ホワイトペーパー
新たに登場したイッテルビウムファイバーレーザシステム用高出力シングルエミッタ半導体レーザ
概要
FACTOR 976 nmシリーズは、非常に小型・軽量でありながらイッテルビウムファイバーレーザの高励起に対応し、追加冷却なくわずか21 Aの動作電流で最大400 Wの出力を実現します。 高出力の産業、医療、防衛用途に適したこれらの新しい半導体レーザは、VBGロックにより、波長性能に及ぼす熱の影響をさらに低減します。
従来、ファイバーカップリングモジュールの多くは、高出力半導体レーザバーをベースとしていましたが、新たなファセットパッシベーションの改良により、COMD閾値の向上と、イッテルビウムレーザシステムでのシングルエミッタあたりの出力増加を実現しています。 階段状の配置でエミッタ間の距離を長くすることで、冷却効果を高めています。 また、この配置により複数のエミッタの空間多重化が容易となり、FACTORの一部の半導体レーザパッケージでは偏光多重化の使用も可能です。
新しいFACTOR 976 nm半導体レーザは、次の2つの構成で提供されます。
| Verdi | Factor - 22 | Factor - 16 |
| 出力（W） | 400 | 150 |
| 動作電流（A） | 21 | 12 |
| 電気光学効率 | >45 (typ. 50) | >48 (typ. 51) |
| ファイバーコア/クラッディング径（µm） | 200 / 240 | 106.5 / 125 |
| 90%の電力含有率 | NA 0.16（typ. 93%) | NA 0.15（typ. 93%) |
| VBG | VBG | VBG |
| ファイバー出力 | ピグテール | ピグテール |
| 寸法（nm） | 97 x 76 x 12 | 96 x 50 x 12 |
| 重量（g） | 500 | 230 |
106.5/125 μmのファイバーで最大150 Wの出力が可能なFACTOR-16は、16のシングルエミッタアレイに基づいています。 半導体レーザを高密度アレイでずらして配列できるよう、取り付け穴を側面に交互に配置した設計となっています。 冷却は、モジュール底面からの伝導によって行われます。 モードストリップファイバーを使用しないモデルで、コンパクトなデザインの付属のファイバーピグテールが特徴です。
200/240 µmのファイバーで最大400 Wの出力が可能なFACTOR-22は、22のシングルエミッタアレイに基づいています。 このモデルにはファイバーモードストリップが内蔵されているため、若干の熱が発生します。 モジュールの底面に施された伝導冷却部で熱を除去しますが、必要に応じて冷却板を設置いただけるよう、 温度センサーの取り付け用に穴が2つ設けられています。
どちらのモデルも、取り付け時にモジュールの屈折をほとんど生じさせない堅牢な設計となっているため、冷却板の有無にかかわらず、適切な放熱を確保できます。
VGBロック
Coherentでは、1 nm未満で90%の電力含有率を達成するVGBロックの設計を目標としていました。 FACTOR 22では、線幅0.7 nmで52.6%の効率、FACTOR 16では0.9 nmで51.2%の効率を実現しています。
下図は、温度範囲における976 nmの波長ロックを示したものです。
「Coherentは、多様な出力レベルと波長を持つVGBロック製品の分野を牽引しています。」
Coherentは、多様な出力レベルと波長を持つVGBロック製品の分野を牽引しています。これらのFACTOR半導体レーザは、VGB機能の内蔵により、ロック性能の向上を実現しています。4 Aから24 Aまでの出力レンジと20°Cから50°Cまでの温度範囲で完全なロッキング（ロックされたスペクトルでは帯域内の出力が99%）を達成しており、この結果を得るために、アクティブな温度制御も必要ありません。市場で最高水準の広さである±6 nmのロック範囲により、970 nm～982 nmのアンロック状態の中心波長でのロックが可能です。
ファイバー以外の開口数
FACTOR 976 nmシリーズの開口数（NA）は、ファイバーコンバイナーを設計する上で重要な要素です。 ここでは、高解像度で過飽和のないシンプルなCCDカメラを用いて、遠視野プロファイルビームを測定しています。 NA 0.16の開口部は下の白いリングで示されています。
結果が示すように、水平面、垂直面ともに断面が典型的なガウス型の分布となり、予想外のサイドピークが発生しないことがわかります。左下は、各出力要件のNAです。製造する各モジュールにこの試験を実施することで、半導体レーザファミリー全体での品質保証を徹底しています。
「さまざまな条件下での堅牢な設計と性能を検証するため、厳格な環境試験を実施し...」
その他のモデル
FACTOR半導体レーザは、他の波長でも利用可能です。793 nmは106.5 μmファイバーからの10～40 Wのツリウムファイバー励起用、88Xは200 μmと400 μmのファイバーコアからの150 WのNd3+ベースのLD励起固体レーザ用で、より効率的で、かつ複雑性を低減した励起スキームで高度なレーザ設計を実現します。 また、Ndエンドポンピング、医療、材料加工用途に808 nmのモデル、医療用途に1060 nmのモデルも必要に応じて提供しています。