ファイバー結合ダイオード：代表的な波長とポンプ光源としての応用

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固体レーザーの励起光源要件を詳細に理解するには、これらのレーザーの動作原理と、励起光源がレーザー機能において果たす役割を詳細に理解することが不可欠です。ここでは、概要をさらに深め、励起機構の複雑さ、使用される励起光源の種類、そしてそれらがレーザーの性能に与える影響について解説します。励起光源の選択と構成は、レーザーの効率、出力、ビーム品質に直接影響します。効率的なカップリング、波長整合、そして熱管理は、性能を最適化し、レーザーの寿命を延ばすために不可欠です。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固体レーザーの性能と信頼性は向上し続けており、幅広い用途においてより汎用性とコスト効率に優れています。

- ファイバーレーザーのポンプ光源要件

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では、効率、小型、そしてドープファイバーの吸収スペクトルに一致する特定の波長の光を生成できることから、主にレーザーダイオードが励起光源として用いられます。レーザーダイオードの波長選択は非常に重要です。例えば、ファイバーレーザーによく用いられる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、Ybドープファイバーレーザーの励起には、この波長またはその近傍の波長で発光するレーザーダイオードが適しています。

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、ファイバーレーザーでは二重クラッド構造のファイバーが用いられることが多い。内側のコアには活性レーザー媒質（例：Yb）が添加され、外側のより広いクラッド層がポンプ光を導波する。コアはポンプ光を吸収してレーザー動作を発生させ、クラッド層はより多くのポンプ光がコアと相互作用できるようにすることで効率を高める。

波長整合と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、慎重な調整と、レンズやカプラなどの光学部品の使用が含まれ、最大限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に加え、固体レーザー（Nd:YAGのような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を用いて光励起することができます。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質の吸収帯と一致します。この方法はレーザーダイオード励起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供給できるため、高いピーク出力が求められる用途に適しています。

ポンプソース構成:固体レーザーにおけるポンプ光源の構成は、その性能に大きな影響を与える可能性があります。一般的な構成には、エンドポンピングとサイドポンピングがあります。エンドポンピングでは、ポンプ光がレーザー媒質の光軸に沿って照射されるため、ポンプ光とレーザーモードの重なりがより良くなり、効率が向上します。サイドポンピングは効率が低下する可能性がありますが、よりシンプルで、大口径のロッドやスラブに対してより高い総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固体レーザーはどちらも、励起光源から発生する熱に対処するために効果的な熱管理が必要です。ファイバーレーザーでは、ファイバーの表面積が広いため、放熱効果が向上します。固体レーザーでは、安定した動作を維持し、熱レンズ効果やレーザー媒体への損傷を防ぐために、水冷などの冷却システムが必要です。