JP2014509079A - ディスクレーザ用ポンプ光装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ディスクレーザ（１）用のポンプ光装置（６）に関し、このポンプ光装置は、ポンプ光ビーム（８）をレーザ活性媒体（２）に集束するための反射面（１０）を有する殊に中空ミラーのような集束装置（１１）と、反射面（１０）の中心軸（１２）の周りに相異なる角度範囲で配置され、かつ、反射面（１０）に形成される複数の反射領域間でポンプ光ビーム（８）を偏向する偏向装置とを含んでいる。偏向素子は、複数の反射領域のうちの２つずつの反射領域間において光路長（２ｆ＋２ｄ１；２ｆ＋２ｄ２）でポンプ光ビーム（８）を偏向するように構成されており、ここでこの光路長は、テレセントリックな結像時の光路長（２ｆ）よりも長く、これによってレーザ活性媒体（２）への連続した集束時に集束装置（１１）の結像誤差によって発生するポンプ光ビーム（８）のビーム拡散を補償する。本発明は、ディスクレーザ（１）ならびにレーザ活性媒体（２）をポンピングする方法にも関する。

Description

本発明は、ディスクレーザ用ポンプ光装置に関し、この装置は、ポンプ光ビームをレーザ活性媒体に集束するための反射面を有する、例えば中空ミラーのような集束装置と、反射面の中心軸の周りに相異なる角度範囲で配置されかつ反射面に形成される複数の反射面間でポンプ光ビームを偏向する偏向装置とを有する。本発明はまた、このようなポンプ光装置を有するディスクレーザと、レーザ活性媒体をポンピングする方法とに関しており、この方法には、例えば中空ミラーのような集束装置を用いてレーザ活性媒体上にポンプ光ビームを複数回集束することが含まれており、ここでは連続した集束ステップ間で、集束装置の反射面の相異なる反射領域間でポンプ光ビームが偏向される。ここでこれらの反射領域は、反射面の中心軸の周りに相異なる角度で配置されている。

ディスクレーザは、良好に冷却することの可能な厚さの薄いレーザ活性媒体（増幅媒体）（レーザディスク）を有する。これにより、ディスクレーザのコンセプトは、数キロワット領域における高レーザ出力に適しているのである。しかしながら増幅媒体の厚さが薄いことにより、レーザ活性媒体を通過する際にポンプビームはあまり吸収されないため、適当な手段を設けなければ、レーザ活性媒体をポンピングする際にレーザシステムの効率が低下することになる。レーザ活性媒体におけるレーザ条件を満たすのに必要な最小エネルギないしは最小レーザ出力を維持するために、一般的にはポンプビームを複数回通過させる必要がある。

この複数回の通過は、例えばEP 0 632 551 B1に記載されているように実現することができる。ここではポンプ光ビームは、ディスク状のレーザ活性媒体の上側面に対して所定の角度で入射して、このレーザ活性媒体の背面に取り付けられた反射面において反射する。反射したポンプ光ビームは続いて複数のポンプ光ミラーおよび補助ミラーによって複数回上記のレーザ活性媒体に反射されて戻る。偏向のため、球面ミラーが使用され、連続する２つの集束ステップにおいてポンプスポットが直接的に１対１に結像される。しかしながらそれぞれの結像時にポンプスポットは広がるため、ポンプスポットのサイズは増大し、ひいてはレーザ活性媒体に入力結合される出力が減少する。これによって複数回走行の回数が制限されてしまうのである。

EP 1 252 687 B1に記載されたポンプ装置はこの問題を解決しようとしている。これについては"Pumpoptiken und Resonatoren fuer Scheibenlaser"，S. Erhard，学位学論文、シュツットガルト大学、２００２，ISBN 3-8316-0173-9"も参照されたい。ここではポンプ光ビームが、放物面ミラーによってレーザ活性媒体上に集束され、上記の複数回走行は、ポンプ光ビームが、例えばプリズムのような偏向素子を用いて、放物面ミラーの同一の環状領域において相異なる扇形に配置される相異なる反領域間で複数回偏向されることによって達成される。放物面ミラーは、この放物面ミラーの焦平面に配置されているレーザ活性媒体から放出されかつ発散したポンプ光ビームを平行化するため、複数回走行時に集束すべきポンプビーム場の発散が部分的に補償され、これによってレーザ活性媒体において比較的高いポンプ出力密度を形成することができるのである。

しかしながら放物面ミラーの相異なる扇形間でポンプ光ビームを偏向すると、走行の回数が増えるのに伴って、放物面ミラーに形成される反射面の利用率が下がることになる。すなわち、ポンプ光ビームを反射するためにはさらに小さな反射領域を有するさらに小さな角度領域（扇形）が必要になるのである。この結果、大きなレーザ出力には必要なポンプ光装置の効率は、ポンプ光のビーム品質を上げるかないしはビームパラメタ積ビームパラメタ積を下げなければ高めることができないのである。

C. Stewenによる"Scheibenlaser mit Kilowatt-Dauerstrichleistung"という題名の学位論文、シュツットガルト大学、２００２，ISBN 3-89675-763では、複数の偏向ユニットを使用し、放物面ミラー上の同様に複数の反射領域を有する複数の環状領域を結像に利用することが提案されており、ここでは個々の環は、放物面ミラーの区画に半径方向に配置されている。ポンプスポットの結像は、ここでは一般的にテレセントリックな結像で行われる。

ポンプ光ビームを偏向する回数が増えれば増えるほど、放物面ミラーを使用することによって補償することのできない発散の作用が大きくなる。このことは、放物面ミラーと偏向装置との間におけるポンプスポットないしは平行化されたビーム束の著しい広がりに結び付くため、このようなポンプ光装置においても複数回走行の回数が制限され、ひいてはレーザ活性媒体におけるポンプ出力密度の大きさが限られてしまうのである。

S. Erhardによる上記の学位論文では、複数回の走行を形成するために、結像に使用される２つのレンズ間の間隔と、これらのレンズの焦点距離の和とが等しいテレセントリックな結像を利用することも提案されている。実際のシステムではポンピングされるレーザディスクの表面の（場合によっては不所望の）湾曲および／または熱レンズが生じ、これらは結果的に、焦点距離（２ｆ）の和の間隔にレンズを配置したとしても結像時のビームの拡がりに結び付く合計焦点距離ｆ_resになる。上記の学位論文では、焦点距離の２倍からのレンズの間隔の小さな偏差δを導入してこの作用を補償することが提案されており、ここでこの偏差は、全体システムによってテレセントリックな結像が可能になるように選択される（δ＝ｆ²／ｆ_ges）。

しかしながらレーザシステムでは集束装置に起因して結像誤差が発生し、この結像誤差は、各走行時に累算される。したがってこれらの結像誤差によって複数回の走行の回数が制限され、ひいては活性媒体におけるポンプ出力密度の大きさが制限されるのである。これらの誤差は、付加的なレンズによっては表すことができず、上記の論文では考慮されていない。

本発明の課題
本発明の課題は、ポンプ光装置と、ディスクレーザと、対応するポンピング方法を提供し、これらによってレーザ活性媒体を通ってポンプ光が走行する回数を増やせるようにすることである。

本発明の対象
上記の課題は、本発明により、冒頭に述べたタイプのポンプ光装置によって解決され、このポンプ光装置では、複数の反射領域のうちの２つずつの反射領域間のポンプ光ビームの偏向が、理想的な結像系では集束装置の焦点距離の２倍に等しいテレセントリックな結像時の光路長よりも長い光路長で行われるように偏向素子が構成されており、これによってレーザ活性媒体上に連続して行われる集束時に、集束装置の結像誤差によって発生するポンプ光ビームのビーム広がりが補償されるかないしは阻止されるのである。

本発明の発明者が認識したのは、複数の反射領域のうちの２つの反射領域間で偏向する際の光路長が、集束装置の焦点距離のちょうど２倍に等しくなる（理想的な結像系において）テレセントリックな結像時においても、ポンプ光ビームが、連続する集束ステップにおいて拡がることである。これについての本質的な理由は、（中空ないしは放物面ミラーの）集束装置の複数の（不可避の）結像誤差であり、これらの結像誤差により、（名目的な）テレセントリックな結像時にも、遠距離場（すなわち２つの反射領域間のポンプ光ビーム）は、ポンプ光源から放射されるポンプ光ビームの最終的に拡がる直径が、走行のたびに拡大することになるのである。

ポンプ光装置の一般的に使用されるサイズにおいて、上記の拡散の拡大を有効に補償することのできるために必要な上記の付加的な光路長はふつう、中空ないしは放物面ミラーの焦点距離の約１／６以上ないしは約４分の１以上、殊に有利には半分以上である。一般的には上記の必要な付加的な光路長は、放物面ミラーの焦点距離よりも長くない。この付加的な光路長に対する数値は、中空ミラーの焦点距離の他に一般的には中空ミラーないしは反射面の直径Ｄにも依存する。ビームの拡がりを有効に補償するために必要な上記の付加的な光路長の正確な大きさについては解析的な式を示すことはできないが、この正確な大きさは、あらかじめ設定したパラメタを有するポンプ光装置に対し、シミュレーション計算（例えばレイトレーシング）によって求めることができる。

テレセントリックな結像時の光路長から所期のように偏差させることにより、ポンプ光ビームの拡がりをかなり阻止することができる。さらに上記のような設計より、近接場において、すなわち、結像面において、ポンプスポットの縁部において位相擾乱（Phasenstoerung）の低減に結び付く所望の不鮮明な結像が発生し、これも同様にレーザ共振器ないしはポンプ光装置の効率にプラスに作用する。実際の結像システムでは、場合によっては発生するレーザ活性媒体の熱レンズないしは湾曲に起因して、テレセントリックな結像に必要な光路長は正確には集束装置の焦点距離の２倍にはならない。レーザ活性媒体によって生じるこの作用は、テレセントリックな結像の光路長を求める際にテレセントリックな結像に必要である２倍の焦点距離からの偏差（δ＝ｆ²／ｆ_ges）を共に考慮することにより、場合によっては付加的に考慮ないしは補償することができる。しかしながらこの偏差δ＝ｆ²／ｆ_gesは、集束装置の結像誤差を補償するために必要な上記の付加的な光路長よりも格段に小さい。

上で説明した手段により、複数回通過の回数を増大させることできるため、ポンプ光ビームを方位方向に偏向するのに加えてこのポンプ光ビームを半径方向に偏向して、レーザ活性媒体において可能な限りに高いポンプ光出力が得られるようにすることは有利である。

このために反射面の中心軸から相異なる距離で離れている反射領域間でポンプ光ビームを偏向するように上記の偏向装置を構成することができる。これによって多数の複数回通過時にもこの集束装置の反射面を最適に利用することができる。かなり上の方で説明したように、これとは異なり、放物面ミラーのあらかじめ設定した表面ないしは反射面のあらかじめ設定した直径に対し、方位方向の偏向およびパスの回数の増加だけで、（平行化される）ポンプ光ビームの断面が小さくなり、ひいてはポンプ光のビーム品質が高められるはずである。

方位方向に偏向するだけで、反射面の直径を増大させ、これにより、場合によってはポンプ光ビームの断面を低減しないことも可能であるが、例えば放物面中空ミラーの最大直径は、その焦点距離に依存する。しかしながら放物面ミラーの直径が同じでありかつ焦点距離を短くした場合、このミラーのコマ収差は増大するため、上記の焦点距離は結像誤差によって制限される。しかしながら望ましいのは、半空間全体、すなわちほぼ２πの立体角を利用することである。また焦点距離を短くすることは、例えば、放物面ミラーとレーザ活性媒体との間にある据え付けスペースが小さくなり、場合によって偏向装置ないしは個々の偏向素子を収容するのに不十分になる。

１つの実施形態では、複数の環状領域のうちの２つずつの環状領域間で偏向する際に、レーザ活性媒体に入力結合されるポンプ光ビームの出力が最大になるように上記の光路長を選択する。発明者が発見したのは、上記のポンプ光装置からレーザ活性媒体に入力結合される出力、すなわちポンプ光装置の効率が、複数の反射領域間で偏向する際の光路長の選択に大きく依存することである。この際、入力結合される出力の顕著な最大値は、２つの反射領域間で偏向する際に、テレセントリックな結像の範囲から、すなわち集束装置の焦点距離の２倍の範囲から大きく偏差した光路長の際に得られることが示された。上記の最大値は、（必ずではないが）一般的に、上記の集束装置の焦点距離の約４分の１と全焦点距離との間の区間内にある付加的な光路長において得られる。殊に、この付加的な光路長が、少なくとも集束装置の焦点距離の半分の大きさであると有利である。

別の実施形態では、反射面の中心軸から同じ距離だけ離れた複数の反射領域のうちの２つずつの反射領域間でポンプ光ビームを偏向する偏向装置は、同じ光路長で構成される。殊に偏向のためのプリズムが設けられる場合、有利であることが判明したのは、上記の中心軸から同じ距離で離れている複数の反射領域のうちの２つずつの反射領域間で行われるすべての偏向を同じ光路長で行うことである。なぜならば、この場合にプリズムないしはプリズム対は、共通の面に配置することができ、これによりその扱いが簡単になるからである。しかしながら、個々のプリズムないしはプリズム対を必ずしも同じ（最適化された）間隔で配置する必要はないことは明らかである。殊に、１つのプリズム対を放物面ミラーに接近させて、このために別の１つのプリズム対を放物面ミラーから距離を離して配置する場合、このことは必ずしも結像品質が大きく損なわれることにはならないはずである。しかしながら放物面ミラーに対するプリズムないしはプリズム対の間隔を小さくすると、補償のために放物面ミラーの焦点距離を長くしなければならないクリップ損失（Abscheideverlust）が発生し、これは効果的に利用される立体角を小さくすることになる。

本発明によるポンプ光装置では、ポンプ光源から出射されるポンプ光ビームは、一般的に平行化され、円形のビーム断面を有し、上記の中心軸に対して平行に、例えば放物面として構成された反射面に当たる。したがって上記の複数の反射領域は、上記の中心軸に対して垂直な面に投影すると円形に構成されるのである。以下で円形の反射領域ないしは円形の反射面という場合、これはそれぞれ上記の中心軸に対して垂直面への投影についてのものである。

１つの実施形態において、上記の反射領域は、上記の反射面の内側にある第１環状領域および外側にある第２環状領域に配置され、また場合によって別の反射領域に配置される。同心の円形リングに複数の反射領域を配置することは有利であることが判明しており、これによれば、充填率、すなわちこれらの反射領域によって覆われる上記の反射面の面積領域を可能な限りに大きく選択することができる。これらの反射面の中心には一般的に反射領域はなく、レーザ活性媒体をポンピングする際に形成されるレーザビームのための通過開口部が設けられている。個々の環状領域の反射領域のサイズは、これらの反射領域が互いに離隔するように選択される。しかしながら面積を最適に利用するため、隣接する反射領域がそれぞれ１点で接するように反射領域のサイズを選択することも可能である。しかしながら基本的には個々の反射領域を重ねるべきではない。

１つの実施形態において、内側にある第１環状領域における複数の反射領域間で偏向する際のポンプ光ビームの光路長は、外側にある第２環状領域における反射領域間で偏向する際のポンプ光ビームの光路長よりも短い。ここで説明している純粋にテレセントリックではない結像において、内側にある環状領域の反射領域間で偏向する際の光路長が、外側にある環状領域の反射領域間で偏向する際の光路長よりも短いと有利であることが判明している。ポンプ光装置のこのような設計において注意すべきであるのは、偏向装置として偏向プリズムを使用する場合、ポンプ光ビームの偏向は１つの方位方向だけで行うべきであること、すなわち、同一の環状領域の反射領域間だけで行うべきであることである。なぜならば、平行化されたポンプ光ビームがポンプ装置の中心を通って伝搬する偏向では一般的に内側のプリズムセットによってクリップ損失が発生するからである。しかしながら、例えばファイバ束の形態の偏向装置を使用する際には一般的に半径方向の偏向も問題なく行えることは明らかである。

上記の偏向は、例えばミラー、偏向プリズムまたはファイバ束によって行うことができる。この偏向が従来のミラーによって行われる場合、上記の光路長は、幾何学的なパスの長さに等しくなる。これに対してポンプビームを偏向するためにファイバ装置を使用する場合または全反射を利用する場合、ポンプ光ビームは、光学的な媒体を通して伝搬し、光路長の計算時にはその屈折率を一緒に考慮しなければならない。

偏向プリズムまたはミラーの形態をした偏向ユニットを使用する場合、純粋なテレセントリックな結像でない場合にその切断へりは、レーザディスクないしはレーザ活性媒体を有する面内にはなく、集束装置からさらに遠ざかっている。外側の環状領域の偏向ユニットは、内側の環状領域の偏向ユニットよりも、レーザディスクを有する面から遠ざかっている。上で説明したようにここではポンプ光ビームの発散を増大させないため、鮮明な結像は発生しない。

例えば（近似的に）放物面状に湾曲された反射面のような（湾曲した）１つの反射面の、中心軸から半径方向に異なる距離で離れた環状領域における複数の反射領域間でポンプ光ビームを偏向する場合、偏向のためにミラーまたはプリズムを使用すると別の問題が発生する。すなわち、光軸に対して所定の角度では配置される対象体（レーザディスクないしはポンプスポット）を最大の鮮明さで結像するためにはいわゆるシャインプルーク条件を満たさなければならない。すなわち、画像面を回転し、これによって対象体がそれ自身に結像できるようにしなければならないのである。半径方向外側の環状領域における反射領域から内側の環状領域における反射領域に（またはその逆に）偏向する場合には、偏向のために偏向プリズムまたはミラーを使用する場合この条件はもはや必ずしも満たされない。またこれはポンプ光ビームの拡がりに結び付いてしまうのである。

別の１つの実施形態において上記の偏向装置は、第１環状領域の反射領域と、第２環状領域の反射領域との間でポンプ光ビームを偏向する偏向素子を有しており、この偏向素子は、２つのミラー面ならび結合光学系を有しており、上記のミラーと結合光学系とは、上記の偏向に対応する２つの集束作用によって、上記の反射領域にポンプ光ビームを結像する際にシャインプルーク条件を満たすように構成される。この結像光学系は、例えば２つのレンズの形態をした透過的に結像するまたは反射式の光学系を有しており、これらの光学系は、互いにかつビーム路に対して適当な角度で配向されて適切に取り付けられた（平板の）複数のミラー面との組み合わせで、画像面をシフトおよび傾斜させる。ここでこの画像面は、相応に集束した際にポンプスポットがそれそのもの結像される場合に、上記のシャインプルーク条件が満たされるように選択される。

上記のような偏向素子の偏向ミラーないしは偏向プリズムは、レーザ活性媒体を有する面に対し、各環状領域内において方位方向の偏向だけを行う偏向素子とは一般的には間隔が異なる。内側の環状領域と外側の環状領域との間で偏向される際にポンプ光ビームが進む光路長は一般的に、各環状領域内で方位方向に偏向する場合よりも、焦点距離の４倍長い。しかしながら、半径方向に偏向するための偏向素子は、必ずしもシャインプルーク条件を満たす必要がないことは明らかである。したがって、例えば、ミラー面が互いに直角に配向されている対称な偏向プリズムを半径方向の偏向に使用することも可能であり、この際には結像光学が省略される。

有利な実施形態において、第１環状領域は、６個の反射領域を有する。このことは、可能な限りに大きな充填率を得るために有利であることが判明している。（円形の）反射領域の個数をこのようにすると、隣接するすべての反射領域は互いに直接接するため、利用可能な面積を最適に利用することができる。

１つの発展形態において、第２環状領域は、１２個の反射領域を有する。殊に第１環状領域が６個の（円形の）反射領域を有する場合、この場合にも（円形の）反射領域を最適に利用することかできる。すなわち、反射領域のこの個数において充填率は、（局所的な）最大値を有するのである。

別の発展形態において上記の反射面は、半径方向外側にある第３環状領域を有しており、この第３環状領域には、１８個の反射領域が含まれている。この場合にも、反射面における反射領域のこのような個数において充填率は（局所的に）最大になる。場合によってさらに別の環状領域を設けることができることは明らかであり、この際には各環状領域における反射領域の個数を適当に選択することにより、面積利用率を最大化することができる。

別の実施形態において上記の反射面は、非球面形状、有利には放物面形状、殊に放物面形状からわずかに偏差する非球面形状を有する。集束装置として一般的には中空ミラーが使用され、これは一般的には（近似的に）放物面状の反射面を有しており、これにより、（回転対称の）反射面によって反射されるレーザ活性媒体からのポンプ光ビームが平行化されるようにする。このような機能は、場合によって別の非球面の面によって実現することもでき、または場合には中空ミラーに区画を形成するかないしはカット面を付けることが可能であり、この際には各カット面は、上記の複数の反射領域の各反射領域に対応付けられる。

１つの実施形態において上記の偏向装置は、殊に（環状領域内の）方位方向の偏向に対し、対称面に対して鏡映対称に配向された２つの偏向面を有する少なくとも１つの偏向素子を有しており、これら偏向素子は、有利には１つまたは複数のプリズムに形成される。この偏向素子は、偏向面として使用される隣面における全反射を利用する１８０°偏向プリズムとして構成することが可能である。しかしながらここでは、例えば鏡面化された斜面を有する２つのプリズム（または複プリズム）を１８０°偏向素子として使用することも可能である。択一的には、例えば互いに９０°の角度で配置されておりかつ場合によっては共通の辺で接する２つの平板ミラーを偏向に使用することも可能である。

上で説明したように、例えば互いに直角をなす偏向面を有する偏向素子の代わりに別のタイプの偏向素子、例えばファイバ束を使用することも可能である。また上で説明したようにポンプ光ビームの１８０°偏向を必ずしも行う必要はない。しかしながら基本的には、ポンプ光ビームの方向の偏向だけをビーム位置移動と共に行う、すなわちポンプ光ビームを平行移動する偏向が有利である。

別の実施形態において上記の偏向装置は、第１環状領域および／または第２環状領域の反射領域間で方位方向にポンプ光ビームを偏向する偏向素子を有する。このような偏向素子は、方位方向にポンプ光ビームの偏向するためだけに使用され、この偏向ユニットにより、場合によっては第１環状領域の反射領域と、第２環状領域の反射領域との間の半径方向の偏向も行うことができるようにこの偏向ユニットを構成することも可能である。ポンプ光ビームそれ自体を反射して戻し、例えば上記の中心軸に対して垂直な面内に配置される平板ミラーによって形成することの可能な別の偏向素子を設けることもできることは明らかである。

別の実施形態において、上記のポンプ光装置は、ポンプ光ビームを形成するためのポンプ光源を有する。このポンプ光源は、直径がポンプ光ビームの最小の直径によって決定されるビーム出射面において出射するポンプ光を形成する。このポンプ光源は、ポンプ光ビームの発散（ないしは開口角）を定め、ひいてはポンプ光ビームのビームパラメタ積も決定する。ここでのこのビームパラメタ積は、ポンプ光ビームの半径×０．５×（遠隔場における）全開口角として定義される。

別の実施形態では、上記のポンプ光源と反射面との間のビーム路にポンプ光ビームを平行化するためのコリメータ光学系が配置される。平行化されたポンプ光ビームは、反射面に当たり、この反射面において一般的には円形の反射領域（英語ではspot）を形成する。かなり前に説明したように、平行化されたポンプ光ビームを上記の反射面に入射させることは有利である。なぜならばこの平行化されたポンプ光ビームは、レーザ活性媒体に集束させた後、このレーザ活性媒体から反射面に向かって反射されて戻り、（放物面状の）反射面によって平行化されるため、偏向の際にビーム直径が大きくならないからである。

別の実施形態では、上記のポンプ光源から出射するポンプ光ビームの直径は、上記の平行化されたポンプ光ビームの直径の半分である。これにより、以下に反射面として放射面ミラーを使用する場合に示したように、使用するポンプ光のビームパラメタ積を最大化することができる。すなわち、
平行化されたビームの直径Ｄ_kollは、上記のポンプ光源の直径および発散角と共に増大する。しかしながら反射面（放物面ミラー）上では上記の平行化されたポンプ光源に対して限られたスペースしか利用できず、また直径Ｄ_kollは、上記のビームパラメタ積ＢＰＰ，ポンプビームＤ_pumpおよび放物面ミラーｆ_paraの焦点距離によって与えられる（Ｄ_koll＝４ｆ_para／Ｄ_pumpＢＰＰ＋Ｄ_pump）ため、上記の放物面ミラーにおいて最大限に可能な平行化されたビームＤ_kollを得るために、ポンプ光源を有することの可能な最大ビームパラメタ積ＢＰＰ_maxに対して
ＢＰＰ_MAX＝（Ｄ_koll−Ｄ_pump）＊Ｄ_pump／（４＊ｆ_para）
が得られる。

放物面ミラーの焦点距離ｆ_paraは、ｋ＊Ｄ_pumpによっても表すことができ、ただしｋは、偏向プリズムないしはミラーおよび放物面ミラーの幾何学寸法に実質的に依存する定数である。放物面ミラーの焦点距離ｆ_paraをあらかじめ設定する場合、最大値Ｄ_koll＝２Ｄ_pumpを得るためにＤ_pumpにしたがってＢＰＰ_MAXをゼロにすることができる。

本発明の別の様相は、上で説明したようなポンプ光装置およびレーザ活性媒体を有するディスクレーザに関する。このディスクレーザ（またはディスクレーザ増幅器）が、例えば、レーザ活性媒体の鏡面化された背面（レーザディスク）と、例えば（部分透過性の）出力結合ミラーのようなレーザビームを出力結合するための素子との間に形成することの可能な共振器を有することも明らかである。上記のポンプ光は、ディスクレーザのレーザ活性媒体を複数回通過し、複数回通過する際にもポンプ光は、比較的大きなビームパラメタ積で利用できるため、このポンプ光源を供給するためのコストを低減することができる。複数回通過の回数を多くし、純粋にテレセントリックでなり結像を使用することにより、同時にディスクレーザの効率を高めることができる。

本発明はまた冒頭に述べたタイプのレーザ活性媒体をポンピングする方法にも関しており、ここでは、レーザ活性媒体に連続して集束する際に集束装置の結像誤差によって発生するビームの拡がりを補償するため、理想的な結像時に集束装置の焦点距離の２倍に等しい、テレセントリックな結像時の光路長よりも長い光路長で上記の複数の反射領域のうちの２つずつの反射領域間で上記のポンプ光ビームの偏向が行われる。上で説明したように、純粋にテレセントリックでない結像により、連続する集束時にレーザ活性媒体におけるポンプスポットの拡大を（ほぼ）完全に補償することができる。場合によっては、テレセントリックな結像に必要な光路長を適当に適合させることにより、上記のレーザ活性媒体によって発生するポンプ光ビームのビームの拡がりも補償することができる。

１つの変形実施形態において、上記の複数の反射領域のうちの２つずつの反射領域間で偏向する際にポンプ光ビームの光路長を選択して、上記のレーザ活性媒体に入力結合されるポンプ光ビームの出力を（複数回通過の回数があらかじめ設定された際に）最大化するように、すなわちポンプ光の入力結合の効率が最大になるようにする。

別の変形実施形態において、テレセントリックな結像時の光路長を上回る上記の付加的な光路長は、上記の集束装置の焦点距離の少なくとも４分の１、有利には半分（場合によってはこの焦点距離の少なくとも６分の１ですでに十分である）。かなり上の方ですでに説明したように、上記の集束装置の結像誤差を有効に補償するために必要となる上記の付加的な光路長は、比較的長いのである。

テレセントリックな結像時の光路長を上回る上記の付加的な光路長は、例えば、上記の反射面の直径に依存して決定することが可能である。かなり上の方で説明したように、上記の付加的な光路長の値は、殊に上記の中空ミラーないしは反射面の直径に依存する。この中空ミラーの放物面状の形状からの偏差も、場合によってはわずかに別の付加的な光路長になる。場合によっては上記の結像誤差を大きくさせ、ひいては周回の回数をさらに大きくするため、上記のミラーの形状を局所的に設定する際に放物面状の面形状から所期のように偏差させることも可能である。

別の変形実施形態では、有利には上記の複数の変形実施形態と組み合わせて上記の放物面ミラーの面を適合させることができる。この際には結像誤差をさらに最小化するため、上記の放物面状の面から偏差する。これによってさらに多くの通過が可能になる。

本発明の別の利点は、以下の説明および図面から得られる。また上述しかつさらに引き続いて説明する複数の特徴はそれぞれそれ自体で、または任意の複数の組み合わせで使用することができる。以下に示しかつ説明する実施形態は、すべてを列挙したものであると理解すべきではなく、むしろ本発明を説明するための例示的な性質を有するものである。

従来技術に記載されたポンプ光装置を有するディスクレーザを示す図である。 反射面の中心軸の周りに種々異なる角度領域で配置される反射領域を有する円形の反射面の概略図である。 中央の開口部と、６個の反射領域を備えた第１環状領域とを有する反射面を略示する図である。 １２個の反射領域を有する第２環状領域ないしは１８個の反射領域を有する第３環状領域を備えた反射面を略示する図である。 反射領域間でポンプ光ビームを偏向するために種々異なって構成された３つの偏向装置を有する図４ａの反射面を示す図である。 本発明によるポンプ光装置を有する本発明のディスクレーダを略示する図である。 シャインプルーフ条件を満たすための結像光学系の偏向素子を略示する図である。 シャインプルーフ条件を満たす結像光学系を説明するための偏向素子を簡略化して示す図である。 図８ａ〜ｃは、レーザ活性媒体を有する焦平面と、偏向素子との間隔に依存してレーザ活性媒体に入力結合されるポンプ出力のグラフを示す図である。

図１には、冷却のためのヒートシンク３上に配置されるレーザディスクの形態のレーザ活性媒体２を有するディスクレーザ１が示されている。ヒートシンク３側を向いたレーザディスク２の面には反射性のコーティング２ａが被着されており、このコーティングは、部分透過性の出力結合ミラー４と共に、レーザ活性媒体２を励起することによって形成されるレーザビーム５用の共振器を構成しており、このレーザビームは、図１において矢印で示したように部分透過性の出力結合ミラー４を通って共振器を離れる。

レーザ活性媒体２を励起するため、ディスクレーザ１は、ポンプ光源７を備えたポンプ光装置６を有しており、このポンプ光源は、まず発散したポンプ光ビーム８を形成し、このポンプ光ビームは、図１において説明を簡単にするただ１つのレンズ９の形態で示したコリメーション光学系において平行化される。平行化されたポンプ光ビーム８は、中空ミラー１に構成されている反射面１０に当たる。反射面１０は、中空ミラー１１の中心軸１２に対して回転対称になっており、放物面状に湾曲されている。すなわち中空ミラー１１は放物面ミラーを構成しているのである。平行化されたポンプ光ビーム８は、中空ミラー１１の中心軸１２に対して平行に走行する。中空ミラー１１はさらに、レーザ活性媒体２において形成されるレーザビーム５が通過するための中央の開口部１３を有する。

平行化されたポンプ光ビーム８は、放物面状の反射面１０において反射し、（焦点距離ｆの）中空ミラー１の焦点ないしは焦平面に配置されたレーザ活性媒体２に集束される。ここではポンプ光源７のビーム出射面は、放物面ミラー１１の焦点距離ｆと、（図示しない）コリメータレンズ９の焦点距離とによって決まる結像倍率で焦平面のレーザ活性媒体２に結像される。

ポンプ光ビーム８は、つぎにレーザ活性媒体２の背面における反射性のコーティング２ａにおいて反射し、発散して反射面１０に当たり、この反射面でもう一度反射する。反射されたポンプ光ビーム８は、反射面１０の放物面状の幾何学形状によって平行化され、つぎに中心軸１２に対して垂直な面に配置された平面鏡の形態の偏向素子１４に当たり、この偏向素子において反射して戻される。

図１に関連して上で説明したポンピング方式においてまだ説明していなかったのは、ポンプ光ビーム８が、反射面１０に最初に当たった後、また反射面１０に最後に当たった後、反射面１０に形成されかつ相異なる角度領域で中心軸１２の周りに配置された反射領域間で複数回偏向されることである。これらの反射領域Ｂ１〜Ｂ８は、図２に示したように等間隔で中心軸１２の周りに配置することができる。

レンズ９によって平行化されたポンプ光ビーム８は、第１反射領域Ｂ１において反射面１０に当たり、まずレーザ活性媒体２で反射し、つぎに図２において破線の矢印で示したように第２反射領域Ｂ２に当たる。ポンプ光ビーム８は、例えばプリズムの形態をした図示しない偏向素子によって第２反射領域Ｂ２から第３反射領域Ｂ３に偏向される。ここでこの偏向素子は、同様に図示しない偏向装置の一部分である。ここからポンプ光ビーム８は、レーザディスク２を介して第４反射領域Ｂ４に反射され、この第４反射領域から、図示しない別の偏向素子を介して第５反射領域Ｂ５に偏向される等々であり、これは、ポンプ光ビームが第８反射領域Ｂ８に達するまで行われる。この第８反射領域では、ポンプ光ビームは、図１に示した平面鏡１４によって反射されて戻る。図２に示した反射領域Ｂ１〜Ｂ８の配置構成における上記の偏向素子の詳細については、冒頭で引用したEP 1 252 687 B1を参照されたい。この欧州特許明細書は、参照によってこの明細書の内容にするものとする。

図２に示した反射面１０では、反射領域Ｂ１〜Ｂ８は、中心軸１２に対して同じ間隔で配置されており、互いに離隔されている。この形態の配置において、反射面１０上の利用可能なスペースが、反射に最適に利用されていないのは明らかである。すなわち、（図２に示した投影図では中心軸２に垂直な）反射面の全表面積に対する反射に利用される面積の商である充填率は比較的小さいのである。

反射領域の与えられた半径ｒでありかつ反射面の与えられた半径がＲ１である場合、図３に示した反射領域１０の場合のように隣接する反射領域が互いに直接接触すれば、上記の充填率を格段に高めることができる。ここには中央の開口部１３の周りに６個の反射領域Ｂ１〜Ｂ６が配置されており、これらの反射領域はそれぞれ互いに直接接している。中央の開口部１３は、反射領域Ｂ１〜Ｂ６と同じ半径ｒを有しているため、(７×π×ｒ²)／(π(３ｒ)²)＝７／９の充填率が得られる（ここではＲ１＝３ｒが成り立つ）。図３の反射面Ｂ１〜Ｂ６は、第１環状領域ＲＢ１を構成し、この第１環状領域は、内側に向かっては中央の開口部１３に接しており、外側に向かっては反射面１０の半径Ｒ１に接している。

図４ａに示した反射面１０では、内側の第１の環状領域ＲＢ１に、外側の第２の環状領域ＲＢ２が接しており、この第２の環状領域には、１２個の反射領域Ｂ７〜Ｂ１８が配置されている。これらの反射領域も同様に互いに直接接しているため、反射領域Ｂ１〜Ｂ１８をこのように配置する際には充填率が最適化される。同じことが図４ｂに示した反射面１０についても当てはまり、この反射面は第３の環状領域ＲＢ３を有しており、この第３の環状領域には、別の１８個の反射領域Ｂ１９〜Ｂ３６が配置されており、これらの反射領域も互いに直接接している。図３，図４ａ，ｂに示した３つの反射面１０はそれぞれ、６個、１８個および３６個の（円形の）反射領域を有する。反射領域のこの個数においてそれぞれ、充填率の（局所的な）最大値が得られる。

可能な限りに大きなビームパラメタ積ないしは可能な限りに低いポンプ光ビーム８のビーム品質で機能させるため、ポンプ光源７から送出されるポンプ光ビーム８の直径Ｄ_PUMPを、上記の平行化されるポンプ光ビーム８の直径Ｄ_KOLLの半分に選択する。

以下では、図５ａ〜ｃに関連して、図４ａの反射面１０の１８個の反射領域Ｂ１〜Ｂ１８間で偏向がどのように実現できるか、異なる３つの選択肢を説明する。ここで反射領域Ｂ１〜Ｂ１８は、図４ａとは異なり、これらの反射領域をポンプ光ビーム８が走行する順序にしたがって番号が付されているため、外側の環状領域ＲＢ２は、反射領域Ｂ１〜Ｂ１２を有しており、内側の反射領域ＲＢ１は、反射領域Ｂ１３〜Ｂ１８を有する。

図５ａに示した変形実施形態では、ポンプ光装置６の偏向装置１５が示されており、ここでは（複）プリズムの形態の２タイプの偏向素子１６ａ，１６ｂが使用されている。すなわち、外側の環状領域ＲＢ２においてそれぞれ隣接する反射領域Ｂ２〜Ｂ１１間で方位方向に偏向するための５個の複プリズム１６ａと、内側の環状領域ＲＢ１においてそれぞれ隣接する反射領域Ｂ１４〜Ｂ１７間で方位方向に偏向するための複プリズム１６ｂとが使用されているのである。付加的にはポンプ光ビーム８を半径方向に偏向するための偏向素子１７が設けられており、この偏向素子は、例えば、互いに９０°の角度で配向された（図５ａには示していない）偏向面を有する２つの偏向ミラーにより、または複プリズムによって構成される。

図５ｂに示した変形実施形態では、２つの偏向素子１６ｃないしは１６ａが構成されており、これらの偏向素子は、対称面に関して鏡映対称なそれぞれ２つのプリズムを有する。第１偏向素子１６ｃは、外側の環状領域ＲＢ２のそれぞれ３つの反射面間で偏向するために使用される。第２偏向素子１６ａは、外側の環状領域ＲＢ２のそれぞれ２つの反射領域を偏向するために使用される。別の２つの偏向素子１６ｂは、図５ａに示した偏向の変形実施形態において、内側の環状領域ＲＢ１の隣接するそれぞれ２つの反射面Ｂ１５〜Ｂ１７間の偏向に使用される。図５ａのように、互いに９０°で配向された偏向ミラーないしは偏向面の形態をした偏向素子１７は、外側の環状領域ＲＢ２の反射領域Ｂ１２と、内側の環状領域ＲＢ１の反射領域Ｂ１３との間での偏向に使用され、これらは、図５ａとは異なり、半径方向に直に接してはいない。

図５ｃに示した変形実施形態では、図５ｂのように２個の偏向素子１６ｄないしは１６ａが使用されており、これらの偏向素子は、対称軸に関して鏡映対称なそれぞれ２個のプリズムを有する。偏向素子１６ｄは、外側の環状領域ＲＢ１の２個ずつの反射領域間においても、内側の環状領域ＲＢ２の隣接する２つの反射領域間においてもポンプ光ビーム８を方位方向に偏向するために使用される。ここで２個ずつの偏向ユニット１６ｄは、角度１２０°の扇形を覆っている。

角度１２０°の残りの扇形には、複プリズムの形態をした別の偏向素子１６ａが設けられており、この偏向素子は、外側の環状領域ＲＢ２の隣接する２つの反射領域Ｂ６，Ｂ７間でポンプ光ビーム８を偏向するために使用される。外側の環状領域ＲＢ２の反射領域Ｂ１２と、内側の環状領域ＲＢ１との間で半径方向に偏向するために使用される別の偏向素子１７は、別の偏向素子１６ａと同じ構造を有しており、同様に複プリズムとして構成されている。

図５ａに示した偏向装置１５は、殊に有利であることが判明している。なぜならば、ここではいわゆるクリッピング作用（切り取り損失）を回避できるからである。この作用は、内側の環状領域ＲＢ１の反射領域Ｂ３〜Ｂ８用の偏向素子としてのプリズムが、外側の環状領域ＲＢ２の反射領域Ｂ１〜Ｂ１２用の偏向素子として使用されるプリズムよりも上記の放物面ミラーの近くに配置されている場合には、中心部を介してポンプビームを偏向する際に発生する。

図６には、ポンプ光装置６を有するディスクレーザ１が示されており、このポンプ光装置には、図５ａに示したタイプの、すなわち複プリズムタイプの偏向素子１６ａ，１６ｂが設けられており、わかりやすくするため、これらの偏向素子のうち、２つの環状領域ＲＢ２，ＲＢ１の１つずつに対する１つずつの偏向素子１６ａ，１６ｂだけが示されている。ここで偏向素子１６ａ，１６ｂはそれぞれ、反射面１０の焦平面１８から間隔ｄ２ないしはｄ１で配置されており、この間隔はそれぞれ、（複）プリズムとして構成される偏向素子１６ａ，１６ｂの同じ底面から出発して定められる。

これらの偏向素子１６ａ，１６ｂは、ポンプ光ビーム８が反射領域Ｂ１３〜Ｂ１８ないしはＢ１〜Ｂ１２（図５ａを参照されたい）のうちのそれぞれ２つの反射領域間で偏向される際に進む光路長が、中空ミラー１１の焦点距離の２倍よりも大きくなるように配置される。なぜならば、この光路長は２ｆ＋２ｄ２ないしは２ｆ＋２ｄ１になるからである。

結像時のテレセントリックなビーム路に対し、上記の光路長は２ｆであるため、図６に示したポンプ光装置６では、テレセントリックな結像からは偏差している。すなわち、上記の光路長は、テレセントリックな結像における光路長よりも長いのである。この一層長い光路長は、レーザ活性媒体２に連続して集束する際のポンプ光ビーム８のビームの広がりを補償ないしは阻止するために使用される。

これを達成するため、偏向素子１６ａ，１６ｂは、焦平面８から相異なる間隔ｄ２，ｄ１で配置され、ここですべての偏向素子１６ａは、外側の環状領域ＲＢ２の反射領域Ｂ１〜Ｂ１２間でポンプ光ビームを方位方向に偏向するため（図５ａを参照されたい）、焦平面１８に対して同じ間隔ｄ２を有する。これに相応して、すべての偏向素子１６ｂは、内側の環状領域ＲＢ１の反射面Ｂ１３〜Ｂ１８間でポンプ光ビーム８を方位方向に偏向するため、焦平面１８に対して同じ（小さい方の）間隔ｄ１で配置される。

通過する回数があらかじめ設定されている場合にレーザ活性媒体２に入力結合されるポンプ光ビーム８の出力を最大化するためのこれが有利であることが判明している。なぜならば、これは、焦平面８に対する偏向素子１６ａ，１６ｂのそれぞれの間隔ｄ２，ｄ１に依存するからである。この関係を以下、図８ａ〜ｃに示した複数のグラフに基づいて詳しく説明する。これらのグラフは、効率、すなわち、ポンプ光源７の入力パワーが１Ｗの場合に、レーザ活性媒体２に入力結合される（出口）パワーＰを（ワットで）、（ｍｍの）各間隔ｄ１ないしはｄ２に依存して示しており、間隔ｄ１，ｄ２のマイナスの符号は、焦平面１１がマイナスのｘ方向（図６を参照されたい）に遠ざかることに相応し、焦平面１８は座標ｘ＝０を有する。

図８ａ〜ｃに示したグラフはシミュレーション計算に基づいており、ここでは、内側の環状領域に８個の反射領域および外側の環状領域に１４個の反射領域を有する、４４倍のキャビティの形態のポンプ光装置をシミュレーションされている。図８ａのグラフでは、外側の偏向素子１６ａだけが設けられている場合に、すなわち内側の偏向素子１６ｂを考慮することなく、間隔ｄ２に依存した出力Ｐが示されており、ここでは端部ミラー１４も考慮していない。

図８ｂでは、すべての偏向素子１６ａ，１６ｂならびに端部ミラー１４を有する全体偏向装置１５がシミュレーションされており、図８ｂでは、レーザ活性媒体２を有する面ないしは焦平面１８からの内側の偏向素子１６ｂの間隔ｄ１に対する、出力Ｐないしは効率の依存性が示されている。最後の図８ｃには、２つの間隔ｄ１，ｄ２に対する出力Ｐの依存性が３次元的に示されている。

図８ａ〜ｃからわかるように、最大の出力Ｐないしは効率の領域は、図示したシミュレーション結果において|ｄ１|＞８ｍｍおよび２５ｍｍ＞|ｄ２|＞１５ｍｍの領域内にある。しかしながら間隔ｄ１，ｄ２の適当な値は、幾何学的な所与の条件に依存し、殊に焦点距離ｆ（ここでは焦点距離ｆ＝８０ｍｍ）と、中空ミラー１１の直径（より正確にいうと、反射領域が形成されている反射面１０の直径Ｄ）に依存し（ここではＤ＝１５０ｍｍ）に依存するため、図８ａ〜ｃに説明した結果（間隔の絶対値については）簡単に一般化することはできない。しかしながら際立っているのは、最大出力が形成される間隔ｄ１，ｄ２が、テレセントリックな結像（すなわちｄ１＝０，ｄ２＝０）における構成から大きく偏差することである。有利であることが判明したのは、上記のテレセントリックな結像を上回る上記の付加的な光路長（即ち２ｄ１ないしは２ｄ２）が、少なくとも４分の１になり、有利には、放物面ミラーの焦点距離ｆの少なくとも半分になることである。一般的にはこの付加的に光路長は、放物面ミラー１１の焦点距離ｆよりも長くない。

上記のシミュレーション計算では、レーザディスクの静的な湾曲（約２．２ｍ）が生じさせる作用を考慮している。動作時に熱的な作用によって発生するレーザディスク２の湾曲の（動的な）変化だけが考慮されていない。これは、場合によってはテレセントリックな結像に必要な光路の変化に結び付けることができ、この変化は、例えば、冒頭で引用したS.Erhardの学位論文に記載された手法で付加的に補償することができる。しかしながら上記の熱的な屈折度変化は極めてわずかである（０．０４ｄｐｔ〜約０．１ｄｐｔの範囲である）。これに対して上記のディスクの静的な屈折度は、約０．６ｄｐｔ〜０．９ｄｐｔの範囲内にあり、これに対して放物面ミラーの屈折度は約２５ｄｐｔである。

以下で例示的に２つの環状領域ＲＢ１，ＲＢ２について説明する複数の環状領域ＲＢ１〜ＲＢｎを使用する際には、第１環状領域ＲＢ１の反射領域Ｂ１３と、第２環状領域ＲＢ２の反射領域Ｂ１２との間でポンプ光ビーム８を変更するために使用される偏向素子１７（図５ａを参照されたい）において、放物面状に湾曲した反射面１０が、レーザ活性媒体２ないしはそこに形成されるポンプスポットを最大の鮮明さで結像しないという問題が発生する。なぜならば、このためにはいわゆるシャインプルーク条件を満たなければならないからであり、すなわち画像面を回転して、対象体（ディスク上のポンプスポット）が再びそれそのもの結像できるようにする必要があるが、これは、互いに９０°の角度をなしかつ対称面を有する鏡面ないしプリズム面だけしか有しない偏向素子１７を使用する際には不可能だからである。

図７ａには、シャインプルーク条件を満たしかつ放物面ミラー１１を使用する際に画像面が回転される偏向素子１７ａの構造が示されている。上記の補正を行えるようにするためには、（例えば約４ｆの）光路長を延長して、中間画像面が形成されるようにしなければならない。これは、図示の構造においてビーム路に２つの平行化レンズ２２，２３を入れることによって解決される。わかりやすくするため、図７ａでは１つのビーム束だけが示されている。したがってこの場合、形成される中間画像面はただ１つの点である。偏向素子１７ａは、２つの鏡面２０ａ，２０ｂを有する複プリズム２１も有する。複プリズム２１は、対称面を有しておらず、また鏡面２０ａ，２０ｂがビーム軸（Ｘ方向）に対してなす角度および互いになす角度は、レーザディスクにおいて鮮明な結像が発生するように適合されている。上記の適合化のための１つまたは複数の角は、放物面ミラー１１によってレーザディスク２に反射されるポンプビームの入射角に依存する。偏向素子１７ａは、角度を適切に選択すると、環状領域ＲＢ１，ＲＢ２間で偏向する際に画像面を回転して同じ位置に戻す。

図７ａに示した構造では、環状領域ＲＢ１，ＲＢ２間の偏向はテレセントリックであり、環状領域ＲＢ１ないしＲＢ２内の偏向は非テレセントリックに構成される。環状領域内での偏向するための偏向素子１６ａおよび１６ｂはわかりやすくするために示されておらず、その位置は図６に示したものと同じである。しかしながら、環状領域ＲＢ１，ＲＢ２間の偏向を非テレセントリックに構成する選択肢もある。しかしながら非テレセントリックな結像の利点は、殊に、複数回走行する際に得られ、これは、例えば、各環状領域ＲＢ１ないしはＲＢ２内で偏向が行われる場合である。

図７ｂは、放物面ミラー１１を使用する際にシャインプルーク条件を満たすための画像面の回転を説明するために使用されている。ここでは、中空ミラー１１が２つのレンズＢ１２およびＢ１３によって置き換えられた簡略化した図が選択されており、これらのレンズは、実際には中空ミラー１１における反射領域に相応する。これにより、図７ｂにおいてレーザ媒体２は２つの位置を有しているが、実際には（中空ミラーにより）図７ａに示したように偏向プリズムの側面の１つの箇所にあることになる。偏向素子１７ａは、図７ａに示したように面２１ａに対して対称に配向された２つの偏向面２０ａ，２０ｂを有しており、これらの偏向面は、複プリズム２１に形成されており、共通の底辺に沿って接している。偏向素子１７ａはさらに２つのレンズ２２，２３の形態の結像光学系を有しており、これらのレンズは、光路長を延長して、シャインプルーク条件に対する補正が行えるようにするために使用される。

図７ｂの右下に示されている結合光学系２２，２３の光軸２４に対して所定の角度で配置されるレーザ活性媒体２は、わかりやすくするためにレンズとして示されている中空ミラー１１の第１反射領域Ｂ１２において偏向されて（ここでは透過して）平行化される。平行化されたポンプ光ビーム８は、第１レンズ２２により、画像面として使用される第１偏向面２０ａに結像される。この画像面は、第２偏向面２０ｂによって傾けられ、引き続いて第２レンズ２３によって別の角度で結像されるため、中空ミラー１１の（内側の）反射面Ｂ１３で反射した後、レーザ活性媒体２の画像は、別の箇所にかつ別の画像位置に発生し、シャインプルーク条件が満たされるのである。

すでにかなり前で説明したように、環状領域ＲＢ１，ＲＢ２間で偏向するため、図７ａ，ｂに関連して説明したようにテレセントリックな結像を生じさせるのではなく、非テレセントリックな結像を選択することにより、ポンプ光ビームの拡がりが抑制されるように偏向素子１７ａを択一的に構成することも可能である。

上で説明した偏向装置１５ではそれぞれ、相異なる環状領域ＲＢ１，ＲＢ２間で１回だけ偏向が行われる。しかしながら明らかであるのは、場合によっては環状領域ＲＢ１，ＲＢ２間のポンプ光ビーム８の半径方向の偏向を複数回行うこともできることであり、この場合にはポンプ光ビームの拡がりを抑制するために非テレセントリックな結像が有利である。さらに上で説明した偏向装置１５では、ポンプ光源７の平行化されたポンプ光ビーム８がそれぞれ外側の環状領域ＲＢ２に入力結合され、内側の環状領域ＲＢ１において出力結合されるかないしは反射して戻される。しかしながら、逆のケースも同様に可能であり、すなわち、内側の環状領域ＲＢ１において入力結合し、また外側の環状領域ＲＢ２において反射して戻されることを可能であることも明らかである。択一的には同一の環状領域ＲＢ１ないしはＲＢ２への入力結合も出力結合も行うことができる。

さらに、わかりやすくするために２つの環状領域ＲＢ１，ＲＢ２だけに関連して偏向装置１５を説明したが、適当に適合化した偏向装置１５は、３つ（図４ｂを参照されたい）またはそれ以上の環状領域を有する反射面１０を使用する場合にも可能であることは明らかである。

Claims (22)

1. ディスクレーザ（１）用のポンプ光装置（６）であって、
   該ポンプ光装置は、
   ポンプ光ビーム（８）をレーザ活性媒体（２）に集束する反射面（１０）備えた、殊に中空ミラー（１１）のような集束装置と、
   前記反射面（１０）の中心軸（１２）の周りに異なる角度範囲で配置されておりかつ前記反射面（１０）上に形成される複数の反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２）間で前記ポンプ光ビーム（８）を偏向する偏向装置（１５）とを有する、ポンプ光装置（６）において、
   前記レーザ活性媒体（２）に連続して集束する際に前記集束装置（１１）の結像誤差によって発生する前記ポンプ光ビーム（８）のビーム拡散を補償するため、前記複数の反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２）の２つずつの反射領域間で、テレセントリックな結像における光路長（２ｆ）よりも長い光路長（２ｆ＋２ｄ１；２ｆ＋２ｄ２）で、前記ポンプ光ビーム（８）を偏向させる前記偏向装置（１５）が構成されている、
   ことを特徴とするポンプ光装置。
2. 請求項１に記載のポンプ光装置において、
   テレセントリックな結合時の前記光路長（２ｆ）の超過の前記の付加的な光路長（２ｄ１；２ｄ２）は、前記集束装置（１１）の焦点距離（ｆ）の少なくとも４分の１、有利には少なくとも半分である、
   ことを特徴とするポンプ光装置。
3. 請求項１または２に記載のポンプ光装置において、
   前記偏向装置（１５）は、前記反射面（１０）の中心軸（１２）から異なる距離で離れている反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２；Ｂ１３〜Ｂ１８）間でポンプ光ビーム（８）を偏向するように構成されている、
   ことを特徴とするポンプ光装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
   前記反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２；Ｂ１３〜Ｂ１８）の２つずつの反射領域間で偏向する際に、前記レーザ活性媒体（２）に入力結合される前記ポンプ光ビーム（８）の出力が最大になるように前記ポンプ光ビーム（８）の前記光路長（２ｆ＋２ｄ１；２ｆ＋２ｄ２）が選択されている、
   ことを特徴とするポンプ光装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
   前記偏向装置（１５）は、前記反射面（１０）の前記中心軸（１２）から同じ距離で離れている前記複数の反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２；Ｂ１３〜Ｂ１８）の２つずつの反射領域間でポンプ光ビーム（８）を同じ光路長（２ｆ＋２ｄ１；２ｆ＋２ｄ２）で偏向するように構成されている、
   ことを特徴とするポンプ光装置。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
   前記複数の反射領域（Ｂ１３〜Ｂ１８；Ｂ１〜Ｂ１２）は、前記反射面（１０）の内側にある第１環状領域（ＲＢ１）と、外側にある第２環状領域（ＲＢ２）とに配置されている、
   ことを特徴とするポンプ光装置。
7. 請求項６に記載のポンプ光装置において、
   内側にある前記第１環状領域（ＲＢ１）内の２つの反射領域（Ｂ１３〜Ｂ１８）間で偏向する際の前記ポンプ光ビーム（８）の前記光路長（２ｆ＋２ｄ１）は、外側にある前記第２環状領域（ＲＢ２）内の２つの反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２）間で前記ポンプ光ビーム（８）を偏向する際の前記光路長（２ｆ＋２ｄ２）よりも短い、
   ことを特徴とするポンプ光装置。
8. 請求項６または７に記載のポンプ光装置において、
   前記偏向装置（１５）は、前記第１環状領域（ＲＢ１）内の前記反射領域（Ｂ１３）と、前記第２環状領域（ＲＢ２）内の前記反射領域（Ｂ１２）との間で前記ポンプ光ビームを偏向させる偏向素子（１７ａ）を有しており、
   前記偏向素子（１７ａ）は、２つのミラー面（２０ａ，２０ｂ）と、結合光学系（２２，２３）とを有しており、前記ミラー面および結合光学系は、前記偏向に対応付けられる２つの集束作用により、前記反射領域（Ｂ１３，Ｂ１２）に前記ポンプ光ビーム（８）を結像する際に前記シャインプルーク条件を満たすように構成されている、
   ことを特徴とするポンプ光装置。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
   前記第１環状領域（ＲＢ１）は、６個の反射領域（Ｂ１３〜Ｂ１８）を有する、
   ことを特徴とするポンプ光装置。
10. 請求項２から９までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
    前記第２環状領域（ＲＢ２）は、１２個の反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２）を有する、
    ことを特徴とするポンプ光装置。
11. 請求項６から１０までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
    前記反射面（１０）は、半径方向に外側に配置された第３環状領域（ＲＢ３）を有しており、該第３環状領域は、有利には１８個の反射領域（Ｂ１９〜Ｂ３６）を有する、
    ことを特徴とするポンプ光装置。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
    前記反射面（１０）は、殊に放物面形状のような非球面形状を有する、
    ことを特徴とするポンプ光装置。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
    前記偏向装置（１５）は、対称面（２１ａ）に対して鏡面対称に配向された２つの偏向面（２０ａ，２０ｂ）を備えた少なくとも１つの偏向素子（１６ａ〜１６ｄ，１７）を有しており、前記２つの偏向面は、有利には１つまたは複数のプリズム（２１）に形成されている、
    ことを特徴とするポンプ光装置。
14. 請求項６から１３までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
    前記偏向装置（１５）は、前記第１環状領域（ＲＢ１）の前記複数の反射領域（Ｂ１３〜Ｂ１８）間および／または前記第２環状領域（ＲＢ２）の前記複数の反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２）間で方位方向に前記ポンプ光ビーム（８）を偏向するための偏向素子（１６ａ〜１６ｄ）を有している、
    ことを特徴とするポンプ光装置。
15. 請求項１から１５までのいずれか１項に記載のポンプ光装置において、
    前記ポンプ光ビーム（８）を形成するポンプ光源（７）を有する、
    ことを特徴とするポンプ光装置。
16. 請求項１５に記載のポンプ光装置において、
    前記ポンプ光源（８）と前記反射面（１０）との間のビーム路に配置されかつ前記ポンプ光ビーム（８）を平行化するためのコリメータ光学系（９）をさらに含む、
    ことを特徴とするポンプ光装置。
17. 請求項１６に記載のポンプ光装置において、
    前記ポンプ光源（７）から出射されるポンプ光ビーム（８）の直径（Ｄ_Pump）は、前記平行化されたポンプ光ビーム（８）の直径（Ｄ_koll）の半分である、
    ことを特徴とするポンプ光装置。
18. レーザ活性媒体（２）と、請求項１から１７までのいずれか１項に記載のポンプ光装置（６）とを有する、
    ことを特徴とするディスクレーザ（１）。
19. レーザ活性媒体（２）をポンピングする方法であって、
    該方法は、
    殊に中空ミラーのような集束装置（１１）を用いて前記レーザ活性媒体（２）にポンプ光ビーム（８）を繰り返し集束させ、ただし連続する集束ステップの間に、前記集束装置（１１）の１つの反射面（１０）にある相異なる反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２）間で前記ポンプ光ビーム（８）を偏向させる、ただし前記相異なる反射領域は、相異なる角度領域で前記反射面（１０）の中心軸（１２）の周りに配置されている、レーザ活性媒体（２）をポンピングする方法において、
    前記レーザ活性媒体（２）への集束時に前記集束装置（１１）の結合誤差によって発生する前記ポンプ光ビーム（８）のビーム拡散を補償するため、前記反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２，Ｂ１３〜Ｂ１８）のうちの２つずつの反射領域間で、テレセントリックな結合時（１０）の光路長（２ｆ）よりも長い光路長（２ｆ＋２ｄ１；２ｆ＋２ｄ２）で、前記ポンプ光ビーム（８）の偏向を行う、
    ことを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、
    前記ポンプ光ビーム（８）の偏向をさらに、前記反射面（１０）の前記中心軸（１２）から相異なる距離だけ離れた反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２，Ｂ１３〜Ｂ１８）間で行う、
    ことを特徴とする方法。
21. 請求項２０に記載の方法において、
    前記反射領域（Ｂ１〜Ｂ１２，Ｂ１３〜Ｂ１８）のうちの２つずつの反射領域間で偏向する際に、前記レーザ活性媒体（２）に入力結合される前記ポンプ光ビーム（８）の出力が最大になるように前記ポンプ光ビーム（８）の前記光路長（２ｆ＋２ｄ１；２ｆ＋２ｄ２）を選択する、
    ことを特徴とする方法。
22. 請求項１９から２１までのいずれか１項に記載の方法において、
    テレセントリックな結像時の前記光路長（２ｆ）の超過の前記付加的な光路長（２ｄ１；２ｄ２）は、前記集束装置（１１）の前記焦点距離（ｆ）の少なくとも４分の１、有利には少なくとも半分である、
    ことを特徴とするポンプ光装置。

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