JP3234805B2 - ３レベルのレーザシステム - Google Patents
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- H01S3/2325—Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers
- H01S3/2333—Double-pass amplifiers
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ソリッドステート
レーザに係り、より詳細には、高エネルギーの長いコヒ
レンス長さの目に安全なレーザに係る。
レーザに係り、より詳細には、高エネルギーの長いコヒ
レンス長さの目に安全なレーザに係る。
【０００２】
【従来の技術】ソリッドステートレーザ利得モジュール
は、ネオジウムイットリウムアルミニウムガーネット
（Ｎｄ：ＹＡＧ）又はネオジウムガラスのようなソリッ
ドステートレーザ利得媒体を包囲するハウジングと、反
転分布を生じるようにレーザ利得媒体の種をポンピング
する光学的ポンピングソースとを備えている。レーザ利
得モジュールは、光学的ポンピングソースからの放射を
受け取る光学的ポンプ領域を備えている。光学的ポンピ
ングソースは、通常は、広い波長スペクトルにわたって
放射する光源である。光学的ポンピングは、レーザ利得
媒体内に多量の熱を発生し、媒体の温度を上昇させるの
で、レーザ利得媒体のポンプ領域の温度を制御するため
に冷却システムが使用される。
は、ネオジウムイットリウムアルミニウムガーネット
（Ｎｄ：ＹＡＧ）又はネオジウムガラスのようなソリッ
ドステートレーザ利得媒体を包囲するハウジングと、反
転分布を生じるようにレーザ利得媒体の種をポンピング
する光学的ポンピングソースとを備えている。レーザ利
得モジュールは、光学的ポンピングソースからの放射を
受け取る光学的ポンプ領域を備えている。光学的ポンピ
ングソースは、通常は、広い波長スペクトルにわたって
放射する光源である。光学的ポンピングは、レーザ利得
媒体内に多量の熱を発生し、媒体の温度を上昇させるの
で、レーザ利得媒体のポンプ領域の温度を制御するため
に冷却システムが使用される。
【０００３】多くの高エネルギーレーザにおいては、レ
ーザ利得媒体は、通常、スラブ（厚板）構成で長方形断
面を有し、そして光学的に光沢仕上げされた主側面及び
端面と、主側面に垂直な横方向ポンプ面とを備えてい
る。入力光波は、レーザ利得媒体の端面に当たり、そし
てポンピングソースにより放射された電磁放射がレーザ
利得媒体のポンプ面に当たって、活性の種を励起し、反
転分布を形成する。入力光波と励起された原子との相互
作用により光波が増幅される。光波は、主側面からの多
数の内部ジグザグ反射によって利得媒体の長手軸に沿っ
て一般的に通過する。これら内部反射は、レーザ利得媒
体における熱勾配を平均化する。光波は、利得媒体を通
過するたびに増幅されて、利得を高める。
ーザ利得媒体は、通常、スラブ（厚板）構成で長方形断
面を有し、そして光学的に光沢仕上げされた主側面及び
端面と、主側面に垂直な横方向ポンプ面とを備えてい
る。入力光波は、レーザ利得媒体の端面に当たり、そし
てポンピングソースにより放射された電磁放射がレーザ
利得媒体のポンプ面に当たって、活性の種を励起し、反
転分布を形成する。入力光波と励起された原子との相互
作用により光波が増幅される。光波は、主側面からの多
数の内部ジグザグ反射によって利得媒体の長手軸に沿っ
て一般的に通過する。これら内部反射は、レーザ利得媒
体における熱勾配を平均化する。光波は、利得媒体を通
過するたびに増幅されて、利得を高める。
【０００４】従来の利得モジュールにおいては、レーザ
利得媒体は、一般に、その利得媒体のポンプ面に接触す
るホルダを使用して利得モジュールに保持される。更
に、利得媒体のポンプ面を横切って流れる冷却材をシー
ルするためにシール手段が使用される。しかしながら、
従来の利得モジュールの欠点は、ホルダ及びシール手段
が、ポンプ面が光学的ポンプソースからの放射を受け取
るのを阻止することである。阻止される領域は、３レベ
ルレーザに対してのみレーザエネルギーを著しく損失さ
せる非ポンプ領域を形成する。これは、Ｎｄ：ＹＡＧの
ような４レベルレーザには当てはまらない。
利得媒体は、一般に、その利得媒体のポンプ面に接触す
るホルダを使用して利得モジュールに保持される。更
に、利得媒体のポンプ面を横切って流れる冷却材をシー
ルするためにシール手段が使用される。しかしながら、
従来の利得モジュールの欠点は、ホルダ及びシール手段
が、ポンプ面が光学的ポンプソースからの放射を受け取
るのを阻止することである。阻止される領域は、３レベ
ルレーザに対してのみレーザエネルギーを著しく損失さ
せる非ポンプ領域を形成する。これは、Ｎｄ：ＹＡＧの
ような４レベルレーザには当てはまらない。
【０００５】光源については、発光ダイオードやレーザ
ダイオードがランプに代わって使用されている。ダイオ
ードレーザは、広帯域のランプで可能であるよりも、レ
ーザ利得媒体の吸収ピークの相当に厳密なマッチングを
与える。この改善された波長マッチングは、ソリッドス
テートレーザ利得媒体の効率を高め、有害な加熱作用を
減少させる。しかしながら、単軸の複屈折結晶の利得媒
体の場合には、結晶軸に対するダイオードの配向が、利
得媒体によるポンピング放射の吸収に直接的な作用を与
える。
ダイオードがランプに代わって使用されている。ダイオ
ードレーザは、広帯域のランプで可能であるよりも、レ
ーザ利得媒体の吸収ピークの相当に厳密なマッチングを
与える。この改善された波長マッチングは、ソリッドス
テートレーザ利得媒体の効率を高め、有害な加熱作用を
減少させる。しかしながら、単軸の複屈折結晶の利得媒
体の場合には、結晶軸に対するダイオードの配向が、利
得媒体によるポンピング放射の吸収に直接的な作用を与
える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】単軸結晶は、一般に、
他の結晶軸に沿った場合よりもポンピング放射の著しく
高い吸収を示す主放射吸収軸を有している。単軸結晶を
使用する幾つかの従来の利得モジュールの欠点は、利得
媒体結晶によるポンピング放射の吸収を最大にするため
に単軸利得媒体結晶の主吸収軸に対して発光ダイオード
が最適に配向されないことである。
他の結晶軸に沿った場合よりもポンピング放射の著しく
高い吸収を示す主放射吸収軸を有している。単軸結晶を
使用する幾つかの従来の利得モジュールの欠点は、利得
媒体結晶によるポンピング放射の吸収を最大にするため
に単軸利得媒体結晶の主吸収軸に対して発光ダイオード
が最適に配向されないことである。
【０００７】従来の利得モジュールの別の欠点は、冷却
システムにおけるレーザ放射の吸収によりレーザエネル
ギーのロスが生じることである。現存の利得モジュール
においては、利得媒体の温度を制御するための冷却材と
して水が使用されている。典型的なスラブ形状の利得媒
体においては、利得媒体のポンピング面が、そのポンピ
ング面上に流れる水によって冷却される。しかしなが
ら、ホルミウム及びツリウムの３レベルジグザグスラブ
形状のレーザのように、レーザ波長が２μｍないし３μ
ｍの場合には、レーザ放射が冷却水によって著しく吸収
される。これは、ジグザグスラブに実質的なロスを生
じ、利得媒体の効率を低減させる。ロッドとは異なり、
ジグザグスラブは、スラブのポンピング面にわたって流
れる冷却水へと短い距離だけ貫通するエバネッセント波
を発生する。冷却水によるエバネッセント波の吸収は、
レーザビームを減衰させる。
システムにおけるレーザ放射の吸収によりレーザエネル
ギーのロスが生じることである。現存の利得モジュール
においては、利得媒体の温度を制御するための冷却材と
して水が使用されている。典型的なスラブ形状の利得媒
体においては、利得媒体のポンピング面が、そのポンピ
ング面上に流れる水によって冷却される。しかしなが
ら、ホルミウム及びツリウムの３レベルジグザグスラブ
形状のレーザのように、レーザ波長が２μｍないし３μ
ｍの場合には、レーザ放射が冷却水によって著しく吸収
される。これは、ジグザグスラブに実質的なロスを生
じ、利得媒体の効率を低減させる。ロッドとは異なり、
ジグザグスラブは、スラブのポンピング面にわたって流
れる冷却水へと短い距離だけ貫通するエバネッセント波
を発生する。冷却水によるエバネッセント波の吸収は、
レーザビームを減衰させる。
【０００８】それ故、レーザ利得媒体の非ポンプ領域に
レーザエネルギーのロスを生じない３レベルのレーザ利
得モジュールが必要とされる。又、このモジュールは、
ダイオードの光学的ポンピングソースをレーザ利得媒体
に対して最適に配向させ、利得媒体による放射吸収を最
大にする必要がある。更に、このモジュールは、冷却材
を貫通するレーザ放射が冷却材により吸収されないよう
な冷却システムをもつ必要がある。
レーザエネルギーのロスを生じない３レベルのレーザ利
得モジュールが必要とされる。又、このモジュールは、
ダイオードの光学的ポンピングソースをレーザ利得媒体
に対して最適に配向させ、利得媒体による放射吸収を最
大にする必要がある。更に、このモジュールは、冷却材
を貫通するレーザ放射が冷却材により吸収されないよう
な冷却システムをもつ必要がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、これらの必要
性を満足する。本発明は、レーザ利得モジュールに用い
るための３レベルのソリッドステートレーザ利得媒体に
おいて、（ａ）ポンプ領域と、第１及び第２の接触領域
とを有し、ポンプ領域のポンピング放射パルスに応答し
てレーザ波長のレーザ放射を発生する利得層と、（ｂ）
拡散ボンディングにより利得層の第１接触領域に光学的
に接続された第１の透過層と、（ｃ）拡散ボンディング
により利得層の第２接触領域に光学的に接続された第２
の透過層とを備えた利得媒体を提供する。上記透過層
は、レーザ波長を透過し、これらの透過層によるレーザ
放射の吸収を減少する。この透過領域は、利得モジュー
ルの保持手段により保持されるか、又は冷却材をシール
するためのシール手段と協働するサイズにされる。この
ように、保持手段又はシール手段は、利得層のポンプ領
域を阻止せず、ロスを伴う非ポンプ領域の形成が防止さ
れる。
性を満足する。本発明は、レーザ利得モジュールに用い
るための３レベルのソリッドステートレーザ利得媒体に
おいて、（ａ）ポンプ領域と、第１及び第２の接触領域
とを有し、ポンプ領域のポンピング放射パルスに応答し
てレーザ波長のレーザ放射を発生する利得層と、（ｂ）
拡散ボンディングにより利得層の第１接触領域に光学的
に接続された第１の透過層と、（ｃ）拡散ボンディング
により利得層の第２接触領域に光学的に接続された第２
の透過層とを備えた利得媒体を提供する。上記透過層
は、レーザ波長を透過し、これらの透過層によるレーザ
放射の吸収を減少する。この透過領域は、利得モジュー
ルの保持手段により保持されるか、又は冷却材をシール
するためのシール手段と協働するサイズにされる。この
ように、保持手段又はシール手段は、利得層のポンプ領
域を阻止せず、ロスを伴う非ポンプ領域の形成が防止さ
れる。
【００１０】別の特徴において、本発明は、レーザ光を
増幅する装置において、（ａ）横方向ポンプ面及び主放
射吸収軸をもつソリッドステートスラブ形状の利得媒体
と、（ｂ）この利得媒体のポンプ面に沿って配置され、
放射吸収の増加のために利得媒体の主吸収軸と平行に偏
光された放射を発生する励起機構とを備えた装置を提供
する。好ましくは、励起機構は、利得媒体の主吸収軸と
平行に偏光された放射強度を発生するようにに配向され
た１組のレーザダイオードを備えている。利得媒体は、
ｃ軸を有する単軸複屈折結晶であり、上記主放射吸収軸
は、ｃ軸に沿っている。
増幅する装置において、（ａ）横方向ポンプ面及び主放
射吸収軸をもつソリッドステートスラブ形状の利得媒体
と、（ｂ）この利得媒体のポンプ面に沿って配置され、
放射吸収の増加のために利得媒体の主吸収軸と平行に偏
光された放射を発生する励起機構とを備えた装置を提供
する。好ましくは、励起機構は、利得媒体の主吸収軸と
平行に偏光された放射強度を発生するようにに配向され
た１組のレーザダイオードを備えている。利得媒体は、
ｃ軸を有する単軸複屈折結晶であり、上記主放射吸収軸
は、ｃ軸に沿っている。
【００１１】更に別の特徴において、本発明は、レーザ
光を増幅する装置において、（ａ）ソリッドステートレ
ーザ利得媒体と、（ｂ）このソリッドステートレーザ利
得媒体の付近に配置され、利得媒体に対する放射強度を
発生し、これにより、利得媒体が約２μｍないし約３μ
ｍの波長のレーザ出力レーザ放射を発生するようにする
励起機構と、（ｃ）ソリッドステートレーザ利得媒体の
付近に配置されて、利得媒体を冷却する冷却システムで
あって、上記波長における冷却材によるレーザ放射の吸
収を減少するための冷却材を含む冷却システムとを備え
た装置を提供する。好ましくは、利得媒体は、ポンプ面
を有するスラブ形状のソリッドステート利得媒体であ
り、ポンプ面を横切って冷却材が流れ、冷却材に貫通す
る利得媒体からのエバネッセント波は、冷却材により実
質的に吸収されない。好ましくは、冷却材は、本質的
に、Ｄ2 Ｏより成る。
光を増幅する装置において、（ａ）ソリッドステートレ
ーザ利得媒体と、（ｂ）このソリッドステートレーザ利
得媒体の付近に配置され、利得媒体に対する放射強度を
発生し、これにより、利得媒体が約２μｍないし約３μ
ｍの波長のレーザ出力レーザ放射を発生するようにする
励起機構と、（ｃ）ソリッドステートレーザ利得媒体の
付近に配置されて、利得媒体を冷却する冷却システムで
あって、上記波長における冷却材によるレーザ放射の吸
収を減少するための冷却材を含む冷却システムとを備え
た装置を提供する。好ましくは、利得媒体は、ポンプ面
を有するスラブ形状のソリッドステート利得媒体であ
り、ポンプ面を横切って冷却材が流れ、冷却材に貫通す
る利得媒体からのエバネッセント波は、冷却材により実
質的に吸収されない。好ましくは、冷却材は、本質的
に、Ｄ2 Ｏより成る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照し、本発明
の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、従来の
レーザ発振−増幅システム１０を示す概略図である。レ
ーザエネルギーは、光学的な活性材料に通過される光ビ
ームのエネルギーの利得によって発生される。一般に、
高エネルギーパルスの発生は、レーザ発振器１２とレー
ザ増幅器１４の組合せに基づく。増幅器１４は、適度な
パワー及びエネルギーの初期光パルスを発生する発振器
１２によって駆動される。発振器１２は、２つのミラー
１８間に配置されたレーザロッドのようなレーザ利得媒
体１６を備え、上記ミラーの一方は全反射を与え、そし
て他方は、光の部分反射及び部分透過を与える。フラッ
シュ管のようなポンピングソース２０は、発振器の利得
媒体１６によって吸収される放射パルスを発生する。ロ
ッドの場合に、ポンプ光は、２つの端ミラー１８間のロ
ッドの長手軸に一般的に直角にロッドに導入される。こ
のシステムは、更に、発振器１２及び増幅器１４のフラ
ッシュランプのエネルギー及び点弧シーケンスを制御す
るためのエネルギー蓄積手段２２、ランプトリガー回路
２４及び遅延手段２６を備えている。
の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、従来の
レーザ発振−増幅システム１０を示す概略図である。レ
ーザエネルギーは、光学的な活性材料に通過される光ビ
ームのエネルギーの利得によって発生される。一般に、
高エネルギーパルスの発生は、レーザ発振器１２とレー
ザ増幅器１４の組合せに基づく。増幅器１４は、適度な
パワー及びエネルギーの初期光パルスを発生する発振器
１２によって駆動される。発振器１２は、２つのミラー
１８間に配置されたレーザロッドのようなレーザ利得媒
体１６を備え、上記ミラーの一方は全反射を与え、そし
て他方は、光の部分反射及び部分透過を与える。フラッ
シュ管のようなポンピングソース２０は、発振器の利得
媒体１６によって吸収される放射パルスを発生する。ロ
ッドの場合に、ポンプ光は、２つの端ミラー１８間のロ
ッドの長手軸に一般的に直角にロッドに導入される。こ
のシステムは、更に、発振器１２及び増幅器１４のフラ
ッシュランプのエネルギー及び点弧シーケンスを制御す
るためのエネルギー蓄積手段２２、ランプトリガー回路
２４及び遅延手段２６を備えている。
【００１３】レーザ光エネルギーは、ポンプ光がイオン
の数を低エネルギーレベルから高エネルギーレベルへ増
加するに伴い、利得媒体１６の本体の活性即ち高エネル
ギーレベルイオンからの光子放射により利得媒体１６に
おいて発生される。ポンプ光エネルギーは、高レベルの
イオン集団を異常に増加させるのに付随して低レベルの
イオン集団を欠乏させ、逆のエネルギー状態を形成す
る。高エネルギーレベルの幾つかのイオンは、低レベル
への自然発生的な光放射透過を受け、そしてその自然発
生的な放射光は、鏡面間を前後に反射し、他の上位レベ
ルイオンからの同様の光放射透過を模擬する。模擬され
た放射がロッドを通して繰り返し前後に反射するとき
に、レーザ光エネルギーの充分に高い強度のパルスが部
分反射面の透過により放射される。
の数を低エネルギーレベルから高エネルギーレベルへ増
加するに伴い、利得媒体１６の本体の活性即ち高エネル
ギーレベルイオンからの光子放射により利得媒体１６に
おいて発生される。ポンプ光エネルギーは、高レベルの
イオン集団を異常に増加させるのに付随して低レベルの
イオン集団を欠乏させ、逆のエネルギー状態を形成す
る。高エネルギーレベルの幾つかのイオンは、低レベル
への自然発生的な光放射透過を受け、そしてその自然発
生的な放射光は、鏡面間を前後に反射し、他の上位レベ
ルイオンからの同様の光放射透過を模擬する。模擬され
た放射がロッドを通して繰り返し前後に反射するとき
に、レーザ光エネルギーの充分に高い強度のパルスが部
分反射面の透過により放射される。
【００１４】その後、レーザ光パルスは、増幅器１４へ
向けられ、レーザ光のパワー及びエネルギーが著しく増
加される。増幅器１４は、フラッシュ管のようなポンピ
ングソース２０のポンピング放射エネルギーに曝される
レーザロッドのような利得媒体１６を含む。増幅器の利
得媒体１６は、光学的に活性な材料であって、発振器１
２により発生されたパルスのパワーをポンピングソース
２０からのポンピング放射により著しく増加することが
できる。
向けられ、レーザ光のパワー及びエネルギーが著しく増
加される。増幅器１４は、フラッシュ管のようなポンピ
ングソース２０のポンピング放射エネルギーに曝される
レーザロッドのような利得媒体１６を含む。増幅器の利
得媒体１６は、光学的に活性な材料であって、発振器１
２により発生されたパルスのパワーをポンピングソース
２０からのポンピング放射により著しく増加することが
できる。
【００１５】利得媒体１６は、ポンプソース２０からの
放射エネルギーを受け取るためのポンピング領域を含
む。通常、利得媒体１６は、利得媒体１６のポンプ領域
に接触するホルダにより発振器１２又は増幅器１４の利
得モジュールに配置される。ポンプ領域は、利得媒体１
６のポンプ領域にわたって流れる冷却材をシールするの
に用いられるシール手段にも接触する。しかしながら、
各々の場合に、利得媒体１６のポンプ領域は、ポンピン
グソース２０のポンピング放射から阻止され、利得媒体
１６に非ポンプ領域を形成する。この非ポンプ領域は、
３レベルレーザの場合に、非ポンプ領域の利得媒体１６
から著しいレーザエネルギーロスを生じさせる。
放射エネルギーを受け取るためのポンピング領域を含
む。通常、利得媒体１６は、利得媒体１６のポンプ領域
に接触するホルダにより発振器１２又は増幅器１４の利
得モジュールに配置される。ポンプ領域は、利得媒体１
６のポンプ領域にわたって流れる冷却材をシールするの
に用いられるシール手段にも接触する。しかしながら、
各々の場合に、利得媒体１６のポンプ領域は、ポンピン
グソース２０のポンピング放射から阻止され、利得媒体
１６に非ポンプ領域を形成する。この非ポンプ領域は、
３レベルレーザの場合に、非ポンプ領域の利得媒体１６
から著しいレーザエネルギーロスを生じさせる。
【００１６】この問題を軽減するために、本発明は、レ
ーザエネルギーロスを減少したレーザ利得モジュールに
用いるためのソリッドステートレーザ利得媒体を提供す
る。図２及び３は、本発明によるレーザ利得媒体２８の
実施形態を示す異なる図である。レーザ利得媒体２８
は、スラブ（厚板）形状で示されているが、本発明は、
ロッドやディスクのような他の形状も意図する。従っ
て、本発明の利得媒体２８は、スラブ形状に限定される
ものではない。
ーザエネルギーロスを減少したレーザ利得モジュールに
用いるためのソリッドステートレーザ利得媒体を提供す
る。図２及び３は、本発明によるレーザ利得媒体２８の
実施形態を示す異なる図である。レーザ利得媒体２８
は、スラブ（厚板）形状で示されているが、本発明は、
ロッドやディスクのような他の形状も意図する。従っ
て、本発明の利得媒体２８は、スラブ形状に限定される
ものではない。
【００１７】図２及び３を参照すれば、レーザ利得媒体
２８は、（ａ）ポンプ領域３２と、第１及び第２の接触
領域３４及び３６とを有し、ポンプ領域３２のポンピン
グ放射パルスに応答してレーザ波長のレーザ放射を発生
する利得層３０と、（ｂ）拡散ボンディングにより利得
層３０の第１接触領域３４に光学的に接続された第１の
透過層３８と、（ｃ）拡散ボンディングにより利得層３
０の第２接触領域３６に光学的に接続された第２の透過
層４０とを備えている。透過層３８、４０は、レーザ波
長を透過し、これらの透過層３８、４０によるレーザ放
射の吸収を減少する。透過領域３８、４０は、保持手段
により保持されるか、又は冷却材をシールするためのシ
ール手段と協働するサイズにすることができる。このよ
うに、保持手段又はシール手段は、利得層３０のポンプ
領域３２を阻止せず、ロスを伴う非ポンプ領域の形成が
防止される。
２８は、（ａ）ポンプ領域３２と、第１及び第２の接触
領域３４及び３６とを有し、ポンプ領域３２のポンピン
グ放射パルスに応答してレーザ波長のレーザ放射を発生
する利得層３０と、（ｂ）拡散ボンディングにより利得
層３０の第１接触領域３４に光学的に接続された第１の
透過層３８と、（ｃ）拡散ボンディングにより利得層３
０の第２接触領域３６に光学的に接続された第２の透過
層４０とを備えている。透過層３８、４０は、レーザ波
長を透過し、これらの透過層３８、４０によるレーザ放
射の吸収を減少する。透過領域３８、４０は、保持手段
により保持されるか、又は冷却材をシールするためのシ
ール手段と協働するサイズにすることができる。このよ
うに、保持手段又はシール手段は、利得層３０のポンプ
領域３２を阻止せず、ロスを伴う非ポンプ領域の形成が
防止される。
【００１８】スラブ形状の利得媒体２８において、ポン
ピング領域３２は、横方向のポンピング面を含み、そし
て接触領域３４、３６は、横方向のポンピング面を実質
的に横断する。好ましくは、利得層３０及び透過層３
８、４０は、同じ結晶材料である。結晶材料は、本質的
に、ＹＬＦ、ＹＡＧ、ＹＡＰ、ＹＳＧＧ、ＹＳＡＧ、Ｇ
ＳＧＧ、ＧＧＧ、ＬｉＳＡＦ、ＬｉＣＡＦ、ＳＦＡＰ及
びガラスより成るグループから選択できる。利得層３０
は、イオンドープされ、そして透過層３８、４０は、非
ドープである。本質的に、ホルミウム、ツリウム、クロ
ミウム、エルビウム、イッテルビウムより成るグループ
から選択できる。ドープされた領域は、ポンプソースか
らのポンプ放射を受け、そして非ドープ領域は、ポンピ
ングされない。従って、非ドープ領域は、利得媒体２８
を保持するのに使用でき、冷却材のシールを与える。
ピング領域３２は、横方向のポンピング面を含み、そし
て接触領域３４、３６は、横方向のポンピング面を実質
的に横断する。好ましくは、利得層３０及び透過層３
８、４０は、同じ結晶材料である。結晶材料は、本質的
に、ＹＬＦ、ＹＡＧ、ＹＡＰ、ＹＳＧＧ、ＹＳＡＧ、Ｇ
ＳＧＧ、ＧＧＧ、ＬｉＳＡＦ、ＬｉＣＡＦ、ＳＦＡＰ及
びガラスより成るグループから選択できる。利得層３０
は、イオンドープされ、そして透過層３８、４０は、非
ドープである。本質的に、ホルミウム、ツリウム、クロ
ミウム、エルビウム、イッテルビウムより成るグループ
から選択できる。ドープされた領域は、ポンプソースか
らのポンプ放射を受け、そして非ドープ領域は、ポンピ
ングされない。従って、非ドープ領域は、利得媒体２８
を保持するのに使用でき、冷却材のシールを与える。
【００１９】拡散ボンディングは、利得層３０と透過層
３８、４０との間に光学的な均質性を与える。利得層３
０及び各々の透過層３８、４０に対する拡散ボンディン
グプロセスは、利得層３０の接触領域３４、３６を透過
層３８、４０に光学的に接触させて組立体を形成し；こ
れらの光学的に接触された領域を、それら領域の溶融温
度より低い温度であるが、これら領域を拡散ボンディン
グするに充分な温度に且つ充分な時間中徐々に加熱する
ことによってこれら領域を接合し；そしてその接合され
た構造体を、アニーリングによるストレスを除去できる
速度で冷却するという段階を含む。従って、接合された
層と層との間には接着剤や接着膜が使用されない。拡散
ボンディングの例が、参考としてここに取り上げる米国
特許第５，４４１，８０３号に開示されている。
３８、４０との間に光学的な均質性を与える。利得層３
０及び各々の透過層３８、４０に対する拡散ボンディン
グプロセスは、利得層３０の接触領域３４、３６を透過
層３８、４０に光学的に接触させて組立体を形成し；こ
れらの光学的に接触された領域を、それら領域の溶融温
度より低い温度であるが、これら領域を拡散ボンディン
グするに充分な温度に且つ充分な時間中徐々に加熱する
ことによってこれら領域を接合し；そしてその接合され
た構造体を、アニーリングによるストレスを除去できる
速度で冷却するという段階を含む。従って、接合された
層と層との間には接着剤や接着膜が使用されない。拡散
ボンディングの例が、参考としてここに取り上げる米国
特許第５，４４１，８０３号に開示されている。
【００２０】本発明によるレーザ利得媒体２８は、３レ
ベルレーザのためのジグザグスラブ形状の利得媒体に特
に有効である。３レベルのレーザシステムにおいては、
最初に、利得媒体の全ての原子が最低のレベルにある。
広い帯域への吸収を生じさせる周波数の光学的ポンピン
グ放射により励起が与えられる。従って、ポンプ光は原
子をグランド状態からポンプ帯域へと上昇させる。一般
に、「ポンピング」帯域は、多数の帯域より成り、従っ
て、広いスペクトル範囲にわたって光学的ポンピングを
行うことができる。
ベルレーザのためのジグザグスラブ形状の利得媒体に特
に有効である。３レベルのレーザシステムにおいては、
最初に、利得媒体の全ての原子が最低のレベルにある。
広い帯域への吸収を生じさせる周波数の光学的ポンピン
グ放射により励起が与えられる。従って、ポンプ光は原
子をグランド状態からポンプ帯域へと上昇させる。一般
に、「ポンピング」帯域は、多数の帯域より成り、従っ
て、広いスペクトル範囲にわたって光学的ポンピングを
行うことができる。
【００２１】励起された原子のほとんどは、高速の無放
射遷移により中間の先鋭なレベルへと移行される。この
プロセスにおいて、電子によって失われるエネルギーが
利得媒体の格子へと転送される。最終的に、励起された
原子は、格子の放出によってグランドレベルへ戻され
る。この最後の遷移がレーザ作用を担う。ポンピングの
強度がレーザスレッシュホールドより低い場合には、中
間レベルの原子が、主として、自然発生的な放射により
グランド状態に戻る。ポンプ放射が消失すると、中間レ
ベルは、材料ごとに異なるレベルで枯渇化する。ポンプ
強度がレーザスレッシュホールドより高いときには、蛍
光レベルからの減衰は、刺激及び自然発生的放射より成
り、刺激放射は、レーザ出力ビームを発生する。
射遷移により中間の先鋭なレベルへと移行される。この
プロセスにおいて、電子によって失われるエネルギーが
利得媒体の格子へと転送される。最終的に、励起された
原子は、格子の放出によってグランドレベルへ戻され
る。この最後の遷移がレーザ作用を担う。ポンピングの
強度がレーザスレッシュホールドより低い場合には、中
間レベルの原子が、主として、自然発生的な放射により
グランド状態に戻る。ポンプ放射が消失すると、中間レ
ベルは、材料ごとに異なるレベルで枯渇化する。ポンプ
強度がレーザスレッシュホールドより高いときには、蛍
光レベルからの減衰は、刺激及び自然発生的放射より成
り、刺激放射は、レーザ出力ビームを発生する。
【００２２】典型的に、ジグザグスラブを伴う３レベル
のレーザシステムは、ホルダ又はシール手段による大き
な非ポンプ領域が著しいエネルギーロスを招くことにな
る。従って、スラブ構造は、レーザエネルギーのロスを
生じることのない保持及びシールのための非ポンプ領域
を必要とする。本発明の利得媒体２８の透過層３８及び
４０は、好都合にも、ポンピングされず且つ保持及びシ
ールに使用できる透過層である。これら透過層３８及び
４０は、グランド状態の吸収及びそれに関連したレーザ
エネルギーロスを排除する。
のレーザシステムは、ホルダ又はシール手段による大き
な非ポンプ領域が著しいエネルギーロスを招くことにな
る。従って、スラブ構造は、レーザエネルギーのロスを
生じることのない保持及びシールのための非ポンプ領域
を必要とする。本発明の利得媒体２８の透過層３８及び
４０は、好都合にも、ポンピングされず且つ保持及びシ
ールに使用できる透過層である。これら透過層３８及び
４０は、グランド状態の吸収及びそれに関連したレーザ
エネルギーロスを排除する。
【００２３】レーザ増幅器に使用するための本発明によ
るスラブ形状の利得媒体２８の例示的な仕様は、次の通
りである。 ホスト材料 ＹＬＦ 密度 ０．４％Ｈｏ、４％Ｔｍ 利得層の長さ １ｃｍ−１０ｃｍのドープ領域 透過層の長さ １ｃｍ−１ｃｍの非ドープ領域 ポンプ形状 側部ポンプ式
るスラブ形状の利得媒体２８の例示的な仕様は、次の通
りである。 ホスト材料 ＹＬＦ 密度 ０．４％Ｈｏ、４％Ｔｍ 利得層の長さ １ｃｍ−１０ｃｍのドープ領域 透過層の長さ １ｃｍ−１ｃｍの非ドープ領域 ポンプ形状 側部ポンプ式
【００２４】従来、レーザロッドのような利得媒体の長
さに沿ってダイオードを配置することによりレーザ放射
ダイオードバーが光学的ポンピングソースとして使用さ
れていた。ダイオードバーをロッドの長さに沿って保持
するためにホルダが使用される。これらのバーは、バー
の周りに接近配置され、所望の角度に向けられる。しか
しながら、利得媒体は、しばしば、単軸複屈折結晶を含
む。多数の単軸結晶は主放射吸収軸を有し、この軸に沿
って結晶は、他の結晶軸に沿った場合よりもポンピング
放射の著しく高い吸収を示す。このような結晶は、例え
ば、そのｃ軸に沿って偏光されたポンピング放射の著し
く高い吸収性をもつＴｍ：Ｈｏ：ＹＬＦである。Ｔｍ：
Ｈｏ：ＹＬＦは、Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＡＧのような他のホス
ト材料よりも蓄積エネルギー当たりの利得が高いので、
２ミクロンレーザにとって好ましいホスト材料である。
さに沿ってダイオードを配置することによりレーザ放射
ダイオードバーが光学的ポンピングソースとして使用さ
れていた。ダイオードバーをロッドの長さに沿って保持
するためにホルダが使用される。これらのバーは、バー
の周りに接近配置され、所望の角度に向けられる。しか
しながら、利得媒体は、しばしば、単軸複屈折結晶を含
む。多数の単軸結晶は主放射吸収軸を有し、この軸に沿
って結晶は、他の結晶軸に沿った場合よりもポンピング
放射の著しく高い吸収を示す。このような結晶は、例え
ば、そのｃ軸に沿って偏光されたポンピング放射の著し
く高い吸収性をもつＴｍ：Ｈｏ：ＹＬＦである。Ｔｍ：
Ｈｏ：ＹＬＦは、Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＡＧのような他のホス
ト材料よりも蓄積エネルギー当たりの利得が高いので、
２ミクロンレーザにとって好ましいホスト材料である。
【００２５】ＹＬＦは、単軸複屈折結晶であるので、特
定の結晶配向を有する。それ故、結晶のｃ軸に沿って配
向されたダイオード放射偏光は、ａ軸に沿った場合より
高い吸収性を与える。従って、結晶軸に対するレーザダ
イオードのような光学的ポンピングソースの配向は、利
得媒体の結晶によるポンピング放射の吸収性に直接的な
作用を及ぼす。
定の結晶配向を有する。それ故、結晶のｃ軸に沿って配
向されたダイオード放射偏光は、ａ軸に沿った場合より
高い吸収性を与える。従って、結晶軸に対するレーザダ
イオードのような光学的ポンピングソースの配向は、利
得媒体の結晶によるポンピング放射の吸収性に直接的な
作用を及ぼす。
【００２６】本発明は、レーザ光を増幅する装置であっ
て、結晶によるポンピング放射の吸収性を最大にするた
めに単軸利得結晶の主吸収軸に対して最適に配向された
励起機構を備えた装置を提供する。図４を参照すれ名、
この装置４０は、（ａ）横方向ポンプ面４６及び主放射
吸収軸Ｃを有するソリッドステートのスラブ形状の利得
媒体４４と、（ｂ）該利得媒体４４のポンプ面４６に沿
って配置されて偏光軸５２に沿って偏光を発生するため
の励起機構４８とを備え、偏光軸５２は、増加された放
射吸収を与えるために利得媒体４４の主吸収軸Ｃと平行
にされる。励起機構４８は、好ましくは、軸５２に沿っ
て偏光された放射エネルギーを発生するように配向され
た１組のダイオードアレー５０を備えている。
て、結晶によるポンピング放射の吸収性を最大にするた
めに単軸利得結晶の主吸収軸に対して最適に配向された
励起機構を備えた装置を提供する。図４を参照すれ名、
この装置４０は、（ａ）横方向ポンプ面４６及び主放射
吸収軸Ｃを有するソリッドステートのスラブ形状の利得
媒体４４と、（ｂ）該利得媒体４４のポンプ面４６に沿
って配置されて偏光軸５２に沿って偏光を発生するため
の励起機構４８とを備え、偏光軸５２は、増加された放
射吸収を与えるために利得媒体４４の主吸収軸Ｃと平行
にされる。励起機構４８は、好ましくは、軸５２に沿っ
て偏光された放射エネルギーを発生するように配向され
た１組のダイオードアレー５０を備えている。
【００２７】利得媒体４４は、ｃ軸を有する単軸複屈折
結晶であり、主放射吸収軸は、ｃ軸に沿っている。結晶
は、本質的に、Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＳＦＡＰ、
Ｃｒ：ＬｉＳＡＦより成るグループから選択できる。図
４に示す本発明の実施形態においては、ダイオード５０
は垂直に配向され、そしてダイオードからの放射は、結
晶のｃ軸と平行に偏光軸５２に沿って偏光され、最大の
吸収性を生じさせる。円柱状のレンズ５４は、ダイオー
ドの光を垂直次元において収束し、ポンプビームを利得
媒体４４の小さな体積に拘束するのに使用することがで
きる。
結晶であり、主放射吸収軸は、ｃ軸に沿っている。結晶
は、本質的に、Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＳＦＡＰ、
Ｃｒ：ＬｉＳＡＦより成るグループから選択できる。図
４に示す本発明の実施形態においては、ダイオード５０
は垂直に配向され、そしてダイオードからの放射は、結
晶のｃ軸と平行に偏光軸５２に沿って偏光され、最大の
吸収性を生じさせる。円柱状のレンズ５４は、ダイオー
ドの光を垂直次元において収束し、ポンプビームを利得
媒体４４の小さな体積に拘束するのに使用することがで
きる。
【００２８】図４に示すダイオード５０の例示的仕様
は、次の通りである。 波長 ７９２ｎｍ 帯域巾 ５ｎｍ ダイオードバーの数 １０−２５０ 構成 １０バースタック（スラブの各側にｘ１２）が１０ｘ ４０ｍｍの冷却機に取り付けられる ピーク電力 １０バースタック当たり５００−６００Ｗ パルス巾 １−３ｍｓ
は、次の通りである。 波長 ７９２ｎｍ 帯域巾 ５ｎｍ ダイオードバーの数 １０−２５０ 構成 １０バースタック（スラブの各側にｘ１２）が１０ｘ ４０ｍｍの冷却機に取り付けられる ピーク電力 １０バースタック当たり５００−６００Ｗ パルス巾 １−３ｍｓ
【００２９】レーザ光を発生するには実質的な量のポン
プ光エネルギーが必要とされる。例えば、ルビーにレー
ザ作用を発生するのに必要なポンピング放射の量は、レ
ーザロッドの１立方ｃｍ当たり約５００ワットであり、
そしてネオジムガラスに必要とされる量は１立方ｃｍ当
たり約５０ワットである。吸収されたエネルギーは、利
得媒体に相当量の熱を発生し、この熱を除去するための
特殊な手段を講じないと、有害な温度上昇が生じること
になる。
プ光エネルギーが必要とされる。例えば、ルビーにレー
ザ作用を発生するのに必要なポンピング放射の量は、レ
ーザロッドの１立方ｃｍ当たり約５００ワットであり、
そしてネオジムガラスに必要とされる量は１立方ｃｍ当
たり約５０ワットである。吸収されたエネルギーは、利
得媒体に相当量の熱を発生し、この熱を除去するための
特殊な手段を講じないと、有害な温度上昇が生じること
になる。
【００３０】図５は、ポンプ面を冷却するジグザグスラ
ブ５６の端面図である。従来、ジグザグスラブは、図５
に示すように、温度勾配を最小にするために水で面冷却
される。しかしながら、約２μｍないし約３μｍのレー
ザ放射が水により著しく吸収される。例えば、２μｍの
ホルミウム及びツリウム放射、並びに２．８μｍのエル
ビウム放射は、水により著しく吸収されて、ジグザグス
ラブに著しいロスを生じさせる。ロッドとは異なり、ジ
グザグスラブは、冷却材へと短い距離浸透するエバネッ
セント波を発生する。スラブの表面に強力な吸収体が存
在すると、ビームが減衰されることになる。
ブ５６の端面図である。従来、ジグザグスラブは、図５
に示すように、温度勾配を最小にするために水で面冷却
される。しかしながら、約２μｍないし約３μｍのレー
ザ放射が水により著しく吸収される。例えば、２μｍの
ホルミウム及びツリウム放射、並びに２．８μｍのエル
ビウム放射は、水により著しく吸収されて、ジグザグス
ラブに著しいロスを生じさせる。ロッドとは異なり、ジ
グザグスラブは、冷却材へと短い距離浸透するエバネッ
セント波を発生する。スラブの表面に強力な吸収体が存
在すると、ビームが減衰されることになる。
【００３１】図６を参照すれば、本発明は、約２μｍな
いし約３μｍの波長のレーザ出力レーザ放射を発生する
ソリッドステート利得媒体６０のための冷却システム５
８を提供する。この冷却システム５８は、利得媒体６０
を冷却するために利得媒体６０の付近に配置される。好
都合にも、本発明の冷却システム５８は、約２μｍない
し約３μｍの波長における冷却材によるレーザ放射の吸
収を減少するための冷却材を含む。
いし約３μｍの波長のレーザ出力レーザ放射を発生する
ソリッドステート利得媒体６０のための冷却システム５
８を提供する。この冷却システム５８は、利得媒体６０
を冷却するために利得媒体６０の付近に配置される。好
都合にも、本発明の冷却システム５８は、約２μｍない
し約３μｍの波長における冷却材によるレーザ放射の吸
収を減少するための冷却材を含む。
【００３２】好ましくは、利得媒体６０は、ポンプ面を
有し、ポンプ面を横切って冷却材が流れるスラブ形状の
ソリッドステート利得媒体であり、利得媒体から冷却材
へと浸透するエバネッセント波は、冷却材により実質的
に吸収されない。冷却材は、約２μｍないし約３μｍの
レーザエネルギーの吸収が最小の材料である。好ましく
は、冷却材は、本質的に、Ｄ2 Ｏ又は液体フルオロカー
ボンより成る。Ｄ2 Ｏは、熱特性の良好な水で、理想的
な冷却材であり、しかも、上記のレーザ波長においてエ
バネッセント波の吸収が最小であるという点で効果的で
ある。
有し、ポンプ面を横切って冷却材が流れるスラブ形状の
ソリッドステート利得媒体であり、利得媒体から冷却材
へと浸透するエバネッセント波は、冷却材により実質的
に吸収されない。冷却材は、約２μｍないし約３μｍの
レーザエネルギーの吸収が最小の材料である。好ましく
は、冷却材は、本質的に、Ｄ2 Ｏ又は液体フルオロカー
ボンより成る。Ｄ2 Ｏは、熱特性の良好な水で、理想的
な冷却材であり、しかも、上記のレーザ波長においてエ
バネッセント波の吸収が最小であるという点で効果的で
ある。
【００３３】図６に示す本発明の冷却システム５８の実
施形態は、レーザ利得媒体６０の両側に配置された一対
の一般的に長方形のウインドウ６４、６６を備えてい
る。このウインドウ６４、６６は、レーザ利得媒体６０
に平行に隣接して、冷却材流チャンネル６８、７０を形
成し、これを経て冷却材がレーザ利得媒体６０の主側面
７２、７４を長手方向に流れる。
施形態は、レーザ利得媒体６０の両側に配置された一対
の一般的に長方形のウインドウ６４、６６を備えてい
る。このウインドウ６４、６６は、レーザ利得媒体６０
に平行に隣接して、冷却材流チャンネル６８、７０を形
成し、これを経て冷却材がレーザ利得媒体６０の主側面
７２、７４を長手方向に流れる。
【００３４】ウインドウ６４、６６は、サファイアで構
成されるのが好ましい。サファイアに近い熱膨張特性を
有する他の適当な材料も、任意に使用できる。ウインド
ウ６４、６６の上面及び下面にはシール７６、７８が各
々配置され、冷却材が流れチャンネル６８、７０に通さ
れるときにレーザ利得媒体６０をシールする。シール７
６、７８は、純粋なシリコーンゴム材料で形成されるの
が好ましい。シール７６、７８は、他の適当な光透過材
料で形成されるのも任意である。シール７６、７８は、
光学的性能を低下するレーザ利得媒体６０の熱勾配を最
小にするためにレーザ利得媒体６０に対して慎重に配置
される。利得媒体６０は、上記した本発明の利得媒体で
ある。この場合に、シール及び必要なホルダは、利得媒
体６０の利得層ではなくて、透過層に接触するように配
置することができる。従って、シール又はホルダがポン
ピング放射を阻止することはない。
成されるのが好ましい。サファイアに近い熱膨張特性を
有する他の適当な材料も、任意に使用できる。ウインド
ウ６４、６６の上面及び下面にはシール７６、７８が各
々配置され、冷却材が流れチャンネル６８、７０に通さ
れるときにレーザ利得媒体６０をシールする。シール７
６、７８は、純粋なシリコーンゴム材料で形成されるの
が好ましい。シール７６、７８は、他の適当な光透過材
料で形成されるのも任意である。シール７６、７８は、
光学的性能を低下するレーザ利得媒体６０の熱勾配を最
小にするためにレーザ利得媒体６０に対して慎重に配置
される。利得媒体６０は、上記した本発明の利得媒体で
ある。この場合に、シール及び必要なホルダは、利得媒
体６０の利得層ではなくて、透過層に接触するように配
置することができる。従って、シール又はホルダがポン
ピング放射を阻止することはない。
【００３５】各ウインドウ６４、６６とレーザ利得媒体
６０との間の冷却材流チャンネル６８、７０に冷却材を
分配するために、冷却材分配システムを使用することが
できる。冷却材は、本発明によれば、Ｄ2 Ｏ又は他の同
等の冷却材であるのが好ましい。本発明は、約２μｍな
いし約３μｍのレーザエネルギーの吸収性が低い冷却材
を使用してソリッドステート利得媒体を冷却する冷却シ
ステムの他の実施形態も意図される。
６０との間の冷却材流チャンネル６８、７０に冷却材を
分配するために、冷却材分配システムを使用することが
できる。冷却材は、本発明によれば、Ｄ2 Ｏ又は他の同
等の冷却材であるのが好ましい。本発明は、約２μｍな
いし約３μｍのレーザエネルギーの吸収性が低い冷却材
を使用してソリッドステート利得媒体を冷却する冷却シ
ステムの他の実施形態も意図される。
【００３６】図７は、単軸複屈折の堅い利得媒体６０の
付近に配置されて、利得媒体６０に対する放射強度を発
生するための励起機構６２を含む図６の冷却システムを
示している。この励起機構６２は、上記のように、結晶
のｃ軸に沿って偏光された放射を発生するように垂直に
配向された１組のダイオードを含むことができる。
付近に配置されて、利得媒体６０に対する放射強度を発
生するための励起機構６２を含む図６の冷却システムを
示している。この励起機構６２は、上記のように、結晶
のｃ軸に沿って偏光された放射を発生するように垂直に
配向された１組のダイオードを含むことができる。
【００３７】例 図８は、位相共役のＭＯＰＡ構造のレーザシステムを示
すブロック図である。このレーザシステムは、マスター
発振器（ＭＯ）と、ファラディローテータ（ＦＲ）と、
増幅器又は利得媒体と、ＳＢＣセルと、図示されたよう
に組み立てられた２つの中継テレスコープとを備えてい
る。利得媒体は、本発明による複屈折結晶ホスト材料で
ある。
すブロック図である。このレーザシステムは、マスター
発振器（ＭＯ）と、ファラディローテータ（ＦＲ）と、
増幅器又は利得媒体と、ＳＢＣセルと、図示されたよう
に組み立てられた２つの中継テレスコープとを備えてい
る。利得媒体は、本発明による複屈折結晶ホスト材料で
ある。
【００３８】マスター発振器は、増幅器へ注入される放
射のソースであり、増幅器において放射が増幅されて、
所望の高いパワー出力のレーザ放射が与えられる。マス
ター発振器は、レーザ放射のパルスを発生する低エネル
ギーで、同位相波面の質が高く且つスペクトル純度の高
いレーザ発振器である。このパルスの巾及び波長は、所
望のレーザ用途及び使用する発振器媒体の形式により決
定される。
射のソースであり、増幅器において放射が増幅されて、
所望の高いパワー出力のレーザ放射が与えられる。マス
ター発振器は、レーザ放射のパルスを発生する低エネル
ギーで、同位相波面の質が高く且つスペクトル純度の高
いレーザ発振器である。このパルスの巾及び波長は、所
望のレーザ用途及び使用する発振器媒体の形式により決
定される。
【００３９】利得媒体要素は、一端に配置された位相共
役反射器（ＳＢＳセル）と他端の光学的カプラーとの間
に延びる光学経路に沿って配置される。マスター発振器
からのエネルギーは、光学的カプラー（ファラディアイ
ソレータ）を用いて利得媒体に結合され、マスター発振
器からの出力が光学経路に沿って利得媒体を経て選択的
に結合される。又、結合手段は、増幅段から出る放射の
非常に僅かな割合を除く全ての放射がマスター発振器へ
再入するのを防止するようにも構成される。
役反射器（ＳＢＳセル）と他端の光学的カプラーとの間
に延びる光学経路に沿って配置される。マスター発振器
からのエネルギーは、光学的カプラー（ファラディアイ
ソレータ）を用いて利得媒体に結合され、マスター発振
器からの出力が光学経路に沿って利得媒体を経て選択的
に結合される。又、結合手段は、増幅段から出る放射の
非常に僅かな割合を除く全ての放射がマスター発振器へ
再入するのを防止するようにも構成される。
【００４０】動作に際し、利得媒体を横切るパルスは、
存在するエネルギーポンピングされた原子又は分子から
放射を形成することにより増幅される。反射パルスに対
して同様のプロセスが行われる。利得は、一般に、増幅
器の利得媒体に蓄積されたエネルギーに比例する。増幅
器の引用形状は、次の通りである。 入力角度 ４６° ジグザグ角度 ７０° 相数 ＳＢＳの前に２つの対称的なパス、合計４ 偏光 完全に垂直偏光 ＳＢＳセルは、次のものを含む。 ＳＢＳ媒体 ２百万において透過なＸｅガス又は他のＳＢＳ媒体 入力パルス長さ １０ｎｓ−１０００ｎｓ 注入形状 簡単な収束
存在するエネルギーポンピングされた原子又は分子から
放射を形成することにより増幅される。反射パルスに対
して同様のプロセスが行われる。利得は、一般に、増幅
器の利得媒体に蓄積されたエネルギーに比例する。増幅
器の引用形状は、次の通りである。 入力角度 ４６° ジグザグ角度 ７０° 相数 ＳＢＳの前に２つの対称的なパス、合計４ 偏光 完全に垂直偏光 ＳＢＳセルは、次のものを含む。 ＳＢＳ媒体 ２百万において透過なＸｅガス又は他のＳＢＳ媒体 入力パルス長さ １０ｎｓ−１０００ｎｓ 注入形状 簡単な収束
【００４１】利得媒体は、長方形断面をもつスラブであ
り、光学的に光沢仕上げされた側面及び端面と、主側面
に垂直な横方向ポンプ面とを含む。入力光波は、レーザ
利得媒体の縁面に当たり、そしてポンピングソースによ
り放射される電磁放射は、レーザ利得媒体のポンプ面に
当たり、活性種を励起して、反転分布を形成する。ポン
ピングソースは、上記のように配向されたレーザダイオ
ードを含む。光波と励起された原子との相互作用が、光
波を増幅する。本質的にＤ2 Ｏより成る冷却材は、上記
の冷却システムによりスラブの面にわたって流される。
り、光学的に光沢仕上げされた側面及び端面と、主側面
に垂直な横方向ポンプ面とを含む。入力光波は、レーザ
利得媒体の縁面に当たり、そしてポンピングソースによ
り放射される電磁放射は、レーザ利得媒体のポンプ面に
当たり、活性種を励起して、反転分布を形成する。ポン
ピングソースは、上記のように配向されたレーザダイオ
ードを含む。光波と励起された原子との相互作用が、光
波を増幅する。本質的にＤ2 Ｏより成る冷却材は、上記
の冷却システムによりスラブの面にわたって流される。
【００４２】幾つかの好ましい実施形態を参照して本発
明を詳細に説明したが、他の形態も考えられる。それ
故、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲のみによって限定されるものとす
る。
明を詳細に説明したが、他の形態も考えられる。それ
故、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲のみによって限定されるものとす
る。
【図１】従来のレーザ発振器−増幅器構成を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明によるレーザ利得媒体の実施形態を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図３】図２のレーザ利得媒体の側面図である。
【図４】本発明による単軸複屈折結晶に対する光学ポン
プシステムの配向を示す斜視図である。
プシステムの配向を示す斜視図である。
【図５】図２の利得媒体のポンプ面にわたる冷却材の流
れを示す面冷却ジグザグスラブの端面図である。
れを示す面冷却ジグザグスラブの端面図である。
【図６】本発明によるスラブ形状の利得媒体の冷却シス
テムを示す端面図である。
テムを示す端面図である。
【図７】図４に示すように配向されたレーザダイオード
ポンプソースを含む図６の冷却システムを示す図であ
る。
ポンプソースを含む図６の冷却システムを示す図であ
る。
【図８】図２の利得媒体を使用する位相共役ＭＯＰＡ構
造体を例示するブロック図である。
造体を例示するブロック図である。
１２ レーザ発振器 １４ レーザ増幅器 １６ レーザ利得媒体 １８ ミラー ２０ ポンピングソース ２２ エネルギー蓄積手段 ２４ ランプトリガー回路 ２６ 遅延手段 ２８ レーザ利得媒体 ３０ 利得層 ３２ ポンプ領域 ３４、３６ 接触領域 ３８ 第１の透過領域 ４０ 第２の透過領域 ４４ ソリッドステートのスラブ形状の利得媒体 ４６ 横方向ポンプ面 ４８ 励起機構 ５０ ダイオードアレー ５２ 偏光軸 ５４ 円柱レンズ ５６ ジグザグスラブ ５８ 冷却システム ６０ ソリッドステート利得媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャクリーン ジー バーグ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 91206 グレンデイル イースト グレ ンオークス ブールヴァード 2711 (56)参考文献 特開 平６−112577（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−145776（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−85354（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−137775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−182879（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−69963（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5441803（ＵＳ，Ａ) Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ 17ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ ａｌ Ｌａｓｅｒ Ｒａｄｅｒ Ｃｏｎ ｆｅｒｅｎｃｅ（1994）28 ＰＤ７ ｐ．498−501（特に第499頁 Ｆｉｇ１ の記載を参照)
Claims (17)
- 【請求項１】 レーザ光を増幅する装置において、 （ａ）ソリッドステートレーザ利得媒体と、 （ｂ）このソリッドステートレーザ利得媒体の付近に配
置され、利得媒体に対する放射強度を発生し、これによ
り、利得媒体が約２μｍないし約３μｍの波長のレーザ
出力レーザ放射を発生するようにする励起機構と、 （ｃ）ソリッドステートレーザ利得媒体の付近に配置さ
れて、利得媒体を冷却する冷却システムであって、上記
波長における冷却材によるレーザ放射の吸収を減少する
ための冷却材を含む冷却システムとを備え、 上記ソリッドステート利得媒体は、ポンプ面を有し、そ
のポンプ面にわたって冷却材が流れるジグザグスラブ形
状のソリッドステート利得媒体であり、冷却材を貫通す
る利得媒体からのエバネッセント波は、冷却材により実
質的に吸収されないことを特徴とする装置。 - 【請求項２】 上記冷却材は、本質的に、Ｄ2 Ｏより成
る請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 上記冷却材は、本質的に、液体フルオロ
カーボンより成る請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】 上記ソリッドステートレーザ利得媒体
は、ホルミウムドープされた結晶構造である請求項１に
記載の装置。 - 【請求項５】 上記ソリッドステートレーザ利得媒体
は、ツリウムドープされた結晶構造である請求項１に記
載の装置。 - 【請求項６】 上記ソリッドステートレーザ利得媒体
は、イッテルビウムドープされた結晶構造である請求項
１に記載の装置。 - 【請求項７】 上記ソリッドステートレーザ利得媒体
は、クロミウムドープされた結晶構造である請求項１に
記載の装置。 - 【請求項８】 レーザ光を増幅する装置において、 （ａ）ポンプ面を有するソリッドステートのジグザグス
ラブ形状のレーザ利得媒体と、 （ｂ）このソリッドステートレーザ利得媒体の付近に配
置され、利得媒体に対する放射強度を発生し、これによ
り、利得媒体が約１．５μｍないし約３μｍの範囲の波
長のレーザ出力レーザ放射を発生するようにする励起機
構と、 （ｃ）ソリッドステートレーザ利得媒体の付近に配置さ
れて、上記ポンプ面にわたり利得媒体を冷却する冷却シ
ステムであって、上記波長における冷却材によるエバネ
ッセントレーザ放射の吸収を減少するための冷却材を含
む冷却システムとを備え、上記冷却材は、本質的に、Ｄ
2 Ｏ又は液体フルオロカーボンより成ることを特徴とす
る装置。 - 【請求項９】 レーザ光を増幅する装置において、 （ａ）ソリッドステートレーザ利得媒体を備え、この媒
体は、 （１）横方向ポンプ面、主放射吸収軸、及び第１及び第
２の接触面を有するソリッドステートのジグザグスラブ
形状の利得層であって、上記ポンプ面におけるポンピン
グ放射パルスに応答して約１．５μｍないし約３μｍの
レーザ波長のレーザ放射を発生する利得層と、 （２）拡散ボンディングにより上記利得層の第１接触領
域に光学的に接続された第１の透過層と、 （３）拡散ボンディングにより上記利得層の第２接触領
域に光学的に接続された第２の透過層とを備え、 上記透過層は、それら透過層によるレーザ放射の吸収を
減少するようにレーザ波長を透過し、 （ｂ）上記利得層のポンプ面に沿って配置された励起機
構であって、放射強度を発生するための１組のレーザダ
イオードを含む励起機構を備え、上記ダイオードは、増
加された放射吸収を与えるために利得層の主吸収軸に平
行に偏光された放射を発生するよう配向され、そして （ｃ）上記利得層の付近に配置されて、上記利得層を冷
却する冷却システムであって、ポンプ面にわたって流れ
る冷却材を含む冷却システムを備え、この冷却材は、そ
れによる上記波長のエバネッセントレーザ放射の吸収を
減少することを特徴とする装置。 - 【請求項１０】 各透過層は、保持手段により保持され
るサイズとされる請求項８に記載の装置。 - 【請求項１１】 上記透過層は、レーザ冷却システムと
協働するサイズとされる請求項８に記載の装置。 - 【請求項１２】 上記利得層は、ｃ軸を有する単軸複屈
折結晶であり、そして上記主放射吸収軸は、ｃ軸に沿っ
ている請求項８に記載の装置。 - 【請求項１３】 上記利得層及び透過層は、同じ結晶材
料である請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１４】 上記利得層はイオンドープされ、そし
て上記透過層はドープされない請求項１２に記載の装
置。 - 【請求項１５】 上記結晶材料は、本質的に、ＹＬＦ、
ＹＡＧ、ＹＡＰ、ＹＳＧＧ、ＹＳＡＧ、ＧＳＧＧ、ＧＧ
Ｇ、ＬｉＳＡＦ、ＬｉＣＡＦ、ＳＦＡＰ及びガラスより
成るグループから選択される請求項１３に記載の装置。 - 【請求項１６】 上記ドープ材は、本質的に、ホルミウ
ム、ツリウム、クロミウム、イッテルビウム及びエルビ
ウムより成るグループから選択される請求項１４に記載
の装置。 - 【請求項１７】 上記冷却材は、本質的に、Ｄ2 Ｏ及び
液体フルオロカーボンより成る請求項１５に記載の装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/783646 | 1997-01-14 | ||
| US08/783,646 US5841805A (en) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | Three-level laser system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209549A JPH10209549A (ja) | 1998-08-07 |
| JP3234805B2 true JP3234805B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=25129966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00434498A Expired - Fee Related JP3234805B2 (ja) | 1997-01-14 | 1998-01-13 | ３レベルのレーザシステム |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5841805A (ja) |
| EP (1) | EP0854551B1 (ja) |
| JP (1) | JP3234805B2 (ja) |
| KR (1) | KR19980070480A (ja) |
| CA (1) | CA2225982C (ja) |
| DE (1) | DE69837632T2 (ja) |
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| US6134258A (en) * | 1998-03-25 | 2000-10-17 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Transverse-pumped sLAB laser/amplifier |
| JP2000082860A (ja) * | 1998-09-04 | 2000-03-21 | Toshiba Corp | 固体レーザ装置 |
| US6490081B1 (en) * | 2000-07-28 | 2002-12-03 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method of amplifying optical signals using doped materials with extremely broad bandwidths |
| WO2002019781A1 (en) | 2000-08-31 | 2002-03-07 | Powerlase Limited | Electromagnetic radiation generation using a laser produced plasma |
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| US7087447B2 (en) * | 2003-10-28 | 2006-08-08 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method for fabricating zig-zag slabs for solid state lasers |
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- 1997-01-14 US US08/783,646 patent/US5841805A/en not_active Expired - Lifetime
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1998
- 1998-01-13 KR KR1019980000713A patent/KR19980070480A/ko not_active Application Discontinuation
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