JPH0364083A - 横方向のポンピングを用いたモード整合型固体レーザ及び固体レーザ用増幅器 - Google Patents
横方向のポンピングを用いたモード整合型固体レーザ及び固体レーザ用増幅器Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、モード整合型固体レーザに関し、より詳しく
は、横方向のポンピングを用いたモード整合型固体レー
ザ及びダイオードでポンピングされた固体レーザ用増幅
器に関する。
は、横方向のポンピングを用いたモード整合型固体レー
ザ及びダイオードでポンピングされた固体レーザ用増幅
器に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題１従来の
光学的にポンピングされた固体レーザは、共振器空洞に
おける固体レーザメディアを縦方向に又は横方向にポン
ピングするために、広帯域のアークランプ又は閃光ラン
プを利用している。ポンピングの方向は、共振器空洞の
長軸に対して横切って又は直交している。全体のレーザ
メディアは、ポンピングの容量とレーザ空洞によって画
成されるＴ Ｅ Ｍ ｏ ａモードの容量がほとんど一
致しないようにポンピングされ、ここで、ＴＥＭ００モ
ードにおける動作が所望される。多くのポンピングエネ
ルギーがレーザモードによって占有される容量以外の当
該メディアの領域に入力され、それ故、レーザビームの
増幅に寄与しない。従って、ポンピング効率は低く、典
型的には数パーセントである。
光学的にポンピングされた固体レーザは、共振器空洞に
おける固体レーザメディアを縦方向に又は横方向にポン
ピングするために、広帯域のアークランプ又は閃光ラン
プを利用している。ポンピングの方向は、共振器空洞の
長軸に対して横切って又は直交している。全体のレーザ
メディアは、ポンピングの容量とレーザ空洞によって画
成されるＴ Ｅ Ｍ ｏ ａモードの容量がほとんど一
致しないようにポンピングされ、ここで、ＴＥＭ００モ
ードにおける動作が所望される。多くのポンピングエネ
ルギーがレーザモードによって占有される容量以外の当
該メディアの領域に入力され、それ故、レーザビームの
増幅に寄与しない。従って、ポンピング効率は低く、典
型的には数パーセントである。
レーザダイオードは、効率的なポンピング源を形成する
。すなわち、種々の異なったタイプのレーザダイオード
、特に、例えば複数のエミッタがともに位相同期される
、スペクトラ・ダイオード・ラブダ（Ｓｐｅｃｔｒａ
Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂｓ）製モデル番号２４ｌＯのＧａＡ
ｌＡｓレーザダイオードアレーのようなレーザダイオー
ドアレーや、例えばソニ（５ｏｎｙ）製モデル番号５Ｌ
Ｄ３０１，３０２，３０３．３０４ Ｖ／Ｗのような
拡張されたエミッタレーザダイオードが、用いられてき
ており、用いることができる。米国特許第４．６５３，
０５６号及び第４．６５６．６３５号、並びに１９８７
年３月２４日に出願された米国特許出願第０２９．８３
６及び１９８７羊４月７日に出願された米国特許出願第
０３５，５３０号において、ポンピング効率を最適化す
るｔ；めにポンピング容量が所望されるＴＥＭ００モー
ドの容量に整合しているレーザダイオード源によって長
手方向の端部でポンピングされる固体レーザが記述され
ている。この長手方向の端部におけるポンピングの形状
では、ポンピングの方向が共振器空洞の長軸に一致し、
従って、レーザモードの容量に整合させることができる
。１９８７年５月１２日に付与された米国特許第４．６
６５．５２９号及び１９８７年５月１２日に出願された
米国特許出願第０４８．７１７号において、レーザを長
手方向の端部でポンピングしかつモード整合させるため
に、レーザダイオードのポンピング源が光ファイバの手
段によってレーザのロッドに結合された固体レーザが記
述されている。小型でかつ安価であり高性能な固体レー
ザを実現することが所望される。
。すなわち、種々の異なったタイプのレーザダイオード
、特に、例えば複数のエミッタがともに位相同期される
、スペクトラ・ダイオード・ラブダ（Ｓｐｅｃｔｒａ
Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂｓ）製モデル番号２４ｌＯのＧａＡ
ｌＡｓレーザダイオードアレーのようなレーザダイオー
ドアレーや、例えばソニ（５ｏｎｙ）製モデル番号５Ｌ
Ｄ３０１，３０２，３０３．３０４ Ｖ／Ｗのような
拡張されたエミッタレーザダイオードが、用いられてき
ており、用いることができる。米国特許第４．６５３，
０５６号及び第４．６５６．６３５号、並びに１９８７
年３月２４日に出願された米国特許出願第０２９．８３
６及び１９８７羊４月７日に出願された米国特許出願第
０３５，５３０号において、ポンピング効率を最適化す
るｔ；めにポンピング容量が所望されるＴＥＭ００モー
ドの容量に整合しているレーザダイオード源によって長
手方向の端部でポンピングされる固体レーザが記述され
ている。この長手方向の端部におけるポンピングの形状
では、ポンピングの方向が共振器空洞の長軸に一致し、
従って、レーザモードの容量に整合させることができる
。１９８７年５月１２日に付与された米国特許第４．６
６５．５２９号及び１９８７年５月１２日に出願された
米国特許出願第０４８．７１７号において、レーザを長
手方向の端部でポンピングしかつモード整合させるため
に、レーザダイオードのポンピング源が光ファイバの手
段によってレーザのロッドに結合された固体レーザが記
述されている。小型でかつ安価であり高性能な固体レー
ザを実現することが所望される。
このように、共振器／ポンピングの形状は、レーザの設
計及び性能に対して重要な要素である。
計及び性能に対して重要な要素である。
縦方向のポンピングの方法はモード整合を行うことがで
きないので、非効率的である。レーザダイオードを用い
た端部でのポンピングの方法はモード整合を行うことが
できるので、効率的である。
きないので、非効率的である。レーザダイオードを用い
た端部でのポンピングの方法はモード整合を行うことが
できるので、効率的である。
しかしながら、予め利用できるレーザダイオードの電力
はしばしば、通常ｔｗ以下に制限されている。さらに、
高電力のレーザダイオードのポンピング源を用いた場合
であっても、この端部でポンピングされる形状は使用可
能なエネルギー量を制限し、これによってレーザの電力
を制限する。なぜならば、利得メディアのポンピング領
域における電力密度が非常に高く、かつ生皮された熱を
取り除くことができないからである。この熱は、−般的
に非効率を導く熱的な焦点合わせ（ｔｈｅｒｍａｌｆｏ
ｃｕｓｉｎｇ）及びバルク加熱（ｂｕｌｋ ｈｅａｔｉ
ｎｇ）を生じさせるという欠点を有する。従って、モー
ド整合がより効率的にポンピングエネルギーを用いてい
るとき、縦方向のポンピングはより大きなエネルギーが
上記メディアに入力することを可能にするので、横方向
又は縦方向のポンピングの幾何学的構造を、ポンピング
の容量のＴＥＭ００モードに対するモード整合に結合す
る共振器の形状を提供することが所望される。
はしばしば、通常ｔｗ以下に制限されている。さらに、
高電力のレーザダイオードのポンピング源を用いた場合
であっても、この端部でポンピングされる形状は使用可
能なエネルギー量を制限し、これによってレーザの電力
を制限する。なぜならば、利得メディアのポンピング領
域における電力密度が非常に高く、かつ生皮された熱を
取り除くことができないからである。この熱は、−般的
に非効率を導く熱的な焦点合わせ（ｔｈｅｒｍａｌｆｏ
ｃｕｓｉｎｇ）及びバルク加熱（ｂｕｌｋ ｈｅａｔｉ
ｎｇ）を生じさせるという欠点を有する。従って、モー
ド整合がより効率的にポンピングエネルギーを用いてい
るとき、縦方向のポンピングはより大きなエネルギーが
上記メディアに入力することを可能にするので、横方向
又は縦方向のポンピングの幾何学的構造を、ポンピング
の容量のＴＥＭ００モードに対するモード整合に結合す
る共振器の形状を提供することが所望される。
もう１つのタイプのレーザダイオードは、多エレメント
バー構造に構成された複数のレーザダイオードアレーで
ある。これらのレーザダイオードアレーバーは典型的に
は、１ｃｍのバーに沿って所定の間隔が置かれた１０個
のＩＷレーザダイオードアレーを備え、各アレーはとも
に位相同期された多数のエミッタを有する。これらのア
レーバーは、固体レーザを端部でポンピングさせるため
に適当ではないが、固体レーザを横方向で又は縦方向で
ポンピングするために有用である。しかしながら、もし
複数のバーが単にアークランプの代わりに用いられるな
らば、はとんど利点を得ることができないであろう。従
って、レーザダイオードアレーバーの出力を固定レーザ
材料の中で所望のモードの容量（Ｔ Ｅ Ｍ００）にモ
ード整合させることができるレーザ共振器／ポンピング
の形状を改善する必要がある。
バー構造に構成された複数のレーザダイオードアレーで
ある。これらのレーザダイオードアレーバーは典型的に
は、１ｃｍのバーに沿って所定の間隔が置かれた１０個
のＩＷレーザダイオードアレーを備え、各アレーはとも
に位相同期された多数のエミッタを有する。これらのア
レーバーは、固体レーザを端部でポンピングさせるため
に適当ではないが、固体レーザを横方向で又は縦方向で
ポンピングするために有用である。しかしながら、もし
複数のバーが単にアークランプの代わりに用いられるな
らば、はとんど利点を得ることができないであろう。従
って、レーザダイオードアレーバーの出力を固定レーザ
材料の中で所望のモードの容量（Ｔ Ｅ Ｍ００）にモ
ード整合させることができるレーザ共振器／ポンピング
の形状を改善する必要がある。
また、ｌＯＷを越えるレーザの出力電力を得ることがと
きどき所望される。しかしながら、これらの電力レベル
においては、より大きな出力電力の実現を妨げる少なく
とも２つの問題点がある。
きどき所望される。しかしながら、これらの電力レベル
においては、より大きな出力電力の実現を妨げる少なく
とも２つの問題点がある。
第１に、ポンピング電力を増大させる必要がある。
ポンピング電力が増大するにつれて、レーザのロッドが
加熱され、これによってレーザの効率が減少する。上記
ロッドの冷却は困難である。
加熱され、これによってレーザの効率が減少する。上記
ロッドの冷却は困難である。
第２に、加熱の結果として、上記レーザの媒体において
熱の温度煩斜が形成され、異なった温度で結晶の隣接す
る部分の間で屈折率が異なることから熱的な焦点合わせ
の現象が生じる。この熱的な焦点合わせの現象は、レー
ザの媒体に損傷を与える可能性がある。従って、上記結
晶構造への損傷を回避するために、上記レーザの媒体に
おける熱的な焦点距離を、上記媒体を通過する光学的な
パスの長さよりもより大きな値に制限することが常に所
望される。従って、これらの問題点を回避することがで
きる大きな出力電力を有するレーザを提供することが所
望される。
熱の温度煩斜が形成され、異なった温度で結晶の隣接す
る部分の間で屈折率が異なることから熱的な焦点合わせ
の現象が生じる。この熱的な焦点合わせの現象は、レー
ザの媒体に損傷を与える可能性がある。従って、上記結
晶構造への損傷を回避するために、上記レーザの媒体に
おける熱的な焦点距離を、上記媒体を通過する光学的な
パスの長さよりもより大きな値に制限することが常に所
望される。従って、これらの問題点を回避することがで
きる大きな出力電力を有するレーザを提供することが所
望される。
従って、本発明の目的は、モード整合されレーザダイオ
ードで横方向にポンピングされた固体レーザを提供する
ことにある。
ードで横方向にポンピングされた固体レーザを提供する
ことにある。
また、本発明の別の目的は、レーザダイオードアレーバ
ーによってポンピングされモード整合された固体レーザ
を提供することにある。
ーによってポンピングされモード整合された固体レーザ
を提供することにある。
さらに、本発明のさらなる目的は、多エレメントのレー
ザダイオードのポンピング源によって、効率的なモード
整合されたポンピングを提供する固体レーザの共振器の
形状を提供することにある。
ザダイオードのポンピング源によって、効率的なモード
整合されたポンピングを提供する固体レーザの共振器の
形状を提供することにある。
またさらに、本発明のもう１つの目的は、利得メディア
の縦方向の側面からポンピングされるモード整合された
レーザダイオードでポンピングされた固体レーザを提供
することにある。
の縦方向の側面からポンピングされるモード整合された
レーザダイオードでポンピングされた固体レーザを提供
することにある。
また、本発明の目的は、利得メディアの縦方向の側面に
沿って所定の間隔が置かれた複数のレーザダイオードの
ポンピング源がＴＥＭｏａにモード整合された固体レー
ザを提供することにある。
沿って所定の間隔が置かれた複数のレーザダイオードの
ポンピング源がＴＥＭｏａにモード整合された固体レー
ザを提供することにある。
本発明の別のもう−１つの目的は、熱的な焦点合わせに
よる損傷を与えることなしに従来可能な出力電力よりも
大きな出力電力を得ることができる固体レーザを提供す
ることにある。
よる損傷を与えることなしに従来可能な出力電力よりも
大きな出力電力を得ることができる固体レーザを提供す
ることにある。
［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、共振
器モードの容量にモード整合されたレーザ材料の横方向
又は縦方向の面に沿って延在している複数の分離されｔ
；レーザダイオードのポンピング源によってポンピング
される固体レーザである。好ましくは、ポンピング源は
、多エレメントのバー構造に溝底された複数のレーザダ
イオードアレーである。固体レーザの効率的な光学的ポ
ンピングは、しっかりと折り曲げられた共振器の空洞形
状において、固体レーザ材料の中でアレー出力をＴＥＭ
００モードにモード整合させることによって実現するこ
とができる。共振器を、利得メディアの１対の横方向又
は縦方向の側面の間でしっかりと折り曲げられたジグザ
グ形状とすることによって、ポンピングの放射を長手方
向でモードの容量に方向付けすること、、！！３（でき
る。モード整合は、空洞のモードの容量をレーザダイオ
ードの放射の発散に整合させることによって実現できる
。円筒形状のコリメートレンズ、好ましくは所定長の光
ファイバが、ダイオードバーレーザの利得メディアの接
合面に対して垂直である１方向で実質的にダイオードの
放射をコリメートするために、精密なスペーサ手段によ
って、ダイオードバーに対して平行であってかつ所定の
間隔が置かれた関係で設けられる。ファイバの直径及び
その屈折率は、ポンピングされる領域がレーザのモード
の大きさに整合するように選択される。共振器平面にお
ける他の方向において、レーザダイオードの放射の発散
（しばしば２つのローブパターン）は、固体レーザ材料
のブロックを通過するＴＥＭ。。ビームのジグザグ状の
パスの折り曲げ角度に整合される。
器モードの容量にモード整合されたレーザ材料の横方向
又は縦方向の面に沿って延在している複数の分離されｔ
；レーザダイオードのポンピング源によってポンピング
される固体レーザである。好ましくは、ポンピング源は
、多エレメントのバー構造に溝底された複数のレーザダ
イオードアレーである。固体レーザの効率的な光学的ポ
ンピングは、しっかりと折り曲げられた共振器の空洞形
状において、固体レーザ材料の中でアレー出力をＴＥＭ
００モードにモード整合させることによって実現するこ
とができる。共振器を、利得メディアの１対の横方向又
は縦方向の側面の間でしっかりと折り曲げられたジグザ
グ形状とすることによって、ポンピングの放射を長手方
向でモードの容量に方向付けすること、、！！３（でき
る。モード整合は、空洞のモードの容量をレーザダイオ
ードの放射の発散に整合させることによって実現できる
。円筒形状のコリメートレンズ、好ましくは所定長の光
ファイバが、ダイオードバーレーザの利得メディアの接
合面に対して垂直である１方向で実質的にダイオードの
放射をコリメートするために、精密なスペーサ手段によ
って、ダイオードバーに対して平行であってかつ所定の
間隔が置かれた関係で設けられる。ファイバの直径及び
その屈折率は、ポンピングされる領域がレーザのモード
の大きさに整合するように選択される。共振器平面にお
ける他の方向において、レーザダイオードの放射の発散
（しばしば２つのローブパターン）は、固体レーザ材料
のブロックを通過するＴＥＭ。。ビームのジグザグ状の
パスの折り曲げ角度に整合される。
本発明のもう１つの態様は、縦続接続されＩ；１段又は
それ以上のレーザ増幅器のステージを備え、各ステージ
はモード容量にモード整合されｔ；レーザ材料のブロッ
クの横方向又は縦方向の面に沿って延在する複数のレー
ザダイオードのポンピング源を備える。第１の増幅器に
ここで記述される固体レーザの出力から電力が供給され
、この第１の増幅器は上記利得の媒体の横方向又は縦方
向の両面の間のしっかりと折り曲げられたジグザグ形状
のパスを提供する。ポンピングの放射は、ジグザグ形状
の光学的なパスの各頂点において上記利得の媒質に入射
される。モード整合は前に記述されたように行われる。
それ以上のレーザ増幅器のステージを備え、各ステージ
はモード容量にモード整合されｔ；レーザ材料のブロッ
クの横方向又は縦方向の面に沿って延在する複数のレー
ザダイオードのポンピング源を備える。第１の増幅器に
ここで記述される固体レーザの出力から電力が供給され
、この第１の増幅器は上記利得の媒体の横方向又は縦方
向の両面の間のしっかりと折り曲げられたジグザグ形状
のパスを提供する。ポンピングの放射は、ジグザグ形状
の光学的なパスの各頂点において上記利得の媒質に入射
される。モード整合は前に記述されたように行われる。
第１の増幅器のレーザ出力は、上記所望の出力電力が得
られるまで、縦続接続された所望のステージ数を介して
、同一の第２の増幅器などに提供される。現在、もしパ
ルスモード動作が所望されるならば、最大４段の増幅器
の利得ステージを用いてもよいことが信じられている。
られるまで、縦続接続された所望のステージ数を介して
、同一の第２の増幅器などに提供される。現在、もしパ
ルスモード動作が所望されるならば、最大４段の増幅器
の利得ステージを用いてもよいことが信じられている。
ＣＷ（搬送波）モードにおいては、あるステージに入力
される平均電力で乗算されたｌステージ当たりの損失が
そのステージによって増幅される電力量に等しいとさ、
実際的な制限が生じる。
される平均電力で乗算されたｌステージ当たりの損失が
そのステージによって増幅される電力量に等しいとさ、
実際的な制限が生じる。
（以下余白）
［実施例１
本発明に係る一実施例は、複数の高い平均電力のレーザ
ダイオードバーを固体レーザの能動メディアに有効的に
結合させる共振器／ポンピングの幾何学的構造を有し、
発振ステージに続いて１段又はそれ以上の縦続接続され
た増幅器のステージを有する固体レーザである。この固
体レーザは、レーザ材料のブロックの横方向又は縦方向
の面に沿って置かれたレーザダイオードバーをＴＥＭＯ
。モードの容量にモード整合することができるように、
レーザ材料のブロックの中でしっかりと折り曲げられた
ジグザグ形状を有するレーザ空洞を利用する。この固体
レーザの発振器は、オプショナルであって簡単なコリメ
ート光学装置と、発振器と複数の両方の増幅器のための
共振器空洞の折り曲げ角度を用いて、レーザのＴＥＭ０
０モードとダイオードバーによってポンピングされた複
数の領域との重なりを最適化する。共振器空洞を折り曲
げることによって、両側面に対して平行とする代わりに
、共振器の長軸をレーザ材料のブロックの横方向又は縦
方向の側面に対して実質的に垂直であるようにすること
ができ、この結果、共振器空洞を、単に端部からポンピ
ングする代わりに、両側面に沿って所定間隔だけ置かれ
た多数の間隔で、概ね長手方向でポンピングすることが
できる。
ダイオードバーを固体レーザの能動メディアに有効的に
結合させる共振器／ポンピングの幾何学的構造を有し、
発振ステージに続いて１段又はそれ以上の縦続接続され
た増幅器のステージを有する固体レーザである。この固
体レーザは、レーザ材料のブロックの横方向又は縦方向
の面に沿って置かれたレーザダイオードバーをＴＥＭＯ
。モードの容量にモード整合することができるように、
レーザ材料のブロックの中でしっかりと折り曲げられた
ジグザグ形状を有するレーザ空洞を利用する。この固体
レーザの発振器は、オプショナルであって簡単なコリメ
ート光学装置と、発振器と複数の両方の増幅器のための
共振器空洞の折り曲げ角度を用いて、レーザのＴＥＭ０
０モードとダイオードバーによってポンピングされた複
数の領域との重なりを最適化する。共振器空洞を折り曲
げることによって、両側面に対して平行とする代わりに
、共振器の長軸をレーザ材料のブロックの横方向又は縦
方向の側面に対して実質的に垂直であるようにすること
ができ、この結果、共振器空洞を、単に端部からポンピ
ングする代わりに、両側面に沿って所定間隔だけ置かれ
た多数の間隔で、概ね長手方向でポンピングすることが
できる。
第１図に示された固体レーザ１０は、Ｎｄ：ＹＡＧ又は
他の固体レーザ材料にてなるブロック１２で形成される
。レーザの放射光を高い反射率で反射する、例えばミラ
ー１４のようなレーザ空洞形成手段と、レーザの放射光
の一部を透過させる出力力ップラーミラー１６が、ブロ
ック１２の回りに設けられ、これによって、ブロック１
２内で延在するレーザ空洞を形成する。ブロック１２内
の共振器空洞の形状がブロック１２の１対の対向する縦
方向の側２０．２２の間に予め選択された折り曲げ角度
でしっかりと折り曲げられるジグザグ部１８であるよう
に、ミラー１４．１６は、ブロック１２に対して所定角
度で置かれる。第１図に示すように、ミラー１４．１６
はブロック１２の同じ側面に位置しているが、まｔ；、
対向する両側面に設けることができる。
他の固体レーザ材料にてなるブロック１２で形成される
。レーザの放射光を高い反射率で反射する、例えばミラ
ー１４のようなレーザ空洞形成手段と、レーザの放射光
の一部を透過させる出力力ップラーミラー１６が、ブロ
ック１２の回りに設けられ、これによって、ブロック１
２内で延在するレーザ空洞を形成する。ブロック１２内
の共振器空洞の形状がブロック１２の１対の対向する縦
方向の側２０．２２の間に予め選択された折り曲げ角度
でしっかりと折り曲げられるジグザグ部１８であるよう
に、ミラー１４．１６は、ブロック１２に対して所定角
度で置かれる。第１図に示すように、ミラー１４．１６
はブロック１２の同じ側面に位置しているが、まｔ；、
対向する両側面に設けることができる。
側面２０の表面は好適な非反射（Ａ Ｒ）被覆で被覆さ
れ、高い反射率を有する（ＨＲ）被覆を形成する別の被
覆層が、レーザビームが反射されブロック１２に戻され
る側面２０．２２の部分上で形成される。第１図に示す
ように、レーザビームの入射点と出射点の間の側面２０
の領域はＨＲ被被覆有しており、一方、側面２２の全面
はＨＲ被被覆有することが可能である。これらの被覆は
詳細後述される。
れ、高い反射率を有する（ＨＲ）被覆を形成する別の被
覆層が、レーザビームが反射されブロック１２に戻され
る側面２０．２２の部分上で形成される。第１図に示す
ように、レーザビームの入射点と出射点の間の側面２０
の領域はＨＲ被被覆有しており、一方、側面２２の全面
はＨＲ被被覆有することが可能である。これらの被覆は
詳細後述される。
側面２２に沿って置かれたダイオードバー２４は、ポン
ピング源を形成する。ダイオードパー２４は、その長さ
方向に沿って所定間隔置かれた複数の分離されたレザー
ダイオードアレー２６を備える。ファイバーレンズのコ
リメータ２８の手段によって、並びに詳細後述するよう
にダイオードアレー２６の発散を整合させるように共振
器のジグザグ部１８の折り曲げ角度を選択することによ
って、バー２４上のレザーダイオードアレー２６からの
発光をレーザｌＯのモード容量に整合させる。
ピング源を形成する。ダイオードパー２４は、その長さ
方向に沿って所定間隔置かれた複数の分離されたレザー
ダイオードアレー２６を備える。ファイバーレンズのコ
リメータ２８の手段によって、並びに詳細後述するよう
にダイオードアレー２６の発散を整合させるように共振
器のジグザグ部１８の折り曲げ角度を選択することによ
って、バー２４上のレザーダイオードアレー２６からの
発光をレーザｌＯのモード容量に整合させる。
オプショナルの内部空洞エレメント３６をまた、後述す
るように備えてもよい。幾つかの場合において、コリメ
ータ２８は不必要であるかもしれない。ダイオードアレ
ー２６をブロック１２に突き当たるように設けてもよい
。
るように備えてもよい。幾つかの場合において、コリメ
ータ２８は不必要であるかもしれない。ダイオードアレ
ー２６をブロック１２に突き当たるように設けてもよい
。
上記固体レーザをポンピングするために１対のダイオー
ドバーを用いる基礎的な実施例の変形例を、第２図に示
す。分離したダイオードバー２４が、ブロック１２内で
共振器のジグザグ部１８をポンピングするために、レー
ザ材料のブロック１２の各側面２０．２２に沿って置か
れる。高い反射率を有するミラー１４と出力力ップラミ
ラ−１６は、共振器空洞を形成するために、ブロック１
２の対向する両側に置かれ、所望の折り曲げ角度が生じ
るように向けられる。上記各ダイオードバーは、ファイ
バレンズ２８によってコリメートされる複数の分離され
たダイオードアレー２６を有する。
ドバーを用いる基礎的な実施例の変形例を、第２図に示
す。分離したダイオードバー２４が、ブロック１２内で
共振器のジグザグ部１８をポンピングするために、レー
ザ材料のブロック１２の各側面２０．２２に沿って置か
れる。高い反射率を有するミラー１４と出力力ップラミ
ラ−１６は、共振器空洞を形成するために、ブロック１
２の対向する両側に置かれ、所望の折り曲げ角度が生じ
るように向けられる。上記各ダイオードバーは、ファイ
バレンズ２８によってコリメートされる複数の分離され
たダイオードアレー２６を有する。
基本的なエレメントについては多くの異なった変形例が
可能であり、レーザ材料のブロックの一方の側面又は両
側面に置かれる複数のバーとともに、１個、２個、３個
、又はそれ以上のダイオードバーを用いることができる
。空洞を形成するミラーをブロックの同じ側面又は対向
する側面に設けることができる。共振器における各折り
曲げ部をレーザダイオードアレーによってポンピングす
ることができ、もしくは、ただ他の折り曲げ部毎に、又
は第３の折り曲げ部毎に、ポンピングすることができ、
これらの折り曲げ部をただ一方の側面から又は両側面か
らポンピングすることができる。
可能であり、レーザ材料のブロックの一方の側面又は両
側面に置かれる複数のバーとともに、１個、２個、３個
、又はそれ以上のダイオードバーを用いることができる
。空洞を形成するミラーをブロックの同じ側面又は対向
する側面に設けることができる。共振器における各折り
曲げ部をレーザダイオードアレーによってポンピングす
ることができ、もしくは、ただ他の折り曲げ部毎に、又
は第３の折り曲げ部毎に、ポンピングすることができ、
これらの折り曲げ部をただ一方の側面から又は両側面か
らポンピングすることができる。
この共振器形状の大きな利点は、ポンピングの容量を共
振器におけるモード容量に非常に近づけて整合させるこ
とができることである。当業者が容易に認識するように
、ミラー１４．１６の位置及び形状は、共振器内のモー
ド容量を決定するであろう、ＴＥＭ００モードは、その
１つのローブパターンを有するために、非常に所望され
る。この共振器の形状は、多エレメントのダイオードバ
ーに沿って所定間隔置かれｔ；複数の分離されたポンピ
ング源、好ましくは分離したダイオードアレーを、レー
ザの利得メディアの大部分をポンピングすることができ
るように、縦方向の側面又は１対の対向する縦方向の両
側面に沿って置くことを可能にするとともに、すべての
ダイオードアレーのポンピング容量を共振器の所望され
るモード容量に整合することによって、効率を最大にす
ることを可能にする。その結果、非常に高い効率と非常
に高い利得を有する形状を得ることができる。
振器におけるモード容量に非常に近づけて整合させるこ
とができることである。当業者が容易に認識するように
、ミラー１４．１６の位置及び形状は、共振器内のモー
ド容量を決定するであろう、ＴＥＭ００モードは、その
１つのローブパターンを有するために、非常に所望され
る。この共振器の形状は、多エレメントのダイオードバ
ーに沿って所定間隔置かれｔ；複数の分離されたポンピ
ング源、好ましくは分離したダイオードアレーを、レー
ザの利得メディアの大部分をポンピングすることができ
るように、縦方向の側面又は１対の対向する縦方向の両
側面に沿って置くことを可能にするとともに、すべての
ダイオードアレーのポンピング容量を共振器の所望され
るモード容量に整合することによって、効率を最大にす
ることを可能にする。その結果、非常に高い効率と非常
に高い利得を有する形状を得ることができる。
レーザダイオードバーの好ましい実施例は、ＧａＡｓに
てなる１ｃｍ基板片上に置かれた、１０個のｌＷダイオ
ードアレーを有する。個々のアレーは２００ミクロンの
幅を有し、１ｍｍの間隔で離れて置かれている。これら
のダイオードバーは次の３つの理由のために好適である
。
てなる１ｃｍ基板片上に置かれた、１０個のｌＷダイオ
ードアレーを有する。個々のアレーは２００ミクロンの
幅を有し、１ｍｍの間隔で離れて置かれている。これら
のダイオードバーは次の３つの理由のために好適である
。
（１）ダイオードレーザがＧａＡｓにてなる同一のモノ
リシック基板片上に形成されるため、バー上におけるす
べてのダイオードレーザの波長が厳密に整合されるであ
ろうこと。
リシック基板片上に形成されるため、バー上におけるす
べてのダイオードレーザの波長が厳密に整合されるであ
ろうこと。
（２）複数のダイオードをそれぞれ１ｍｍだけ離れるよ
うに置くことによって、基板の熱負荷が軽減されること
。
うに置くことによって、基板の熱負荷が軽減されること
。
（３）多くのダイオードを１つのバー上で結合すること
によって、パッケージ工程のコストが軽減され、歩留ま
りが改善されること。
によって、パッケージ工程のコストが軽減され、歩留ま
りが改善されること。
しかしながら、例えば、異なった数の個々のアレーを設
け、又は別々のアレーを所定間隔だけ離れて設けるなど
、ダイオードアレーの異なった配置を利用することがで
きる。とって代わって、多くの分離された複数のアレー
を備えるダイオードアレーの代わりに、複数の分離され
ｔ；個々のダイオードアレーを、ブロックの側面に沿っ
て設けることができる。複数のダイオードアレーはしば
しば、バーの平面に対して垂直な方向でより大きな発散
を有するとともに、２つのローブパターンを有する。そ
の発散は典型的には、バーの平面において（ローブから
ローブまでの）約７°の全角、又は約０．１５の開口角
（Ｎ、Ａ、）を有し、もしくはバーに対して垂直な平面
において２８′１の全角、又は約０．１５のＮ、ｉを有
する。従って、ポンピングのビームをバーの平面に対し
て垂直な方向でモード容量を整合することは非常に難し
く、幾つかの付加的な光学装置を必要とする。
け、又は別々のアレーを所定間隔だけ離れて設けるなど
、ダイオードアレーの異なった配置を利用することがで
きる。とって代わって、多くの分離された複数のアレー
を備えるダイオードアレーの代わりに、複数の分離され
ｔ；個々のダイオードアレーを、ブロックの側面に沿っ
て設けることができる。複数のダイオードアレーはしば
しば、バーの平面に対して垂直な方向でより大きな発散
を有するとともに、２つのローブパターンを有する。そ
の発散は典型的には、バーの平面において（ローブから
ローブまでの）約７°の全角、又は約０．１５の開口角
（Ｎ、Ａ、）を有し、もしくはバーに対して垂直な平面
において２８′１の全角、又は約０．１５のＮ、ｉを有
する。従って、ポンピングのビームをバーの平面に対し
て垂直な方向でモード容量を整合することは非常に難し
く、幾つかの付加的な光学装置を必要とする。
ダイオードバーの出力をコリメートするための好ましい
実施例は、円柱形状のレンズのような光７アイバを用い
る。典型的な共振器の形状は、２００乃至３００ミクロ
ンの幅のビームを有する。
実施例は、円柱形状のレンズのような光７アイバを用い
る。典型的な共振器の形状は、２００乃至３００ミクロ
ンの幅のビームを有する。
従って、３００乃至４００ミクロンの円筒レンズが好適
である。典型的なマルチモード光ファイバはこの直径を
有し、すべての所定間隔置かれた個々のアレーをコリメ
ートするという方法で光ファイバを設けられるならば、
良好であって低コストのコリメータを形成するであろう
。従って、Ｉ本のファイバを１個のアレーをコリメート
するために用いることができるが、全体のバーをコリメ
ートするために、１本のファイバを用いるための手段を
提供する必要がある。
である。典型的なマルチモード光ファイバはこの直径を
有し、すべての所定間隔置かれた個々のアレーをコリメ
ートするという方法で光ファイバを設けられるならば、
良好であって低コストのコリメータを形成するであろう
。従って、Ｉ本のファイバを１個のアレーをコリメート
するために用いることができるが、全体のバーをコリメ
ートするために、１本のファイバを用いるための手段を
提供する必要がある。
第３図（Ａ）乃至（Ｅ）は、固体レーザブロック１２に
対して１．８の屈折率を有する光フアイバ２８によって
行われる、レーザダイオードアレー２６の出力のコリメ
ーションを示している。複数のダイオードアレー２６は
、約２５０ミクロンの直径を有するファイバ２８からそ
れぞれ、１゜１０．２０．３０．及び５０ミクロンの距
離だけ離れて設けられる。１．１０．及び５０ミクロン
の距離だけ離して設けた場合においては、ビームが十分
にコリメートされない。従って、ダイオードバー上で複
数のアレーをコリメートするために光ファイバを用いる
ためには、ファイバを全体のバーに沿って、３０±１０
ミクロン（すなわち、約２０乃至４０ミクロン）の距離
だけ離してダイオードアレー２６を保持しなければなら
ない。
対して１．８の屈折率を有する光フアイバ２８によって
行われる、レーザダイオードアレー２６の出力のコリメ
ーションを示している。複数のダイオードアレー２６は
、約２５０ミクロンの直径を有するファイバ２８からそ
れぞれ、１゜１０．２０．３０．及び５０ミクロンの距
離だけ離れて設けられる。１．１０．及び５０ミクロン
の距離だけ離して設けた場合においては、ビームが十分
にコリメートされない。従って、ダイオードバー上で複
数のアレーをコリメートするために光ファイバを用いる
ためには、ファイバを全体のバーに沿って、３０±１０
ミクロン（すなわち、約２０乃至４０ミクロン）の距離
だけ離してダイオードアレー２６を保持しなければなら
ない。
第４図に示すように、各レーザダイオード２６からの出
力が実質的にコリメートされてＹＡＧブロック１２の縦
方向の側面２２に入射するポンピングビーム３０となる
ように、光フアイバ２８がダイオードバー２４と所定の
間隔だけ離れた関係で設けられる。側面２２は、典型的
には約８００ｎｍの波長を有するポンピングの放射光に
対して高い透過率を有するが、レーザの放射光を反射す
る被覆を有する。７アイバ２８の直径は、レーザビーム
３２の直径（よりも少し小さく）実質的に同一である直
径を有するポンピングビーム３０を生皮するように選択
され、これによって、ポンピングビームを、共振器の平
面に対して垂直である１つの方向でモード容量をモード
整合する。７アイバ２８は、概ね焦点に設けられるダイ
オードアレー２６とともに、例えば複数のステップを有
する銅製のヒートシンクのような精密なスペーサ手段２
９によってダイオードパー２４に対して相対的に設けら
れ、これによって、放射光がコリメートされるであろう
。精密なスペーサ手段２９は、すべてのアレー２６を線
状の光にコリメートするために、その全体の長さに沿っ
てバー２４に対して精確に平行でありかつ所定間隔離れ
た関係で、７アイバ２８を保持している。典型的には、
ダイオードと７アイバとの間のギャップは、約２０乃至
４０ミクロンであり、ダイオードバーとＹＡＧブロック
との間の距離は約４５０ミクロンである。
力が実質的にコリメートされてＹＡＧブロック１２の縦
方向の側面２２に入射するポンピングビーム３０となる
ように、光フアイバ２８がダイオードバー２４と所定の
間隔だけ離れた関係で設けられる。側面２２は、典型的
には約８００ｎｍの波長を有するポンピングの放射光に
対して高い透過率を有するが、レーザの放射光を反射す
る被覆を有する。７アイバ２８の直径は、レーザビーム
３２の直径（よりも少し小さく）実質的に同一である直
径を有するポンピングビーム３０を生皮するように選択
され、これによって、ポンピングビームを、共振器の平
面に対して垂直である１つの方向でモード容量をモード
整合する。７アイバ２８は、概ね焦点に設けられるダイ
オードアレー２６とともに、例えば複数のステップを有
する銅製のヒートシンクのような精密なスペーサ手段２
９によってダイオードパー２４に対して相対的に設けら
れ、これによって、放射光がコリメートされるであろう
。精密なスペーサ手段２９は、すべてのアレー２６を線
状の光にコリメートするために、その全体の長さに沿っ
てバー２４に対して精確に平行でありかつ所定間隔離れ
た関係で、７アイバ２８を保持している。典型的には、
ダイオードと７アイバとの間のギャップは、約２０乃至
４０ミクロンであり、ダイオードバーとＹＡＧブロック
との間の距離は約４５０ミクロンである。
１本の光７アイバはビームを広げる球状の収差のために
完全なコリメータではないが、その広がりを無視するこ
とができ、かつ光ファイバが記述した方法で正確に位置
させるときその光ファイバが非常に有効なコリメータと
なるように、ポンピングエネルギーは、（吸収波長にお
いて）レーザメディア内の比較的短い距離の間で吸収さ
れるであろう。それ自身にお（するこのコリメートされ
たレーザダイオードはまた、本発明の一部分であると考
えられる。
完全なコリメータではないが、その広がりを無視するこ
とができ、かつ光ファイバが記述した方法で正確に位置
させるときその光ファイバが非常に有効なコリメータと
なるように、ポンピングエネルギーは、（吸収波長にお
いて）レーザメディア内の比較的短い距離の間で吸収さ
れるであろう。それ自身にお（するこのコリメートされ
たレーザダイオードはまた、本発明の一部分であると考
えられる。
光７アイバでコリメートされたレーザダイオードバー３
１の好ましい実施例を第５図に示す。スペーサ手段２９
は、複数のステップを有し銅又は他の材料にてなるヒー
トシンク３８で形状される。
１の好ましい実施例を第５図に示す。スペーサ手段２９
は、複数のステップを有し銅又は他の材料にてなるヒー
トシンク３８で形状される。
複数のアレー２６を備えるダイオードパー２４は、１つ
のステップ４０に設けられ、一方、ファイバ２８はより
低いステップ４２に（例えばエポキシ樹脂の接着剤を用
いて）設けられる。ステップ４０と４２は、中間のステ
ップ４４によって分離され、この中間のステップ４４に
対してファイバ２８は、（約１ｃｍの）バー２４の長さ
方向に沿つて、（約３０ミクロンの）ファイバとダイオ
ードの間の正確な動作距離を保持するように設けられる
。このファイバの直径は典型的には、複数のアレーをコ
リメートするために、約２５０乃至３５０ミクロンであ
り、もしくはモード容量に依存して他の好適なマルチモ
ード型ファイバの直径である。
のステップ４０に設けられ、一方、ファイバ２８はより
低いステップ４２に（例えばエポキシ樹脂の接着剤を用
いて）設けられる。ステップ４０と４２は、中間のステ
ップ４４によって分離され、この中間のステップ４４に
対してファイバ２８は、（約１ｃｍの）バー２４の長さ
方向に沿つて、（約３０ミクロンの）ファイバとダイオ
ードの間の正確な動作距離を保持するように設けられる
。このファイバの直径は典型的には、複数のアレーをコ
リメートするために、約２５０乃至３５０ミクロンであ
り、もしくはモード容量に依存して他の好適なマルチモ
ード型ファイバの直径である。
第５図に示されたコリメートされたレーザダイオードバ
ーの１対の実施例を、第６図及び第７図に示す。第６図
において、ファイバ２８を装着するためのステップ４２
．４４はスペーサ２９（ヒートシンク３８）の全体の長
さに沿って形成され、一方、ｗＣ７図において、ステッ
プ４２．４４はただスペーサ２９の端部４６にのみ形成
される。複数のダイオードアレー２６はステップ４０上
に形成され、又は装着される。複数のアレー２６からの
ポンピングビーム３０は１つの方向でコリメートされる
が、まだ他の方向で２つのローブ形状の発散を有してい
る。ダイオードバーからファイバを精確に所定の間隔だ
け離すための１つの代替方法では、ＵＶ硬化エポキシ樹
脂を用い、次いで、コリメーションが受容できるときＵ
Ｖ硬化エポキシ樹脂をつけ、もしくは上記ファイバを所
定の間隔だけ離すｔ；めに標準的な２パートのエポキシ
樹脂又は他の接着剤を用いる。バーの長さ（１ｃｍ）に
沿う端部から端部までの変動を、±１０ミクロン以内に
保持することができる任意の精密なスペーサ又は調整手
段を用いることができる。
ーの１対の実施例を、第６図及び第７図に示す。第６図
において、ファイバ２８を装着するためのステップ４２
．４４はスペーサ２９（ヒートシンク３８）の全体の長
さに沿って形成され、一方、ｗＣ７図において、ステッ
プ４２．４４はただスペーサ２９の端部４６にのみ形成
される。複数のダイオードアレー２６はステップ４０上
に形成され、又は装着される。複数のアレー２６からの
ポンピングビーム３０は１つの方向でコリメートされる
が、まだ他の方向で２つのローブ形状の発散を有してい
る。ダイオードバーからファイバを精確に所定の間隔だ
け離すための１つの代替方法では、ＵＶ硬化エポキシ樹
脂を用い、次いで、コリメーションが受容できるときＵ
Ｖ硬化エポキシ樹脂をつけ、もしくは上記ファイバを所
定の間隔だけ離すｔ；めに標準的な２パートのエポキシ
樹脂又は他の接着剤を用いる。バーの長さ（１ｃｍ）に
沿う端部から端部までの変動を、±１０ミクロン以内に
保持することができる任意の精密なスペーサ又は調整手
段を用いることができる。
ポンピングのビームが上述したように１つの方向でモー
ド整合されれば、ポンピングのビームはまた、共振器の
平面において他の方向で整合するにちがいない。第８図
に示すように、個々のダイオードアレー２６は、ダイオ
ードバー２４上において、好ましくは１ｍｍの距離ｄだ
け離れている。
ド整合されれば、ポンピングのビームはまた、共振器の
平面において他の方向で整合するにちがいない。第８図
に示すように、個々のダイオードアレー２６は、ダイオ
ードバー２４上において、好ましくは１ｍｍの距離ｄだ
け離れている。
ポンピングビーム３０は共振器の平面に対して垂直であ
る方向でファイバ２８によってコリメートされ、従って
、その方向でポンピングのビーム幅はレーザビーム３２
の幅よりも少し狭くなる。共振器の平面において、共振
器のしっかりと折り曲げられた部分１８におけるモード
容量は、ダイオードアレー２６の発散に整合される。し
ばしば、ダイオードアレーは２つのローブの出力を生威
し、その結果、１つのローブは折り曲げられたビームに
おけるＶの各部分に入射する。モードの整合は、折り曲
げ角度Ａを制御することによって実現できる。レーザビ
ーム３２の直径は典型的には、約３００ミクロンである
。共振器の幾何学的構造及びビームのモード容量は、複
数の頂点において複数のビームが重ならないように設定
しなければならず、その結果、レーザビームは、ブロッ
ク表面上の高い反射率を有する被覆のエツジにおいてレ
ーザ材料のブロックに出射することができる。この折り
曲げ角度Ａは非常に急勾配であり、典型的には５″であ
る。形状は、ジグザグ部がビームの全体の内部反射（Ｔ
ＩＲ）によって生成される従来のジグザグ・スラブレー
ザとはまったく異なっており、本実施例において、この
折り曲げ角度はＴＩＲに対して非常に急勾配である。レ
ーザダイオードのビームは、例えばソニー製の拡張され
たエミッタレーザダイオードによって生成されるような
、１本のローブであってもよい。
る方向でファイバ２８によってコリメートされ、従って
、その方向でポンピングのビーム幅はレーザビーム３２
の幅よりも少し狭くなる。共振器の平面において、共振
器のしっかりと折り曲げられた部分１８におけるモード
容量は、ダイオードアレー２６の発散に整合される。し
ばしば、ダイオードアレーは２つのローブの出力を生威
し、その結果、１つのローブは折り曲げられたビームに
おけるＶの各部分に入射する。モードの整合は、折り曲
げ角度Ａを制御することによって実現できる。レーザビ
ーム３２の直径は典型的には、約３００ミクロンである
。共振器の幾何学的構造及びビームのモード容量は、複
数の頂点において複数のビームが重ならないように設定
しなければならず、その結果、レーザビームは、ブロッ
ク表面上の高い反射率を有する被覆のエツジにおいてレ
ーザ材料のブロックに出射することができる。この折り
曲げ角度Ａは非常に急勾配であり、典型的には５″であ
る。形状は、ジグザグ部がビームの全体の内部反射（Ｔ
ＩＲ）によって生成される従来のジグザグ・スラブレー
ザとはまったく異なっており、本実施例において、この
折り曲げ角度はＴＩＲに対して非常に急勾配である。レ
ーザダイオードのビームは、例えばソニー製の拡張され
たエミッタレーザダイオードによって生成されるような
、１本のローブであってもよい。
従って、ビーム３２がＶの間において重ならない（すな
わち、■の２つの部分が完全に分離している）部分の距
離りが特定のレーザメディアにおいてポンピングビーム
の放射の吸収に等しいか又は長くなるような折り曲げら
れたジグザグ形状を生成する。従って、この折り曲げ角
度は、ダイオードアレーのスペーシング及び共振器のジ
グザグ部からビームを取り除くための能力に依存するで
あろう。ダイオードは、１つの折り曲げ部毎にポンピン
グする必要はないが、他の折り曲げ部毎にポンピングす
るようにしてもよい。特に１本のローブのポンピングビ
ームの場合においては、この折り曲げ部を非常に急勾配
にすることができ、その結果、ポンピングビームの方向
は、ポンピングの藪射光が利得メディアによって吸収さ
れるレーザビームの領域においてレーザビームの長軸に
厳密に一致する。ポンピング源の強度分布をＴＥＭ。。
わち、■の２つの部分が完全に分離している）部分の距
離りが特定のレーザメディアにおいてポンピングビーム
の放射の吸収に等しいか又は長くなるような折り曲げら
れたジグザグ形状を生成する。従って、この折り曲げ角
度は、ダイオードアレーのスペーシング及び共振器のジ
グザグ部からビームを取り除くための能力に依存するで
あろう。ダイオードは、１つの折り曲げ部毎にポンピン
グする必要はないが、他の折り曲げ部毎にポンピングす
るようにしてもよい。特に１本のローブのポンピングビ
ームの場合においては、この折り曲げ部を非常に急勾配
にすることができ、その結果、ポンピングビームの方向
は、ポンピングの藪射光が利得メディアによって吸収さ
れるレーザビームの領域においてレーザビームの長軸に
厳密に一致する。ポンピング源の強度分布をＴＥＭ。。
モードで最後まで実行し、重なりを最大にするために、
折り曲げ角度が空洞形成手段によって調整される。
折り曲げ角度が空洞形成手段によって調整される。
次の好ましい実施例によって図示されるように、空洞を
設計するために、多くの異なったファクタを考慮しなけ
ればならない。第１の７アクタは、レーザ材料のブロッ
クである。５ｍｍｘ５ｍｍｘ２０ｍｍのＹＡＧバーを生
皮することができ、全体の長さにわたって波長の半分と
なるように平坦に形成することができる。従って、折り
曲げ部の長さ（２つの縦方向の側面の間の距離）は典型
的白マ、約５ｍｍとなるであろう。第２のフッフタは、
レーザビームのモード容量である。ミラーを形成する空
洞の半径は典型的には３０乃至１００ｃｍであり、複数
のミラーがレーザプロ・ンクから約２ｃｍだけ離れて置
かれる。１０個の折り曲げＳ（ブロックを横切る２０本
のパス）に対して、全体の空洞の長さは約１５ｃｍであ
り、約３００ミクロンのｌ ／ ｅ ”ビームの直径を
有する。複数のダイオードアレーは２００ミクロンであ
り、そのダイオードアレーを最大のポンピング効率に対
するモード容量に整合させることができるので、３００
ミクロンのビームが所望される。しかしながら、例えば
もし０．５ｃｍのダイオードバーが、１００ミクロンの
直径を有する１０個の０．５Ｗアレーとともに（また好
適なより狭いファイバコリメータとともに）用いられる
ならば、空洞（ミラーの半径）を変化することによって
、他の実施例において好適である他のビームサイズを生
皮することができる。
設計するために、多くの異なったファクタを考慮しなけ
ればならない。第１の７アクタは、レーザ材料のブロッ
クである。５ｍｍｘ５ｍｍｘ２０ｍｍのＹＡＧバーを生
皮することができ、全体の長さにわたって波長の半分と
なるように平坦に形成することができる。従って、折り
曲げ部の長さ（２つの縦方向の側面の間の距離）は典型
的白マ、約５ｍｍとなるであろう。第２のフッフタは、
レーザビームのモード容量である。ミラーを形成する空
洞の半径は典型的には３０乃至１００ｃｍであり、複数
のミラーがレーザプロ・ンクから約２ｃｍだけ離れて置
かれる。１０個の折り曲げＳ（ブロックを横切る２０本
のパス）に対して、全体の空洞の長さは約１５ｃｍであ
り、約３００ミクロンのｌ ／ ｅ ”ビームの直径を
有する。複数のダイオードアレーは２００ミクロンであ
り、そのダイオードアレーを最大のポンピング効率に対
するモード容量に整合させることができるので、３００
ミクロンのビームが所望される。しかしながら、例えば
もし０．５ｃｍのダイオードバーが、１００ミクロンの
直径を有する１０個の０．５Ｗアレーとともに（また好
適なより狭いファイバコリメータとともに）用いられる
ならば、空洞（ミラーの半径）を変化することによって
、他の実施例において好適である他のビームサイズを生
皮することができる。
ブロックからビームを取り除くために、そのビームを反
射しない（すなわち、ｔ；だＡＲ被被覆みが被覆された
）領域を通過させ、高い反射率を有する（ＨＲ被被覆被
覆された）領域の近傍をかすって通過させる必要がある
。一般的なルールとして、重要な回折損失を回避するた
めに、その開口は、およそ１／ｅ３ビームの半径の３倍
である必要がある。従って、３００ミクロンのＴＥＭ０
０モードのビームの直径に対して、最も近いエツジは約
５００ミクロンである必要がある。第８図に示すように
、ビーム３２は、点４８において側面２０を出射する。
射しない（すなわち、ｔ；だＡＲ被被覆みが被覆された
）領域を通過させ、高い反射率を有する（ＨＲ被被覆被
覆された）領域の近傍をかすって通過させる必要がある
。一般的なルールとして、重要な回折損失を回避するた
めに、その開口は、およそ１／ｅ３ビームの半径の３倍
である必要がある。従って、３００ミクロンのＴＥＭ０
０モードのビームの直径に対して、最も近いエツジは約
５００ミクロンである必要がある。第８図に示すように
、ビーム３２は、点４８において側面２０を出射する。
隣接する折り曲げ部の間の距離は約Ｌｍｍである。従っ
て、第１のダイオードアレー２６から直接に横切る点５
０は、出射点４８から５００ミクロンである。これによ
り、ＨＲ被被覆、点５０において鋭く終端する必要があ
り、従って、そのビームは大きな回折損失なしに出射す
ることができる。
て、第１のダイオードアレー２６から直接に横切る点５
０は、出射点４８から５００ミクロンである。これによ
り、ＨＲ被被覆、点５０において鋭く終端する必要があ
り、従って、そのビームは大きな回折損失なしに出射す
ることができる。
被覆方法はバーの端部から端部までの長さを整合させる
ために、精密なマスクを用いる。このマスクは、鋭いカ
ットオフ又は急勾配のエツジに対して、例えば２ミル（
０，００２インチ）のように非常に薄く、従って、ビー
ムは大きな回折損失なしに出射する。これらの被覆は、
従来の光学的な被覆である。側面は最初にＡＲ被被覆被
覆され、上記側面はまたＨＲ被被覆第１の１つ又は複数
の層を形成する。出射点が存在しない任意の側面を、（
例えば２０の層の）多重層のＨＲ被被覆完全に被覆する
ことができる。次いで、他の側面の中心部分はマスクを
用いてＨＲ層で被覆される。
ために、精密なマスクを用いる。このマスクは、鋭いカ
ットオフ又は急勾配のエツジに対して、例えば２ミル（
０，００２インチ）のように非常に薄く、従って、ビー
ムは大きな回折損失なしに出射する。これらの被覆は、
従来の光学的な被覆である。側面は最初にＡＲ被被覆被
覆され、上記側面はまたＨＲ被被覆第１の１つ又は複数
の層を形成する。出射点が存在しない任意の側面を、（
例えば２０の層の）多重層のＨＲ被被覆完全に被覆する
ことができる。次いで、他の側面の中心部分はマスクを
用いてＨＲ層で被覆される。
高利得のためのポテンシャルの問題は、ダイオードアレ
ーからレーザメディアのブロックの間において、すなわ
ちジグザグの折り曲げ部の間において、垂直な方向で寄
生振動が生じることである。
ーからレーザメディアのブロックの間において、すなわ
ちジグザグの折り曲げ部の間において、垂直な方向で寄
生振動が生じることである。
１つの解は、一連のＨＲストライブにおいてブロック表
面を被覆することであり、これにより、ジグザグ状の折
り曲げ部が表面に接触しているところの表面被覆は高い
反射率を有するが、ダイオードアレーから直接に横切る
表面は、共振を生じない窓を形成するために、ＡＲ被被
覆みで被覆される。
面を被覆することであり、これにより、ジグザグ状の折
り曲げ部が表面に接触しているところの表面被覆は高い
反射率を有するが、ダイオードアレーから直接に横切る
表面は、共振を生じない窓を形成するために、ＡＲ被被
覆みで被覆される。
アレー２６から直接に横切る第８図に示されＩ；点５２
（及び各折り曲げ部における同様の点）はＨＲ被被覆被
覆すべきでないが、ＡＲ被被覆みで被覆すべきである。
（及び各折り曲げ部における同様の点）はＨＲ被被覆被
覆すべきでないが、ＡＲ被被覆みで被覆すべきである。
このことは、ビームが点５２のＨＲ被被覆すなわち、た
だ単にＡＲ被被覆におけるギャップを反射し離れるとこ
ろのみにおいて、ストライブ形状のＨＲ被被覆形成する
被覆マスクを用いることによって達成することができる
。（ＨＲ被被覆また出射点における点５０から少し動か
せられる。）とって代わって、マスクの下の全体の表面
をＨＲ被被覆被覆し、次いで、ストライブ形状のＨＲ被
被覆、例えばレーザによって、点５２において取り除く
ことができる。もう１つの解は、ｉつのレーザのブロッ
クの通常平行であって対向している両側面を軽くクサビ
で留めることである。しかしながら、このことは、補償
するために、ダイオードの不均一なスペーシングを必要
とするかもしれない。
だ単にＡＲ被被覆におけるギャップを反射し離れるとこ
ろのみにおいて、ストライブ形状のＨＲ被被覆形成する
被覆マスクを用いることによって達成することができる
。（ＨＲ被被覆また出射点における点５０から少し動か
せられる。）とって代わって、マスクの下の全体の表面
をＨＲ被被覆被覆し、次いで、ストライブ形状のＨＲ被
被覆、例えばレーザによって、点５２において取り除く
ことができる。もう１つの解は、ｉつのレーザのブロッ
クの通常平行であって対向している両側面を軽くクサビ
で留めることである。しかしながら、このことは、補償
するために、ダイオードの不均一なスペーシングを必要
とするかもしれない。
本発明に係るレーザは、所望のＴＥＭ００モードの容量
にモード整合させることによって、高電力のダイオード
バーのポンピングを用いて固体レーザを有効的にポンピ
ングするｔ；めの能力において大きな改善を有している
。これらのレーザを極めてコンパクトにすることができ
、また、非常に高い性能特性を有することができる。任
意の広範囲な種々の固体レーザ材料を用いることができ
る。
にモード整合させることによって、高電力のダイオード
バーのポンピングを用いて固体レーザを有効的にポンピ
ングするｔ；めの能力において大きな改善を有している
。これらのレーザを極めてコンパクトにすることができ
、また、非常に高い性能特性を有することができる。任
意の広範囲な種々の固体レーザ材料を用いることができ
る。
特に、Ｎｄ：ＹＡＧ及びＮｄニガラスは、他のアプリケ
ーションのために広く用いられている２つの公知の材料
である。一般に、能動メディアは高いスロープ効率、広
いポンピング帯域、並びに良好な熱伝導性を有する必要
がある。Ｎｄ ： ＹＡＧレーザは、ＩＲにおけるすべ
てにおいて、１．０６ミクロンで非常に強いラインスペ
クトラムを有し、まＩ：０．９４６及び１．３ミクロン
でより弱いラインスペクトラムを有する。可視波長領域
における動作に対して、周波数２逓倍器を、それぞれ波
長５３２ｎｍ１４７３ｎｍ、及び６５１ｎｍのスペクト
ラムを生威し、第１図における内部空洞エレメント３６
によって表されたレーザ空洞に付加することが可能であ
る。１４０６ミクロンにおいてＩＯＷの電力レベルは、
３つのバーのポンピングとともに、達成できる（波長５
３２ｎｍにおいて５Ｗである）。レーザは非常に高い搬
送波（ＣＷ）利得を有する。例えば、もし各折り曲げ部
における利得がｌＯ乃至２０％であれば、約７乃至８の
全体の利得を達成することができる。第１図における内
部空洞エレメント３６によってまた表される内部空洞Ｑ
スイッチを付加することによって、このレーザはＣＷ（
搬送波モード）又はパルスモードで動作する。もし必要
であればブロック１２の上面及び下面上に第４図におい
て図示されたヒートシンク又は他の熱除去手段３６を設
けることによって、熱の消失を制御することができる。
ーションのために広く用いられている２つの公知の材料
である。一般に、能動メディアは高いスロープ効率、広
いポンピング帯域、並びに良好な熱伝導性を有する必要
がある。Ｎｄ ： ＹＡＧレーザは、ＩＲにおけるすべ
てにおいて、１．０６ミクロンで非常に強いラインスペ
クトラムを有し、まＩ：０．９４６及び１．３ミクロン
でより弱いラインスペクトラムを有する。可視波長領域
における動作に対して、周波数２逓倍器を、それぞれ波
長５３２ｎｍ１４７３ｎｍ、及び６５１ｎｍのスペクト
ラムを生威し、第１図における内部空洞エレメント３６
によって表されたレーザ空洞に付加することが可能であ
る。１４０６ミクロンにおいてＩＯＷの電力レベルは、
３つのバーのポンピングとともに、達成できる（波長５
３２ｎｍにおいて５Ｗである）。レーザは非常に高い搬
送波（ＣＷ）利得を有する。例えば、もし各折り曲げ部
における利得がｌＯ乃至２０％であれば、約７乃至８の
全体の利得を達成することができる。第１図における内
部空洞エレメント３６によってまた表される内部空洞Ｑ
スイッチを付加することによって、このレーザはＣＷ（
搬送波モード）又はパルスモードで動作する。もし必要
であればブロック１２の上面及び下面上に第４図におい
て図示されたヒートシンク又は他の熱除去手段３６を設
けることによって、熱の消失を制御することができる。
上記発振器の高い利得はＮｄニガラスのようなより小さ
い利得のレーザ材料の使用を可能にし、これはその吸収
線がＮｄ：ＹＡＧよりもより広くなるという利点を有し
、これによって、ベルチェ冷却器なしでレーザダイオー
ドのポンピング源を用いることができる。
い利得のレーザ材料の使用を可能にし、これはその吸収
線がＮｄ：ＹＡＧよりもより広くなるという利点を有し
、これによって、ベルチェ冷却器なしでレーザダイオー
ドのポンピング源を用いることができる。
より高い出力電力レベルを得ることが所望されるアプリ
ケーションにおいては、前述されたレーザの出力を、第
１図の実施例と同様であるがここで共振器空洞を形成す
るミラーを用いることなしに構成されｔ：１段又はそれ
以上の縦続接続されたレーザ用増幅器のステージに供給
するために用いてもよい。そのようなレーザ用増幅器は
、前に示した図に図示された同一の素子を示すために、
同一の参照番号を用いて、第９図において図示される。
ケーションにおいては、前述されたレーザの出力を、第
１図の実施例と同様であるがここで共振器空洞を形成す
るミラーを用いることなしに構成されｔ：１段又はそれ
以上の縦続接続されたレーザ用増幅器のステージに供給
するために用いてもよい。そのようなレーザ用増幅器は
、前に示した図に図示された同一の素子を示すために、
同一の参照番号を用いて、第９図において図示される。
第９図を参照すれば、縦続接続してもよい縦続接続可能
なレーザ用増幅器のステージ６０は、ミラー１４及び１
６がないことを除いて第１図の実施例のようにブロック
１２の１対の対向する縦方向の両側面２０．２２の間に
予め選択された折り曲げ角度でしっかりと折り曲げられ
たジグザグ形状１８を有するように、Ｎｄ：ＹＡＧ又は
他の固体レーザの材料にてなるブロック１２を用いて形
状される。両側面２０．２２の表面は前述されたような
適当な光学的な被覆を用いて被覆される。
なレーザ用増幅器のステージ６０は、ミラー１４及び１
６がないことを除いて第１図の実施例のようにブロック
１２の１対の対向する縦方向の両側面２０．２２の間に
予め選択された折り曲げ角度でしっかりと折り曲げられ
たジグザグ形状１８を有するように、Ｎｄ：ＹＡＧ又は
他の固体レーザの材料にてなるブロック１２を用いて形
状される。両側面２０．２２の表面は前述されたような
適当な光学的な被覆を用いて被覆される。
ＨＲ被被覆形戊する複数の被覆層が、上記レーザビーム
が前述したようにブロック１２に反射して戻る位置であ
る両側面２０．２２の部分上に形戊される。
が前述したようにブロック１２に反射して戻る位置であ
る両側面２０．２２の部分上に形戊される。
ダイオードバー２４は、その長さ方向に沿って所定の間
隔がおかれた複数の独立したレーザダイオードアレイを
備える。これらのアレイは、前に開示されたようにダイ
オードアレイ２６の発散を整合させるＩ；めに、ファイ
バレンズのコリメータ２８を用いかつ上記光学的なパス
のジグザグ形状の部分１８の折り曲げ角度を選択するこ
とによって増幅器６０のモード容量に整合される。幾つ
かの場合において、コリメータ２８は不必要であり、ダ
イオードアレイ２６をブロック１２に突き当ててもよい
。
隔がおかれた複数の独立したレーザダイオードアレイを
備える。これらのアレイは、前に開示されたようにダイ
オードアレイ２６の発散を整合させるＩ；めに、ファイ
バレンズのコリメータ２８を用いかつ上記光学的なパス
のジグザグ形状の部分１８の折り曲げ角度を選択するこ
とによって増幅器６０のモード容量に整合される。幾つ
かの場合において、コリメータ２８は不必要であり、ダ
イオードアレイ２６をブロック１２に突き当ててもよい
。
前述したように、両側面２０．２２の間のブロック１２
を横切って生じる寄生的な横方向の発振のポテンシアル
の問題点を、 （１）ダイオードアレイ２６から横切って直接に複数の
ウィンドウを形成するためにＡＲ被被覆用い、 （２）損失を増大させるためにこの領域におけるＨＲ被
被覆選択的に破壊させ、 （３）ブロック１２の通常は平行している両側面２０．
２２を少しＶ字形状に形成することによって、回避させ
ても良い。
を横切って生じる寄生的な横方向の発振のポテンシアル
の問題点を、 （１）ダイオードアレイ２６から横切って直接に複数の
ウィンドウを形成するためにＡＲ被被覆用い、 （２）損失を増大させるためにこの領域におけるＨＲ被
被覆選択的に破壊させ、 （３）ブロック１２の通常は平行している両側面２０．
２２を少しＶ字形状に形成することによって、回避させ
ても良い。
増幅器のステージ６０に入射するレーザビーム６２が図
示され、増幅された後増幅器６０から出力されるビーム
６４が図示されている。非常に大きなＣＷ（搬送波）の
利得は増幅器６０を用いて得ることができる。例えば、
もしジグザグ形状の各折り曲げ部における利得がＩＯ乃
至２０％であるならば、７又は８の全体の利得を１０個
の折り曲げ部を用いて得ることができる。ＣＷモードに
おいて縦続接続される利得のステージの数に対する実際
的な制限は、あるステージに入力される電力によって乗
算された１ステージ当たりの損失がそのステージによっ
て利得として得られた電力に等しいときに生じる。
示され、増幅された後増幅器６０から出力されるビーム
６４が図示されている。非常に大きなＣＷ（搬送波）の
利得は増幅器６０を用いて得ることができる。例えば、
もしジグザグ形状の各折り曲げ部における利得がＩＯ乃
至２０％であるならば、７又は８の全体の利得を１０個
の折り曲げ部を用いて得ることができる。ＣＷモードに
おいて縦続接続される利得のステージの数に対する実際
的な制限は、あるステージに入力される電力によって乗
算された１ステージ当たりの損失がそのステージによっ
て利得として得られた電力に等しいときに生じる。
本発明に係る縦続接続可能な増幅器はまた、入力ビーム
ロ２と出力ビームロ４がブロック１２の対向する両側面
において現れるような１つの方法で形成可能である。そ
のような形状は第１Ｏ図に図示され、ここで、レーザブ
ロック１２はバー１２の両側面２０．２２上にレーザダ
イオードアレイ２６を備えるダイオードパー２４を有す
る。そのような場合において、好ましくはダイオードア
レイ２６とブロック１２の両側面２０．２２との間にオ
プショナル的に位置するファイバのコリメートレンズ２
８を設けるであろう。もしそうでなければ、複数のダイ
オードアレイ２６を、ブロック１２の両側面２０．２２
に直接に突き当てるようにしてもよい。第９図の実施例
のように、入力レーザビーム６２が図示され、また出力
レーザビーム６４が図示されている。当業者であれば、
第１０図の実施例がミラー１４．１６を用いない第２図
の実施例に同一であることを認識するであろう。
ロ２と出力ビームロ４がブロック１２の対向する両側面
において現れるような１つの方法で形成可能である。そ
のような形状は第１Ｏ図に図示され、ここで、レーザブ
ロック１２はバー１２の両側面２０．２２上にレーザダ
イオードアレイ２６を備えるダイオードパー２４を有す
る。そのような場合において、好ましくはダイオードア
レイ２６とブロック１２の両側面２０．２２との間にオ
プショナル的に位置するファイバのコリメートレンズ２
８を設けるであろう。もしそうでなければ、複数のダイ
オードアレイ２６を、ブロック１２の両側面２０．２２
に直接に突き当てるようにしてもよい。第９図の実施例
のように、入力レーザビーム６２が図示され、また出力
レーザビーム６４が図示されている。当業者であれば、
第１０図の実施例がミラー１４．１６を用いない第２図
の実施例に同一であることを認識するであろう。
第９図及び第１０図の増幅器が縦続に接続されたとき、
非常に大きな電力を有する固体レーザを得ることができ
る。これらのレーザは非常に効率的であり、コンパクト
であって、従来技術の大電力の固体レーザにおいて生じ
た熱の消失又は熱の傾斜の問題点を回避する。
非常に大きな電力を有する固体レーザを得ることができ
る。これらのレーザは非常に効率的であり、コンパクト
であって、従来技術の大電力の固体レーザにおいて生じ
た熱の消失又は熱の傾斜の問題点を回避する。
第１１図を参照すれば、レーザの媒質の対向する両側面
上にそれぞれ入力と出力を有する４段の利得ステージを
示す本発明に係る発振器／増幅器の配置の平面図が図示
されている。ここで、レーザ発振器１０は第２図におい
て記述したようなレーザであってもよく、共振器ブロッ
ク１２と、ミラー１４．１６と、上記共振器ブロック１
２の両側面２０．２２上にそれぞれ設けられたダイオー
ドパー２４を備え、上記各ダイオードパー２４はダイオ
ードアレイ２６を備える。コリメートレンズ２８が好ま
しくはダイオードパー２４と共振器ブロック１２の両側
面２０．２２との間に挿入される。
上にそれぞれ入力と出力を有する４段の利得ステージを
示す本発明に係る発振器／増幅器の配置の平面図が図示
されている。ここで、レーザ発振器１０は第２図におい
て記述したようなレーザであってもよく、共振器ブロッ
ク１２と、ミラー１４．１６と、上記共振器ブロック１
２の両側面２０．２２上にそれぞれ設けられたダイオー
ドパー２４を備え、上記各ダイオードパー２４はダイオ
ードアレイ２６を備える。コリメートレンズ２８が好ま
しくはダイオードパー２４と共振器ブロック１２の両側
面２０．２２との間に挿入される。
レンズ１６から出射するビーム６２は第１の増幅器ステ
ージ６８に入射する前にモード整合手段６６を通過する
。モード整合手段６６の目的は当該増幅器において分布
反転の状態で最良状態でエネルギーを取り出すことがで
きるように、各増幅器のセグメントにおいてモードの半
径を調節することにある。モード整合手段６６は１つの
ステージから次段のステージにｌ対ｌの写像（ｉｍａｇ
ｉｎｇ）を実行する非反射の被覆を有する画像リレーレ
ンズであってもよい。例えば、２０個のジグザグ形状の
脚部を有する１０ｃｍの長さのロッドにおいて、光学的
なパスに沿ってロッドの光学的な中心までの距離が約５
ｃｍである。２つのロッドの間に各ロッドの表面から１
５ｃｍだけ離れて設けられた１０ｃｍのレンズはモード
整合手段として十分に満足するように機能するであろう
。
ージ６８に入射する前にモード整合手段６６を通過する
。モード整合手段６６の目的は当該増幅器において分布
反転の状態で最良状態でエネルギーを取り出すことがで
きるように、各増幅器のセグメントにおいてモードの半
径を調節することにある。モード整合手段６６は１つの
ステージから次段のステージにｌ対ｌの写像（ｉｍａｇ
ｉｎｇ）を実行する非反射の被覆を有する画像リレーレ
ンズであってもよい。例えば、２０個のジグザグ形状の
脚部を有する１０ｃｍの長さのロッドにおいて、光学的
なパスに沿ってロッドの光学的な中心までの距離が約５
ｃｍである。２つのロッドの間に各ロッドの表面から１
５ｃｍだけ離れて設けられた１０ｃｍのレンズはモード
整合手段として十分に満足するように機能するであろう
。
第１の増幅器のステージ６８は第９図において開示され
た実施例と同様である。付加的な複数の増幅器のステー
ジ７０．７２．７４が第１の増幅器のセクションと同様
に設けられている。さらに加えて、各増幅器はある増幅
器と前段の増幅器との間に挿入されたモード整合手段６
６を有する。
た実施例と同様である。付加的な複数の増幅器のステー
ジ７０．７２．７４が第１の増幅器のセクションと同様
に設けられている。さらに加えて、各増幅器はある増幅
器と前段の増幅器との間に挿入されたモード整合手段６
６を有する。
第１１図の議論はレーザ発振器１０と第１の増幅器のセ
クシａン６８の動作に限定され、増幅器７０．７２．７
４が増幅器６８と正確に同一の方法で動作し、それらの
連続する複数の増幅器に入力される平均電力は前段のス
テージの利得のためにより大きくなるであろうことのみ
が相違点であることが当業者によって理解されるであろ
う。
クシａン６８の動作に限定され、増幅器７０．７２．７
４が増幅器６８と正確に同一の方法で動作し、それらの
連続する複数の増幅器に入力される平均電力は前段のス
テージの利得のためにより大きくなるであろうことのみ
が相違点であることが当業者によって理解されるであろ
う。
発振器ｌＯによって発生されたレーザビームは出力カッ
プラーのミラー１６とモード整合手段６６とを通過しｔ
；後、第１の増幅器のステージ６８に入射する。第１１
図に示すように、増幅器６８を通過する光学的なパスは
しっかりと折り曲げられたジグザグ形状であり、これら
のジグザグ形状の複数の頂点においてポンピングされる
。増幅されたレーザエネルギーはビーム６４のように出
射する。次いでそのビームは増幅ステージ７０の前にも
う１つのモード整合手段６６を通過する。
プラーのミラー１６とモード整合手段６６とを通過しｔ
；後、第１の増幅器のステージ６８に入射する。第１１
図に示すように、増幅器６８を通過する光学的なパスは
しっかりと折り曲げられたジグザグ形状であり、これら
のジグザグ形状の複数の頂点においてポンピングされる
。増幅されたレーザエネルギーはビーム６４のように出
射する。次いでそのビームは増幅ステージ７０の前にも
う１つのモード整合手段６６を通過する。
第１１図において図示されたレーザ用増幅器のシステム
において光学的な利得を分配することの結果として、ポ
ンピング手段によって発生された熱が利得のステージ６
０．７０．７２．７４を通じて分配される。この方法で
、１つのレーザブロック当たりの全体のポンピング電力
は受容できるレベルに維持され、従って、大電力の固体
レーザ材、料に通常伴う減少されたレーザの効率及び冷
却の困難さという問題点を回避する。ブロックにおける
熱の傾斜によって生じる熱的な焦点合わせは上記ブロッ
クにおける任意の光学的なパスよりもより長い焦点距離
において存在し、合焦されｔ；レーザエネルギーによっ
て当該ブロックに損傷を与えることは不可能であろう。
において光学的な利得を分配することの結果として、ポ
ンピング手段によって発生された熱が利得のステージ６
０．７０．７２．７４を通じて分配される。この方法で
、１つのレーザブロック当たりの全体のポンピング電力
は受容できるレベルに維持され、従って、大電力の固体
レーザ材、料に通常伴う減少されたレーザの効率及び冷
却の困難さという問題点を回避する。ブロックにおける
熱の傾斜によって生じる熱的な焦点合わせは上記ブロッ
クにおける任意の光学的なパスよりもより長い焦点距離
において存在し、合焦されｔ；レーザエネルギーによっ
て当該ブロックに損傷を与えることは不可能であろう。
第１２図を参照すれば、上記レーザの媒質の同一の側面
上に入力と出力を有する４段の利得ステージを示す本発
明に係る発振器／増幅器の配置の平面図が図示されてい
る。
上に入力と出力を有する４段の利得ステージを示す本発
明に係る発振器／増幅器の配置の平面図が図示されてい
る。
第１．１図の実施例におけるように、第１２図の実施例
は、出力カップラーのミラー１６とモード整合子ｖｔ６
６を通過し第１の増幅器のステージ７６に入射するレー
ザビーム６２を発生する発振器１０を備える。そのビー
ムは第１の増幅器７６によって増幅された後、モード整
合手段６６を通過し第２の増幅器のステージ７８に入射
し、ここで、このビームはさらに増幅される。次いで、
このビームはモード整合手段６６を通過しｗｃ３の増幅
器のステージ８０に入射し、ここで、このビームは再び
増幅される。次いで、このビームはモード整合手段６６
を通過しｔ；後、最後に最終の増幅器のステージ８２を
通過する。各増幅器７６．７８゜８０．８２は第９図に
おいて開示された実施例と同一であってもよい。
は、出力カップラーのミラー１６とモード整合子ｖｔ６
６を通過し第１の増幅器のステージ７６に入射するレー
ザビーム６２を発生する発振器１０を備える。そのビー
ムは第１の増幅器７６によって増幅された後、モード整
合手段６６を通過し第２の増幅器のステージ７８に入射
し、ここで、このビームはさらに増幅される。次いで、
このビームはモード整合手段６６を通過しｗｃ３の増幅
器のステージ８０に入射し、ここで、このビームは再び
増幅される。次いで、このビームはモード整合手段６６
を通過しｔ；後、最後に最終の増幅器のステージ８２を
通過する。各増幅器７６．７８゜８０．８２は第９図に
おいて開示された実施例と同一であってもよい。
第１１図の実施例におけるように、全体のレーザシステ
ムのポンピングの媒質によって発生される全体の熱は増
幅器７６．７８．８０．８２を通じて分配される。この
方法で、１個のレーザブロック当たりの全体のポンピン
グ電力は受容できるレベルに維持され、これによって、
大電力の固体レーザに通常伴う減少されたレーザの効率
と冷却の困難さという問題点を回避する。
ムのポンピングの媒質によって発生される全体の熱は増
幅器７６．７８．８０．８２を通じて分配される。この
方法で、１個のレーザブロック当たりの全体のポンピン
グ電力は受容できるレベルに維持され、これによって、
大電力の固体レーザに通常伴う減少されたレーザの効率
と冷却の困難さという問題点を回避する。
具体的に記述された実施例における変更及び変形を、添
付した特許請求の範囲の範囲によってのみに限定される
ことが意図される本発明の範囲から逸脱することなく、
行うことができる。
付した特許請求の範囲の範囲によってのみに限定される
ことが意図される本発明の範囲から逸脱することなく、
行うことができる。
第１図は本発明の一実施例である横方向のダイオードバ
ーでポンピングされモード整合された固体レーザの平面
図、 第２図は１対のレーザダイオードバーによって横方向で
ポンピングされ、モード整合された固体レーザの平面図
、 第３図（Ａ）乃至（Ｅ）は光ファイバのコリメータから
種々の距離で置かれたレーザダイオードバーにおけるコ
リメートされた光線の軌跡を示す図、 第４図は光フアイバコリメータを有するレーザダイオー
ドバーの端部を示す図、 第５図は光ファイバでコリメートされるレーザダイオー
ドバーの端部を示す側面図、 ゛第６図及び第７図は光ファイバでコリメートされるレ
ーザダイオードバーの２つの実施例の斜視図、 第８図はしっかりと折り曲げられたジグザグ形状を有す
る固体レーザ空洞においてモード容量に整合された複数
のダイオードアレーの平面図、第９図は本発明に係る一
実施例である、レーザの媒質の同一の側面に入力と出力
を有するレーザ増幅器のステージを示す平面図、 第１０図は本発明に係る一実施例である、レーザの媒質
の対向する側面にそれぞれ入力と出力を有し横方向の対
のダイオードバーによってポンピングされたレーザ増幅
器のステージを示す平面図、第１Ｉ図はレーザの媒質の
対向する側面にそれぞれ入力と出力を有し横方向の対の
ダイオードバーによってポンピングされた４段の利得ス
テージを示す、本発明に係る一実施例である発振器及び
増幅器の配置の平面図、 第１２図はレーザの媒質の同一の側面に入力と出力を有
する４段の利得ステージを示す、本発明に係る一実施例
である発振器及び増幅器の配置の平面図である。 ｌＯ・・・固体レーザ、 １２・・・レーザ材料のブロック、 １４・・・ミラー １６・・・出力力ップラーのミラー １８・・・共振器のジグザグ部、 ２０．２２・・・縦方向の側面、 ２４・・・ダイオードバー ２６・・・ダイオードアレー ２８・・・光ファイバのコリメータ、 ２９・・・精密なスペーサ手段、 ３０・・・ポンピングビーム、 ３１・・・光ファイバでコリメートされたレーザダイオ
ードバー ３２・・・レーザビーム、 ３６・・・光学的な内部空洞エレメント、３８・・・ヒ
ートシンク、 ４０．４２．４４・・・ステップ、 ４６・・・スペーサの端部、 ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆ・・
・レーザダイオード、 ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｆ・・
・光ファイバ、 ６０・・・レーザ増幅器のステージ、 ６６・・・モード整合手段、 ６８・・・第１の増幅器のステージ、 ７０．７２．７４・・・付加的な増幅器のステージ、７
６・・・第１の増幅器のステージ、 ７８・・・第２の増幅器のステージ、 ８０・・・第３の増幅器のステージ、 ８２・・・最後の増幅器のステージ。 ｊ＊１５！１ ４２図
ーでポンピングされモード整合された固体レーザの平面
図、 第２図は１対のレーザダイオードバーによって横方向で
ポンピングされ、モード整合された固体レーザの平面図
、 第３図（Ａ）乃至（Ｅ）は光ファイバのコリメータから
種々の距離で置かれたレーザダイオードバーにおけるコ
リメートされた光線の軌跡を示す図、 第４図は光フアイバコリメータを有するレーザダイオー
ドバーの端部を示す図、 第５図は光ファイバでコリメートされるレーザダイオー
ドバーの端部を示す側面図、 ゛第６図及び第７図は光ファイバでコリメートされるレ
ーザダイオードバーの２つの実施例の斜視図、 第８図はしっかりと折り曲げられたジグザグ形状を有す
る固体レーザ空洞においてモード容量に整合された複数
のダイオードアレーの平面図、第９図は本発明に係る一
実施例である、レーザの媒質の同一の側面に入力と出力
を有するレーザ増幅器のステージを示す平面図、 第１０図は本発明に係る一実施例である、レーザの媒質
の対向する側面にそれぞれ入力と出力を有し横方向の対
のダイオードバーによってポンピングされたレーザ増幅
器のステージを示す平面図、第１Ｉ図はレーザの媒質の
対向する側面にそれぞれ入力と出力を有し横方向の対の
ダイオードバーによってポンピングされた４段の利得ス
テージを示す、本発明に係る一実施例である発振器及び
増幅器の配置の平面図、 第１２図はレーザの媒質の同一の側面に入力と出力を有
する４段の利得ステージを示す、本発明に係る一実施例
である発振器及び増幅器の配置の平面図である。 ｌＯ・・・固体レーザ、 １２・・・レーザ材料のブロック、 １４・・・ミラー １６・・・出力力ップラーのミラー １８・・・共振器のジグザグ部、 ２０．２２・・・縦方向の側面、 ２４・・・ダイオードバー ２６・・・ダイオードアレー ２８・・・光ファイバのコリメータ、 ２９・・・精密なスペーサ手段、 ３０・・・ポンピングビーム、 ３１・・・光ファイバでコリメートされたレーザダイオ
ードバー ３２・・・レーザビーム、 ３６・・・光学的な内部空洞エレメント、３８・・・ヒ
ートシンク、 ４０．４２．４４・・・ステップ、 ４６・・・スペーサの端部、 ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆ・・
・レーザダイオード、 ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｆ・・
・光ファイバ、 ６０・・・レーザ増幅器のステージ、 ６６・・・モード整合手段、 ６８・・・第１の増幅器のステージ、 ７０．７２．７４・・・付加的な増幅器のステージ、７
６・・・第１の増幅器のステージ、 ７８・・・第２の増幅器のステージ、 ８０・・・第３の増幅器のステージ、 ８２・・・最後の増幅器のステージ。 ｊ＊１５！１ ４２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）１対の対向する両側面を有するレーザ材料のブロ
ックと、 予め選択された折り曲げ角度で複数の頂点を有する上記
１対の対向する両側面の間のブロック内にしっかりと折
り曲げられたジグザグ状の光学的なパスとを備え、上記
折り曲げ角度はモード容量をポンピング源からのポンピ
ングの放射に実質的に整合するように選択され、 上記対向する両側面の１つに隣接し上記ジグザグ形状の
光学的なパスに沿って実質的に配列されて設けられた複
数のレーザダイオードのポンピング源とを備えたことを
特徴とするモード整合されダイオードでポンピングされ
た固体レーザ用増幅器。 （２）上記レーザダイオードのポンピング源は一直線上
に所定の間隔がおかれて設けられることを特徴とする請
求項１記載のモード整合されダイオードでポンピングさ
れた固体レーザ用増幅器。 （３）上記増幅器はさらに、上記ブロックと上記レーザ
ダイオードのポンピング源との間に設けられ、上記ブロ
ック内においてあるモード容量と実質的にモード整合す
るようにポンピングの放射をコリメートするための円柱
形状のコリメート手段を備えたことを特徴とする請求項
１記載のモード整合されダイオードでポンピングされた
固体レーザ用増幅器。（４）上記レーザダイオードのポ
ンピング源は複数の独立したレーザダイオードのアレイ
を備えたレーザダイオードバーであることを特徴とする
請求項１記載のレーザ用増幅器。（５）上記円柱形状の
コリメート手段は光ファイバであることを特徴とする請
求項１記載のレーザ用増幅器。 （６）上記モード容量はＴＥＭ＿０＿０であることを特
徴とする請求項１記載のレーザ用増幅器。 （７）上記レーザ材料はＮｄ：ＹＡＧであることを特徴
とする請求項１記載のレーザ用増幅器。 （８）上記増幅器はさらに、上記ポンピング源に対して
精密な間隔の関係を維持するように上記光ファイバを保
持するための精密なスペーサ手段を備えたことを特徴と
する請求項５記載のレーザ用増幅器。 （９）上記ブロックは約５ｍｍの幅を有し、上記モード
容量は約３００ミクロンの直径を有し、上記折り曲げ角
度は約５°であることを特徴とする請求項１記載のレー
ザ用増幅器。 （１０）上記ポンピング源は、１０個の１Ｗのダイオー
ドアレイを備えた、１ｃｍの長さを有するレーザダイオ
ードバーであり、各ダイオードアレイは２００ミクロン
の幅を有することを特徴とする請求項９記載のレーザ用
増幅器。 （１１）１対の対向する両側面を有するレーザ材料のブ
ロックと、 予め選択された折り曲げ角度で複数の頂点を有する上記
対向する両側面の間のブロック内にしっかりと折り曲げ
られたジグザグ状の光学的なパスとを備え、上記折り曲
げ角度はモード容量をポンピング源からのポンピングの
放射に実質的に整合するように選択され、 上記対向する両側面に隣接し上記ジグザグ状の光学的な
パスの複数の頂点に実質的に配列されて設けられた複数
のレーザダイオードのポンピング源とを備えたことを特
徴とするモード整合されダイオードでポンピングされた
固体レーザ用増幅器。 （１２）上記レーザダイオードのポンピング源は一直線
上に所定の間隔がおかれて設けられたことを特徴とする
請求項１１記載のモード整合されダイオードでポンピン
グされた固体レーザ用増幅器。 （１３）上記増幅器はさらに、上記ブロックと上記レー
ザダイオードのポンピング源との間に設けられ、上記ブ
ロック内においてあるモード容量と実質的にモード整合
するようにポンピングの放射をコリメートするための円
柱形状のコリメート手段を備えたことを特徴とする請求
項１１記載のモード整合されダイオードでポンピングさ
れた固体レーザ用増幅器。 （１４）上記レーザダイオードのポンピング源は複数の
独立したレーザダイオードのアレイを備えたレーザダイ
オードバーであることを特徴とする請求項１１記載のレ
ーザ用増幅器。 （１５）上記円柱形状のコリメート手段は光ファイバで
あることを特徴とする請求項１１記載のレーザ用増幅器
。 （１６）上記モード容量はＴＥＭ＿０＿０であることを
特徴とする請求項１１記載のレーザ用増幅器。 （１７）上記レーザ材料はＮｄ：ＹＡＧであることを特
徴とする請求項１１記載のレーザ用増幅器。 （１８）上記増幅器はさらに、上記ポンピング源に対し
て精密な間隔の関係を維持するように上記光ファイバを
保持するための精密なスペーサ手段を備えたことを特徴
とする請求項１５記載のレーザ用増幅器。 （１９）上記ブロックは約５ｍｍの幅を有し、上記モー
ド容量は約３００ミクロンの直径を有し、上記折り曲げ
角度は約５°であることを特徴とする請求項１１記載の
レーザ用増幅器。 （２０）１対の対向する両側面を有するレーザ材料のブ
ロックと、 上記ブロックの回りに設けられ、予め選択された折り曲
げ角度で上記対向する両側面の間のブロック内にしつか
りと折り曲げられたジグザグ状の共振器部を有するレー
ザ空洞を画成するための空洞形成手段とを備え、上記折
り曲げ角度はモード容量をポンピング源からのポンピン
グの放射に実質的に整合するように選択され、 上記対向する両側面の１つに隣接し上記共振器のジグザ
グ状のパターンに沿って実質的に配列されて設けられる
複数のレーザダイオードのポンピング源と、 上記レーザに光学的に接続された少なくとも１個のモー
ド整合されダイオードでポンピングされた固体レーザ用
増幅器とを備えたことを特徴とするモード整合されダイ
オードでポンピングされた固体レーザ用増幅器。 （２１）上記レーザダイオードのポンピング源は一直線
上に所定の間隔がおかれて設けられたことを特徴とする
請求項２０記載のモード整合されダイオードでポンピン
グされた固体レーザ用増幅器。 （２２）複数の増幅器のステージを備えたモード整合さ
れダイオードでポンピングされた固体レーザ用増幅器シ
ステムであって、上記各ステージはそれぞれ、 １対の対向する両側面を有するレーザ増幅器材料のブロ
ックと、 予め選択された折り曲げ角度で複数の頂点を有する上記
対向する両側面の間のブロック内にしっかりと折り曲げ
られたジグザグ状の光学的なパスとを備え、上記折り曲
げ角度はモード容量をポンピング源からのポンピングの
放射に実質的に整合するように選択され、 上記対向する両側面の少なくとも１つに隣接し上記ジグ
ザグ状の光学的なパスの複数の頂点に沿って実質的に配
列されて設けられる複数のレーザダイオードのポンピン
グ源とを備え、 上記増幅器のステージは縦続接続の配置で互いに光学的
に接続されたことを特徴とするモード整合されダイオー
ドでポンピングされた固体レーザ用増幅器システム。 （２３）上記レーザダイオードのポンピング源は一直線
上に所定の間隔がおかれて設けられたことを特徴とする
請求項２２記載のモード整合されダイオードでポンピン
グされた固体レーザ用増幅器システム。 （２４）複数の増幅器のステージを備えたモード整合さ
れダイオードでポンピングされた固体レーザ用増幅器シ
ステムであって、上記各ステージはそれぞれ、 １対の対向する両側面を有するレーザ材料のブロックと
、 予め選択された折り曲げ角度で複数の頂点を有する上記
対向する両側面の間のブロック内にしっかりと折り曲げ
られたジグザグ状の光学的なパスとを備え、上記折り曲
げ角度はモード容量をポンピング源からのポンピングの
放射に実質的に整合するように選択され、 上記対向する両側面に隣接し上記ジグザグ状に形成され
た光学的なパスの複数の頂点に沿って実質的に配列され
て設けられる複数のレーザダイオードのポンピング源と
を備え、 上記増幅器のステージは縦続接続の配置で互いに光学的
に接続されたことを特徴とするモード整合されダイオー
ドでポンピングされた固体レーザ用増幅器システム。 （２５）上記レーザダイオードのポンピング源は一直線
上に所定の間隔がおかれて設けられたことを特徴とする
請求項２４記載のモード整合されダイオードでポンピン
グされた固体レーザ用増幅器システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US360848 | 1989-06-02 | ||
| US07/360,848 US5271031A (en) | 1985-05-01 | 1989-06-02 | High efficiency mode-matched solid-state laser with transverse pumping and cascaded amplifier stages |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0364083A true JPH0364083A (ja) | 1991-03-19 |
Family
ID=23419645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2145234A Pending JPH0364083A (ja) | 1989-06-02 | 1990-06-01 | 横方向のポンピングを用いたモード整合型固体レーザ及び固体レーザ用増幅器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5271031A (ja) |
| EP (1) | EP0401054A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0364083A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008522409A (ja) * | 2004-11-26 | 2008-06-26 | ジェフリー， ジー マンニ， | 高利得ダイオード励起レーザ増幅器 |
| JP2020174093A (ja) * | 2019-04-09 | 2020-10-22 | 一哲 高橋 | レーザー増幅器 |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5696786A (en) * | 1993-04-15 | 1997-12-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Solid-state laser system |
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