高出力ファイバーレーザーのシステム構成

高出力ファイバーレーザーのシステム構成
1．システム構成
高出力ファイバーレーザーは、ポンプ光源、ポンプコンバイナ、ゲインファイバー、レーザー出力ヘッドの4つの部分から構成されています。
1.1 ポンプ光源：単一レーザーチップの出力はわずか10W～50Wで、需要に応じて6～50個のチップが集積・パッケージ化されます。チップ数が多い場合は、空間ビーム合成と偏光ビーム合成を組み合わせて出力を向上させます。単一ポンプ光源の出力は数十ワットから数百ワットの範囲で、キロワットレベルの出力を実現するには、10個以上のポンプ光源を直列に接続する必要があります（例えば、Ruikeレーザーは11個のポンプ光源を組み合わせて使用​​しています）。
1.2 ポンプコンバイナ：光ファイバー融着接続技術によって製造され、複数のポンプモジュールが同一の光ファイバーに光学的に結合されます。
1.3 利得ファイバー：長さは30メートルを超えることが多く、コイル状に巻かれて放熱板に固定されます。イッテルビウム添加二重クラッド構造がよく用いられ、コア径は10～20μm、シングルモード/少数モード導波路で、イッテルビウムイオンが添加されています。内側クラッド径は400μmに達し、マルチモードポンプ光の伝送に使用されます。
1.4 レーザー出力ヘッド：最終的なレーザー出力を担当し、標準インターフェースを介して加工装置に接続できます。
2．コア動作原理
2.1 光増幅用共振器：一対のファイバーブラッググレーティング（FBG）で構成されています。高反射グレーティング（反射率>99%）は、目標波長（例えば1080nm）の光を利得ファイバーに反射します。出力結合グレーティング（反射率10%～50%）は、部分的に反射して発振を維持し、部分的に透過させて出力を形成します。ポンプ光はイッテルビウムイオンを励起して自然放出を起こし、波長要件を満たす光子はグレーティング間で繰り返し増幅され、最終的に安定したレーザー出力を形成します。
2.2 モード選択によるビーム品質の確保：一方では、小径コア層の導波路制限により、基本モードの低損失伝送のみが許可されます。他方では、基本モードと利得媒体（イッテルビウムイオン）の高い重なり、および高次モードの高損失特性を利用し、さらにファイバー曲げ設計によって高次モードをフィルタリングすることで、M²が1に近い高品質の基本モード出力が最終的に実現されます。