DE112015005208T5 - Laserverstärkungsvorrichtung, Laservorrichtung und Laser- Kernfusionsreaktor - Google Patents

Laserverstärkungsvorrichtung, Laservorrichtung und Laser- Kernfusionsreaktor Download PDF

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Abstract

Die Laserverstärkungsvorrichtung umfasst mehrere plattenförmige Lasermedium-Komponenten (M1 bis M4), die entlang einer Dickenrichtung ausgerichtet sind, und Prismen (P1 bis P3), die die Lasermedium-Komponenten optisch koppeln. Jede der Lasermedium-Komponenten ist mit einer Hauptfläche, auf die ein Saatlicht trifft, und einer Seitenfläche, die die Hauptfläche umgibt, ausgebildet. Ein Anregungslicht fällt von mindestens einer Seitenfläche einer bestimmten Lasermedien-Komponente von den mehreren Lasermedium-Komponenten ein. Das Anregungslicht fällt durch das Prisma auf eine Seitenfläche der Lasermedium-Komponente neben dem Prisma ein.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserverstärkungsvorrichtung, eine Laservorrichtung und einen Laser-Kernfusionsreaktor.
  • Stand der Technik
  • Ein Laser-Kernfusionsreaktor ist eine Vorrichtung, die als Energieversorgungsvorrichtung der nächsten Generation dient. In dem Laser-Kernfusionsreaktor ist es notwendig, dafür ein Laserlicht mit hoher Leistung zu erzielen. Derzeit wird eine Laservorrichtung, die ein Laserlicht von 100 J ausgeben kann, als nationales Projekt entwickelt, wobei jedoch eine Laservorrichtung mit einer solchen hohen Ausgangsleistung noch nicht realisiert worden ist.
  • In einer in der Patentliteratur 1 offenbarten Laserverstärkungsvorrichtung wird ein dreistufiger Dotierstoff (Yb) hinzugefügt, ein Anregungslicht auf eine Seitenfläche eines YAG-Scheibenlasers emittiert und ein Saatlicht auf eine Hauptfläche emittiert. Als Laservorrichtung sind auch die in den Patentliteraturen 2 und 3 offenbarten Vorrichtungen bekannt.
  • Zitationsliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-356479
    • Patentliteratur 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2005-32935
    • Patentliteratur 3: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-141588
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Eine Laservorrichtung aus dem Stand der Technik kann jedoch kein Hochleistungslaserlicht zur Anwendung in einem Laser-Kernfusionsreaktor erzielen. Da beispielsweise die in einem Lasermedium adsorbierte Anregungslichtmenge gemäß Patentliteratur 1 nicht ausreichend ist, ist es nicht möglich, eine solche hohe Ausgangsleistung zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts eines derartigen Problems konzipiert, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Laserverstärkungsvorrichtung, eine Laservorrichtung und einen Laser-Kernfusionsreaktor unter Verwendung der Laserverstärkungsvorrichtung bereitzustellen.
  • Lösung des Problems
  • Zur Lösung des zuvor beschriebenen Problems umfasst eine erste Laserverstärkungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: mehrere plattenförmige Lasermedium-Komponenten, die so angeordnet sind, dass sie entlang einer Dickenrichtung ausgerichtet sind; und ein Prisma, das so konfiguriert ist, dass es die Lasermedium-Komponenten optisch koppelt, wobei jede der Lasermedium-Komponenten mit einer Hauptfläche, auf die ein Saatlicht einfällt, und einer Seitenfläche, die so konfiguriert ist, dass sie die Hauptfläche umgibt, ausgebildet ist, wobei ein Anregungslicht von mindestens einer Seitenfläche einer bestimmten Lasermedium-Komponente der mehreren Lasermedium-Komponenten einfällt, und das Anregungslicht durch das Prisma auf eine dem Prisma benachbarte Seitenfläche der Lasermedium-Komponente einfällt.
  • Wird das Anregungslicht in dem Lasermedium ausreichend absorbiert, kann sowohl die im Lasermedium angesammelte Energie als auch die Ausgabe des erhöhten Laserlichts erhöht werden. Es wird angenommen, dass eine Erhöhung der Dotierstoffkonzentration in dem Lasermedium notwendig ist, um das Anregungslicht in dem Lasermedium zu absorbieren. Jedoch weist das Lasermedium drei stabile Absorptionsbänder auf, wobei im Fall eines drei Niveaus umfassenden Lasermediums zur Lichtemission das Saatlicht erneut absorbiert wird, wenn das Lasermedium zwischen diesen Energieniveaus wechselt. In der Praxis wird die Ausgabe des Anregungslichts jedoch nicht so stark erhöht.
  • Aus diesem Grund werden in der ersten Laserverstärkungsvorrichtung die mehreren Lasermedium-Komponenten verwendet und durch die Prismen verbunden, so dass ein Abstand (Absorptionslänge) des Anregungslichts, das sich in den Lasermedium-Komponenten ausbreitet, erhöht wird, wodurch sich der Absorptionswert des Anregungslichts selbst dann erhöht, wenn eine Dotiersubstanz eine niedrige Konzentration aufweist. Fällt dann das Anregungslicht von der Seitenfläche ein, wird das Saatlicht in hohem Maße verstärkt und ausgegeben.
  • Eine zweite Laserverstärkungsvorrichtung umfasst ferner eine Anregungslichtquelle, die konfiguriert ist, um das Anregungslicht zu emittieren. Als eine Anregungslichtquelle kann neben einem Halbleiterlaser, einem Gaslaser und einer Blitzlampe eine Vorrichtung zur Fokussierung von Solarlicht verwendet werden. Da der Halbleiterlaser selbst keine hohe Leistung aufweist, wird wünschenswerterweise ein Laserdiodenarray-Modul verwendet.
  • Eine dritte Laserverstärkungsvorrichtung umfasst ferner eine Kühlmittelzufuhrquelle, die konfiguriert ist, um einem Spalt zwischen den Lasermedium-Komponenten ein Kühlmittel zuzuführen. Da die Lasermedium-Komponente Wärme erzeugt, kann die Lasermedium-Komponente auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden (beispielsweise einer niedrigen Temperatur), wenn diese Komponenten ausgerichtet werden und ein Kühlmittel zugeführt wird, wodurch eine stabile Laserverstärkung erzeugt werden kann. Beispielsweise können als Kühlmittel Wasser, Stickstoffgas, Heliumgas, andere Edelgase, fluorhaltiges inaktives Gas oder Schwerwasser verwendet werden.
  • In einer vierten Laserverstärkungsvorrichtung wird eine Seitenfläche einer bestimmten Lasermedium-Komponente, auf die das Anregungslicht zuerst einfällt, bezogen auf das Anregungslicht einer Antireflexionsbehandlung unterzogen. Bei einer Antireflexionsbehandlung wird ein Antireflexionsfilm durch Abscheidung gebildet, und auch die Seitenfläche wird einer Brechungsindexanpassung unterworfen, bei der ein Material mit einem mittleren Brechungsindex zwischen der Lasermedium-Komponente und Luft eng daran befestigt wird. Somit wird die Reflexion des Anregungslichts unterdrückt, um das Anregungslicht in die Lasermedium-Komponente einzuführen.
  • In einer fünften Laserverstärkungsvorrichtung ist an einer Seitenfläche der Lasermedium-Komponente, aus der das Anregungslicht als letztes emittiert wird, ein Reflexionsfilm vorgesehen. In diesem Fall wird das Anregungslicht durch einen Reflexionsfilm reflektiert. Somit kann sich das Anregungslicht in der Lasermedium-Komponente hin und her bewegen, und die Absorptionslänge noch weiter verlängert werden.
  • In einer sechsten Laserverstärkungsvorrichtung wird die Hauptfläche der Lasermedium-Komponente bezogen auf ein Saatlicht einer Antireflexionsbehandlung unterzogen, und die Seitenfläche der Lasermedium-Komponente und das Prisma miteinander verklebt oder verbunden, wobei die Laserverstärkungsvorrichtung ferner aufweist: ein Gehäuse, das konfiguriert ist, um die Lasermedium-Komponente und das Prisma aufzunehmen; und einen Absorber, der so konfiguriert ist, dass er an einer Innenfläche des Gehäuses vorgesehen ist und ein spontanes Emissionslicht von der Lasermedium-Komponente absorbiert.
  • Darüberhinaus kann die Laserverstärkungsvorrichtung gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Struktur verwenden, die eine unnötige Resonanz unterdrücken kann. Da, wie zuvor beschrieben, die Hauptfläche der Lasermedium-Komponente der Antireflexionsbehandlung unterzogen wird, kann die Reflexion des Saatlichts, die durch die Lasermedium-Komponente erzeugt wird, unterdrückt werden, wodurch eine unnötige Resonanz verhindert werden kann. Da darüberhinaus die Seitenfläche der Lasermedium-Komponente und das Prisma miteinander verklebt oder verbunden werden, wird das Anregungslicht von der Seitenfläche der Lasermedium-Komponente sicher in das Prisma eingekoppelt. In der Lasermedium-Komponente wird die durch das Anregungslicht angesammelte Energie nach und nach als Licht mit der gleichen Wellenlänge wie das Saatlicht ausgegeben. Dieses Licht wird als spontanes Emissionslicht bezeichnet. Da die Seitenfläche der Lasermedium-Komponente und das Prisma miteinander verklebt oder verbunden sind, wird die Reflexion des spontanen Emissionslichts unterdrückt, wodurch eine unnötige Oszillation verhindert werden kann.
  • Ferner ist es wünschenswert, dass unter dem Gesichtspunkt der Ausbreitung des Anregungslichts mit geringem Energieverlust die Reflexion an einer Grenzfläche zwischen der Lasermedium-Komponente und dem Prisma unterdrückt wird. Da das spontane Emissionslicht, das aus der Lasermedium-Komponente oder dem Prisma zur Außenseite austritt, als Resonanzursache dient, ist an der Innenfläche eines Gehäuses ein Absorber vorgesehen, wobei das Licht vom Absorber absorbiert wird, so dass eine unnötige Resonanz unterdrückt werden kann.
  • In einer siebten Laserverstärkungsvorrichtung ist die Lasermedium-Komponente lediglich mit einem Lasermedium ausgebildet, oder mit einem Lasermedium und einem Halter versehen, der so konfiguriert ist, dass er das Lasermedium hält, um eine Seitenfläche des Lasermediums zu umgeben.
  • In einer achten Laserverstärkungsvorrichtung hat das Lasermedium eine Scheibenform. Das Saatlicht wird auf die Hauptfläche des Lasermediums emittiert. In dem Fall, in dem das Laserlicht fokussiert und angewendet wird, ist es jedoch wünschenswert, dass eine Strahlform eine kreisförmige Form aufweist. In einem Fall, in dem ein Winkelabschnitt, wie beispielsweise ein Rechteck, vorhanden ist, wird die Energie zu einem Lichtkondensationsmuster, bei dem sich die Energie im Raum verteilt, in dem eine räumliche Hochfrequenzkomponente reflektiert wird. Wird das Lasermedium mit einer Scheibenform ausgebildet, wird die Form des sich in dem scheibenförmigen Lasermedium ausbreitenden Strahls auf eine Kreisform festgelegt, wodurch ein gutes Lichtsammelmuster erzielt werden kann.
  • In einer neunten Laserverstärkungsvorrichtung ist ein Material des Lasermediums YAG, dem Yb hinzugefügt wurde. Beispielsweise beträgt die Yb-Konzentration gleich oder weniger als 0,3 Gew.-%. In einem Fall, in dem ein Yb: YAG-Material als Lasermedium verwendet wird, wird das Laserlicht durch einen drei Niveaus umfassenden Übergang erzeugt. Jedoch kann die Ausgabe des Laserlichts erheblich verbessert werden, indem die Yb-Konzentration innerhalb des obigen Bereichs festgelegt wird.
  • Darüberhinaus ist die Laservorrichtung mit einer Laserverstärkungsvorrichtung und einer Saatlichtquelle, die Saatlicht ausgibt, ausgebildet. Die Saatlichtausgabe aus der Saatlichtquelle fällt auf die Lasermedium-Komponente ein und wird verstärkt.
  • Ein Laser-Kernfusionsreaktor umfasst: die Laservorrichtung; und eine Kammer, die ausgebildet ist, um Brennstoff für die Kernfusion zu speichern, wenn sie mit einem Laserlicht bestrahlt wird, und in die das Laserlicht von der Laservorrichtung eingeführt wird. In dem Laser-Kernfusionsreaktor wird ein Laserstrahl mit hoher Leistung auf den Brennstoff emittiert, um eine Fusion zu bewirken. Somit wird in einer Kammer effizient eine Kernfusion erzeugt, wobei die erzeugte Energie bei der Energieerzeugung verwendet werden kann.
  • Wird das Laserlicht mit einer Ausgabe von 50 J in die Laserverstärkungsvorrichtung eingegeben, wird in der Theorie erwartet, dass das Laserlicht (250 J) das Zweifache des Laserlichts aus dem nationalen Projekt (100 J) übersteigt.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß einer Laserverstärkungsvorrichtung und einer Laservorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Laserlicht mit hoher Leistung auszugeben. Somit kann der Brennstoff für die Kernfusion im Laser-Kernfusionsreaktor mit dem Hochleistungslaserlicht bestrahlt werden, um eine Laser-Kernfusion durchzuführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Lasermedium-Komponente und eines Prismas in einer Laserverstärkungsvorrichtung.
  • 2 zeigt ein Diagramm, das einen Systemaufbau einer Laservorrichtung der Laserverstärkungsvorrichtung darstellt.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Saatlichtquelle.
  • 4 zeigt ein Diagramm eines Aufbaus (erstes Beispiel) der Lasermedium-Komponente.
  • 5 zeigt ein Diagramm eines Aufbaus (zweites Beispiel) der Lasermedium-Komponente.
  • 6 zeigt ein Diagramm einer Struktur des Prismas.
  • 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Lasermedium-Komponente und eines Fenstermaterials.
  • 8 zeigt ein Diagramm eines Kühlsystems in der Laserverstärkungsvorrichtung.
  • 9 zeigt ein Diagramm des Kühlsystems in der Laserverstärkungsvorrichtung.
  • 10 zeigt ein Diagramm des Kühlsystems in der Laserverstärkungsvorrichtung.
  • 11 zeigt ein Diagramm, das Peripheriegeräte in der Laserverstärkungsvorrichtung darstellt.
  • 12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Lasermedium-Komponente.
  • 13 zeigt eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Häufigkeit, mit der ein Saatlicht eine Gruppe von Lasermedium-Komponenten (die Anzahl der Durchgänge) durchläuft, der Energie (J) des Ausgangslaserlichts und der Extraktionseffizienz (%).
  • 14 zeigt ein Diagramm eines Systems eines Laser-Kernfusionsreaktors.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Nachfolgenden werden eine Laserverstärkungsvorrichtung, eine Laservorrichtung und ein Laser-Kernfusionsreaktor gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Gleiche Komponenten werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Lasermedium-Komponente und eines Prismas in einer Laserverstärkungsvorrichtung. Eine Dickenrichtung einer ersten Lasermedium-Komponente M1 ist in einer X-Achsenrichtung aufgetragen, und die zwei Achsen senkrecht zur X-Achse werden als Y- und Z-Achsen festgelegt. In der gleichen Zeichnung verläuft die X-Achsenrichtung vertikal nach oben.
  • Die Laserverstärkungsvorrichtung ist mit mehreren plattenförmigen Lasermedium-Komponenten (M1, M2, M3 und M4) versehen. Diese Komponenten haben die gleiche Form und sind derart angeordnet, dass sie entlang der Dickenrichtung (X-Achse) ausgerichtet sind. Ferner wird selbst dann dieselbe Wirkung erzielt, wenn die Komponenten nicht die gleiche Form aufweisen.
  • Die erste Lasermedium-Komponente M1 und die zweite Lasermedium-Komponente M2 sind über ein erstes Prisma P1 optisch gekoppelt, das an deren Seitenflächen vorgesehen ist, die zweite Lasermedium-Komponente M2 und die dritte Lasermedium-Komponente M3 sind über ein zweites Prisma, das an deren Seitenflächen vorgesehen ist, optisch gekoppelt, und die dritte Lasermedium-Komponente M3 und die vierte Lasermedium-Komponente M4 sind über ein drittes Prisma P3, das an deren Seitenflächen vorgesehen ist, optisch gekoppelt.
  • Jede der Lasermedium-Komponenten (M1, M2, M3 und M4) umfasst eien Hauptfläche (YZ-Fläche), auf die ein Saatlicht SEED1 senkrecht entlang der X-Achsenrichtung einfällt, und Seitenflächen (zwei gegenüberliegende XZ-Flächen und zwei gegenüberliegende XY-Flächen), die die Hauptfläche umgeben. 1 zeigt ein Beispiel, in dem die Lasermedium-Komponente lediglich das eine Lasermedium umfasst, wobei das Lasermedium ein Quader mit einer flachen Plattenform ist.
  • Ein Anregungslicht kann in eine beliebige der mehreren Lasermedium-Komponenten eingegeben werden, wobei die Lasermedium-Komponente angeregt wird, wenn das Anregungslicht darauf einfällt. Das Anregungslicht fällt von wenigstens einer Seitenfläche einer bestimmten Lasermedium-Komponente ein, die in geeigneter Weise aus der Vielzahl von Lasermedium-Komponenten ausgewählt ist. Beispielsweise fällt ein Anregungslicht EXCIT(1) von einer Seitenfläche IN1 der ersten Lasermedium-Komponente M1, die an der ersten Stufe angeordnet ist, ein.
  • Auf diese Weise wird eine Antireflexionsbehandlung für das Anregungslicht (und/oder das spontane Emissionslicht) auf einer Seitenfläche der bestimmten Lasermedium-Komponente, auf die das Anregungslicht zuerst einfällt, durchgeführt. Ferner wird in der ”Antireflexionsbehandlung” der vorliegenden Beschreibung neben der Ausbildung eines Antireflexionsfilms die Seitenfläche auch einer Brechungsindexanpassung unterzogen, um ein Material mit einem Brechungsindex zwischen jenem des Prismas und der Luft an der Lasermedium-Komponente vorzusehen (beispielsweise ein flüssiges Brechungsindexanpassungsmaterial). Somit wird die Reflexion des Anregungslichts unterdrückt, um das Anregungslicht in die Lasermedium-Komponente einzuführen.
  • Bei der Eingabe des Anregungslichts EXCIT(1) breitet sich das Anregungslicht EXCIT(1) in der ersten Lasermedium-Komponente M1 entlang der positiven Richtung der Y-Achsenrichtung aus, und die erste Lasermedium-Komponente M1 wird angeregt. Am Ende der Y-Achsenrichtung ist das erste Prisma P1 über die Seitenfläche (XZ-Fläche) des Endabschnitts befestigt. Die Form des ersten Prismas P1 entspricht einem Dreiecksprisma, das sich entlang der Z-Achsenrichtung als Mittelachse erstreckt, und die Form in der XY-Ebene ist ein rechtwinkliges gleichschenkliges Dreieck. Ferner weisen das erste Prisma P1, das zweite Prisma P2 und das dritte Prisma P3 die gleiche Struktur auf.
  • Die Ebene (XZ-Fläche), die einen Hypotenusenteil des rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks des ersten Prismas P1 enthält (im Nachfolgenden als eine Anregungslichteingangs-/ausgangsfläche in dem Prisma bezeichnet), und die Seitenfläche (XZ-Fläche) des Endabschnitts der Y-Achsenrichtung der ersten Lasermedium-Komponente M1 sind gegenüberliegend angeordnet und einer Antireflexionsbehandlung unterworfen, um zu verhindern, dass das Anregungslicht (und/oder das spontane Emissionslicht) an der dazwischen liegenden Grenzfläche reflektiert wird. Darüberhinaus ist auch ein Verkleben oder Verbinden möglich. Im Falle einer Verklebung wird ein Klebstoff b zwischen diesen Flächen angeordnet.
  • In dem Fall, in dem der Klebstoff b verwendet wird, kann ein Klebstoff, wie beispielsweise ein Harz-Brechungsindexanpassungsklebstoff und ein Glas-Indexanpassungsklebstoff verwendet werden. In dem Fall, in dem kein Klebstoff verwendet wird, kann eine Verbindung, wie beispielsweise eine thermische Diffusionsbindung, ein optischer Kontakt und eine Ionensputterbindung, verwendet werden. In dem Fall, in dem die Außenfläche der Lasermedium-Komponente und des Prismas aus Keramik gebildet sind, können diese Komponenten unter Verwendung einer keramischen Sinterbindung befestigt werden.
  • Das von der ersten Lasermedium-Komponente M1 auf das erste Prisma P1 einfallende Anregungslicht EXCIT(1) wird an einer Oberfläche reflektiert, die eine oder zwei Seiten mit Ausnahme des Hypotenusenteils des rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks enthält (eine Fläche parallel zu Y = X; im Nachfolgenden als eine erste Reflexionsfläche bezeichnet), und wieder an der Fläche, die die andere der zwei Seiten enthält (eine Fläche parallel zu Y = –X; im Nachfolgenden als eine zweite Reflexionsfläche in dem Prisma bezeichnet) reflektiert, und fällt von der Seitenfläche am Ende in der positiven Richtung der Y-Achse auf die zweite Lasermedium-Komponente M1 ein. Das Anregungslicht EXCIT(1) breitet sich in der zweiten Lasermedium-Komponente M2 entlang der negativen Richtung der Y-Achse aus, um die zweite Lasermedium-Komponente M2 anzuregen.
  • Die zweite Lasermedium-Komponente M2 hat die gleiche Struktur wie die erste Lasermedium-Komponente M1 und ist der Anregungslichteingangs-/ausgangsfläche des ersten Prismas P1 an der Seitenfläche (XZ-Ebene) auf einer Seite in der Nähe des Endes in der positiven Richtung der Y-Achse der zweiten Lasermedium-Komponente M2 zugewandt. Die zweite Lasermedium-Komponente M2 und die Anregungslichteingangs-/ausgangsfläche des ersten Prismas P1 werden der Antireflexionsbehandlung unterzogen, um die Reflexion an deren Grenzfläche zu unterdrücken. Darüberhinaus ist auch ein Verkleben oder Verbinden möglich. Im Falle einer Verklebung wird ein Klebstoff b zwischen diesen Flächen angeordnet.
  • Auf diese Weise durchläuft das auf die erste Lasermedium-Komponente M1 einfallende Anregungslicht EXCIT(1) das erste Prisma P1, trifft auf die Seitenfläche der zweiten Lasermedium-Komponente M2, die sich neben dem ersten Prisma befindet, auf und regt diese Lasermedium-Komponenten an.
  • Danach regt in ähnlicher Weise das Anregungslicht EXCIT(1) sequentiell die dritte Lasermedium-Komponente M3 und die vierte Lasermedium-Komponente M4 an und erreicht eine Seitenfläche IN4, die die Endfläche in der negativen Richtung der Y-Achse der vierten Lasermedium-Komponente M4 bildet.
  • Genauer gesagt wird das von der zweiten Lasermedium-Komponente M2 auf das zweite Prisma P2 einfallende Anregungslicht EXCIT(1) auf der zweiten Reflexionsfläche in dem Prisma reflektiert, und erneut an der zweiten Reflexionsfläche reflektiert, und trifft schließlich von der Seitenfläche, die am Ende in der negativen Richtung der Y-Achse angeordnet ist, auf die dritte Lasermedium-Komponente M3 auf. Das Anregungslicht EXCIT(1) breitet sich entlang einer positiven Richtung der Y-Achse in der dritten Lasermedium-Komponente M3 aus.
  • Die dritte Lasermedium-Komponente M3 weist die gleiche Struktur wie die erste Lasermedium-Komponente M1 auf und ist der Anregungslichteingangs-/ausgangsfläche des zweiten Prismas P2 an der Seitenfläche (XZ-Ebene) auf einer Seite in der Nähe des Endes in der negativen Richtung der Y-Achse der dritten Lasermedium-Komponente M3 zugewandt. Die dritte Lasermedium-Komponente M3 und die Anregungslichteingangs-/ausgangsfläche des zweiten Prismas P2 werden der Antireflexionsbehandlung unterworfen, um die Reflexion an deren Grenzfläche zu unterdrücken. Darüberhinaus ist auch ein Verkleben oder ein Verbinden möglich. Im Falle einer Verklebung wird ein Klebstoff b zwischen diesen Flächen angeordnet.
  • Das von der dritten Lasermedium-Komponente M3 auf das dritte Prisma P3 einfallende Anregungslicht EXCIT(1) wird an der ersten Reflexionsfläche in dem Prisma reflektiert, erneut an der zweiten Reflexionsfläche reflektiert und trifft von der Seitenfläche, die am Ende in der positiven Richtung der Y-Achse angeordnet ist, auf die vierte Lasermedium-Komponente M4 auf. Das Anregungslicht EXCIT(1) breitet sich entlang der negativen Richtung der Y-Achse in der vierten Lasermedium-Komponente M4 aus und regt die vierte Lasermedium-Komponente M4 an.
  • Die vierte Lasermedium-Komponente M4 hat die gleiche Struktur wie die erste Lasermedium-Komponente M1 und ist der Anregungslichteingangs-/ausgangsfläche des dritten Prismas P3 an der Seitenfläche (XZ-Ebene) auf einer Seite in der Nähe des Endes in der positiven Richtung der Y-Achse der vierten Lasermedium-Komponente M4 zugewandt. Die vierte Lasermedium-Komponente M4 und die Anregungslichteingangs-/ausgangsfläche des dritten Prismas P3 werden der Antireflexionsbehandlung unterzogen, um die Reflexion an deren Grenzfläche zu unterdrücken. Darüberhinaus ist auch Verkleben oder Verbinden möglich. Im Falle einer Verklebung wird ein Klebemittel b zwischen diesen Flächen angeordnet.
  • Ist kein bestimmter Prozess vorgesehen, dient die Seitenfläche IN4 der vierten Lasermedium-Komponente M4 als Lichtemissionsfläche des Anregungslichts EXCIT(1). Zur Unterdrückung der Resonanz in dem Lasermedium durch Unterdrücken der Reflexion des Anregungslichts EXCIT(1) an der Seitenfläche IN4 wird die Antireflexionsbehandlung an der Seitenfläche IN4 durchgeführt.
  • Andererseits kann sich in dem Fall, in dem zu Beginn die Antireflexionsbehandlung an der Seitenfläche IN1 durchgeführt wird, das Anregungslicht in der Lasermedium-Komponentengruppe hin und her bewegen, solange das Anregungslicht EXCIT(1) an der letzten Seitenfläche IN4 reflektiert wird. Somit kann der Reflexionsfilm an der letzten Seitenfläche IN4 vorgesehen sein. Mit anderen Worten wird der Reflexionsfilm an der Seitenfläche IN4 vorgesehen, durch die das Anregungslicht von allen Lasermedium-Komponenten letztendlich emittiert wird. Da in diesem Fall das Anregungslicht an dem Reflexionsfilm reflektiert wird, kann sich das Anregungslicht in der Lasermedium-Komponente hin und her bewegen, wodurch die Absorptionslänge vergrößert werden kann.
  • Die Funktion des Saatlichts ist beendet, wenn ein Teil des durch das Lasermedium verstärkte Saatlichts und das durch das Lasermedium erzeugte spontane Emissionslicht in das Lasermedium zurückkehrt. Dadurch können eine unerwartete Verstärkung/Oszillation und eine Resonanz auftreten. Dementsprechend kann die im Lasermedium angesammelte Energie abgegeben werden. Eine derartige Ausgabe führt zu einem großen Verlust, wodurch sich die Effizienz des gesamten Laserverstärkers erheblich verringert. Somit wird bei jedem Element ein Resonanzsteuerschritt durchgeführt.
  • Wie zuvor beschrieben, werden in dem Fall, in dem ein einzelnes Anregungslicht EXCIT(1) auf die Lasermedium-Komponente auftrifft, alle Lasermedium-Komponenten durch das Anregungslicht angeregt. Jedoch kann auch ein weiteres Anregungslicht in die Lasermedium-Komponentengruppe einfallen.
  • Beispielsweise kann neben dem Einfall des Anregungslichts EXCIT(1) auf die Seitenfläche IN1 ein Anregungslicht EXCIT(4) auf die vierte Lasermedium-Komponente M4 von der letzten Seitenfläche IN4 einfallen. In diesem Fall breitet sich das Anregungslicht EXCIT(4) entlang eines Pfades in der umgekehrten Richtung zum Anregungslicht EXCIT(1) aus und wird von der Seitenfläche IN1 der ersten Lasermedium-Komponente M1 emittiert. Ferner ist es wünschenswert, dass die erste Seitenfläche IN1 und die letzte Seitenfläche IN4 der Antireflexionsbehandlung unterzogen werden. In der Lasermedium-Komponentengruppe fallen das Anregungslicht EXCIT(1) und EXCIT(4), die sich in umgekehrter Richtung zueinander ausbreiten, ein, so dass in der Lasermedium-Komponentengruppe mehr Energie angesammelt werden kann.
  • Ferner beträgt in dem zuvor beschriebenen Beispiel die Anzahl der Lasermedium-Komponenten ”4”. Jedoch kann dieselbe Funktion auch dann erzielt werden, wenn die Anzahl der Lasermedium-Komponenten ”3”, ”5” oder mehr beträgt, solange die Anzahl der Lasermedium-Komponenten gleich oder mehr als ”2” ist.
  • In dem Fall, in dem zu Beginn die Anzahl der Lasermedium-Komponenten lediglich ”2” ist, kann ein Anregungslicht EXCIT(2) von der Seitenfläche am Ende in der negativen Richtung der Y-Achse der zweiten Lasermedium-Komponente M2 auf die zweite Lasermedium-Komponente M2 einfallen. In diesem Fall ist das zweite Prisma P2 nicht vorgesehen.
  • In dem Fall, in dem die Anzahl der Lasermedium-Komponenten zu Beginn lediglich ”3” ist, kann ein Anregungslicht EXCIT(3) von der Seitenfläche am Ende in der positiven Richtung der Y-Achse der dritten Lasermedium-Komponente M3 auf die dritte Lasermedium-Komponente M3 einfallen. In diesem Fall ist das dritte Prisma P3 nicht vorgesehen.
  • Eine Dotierstoffkonzentration der Lasermedium-Komponente kann verschieden sein. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem EXCIT(1) von der ersten Lasermedium-Komponente M1 einfällt, die Höhe der Energie, die sich in der ersten Lasermedium-Komponente M1 und der zweiten Lasermedium-Komponente M2 ansammelt, gleich hoch sein, indem die Dotierstoffkonzentration der ersten Lasermedium-Komponente M1 verringert und die Dotierstoffkonzentration der zweiten Lasermedium-Komponente M2 erhöht wird.
  • Da in ähnlicher Weise die Dotierstoffkonzentration der Lasermedium-Komponente M3 höher als jene der zweiten Lasermedium-Komponente M2 ist, und die Dotierstoffkonzentration der vierten Lasermedium-Komponente M4 höher als die der dritten Lasermedium-Komponente M3 ist, kann die angesammelte Energie der Lasermedium-Komponentengruppe gleichmäßig verteilt werden.
  • Somit ist es möglich, eine unerwartete Verstärkung/Oszillation und Resonanz zu unterdrücken, die an einer Stelle, an der die angesammelte Energie hoch ist, leicht auftreten können. Auf diese Weise kann in der Lasermedium-Komponentengruppe mehr Energie angesammelt werden.
  • Zusätzlich werden in dem Fall, in dem die erste Lasermedium-Komponente M1 und die vierte Lasermedium-Komponente M4 jeweils durch das Anregungslicht EXCIT(1) und EXCIT(4) angeregt werden, die Dotierstoffkonzentrationen der ersten Lasermedium-Komponente M1 und der vierten Lasermedium-Komponente M4 niedrig, und die Dotierstoffkonzentrationen der zweiten Lasermedium-Komponente M2 und der dritten Lasermedium-Komponente M3 hoch. Wird die Anzahl der Lasermedium-Komponenten erhöht, erhöht sich auch die Anzahl der Dotierstoffkonzentrationsarten dementsprechend.
  • Kann das Anregungslicht in dem Lasermedium hinreichend absorbiert werden, kann sowohl die in dem Lasermedium angesammelte Energie als auch die Ausgabe des erhöhten Laserlichts erhöht werden. Es wird angenommen, dass die Dotierstoffkonzentration in dem Lasermedium erhöht werden muss, um das Anregungslicht in dem Lasermedium zu absorbieren. Jedoch weist das Lasermedium drei stabile Absorptionsbänder auf, und im Fall eines drei Niveaus umfassenden Lasermediums zur Lichtemission wird das Saatlicht SEED1 erneut absorbiert, wenn das Lasermedium zwischen diesen Energieniveaus wechselt. In der Praxis ist jedoch die Ausgabe des Anregungslichts nicht so stark erhöht.
  • Aus diesem Grund werden in der Laserverstärkungsvorrichtung die mehreren Lasermedium-Komponenten (M1 bis M4) verwendet und mit den Prismen (P1 bis P3) verbunden, so dass ein Abstand (Absorptionslänge) des Anregungslichts, das sich in der Lasermedium-Komponente ausbreitet, erhöht ist, wodurch sich die Absorptionsmenge des Anregungslichts selbst dann erhöht, wenn eine Dotiersubstanz eine niedrige Konzentration aufweist. Fällt somit das Anregungslicht von der Seitenfläche ein und fällt das Saatlicht SEED1 von der Hauptfläche der ersten Lasermedium-Komponente M1 ein, wird das Saatlicht in hohem Maße verstärkt und aus der vierten Lasermedium-Komponente M4 als verstärkter Laserstrahl OUT1 ausgegeben.
  • 2 zeigt ein Diagramm, das einen Systemaufbau der Laservorrichtung der Laserverstärkungsvorrichtung darstellt.
  • Die Laserverstärkungsvorrichtung ist mit einer Anregungslichtquelle zur Ausgabe des obigen Anregungslichts ausgebildet. Ferner kann als Anregungslichtquelle neben einem Halbleiterlaser, einem Gaslaser und einer Blitzlampe ein Gerät zur Fokussierung von Solarlicht verwendet werden. Da der Halbleiterlaser selbst keine hohe Leistung aufweist, wird vorzugsweise ein Laserdiodenarraymodul verwendet.
  • In diesem Beispiel sind eine Anregungslichtquelle 10, die das Anregungslicht EXCIT(1) emittiert, und eine Anregungslichtquelle 40, die das Anregungslicht EXCIT(4) emittiert, vorgesehen. Das Anregungslicht EXCIT(1) trifft über eine Sammellinse 11 und ein Fenstermaterial 12 für das Anregungslicht auf die erste Lasermedium-Komponente M1 ein. In ähnlicher Weise fällt das Anregungslicht EXCIT(4) über eine Sammellinse 41 und ein Fenstermaterial 42 für das Anregungslicht auf die vierte Lasermedium-Komponente M4 ein. Da in diesem Beispiel das Anregungslicht von dem Halbleiterlaser im Allgemeinen Dutzende von Divergenzwinkeln aufweist, wird eine Strahlengröße unter Verwendung einer Linse verringert, um auf diese Weise den Laserstrahl effizient auf die Seitenfläche des Lasermediums zu emittieren.
  • Die Lasermedium-Komponenten (M1 bis M4) und die Prismen (P1 bis P4) sind in einem Gehäuse 200 untergebracht. Dieses ist mit Absorbern 201 und 202 versehen, die an der Innenfläche des Gehäuses 200 mit Bezug auf das spontane Emissionslicht vorgesehen sind. Ein Paar von Öffnungen ist an Positionen entlang der X-Achsenrichtung des Gehäuses 200 gegenüberliegend angeordnet, und diese Öffnungen sind durch ein Fenstermaterial W1 und ein Fenstermaterial W2 für das Saatlicht verschlossen. Ferner ist ein Antireflexionsfilm W11 für das Saatlicht SEED1 auf wenigstens der Hauptfläche auf einer Seite vorgesehen, an der das Saatlicht auf das erste Fenstermaterial W1 einfällt. In diesem Beispiel ist ein Antireflexionsfilm W21 für das Saatlicht SEED1 selbst an der Hauptfläche auf einer Seite vorgesehen, an der das Saatlicht auf das zweite Fenstermaterial W2 trifft. Somit kann das Saatlicht leicht auf das erste Fenstermaterial W1 treffen und leicht von dem zweiten Fenstermaterial W2 ausgegeben werden. Diese Hauptflächen können neben dem Antireflexionsfilm der Antireflexionsbehandlung unterzogen werden.
  • Ein Spalt (etwa 1 mm) für ein Kühlmittel C ist zwischen den benachbarten Lasermedium-Komponenten (M1 bis M4) vorgesehen. Spalten (etwa 1 mm) für das Kühlmittel C sind selbst zwischen dem ersten Fenstermaterial W1 und der ersten Lasermedium-Komponente M1 und zwischen dem zweiten Fenstermaterial W2 und der vierten Lasermedium-Komponente M4 ausgebildet. Die Lasermedium-Komponente und das Fenstermaterial kommen mit dem Kühlmittel C in Kontakt, um abgekühlt zu werden.
  • Ferner werden, wie zuvor beschrieben, die Seitenfläche am Ende in der positiven Richtung der Y-Achse der ersten Lasermedium-Komponente M1, die Seitenfläche am Ende in der positiven Richtung der Y-Achse der zweiten Lasermedium-Komponente M2 und der Hypotenusenteil des Prismas P1 bezogen auf das Anregungslicht und das spontane Emissionslicht der Antireflexionsbehandlung unterzogen. Darüberhinaus werden die Seitenfläche am Ende in der negativen Richtung der Y-Achse der zweiten Lasermedium-Komponente M2, die Seitenfläche am Ende in der negativen Richtung der Y-Achse der dritten Lasermedium-Komponente M2 und der Hypotenusenteil des Prismas P2 bezogen auf das Anregungslicht und das spontane Emissionslicht der Antireflexionsbehandlung unterzogen. In ähnlicher Weise werden die Seitenfläche am Ende in der positiven Richtung der Y-Achse der dritten Lasermedium-Komponente M3, die Seitenfläche am Ende in der positiven Richtung der Y-Achse der vierten Lasermedium-Komponente M4 und der Hypotenusenteil des Prismas P3 bezogen auf das Anregungslicht und das spontane Emissionslicht der Antireflexionsbehandlung unterzogen. Somit breiten sich das jeweilige Anregungslicht EXCIT(1) und EXCIT(4) von den Anregungslichtquellen 10 und 40 in den entsprechenden Lasermedium-Komponenten und durch das Prisma aus, wodurch die gesamte Lasermedium-Komponentengruppe angeregt wird.
  • Darüberhinaus ist die Laservorrichtung dieser Ausführungsform mit der Laserverstärkungsvorrichtung und einer Saatlichtquelle 100, die das Saatlicht SEED1 emittiert, ausgebildet. Das Saatlicht SEED1, das aus der Saatlichtquelle 100 ausgegeben wird, fällt auf die Lasermedium-Komponenten M1 bis M4 in dem angeregten Zustand ein, wird während des Durchlaufens dieser Komponenten verstärkt und als Laserstrahl OUT1 ausgegeben.
  • Ferner kann sich das Saatlicht SEED1 in der Lasermedium-Komponentengruppe hin und her bewegen. Beispielsweise bewegt sich das einfallende Saatlicht SEED1 in der Lasermedium-Komponentengruppe durch Reflektieren des Laserstrahls OUT1 unter Verwendung eines Spiegels mit einem Reflexionsfilm hin und her und wird anschließend in Richtung der negativen Richtung der X-Achse von der ersten Lasermedium-Komponente M1 emittiert.
  • Werden ferner die Lasermedium-Komponenten (M1 bis M4) der 2 als eine Lasermedium-Komponentengruppe LDG verwendet, kann auch die Vorrichtung, die in 11 dargestellt ist, gebildet werden. Mit anderen Worten ist ein erster polarisierter Strahlteiler PBS1 auf der Eingangsseite der Lasermedium-Komponentengruppe LDG angeordnet, ein zweiter Spiegel MRR2 an einer Position, an der das Licht durch eine Polarisationsrotationsvorrichtung ROT (Polarisationsumschaltvorrichtung) und einen zweiten polarisierten Strahlteiler PBS2 am hinteren Ende der Außenseite der Lasermedium-Komponentengruppe LDG hindurchgeht, angeordnet und ein erster Spiegel MRR1 an einer Position, an der das Licht durch den ersten polarisierten Strahlteiler PBS1 reflektiert wird, angeordnet.
  • Ferner kann das in 2 dargestellte erste Fenstermaterial W1 zwischen der Lasermedium-Komponentengruppe LDG und dem ersten polarisierten Strahlteiler PBS1 angeordnet sein, und kann das in 2 dargestellte zweite Fenstermaterial W2 zwischen der Lasermedium-Komponentengruppe LDG und der Polarisationsrotationsvorrichtung ROT angeordnet sein.
  • In dem Fall, in dem bei einem solchen Aufbau das Saatlicht die Lasermedium-Komponentengruppe LDG drei Mal durchläuft, ist der Aufbau wie folgt. Das heißt, bei Einfall des Saatlichts tritt das spontane Emissionslicht, das sich in ähnlicher Weise wie das Saatlicht ausbreitet, die beide den Laserstrahl bilden, in der Lasermedium-Komponentengruppe LDG auf.
  • Das Saatlicht wird der P-Polarisation unterworfen, durch den ersten polarisierten Strahlteiler PBS1 geleitet und trifft anschließend auf die Lasermedium-Komponentengruppe LDG (erster Durchgang) auf. Der Laserstrahl OUT1, der die Lasermedium-Komponentengruppe LDG verlässt, trifft auf die Polarisationsrotationsvorrichtung ROT auf. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Polarisationsreflexionswinkel der Polarisationsrotationsvorrichtung ROT auf 0 Grad gesetzt. In diesem Fall fällt der Laserstrahl OUT1 auf den zweiten polarisierten Strahlteiler PBS2 ein, während er sich in dem P-polarisierten Zustand befindet. Der Laserstrahl OUT1 durchläuft den zweiten polarisierten Strahlteiler PBS2, wird durch den zweiten Spiegel MRR2, der einen Reflexionsfilm aufweist, reflektiert, durch den zweiten Spiegel MRR2, der mit einem Reflexionsfilm ausgebildet ist, reflektiert und kehrt entlang des gekommenen Weges zurück. Der reflektierte Laserstrahl OUT1 durchläuft den zweiten polarisierten Strahlteiler PBS2 in der umgekehrten Richtung und fällt erneut auf die Polarisationsrotationsvorrichtung ROT ein.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird der Drehwinkel der Polarisationsrotationsvorrichtung ROT auf 90 Grad eingestellt, der Laserstrahl OUT1 um die S-Polarisation gedreht und fällt in der umgekehrten Richtung (zweiter Durchgang) in die Lasermedium-Komponentengruppe LDG ein.
  • Der Laserstrahl, der durch die S-Polarisation die Lasermedium-Komponentengruppe LDG durchlaufen hat, wird durch den ersten polarisierten Strahlteiler PBS1 aufgrund der S-Polarisation reflektiert, und der reflektierte Laserstrahl OUT1 (S-Polarisation) wird in gleicher Weise durch den ersten Spiegel MRR1 reflektiert, der mit dem Reflexionsfilm versehen ist, und kehrt entlang des gekommenen Weges zurück. Anschließend wird der Laserstrahl durch den ersten polarisierten Strahlteiler PBS1 reflektiert, durchläuft die zweite Lasermedium-Komponentengruppe LDG (dritter Durchgang) und fällt auf die Polarisationsrotationsvorrichtung ROT ein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Drehwinkel der Polarisationsrotationsvorrichtung ROT auf 0 Grad gesetzt und der Laserstrahl OUT1 durch den zweiten polarisierten Strahlteiler PBS2 reflektiert, während dieser S-polarisiert wird, und ausgegeben.
  • In dem Fall, in dem das Saatlicht derart ausgebildet ist, dass es die Lasermedium-Komponentengruppe LDG vier Mal durchläuft, ist der Aufbau ferner wie folgt. Das heißt, nachdem der Laserstrahl das dritte Mal (nach drei Durchgängen) die Lasermedium-Komponentengruppe LDG durchlaufen hat, wird der Drehwinkel der Polarisationsrotationsvorrichtung ROT auf 90 Grad eingestellt, um die P-Polarisation gedreht und durchläuft den zweiten polarisierten Strahlteiler PBS2. Nachdem der Laserstrahl durch den zweiten Spiegel MRR2 reflektiert wurde, wird der Drehwinkel der Polarisationsrotationsvorrichtung ROT auf 0 Grad eingestellt, und durchläuft die Polarisationsrotationsvorrichtung ROT, während er P-polarisiert wird. Somit durchläuft der Laserstrahl die Lasermedium-Komponentengruppe LDG vier Mal (vier Durchgänge), durchläuft den ersten polarisierten Strahlteiler PBS1 und wird in der umgekehrten Richtung zur Einfallsrichtung des Saatlichts ausgegeben. Ferner kann die Polarisationsrotationsvorrichtung ROT durch eine elektrooptische Modulationsvorrichtung, wie beispielsweise eine Pockels-Zelle, ausgebildet sein. Die Pockels-Zelle kann die Polarisation des Lichts, das diese durchläuft, in Reaktion auf eine Eingangsspannungsimpulszeit modulieren. Außerdem kann ein Verfahren zur Eingabe des Laserstrahls in eine Verstärkervorrichtung zu mehreren Zeitpunkten berücksichtigt werden, wobei dieses Verfahren das einfachste ist. Die Eingangsspannung für die Pockels-Zelle kann durch eine nicht dargestellte Steuervorrichtung festgelegt werden.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm der Saatlichtquelle 100.
  • Die Saatlichtquelle 100 ist mit einer mehrstufigen Laserverstärkungsvorrichtung ausgebildet, um das Saatlicht SEED1 zu erzeugen. Mit anderen Worten ist die Saatlichtquelle 100 mit einem Laseroszillator 100S (beispielsweise ein Halbleiterlaser, ein Festkörperlaser und ein Faserlaser) einer ersten Laserverstärkungsvorrichtung 101, einer zweiten Laserverstärkungsvorrichtung 102 und einer dritten Laserverstärkungsvorrichtung 103 ausgebildet. Der Laseroszillator 100S oszilliert aufgrund eines Treiberstroms aus einer Treiberschaltung DRV, wobei die Treiberschaltung DRV durch eine Steuervorrichtung CONT gesteuert wird.
  • Beträgt die Leistung des Laserstrahlausgangs aus dem Laseroszillator 100S 100 mJ, verstärkt die erste Laserverstärkungsvorrichtung 101 die Leistung zehn Mal, um einen Laserstrahl mit einer Energie von 1 J zu erzeugen, und gibt die Energie in die zweite Laserverstärkungsvorrichtung 102 ein. Die zweite Laserverstärkungsvorrichtung 102 verstärkt die Energie zehn Mal, um einen Laserstrahl mit einer Energie von 10 J zu erzeugen, und gibt die Energie in die dritte Laserverstärkungsvorrichtung 103 ein. Die dritte Laserverstärkungsvorrichtung 103 verstärkt die Energie fünf Mal und gibt das Saatlicht SEED1 mit einer Energie von 50 J aus. Das Ausgangssaatlicht SEED1 wird in die Laserverstärkungsvorrichtung, die sich an der Endstufe befindet, wie in 1 und 2 dargestellt, ein.
  • Als die erste Laserverstärkungsvorrichtung 101, die zweite Laserverstärkungsvorrichtung 102 und die dritte Laserverstärkungsvorrichtung 103 kann ein Yb: YAG-Laserverstärker verwendet werden, aber es kann auch ein Glasfaserverstärker verwendet werden.
  • 4 zeigt ein Diagramm, das eine Struktur (erstes Beispiel) der Lasermedium-Komponente M darstellt. Die Zeichnung veranschaulicht eine beliebige der zuvor beschriebenen Lasermedium-Komponenten (M1 bis M4).
  • An der Hauptfläche, auf die das Saatlicht SEED1 der Lasermedium-Komponente M auftrifft, wird bezogen auf das Saatlicht eine Antireflexionsbehandlung durchgeführt. In diesem Beispiel wird ein Antireflexionsfilm M11 bereitgestellt. Darüberhinaus wird auch an der Hauptfläche, von der das Saatlicht SEED1 der Lasermedium-Komponente M emittiert wird, mit Bezug auf das Saatlicht die Antireflexionsbehandlung durchgeführt. In diesem Beispiel wird ein Antireflexionsfilm M12 bereitgestellt.
  • Ferner werden in der oberen Fläche (die XY-Fläche auf einer Seite in der positiven Richtung der Z-Achse) und der unteren Fläche (die XY-Fläche auf einer Seite in der negativen Richtung der Z-Achse) der Lasermedium-Komponente M Ummantelungsmaterialien (M13 und M14) befestigt oder verklebt, um das spontane Emissionslicht zu absorbieren.
  • Darüberhinaus werden in der rechten Seitenfläche (die XZ-Fläche auf einer Seite in der negativen Richtung der Y-Achse) und der linken Seitenfläche (die XZ-Fläche auf einer Seite in der positiven Richtung der Y-Achse) der Lasermedium-Komponente M mit Bezug auf das Anregungslicht und das spontane Emissionslicht die Antireflexionsbehandlung durchgeführt. In diesem Beispiel werden die Antireflexionsfilme M15 und M16 einzeln gebildet.
  • Ferner wird angenommen, dass eine Wellenlänge λ1 des Saatlichts und des spontanen Emissionslichts 1,030 nm und eine Wellenlänge λ2 des Anregungslichts 940 nm betragen (λ1 > λ2). Ein Körperabschnitt (ein einzelnes Lasermedium in diesem Beispiel) M0 der Lasermedium-Komponente M ist Yb (Yttrium) versetztes YAG. Es wird angenommen, dass die Größe 50 mm × 50 mm × 10 mm (Dicke) beträgt und die Dotiersubstanzkonzentration von Yb 0,15 Gew.-% in der ersten Lasermedium-Komponente M1 und der vierten Lasermedium-Komponente M4 und 0,25 Gew.-% in der zweiten Lasermedium-Komponente M2 und der dritten Lasermedium-Komponente M3 beträgt.
  • Als ein Ummantelungsmaterial zur Absorption des spontanen Emissionslichts (1,030 nm) kann ein mit Samarium versetztes Material, ein mit Chrom versetztes Material und ein mit Kupfer versetztes Material verwendet werden. Insbesondere kann mit Samarium-versetztes YAG, Samarium-versetztes Glas, Chrom-versetztes YAG, Chrom-versetztes Glas, Kupfer-versetztes YAG und Kupfer-versetztes Glas verwendet werden. Diese Ummantelungsmaterialien werden verklebt oder verbunden, um den Körperabschnitt M0 des Lasermediums zu befestigen. Im Falle einer Verklebung wird der Klebstoff b dazwischen angeordnet. In dem Fall, in dem der Klebstoff b verwendet wird, kann ein Klebstoff, wie beispielsweise ein Harz-Brechungsindexanpassungsklebstoff und ein Glas-Indexanpassungsklebstoff verwendet werden. In dem Fall, in dem kein Klebstoff verwendet wird, kann eine Bindung, wie beispielsweise eine thermische Diffusionsbindung, ein optischer Kontakt und eine Ionensputterbindung verwendet werden. In dem Fall, in dem die Außenfläche der Lasermedium-Komponente und das Ummantelungsmaterial aus Keramik gebildet sind, können diese Komponenten unter Verwendung einer keramischen Sinterbindung befestigt werden.
  • Das Material des Antireflexionsfilms bezogen auf das Anregungslicht (940 nm) und das Verklebungs- und Verbindungsverfahren sind gleich wie die für das Saatlicht und das spontane Emissionslicht.
  • Im Falle dieser Struktur ist es möglich, eine unnötige Resonanz, die durch das Saatlicht und das spontane Emissionslicht erzeugt wird, unter Verwendung des Antireflexionsfilms zu unterdrücken. Da die Antireflexionsfilme M11 und M12 in der Hauptfläche der Lasermedium-Komponente M gebildet sind, wird die Reflexion des Saatlichts SEED1, die durch die Lasermedium-Komponente M erzeugt wird, unterdrückt, wodurch die unnötige Resonanz unterdrückt werden kann.
  • Da ferner die Seitenfläche der Lasermedium-Komponente M und des Prismas, wie in 1 gezeigt, verklebt oder verbunden werden, wird das Anregungslicht von der Seitenfläche der Lasermedium-Komponente sicher in das Prisma geleitet. Die Reflexion wird selbst an der Grenzfläche zwischen der Lasermedium-Komponente und dem Prisma unterdrückt, indem das gleiche Brechungsindexanpassungsmaterial wie das des Klebstoffs dieses Beispiels als Klebstoff b der 1 verwendet wird, wodurch der Energieverlust unterdrückt wird. Da das Saatlicht und das spontane Emissionslicht, die aus der Lasermedium-Komponente oder dem Prisma zur Außenseite abgegeben werden, die Resonanz bewirken, werden die Absorber 201 und 202 an der Innenfläche des Gehäuses 200, wie in 2 gezeigt, vorgesehen, so dass beide Lichtstrahlen durch die Absorber 201 und 202 absorbiert werden, um die unnötige Resonanz noch weiter zu unterdrücken. Ferner umfasst das Material des Prismas Glas, YAG-Keramik, YAG-Kristall, das gleiche Material wie das Ummantelungsmaterial oder synthetisches Siliziumdioxid. Als Klebstoff, der die Brechungsindexanpassung bewirkt, kann das gleiche Material wie für den Klebstoff b verwendet werden.
  • 5 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau (zweites Beispiel) der Lasermedium-Komponente darstellt.
  • In dem zweiten Beispiel ist das Ummantelungsmaterial über vier Flächen (M13, M14, M15 und M16) eingefügt, wobei der weitere Aufbau gleich wie jener des ersten Beispiels ist. Das Ummantelungsmaterial umgibt den Umfang des Körperabschnitts M0, um diesen zu bedecken, und ist stärker an dem Körperabschnitt M0 befestigt. An den Positionen von M15 und M16 wird die Antireflexionsbehandlung am Ummantelungsmaterial bezogen auf das Anregungslicht und das spontane Emissionslicht durchgeführt.
  • 6 zeigt ein Diagramm einer Struktur des Prismas P. Die Zeichnung veranschaulicht eines der Prismen (P1 bis P3), die zuvor beschrieben wurden.
  • Das polartige Prisma P hat fünf Flächen, und alle Oberflächen werden nach dem optischen Polieren einem Beschichtungsschritt unterzogen. Auf der oberen und unteren Fläche (XY-Flächen) werden die Reflexionsfilme P14 und P15 mit Bezug auf das Anregungslicht (940 nm) gebildet, und die anderen Flächen (die erste Reflexionsfläche, die zweite Reflexionsfläche und die Anregungslichteingangs-/ausgangsfläche) werden einem bestimmten Beschichtungsschritt unterworfen. Eine Beschichtung P11 der ersten Reflexionsfläche und eine Beschichtung P12 der zweiten Reflexionsfläche dienen sowohl als Antireflexfilm mit Bezug auf das Saatlicht (1,030 nm) als auch als Reflexionsfilm mit Bezug auf das Anregungslicht (940 nm). Die Anregungslichteingangs-/ausgangsfläche wird mit Bezug auf das Anregungslicht und das spontane Emissionslicht der Antireflexionsbehandlung unterzogen. Das Material eines Körperabschnitts P0 des Prismas umfasst Glas, YAG-Keramik, YAG-Kristall, ein Ummantelungsmaterial oder synthetisches Siliziumdioxid.
  • 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Aufbaus der Lasermedium-Komponente und des Fenstermaterials.
  • Eine Lasermedium-Komponente M1' dieses Beispiels ist derart aufgebaut, dass die Lasermedium-Komponente M (M1 bis M4) in eine Öffnung in einer Öffnungsrahmenkomponente B eingesetzt ist und mit der Innenfläche der Öffnung über einen Klebstoff AD2 verklebt ist. Die Öffnungsrahmenkomponente B weist eine Struktur auf, in der Rippen FU und FL auf der oberen und unteren Fläche (XY-Fläche) der Lasermedium-Komponente M angeordnet sind. Das in 4 oder 5 gezeigte Ummantelungsmaterial wird gebildet, um den Körperabschnitt M0 des Lasermediums zu umgeben, wobei das Ummantelungsmaterial mit dem Bezugszeichen HD gekennzeichnet ist. Das Ummantelungsmaterial HD und der Körperabschnitt M0 werden über einen Klebstoff AD1 miteinander verklebt.
  • Die Öffnungsrahmenkomponente B ist in einer Richtung vertikal zur Einfallsrichtung des Saatlichts offen ausgebildet, und die Lasermedium-Komponente M wird in die Öffnung eingesetzt. Der Klebstoff AD2 ist zwischen dem Umfang des Lasermedium-Komponente M und der Innenfläche der Öffnung angeordnet. Ferner umfasst die Seitenfläche (XZ-Fläche) der Öffnungsrahmenkomponente B eine Öffnung OP1 und eine Öffnung OP2, und die Lasermedium-Komponente M ist in den Öffnungen OP1 und OP2 freigelegt. Somit kann das Anregungslicht durch die Öffnungen OP1 und OP2 in die Lasermedium-Komponente M eingeführt werden, um ausgegeben zu werden. Das Prisma ist an der Außenseite der Öffnungen OP1 und OP2, wie in 1 oder 2 gezeigt, angeordnet.
  • Die Öffnungsrahmenkomponente B ist an einer Position, an der die oberen und unteren Rippen FU und FL verbunden sind, angeordnet und umfasst einen Verbindungsabschnitt RK1 und RK2, die am Seitenabschnitt der mittlere Öffnung angeordnet sind. Die Öffnungen OP1 und OP2 sind jeweils in den Verbindungsabschnitten RK1 und RK2 ausgebildet.
  • Ferner kann auch das Fenstermaterial in der Öffnungsrahmenkomponente B in ähnlicher Weise wie die Lasermedium-Komponente M befestigt sein.
  • Die Öffnungsrahmenkomponente B ist ein Rahmen, dessen Mitte offen ausgebildet ist. Die zuvor beschriebene Öffnungsrahmenkomponente B kann unter Verwendung verschiedener Verfahren, wie beispielsweise einer Drehmaschinenverarbeitung, hergestellt werden. Die Öffnungsrahmenkomponente B ist, wie in 1 gezeigt, H-förmig ausgebildet, und die keilförmigen Rippen FU und FL sind im oberen Abschnitt und im unteren Abschnitt ausgebildet. Die keilförmigen Rippen FU und FL weisen die Form eines dreieckigen Prismas, einer trapezförmigen Säule oder einer halbelliptischen Säule auf, so dass eine Breite in X-Achsenrichtung der Rippen mit zunehmendem Abstand vom Mittelpunkt der Lasermedium-Komponente M entlang der Z-Achsenrichtung schmäler werden. Ferner können die Rippen FU und FL, die in den Fenstermaterialien (W1 und W2) vorgesehen sind, die Form einer trapezförmigen Säule aufweisen. Mit anderen Worten ist die XZ-Querschnittsform einer jeden Rippe FU und FL eine dreieckige Form, eine trapezförmige Form oder eine halbelliptische Form.
  • Die Verbindungsabschnitte RK1 und RK2 können eine Struktur aufweisen, die als Abstandshalter in Bezug auf die benachbarte Lasermedium-Komponente dient. Die Verbindungsabschnitte PK1 und RK2 erstrecken sich in der Z-Achsenrichtung und haben die Funktion, ein flüssiges Kühlmittel zu korrigieren. Darüberhinaus bilden das Fenstermaterial und die Lasermedium-Komponente ein Element zur Befestigung des Gehäuses 200 als ein Außengehäuse, wobei die Fenstermaterialien (12 und 42), oder die Absorber (201 und 202) dessen Wandfläche bilden (siehe 2). Während das Kühlmittel C entlang der Z-Achse von unten nach oben fließt, verjüngt sich die Form der Rippen FU und FL. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit korrigiert, und das Kühlmittel C kann mit geringem Druck effizient fließen. Das Kühlmittel wird sanft in einen Spalt eingeführt, um einen Spannungsverlust des Kühlmittels nicht zu erhöhen.
  • 8 zeigt ein Diagramm eines Kühlsystems in der Laserverstärkungsvorrichtung.
  • Die Laserverstärkungsvorrichtung ist mit einer Kühlmittelzufuhrquelle 300 ausgebildet, die das Kühlmittel C in einen Spalt zwischen der Lasermedium-Komponente M (M1' bis M4'), die durch die obige Lasermedium-Komponente M' dargestellt ist, leitet. Die Lasermedium-Komponenten (M1' bis M4') werden mit dem Anregungslicht und dem Saatlicht bestrahlt und erwärmt. Somit kann im Falle der Anordnung dieser Komponenten und der Zuführung des Kühlmittels C die Temperatur der Lasermedium-Komponente auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden (beispielsweise auf Zimmertemperatur (27°C)) und das Laserlicht sicher verstärken. Als Kühlmittel C kann beispielsweise Wasser, Stickstoffgas, Heliumgas, ein anderes Edelgas, ein fluorbasiertes inaktives Gas oder Schwerwasser verwendet werden. Ein Leitung, die sich aus der Kühlmittelzufuhrquelle 300 erstreckt, erstreckt sich bis zum inneren Abschnitt des Gehäuses 200, und das Kühlmittel C, das das Gehäuse 200 durchläuft, wird so zirkuliert, dass es durch eine Leitung zur Kühlmittelzufuhrquelle 300 zurückgeführt wird.
  • Ferner sind in diesem Beispiel beide Enden in der Y-Achsenrichtung der Rippen FU und FL der Fenstermaterialien (W1' und W2') am Gehäuse 200 befestigt.
  • 9 zeigt ein Diagramm eines weiteren Kühlsystems in der Laserverstärkungsvorrichtung. Es können keilförmige Korrekturelemente BU und BL an Positionen gegenüberliegend zu den keilförmigen Rippen FU und FL auf einem Pfad des Kühlmittels C angeordnet sein. Mit diesem Aufbau fließt das Kühlmittel C gleichmäßig.
  • 10 zeigt eine beispielhafte Struktur der Lasermedium-Komponentengruppe LOG, die die Struktur des Korrekturelements verwendet. In dieser Zeichnung sind zwei Lasermedium-Komponenten M benachbart zueinander entlang der X-Achsenrichtung angeordnet, und die Rippen FU und FL sind den Korrekturelementen BU und BL zugewandt. Die Korrekturelemente BU und BL, die an beiden Enden in der X-Achsenrichtung angeordnet sind, sind derart verbunden, dass sie Abschnitte SPU und SPL, die die YZ-Fläche der Öffnungsrahmenkomponente B fixieren, halten.
  • Das Korrekturelement und der Halteabschnitt bilden insgesamt eine Haltekomponente und sind an den Sammelgefäßen VU und VL des Kühlmittels befestigt. Das Kühlmittel wird vorübergehend in den Sammelgefäßen VU und VL gesammelt. Die Kühlmittelzufuhrquelle (Pumpe) ist mit den Sammelgefäßen VL und VL verbunden.
  • 12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Lasermedium-Komponente M' der Laserverstärkungsvorrichtung. Die Lasermedium-Komponente M' kann durch die zuvor beschriebenen Lasermedium-Komponenten (M1' bis M4') ersetzt werden.
  • Die Lasermedium-Komponente M' unterscheidet sich von jener der 7 hinsichtlich der Form des Körperabschnitts M0 des Lasermediums. Während diese in 7 eine rechteckige Form aufweist, ist die Form der YZ-Ebene in diesem Beispiel kreisförmig ausgebildet. Darüberhinaus ist das Ummantelungsmaterial HD derart ausgebildet, dass der Außenumfang eine rechteckige Form und der Innenumfang eine kreisförmige Form aufweisen. Die Lasermedium-Komponente M kann lediglich durch den Körperabschnitt M0 gebildet sein (das heißt, lediglich durch das Lasermedium). Jedoch ist in diesem Beispiel das Ummantelungsmaterial am Umfang vorgesehen. Der Körperabschnitt M0 der Lasermedium-Komponente weist eine Scheibenform auf. Die Lasermedium-Komponente M ist lediglich durch das Lasermedium gebildet oder aus einem Lasermedium und einem Ummantelungsmaterial HD als Rahmen zum Halten des Lasermediums, indem dieser die Seitenfläche umgibt, gebildet. Das Ummantelungsmaterial HD dient als ein Halter zum Halten des Körperabschnitts M0. Der Halter ist aus Metall gebildet und das Ummantelungsmaterial kann an der Innenseitenfläche davon ausgebildet sein. Der Halter umfasst eine kreisförmige Öffnung entlang der X-Achsenrichtung und der Außenumfang des Körperabschnitts M0 der Lasermedium-Komponente ist in der Öffnung befestigt.
  • Das Saatlicht wird auf die Hauptfläche des Lasermediums emittiert. In einem Fall, in dem das Laserlicht fokussiert und eingeführt wird, ist es wünschenswert, dass die Strahlform kreisförmig ist. In dem Fall, in dem ein Winkelabschnitt, wie beispielsweise ein Rechteck, vorhanden ist, wird die Energie zu einem Lichtsammelmuster, bei dem sich die Energie im Raum verteilt, in dem eine räumliche Hochfrequenzkomponente reflektiert wird. Weist das Lasermedium eine Scheibenform auf, wird die Form des Strahls, der sich in dem scheibenförmigen Lasermedium ausbreitet, auf eine Kreisform festgelegt, wodurch ein gutes Lichtsammelmuster erzielt werden kann.
  • 13 zeigt eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Häufigkeit (die Anzahl der Durchgänge), mit der das Saatlicht eine Gruppe von Lasermedium-Komponenten durchläuft, der Energie (J) des Ausgangslaserlichts und der Extraktionseffizienz (%).
  • In der Ausführungsform, in der die Struktur der 1 verwendet wird, ist das Material des Lasermediums mit Yb-versetztes YAG und die Konzentration von Yb ist 0,2 Gew.-%. Andererseits wurde die Konzentration von Yb in einem Vergleichsbeispiel auf 1,0 Gew.-% festgelegt. Die Berechnung wird unter der Annahme durchgeführt, dass die Energie des Eingangssaatlichts auf 50 J festgelegt ist. Die Abmessung des Lasermediums beträgt 50 mm × 50 mm × 10 mm, und in beiden Fällen wird die im Lasermedium angeregte Energie auf 525 J und die angesammelte Energie auf 264 J festgelegt. Darüberhinaus wird in jedem Fall eine Absorptionsgeschwindigkeit des Anregungslichts auf 90% (oder mehr) festgelegt.
  • In diesem Fall beträgt die Anzahl der Durchgänge in der Ausführungsform ”4”, die erhaltene Ausgabe beträgt 250 J und eine Extraktionseffizienz 75%. Andererseits wird in dem Fall, in dem die Anzahl der Durchgänge im Vergleichsbeispiel ”4” beträgt, eine Ausgabe von 120 J und eine Extraktionseffizienz von 18% erhalten.
  • Ferner gibt die Extraktionseffizienz einen Grad an extrahierbarer Energie, die in dem Lasermedium gesammelt wird, an.
  • In dem Fall, in dem Yb: YAG als Lasermedium verwendet wird, wird das Laserlicht durch einen drei Niveaus umfassenden Übergang erzeugt. Die Yb-Konzentration ist höher als 0 Gew.-% und wünschenswerterweise auf 0,3 Gew.-% oder weniger, und noch bevorzugter auf 0,2 Gew.-% oder weniger eingestellt. Somit ist es möglich, die Ausgabe des Laserlichts erheblich zu verbessern. Wird die Yb-Konzentration so niedrig wie möglich eingestellt, wird im Falle des drei Niveaus umfassenden Lasermediums kaum eine Reabsorption des Saatlichts erzeugt. Somit erhöht sich der zuvor beschriebene Effekt im Vergleich zum Vergleichsbeispiel auf der Grundlage eines physikalischen Phänomens selbst dann, wenn die Yb-Konzentration gleich oder kleiner als 0,3 Gew.-% ist.
  • Eine Dotierstoffkonzentration der Lasermedium-Komponente kann unterschiedlich sein. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem der Anregungsstrom EXCIT(1) von der ersten Lasermedium-Komponente M1 einfällt, die Höhe der Energie, die sich in der ersten Lasermedium-Komponente M1 und der zweiten Lasermedium-Komponente M2 ansammelt, auf den gleichen Wert eingestellt werden, indem die Dotierstoffkonzentration der ersten Lasermedium-Komponente M1 verringert und die Dotierstoffkonzentration der zweiten Lasermedium-Komponente M2 erhöht wird.
  • Da in ähnlicher Weise die Dotierstoffkonzentration der dritten Lasermedium-Komponente M3 höher als jene der zweiten Lasermedium-Komponente M2 ist, und da die Dotierstoffkonzentration der vierten Lasermedium-Komponente M4 höher als jene der dritten Lasermedium-Komponente M3 ist, kann die angesammelte Energie der Lasermedium-Komponentengruppe gleichmäßig verteilt werden.
  • Somit ist es möglich, eine unerwartete Verstärkung/Oszillation sowie eine Resonanz, die auf einfache Weise an einer Stelle, an der die angesammelte Energie hoch ist, auftritt, zu unterdrücken. Folglich kann mehr Energie in der Lasermedium-Komponentengruppe gesammelt werden.
  • Darüberhinaus werden in einem Fall, in dem die erste Lasermedium-Komponente M1 und die vierte Lasermedium-Komponente M4 durch jeweils das Anregungslicht EXCIT(1) und EXCIT(4) angeregt werden, die Dotierstoffkonzentrationen der ersten Lasermedium-Komponente M1 und der vierten Lasermedium-Komponente M4 niedrig und die Dotierstoffkonzentrationen der zweiten Lasermedium-Komponente M2 und der dritten Lasermedium-Komponente M3 hoch. Wird darüberhinaus die Anzahl der Lasermedium-Komponenten erhöht, erhöht sich entsprechend dieser Erhöhung auch die Anzahl der Arten der Dotierungskonzentrationen.
  • Ferner ist der Yb: YAG-Laser ein drei Niveaus umfassender Laser, in dem ein Yb-versetzter YAG-Kristall als Lasermedium verwendet wird. Der Yb: YAG-Kristall weist eine starke Absorptionslinie mit einer Breite von 18 nm bei einer Wellenlänge von 941 nm und mit einer Breite von 4 nm bei einer Wellenlänge von 968 nm auf. Mit einem breiten Absorptionsband kann eine hocheffiziente Anregung durch einen InGaAs-Halbleiterlaser erzielt werden. Eine Oszillationswellenlänge beträgt 1030 nm. Eine Fluoreszenzlebensdauer ist fünf Mal länger als jene eines Nd: YAG-Kristalls. Mit diesem Lasermedium ist es möglich, auf einfache Weise einen Kristall herzustellen, der eine hohe Sammelleistung pro Anregungsleistungseinheit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Qualität aufweist.
  • 14 zeigt ein Diagramm eines Systems des Laser-Kernfusionsreaktors.
  • Der Laser-Kernfusionsreaktor ist mit mehreren Laservorrichtungen LS und einer Kammer 500 zur Unterbringung eines Brennstoffs S ausgebildet, um eine Kernfusion zu erzeugen, wenn dieser mit dem Laserlicht bestrahlt wird, und durch die das Laserlicht aus der Laservorrichtung LS eingeführt wird. Da das Laserlicht von einer Hochleistungslaservorrichtung LS in dem Laser-Kernfusionsreaktor emittiert wird, kann das Lasermedium in effizienter Weise der Kernfusion in der Kammer unterzogen werden, und die erzeugte Energie kann zur Stromerzeugung verwendet werden.
  • Mit Hilfe einer Brennstoffpelletzuführvorrichtung 501 werden Brennstoffpellets S der Kammer 500 zugeführt. Die in der Kammer 500 erzeugte Wärme wird mit Hilfe einer Leitung, die mit der Kammer 500 kommuniziert, auf das Medium übertragen und zu einem Dampferzeuger 503 geleitet. Das Medium in der Leitung wird durch eine Zirkulationspumpe 502 zirkuliert. Eine Dampfturbine 504 wird mittels Dampf, der durch den Dampferzeuger 503 erzeugt wird, gedreht, und eine Antriebskraft wird auf einen Generator 505 zur Leistungserzeugung übertragen.
  • In der vorliegenden Beschreibung wurde die Laserverstärkungsvorrichtung beschrieben, wobei die Lasermedien eine Konzentration mit unterschiedlichen Yb-Mengen zu einem ersten Zeitpunkt und zu einem zweiten Zeitpunkt aufweisen können. Es können auch unterschiedliche Formen des Lasermediums verwendet werden. Darüberhinaus kann das Lasermedium ein Material sein, das durch Verbinden von YAG, das mit Yb versetzt ist, und zusatzstofffreien YAG erhalten wird. Neben Yb kann ein Material für den drei Niveaus umfassenden Laser als zusätzliches Material verwendet werden. Das Lasermedium kann mit dem Anregungslicht aus zwei oder mehr Richtungen bestrahlt werden. Die Anzahl der Lasermedium-Komponenten kann erhöht oder verringert werden. Anstelle des dreieckigen Prismas kann das Prisma eine parabolische Form oder eine elliptische Form aufweisen. Als Absorber zum Absorbieren des Anregungslichts, das das Prisma durchläuft, kann Wärmestrahlenabsorptionsglas, Wasser oder ein optisches Element aus Samarium verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • M1 bis M4
      Lasermedium-Komponente
      P1 bis P3
      Prisma

Claims (11)

  1. Laserverstärkungsvorrichtung, umfassend: mehrere plattenförmige Lasermedium-Komponenten, die so angeordnet sind, dass sie entlang einer Dickenrichtung ausgerichtet sind; und ein Prisma, das so konfiguriert ist, dass es die Lasermedium-Komponenten optisch koppelt, wobei jede der Lasermedium-Komponenten umfasst: eine Hauptfläche, auf die ein Saatlicht einfällt, und eine Seitenfläche, die so konfiguriert ist, dass sie die Hauptfläche umgibt, wobei ein Anregungslicht von mindestens einer Seitenfläche einer bestimmten Lasermedium-Komponente der mehreren Lasermedium-Komponenten einfällt, und das Anregungslicht durch das Prisma auf eine dem Prisma benachbarte Seitenfläche der Lasermedium-Komponente einfällt.
  2. Laserverstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Anregungslichtquelle, die konfiguriert ist, um das Anregungslicht zu emittieren.
  3. Laserverstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Kühlmittelzufuhrquelle, die konfiguriert ist, um einem Spalt zwischen den Lasermedium-Komponenten ein Kühlmittel zuzuführen.
  4. Laserverstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Seitenfläche der bestimmten Lasermedium-Komponente, auf die das Anregungslicht zuerst einfällt, bezogen auf das Anregungslicht einer Antireflexionsbehandlung unterzogen ist.
  5. Laserverstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei an einer Seitenfläche der Lasermedium-Komponente, aus der das Anregungslicht als letztes emittiert wird, ein Reflexionsfilm vorgesehen ist.
  6. Laserverstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hauptfläche der Lasermedium-Komponente bezogen auf ein Saatlicht einer Antireflexionsbehandlung unterzogen ist, wobei die Seitenfläche der Lasermedium-Komponente und das Prisma miteinander verklebt oder verbunden sind, wobei die Laserverstärkungsvorrichtung ferner aufweist: ein Gehäuse, das konfiguriert ist, um die Lasermedium-Komponente und das Prisma aufzunehmen; und einen Absorber, der so konfiguriert ist, dass er an einer Innenfläche des Gehäuses vorgesehen ist und ein spontanes Emissionslicht von der Lasermedium-Komponente absorbiert.
  7. Laserverstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lasermedium-Komponente nur durch ein Lasermedium gebildet ist, oder mit einem Lasermedium und einem Halter versehen ist, der so konfiguriert ist, dass er das Lasermedium hält, um eine Seitenfläche des Lasermediums zu umgeben.
  8. Laserverstärkungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Lasermedium eine Scheibenform hat.
  9. Laserverstärkungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Material des Lasermediums mit Yb versetztes YAG ist.
  10. Laservorrichtung, umfassend: die Laserverstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und eine Saatlichtquelle, die so konfiguriert ist, dass sie das Saatlicht emittiert.
  11. Laser-Kernfusionsreaktor, umfassend: die Laservorrichtung nach Anspruch 10; und eine Kammer, die konfiguriert ist, um Brennstoff zur Erzeugung einer Kernfusion zu speichern, wenn dieser mit dem Laserlicht bestrahlt wird, und in die das Laserlicht von der Laservorrichtung eingeführt wird.
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