出力ファイバーレーザ。 ８．さらに、前記出力光ビームの少なくとも一つを位相シフトさせるための手段 によって構成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の結合 された複合出力ファイバーレーザ。 ９．前記共通キャビティフィードバック反射手段が、入射された光の所定量を通 過させ、追加の出力ビームを供給することを特徴とする、特許請求の範囲第１項 に記載の結合された複合出力ファイバーレーザ。 １０．さらに、前記追加の出力ビームを検出しかつ前記引き伸ばし手段を制御す るための制御手段によって構成されていることを特徴 とする、特許請求の範囲第９項に記載の結合された複合出力ファイバーレーザ。 １１．光を伝播させる複数の個々の光キャビティファイバーと、各々前記複数の 個々のキャビティファイバーに沿って配設され、各々レージング波長の光を反射 させるための複数の反射手段と、 レージング波長でレーザを発生させる所定のゲインドーパントでドープされか つ前記レージングを起こさせるように前記ゲインドーパントを励起するポンプ光 を受ける前記ファイバーの一部と、 複数の出力ファイバーと、 共通キャビティファイバーと、 前記出力ファイバー，前記共通キャビティファイバーおよび前記個々のファイ バーに接続され、前記個々のキャビティファイバーの各々からの光を受け、第１ の所定のパワー配分，それぞれの出力光ビームとして前記ファイバーを出る前記 第１の出力ファイバーにもとづいて、前記個々のファイバーの各々における所定 量の光を前記複数の出力ファイバーと共通キャビティファイバーに接続するため の光結合手段、および 前記共通キャビティファイバーに沿って配設され、前記共通キャビティファイ バーに沿って前記レージング波長の所定量の反射フィードバック光を戻しかつ前 記個々のキャビティファイバーを結合するのに十分な前記結合手段に戻すととも に、入射された光の所定量を追加させ追加の出力ビームを供給するための共通キ ャビティ反射手段によって構成され、 前記結合手段は、第２の所定のパワー配分に基づいて、前記個々のキャビティ ファイバーの各々に沿って前記フィードバック光の配分された所定量を供給し、 前記フィードバック光の配分された所定量は、前記複数の反射手段の対応する 一つに入射され、前記レージング波長の前記フィードバック光の前記配分された 所定量は前記対応する反射手段によって反射され、これにより複数の結合された レーザキャビティを生成し、各キャビティは、前記複数の反射手段と前記共通反 射手段によって構成され、各キャビティは前記レージング波長のレーザを発生す るとともに、前記出力ビームの各々は位相ロックされる、ことを特徴とする、 結合された複合出力ファイバーレーザ。 １２．さらに、前記ポンプ光を供給するレーザポンプ手段によって構成されてい ることを特徴とする、特許請求の範囲第１１項に記載の結合された複合出力ファ イバーレーザ。 １３．さらに、少なくとも一つの前記個々のキャビティファイバーの長さを調節 するためのファイバー引き伸ばし手段によって構成されていることを特徴とする 特許請求の範囲第１１項に記載の結合された複合出力ファイバーレーザ。 １４．前記個々のキャビティファイバーが単一空間モードファイバーであること を特徴とする、特許請求の範囲第１１項に記載の結合 された複合出力ファイバーレーザ。 １５．前記ゲインドーパントが希土類元素であることを特徴とする、特許請求の 範囲第１１項に記載の結合された複合出力ファイバーレーザ。 １６．前記出力光ビームの少なくとも二つが前記出力光ビームに再び向けるため の光学素子に入射されることを特徴とする、特許請求の範囲第１１項に記載の結 合された複合出力ファイバーレーザ。 １７．前記出力光ビームの各々が、前記出力光ビームを再び向け集光させるため に、関連する光学素子に入射され、干渉パターンを生成させるために所定の領域 で交差させられることを特徴とする、特許請求の範囲第１１項に記載の結合され た複合出力ファイバーレーザ。 １８．さらに、前記出力光ビームの少なくとも一つを位相シフトさせるための手 段によって構成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１１項に記載の 結合された複合出力ファイバーレーザ。 １９．さらに、前記追加の出力ビームを検出しかつ前記引き伸ばし手段を制御す るための制御手段によって構成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第 １８項に記載の結合された複合出力ファイバーレーザ。