DE102017112620A1 - Lasersystem und Herstellungsverfahren - Google Patents

Lasersystem und Herstellungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102017112620A1
DE102017112620A1 DE102017112620.1A DE102017112620A DE102017112620A1 DE 102017112620 A1 DE102017112620 A1 DE 102017112620A1 DE 102017112620 A DE102017112620 A DE 102017112620A DE 102017112620 A1 DE102017112620 A1 DE 102017112620A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat sink
laser
laser medium
end surface
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017112620.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Takunori Taira
Arvydas KAUSAS
Lihe ZHENG
Vincent YAHIA
Ryo Yasuhara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Inter University Research Institute Corp National Institute of Natural Sciences
Original Assignee
Inter University Research Institute Corp National Institute of Natural Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inter University Research Institute Corp National Institute of Natural Sciences filed Critical Inter University Research Institute Corp National Institute of Natural Sciences
Publication of DE102017112620A1 publication Critical patent/DE102017112620A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0405—Conductive cooling, e.g. by heat sinks or thermo-electric elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/042—Arrangements for thermal management for solid state lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0604—Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1112—Passive mode locking
    • H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2316—Cascaded amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0619—Coatings, e.g. AR, HR, passivation layer
    • H01S3/0621—Coatings on the end-faces, e.g. input/output surfaces of the laser light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0627—Construction or shape of active medium the resonator being monolithic, e.g. microlaser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/07—Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08054—Passive cavity elements acting on the polarization, e.g. a polarizer for branching or walk-off compensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094038—End pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094084—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light with pump light recycling, i.e. with reinjection of the unused pump light, e.g. by reflectors or circulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/113—Q-switching using intracavity saturable absorbers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Eine Vorgehensweise soll bereitgestellt werden, die dazu geeignet ist, eine Endoberfläche eines Lasermediums (8) mit einem transparenten Kühlkörper (2) unter Beibehalten eines geringen thermischen Widerstands zwischen diesen und unter Vermeiden einer großen thermischen Belastung des Lasermediums (8) zu verbinden. Es ist eine Endschicht (6) auf der Endoberfläche des Lasermediums (8) vorgesehen, eine Gleiches-Material-Lage (4) aus dem gleichen Material wie der Kühlkörper (2) ist auf eine Oberfläche der Endschicht (6) vorgesehen, eine Oberfläche der Gleiches-Material-Lage (4) und eine Endoberfläche des Kühlkörpers (2) werden in einer im Wesentlichen Vakuumumgebung aktiviert und diese aktivierten Oberflächen werden in der im wesentlichen Vakuumumgebung gebonded. Dadurch wird ein Lasersystem erhalten, das einen niedrigen thermischen Widerstand zwischen dem Lasermedium (8) und dem Kühlkörper (2) und eine hohe Transparenz an einem dazwischenliegenden Verbindungsinterface hat und keine große, auf das Lasermedium (8) wirkende thermische Belastung aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein Lasersystem (mit einem Laseroszillator und einem Laserverstärker) unter Verwendung eines Festkörperlasermediums (oder Verstärkermediums) und ein dazugehöriges Herstellungsverfahren.
  • Hintergrund-Stand der Technik
  • Ein Festkörpermaterial ist bekannt, das Licht emittiert, wenn in dieses ein Anregungsstrahl eintritt. Zum Beispiel emittiert ein Festkörpermaterial, das mit seltenen Erden wie zum Beispiel Nd:YAG, Yb:YAG, Nd:YVO4, Yb:YVO4, Nd:(s-)FAP, Yb:(s-)FAP dotiert ist, Licht, wenn in dieses ein Anregungsstrahl eingestrahlt wird. Wenn solch ein Festkörpermaterial in einem Laseroszillator eingebaut ist, wird ein Laserstrahl von dem Laseroszillator abgegeben. Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Festkörpermaterial, das dazu geeignet ist, einen Anregungsstrahl aufzunehmen und einen Laserstrahl von einem Laseroszillator als Lasermedium abzugeben. Ferner ist auch ein Festkörpermaterial bekannt, das einen Anregungsstrahl und einen Eingangsstrahl aufnimmt, um einen Ausgangsstrahl mit einer verstärkten Leistung des Eingangsstrahls abzugeben. Die vorliegende Beschreibung betrifft auch ein derartiges Festkörpermaterial als ein Lasermedium.
  • Im Betrieb erzeugt ein Lasermedium Wärme, sodass es eine Kühlung erfordert. U.S.-Patent 5,796,766 offenbart eine Vorrichtung, die mit einer Funktion zum Kühlen eines Lasermediums ausgestattet ist. Die Vorgehensweise des U.S.-Patents 5,796,766 formt das Lasermedium in eine Scheibe und überträgt Wärme vom Lasermedium zu einem durchsichtigen Kühlkörper, der auch eine Scheibenform aufweist. Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf eine erste flache Oberfläche des scheibenförmigen Lasermediums als eine erste Endoberfläche und eine andere flache Oberfläche desselben als eine zweite Endoberfläche. Die Vorgehensweise des U.S.-Patents 5,796,766 bringt einen scheibenförmigen ersten Kühlkörper mit der ersten Endoberfläche des scheibenförmigen Lasermediums in Verbindung und sie bringt auch einen scheibenförmigen zweiten Kühlkörper mit der zweiten Endoberfläche des scheibenförmigen Lasermediums in Verbindung, um das Lasermedium von beiden Seiten, der ersten Endoberfläche und der zweiten Endoberfläche, zu kühlen.
  • Zusammenfassung
  • U.S.-Patent 5,796,766 führt verschiedene Verfahren zum Kontaktieren eines Lasermediums und eines Kühlkörpers ein, wie zum Beispiel (1) ein Verfahren zum Beibehalten eines Kontakts zwischen diesen Teilen durch eine mechanische Kraft (was als „optical contact” im U.S.-Patent 5,796,766 bezeichnet wird), (2) ein Verfahren zum Befestigen der Teile mit einem Haftmittel, (3) ein Verfahren zum Fixieren der Teile mit Epoxidharz und (4) ein Verfahren zum Bonden der Teile durch Diffusions-Bonding.
  • Studien der Erfinder haben gezeigt, dass die Verfahren (1) bis (3) das Lasermedium aufgrund des thermischen Widerstands, der zwischen dem Lasermedium und dem Kühlkörper zu hoch ist, nicht ausreichend kühlen können. D. h., es hat sich erwiesen, dass eine Intensität des Laserstrahls, der von dem Lasermedium ausgegeben werden kann, nicht auf ein erforderliches Niveau erhöht werden kann. Das beruht darauf, dass das Verfahren (1) Defizite im Kontaktbereich aufweist und Lagen von Haftmittel und Epoxidharz einen thermischen Widerstand in den Verfahren (2) und (3) bewirken. Obwohl mit dem Verfahren (4) der thermische Widerstand zwischen dem Lasermedium und dem Kühlkörper ausreichend reduziert werden kann, wird starker thermischer Stress im Lasermedium nach dem Bonden aufgrund der hohen, im Diffusions-Bonding verwendeten Temperaturen und einem Unterschied in den thermischen Expansionskoeffizienten des Lasermediums und des Kühlkörpers erzeugt. Dies reduziert eine Lichtemissionsfähigkeit des Lasermediums und ändert daher eine optische Eigenschaft des emittierten Lichts in etwas, das so nicht beabsichtigt war.
  • Die Beschreibung offenbart eine Vorgehensweise, die ein Lasersystem mit niedrigem thermischen Widerstand zwischen einem Lasermedium und einem Kühlkörper umsetzt und in der kein starker thermischer Stress auf das Lasermedium wirkt, nachdem dieses mit dem Kühlkörper gebonded wurde.
  • (Herstellungsverfahren des Lasersystems)
  • Das Verfahren stellt ein Lasersystem her, das ein Lasermedium, welches zum Emittieren von Licht ausgebildet ist, wenn ein Anregungsstrahl in dieses eintritt, und einen Kühlkörper mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit als das Lasermedium aufweist, wobei der Kühlkörper dazu ausgebildet ist, dass der Anregungsstrahl ihn durchdringt. (Dies bedeutet, dass der Anregungsstrahl unter Beibehaltung seiner Intensität hindurchtritt. Das gleiche gilt nachfolgend.) Das Lasersystem weist eine Endoberfläche des Lasermediums auf, welche in Verbindung mit einer Endoberfläche des Kühlkörpers steht. Das Verfahren umfasst: Ausbilden einer die Reflexionseigenschaften anpassenden Schicht (nachfolgend zur Vereinfachung der Beschreibung als Endschicht bezeichnet) auf der Endoberfläche des Lasermediums oder des Kühlkörpers, Ausbilden einer Gleiches-Material-Lage auf einer Oberfläche der Endschicht, wobei die Gleiches-Material-Lage aus einem gleichen Material wie des anderen des Lasermediums und des Kühlkörpers besteht, Aktivieren eine Oberfläche der Gleiches-Material-Lage und der Endoberfläche des anderen des Lasermediums und des Kühlkörpers in einer im Wesentlichen Vakuumumgebung und Verbinden der Oberfläche der Gleiches-Material-Lage und der aktivierten Endoberfläche des anderen des Lasermediums oder des Kühlkörpers in der im Wesentlichen Vakuumumgebung.
  • „Aktivieren“ bezieht sich hier auf einen Prozess zum Ausbilden einer neu-gebildeten Oberfläche mit offenen Bindungen („dangling bonds“). Zum Beispiel bezieht es sich auf einen Vorgang zum Ausbilden von neu-gebildeten Oberflächen mit dangling bonds durch Bestrahlen einer Sample-Oberfläche mit einem Ionenstrahl oder einem Strahl neutraler Atome wie Ar oder dergleichen in der im Wesentlichen Vakuumumgebung und Entfernen von Sauerstoff oder dergleichen, der von der Oberfläche absorbiert worden war. Wenn aktivierte Oberflächen in der im Wesentlichen Vakuumumgebung in Verbindung gebracht werden, wird eine verbindende Kraft durch interatomare wechselseitige Effekte erzeugt. Die Beschreibung bezieht sich auf diesen Prozess als Zimmertemperatur-Bonding. Die „im Wesentlichen Vakuumumgebung“ bezieht sich auf eine Umgebung, wie zuvor beschrieben, mit einem Ausmaß an Vakuum, bei dem die neu-gebildete Oberfläche durch Entfernen von Sauerstoff oder anderen Verunreinigungsatomen von der Oberfläche gebildet werden kann und die neu-gebildete Oberfläche beibehalten werden kann.
  • Mit diesem Verfahren kann die Endschicht sowohl auf dem Lasermedium als auch auf dem Kühlkörper ausgebildet werden. Wenn die Endschicht auf der Endoberfläche des Lasermediums gebildet wird, wird die Gleiches-Material-Lage, die aus dem gleichen Material wie der Kühlkörper besteht, (nachfolgend zur Vereinfachung der Beschreibung als eine Kühlkörper-artige Lage bezeichnet) auf der Oberfläche der Endschicht gebildet, wobei die Oberfläche der Kühlkörper-ähnlichen Lage und die Endoberfläche des Kühlkörpers in der im Wesentlichen Vakuumumgebung aktiviert werden und diese aktivierten Oberflächen in der im Wesentlichen Vakuumumgebung in Verbindung gebracht werden. Im Ergebnis ergibt sich eine Struktur, in der das Lasermedium, die Endschicht, die Kühlkörper-ähnliche Lage und der Kühlkörper laminiert sind. Wenn die Endschicht auf der Endoberfläche des Kühlkörpers gebildet wird, wird die Gleiches-Material-Lage, die aus dem Material des Lasermediums besteht, (nachfolgend zur Vereinfachung der Beschreibung als eine Lasermedium-ähnlichen Lage bezeichnet) auf der Oberfläche der Endschicht gebildet, wobei die Oberfläche der Lasermedium-ähnlichen Lage und die Endoberfläche des Lasermediums in der im Wesentlichen Vakuumumgebung aktiviert werden und diese aktivierten Oberflächen in der im Wesentlichen Vakuumumgebung in Verbindung gebracht werden. Als Ergebnis ergibt sich eine Struktur, in der der Kühlkörper, die Endschicht, die Lasermedium-ähnliche Lage und das Lasermedium laminiert sind.
  • Die Aussage, dass „die Endoberfläche des Lasermediums und die Endoberfläche des Kühlkörpers gebonded sind“, bezieht sich genauer darauf, dass die Endoberfläche des Lasermediums und die Endoberfläche des Kühlkörpers über die Endschicht und die Kühlkörper-ähnliche Lage oder über die Endschicht und die Lasermedium-ähnlichen Lage gebonded sind.
  • (Lasersystem)
  • Die Beschreibung offenbart hierin eine neue Struktur eines Lasersystems, die ein Lasermedium, welches dazu ausgebildet ist, Licht zu emittieren, wenn ein Anregungsstrahl in das Lasermedium eintritt, und einen Kühlkörper (hierin allgemein im Sinne einer Wärmesenke) mit einer größeren thermischen Leitfähigkeit als das Lasermedium, welcher dazu ausgebildet ist, den Anregungsstrahl durchtreten zu lassen, aufweist, und wobei der Kühlkörper eine Endoberfläche aufweist, die mit einer Endoberfläche des Kühlkörpers verbunden ist. Das Lasersystem weist eine Endschicht, die zwischen dem Kühlkörper und dem Lasermedium vorgesehen ist, und eine Gleiches-Material-Lage zwischen der Endschicht und dem Lasermedium oder zwischen der Endschicht und dem Kühlkörper auf, wobei die Gleiches-Material-Lage aus dem gleichen Material wie eines der Materialien des Kühlkörpers und des Lasermediums besteht, aber einen anderen kristallinen Zustand aufweist. Das hierin offenbarte Lasersystems umfasst Laseroszillatoren und Laserverstärker.
  • Das Lasersystem hat die Struktur, in der das Lasermedium, die Endschicht, die Kühlkörper-ähnliche Lage und der Kühlkörper laminiert sind oder in der der Kühlkörper, die Endschicht, die Lasermedium-ähnliche Lage und das Lasermedium laminiert sind. Diese Strukturen können mit einem Zimmertemperatur-Bonding-Verfahren hergestellt werden, sind aber nicht auf dies beschränkt. Da Lagen mit dem gleichen Material gebonded werden sollen, können diese Strukturen ebenso durch Niedertemperatur-Diffusions-Bonding erzeugt werden (bei dem thermischer, auf das Lasermedium wirkender Stress unterdrückt wird).
  • Entsprechend kann ein Lasersystem hergestellt werden, bei dem der thermische Widerstand zwischen dem Lasermedium und dem Kühlelement niedrig gehalten werden kann und bei dem thermischer Stress nicht auf das dem Bonding ausgesetzten Lasermedium wirkt. Ein Lasersystem kann hergestellt werden, das es erlaubt, einen Hochintensitätslaserstrahl zu emittieren, wie er von einem bekannten System nicht emittiert wird.
  • (Gepulstes Lasersystem)
  • Wenn die hierin offenbarte Technik in einem gepulsten Lasersystem angewendet wird, ergibt sich die folgende Konfiguration. Das System umfasst einen ersten Kühlkörper, ein Lasermedium, einen sättigbaren Absorber und einen zweiten Kühlkörper, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Eine zweite Endoberfläche (Endoberfläche auf einer Lasermedium-Seite) des ersten Kühlkörpers steht mit einer ersten Endoberfläche (Endoberfläche auf einer erster-Kühlkörper-Seite) des Lasermediums in Verbindung, eine zweite Endoberfläche (Endoberfläche auf einer sättigbarer-Absorber-Seite) des Lasermediums steht mit einer ersten Endoberfläche (Endoberfläche auf der Lasermedium-Seite) des sättigbaren Absorbers in Verbindung und eine zweite Endoberfläche (Endoberfläche auf einer zweiter-Kühlkörper-Seite) des sättigbaren Absorbers steht mit einer ersten Oberfläche (Endoberfläche auf der sättigbarer-Absorber-Seite) des zweiten Kühlkörpers in Verbindung. Der sättigbare Absorber hat eine Absorptionsfähigkeit, die dazu ausgebildet ist, zu saturieren, wenn eine Intensität von Licht, welches von dem Lasermedium her eintritt, ansteigt, was als Q-Switch funktioniert. Der erste Kühlkörper hat eine höhere thermische Leitfähigkeit als das Lasermedium und ist dazu ausgebildet, den Anregungsstrahl durchdringen zu lassen. Der zweite Kühlkörper hat eine höhere thermische Leitfähigkeit als der sättigbare Absorber und ist dazu ausgebildet, den Laserstrahl durchdringen zu lassen (d. h., dass ein Laserstrahl unter Beibehaltung seiner Intensität durch diesen hindurchtritt. Das gleiche gilt nachfolgend.). Eine erste Endschicht ist zwischen dem ersten Kühlkörper und dem Lasermedium vorgesehen und eine zweite Endschicht ist zwischen dem sättigbaren Absorber und dem zweiten Kühlkörper vorgesehen. Ein gepulster Laseroszillator kann zwischen der ersten Endschicht und der zweiten Endschicht ausgebildet werden.
  • In dem gepulsten Lasersystem wird die hierin offenbarte Technik zwischen dem ersten Kühlkörper und dem Lasermedium und zwischen dem sättigbaren Absorber und dem zweiten Kühlkörper eingesetzt. Im Ergebnis wird eine erste Gleiches-Material-Lage, die aus dem gleichen Material wie das des ersten Kühlkörpers oder des Lasermediums besteht, aber einen unterschiedlichen kristallinen Zustand aufweist, zwischen der erste Endschicht und dem ersten Kühlkörper oder zwischen der ersten Endschicht und dem Lasermedium eingefügt. D. h., die erster-Kühlkörper-ähnliche Lage, die aus dem gleichen Material wie der erste Kühlkörper besteht, aber einen von diesem unterschiedlichen kristallinen Zustand hat, wird zwischen der ersten Endschicht und dem ersten Kühlkörper eingefügt oder die Lasermedium-ähnliche Lage, die aus dem gleichen Material wie das Lasermedium besteht, aber den von diesem unterschiedlichen kristallinen Zustand hat, wird zwischen der erste Endschicht und dem Lasermedium eingefügt. Ferner wird eine zweite Gleiches-Material-Lage, die aus dem gleichen Material wie das des sättigbaren Absorbers oder des zweiten Kühlkörpers besteht, aber einen unterschiedlichen kristallinen Zustand aufweist, zwischen der zweiten Endschicht und dem sättigbaren Absorber oder zwischen der zweiten Endschicht und dem zweiten Kühlkörper eingefügt. D. h., die sättigbarer-Absorber-ähnliche Lage, die aus dem gleichen Material wie der sättigbare Absorber besteht, aber den von diesem unterschiedlichen kristallinen Zustand aufweist, wird zwischen der zweiten Endschicht und dem sättigbaren Absorber eingefügt oder die zweiter-Kühlkörper-ähnliche Lage, die aus dem gleichen Material wie der zweite Kühlkörper besteht, aber den von diesem unterschiedlichen kristallinen Zustand aufweist, wird zwischen der zweiten Endschicht und dem zweiten Kühlkörper eingefügt.
  • Entsprechend kann ein gepulstes Lasersystems hergestellt werden, bei dem der thermische Widerstand zwischen dem Lasermedium und dem ersten Kühlkörper niedrig gehalten werden kann, bei dem der thermische Widerstand zwischen dem sättigbaren Absorber und dem zweiten Kühlkörper niedrig gehalten werden kann, bei dem die Erzeugung einer großen thermischen Spannung im Lasermedium, welches dem Bonding ausgesetzt war, unterdrückt werden kann und bei dem die Erzeugung einer großen thermischen Spannung im sättigbaren Absorber, welcher dem Bonding ausgesetzt war, unterdrückt werden kann. Wärme wird thermisch effizient vom Lasermedium zum ersten Kühlkörper, der atomar mit dem Lasermedium in Verbindung steht, geleitet und wird ferner thermisch vom ersten Kühlkörper abgeführt. Das Lasermedium wird effizient vom ersten Kühlkörper gekühlt. Ähnlich wird Wärme vom sättigbaren Absorber thermisch effizient zu dem zweiten Kühlkörper, der atomar mit dem sättigbaren Absorber in Verbindung steht, geleitet und wird ferner thermisch vom zweiten Kühlkörper abgeführt. Der sättigbare Absorber wird vom zweiten Kühlkörper effizient gekühlt. Wärme-erzeugende Einheiten des gepulsten Lasersystems werden effizient gekühlt und die Laserleistung, zu der das gepulste Lasersystem fähig ist, wird dadurch erhöht.
  • (Mehrlagiges Lasersystem)
  • In einigen Fällen wird ein Lasersystem benötigt, das eine Mehrzahl von Lasermedien linear anordnet. Wenn die hierin offenbarte Technik in einem mehrlagigen Lasersystem eingesetzt wird, ergibt sich die folgende Konfiguration. Das mehrlagige Lasersystem umfasst mehrere Kühlkörper und mehrere Lasermedien, und alle Kühlkörper und alle Lasermedien sind alternierend angeordnet. Jedes der Lasermedien ist dazu ausgebildet, einen Laserstrahl abzugeben, wenn ein Anregungsstrahl in das Lasermedium eintritt. Jeder der Kühlkörper weist eine höhere thermische Leitfähigkeit auf als das Lasermedium und ist für den Anregungsstrahl und den Laserstrahl transparent ausgebildet (der Anregungsstrahl und der Laserstrahl durchlaufen diese unter Beibehaltung ihrer Intensitäten). Dieser mehrlagige Laseroszillator hat eine Struktur, bei der die Lasermedien, die Endschicht, die Kühlkörper-ähnliche Lage und der Kühlkörper laminiert sind oder eine Struktur, bei der der Kühlkörper, die Endschicht, die Lasermediumähnliche Lage und das Lasermedien laminiert sind.
  • Das mehrlagige Lasersystem kann ein mehrlagiger Laseroszillator sein. Ein Festkörpermaterial, das den Anregungsstrahl und den Eingangsstrahl (Seed-Licht) aufnimmt und den verstärkten Strahl des Eingangsstrahls abgibt, kann als das obige Lasermedium angepasst werden. Dadurch kann ein mehrlagiger Laserverstärker ausgebildet werden.
  • In dem zuvor erwähnten mehrlagigen Lasersystems (d. h., mehrlagiger Laseroszillator oder mehrlagiger Laserverstärker) wird vorzugsweise eine Dichte an Licht-emittierenden Atomen niedriger in dem Lasermedium, welches näher an einer Endoberfläche lokalisiert ist, an der der Anregungsstrahl eintritt, sein als eine Dichte an Licht-emittierenden Atomen in dem Lasermedium, welches näher an eine Endoberfläche lokalisiert ist, von der der Laserstrahl abgegeben wird.
  • In diesem Fall kann – bei Beobachtung entlang der Ausbreitung des Anregungsstrahls – ein Verhalten beobachtet werden, bei dem der Anregungsstrahl durch das Lasermedium mit der niedrigen Dichte an Licht-emittierenden Atomen (daher mit niedriger Absorptionsrate) in einem Bereich tritt, in dem die Anregungsstrahlintensität noch hoch ist, da die Absorption des Anregungsstrahls noch nicht stattgefunden hat, und bei dem der Anregungsstrahl durch das Lasermedium mit der hohen Dichte an Licht-emittierenden Atomen (daher mit hoher Absorptionsrate) in einem Bereich tritt, in dem die Anregungsstrahlintensität gefallen ist aufgrund dessen, dass der Anregungsstrahl absorbiert wurde. Eine Kombination von hoher Intensität und niedriger Absorptionsrate im ersten Gebiet und eine Kombination von niedriger Intensität und hoher Absorptionsrate in dem zweiten Gebiet gewährleisten einheitliche Werte bei der Multiplikation der entsprechenden Kombinationen. Wenn eine Dichte an Licht-emittierenden Atomen für das Lasermedium, welches nahe an einer Endoberfläche lokalisiert ist, bei der der Anregungsstrahl eintritt, niedrig ist und wenn eine Dichte an Licht-emittierenden Atomen für das Lasermedium, welches weit weg von der Endoberfläche lokalisiert ist, bei der der Anregungsstrahl eintritt, hoch ist, sind die Temperaturen der Lasermedien, die in mehreren Lagen angeordnet sind, einheitlich und eine Maximaltemperatur unter den Lasermedien kann reduziert werden.
  • (Anregungsstrahl-Mehrfachreflexionslasersystem)
  • In einigen Fällen ist die Länge eines Lasermediums (Länge entlang eine Einfallsrichtung des Anregungsstrahls) kurz, und das Lasermedium kann den Anregungsstrahl nicht ausreichend absorbieren. Im Fall eines dünnen plattenförmigen Lasermediums mit einem kurzen Abstand zwischen eine Eingangsoberfläche des Anregungsstrahls und einer Ausgangsoberfläche des Laserstrahls kann das Problem entstehen, dass das Lasermedium den Anregungsstrahl nicht ausreichend absorbieren kann. Daher gibt es ein bekanntes Lasersystem, das mit einem Reflexionsmechanismus zum Reflektieren des Anregungsstrahl versehen ist, wobei der Anregungsstrahl in das Lasermedium durch die Eingangsoberfläche des Anregungsstrahls eingetreten ist und aufgrund einer Reflexion an der Ausgangsoberfläche des Laserstrahls aus dem Lasermedium durch die Eingangsoberfläche des Anregungsstrahls ausgetreten ist (wobei dieser hierin zur Vereinfachung der Beschreibung als im Lasermedium reflektierter Anregungsstrahl bezeichnet wird), um diesen Anregungsstrahl noch einmal in Richtung des Lasermediums umzulenken. In einem konventionellen System war ein dünnes plattenförmiges Lasermedium an einem metallischen Kühlkörper zum Kühlen des Lasermediums befestigt. In diesem konventionellen System ist eine Interferenz zwischen dem metallischen Kühlkörper und dem Anregungsstrahlreflexionsmechanismus zu vermeiden, was eine Resonatorlänge des Laseroszillators verlängert. Eine Technik zum Verkürzen der Resonatorlänge unter Beibehaltung der Verwendung eines Kühlkörpers und des Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus wird daher benötigt.
  • Gemäß der hierin offenbarten Technik kann, da eine Komponente, durch die der Anregungsstrahl dringt, als Kühlkörper verwendet werden kann, der Anregungsstrahl, der in dem Lasermedium reflektiert wurde und durch den transparenten Kühlkörper tritt, reflektiert werden, um den transparenten Kühlkörper noch einmal zu durchlaufen und in Richtung des Lasermediums gerichtet zu werden. So kann ein Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus eingesetzt werden, der dazu ausgebildet ist, den Anregungsstrahl zu reflektieren, der durch den Kühlkörper verläuft, nachdem er im Lasermedium reflektiert wurde, und diesen Anregungsstrahl umzulenken, um durch den Kühlkörper in Richtung des Lasermediums zu verlaufen. Dadurch kann die Resonatorlänge verkürzt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Seitenansicht eines gepulsten Lasersystems einer ersten Ausführungsform.
  • 2 ist eine zerlegte perspektivische Ansicht des gepulsten Lasersystems der ersten Ausführungsform.
  • 3 zeigt ein Lasermedium und einen Kühlkörper vor einem Aktivierungsvorgang.
  • 4 zeigt das Lasermedium und den Kühlkörper während des Aktivierungsvorgangs.
  • 5 zeigt das Lasermedium und den Kühlkörper nach dem Aktivierungsvorgang.
  • 6 zeigt einen Zustand, nachdem das aktivierte Lasermedium und der aktivierte Kühlkörper in Kontakt gebracht wurden sind.
  • 7 ist eine Seitenansicht eines mehrlagigen Lasersystems einer zweiten Ausführungsform.
  • 8 ist eine Seitenansicht eines Multireflexionslasersystems einer dritten Ausführungsform.
  • 9 ist eine Ansicht des optischen Weges eines mehrfach reflektierten Anregungsstrahls, wie er aus einer Richtung IX der 8 gesehen wird.
  • 10 ist eine Seitenansicht des optischen Weges des mehrfach reflektierten Anregungsstrahls.
  • 11 ist eine Seitenansicht eines Multireflexionslasersystems einer vierten Ausführungsform.
  • 12 ist eine Ansicht eines Multireflexionslasersystems einer fünften Ausführungsform.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die hierin offenbarte Technologie erreicht das nachfolgende Ziel (a), jedoch erreichen die nachfolgenden Ausführungsformen zusätzlich die folgenden Ziele (b) und (d). Jedes Merkmal, das das entsprechende Ziel erreicht, ist eigenständig nützlich. Zum Beispiel ist ein Merkmal nützlich, auch wenn es nicht das Ziel (a) erreicht, falls es das Ziel (b) erreichen sollte.
    • (a) Bereitstellen einer Technik zum Beibehalten eines niedrigen thermischen Widerstands zwischen einem Lasermedium und einem Kühlkörper und Vermeiden, dass eine große thermische Belastung auf das Lasermedium nach dem Bonding wirkt.
    • (b) Bereitstellen einer für gepulste Lasersysteme geeigneten Kühltechnik.
    • (c) Bereitstellen einer Kühltechnik, die für ein mehrlagiges Lasersystem geeignet ist, welches mehrere Lasermedien linear in mehreren Lagen anordnet.
    • (d) Bereitstellen einer Technik zum Kürzen einer Resonatorlänge durch Verwenden eines Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus, der den im Lasermedium reflektierten Anregungsstrahl in Richtung des Lasermediums umgelenkt.
  • Ein Lasersystem, welches zum Erreichen des obigen Ziels (b) geeignet ist, kann die folgende Konfiguration aufweisen:
    Ein erster Kühlkörper (entsprechend einer ersten Wärmesenke), ein Lasermedium, ein sättigbarer Absorber und ein zweiter Kühlkörper (entsprechend einer zweiten Wärmesenke) sind in dieser Reihenfolge angeordnet. Eine zweite Endoberfläche (Endoberfläche auf einer Lasermedium-Seite) des ersten Kühlkörpers steht mit einer ersten Endoberfläche (Endoberfläche auf einer erster-Kühlkörper-Seite) des Lasermediums in Verbindung, eine zweite Endoberfläche (Endoberfläche auf einer sättigbarer-Absorber-Seite) des Lasermediums steht mit einer ersten Endoberfläche (Endoberfläche auf der Lasermedium-Seite) des sättigbaren Absorbers in Verbindung und eine zweite Endoberfläche (Endoberfläche auf einer zweiter-Kühlkörper-Seite) des sättigbaren Absorbers steht mit einer ersten Oberfläche (Endoberfläche auf der sättigbarer-Absorber-Seite) des zweiten Kühlkörpers in Verbindung.
  • Das Lasermedium emittiert Licht, wenn der Anregungsstrahl in es eintritt. Der sättigbare Absorber hat eine Absorptionsfähigkeit, die dazu ausgebildet ist, zu saturieren, wenn eine Intensität von Licht, welches von dem Lasermedium her eintritt, ansteigt. Der erste Kühlkörper hat eine höhere thermische Leitfähigkeit als das Lasermedium und ist dazu ausgebildet, den Anregungsstrahl durchdringen zu lassen. Der zweite Kühlkörper hat eine höhere thermische Leitfähigkeit als der sättigbare Absorber und ist dazu ausgebildet, den Laserstrahl durchdringen zu lassen.
  • Eine erste Endschicht ist zwischen dem ersten Kühlkörper und dem Lasermedium vorgesehen. Eine zweite Endschicht ist zwischen dem sättigbaren Absorber und dem zweiten Kühlkörper vorgesehen. Ein gepulster Laseroszillator wird durch die erste Endschicht, das Lasermedium, den sättigbaren Absorber und die zweite Endschicht gebildet.
  • Gemäß diesem System wird Wärme thermisch effizient vom Lasermedium zum ersten Kühlkörper geleitet und wird ferner thermisch vom ersten Kühlkörper abgeführt. Das Lasermedium wird effizient vom ersten Kühlkörper gekühlt. Wärme wird vom sättigbaren Absorber thermisch effizient zum zweiten Kühlkörper geleitet und wird ferner thermisch vom zweiten Kühlkörper abgeführt. Der sättigbare Absorber wird vom zweiten Kühlkörper effizient gekühlt. Wärme-erzeugende Teile des gepulsten Lasersystems werden effizient gekühlt und die Laserleistung, zu der das gepulste Lasersystem fähig ist, wird dadurch erhöht.
  • Vorzugsweise wird eine erste Gleiches-Material-Lage zwischen der erste Endschicht und dem ersten Kühlkörper oder zwischen der erste Endschicht und dem Lasermedium eingefügt, und diese erste Gleiches-Material-Lage besteht aus dem gleichen Material wie das des ersten Kühlkörpers bzw. des Lasermediums, hat aber einen davon unterschiedlichen Kristallzustand, und eine zweite Gleiches-Material-Lage wird zwischen der zweiten Endschicht und dem sättigbaren Absorber oder zwischen der zweiten Endschicht und dem zweiten Kühlkörper eingefügt, und diese zweite Gleiches-Material-Lage besteht aus dem gleichen Material wie das des sättigbaren Absorbers bzw. des zweiten Kühlkörpers, hat aber einen davon unterschiedlichen Kristallzustand, jedoch sind diese nicht obligatorisch.
  • Ein Lasersystem, welches zum Erreichen des obigen Ziels (c) geeignet ist, kann die folgende Konfiguration aufweisen:
    Mehrere Kühlkörper (als Wärmesenken) und mehrere Lasermedien sind vorgesehen, und alle Kühlkörper und alle Lasermedien sind alternierend angeordnet. Die Lasermedien sind dazu ausgebildet, einen Laserstrahl abzugeben, wenn ein Anregungsstrahl eintritt. Die Lasermedien sind dazu ausgebildet, den Anregungsstrahl und den Eingangsstrahl aufzunehmen und den verstärkten Strahl des Eingangsstrahls abzugeben. Die Kühlkörper haben eine höhere thermische Leitfähigkeit als die Lasermedien und sind dazu ausgebildet, dass der Anregungsstrahl und der Laserstrahl durch sie dringen können. Eine Endschicht ist zwischen entsprechenden Paaren von Kühlkörper und Lasermedium vorgesehen.
  • In diesem System können die Kühlkörper beide Endoberfläche von jedem Lasermedium verbinden, sodass jedes Lasermedium effizient von beiden Endoberfläche aus gekühlt wird.
  • Vorzugsweise wird eine Struktur, bei der das Lasermedium, die Endschicht, die Kühlkörper-ähnliche Lage und der Kühlkörper laminiert sind, vorgesehen oder abwechselnd wird eine Struktur, bei der der Kühlkörper, die Endschicht, die Lasermedium-ähnliche Lage und das Lasermedium laminiert sind, vorgesehen, jedoch ist das nicht obligatorisch.
  • Ein Lasersystem, welches zum Erreichen des obigen Ziels (d) geeignet ist, kann die folgende Konfiguration aufweisen:
    Ein Lasermedium, ein Kühlkörper (als Wärmesenke) und ein Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus sind vorgesehen, und eine Endoberfläche (Endoberfläche auf einer Lasermedium-Seite) des Kühlkörpers steht mit einer Endoberfläche (Endoberfläche auf einer Kühlkörper-Seite) des Lasermediums in Verbindung. Das Lasermedium emittiert Licht, wenn der Anregungsstrahl in dieses eintritt. Der Kühlkörper hat eine höhere thermische Leitfähigkeit als das Lasermedium und ist dazu ausgebildet, dass der Anregungsstrahl durch es hindurch dringen kann.
  • Der Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus reflektiert den Anregungsstrahl, der durch den Kühlkörper verläuft, nachdem er in das Lasermedium reflektiert wurde, um den Anregungsstrahl umzulenken, so dass dieser durch den Kühlkörper in Richtung des Lasermediums verläuft.
  • Vorzugsweise wird eine Struktur, bei der das Lasermedium, die Endschicht, die Kühlkörper-ähnliche Lage und der Kühlkörper laminiert sind, vorgesehen oder alternativ wird eine Struktur, bei der der Kühlkörper, die Endschicht, die Lasermedium-ähnliche Lage und das Lasermedium laminiert sind, vorgesehen, jedoch ist das nicht obligatorisch.
  • Ausführungsformen
  • (erste Ausführungsform: gepulstes Lasersystems)
  • 1 zeigt eine Seitenansicht eines gepulsten Lasersystems einer ersten Ausführungsform und 2 zeigt eine zerlegte perspektivische Ansicht derselben. Bezugszeichen 2 zeigt einen ersten Kühlkörper, Bezugszeichen 8 zeigt ein Lasermedium, Bezugszeichen 10 zeigt einen sättigbaren Absorber und Bezugszeichen 16 zeigt einen zweiten Kühlkörper. Das Lasermedium 8 emittiert Licht durch den ersten Kühlkörper 2, wenn ein Anregungsstrahl in es eintritt, und ein gepulster Laserstrahl wird durch den zweiten Kühlkörper 16 abgegeben.
  • Bezugszeichen 6 zeigt eine erste Endschicht mit einem niedrigen Reflexionsvermögen für den Anregungsstrahl und einem hohen Reflexionsvermögen für den Laserstrahl. Bezugszeichen 12 zeigt eine zweite Endschicht mit einem mittleren Reflexionsvermögen für den Laserstrahl. D. h., ein Teil des Laserstrahls wird in dieser reflektiert und ein anderer Teil des Laserstrahls durchdringt diese.
  • Das Lasermedium 8 emittiert Licht, wenn der Anregungsstrahl eintritt. Der sättigbare Absorber 10 hat eine Absorptionsfähigkeit, die dazu ausgebildet ist, zu saturieren, wenn eine Intensität von Licht, welches von dem Lasermedium 8 eintritt, zunimmt, sodass er transparent wird. D. h., der sättigbare Absorber 10 wird transparent, wenn eine Intensität des Laserstrahls, der zwischen der ersten Endschicht 6 und der zweiten Endschicht 12 gefangen ist, groß wird und er funktioniert als passiver Q-Switch. Der gepulste Laserstrahl wird durch den zweiten Kühlkörper 16 abgegeben.
  • 2 zeigt eine zerlegte Ansicht des gepulsten Lasersystems. Die erste Endschicht 6 ist auf einer Endoberfläche (Endoberfläche auf einer erster-Kühlkörper 2-Seite) des Lasermediums 8 vorgesehen und eine Lage 4 aus dem gleichen Material wie der erste Kühlkörper 2 (welche im Folgenden als eine erster-Kühlkörper-ähnliche Lage 4 bezeichnet wird) wird auf einer Oberfläche der ersten Endschicht 6 vorgesehen. Ähnlich ist eine zweite Endschicht 12 auf einer Endoberflächen (Endoberfläche auf einer zweiter-Kühlkörper 16-Seite) des sättigbaren Absorbers 10 vorgesehen und eine Lage 14 aus dem gleichen Material wie der zweite Kühlkörper 16 (welche im Folgenden als eine zweiter-Kühlkörper-ähnliche Lage 14 bezeichnet wird) ist auf einer Oberfläche der zweiten Endschicht 12 vorgesehen.
  • In dieser Ausführungsform wird YAG beinhaltend 1,1at.% Nd als Lasermedium 8 verwendet. Das Lasermedium 8 hat eine Scheibenform mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 4 mm. YAG beinhaltend Cr4+ wird für den sättigbaren Absorber 10 verwendet. Licht bei 808 nm wird als Anregungsstrahl verwendet. Der gepulste Laserstrahl bei 1064 nm wird so erreicht. Ein anderes als das Cr-YAG, Q-Switch-Material kann als sättigbarer Absorber 10 verwendet werden. Es kann ein nichtlineares optisches Element wie LBO oder ein Kristall sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden die erste Endschicht 6 und die zweite Endschicht 12 durch das Aufbringen mehrlagiger dielektrischer Schichten gebildet. Der erste Kühlkörper 2 soll den Anregungsstrahl bei 808 nm durchtreten lassen und in der vorliegenden Ausführungsform wird ein Saphir-Substrat verwendet. Der zweite Kühlkörper 16 soll den Laserstrahl bei 1064 nm durchtreten lassen und in der vorliegenden Ausführungsform wird ein Saphir-Substrat verwendet.
  • Es ist schwierig, einen thermischen Widerstand zwischen mehrlagigen dielektrischen Beschichtungen (erste Endschicht 6 und zweite Endschicht 12) und Saphir-Substraten niedrig zu halten, während eine große thermische Spannung vermieden werden soll, die auf das Lasermedium 8 wirkt. Ein Verfahren, bei dem mehrlagige dielektrische Schichten und die Saphir-Substrate über mechanische Kraft in Verbindung gehalten werden, kann keine ausreichenden Kontaktbereiche bereitstellen und der thermische Widerstand kann nicht reduziert werden. Bei einem Anbringverfahren mit einem Haftmittel wie Epoxid würde eine Lage eines derartigen Haftmittels den thermischen Widerstand erhöhen. Wenn die mehrlagigen dielektrischen Schichten und die Saphir-Substrate Diffusions-gebonded werden, würde der thermische Widerstand reduziert werden, jedoch wirkt eine große thermische Spannung auf das Lasermedium 8. In der vorliegenden Ausführungsform werden in einem Versuch, die zuvor erwähnten Umstände zu vermeiden, das Lasermedium 8, auf einer Endoberfläche, auf der eine mehrlagige dielektrische Beschichtung (erste Endschicht 6) vorgesehen ist, und ein Saphir-Substrat (erster Kühlkörper 2) mittels Zimmertemperatur-Bonding gebonded. Ferner werden der sättigbare Absorber 10 auf einer Endoberfläche, auf der eine mehrlagige dielektrische Beschichtung (zweite Endschicht 12) vorgesehen ist, und ein Saphir-Substrat (zweiter Kühlkörper 16) mit Zimmertemperatur-Bonding gebonded.
  • Bezugszeichen 4 in 2 ist eine Aluminiumoxid-Schicht, die auf einer Oberfläche der ersten Endschicht (mehrlagige dielektrische Beschichtung) 6 aufgebracht ist, und ist eine Schicht, die aus dem gleichen Material wie der erste Kühlkörper (Saphir) 2 besteht. Bezugszeichen 14 ist ein Aluminiumoxid-Schicht, die auf einer Oberfläche der zweiten Endschicht (mehrlagiger dielektrischer Beschichtung) 12 aufgebracht ist, und ist eine Schicht, die aus dem gleichen Material wie der zweite Kühlkörper (Saphir) 16 besteht. Der erste Kühlkörper (Saphir) 2 und die Aluminiumoxid-Schicht 4, die aus dem gleichen Material bestehen, werden mittels Zimmertemperatur-Bonding, welches später beschrieben wird, fest verbunden. Ähnlich werden der zweite Kühlkörper (Saphir) 16 und die Aluminiumoxid-Schicht 14, die aus dem gleichen Material bestehen, mittels Zimmertemperatur-Bonding, welches später beschrieben wird, fest verbunden.
  • 3 zeigt eine Oberfläche des Lasermediums 8 (um genau zu sein, eine Oberfläche 4a der Aluminiumoxid-Schicht 4) auf der Endoberfläche, auf der die erste Endschicht (mehrlagige dielektrische Beschichtung) 6 vorgesehen ist, und die Schicht 4 aus dem gleichen Material (Aluminiumoxid) wie der erste Kühlkörper 2 wird auf einer Oberfläche des ersten Kühlkörpers der ersten Endschicht (mehrlagige dielektrische Beschichtung) 6 vorgesehen. 3 zeigt auch eine Oberfläche 2a des ersten Kühlkörpers (Saphir) 2. Wenn diese Luft ausgesetzt werden, haften kontaminierende Atome 18 wie Sauerstoff und dergleichen auf den Oberflächen 4a, 2a, so dass sich die Aluminiumoxid-Schicht 4 und das Saphir-Substrat 2 auch dann nicht verbinden würden, wenn sie in Kontakt gebracht werden.
  • 4 zeigt einen Zustand, in dem die Aluminiumoxid-Schicht 4 und das Saphir-Substrat 2 in einer im Wesentlichen Vakuumumgebung angeordnet sind, und ein Ionenstrahl 20 wie zum Beispiel Ar auf deren Oberflächen gestrahlt wird. Wenn der Ionenstrahl 20 auf die Oberflächen gestrahlt wird, werden Sauerstoff und dergleichen, die an den Oberflächen 4a, 2a haften, entfernt, und neu-gebildete Oberflächen mit dangling bonds werden gebildet. 5 zeigt die Oberfläche 4a der Aluminiumoxid-Schicht 4 und die Oberfläche 2a des Saphir-Substrats 2, wobei die neu-gebildeten Oberflächen gebildet wurden und atomare Bindungen (dangling bonds) 22 auf den Oberflächen freigelegt sind. 6 zeigt einen Zustand, in dem die Aluminiumoxid-Schicht 4 und das Saphir-Substrat 2, auf deren Oberflächen die atomaren Bindungen freigelegt sind, in Kontakt gebracht sind, und in diesem Zustand werden inneratomare wechselseitige Bindungskräfte zwischen der Aluminiumoxid-Schicht 4 und dem Saphir-Substrat 2 erzeugt, wobei im Ergebnis die Aluminiumoxid-Schicht 4 und das Saphir-Substrat 2 fest verbunden sind. Der thermische Widerstand zwischen der Aluminiumoxid-Schicht 4 und dem Saphir-Substrat 2 ist niedrig. Ferner wird, da die Aluminiumoxid-Schicht 4 und das Saphir-Substrat 2 bei Zimmertemperatur verbunden wurden, keine große thermische Spannung auf das Lasermedium 8 wirken. Ferner ist die Transparenz an dem Verbindungsübergang zwischen der Aluminiumoxid-Schicht 4 und dem Saphir-Substrat 2 extrem hoch und es werden keine Verschmierungen (“blur”) oder Verfärbungen (“coloring”) beobachtet. In der vorliegenden Ausführungsform erlaubt das Vorliegen der ersten Endschicht 6, die durch Gasabscheidung auf der Oberfläche des Lasermediums 8 aufgetragen wurde, dass der dazwischen liegende thermische Widerstand niedrig ist, erlaubt das Vorliegen der Lage 4, die aus dem gleichen Material wie der erste Kühlkörper 2 besteht und die durch Gasabscheidung auf der Oberfläche der ersten Endschicht 6 aufgetragen wurde, dass der dazwischen liegende thermische Widerstand niedrig ist, und die Tatsache, dass der erste Kühlkörper 2 mittels Zimmertemperatur-Bonding mit der Oberfläche der Lage 4, welche aus dem gleichen Material wie der erste Kühlkörper 2 besteht, verbunden ist, erlaubt, dass der dazwischen liegende thermische Widerstand gering ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der thermische Widerstand zwischen dem Lasermedium 8 und dem ersten Kühlkörper 2 niedrig. Die erster-Kühlkörper-ähnliche Lage 4 ist eine Lage, die aus dem gleichen Material wie der erste Kühlkörper 2 besteht, sie weist aber einen unterschiedlichen kristallinen Zustand auf.
  • Das gleiche gilt für die Beziehung zwischen dem sättigbaren Absorber 10, der zweiten Endschicht 12, der zweiter-Kühlkörper-ähnliche Lage 14 und dem zweiten Kühlkörper 16, und so sind die zweiter-Kühlkörper-ähnliche Lage 14 und der zweite Kühlkörper 16 mittels Zimmertemperatur-Bonding verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der thermische Widerstand zwischen dem sättigbaren Absorber 10 und dem zweiten Kühlkörper 16 niedrig, und es wirkt keine große thermische Spannung auf den sättigbaren Absorber 10. Die Transparenz an der Verbindungsfläche zwischen sättigbarem Absorber und Kühlkörper ist extrem hoch, und es werden keine Verschmierungen oder Verfärbungen beobachtet.
  • Es soll angemerkt werden, dass das Lasermedium 8 und der sättigbare Absorber 10 mittels Zimmertemperatur-Bonding verbunden werden können. Wenn das Lasermedium 8 und der sättigbare Absorber 10 beide YAGs sind, aber sich in der Dotierung unterscheiden, bedeutet das, dass sie Gleiches-Material-Lagen sind, und so mittels Zimmertemperatur-Bonding verbunden werden können, während ein Schritt der Ausbildung einer Gleiches-Material-Lage ausgelassen werden kann. Ferner kann, wie in 11 gezeigt wird, eine Endschicht 30 zwischen dem Lasermedium 28 und dem sättigbaren Absorber 30 eingefügt werden. Die Endschicht 30 ist eine Schicht mit einem hohen Reflexionsvermögen für den Anregungsstrahl und einem niedrigen Reflexionsvermögen für den Laserstrahl. Wenn die Endschicht 30 auf einem Lasermedium 28 gebildet wird, wird eine sättigbarer-Absorber-ähnliche Lage auf dessen Oberfläche gebildet, um mit dem sättigbaren Absorber 10 mittels Zimmertemperatur-Bonding verbunden zu werden. Wenn die Endschicht 30 auf dem sättigbaren Absorber 10 gebildet wird, wird eine Lasermedium-ähnliche Lage auf dessen Oberfläche gebildet, um mit dem Lasermedium 28 mittels Zimmertemperatur-Bonding verbunden zu werden.
  • Es soll angemerkt werden, dass der erste Kühlkörper 2 und der zweite Kühlkörper 16 vorzugsweise direkt oder indirekt mit einer Wärmeverteilvorrichtung, welche nicht gezeigt wird, verbunden sind.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt wird, werden in der vorliegenden Ausführungsform die erste Endschicht 6 und die erster-Kühlkörper-ähnliche Lage 4 auf der Endoberfläche des Lasermediums 8 gebildet, und dieses Laminat wird mittels Zimmertemperatur-Bonding mit dem ersten Kühlkörper 2 verbunden. In einer Alternative dazu können die erste Endschicht 6 und eine Lasermedium-ähnliche Lage auf einer Endoberfläche des ersten Kühlkörpers 2 gebildet werden, und dieses Laminat kann mittels Zimmertemperatur-Bonding mit dem Lasermedium 8 verbunden werden. In letzterem Fall wird die Lasermedium-ähnliche Lage zwischen der ersten Endschicht 6 und dem Lasermedium 8 ausgebildet. Die Lasermedium-ähnliche Lage besteht aus dem gleichen Material wie das Lasermedium 8, weist aber einen unterschiedlichen kristallinen Zustand auf. Ähnlich können die zweite Endschicht 12 und eine sättigbarer-Absorber-ähnliche Lage auf der Endoberfläche des zweiten Kühlkörpers 16 gebildet werden, und dieses Laminat kann mittels Zimmertemperatur-Bonding mit dem sättigbaren Absorber 10 verbunden werden. In letzterem Fall wird die sättigbarer-Absorber-ähnliche Lage zwischen der zweiten Endschicht 12 und dem sättigbaren Absorber 10 ausgebildet. Die sättigbarer-Absorber-ähnliche Lage besteht aus dem gleichen Material wie der sättigbare Absorber 10, weist aber einen unterschiedlichen kristallinen Zustand auf.
  • (Zweite Ausführungsform: mehrlagiges Lasersystems)
  • 7 zeigt ein mehrlagiges Lasersystem einer zweiten Ausführungsform, welche ein mehrlagiger Laserverstärker ist, der mehrere Lasermedien 8 linear in mehreren Lagen anordnet. Jedes der Lasermedien 8 emittiert Licht, wenn ein Anregungsstrahl und ein Eingangsstrahl (Seed-Licht) eintreten, und ein verstärkter Laserstrahl des Anregungsstrang wird abgegeben. Die Schichten 6 und 12, welche für ein mittleres Reflexionsvermögen des Laserstrahls angepasst sind, werden auf beiden Seiten eines jeden Lasermediums 8 vorgesehen.
  • Ein Kühlkörper 2 wird zwischen jedem Paar von benachbarten Lasermedien 8, 8 eingefügt. Die Kühlkörper 2 haben eine höhere thermische Leitfähigkeit als die Lasermedien 8 und sind dazu ausgebildet, dass der Anregungsstrahl, der Eingangsstrahl, und der Laserstrahl durch sie hindurchdringen können.
  • Bezugszeichen 4 und 14 zeigen Kühlkörper-ähnliche Lagen, welche zwischen den Kühlkörpern 2 und entsprechenden Endschichten 6, 12 eingefügt wurden, und das Vorliegen dieser Gleiches-Material-Lagen erlaubt es, dass die Kühlkörper 2 und die Lasermedien 8 mittels Zimmertemperatur-Bonding verbunden werden können. Bezugszeichen 24 ist eine Lambda/4-Platte. Die Lambda/4-Platte 24 kann an einem rechten Ende der 7 angeordnet sein oder sie kann weggelassen werden. Im Falle eines Einweg-Verstärkers ist die Lambda/4-Platte 24 nicht notwendig. Ferner kann ein Faraday-Rotator anstelle der Lambda/4-Platte 24 verwendet werden.
  • Die Kühlkörper 2 haben einen größeren Durchmesser als die Lasermedien 8. Das System der 7 wird derart verwendet, dass es in einem Metallzylinder, der nicht gezeigt ist, eingefasst ist. So wird eine Verbindung erhalten, in der äußere Umfangsflächen der Kühlkörper 2 in Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche des Metallzylinders stehen. Wärme von den Lasermedien wird effizient thermisch gekühlt und durch die Kühlkörper 2 zu dem Metallzylinder geleitet.
  • Obwohl in 7 der Anregungsstrahl von der linken Endoberfläche eintritt, kann er von der linken und der rechten Seite eintreten. Der Eingangsstrahl kann entweder von der linken oder der rechten Endoberfläche eintreten.
  • Es gibt den Fall, bei dem eine äußerste Oberfläche einer jeden Endschicht aus dem gleichen Material ist wie die Kühlkörper. Zum Beispiel gibt es Fälle, bei denen die äußeren Oberflächen der Endschichten aus Aluminiumoxid sind und die Kühlkörper aus Saphir sind. Alternativ gibt es Fälle, bei denen die äußersten Oberflächen der Endschichten aus YAG sind und auch die Kühlkörper aus YAG sind. YAG kann verschiedene Eigenschaften in Abhängigkeit des Typs und der Menge an Dotierung aufweisen und so kann es für die Endschichten sowie für die Kühlkörper eingesetzt werden. In diesem Fall können die äußersten Oberflächen der Endschicht als die Gleiches-Material-Lagen dienen.
  • Ein Festkörpermaterial, welches Licht emittiert, wenn ein Anregungsstrahl eintritt, kann für jedes der Lasermedien 8, die in 7 gezeigt sind, eingesetzt werden. In diesem Fall wird ein mehrlagiger Laseroszillator erhalten.
  • (Dritte Ausführungsform: Anregungsstrahl-Multireflexionslasersystem)
  • 8 zeigt ein Lasersystem einer dritten Ausführungsform, wobei der in das Lasermedium 28 reflektierte Anregungsstrahl erneut reflektiert wird, um in das Lasermedium 28 einzutreten. Das Lasermedium 28 ist dünn (sein Ausmaß entlang einer durchschnittlichen Propagationsrichtung des Anregungsstrahl (X-Achse) ist kurz) und so wird der Anregungsstrahl nicht ausreichend absorbiert, wenn er nur einmal in dem Lasermedium 28 hin und her läuft, daher wird der Anregungsstrahl entlang mehrerer optischer Wege reflektiert.
  • Bezugszeichen 2 zeigt den Kühlkörper, der bezüglich des Anregungsstrahls bei 800 nm transparent ist. Bezugszeichen 4 zeigt die Kühlkörper-ähnliche Lage, Bezugszeichen 6 zeigt die erste Endschicht, Bezugszeichen 28 zeigt das Lasermedium (welches dünner ist als das Lasermedium aus der ersten und der zweiten Ausführungsform), Bezugszeichen 30 zeigt die zweite Endschicht und Bezugszeichen 32 zeigt den Auskoppler.
  • Die erste Endschicht 6 weist ein niedriges Reflexionsvermögen für den Anregungsstrahl und ein hohes Reflexionsvermögen für den Laserstrahl auf. Die zweite Endschicht 30 weist ein hohes Reflexionsvermögen für den Anregungsstrahl und ein niedriges Reaktionsvermögen für den Laserstrahl auf.
  • Wie in 8 gezeigt wird, verläuft der Anregungsstrahl durch den Kühlkörper 2, durch den der Anregungsstrahl dringen kann, durch die Kühlkörper-ähnliche Lage 4, durch die der Anregungsstrahl dringen kann, und die erste Endschicht 6, durch die der Anregungsstrahl dringen kann, und tritt in das Medium 28 ein. Der Anregungsstrahl, der sich im Lasermedium 28 ausgebreitet hat, wird von der zweiten Endschicht 30 reflektiert, und breitet sich im Lasermedium 28 nach links aus. Der Anregungsstrahl, der sich im Lasermedium 28 nach links ausgebreitet hat, verläuft durch die erste Endschicht 6, um das Lasermedium 28 zu verlassen, und breitet sich weiter nach links innerhalb des Kühlkörpers 2 aus. Das Lasermedium 28 ist dünn, sodass der Anregungsstrahl nicht ausreichend in dem Lasermedium 28 bei nur einem einmaligen hin und her Laufen innerhalb des Lasermediums 28 absorbiert werden kann. Der Anregungsstrahl „b”, der sich von dem Kühlkörper 2 nach links ausbreitet, kann noch verwendet werden. So wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus eingesetzt, um den Anregungsstrahl „b” wieder in Richtung des Lasermediums 28 zu lenken.
  • 9 ist eine Ansicht der optischen Wege des Anregungsstrahls gemäß der Richtung IX in 8, wobei der Anregungsstrahl wiederholt durch den Kühlkörper 2 mittels des Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus verläuft.
  • Die in Kreisen gezeigten Zahlen zeigen die Reflexionspunkte des Anregungsstrahls mit dem Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus. Die Zahlen zeigen eine Reihenfolge von Reflexionspositionen. Ein Buchstabe „a“ in 9 zeigt den Anregungsstrahl, der von einer Lichtemittierenden Diode, die nicht gezeigt ist, erhalten wird, und weitere Buchstaben zeigen die optischen Pfade des Anregungsstrahls, der am Lasermedium 28 reflektiert wurde, oder die Reflexionspunkte des Anregungsstrahl-Reaktionsmechanismus. Zum Beispiel wird der Anregungsstrahl „a” an dem Lasermedium 28 reflektiert und breitet sich entlang einem optischen Pfad „b“ aus, wird an einem Reflexionspunkt 2 reflektiert und breitet sich entlang einem optischen Pfad „c“ aus, wird an einem Reflexionspunkt 3 reflektiert und breitet sich entlang einem optischen Pfad „d” aus, wird an dem Lasermedium 28 reflektiert und breitet sich entlang einem optischen Pfad „e” aus und wird an einem Reflexionspunkt 4 reflektiert und breitet sich entlang einem optischen Pfad „f” aus.
  • 10 ist eine Betrachtung der optischen Wege des Anregungsstrahls in einer Seitenansicht, wobei der Anregungsstrahl wiederholt durch den Kühlkörper 2 aufgrund des Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus läuft. So zeigt der Abschnitt (A) in 10 die optischen Pfade in einer A-A-Ebene der 9 und der Abschnitt (B) in 10 zeigt die optischen Wege in einer B-B-Ebene der 9. Im Fall der 8 zeigt der optische Weg „b“ die optischen Wege in der A-A-Ebene und der optische Weg „b“ zeigt den Überlapp der optischen Pfade in der B-B-Ebene.
  • Wie in den 9 und 10 zu sehen ist, kommt in der vorliegenden Ausführungsform der Anregungsstrahl sechsmal (optische Wege a, d, g, j, m, p) im Lasermedium 28 durch den Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus an. Obwohl das Lasermedium 28 dünn ist, wird der Anregungsstrahl im erforderlichen Ausmaß absorbiert, wenn er darin entsprechend sechsmal hin und her läuft, und entsprechend wird ein Laserstrahl mit der erforderlichen Intensität ausgegeben.
  • In dem konventionellen Lasersystem, der einen Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus aufweist, war der Kühlkörper 2 aus Metall und entsprechend verlief der Anregungsstrahl nicht durch diesen. So wurde der Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus auf einer rechten Seite des Lasermediums 28 der 8 angeordnet. Daher bestand kein Bedarf darin, eine Interferenz zwischen dem Auskoppler 32 und dem Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus zu vermeiden, und so konnte der Abstand zwischen dem Auskoppler 32 und dem Lasermedien 28 nicht verkürzt werden. Der Abstand zwischen dem Auskoppler 32 und dem Lasermedium 28 wirkt sich auf eine Resonatorlänge eines Laseroszillators aus. Wenn die Resonatorlänge lang ist, wird es zum Beispiel schwer, die Pulsdauer für den gepulsten Laser zu verkürzen und die Spitzenleistung zu erhöhen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus auf der linken Seite des Lasermediums frei konfiguriert werden. Die Pulsdauer für den gepulsten Laser kann verkürzt werden und die Spitzenleistung kann erhöht werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Eine Ausführung der 11 ist ein Anregungsstrahl-Multireflexion-Puls-Lasersystem, das den Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus der 8 bis 10 und den Q-Switch der 1 aufweist. Wiederholende Erläuterungen von Aspekten, die bereits erläutert wurden, werden weggelassen. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Endschicht 30 zwischen dem Lasermedium 28 und dem sättigbaren Absorber 10 eingeführt. Eine Lage mit einem hohen Reflexionsvermögen für den Anregungsstrahl und einem niedrigen Reflexionsvermögen für den Laserstrahl wird als Endschicht 30 verwendet. Ferner können das Lasermedium 28 und der sättigbare Absorber 10 mittels Zimmertemperatur-Bonding verbunden werden. In diesem Fall wird die Endschicht 30 mittels Gasabscheidung auf dem Lasermedium 28 oder dem sättigbaren Absorber 10 aufgetragen, eine Lage, die aus dem gleichen Material wie das jeweils andere des Lasermediums 28 oder des sättigbaren Absorbers 10 besteht, wird mittels Gasabscheidung auf einer Oberfläche der Endschicht 30 aufgetragen und das Lasermedium 28 und der sättigbare Absorber 10 werden so mittels Zimmertemperatur-Bonding verbunden. Im Ergebnis wird eine Lage, die aus dem gleichen Material wie das Lasermedium 28 besteht, zwischen der Endschicht 30 und dem Lasermedium 28 gebildet oder alternativ wird eine Lage, die aus dem gleichen Material wie der sättigbare Absorber 10 besteht, zwischen der Endschicht und dem sättigbaren Absorber 10 gebildet.
  • (Fünfter Ausführungsform)
  • Eine Ausführungsform der 12 weist den Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus der 8 bis 10 auf und umfasst eine Schicht 34, die als eine Endschicht und als Auskoppler fungiert und die an einer Endoberfläche des Lasermediums 8 vorgesehen ist. Dadurch kann eine Konfiguration des Lasersystems, die einen CW-Laserstrahl ausgibt, vereinfacht werden. Im Fall der 12 kann ein nicht gezeigter Kühlkörper mit einer rechten-Seite-Endoberfläche der Schicht 34 verbunden sein. Das Lasermedium 28 kann dadurch von seinen beiden Endoberfläche aus gekühlt werden.
  • Die Erfinder haben Techniken für hohe Ausgangsleistungen von Lasersystemen untersucht und konnten Laserstrahlintensitäten von 50 GW/cm2 oder mehr erreichen. Bei derartig hohen Intensitäten ist der Verbindungszustand zwischen einem Lasermedium und einem Kühlkörper sehr wichtig. Unterschiedlichste bekannte Bonding-Techniken verursachen Probleme beim Erhöhen der Ausgangsleistung des Laserstrahls. Gemäß der bekannten Bonding-Techniken wird das Lasermedium nicht effizient vom Kühlkörper gekühlt, hohe thermische Spannung bildet sich im Lasermedium aus oder Verschmieren oder Einfärben am Übergang zwischen Lasermedium und Kühlkörper wird erzeugt. Hohe Transparenz an den Verbindungsinterface ist beim Erhöhen der Laserleistung kritisch, da Verschmieren oder Einfärben des Interfaces einen Teil des Laserstrahls absorbiert und Wärme an dem Interface erzeugt wird. Das Ausmaß an absorbierte Energie wird sehr hoch werden, wenn die Laserstrahlintensität bei 50 GW/cm2 oder mehr liegt, auch wenn nur ein geringes Verschmieren oder Einfärben vorliegt und die Absorptionsrate dadurch gering ist. Die vorliegende Beschreibung lehrt einen Weg, derartige Probleme zu lösen, die das Erhöhen von Laserleistung verhindern.
  • Verschiedene Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden im Detail beschrieben. Diese Beispiele sind nur illustrativ zu verstehen und stellen keine Limitierung des Schutzbereichs der Patentansprüche dar. Die in den Patentansprüche beschriebene Technik umfasst auch verschiedene Änderungen und Modifikationen der spezifischen zuvor beschriebenen Beispiele. Die technischen Elemente, die in der vorliegenden Beschreibung oder in den Zeichnungen erläutert wurden, stellen die technische Nützlichkeit unabhängig oder in verschiedenen Kombinationen dar. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Kombinationen, welche zum Zeitpunkt des Einreichens der Ansprüche beschrieben wurden, begrenzt. Ferner ist es der Zweck der durch die vorliegende Beschreibung oder Zeichnungen verdeutlichten Beispiele verschiedene Aufgaben gleichzeitig zu erfüllen und das Erfüllen einer jeder dieser Aufgaben fügt der vorliegenden Erfindung technische Nützlichkeit bei.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5796766 [0003]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Lasersystems, das ein Lasermedium (8) mit einer Endoberfläche, das zum Emittieren von Licht ausgebildet ist, wenn ein Anregungsstrahl in das Lasermedium (8) eintritt, und einen Kühlkörper (2) mit einer Endoberfläche und einer größeren thermischen Leitfähigkeit als das Lasermedium (8), welcher dazu ausgebildet ist, den Anregungsstrahl durchtreten zu lassen, aufweist, wobei die Endoberfläche des Lasermediums (8) mit der Endoberfläche des Kühlkörpers (2) in Verbindung steht, mit den folgenden Schritten: Ausbilden einer Endschicht (6) auf der Endoberfläche des Lasermediums (8) oder des Kühlkörpers (2), Ausbilden einer Gleiches-Material-Lage (4) auf einer Oberfläche der Endschicht (6), wobei die Gleiches-Material-Lage (4) aus dem gleichen Material wie das des Lasermediums (8) besteht, wenn die Endschicht (6) auf der Endoberfläche des Kühlkörpers (2) ausgebildet wurde, und aus dem gleichen Material wie das des Kühlkörpers (2) besteht, wenn die Endschicht (6) auf der Endoberfläche des Lasermediums (8) ausgebildet wurde, Aktivieren einer Oberfläche der Gleiches-Material-Lage (4) in einer im Wesentlichen Vakuumumgebung und Aktivieren der Endoberfläche des Lasermediums (8), wenn die Endschicht (6) auf der Endoberfläche des Kühlkörpers (2) ausgebildet wurde, und der Endoberfläche des Kühlkörpers (2), wenn die Endschicht (6) auf der Endoberfläche des Lasermediums (8) ausgebildet wurde, in der im Wesentlichen Vakuumumgebung und Verbinden der aktivierten Oberfläche der Gleiches-Material-Lage (4) und der aktivierten Endoberfläche in der im Wesentlichen Vakuumumgebung.
  2. Lasersystem mit einem Lasermedium (8) mit einer Endoberfläche, das zum Emittieren von Licht ausgebildet ist, wenn ein Anregungsstrahl in das Lasermedium (8) eintritt, einen Kühlkörper (2) mit einer Endoberfläche und einer größeren thermischen Leitfähigkeit als das Lasermedium (8), welcher dazu ausgebildet ist, den Anregungsstrahl durchtreten zu lassen, wobei die Endoberfläche des Lasermediums (8) mit der Endoberfläche des Kühlkörpers (2) verbunden ist, einer Endschicht (6), die zwischen dem Kühlkörper (2) und dem Lasermedium (8) vorgesehen ist, und einer Gleiches-Material-Lage (4) zwischen der Endschicht (6) und dem Kühlkörper (2) oder zwischen der Endschicht (6) und dem Lasermedium (8), wobei die Gleiches-Material-Lage (4) entsprechend aus dem gleichen Material des Kühlkörpers (2) oder des Lasermediums (8) besteht, aber einen anderen kristallinen Zustand aufweist.
  3. Lasersystem nach Anspruch 2, ferner mit einem sättigbaren Absorber (10) mit einer Absorptionsfähigkeit, die dazu ausgebildet ist, zu saturieren, wenn eine Intensität von Licht, welches von dem Lasermedium (8) eintritt, zunimmt, wobei der Kühlkörper (2) aufweist einen ersten Kühlkörper (2) mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit als das Lasermedium (8), wobei der erste Kühlkörper (2) dazu ausgebildet ist, den Anregungsstrahl durchtreten zu lassen, und einen zweiten Kühlkörper (16) mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit als der sättigbare Absorber (10), wobei der zweite Kühlkörper (16) dazu ausgebildet ist, den Laserstrahl durchtreten zu lassen, der erste Kühlkörper (2), das Lasermedium (8), der sättigbare Absorber (10) und der zweite Kühlkörper (16) in dieser Reihenfolge angeordnet sind, eine zweite Endoberfläche des ersten Kühlkörpers (2) in Verbindung mit einer ersten Endoberfläche des Lasermediums (8) steht, eine zweite Endoberfläche des Lasermediums (8) in Verbindung mit einer ersten Endoberfläche des sättigbaren Absorbers (10) steht und eine zweite Endoberfläche des sättigbaren Absorbers (10) in Verbindung mit einer ersten Endoberfläche des zweiten Kühlkörpers (60) steht, die Endschicht eine erste Endschicht (6), die zwischen dem ersten Kühlkörper (2) und dem Lasermedium (8) vorgesehen ist, und eine zweite Endschicht (12), die zwischen dem sättigbaren Absorber (10) und dem zweiten Kühlkörper (16) vorgesehen ist, aufweist, die Gleiches-Material-Lage (4) eine erste Gleiches-Material-Lage (4) zwischen der ersten Endschicht (6) und dem ersten Kühlkörper (2) oder dem Lasermedium (8) und ein zweite Gleiches-Material-Lage (14) zwischen der zweiten Endschicht (12) und dem sättigbaren Absorber (10) oder dem zweiten Kühlkörper (16) aufweist, die erste Gleiches-Material-Lage (4) entsprechend aus dem gleichen Material besteht wie das des ersten Kühlkörpers (2) oder des Lasermediums (8), aber einen unterschiedlichen kristallinen Zustand aufweist, und die zweite Gleiches-Material-Lage (14) entsprechend aus dem gleichen Material wie das des sättigbaren Absorbers (10) oder des zweiten Kühlkörpers (16) besteht, aber einen unterschiedlichen kristallinen Zustand aufweist.
  4. Lasersystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Lasersystem mehrere Kühlkörper (2) und mehrere Lasermedien (8) aufweist, die mehreren Kühlkörper (2) und die mehreren Lasermedien (8) alternierend angeordnet sind, ein jedes der Lasermedien (8) dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl zu emittieren, wenn der Anregungsstrahl eintritt, und die Kühlkörper (2) eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweisen als die Lasermedien (8) und der Anregungsstrahl und der Laserstrahl die Kühlkörper (2) durchstrahlen.
  5. Lasersystem nach Anspruch 4, wobei ein jedes der Lasermedien (8) dazu ausgebildet ist, den Anregungsstrahl und einen Eingangsstrahl aufzunehmen, um einen verstärkten Strahl des Eingangsstrahl abzugeben.
  6. Lasersystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein jedes der Lasermedien (8) dazu ausgebildet ist, den Anregungsstrahl und einen Eingangsstrand aufzunehmen, um einen Ausgangsstrahl mit einer verstärkter Leistung des Eingangsstrahls auszugeben, eine Einfallsrichtung des Anregungsstrahls und Lichtemissionsrichtung des Laserstrahls gleich sind und die Einfallsrichtung des Anregungsstrahls und eine Einfallsrichtung des Eingangsstrahls einander entgegen gerichtet sind.
  7. Lasersystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Dichte von Licht-emittierenden Atomen in dem Lasermedium (8), dass nahe an einer Endoberfläche, bei der der Anregungsstrahl eintritt, lokalisiert ist, niedriger ist als eine Dichte von Licht-emittierenden Atomen in dem Lasermedium (8), dass weit weg von dieser Endoberfläche lokalisiert ist.
  8. Lasersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, ferner mit einem Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus, wobei der Anregungsstrahl-Reflexionsmechanismus dazu ausgebildet ist, den Anregungsstrahl zu reflektieren, der durch den Kühlkörper (2) tritt, nachdem dieser in den Laserstrahl reflektiert hat, um den Anregungsstrahl zum Durchdringen des Kühlkörper (2) in Richtung des Lasermediums (8) auszurichten.
DE102017112620.1A 2016-06-10 2017-06-08 Lasersystem und Herstellungsverfahren Withdrawn DE102017112620A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016116603A JP2017220652A (ja) 2016-06-10 2016-06-10 レーザ装置とその製造方法
JP2016-116603 2016-06-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017112620A1 true DE102017112620A1 (de) 2017-12-14

Family

ID=60419922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017112620.1A Withdrawn DE102017112620A1 (de) 2016-06-10 2017-06-08 Lasersystem und Herstellungsverfahren

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20170358898A1 (de)
JP (1) JP2017220652A (de)
KR (1) KR20170140100A (de)
CN (1) CN107492779A (de)
DE (1) DE102017112620A1 (de)
FR (1) FR3052603A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6261057B1 (ja) 2016-09-07 2018-01-17 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 選択増幅装置
JP6632644B2 (ja) * 2018-01-25 2020-01-22 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 光学素子の製造方法及び光学素子
JP6933349B2 (ja) * 2018-04-25 2021-09-08 国立大学法人北見工業大学 接合体、レーザ発振器、レーザ増幅器及び接合体の製造方法
JP7185893B2 (ja) * 2018-05-14 2022-12-08 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 レーザー装置
US10622780B2 (en) * 2018-06-22 2020-04-14 Candela Corporation Handpiece with a microchip laser
CN112771735A (zh) 2018-09-14 2021-05-07 大学共同利用机关法人自然科学研究机构 光振荡器
JP7396299B2 (ja) * 2018-12-25 2023-12-12 ソニーグループ株式会社 レーザ装置
EP3925727A4 (de) * 2019-02-13 2022-11-23 Inter-University Research Institute Corporation National Institutes of Natural Sciences Laserbearbeitungsvorrichtung und laserbearbeitungsverfahren
CN114008871A (zh) * 2019-06-18 2022-02-01 大学共同利用机关法人自然科学研究机构 光学元件的制造方法及光学元件
CN111431019A (zh) * 2020-02-24 2020-07-17 中国科学院光电研究院 双面传导冷却多薄片激光头
US11532919B2 (en) 2020-05-27 2022-12-20 Candela Corporation Fractional handpiece with a passively Q-switched laser assembly

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5796766A (en) 1994-08-23 1998-08-18 Laser Power Corporation Optically transparent heat sink for longitudinally cooling an element in a laser

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09298333A (ja) * 1996-05-09 1997-11-18 Mitsubishi Electric Corp 固体受動ｑスイッチブロックとその製造方法、および固体ｑスイッチレーザ発振器、ならびに固体レーザ装置
JP2000101175A (ja) * 1998-09-18 2000-04-07 Mitsubishi Electric Corp 固体受動ｑスイッチブロック、固体ｑスイッチレーザ発振器及び固体レーザ装置
US6624925B2 (en) * 2001-03-13 2003-09-23 Textron Systems Corporation Optical amplifier employing an active doped unitary amplifier
US20050074040A1 (en) * 2003-10-03 2005-04-07 Spence David E. Diamond cooled laser gain assembly
JP4933130B2 (ja) * 2006-02-16 2012-05-16 昭和電工株式会社 ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法
JP4294661B2 (ja) * 2006-07-26 2009-07-15 国立大学法人東北大学 基板ステージ、熱処理装置および基板ステージの製造方法
US7649920B2 (en) * 2007-04-03 2010-01-19 Topcon Corporation Q-switched microlaser apparatus and method for use
US7924895B2 (en) * 2007-05-23 2011-04-12 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Monolithic diode-pumped laser cavity
US7724800B2 (en) * 2007-06-08 2010-05-25 The Boeing Company Power scaleable thin disk lasers
JP2010251390A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Oki Electric Ind Co Ltd 発光ダイオード及びその製造方法
WO2010145855A1 (en) * 2009-06-15 2010-12-23 Pantec Biosolutions Ag Monolithic, side pumped solid-state laser and method for operating the same
US8379680B1 (en) * 2009-08-10 2013-02-19 The Boeing Company Direct cooling of thin disk lasers
KR102109668B1 (ko) * 2010-04-08 2020-05-12 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 발광 장치 및 그 제조 방법
JP5868003B2 (ja) * 2011-01-14 2016-02-24 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ装置およびその製造方法
EP2728608A4 (de) * 2011-06-30 2014-11-19 Kyocera Corp Verbundsubstrat und verfahren zu seiner herstellung
US8518179B1 (en) * 2012-02-29 2013-08-27 Uchicago Argonne, Llc Controlling the emissive properties of materials-improved lasers and upconversion materials
US20130250984A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 Ams Research Corporation Laser element having a thermally conductive jacket
JP2014135421A (ja) * 2013-01-11 2014-07-24 Hamamatsu Photonics Kk 固体レーザデバイス及びその製造方法
EP2879249B1 (de) * 2013-11-28 2021-06-23 Candela Corporation Lasersystem
JP6253672B2 (ja) * 2013-12-27 2017-12-27 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ装置
JP2016018071A (ja) * 2014-07-08 2016-02-01 住友金属鉱山株式会社 ファラデー回転子とその製造方法
US9337614B1 (en) * 2014-10-22 2016-05-10 Trumpf Laser Gmbh Cooling disk lasers
US9401580B1 (en) * 2015-05-27 2016-07-26 Lumentum Switzerland Ag Optical source with passive pulse shaping
DE102016118364B3 (de) * 2016-09-28 2018-03-08 Schott Ag Mantelglas für Festkörperlaser

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5796766A (en) 1994-08-23 1998-08-18 Laser Power Corporation Optically transparent heat sink for longitudinally cooling an element in a laser

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017220652A (ja) 2017-12-14
US20170358898A1 (en) 2017-12-14
CN107492779A (zh) 2017-12-19
KR20170140100A (ko) 2017-12-20
FR3052603A1 (fr) 2017-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017112620A1 (de) Lasersystem und Herstellungsverfahren
DE102017125099B4 (de) Laserkomponente und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE60218211T2 (de) Laser mit einem verteilten verstärkungsmedium
DE4042083A1 (de) Lasermedium zur verwendung in einem plattenlaser
WO2012041678A1 (de) Halbleiterlaseranordnung und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaseranordnung
DE102014000510A1 (de) Halbleiterlaser mit anisotroper Wärmeableitung
DE102014015813A1 (de) Q-Switch-Laservorrichtung
EP1178579A2 (de) Laserverstärkeranordnung
DE2144201B2 (de) Ram anlaser
DE102006002879A1 (de) Halbleiteranordnung für einen optisch gepumpten oberflächenemittierenden Halbleiterlaser
DE2556850C2 (de) Heteroübergangs-Diodenlaser
DE10204246B4 (de) Festkörper-Laserverstärkersystem
DE202017007096U1 (de) Diodenlaser mit Einhausung
DE2205728B2 (de) Aus einem mehrschichtigen Halbleiterkörper bestehendes optisches Bauelement
DE212012000233U1 (de) Modul eines Sättigungsabsorbers auf Polymer-Verbundstoff-Basis mit einwändigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen
DE4239653A1 (de) Kühlanordnung für Festkörperlaserarrays
DE602004003743T2 (de) Faserlaser und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102016007736A1 (de) Verfahren zur lokalen Modifikation eines Substrats
DE102013102891B4 (de) Laseranordnung
DE112021000793T5 (de) Kapillarrohr zum Abstreifen von rückreflektiertem Licht
EP1522129B1 (de) Optisch gepumpter Halbleiterlaser
DE102013009509A1 (de) Laserverstärkersystem, umfassend eine Festkörperscheibe mit thermischer Homogenisierungsschicht zur Wärmespreizung
DE102007054846A1 (de) Hochenergie-Laserquelle
DE102007048463B4 (de) Mehrschichtiges Lasermedium mit im Querschnitt fünfeckiger Form
DE10393190T5 (de) Dünner Scheibenlaser mit einer Pumpquelle mit großer numerischer Apertur

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee