JP2023082074A - ゲイン媒体増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでの大量生産が可能な受動ＱスイッチＳＷＩＲレーザが必要とされている。【解決手段】受動Ｑスイッチレーザ、および、当該受動Ｑスイッチレーザを備えた短波赤外（ＳＷＩＲ）電気光学システム。受動Ｑスイッチレーザは、誘導放出断面積σＳＥを有するゲイン媒体（ＧＭ）と、ＧＭのσＳＥの３倍未満の吸収断面積（σａ）を有する可飽和アブソーバ（ＳＡ）と、ＧＭとＳＡとが内部に配置されており、かつ、高反射率ミラーおよび出力カプラを有する光共振器と、を備えていてよい。高反射率ミラーおよび出力カプラのうちの少なくとも一方は、湾曲ミラーを含んでいる。湾曲ミラーは、ＳＡ内におけるレーザモードの有効断面積（ＡＳＡ）が、ポンプのレイリー長の範囲内におけるレーザモードの断面積（ＡＧＭ）よりも小さくなるように、光共振器内へと光を導く。【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

［関連出願］
本出願は、（ｉ）２０２０年９月８日に出願された米国仮特許出願Ｎｏ．６３／０７５，４２６、（ｉｉ）２０２０年１１月１１日に出願された米国仮特許出願Ｎｏ．６３／１１２，４１６、および、（ｉｉｉ）２０２１年６月２２日に出願された米国仮特許出願Ｎｏ．６３／２１３，４１９の優先権を主張する。これらの出願は全て、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。

［分野］
本開示は、受動Ｑスイッチレーザおよびその動作方法および製造方法に関する。特に、本開示は、セラミック結晶性物質（セラミック結晶性材料）を含む受動Ｑスイッチレーザに関する。

［背景］
電磁スペクトルにおける短波赤外（short-wave infrared，ＳＷＩＲ）の部分において動作するレーザは、特に、低い生産コストが要求される場合には、大量生産が困難となりうる。それゆえ、当技術分野では、低コストでの大量生産が可能な受動ＱスイッチＳＷＩＲレーザが必要とされている。

従来のアプローチ、伝統的なアプローチ、および提案されていたアプローチのさらなる制限および欠点は、図面を参照して本出願の残余部分に記載されている本出願における主題とこれらのアプローチとの比較を通じて、当業者にとって明らかになるであろう。

本開示を理解し、当該開示がどのように実施されうるかを認識するために、非限定的な実施例として、添付の図面を参照して各実施形態を説明する。説明の簡略化および明瞭化のために、各図に示されている各要素は必ずしもスケール通りに描かれていないことが理解されるであろう。例えば、一部の要素の寸法は、明瞭化のために、他の要素に対して誇張されている場合がある。さらに、適切であると考えられる場合、参照番号は、対応または類似する要素を示すために、各図面において繰り返されてよい。

［概要］
様々な実施形態において、受動Ｑスイッチレーザが提供されている。当該受動Ｑスイッチレーザは、誘導放出断面積σ_ＳＥを有するゲイン媒体（利得媒体）（gain medium，ＧＭ）と、上記ＧＭのσ_ＳＥの３倍未満の吸収断面積（σ_ａ）を有する可飽和アブソーバ（saturable absorber，ＳＡ）と、上記ＧＭと上記ＳＡとが内部に配置されており、かつ、高反射率ミラーおよび出力カプラを有する光共振器と、を備えており、上記高反射率ミラーおよび上記出力カプラのうちの少なくとも一方は、湾曲ミラーを含んでおり、上記湾曲ミラーは、上記ＳＡ内におけるレーザモードの有効断面積（Ａ_ＳＡ）が、ポンプのレイリー長の範囲内におけるレーザモードの断面積（Ａ_ＧＭ）よりも小さくなるように、光を上記光共振器内へと導く。

一部の実施形態では、上記ＧＭは、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（ネオジムによってドープされたイットリウムアルミニウムガーネット）（Ｎｄ：ＹＡＧ）から成り、上記ＳＡは、コバルトドープＹＡＧ（コバルトによってドープされたＹＡＧ）（Ｃｏ^２＋：ＹＡＧ）から成る。

一部の実施形態では、上記ＧＭは、ネオジムドープイットリウムオルトバナジン酸塩（ネオジムによってドープされたイットリウムオルトバナジン酸塩）（ＹＶＯ_４）から成り、上記ＳＡは、３価バナジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（３価バナジウムによってドープされたイットリウムアルミニウムガーネット）から成る。

一部の実施形態では、上記ＧＭは、ネオジムドープイットリウムオルトバナジン酸塩（ＹＶＯ_４）から成り、上記ＳＡは、コバルトドープＹＡＧ（Ｃｏ^２＋：ＹＡＧ）から成る。

一部の実施形態では、上記高反射率ミラーおよび上記出力カプラは、上記ＧＭと上記ＳＡとにリジッド接続（堅固に接続）されており、上記受動Ｑスイッチレーザは、モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザである。

一部の実施形態では、上記高反射率ミラーは、凹ミラー（凹面ミラー，凹状ミラー）である。

一部の実施形態では、上記高反射率ミラーおよび上記出力カプラの両方が、凹ミラーである。

一部の実施形態では、凹状の上記高反射率ミラーおよび凹状の上記出力カプラの曲率は、最高エネルギー密度が上記光共振器の中央６０％の範囲内に含まれるように設定されている。

一部の実施形態では、上記ＳＡの直径は、上記ＧＭの直径よりも小さく、上記ＳＡは、上記光共振器から熱を放出するための別の物質によって取り囲まれている。

一部の実施形態では、上記受動Ｑスイッチレーザは、少なくとも１つのエンドポンピング光源と、上記エンドポンピング光源の光を上記光共振器内において集束させるための光学系と、をさらに備えている。

一部の実施形態では、上記ＧＭおよび上記ＳＡは、多結晶物質である。

一部の実施形態では、上記受動Ｑスイッチレーザは、上記ＧＭの吸収領域内における熱の蓄積を防止するために、上記ＧＭおよび上記ＳＡに加えて、アンドープＹＡＧ（ドープされていないＹＡＧ）をさらに含んでいる。

一部の実施形態では、上記ＧＭおよび上記ＳＡは、ネオジムと少なくとも１つの他の材料とによってドープされた結晶性物質の単一ピース（単一部品）上に実装されている。

一部の実施形態では、上記受動Ｑスイッチレーザは、上記出力カプラを通じて、１，３００ｎｍ～１，５００ｎｍの波長範囲内の光を出射する。

一部の実施形態では、ＳＷＩＲ電気光学システムが開示されている。当該ＳＷＩＲ電気光学システムは、上述の各パラグラフの内の任意の１つに係る受動Ｑスイッチレーザを含んでおり、少なくとも１つの被照射物体からのレーザ照射の反射を検出するために、上記レーザの波長に感応するＳＷＩＲフォトディテクタアレイ（ＳＷＩＲ光検出器アレイ）をさらに含んでいる。

一部の実施形態では、ＳＷＩＲ電気光学システムが開示されている。当該ＳＷＩＲ電気光学システムは、上述の各パラグラフの内の任意の１つに係る受動Ｑスイッチレーザを含んでおり、上記受動Ｑスイッチレーザの波長に感応する飛行時間（ＴｏＦ）ＳＷＩＲセンサと、上記ＴｏＦＳＷＩＲセンサと上記受動Ｑスイッチレーザとの動作を同期させるコントローラと、上記ＳＷＩＲ電気光学システムの視野内における少なくとも１つの物体との距離を決定するために、上記ＴｏＦＳＷＩＲセンサによる、上記受動Ｑスイッチレーザのレーザ照射の反射についての検出結果を処理するプロセッサと、をさらに含んでいる。

［図面の簡単な説明］
本開示を理解し当該開示がどのように実施されうるかを認識するために、添付の図面を参照して、本開示の主題の例に係る実施形態を、非限定的な例として説明する。

図１は、短波赤外（ＳＷＩＲ）光学システムの一例を示す概略的な機能ブロック図である；
図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である；
図３は、ＳＷＩＲ光学システムの例示的な実施形態を示す概略的な機能図である；
図４は、ＳＷＩＲ光学システムの別の例示的な実施形態を示す概略的な機能図である；
図５Ａは、ＳＷＩＲ光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である；
図５Ｂは、ＳＷＩＲ光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である；
図６Ａは、受動Ｑスイッチレーザのための部品を製造する方法の例を示すフローチャートである；
図６Ｂおよび図６Ｃは、上述の方法の実行に関する複数の概念的なタイムラインを含む；
図７Ａ～図７Ｃは、受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である；
図８Ａ～図８Ｃは、少なくとも１つの凹ミラーを含む受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である；
図９Ａは、エンドポンプ式受動Ｑスイッチレーザを備えた電気光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である；
図９Ｂは、サイドポンプ式受動Ｑスイッチレーザを備えた電気光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である；
図１０Ａおよび図１０Ｂは、電気光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である；
図１１は、ＧＭ増幅器の分解斜視投影図を示す；
図１２は、別のＧＭ増幅器の分解斜視投影図を示す；
図１３は、増幅レーザ照射源を示す；
図１４は、別の増幅レーザ照射源を示す。

説明の簡略化および明瞭化のために、図に示されている各要素は必ずしもスケール通りに描かれていないことが理解されるであろう。例えば、一部の要素の寸法は、明瞭化のために、他の要素に対して誇張されている場合がある。さらに、適切であると考えられる場合、参照番号は、対応または類似する要素を示すために、各図面において繰り返されてよい。

［詳細な説明］
以下の詳細な説明では、本開示についての十分な理解を提供するために、多数の特定の詳細部が開示されている。但し、本開示はこれらの特定の詳細が無くとも実施されうることが、当業者によって理解されるであろう。他の例では、本開示を不明瞭にせぬよう、周知の方法、手順、およびコンポーネントについては詳細に説明されていない。

開示されている図面および説明において、同一の参照番号は、異なる実施形態または構成に共通するコンポーネントを示す。

別段の定めが無き限り、以下の議論から明らかである通り、明細書の全体に亘って、「処理する（processing）」、「計算する（calculating）」、「演算する（computing）」、「決定する（determining）」、「生成する（generating）」、「セットする（setting）」、「設定する（configuring）」、「選択する（selecting）」、「定義する（defining）」などの用語（ターム）を利用する議論は、データを操作する、および／または、当該データを他のデータへと変換する、コンピュータの動作および／またはプロセスを含むことが理解される。そして、当該データは、例えば電子量などの物理量として表され、および／または、当該データは、物理オブジェクトを表すことが理解される。

「コンピュータ（computer）」、「プロセッサ（processor）」、および「コントローラ（controller）」という用語は、非限定的な例として、パーソナルコンピュータ、サーバ、コンピューティングシステム、通信デバイス、プロセッサ（例：デジタル信号プロセッサ（digital signal processor，ＤＳＰ））、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array，ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit，ＡＳＩＣ）など）、任意の他の電子コンピューティングデバイス、および／または、それらの任意の組合せを含む、データ処理能力を有する任意の種類の電子デバイスをカバーしていると広範に解釈されるべきである。

本明細書の教示に係る動作は、所望の目的のために特別に設定されたコンピュータによって実行されてもよいし、あるいは、コンピュータ可読記憶媒体に格納されたコンピュータプログラムによって所望の目的のために特別に設定された汎用コンピュータによって実行されてもよい。

本明細書において使用されている通り、「例えば（for example）」、「など（such）」、「例として（for instance）」というフレーズおよびそれらの変形語は、本明細書において開示されている主題についての非限定的な実施形態を説明している。本明細書において、「ある場合（one case）」、「一部の場合（some cases）」、「他の場合（other case）」、またはそれらの変形語への言及は、（１つ以上の）実施形態に関連して説明されている特定の構成、構造、または特性が、本明細書において開示されている主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。このため、「ある場合」、「一部の場合」、「他の場合」というフレーズまたはそれらの変形語の出現は、必ずしも同じ（１つ以上の）実施形態を指しているわけではない。

明瞭化のために、個別の実施形態の文脈において説明されている、本明細書において開示されている主題についての特定の構成は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことが理解される。逆に、簡潔化のために、単一の実施形態の文脈において説明されている、本明細書において開示されている主題の様々な構成は、個別に提供されてもよいし、あるいは、任意の適切なサブコンビネーション（副次的な組み合わせ）として提供されてもよい。

本開示の主題についての実施形態では、図示されている１つ以上のステージ（段階）は、異なる順序によって実行されてよく、および／または、当該ステージの１つ以上のグループが同時に実行されてもよい。その逆も然りである。各図は、本開示の主題についての実施形態に係るシステムアーキテクチャの一般的な模式図を示す。本明細書において定義および説明されている通り、図中の各モジュールは、機能を実行するソフトウェア、ハードウェア、および／またはファームウェアの任意の組み合わせによって構成されてよい。図中の各モジュールは、１つの位置に集中的に配置されていてもよいし、あるいは、２つ以上の位置に分散して配置されていてもよい。

本明細書における方法へのいかなる言及も、（ｉ）当該方法を実行できるシステムに準用されるべきであり、かつ、（ｉｉ）コンピュータによって一旦実行されると、当該方法を実行する結果を生じさせる命令を格納する非一時的なコンピュータ可読媒体にも準用されるべきである。

本明細書におけるシステムへのいかなる言及も、（ｉ）当該システムによって実行されうる方法に準用されるべきであり、かつ、（ｉｉ）当該システムによって実行されうる命令を格納する非一時的なコンピュータ可読媒体にも準用されるべきである。

本明細書における非一時的なコンピュータ可読媒体へのいかなる言及も、（ｉ）当該非一時的なコンピュータ可読媒体に格納された命令を実行できるシステムに準用されるべきであり、かつ、（ｉｉ）当該非一時的なコンピュータ可読媒体に格納された命令を読み取るコンピュータによって実行されうる方法にも準用されるべきである。

図１は、開示されている主題の例に係る、短波赤外（ＳＷＩＲ）光学システム１００の例を示す概略的な機能ブロック図である。ＳＷＩＲスペクトルの部分であると考慮されている波長の範囲について、科学的なコンセンサスは無いことに留意されたい。但し、本開示の目的に応じて、ＳＷＩＲスペクトルは、可視スペクトルの波長よりも長い波長の電磁放射を含み、少なくとも１，３００ｎｍから１，５００ｎｍまでのスペクトル範囲を含む。図１に示されているＳＷＩＲ光学システム１００は、受動Ｑスイッチレーザ２００を少なくとも含む。但し、当該ＳＷＩＲ光学システムは、（外部物体から反射されたレーザの光を検出するための）対応するセンサ、（検出結果を処理するための）プロセッサ、（レーザの活性を制御するための、例えばレーザの動作と同期させるための）コントローラなどの追加のコンポーネントを含んでいてもよい。そのような一部の例については、（例えば、図５Ａ、図５Ｂ、および図１０に関して）以下においてさらに詳しく論じられている。

上述のスペクトル範囲（１．３～１．５μｍ）における大量のレーザを必要としていた唯一の産業は、光学的データ記憶のためのエレクトロニクス産業である。これにより、ダイオードレーザのコストは、デバイス当たりかつワット当たりにおいて、数ドルにまで低下した。しかしながら、これらのレーザは、自動車産業などの他の産業には適していない。他の産業は、厳しい環境条件において利用されるであろう、かなり大きいピークパワーとビーム輝度とを有するレーザを必要としている。

受動Ｑスイッチレーザ２００は、結晶性ＧＭ２１０と、結晶性ＳＡ２２０と、上述の結晶性物質が閉じ込められる光キャビティ２３０と、を少なくとも含んでいる。これにより、レーザ光ビームを発生させるように、ＧＭ内を伝搬する光を強めることができる。光キャビティ２３０は、「光共振器」および「共振キャビティ」という用語によっても知られている。当該光キャビティは、高反射率ミラー２４０（「ハイリフレクタ」とも称される）と出力カプラ２５０とを含んでいる。以下では、異なるタイプの結晶性物質についての複数の独特かつ新規な組み合わせが説明されている。また、ＳＷＩＲスペクトル範囲に応じてリーズナブルに価格設定されたレーザの大量生産を可能とする、レーザの様々な製造技術を使用することも説明されている。本明細書では、開示の簡潔化のために、受動Ｑスイッチレーザに関して当技術分野において一般に既知である一般的な詳細部は提供されていない。但し、当該一般的な詳細部は、多種多様な供給源によって容易に入手可能である。当該技術分野において既知である通り、レーザのＳＡは、当該レーザのＱスイッチとして機能する。「結晶性物質（crystalline material）」という用語は、単結晶形態または多結晶形態のいずれかにある任意の物質（材料）を広範に含む。

接続された結晶性ＧＭ２１０および結晶性ＳＡ２２０の寸法は、特定の受動Ｑスイッチレーザ２００が設計される目的に依存しうる。非限定的な例では、上述の組合せの長さは、５～１５ミリメートルである。非限定的な例では、上述の組合せの長さは、２～４０ミリメートルである。非限定的な例では、（例えば、円筒の場合）上述の組合せの直径は、２～５ミリメートルである。非限定的な例では、（例えば、円筒の場合）上述の組合せの直径は、０．５～１０ミリメートルである。

受動Ｑスイッチレーザ２００は、ＳＡ結晶性物質（SA crystalline material，ＳＡＣ）にリジッド接続された、ＧＭ結晶性物質（GM crystalline material，ＧＭＣ）を含んでいる。リジッド結合（接続）は、接着剤、拡散結合、複合結晶結合、一方を他方の上に成長させることなど、当技術分野において既知である各方法のいずれか１つによって実施されてよい。但し、以下に説明する通り、セラミック形態の結晶性物質をリジッド接続することは、単純かつ安価な手段を用いて実現されうる。ＧＭ結晶性物質およびＳＡ結晶性物質は、互いに直接的にリジッド接続されてよい。但し、任意に、ＧＭ結晶性物質とＳＡ結晶性物質とは、中間物体（例：別の結晶）を介して互いにリジッド接続されてもよいことに留意されたい。一部の実施形態では、（ｉ）結晶性物質の単一ピースの異なる部分を、異なるドーパント（例：ＳＡ結晶性材料およびＧＭ結晶性材料に関して以下に述べるドーパント）によってドープすることによって、または、（ｉｉ）結晶性物質の単一ピースを共ドープし、かつ、当該結晶性物質の同じ体積を２つのドーパントによってドープすることによって（例：セラミックＹＡＧは、Ｎ^３＋およびＶ^３＋によって共ドープされる）、ＧＭとＳＡとの両方が結晶性物質の単一ピース上に実装されてよい。任意に、例えば、液相エピタキシー（Liquid Phase Epitaxy，ＬＰＥ）を用いて、単結晶可飽和吸収基板上にＧＭを成長させてもよい。個別のＧＭ結晶性物質およびＳＡ結晶性物質は、以下の開示において広範に議論されることに留意されたい。２つのドーパントによってドープされたセラミック結晶性物質の単一ピースは、以下の実施形態のいずれにおいても準用して使用されてよい。

図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、開示されている主題の実施例に係る、受動Ｑスイッチレーザ２００の例を図示する概略的な機能ブロック図である。図２Ａでは、共通の結晶性物質２６２（ＧＭおよびＳＡの両方として作用する）の２つの部分に、２つのドーパントが設けられている。一方、図２Ｂでは、共通の結晶性物質２６４の共通の体積（図示の例では、共通の結晶の全体）に、２つのドーパントが交互に設けられている。任意に、ＧＭおよびＳＡは、ネオジムと少なくとも１つの他の材料とによってドープされた結晶性物質の単一ピース上に実装されてもよい。任意に（例えば、図２Ｃに示されている通り）、光カプラ２５０および高反射率ミラー２４０の一方または両方は、複数の結晶性物質のうちの１つ（例えば、ＧＭまたはＳＡ、あるいは、それらの両方を組み合わせた結晶）に直接的に接着されてもよい。

ＳＡ結晶性物質およびＧＭ結晶性物質のうちの少なくとも一方は、セラミック結晶性物質、すなわち、セラミック形態（例：多結晶形態）にある関連する結晶性物質（例：ドープされたイットリウムアルミニウムガーネット、ＹＡＧ、ドープされたバナジウム）である。セラミック形態にある一方の結晶性物質を有すること、特に両方の結晶性物質を有することは、より低いコストでのより多数の生産を可能にする。例えば、低速かつ制限されたプロセスによって個別の単結晶物質を成長させる代わりに、粉末の焼結（すなわち、粉末を成形し、かつ、場合によっては当該粉末を加熱して、固体塊を形成する）、低温焼結、真空焼結などによって、多結晶材料を製造してもよい。上述の結晶性物質の一方（ＳＡ結晶性物質またはＧＭ結晶性物質）を、他方の上に焼結させてもよい。これにより、研磨、拡散結合、または表面活性化結合などの、複雑かつコストの高いプロセスの必要性を排除できる。任意に、ＧＭ結晶性物質およびＳＡ結晶性物質のうちの少なくとも一方は、多結晶である。任意に、ＧＭ結晶性物質およびＳＡ結晶性物質の両方は、多結晶である。

ＧＭ結晶性物質およびＳＡ結晶性物質を製造することができる結晶性物質の組合せについて参照する。当該組合せは、以下を含みうる。

ａ．ＧＭ結晶性物質は、セラミックネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）である。そして、ＳＡ結晶性物質は、（ａ）セラミック３価バナジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｖ^３＋：ＹＡＧ）、または、（ｂ）セラミックコバルトドープ結晶性物質のいずれかである。任意に、セラミックコバルトドープ結晶性物質は、２価のセラミックコバルトドープ結晶性物質であってもよい。これらの代替例では、Ｎｄ：ＹＡＧと、上述のグループから選択されるＳＡ結晶性物質との両方が、セラミック形態にある。コバルトドープ結晶性物質は、コバルトによってドープされた結晶性物質である。例は、コバルトドープスピネル（Ｃｏ：スピネル、すなわち、Ｃｏ^２＋：ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、コバルトドープセレン化亜鉛（Ｃｏ^２＋：ＺｎＳｅ）、コバルトドープＹＡＧ（Ｃｏ^２＋：ＹＡＧ）を含む。必須ではないが、このオプションにおける高反射率ミラーおよびＳＡは、ＧＭとＳＡとに任意にリジッド接続されてよい。これにより、受動Ｑスイッチレーザは、（例えば、図３および図５に例示されている通り）モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザとなる。

ｂ．ＧＭ結晶性物質は、セラミックネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）である。そして、ＳＡ結晶性物質は、（ａ）３価バナジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｖ^３＋：ＹＡＧ）と、（ｂ）コバルトドープ結晶性物質と、からなるドープセラミック材料のグループから選択される非セラミックＳＡ結晶性物質である。任意に、コバルトドープ結晶性物質は、２価コバルトドープ結晶性物質であってもよい。この場合、高反射率ミラー２４０および出力カプラ２５０は、ＧＭ２１０とＳＡ２２０とにリジッド接続される。これにより、受動Ｑスイッチレーザ２００は、モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザとなる。

ｃ．ＧＭ結晶性物質は、セラミックネオジムドープ希土類元素結晶性物質である。そして、ＳＡ結晶性物質は、（ａ）３価バナジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｖ^３＋：ＹＡＧ）と、（ｂ）コバルトドープ結晶性物質と、からなるドープ結晶性物質のグループから選択されるセラミック結晶性物質である。任意に、コバルトドープ結晶性物質は、２価コバルトドープ結晶性物質であってもよい。必須ではないが、任意に、このオプションにおける高反射率ミラー２４０および出力カプラ２５０は、ＧＭ２１０とＳＡ２２０とにリジッド接続されてよい。この場合、受動Ｑスイッチレーザ２００は、モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザとなる。

複数の実施形態のいずれか１つにおいて、ドープされる結晶性物質は、２つ以上のドーパントによってドープされてもよいことに留意されたい。例えば、ＳＡ結晶性物質は、（ｉ）上述の通り開示された主ドーパント（メインドーパント）と、（ｉｉ）（例：かなり少量の）少なくとも１つの他のドーピング材料と、によってドープされてもよい。ネオジムドープ希土類元素結晶性物質は、（ｉ）その単位格子（単位胞，ユニットセル）が希土類元素（１５のランタニド元素のみながらず、スカンジウムおよびイットリウムを含む、明確に規定された１５の化学元素のグループのうちの１つ）を含むとともに、（ｉｉ）当該単位格子の一部における希土類元素を置換するネオジム（例：３重イオン化ネオジム）によってドープされた、結晶性物質である。本開示において使用されうるネオジムドープ希土類元素結晶性物質についての非限定的な複数の例は、以下の通りである。

ａ．希土類元素がネオジム（Ｎｄ）である、以下に挙示する各物質；
（ｉ）Ｎｄ：ＹＡＧ（上述の通り）、（ｉｉ）ネオジムドープタングステン酸イットリウムカリウム（Ｎｄ：ＫＹＷ）、（ｉｉｉ）ネオジムドープイットリウムリチウムフルオリド（Ｎｄ：ＹＬＦ）、（ｉｖ）ネオジムドープイットリウムオルトバナジン酸塩（ＹＶＯ_４）。

ｂ．希土類元素がガドリニウム（Ｇｄ）である、以下に挙示する各物質；
（ｉ）ネオジムドープガドリニウムオルトバナジン酸塩（Ｎｄ：ＧｄＶＯ_４）、（ｉｉ）ネオジムドープガドリニウムガリウムガーネット（Ｎｄ：ＫＧＷ）、（ｉｉｉ）ネオジムドープカリウムガドリニウムタングステン酸塩（Ｎｄ：ＫＧＷ）。

ｃ．希土類元素がスカンジウムである、ネオジムドープホウ酸塩ランタンスカンジウム（Ｎｄ：ＬＳＢ）。

ｄ．他のネオジムドープ希土類元素結晶性物質が使用されてもよい。この場合、希土類元素は、イットリウム、ガドリニウム、スカンジウム、または他の任意の希土類元素であってよい。

以下の議論は、ＧＭ結晶性物質およびＳＡ結晶性物質の任意の組み合わせに適用される。

任意に、ＧＭ結晶性物質は、ＳＡ結晶性物質に直接的にリジッド接続されている。あるいは、ＧＭ結晶性物質とＳＡ結晶性物質とは、間接的に接続されていてもよい。例えば、ＳＡ結晶性物質とＧＭ結晶性物質とのそれぞれは、（ｉ）１つ以上の中間結晶性物質のグループを介して接続されている、および／または、（ｉｉ）関連する波長に対して透明な（透過性を有している）１つ以上の他の固体物質を介して接続されている。任意に、ＳＡ結晶性物質およびＧＭ結晶性物質の一方または両方は、関連する波長に対して透明である。

任意に、ＳＡ結晶性物質は、コバルトドープスピネル（Ｃｏ Ｃｏ^２＋：ＭｇＡｌ２Ｏ４）であってよい。任意に、ＳＡ結晶性物質は、コバルトドープＹＡＧ（Ｃｏ：ＹＡＧ）であってよい。任意に、このことは、同一のＹＡＧに対してコバルトおよびネオジム（Ｎｄ）を共ドープすることを可能とする。任意に、ＳＡ結晶性物質は、コバルトドープセレン化亜鉛（Ｃｏ^２＋：ＺｎＳｅ）であってもよい。任意に、ＧＭ結晶性物質は、セラミックコバルトドープ結晶性物質であってもよい。

任意に、ＳＡの初期透過率（Ｔ_０）は、７５％～９０％である。任意に、ＳＡの当該初期透過率は、７８％～８２％である。

レーザによって放出される波長は、当該レーザの構成に使用される材料に依存し、特にＧＭ結晶性物質およびＳＡ結晶性物質の材料とドーパントとに依存する。出力波長の複数の例は、１，３００ｎｍ～１，５００ｎｍの領域における波長を含む。複数のより具体的な実施例は、（ｉ）１．３２μｍまたは約１．３２μｍ（例：１．３２μｍ±３ｎｍ）、（ｉｉ）１．３４μｍまたは約１．３４μｍ（例：１．３４μｍ±３ｎｍ）、（ｉｉｉ）１．４４μｍまたは約１．４４μｍ（例：１．４４μｍ±３ｎｍ）を含む。これらの光周波数範囲のうちの１つ以上に感応する対応する撮像装置（イメージャ）は、（例えば、図５に例示されている通り）ＳＷＩＲ光学システム１００内に含まれうる。

図３および図４は、本開示の主題の例に係るＳＷＩＲ光学システム１００を示す概略的な機能図である。これらの図に示される通り、レーザ２００は、上述の各コンポーネントに加えて、下記の追加のコンポーネント（但し、これらに限定されない）を含んでいてもよい：
ａ．レーザのためのポンプとして機能する、フラッシュランプ２７４またはレーザーダイオード２７２などの光源。上述の例を参照すると、光源は、ポンプとして機能しうる。

ｂ．上記光源（例：２７２）からの光を、レーザ２００の光軸上に集束させるための集束光学系２８２（例：レンズ）。

ｃ．光キャビティ２３０を出た後のレーザビーム２９０を操作するためのディヒューザ（拡散器）または他の光学系２８４。

任意に、ＳＷＩＲ光学システム１００は、より広い視野（Field of view，ＦＯＶ）へとレーザを拡げる（展開する）ための光学系を含んでもよい。これにより、ＦＯＶ内における眼の安全性についての問題を改善できる。任意に、受動Ｑスイッチレーザ２００は、ダイオードポンプ式固体レーザ（diode pumped solid state laser，ＤＰＳＳＬ）である。

任意に、受動Ｑスイッチレーザ２００は、（ｉ）少なくとも１つのダイオードポンプ光源２７２と、（ｉｉ）当該ポンプ光源２７２の光を光学共振器内において集束させるための光学系２８２と、を含んでいる。任意に、光源２７２は、（エンドポンプとして）光軸上に配置されている。任意に、光源２７２は、高反射率ミラー２４０またはＳＡ２１０にリジッド接続されてもよい。この場合、光源２７２は、モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザの一部となる。任意に、レーザの光源は、１つ以上の垂直キャビティ面発光レーザ（vertical-cavity-surface-emitting laser，ＶＣＳＥＬ）アレイを含んでいてもよい。任意に、受動Ｑスイッチレーザ２００は、（ｉ）少なくとも１つのＶＣＳＥＬアレイと、（ｉｉ）当該ＶＣＳＥＬアレイの光を光共振器内において集束させるための光学系と、を含んでいる。光源（例：レーザポンプ）によって出射される波長は、レーザに使用される結晶性物質および／またはドーパントに依存しうる。ポンプによって出射されうる複数の例示的なポンピング波長は、（ｉ）８０８ｎｍまたは約８０８ｎｍ、（ｉｉ）８６９ｎｍまたは約８６９ｎｍ、（ｉｉｉ）約９００ｎｍおよびそれ以上の値（ｎｍ）を含んでいる。

図５Ａは、本開示の主題の他の例に係るＳＷＩＲ光学システム１００を示す概略的な機能ブロック図である。上述の通り、ＳＷＩＲ光学システム１００は、追加のコンポーネント、例えば、（ｉ）（外部物体によって反射されたレーザの光を感知するための）対応するセンサ１２０、（ｉｉ）（感知結果を処理するための）プロセッサ１４０、（ｉｉｉ）（レーザの動作を制御するための、例えばレーザの動作と同期させるための）コントローラ１３０、のうちの１つ以上のコンポーネントを含んでいてよい。そのような複数の例について、以下でさらに詳しく論じられている。任意に、ＳＷＩＲ光学システム１００は、レーザの波長に感応するＳＷＩＲフォトディテクタアレイ１２６を含んでいてもよい。このように、ＳＷＩＲ光学システムは、アクティブＳＷＩＲカメラ、ＳＷＩＲ飛行時間（time-of-flight，ＴｏＦ）センサ、ＳＷＩＲ光検出測距（light detection and ranging，ＬＩＤＡＲ）センサなどとして機能しうる。任意に、ＳＷＩＲ光学システム１００は、レーザの波長に感応するＴｏＦＳＷＩＲセンサを含んでいてよい。任意に、フォトディテクタアレイは、レーザ２００によって出射されるＳＷＩＲ周波数に感応するＣＭＯＳベースのフォトディテクタアレイであってよい。当該フォトディテクタアレイは、例えば、イスラエルのテルアビブに所在のＴｒｉＥｙｅ ＬＴＤ．によって設計および製造されたＣＭＯＳベースのフォトディテクタアレイである。

任意に、ＳＷＩＲ光学システム１００は、ＳＷＩＲフォトディテクタアレイ１２６（または、ＳＷＩＲ光学システム１００の任意の他の光感応センサ）から得られた検出データを処理するためのプロセッサ１４０を含んでいてもよい。一例として、プロセッサ１４０は、検出情報を処理して、ＳＷＩＲ光学システム１００の視野（ＦＯＶ）におけるＳＷＩＲ画像を提供し、当該ＦＯＶ内の物体を検出してよい。任意に、ＳＷＩＲ光学システム１００は、（ｉ）レーザの波長に感応する飛行時間（ＴｏＦ）ＳＷＩＲセンサ（例：センサ１２０）と、（ｉｉ）ＳＷＩＲ光学システム１００の視野内における少なくとも１つの物体９１０との距離を検出するために、ＴｏＦＳＷＩＲセンサと受動ＱスイッチＳＷＩＲレーザとの動作を同期させるように動作可能なコントローラと、を含んでいてもよい。任意に、ＳＷＩＲ光学システム１００は、コントローラ１３０を含んでいてもよい。コントローラ１３０は、（ｉ）Ｑスイッチレーザ２００における動作の１つ以上の態様、または、（ｉｉ）フォトディテクタアレイ１２６（例：焦点平面アレイ（focal plane array，ＦＰＡ））などのシステムの他のコンポーネントを、制御するように動作可能である。例えば、コントローラ１３０によって制御されうるレーザの複数のパラメータのうちの一部は、タイミング、持続時間、強度、合焦（焦点合わせ）などを含んでいる。必須ではないが、コントローラ１３０は、フォトディテクタアレイの検出結果に基づいて、レーザ２００の動作を制御してよい（直接的に制御してもよいし、あるいは、プロセッサ１４０による処理に基づいて制御してもよい）。任意に、コントローラ１３０は、レーザ２００の活性化パラメータに影響を及ぼすために、レーザポンプまたは他のタイプの光源を制御するように動作可能であってもよい。任意に、コントローラ１３０は、パルス反復率（パルス反復レート）を動的に変化させるように動作可能であってもよい。任意に、コントローラ１３０は、例えば、視野の特定領域における信号対ノイズ比（Signal to Noise Ratio，ＳＮＲ）を改善するために、光整形光学系の動的な変更を制御するように動作可能であってもよい。任意に、コントローラ１３０は、パルスエネルギーおよび／または持続時間を動的に変化させるために、（例えば、ポンピングレーザの焦点合わせを変化させるなどの、他の受動的Ｑスイッチレーザにおいて可能な方法と同じ方法によって）照明モジュールを制御するように動作可能であってもよい。

任意に、ＳＷＩＲ光学システム１００は、レーザの温度、または、当該システムの１つ以上のコンポーネント（例：ポンプダイオード）の温度を、全般的に制御するための温度制御（例：受動温度制御、能動温度制御）を含んでいてもよい。当該温度制御は、例えば、熱電クーラ（thermoelectric cooler，ＴＥＣ）、ファン、ヒートシンク、ポンプダイオード下の抵抗ヒータを含みうる。

レーザの出力は、当該レーザの設計に応じた利用態様に依存しうる。例えば、レーザ出力は、１Ｗ～５Ｗであってよい。例えば、レーザ出力は、５Ｗ～１５Ｗであってもよい。例えば、レーザ出力は、１５Ｗ～５０Ｗであってもよい。例えば、レーザ出力は、５０Ｗ～２００Ｗであってもよい。例えば、レーザ出力は、２００Ｗより高くてもよい。

図５Ｂは、本開示の主題のさらに他の実施例に係る、さらに別のＳＷＩＲ光学系１００を示す概略的な機能ブロック図である。図５Ｂに例示されている通り、システム２００は、レーザ２００の出力光信号を増幅するためのレーザ増幅器（レーザアンプ）３１０を含んでいてよい。増幅器３１０は、専用のダイオード３２０によって、または任意の他の適切な光源を使用して、ポンピングされうる。レーザアンプ３１０は、（図示されている通り）独立した増幅ユニット３００として実装されてもよいし、（例えば、レーザ２００にリジッド接続されるように）レーザ２００の一部として実装されてもよいし、あるいは、任意の他のシステムの一部として実装されてもよいことに留意されたい。レーザ増幅器３１０は、図示されていなくとも、電気光学システム２００の他の構成（例：サイドポンピングを使用する構成）によって実装されうることにも留意されたい。

ＳＷＩＲ－Ｑスイッチレーザ２００は、パルスレーザである。ＳＷＩＲ－Ｑスイッチレーザ２００は、当該レーザが設計される用途に応じて、異なる周波数（繰返し率）、異なるパルスエネルギー、および異なるパルス持続時間を有しうる。例えば、レーザの繰返し率は、１０Ｈｚ～５０Ｈｚであってよい。例えば、レーザの繰返し率は、５０Ｈｚ～１５０Ｈｚであってもよい。例えば、レーザのパルスエネルギーは、０．１ｍＪ～１ｍＪであってもよい。例えば、レーザのパルスエネルギーは、１ｍＪ～２ｍＪであってもよい。例えば、レーザのパルスエネルギーは、２ｍＪ～５ｍＪであってもよい。例えば、レーザのパルスエネルギーは、５ｍＪより高くてもよい。例えば、レーザのパルス持続時間は、１０ｎｓ～１００ｎｓであってよい。例えば、レーザのパルス持続時間は、０．１μｓ～１００μｓであってよい。例えば、レーザのパルス持続時間は、１００μｓ～１ｍｓであってもよい。また、例えば、レーザのサイズは、当該レーザのコンポーネントのサイズに応じて変化しうる。例えば、レーザの寸法は、Ｘ_１×Ｘ_２×Ｘ_３であってよい。これらの寸法（Ｘ_１、Ｘ_２、およびＸ_３）のそれぞれは、１０ｍｍ～１００ｍｍ、２０～２００ｍｍなどである。出力カップリングミラーは、平坦であってもよいし、湾曲していてもよいし、わずかに湾曲していてもよい。

任意に、ＧＭの吸収領域内に熱が蓄積することを防止するために、ＳＷＩＲ光学システム１００は、ＧＭおよびＳＡに加えて、アンドープＹＡＧをさらに含んでいてもよい。任意に、アンドープＹＡＧは、ＧＭおよびＳＡを取り囲むシリンダ（円筒）（例：同心シリンダ）として形成されていてよい。

ＳＷＩＲ光学システム１００は、上述の各コンポーネントに加えて、追加のコンポーネントを含んでいてもよいことに留意されたい。複数の非限定的な例が、以下に提供されている。任意に、ＳＷＩＲ光学システム１００は、ＧＭおよびＳＡの少なくとも一方を露光（bleach）するために使用される別のレーザを含んでいてよい。任意に、ＳＷＩＲ光学システムは、受動Ｑスイッチレーザ２００によってパルスが生成される時間（時刻，時点）を測定するように動作可能な内部感光性ディテクタ（例：１つ以上のフォトダイオード）を含んでいてよい。プロセッサは、システム１００の視野内における物体からのレーザ光の反射を検出するフォトディテクタアレイ（あるいは他の種類のカメラまたはセンサ）に対して、内部感光性ディテクタから得られたタイミング情報に基づいてトリガ信号を供給するように動作可能である。図５Ｂには、このような内部感光ディテクタが例示されている（図示されている例では「パルス検出フォトダイオード」と表記されている）。

図６Ａは、本開示の主題の例に係る方法６００の例を示すフローチャートである。方法６００は、受動Ｑスイッチレーザのための部品（パーツ）を製造する方法である。当該受動Ｑスイッチレーザは、例えば上述の受動Ｑスイッチレーザ２００であるが、これに限定されない。上述の各図面に関して記載された各例を参照すると、受動Ｑスイッチレーザは、レーザ２００であってよい。レーザ２００またはそのコンポーネントに関して説明した任意の変形例は、その部品が方法６００によって製造される受動Ｑスイッチレーザに対して、または、その対応するコンポーネントに対して適用することもできることに留意されたい。その逆についても同様である。

方法６００は、少なくとも１つの第１粉末を第１モールド内に挿入するステージ６１０から始まる。方法６００において、第１粉末は、第１結晶性物質を生じさせるために、後に処理される。第１結晶性物質は、受動ＱスイッチレーザにおけるＧＭまたはＳＡのいずれか一方としての役割を果たす。一部の実施形態では、レーザのＧＭが、（例：焼結によって）最初に作成される。そして、先行して作成されたＧＭの上に、（例：焼結によって）ＳＡが後に作成される。他の実施形態では、レーザのＳＡが最初に作成される。そして、先行して作成されたＳＡの上に、ＧＭが後に作成される。さらに他の実施形態では、ＳＡとＧＭとは、互いに独立して作成される。そして、ＳＡとＧＭとは、単一の剛体を形成するように結合（カップリング）される。結合工程は、加熱工程の一部として、焼結工程の一部として、または後の工程の一部として実行されうる。

方法６００のステージ６２０は、少なくとも１つの第１粉末とは異なる、少なくとも１つの第２粉末を、第２モールドに挿入することを含む。方法６００において、少なくとも１つの第２粉末は、第２結晶性材料を生じさせるために、後に処理される。（ＳＡおよびＧＭの一方が第１結晶性物質から成り、他方の機能部が第２結晶性物質から成るように）第２結晶性物質は、受動ＱスイッチレーザのＧＭまたはＳＡのいずれか一方としての役割を果たす。

第２モールドは、第１モールドと異なっていてもよい。あるいは、第２モールドは、第１モールドと同一であってもよい。この場合、例えば、少なくとも１つの第２粉末は、（ｉ）少なくとも１つの第１粉末の上に（または、第１未焼結体（第１グリーン体）がすでに作成されている場合には、当該第１未焼結体の上に）挿入されてもよいし、（ｉｉ）当該第１粉末のそばに挿入されてもよいし、あるいは、（ｉｉｉ）当該第１粉末の周辺などに挿入されてもよい。（実施される場合）少なくとも１つの第１粉末と同一のモールド内へ、少なくとも１つの第２粉末を挿入する工程は、（ｉ）少なくとも１つの第１粉末を第１未焼結体へと処理する前に実行されてもよいし、（ｉｉ）少なくとも１つの第１粉末を第１未焼結体へと処理する後に実行されてもよいし、あるいは、（ｉｉｉ）少なくとも１つの第１粉末を第１未焼結体へと処理する期間内に実行されてもよい。

第１粉末および／または第２粉末は、（ｉ）粉砕ＹＡＧ（または、スピネル、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＺｎＳｅなどの他の上述の各物質のいずれか）と、（ｉｉ）ドーピング材料（例：Ｎ^３＋、Ｖ^３＋、Ｃｏ）と、を含みうる。第１粉末および／または第２粉末は、（ｉ）ＹＡＧ（または、スピネル、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＺｎＳｅなどの他の上述の各物質のいずれか）が製造される材料と、（ｉｉ）ドーピング材料（例：Ｎ^３＋、Ｖ^３＋、Ｃｏ）と、を含みうる。

ステージ６３０は、ステージ６１０の後に実行される。ステージ６３０は、第１モールド内において少なくとも１つの第１粉末を圧縮して、第１未焼結体を生成する工程を含む。ステージ６２０は、ステージ６４０の後に実行される。ステージ６２０は、第２モールド内において少なくとも１つの第２粉末を圧縮して、第２未焼結体を生成する工程を含む。ステージ６１０・６２０において、少なくとも１つの第１粉末と少なくとも１つの第２粉末とが同一のモールド内に挿入される場合、ステージ６３０・６４０における各粉末の圧縮は同時に実行されてよい（例えば、少なくとも１つの第２粉末を押圧し、次いで、少なくとも１つの第１粉末をモールドに対して圧縮する）。但し、このことは必須ではない。例えば、任意に、ステージ６２０は（従って、ステージ６４０も）、ステージ６３０における圧縮後に実行されてもよい。

ステージ６５０は、第１未焼結体を加熱して、第１結晶性物質を生成する工程を含む。ステージ６６０は、第２未焼結体を加熱して、第２結晶性物質を生成する工程を含む。異なる実施形態では、第１結晶の加熱は、（ｉ）ステージ６３０・６５０のそれぞれの前に実行されてもよいし、（ｉｉ）ステージ６３０・６５０のそれぞれと部分的に同時に実行されてもよいし、あるいは、（ｉｉｉ）ステージ６３０・６５０のそれぞれの後に実行されてもよい。

任意に、ステージ６５０における第１未焼結体の加熱は、ステージ６４０（かつ、場合によってはステージ６２０）における、少なくとも１つの第２粉末の圧縮に先行する（かつ、場合によっては、当該第２粉末の挿入にも先行する）。第１未焼結体および第２未焼結体は、（例えば、異なる時間において、異なる温度によって、異なる持続時間に亘って）個別に加熱されてよい。加熱時またはその他の期間において、第１未焼結体と第２未焼結体とが互いに接続されているか否かによらず、第１未焼結体と第２未焼結体とは共に加熱されてよい（例：同じオーブン内において）。第１未焼結体と第２未焼結体とは、異なる加熱レジーム（加熱方式）に供されてもよい。第１未焼結体と第２未焼結体とは、複数の加熱レジームの他の部分において個別に加熱されている期間において、部分的な共加熱を共有しうる。例えば、第１未焼結体および第２未焼結体の一方または両方は、他の未焼結体とは個別に加熱されてもよい。次いで、２つの未焼結体は、（例えば、結合後に）共に加熱されてもよい。但し、このことは必須ではない。任意に、第１未焼結体を加熱する工程および第２未焼結体を加熱する工程は、単一のオーブン内において当該第１未焼結体および当該第２未焼結体を同時に加熱する工程を含む。任意に、ステージ６７０における結合は、単一のオーブン内における両方の未焼結体を同時加熱した結果であることに留意されたい。任意に、ステージ６７０における結合は、両方の未焼結体が互いに物理的に接続された後に、当該未焼結体を共焼結することによって行われることに留意されたい。

方法６００におけるステージ６７０は、第１結晶性物質に第２結晶性物質を結合する工程を含む。この結合は、当技術分野において既知である任意の結合方法によって実行されてよい。当該結合方法の一部についての非限定的な例は、受動Ｑスイッチレーザ２００に関して上述されている。結合は、複数のサブステージを有しうる。当該サブステージの一部は、異なる実施形態において、様々な方法によって、ステージ６３０、６４０、６５０、および６６０の内の様々なステージと相互に関連しうることに留意されたい。この結合により、ＧＭとＳＡとの両方を含む単一の硬質結晶体が得られる。

方法６００は、結晶の製造（特に、互いに結合された多結晶物質についてのセラミックまたは非セラミックの多結晶化合物の製造）に使用される追加のステージを含みうることに留意されたい。複数の非限定的な例は、粉末調製、バインダバーンアウト、高密度化、アニール、研磨（下記の通り、必要であれば）などを含む。

方法６００における受動ＱスイッチレーザのＧＭ（上述の通り、第１結晶性物質または第２結晶性物質のいずれかであってよい）は、ネオジムドープ結晶性物質である。方法６００における受動ＱスイッチレーザのＳＡ（上述の通り、第１結晶性物質または第２結晶性物質のいずれかであってよい）は、（ａ）ネオジムドープ結晶性物質と、（ｂ）３価バナジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｖ^３＋：ＹＡＧ）およびコバルトドープ結晶性物質から成るドープ結晶性物質のグループから選択されるドープ結晶性物質と、から成る結晶性物質のグループから選択される。ＧＭおよびＳＡの少なくとも一方は、セラミック結晶性物質である。任意に、ＧＭとＳＡとの両方は、セラミック結晶性物質である。任意に、ＧＭおよびＳＡのうちの少なくとも一方は、多結晶物質である。任意に、ＧＭとＳＡとの両方は、多結晶物質である。

製造プロセスにおける追加のステージは、方法６００における異なるステージ間に位置しうる。特に、焼結プロセスにおける第２物質の結合に先立ち、第１物質を研磨する工程は、少なくとも一部の実施形態では必要とされない。

方法６００においてＧＭ結晶性物質およびＳＡ結晶性物質を製造することができる結晶性物質の組合せを参照すると、当該組合せは、以下を含みうる。

ａ．ＧＭ結晶性物質は、セラミックネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）である。そして、ＳＡ結晶性物質は、（ａ）セラミック３価バナジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｖ^３＋：ＹＡＧ）、または、（ｂ）セラミックコバルトドープ結晶性物質のいずれかである。この代替例では、（ｉ）Ｎｄ：ＹＡＧと、（ｉｉ）上述のグループから選択されるＳＡ結晶性材料と、の両方がセラミック形態にある。コバルトドープ結晶性物質は、コバルトによってドープされた結晶性物質である。その例は、コバルトドープスピネル（Ｃｏ：スピネル、またはＣｏ^２＋：ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、コバルトドープセレン化亜鉛（Ｃｏ^２＋：ＺｎＳｅ）を含む。必須ではないが、このオプションにおける高反射率ミラーおよびＳＡは、ＧＭとＳＡとにリジッド接続されていてもよい。これにより、受動Ｑスイッチレーザは、モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザとなる。

ｂ．ＧＭ結晶性物質は、セラミックネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）である。そして、ＳＡ結晶性物質は、（ａ）３価バナジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｖ^３＋：ＹＡＧ）と、（ｂ）コバルトドープ結晶性物質と、から成るドープセラミック物質のグループから選択される非セラミックＳＡ結晶性物質である。この場合、高反射率ミラーおよびＳＡは、ＧＭとＳＡとにリジッド接続される。これにより、受動Ｑスイッチレーザは、モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザとなる。

ｃ．ＧＭ結晶性物質は、セラミックネオジムドープ希土類元素結晶性物質である。そして、ＳＡ結晶性物質は、（ａ）３価バナジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｖ^３＋：ＹＡＧ）と、（ｂ）コバルトドープ結晶性物質と、から成るドープ結晶性物質のグループから選択されるセラミック結晶性物質である。必須ではないが、このオプションにおける高反射率ミラーおよびＳＡは、ＧＭとＳＡとにリジッド接続されてよい。この場合、受動Ｑスイッチレーザは、モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザとなる。

方法６００の全体を参照すると、任意に、ＳＡ結晶性物質およびＧＭ結晶性物質の一方または両方は、関連する波長（例：ＳＷＩＲ放射）に対して透明であることに留意されたい。任意に、１つ以上の中間接続結晶性物質が存在する場合には、当該中間接続結晶性物質も当該波長に対して透明であることに留意されたい。

図６Ｂおよび図６Ｃは、本開示の主題の例に係る方法６００の実行に関する複数の概念的なタイムラインを含む。図面を簡略化するために、ＳＡは少なくとも１つの第１粉末に対する処理の結果物であり、かつ、ＧＭは少なくとも１つの第２粉末に対する処理の結果物であるものとする。上述の通り、これらの立場は逆であってもよい。

図７Ａ～図７Ｃは、本開示の主題の例に係る受動Ｑスイッチレーザ７００の例を示す概略的な機能ブロック図である。必須ではないが、レーザ７００は、上述したレーザ２００の任意の適切な変形例として随意に実施されてよい。レーザ７００は、電気光学システム８００の一部であってよい。必須ではないが、電気光学システム８００は、上述の電気光学システム１００の任意の適切な変形例として随意に実施されてよい。

レーザ７００は、誘導放出断面積（σ_ＳＥと表記）によって特徴付けられるＧＭ７１０を含む。また、レーザ７００は、吸光断面積（σ_ａと表記）によって特徴付けられるＳＡ７２０を含む。ＧＭ７１０とＳＡ７２０との複数の組合せにおいて、σ_ａは、（ｉ）σ_ＳＥよりも小さいか、または、（ｉｉ）σ_ＳＥよりも有意に大きくない。例えば、σ_ａ＜３・σ_ＳＥである。例えば、ＧＭ７１０がネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）から成り、かつ、ＳＡ７２０がコバルトドープＹＡＧ（Ｃｏ^２＋：ＹＡＧ）から成る場合がある。この場合、ＧＭ７１０に蓄積されたポンプエネルギーの大部分は、ＳＡ７２０を飽和させるために使用され、増幅のためのエネルギーのほんのわずかな部分しか残らない。アブソーバを飽和させるために必要なエネルギー量を減少させるために、レーザ７００は、専用のジオメトリ（幾何学的形状）を有する光共振器を含む。このことについては、以下にてより詳細に論じる。提案したジオメトリによれば、アブソーバを飽和させるために、蓄積エネルギーのわずかな部分しか要求されないので、高効率をもたらし、それゆえ高出力エネルギーをもたらす。

光共振器（当該共振器の内部には、ＧＭ７１０およびＳＡ７２０が配置されている）は、高反射率ミラー７３０および出力カプラ７４０を含む。ＨＲ（high reflectivity）ミラー７３０およびＯＣ（output coupler）７４０のうちの少なくとも１つは、湾曲ミラーを含む。これにより、光共振器におけるミラーの組み合わせは、ＳＡ内におけるレーザモードの有効断面積（Ａ_ＳＡと表記）を、ポンプビームのレイリー長の範囲内におけるレーザモードの断面積（Ａ_ＧＭと表記）よりも小さくする光を、光共振器の内部へと導くことができる。ＳＡ７２０は比較的狭いので、モードの直径は、ＳＡ内において少しは変化しうるが、それほど大きくは変化しないことに留意されたい。それゆえ、計算を簡単にするために、単一の有効直径は、ＳＡ内におけるモードの複数の直径についての小範囲を代表してよい（有効直径は、複数の直径についての小範囲に含まれている。通常では、当該有効直径は、ＳＡ７２０に沿ったモードの平均直径に近い）。

図中において、レーザモードは７５０と表記されており、被ポンピング体積（被ポンピング空間）は７６０と表記されている。被ポンピング体積のウエスト（くびれ部，胴部）は、７６２と表記されている。ＳＡ内におけるレーザモードの断面積がＳＡ７２０の全体に亘り一定ではない場合、Ａ_ＳＡは、ＳＡ７２０の全体を通じてのレーザモードの平均有効断面積を表しうる。同様に、レーザモードの断面積がポンプのレイリー長の全体に亘り一定でない場合には、Ａ_ＧＭは、ポンプのレイリー長の範囲内におけるレーザモードの平均断面積を表しうる。レーザビームのレイリー長（またはレイリー範囲）とは、ビーム半径がルート２（２の平方根）という比率だけ増加した位置における、（伝播方向における）ビームウエストからの距離である（例えば円形ビームの場合、モード面積はこの位置において２倍に増加する）。なお、Ａ_ＳＡとＡ_ＧＭとが共に（例えば、ｃｍ^２単位によって測定される）幾何学的面積であることに対し、σ_ａとσ_ＳＥとは、ＧＭ７１０およびＳＡ７２０の材料の特性であることに留意されたい。σ_ａおよびσ_ＳＥも、面積の単位（例：ｃｍ^２単位）によって表されることにも留意されたい。

凹ミラーを使用すると、ＧＭ７１０における単位面積当たりのエネルギー密度に対して、ＳＡ７２０における単位面積当たりに、より大きなエネルギー密度を集束（集中）させることができる。これにより、アブソーバを飽和させるために必要とされる蓄積エネルギーはわずかな部分のみとなりうる。その結果、高効率をもたらし、従って、高出力エネルギーをもたらす。

エネルギーの集束は、ＧＭおよびＳＡに対して選択される材料、所望のレーザ出力パワーなどの種々の考慮すべき事項に応じて、異なる程度まで実行されてよい。例えば、（ＨＲミラー７３０およびＯＣ７４０のうちの）１つ以上の凹ミラーの半径は、σ_ＳＥとＡ_ＧＭとの比率が、σ_ａとＡ_ＳＡとの比率に対して、少なくとも３倍小さくなるように選択されてよい。すなわち、

であってよい。他の比率が選択されてもよい。例えば、光共振器のジオメトリは、

であるように設定されていてもよいし、

であるように設定されていてもよいし、

であるように設定されていてもよいし、

であるように設定されていてもよいし、

であるように設定されていてもよいし、または、

であるように設定されていてもよい。

上述の通り、任意に、ＧＭ７１０はネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）から成り、かつ、ＳＡ７２０はコバルトドープＹＡＧ（Ｃｏ^２＋：ＹＡＧ）から成る場合がある。但し、ＧＭ７１０またはＳＡ７２０のいずれかに対して、他の物質が使用されてもよい。非限定的な例として、受動Ｑスイッチレーザ２００のＧＭおよびＳＡに関して上述した各物質の内の任意の物質が、ＧＭ７１０およびＳＡ７２０に対してそれぞれ使用されてよい。必須ではないが、ＧＭ７１０およびＳＡ７２０は、様々なドーパントを有する同じタイプの結晶（例：ＹＡＧ、スピネル、セレン化亜鉛）上に実装されてよい。

例えば、受動Ｑスイッチレーザ２００について上述した通り、任意に、受動Ｑスイッチレーザ７００は、マイクロチップレーザであってよい（準用）。任意に、高反射率ミラー７３０および出力カプラ７４０は、ＧＭ７１０とＳＡ７２０とにリジッド接続されてよい。この場合、受動Ｑスイッチレーザは、モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザとなる。但し、これらのコンポーネントは、必ずしも互いに直接的に接続されなくともよいことに留意されたい。例えば、アンドープＹＡＧ（または任意の他の適切な結晶）は、（ｉ）高反射率ミラー７３０とＧＭ７１０との間、（ｉｉ）ＧＭ７１０とＳＡ７２０との間、および／または、（ｉｉｉ）ＳＡ７２０と出力カプラ７４０との間に、配置されてよい。このような構成の例は、図７Ｃ、図８Ｂ、および図８Ｃに提供されている。

ＨＲミラー７３０および／または出力カプラ７４０のいずれか一方は、凹ミラー（またはその光学的等価物）であってよい。当該凹ミラーは、球状凹ミラーまたは別のタイプの凹ミラーであってよい。任意に、高反射率ミラー７３０と出力カプラ７４０との両方は、凹ミラー（または光学的に等価な構成）である。このような実施形態は、本開示の主題の例に従って、図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃに示されている。異なる目的に応じて、ＨＲミラー７３０およびＯＣ７４０の両方を湾曲させてもよい。例えば、レーザのモードを整形するために、ＨＲミラー７３０およびＯＣ７４０の両方を湾曲させてもよい。例えば、ミラーコーティングなどの光学表面から（例：出力カプラ７４０から）離間した位置において最高エネルギー強度を維持するために、ＨＲミラー７３０とＯＣ７４０との両方を湾曲させてもよい。これにより、ＳＡ７２０内において発生する熱によるＯＣの損傷を防止できる。図８Ｂには、このような変形例が示されている。任意に、最高エネルギー密度が光学共振器の中央６０％の範囲内に含まれるように、凹状のＨＲミラー７３０の曲率および凹状のＯＣ７４０の曲率が設定されてよい。言い換えれば、次の通りである。最も離れた２つの点（１つの点はＨＲミラー上の点であり、もう１つの点はＯＣ上の点である）間の距離をＤと表記する。この場合、ＨＲミラー７３０と最高エネルギー密度の位置との距離は、０．２Ｄより大きい。この場合、ＯＣカプラと最高エネルギー密度の位置との距離も、０．２Ｄより大きい。

図７Ｂの例を参照する。任意に、ＳＡ７２０の直径は、ＧＭ７１０の直径よりも小さくてもよい。これにより、光学共振器から熱を放出するために、ＳＡ７２０を別の物質（例：アンドープＹＡＧ）によって取り囲むことができる。但し、（ＳＡ７２０の直径が、ＧＭ７１０の直径より小さくない場合であっても）レーザ７００からの熱除去を改善するために、ＧＭ７１０、ＳＡ７２０、またはその両方を、アンドープＹＡＧ（あるいは、別のタイプの結晶または他の物質）により覆ってもよいことに留意されたい。言い換えると、ＧＭの吸収領域内に熱が蓄積することを防止するために、レーザ７００は、ＧＭおよびＳＡに加えて、アンドープＹＡＧ（または、上述の各材料の任意の適切な結晶などの他の適切な材料）を任意に含んでいてもよい。例えば、アンドープＹＡＧ（または他の任意の適切な物質）は、ＧＭおよびＳＡを取り囲むシリンダとして成形されていてもよい。

レーザ７００は、エンドポンプ式レーザであってもよいし、サイドポンプ式レーザであってもよいことに留意されたい。図９Ａおよび図９Ｂはそれぞれ、開示されている主題の例に係る、エンドポンプ式Ｑスイッチレーザ７００（図９Ａ）を有する電気光学システム８００と、サイドポンプ式Ｑスイッチレーザ７００（図９Ｂ）を有する電気光学システム８００の例を示す概略的な機能ブロック図である。任意に、レーザ７００は、（ｉ）少なくとも１つのエンドポンピング光源７７２と、（ｉ）ダイオードポンプ光源の光を光共振器内において集束させるための光学系７８２と、を含んでいてよい。任意に、レーザ７００は、（ｉ）少なくとも１つのサイドポンプ光源７７４と、（ｉｉ）適切な光学系７８４（例：ディヒューザ）と、を含んでいてもよい。ポンピング光源の例は、ダイオードまたは垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイを含むが、これらに限定されない。図９Ａの各コンポーネントは、図３の対応する各コンポーネントと同様であってよい（準用）。そして、図９Ｂの各コンポーネントは、図４の対応する各コンポーネントと同様であってもよい（準用）。開示を簡潔化にするため、議論については繰り返さない。

上述した通り、レーザ２００について議論した任意の変形例を、レーザ７００に準用することもできる。例えば、受動Ｑスイッチレーザ７００は、多結晶性物質であるＧＭおよびＳＡを含んでいてよい。任意に、ＧＭ７１０およびＳＡ７２０は、ネオジムと少なくとも１つの他の材料とによってドープされた結晶性物質の単一ピース上に実装されてもよい。任意に、受動Ｑスイッチレーザ７００は、出力カプラを通じて、１，３００ｎｍ～１，５００ｎｍの波長範囲内の光を出射する。任意に、Ｑスイッチレーザ７００は、出力カプラを通じて、（ａ）１．３２μｍ±３ｎｍ、（ｂ）１．３４μｍ±３ｎｍ、および、（ｃ）１．４４μｍ±３ｎｍからなる中心周波数のグループから選択される中心周波数の波長範囲内の光を出射しうる。任意に、ＳＡ７２０の初期透過率（Ｔ_０）は、７５％～９０％である。任意に、ＳＡ７２０９の初期透過率（Ｔ_０）は、７８％～８２％である。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、本開示の主題の例に係る、電気光学システム８００の例を示す概略的な機能ブロック図である。電気光学システム８００を参照すると、システム９００は、レーザ７００に加えて、少なくとも１つの被照射物体からのレーザ照射の反射を検出するために、レーザの波長に感応するＳＷＩＲフォトディテクタアレイを含んでいてもよい。任意に、システム８００は、（ｉ）レーザの波長に感応するＴｏＦＳＷＩＲセンサと、（ｉｉ）ＴｏＦＳＷＩＲセンサと受動Ｑスイッチレーザとの動作を同期させるように動作可能なコントローラと、（ｉｉｉ）ＳＷＩＲ電気光学システムの視野内における少なくとも１つの物体との距離を決定するために、ＴｏＦＳＷＩＲセンサによる、受動Ｑスイッチレーザのレーザ照射の反射についての検出結果を処理するように動作可能なプロセッサと、を含んでいてもよい。

図１０Ｂは、開示されている主題の例に係る、短波赤外（ＳＷＩＲ）光学システム８００の例を示す概略的な機能ブロック図である。図５Ｂに示される通り、システム８００は、レーザ７００の出力光信号を増幅するためのレーザ増幅器５１０を含んでいてよい。増幅器５１０は、専用のダイオード５２０によって、または任意の他の適切な光源を使用してポンピングされてよい。レーザ増幅器５１０は、（図示されている通り）独立した増幅ユニット５００として実装されてもよいし、（例えば、レーザ７００にリジッド接続された）レーザ７００の一部として実装されてもよいし、あるいは、任意の他のシステムの一部として実装されてもよいことに留意されたい。レーザ増幅器５１０は、図示されていなくとも、電気光学システム８００の他の構成（例：サイドポンピングを使用する構成）によって実装されうることにも留意されたい。図１０Ａの各コンポーネントは、図５Ａの対応する各コンポーネントと同様であってよい（準用）。そして、図１０Ｂの各コンポーネントは、図４Ｂの対応する各コンポーネントと同様であってもよい（準用）。開示を簡潔化するため、議論については繰り返さない。

上述の受動Ｑスイッチレーザ７００の任意の変形例は、例えば、上述の方法６００を実施することによって製造されうることに留意されたい（準用）。製造された受動Ｑスイッチレーザに対して、受動Ｑスイッチレーザ７００についての上述の各特性を付与するために、方法６００は、適切なステージを含みうる。例えば、製造された受動Ｑスイッチレーザに対して、上述の物理的特性（例：誘導放出断面積（σ_ＳＥ）、吸収断面積（σ_ａ）、ＳＡ内におけるレーザモードの有効断面積）を付与するように、方法６００が適合化されていてもよい。

図１１および図１２は、開示されている主題の例に係る、ＧＭ増幅器１２００の分解斜視投影図である。上述の各図面に関して述べた例を参照すると、ＧＭ増幅器１２００は、システム１００の（あるいは、一体化されていれば、受動Ｑスイッチレーザ２００の）レーザ増幅器３１０としての役割を果たしうることに留意されたい。上述の各図面に関して述べた例を参照すると、ＧＭ増幅器１２００は、システム８００の（あるいは、一体化されていれば、受動Ｑスイッチレーザ７００の）レーザ増幅器５１０としての役割を果たしうることに留意されたい。但し、任意の適切なタイプのレーザ増幅器が、レーザ増幅器３１０および／または５１０として実装されてよい。ＧＭ増幅器１２００は、任意の適切なシードレーザ（１３００と表記されている）によって露光（feed）されうる。当該シードレーザは、例えば、受動Ｑスイッチレーザ２００および受動Ｑスイッチレーザ７００の任意の変形例であるが、これらに限定されない。

ＧＭ増幅器１２００は、平坦なネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）結晶１２１０を少なくとも含む。結晶１２１０は、５ミリメートル未満の平均厚さを有する（例：約１ｍｍ、さらなる例が以下に提供されている）。その一方、結晶１２１０の他の複数の寸法のうちの少なくとも１つは、より長い（例：少なくとも５倍長い）。場合によっては、直交する寸法の両方が、結晶１２１０の平均厚さに比べて少なくとも５倍長い。

平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶（平坦なＮｄ：ＹＡＧ結晶）１２１０は、以下のａ～ｄを少なくとも含んでいる。

ａ．上面１２１２。当該上面を通じて、第１周波数（「ポンプ周波数」とも称される）を有するポンプ光は、（例えば、任意のポンプ光源１２４０から）平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０に入射する。

ｂ．上面１２１２に対向する底面１２１４。

ｃ．第１側面１２２２。当該第１側面を通じて、第２周波数を有する入射レーザ光が、（例えば、任意のシードレーザ３１０から）平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶に入射する。

ｄ．第２側面１２２４。第２周波数を有する出射レーザ光は、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の複数の異なる側面によって反射された後に、当該第２側面を通じて、当該平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶から出射される。ポンプ光を用いて増幅された後には、出射レーザ光のパワーは、入射レーザ光のパワーよりも少なくとも４倍強い。より強い増幅レベル、例えば、少なくとも５倍、少なくとも７倍、少なくとも１０倍、少なくとも１５倍、少なくとも２０倍、少なくとも３０倍などが使用されてもよい。

平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は、上述の各表面に加えて、追加の側面を含んでもよい。平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の表面の一部または全部（第１側面および第２側面の一方または両方を任意に含む）は、平坦であってもよいし、あるいは、ほぼ（実質的に）平坦であってもよい。但し、このことは必須ではない。湾曲した表面が使用されてもよい。光は、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内において、第１側面および第２の側面の一方または両方によって内部反射されてよい。但し、このことは必須ではない。光は、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内において、第１側面および第２側面以外の１つ以上の表面によって内部反射されてもよい。但し、このことは必須ではない。第１側面と第２側面とは、互いに平行であってもよい。但し、このことは必須ではない。「上（top）」および「底（bottom）」という用語は、対向する側面を識別するために使用される任意的な用語であることに留意されたい。これらの表面は、本開示の異なる実施形態において、異なる方位（向き，方向）に配置されうる。（例えば、図示されている通り）上面は、底面と平行であってよい。但し、このことは必須ではない。第１側面は、少なくとも１つの辺（エッジ）を、上面および／または底面と共有していてもよい。但し、このことは必須ではない。さらに、第２側面は、少なくとも１つの辺を、上面および／または底面と共有していてもよい。但し、このことは必須ではない。簡潔化のために明示的に述べられていなくとも、上述の任意の実施形態についての任意の組合せが実施されうることに留意されたい。

出射レーザ光として出射される前に、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０内において光が内部反射される回数は、ドープ結晶内を通過する光路距離と指数関数的に相関する、ＧＭ増幅器１２００のゲインに影響を及ぼす。任意に、出射レーザ光として出射されるまでの入射レーザ光の光路は、少なくとも１０回の内部反射１２９２を含む。異なる数の内部反射（例：１０～１５回、１５～２０回、２０～２５回、２５～３５回、またはさらに多い回数）も実現されうる。任意に、出射レーザ光として出射されるまでの入射レーザ光の光路は、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の平均厚さよりも、少なくとも５０倍長い。光路と平均厚さとの間における異なる比率（例：５０～１００、１００～２００、または２００を超える値）も実現されうる。

平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は、特定の周波数を増幅するために使用されてよい。ポンプ光は、１つ以上のポンプ周波数（またはポンプ周波数範囲）を有していてよい。例えば、ポンプ周波数は、７５０ナノメートル（ｎｍ）～８５０ｎｍであってよい。例えば、ポンプ周波数は、７８０ｎｍ～８３０ｎｍであってもよい。例えば、ポンプ周波数は、８００ｎｍ～８５０ｎｍであってもよい。例えば、ポンプ周波数は、８００ｎｍ～８２０ｎｍであってもよい。例えば、ポンプ周波数は、８０８ｎｍ±２ｎｍであってもよい。但し、他の周波数範囲も実現されうる。ポンプ光は、レーザ光（例：垂直キャビティ面発光レーザ、または任意の他のタイプのレーザ）、発光ダイオード（light emitting diode，ＬＥＤ）光、または任意の他の適切な光源の光であってよい。

出射レーザ光は、１つ以上の出射周波数（または出射周波数範囲）を有していてよい。例えば、出射周波数は、１，３００ｎｍ～１，４００ｎｍであってよい。例えば、出射周波数は、１，３１０ｎｍ～１，３７０ｎｍであってもよい。例えば、出射周波数は、１，３３０ｎｍ～１，３５０ｎｍであってもよい。例えば、出射周波数は、１，３４０ｎｍ±２ｎｍであってもよい。

第２レーザ周波数（「入射レーザ周波数」とも称される）は、出射レーザ周波数と同じ周波数であってよい。例えば、第２光周波数は、１，３００ｎｍ～１，４００ｎｍであってよい。例えば、第２光周波数は、１，３１０ｎｍ～１，３７０ｎｍであってもよい。例えば、第２光周波数は、１，３３０ｎｍ～１，３５０ｎｍであってもよい。例えば、第２光周波数は、１，３４０ｎｍ±２ｎｍであってもよい。

上面１２１２は、（ｉ）第１寸法（例：奥行き（length））と、（ｉｉ）当該第１寸法に直交する第２寸法（例：幅）とを有する。第１寸法は、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の平均厚さに比べて、少なくとも５倍長い。例えば、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の厚さが１ｍｍである場合、第１寸法は、５ｍｍ以上の任意の長さ（例：５ｍｍ、１０ｍｍ、５～１５ｍｍ、１５～２５ｍｍなど）であってよい。平均厚さは、０．５ｍｍ未満、０．５～１ｍｍ、１～１．５ｍｍ、１．５～２ｍｍ、２～５ｍｍなど、用途に応じて変化しうる。平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の長さは、第１寸法に沿ったその最大の測定値である。任意に、第１寸法に沿った平均長さは、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の平均厚さに比べて、少なくとも倍長くてもよい。

任意に、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０は、プリズムである。任意に、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０は、直角プリズム（right prism）である。任意に、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０は、直角矩形プリズムである。平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０の上述の表面のうちの１つ以上は、ファセット（刻面）であってもよい。図７の例において、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０の厚さは、ほぼ定数であり、「Ｈ」と表記されている。図７の例において、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０内における内部反射は、第１側面１２２２および第２側面１２２４のみによって反射される。但し、このことは必須ではない。光は、出射レーザ光として出射される前に、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０の任意の表面によって内部反射されてもよい。

ＧＭ増幅器１２００は、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０に加えて、任意的なポンプ光源１２２０を含んでいてもよい。当該任意的なポンプ光源は、第１周波数を少なくとも有するポンプ光を出射する。任意的なポンプ光源１２２０は、適切なタイプの光源（例：ＬＥＤ、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、他のタイプのレーザなど）として実装されてよい。

ポンプ光源としてＶＣＳＥＬを使用すること（このことは、本開示における平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０の新規な幾何学的フォーマットにより実現可能となる）は、従来技術の解決策と比較した場合に、（ｉ）結晶増幅器のコストを低減するとともに、（ｉｉ）より容易かつ大量の製造を促進するために利用されうることに留意されたい。

ポンプ光が大型の上面に供給される本開示の新規なジオメトリは、光源が面積当たりに比較的低い輝度を有しうることを意味する。

任意に、ＧＭ増幅器１２００は、低デューティサイクル（例：３％未満、３％～５％、５％～１０％）において動作させられる。これにより、ＧＭ増幅器１２００を冷却する（クールダウンさせる）ことができる（このことは、ＧＭ増幅器１２００の相対的な薄さによって促進される）。任意に、ＧＭ増幅器１２００は、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０またはＧＭ増幅器１２００の任意の他の部分を冷却するための、冷却モジュール１２６０を含んでいてよい。当該冷却モジュールは、能動冷却モジュールであってもよいし、あるいは、ヒートシンクに接続されうる受動冷却モジュールであってもよい。任意に、冷却モジュール１２６０の表面は、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０の対応する表面（図示の例における底面１２１４、または当該結晶の任意の他の表面）に接触していてよい。また、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０の相対的な薄さは、比較的高いドーピング濃度（例：１％を超える値、１～２％、２～３％）での結晶のドーピングを可能とする。

任意に、ＧＭ増幅器１２００は、随意的な数１０通りの異なる照射モードを伴うマルチモードによって活性化される、サイドポンプ式ＧＭ増幅器であってもよい。

全体としてＧＭ増幅器１２００を参照すると、（ｉ）セラミックＮｄ：ＹＡＧ結晶と、（ｉｉ）当該結晶の内部における光の多重経路（有効経路を延長している）との組み合わせによって、ＧＭ増幅器１２００におけるより優れた引き出し効率が達成されうる。

任意に、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内におけるネオジムのドーピング濃度は、４％未満である。任意に、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内におけるネオジムのドーピング濃度は、１％～２％である。任意に、第１周波数と第２周波数と出射光周波数との内の、少なくとも１つの周波数に応じて、上面は反射防止コーティングによって被覆されている。

任意に、第１周波数と第２周波数と出射光周波数との内の、少なくとも２つの周波数に応じて、上面は反射防止コーティングによって被覆される。任意に、第１周波数と第２周波数と出射光周波数との内の、少なくとも１つの周波数に応じて、第１側面および第２側面のうちの少なくとも一方は、反射防止コーティングによって被覆されている。

任意に、第１周波数と第２周波数と出射光周波数との内の、少なくとも２つの周波数に応じて、第１側面および第２側面のうちの少なくとも一方は、反射防止コーティングによって被覆されている。任意に、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０の増幅自然放出（amplified spontaneous emission，ＡＳＥ）周波数（例：１，０６４ｎｍ）に応じて、第１側面および第２側面のうちの少なくとも一方は、反射防止コーティングによってさらに被覆されている。

任意に、第１側面を通じて平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶に入射した光は、第２側面を通じて出射される前に、その光路の少なくとも８０％に沿って出射される。

図１３および図１４は、ＧＭ増幅器１２００およびシードレーザ１３１０を含む、増幅レーザ照射源１３００を示す。任意に、シードレーザは、第１側面を通じて平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶に入射する光を出射する、Ｎｄ：ＹＡＧベースのレーザであってもよい。任意に、上述の各レーザのいずれか（例：受動Ｑスイッチレーザ２００および７００）が、シードレーザ１３１０として使用されてよい。

任意に、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０は、ＹＡＧ結晶（または、当該結晶の少なくとも１つ以上の部分）が、（ｉ）ネオジムによってドープされ、かつ、（ｉｉ）付加的な材料によってさらにドープされた、共ドープ結晶であってよい。付加的な材料は、ＹＡＧ結晶をドーピングする場合、平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０の少なくとも１つのＡＳＥ周波数における光を抑制する材料であってよい。例えば、１，０６４ｎｍでの発光を抑制するために、クロム（Ｃｒ）、特にクロムイオン（例：Ｃｒ^４＋）が使用されてよい。クロムによって平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０をさらにドーピングすることにより、増幅器の収率が増加しうる。他の材料（例：Ｃｏ^３＋）が使用されてもよい。

複数の側面の内の一部または全てが上面に対して垂直でない実施形態を参照すると、側面と上面（および／または底面）との間の角度が選択されうることに留意されたい。当該角度は、ＡＳＥの影響を低減する。そして、当該角度の程度まで、ＡＳＥが平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１２１０内において増幅されるであろう。

本開示についての特定の構成が本明細書において例示および説明されているが、多くの修正、置換、変更、および均等物が当業者によって想起されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神の範囲内に含まれる全ての修正および変更をカバーすることを意図していることを理解されたい。

上述の実施形態は、例として挙示されており、その様々な構成およびこれらの構成の組み合わせは変更および修正されうることが理解されるであろう。

様々な実施形態が例示および説明されているが、当該開示によって本開示を限定する意図はないことが理解されるであろう。むしろ、添付の特許請求の範囲において規定されている通り、本開示の範囲内に含まれる全ての修正および代替的な構成をカバーすることが意図されている。

本開示の譲受人および／またはイスラエルのテルアビブに所在のＴｒｉＥｙｅ ＬＴＤ．によって公開された全ての特許出願、ホワイトペーパー（白書）、および他の公に入手可能なデータは、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。

ＳＷＩＲ光学システムの一例を示す概略的な機能ブロック図である。 受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である。 受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である。 受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である。 ＳＷＩＲ光学システムの例示的な実施形態を示す概略的な機能図である。 ＳＷＩＲ光学システムの例示的な実施形態を示す概略的な機能図である。 ＳＷＩＲ光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である。 ＳＷＩＲ光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である。 受動Ｑスイッチレーザのための部品を製造する方法の例を示すフローチャートである。 上述の方法の実行に関する複数の概念的なタイムラインを含む。 上述の方法の実行に関する複数の概念的なタイムラインを含む。 受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である。 受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である。 受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である。 少なくとも１つの凹ミラーを含む受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である。 少なくとも１つの凹ミラーを含む受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である。 少なくとも１つの凹ミラーを含む受動Ｑスイッチレーザの例を示す概略的な機能ブロック図である。 エンドポンプ式受動Ｑスイッチレーザを備えた電気光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である。 サイドポンプ式受動Ｑスイッチレーザを備えた電気光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である。 電気光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である。 電気光学システムの例を示す概略的な機能ブロック図である。 ＧＭ増幅器の分解斜視投影図を示す。 別のＧＭ増幅器の分解斜視投影図を示す。 増幅レーザ照射源を示す。 別の増幅レーザ照射源を示す。

［本発明の別の表現］
（態様１）
受動Ｑスイッチレーザであって、誘導放出断面積σ_ＳＥを有するゲイン媒体（ＧＭ）と、上記ＧＭのσ_ＳＥの３倍未満の吸収断面積（σ_ａ）を有する可飽和アブソーバ（ＳＡ）と、上記ＧＭと上記ＳＡとが内部に配置されており、かつ、高反射率ミラーおよび出力カプラを有する光共振器と、を備えており、上記高反射率ミラーおよび上記出力カプラは、上記ＧＭと上記ＳＡとにリジッド接続されており、上記受動Ｑスイッチレーザは、モノリシックマイクロチップ受動Ｑスイッチレーザであり、上記高反射率ミラーおよび上記出力カプラのうちの少なくとも一方は、湾曲ミラーを含んでおり、上記湾曲ミラーは、上記ＳＡ内におけるレーザモードの有効断面積（Ａ_ＳＡ）が、ポンプのレイリー長の範囲内におけるレーザモードの断面積（Ａ_ＧＭ）よりも小さくなるように、光を上記光共振器内へと導く、受動Ｑスイッチレーザ。

（態様２）
上記ＧＭは、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）から成り、上記ＳＡは、コバルトドープＹＡＧ（Ｃｏ^２＋：ＹＡＧ）から成る、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様３）
上記ＧＭは、ネオジムドープイットリウムオルトバナジン酸塩（ＹＶＯ_４）から成り、上記ＳＡは、３価バナジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｖ^３＋：ＹＡＧ）から成る、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様４）
上記ＧＭは、ネオジムドープイットリウムオルトバナジン酸塩（ＹＶＯ_４）から成り、上記ＳＡは、コバルトドープＹＡＧ（Ｃｏ^２＋：ＹＡＧ）から成る、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様５）
上記高反射率ミラーは、凹ミラーである、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様６）
上記高反射率ミラーと上記出力カプラとの両方が、凹ミラーである、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様７）
凹状の上記高反射率ミラーおよび凹状の上記出力カプラの曲率は、最高エネルギー密度が上記光共振器の中央６０％の範囲内に含まれるように設定されている、態様６に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様８）
上記ＳＡの直径は、上記ＧＭの直径よりも小さく、上記ＳＡは、上記光共振器から熱を放出するための別の物質によって取り囲まれている、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様９）
少なくとも１つのエンドポンピング光源と、上記エンドポンピング光源の光を上記光共振器内において集束させるための光学系と、をさらに備えている、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様１０）
上記ＧＭおよび上記ＳＡは、多結晶物質である、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様１１）
上記ＧＭの吸収領域内における熱の蓄積を防止するために、上記ＧＭおよび上記ＳＡに加えて、アンドープＹＡＧをさらに含んでいる、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様１２）
上記ＧＭおよび上記ＳＡは、ネオジムと少なくとも１つの他の材料とによってドープされた結晶性物質の単一ピース上に実装されている、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様１３）
上記受動Ｑスイッチレーザは、上記出力カプラを通じて、１，３００ｎｍ～１，５００ｎｍの波長範囲内の光を出射する、態様１に記載の受動Ｑスイッチレーザ。

（態様１４）
態様１から１３のいずれか１つに記載の受動Ｑスイッチレーザを備えた短波赤外（ＳＷＩＲ）電気光学システムであって、少なくとも１つの被照射物体からのレーザ照射の反射を検出するために、上記受動Ｑスイッチレーザの波長に感応するＳＷＩＲフォトディテクタアレイをさらに備えている、ＳＷＩＲ電気光学システム。

（態様１５）
態様１から１３のいずれか１つに記載の受動Ｑスイッチレーザを備えた短波赤外（ＳＷＩＲ）電気光学システムであって、上記受動Ｑスイッチレーザの波長に感応する飛行時間（ＴｏＦ）ＳＷＩＲセンサと、上記ＴｏＦＳＷＩＲセンサと上記受動Ｑスイッチレーザとの動作を同期させるコントローラと、上記ＳＷＩＲ電気光学システムの視野内における少なくとも１つの物体との距離を決定するために、上記ＴｏＦＳＷＩＲセンサによる、上記受動Ｑスイッチレーザのレーザ照射の反射についての検出結果を処理するプロセッサと、をさらに備えている、ＳＷＩＲ電気光学システム。

Claims (15)

1. ゲイン媒体増幅器であって、
   ５ミリメートル未満の平均厚さを有する平坦ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）結晶を備えており、
   上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は、
   上面と、
   上記上面に対向している底面と、
   第１側面と、
   第２側面と、を備えており、
   ７５０ナノメートル（ｎｍ）～８５０ｎｍの第１周波数を有するポンプ光は、上記上面を通じて上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶に入射し、
   上記上面は、第１寸法と、上記第１寸法に直交する第２寸法と、を有しており、
   上記第１寸法は、上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の上記平均厚さに比べて少なくとも５倍長く、
   １，３００ｎｍ～１，４００ｎｍの第２周波数を有する入射レーザ光は、上記第１側面を通じて上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶に入射し、
   出射光周波数を有する出射レーザ光は、上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の複数の異なる側面によって反射された後に、上記第２側面を通じて上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶から出射され、
   上記ポンプ光を用いて増幅された後の上記出射レーザ光のパワーは、上記入射レーザ光のパワーよりも少なくとも２倍強い、ゲイン媒体増幅器。
2. 上記出射光周波数は、上記第２周波数とほぼ同じである、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
3. 上記平均厚さは、０．５ｍｍ～２ｍｍである、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
4. 上記第２寸法は、上記平均厚さに比べて少なくとも３倍長い、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
5. 上記第２寸法は、上記平均厚さに比べて少なくとも５倍長い、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
6. 上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内におけるネオジムのドーピング濃度は、４％未満である、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
7. 上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内におけるネオジムのドーピング濃度は、１％～２％である、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
8. 上記上面は、上記第１周波数と上記第２周波数と上記出射光周波数との内の、少なくとも１つの周波数に応じた反射防止コーティングによって被覆されている、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
9. 上記上面は、上記第１周波数と上記第２周波数と上記出射光周波数との内の、少なくとも２つの周波数に応じた反射防止コーティングによって被覆されている、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
10. 上記第１側面および上記第２側面のうちの少なくとも一方は、上記第１周波数と上記第２周波数と上記出射光周波数との内の、少なくとも１つの周波数に応じた反射防止コーティングによって被覆されている、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
11. 上記第１側面および上記第２側面のうちの少なくとも一方は、上記第１周波数と上記第２周波数と上記出射光周波数との内の、少なくとも２つの周波数に応じた反射防止コーティングによって被覆されている、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
12. 上記第１側面および上記第２側面のうちの少なくとも一方は、上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の増幅自然放出（ＡＳＥ）周波数に応じた反射防止コーティングによってさらに被覆されている、請求項１０または１１に記載のゲイン媒体増幅器。
13. 上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶のドーピング濃度は、１％よりも高い、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
14. 上記ポンプ光によって生じた熱を上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶から除去するために、上記底面に接触している冷却モジュールを備えている、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。
15. 上記第１側面を通じて上記平坦Ｎｄ：ＹＡＧ結晶に入射する光は、上記第２側面を通じて出射される前に、その光路の少なくとも８０％に沿って出射される、請求項１に記載のゲイン媒体増幅器。

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