JP2018527758A - 高性能レーザシステムを構成するための光学素子およびその作製 - Google Patents
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Abstract
Description
成長した単結晶の全寸法、および、
光学的均質性条件を満たす体積部分の大きさであり、濃度勾配は、これらの単結晶の使用可能な部分を大きく制限し、一方、光学、特にレーザ素子製造について、ドーパント濃度勾配が±5%の最大の横方向の差の条件を満たす、領域の選択が不可欠である。
1.出発材料を、ドーパント濃度勾配の対称軸の方向に、望ましい長さまで減らして、検査端部と合うようにする。
2.裸眼によって、または交差偏光子の補助によって観察される光学的欠陥を示さない2つの鏡像対称部分を、材料体積部分から選択する。従って、十分な光学的均質性を有する適切な領域を特定する。
3.鏡像および/または回転対称条件を満たす少なくとも2つの幾何学的形状(図1)を、少なくとも3つの互いに平行で、対称軸に平行な方向に導かれた断面によって、作製し、その際、中間の断面、または、中間の断面の間の中央の平面は、材料の鏡像および/または回転対称の幾何学的位置を示し、丁度中間の断面も、鏡像および/または回転対称の幾何学的位置を示す。
4.次に、このように作製した幾何学的形状の寸法および表面を、当分野で周知の方法によって、その方法の更なる使用による光学品質に調節し、全ての形状は、処理後でさえ、鏡像または回転対称である表面の法線に対して、互いに対称性を有する。
チョクラルスキー法によって成長させた、直径80mmで、頂角が120°の円錐状(円錐)結晶化フロントを有するYAG結晶を、全長150mmで、<111>方向に成長させた。レーザ材料の作製に通常使用する三価のネオジム(Nd3+)を、光活性中心として選択した。結晶の最初と最後の部分を除去して表面を研磨することによって、検査端部1を有する長さ120mmの結晶を作製した。ドーパント濃度は、上部で、Ndイオンが0.9at%で、底部で、Ndイオンが1.04at%である。Ndイオンの平均濃度勾配4は、1cm当たり0.0117at%である。目視検査中に、1辺が4mmの正三角形状の中心の不均質部を確認した。検査端部1を有する結晶の外縁部で、半径方向に結晶の中心に向かって深さ5mmまで、インターフェアする他の光学的不均質部を記録した。
1.矩形状で、辺の長さが6.5cmと12cmのレーザ素子は、最大面積を有する。従って、総面積は、78cm2である。
2.直径が6.5cmで、総面積が33.18cm2の円形状レーザ素子。理想的には、もっと小さい寸法の他のレーザ素子を、パネル材料の残りの部分から製造でき、従って、材料の有効歩留まりを大きく高めることができる。
3.1辺が6.5cmの正方形レーザ素子;総面積は、42.25cm2である。理想的には、もっと小さい寸法の他のレーザ素子を、パネル材料の残りの部分から製造できる。
4.全ての場合において、当分野で周知の方法を用いて、レーザ素子を、最終的な形状および品質にする。
ブリッジマン法によって成長させた、Yb3+イオンによって形成された光活性中心を有する、直径150mmで長さ200mmの円筒状CaF2結晶。光学的検査中に、成長欠陥部は確認されなかった。イッテルビウムとカルシウムイオンの大きさが異なるので、成長した結晶は、結晶化フロントに垂直である濃度勾配4を示す。それは、成長軸2と同一の回転軸に垂直である。
HEM(熱交換法)によって成長させたチタンイオンの光活性中心を有する、直径250mmで長さ400mmの円筒状サファイア単結晶。使用した成長技術により、散在する接触円の半径が、結晶化の最初と最後の部分で異なる、回転対称の放物線状結晶化フロントを生成する。接触円の半径は、時間、または、結晶化の進展につれて増加する。限界値の場合には無限大まで変化し、円弧を線に変化させる。同様に、結晶成長の進展につれて、結晶化フロントは徐々に直線になる。
CRIG法を用いて製造した、ネオジムの光活性中心を有するYAG結晶を用いて、80mm×100mm×10mmの寸法を有する、2つの矩形状ディスクを、本発明により作製した。ディスクD1およびD2は、反転鏡像対称条件を満たしながら、直角を形成するように幾何学的に配列する(図3)。ディスクD1およびD2の1つの濃度勾配4は、直角の頂点に達する;第2のディスクは、濃度勾配4が直角の頂点から離れるように向いている。従って、配列したディスクD1およびD2は、光学増幅器の活性媒質を形成する。
実施例4に記載した方法を用いて製造した、ネオジムの光活性中心を有するYAG結晶を用いて、100mm×120mm×10mmの寸法の2つの矩形状ディスクD1およびD2を、本発明により作製した。ディスクD1およびD2は、本発明によるドーパント濃度勾配4の中心対称方向の条件を満たしながら、互いに対応する表面の法線が互いに平行となるように、幾何学的に配列される。ディスクD1およびD2の両方を、同等に励起する。
本発明による方法によって、Nd:YAG結晶から作製した2つのディスクD1およびD2を、ドーパント濃度勾配4の中心対称条件を満たしながら、対応する表面の法線が互いに平行となるように幾何学的に配列する。ディスクD1およびD2の両方を、同等に励起する。
2 結晶成長軸
4 濃度勾配
5 レーザビーム
D1、D2 アクティブ光学素子
Claims (15)
- 一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)において、
前記一対の各素子は、許容可能レベルの光学的均質性を超える光活性中心の濃度勾配(4)を有し、光ビーム(5)の反射および/または通過を意図した、少なくとも表面部分および/または体積部分で、前記光活性中心の前記濃度勾配(4)の形状および分布において、互いに鏡像および/または回転対称である、光学素子。 - 前記光活性中心の濃度の不均質部を排除した複合材料を作製するのに使用する、
請求項1に記載の、一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)。 - 前記光ビーム(5)の増幅および/または検出および/または制御を意図した前記光学素子の固体活性媒質として使用される、
請求項1に記載の、一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)。 - 請求項1に記載の前記一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)の作製方法において、
前記少なくとも1つの軸(2)に沿って前記光活性中心の前記濃度勾配(4)が変化するプロセスを有しながら、該少なくとも1つの軸(2)によって鏡像および/または回転対称である、該光活性中心の該濃度勾配(4)の少なくとも1つの領域を含む、前記光学素子を製造するための出発材料を用いて、
結果的に、前記作製方法は、
前記出発材料を、前記光活性中心の濃度勾配(4)の対称軸(2)の方向に、望まし長さまで減らして、検査端部(1)と合うようにする工程と、
光学的均質性を有する鏡像および/または回転対称部分を、前記のように処理した材料の体積部分から選択する工程と、
前記鏡像および/または回転対称条件を満たす少なくとも2つ幾何学的形状を、少なくとも3つの互いに平行で、対称軸(2)に平行な方向に延伸する断面(3)によって作製する工程であって、中間の断面、または、前記中間の断面の間の中央平面は、前記出発材料の該鏡像および/または回転対称の幾何学的位置を示し、丁度中間の断面も、該鏡像/回転対称の幾何学的位置を示すものである工程と、
前記のように作製した幾何学的形状の寸法および表面を、次に、請求項1に記載の互いに対称の前記条件を維持しながら、従来の方法によって調節する工程と、
を含む、作製方法。 - 前記出発材料として、融液または溶液から一方向結晶化方法によって製造した、単結晶の成長方向に濃度勾配(4)を有する単結晶を用いる、
請求項4に記載の、一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)の作製方法。 - 前記出発材料として、光学的に等方性か、または、光学的に単軸であり、更に、希土類イオンおよび/または遷移金属によって形成された、少なくとも結晶成長方向に濃度勾配(4)を示す光活性中心を含む、単結晶を用いる、
請求項5に記載の、一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)の作製方法。 - 複合光学材料において、
請求項1に記載の、前記光活性中心の濃度勾配(4)を有する前記少なくとも一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)を、含み、
前記一対の個々の素子を、該光活性中心の濃度勾配(4)の方向に垂直である共通の軸によって、互いに180°回転して、次に、光学的に接続する、複合光学材料。 - アクティブ光学素子(D1およびD2)、特に、大型のレーザスラブの作製に使用される、
請求項7に記載の、複合光学材料。 - 請求項7に記載の前記複合光学材料の作製方法において、
請求項1に記載の、前記光活性中心の前記濃度勾配(4)を有する前記少なくとも一対のアクティブ光学素子(D1またはD2)の少なくとも1つの素子を、該一対の第2の素子に対し、前記光活性中心の該濃度勾配(4)の方向に垂直である共通の軸に沿って、180°回転する工程と、
少なくとも一対の前記2つの素子(D1およびD2)を、次に、光学的に接続する工程と、
を含む、作製方法。 - 固体活性媒質を有するアクティブ光学素子において、
請求項1に記載の前記少なくとも一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)を含み、該少なくとも一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)の前記光活性中心の前記濃度勾配(4)の値の合計が、少なくとも1つの通過する光ビーム(5)の断面の全ての点で、前記少なくとも1つの光ビーム(5)の方向で、光学的均質性の範囲でありながら、該少なくとも一対のアクティブ光学素子は、中心対称または鏡像対称に、幾何学的に配列された、アクティブ光学素子。 - 請求項1に記載の前記少なくとも一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)の前記素子を有し、該素子は、光活性中心の濃度勾配(4)が反対方向となるように、対応する表面の法線の周りを互いに回転自在に枢動し、同時に、請求項1に記載の前記少なくとも一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)からの2つの素子の共通の回転軸の位置を、維持するように、前記少なくとも1つの通過する光ビーム(5)の方向に、互いに前後に配列される、請求項10に記載の、アクティブ光学素子。
- 請求項1に記載の前記少なくとも一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)の前記素子を有し、該少なくとも一対の幾何学的に配列された素子への入射位置で、該素子(D1およびD2)によって形成した角度の幾何学的軸に平行に向いた少なくとも1つの通過する光ビーム(5)がありながら、該素子は、幾何学的に配列されて直角を形成する
請求項10に記載の、アクティブ光学素子。 - 請求項1に記載の前記少なくとも一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)の前記素子を有し、該素子は、対応する領域の法線が互いに略平行となるように幾何学的に配列され、少なくとも1つの通過する光ビーム(5)を、法線が平行な表面の1つに、各表面の法線に対し22°から75°の間の範囲の角度で向ける、
請求項10に記載の、アクティブ光学素子。 - 少なくとも1つの通過する光ビーム(5)を、請求項1に記載の前記少なくとも一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)の少なくとも1つの素子表面に当たるように向け、
法線は、平行に、および、ブリュースター角より小さい角度で離れて向き、従って、前記少なくとも1つの一対のアクティブ光学素子(D1およびD2)の体積部分を徐々に通過する、請求項13に記載の、アクティブ光学素子。 - 光学レーザ増幅器および/または可飽和吸収体および/または放射線検出器の一部である、請求項10から14のいずれか1項に記載の、アクティブ光学素子。
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