JP7002938B2 - コヒーレントな結合レーザ・パワーの全ファイバ・デリバリのためのアーキテクチャ - Google Patents
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Description
[0002] 高パワーのレーザ増幅器は、産業的、商用的、軍用的等を含む多くの用途を有する。レーザ増幅器の設計者は、これらおよび他の用途のために、レーザ増幅器のパワーを増大させる手法を継続的に研究している。1つの公知の種別のレーザ増幅器は、ファイバ・レーザ増幅器である。ファイバ・レーザ増幅器は、シード・ビームおよびポンプ・ビームを受け取る添加ファイバを採用して、シード・ビームを増幅し、また、レーザ・ビームを発生する。ここでは、ファイバは、約10~20μmのアクティブ・コア径を有するのが通例である。
Claims (17)
- ファイバ増幅器システムであって、
信号ビームを発生するマスタ発振器と、
前記信号ビームを複数のファイバ・ビームに分割する少なくとも1つのビーム分割器と、
前記ファイバ・ビームの内1つをそれぞれが受け取る複数の偏光変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの偏光制御を提供する、複数の偏光変調器と、
前記ファイバ・ビームの内の1つをそれぞれが受け取る複数の位相変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの位相制御を提供する、複数の位相変調器と、
偏光および位相制御されたファイバ・ビームをそれぞれが受け取る複数のファイバ増幅器であって、それぞれが、ファイバ・ビームを増幅し、出力端を含む、複数のファイバ増幅器と、
複数の入力端ファイバ、複数の出力端ファイバ、および中央混合部を含む、ファイバ連結された結合器であって、各入力端ファイバが、前記ファイバ増幅器が有する前記出力端の別個の1つに連結され、前記中央混合部が、前記入力端ファイバによって受け取られる前記ファイバ・ビームの全てを単一の結合ビームに結合し、各出力端ファイバが、前記結合ビームを、他方の出力端ファイバから別個に受け取ることができる、ファイバ連結された結合器と、
前記ファイバ連結された結合器の各出力端ファイバに連結される別個のデリバリ・ファイバと、
複数の光出力タレットであって、それぞれが、前記ファイバ連結された結合器の反対側で前記デリバリ・ファイバの内の別個の1つに連結されている複数の光出力タレットと、
前記光出力タレットから位相信号を受け取り、前記位相変調器を制御する少なくとも1つの位相コントローラであって、位相制御を提供して、前記光出力タレットの内の選択された主要な1つに前記結合ビームを向け、他の前記光出力タレットが、前記ファイバ連結された結合器から光パワーを受け取らないヌル・タレットである、位相コントローラと、
前記光出力タレットの内の1つ以上から偏光信号を受け取り、前記偏光変調器を制御する少なくとも1つの偏光コントローラと、を備え、
前記主要な出力タレットに連結された前記デリバリ・ファイバの相互位相変調(XPM)の不安定性が、非線形のデリバリ・ファイバを設けることによって制御される、システム。 - ファイバ増幅器システムであって、
信号ビームを発生するマスタ発振器と、
前記信号ビームを複数のファイバ・ビームに分割する少なくとも1つのビーム分割器と、
前記ファイバ・ビームの内1つをそれぞれが受け取る複数の偏光変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの偏光制御を提供する、複数の偏光変調器と、
前記ファイバ・ビームの内の1つをそれぞれが受け取る複数の位相変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの位相制御を提供する、複数の位相変調器と、
偏光および位相制御されたファイバ・ビームをそれぞれが受け取る複数のファイバ増幅器であって、それぞれが、ファイバ・ビームを増幅し、出力端を含む、複数のファイバ増幅器と、
複数の入力端ファイバ、複数の出力端ファイバ、および中央混合部を含む、ファイバ連結された結合器であって、各入力端ファイバが、前記ファイバ増幅器が有する前記出力端の別個の1つに連結され、前記中央混合部が、前記入力端ファイバによって受け取られる前記ファイバ・ビームの全てを単一の結合ビームに結合し、各出力端ファイバが、前記結合ビームを、他方の出力端ファイバから別個に受け取ることができる、ファイバ連結された結合器と、
前記ファイバ連結された結合器の各出力端ファイバに連結される別個の非線形のデリバリ・ファイバと、
複数の光出力タレットであって、それぞれが、前記ファイバ連結された結合器の反対側で前記デリバリ・ファイバの内の別個の1つに連結されている複数の光出力タレットと、
前記光出力タレットから位相信号を受け取り、前記位相変調器を制御する少なくとも1つの位相コントローラであって、位相制御を提供して、前記光出力タレットの内の選択された主要な1つに前記結合ビームを向け、他の前記光出力タレットが、前記ファイバ連結された結合器から光パワーを受け取らないヌル・タレットである、位相コントローラと、
前記光出力タレットの内の1つ以上から偏光信号を受け取り、前記偏光変調器を制御する少なくとも1つの偏光コントローラと、を備え、
前記非線形のデリバリ・ファイバはB積分が1ラジアン未満となるように維持することによって、前記主要な出力タレットに連結された前記デリバリ・ファイバの相互位相変調(XPM)の不安定性が制御され、前記B積分が、
で規定され、
ここで、n2は前記デリバリ・ファイバの非線形の屈折率であり、λは前記結合ビームの光波長であり、PはTFB結合器より後ろの前記ビームの結合パワーであり、Lは前記デリバリ・ファイバの長さであり、Aeffは前記デリバリ・ファイバにおける有効モード・フィールド領域である、システム。 - 請求項4記載のシステムにおいて、前記デリバリ・ファイバの前記有効ファイバ・モード領域Aeffは、断熱的にテーパーされたデリバリ・ファイバ、高次モード・ファイバ、キラル連結されたコア・ファイバ、またはフォトニック結晶ファイバを設けることによって増加される、システム。
- 請求項6記載のシステムにおいて、前記デリバリ・ファイバの前記非線形の屈折率が、前記デリバリ・ファイバの中空のコアを作ることによって減少される、システム。
- ファイバ増幅器システムであって、
信号ビームを発生するマスタ発振器と、
前記信号ビームを複数のファイバ・ビームに分割する少なくとも1つのビーム分割器と、
前記ファイバ・ビームの内1つをそれぞれが受け取る複数の偏光変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの偏光制御を提供する、複数の偏光変調器と、
前記ファイバ・ビームの内の1つをそれぞれが受け取る複数の位相変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの位相制御を提供する、複数の位相変調器と、
偏光および位相制御されたファイバ・ビームをそれぞれが受け取る複数のファイバ増幅器であって、それぞれが、ファイバ・ビームを増幅し、出力端を含む、複数のファイバ増幅器と、
複数の入力端ファイバ、複数の出力端ファイバ、および中央混合部を含む、ファイバ連結された結合器であって、各入力端ファイバが、前記ファイバ増幅器が有する前記出力端の別個の1つに連結され、前記中央混合部が、前記入力端ファイバによって受け取られる前記ファイバ・ビームの全てを単一の結合ビームに結合し、各出力端ファイバが、前記結合ビームを、他方の出力端ファイバから別個に受け取ることができる、ファイバ連結された結合器と、
前記ファイバ連結された結合器の各出力端ファイバに連結される別個のデリバリ・ファイバと、
複数の光出力タレットであって、それぞれが、前記ファイバ連結された結合器の反対側で前記デリバリ・ファイバの内の別個の1つに連結されている複数の光出力タレットと、
前記光出力タレットから位相信号を受け取り、前記位相変調器を制御する少なくとも1つの位相コントローラであって、位相制御を提供して、前記光出力タレットの内の選択された主要な1つに前記結合ビームを向け、他の前記光出力タレットが、前記ファイバ連結された結合器から光パワーを受け取らないヌル・タレットである、位相コントローラと、
前記光出力タレットの内の1つ以上から偏光信号を受け取り、前記偏光変調器を制御する少なくとも1つの偏光コントローラと、を備え、
前記偏光コントローラが、前記結合ビームの結合パワーを観察することと、前記偏光変調器の各々を別個に制御することとを含む、マルチチャネルの確率的並列勾配降下制御を提供することによって、前記主要な出力タレットに連結された前記デリバリ・ファイバの相互位相変調(XPM)の不安定性が制御される、システム。 - ファイバ増幅器システムであって、
信号ビームを発生するマスタ発振器と、
前記信号ビームを複数のファイバ・ビームに分割する少なくとも1つのビーム分割器と、
前記ファイバ・ビームの内1つをそれぞれが受け取る複数の偏光変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの偏光制御を提供する、複数の偏光変調器と、
前記ファイバ・ビームの内の1つをそれぞれが受け取る複数の位相変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの位相制御を提供する、複数の位相変調器と、
偏光および位相制御されたファイバ・ビームをそれぞれが受け取る複数のファイバ増幅器であって、それぞれが、ファイバ・ビームを増幅し、出力端を含む、複数のファイバ増幅器と、
複数の入力端ファイバ、複数の出力端ファイバ、および中央混合部を含む、ファイバ連結された結合器であって、各入力端ファイバが、前記ファイバ増幅器が有する前記出力端の別個の1つに連結され、前記中央混合部が、前記入力端ファイバによって受け取られる前記ファイバ・ビームの全てを単一の結合ビームに結合し、各出力端ファイバが、前記結合ビームを、他方の出力端ファイバから別個に受け取ることができる、ファイバ連結された結合器と、
前記ファイバ連結された結合器の各出力端ファイバに連結される別個のデリバリ・ファイバと、
複数の光出力タレットであって、それぞれが、前記ファイバ連結された結合器の反対側で前記デリバリ・ファイバの内の別個の1つに連結されている複数の光出力タレットと、
前記光出力タレットから位相信号を受け取り、前記位相変調器を制御する少なくとも1つの位相コントローラであって、位相制御を提供して、前記光出力タレットの内の選択された主要な1つに前記結合ビームを向け、他の前記光出力タレットが、前記ファイバ連結された結合器から光パワーを受け取らないヌル・タレットである、位相コントローラと、
前記光出力タレットの内の1つ以上から偏光信号を受け取り、前記偏光変調器を制御する少なくとも1つの偏光コントローラと、を備え、
前記偏光コントローラが、前記ヌル・タレットの出力パワーがゼロまたはほぼゼロとなるように、ヌルの出力タレットのパワーを検出して前記偏光変調器を制御することによって、前記主要な出力タレットに連結された前記デリバリ・ファイバの相互位相変調(XPM)の不安定性が制御される、システム。 - ファイバ増幅器システムであって、
信号ビームを発生するマスタ発振器と、
前記信号ビームを複数のファイバ・ビームに分割する少なくとも1つのビーム分割器と、
前記ファイバ・ビームの内1つをそれぞれが受け取る複数の偏光変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの偏光制御を提供する、複数の偏光変調器と、
前記ファイバ・ビームの内の1つをそれぞれが受け取る複数の位相変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの位相制御を提供する、複数の位相変調器と、
偏光および位相制御されたファイバ・ビームをそれぞれが受け取る複数のファイバ増幅器であって、それぞれが、ファイバ・ビームを増幅し、出力端を含む、複数のファイバ増幅器と、
複数の入力端ファイバ、複数の出力端ファイバ、および中央混合部を含む、ファイバ連結された結合器であって、各入力端ファイバが、前記ファイバ増幅器が有する前記出力端の別個の1つに連結され、前記中央混合部が、前記入力端ファイバによって受け取られる前記ファイバ・ビームの全てを単一の結合ビームに結合し、各出力端ファイバが、前記結合ビームを、他方の出力端ファイバから別個に受け取ることができる、ファイバ連結された結合器と、
前記ファイバ連結された結合器の各出力端ファイバに連結される別個のデリバリ・ファイバと、
複数の光出力タレットであって、それぞれが、前記ファイバ連結された結合器の反対側で前記デリバリ・ファイバの内の別個の1つに連結されている複数の光出力タレットと、
前記光出力タレットから位相信号を受け取り、前記位相変調器を制御する少なくとも1つの位相コントローラであって、位相制御を提供して、前記光出力タレットの内の選択された主要な1つに前記結合ビームを向け、他の前記光出力タレットが、前記ファイバ連結された結合器から光パワーを受け取らないヌル・タレットである、位相コントローラと、
前記光出力タレットの内の1つ以上から偏光信号を受け取り、前記偏光変調器を制御する少なくとも1つの偏光コントローラと、
前記ファイバ連結された結合器の近くの前記主要な出力タレットにおける前記デリバリ・ファイバの入力端に設けられたタップ・カプラと、を備え、
前記主要な出力タレットに連結された前記デリバリ・ファイバの相互位相変調(XPM)の不安定性が前記デリバリ・ファイバにおいて累積する機会を有しないうちに、前記タップ・カプラが前記結合ビームの小さい部分をタップ・オフし、タップされた光パワーが検出されて、偏光されたパワー信号を発生して、前記偏光変調器を制御するように前記偏光コントローラに送る、システム。 - ファイバ増幅器システムであって、
信号ビームを発生するマスタ発振器と、
前記信号ビームを複数のファイバ・ビームに分割する少なくとも1つのビーム分割器と、
前記ファイバ・ビームの内1つをそれぞれが受け取る複数の偏光変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの偏光制御を提供する、複数の偏光変調器と、
前記ファイバ・ビームの内の1つをそれぞれが受け取る複数の位相変調器であって、それぞれが、前記ファイバ・ビームの位相制御を提供する、複数の位相変調器と、
偏光および位相制御されたファイバ・ビームをそれぞれが受け取る複数のファイバ増幅器であって、それぞれが、ファイバ・ビームを増幅し、出力端を含む、複数のファイバ増幅器と、
複数の入力端ファイバ、複数の出力端ファイバ、および中央混合部を含む、ファイバ連結された結合器であって、各入力端ファイバが、前記ファイバ増幅器が有する前記出力端の別個の1つに連結され、前記中央混合部が、前記入力端ファイバによって受け取られる前記ファイバ・ビームの全てを単一の結合ビームに結合し、各出力端ファイバが、前記結合ビームを、他方の出力端ファイバから別個に受け取ることができる、ファイバ連結された結合器と、
前記ファイバ連結された結合器の各出力端ファイバに連結される別個のデリバリ・ファイバと、
複数の光出力タレットであって、それぞれが、前記ファイバ連結された結合器の反対側で前記デリバリ・ファイバの内の別個の1つに連結されている複数の光出力タレットと、
前記光出力タレットから位相信号を受け取り、前記位相変調器を制御する少なくとも1つの位相コントローラであって、位相制御を提供して、前記光出力タレットの内の選択された主要な1つに前記結合ビームを向け、他の前記光出力タレットが、前記ファイバ連結された結合器から光パワーを受け取らないヌル・タレットである、位相コントローラと、
前記光出力タレットの内の1つ以上から偏光信号を受け取り、前記偏光変調器を制御する少なくとも1つの偏光コントローラと、を備え、
前記主要な出力タレットに連結された前記デリバリ・ファイバの相互位相変調(XPM)の不安定性は、前記デリバリ・ファイバを偏光維持ファイバとすることによって制御される、システム。 - 請求項1から11の何れか一項記載のシステムにおいて、前記ファイバ連結された結合器が、テーパーされたファイバ・バンドル結合器である、システム。
- ファイバ増幅器システムであって、
それぞれがファイバ・ビームを受け取る複数のファイバ増幅器であって、それぞれが、ファイバ・ビームを増幅し、出力端を含む、複数のファイバ増幅器と、
複数の入力端ファイバ、複数の出力端ファイバ、および中央バンドル部を含む、ファイバ連結された結合器であって、各入力端ファイバが、前記ファイバ増幅器が有する前記出力端の内の別個の1つに連結され、前記バンドル部が、前記入力端ファイバによって受け取られる前記ファイバ・ビームの全てを単一の結合ビームに結合し、各出力端ファイバが、前記結合ビームを、他方の出力端ファイバから別個に受け取ることができる、ファイバ連結された結合器と、
前記ファイバ連結された結合器の出力端ファイバに連結される非線形のデリバリ・ファイバと、
前記ファイバ連結された結合器の反対側で前記デリバリ・ファイバに連結された光出力タレットと、を備え、
前記デリバリ・ファイバを偏光維持ファイバとすることによって、前記デリバリ・ファイバの相互位相変調(XPM)の不安定性が制御される、システム。 - 請求項13記載のシステムにおいて、前記ファイバ連結された結合器が、テーパーされたファイバ・バンドル結合器できある、システム。
- ファイバ増幅器システムであって、
それぞれがファイバ・ビームを受け取る複数のファイバ増幅器であって、それぞれが、ファイバ・ビームを増幅し、出力端を含む、複数のファイバ増幅器と、
複数の入力端ファイバ、複数の出力端ファイバ、および中央バンドル部を含む、ファイバ連結された結合器であって、各入力端ファイバが、前記ファイバ増幅器が有する前記出力端の別個の1つに連結され、前記バンドル部が、前記入力端ファイバによって受け取られる前記ファイバ・ビームの全てを単一の結合ビームに結合し、各出力端ファイバが、前記結合ビームを、他方の出力端ファイバから別個に受け取ることができる、ファイバ連結された結合器と、
前記ファイバ連結された結合器の出力端ファイバに連結される非線形のデリバリ・ファイバと、
前記ファイバ連結された結合器の反対側で前記デリバリ・ファイバに連結される光出力タレットと、
前記光出力タレットから偏光信号を受け取り、偏光変調器を制御して前記ファイバ・ビームの偏光を制御する偏光コントローラと、を備え、
前記偏光コントローラが、前記結合ビームの結合パワーを観察することと、前記偏光変調器の各々を別個に制御することとを含む、マルチチャネルの確率的並列勾配降下制御を提供することによって、前記デリバリ・ファイバの相互位相変調(XPM)の不安定性が制御される、システム。 - ファイバ増幅器システムであって、
それぞれがファイバ・ビームを受け取る複数のファイバ増幅器であって、それぞれが、ファイバ・ビームを増幅し、出力端を含む、複数のファイバ増幅器と、
複数の入力端ファイバ、複数の出力端ファイバ、および中央バンドル部を含む、ファイバ連結された結合器であって、各入力端ファイバが、前記ファイバ増幅器が有する前記出力端の別個の1つに連結され、前記バンドル部が、前記入力端ファイバによって受け取られる前記ファイバ・ビームの全てを単一の結合ビームに結合し、各出力端ファイバが、前記結合ビームを、他方の出力端ファイバから別個に受け取ることができる、ファイバ連結された結合器と、
前記ファイバ連結された結合器の出力端ファイバに連結される非線形のデリバリ・ファイバと、
前記ファイバ連結された結合器の反対側で前記デリバリ・ファイバに連結される光出力タレットであって、前記ファイバ連結された結合器から光パワーを受け取らないヌル・タレットを含む、光出力タレットと、
前記光出力タレットから偏光信号を受け取り、偏光変調器を制御して前記ファイバ・ビームの偏光を制御する偏光コントローラと、を備え、
前記偏光コントローラが、前記ヌル・タレットの出力パワーがゼロまたはほぼゼロとなるように、前記ヌル・タレットの出力パワーを検出して前記偏光変調器を制御することによって、前記デリバリ・ファイバの相互位相変調(XPM)の不安定性が制御される、システム。 - 前記ファイバ連結された結合器が、テーパーされたファイバ・バンドル結合器である、請求項15または16記載のシステム。
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