CN107112715A - 激光活性介质和制造其的过程 - Google Patents

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Abstract

一种固态激光活性介质包括：光学增益材料(1A”)；散热器(15)，其中散热器是透明的，尤其在200nm到4000nm的波长范围中，优选地具有<1cm‑1的吸收系数；散热器具有高热导率，尤其≥149W/(m K)；其中光学增益材料和散热器展现了<1nm的均方根(RMS)表面粗糙度；其中光学增益材料通过直接键合而被附接到透明的散热器。由于改进的热接触，更大量的热可以从泵送的增益介质中更有效地被去除，从而增强激光输出功率。

Description

激光活性介质和制造其的过程
技术领域
本发明涉及一种用于固态激光系统的激光活性介质和制造所述激光活性介质的过程。
背景技术
固态激光系统在本领域中是已知的。这样的系统包括激光，其以固态形式而不是液体(比如以染料激光形式)或者气体(比如以气体激光形式)来使用增益介质。这样的激光的增益介质通常涉及基于半导体的活性材料，其包括与增益介质单片地集成的高反射率多层堆叠或利用溅射氧化物电介质反射镜封顶的掺杂过的激光晶体。正如我们将参考其的该“活性反射镜”然后被安装到刚性基体上或者被连接到其以用于结构支撑或冷却。US 6 963592 B2公开了将激光介质连接到冷却部件或者借助于粘合剂层的支撑，粘合剂层由从液态到交联态转换的具有体积的最小变化的粘合剂材料产生。然而，粘合剂层的使用(尽管在其实施方式中是直接的)可以最终限制系统的热导率。此外，当将激光介质粘合地连接到冷却部件时，可能存在机械稳定性的问题。而且，粘合剂层的使用可能限制系统的光学特性。如果金属键合的结构被采用，那么安装的结构会在冷却部件侧被呈现为不透明的，从而限制了光提取的可能方向或者相反地限制了光学泵光束的输入的可能方向，因为粘合剂即基于胶的结构可以进一步展现大量的光学吸收。
发明内容
本发明提供一种克服上面提到的限制的替代解决方案，并且提供具有增强的光学、热和机械特性的固态激光活性介质。
在本发明的上下文内，术语光学增益材料应被理解为能够生成光学增益的材料，其中应理解光学增益描述了材料的光学放大过程。
本发明提供一种用于固态激光系统的激光活性介质，其包括：光学增益材料；散热器，其中所述散热器是透明的，尤其在200nm到4000nm的波长范围中，优选地具有<1cm-1的吸收系数；散热器具有高热导率，尤其大于或等于149W/m*K；其中光学增益材料和散热器展现了<1nm的均方根(RMS)表面粗糙度；其中光学增益材料通过直接键合而被附接到透明的散热器。
直接键合过程应被理解为在没有任何中间粘合剂层(比如胶或金属焊料)的情况下光学增益材料直接与散热器的连接。散热器可以被理解为在室温下具有大于或等于149W/m*K的热导率的散热片或最终载体基体或热沉。典型地，散热器可以是平面的，尽管还有使用具有预定曲率半径的弯曲结构的可能性。既然光学增益材料直接被键合到散热器，即没有中间层被插入并且没有材料(比如粘合剂、胶或玻璃粉)被呈现，那么系统的热性能显著地被提高。因此，热性能最终仅由光学增益材料或散热器中哪个的热导率最低的热导率来限制。而且，基于胶的结构可能熔化、流动或塑性变形。这通过直接键合的使用而被避免，使得激光的整体机械特性被增强。在最佳化的直接键合过程中，在约1J/m2的界面键合强度是可能的，以接近典型固体的体键合强度。
直接键合工序还是有利的，因为其允许在散热器和增益材料之间的光学透明界面的实现。在透明界面的情况下，采用透明载体基体作为散热器于是变得有利。利用直接键合耦接的透明散热器给予了如下优势：能够从结构的两侧(即所有侧)提取光，或者相反从结构的两侧泵出。此外，采用具有在1cm-1以下的光学吸收水平的材料允许装配件升温最小，并且在期望时几乎所有的光均可以传输通过散热器。采用金属或胶用于附接的结构可以相反大体上是不透明的或者可以展现实质上的吸收。因此，激光的整体几何结构可以被简化，并且可以使用本发明而探索新颖的装置设计。
出于本发明的目的，光学增益材料和散热器必须被抛光，例如它们必须展现<1nm的均方根(RMS)表面粗糙度。该表面质量实现了在两个表面的接触之后的直接键合。
激光活性介质可以进一步包括高反射率薄膜堆叠，其中光学增益材料可以与高反射率薄膜堆叠进行组合。
将高反射率多层添加到光学增益介质可以允许增益材料的多通道泵送，从而增强系统的光学功率输出并且改进其整体效率。此外，该设计可以允许激光组件中的两个(例如，增益材料和腔镜(cavity end mirror)之一)被组合成一个混合元件，从而简化系统设计并且降低生产成本。应当理解，术语“组合”指代高反射率多层与光学增益材料的直接即紧密接触的实现，其通过直接沉积方法，利用了溅射、蒸发、化学汽相沉积的选择示例；或者甚至利用了晶体生长技术(比如分子束外延)以及其中单独沉积的多层经由直接键合过程而被转移到增益材料上的直接键合技术。
在如上所述的激光活性介质中，光学增益材料可以包括半导体结构或掺杂过的激光晶体。
取决于最终应用，对于脉冲激光操作可能特别重要的期望操作波长、功率输出、光学带宽会被选择并且驱动是否可以采用基于半导体的或掺杂过的晶体增益材料。
在如上所述的激光活性介质中，半导体结构可以是单片的，在一个连续结构中组合了交替的高和低指数材料的高反射率堆叠和基于半导体的光学增益材料。
单片半导体结构应被理解为包括高反射率反射镜堆叠和光学增益材料的连续单个元件。相似于上面所述的优势，单片半导体结构的使用可以通过减少的组件计数而允许简化的系统设计和更低的成本。此外，对于“双频带”反射器，反射镜可以实现光学泵光束的循环或多次通过，并且因此实现对于给定的泵功率的输出功率和效率两者的增强。
在如上所述的激光活性介质中，基于半导体的光学增益材料可以包括半导体量子结构。
在该情况下，半导体量子电子结构(例如，量子阱、线、或点)的使用与使用“块状(bulk)”半导体活性材料相比允许增强的光学增益。这通过具有增益材料的内腔光学场的增强重叠而被实现。附加利益经由用于电子带边缘附近的复合电荷载流子的状态的有利密度、以及由于周围势垒材料的相对于绝缘量子结构的更大带隙的改进载流子限制而被实现。
在如上所述的激光活性介质中，活性元件可以包括复合结构，其包括与产生高反射率反射镜的交替的高和低指数材料的多层堆叠组合的掺杂过的激光晶体。
如上所述，将反射镜和活性材料组合可以产生更简单的系统并且还可以允许泵光的循环。
在如上所述的激光活性介质中，掺杂过的激光晶体可以包括以下中的至少一个：与Nd、Yb、Er、Tm或其组合掺杂的YAG；掺杂钕的钒酸盐，掺杂钕的钨酸盐，掺杂镱的钨酸盐，掺杂钛的蓝宝石，掺杂铬的Al2O3，掺杂铬的硫属化合物。
取决于最后应用，期望的操作波长、泵波长、输出功率、和光学增益带宽会驱动激光材料的最后选择。
在如上所述的激光活性介质中，光学增益材料和透明散热器的直接键合可以包括范德华力键合和/或优选地共价键合。
与粘合剂或金属(即基于焊料的附接)相反的是，直接键合实现了对于在如下许多方面上的改进的激光性能的潜能：i)激光可以在光学增益材料和散热器之间的界面处经由增强的热导率来展现改进的输出功率和效率；(ii)直接键合产生透明界面并且与透明散热器耦接的直接键合降低了系统的整体光学吸收并且实现了通过散热器进行的光传输，例如针对后方的光学泵出，被传输的光的提取等；以及最后，(iii)当与在更大的光学功率负载下通过熔化或者通过塑性变形而可能失败的焊料或粘合剂层进行比较时，高强度(即1J/m2)的直接键合可以进一步改进激光增益介质的机械和结构特点。
在如上所述的激光活性介质中，散热器可以包括透明的和高热导率材料，例如用于在从200nm到4000nm的波长的范围中的可视和IR操作的金刚石、SiC和AlN，或针对在从1200-4000nm的波长的范围中的近IR应用和中IR应用的单晶体硅。
由于直接键合的界面具有针对高热导率和光学透明性的潜能，因此使用具有光学透明性(比如小于1cm-1的吸收系数和≥149W/m*K的高热导率)的载体基体或散热器材料是有利的。取决于系统的操作波长范围和最终性能，包括金刚石、SiC、AlN和单晶体硅的许多候选材料被示出在表1中。
表1示出具有以nm为单位给定的下限和上限的候选散热器材料的透明性范围及以W/m*K为单位给定的热导率。
本发明进一步提供一种用于制造用于固态激光系统的激光活性介质的方法，该激光活性介质包括：基于半导体的光学增益材料，散热器，散热器具有高热导率，尤其大于或等于149W/m*K，并且是光学透明的，优选地具有<1cm-1的吸收系数，尤其在200nm到4000nm的波长范围中；该方法包括如下步骤：在基于半导体的光学增益材料的情况下，在第一基体上提供光学增益材料，该光学增益材料具有<1nm的均方根(RMS)表面粗糙度，其中尤其地第一基体包括GaAs、InP、GaN、AlN、Si或Ge；提供散热器，该散热器具有RMS粗糙度在1nm以下的抛光表面；将基于半导体的光学增益材料从第一基体分离；通过直接键合将光学增益材料附接到散热器。
该方法的优势与上面关于激光活性介质描述的相同。
在如上面所介绍的方法中，激光活性介质可以进一步包括高反射率薄膜堆叠，其中光学增益材料可以与高反射率薄膜堆叠组合；其中该薄膜堆叠可以包括电介质或半导体多层。
在如上所述的方法中，基于半导体的激光增益材料可以通过使用化学-机械基体去除或外延剥离过程来从第一基体分离。
本发明进一步提供一种用于制造用于固态激光系统的激光活性介质的方法，基于掺杂过的激光晶体的该激光活性介质包括：作为光学增益材料的掺杂过的激光晶体，散热器，其中该散热器展现了高热导率，尤其≥149W/m*K，并且是光学透明的，优选地具有<1cm-1的吸收系数，尤其在200nm到4000nm的波长范围中；该方法包括如下步骤：提供具有在1nmRMS以下的表面粗糙度的掺杂过的激光晶体；提供具有在1nmRMS以下的表面粗糙度的透明散热器；通过直接键合将基于激光晶体的增益材料附接到散热器。
该方法的优势与上面关于激光活性介质描述的相同。
在如上面所介绍的方法中，基于掺杂过的晶体的激光活性介质可以进一步包括高反射率薄膜堆叠，其中光学增益材料可以与高反射率薄膜堆叠组合；其中该薄膜堆叠可以包括电介质或半导体多层。
在如上面所述的方法中，光学增益材料可以通过范德华力键合和/或优选地共价键合而直接被附接到散热器。
通过范德华力或优选地共价键合将激光增益介质附接到散热器避免了任何中间层或材料(比如胶、金属焊料、薄膜粘合剂等)的使用。因此，可以避免由这样的材料引起的任何潜在地变弱的效应，即吸收、熔化、或减少的热接触等。
在如上所述的方法中，在通过键合将激光增益介质附接到散热器之后可以对键合件进行退火以增加可实现的界面强度。退火的、直接键合的界面可以变得更坚硬并且示出在大的热机械的负载下的减少的变形。键合强度因此可以甚至接近体材料的强度，其可以由在键合的堆叠中采用的最弱的材料来限制。
本发明进一步提供一种固态激光系统，其包括：用于激光反馈的至少两个反射镜；如上所述的激光活性介质；提供泵光束的泵光源，泵光束入射在激光活性介质上。
因此可以提供高效率的固态激光系统。
本发明的以上和其他方面、特征和优势当与附图结合时根据下面的详细描述会变得更显而易见。
附图说明
图1：根据本发明的一种用于固态激光系统的激光活性介质的第一实施例。
图2：根据本发明的一种用于固态激光系统的激光活性介质的进一步实施例。
图3：图2的用于固态激光系统的激光活性介质的修改。
图4：根据本发明的一种用于固态激光系统的激光活性介质的进一步实施例。
图5：根据本发明的一种用于固态激光系统的激光活性介质的进一步实施例。
图6：根据本发明的一种用于固态激光系统的激光活性介质的进一步实施例。
图7：根据本发明的一种用于固态激光系统的激光活性介质的进一步实施例。
具体实施方式
在下文中，应当理解相同的参考标号指代相同的元件。
图1示出一种用于固态激光系统100的激光活性介质12”的第一实施例。
激光活性介质12”被示出作为固态激光系统100的一部分。在图1中，泵光束19U和19L被示出，其可以由泵光源产生。该泵光束19U和19L大体上是垂直入射的，即正交于激光活性介质12”的表面。
在图1中，激光活性介质12”包括光学增益材料1”，其包括掺杂过的激光晶体1A”。掺杂过的激光晶体1A”可以包括以下中的至少一个：与Nd、Yb、Er、Tm或其组合掺杂的YAG；掺杂钕的钒酸盐，掺杂钕的钨酸盐，掺杂镱的钨酸盐，掺杂钛的蓝宝石，掺杂铬的Al2O3，掺杂铬的硫属化合物。应当理解，虽然本实施例明确地示出包括掺杂过的激光晶体1A”的光学增益材料1”，但是光学增益材料1”可以利用图2-图7的光学增益材料而被替代。换句话说，光学增益材料1”可以被如关于其他图所讨论的基于半导体的光学增益材料1和1’替代。
如图1所示的激光活性介质12”的激光光学增益材料1”被键合在散热器15上。该键合是直接键合3。产生直接键合3的直接键合过程应被理解为在没有任何中间粘合剂层(比如胶或金属焊料)的情况下光学增益材料1”直接与散热器15的连接。
散热器15可以被理解为散热片或最终载体基体。其还可以组合如图1所示的热沉(submount)27而被实现。散热器15在室温下典型地具有大于或等于149W/m*K的热导率。散热器15可以平面的。可能使用具有预定曲率半径的弯曲结构的散热器(未示出)也是可以的。既然光学增益材料1(即活性反射镜)直接键合到散热器15，即没有中间层被插入并且没有材料(比如粘合剂、胶或玻璃粉)被呈现，使得系统的热性能显著地被提高。因此，激光活性介质12”的热性能最终仅由光学增益材料1”和/或散热器15中哪个的热导率最低的热导率来限制。而且，基于胶的结构可能熔化、流动或塑性变形。这通过直接键合3的使用而被避免，使得激光系统100的整体机械特性可被增强。在最佳化的直接键合过程中，在约1J/m2的的界面键合强度是可能的，接近典型固体的体键合强度。
在图1中，散热器15可以是透明的，尤其在200nm到4000nm的波长范围中，优选地具有<1cm-1的吸收系数。在图1中，为了实现直接键合，光学增益材料和散热器展现了<1nm的均方根(RMS)表面粗糙度。
图1示出热沉(submount)27。所述热沉27可以是透明的具有如散热器15相似的特性。如图1所示，热沉27可以附加地或替代地包括至少两个部件27L和27R。两个部件27L和27R可以包括基本上相同的材料。然而，热沉27的至少两个部件27L和27R可以不直接邻接地被提供，使得激光输出光还可以通过两个部件27L和27R之间的间隙27G而被发射。
在图1中，激光输出光13U和13L从激光活性介质12”被发射。激光输出光13U被发射到泵光束19U入射的方向上，即基本上正交于激光活性介质12”的表面。此外，在图1中，激光输出光13L可以以与激光输出光13U完全相反的方向而被发射。这里，键合到透明散热器15的光学增益材料1”的直接键合3可以减少激光活性介质12的整体光学吸收并因此减少激光系统100的整体光学吸收，以及尤其实现通过散热器15、及通过热沉27或通过热沉27L和27R的两个部件之间中的间隙27G的光传输。
图1还示出用于聚焦激光输出光13U和13L的、分别并且更重要地用于提供激光腔的光学反馈的两个外反射镜11U和11L。外反射镜11U和11L可以是大体上凹镜，其光学轴线与正交于激光活性介质12”的中心轴成一条直线。即，外反射镜11L聚焦了分别通过散热器15和热沉27或热沉部件27L和27R之间的间隙27G出现的激光输出光13U。外反射镜11L可以与外反射镜11R大体上相同。外反射镜11L和11R因此仅针对大体上共线的激光可以是部分透明的，将激光输出光的一些部分反射回到激光活性介质12”上。
在图2中，根据本发明示出进一步实施例。图2示出不同于如图1所示的激光活性介质12”的激光活性介质2。
图2示出一种用于固态激光系统200的激光活性介质2。激光活性介质2被示出为固态激光系统200的一部分。在图2中，示出了可以是泵光源的轴偏离的泵光束9。该泵光束9以一定角度入射在激光活性介质2上，然而入射的角度不同于90°，即泵光束不垂直于激光活性介质2的表面。
激光活性介质2包括光学增益材料1。光学增益材料1包括半导体结构1A和高反射率薄膜堆叠1S。还应理解，光学增益材料可以包括与高反射率堆叠组合的掺杂过的激光晶体。在图1-图7中所示的所有实施例中，任一种结构，即基于半导体的光学增益材料或者基于掺杂过的晶体的光学增益材料，均是可能的。半导体结构1A与高反射率薄膜堆叠1S组合从而形成活性反射镜。术语“组合”指代直接的实现，即，可以是高反射率多层的高反射率薄膜堆叠1S与光学增益材料1的半导体结构1A的紧密接触。这可以由直接沉积方法而被获得，其利用了溅射、蒸发、化学汽相沉积的选择示例；或甚至利用了晶体生长技术(比如分子束外延)以及其中单独沉积的多层经由直接键合过程而被转移到增益材料上的直接键合技术。半导体结构1A可以是单片的，组合了高反射率堆叠1S，高反射率堆叠1S可以是在表示激光光学增益材料1的一个连续结构中的交替的高和低指数材料和基于半导体的光学增益结构1A的高反射率堆叠。
在图2中，激光光学增益材料1的一侧对应于半导体结构1A，另一侧对应于高反射率堆叠1S。
如图2所示的激光活性介质2的激光光学增益材料1被键合在散热器5上。该键合是直接键合3。
直接键合过程应被理解为在没有任何中间粘合剂层(比如胶或金属焊料)的情况下光学增益材料1直接与散热器5的连接。如图1所示，散热器5可以包括与关于图1被讨论的散热器15相同的材料。散热器5可以被理解为散热片或最终载体基体。其还可以结合如图2所示的热沉7而被实现。散热器5在室温下典型地具有大于或等于149W/m*K的热导率。散热器5可以是平面的。可能使用具有预定曲率半径的弯曲结构(虽然这里没有被示出)的散热器也是可以的。既然光学增益材料1(即活性反射镜)直接被键合到散热器5，即没有中间层被插入并且没有材料(比如粘合剂、胶或玻璃粉)被呈现，使得系统的热性能显著地被提高。因此，激光活性介质2的热性能最终仅由光学增益材料1和/或散热器5中哪个的热导率最低的热导率来限制。而且，基于胶的结构可能熔化、流动或塑性变形。这通过直接键合3的使用而被避免，使得激光系统200的整体机械特性可被增强。在最佳化的直接键合过程中，在约1J/m2的界面键合强度是可能的，接近典型固体的体键合强度。
在图2中，散热器5可以是透明的，尤其在200nm到4000nm的波长范围中，优选地具有<1cm-1的吸收系数。在图2中，其中光学增益材料和散热器展现了<1nm的均方根(RMS)表面粗糙度。
图2示出激光光学增益材料1的对应于高反射率堆叠1S的一侧是激光光学增益材料通过直接键合3而直接被键合到散热器5的一侧。在图2中的散热器5进一步由热沉7来支撑。热沉7的材料可以与关于图1被讨论的热沉27的材料相同。具体地，热沉7可以展现出与散热器5相同的光学特性和参数。然而应当理解，热沉7对于图2所示的激光系统200可以不是必要的。散热器5可以通过常规手段而被附接到热沉7。
图2示出从激光光学增益材料1中出现的激光输出13。激光输出13基本上出现在顶侧，即光学增益材料1(即活性反射镜)的表面。这是光学增益材料1的其上放置了半导体结构或掺杂过的激光晶体1A的一侧。图2示出用于部分反射激光输出光13的附加外反射镜11。外反射镜11可以与关于图1所讨论的外反射镜11U和11L基本上相同。外反射镜11仅针对大体上共线的激光会是部分透明的，将激光输出光反射回到激光活性介质2上。共线激光输出光13的中心轴与激光光学增益材料1和散热器5的中心轴典型地成一条直线，并且还与热沉7的中心的中心轴典型地成一条直线。
图3示出具有一种用于固态激光系统200的激光活性介质12的进一步实施例。在图3中，如在图2中那样，轴偏离泵光束9入射在激光活性介质12上。激光活性介质12相似于如图2所示的激光活性介质2。激光活性介质12被附接到光学透明的散热器15。散热器15是光学透明的，尤其在200nm到4000nm的波长范围中，优选地具有<1cm-1的吸收系数。在图3中，其中光学增益材料1和散热器15展现了<1nm的均方根(RMS)表面粗糙度。光学增益材料1通过与图2所示的相同的直接键合3而被附接到散热器15。在图3中，热沉17被示出，其对于从激光活性介质12发射的激光是光学透明的。如图3中的热沉17可以包括至少两个部件17L和17R。两个部件17L和17R相似于如图1所示的热沉27L和27R。热沉17的至少两个部件17L和17R不直接邻接地被提供，使得激光输出光还可以通过两个组件17L和17R之间的间隙17G被发射。激光输出光13U与如图2中的激光输出光13相似地被发射。此外，在图3中，激光输出光13L可以以与激光输出光13U完全相反的方向而被发射。因此，被键合至透明散热器15的光学增益材料1的直接键合3可以减少激光活性介质12的整体光学吸收，并且因此减少激光系统200的整体光学吸收，以及具体地，实现通过散热器15及通过热沉17的光传输。
图4示出用于修改的固态激光系统300的如图3所示的激光活性介质12。如图4所示的设置相似于图3中所示的设置。然而，在固态激光系统300中，共线泵光束19U和19L被示出以代替轴偏离光束9。因此，泵光束19U和19L相似于如图1的泵光束19U和19L。共线泵光束19U和19L直接地入射在激光活性介质12上，以及通过热沉27，该热沉27可以基本上相似于如图1所示的热沉27。激光输出光13U和13L因此共线地被发射到入射泵光束19U和19L。
图5示出如图3和图4所示的用于进一步修改的固态激光系统500的激光活性介质12。
图5示出与图1中的外反射镜11U和11L相似的设置。如针对图1已经被讨论的，如图1所示的光学增益材料1”被如图2和3所示的光学增益材料12代替。
图6示出如图3和图4和图5所示的用于进一步修改的固态激光系统600的激光活性介质12。
图7示出一种用于固态激光系统700的激光活性介质12’的进一步实施例。
在图6和7中，固态激光系统的与图5相同的设置被示出。然而，如图5所示的共线泵光束19U和19L仅从结构的一侧入射。也就是说，在图6中，共线泵光束19U直接地入射在激光增益介质12上。没有共线泵光束穿过透明的散热器15和或热沉27。在另一方面，在图7中，示出了相反场景。泵光束19L通过穿过热沉27的间隙27G而入射在激光增益介质12上，并且然后典型地立即向后，穿过散热器15。此外，在图7中，激光活性介质12’被示出，其中与其他实施例相比，光学增益材料1’和高反射率薄膜堆叠1S’的顺序被反转。在这些结构中，薄膜堆叠1S和1S’对于入射的泵光基本上是高度反射的。

Claims (14)

1.一种用于固态激光系统(100、200、300、400、500、600、700)的激光活性介质(2、12、12’、12”)，包括：
光学增益材料(1、1’、1”)；
散热器(5、15)，其中所述散热器(5、15)是透明的，尤其在200nm到4000nm的波长范围中，优选地具有<1cm-1的吸收系数；
所述散热器(5、15)具有高热导率，尤其大于或等于149W/m*K；
其中所述光学增益材料(1、1’、1”)和所述散热器(5、15)展现了<1nm的均方根RMS表面粗糙度；
其中所述光学增益材料(1、1’、1”)通过直接键合而被附接到透明的散热器(5、15)。
2.根据权利要求1所述的激光活性介质(2、12、12’、12”)，其中所述激光活性介质(2、12、12’、12”)进一步包括高反射率薄膜堆叠(1S、1S’)，其中所述光学增益材料(1、1’、1”)与所述高反射率薄膜堆叠(1S、1S’)组合。
3.根据权利要求1或2所述的激光活性介质(2、12、12’、12”)，其中所述光学增益材料(1、1’、1”)包括半导体结构(1A、1A’)或掺杂过的激光晶体(1A”)。
4.根据权利要求3所述的激光活性介质(2、12、12’、12”)，其中所述半导体结构是单片的，在一个连续结构中组合了交替的高和低指数材料的高反射率堆叠(1S、1S’)和基于半导体的光学增益材料(1、1’、1”)。
5.根据权利要求3或4所述的激光活性介质(2、12、12’、12”)，其中所述基于半导体的光学增益材料(1、1’、1”)包括半导体量子结构。
6.根据权利要求3所述的激光活性介质(2、12、12’、12”)，其中所述活性元件包括复合结构，其包括与产生高反射率反射镜的交替的高和低指数材料的多层堆叠组合的掺杂过的激光晶体(1A”)。
7.根据权利要求3和6中的任一项所述的激光活性介质(2、12、12’、12”)，其中所述掺杂过的激光晶体(1A”)包括以下中的至少一个：与Nd、Yb、Er、Tm或其组合掺杂的YAG；掺杂钕的钒酸盐，掺杂钕的钨酸盐，掺杂镱的钨酸盐，掺杂钛的蓝宝石，掺杂铬的Al2O3，掺杂铬的硫属化合物。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的激光活性介质(2、12、12’、12”)，其中所述光学增益材料(1、1’、1”)和所述透明散热器(5、15)的所述直接键合包括范德华力和/或优选地共价键合。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的激光活性介质(2、12、12’、12”)，其中所述散热器(5、15)包括透明的和高热导率的材料，例如用于在从200nm到4000nm的波长的范围中的可视和IR操作的金刚石、SiC和AlN，或用于在从1200-4000nm的波长的范围中的近IR应用和中IR应用的单晶体硅。
10.一种用于制造包括基于半导体的光学增益材料(1、1’、1”)、散热器(5、15)的激光活性介质(2、12、12’、12”)的方法，所述散热器(5、15)具有高热导率，尤其大于或等于149W/m*K，并且是光学透明的，优选地具有<1cm-1的吸收系数，尤其在200nm到4000nm的波长范围中；
所述方法包括如下步骤：
在第一基体上提供所述基于半导体的光学增益材料(1、1’、1”)，所述光学增益材料(1、1’、1”)具有<1nm的均方根RMS表面粗糙度，其中尤其地所述第一基体包括GaAs、InP、GaN、AlN、Si或Ge；
提供所述散热器(5、15)，所述散热器(5、15)具有RMS粗糙度在1nm以下的抛光表面；
将所述光学增益材料(1、1’、1”)从所述第一基体分离；
通过直接键合将所述光学增益材料(1、1’、1”)附接到所述散热器(5、15)。
11.一种用于制造基于掺杂过的激光晶体的激光活性介质(2、12、12’、12”)的方法，所述激光活性介质(2、12、12’、12”)包括作为光学增益材料(1、1’、1”)的所述掺杂过的激光晶体(1A”)、散热器(5、15)，其中所述散热器(5、15)展现了高热导率，尤其大于或等于≥149W/m*K，并且是光学透明的，优选地具有<1cm-1的吸收系数，尤其在200nm到4000nm的波长范围中；所述方法包括如下步骤：
提供具有在1nm RMS以下的表面粗糙度的掺杂过的激光晶体；
提供具有在1nm RMS以下的表面粗糙度的透明的散热器(5、15)；
通过直接键合将基于所述激光晶体的光学增益材料(1、1’、1”)附接到所述散热器(5、15)。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述激光活性介质(2、12、12’、12”)进一步包括高反射率薄膜堆叠(1S、1S’)，其中所述光学增益材料(1、1’、1”)与所述高反射率薄膜堆叠(1S、1S’)组合；其中所述光学增益材料(1、1’、1”)包括半导体结构(1A、1A’)或掺杂过的激光晶体(1A”)。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其中所述光学增益材料(1、1’、1”)通过范德华力和/或优选地共价键合而被附接到所述散热器(5、15)。
14.一种固态激光系统包括：用于激光反馈的至少两个反射镜(11、11U、11L)；根据权利要求1-9中至少一项所述的激光活性介质(2、12、12’、12”)；提供泵光束的泵光源，其中所述泵光束入射在所述激光活性介质(2、12、12’、12”)上。
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