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公開番号2024104285
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-02
出願番号2023206934
出願日2023-12-07
発明の名称双方向先細り信号ファイバを有する高輝度ポンプ信号結合器
出願人ルーメンタムオペレーションズエルエルシー,Lumentum Operations LLC
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 6/26 20060101AFI20240726BHJP(光学)
要約【課題】高出力ファイバレーザと、活性ファイバ長に沿った異なる位置にポンプ光を注入するために高出力ファイバレーザにおいて使用され得るポンプ信号結合器を提供する。
【解決手段】ポンプ信号結合器100は、ポンプ光を受光し、かつ、前記ポンプ光を出力ファイバのクラッドへ伝送するように構成される複数のポンプファイバ110と、複数のポンプファイバによって取り囲まれる1つ以上の信号ファイバ120を備えることができる。1つ以上の信号ファイバの各々は、1つ以上の第1レーザー源に結合されると共に入力コア直径を有する入力部と、出力ファイバ140に結合されると共に出力コア直径を有する出力部と、入力部に隣接して、内部ではコア直径が入力コア直径から最大値にまで増大する第1先細り部135-1と、出力部に隣接して、内部ではコア直径が最大値から出力コア直径にまで減少する第2先細り部135-3を備えることができる。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
ポンプ信号結合器であって、
ガラス包囲体と、前記ガラス包囲体内部に設けられたファイバ束を備え、
前記ファイバ束は、複数のポンプファイバと、前記複数のポンプファイバによって取り囲まれる信号ファイバを含み、
前記信号ファイバは、入力コア直径を有する入力部と、出力コア直径を有する出力部と、前記入力部と前記出力部との間に供される中間部を有し、
前記中間部は、
前記入力部に隣接して、内部では前記中間部のコア直径が前記入力コア直径から最大値にまで増大する第１先細り部と、
前記出力部に隣接して、内部では前記中間部のコア直径が前記最大値から前記出力コア直径にまで減少する第２先細り部を備える、
ポンプ信号結合器。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
請求項１に記載のポンプ信号結合器であって、
前記入力コア直径が前記出力コア直径に等しく、
前記信号ファイバの前記入力部と前記信号ファイバの前記出力部は、それぞれ異なる開口数を有する、
ポンプ信号結合器。
【請求項３】
請求項１に記載のポンプ信号結合器であって、
前記信号ファイバの前記入力部と前記信号ファイバの前記出力部が、同一の開口数を有し、
前記入力コア直径は前記出力コア直径とは異なる、
ポンプ信号結合器。
【請求項４】
請求項１に記載のポンプ信号結合器であって、
前記信号ファイバの前記中間部はさらに、前記第１先細り部と前記第２先細り部との間に供されて前記最大値に等しい均一のコア直径を有する中間部を含む、
ポンプ信号結合器。
【請求項５】
請求項１に記載のポンプ信号結合器であって、前記信号ファイバの前記出力部の前記出力コア直径は、前記信号ファイバの前記出力部に接続される出力ファイバのコア直径に等しい、ポンプ信号結合器。
【請求項６】
請求項１に記載のポンプ信号結合器であって、前記ガラス包囲体は、前記信号ファイバの前記第１先細り部と少なくとも部分的に重なる第１先細り部、及び、前記信号ファイバの前記第２先細り部と少なくとも部分的に重なる第２先細り部を含む、ポンプ信号結合器。
【請求項７】
請求項１に記載のポンプ信号結合器であって、前記ガラス包囲体は毛細管を含み、前記毛細管は、該前記毛細管上にクラッドライトストリッパを有する、ポンプ信号結合器。
【請求項８】
ポンプ信号結合器を製造する方法であって、
複数のポンプファイバと、前記複数のポンプファイバによって取り囲まれると共に入力コア直径を有する入力部と、前記入力部に隣接すると共に内部ではコア直径が前記入力コア直径から最大値にまで増大する第１先細り部を有する信号ファイバを含むファイバ束を、該ファイバ束に適合する寸法の第１ウエストを有するガラス包囲体に挿入する段階と、
前記ガラス包囲体の一部と、前記ガラス包囲体内部に設けられる前記ファイバ束の一部を先細らせることで、前記信号ファイバがさらに、出力コア直径を有する出力部と、前記出力部に隣接すると共に内部ではコア直径が前記最大値から前記出力コア直径にまで減少する第２先細り部を備えるようにする段階と、
前記第１ウエストで前記ファイバ束を劈開する段階と、
前記ファイバ束を出力ファイバへ接合する段階、
を有する方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
クラッドにとって取り囲まれて前記最大値に等しい直径を有するコアを有する光ファイバを剥離する段階と、
前記光ファイバを先細らせることで、前記光ファイバが、内部で前記コアの直径が前記入力コアの直径と一致するように減少する第２ウエストを有するようにする段階と、
前記第２ウエストで前記光ファイバを劈開することで前記第１先細り部を形成する段階と、
前記第１先細り部を前記入力部へ接合することで前記信号ファイバを形成する段階、
をさらに有する方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であってさらに、
前記ガラス包囲体の表面上にクラッドライトストリッパを形成する段階と、
前記ガラス包囲体の中央部を先細らせることで前記第１ウエストを形成する段階、
を有する方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【関連出願の相互参照】
【０００１】
本特許出願は、2023年1月23日に出願され、「双方向先細り信号ファイバを有する高輝度ポンプ及び信号結合器」と題された米国仮特許出願第63/481,110号の優先権を主張し、先行出願の開示は、その一部とみなされ、参照により本特許出願に組み込まれる。
続きを表示（約 3,100 文字）【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、高出力ファイバレーザと、活性ファイバ長に沿った異なる位置にポンプ光を注入するために高出力ファイバレーザにおいて使用され得るポンプ信号結合器とに関する。
【背景技術】
【０００３】
ポンプ信号結合器は、高出力ファイバレーザの重要な構成要素である。ポンプ-信号結合器は、ポンプ光と信号光とを組み合わせて、信号光のパワーを増加させる。
【発明の概要】
【０００４】
一部の実施形態では、ポンプ信号結合器は、ガラス包囲体と、前記ガラス包囲体内部に設けられたファイバ束を備える。前記ファイバ束は、複数のポンプファイバと、前記複数のポンプファイバによって取り囲まれる信号ファイバを含む。前記信号ファイバは、入力コア直径を有する入力部と、出力コア直径を有する出力部と、前記入力部と前記出力部との間に供される中間部を有する。前記中間部は、前記入力部に隣接して、内部では前記中間部のコア直径が前記入力コア直径から最大値にまで増大する第１先細り部と、前記出力部に隣接して、内部では前記中間部のコア直径が前記最大値から前記出力コア直径にまで減少する第２先細り部を備える。
【０００５】
一部の実施形態では、ポンプ信号結合器を製造する方法は、複数のポンプファイバと、前記複数のポンプファイバによって取り囲まれると共に入力コア直径を有する入力部と、前記入力部に隣接すると共に内部ではコア直径が前記入力コア直径から最大値にまで増大する第１先細り部を有する信号ファイバを含むファイバ束を、該ファイバ束に適合する寸法の第１ウエストを有するガラス包囲体に挿入する段階と、前記ガラス包囲体の一部と、前記ガラス包囲体内部に設けられる前記ファイバ束の一部を先細らせることで、前記信号ファイバがさらに、前記出力部に隣接すると共に内部ではコア直径が前記最大値から前記出力コア直径にまで減少する第２先細り部を備えるようにする段階と、前記第１ウエストで前記ファイバ束を劈開する段階と、前記ファイバ束を出力ファイバへ接合する段階を有する。
【０００６】
一部の実施形態では、光学系は、信号光を発生させるように構成される１つ以上の第１レーザー源と、ポンプ光を発生させるように構成される複数の第２レーザー源を含む入力システムと、前記信号光を伝えるように構成される１つ以上のコア、及び、該コアを取り囲むと共に前記ポンプ光を伝えるように構成されるクラッドを有する出力ファイバと、前記入力システムと前記出力ファイバとの間に配置されるポンプ信号結合器を備える。前記ポンプ信号結合器は、前記ポンプ光を受光し、かつ、前記ポンプ光を前記出力ファイバの前記クラッドへ伝送するように構成される複数のポンプファイバと、前記複数のポンプファイバによって取り囲まれる１つ以上の信号ファイバを有する。前記１つ以上の信号ファイバの各々は、前記１つ以上の第１レーザー源に結合されると共に入力コア直径を有する入力部と、前記出力ファイバに結合されると共に出力コア直径を有する出力部と、前記入力部に隣接して、内部ではコア直径が前記入力コア直径から最大値にまで増大する第１先細り部と、前記出力部に隣接して、内部ではコア直径が前記最大値から前記出力コア直径にまで減少する第２先細り部を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
双方向に先細り状にされた信号ファイバを含むポンプ信号結合器の例示的な実装を示す。
双方向に先細り状にされた信号ファイバを含むポンプ信号結合器の例示的な実装を示す。
双方向に先細り状にされた信号ファイバを含むポンプ信号結合器を製造するためのプロセスの例示的な実装を示す。
双方向に先細り状にされた信号ファイバを含むポンプ信号結合器を製造するためのプロセスの例示的な実装を示す。
双方向に先細り状にされた信号ファイバを含むポンプ信号結合器を製造するためのプロセスの例示的な実装を示す。
双方向に先細り状にされた信号ファイバを含むポンプ信号結合器を製造するためのプロセスの例示的な実装を示す。
双方向に先細にされた信号ファイバを含むポンプ信号結合器を含む光学システムの例示的な実装を示す。
双方向に先細り状にされた信号ファイバを含むポンプ信号結合器を製造することに関連する例示的なプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
例示的な実装形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同一の参照符号は、同一又は類似の元素を識別可能である。
【０００９】
ポンプ信号結合器は、高出力ファイバレーザの重要な構成要素である。例えば、ポンプ信号結合器は、一般に、ポンプ光を結合して、増大された出力を有する結合されたポンプ光を生成する。多くの場合、ポンプ結合器は、数百ワット(W)/キロワット(kW)のポンプ出力を供給するように構成された別の光学構造(例えば、主発振器出力増幅器(MOPA)および/または単一パスファイバレーザ構造)に接合される束構成で配置される。束構成は、ポンプファイバを特定の最密充填構成(例えば、六角形最密充填構成など)に配置し、個々のポンプファイバを標的サイズの束に融着および先細り状にすることによって達成することができる。さらに、ポンプ-信号結合器では、信号ファイバが、バンドル内の個々のポンプファイバと共に含まれる。このようにして、様々なポンプファイバを使用して、複数のポンプ源からのポンプ出力を出力ファイバのクラッドに結合することができ、信号光は、ポンプ信号結合器に含まれる信号ファイバのコアを通って、出力ファイバのコアに伝播することができる。しかしながら、ポンプ-信号結合器の設計及び製造において生じる1つの課題は、束内の様々なファイバが、出力ファイバに適合するように先細にされる必要があることである。例えば、バンドル内の様々なファイバが先細り状でない場合、ファイバ束の総面積は、出力ファイバよりもはるかに大きい。
【００１０】
その結果、(例えば、様々なポンプファイバを融着および先細りするために)融着および先細り化処理が束に対して実行されるとき、信号ファイバはポンプファイバに融着され、信号ファイバもポンプファイバと共に先細り化される。これは、しばしば、(例えば、束の一端から束の他端まで)サイズが著しく低減された信号ファイバをもたらし、これは、信号ファイバ(例えば、束の端から端まで)を通って伝播する信号ビームの摂動または他の歪みをもたらし得る。さらに、信号ビームは、(たとえば、信号ファイバコアのサイズが減少したために)信号ファイバの先細り領域で信号ファイバコアから漏れ出すことがある。さらに、先細り状の束の内側の信号ファイバコアのサイズは、出力ファイバコアのサイズ(例えば、信号ファイバコアが接合されるべき)と一致しないことが多い。これは、信号ファイバコアから漏出する信号ビームの量を増加させ、それは、輝度を減少させ、信号ビームの光損失を増加させ、および/またはポンプ結合器内で熱を発生させる。したがって、ポンプ結合器の性能(例えば、光学性能および/または熱性能)が影響を受ける。
（【００１１】以降は省略されています）

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