高パルスエネルギーのファイバレーザ、ライダやセンシングに対する目に優しいレーザ源に
エルビウム添加の特殊な光ファイバは、1550nm周辺の目に優しい波長域で、1mJ以上、ライダ対応、変換限界線幅のレーザパルスを実現するための重要な役割を担うことができる。
ファイバレーザは、連続波（CW）モードと小型パッケージで、数kWの平均出力レベルを確実に達成し、産業や軍事分野における適用可能範囲を拡大している（1）。しかし、パルスファイバレーザは多くの実用的な用途において、CWファイバレーザと同等の評価は受けていない。端的に言って、十分に高エネルギーで高ピーク出力の短い光パルスを供給することができれば、その潜在能力は大幅に向上するはずである。
そのようなパルスの重要な応用分野の1つが、風計測、化学物質のリモートセンシングを行うためのレーザ分光法、目標測距または識別に用いられるコヒーレントライダである。コヒーレントライダには、パルス幅が比較的長い（数百ns）変換限界線幅のレーザパルスと、ほぼ回折限界のレーザビームにおける高いパルスエネルギーが必要である。
コンパクトで堅牢で柔軟なパルス調整が可能という点において、ファイバベースのパルスレーザは、地上または空中でフィールド実装されるコヒーレントライダシステムに搭載する上で、フリースペースオプティクスよりもはるかに望ましい。それらのメリットは、ファイバレーザのオールファイバのモノリシック設計に起因している。主発振器出力増幅器（Master Oscillator Power Amplifier：MOPA）構成において、ファイバ結合のシードレーザが、用途に合わせて適切に調整されたレーザパルスフォーマットを提供し、ファイバ増幅器チェーンが、必要なレーザエネルギーを提供する。
類似のファイバベースのパルスMOPAプラットフォームを、シードレーザのフォーマットを変えることにより、コヒーレントライダまたはダイレクトToF（Time of Flight）ライダに使用することができる。コヒーレントライダの場合、シードレーザは一般的にCWモードで動作し、ファイバピグテール付きの外部振幅変調器（音響光学[AOM]変調器または電気光学[EOM]変調器）との組み合わせによって、コヒーレント検出のための変換限界線幅のレーザパルス（パルス幅は数百ns）を生成する。ToFライダの場合は、直接変調レーザダイオードによって、直接検出のための非常に短いシードレーザパルス（<5ns）を供給することができる。
しかし、そうした顕著なメリットがあるにもかかわらず、モノリシック型 パルスファイバレーザをライダに採用することを阻む最大の障害は、それらのレーザ源の中心にある光ファイバか らの非線形効果に起因する、パルスエ ネルギーとピーク出力の限界である。
ファイバレーザのパルス出力の増加商用化されている高出力パルスファイ バレーザ／増幅器は一般的に、シリカ ガラスをベースとする、ファイバ長が 数メートルのステップインデックス （SI）型、ラージモードエリア（LMA） のゲインファイバを、最終段のファイ バ出力増幅器に使用することにより、 所望の出力パルスエネルギーを生成す る。残念ながら、この長さ数メートルの最終段ゲインファイバの誘導ブリルアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering：SBS）効果によって、変換限界線幅のレーザパルス（パルス幅は 100ns程度）の最大出力エネルギーが、ある程度のビーム品質を維持する場合に、およそ200μJ未満に制約される。
コア径が非常に大きな（80～100μm） ロッド状のフォトニック結晶ファイバ（Photonic Crystal Fiber：PCF）は、最 大パルスエネルギーをmJレベルまで高 められる可能性が実証されているが、 PCFは、商用パルスファイバレーザシ ステムにおいて広く受け入れられてはいない（2）。PCFはそもそも、その脆弱なフリースペース信号／励起光結合要件により、固体コアファイバが備える堅牢性とコンパクト性に欠けている。
米アドバリュー・フォトニクス社（AdValue Photonics）はこの数年間で、パルス幅が数百nsの変換限界線 幅のレーザパルスから、1mJを超えるパルスエネルギーを達成する、プロプライエタリなマルチコンポーネントの ガラスファイバレーザ技術を開発した。複数の波長域（1μm、1.55μm、2μm）でその性能を達成することが実証され ている。また、比較的広いスペクトル 帯域幅を持つオールファイバのレーザ システムによって、ToFライダに有効 である可能性がある、はるかに短いパ ルス幅（2 ～ 5ns）の高いパルスエネル ギーを生成することも可能である（3）。
アドバリュー・フォトニクス社は、 短いラージモードエリアファイバから 非常に高い光増幅とシングルモード出 力を生成する、希土類イオン添加のシ リケートガラスファイバを量産することにより、この高エネルギーのパルス ファイバレーザを、リモートセンシン グやライダの用途を対象に、産業分野 の企業や政府の研究施設に納入している。このファイバレーザは、ファイバ コア径を拡大し（30 ～ 50μm）、ゲインファイバ長を短縮し（数十cm）、添 加濃度を高くすることによって、非線 形光学効果の発生しきい値を増加させつつ、シングルモード動作を維持する。
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出典元
http://ex-press.jp/wp-content/uploads/2020/07/20-23_ft_fiber_lasers.pdf