DE60305320T2 - Optische verstärkungseinrichtung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Verstärkungsvorrichtung und/oder eine optische Quelle.
  • Es sind Konfigurationen von Dioden gepumpten Festkörper-Plattenverstärkern bekannt, wobei eine optische Strahlungsquelle auf einen Block aus Lasermaterial gerichtet ist, um eine Verstärkung in dem Lasermaterial zu erzeugen. Eine Solche Konfiguration. kann zur Verstärkung verwendet werden, oder, unter Hinzufügen einer resonanten Rückkopplung zu dem Lasermaterial zur Erzeugung, um Lasing zu erzeugen, als eine optische Quelle.
  • Viele Laseranwendungen erfordern eine verstärkte optische Ausgangsleistung, oder würden davon profitieren, diese Leistungsanpassung ist jedoch üblicherweise bevorzugt mit der Aufrechterhaltung einer hohen räumlichen Qualität der Ausstrahlung und einem Betrieb mit hoher Effizienz verbunden. Ein bekanntes Problem, das in diodengepumpten Festkörperlasern auftritt, ist das Auftreten thermal induzierter Verzerrungen aufgrund des Pumpmechanismus, die zu einer Verschlechterung der Strahlqualität führen.
  • Es wurden eine Vielzahl an Geometrien für das Laser-Pumpen entwickelt, welche hauptsächlich auf End-gepumpten und Seiten-gepumpten Konfigurationen basieren. End-Pumpen neigt dazu, aufgrund von thermalen Linsenwirkungen und von Schwierigkeiten der Dioden-Umgestaltung und -Zuleitung, wenn mehrere Dioden-Barren verwendet werden in der Leistungs-Skalierbarkeit eingeschränkt zu sein. Währenddessen zeigt das Seiten-Pumpen keine Einheitlichkeit der Pumpverteilung und bei einer hochqualitativen Laser-Betriebsart eine ineffiziente Überlagerung.
  • Das US-Patent Nummer 5,315,612 (National Research Council of Canada) zeigt einen Slablaser mit streifenden Einfall mit einer einzelnen internen Reflexion von der Pump-Fläche einer Seiten-gepumpten Laserplatte mit hoher Absorbtion für die Pumpstrahlung. Dies bietet eine hohe Verstärkung mit einem schmalen Einfallswinkel und einer beträchtlichen Mittelung des thermal induzierten Brechungsindex und der Verstärkungs-Uneinheitlichkeit. Eine Vorführung dieser Anordnung zeigte einen Betrieb bei über 20 W durchschnittlicher Leistung mit einem optischen Wirkungsgrad von über 60%. Die Räumliche Strahlqualität in der Auftreffebene ist jedoch im Allgemeinen bei den höheren Leistungen vermindert.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine optische Verstärkungseinrichtung vorgesehen, welche im Betrieb seitlich gepumpt ist, um einen Verstärkungsbereich vorzusehen, wobei die Einrichtung ein Wegbestimmungsmittel aufweist, um einen Weg für zu verstärkende Strahlung durch den Verstärkungsbereich festzulegen, wobei das Wegbestimmungsmittel so angeordnet ist, dass der Weg zumindest zwei, räumlich unterschiedliche, in einem streifenden Winkel einfallende Reflexionen in dem Verstärkungsbereich aufweist.
  • Solch ein Weg kann als ein Mehrfachdurchlauf-Weg durch die Verstärkungsregion beschrieben werden, da die zu verstärkende optische Strahlung mehr als einmal durch die Verstärkungsregion durchläuft.
  • „In einem streifenden Winkel einfallend" kann im Allgemeinen als bis zu etwa 10 Grad angenommen werden, obwohl ein Vorteil immer noch gezogen werden könnte, wenn ein streifender Winkel von bis zu 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 Grad verwendet wird.
  • Vorzugsweise weist der Verstärkungsbereich mehr als eine Verstärkungszone auf und die Reflexionen treten in verschiedenen zugehörigen Verstärkungszonen auf. Beispielsweise könnte jede Verstärkungszone des Verstärkungsbereichs einfach ein verschiedener räumlicher Bereich eines gemeinsamen Verstärkungsbereichs sein, oder Verstärkungszonen könnten mit verschiedenen entsprechenden Pumpquellen vorgesehen sein.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können somit einen Durchgang eines optischen Strahls mit mehreren Durchläufen durch einen Bounce-Verstärker für streifenden Lichteinfall vorsehen, wobei der Strahl bei jedem Durchgang in verschiedene Teile des Verstärkungsbereiches eintritt, was, wie herausgefunden wurde, zu verbesserten Eigenschaften in der Strahlenqualität führen kann, speziell bei der Skalierbarkeit bei höherer Energie. Die Mehrfachdurchlauf-Konfiguration kann als Verstärkungseinrichtung für hohe Verstärkung, und unter Zugabe von geeigneten Rückkopplungen, wie etwa Kavitäts-Reflektoren, als Laseroszillator wirken, um eine optische Quelle bereitzustellen.
  • Ein Plattenverstärker, der typischer Weise in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden könnte, könnte einen Kristall aufweisen, der an einer seiner Flächen mit einer Strahlungsquelle, die von dem Kristall stark absorbiert ist, seitlich gepumpt ist, wobei in einer schmalen Region innerhalb der Pumpfläche eine Besetzungsinversion (um die Verstärkung eines Lasers in der bekannten Weise zu unterstützen) erzeugt wird. Bei jedem Durchlauf durch den Verstärkerkristall erfährt der Laserstrahl eine totale interne Reflektion an der Pumpfläche bei einem streifenden Einfallswinkel. Mit jedem Durchlauf wird der Strahl gelenkt, um von verschiedenen Bereichen der Pumpfläche zu reflektieren. Die Mehrfachdurchlauf-Technik bietet die Gelegenheit für ein größeres Maß an Mittelung von thermal induzierten Verzerrungen und Uneinheitlichkeit der Verstärkung, was zu einer höheren räumlichen Strahlqualität der verstärkten Ausstrahlung führt. Für spezielle Pumpverteilungen kann der Mehrfachdurchlauf- Verstärker zu Verbesserungen in der Effizienz und der Verstärkung des Verstärkers führen. Insgesamt können Ausführungsformen der Erfindung einen verbesserten Betrieb bieten, indem sie eine beinahe beugungsbegrenzte Strahlqualität aufrechterhalten.
  • Vorzugsweise ist die Verstärkungserzielung, die mit jeder Reflexion unter streifenden Winkel in dem Verstärkungsbereich verbunden ist, von vergleichbarer Größenordnung. Dies unterstützt einheitlichere Verstärkungseigenschaften in der Einrichtung.
  • Dort wo eine Rückkopplung vorgesehen wurde, um den Mehrfachdurchlauf-Verstärker so zu konfigurieren, dass er als ein Mehrfachdurchlauf-Laseroszillator wirkt, arbeitet der Laseroszillator mit ähnlichen Verbesserungen in Strahlqualität und Effizienz wie der Verstärker.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verstärkung optischer Strahlung vorgesehen, welches Verfahren den Schritt aufweist, die Strahlung durch einen seitlich gepumpten Bounce-Verstärker entlang eines Pfades durchzuleiten, welcher vollständige, interne, in streifenden Winkel einfallende Reflekion an zumindest zwei örtlich verschiedenen Stellen einer seitlich gepumpten Fläche des Verstärkers bietet.
  • Als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wir nun, nur beispielhaft, ein Mehrfachdurchlauf-Bounce-Verstärker mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 ein schematisches Diagramm des Bounce-Verstärkers zeigt, das den Fall mit zwei Durchläufen mit einer externen Rückkopplung eines Strahls für den zweiten Durchlauf darstellt;
  • 2 ein schematisches Diagramm des Bounce-Verstärkers zeigt, das eine Erweiterung auf drei, oder eine höhere Anzahl an Durchläufen darstellt;
  • 3 ein schematisches Diagramm einer Pumpfläche des Bounce-Verstärkers zeigt, das Beispiele verschiedener Anordnungen von Pumpbereichen zeigt, auf die bei einem Mehrfachdurchlauf des Verstärkers zugegriffen werden kann;
  • 4 ein schematisches Diagramm des Bounce-Verstärkers zeigt, das den Fall mit zwei Durchläufen mit einer Rückkopplung für den zweiten Durchlauf, die durch eine Reflexion von einer Schnittoberfläche des Verstärkers vorgesehen ist, zeigt;
  • 5 ein schematisches Diagramm des Zweifach-Durchlauf-Bounce-Verstärkers der 1 mit Rückkopplungsspiegeln, die einen linearen Laseroszillator bilden, zeigt;
  • 6 ein schematisches Diagramm des Zweifach-Durchlauf-Bounce-Verstärkers der 1 mit Rückkopplungsspiegeln, die einen Ring-Laseroszillator bilden, zeigt; und
  • 7 ein schematisches Diagramm des Zweifach-Durchlauf-Bounce-Verstärkers der 2 mit Rückkopplungsspiegeln, die einen linearen Laseroszillator bilden, zeigt.
  • Bezugnehmend auf die 1, ist eine Zweifach-Durchlauf-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, um die Grundsätze des Betriebs zu veranschaulichen.
  • Der Bounce-Verstärker weist eine Lasermedium 1 auf, das als ein Einzelkristall aus einem Festkörperlaser-Material, wie etwa Nd:YVO4 gezüchtet wurde. Der Verstärker ist bekannter Weise mit einer Strahlungsquelle (nicht gezeigt) Dioden gepumpt, die auf eine ebene Fläche des Kristalls gerichtet ist, die als Pumpfläche 2 bezeichnet wird. Das Lasermedium 1 wird unter Verwendung eines bekannten optischen Besetzungsinversions-Mechanismus in einer Quelle, insbesondere einer Laserdiode, gepumpt. Das Material des Lasermediums sollte eine hohe Absorption für die optische Besetzungsinversionsquelle aufweisen. Dies bietet in dem Kristall eine hohe Inversionsdichte innerhalb eines flachen, an die Pumpfläche 2 angrenzenden Bereichs.
  • Für den Zweck der Veranschaulichung kann dieser Inversions- oder Verstärkungsbereich als in zwei Verstärkungsbereiche G1 und G2 geteilt, betrachtet werden. Bei einem Durchlauf durch das Lasermaterial fällt ein Laserstrahl unter einem flachen Einfallswinkel θ1, bezogen auf die Pumpfläche 2, und in dem Verstärkungsbereich G1 zentriert ein, wo er eine totale interne Reflexion von der Pumpfläche und eine Verstärkung von dem Bereich G1 erfährt. Eine externe Rückkopplung wird beispielsweise von einem Paar Spiegeln M1 und M2 vorgesehen, die den Strahl für einen zweiten Durchlauf durch das Lasermedium in Richtung des Verstärkungsbereichs G2 umlenken, wobei er eine Reflexion unter einem Winkel θ2, bezogen auf die Pumpfläche 2, und eine Verstärkung von dem Bereich G2 erfährt.
  • Die Verstärkungsbereiche G1 und G2 der 1 sind zum Zweck der Veranschaulichung rechteckig und gleich groß dargestellt. Die tatsächliche Verteilung der Verstärkung wird eine Form aufweisen, die von der Pumpverteilung abhängig ist. Verschiedene Bereiche können verschieden Abmessungen haben, die von den Abmessungen des Pumpstrahls an der Pumpfläche bestimmt wird.
  • Der Strahl, der gerade bei einem Durchlauf durch einen Verstärkungsbereich verstärkt wird, kann auch den Strahl, der gerade bei einem Durchlauf durch einen angrenzenden Verstärkungsbereich verstärkt wird, teilweise überlappen. Es ist jedoch eine bevorzugte Umsetzung, dass die Strahlen im Wesentlichen voneinander getrennt sein sollten, obwohl eine teilweise Überlappung an angrenzenden Seitenbereichen der Strahlen für die Strahlen notwendig sein kann, um einen maßgeblichen Anteil der gesamten Verstärkungsvereilung zu entnehmen.
  • Die Größe des Strahls, der durch jeden Verstärkungsbereich durchtritt wird von einigen Faktoren abhängen, einschließlich der Parameter des eingespeisten Strahls, der Brechung und thermal induzierter Linsenwikungen und Abweichungen in dem gepumpten Lasermedium. Eine Gewisse Kontrolle der Größen ist durch eine geeignete Wahl des eingespeisten Strahls und der externen Rückkopplungs-Reflektoren M1 und M2 gegeben.
  • Obwohl die Verstärkungsbereiche nicht gleich sein müssen, ist es bevorzugt, dass die Verstärkungserzielung, die bei jedem Durchlauf auftritt, eine vergleichbare Größenordnung hat und dass, für einen effizienten Betrieb, die gesamten entnommenen Bereiche von G1 und G2, einen beträchtlichen Anteil der tatsächlichen Pumpleistung umfassen sollten.
  • Bezug nehmend auf die 2 können die funktionellen Grundsätze der 1, unter Verwendung einer zusätzlichen Rückkopplung, die beispielsweise durch ein weiteres Paar Spiegel M5 und M6 erzielt werden kann, auf einen dritten Durchlauf ausgeweitet werden. in dem dritten Durchlauf wird der Strahl auf einen dritten Verstärkungsbereich G3 gerichtet. Die Umsetzung mit drei Durchläufen kann selbstverständlich auch im Prinzip stufenförmig erweitert werden, um auf einen vierten Bereich G4 zuzugreifen, und im Allgemeinen auf eine ganzzahlige Anzahl von Durchläufen, wodurch auf eine größere Anzahl an Verstärkungs-Unterbereiche zugegriffen werden kann. Auf die Verstärkungsbereiche in einer Mehrfachdurchlauf-Verstärkung muss nicht der Reihe nach (G1, G2, G3 ...) zugegriffen werden, sondern kann in jeder geeigneten oder vorteilhaften Reihenfolge (z.B. G1, G3, G2 ...) zugegriffen werden.
  • Bezug nehmend auf die 3 kann die Mehrfachdurchlaufs-Technik ausgeweitet werden, um auf die Verstärkung von einer komplexeren Anordnung von Verstärkungsbereichen zuzugreifen, die von einer komplexeren Pump-Verteilung gebildet sein könnte. 3 veranschaulicht Beispiele von Verteilungen, wie sie auf der Pumpfläche 2 eines Lasermediums gesehen werden. 3A zeigt eine Zweifach-Durchlauf-Verstärkerkonfiguration mit zwei Verstärkungsbereichen G1 und G2, die eine einfache Pumpverteilung 3 umfassen. 3B zeigt eine komplexere (gekrümmte) Pumpverteilung 3, die aufgrund von Fehlerstellen in der Qualität eines Diodenlaserbarrens erzeugt werden könnten. In diesem Beispiel sind drei Verstärkungsbereiche G1, G2 und G3 ausgewählt, um eine wirksame Überlappung von einem Laserstrahl hoher räumlicher Qualität vorzusehen.
  • Das in der 3B gezeigte Beispiel bietet einen Einblick in die Vorteile eines Mehrfachdurchlauf-Verstärkers über eine Umsetzung mit einfachem Durchlauf. Der Versuch einen Strahl großer Abmessung, der den gesamten Verstärkungsbereich abdeckt, mit einem einzigen Abprallen zu verstärken, führt zu einer Verringerung der Strahlqualität des verstärkten Strahls, aufgrund der schlechten räumlichen Überlappung eines Gauß'schen Laserbetriebsart hoher Qualität mit der Verstärkungsverteilung und Uneinheitlichkeit aufgrund von thermal induzierten Änderungen des Brechungsindex, die zu Phasenabweichungen führen. In dem Mehrfachdurchlauf-Verstärker von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Strahl hoher Qualität in kleinern Bereichen verstärkt werden, mit einer einheitlicheren Verstärkung und geringern Phasenveränderungen. Darüber hinaus können, durch eine geeignete Einstellung der Rückkopplung, die Bereiche optimiert werden, um ein gewisses Maß an Mittelung der Verstärkung und der Phasenveränderungen zwischen jedem Bereich zu ermöglichen. Die höhere Qualität der Überlappung mit dem Mehrfachdurchlauf-Strahl kann auch eine verbesserte Effizienz des Verstärkers ergeben.
  • 3C zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem die Verstärkungsverteilung in zwei getrennten Bereichen 3 angeordnet ist, wie dies durch Pumpen mit zwei Diodenlaser-Barren bereitgestellt werden kann, und bei dem auf die Verstärkungsverteilung durch zweifaches Abprallen in den Bereichen G1 und G2 zugegriffen wird.
  • 3D zeigt die zwei getrennten Bereiche der 3C, wobei auf jeden einzeln durch eine Strahlfortpflanzung im Mehrfachdurchlauf in mehreren Verstärkungs-Unterbereichen G1-G8 zugegriffen wird.
  • Bezug nehmend auf die 4, ist in einer alternativen Ausführungsform des Zweifachdurchlauf-Verstärkers die Rückkopplung für den zweiten Durchlauf von einer Reflexion von einer reflektierenden Oberfläche 4 des Lasermediums vorgesehen. Diese Oberfläche 4 kann für ein hohes Reflexionsvermögen speziell beschichtet sein, und kann, zusammen mit der Auswahl des Winkels des einfallenden Strahls, in einem geeigneten Winkel geschnitten sein, um Abprallen an den geeigneten Bereichen der Pumpfläche 2 vorzusehen.
  • Bezug nehmend auf die 5, 6 und 7 ist es möglich, den oben mit Bezug auf die 1 bis 4 beschriebenen Mehrfachdurchlauf-Verstärker, in einen Mehrfachdurchlauf-Laseroszillator, und somit in eine optische Quelle, zu verwandeln.
  • 5 zeigt die Einbindung von zwei Spiegeln M3, M4 außerhalb des Lasermediums 1, um eine lineare Laser-Resonanzkammer für die Ausführung des Zweifachdurchlauf-Verstärkers der 1 zu bilden. Eine ähnliche Ausführung (nicht gezeigt) kann eingebaut werden, um das Verstärkersystem der 4 in einen Laseroszillator umzuwandeln. 6 zeigt die Einbindung der Spiegel M3 und M4, um einen Ring-Laseroszillator zu bilden. Die Ausgabe von diesem Laser könnte über jeden der Spiegel M1 bis M4 geschehen, indem einer von ihnen teilweise durchlässig hergestellt ist. Der Laser kann in beide Ringrichtungen oszillieren. Die Einbindung eines Faraday-Isolators in den Ring kann, in bekannter Weise, eine Ring-Oszillation in einer Richtung erzwingen. 7 zeigt die Einbindung von Reflektoren M3, M4, um aus einem Dreifachdurchlauf-Verstärkersystem einen Laseroszillator zu bilden. Eine Erweiterung auf Laseroszillatoren mit Konfigurationen für einen höheren Durchlauf ist leicht einzubauen.
  • Die Laserbetriebsart bei dem Mehrfachdurchlauf-Laseroszillator erfährt die gleichen Vorteile wie der Mehrfachdurchlauf-Verstärker, einschließlich der verbesserten Modusüberlappung mit der Verstärkungsverteilung und Verbesserungen in der räumlichen Qualität der Verstärkung aufgrund der verbesserten Mittelung der Verstärkung und der Phasenabweichung über der Verstärkungsverteilung. Der Mehrfachdurchlauf-Verstärker zeigt einen kleineren wirksamen Bereich für die Auswahl der fundamentalen Betriebsart der Resonanzkammern.
  • Eine weitere Anwendung der Erfindung ist es, einen Verstärkungsbereich zu nutzen, um einen Mehrfachdurchlauf-Laseroszillator zu bilden, und einen getrennten Bereich zu nutzen, der einen zusätzlichen Einzel- oder Mehrfachdurchlass-Verstärkungsbereich darstellt.
  • In einem Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die oben mit Bezug auf die 5 beschrieben wurde, weist das Lasermedium 1 in einem Laseroszillator, der auf einem Doppeldurchlauf-Bounce-Verstärker basiert, eine Nd:YVO4-Platte auf, die von einem Diodenbarren mit einer Wellenlänge von 808 nm gepumpt wird. Die Gesamtlänge des Verstärkungsbereichs G1, G2 an der Pumpfläche 2 beträgt in der Abprallebene etwa 14 mm.
  • Für die zwei Durchläufe werden Abprallwinkel θ1, θ2 von etwa 7,5 Grad und 5 Grad verwendet. Bei jedem der beiden Abpralle wurde der Verstärkungsbereich in zwei annähernd gleiche Hälften (G1 und G2) ausgewählt. Ein Laserresonator wurde gebildet, wobei der Ausstoß von einem teilweise reflektierendem Spiegel M3 genommen wurde. Wenn er mit 57 Watt Diodenleistung gepumpt wurde, hatte der Laseroszillator eine Ausgangsleistung von 26 Watt. Der Ausstoß betrug räumlich TEM00, mit einem Strahlenqualitäts-Parameter M2 von 1,2 in der Abprallebene und 1,05 in der Normalebene.

Claims (12)

  1. Optische Verstärkungsvorrichtung welche eine Materialplatte (1) aufweist, welche im Einsatz seitlich gepumpt ist, um einen Verstärkungsbereich (G1, G2) zu bilden, wobei die Vorrichtung Wegbestimmungsmittel (M1, M2) aufweist, um einen Weg für zu verstärkende optische Strahlung durch den Verstärkungsbereich festzulegen, wobei das Wegbestimmungsmittel so angeordnet ist, dass der Weg zumindest zwei, räumlich unterschiedliche, in einem streifenden Winkel einfallende Reflexionen in dem Verstärkungsbereich aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die in einem streifenden Winkel einfallenden Reflexionen Reflexionen von nicht mehr als 20 Grad beinhalten.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die in einem streifenden Winkel einfallenden Reflexionen Reflexionen von nicht mehr als 10 Grad beinhalten.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verstärkungsbereich mehr als eine Verstärkungszone aufweist, und die Reflexionen in jeweils verschiedenen Zonen auftreten.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei zumindest zwei Verstärkungszonen des Verstärkungsbereichs verschiedene räumliche Zonen eines gemeinsamen Verstärkungsbereiches sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei zumindest zwei Verstärkungszonen je von verschiedenen entsprechenden Pumpquellen versorgt werden.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mit einer Rückkopplung auf den Verstärkungsbereich ausgestattet ist, womit der Vorrichtung ermöglicht wird, im Einsatz zu lasern, um eine optische Quelle zu bilden.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wegbestimmungsmittel zumindest einen Spiegel aufweisen.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wegbestimmungsmittel zumindest eine Oberfläche der Materialplatte einbezieht.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7 in Kombination mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Empfangen und zum Verstärken einer Strahlungsabgabe durch die optische Quelle, wobei die Vorrichtungen eine gemeinsame Materialplatte miteinander teilen.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erzielte Verstärkung, die mit jeder in einem streifenden Winkel in den Verstärkungsbereich einfallenden Reflexion verbunden ist, eine vergleichbare Größenordnung aufweist.
  12. Verfahren zur Verstärkung optischer Strahlung, welches Verfahren den Schritt aufweist, die Strahlung durch einen seitlich gepumpten Bounce-Verstärker (1) entlang eines Pfades durchzuleiten, welcher vollständige, interne, in streifenden Winkel einfallende Reflekion an zumindest zwei örtlich verschiedenen Stellen einer seitlich gepumpten Fläche des Verstärkers bietet.
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PCT/GB2003/002956 WO2004006395A1 (en) 2002-07-09 2003-07-09 Optical amplifying device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60305320D1 DE60305320D1 (de) 2006-06-22
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Country Status (10)

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US (1) US7256931B2 (de)
EP (1) EP1520326B1 (de)
JP (1) JP4593273B2 (de)
CN (1) CN100438236C (de)
AT (1) ATE326783T1 (de)
AU (1) AU2003251322B2 (de)
DE (1) DE60305320T2 (de)
ES (1) ES2265114T3 (de)
GB (1) GB0215847D0 (de)
WO (1) WO2004006395A1 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7463667B2 (en) 2005-11-22 2008-12-09 The Boeing Company Solid-state laser and multi-pass resonator
JP5177969B2 (ja) * 2006-07-12 2013-04-10 浜松ホトニクス株式会社 光増幅装置
US7826513B2 (en) * 2007-08-30 2010-11-02 The Boeing Company Re-entrant structure for thin disk resonators
US8605355B2 (en) * 2009-11-24 2013-12-10 Applied Energetics Off axis walk off multi-pass amplifiers
CN103944052A (zh) * 2013-01-23 2014-07-23 福州高意通讯有限公司 一种放大器结构
US8873136B2 (en) 2013-01-30 2014-10-28 Coherent, Inc. High-gain face-pumped slab-amplifier
US8848751B2 (en) 2013-02-27 2014-09-30 Coherent Gmbh Short-pulsed compact MOPA
US9570882B2 (en) 2013-03-27 2017-02-14 Coherent Lasersystems Gmbh & Co. Kg MOPA with externally triggered passively Q-switched laser
GB2505315B (en) * 2013-08-07 2014-08-06 Rofin Sinar Uk Ltd Optical amplifier arrangement
US9231363B1 (en) 2015-02-12 2016-01-05 Coherent, Inc. Optical pumping apparatus for slab lasers and amplifiers
CN105552707B (zh) * 2016-01-29 2018-10-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于激光晶体拼接的折转多通放大装置
CN110932077B (zh) * 2019-12-23 2024-07-05 南京先进激光技术研究院 一种端泵多程板条激光放大器
CN114447742A (zh) * 2022-02-07 2022-05-06 深圳市辉宏激光科技有限公司 一种基于碟片增益介质的飞秒激光再生放大器

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4785459A (en) 1985-05-01 1988-11-15 Baer Thomas M High efficiency mode matched solid state laser with transverse pumping
US4839902A (en) * 1987-08-31 1989-06-13 Gte Government Systems Corporation Laser with controlled geometry fluorescent converter
US5546222A (en) * 1992-11-18 1996-08-13 Lightwave Electronics Corporation Multi-pass light amplifier
US5315612A (en) * 1993-03-11 1994-05-24 National Research Council Of Canada High efficiency transversely pumped solid-state slab laser
US6873639B2 (en) * 1993-05-28 2005-03-29 Tong Zhang Multipass geometry and constructions for diode-pumped solid-state lasers and fiber lasers, and for optical amplifier and detector
US5485482A (en) * 1993-12-08 1996-01-16 Selker; Mark D. Method for design and construction of efficient, fundamental transverse mode selected, diode pumped, solid state lasers
US5521932A (en) * 1994-05-03 1996-05-28 Light Solutions Corporation Scalable side-pumped solid-state laser
US5619522A (en) * 1995-09-07 1997-04-08 Dube; George Laser pump cavity
US5774489A (en) 1996-03-28 1998-06-30 Schwartz Electro-Optics, Inc. Transversely pumped solid state laser
US6002695A (en) 1996-05-31 1999-12-14 Dpss Lasers, Inc. High efficiency high repetition rate, intra-cavity tripled diode pumped solid state laser
US6671305B2 (en) * 1996-11-29 2003-12-30 Corporation For Laser Optics Research Solid state laser
US6014391A (en) * 1997-12-19 2000-01-11 Raytheon Company Thermally improved slab laser pump cavity apparatus with integral concentrator and method of making same
US6167069A (en) * 1998-05-01 2000-12-26 The Regents Of The University Of California Thermal lens elimination by gradient-reduced zone coupling of optical beams
US6081542A (en) * 1998-06-12 2000-06-27 Lambda Physik Gmbh Optically pumped laser with multi-facet gain medium
US6763050B2 (en) * 2000-03-16 2004-07-13 The Regents Of The University Of California Method for optical pumping of thin laser media at high average power
US6904069B2 (en) * 2000-12-29 2005-06-07 The Regents Of The University Of California Parasitic oscillation suppression in solid state lasers using optical coatings
US6625193B2 (en) * 2001-01-22 2003-09-23 The Boeing Company Side-pumped active mirror solid-state laser for high-average power
US6603793B2 (en) * 2001-05-18 2003-08-05 The Boeing Company Solid-state laser oscillator with gain media in active mirror configuration
US6658036B1 (en) * 2002-06-27 2003-12-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Lasers and amplifiers based on hybrid slab active mirrors
WO2004025791A1 (de) * 2002-09-05 2004-03-25 Las-Cad Gmbh Seitlich mit fokussiertem licht von laserdioden in vielfachdurchläufen gepumpter festkörperlaser
US7068700B2 (en) * 2003-11-14 2006-06-27 Honeywell International Inc. Optical bench for diode-pumped solid state lasers in field applications
US7388895B2 (en) * 2003-11-21 2008-06-17 Tsinghua University Corner-pumping method and gain module for high power slab laser
JP2005251981A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Japan Atom Energy Res Inst 固体レーザーの増幅法
US7280571B2 (en) * 2004-11-23 2007-10-09 Northrop Grumman Corporation Scalable zig-zag laser amplifier

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