JPH07193307A - 固体レーザ源、複屈折の影響を除去する方法、および、ジグザグ増幅器 - Google Patents
固体レーザ源、複屈折の影響を除去する方法、および、ジグザグ増幅器Info
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- JPH07193307A JPH07193307A JP6271978A JP27197894A JPH07193307A JP H07193307 A JPH07193307 A JP H07193307A JP 6271978 A JP6271978 A JP 6271978A JP 27197894 A JP27197894 A JP 27197894A JP H07193307 A JPH07193307 A JP H07193307A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ビームクオリティに優れ、明るさの優れたビ
ームを提供するレーザ源を提供する。 【構成】 レーザ源は、ジグザグ増幅器16と協動する主
発振器10と、イメージリレーテレスコープと、位相共役
セル20とを有し、構成の一例では、増幅器内に熱的に生
ずる複屈折を補償し、位相共役セルに直線偏光された光
を照射する。他の例では、位相共役セルに円偏光された
光を照射し、増幅器を通過する第１のパスに生ずる複屈
折の影響を除去する光学的手段が設けられている。光学
的構成により、周波数二倍器アセンブリの使用が、二倍
の光学周波数で出力することを可能とし、増幅器材料が
一方の偏光のみで作動可能な場合に、ＥＯスイッチ或い
はファラデー旋光器が、偏光角の回転を可能にしてい
る。
ームを提供するレーザ源を提供する。 【構成】 レーザ源は、ジグザグ増幅器16と協動する主
発振器10と、イメージリレーテレスコープと、位相共役
セル20とを有し、構成の一例では、増幅器内に熱的に生
ずる複屈折を補償し、位相共役セルに直線偏光された光
を照射する。他の例では、位相共役セルに円偏光された
光を照射し、増幅器を通過する第１のパスに生ずる複屈
折の影響を除去する光学的手段が設けられている。光学
的構成により、周波数二倍器アセンブリの使用が、二倍
の光学周波数で出力することを可能とし、増幅器材料が
一方の偏光のみで作動可能な場合に、ＥＯスイッチ或い
はファラデー旋光器が、偏光角の回転を可能にしてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高パワーの固体レーザ
に関するものであり、より詳細には、極めて優れた明る
さのレーザビームを生成するシステムに関するものであ
る。
に関するものであり、より詳細には、極めて優れた明る
さのレーザビームを生成するシステムに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】１０
０Ｗ（ワット）に至る平均パワー、および、それ以上の
パワーの固体レーザが、写真平版、レーザ加工仕上げ、
レーザ穿孔、宇宙通信、海底通信、および、医学的応用
を含む、軍事的、産業的および商業的な種々の応用例に
おいて必要とされている。レーザビームの明るさは、平
均パワーに比例し、ビームクオリティ(beam quality)の
面積に反比例する。このビームクオリティは、回折限界
ビームに関して定義され、この回折限界ビームは、理想
的には、１．０のビームクオリティを有している。１．
５という最悪のビームクオリティにより、回折限界ビー
ムの明るさの１／（1.5)2 すなわち４４．４パーセント
の明るさとなる。明るさは、ビームクオリティの面積に
比例して減少するため、明るさを十分にすることが設計
の目的であるならば、ビームクオリティを制御すること
が極めて重要である。種々の従来の特許に開示された数
多くのレーザアーキテクチャは、位相共役の主発振器パ
ワーアンプ(PC MOPA) 構成を使用している。しかしなが
ら、このアーキテクチャでは、依然として、所望の明る
さのビームを生成することはできず、或いは、他の欠点
を有している。したがって、極めて優れたビームクオリ
ティを有し、したがって、優れた明るさのビームを提供
する改良された固体レーザアーキテクチャに対するニー
ズが存在する。
０Ｗ（ワット）に至る平均パワー、および、それ以上の
パワーの固体レーザが、写真平版、レーザ加工仕上げ、
レーザ穿孔、宇宙通信、海底通信、および、医学的応用
を含む、軍事的、産業的および商業的な種々の応用例に
おいて必要とされている。レーザビームの明るさは、平
均パワーに比例し、ビームクオリティ(beam quality)の
面積に反比例する。このビームクオリティは、回折限界
ビームに関して定義され、この回折限界ビームは、理想
的には、１．０のビームクオリティを有している。１．
５という最悪のビームクオリティにより、回折限界ビー
ムの明るさの１／（1.5)2 すなわち４４．４パーセント
の明るさとなる。明るさは、ビームクオリティの面積に
比例して減少するため、明るさを十分にすることが設計
の目的であるならば、ビームクオリティを制御すること
が極めて重要である。種々の従来の特許に開示された数
多くのレーザアーキテクチャは、位相共役の主発振器パ
ワーアンプ(PC MOPA) 構成を使用している。しかしなが
ら、このアーキテクチャでは、依然として、所望の明る
さのビームを生成することはできず、或いは、他の欠点
を有している。したがって、極めて優れたビームクオリ
ティを有し、したがって、優れた明るさのビームを提供
する改良された固体レーザアーキテクチャに対するニー
ズが存在する。
【０００３】
【発明の目的】本発明は、ビームクオリティに優れ、明
るさの優れたビームを提供するレーザ源を提供すること
を目的とする。
るさの優れたビームを提供するレーザ源を提供すること
を目的とする。
【０００４】
【発明の構成および作用】本発明は、優れた明るさの固
体レーザ源であって、ほぼ回折限界ビームクオリティ(n
early diffraction limited beam quality) を有するパ
ルス状のビームを生成する主発振器と、第１のパスの間
に、主発振器からのビームを受け入れて、増幅するよう
に配置されたジグザグスラブ増幅器と、ジグザグスラブ
増幅器からの増幅されたビームを受け入れるとともに、
第２のパスの間に、位相共役された形態のビームを、ジ
グザグスラブ増幅器に戻すように反射するように配置さ
れた位相共役セルであって、第１のパスの間に、ジグザ
グスラブ増幅器内に引き起こされた収差が、第２のパス
の間に、実際に打ち消されるように構成された位相共役
セルと、増幅器を通過する第２のパスの後に、増幅され
たビームを取り出す手段とを備え、取り出された増幅さ
れたビームが、優れたビームクオリティと、優れた明る
さとを有するように構成されている。生成されたビーム
は、優れたビームクオリティと優れた明るさを有すると
ともに、１００ワット以上にいたる平均ビームパワーを
有している。本発明の好ましい実施態様において、増幅
されたビームを取り出す手段が、ジグザグ増幅器と位相
共役セルとの間に配置され、第２のパスにおいて増幅器
に入力される光ビームの偏光角を回転する１／４波長板
と、主発振器とジグザグ増幅器との間に配置された偏光
子とを有している。偏光子は、主発振器からの光を増幅
器に透過させ、増幅器からの直角に偏光された戻りビー
ムをアウトカップリングすなわち反射する。
体レーザ源であって、ほぼ回折限界ビームクオリティ(n
early diffraction limited beam quality) を有するパ
ルス状のビームを生成する主発振器と、第１のパスの間
に、主発振器からのビームを受け入れて、増幅するよう
に配置されたジグザグスラブ増幅器と、ジグザグスラブ
増幅器からの増幅されたビームを受け入れるとともに、
第２のパスの間に、位相共役された形態のビームを、ジ
グザグスラブ増幅器に戻すように反射するように配置さ
れた位相共役セルであって、第１のパスの間に、ジグザ
グスラブ増幅器内に引き起こされた収差が、第２のパス
の間に、実際に打ち消されるように構成された位相共役
セルと、増幅器を通過する第２のパスの後に、増幅され
たビームを取り出す手段とを備え、取り出された増幅さ
れたビームが、優れたビームクオリティと、優れた明る
さとを有するように構成されている。生成されたビーム
は、優れたビームクオリティと優れた明るさを有すると
ともに、１００ワット以上にいたる平均ビームパワーを
有している。本発明の好ましい実施態様において、増幅
されたビームを取り出す手段が、ジグザグ増幅器と位相
共役セルとの間に配置され、第２のパスにおいて増幅器
に入力される光ビームの偏光角を回転する１／４波長板
と、主発振器とジグザグ増幅器との間に配置された偏光
子とを有している。偏光子は、主発振器からの光を増幅
器に透過させ、増幅器からの直角に偏光された戻りビー
ムをアウトカップリングすなわち反射する。
【０００５】或いは、増幅されたビームを取り出す手段
が、主発振器の出力に配置された偏光子と、前記偏光子
と前記増幅器との間に配置され、増幅器からの戻りビー
ムの偏光角を回転する手段とを有している。前述した実
施態様のように、偏光子は、主発振器からの光を増幅器
に透過させ、増幅器から異なって偏光された戻りビーム
をアウトカップリングすなわち反射する。本発明の他の
実施態様において、増幅されたビームを取り出す手段
が、主発振器とジグザグ増幅器との間に配置され、源か
らの光をアウトカップリングすなわち反射する周波数二
倍器アセンブリを有している。本発明のさらに他の実施
態様において、１／４波長板は、位相共役セルとともに
用いられない。その代わりに、位相共役セルに隣接して
配置されたファラデー旋光器が、出力ビームおよび戻り
ビームの偏光角を、４５°だけ回転して、偏光子を用い
て取り出され得る直角に偏光された出力ビームを生成す
る。また、ファラデー旋光器は、増幅器に生ずる複屈折
の影響を除去するように働く。この実施態様の唯一の欠
点は、直線偏光された光が、位相共役セルに照射され、
望ましい高エネルギーレベルで作動しないことである。
が、主発振器の出力に配置された偏光子と、前記偏光子
と前記増幅器との間に配置され、増幅器からの戻りビー
ムの偏光角を回転する手段とを有している。前述した実
施態様のように、偏光子は、主発振器からの光を増幅器
に透過させ、増幅器から異なって偏光された戻りビーム
をアウトカップリングすなわち反射する。本発明の他の
実施態様において、増幅されたビームを取り出す手段
が、主発振器とジグザグ増幅器との間に配置され、源か
らの光をアウトカップリングすなわち反射する周波数二
倍器アセンブリを有している。本発明のさらに他の実施
態様において、１／４波長板は、位相共役セルとともに
用いられない。その代わりに、位相共役セルに隣接して
配置されたファラデー旋光器が、出力ビームおよび戻り
ビームの偏光角を、４５°だけ回転して、偏光子を用い
て取り出され得る直角に偏光された出力ビームを生成す
る。また、ファラデー旋光器は、増幅器に生ずる複屈折
の影響を除去するように働く。この実施態様の唯一の欠
点は、直線偏光された光が、位相共役セルに照射され、
望ましい高エネルギーレベルで作動しないことである。
【０００６】また、本発明のさらに他の実施態様におい
ては、円偏光された光を、位相共役セルに与えるため
に、１／４波長板が使用されるが、この実施態様は、増
幅器を通過する第１のパスから生ずる複屈折を防止する
手段を有している。この第１のパスの複屈折を防止する
手段は、増幅器と１／４波長板との間に配置され、第１
の光学的パスに沿った増幅された入力ビームの主たる成
分を透過させるとともに、第２の光学的パスに沿った増
幅された入力ビームの直角に複屈折された成分を反射す
る第１の偏光感知手段と、第１の光学的パス内に配置さ
れ、主たる成分の偏光角を９０°だけ回転する光学的手
段と、第２の光学的パス内に配置され、前方方向への光
を、偏光角を変化させることなしに透過させるととも
に、戻り方向において第２の光学的パスを横断する光に
対して、偏光角を９０°回転する手段であって、入力ビ
ームの複屈折された成分が、影響されることなく第２の
光学的パスを通過するように構成された手段と、第１の
光学的パスと第２の光学的パスとの接合に配置された第
２の偏光感知手段とを備え、入力ビームの主たる成分
が、第１の光学的パスから１／４波長板に反射され、複
屈折された成分が、空間に反射されて廃棄され、１／４
波長板からの戻りビームが、第２の光学的パスに沿っ
て、戻って透過される。戻りビームは、第２の光学的パ
ス内の光学的手段により、その偏光角が９０°回転さ
れ、第１の偏光感知手段により、増幅器の背後に向かっ
て反射される。
ては、円偏光された光を、位相共役セルに与えるため
に、１／４波長板が使用されるが、この実施態様は、増
幅器を通過する第１のパスから生ずる複屈折を防止する
手段を有している。この第１のパスの複屈折を防止する
手段は、増幅器と１／４波長板との間に配置され、第１
の光学的パスに沿った増幅された入力ビームの主たる成
分を透過させるとともに、第２の光学的パスに沿った増
幅された入力ビームの直角に複屈折された成分を反射す
る第１の偏光感知手段と、第１の光学的パス内に配置さ
れ、主たる成分の偏光角を９０°だけ回転する光学的手
段と、第２の光学的パス内に配置され、前方方向への光
を、偏光角を変化させることなしに透過させるととも
に、戻り方向において第２の光学的パスを横断する光に
対して、偏光角を９０°回転する手段であって、入力ビ
ームの複屈折された成分が、影響されることなく第２の
光学的パスを通過するように構成された手段と、第１の
光学的パスと第２の光学的パスとの接合に配置された第
２の偏光感知手段とを備え、入力ビームの主たる成分
が、第１の光学的パスから１／４波長板に反射され、複
屈折された成分が、空間に反射されて廃棄され、１／４
波長板からの戻りビームが、第２の光学的パスに沿っ
て、戻って透過される。戻りビームは、第２の光学的パ
ス内の光学的手段により、その偏光角が９０°回転さ
れ、第１の偏光感知手段により、増幅器の背後に向かっ
て反射される。
【０００７】より詳細には、第１の偏光感知手段および
第２の偏光感知手段が、ある方向に直線偏光された光を
反射するとともに、垂直方向に直線偏光された光を透過
させる偏光子である。また、例示する実施態様において
は、第１の光学的パスおよび第２の光学的パスは、ミラ
ーを有している。また、光学的増幅器を介した入力光ビ
ームの第１のパス内に引き起こされる複屈折の影響を除
去するための方法により、本発明を構成することができ
る。この方法は、入力光ビームを、第１の直角な直線偏
光角および第２の直角な直線偏光角を有する主たる成分
および複屈折された成分に分離し、主たる成分の偏光方
向を９０°回転して、第２の偏光角を有するようにし、
複屈折された成分および回転された主たる成分を、偏光
感知反射器に向け、複屈折された成分が空間に反射され
て廃棄されるとともに、主たる成分が１／４波長板に反
射されるようにし、直線偏光された主たる成分を、円偏
光された光に変換し、円偏光された光を、位相共役セル
から、１／４波長板を介して反射させ、円偏光された反
射ビームを、第１の偏光角を有する直線偏光された光に
変換し、戻りビームを、偏光感知反射器を介して、第２
の光学的パスに沿って透過させ、入力ビームに影響を与
えない第２のパス上の光学的構成部品を用いて、戻りビ
ームの偏光角を回転し、複屈折の成分を含まない第２の
偏光角を有する戻りビームを、増幅器に戻すように反射
し、他の偏光感知反射器を用いて、戻りビームを出力ビ
ームとして取り出すように構成されている。
第２の偏光感知手段が、ある方向に直線偏光された光を
反射するとともに、垂直方向に直線偏光された光を透過
させる偏光子である。また、例示する実施態様において
は、第１の光学的パスおよび第２の光学的パスは、ミラ
ーを有している。また、光学的増幅器を介した入力光ビ
ームの第１のパス内に引き起こされる複屈折の影響を除
去するための方法により、本発明を構成することができ
る。この方法は、入力光ビームを、第１の直角な直線偏
光角および第２の直角な直線偏光角を有する主たる成分
および複屈折された成分に分離し、主たる成分の偏光方
向を９０°回転して、第２の偏光角を有するようにし、
複屈折された成分および回転された主たる成分を、偏光
感知反射器に向け、複屈折された成分が空間に反射され
て廃棄されるとともに、主たる成分が１／４波長板に反
射されるようにし、直線偏光された主たる成分を、円偏
光された光に変換し、円偏光された光を、位相共役セル
から、１／４波長板を介して反射させ、円偏光された反
射ビームを、第１の偏光角を有する直線偏光された光に
変換し、戻りビームを、偏光感知反射器を介して、第２
の光学的パスに沿って透過させ、入力ビームに影響を与
えない第２のパス上の光学的構成部品を用いて、戻りビ
ームの偏光角を回転し、複屈折の成分を含まない第２の
偏光角を有する戻りビームを、増幅器に戻すように反射
し、他の偏光感知反射器を用いて、戻りビームを出力ビ
ームとして取り出すように構成されている。
【０００８】また、本発明は、固体レーザ材料のスラブ
を有するジグザグスラブ増幅器を有しており、このスラ
ブは、二つの対向する側壁を有し、ビームが増幅器を通
って長手方向に進行するのにしたがって、この側壁か
ら、繰り返し反射するようになっている。また、スラブ
は、二つの対向する垂直な端壁を有し、この端壁は、光
ビームが、端壁に実際に垂直な角度で入力され得るよう
に構成され、それにより、ほぼ直角な入射角の光の入力
が、ビームの偏光に依存しないロスの少ない照射を提供
する。また、増幅器は、側壁の少なくとも一つに密に隣
接して配置され、増幅器にパワーを与える少なくとも一
つのダイオードアレイと、側壁に接触して液体を流すこ
とにより、側壁を冷却する手段とを有している。側壁の
冷却手段は、側壁を通る長手方向に液体を流す手段を有
し、垂直方向の温度勾配を最小にしている。長手方向に
液体を流す手段は、各側壁に隣接し、これと平行に配置
され、冷却液を流すための流路を形成する透明なウィン
ドウと、透明なウィンドウと側壁との間に設けられたシ
ールとを有している。このシールは、側壁上の光の当た
らないデッドゾーンに配置された横断セグメントを有し
ている。各側壁内への光の入射角は、デッドゾーンを形
成するビーム幅に対して選択される。透明なウィンドウ
は楔形で、ダイオードアレイの間のギャップを補償し、
垂直方向のより均一な励起作用をなすように構成されて
いるのが好ましい。
を有するジグザグスラブ増幅器を有しており、このスラ
ブは、二つの対向する側壁を有し、ビームが増幅器を通
って長手方向に進行するのにしたがって、この側壁か
ら、繰り返し反射するようになっている。また、スラブ
は、二つの対向する垂直な端壁を有し、この端壁は、光
ビームが、端壁に実際に垂直な角度で入力され得るよう
に構成され、それにより、ほぼ直角な入射角の光の入力
が、ビームの偏光に依存しないロスの少ない照射を提供
する。また、増幅器は、側壁の少なくとも一つに密に隣
接して配置され、増幅器にパワーを与える少なくとも一
つのダイオードアレイと、側壁に接触して液体を流すこ
とにより、側壁を冷却する手段とを有している。側壁の
冷却手段は、側壁を通る長手方向に液体を流す手段を有
し、垂直方向の温度勾配を最小にしている。長手方向に
液体を流す手段は、各側壁に隣接し、これと平行に配置
され、冷却液を流すための流路を形成する透明なウィン
ドウと、透明なウィンドウと側壁との間に設けられたシ
ールとを有している。このシールは、側壁上の光の当た
らないデッドゾーンに配置された横断セグメントを有し
ている。各側壁内への光の入射角は、デッドゾーンを形
成するビーム幅に対して選択される。透明なウィンドウ
は楔形で、ダイオードアレイの間のギャップを補償し、
垂直方向のより均一な励起作用をなすように構成されて
いるのが好ましい。
【０００９】スラブは、さらに、その端壁および入力光
ビームが最初に衝突する側壁の部分に、反射防止コーテ
ィングを有し、長手方向にほぼ平行な寄生光線が、反射
防止コーティングにより抑制される。本発明の他の特徴
によれば、ジグザグ増幅器は、増幅器のスラブの上部エ
ッジ面および下部エッジ面に配置され、垂直方向の温度
勾配を改善する温度制御手段と、上部エッジ面および下
部エッジ面上に設けられ、鉛直方向の成分を有する寄生
光線を抑制する反射防止コーティングを有している。
ビームが最初に衝突する側壁の部分に、反射防止コーテ
ィングを有し、長手方向にほぼ平行な寄生光線が、反射
防止コーティングにより抑制される。本発明の他の特徴
によれば、ジグザグ増幅器は、増幅器のスラブの上部エ
ッジ面および下部エッジ面に配置され、垂直方向の温度
勾配を改善する温度制御手段と、上部エッジ面および下
部エッジ面上に設けられ、鉛直方向の成分を有する寄生
光線を抑制する反射防止コーティングを有している。
【００１０】
【実施例】以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例
につき詳細に説明を加える。本発明は、適度な高出力
で、かつ明るさが極めて大きなレーザビームを発生する
固体レーザの構成に関するとともに、レーザー増幅器に
関連する。位相共役の主発振器パワーアンプ(PC MOPA)
が、多くの変形例において用いられているが、これら全
ては、目下のところ、未解決のビームクオリティーに悩
み、したがって、明るさのレベルが小さいことに悩んで
いる。本発明のある実施態様によれば、ＭＯＰＡ構成
は、ジグザグ増幅器(zig-zag amplifier) を使用し、回
折限界の略１．１倍の極めて高い品質のビームを提供
し、したがって、明るさの大きなビームを提供する。こ
こに、明るさは、以下のように定義される。 明るさ＝Ｐave ／４πλ2(ＢＱ)2 ただし、Ｐave ＝平均ビームパワー λ ＝波長 ＢＱ ＝ビームクオリティ 図１に示す全体構成は、番号１０で示す主発振器、ビー
ム整形テレスコープ１２、偏光子１４、ジグザグ増幅器
１６、イメージリレーテレスコープ(image relaying te
lescope)１７、１／４波長板１８および位相共役ミラー
２０を有している。主発振器１０は、ファラデーアイソ
レータ２４と協動し、多くの目的のためには不十分な、
質の高い、低エネルギーのビームを発生する。主発振器
１０のビームは、まず、ビーム整形テレスコープ１２を
通過して、ビームの状態をさらに調整し、ジグザグ増幅
器１６に入力される。増幅器の列からなるジグザグ増幅
器１６は、ビームの第１のパス状のビームを増幅し、次
いで、ビームは、イメージリレーされて、位相共役ミラ
ー２０に与えられる。殆どの場合に、ビームが、増幅器
の媒質を通過するにしたがって、増幅器は、ビームの光
学的な波面に、位相収差を生じさせる。しかしながら、
周知のように、位相共役されたビーム形状を、増幅器を
介して逆に通過させることにより、これらの収差を打ち
消すために、位相共役を用いることができる。
につき詳細に説明を加える。本発明は、適度な高出力
で、かつ明るさが極めて大きなレーザビームを発生する
固体レーザの構成に関するとともに、レーザー増幅器に
関連する。位相共役の主発振器パワーアンプ(PC MOPA)
が、多くの変形例において用いられているが、これら全
ては、目下のところ、未解決のビームクオリティーに悩
み、したがって、明るさのレベルが小さいことに悩んで
いる。本発明のある実施態様によれば、ＭＯＰＡ構成
は、ジグザグ増幅器(zig-zag amplifier) を使用し、回
折限界の略１．１倍の極めて高い品質のビームを提供
し、したがって、明るさの大きなビームを提供する。こ
こに、明るさは、以下のように定義される。 明るさ＝Ｐave ／４πλ2(ＢＱ)2 ただし、Ｐave ＝平均ビームパワー λ ＝波長 ＢＱ ＝ビームクオリティ 図１に示す全体構成は、番号１０で示す主発振器、ビー
ム整形テレスコープ１２、偏光子１４、ジグザグ増幅器
１６、イメージリレーテレスコープ(image relaying te
lescope)１７、１／４波長板１８および位相共役ミラー
２０を有している。主発振器１０は、ファラデーアイソ
レータ２４と協動し、多くの目的のためには不十分な、
質の高い、低エネルギーのビームを発生する。主発振器
１０のビームは、まず、ビーム整形テレスコープ１２を
通過して、ビームの状態をさらに調整し、ジグザグ増幅
器１６に入力される。増幅器の列からなるジグザグ増幅
器１６は、ビームの第１のパス状のビームを増幅し、次
いで、ビームは、イメージリレーされて、位相共役ミラ
ー２０に与えられる。殆どの場合に、ビームが、増幅器
の媒質を通過するにしたがって、増幅器は、ビームの光
学的な波面に、位相収差を生じさせる。しかしながら、
周知のように、位相共役されたビーム形状を、増幅器を
介して逆に通過させることにより、これらの収差を打ち
消すために、位相共役を用いることができる。
【００１１】１／４波長板１８および偏光子１４によ
り、図１に示す構成から、出力ビームを取り出すことが
できる。１／４波長板１８は、プレートを通過する二つ
のパスにより、ビームの偏光角を回転する。より詳細に
は、１／４波長板１８を通過する第１のパスにおいて、
ビームの偏光は、円偏光に変換される。戻りパスにおい
て、円偏光されたビームは、直線偏光された光に戻る
が、その偏光方向は、もとのビームのものと直交する。
戻りパスにおいて、増幅器１６を離れる増幅されたビー
ムは、増幅器１６に入力されるビームに対して直交する
偏光を有するため、偏光子１４を、出力ビームを取り出
すために用いることができる。他の取り出すための方法
では、光学的周波数二倍器アセンブリ２６が使用され、
このアセンブリ２６が、スペクトラムの可視的な部分の
緑の光を取り出す。本発明のもう一つの重要な特徴は、
ジグザグ増幅器１６である。このタイプの増幅器は、数
年にわたって知られてきたものではあるが、これらは、
固有的に、例外的に、良好なビームクオリティを提供す
ることはない。この理由の一つとして、増幅器の作動中
に生じる温度勾配がある。図４（ａ）、図４（ｂ）およ
び図５に示すように、ジグザグ増幅器は、イットリウム
−アルミニウム−ガーネットクリスタル（ＹＡＧ）など
の材料のスラブから構成され、このスラブの対向する側
壁から繰り返し反射することにより、ビームが増幅器を
通過する。スラブのある部分は、番号３０で示されてい
る。従来のジグザグ増幅器において、入力されたビーム
は、ビームが側壁の第１の反射点に向けて屈折するよう
に選択された角度で、スラブの端面に衝突する。３２で
示されるダイオードのアレイは、スラブの両側に配置さ
れ、増幅工程のためのエネルギーを与える。また、この
光学的な励起工程により、スラブ３０内に不均一な熱が
生じる。スラブ３０の側壁にすぐに隣接して、側壁とサ
ファイアまたはこれに類似する物質からなる楔状のウィ
ンドウ３６との間に形成された水路３４により冷却がな
される。本発明の以前には、増幅器を通過するビームの
進行方向に垂直な方向に、すなわち、側壁の短い方向つ
まり高さ方向に沿って、冷却水が吸引されていた。
り、図１に示す構成から、出力ビームを取り出すことが
できる。１／４波長板１８は、プレートを通過する二つ
のパスにより、ビームの偏光角を回転する。より詳細に
は、１／４波長板１８を通過する第１のパスにおいて、
ビームの偏光は、円偏光に変換される。戻りパスにおい
て、円偏光されたビームは、直線偏光された光に戻る
が、その偏光方向は、もとのビームのものと直交する。
戻りパスにおいて、増幅器１６を離れる増幅されたビー
ムは、増幅器１６に入力されるビームに対して直交する
偏光を有するため、偏光子１４を、出力ビームを取り出
すために用いることができる。他の取り出すための方法
では、光学的周波数二倍器アセンブリ２６が使用され、
このアセンブリ２６が、スペクトラムの可視的な部分の
緑の光を取り出す。本発明のもう一つの重要な特徴は、
ジグザグ増幅器１６である。このタイプの増幅器は、数
年にわたって知られてきたものではあるが、これらは、
固有的に、例外的に、良好なビームクオリティを提供す
ることはない。この理由の一つとして、増幅器の作動中
に生じる温度勾配がある。図４（ａ）、図４（ｂ）およ
び図５に示すように、ジグザグ増幅器は、イットリウム
−アルミニウム−ガーネットクリスタル（ＹＡＧ）など
の材料のスラブから構成され、このスラブの対向する側
壁から繰り返し反射することにより、ビームが増幅器を
通過する。スラブのある部分は、番号３０で示されてい
る。従来のジグザグ増幅器において、入力されたビーム
は、ビームが側壁の第１の反射点に向けて屈折するよう
に選択された角度で、スラブの端面に衝突する。３２で
示されるダイオードのアレイは、スラブの両側に配置さ
れ、増幅工程のためのエネルギーを与える。また、この
光学的な励起工程により、スラブ３０内に不均一な熱が
生じる。スラブ３０の側壁にすぐに隣接して、側壁とサ
ファイアまたはこれに類似する物質からなる楔状のウィ
ンドウ３６との間に形成された水路３４により冷却がな
される。本発明の以前には、増幅器を通過するビームの
進行方向に垂直な方向に、すなわち、側壁の短い方向つ
まり高さ方向に沿って、冷却水が吸引されていた。
【００１２】本発明のある特徴によれば、冷却水は、図
５の矢印に示すように、長手方向に、すなわち、スラブ
３０の長い方向に沿って流れ、高さ方向に沿った温度勾
配を最小にする。ビームのジグザグ状のパスが、長手方
向に沿って進行するにしたがって、このパスは、横断方
向の温度効果を平均化する傾向にある。本発明の他の重
要な特徴によれば、ビームは、正規な角度（すなわち、
直角）に近い角度で、増幅器に入射される。これによっ
て、スラブ３０のエッジからの外部反射により生ずる偏
光が最小となり、したがって、１／４波長板１８および
偏光子１４の使用により、装置から増幅されたビームを
取り出すことが可能となる。図５に示すように、スラブ
３０の端面４０は、スラブ３０の側壁に垂直でないよう
に形成されている。端面４０と側壁との間の鋭角は、ビ
ームと側壁の法線とのなす角が、側壁からの内部反射に
対する臨界入射角よりも大きいように選択される。した
がって、光ビームは、わずかな屈折で、或いは、屈折す
ることなく増幅器のスラブ３０に入射し、ビームパス４
２、４４に示すように、まず、側壁に反射する。ビーム
の外側エッジを示すパス４２、４４は、側壁から繰り返
し反射することにより、スラブ３０に沿って進行する。
初期入射角が、側壁の各々に沿って、等間隔に形成され
たシャドウストライプが存在するように、スラブの厚み
に対して選択されることが、図５から理解されるであろ
う。たとえば、シャドウストライプ４６、４８は、ビー
ムのいかなる部分も衝突しないデッドゾーンである。増
幅器を通過する戻りパスは、第１のパスの間に、ビーム
パスを正確にトレースする。したがって、デッドゾーン
は、第２のパスの後も保持される。
５の矢印に示すように、長手方向に、すなわち、スラブ
３０の長い方向に沿って流れ、高さ方向に沿った温度勾
配を最小にする。ビームのジグザグ状のパスが、長手方
向に沿って進行するにしたがって、このパスは、横断方
向の温度効果を平均化する傾向にある。本発明の他の重
要な特徴によれば、ビームは、正規な角度（すなわち、
直角）に近い角度で、増幅器に入射される。これによっ
て、スラブ３０のエッジからの外部反射により生ずる偏
光が最小となり、したがって、１／４波長板１８および
偏光子１４の使用により、装置から増幅されたビームを
取り出すことが可能となる。図５に示すように、スラブ
３０の端面４０は、スラブ３０の側壁に垂直でないよう
に形成されている。端面４０と側壁との間の鋭角は、ビ
ームと側壁の法線とのなす角が、側壁からの内部反射に
対する臨界入射角よりも大きいように選択される。した
がって、光ビームは、わずかな屈折で、或いは、屈折す
ることなく増幅器のスラブ３０に入射し、ビームパス４
２、４４に示すように、まず、側壁に反射する。ビーム
の外側エッジを示すパス４２、４４は、側壁から繰り返
し反射することにより、スラブ３０に沿って進行する。
初期入射角が、側壁の各々に沿って、等間隔に形成され
たシャドウストライプが存在するように、スラブの厚み
に対して選択されることが、図５から理解されるであろ
う。たとえば、シャドウストライプ４６、４８は、ビー
ムのいかなる部分も衝突しないデッドゾーンである。増
幅器を通過する戻りパスは、第１のパスの間に、ビーム
パスを正確にトレースする。したがって、デッドゾーン
は、第２のパスの後も保持される。
【００１３】本発明の他の重要な特徴によれば、選択さ
れた影の付いたデッドゾーンは、５０、５２で示される
一対のウォーターシールのセグメントの位置として用い
られる。各シールは、Ｏ−リングまたはこれに類似する
構成であり、スラブ３０と楔状ウィンドウ３６との間に
配置されている。シール５０、５２の各々は、ほぼ矩形
のパスに追従しており、図４に示す長手方向のセグメン
トと、図５に示す横断方向のセグメントとを有するとと
もに、所定の開口（図示せず）を有し、水路３４内か
ら、或いは、水路３４内に水が流出或いは流入するよう
になっている。横断方向のセグメントの位置の重要性
は、強烈な光により光損傷に晒されたときに、シールの
耐久性と関連しなければならないことである。長手方向
のセグメントは、従来通りに、増幅器の活性領域の上下
に配置可能であるが、ビームがスラブ３０の側壁に繰り
返し衝突するために、横断方向のセグメントの位置が問
題となる。しかしながら、本発明は、４６、４８などの
故意に影の付いたデッドゾーンにおいてシール５０、５
２からなる横断方向のセグメントを配置することによ
り、問題を解決している。したがって、シール５０、５
２の各々の長さ全体は、光ビームから常に影となった領
域に配置され、スラブ３０とシール５０、５２との間の
インタフェースへの光損傷が、事実上防止される。
れた影の付いたデッドゾーンは、５０、５２で示される
一対のウォーターシールのセグメントの位置として用い
られる。各シールは、Ｏ−リングまたはこれに類似する
構成であり、スラブ３０と楔状ウィンドウ３６との間に
配置されている。シール５０、５２の各々は、ほぼ矩形
のパスに追従しており、図４に示す長手方向のセグメン
トと、図５に示す横断方向のセグメントとを有するとと
もに、所定の開口（図示せず）を有し、水路３４内か
ら、或いは、水路３４内に水が流出或いは流入するよう
になっている。横断方向のセグメントの位置の重要性
は、強烈な光により光損傷に晒されたときに、シールの
耐久性と関連しなければならないことである。長手方向
のセグメントは、従来通りに、増幅器の活性領域の上下
に配置可能であるが、ビームがスラブ３０の側壁に繰り
返し衝突するために、横断方向のセグメントの位置が問
題となる。しかしながら、本発明は、４６、４８などの
故意に影の付いたデッドゾーンにおいてシール５０、５
２からなる横断方向のセグメントを配置することによ
り、問題を解決している。したがって、シール５０、５
２の各々の長さ全体は、光ビームから常に影となった領
域に配置され、スラブ３０とシール５０、５２との間の
インタフェースへの光損傷が、事実上防止される。
【００１４】本発明の他の重要な特徴は、ダイオードア
レイ３２と増幅器のスラブ３０との間の楔状ウィンドウ
３６を使用することにある。水路３４の透明な外壁とし
て機能するのに加えて、ウィンドウ３６は、ダイオード
アレイ３２の間の光学的補償を与え、垂直方向により均
一な励起作用を与える。ジグザグ増幅器の作動の困難さ
の一つに、意図しないパスをとり、増幅器の作動と干渉
する光の形態の "寄生(parastics)"が存在することがあ
る。たとえば、ほぼ長手方向の寄生光線は、スラブ３０
の端面から反射され、スラブの側壁に、垂直に衝突し得
る。これにより、増幅器にレイジング効果が生じ、光
が、側壁の間で垂直方向に前後に繰り返し反射される。
この種の寄生効果を最小にするために、本発明の増幅器
は、増幅器のスラブ３０の端面上、および、ビームが端
壁とシール５２との間に最初に衝突する側壁の領域上
に、反射防止コーティングを備えている。もう一つのタ
イプの寄生の問題は、スラブ３０の対向する上部エッジ
面と下部エッジ面との間で光線が繰り返し反射すること
である。図４に示すように、この種の寄生は、上部エッ
ジ面および下部エッジ面に与えられたもう一つの反射防
止コーティング６０により抑制されている。このコーテ
ィング６０は、酸化銅或いは黒塗りである。
レイ３２と増幅器のスラブ３０との間の楔状ウィンドウ
３６を使用することにある。水路３４の透明な外壁とし
て機能するのに加えて、ウィンドウ３６は、ダイオード
アレイ３２の間の光学的補償を与え、垂直方向により均
一な励起作用を与える。ジグザグ増幅器の作動の困難さ
の一つに、意図しないパスをとり、増幅器の作動と干渉
する光の形態の "寄生(parastics)"が存在することがあ
る。たとえば、ほぼ長手方向の寄生光線は、スラブ３０
の端面から反射され、スラブの側壁に、垂直に衝突し得
る。これにより、増幅器にレイジング効果が生じ、光
が、側壁の間で垂直方向に前後に繰り返し反射される。
この種の寄生効果を最小にするために、本発明の増幅器
は、増幅器のスラブ３０の端面上、および、ビームが端
壁とシール５２との間に最初に衝突する側壁の領域上
に、反射防止コーティングを備えている。もう一つのタ
イプの寄生の問題は、スラブ３０の対向する上部エッジ
面と下部エッジ面との間で光線が繰り返し反射すること
である。図４に示すように、この種の寄生は、上部エッ
ジ面および下部エッジ面に与えられたもう一つの反射防
止コーティング６０により抑制されている。このコーテ
ィング６０は、酸化銅或いは黒塗りである。
【００１５】また、増幅器の構成は、スラブ３０の上部
エッジ面および下部エッジ面での温度を制御する手段を
有している。上端面および下端面の各々は、スラブ３０
に鉛直に延びるとともに、その長さに沿って水平に延び
る温度制御スロット６２、６４を有している。スロット
６２、６４内の温度は、スロットを流れる流体を使用す
ることにより、或いは、スロット内またはその近傍の伝
導性のある媒質内に埋め込まれたヒーターバーを使用す
ることにより制御される。これらの機構の一つは、垂直
方向の温度分布を制御するために用いられ、これによ
り、スラブの励起されな領域の分布が、励起された領域
の分布と接近する。位相共役セル２０は、従来の誘導ブ
リュアン散乱（ＳＢＳ）セルであり、液体フレオン１１
３または窒素ガスなど適当なＳＢＳ媒質を用いている。
周知のように、ＳＢＳプロセスは、入力ビームの波面を
反転する。（遅れた波面の部分は、先頭となり、その逆
もまた真である。）したがって、第１のパスが増幅器１
６を通過する間に波面に現れた収差は、位相共役セル２
０から反射した後の第２のパスの間に取り消され、事実
上除去される。もちろん、この技法は、第１のパスと第
２のパスとの間に、収差を含む媒質、すなわち、増幅器
のスラブ３０に著しい変化がない場合にのみ、収差を除
去する。増幅器に導入される収差は、原理的には、温度
勾配により引き起こされ、これは比較的ゆっくりと変化
し、したがって、位相共役法により効果的に除去され
る。
エッジ面および下部エッジ面での温度を制御する手段を
有している。上端面および下端面の各々は、スラブ３０
に鉛直に延びるとともに、その長さに沿って水平に延び
る温度制御スロット６２、６４を有している。スロット
６２、６４内の温度は、スロットを流れる流体を使用す
ることにより、或いは、スロット内またはその近傍の伝
導性のある媒質内に埋め込まれたヒーターバーを使用す
ることにより制御される。これらの機構の一つは、垂直
方向の温度分布を制御するために用いられ、これによ
り、スラブの励起されな領域の分布が、励起された領域
の分布と接近する。位相共役セル２０は、従来の誘導ブ
リュアン散乱（ＳＢＳ）セルであり、液体フレオン１１
３または窒素ガスなど適当なＳＢＳ媒質を用いている。
周知のように、ＳＢＳプロセスは、入力ビームの波面を
反転する。（遅れた波面の部分は、先頭となり、その逆
もまた真である。）したがって、第１のパスが増幅器１
６を通過する間に波面に現れた収差は、位相共役セル２
０から反射した後の第２のパスの間に取り消され、事実
上除去される。もちろん、この技法は、第１のパスと第
２のパスとの間に、収差を含む媒質、すなわち、増幅器
のスラブ３０に著しい変化がない場合にのみ、収差を除
去する。増幅器に導入される収差は、原理的には、温度
勾配により引き起こされ、これは比較的ゆっくりと変化
し、したがって、位相共役法により効果的に除去され
る。
【００１６】位相共役の原理は、図６に概略的に示され
ている。主発振器１０により生成され、偏光子１４によ
り透過されたビームが、理想的な波面を有するものとし
て示されており、これは、増幅器１６により収差を含む
ものとなる。第１のパスが増幅器１６を通過したのち
に、ビームは、１／４波長板１８を通過し、適当なレン
ズ７０により、ＳＢＳセル２０に焦点を合わせられる。
反射および位相共役の後に、ビームは依然として収差を
含むが、反対の位相の意味で、増幅器１６において、収
差は打ち消され、収差のないビームが、偏光子１４によ
り、装置から取り出される。図７（ａ）、図７（ｂ）お
よび図７（ｃ）は、本発明の装置から出力ビームを取り
出す他の方法を示す図である。既に説明したように、好
ましい方法は、１／４波長板１８を偏光子１４とともに
用いることである。しかしながら、増幅器が一方の偏光
モードでのみ効果的に作動する複屈折クリスタルを用い
た場合など、この方法を使用することができない場合
に、他の取り出し技法を用いることができる。１／４波
長板１８の代わりに、装置は、偏光子１４の下流に隣接
して配置された光電（ＥＯ）スイッチまたはファラデー
旋光器７１を有している。基本的に、スイッチまたはフ
ァラデー旋光器７１は、戻りビーム、すなわち、第２の
パス上で、増幅器から現れるビームの偏光角のみを回転
する。ＥＯスイッチが用いられた場合に、その動作は、
ビームの戻りパルスが予期されるときにのみ、スイッチ
が作動するように、時間的に定められている。各入力パ
ルスのビームの間に、スイッチは作動せず、ビームに影
響を与えないが、戻りパルスは、入力ビームの偏光角に
直交に回転した偏光角を有している。光学要素のために
使用されるファラデー旋光器７１は、入力ビームおよび
戻りビームの偏光角を、４５°回転する。したがって、
戻りビームは、入力ビームに対して直交する偏光を有
し、以前のように、出力ビームを取り出すように作動す
る。
ている。主発振器１０により生成され、偏光子１４によ
り透過されたビームが、理想的な波面を有するものとし
て示されており、これは、増幅器１６により収差を含む
ものとなる。第１のパスが増幅器１６を通過したのち
に、ビームは、１／４波長板１８を通過し、適当なレン
ズ７０により、ＳＢＳセル２０に焦点を合わせられる。
反射および位相共役の後に、ビームは依然として収差を
含むが、反対の位相の意味で、増幅器１６において、収
差は打ち消され、収差のないビームが、偏光子１４によ
り、装置から取り出される。図７（ａ）、図７（ｂ）お
よび図７（ｃ）は、本発明の装置から出力ビームを取り
出す他の方法を示す図である。既に説明したように、好
ましい方法は、１／４波長板１８を偏光子１４とともに
用いることである。しかしながら、増幅器が一方の偏光
モードでのみ効果的に作動する複屈折クリスタルを用い
た場合など、この方法を使用することができない場合
に、他の取り出し技法を用いることができる。１／４波
長板１８の代わりに、装置は、偏光子１４の下流に隣接
して配置された光電（ＥＯ）スイッチまたはファラデー
旋光器７１を有している。基本的に、スイッチまたはフ
ァラデー旋光器７１は、戻りビーム、すなわち、第２の
パス上で、増幅器から現れるビームの偏光角のみを回転
する。ＥＯスイッチが用いられた場合に、その動作は、
ビームの戻りパルスが予期されるときにのみ、スイッチ
が作動するように、時間的に定められている。各入力パ
ルスのビームの間に、スイッチは作動せず、ビームに影
響を与えないが、戻りパルスは、入力ビームの偏光角に
直交に回転した偏光角を有している。光学要素のために
使用されるファラデー旋光器７１は、入力ビームおよび
戻りビームの偏光角を、４５°回転する。したがって、
戻りビームは、入力ビームに対して直交する偏光を有
し、以前のように、出力ビームを取り出すように作動す
る。
【００１７】利得媒質内に著しく熱的に引き起こされる
複屈折性が存在する環境において、複屈折により、アウ
トカップリング(outcoupling) すなわち反射の際に損失
が生じ、主発振器１０およびビーム整形テレスコープ１
２に損傷を与えるおそれがあるため、この複屈折を除去
し、或いは、減少させることが望ましい。ファラデー旋
光器７１’とともに１／４波長板１８を配置することに
より（図７（ｂ））、利得媒質を通過する第１のパス上
に累積された複屈折が、ビームの偏光の純度(polarizat
ion purity) を元に戻されつつ、戻りパス上で是正され
る。ファラデー旋光器７１’は、全体で９０°の偏光角
で回転させ、これは、増幅器１６内のいかなる複屈折の
影響を打ち消すのみならず、偏光子１４を介したアウト
カップリングすなわち反射を可能とする。図７（ｂ）の
構成の下で、ＳＢＳセル２０に照射された光は、最も直
線偏光された光である。液体などのＳＢＳ媒質は、１／
４波長板を使用した場合に、円偏光された光に対する光
学的絶縁破壊の閾値よりもはるかに低い直線偏光された
光に対する閾値を有する。絶縁破壊の閾値が低いこと
は、ＳＢＳセル２０を使用することができるエネルギー
の範囲を制限し、高出力エネルギーおよび大きな明るさ
を達成することができなくなる。
複屈折性が存在する環境において、複屈折により、アウ
トカップリング(outcoupling) すなわち反射の際に損失
が生じ、主発振器１０およびビーム整形テレスコープ１
２に損傷を与えるおそれがあるため、この複屈折を除去
し、或いは、減少させることが望ましい。ファラデー旋
光器７１’とともに１／４波長板１８を配置することに
より（図７（ｂ））、利得媒質を通過する第１のパス上
に累積された複屈折が、ビームの偏光の純度(polarizat
ion purity) を元に戻されつつ、戻りパス上で是正され
る。ファラデー旋光器７１’は、全体で９０°の偏光角
で回転させ、これは、増幅器１６内のいかなる複屈折の
影響を打ち消すのみならず、偏光子１４を介したアウト
カップリングすなわち反射を可能とする。図７（ｂ）の
構成の下で、ＳＢＳセル２０に照射された光は、最も直
線偏光された光である。液体などのＳＢＳ媒質は、１／
４波長板を使用した場合に、円偏光された光に対する光
学的絶縁破壊の閾値よりもはるかに低い直線偏光された
光に対する閾値を有する。絶縁破壊の閾値が低いこと
は、ＳＢＳセル２０を使用することができるエネルギー
の範囲を制限し、高出力エネルギーおよび大きな明るさ
を達成することができなくなる。
【００１８】高エネルギーが必要である場合に、図１の
構成の１／４波長板１８により与えられるように、ＳＢ
Ｓセル２０において、円偏光された光を使用するが、増
幅器の利得媒質内に熱的に引き起こされる複屈折の影響
を実質的に減少させるための技術をさらに提供するのが
好ましい。このために、ＳＢＳセル２０でビームの偏光
の純度を元に戻すことにより、二つの要因のうちの一つ
による複屈折を減少するために、他の取り出し方法を用
いることができる。図７（ｃ）は、二つの偏光子７２、
７３、二つのミラー７４、７５、二つの半波長板７６、
７７およびファラデー旋光器７８の組合せを用いて、複
屈折から生じる直角に偏光された光を除去する光学的構
成を示している。増幅器１６およびイメージリレーテレ
スコープ１７からの光は、二つの成分を含むと考えられ
る。すなわち、入力ビームから取り出され、増幅器内で
複屈折により影響を与えられないものと、複屈折の影響
により、直角に直線偏光されたより少ない成分とであ
る。イメージリレーテレスコープ１７からの光は、ま
ず、偏光子７２に衝突し、おそらく、総計でたとえば９
０％以上の光である第１の成分が通過し、複屈折により
直角に偏光された成分が反射される。説明のために、入
力された光ビーム、すなわち、偏光子７２を透過した主
たる成分が、水平方向に偏光され、かつ、偏光子７２に
より反射された複屈折の成分が、垂直方向に偏光される
ものとする。垂直方向に偏光された光の成分は、ミラー
７４により反射され、受動半波長板７６およびファラデ
ー旋光器７８を通過し、他の偏光子７３からの反射によ
り "励起" される。前方方向（図面では右方向）におい
て、半波長板７６とファラデー旋光器７８との組合せ
は、偏光角の打ち消し回転を生成する。したがって、複
屈折の成分は、垂直方向に偏光されたままであり、偏光
子７３により反射される。
構成の１／４波長板１８により与えられるように、ＳＢ
Ｓセル２０において、円偏光された光を使用するが、増
幅器の利得媒質内に熱的に引き起こされる複屈折の影響
を実質的に減少させるための技術をさらに提供するのが
好ましい。このために、ＳＢＳセル２０でビームの偏光
の純度を元に戻すことにより、二つの要因のうちの一つ
による複屈折を減少するために、他の取り出し方法を用
いることができる。図７（ｃ）は、二つの偏光子７２、
７３、二つのミラー７４、７５、二つの半波長板７６、
７７およびファラデー旋光器７８の組合せを用いて、複
屈折から生じる直角に偏光された光を除去する光学的構
成を示している。増幅器１６およびイメージリレーテレ
スコープ１７からの光は、二つの成分を含むと考えられ
る。すなわち、入力ビームから取り出され、増幅器内で
複屈折により影響を与えられないものと、複屈折の影響
により、直角に直線偏光されたより少ない成分とであ
る。イメージリレーテレスコープ１７からの光は、ま
ず、偏光子７２に衝突し、おそらく、総計でたとえば９
０％以上の光である第１の成分が通過し、複屈折により
直角に偏光された成分が反射される。説明のために、入
力された光ビーム、すなわち、偏光子７２を透過した主
たる成分が、水平方向に偏光され、かつ、偏光子７２に
より反射された複屈折の成分が、垂直方向に偏光される
ものとする。垂直方向に偏光された光の成分は、ミラー
７４により反射され、受動半波長板７６およびファラデ
ー旋光器７８を通過し、他の偏光子７３からの反射によ
り "励起" される。前方方向（図面では右方向）におい
て、半波長板７６とファラデー旋光器７８との組合せ
は、偏光角の打ち消し回転を生成する。したがって、複
屈折の成分は、垂直方向に偏光されたままであり、偏光
子７３により反射される。
【００１９】主たるビームすなわち水平方向に偏光され
たビームは、下部半波長板７７により垂直に変化した偏
光角を有し、これは、次いで、ミラー７５に反射され、
再度、偏光子７３により反射される。次いで、主ビーム
は、１／４波長板１８により、円偏光された光に変換さ
れ、ＳＢＳセル２０に入る。ＳＢＳセル２０から反射さ
れる際に、主ビームは、１／４波長板１８により、水平
方向に偏光された光に変換され、次いで、偏光子７３を
透過する。その戻りパス上で、主たるビームの成分は、
ファラデー旋光器７８および他の半波長板７６に遭遇
し、この方向において、二つの成分は合成され、偏光角
の９０°回転がなされる。したがって、主たるビーム
は、垂直方向に偏光され、ミラー７４および偏光子７２
から反射される。したがって、増幅器１６に戻ったビー
ムは、入力ビームに対して直角に偏光され、複屈折の成
分の全てが除去されている。増幅器１６を通過する戻り
パスにおいて、偏光は、複屈折の影響により、再度、よ
り "純度" を有さないものとされるが、図７（ｃ）の構
成は、複屈折を５０％減少させている。たとえば、複屈
折の部分が、各増幅器に対して１０％であるならば、本
発明は、複屈折の全影響を、２０％から１０％に減少さ
せる。
たビームは、下部半波長板７７により垂直に変化した偏
光角を有し、これは、次いで、ミラー７５に反射され、
再度、偏光子７３により反射される。次いで、主ビーム
は、１／４波長板１８により、円偏光された光に変換さ
れ、ＳＢＳセル２０に入る。ＳＢＳセル２０から反射さ
れる際に、主ビームは、１／４波長板１８により、水平
方向に偏光された光に変換され、次いで、偏光子７３を
透過する。その戻りパス上で、主たるビームの成分は、
ファラデー旋光器７８および他の半波長板７６に遭遇
し、この方向において、二つの成分は合成され、偏光角
の９０°回転がなされる。したがって、主たるビーム
は、垂直方向に偏光され、ミラー７４および偏光子７２
から反射される。したがって、増幅器１６に戻ったビー
ムは、入力ビームに対して直角に偏光され、複屈折の成
分の全てが除去されている。増幅器１６を通過する戻り
パスにおいて、偏光は、複屈折の影響により、再度、よ
り "純度" を有さないものとされるが、図７（ｃ）の構
成は、複屈折を５０％減少させている。たとえば、複屈
折の部分が、各増幅器に対して１０％であるならば、本
発明は、複屈折の全影響を、２０％から１０％に減少さ
せる。
【００２０】主発振器２２は、ほぼ回折限界パルス出力
を生成するのに適当なデザインのものであれば、いかな
るものであってもよいが、好ましい実施例が、図２
（ａ）、図２（ｂ）および図３に示されている。主発振
器２２の利得媒質は、イットリウム−アルミニウム−ガ
ーネット（ＹＡＧ）ロッド８０であり、このロッド８０
は、二次元のダイオードアレイ８２により側面励起さ
れ、ロッド８０の上下に配置されたロッドシートシンク
８４を有している。ロッド８０は、ダイオードアレイ８
２と反対の円筒面上に高反射（ＨＲ）コーティング８６
を備えるとともに、その反対の面上に、ダイオードアレ
イに隣接して、反射防止（ＡＲ）コーティング８８を備
えている。また、９２で示すように軸を外した寄生を抑
制するための寄生抑制コーティング９０が設けられてい
る。主発振器のための光学的レイアウト（図３）に示す
ように、主発振器は、全反射器９４とアウトカプラ(out
coupler)９６とにより画定される共振器のキャビティ内
に配置されている。共振器は、シードレーザ(seed lase
r)９７から成長したインジェクション(injection) であ
り、偏光子９８およびポッケルスセル１００によりＱス
イッチングされ、所望のレイトの出力パルスを与える。
この構成は、良好な時間、振幅および方向的安定性をも
った近回折限界されＱスイッチングされたパルスを出力
する。
を生成するのに適当なデザインのものであれば、いかな
るものであってもよいが、好ましい実施例が、図２
（ａ）、図２（ｂ）および図３に示されている。主発振
器２２の利得媒質は、イットリウム−アルミニウム−ガ
ーネット（ＹＡＧ）ロッド８０であり、このロッド８０
は、二次元のダイオードアレイ８２により側面励起さ
れ、ロッド８０の上下に配置されたロッドシートシンク
８４を有している。ロッド８０は、ダイオードアレイ８
２と反対の円筒面上に高反射（ＨＲ）コーティング８６
を備えるとともに、その反対の面上に、ダイオードアレ
イに隣接して、反射防止（ＡＲ）コーティング８８を備
えている。また、９２で示すように軸を外した寄生を抑
制するための寄生抑制コーティング９０が設けられてい
る。主発振器のための光学的レイアウト（図３）に示す
ように、主発振器は、全反射器９４とアウトカプラ(out
coupler)９６とにより画定される共振器のキャビティ内
に配置されている。共振器は、シードレーザ(seed lase
r)９７から成長したインジェクション(injection) であ
り、偏光子９８およびポッケルスセル１００によりＱス
イッチングされ、所望のレイトの出力パルスを与える。
この構成は、良好な時間、振幅および方向的安定性をも
った近回折限界されＱスイッチングされたパルスを出力
する。
【００２１】図８に示すように、ビーム整形テレスコー
プ１２は、ファラデーアイソレータ２４および一以上の
テレスコープ１０２、１０４により影響を与えられる。
ファラデーアイソレータ２４は、増幅器１６内の複屈折
により偏光子１４を介して漏れるエネルギーから、主発
振器２２を保護する。したがって、図７（ｃ）の構成に
おいて、ファラデーアイソレータ２４は、増幅器１６を
通過する戻りパスの間に、引き起こされる複屈折の成分
を除去するように機能する。テレスコープ１０２、１０
４は、主発振器のビームを拡大し、均一なビームが、増
幅器１６に照射される。図９は、周知のイメージリレー
要素および複数の増幅器１６・１、１６・２および１６
・３を用いて、本発明をいかに実行するかを示してい
る。空間フィルタ１１０・１、１１０・２が、隣接する
増幅器ステージの間に配置され、（回折限界の２０倍な
いし１００倍の）大きな孔を有し、増幅器の間のＡＳＥ
および寄生発振を防止するように働く。レンズ１１２に
より示される物点および像点が無限遠のイメージリレー
テレスコープは、ステージの間のビームを伝搬し、増幅
器などの固い孔(hard apertures)からの回折の影響を防
止するように機能する。図９の構成は、本発明のより実
際的な実施例であるが、これに限定されるものではな
い。
プ１２は、ファラデーアイソレータ２４および一以上の
テレスコープ１０２、１０４により影響を与えられる。
ファラデーアイソレータ２４は、増幅器１６内の複屈折
により偏光子１４を介して漏れるエネルギーから、主発
振器２２を保護する。したがって、図７（ｃ）の構成に
おいて、ファラデーアイソレータ２４は、増幅器１６を
通過する戻りパスの間に、引き起こされる複屈折の成分
を除去するように機能する。テレスコープ１０２、１０
４は、主発振器のビームを拡大し、均一なビームが、増
幅器１６に照射される。図９は、周知のイメージリレー
要素および複数の増幅器１６・１、１６・２および１６
・３を用いて、本発明をいかに実行するかを示してい
る。空間フィルタ１１０・１、１１０・２が、隣接する
増幅器ステージの間に配置され、（回折限界の２０倍な
いし１００倍の）大きな孔を有し、増幅器の間のＡＳＥ
および寄生発振を防止するように働く。レンズ１１２に
より示される物点および像点が無限遠のイメージリレー
テレスコープは、ステージの間のビームを伝搬し、増幅
器などの固い孔(hard apertures)からの回折の影響を防
止するように機能する。図９の構成は、本発明のより実
際的な実施例であるが、これに限定されるものではな
い。
【００２２】図１０は、本発明にかかる装置の性能を示
すグラフである。特に、グラフは、主発振器のエネルギ
ーに対する種々の取り出されたエネルギーおよびビーム
クオリティを示している。ビームクオリティは、主発振
器のエネルギーレベルの広範囲にわたって、回折限界の
１．１倍と、比較的一定である。１００ワットに到る平
均パワーが、このビームクオリティをもって記録されて
おり、クオリティーの高い、極めて明るいビームが得ら
れる。上述したことから、本発明が、明るさの大きいレ
ーザの分野およびジグザグ増幅器の分野において、著し
い利点を有していることが理解されるであろう。とく
に、本発明は、きわめて明るさが大きく、かつ、ビーム
クオリティの高いレーザアーキテクチャと、従来技術の
他の増幅器の欠点を除去したジグザグ増幅器とを提供す
る。本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許
請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可
能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるもので
あることはいうまでもない。
すグラフである。特に、グラフは、主発振器のエネルギ
ーに対する種々の取り出されたエネルギーおよびビーム
クオリティを示している。ビームクオリティは、主発振
器のエネルギーレベルの広範囲にわたって、回折限界の
１．１倍と、比較的一定である。１００ワットに到る平
均パワーが、このビームクオリティをもって記録されて
おり、クオリティーの高い、極めて明るいビームが得ら
れる。上述したことから、本発明が、明るさの大きいレ
ーザの分野およびジグザグ増幅器の分野において、著し
い利点を有していることが理解されるであろう。とく
に、本発明は、きわめて明るさが大きく、かつ、ビーム
クオリティの高いレーザアーキテクチャと、従来技術の
他の増幅器の欠点を除去したジグザグ増幅器とを提供す
る。本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許
請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可
能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるもので
あることはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、ビームクオリティに優
れ、明るさの優れたビームを提供するレーザ源を提供す
ることが可能となる。
れ、明るさの優れたビームを提供するレーザ源を提供す
ることが可能となる。
【図１】図１は、本発明の原理に基づく実施例にかかる
位相共役の主発振器パワーアンプ(PC MOPA) の光学的な
概略的ダイヤグラムである。
位相共役の主発振器パワーアンプ(PC MOPA) の光学的な
概略的ダイヤグラムである。
【図２】図２（ａ）は、図１の構成で使用される主発振
器ロッドアセンブリの略端面図であり、図２（ｂ）は、
図２（ａ）の主発振器ロッドアセンブリの略正面図であ
る。
器ロッドアセンブリの略端面図であり、図２（ｂ）は、
図２（ａ）の主発振器ロッドアセンブリの略正面図であ
る。
【図３】図３は、図１の構成で使用される主発振器共振
器の光学的な概略的ダイヤグラムである。
器の光学的な概略的ダイヤグラムである。
【図４】図４（ａ）は、本発明にしたがったレーザヘッ
ド（増幅器）の略端面図であり、図４（ｂ）は、図４
（ａ）のレーザヘッドで使用されるダイオードアレイモ
ジュールの斜視図である。
ド（増幅器）の略端面図であり、図４（ｂ）は、図４
（ａ）のレーザヘッドで使用されるダイオードアレイモ
ジュールの斜視図である。
【図５】図５は、図１の構成で使用されるジグザグ増幅
器の部分略正面図である。
器の部分略正面図である。
【図６】図６は、位相共役セルの作動を示す概略的ダイ
ヤグラムである。
ヤグラムである。
【図７】図７は、本発明のレーザ構成からエネルギーを
取り出すための３つの技術を示す図である。
取り出すための３つの技術を示す図である。
【図８】本発明の主発振器においてビームを整形するた
めの好ましい構成を示す光学的概略図である。
めの好ましい構成を示す光学的概略図である。
【図９】イメージリレーテレスコープおよび多数の増幅
器を使用した本発明の他の実施例を示す図である。
器を使用した本発明の他の実施例を示す図である。
【図１０】主発振器のエネルギーに対する取り出された
エネルギーおよびビームクオリティをそれぞれ示すグラ
フである。
エネルギーおよびビームクオリティをそれぞれ示すグラ
フである。
１０ 主発振器 １２ ビーム整形テレスコープ １４ 偏光子 １６ ジグザグ増幅器 １７ イメージリレーテレスコープ １８ １／４波長板 ２０ 位相共役ミラー ２６ 光学的周波数二倍器アセンブリ ３０ スラブ ３２ ダイオードアレイ ３４ 水路 ３６ ウィンドウ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランダル ジェイ セント ピエール アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90403 サンタ モニカ シックスス ス トリート 928 アパートメント ２ (72)発明者 ロジャー シー ヒルヤード アメリカ合衆国 カリフォルニア州 91351−1724 キャニオン カウンティー ラーヴェダ 16831 (72)発明者 ジョージ エム ハーポール アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90731 サン ペドロ イーストマン プ レイス 812 (72)発明者 キャロリン エス ハーファー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90265 マリブ フーズ ロード 2712
Claims (30)
- 【請求項１】 優れた明るさの固体レーザ源であって、 ほぼ回折限界ビームクオリティを有するパルス状のビー
ムを生成する主発振器と、 第１のパスの間に、前記主発振器からのビームを受け入
れて、増幅するように配置されたジグザグスラブ増幅器
と、 入力ビームから見て、増幅器の下流に配置されたイメー
ジリレーテレスコープと、 ジグザグスラブ増幅器からの増幅された入力ビームを受
け入れるとともに、第２のパスの間に、位相共役された
形態のビームを、ジグザグスラブ増幅器に戻すように反
射するように配置された位相共役セルであって、前記第
１のパスの間に、ジグザグスラブ増幅器内に引き起こさ
れた収差が、第２のパスの間に、実際に打ち消されるよ
うに構成された位相共役セルと、 増幅器を通過する前記第２のパスの後に、増幅されたビ
ームを取り出す手段とを備え、取り出された増幅された
ビームが、優れたビームクオリティと、優れた明るさと
を有するように構成されたことを特徴とする固体レーザ
源。 - 【請求項２】 前記増幅されたビームを取り出す手段
が、 前記ジグザグ増幅器と前記位相共役セルとの間に配置さ
れ、前記第２のパスにおいて前記増幅器に入力される光
ビームの偏光角を回転する１／４波長板と、 前記主発振器と前記ジグザグ増幅器との間に配置された
偏光子とを有し、前記偏光子が、前記主発振器からの光
を前記増幅器に透過させるが、前記増幅器からの異なっ
て偏光された戻りビームを反射するように構成されたこ
とを特徴とする請求項１に記載のレーザ源。 - 【請求項３】 前記増幅されたビームを取り出す手段
が、 主発振器の出力に配置された偏光子と、 前記偏光子と前記増幅器との間に配置され、前記増幅器
からの戻りビームの偏光角を回転する手段とを有し、前
記偏光子が、前記主発振器からの光を前記増幅器に透過
させるが、前記増幅器から異なって偏光された戻りビー
ムを反射するように構成されたことを特徴とする請求項
１に記載のレーザ源。 - 【請求項４】 さらに、前記イメージリレーテレスコー
プと位相共役セルとの間に配置されたファラデー旋光器
を備え、 入力ビームが直線偏光され、前記ファラデー旋光器が、
二つのパスが通過する結果、全体で９０°だけ偏光角を
回転し、第１のパスの間に生じた複屈折が、第２のパス
の間に効果的に除去され、 前記増幅されたビームを取り出す手段が、前記主発振器
と前記ジグザグ増幅器との間に配置された偏光子を有
し、 前記ファラデー旋光器が、直角に偏光された戻りビーム
を生成し、したがって、前記ファラデー旋光器が、偏光
子により反射される増幅された戻りビームを取り出す手
段の一部として働くように構成されたことを特徴とする
請求項１に記載のレーザ源。 - 【請求項５】 さらに、前記位相共役セルに隣接して配
置され、入力ビームの直線偏光された光を、より効果的
に位相共役セルにおいて使用するために、円偏光された
光に変換し、位相共役セルから反射された円偏光された
光を、戻りビームのために、直角に直線偏光された光に
変換する１／４波長板と、 前記ジグザグ増幅器内で生ずる複屈折による影響を減少
させる手段とを備え、 前記増幅されたビームを取り出す手段が、直角に直線偏
光された戻りビームを反射する偏光子を有することを特
徴とする請求項１に記載のレーザ源。 - 【請求項６】 前記複屈折による影響を減少させる手段
が、 増幅された入力ビームの複屈折により生じた全ての成分
を除去し、増幅された入力ビームの主たる成分を、前記
１／４波長板に透過させ、入力ビームの主たる成分の偏
光角と直交する偏光角を有する反射された戻りビーム
を、前記増幅器に戻すように透過させる手段を有するこ
とを特徴とする請求項５に記載のレーザ源。 - 【請求項７】 前記複屈折による影響を減少させる手段
が、 前記増幅器と前記１／４波長板との間に配置され、第１
の光学的パスに沿った増幅された入力ビームの主たる成
分を透過させるとともに、第２の光学的パスに沿った増
幅された入力ビームの直角に複屈折された成分を反射す
る第１の偏光感知手段と、 前記第１の光学的パス内に配置され、前記主たる成分の
偏光角を９０°だけ回転する光学的手段と、 前記第２の光学的パス内に配置され、前方方向への光
を、偏光角を変化させることなしに透過させるととも
に、戻り方向において前記第２の光学的パスを横断する
光に対して、偏光角を９０°回転する手段であって、入
力ビームの複屈折された成分が、影響されることなく前
記第２の光学的パスを通過するように構成された手段
と、 前記第１の光学的パスと前記第２の光学的パスとの接合
に配置された第２の偏光感知手段とを備え、前記入力ビ
ームの主たる成分が、前記第１の光学的パスから前記１
／４波長板に反射され、前記複屈折された成分が、空間
に反射されて廃棄され、前記１／４波長板からの戻りビ
ームが、前記第２の光学的パスに沿って、戻って透過さ
れ、 前記戻りビームが、前記第２の光学的パス内の前記光学
的手段により、その偏光角が９０°回転され、前記増幅
器の背後の前記第１の偏光感知手段により反射されるよ
うに構成されたことを特徴とする請求項５に記載のレー
ザ源。 - 【請求項８】 前記第１の偏光感知手段および前記第２
の偏光感知手段が、ある方向に直線偏光された光を反射
するとともに、垂直方向に直線偏光された光を透過させ
る偏光子であることを特徴とする請求項７に記載のレー
ザ源。 - 【請求項９】 前記第１の光学的パスおよび前記第２の
光学的パスの各々がミラーを有することを特徴とする請
求項７に記載のレーザ源。 - 【請求項１０】 前記増幅されたビームを取り出す手段
が、前記主発振器と前記ジグザグ増幅器との間に配置さ
れ、前記源からの光を反射する周波数二倍器アセンブリ
を有していることを特徴とする請求項１に記載のレーザ
源。 - 【請求項１１】 前記ジグザグスラブ増幅器が、 固体レーザ材料のスラブであって、二つの対向する側壁
を有し、ビームが前記増幅器を通って長手方向に進行す
るのにしたがって、この側壁から、繰り返し反射するよ
うになっており、かつ、二つの対向する垂直な端壁を有
し、この端壁は、光ビームが、端壁に実際に垂直な角度
で入力され得るように構成され、それにより、ほぼ直角
な入射角の光の入力が、ビームの偏光に依存しないロス
の少ない照射を提供するように構成されたスラブと、 前記側壁の少なくとも一つに密に隣接して配置され、前
記増幅器にパワーを与える少なくとも一つのダイオード
アレイと、 前記側壁に接触して液体を流すことにより、前記側壁を
冷却する手段とを有することを特徴とする請求項１に記
載のレーザ源。 - 【請求項１２】 前記側壁を冷却する手段が、前記側壁
を通る長手方向に液体を流し、垂直方向の温度勾配を最
小にする手段を有することを特徴とする請求項１１に記
載のレーザ源。 - 【請求項１３】 前記長手方向に液体を流す手段が、 各側壁に隣接し、これと平行に配置され、冷却液を流す
ための流路を形成する透明なウィンドウと、 前記透明なウィンドウと前記側壁との間に設けられたシ
ールであって、光の当たらない側壁のデッドゾーンに配
置された横断セグメントを有し、各側壁内への光の入射
角が、光の当たらないデッドゾーンを提供するようにビ
ーム幅に対して選択されることを特徴とする請求項１２
に記載のレーザ源。 - 【請求項１４】 前記スラブが、さらに、その端壁およ
び入力光ビームが最初に衝突する側壁の部分に、反射防
止コーティングを有し、長手方向にほぼ平行な寄生光線
が、前記反射防止コーティングにより抑制されるように
構成されたことを特徴とする請求項１３に記載のレーザ
源。 - 【請求項１５】 前記ジグザグ増幅器が、前記増幅器の
前記スラブの上部エッジ面および下部エッジ面に配置さ
れ、垂直方向の温度勾配を改善する温度制御手段と、前
記上部エッジ面および前記下部エッジ面上に設けられ、
鉛直方向の成分を有する寄生光線を抑制する反射防止コ
ーティングとを有していることを特徴とする請求項１１
に記載のレーザ源。 - 【請求項１６】 優れた明るさの固体レーザ源であっ
て、 ほぼ回折限界ビームクオリティを有するパルス状のビー
ムを生成する主発振器と、 第１のパスの間に、前記主発振器からのビームを受け入
れて、増幅するように配置された増幅器と、 増幅器からの増幅されたビームを受け入れるとともに、
第２のパスの間に、位相共役された形態のビームを、増
幅器に戻すように反射するように配置された位相共役セ
ルであって、前記第１のパスの間に、増幅器内に引き起
こされた収差が、第２のパスの間に、実際に打ち消され
るように構成された位相共役セルと、 増幅器を通過する第１のパス中に引き起こされる複屈折
の影響を除去する手段と、 増幅器を通過する前記第２のパスの後に、増幅されたビ
ームを取り出す手段であって、前記位相共役セルに隣接
して配置された１／４波長板と、前記主発振器と前記増
幅器との間に配置された偏光子とを有する手段を備え、
前記１／４波長板が、円偏光された光が前記位相共役セ
ルに入力されること、および、戻りビームが直角に偏光
されることを保証し、取り出された増幅されたビーム
が、優れたビームクオリティと、優れた明るさとを有す
るように構成されたことを特徴とする固体レーザ源。 - 【請求項１７】 前記複屈折の影響を除去する手段が、
増幅された入力ビームの複屈折により生じた全ての成分
を除去し、増幅された入力ビームの主たる成分を、前記
１／４波長板に透過させ、入力ビームの主たる成分の偏
光角と直交する偏光角を有する反射された戻りビーム
を、前記増幅器に戻すように透過させる手段を有するこ
とを特徴とする請求項１６に記載のレーザ源。 - 【請求項１８】 前記複屈折の影響を除去する手段が、 前記増幅器と前記１／４波長板との間に配置され、第１
の光学的パスに沿った増幅された入力ビームの主たる成
分を透過させるとともに、第２の光学的パスに沿った増
幅された入力ビームの直角に複屈折された成分を反射す
る第１の偏光感知手段と、 前記第１の光学的パス内に配置され、前記主たる成分の
偏光角を９０°だけ回転する光学的手段と、 前記第２の光学的パス内に配置され、前方方向への光
を、偏光角を変化させることなしに透過させるととも
に、戻り方向において前記第２の光学的パスを横断する
光に対して、偏光角を９０°回転する手段であって、入
力ビームの複屈折された成分が、影響されることなく前
記第２の光学的パスを通過するように構成された手段
と、 前記第１の光学的パスと前記第２の光学的パスとの接合
に配置された第２の偏光感知手段とを備え、前記入力ビ
ームの主たる成分が、前記第１の光学的パスから前記１
／４波長板に反射され、前記複屈折された成分が、空間
に反射されて廃棄され、前記１／４波長板からの戻りビ
ームが、前記第２の光学的パスに沿って、戻って透過さ
れ、 前記戻りビームが、前記第２の光学的パス内の前記光学
的手段により、その偏光角が９０°回転され、前記増幅
器の背後の前記第１の偏光感知手段により反射されるよ
うに構成されたことを特徴とする請求項１６に記載のレ
ーザ源。 - 【請求項１９】 前記第１の偏光感知手段および前記第
２の偏光感知手段が、ある方向に直線偏光された光を反
射するとともに、垂直方向に直線偏光された光を透過さ
せる偏光子であることを特徴とする請求項１８に記載の
レーザ源。 - 【請求項２０】 前記第１の光学的パスおよび前記第２
の光学的パスの各々がミラーを有することを特徴とする
請求項１８に記載のレーザ源。 - 【請求項２１】 前記複屈折の影響を除去する手段が、 前記増幅器からの増幅された入力ビームを受け入れ、前
記ビームを、第１の光学的パスに沿った主たる成分と第
２の光学的パスに沿った複屈折された成分とに分離する
第２の偏光子と、 前記第１の光学的パス内に配置され、前記主たる成分の
偏光角を９０°だけ回転する半波長板と、 前記第２の光学的パス内に配置され、前記複屈折された
成分の偏光角に何ら影響を与えることのない第２の半波
長板およびファラデー旋光器と、 前記第１の光学的パスおよび前記第２の光学的パスから
の光を受け入れるように配置された第３の偏光子とを備
え、前記第２のパスからの複屈折された成分が、空間に
反射されて廃棄され、前記第１の光学的パスからの主た
る成分が、前記１／４波長板に反射され、前記１／４波
長板を介して前記位相共役セルにより戻りビームとして
反射され、 前記第３の偏光子が、直角に偏光された戻りビームを、
第２の光学的パスに沿って戻すように透過させ、前記フ
ァラデー旋光器および前記半波長板が、偏光角を正味９
０°回転し、前記第２の偏光子が、いかなる複屈折され
た成分なしに、戻りビームを前記増幅器に反射するよう
に構成されたことを特徴とする請求項１６に記載のレー
ザ源。 - 【請求項２２】 光学的増幅器を介した入力光ビームの
第１のパス内に引き起こされる複屈折の影響を除去する
方法であって、 入力光ビームを、第１の直交する直線偏光角および第２
の直交する直線偏光角を有する主たる成分および複屈折
された成分に分離し、 主たる成分の偏光方向を９０°回転して、第２の偏光角
を有するようにし、 複屈折された成分および回転された主たる成分を、偏光
感知反射器に向け、複屈折された成分が空間に反射され
て廃棄されるとともに、主たる成分が１／４波長板に反
射されるようにし、 直線偏光された主たる成分を、円偏光された光に変換
し、 円偏光された光を、位相共役セルから、１／４波長板を
介して反射させ、 円偏光された反射ビームを、第１の偏光角を有する直線
偏光された光に変換し、 戻りビームを、偏光感知反射器を介して、第２の光学的
パスに沿って透過させ、 入力ビームに影響を与えない第２のパス上の光学的構成
部品を用いて、戻りビームの偏光角を回転し、 複屈折の成分を含まない第２の偏光角を有する戻りビー
ムを、増幅器に戻すように反射し、 他の偏光感知反射器を用いて、戻りビームを出力ビーム
として取り出すように構成されたことを特徴とする方
法。 - 【請求項２３】 前記戻りビームの偏光角を回転するス
テップが、 連続的にファラデー旋光器と半波長板とを介して、戻り
ビームを透過させ、戻りビームの偏光角を９０°回転す
るステップを有し、前記ファラデー旋光器および前記半
波長板が、第２の光学的パスに沿って前方方向に、これ
らを通過する複屈折された成分に何ら影響を与えないよ
うに構成されていることを特徴とする請求項２２に記載
の方法。 - 【請求項２４】 固体ジグザグスラブ増幅器であって、 固体レーザ材料のスラブであって、二つの対向する側壁
を有し、ビームが前記増幅器を通って長手方向に進行す
るのにしたがって、この側壁から、繰り返し反射するよ
うになっており、かつ、二つの対向する垂直な端壁を有
し、この端壁は、光ビームが、端壁に実際に垂直な角度
で入力され得るように構成され、それにより、ほぼ直角
な入射角の光の入力が、ビームの偏光に依存しないロス
の少ない照射を提供するように構成されたスラブと、 前記側壁の少なくとも一つに密に隣接して配置され、前
記増幅器にパワーを与える少なくとも一つのダイオード
アレイと、 前記側壁に接触して液体を流すことにより、前記側壁を
冷却する手段とを備えたことを特徴とする固体ジグザグ
スラブ増幅器。 - 【請求項２５】 前記側壁の冷却手段が、前記側壁を通
る長手方向に液体を流し、垂直方向の温度勾配を最小に
する手段を有することを特徴とする請求項２４に記載の
ジグザグ増幅器。 - 【請求項２６】 前記長手方向に液体を流す手段が、 各側壁に隣接し、これと平行に配置され、冷却液を流す
ための流路を形成する透明なウィンドウと、 前記透明なウィンドウと前記側壁との間に設けられたシ
ールであって、光の当たらない側壁のデッドゾーンに配
置された横断セグメントを有し、各側壁内への光の入射
角が、光の当たらないデッドゾーンを提供するようにビ
ーム幅に対して選択されることを特徴とする請求項２４
に記載のジグザグ増幅器。 - 【請求項２７】 前記透明なウィンドウが、垂直方向に
前記ダイオードアレイからのエネルギーをより均一にカ
ップリングするために楔型となっていることを特徴とす
る請求項２６に記載のジグザグ増幅器。 - 【請求項２８】 前記ダイオードアレイの各々が、垂直
方向を向いたダイオードのバーを有し、垂直方向の利得
量を制限するように構成されたことを特徴とする請求項
２６に記載のジグザグ増幅器。 - 【請求項２９】 前記スラブが、さらに、その端壁およ
び入力光ビームが最初に衝突する側壁の部分に、反射防
止コーティングを有し、長手方向にほぼ平行な寄生光線
が、前記反射防止コーティングにより抑制されるように
構成されたことを特徴とする請求項２６に記載のジグザ
グ増幅器。 - 【請求項３０】 さらに、前記増幅器の前記スラブの上
部エッジ面および下部エッジ面に配置され、垂直方向の
温度勾配を改善する温度制御手段と、前記上部エッジ面
および前記下部エッジ面上に設けられ、鉛直方向の成分
を有する寄生光線を抑制する反射防止コーティングとを
有していることを特徴とする請求項２４に記載のジグザ
グ増幅器。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/148,758 US5555254A (en) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | High brightness solid-state laser with zig-zag amplifier |
| US08/148758 | 1993-11-05 | ||
| US8/148758 | 1993-11-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193307A true JPH07193307A (ja) | 1995-07-28 |
| JP2746845B2 JP2746845B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6271978A Expired - Fee Related JP2746845B2 (ja) | 1993-11-05 | 1994-11-07 | 固体レーザ源、複屈折の影響を除去する方法、および、ジグザグ増幅器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5555254A (ja) |
| EP (1) | EP0652616B1 (ja) |
| JP (1) | JP2746845B2 (ja) |
| DE (1) | DE69414524T2 (ja) |
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