JPH1027930A - モノリシックポンプ空洞および方法 - Google Patents
モノリシックポンプ空洞および方法Info
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- JPH1027930A JPH1027930A JP9092452A JP9245297A JPH1027930A JP H1027930 A JPH1027930 A JP H1027930A JP 9092452 A JP9092452 A JP 9092452A JP 9245297 A JP9245297 A JP 9245297A JP H1027930 A JPH1027930 A JP H1027930A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、ポンプ光が効率よくドープされた
結晶材料に吸収されることのできるポンプ空洞を得るこ
とを目的とする。 【解決手段】 活性イオンでドープされた結晶材料で形
成されたコア10と、このコア10と同じタイプの結晶材料
から形成され、コアと共にモノリシックハイＱポンプ空
洞を形成し、縦軸に沿って対向した両側の曲面22, 24を
有しており、それら曲面22, 24が空洞14中にポンプ光を
入射させるための狭い縦方向のスリット状領域28を有し
ているドープされていない外側結晶12と、スリット状領
域28を除く両曲面22, 24上に形成された高反射性のコー
ティングとを備えており、外側結晶12の曲面22, 24の曲
率はスリット状領域28を通って空洞14に入ったポンプ光
を導いてコア10を通過させ反射性のコーティングがポン
プ光を反射して方向を変えて反復的にコア10を通過する
ように選定されていることを特徴とする。
結晶材料に吸収されることのできるポンプ空洞を得るこ
とを目的とする。 【解決手段】 活性イオンでドープされた結晶材料で形
成されたコア10と、このコア10と同じタイプの結晶材料
から形成され、コアと共にモノリシックハイＱポンプ空
洞を形成し、縦軸に沿って対向した両側の曲面22, 24を
有しており、それら曲面22, 24が空洞14中にポンプ光を
入射させるための狭い縦方向のスリット状領域28を有し
ているドープされていない外側結晶12と、スリット状領
域28を除く両曲面22, 24上に形成された高反射性のコー
ティングとを備えており、外側結晶12の曲面22, 24の曲
率はスリット状領域28を通って空洞14に入ったポンプ光
を導いてコア10を通過させ反射性のコーティングがポン
プ光を反射して方向を変えて反復的にコア10を通過する
ように選定されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は結晶レーザに関する
ものであり、特にレーザダイオードによりポンプされる
モノリシック結晶ポンプ空洞に関する。
ものであり、特にレーザダイオードによりポンプされる
モノリシック結晶ポンプ空洞に関する。
【０００２】
【従来の技術】活性イオンによりドープされた結晶レー
ザでは、“ポンプ光”を発生させるために１以上のレー
ザダイオードを使用することが多い。ポンプ光は、ドー
プされた結晶中でイオンを高エネルギ状態に励起する。
このプロセスは“吸収”として知られている。“ポンプ
空洞”は、典型的に均一にドープされた結晶ロッドおよ
びポンプ光反射器のような他の素子を含んでいる。ポン
プ光は典型的に１以上のレーザダイオードにより“サイ
ド・ポンピング”として知られているように空洞の側方
から空洞中に結合されるか、或はそれは“エンド・ポン
ピング”として知られているように空洞の端部から結合
される。レーザは“共振器”中にドープされた結晶ロッ
ドとポンプ空洞を配置することによって生成され、この
共振器は自然発光によって発生した光子、すなわち励起
されたイオンの正常な崩壊により生じたものを反射す
る。例えば、ミラーをドープされた結晶ロッドの一方の
端部に配置し、かつその縦軸に対して垂直に整列させる
ことによって共振器が形成される。“利得”が“損失”
を越えるように、共振器が適切な寸法にされて、十分な
数の光子が共振器内のあちこちに反射された場合、刺激
発光すなわち“レイジング”が発生し、レーザ光を生成
する。レーザ光は典型的にポンプ空洞中のドープされた
結晶ロッドからそのロッドの縦軸に沿って抽出される。
ポンプ空洞は、Ｗ．Ｋoechner 氏による文献（"Solid-S
tate Laser Engineering",3rd edition,Springer Verla
g(1992),ch.6）に記載されている。
ザでは、“ポンプ光”を発生させるために１以上のレー
ザダイオードを使用することが多い。ポンプ光は、ドー
プされた結晶中でイオンを高エネルギ状態に励起する。
このプロセスは“吸収”として知られている。“ポンプ
空洞”は、典型的に均一にドープされた結晶ロッドおよ
びポンプ光反射器のような他の素子を含んでいる。ポン
プ光は典型的に１以上のレーザダイオードにより“サイ
ド・ポンピング”として知られているように空洞の側方
から空洞中に結合されるか、或はそれは“エンド・ポン
ピング”として知られているように空洞の端部から結合
される。レーザは“共振器”中にドープされた結晶ロッ
ドとポンプ空洞を配置することによって生成され、この
共振器は自然発光によって発生した光子、すなわち励起
されたイオンの正常な崩壊により生じたものを反射す
る。例えば、ミラーをドープされた結晶ロッドの一方の
端部に配置し、かつその縦軸に対して垂直に整列させる
ことによって共振器が形成される。“利得”が“損失”
を越えるように、共振器が適切な寸法にされて、十分な
数の光子が共振器内のあちこちに反射された場合、刺激
発光すなわち“レイジング”が発生し、レーザ光を生成
する。レーザ光は典型的にポンプ空洞中のドープされた
結晶ロッドからそのロッドの縦軸に沿って抽出される。
ポンプ空洞は、Ｗ．Ｋoechner 氏による文献（"Solid-S
tate Laser Engineering",3rd edition,Springer Verla
g(1992),ch.6）に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】レーザ設計者の第１の
目的は、ほぼ全てのポンプ光がドープされた結晶によっ
て吸収される効率的な吸収である。このような低損失の
ポンプ空洞を“ハイＱ”を有するという。効率的な吸収
を実現する１つの方法は、高い吸収率の（高度にドープ
された）レーザ材料を使用することである。ドープされ
た結晶を一時に通過したポンプ光の光線は“パス(pas
s)”として知られている。既存の設計のほとんどで、ポ
ンプ光線は漏出する前にドープされた結晶を１、２度し
か通過せず、効率的な吸収を達成するには吸収率の高い
材料を使用する必要がある。吸収率は指数関数で変化す
る。したがって、このような結晶がサイドポンプされた
場合、不均一な吸収およびそれ故の不均一な利得がしば
しば発生し、最高の利得は結晶のエッジ近くに存在す
る。処理を容易にするために、典型的に結晶のコーナー
の角を取る。この角取りはレーザ光を遮光または遮断
し、最高の利得は結晶のエッジに存在するため、非効率
的なレイジングになる。
目的は、ほぼ全てのポンプ光がドープされた結晶によっ
て吸収される効率的な吸収である。このような低損失の
ポンプ空洞を“ハイＱ”を有するという。効率的な吸収
を実現する１つの方法は、高い吸収率の（高度にドープ
された）レーザ材料を使用することである。ドープされ
た結晶を一時に通過したポンプ光の光線は“パス(pas
s)”として知られている。既存の設計のほとんどで、ポ
ンプ光線は漏出する前にドープされた結晶を１、２度し
か通過せず、効率的な吸収を達成するには吸収率の高い
材料を使用する必要がある。吸収率は指数関数で変化す
る。したがって、このような結晶がサイドポンプされた
場合、不均一な吸収およびそれ故の不均一な利得がしば
しば発生し、最高の利得は結晶のエッジ近くに存在す
る。処理を容易にするために、典型的に結晶のコーナー
の角を取る。この角取りはレーザ光を遮光または遮断
し、最高の利得は結晶のエッジに存在するため、非効率
的なレイジングになる。
【０００４】高い効率の吸収を目的とした別の方法で
は、ポンプ光がポンプ空洞の縦軸に沿ってそこに入射す
るエンド・ポンピングが使用される。エンド・ポンピン
グには、高価な高輝度ポンプダイオードと、耐久性を有
し製造が困難なダイクロイックコーティングが必要とさ
れる。これは、ポンピングおよびレーザ光抽出が同じ光
学面（すなわち、結晶ロッドの両端）を通って行なわれ
ると共に全く異なる反射特性が要求されるためである。
準４レベルまたは３レベルレーザシステムの場合、ポン
プ“ブリーチング”が発生する可能性が高く、そのため
利用できるイオンが励起されてしまい、それ以上のポン
プ光吸収が不可能となる。その結果、サイド・ポンピン
グおよびエンド・ポンピングのいずれの幾何学形態でも
吸収率は低下する。
は、ポンプ光がポンプ空洞の縦軸に沿ってそこに入射す
るエンド・ポンピングが使用される。エンド・ポンピン
グには、高価な高輝度ポンプダイオードと、耐久性を有
し製造が困難なダイクロイックコーティングが必要とさ
れる。これは、ポンピングおよびレーザ光抽出が同じ光
学面（すなわち、結晶ロッドの両端）を通って行なわれ
ると共に全く異なる反射特性が要求されるためである。
準４レベルまたは３レベルレーザシステムの場合、ポン
プ“ブリーチング”が発生する可能性が高く、そのため
利用できるイオンが励起されてしまい、それ以上のポン
プ光吸収が不可能となる。その結果、サイド・ポンピン
グおよびエンド・ポンピングのいずれの幾何学形態でも
吸収率は低下する。
【０００５】ポンプ空洞にポンプ光を効率的に結合する
ことにも問題がある。例えば、レーザダイオード光をド
ープされた結晶に結合するためにレンズ、ファイバ、非
映像集光器、またはこれらのいくつかの組合せが使用さ
れている。これらの装置は全て結果的なポンプ空洞のポ
ンプ光損失を高め、寸法、重量、費用および複雑さを増
大させるものである。
ことにも問題がある。例えば、レーザダイオード光をド
ープされた結晶に結合するためにレンズ、ファイバ、非
映像集光器、またはこれらのいくつかの組合せが使用さ
れている。これらの装置は全て結果的なポンプ空洞のポ
ンプ光損失を高め、寸法、重量、費用および複雑さを増
大させるものである。
【０００６】結晶ポンプ空洞に認められるもう１つの共
通の問題は、ドープされた結晶内の光学処理によって生
じた熱が空洞中において熱誘導された非点レンズ作用を
発生させた時に生じる。この非点収差はレイジングをさ
らに困難にする可能性が高く、かつ出力ビームの品質を
低下させる。
通の問題は、ドープされた結晶内の光学処理によって生
じた熱が空洞中において熱誘導された非点レンズ作用を
発生させた時に生じる。この非点収差はレイジングをさ
らに困難にする可能性が高く、かつ出力ビームの品質を
低下させる。
【０００７】既存の設計ではまた、レーザ光がポンプ空
洞壁またはドープされた結晶の面から反射されるため
に、望ましくない非効率的なレイジングが所望する縦方
向以外の方向で発生する寄生振動が発生する可能性も高
い。
洞壁またはドープされた結晶の面から反射されるため
に、望ましくない非効率的なレイジングが所望する縦方
向以外の方向で発生する寄生振動が発生する可能性も高
い。
【０００８】均一にドープされたレーザ媒体に関するさ
らに別の問題は、“レイジングモードの大きさ”すなわ
ちレーザ光子の占める領域の大きさであり、これはドー
プされた結晶の寸法より小さく、効率の損失を招く。
らに別の問題は、“レイジングモードの大きさ”すなわ
ちレーザ光子の占める領域の大きさであり、これはドー
プされた結晶の寸法より小さく、効率の損失を招く。
【０００９】
【課題を解決するための手段】同じ結晶母体材料のドー
プされたコアが内部に埋設されているドープされていな
い外側結晶を備え、それによってドープされた結晶とポ
ンプ空洞の機能を本質的にモノリシックな装置に統合す
ることを特徴とするハイＱポンプ空洞が提供される。以
下“ポンプ空洞”と呼ぶこの統合されたドープされた結
晶／ポンプ空洞は、効率的で均一な吸収、均一な利得、
そのコアより大きいレイジングモードを実現し、したが
ってドープされたコア全体が効率的な抽出に利用される
ことを可能にし、かつ寄生振動を大幅に減少することが
できる。小型化、簡単化および部品数の減少もまた本発
明の特徴である。
プされたコアが内部に埋設されているドープされていな
い外側結晶を備え、それによってドープされた結晶とポ
ンプ空洞の機能を本質的にモノリシックな装置に統合す
ることを特徴とするハイＱポンプ空洞が提供される。以
下“ポンプ空洞”と呼ぶこの統合されたドープされた結
晶／ポンプ空洞は、効率的で均一な吸収、均一な利得、
そのコアより大きいレイジングモードを実現し、したが
ってドープされたコア全体が効率的な抽出に利用される
ことを可能にし、かつ寄生振動を大幅に減少することが
できる。小型化、簡単化および部品数の減少もまた本発
明の特徴である。
【００１０】結晶は、希土類または遷移金属イオンのよ
うなレーザ活性ドーパントでドープされ、“ドープされ
たコア”を形成する。同じ結晶材料のドープされていな
い部材は拡散接合され、ドープされたコアがその内部に
埋設されたドープされていない“外側結晶”を備えた均
質なモノリシックポンプ空洞を形成する。空洞はロッド
形状であり、その全長に沿った２つの対向した両側の凸
曲面を有していることが好ましい。曲面は、高い反射率
の誘電性コーティングで被覆されている。これら曲面の
少なくとも１つには、反射防止コーティングで被覆され
ていることが好ましい狭いスリット状の領域が設けられ
ている。ポンプ光は、このスリット状領域に隣接して配
置された１以上のレーザダイオードによって供給される
ことが好ましく、このスリット状の領域を通ってポンプ
光が空洞に入る。
うなレーザ活性ドーパントでドープされ、“ドープされ
たコア”を形成する。同じ結晶材料のドープされていな
い部材は拡散接合され、ドープされたコアがその内部に
埋設されたドープされていない“外側結晶”を備えた均
質なモノリシックポンプ空洞を形成する。空洞はロッド
形状であり、その全長に沿った２つの対向した両側の凸
曲面を有していることが好ましい。曲面は、高い反射率
の誘電性コーティングで被覆されている。これら曲面の
少なくとも１つには、反射防止コーティングで被覆され
ていることが好ましい狭いスリット状の領域が設けられ
ている。ポンプ光は、このスリット状領域に隣接して配
置された１以上のレーザダイオードによって供給される
ことが好ましく、このスリット状の領域を通ってポンプ
光が空洞に入る。
【００１１】空洞の２つの曲面の曲率は、２つの機能を
提供するように選択される。第１に、曲率はスリット状
領域を通過したほぼ全てのポンプ光線がドープされたコ
アを通って偏向させられる曲率である。第２に、空洞に
入ったポンプ光線が何度もドープされたコアを通って方
向を変えるように調節された曲率である。このポンプ光
線は、コアを通ったパス（通路）の回数を通常のダイオ
ードポンピング装置よりはるかに多く生成し、その結果
効率的で均一な吸収を実現することができる。この効率
のよさは、低い吸収率のレーザ材料の使用を可能にする
だけでなく、ポンプ光を生成するために通常の低輝度レ
ーザダイオードを使用することも可能にする。
提供するように選択される。第１に、曲率はスリット状
領域を通過したほぼ全てのポンプ光線がドープされたコ
アを通って偏向させられる曲率である。第２に、空洞に
入ったポンプ光線が何度もドープされたコアを通って方
向を変えるように調節された曲率である。このポンプ光
線は、コアを通ったパス（通路）の回数を通常のダイオ
ードポンピング装置よりはるかに多く生成し、その結果
効率的で均一な吸収を実現することができる。この効率
のよさは、低い吸収率のレーザ材料の使用を可能にする
だけでなく、ポンプ光を生成するために通常の低輝度レ
ーザダイオードを使用することも可能にする。
【００１２】ポンプ空洞は、２つの対向した曲面に加え
て２つの対向した上下の平面を有していることが好まし
い。これらの平面は、空洞内で行なわれた光学プロセス
により発生した熱の除去を促進するために金属ヒートシ
ンクと接触している。このような熱は、熱誘導された非
点レンズ作用を空洞内で生じさせる可能性が高い。本発
明は、主として球面レンズ作用がレイジングモードの占
める装置の領域で与えられるように、ドープされたコア
形状および空洞の大きさが非点収差を最小化する空洞設
計によってこの非点収差の傾向を相殺している。
て２つの対向した上下の平面を有していることが好まし
い。これらの平面は、空洞内で行なわれた光学プロセス
により発生した熱の除去を促進するために金属ヒートシ
ンクと接触している。このような熱は、熱誘導された非
点レンズ作用を空洞内で生じさせる可能性が高い。本発
明は、主として球面レンズ作用がレイジングモードの占
める装置の領域で与えられるように、ドープされたコア
形状および空洞の大きさが非点収差を最小化する空洞設
計によってこの非点収差の傾向を相殺している。
【００１３】ここで説明するドープされた結晶コアを同
じ母体材料の外側結晶内に埋設する新しい技術によっ
て、レイジングモードの大きさをコアより大きくするこ
とが可能になり、したがってコア全体を効率的な抽出に
利用することができる。本発明はまた寄生振動の減少を
助け、非常に効率的な冷却を実施する。さらに、レーザ
ダイオード光は１００％に近い透過効率でドープされた
コアに直接結合されることができる。
じ母体材料の外側結晶内に埋設する新しい技術によっ
て、レイジングモードの大きさをコアより大きくするこ
とが可能になり、したがってコア全体を効率的な抽出に
利用することができる。本発明はまた寄生振動の減少を
助け、非常に効率的な冷却を実施する。さらに、レーザ
ダイオード光は１００％に近い透過効率でドープされた
コアに直接結合されることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下の詳細な説明および添付図面
から本発明のその他の特徴および利点が当業者に明らか
になるであろう。図１には好ましいポンプ空洞が示され
ている。イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ
ＡＧ）であることが好ましいロッド形状の結晶コア10
は、イッテルビウム（Ｙｂ3+）であることが好ましい希
土類イオンでドープされ、“ドープされたコア”を形成
する。その後ドープされたコアは、ここでは“外側結
晶”と呼んでいるＹＡＧのドープされていない部分12に
拡散接合され、ロッド形状のモノリシックポンプ空洞14
を形成する。ドープされたコア10は空洞の長手に沿って
延在している方形断面であることが好ましい。本発明の
特性利点が実現されることができるように、ここで説明
する適切な解析が行われる限り、別の形状のコアを使用
してもよい。以下説明するようにドープされたコア10お
よびドープされていない外側結晶12が適切に構成された
場合、既存の設計に優る多くの利点を有するポンプ空洞
14が生成される。
から本発明のその他の特徴および利点が当業者に明らか
になるであろう。図１には好ましいポンプ空洞が示され
ている。イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ
ＡＧ）であることが好ましいロッド形状の結晶コア10
は、イッテルビウム（Ｙｂ3+）であることが好ましい希
土類イオンでドープされ、“ドープされたコア”を形成
する。その後ドープされたコアは、ここでは“外側結
晶”と呼んでいるＹＡＧのドープされていない部分12に
拡散接合され、ロッド形状のモノリシックポンプ空洞14
を形成する。ドープされたコア10は空洞の長手に沿って
延在している方形断面であることが好ましい。本発明の
特性利点が実現されることができるように、ここで説明
する適切な解析が行われる限り、別の形状のコアを使用
してもよい。以下説明するようにドープされたコア10お
よびドープされていない外側結晶12が適切に構成された
場合、既存の設計に優る多くの利点を有するポンプ空洞
14が生成される。
【００１５】図２に示されているように、空洞14はその
縦軸に沿って全長にわたって延在する２つの対向した曲
面22，24を有していることが好ましい（ドープされたコ
アは示されていない）。２つの曲面22，24の外面は、狭
いスリット状の領域28を除いて反射率の高い誘電性コー
ティング26で被覆されており、スリット状の領域28は２
つの曲面の少なくとも一方、好ましくはその両曲面の中
央に設けられている。ポンプ光はスリット状の領域28を
通ってポンプ空洞中に入射するため、このスリット状の
領域28には高反射性のコーティングを施さない。これら
の領域は、ポンプ光損失を最小にするためにポンプ光の
波長で反射防止性のコーティング30を設けられているこ
とが好ましい。
縦軸に沿って全長にわたって延在する２つの対向した曲
面22，24を有していることが好ましい（ドープされたコ
アは示されていない）。２つの曲面22，24の外面は、狭
いスリット状の領域28を除いて反射率の高い誘電性コー
ティング26で被覆されており、スリット状の領域28は２
つの曲面の少なくとも一方、好ましくはその両曲面の中
央に設けられている。ポンプ光はスリット状の領域28を
通ってポンプ空洞中に入射するため、このスリット状の
領域28には高反射性のコーティングを施さない。これら
の領域は、ポンプ光損失を最小にするためにポンプ光の
波長で反射防止性のコーティング30を設けられているこ
とが好ましい。
【００１６】図３において、ポンプ光の光源が狭いスリ
ット状の領域28（それらは実際には上述したとおりドー
プされていない結晶面の領域であるが、図３では開口と
して示されている）に隣接して設けられている。ポンプ
光を供給するために多数のエミッタバーの形態のレーザ
ダイオード44，46が使用されることが好ましい。ダイオ
ード44，46は、好ましくは50ミクロン以内のできるだけ
近接した距離で曲面22，24に隣接している。
ット状の領域28（それらは実際には上述したとおりドー
プされていない結晶面の領域であるが、図３では開口と
して示されている）に隣接して設けられている。ポンプ
光を供給するために多数のエミッタバーの形態のレーザ
ダイオード44，46が使用されることが好ましい。ダイオ
ード44，46は、好ましくは50ミクロン以内のできるだけ
近接した距離で曲面22，24に隣接している。
【００１７】各曲面の曲率は、２つの機能を提供するよ
うに選択される。第１に、それはレーザダイオード44，
46から放射された光線がドープされたコア10を通って偏
向される曲率である。光線は典型的に、ダイオードの縦
軸に関して上下がほぼ±２２．５°および左右が±５°
までの範囲の角度でレーザダイオードから放射される。
ドープされるコア10を通過させられることのできる光線
が多くなると、それだけポンプ空洞の吸収効率がさらに
高くなる。空洞14の曲面22，24によって生じる偏向のた
めに、ダイオードによって放射された実質的に全ての光
線がドープされたコアを通過することができる。
うに選択される。第１に、それはレーザダイオード44，
46から放射された光線がドープされたコア10を通って偏
向される曲率である。光線は典型的に、ダイオードの縦
軸に関して上下がほぼ±２２．５°および左右が±５°
までの範囲の角度でレーザダイオードから放射される。
ドープされるコア10を通過させられることのできる光線
が多くなると、それだけポンプ空洞の吸収効率がさらに
高くなる。空洞14の曲面22，24によって生じる偏向のた
めに、ダイオードによって放射された実質的に全ての光
線がドープされたコアを通過することができる。
【００１８】曲面によって与えられる第２の機能は、入
射したポンプ光線がドープされたコア10を通って反復的
に方向を変えるようにそれらを反射することである。図
３は、レーザダイオードから放射された入射した光線54
によって取られた通路を示す。図示された光線54は、も
し偏向されなければ、ドープされたコア10を全く通らず
に外側結晶12を通過する光線の通路56によって示された
角度で放射される。曲面22は、この光線54がドープされ
たコア10を連続的に通るように、この光線54がスリット
状の領域28を通過したときに屈折によってそれを偏向す
る。対向した曲面24は、光線54が反射率の高いコーティ
ングで反射され、ドープされたコア10を通って戻るよう
な曲率を有する。光線54は曲面22から反射され、再度ド
ープされたコア10を通過する。この光線54は、その光子
が吸収されるまでドープされたコアを通って前後に反射
し続ける。入射した光線は、平均して５乃至１０のパス
を生成する。このかなり多くのパスによって、光線のエ
ネルギのほとんど全てが吸収されることが可能になる。
射したポンプ光線がドープされたコア10を通って反復的
に方向を変えるようにそれらを反射することである。図
３は、レーザダイオードから放射された入射した光線54
によって取られた通路を示す。図示された光線54は、も
し偏向されなければ、ドープされたコア10を全く通らず
に外側結晶12を通過する光線の通路56によって示された
角度で放射される。曲面22は、この光線54がドープされ
たコア10を連続的に通るように、この光線54がスリット
状の領域28を通過したときに屈折によってそれを偏向す
る。対向した曲面24は、光線54が反射率の高いコーティ
ングで反射され、ドープされたコア10を通って戻るよう
な曲率を有する。光線54は曲面22から反射され、再度ド
ープされたコア10を通過する。この光線54は、その光子
が吸収されるまでドープされたコアを通って前後に反射
し続ける。入射した光線は、平均して５乃至１０のパス
を生成する。このかなり多くのパスによって、光線のエ
ネルギのほとんど全てが吸収されることが可能になる。
【００１９】このプロセスによって、レーザダイオード
44，46によって放射されたほとんど全ての光線に対して
反復される。ダイオードは、例えばレンズ、ファイバま
たは非映像集光器を使用せず、かつそれらに関連した損
失、重量、複雑さおよび費用を伴わずに１００％に近い
伝送効率でドープされたコア10に直接結合する。各光線
によって生成された多くパスにより、吸収度がそれ程高
くないレーザ材料が使用されることができ、比較的低い
輝度のダイオードバーでもサイド・ポンピングを効率的
かつ均一に行うことができる。改良された吸収効率はま
たブリーチングにより生じる吸収係数の低下を補償する
のに有効である。
44，46によって放射されたほとんど全ての光線に対して
反復される。ダイオードは、例えばレンズ、ファイバま
たは非映像集光器を使用せず、かつそれらに関連した損
失、重量、複雑さおよび費用を伴わずに１００％に近い
伝送効率でドープされたコア10に直接結合する。各光線
によって生成された多くパスにより、吸収度がそれ程高
くないレーザ材料が使用されることができ、比較的低い
輝度のダイオードバーでもサイド・ポンピングを効率的
かつ均一に行うことができる。改良された吸収効率はま
たブリーチングにより生じる吸収係数の低下を補償する
のに有効である。
【００２０】入射した光線の偏向を行ない、また上記の
反射機能を提供する適切な空洞構造は、光線追跡コンピ
ュータプログラムによる特定の空洞設計をモデル化し、
かつその特性を注意深く観察することによって実験的に
決定される。したがって、この特性に影響を与える曲面
の一方または両方の曲率、ドープされたコアの寸法や配
置、結晶材料の性質、およびポンプ光の波長のような１
以上のパラメータが変化され、その結果生じる特性がモ
デル化される。このプロセスは、許容可能な設計が決定
されるまで続けられる。曲率は両面において同じである
必要はなく、また特定の値に制限されるものではない。
また、いずれの曲面も空洞の中央から始まる必要がな
い。本発明は、球状の曲率に制限されるものではない
が、このような曲率が好ましい。例えば特定の空洞構造
は、楕円曲面が最も良好である。
反射機能を提供する適切な空洞構造は、光線追跡コンピ
ュータプログラムによる特定の空洞設計をモデル化し、
かつその特性を注意深く観察することによって実験的に
決定される。したがって、この特性に影響を与える曲面
の一方または両方の曲率、ドープされたコアの寸法や配
置、結晶材料の性質、およびポンプ光の波長のような１
以上のパラメータが変化され、その結果生じる特性がモ
デル化される。このプロセスは、許容可能な設計が決定
されるまで続けられる。曲率は両面において同じである
必要はなく、また特定の値に制限されるものではない。
また、いずれの曲面も空洞の中央から始まる必要がな
い。本発明は、球状の曲率に制限されるものではない
が、このような曲率が好ましい。例えば特定の空洞構造
は、楕円曲面が最も良好である。
【００２１】湾曲した両側面上のコーディングの特性
は、非常に重要である。スリット状の領域に沿っている
部分を除いて、それらは高反射性、すなわちポンプ光の
波長で入射した光線を９９％以上反射して、空洞に入っ
たポンプ光が漏出しないようにする。このコーティング
はまた、レイジングおよびその他の潜在的な高利得波長
では反射率が低い。反射防止コーティングは狭いスリッ
ト状の領域で使用されることが好ましく、それは高度に
反射防止性であり、できるだけ多量のポンプ光がポンプ
空洞中に入ることができるようにポンプ光の波長の入射
光線の０．２５％未満しか反射しない。反射防止コーテ
ィングはまた、空洞の縦方向の両端部に設けられる。こ
のコーティングは、空洞から抽出されるレーザ光の波長
で高度に反射防止性でなければならない。これらのタイ
プの誘電性コーティングは、ロサンゼルスにあるＺ．
Ｃ．＆Ｒ社から入手できる。
は、非常に重要である。スリット状の領域に沿っている
部分を除いて、それらは高反射性、すなわちポンプ光の
波長で入射した光線を９９％以上反射して、空洞に入っ
たポンプ光が漏出しないようにする。このコーティング
はまた、レイジングおよびその他の潜在的な高利得波長
では反射率が低い。反射防止コーティングは狭いスリッ
ト状の領域で使用されることが好ましく、それは高度に
反射防止性であり、できるだけ多量のポンプ光がポンプ
空洞中に入ることができるようにポンプ光の波長の入射
光線の０．２５％未満しか反射しない。反射防止コーテ
ィングはまた、空洞の縦方向の両端部に設けられる。こ
のコーティングは、空洞から抽出されるレーザ光の波長
で高度に反射防止性でなければならない。これらのタイ
プの誘電性コーティングは、ロサンゼルスにあるＺ．
Ｃ．＆Ｒ社から入手できる。
【００２２】ドープされたコアは、ドープされていない
外側結晶に拡散接合され、均質のポンプ空洞を生成する
ことが好ましい。拡散接合は、２つの光学材料を保持す
るために境界面で接着剤またはエポキシのような接合剤
を使用せずに、それらが単一体になるように物理的に接
合する方法である。それは高温で行われ、その表面は高
度の平坦さに予め研磨された状態で接合される。拡散接
合は、Ｍeissner 氏による米国特許第 5,441,803号明細
書（"Composites made from single crystal substance
s"）に記載されている。接合された空洞が単一体の材料
から形成されたかのようなものである限り、光学材料を
接合する別の方法も許容できる。
外側結晶に拡散接合され、均質のポンプ空洞を生成する
ことが好ましい。拡散接合は、２つの光学材料を保持す
るために境界面で接着剤またはエポキシのような接合剤
を使用せずに、それらが単一体になるように物理的に接
合する方法である。それは高温で行われ、その表面は高
度の平坦さに予め研磨された状態で接合される。拡散接
合は、Ｍeissner 氏による米国特許第 5,441,803号明細
書（"Composites made from single crystal substance
s"）に記載されている。接合された空洞が単一体の材料
から形成されたかのようなものである限り、光学材料を
接合する別の方法も許容できる。
【００２３】この新しい結晶構造は、多数の利点をポン
プ空洞に提供する。例えば外側結晶はその表面に熱を効
率よく伝導し、その表面が熱を放散することができる
（以下さらに説明する）ため、ドープされたコアの非常
に効率的な冷却が可能である。外側結晶内にドープされ
たコアを埋設することによって、ハイＱのポンプ空洞が
生成される。空洞の均質性は、レイジングモードの大き
さがコアより大きくなることを可能にし、それによって
ドープされたコア全体を効率的な抽出に利用することが
できる。レイジングモードは外側結晶のエッジの近づか
ないため、レーザ光のぼけ、クリッピングまたは案内も
また生じない。また、潜在的に脆いドープされた結晶を
それより大きいドープされていない外側結晶の内部に埋
設することによって、小さい空洞の取扱いを容易にす
る。
プ空洞に提供する。例えば外側結晶はその表面に熱を効
率よく伝導し、その表面が熱を放散することができる
（以下さらに説明する）ため、ドープされたコアの非常
に効率的な冷却が可能である。外側結晶内にドープされ
たコアを埋設することによって、ハイＱのポンプ空洞が
生成される。空洞の均質性は、レイジングモードの大き
さがコアより大きくなることを可能にし、それによって
ドープされたコア全体を効率的な抽出に利用することが
できる。レイジングモードは外側結晶のエッジの近づか
ないため、レーザ光のぼけ、クリッピングまたは案内も
また生じない。また、潜在的に脆いドープされた結晶を
それより大きいドープされていない外側結晶の内部に埋
設することによって、小さい空洞の取扱いを容易にす
る。
【００２４】このようにしてコアを埋設することによ
り、寄生振動もまた大幅に減少される。コアおよび外側
結晶は同じ材料なので、２つの領域の屈折率が実際に等
しい。これは、通常は異なる屈折率を有する２つの材料
の境界部分に存在する任意の内部全反射（ＴＩＲ）をほ
とんど回避し、かつポンプ光線がそれぞれ曲面の一方か
ら反射された後にコアを通過することを妨げる屈折効果
を取除く。ＴＩＲの減少は、寄生振動の発生を減少させ
る。
り、寄生振動もまた大幅に減少される。コアおよび外側
結晶は同じ材料なので、２つの領域の屈折率が実際に等
しい。これは、通常は異なる屈折率を有する２つの材料
の境界部分に存在する任意の内部全反射（ＴＩＲ）をほ
とんど回避し、かつポンプ光線がそれぞれ曲面の一方か
ら反射された後にコアを通過することを妨げる屈折効果
を取除く。ＴＩＲの減少は、寄生振動の発生を減少させ
る。
【００２５】本発明の別の新しい特徴は、空洞の熱処理
に関するものである。ポンプ空洞内で行われる光学処理
は多量の熱を発生させるため、空洞を冷却する必要があ
る。これを行なうには、外側結晶との物理的な接触を必
要とするある形態のヒートシンクを使用しなければなら
ない。空洞の２つの対向した曲面はポンプ光を入射さ
せ、かつ反射するために使用される。これらの曲面にヒ
ートシンクを結合することは隣接したポンプ光源を妨害
してしまう。したがって、空洞のポンプ光を向け直すの
に使用されていない側面からしか熱を除去することがで
きない。空洞の曲面22，24の間の対向した上下の側面5
8，59は平坦であり、金属ヒートシンクブロックと接触
させることが容易である。もっとも、平坦でない面もま
た使用可能である。熱は空洞の上部および底部から平坦
な側面を通してしか除去できないため、熱誘導された非
点レンズ作用が発生する。本発明は、非点収差を減少さ
せるためにドープされたコアの形状および全体的な空洞
の寸法を選択することによってこの現象を補償する。こ
れは、レイジングモードの占める装置の領域のレンズ作
用を主として球面状にし、非点収差を急激に減少させ
る。適切なコア形状および空洞寸法は、初期コア形状お
よび空洞寸法により空洞をモデル化するためにコンピュ
ータシミュレーションを使用し、空洞中の温度分布およ
び非点収差を計算し、計算された非点収差を減少させる
ためにドープされたコアの領域においてほぼ球状の等温
線が得られるようにコア形状および空洞寸法を操作する
ことによって実験的に決定されることができる。一般
に、コアの高さおよび幅の変化は非点収差に大きく影響
する。
に関するものである。ポンプ空洞内で行われる光学処理
は多量の熱を発生させるため、空洞を冷却する必要があ
る。これを行なうには、外側結晶との物理的な接触を必
要とするある形態のヒートシンクを使用しなければなら
ない。空洞の２つの対向した曲面はポンプ光を入射さ
せ、かつ反射するために使用される。これらの曲面にヒ
ートシンクを結合することは隣接したポンプ光源を妨害
してしまう。したがって、空洞のポンプ光を向け直すの
に使用されていない側面からしか熱を除去することがで
きない。空洞の曲面22，24の間の対向した上下の側面5
8，59は平坦であり、金属ヒートシンクブロックと接触
させることが容易である。もっとも、平坦でない面もま
た使用可能である。熱は空洞の上部および底部から平坦
な側面を通してしか除去できないため、熱誘導された非
点レンズ作用が発生する。本発明は、非点収差を減少さ
せるためにドープされたコアの形状および全体的な空洞
の寸法を選択することによってこの現象を補償する。こ
れは、レイジングモードの占める装置の領域のレンズ作
用を主として球面状にし、非点収差を急激に減少させ
る。適切なコア形状および空洞寸法は、初期コア形状お
よび空洞寸法により空洞をモデル化するためにコンピュ
ータシミュレーションを使用し、空洞中の温度分布およ
び非点収差を計算し、計算された非点収差を減少させる
ためにドープされたコアの領域においてほぼ球状の等温
線が得られるようにコア形状および空洞寸法を操作する
ことによって実験的に決定されることができる。一般
に、コアの高さおよび幅の変化は非点収差に大きく影響
する。
【００２６】記載されている本発明は、広範囲のポンプ
空洞構造に適用可能である。それはＹｂ3+：ＹＡＧ，Ｎ
ｄ3+：ＹＡＧおよびＣｒ3+：Ａｌ2 Ｏ3 を含む多数の異
なる結晶およびドーパント型で使用されることができ
る。選択された結晶部材は、互いに拡散接合されること
ができることが好ましい。
空洞構造に適用可能である。それはＹｂ3+：ＹＡＧ，Ｎ
ｄ3+：ＹＡＧおよびＣｒ3+：Ａｌ2 Ｏ3 を含む多数の異
なる結晶およびドーパント型で使用されることができ
る。選択された結晶部材は、互いに拡散接合されること
ができることが好ましい。
【００２７】本発明は特定のドーパントレベルに限定さ
れるものではない。しかしながら、それぞれ入射したポ
ンプ光線がドープされたコアを通る非常に多くのパスを
行うため、１または２つのパスの場合の設計より低い吸
収率のレーザ材料および低い輝度のレーザダイオードを
使用することができる。
れるものではない。しかしながら、それぞれ入射したポ
ンプ光線がドープされたコアを通る非常に多くのパスを
行うため、１または２つのパスの場合の設計より低い吸
収率のレーザ材料および低い輝度のレーザダイオードを
使用することができる。
【００２８】ポンプ光の種々の光源が本発明により使用
されることができる。空洞の側面の曲面上で使用される
反射性および反射防止コーティングは使用されるポンプ
光源の波長に整合されることだけが必要である。
されることができる。空洞の側面の曲面上で使用される
反射性および反射防止コーティングは使用されるポンプ
光源の波長に整合されることだけが必要である。
【００２９】ここに説明された特徴を備えたポンプ空洞
14が製造され、図４，５および６に詳細に示されてい
る。好ましい外側結晶12およびコア結晶10の母体材料は
ＹＡＧであり、好ましいドーパントはドーピングレベル
が約１原子パーセントのＹｂ3+である。ドープされたコ
ア10は約４００ミクロンの高さ62と約３００ミクロンの
幅64を有し、熱誘導される非点収差が少量である。この
コア10は空洞14内の中央に位置し、長さが約１ｃｍの空
洞の全長にわたって延在している。
14が製造され、図４，５および６に詳細に示されてい
る。好ましい外側結晶12およびコア結晶10の母体材料は
ＹＡＧであり、好ましいドーパントはドーピングレベル
が約１原子パーセントのＹｂ3+である。ドープされたコ
ア10は約４００ミクロンの高さ62と約３００ミクロンの
幅64を有し、熱誘導される非点収差が少量である。この
コア10は空洞14内の中央に位置し、長さが約１ｃｍの空
洞の全長にわたって延在している。
【００３０】この空洞に対して、球面曲率が最良の動作
特性を提供するように決定された。曲面22，24のそれぞ
れに対する曲率半径は約０．９ｍｍであり、入射したポ
ンプ光線に対して５乃至１０のパスを提供する。各曲面
22，24は、高い反射率の誘電性コーティング26をその上
に有している（以下説明するように狭いスリット状の領
域を除いて）。コーティングは、この実施形態では約９
４０ｎｍのポンプ光の波長で高反射性であり、空洞から
抽出されたレーザ光の波長である約１０３０ｎｍで低反
射性である。空洞の全体的な高さ72は約１ｍｍであり、
その最も広い幅74は約１．５ｍｍである。
特性を提供するように決定された。曲面22，24のそれぞ
れに対する曲率半径は約０．９ｍｍであり、入射したポ
ンプ光線に対して５乃至１０のパスを提供する。各曲面
22，24は、高い反射率の誘電性コーティング26をその上
に有している（以下説明するように狭いスリット状の領
域を除いて）。コーティングは、この実施形態では約９
４０ｎｍのポンプ光の波長で高反射性であり、空洞から
抽出されたレーザ光の波長である約１０３０ｎｍで低反
射性である。空洞の全体的な高さ72は約１ｍｍであり、
その最も広い幅74は約１．５ｍｍである。
【００３１】ポンプ空洞において生成された熱は除去さ
れなければならない。これは、好ましくは水で冷却され
た銅から構成されたヒートシンクブロック76，78で行わ
れることが好ましい。これらのブロックは、インジウム
の薄い層80を通ってその全長に沿って空洞と接触する。
空洞の平坦な面58，59は精密に研磨され、これらの平面
と金属ブロックとの間にインジウムの層が配置されるこ
とが好ましい。インジウムは結晶とブロックとの間にお
いて良好な熱接触を実現し、また緩衝層として作用し、
結晶に加えられる歪みを減少させる。精密に研磨され、
かつ金属ヒートシンクブロックと接触しているこれらの
平面はあまり反射を行なわず、したがって寄生振動の抑
制を助けるように機能する。
れなければならない。これは、好ましくは水で冷却され
た銅から構成されたヒートシンクブロック76，78で行わ
れることが好ましい。これらのブロックは、インジウム
の薄い層80を通ってその全長に沿って空洞と接触する。
空洞の平坦な面58，59は精密に研磨され、これらの平面
と金属ブロックとの間にインジウムの層が配置されるこ
とが好ましい。インジウムは結晶とブロックとの間にお
いて良好な熱接触を実現し、また緩衝層として作用し、
結晶に加えられる歪みを減少させる。精密に研磨され、
かつ金属ヒートシンクブロックと接触しているこれらの
平面はあまり反射を行なわず、したがって寄生振動の抑
制を助けるように機能する。
【００３２】図５は、図４に示された同じ空洞の側面図
である。空洞の長さ90は約１ｃｍである。この図面で
は、狭いスリット状の領域28の１つが認められる。スリ
ット状の領域28の高さ94は約７５ミクロンであり、空洞
の全長にわたって延在している。この領域28は、約９４
０ｎｍのポンプ光の波長に対して反射防止率の高い反射
防止コーティング30を有している。対向した曲面上のス
リット状の領域28はほぼ同じ寸法およびコーティング特
性を備えている。
である。空洞の長さ90は約１ｃｍである。この図面で
は、狭いスリット状の領域28の１つが認められる。スリ
ット状の領域28の高さ94は約７５ミクロンであり、空洞
の全長にわたって延在している。この領域28は、約９４
０ｎｍのポンプ光の波長に対して反射防止率の高い反射
防止コーティング30を有している。対向した曲面上のス
リット状の領域28はほぼ同じ寸法およびコーティング特
性を備えている。
【００３３】空洞14から抽出されるレーザ光の波長に対
して反射防止率の高いコーティング96は、空洞の縦方向
の両端部97，98に与えられた。
して反射防止率の高いコーティング96は、空洞の縦方向
の両端部97，98に与えられた。
【００３４】図６は、図４および５に示された同じ空洞
の平面図であり、ヒートシンクブロックは示されていな
い。ポンプ光を空洞に供給するためにレーザダイオード
が使用されることが好ましい。２つのレーザダイオード
バー100 ，102 はそれぞれ各曲面上の狭いスリット状の
領域28と整列して各空洞曲面22，24に隣接して配置され
ている。ダイオードバー100 ，102 は、空洞の全長にわ
たって延在している。レーザダイオードバーは典型的に
個別の２５個のエミッタ104 を有しており、各バーが１
ミクロン×約１ｃｍの全放射面積を有する。ダイオード
バー100 ，102のそれぞれは、それらの各曲面から約５
０ミクロンの位置にある。ダイオードは、一般に利用可
能なＩｎＧａＡｓダイオードであり、約９４０ｎｍの波
長の光を生成する。この実施形態では２つのダイオード
バーを使用しているが、それより多いまたは少いダイオ
ードが使用された場合、或はポンプ光が空洞の曲面の１
つを通って入射した場合にも、本発明により提供される
利点は存在する。しかしながら、装置のパワー出力は対
応的に増加または減少させられる。別のタイプのポンプ
光源もまた使用できる。しかしながら、コーティング仕
様、ドーパントおよび曲率のような空洞パラメータは、
異なるポンプ光波長に適合するように調節される必要が
ある。
の平面図であり、ヒートシンクブロックは示されていな
い。ポンプ光を空洞に供給するためにレーザダイオード
が使用されることが好ましい。２つのレーザダイオード
バー100 ，102 はそれぞれ各曲面上の狭いスリット状の
領域28と整列して各空洞曲面22，24に隣接して配置され
ている。ダイオードバー100 ，102 は、空洞の全長にわ
たって延在している。レーザダイオードバーは典型的に
個別の２５個のエミッタ104 を有しており、各バーが１
ミクロン×約１ｃｍの全放射面積を有する。ダイオード
バー100 ，102のそれぞれは、それらの各曲面から約５
０ミクロンの位置にある。ダイオードは、一般に利用可
能なＩｎＧａＡｓダイオードであり、約９４０ｎｍの波
長の光を生成する。この実施形態では２つのダイオード
バーを使用しているが、それより多いまたは少いダイオ
ードが使用された場合、或はポンプ光が空洞の曲面の１
つを通って入射した場合にも、本発明により提供される
利点は存在する。しかしながら、装置のパワー出力は対
応的に増加または減少させられる。別のタイプのポンプ
光源もまた使用できる。しかしながら、コーティング仕
様、ドーパントおよび曲率のような空洞パラメータは、
異なるポンプ光波長に適合するように調節される必要が
ある。
【００３５】図７に示されているように、共振器110 内
にこのポンプ空洞を配置することによってレーザを形成
することができる。共振器は典型的に１００％の反射器
112と、部分的反射器114 とから構成され、特定の波長
のレーザ光を生成するように反射器間の距離を選択す
る。レーザ光116 は部分的反射器114 を通って共振器11
0 から出力する。本発明は、Ｑスイッチ、連続波、モー
ド同期および標準形タイプを含む多数のタイプのレーザ
用の部品として使用されることができる。Ｑスイッチレ
ーザは、図４，５および６に示されたポンプ空洞を使用
して製造された。このレーザは、約５ワットのパワー出
力を有する。その他の用途として、ポンプ空洞は、マル
チ・キロワットのマスター発振器パワー増幅器用のマス
ター発振器、工業用レーザパワー増幅器（長いパルス幅
で動作する）用のマスター発振器、およびレーザレーダ
光源として使用されてもよいファイバレーザ用ポンプと
して使用される。
にこのポンプ空洞を配置することによってレーザを形成
することができる。共振器は典型的に１００％の反射器
112と、部分的反射器114 とから構成され、特定の波長
のレーザ光を生成するように反射器間の距離を選択す
る。レーザ光116 は部分的反射器114 を通って共振器11
0 から出力する。本発明は、Ｑスイッチ、連続波、モー
ド同期および標準形タイプを含む多数のタイプのレーザ
用の部品として使用されることができる。Ｑスイッチレ
ーザは、図４，５および６に示されたポンプ空洞を使用
して製造された。このレーザは、約５ワットのパワー出
力を有する。その他の用途として、ポンプ空洞は、マル
チ・キロワットのマスター発振器パワー増幅器用のマス
ター発振器、工業用レーザパワー増幅器（長いパルス幅
で動作する）用のマスター発振器、およびレーザレーダ
光源として使用されてもよいファイバレーザ用ポンプと
して使用される。
【００３６】本発明の特定の実施形態を図示および説明
してきたが、当業者は種々の変形および別の実施形態を
認識するであろう。したがって、本発明は添付された特
許請求の範囲の請求項によってのみ限定されるものであ
る。
してきたが、当業者は種々の変形および別の実施形態を
認識するであろう。したがって、本発明は添付された特
許請求の範囲の請求項によってのみ限定されるものであ
る。
【図１】好ましいポンプ空洞の斜視図。
【図２】コーティングがポンプ空洞の曲面の表面に設け
られ、その他の部分が破線で示され、そのコアが示され
ていない図１のポンプ空洞の斜視図。
られ、その他の部分が破線で示され、そのコアが示され
ていない図１のポンプ空洞の斜視図。
【図３】光線が概略的に示されている好ましいポンプ空
洞の正面図。
洞の正面図。
【図４】好ましいポンプ空洞およびこの空洞の使用と関
連した付加的な素子の端面図。
連した付加的な素子の端面図。
【図５】図４の好ましいポンプ空洞および関連した素子
の側面図。
の側面図。
【図６】好ましいポンプ空洞およびこの空洞の使用と関
連した付加的な素子の平面図。
連した付加的な素子の平面図。
【図７】レーザダイオードおよびヒートシンクブロック
が示されていない結晶レーザの部品としての好ましいポ
ンプ空洞の斜視図。
が示されていない結晶レーザの部品としての好ましいポ
ンプ空洞の斜視図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド・エス・スミダ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90066、ロサンゼルス、マイアー・ストリ ート 3630
Claims (10)
- 【請求項１】 活性イオンでドープされている結晶材料
から形成されたコアと、 前記コアと同じタイプの結晶材料から形成され、前記コ
アと共にモノリシックハイＱポンプ空洞を形成し、縦軸
に沿って２つの対向した両側の曲面を有しており、前記
曲面の少なくとも１つが前記空洞中にポンプ光を入射さ
せるための狭い縦方向のスリット状領域を有しているド
ープされていない外側結晶と、 前記スリット状領域を除く前記両曲面上に形成された高
反射性のコーティングとを具備し、 前記曲面の曲率は、前記スリット状領域を通って前記空
洞に入った前記ポンプ光を導いて前記コアを通過させ、
前記反射性のコーティングが前記ポンプ光を反射して方
向を変えて反復的に前記コアを通過させるように選定さ
れていることを特徴とするポンプ空洞。 - 【請求項２】 前記結晶はイットリウム・アルミニウム
・ガーネットであり、前記活性イオンはイッテルビウム
である請求項１記載のポンプ空洞。 - 【請求項３】 前記外側結晶および前記コアは、熱誘導
された非点収差レンズ作用が低い値になるような形状を
有している請求項１記載のポンプ空洞。 - 【請求項４】 前記コアおよび前記外側結晶は拡散接合
されている請求項１記載のポンプ空洞。 - 【請求項５】 さらに、前記狭いスリッド状領域の１つ
を通って狭帯域幅のポンプ光を前記空洞中に導くように
配置された少なくとも１つのレーザダイオードを含んで
いる請求項１記載のポンプ空洞。 - 【請求項６】 前記空洞は、前記ポンプ光に応答して予
め定められた発光波長の光の刺激発光を生成するように
構成されており、前記曲面上の前記高反射性コーティン
グは、前記ポンプ光にほぼ等しい波長に対して高い反射
率を有し、また前記刺激発光にほぼ等しい波長に対して
低い反射率を有し、前記狭いスリット状領域が前記ポン
プ光にほぼ等しい波長において高度に反射防止性のコー
ティングを有し、前記空洞の縦方向の両端部が前記刺激
発光にほぼ等しい波長において高度に反射防止性のコー
ティングを有している請求項５記載のポンプ空洞。 - 【請求項７】 前記コアは空洞の縦軸を横断する断面
が、高さが約４００ミクロンで、幅が約３００ミクロン
の方形断面であり、さらに前記空洞は前記両側の曲面の
間に２つの対向した平面の上下の側面を有しており、そ
れらの平面間の距離が約１ｍｍであり、前記曲面の最も
離れた点の間の距離が約１．５ｍｍであり、前記曲面が
それぞれ０．９ｍｍの曲率半径を有している請求項１記
載のポンプ空洞。 - 【請求項８】 さらに、前記狭いスリット状領域の少な
くとも１つを通って約９４０ｎｍの波長のポンプ光を前
記空洞中に供給する少なくとも１つのレーザダイオード
を含んでおり、前記ポンプ空洞は約１０３０ｎｍの波長
のレーザ光を生成する請求項１記載のポンプ空洞。 - 【請求項９】 前記コアは、大きさが前記コアより大き
いレイジングモードを前記外側結晶内で生じさせ、実質
的にドープされたコア全体がレーザ光の空洞からの効率
的な抽出のために利用できるようにする請求項１記載の
ポンプ空洞。 - 【請求項１０】 ドープされた結晶コアが同じ結晶母体
材料の一部分に接合されてドープされたコアが埋設され
た状態の均質なモノリシックポンプ空洞を形成し、２つ
の対向した凸状曲面の側面を有しており、この曲面の側
面の少なくとも１つが狭いスリット状領域を備え、この
スリット状領域を通ってポンプ光が前記空洞に入り、前
記曲面の側面がスリット状領域を除いてそれらの外部表
面に高反射性のコーティングを有し、前記側面を構成す
る凸状曲面は前記空洞に入ったポンプ光が偏向させられ
て前記コアを通り、反対側の曲面で反射されて方向を変
えて反復的にコアを通過してポンプ光の効率的な吸収を
可能にするような曲率を有し、前記コアおよび前記外側
結晶が熱誘導された非点収差レンズ作用の低い値を生成
する形状を有し、前記外側結晶は前記コアの効率的な伝
導性の冷却、前記コアより大きいレイジングモードの大
きさ、寄生振動、ビームのぼけ、クリッピングまたは案
内の発生の減少を可能にしているポンプ空洞と、 前記スリッシ状領域を通って前記ポンプ光を前記空洞中
に供給する少なくとも１つのレーザダイオードと、 刺激発光が前記空洞内において発生するように前記ポン
プ空洞の縦方向の両端部と整列された共振器とを具備し
ていることを特徴とするモノリシックレーザダイオード
ポンプ結晶レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/630,395 US5761233A (en) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | Monolithic pump cavity and method |
| US630395 | 1996-04-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1027930A true JPH1027930A (ja) | 1998-01-27 |
Family
ID=24527003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9092452A Pending JPH1027930A (ja) | 1996-04-10 | 1997-04-10 | モノリシックポンプ空洞および方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5761233A (ja) |
| EP (1) | EP0801449A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1027930A (ja) |
| NO (1) | NO971587L (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000101169A (ja) * | 1998-09-25 | 2000-04-07 | Japan Atom Energy Res Inst | 固体レーザーの半導体レーザー（ｌｄ）励起法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5974061A (en) * | 1997-12-19 | 1999-10-26 | Raytheon Company | Laser pump cavity apparatus with improved thermal lensing control, cooling, and fracture strength and method |
| US6055260A (en) * | 1997-12-19 | 2000-04-25 | Raytheon Company | Laser pump cavity apparatus with integral concentrator and method |
| DE19854004A1 (de) * | 1998-11-18 | 2000-05-31 | Jenoptik Jena Gmbh | Festkörperlaser mit monolithischer Pumpkavität |
| US6101199A (en) * | 1999-01-05 | 2000-08-08 | Apollo Instruments, Inc. | High power high efficiency cladding pumping fiber laser |
| US6246711B1 (en) * | 1999-03-25 | 2001-06-12 | Raytheon Company | Integrating diode pump cavity for an Er, Yb:glass laser |
| DE10025485B4 (de) * | 2000-05-23 | 2005-03-10 | Med Laserzentrum Luebeck Gmbh | Laser mit einer Pumplicht aussendenden Pumplichtquelle |
| US6646793B2 (en) | 2000-12-14 | 2003-11-11 | Raytheon Company | High gain laser amplifier |
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| AU2003235663A1 (en) * | 2002-01-10 | 2003-07-30 | Hrl Laboratories, Llc | Laser pump cavity and method of making same |
| US6996137B2 (en) * | 2002-08-06 | 2006-02-07 | Raytheon Company | Solid-state devices with radial dopant valence profile |
| US7295580B2 (en) | 2003-05-15 | 2007-11-13 | Hrl Laboratories, Llc | Numerical aperture optimization using doped cladding layers |
| CN100399652C (zh) * | 2006-07-28 | 2008-07-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 包层掺杂的平板波导激光放大器 |
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