JP4335454B2

JP4335454B2 - レーザ増幅システム

Info

Publication number: JP4335454B2
Application number: JP2000564271A
Authority: JP
Inventors: エルハルト，シュテフェン; ギーゼン，アドルフ; カルスツェウスキー，マルティン; シュテベン，クリスチャン; フォス，アンドレアス
Original assignee: ウニベルシテトシュトゥットガルトインスティテュトフュアシュトラールベルクツォイゲ
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2019-07-19
Also published as: DE19835107A1; US6577666B2; WO2000008728A1; US20010040909A1; DE59901655D1; EP1103090B1; EP1103090A1; JP2002524839A

Description

【０００１】
本発明は、レーザ活性媒体を有する固体本体、固体本体内を数回通過するポンピング放射フィールドを生成するためのポンピング放射源、ポンピング放射源と固体本体の間に配置されかつ固体本体内に入るポンピング放射フィールドの枝部を固体本体上に集束させる光学ポンピング放射結像手段、及び、固体本体から出射するポンピング放射フィールドの枝部を、固体本体内に進入しかつ出射する時は異なる枝部の形で、固体本体上に再び集束させる少なくとも１つの光学再集束手段を含んで成るレーザ増幅システムに関する。
【０００２】
このタイプのレーザ増幅システムは、例えばＥＰ０６３２５５１から知られている。このレーザ増幅システムによると、固体本体から出射する枝部は、単に偏向されて固体本体上に再集束される。
【０００３】
かかる光学再集束手段の欠点は、これによって、集束されるべきポンピング放射フィールドの断面のサイズがつねに増大するか、又はポンピング放射フィールドの一部分が固体本体上に再び再集束されないことの結果として多大な損失が発生する、という事実にある。固体本体内のレーザ活性媒体の吸収度はポンピング出力が一回しか通過しない場合に低くなることから可能なかぎり数多くのポンピング放射フィールド通過回数が目標とされるということを前提とした上で、特に、固体本体内で可能なかぎり高いポンピング放射出力密度を達成することが問題となる。
【０００４】
従って本発明の優先的な目的は、一般タイプのレーザ増幅システムを改善して、できるだけわずかな資源を用いて固体本体内に可能なかぎり高いポンピング放射出力密度を生成することである。
【０００５】
この目的は、本発明に従うと、冒頭で記述したタイプのレーザ増幅システムにおいて、光学再集束手段が、固体本体から出射する枝部を中間のコリメートされた枝部へと変え、中間のコリメートされた枝部を、固体本体内に再び進入しその上に集束される枝部へと変えることによって達成される。
【０００６】
本発明の効果は、中間のコリメートされた枝部を生成する結果として、再集束にもかかわらずポンピング光スポットの直径をほぼ同じサイズに保つことが可能であり、このために、大きなビーム断面に適合させる必要のある光学再集束手段の集束枝部のために必要である光学素子を必要としない、と言う事実にある。さらに、再集束中の結像の質も同じく基本的に一定に保つことができる。
【０００７】
ポンピング放射フィールドが次々と連続した複数の光学再集束手段を通過することが特に好ましい。これは、特に基本的に等しいポンピング放射スポット直径を伴うポンピング放射フィールドにおいて基本的に一定で最大断面積を目的とする場合、結像品質に関するそれらの効果が特に明白になるからである。
【０００８】
純粋に理論的には、１つの固体本体をポンピングすることのみならずむしろ複数の固体本体をポンピングするために、複数の光学集束手段を提供することも考えることができる。
【０００９】
ポンピング放射源の出力の最適利用下で１つの同じポンピング放射フィールドで基本的に一定のポンピング放射スポット直径の場合、数個の光学再収束手段入射枝部が同じ固体本体内に入り、それによって特に、１個の同じ個体本体内でレーザ活性媒体をポンピングすることを可能にする時、本発明の効果は特に明らかである。
【００１０】
このことは、同じ固体本体内に進入する枝部が固体本体の同じ体積領域内に進入し、それによって、一定のポンピング放射スポット直径が生成されるという事実を用いて、このポンピング放射スポット直径に断面積において対応する体積領域を同様に複数の光学再集束手段により複数回ポンピングさせることかでき、その結果ポンピング放射出力の特に高い開発が確保される場合、特に好ましく実現され得うる。
【００１１】
特に幾何学的見地から特に好ましく実現可能な本発明のレーザ増幅システムの一実施形態では、各々の光学再集束手段は、中間のコリメートされた枝部の第１の部分枝部を形成するべく固体本体から出射するポンピング放射フィールドの枝部を再整形し、この第１の部分枝部をこの第１の部分枝部の次に延びる中間のコリメートされた枝部の第２の部分枝部へと再整形し、第２の部分枝部から固体本体内に進入する枝部を形成することを提供する。
【００１２】
光学再集束手段は、中間のコリメートされた枝部を２個の部分枝部に折り返すことに基づいて必要となる空間に関して、特に好ましく構成されうる。
【００１３】
中間のコリメートされた枝部のこのような折返しは、各々の光学再集束手段が中間のコリメートされた枝部の第１の部分枝部をその第２の部分枝部に結像するための偏向素子を有する場合に、特に好ましく達成可能である。
【００１４】
光学再集束手段の追加の設計に関して、更なる詳細は示されていない。例えば１つの効果的な実施形態では、各々の光学再集束手段が、出射アームを中間のコリメートされた枝部に結像させるためのコリメート素子を有することを提供する。このことはすなわち、出射枝部の中間のコリメートされた枝部への結像が簡単な方法で実現できるという事を意味している。
【００１５】
さらに、付加的な実施形態では、各々の光学再集束手段は、中間のコリメートされた枝部を固体本体内に進入する枝部に結像させるための集束素子を有することになっている。
【００１６】
純粋に理論的に、この発明の解決法によれば、ポンピング放射源が、１つの光学再集束手段からもう１つの光学再集束手段へと移行するときに毎回反射無く固体本体を通過するような形で、固体本体のポンピングを実施することが可能となる。
【００１７】
しかしながら、特に好ましい形態は、反射器が固体本体の平坦面と結びつけられており、出射枝部が反射器における入射枝部の反射の結果もたらされる場合に達成できる。これは、この場合、固体本体の２倍のポンピングが、反射に起因して既に生じているからである。
【００１８】
反射器との関係における個々の枝部の整列に関しては、これまでさらなる詳細は示されていない。特に好ましい条件は、各光学再集束手段の中間のコリメートされた枝部の部分枝部が、反射器の反射表面への法線に対し平行に延びている場合に達成可能である。
【００１９】
光学再集束手段の中間のコリメートされた枝部の両方の部分枝部が法線に対し平行に延びている場合に、さらに一層好ましい結像環境が作成される。
【００２０】
固体本体に進入するポンピング放射フィールドの枝部及び反射器における該枝部の反射の結果もたらされるその出射枝部は、反射器の反射表面に対する法線を通って延びる１つの平面を構成する。
【００２１】
かかる解決法によると、光学再集束手段は、固体本体から出射する各々の光学再集束手段の枝部及び固体本体の中に進入するその枝部が、法線を通って延びる異なる平面の中に配置されるように、設計されことが好ましい。
【００２２】
光学再集束手段のコリメート素子の配置に関しては、これまで特定の詳細は示されたことがない。例えば１つの好ましい実施形態では、全ての光学再集束手段のコリメート素子は法線を中心として配置されているようになっている。
【００２３】
この点に関して、全ての光学再集束手段のコリメート素子が、法線を中心として同じ半径方向距離のところに配置されることが好ましい。
【００２４】
その上、連続する光学再集束手段のコリメート素子が、法線を中心として同じ角距離で配置されていることが特に効果的である。
【００２５】
再集束の光学的品質に関して特に好ましい１つの解決法は、全ての光学再集束手段のコリメート素子が同一設計のものであることである。
【００２６】
同じ要領で、集束素子に関して、全ての光学再集束手段の集束素子が法線を中心として配置されることが好ましい。
【００２７】
この点に関して、全ての光学再集束手段の集束素子が法線を中心として同じ半径方向距離で配置されることが特に望ましい。
【００２８】
角距離に関しては、同様に、連続する光学再集束手段の集束素子が法線を中心として同じ角距離で配置されることが同様に効果的である。
【００２９】
全ての光学再集束手段の集束素子が同一設計のものである場合が特に好ましい。
【００３０】
特にコリメート素子の設計に関しては、これまでさらなる詳細は全く示されていない。例えば、コリメート素子としてレンズを使用することが考えられる。コリメート素子が凹面ミラーで形成されている場合に特に好ましい構成が達成できる。
【００３１】
断面がパラボラ面であるか又は円形であるミラーが凹面ミラーとして使用される場合が、特に好都合である。
【００３２】
これらのミラーは、原則として線焦点を生成するような形で設計され得る。
【００３３】
しかしながら、凹面ミラーが基本的に点焦点を生成するような形で凹面ミラーを設計する場合が特に好ましい。
【００３４】
コリメート素子に特に効果的な形態では、それらは回転対称ミラーのセグメントで形成されるようになっており、ここでこのミラーは好ましくは、反射表面への法線に対し回転対称となるように設計されている。
【００３５】
同様にして、集束素子に関してはさらなる詳細は示されていない。理論的に、集束素子をレンズとして設計することも考えられる。この点に関しても、特に凹面ミラーが効果的であることが実証されている。
【００３６】
凹面ミラーは、断面がパラボラ面又は円形であるミラーとして設計されるのが好都合である。
【００３７】
凹面ミラーに関しては、同様に、線焦点を生成するミラーを使用することも考えられる。しかしながら、集束素子が回転対称ミラーのセグメントによって形成され、この回転対称ミラーが、反射表面への法線に対し同様に回転対称となるように設計されていることが特に望まれる。
【００３８】
コリメート素子及び集束素子の焦点距離に関しては、これまでさらなる詳細は示されていない。理論的には、異なる焦点距離を使用することが考えられるだろう。しかしながら、光学再集束手段の全てのコリメート素子が同じ焦点距離をもつ場合が特に好都合であることが立証されている。
【００３９】
さらに、光学再集束手段の全ての集束素子が同じ焦点距離をもつ場合が有利であることも立証されている。
【００４０】
特に好ましい解決法では、全ての光学再集束手段のコリメート素子のみならず集束素子も同じ焦点距離を有する。
【００４１】
コリメート素子及び集束素子の生産及び調整に関して好都合である１つの解決法では、全ての光学再集束手段のコリメート素子及び集束素子が、単一の回転対称な凹面ミラーのセグメントによって形成されるようになっている。しかしながら、この場合、個々のセグメントを互いとの関係において傾斜又は傾けて配列することも考えられるだろう。
【００４２】
従って、コリメート素子および全光学再集束手段の集束素子を、ミラー面が連続となるようにして単一の回転対称凹面ミラーで形成し、それによって、コリメート素子のみならず集束素子が、回転対称凹面ミラーの回転軸、特に反射器の反射面に垂直なラインに対して同じ整列関係を有するようする解決方法がより簡単である。
【００４３】
全ての光学再集束手段の偏向素子の配置に関しては、これまでのところ、さらなる詳細は示されていない。例えば１つの効果的な実施形態では、全ての光学再集束手段の偏向素子が法線を中心として配置されるようになっている。
【００４４】
この点において、好ましくは、全ての光学再集束手段の偏向素子は、法線を中心として同じ半径方向距離で配置されるようになっている。
【００４５】
幾何学的見地から見て特に好ましい１つの解決法では、連続する光学再集束手段の偏向素子は、法線を中心として同じ角距離で配置されるようになっている。
【００４６】
構築上の見地から見て特に好ましい解決法では、全ての光学再集束手段の偏向素子が同一設計のものとなるようになっている。
【００４７】
各々の光学再集束手段のコリメート素子及び集束素子の相対的配置に関しては、これまでにさらなる詳細は示されていない。例えば、必要に応じてコリメート素子と集束素子の間の距離を選択することが考えられるだろう。しかしながら、特に好ましい結像条件は、各光学再集束手段のコリメート素子と集束素子の間の距離が基本的にその焦点距離の合計に対応する場合に達成できる。特に、等しい焦点距離の場合、コリメート素子と集束素子の間の距離はおよそその焦点距離の２倍である場合に特に効果的である。
【００４８】
本発明の解決方法における更なる特徴およびその効果は、実施形態を示す図面と共に以下の記載から明らかである。
【００４９】
（実施形態）
図１〜４に示す本発明のレーザ増幅システムの１実施形態は、レーザ活性媒体及び平坦でも湾曲したものでもありうる後方及び前方平坦面を有するディスク形状の固体本体１０を含んで成る。固体本体１０は、後方平坦面が反射器１２上にある状態で載っており、ここで反射器１２はそれ自体、冷却用フィンガー１４が、間にある反射器１２を介して固体本体１０を冷却するような形で、冷却用フィンガー１４の端面上に載っている。この固体本体１０の中で、ポンピング放射フィールドは、以下で詳細されるように、前方平坦面１６を介して結合（カップルイン）されており、レーザ活性媒体により部分的に吸収され、反射器１２において反射され、レーザ活性媒体により部分的に吸収され、次にカップルアウトされる。その上、レーザ放射フィールド１８がこの平坦面から出射し、これは、固体本体１０と面して反射器１２と共にレーザ放射フィールド１８のための共振器を形成するミラー２０に衝突する。
【００５０】
このタイプのレーザシステムは、例えばＥＰ０６３２５５１に記載されているように動作し、このＥＰ０６３２５５１は、その全体が、レーザの動作様式及び反射器１２及び冷却用フィンガー１４上の固体本体の配置に関して参照指示されている。
【００５１】
全体として３０という番号で呼称されているポンピング放射カップルイン（結合）システムは、固体本体１０内でレーザ活性媒体をポンピングするために具備されており、これは、例えば１個のダイオードレーザ又は複数のダイオードレーザであるようなポンピング放射源３３から来るポンピング放射フィールド３４を集束する光学ポンピング放射結像出力２および、これに結合されかつこれがコリメートされた枝部３６として、全体として４０で示すパラボラミラーのセグメント４０₁に達することを可能とする光ガイドを備えている。このパラボラミラー４０は、図３ａおよび４ａに示す様に、その反射パラボラ面セグメント４２₁によって、固体本体１０内に進入する枝部を形成するポンピング放射フィールドの集束された枝部（レッグ）４４を生成する。
【００５２】
ポンピング放射フィールドのこの入射枝部４４は、その前方平坦面１６を介して固体本体１０内に入り、それを通過し、反射器１２によって反射され、それによって、パラボラミラー４０のセグメント４０₅の反射パラボラ面セグメント４２₅上に衝突し、全体として４８という番号で呼称されたコリメート済み枝部の第１の部分枝部４８ａとしてこのセグメントにより反射される、発散する出射枝部４６が形成されることになる。
【００５３】
入射枝部４４、出射枝部４６を介してコリメート済み枝部３６から開始して再びコリメート済み部分枝部４８ａを得るためには、パラボラミラー４０は、固体本体１０が好ましくはその平坦面を反射器１２に置いた状態でパラボラミラー４０の焦平面５０内に位置設定されるように、又さらに、反射器１２の反射面に対する鉛直線又は法線５２がパラボラ面４２との関係における対称軸を表わしかくしてその焦点をも通って延びるような形で、配置されている。
【００５４】
さらに、好ましくは、コリメート済み枝部３６は、法線５２に対して平行に延び、この心合せで表面セグメント４２₁上に当たるようになっており、さらに部分枝部４８ａは同様に法線５２に対し平行に延びるようになっている。
【００５５】
この点に関して、法線５２は同様に、好ましくは、法線５２に対し対称に配置された固体本体１０の体積領域内でのポンピングが、入射枝部４４及び出射枝部４６によってもたらされるような形で、固体本体１０との関係における中央垂直線を形成する。
【００５６】
さらに、この幾何学的配置では、入射枝部４４及び出射枝部４６はそれぞれ、法線５２を通って延びる平面５４に対し平行かつミラー対称に位置設定されている。
【００５７】
コリメート済み枝部４８の部分枝部４８ａは、表面セグメント４２₅から開始して、法線５２に平行な方向で、図１に例示された偏向素子６０上に衝突するまで伝播し（なおここで、この偏向素子は、図１に例示されており、例えば、互いに直角を成して延びかつコリメート済み枝部４８の部分枝部４８ａが、図１に例示されているようにこの部分枝部４８ａに平行かつそれに沿って延びる部分枝部４８ｂ内に結像させられるような形で心合せされている２つのミラー表面６２及び６４を有するように設計されている）、再びパラボラミラー４０の方向へと伝播し、かくして、図４ｂに例示されているように、再度固体本体１９内に進入する枝部６６を生成する反射するパラボラセグメント４２₄をもつパラボラミラー４０の表面セグメント４０₄に衝突する。
【００５８】
全体として、パラボラミラー４０のセグメント４０₅及び４０₄ならびに光学偏向手段６０は、かくして、全体として７０という番号で呼称され出射枝部４６をコリメート済み枝部４８に結像させこれを固体本体１０内に進入する枝部６６に再び結像させる光学再集束手段を形成する。なおここで入射枝部６６は、図５ｂから明らかであるように、まさに法線５２を通って延びているものの平面５４₁との関係においてこの場合４５°という角度だけ方向転換させられている１つの平面５４₂の中に位置設定されている。
【００５９】
固体本体１０内に進入する枝部６６はここで、光学偏向手段１６０と共に部分枝部１４８ａ及び１４８ｂを伴うコリメート済みビーム１４８を形成するパラボラミラー４０のセグメント４０₈に出射枝部１４６が到達するにつれて、固体本体１０と結びつけられた反射器１２によって反射される。
【００６０】
なおここで前記ビーム１４８は、その隣りにあるセグメント４０₇まで延び、セグメント４０₇により入射枝部１６６内に結像させられ、この枝部１６６は再び固体本体１０内に入るがこの場合、法線５２を通って延び平面５４₂との関係において４５°だけ再度方向転換させられている平面５４₃まで対称的に延び、かくして、セグメント４８₈及び４０₇ならびに光学偏向手段１６０は全体として付加的な１つの光学再集束手段１７０を形成するようになっている（図４ｃ及び５ｃ）。
【００６１】
反射器１２における反射に起因して固体本体１０から再び出射した枝部２４６は、セグメント４０₂及び４０₃ならびに光学偏向手段２６０から形成された付加的な光学再集束手段２７０によって再び固体本体１０上に集束され、かくしてコリメート済み枝部２４８を形成しかつ付加的な入射枝部２６６を形成する。なおここでこの入射枝部２６６は、平面５４₃との関係において再び４５°だけ方向転換されている平面５４₄の中に位置設定されている。再び反射器１２によって反射された出射枝部３４６は、図４ｄ及び図５ｄに例示されているように、パラボラミラー４０のセグメント４０₆上に衝突し、ここでこのミラー４０のパラボラ反射面セグメント４２₆は、出射発散枝部３４６を反射器３５０上に衝突するコリメート済み枝部３４８に結像させ、この反射器３５０はこれをそれ自体の中へと反射し戻し、かくしてポンピング放射フィールドは再び光学再集束手段２７０、１７０及び７０の中を逆方向に通過し再び固体本体１０内を複数回通過し、毎回反射器１２によって反射され、かくして最後には、戻りポンピング放射フィールドは再び光学ポンピング放射結像手段３２ひいてはポンピング放射源３３の方向にコリメート済み枝部３６’の形で伝播することになる。ただしこの場合、このポンピング放射フィールドは、ここで固体本体１０内を全体として１６回通過することから、入射ポンピング放射フィールド３４に比べその強度が著しく低下している。
【００６２】
それぞれの光学再集束手段７０、１７０及び２７０は好ましくは、コリメート済み枝部４８、１４８及び２４８が、図６に例示されているように、光学結像中にその挙動に関して、あたかも距離２ｆのところに配置されたかのごとく作用するように設計されている。なおここでｆはパラボラミラー４０の焦点距離を表わし、パラボラ面４２と焦平面５０の間の距離を定義する。
【００６３】
光学再集束手段７０、１７０及び２７０のこのような設計を用いると、図６に例示されているように、基本的に同じポンピングスポット直径Ｄで固体本体１０上にポンピング放射フィールドをつねに集束することが可能である。なおここで、このポンピングスポット直径は、ポンピング放射フィールドの発散量及びパラボラミラー４０焦点距離によって左右される。
【００６４】
例えば、結像誤差は別にして、ポンピングスポット直径Ｄはポンピング光放射の供給のための光ファイバーの場合においては、以下のような結果をもたらす。
【００６５】
Ｄ＝ｆ／ｆｋ×ｄ
【００６６】
なお式中、ｆｋは、ポンピング放射フィールドのコリメートのための光学コリメート手段の焦点距離であり、ｄは、ポンピング放射フィールドが出射するファイバの直径である。
【００６７】
光学再集束手段がおよそｆという焦点距離（特に、そのセグメント４０₁〜４０₈が同じ焦点距離ｆをもつパラボラミラー４０を使用するとき）及び焦点距離２ｆにほぼ対応する経路にわたるそれぞれのコリメート済み枝部４８、１４８及び２４８の誘導を有するような形で、この発明によって光学再集束手段の寸法を決定すると、多数の再集束にもかかわらず、焦点スポット直径のサイズの増加を回避することができ、かくして、固体本体内のポンピング放射フィールドの最適な出力密度をそのポンピングのために生成することができる。光学再集束手段は好ましくは、焦点距離ｆを有し、コリメート済み枝部は、できるかぎり正確に２ｆに対応する経路全体にわたり誘導される。
【００６８】
本発明に従って例示された実施形態の一変形形態では、パラボラミラー４０のセグメント４０₁を削除し、集束された入射枝部４４を用いて直接固体本体１０内でレーザ活性媒体を励起させることが可能である。
【００６９】
さらに、もう１つの変形形態として、反射表面６２及び６４を伴う代りにプリズムとして光学偏向手段６０、１６０及び２６０を設計することも可能であり、この場合、コリメート済み枝部１４８に関して経路２ｆに対応する結像条件をほぼ達成するために、プリズムの屈折率を変えることにより、結像条件の変更が考慮に入れられることになる。
【００７０】
さらに、固体本体内のポンピング放射フィールドの大きな吸収ひいては低い出力密度の場合に反射器３５０の代りに第２のポンピング放射源を具備することも可能であり、この放射源は、コリメート済み枝部３４８に対応するコリメート済みポンピング光がセグメント４０₆上に当たり、かくしてこれが次に光学再集束手段２７０、１７０及び７０の中を逆方向に通過するようにすることを可能にする。
【００７１】
さらなる変形形態においては、特に長い焦点距離で適切な結像の質を提供する円環ミラーが、パラボラミラー４０の代りに具備されていてよく、これは、少なくとも理論上は、固体本体１０上への集束中、理想的な結像条件を提供する。
【００７２】
その形状に関して最適な形で表面セグメント４２₁〜４２₈を利用するためには、さらに、最終的に１つの光ガイドにより生成される１つのコリメート済み枝部３６の代りに、複数の光ガイドを使用することが考えられる。これらの複数の光ガイドは、その後全体でコリメート済み枝部３６を形成するように組合せることのできるそれぞれのコリメートされた部分枝部を形成する。このコリメート済み枝部３６はこの場合、１つの平面内の光ガイドの終端の配置によって規定される任意のあらゆる断面形状を有することができ、例えば、同様にその断面形状に関してそれぞれの表面セグメント４２₁〜４２₈の形状に適合させられる。
【００７３】
図７に例示された発明力あるレーザ増幅システムのさらなる実施形態においては、個々の光学再集束手段７０’、１７０’及び２７０’の偏向素子は、連続する平坦な反射表面７６をもつ平面ミラー７４のセグメント７２、１７２及び２７２により形成されており、一方パラボラミラー４０’の個々のセグメント４０’₁〜４０’₈はもはやいかなる一様なパラボラ面を形成せず、むしろそれぞれの光学再集束手段７０’、１７０’及び２７０’に属するセグメント４２’₅及び４２’₄又は４０’₈及び４０’₇又は４２’₃及び４２’₂が各々、法線５２との関係において傾動させられコリメート済み枝部４８のもう１つの部分枝部へと反射のため併合する１つのコリメート済み部分枝部を形成するような形で、その個々の表面セグメント４２’₁〜４２’₈と共に傾動させられる。なおここで前記コリメート済み枝部４８は同様に、法線との関係において傾動させられるように延び、一方、それぞれの出射枝部４６及び１４６及び２４６及びそれぞれの入射枝部６６及び１６６及び２６６は各々、それぞれ平面５０₁及び５０₂又は５０₂及び５０₃又は５０₃及び５０₄に対し平行かつ対称的に延びている。
【００７４】
パラボラミラー４０’のセグメントは、先行実施形態の場合と同様、円環ミラーのセグメントであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるレーザ増幅システムの透視図であって、前方上面から見た場合を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるレーザ増幅システムの透視図であって、後方下側から見た場合を示す。
【図３】固体本体に進入し反射によってそこから出射する、この発明のレーザ増幅システムの各枝部を示す透視図であって、図３ａ〜３ｄの各々において、入射枝部及び対応する出射枝部が例示されている。
【図４】１平面内に配置される、図３にかかる入射枝部及び出射枝部の例示であり、ここで図４ａ−４ｂは、図３ａ−３ｄに従った例示に対応する。
【図５】図３の矢印Ａの方向の平面図を示し、図５ａ〜５ｄは、図３ａ〜３ｄに対応する。
【図６】図１〜５に従った第１の実施形態における中間コリメートを伴う結像の概略図を示す。
【図７】本発明のレーザ増幅システムの第２の実施形態の部分的概略透視図を示す。

Claims

レーザ活性媒体を有する固体本体（１０）、前記固体本体（１０）内を数回通過するポンピング放射フィールドを生成するためのポンピング放射源（３３）、前記ポンピング放射源（３３）と前記固体本体（１０）の間に配置されかつ前記固体本体（１０）内に入るポンピング放射フィールドの枝部（４４）を前記固体本体（１０）上に集束させる光学ポンピング放射結像手段（３２、４０）、及び、前記固体本体（１０）から出射するポンピング放射フィールドの出射枝部（４６、１４６、２４６）を、前記出射枝部（４６、１４６、２４６）とは異なる前記固体本体（１０）内に進入する入射枝部（６６、１６６、２６６）の形で前記固体本体（１０）上に再び集束させる少なくとも１つの光学再集束手段（７０、１７０、２７０）を含んで成るレーザ増幅システムにおいて、前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）が、前記固体本体（１０）から出射する出射枝部（４６、１４６、２４６）を中間のコリメートされた枝部（４８、１４８、２４８）へと再整形し、前記中間のコリメートされた枝部（４８、１４８、２４８）を再度、前記固体本体（１０）内に再び進入しその上に集束される前記入射枝部（６６、１６６、２６６）へと再整形することを特徴とするレーザ増幅システム。
前記ポンピング放射フィールドが次々に連続して複数の前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の中を通過することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅システム。
複数の前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記入射枝部（６６、１６６、２６６）がつねに同じ前記固体本体（１０）内に進入することを特徴とする請求項２に記載のレーザ増幅システム。
同じ前記固体本体（１０）内に進入する前記入射枝部（６６、１６６、２６６）が前記固体本体（１０）の同じ体積領域内に進入することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ増幅システム。
各々の前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）が、前記中間のコリメートされた枝部（４８、１４８、２４８）の第１の部分枝部（４８ａ、１４８ａ、２４８ａ）を形成するべく前記固体本体（１０）から出射する前記ポンピング放射フィールドの前記出射枝部（４６、１４６、２４６）を再整形し、この第１の部分枝部（１４８ａ、１６８ａ、２４８ａ）を前記第１の部分枝部（４８ａ、１４８ａ、２４８ａ）の次に配置された前記中間のコリメートされた前記枝部（４８、１４８、２４８）の第２の部分枝部（４８ｂ、１４８ｂ、２４８ｂ）へと再整形し、前記第２の部分枝部（４８ｂ、１４８ｂ、２４８ｂ）から前記固体本体（１０）内に進入する前記入射枝部（６６、１６６、２６６）を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ増幅システム。
各々の前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）が、前記中間のコリメートされた枝部（４８、１４８、２４８）の前記第１の部分枝部（４８ａ、１４８ａ、２４８ａ）を前記第２の部分枝部（４８ｂ、１４８ｂ、２４８ｂ）に結像するための偏向素子（６０、１６０、２６０）を有することを特徴とする請求項５に記載のレーザ増幅システム。
各々の前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）が、前記出射枝部（４６、１４６、２４６）を前記中間のコリメートされた枝部（４８、１４８、２４８）に結像させるためのコリメート素子（４２₅、４２₈、４２ ₃）を有することを特徴とする請求項６に記載のレーザ増幅システム。
各々の前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）が、前記中間のコリメートされた枝部（４８、１４８、２４８）を前記固体本体（１０）内に入る前記入射枝部（６６、１６６、２６６）に結像させるための集束素子（４２₄、４２₇、４２₂）を有することを特徴とする請求項７に記載のレーザ増幅システム。
反射器（１２）が前記固体本体（１０）の平坦面と結びつけられていること及び前記出射枝部（６６、１６６、２６６）は前記反射器（１２）における前記入射枝部（４６、１４６、２４６）の反射の結果もたらされることを特徴とする請求項８に記載のレーザ増幅システム。
前記各光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記中間のコリメートされた枝部（４８、１４８、２４８）の前記第１または第２の部分枝部（４８ａ、ｂ、１４８ａ、ｂ、２４８ａ、ｂ）が、前記反射器（１２）の反射表面に対する法線（５２）に対し平行に延びていることを特徴とする請求項９に記載のレーザ増幅システム。
前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記中間のコリメートされた枝部（４８、１４８、２４８）の前記第１および第２の部分枝部（４８ａ、ｂ、１４８ａ、ｂ、２４８ａ、ｂ）が、前記法線（５２）に対し平行に延びていることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅システム。
前記固体本体（１０）に進入するポンピング放射フィールドの枝部（４４、６６、１６６、２６６）及び前記反射器（１２）における該枝部の反射の結果もたらされるその出射枝部（４６、１４６、２４６、３４６）が、前記反射器（１２）の反射表面に対する前記法線（５２）を通って延びる平面（５４₁、５４₂、５４₃、５４₄）の中に位置設定されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザ増幅システム。
前記固体本体（１０）から出射する各々の前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記出射枝部（４６、１４６、２４６）及び前記固体本体（１０）の中に進入するその入射枝部（６６、１６６、２６６）が、前記法線（５２）を通って延びる異なる平面（５４₁、５４₂、５４₃、及び５４₄）の中に位置設定されていることを特徴とする請求項１２に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記コリメート素子（４２₅、４２₈、４２₃）が前記法線（５２）を回転対称の軸として前記法線（５２）の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記コリメート素子（４２₅、４２₈、４２₃）が、前記法線（５２）を中心として同じ半径方向距離のところに配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ増幅システム。
連続する前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記コリメート素子（４２₅、４２₈、４２₃）が、前記法線（５２）を中心として等方位角間隔で配置されていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記コリメート素子（４２₅、４２₈、４２₃）が、同一設計のものであることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のレーザ増幅システム。
前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記集束素子（４２₄、４２₇、４２₂）が、前記法線（５２）を回転対称の軸として、前記法線（５２）の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１項に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記集束素子（４２₄、４２₇、４２₂）が、前記法線（５２）を中心として同じ半径方向距離で配置されていることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅システム。
連続する前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記集束素子（４２₄、４２₇、４２₂）が前記法線（５２）を中心として等方位角間隔で配置されていることを特徴とする請求項１８又は１９に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記集束素子（４２₄、４２₇、４２₂）が同一設計のものであることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載のレーザ増幅システム。
前記コリメート素子（４２₅、４２₈、４２₃）が凹面ミラーによって形成されていることを特徴とする請求項１０〜２１のいずれか１項に記載のレーザ増幅システム。
前記コリメート素子（４２₅、４２₈、４２₃）が、回転対称ミラー（４０）のセグメントによって形成されていることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅システム。
前記集束素子（４２₄、４２₇、４２₂）が凹面ミラーで形成されていることを特徴とする請求項１０〜２３のいずれか１項に記載のレーザ増幅システム。
前記集束素子（４２₄、４２₇、４２₂）が前記回転対称ミラー（４０）のセグメントによって形成されていることを特徴とする請求項２４に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学的再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記コリメート素子（４２₅、４２₈、４２₃）が同じ焦点距離を有することを特徴とする請求項１０〜２５のいずれか１項に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記集束素子（４２₄、４２₇、４２₂）が同じ焦点距離を有することを特徴とする請求項１０〜２６のいずれか１項に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記コリメート素子（４２₅、４２₈、４２₃）及び前記集束素子（４２₄、４２₇、４２₂）が単一の回転対称凹面ミラー（４０）のセグメントによって形成されていることを特徴とする請求項２７に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記偏向素子（６０、１６０、２６０）が、前記法線（５２）を回転対称の軸として前記法線（５２）の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１０〜２８のいずれか１項に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記偏向素子（６０、１６０、２６０）が前記法線（５２）を中心として同じ半径方向距離で配置されていることを特徴とする請求項２９に記載のレーザ増幅システム。
連続する前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記偏向素子（６０、１６０、２６０）が前記法線（５２）を中心として等方位角間隔で配置されていることを特徴とする請求項３０に記載のレーザ増幅システム。
全ての前記光学再集束手段（７０、１７０、２７０）の前記偏向素子（６０、１６０、２６０）が同一設計のものであることを特徴とする請求項３１に記載のレーザ増幅システム。