ファイバ結合ダイオード: 代表的な波長とポンプ源としてのその応用

ファイバーレーザーおよび固体レーザーのポンプ光源の要件。

ファイバーレーザーとソリッドステートレーザーのポンプ光源の要件を詳細に理解するには、これらのレーザーの動作方法と機能におけるポンプ光源の役割の詳細を掘り下げることが不可欠です。ここでは、最初の概要を拡張して、ポンピング機構の複雑さ、使用されるポンピング源の種類、およびそれらがレーザーの性能に及ぼす影響について説明します。ポンプ源の選択と構成は、レーザーの効率、出力、ビーム品質に直接影響します。効率的な結合、波長マッチング、および熱管理は、パフォーマンスを最適化し、レーザーの寿命を延ばすために非常に重要です。レーザーダイオード技術の進歩により、ファイバーレーザーとソリッドステートレーザーの両方の性能と信頼性が向上し続けており、幅広いアプリケーションに対して汎用性とコスト効率が向上しています。

- ファイバーレーザーポンプ光源の要件

レーザーダイオードポンプ源として:ファイバーレーザーは、その効率、コンパクトなサイズ、およびドープされたファイバーの吸収スペクトルと一致する特定の波長の光を生成する能力により、主にレーザーダイオードをポンプ光源として使用します。レーザー ダイオードの波長の選択は重要です。たとえば、ファイバーレーザーの一般的なドーパントはイッテルビウム (Yb) で、976 nm 付近に最適な吸収ピークがあります。したがって、この波長またはその近くで発光するレーザー ダイオードは、Yb ドープ ファイバー レーザーをポンピングするのに適しています。

ダブルクラッドファイバー設計:ポンプ レーザー ダイオードからの光吸収効率を高めるために、ファイバー レーザーではダブル クラッド ファイバー設計が使用されることがよくあります。内側のコアには活性レーザー媒質（Yb など）がドープされており、外側のより大きなクラッド層がポンプ光をガイドします。コアはポンプ光を吸収してレーザー作用を生成しますが、クラッドはより大量のポンプ光がコアと相互作用することを可能にし、効率を高めます。

波長整合および結合効率: 効果的なポンピングには、適切な波長のレーザー ダイオードを選択するだけでなく、ダイオードとファイバー間の結合効率を最適化することも必要です。これには、慎重な位置合わせと、レンズやカプラーなどの光学コンポーネントの使用が含まれ、最大のポンプ光がファイバーのコアまたはクラッドに注入されるようにします。

-固体レーザーポンプ源の要件

光ポンピング:レーザー ダイオードのほかに、固体レーザー (Nd:YAG などのバルク レーザーを含む) はフラッシュ ランプやアークランプで光学的に励起できます。これらのランプは広いスペクトルの光を放射し、その一部はレーザー媒体の吸収帯域と一致します。この方法はレーザー ダイオード ポンピングよりも効率は劣りますが、非常に高いパルス エネルギーを提供できるため、高いピーク パワーを必要とするアプリケーションに適しています。

ポンプ源構成:固体レーザーのポンプ源の構成は、その性能に大きな影響を与える可能性があります。エンドポンピングとサイドポンピングが一般的な構成です。ポンプ光がレーザー媒体の光軸に沿って方向付けられるエンドポンピングでは、ポンプ光とレーザーモードのオーバーラップが改善され、効率が向上します。サイドポンピングは効率が低い可能性がありますが、より簡単で、大径のロッドまたはスラブに高い全体エネルギーを提供できます。

熱管理:ファイバーレーザーとソリッドステートレーザーはどちらも、ポンプ源によって生成される熱を処理するための効果的な熱管理を必要とします。ファイバーレーザーでは、ファイバーの表面積が広がることで熱放散が促進されます。固体レーザーでは、安定した動作を維持し、熱レンズやレーザー媒体への損傷を防ぐために、冷却システム (水冷など) が必要です。