KR19980070480A - 3 단계 레이저 시스템 - Google Patents

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인제얀하고프
베르그재클린지
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갈라스윌리엄이
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Abstract

본 발명은, (a) 펌프 영역(32)과 제 1 및 제 2 접촉 영역(34 및 36)을 각각 구비하는 이득 층(30)과, (b) 확산 결합에 의해 이득 층(30)의 제 1 접촉 영역(34)에 광학적으로 연결된 제 1의 투명 층(38)과, (c) 확산 결합에 의해 이득 층(30)의 제 2 접촉 영역(36)에 광학적으로 연결된 제 2의 투명 층(40)을 포함하는 고체 상태 레이저 이득 매체(28)를 제공한다. 투명 층(38 및 40)은 이득 매체(28)의 레이저 파장에 대해 투명하다. 또한 본 발명은, (a) 수평 펌프 면(46)과 기본 방사 흡수 축(c)을 갖는 고체 상태의 널빤지 형상의 이득 매체(44)와, (b) 편광 축(52)을 따라 편광된 광을 생성하기 위하여 이득 매체(44)의 펌프 면(46)을 따라 설치된 여기 메커니즘(48)으로서, 편광 축(52)은 증가된 방사 흡수를 제공하기 위하여 이득 매체(44)의 기본 흡수 축(c)과 평행인, 여기 메커니즘(48)을 포함하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치를 제공한다. 본 발명은 또한, 대략 2 μm 내지 대략 3 μm의 파장에서 방출하는 레이저를 생성하는 고체 상태의 이득 매체(60)를 위한 냉각 시스템(58)을 제공한다. 냉각 시스템(58)은, 대략 2 μm 내지 대략 3 μm의 파장에서 냉각제에 의한 레이저 방출의 흡수를 줄이기 위한, D2O와 같은 냉각제 재질을 포함한다.

Description

3 단계 레이저 시스템
본 발명은 고체 상태 레이저에 관한 것이고, 특히 오랜 시간동안 고 에너지, 및 긴 시간 동안 일정한 아이세이프 레이저(high energy, long coherence length eyesafe laser)에 관한 것이다.
고체 상태 레이저 이득 모듈은, 네오디뮴 이트륨 알루미늄 석류석(Nd:YAG) 또는 네오디뮴 유리와 같은 고체 상태 레이저 이득 매체를 동봉하는 하우징과, 집단 역변환(population inversion)을 생성하기 위해 레이저 이득 모듈 내의 핵종들(species)을 펌핑(pumping)하기 위한 광 펌핑 소스를 포함한다. 레이저 이득 매체는 광 펌핑 소스로부터의 방사를 수신하기 위한 광 펌프(pump) 영역을 포함한다. 광 펌핑 소스는 통상적으로 파장의 넓은 스펙트럼에 대해 방출하는 광원이다. 광 펌핑은 레이저 이득 모듈 내에서 많은 양의 열을 생성하고 매체의 온도를 증가시키기 때문에, 레이저 이득 매체의 펌프 영역 내의 온도를 제어하기 위하여 냉각 시스템이 사용된다.
많은 고 에너지 레이저에 있어서, 레이저 이득 매체는 통상적으로 널빤지 구성과 직사각형의 단면을 갖고, 광학적으로 연마된 주 측면 및 단면과, 상기 주 측면에 수직인 수평 펌프 면을 포함한다. 입력 광파(light wave)는 레이저 이득 매체의 에지 면상에 충돌하고, 펌핑 소스에 의해 방출된 전자기 방사는 레이저 이득 매체의 펌프 면상에 충돌하여, 집단 역변환을 생성하도록 활성 핵종을 여기(excite)시킨다. 여기된 원자들과의 입력 광 파동의 상호작용은 광 파동을 증폭시킨다. 광 파동은, 주 측면으로부터 다중 내부 지그-재그 반사에 의해, 일반적으로 이득 매체의 세로 축을 따라 통과된다. 이들 내부 반사는 레이저 이득 매체 내에서의 열적 변화도의 평균에 도달한다. 광 파동은 이득 매체를 통과할 때마다 증폭되어 이득을 증가시킨다.
종래의 이득 모듈에 있어서, 레이저 이득 매체는 통상적으로, 이득 매체의 펌프 면과 접촉하는 홀더를 사용하여 이득 매체 내에서 지지된다. 또한, 이득 매체의 펌프 면을 횡단하는 냉각제를 밀폐시키기 위하여 밀폐 수단이 사용된다. 그러나, 홀더와 밀폐 수단이 펌프 면이 광 펌프 원으로부터의 방사의 수신을 차단하는 것이, 종래의 이득 모듈의 단점이다. 차단된 영역은, 3 단계 레이저만을 위한 레이저 에너지에서 상당한 손실을 야기하는 펌프되지 않은 영역을 형성한다. 이러한 점은 Nd:YAG와 같은 4 단계 레이저에 대해서는 성립하지 않는다.
광학적인 광원을 위하여, 광 방출 다이오드와 레이저 다이오드가 램프의 위치에 사용되어 왔다. 다이오드 레이저는, 넓은 밴드의 램프로 가능한 것보다, 레이저 이득 매체의 흡수 피크의 보다 더 근접한 정합을 제공한다. 이러한 개선된 파장 정합은 고체 상태 레이저 이득 매체의 효율을 증가시키고, 해로운 열 효과를 감소시킨다. 그러나, 단축 복굴절 결정체 이득 매체의 경우에 있어서, 결정체 축에 대한 다이오드의 배향(orientation)은 이득 매체에 의한 펌핑 방사의 흡수에 직접 영향을 미친다.
단축 결정체는 통상적으로 기본 방사 흡수 축을 구비하고, 결정체는 이 축을 따라, 결정체의 다른 축을 따르는 것보다는 상당히 높은 펌핑 방사 흡수를 나타낸다. 단축 결정체를 사용하는 일부 종래의 이득 모듈의 단점은, 이득 매체 결정체에 의한 펌핑 방사의 흡수를 최대화하기 위하여, 광 방출 다이오드가 단축 이득 매체 결정체의 기본 흡수 축에 대해 최적으로 배향되지 않는다는 것이다.
종래의 이득 모듈의 다른 단점은, 냉각 시스템에서 레이저 방사의 흡수에 기인한 레이저 에너지의 손실이다. 현재의 이득 모듈에 있어서, 이득 매체의 온도를 제어하기 위하여 냉각제로서 물이 사용되어 왔다. 전형적인 널빤지 형상의 이득 매체에 있어서, 이득 매체의 펌핑 면은 펌핑 면 위로 흐르는 물에 의해 냉각된다. 그러나, 2 내지 3 μm의 레이저 파장에 대해, 홀뮴 및 튤륨 3 단계 지그-재그 널빤지 형상의 레이저와 같은 레이저 방사는 냉각수에 의해 강하게 흡수된다. 이것은 지그-재그 널빤지에서의 실질적인 손실을 야기하고, 이득 매체의 효율을 감소시킨다. 막대(rod)와는 다르게, 지그-재그 널빤지는, 널빤지의 펌핑 면을 가로질러 흐르는 냉각수 내로 짧은 거리를 침투하는 무한소(evanescent) 파동을 생성한다. 냉각수에 의한 무한소 파동의 흡수는 레이저빔을 감소시킨다.
따라서, 레이저 이득 매체의 펌핑 되지 않는 영역에서 레이저 에너지의 손실이 없는 3 단계 레이저 이득 모듈이 필요하다. 또한, 이득 매체에 의한 방사 흡수를 최대화하기 위하여, 레이저 이득 매체에 대해 최적으로 배향된(oriented) 다이오드 광 펌핑 소스를 갖는 모듈이 필요하다. 또한 냉각제로 침투하는 레이저 방사가 냉각제에 의해 흡수되지 않는 냉각 시스템을 갖는 모듈이 필요하다.
본 발명은 이들 요구 사항을 만족시킨다. 본 발명은 레이저 이득 모듈에서 사용할 3 단계 고체 상태 레이저 이득 매체를 제공하는데, 이러한 이득 매체는 (a) 펌프 영역과 제 1 및 제 2 접촉 영역을 구비하고, 펌핑 영역에서 펌핑 방사 펄스에 따른 레이저 파장에서 레이저 방사를 생성하는 이득 층과, (b) 확산 결합에 의해 이득 층의 제 1 접촉 영역에 광학적으로 연결된 제 1의 투명 층과, (c) 확산 결합에 의해 이득 층의 제 2 접촉 영역에 광학적으로 연결된 제 2의 투명 층을 포함한다. 투명 층은 레이저 파장에서 투명하여, 투명 층에 의한 레이저 방사의 흡수를 감소시킨다. 투명 영역은, 이득 모듈 내에서 리테이너에 의해 지지되거나, 또는 냉각제를 밀폐하도록 밀폐제와 협동하도록, 그 크기가 정해진다. 그러한 것으로서, 리테이너 또는 밀폐 수단은 이득 층의 펌프 영역을 차단하지 않고, 손실이 있는 펌핑 되지 않는 영역의 구성은 예방된다.
다른 특성에 있어서, 본 발명은 레이저광을 증폭하기 위한 장치를 제공하기도 하는데, 이 장치는 (a) 수평 펌프 면과 기본 방사 흡수 축을 갖는 고체 상태의 널빤지 형상의 이득 매체와, (b) 증가하는 방사 흡수에 대해 이득 매체의 기본 흡수 축에 평행으로 편광된 방사를 생성하기 위하여, 이득 매체의 펌프 면을 따라 설치된 여기 메커니즘을 포함한다. 양호하게, 여기 메커니즘은, 이득 매체의 기본 흡수 축에 평행으로 편광된 강도의 방사를 생성하도록 배향된 한 세트의 레이저 다이오드를 포함한다. 이득 매체는 c-축을 갖는 단축 복굴절 결정체가 될 수 있는데, 기본 방사 흡수 축은 c-축을 따라 구성된다.
또 다른 특성에 있어서, 본 발명은 레이저광을 증폭하기 위한 장치를 제공하는데, 이 장치는 (a) 고체 상태 레이저 이득 매체와, (b) 이득 매체에 방사 강도를 생성하여, 이득 매체가 대략 2 μm 내지 대략 3 μm의 파장에서 레이저를 방출하는 레이저를 생성하도록 하는, 고체 상태 레이저 이득 매체에 근접하여 설치된 여기 메커니즘과, (c) 이득 매체를 냉각시키도록 고체 상태 레이저 이득 매체에 근접하여 설치된 냉각 시스템으로서, 상기 파장에서 냉각제에 의한 레이저 방출의 흡수를 감소시키는 냉각제 재질을 포함하는, 냉각 시스템을 포함한다. 양호하게, 이득 매체는 펌프 면을 갖는 널빤지 형상의 고체 상태 이득 매체이고, 냉각제는 펌프 면을 가로질러 흐르는데, 냉각제 내로 침투하는 이득 매체로부터의 무한소 파동은 냉각제에 의해 실질적으로 흡수되지 않는다. 양호하게 냉각제는 필수적으로 D2O로 구성된다.
도 1은 종래의 레이저 발진기-증폭기 구성의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 이득 매체의 실시예의 사시도.
도 3은 도 2의 레이저 이득 매체의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 단축 복굴절 결정체와 관련된 광학적인 펌프 시스템의 배향을 나타내는 사시도.
도 5는 도 2의 이득 매체의 펌프 면을 가로질러 흐르는 냉각제를 도시하는, 면이 냉각된 지그-재그 널빤지의 단부를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 널빤지 형상의 이득 매체를 위한 냉각 시스템의 단면을 도시한 도면.
도 7은 도 4에 도시된 바와 같이 배향된 레이저 다이오드 펌프 소스를 포함하는 도 6의 냉각 시스템을 도시하는 도면.
도 8은 도 2의 이득 매체를 사용하여 위상 변형된 MOPA 구조 예의 블록도.
도면 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 종래의 레이저 시스템 12 : 레이저 발진기
14 : 레이저 증폭기 28 : 레이저 이득 매체
30 : 이득 층 38, 40 : 투명 층
42 : 레이저광 증폭 장치 44 : 널빤지 형상의 이득 매체
46 : 수평 펌프 면 48, 62 : 여기 메커니즘
본 발명의 이들 및 다른 특징과, 특성 및 장점은 다음의 설명, 첨부된 특허 청구 범위 및 첨부된 도면과 관련하여 이해될 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 레이저 발진기-증폭기 시스템(10)의 개략도가 도시되었다. 레이저 에너지는, 광학적으로 활성 재질을 통해 통과하는 광 빔의 에너지의 이득에 의해 생성된다. 통상적으로, 고 에너지 펄스의 생성은 레이저 발진기(12)와 레이저 증폭기(14)의 조합에 기초한다. 증폭기(14)는, 적절한 출력과 에너지의 초기 광 펄스를 생성하는 발진기(12)에 의해 구동된다. 발진기(12)는 두 개의 거울(18) 사이에 설치된 레이저 막대와 같은 레이저 이득 매체(16)를 포함하는데, 두 개의 거울 중 하나는 전반사를 일으키고, 다른 거울은 광의 부분 반사 및 부분 투과를 일으킨다. 플래시 튜브와 같은 펌핑 소스(20)는, 발진기 이득 매체(16)에 의해 흡수되는 방사 펄스를 생성한다. 막대의 경우, 펌프 광은, 일반적으로 두 개의 단부 거울(18) 사이의 막대의 세로 축에 직각으로, 막대에 입사된다. 시스템은 발진기(12) 및 증폭기(14)를 위한 플래시 램프의 에너지 및 점화 시퀀스를 제어하기 위한, 에너지 저장 수단(22), 램프 트리거(24) 및 지연 수단(26)을 포함한다.
레이저 광 에너지는, 펌프 광이 낮은 에너지 단계로부터 상부 에너지 단계까지 이온의 수를 증가시키는 상태에서, 이득 매체(16)의 몸체 내에서 활성 또는 고 에너지 단계의 이온으로부터의 광 방출에 의해, 이득 매체(16) 내에서 생성된다. 펌핑 광 에너지는 비정상적으로 상부 단계의 이온 집단을 증가시키고, 부수적으로 에너지 상태의 역변환을 생성하는 낮은 단계의 이온 집단을 고갈시킨다. 상부 에너지 단계에서의 일부 이온은 낮은 단계로의 자발적인 광 방사 투과를 겪게되고, 자발적으로 방사 광은, 다른 상부 단계의 이온으로부터 유사한 광 방사 투과를 자극하는 반사된 표면 사이에서 앞뒤로 반사된다. 자극된 방출이 막대를 통해 반복적으로 앞뒤로 반사됨에 따라, 레이저 광 에너지의 충분히 높은 강도의 펄스가 부분적으로 반사 표면을 통한 투과에 의해 방출된다.
이후, 레이저광의 출력과 에너지를 충분히 증가시키기 위하여, 레이저 광 펄스는 증폭기(14)로 향한다. 증폭기(14)는 레이저 막대와 같은 이득 매체(16)를 포함하는데, 레이저 막대는 플래시 튜브와 같은 펌핑 소스(20)의 펌핑 방출 에너지에 노출된다. 증폭기 이득 매체(16)는, 발진기(12)에 의해 생성된 펄스의 출력이 펌핑 소스(20)로부터의 펌핑 방출의 결과로서 상당히 증가할 수 있는, 광학적으로 활성 재질이다.
이득 매체(16)는 펌프 소스(20)로부터 방출 에너지를 수신하기 위한 펌핑 영역을 포함한다. 통상적으로, 이득 매체(16)는, 이득 매체(16)의 펌프 영역과 접촉하는 홀더를 통해 발진기(12) 또는 증폭기(14)의 이득 모듈 내에 배치된다. 펌프 영역은 또한 이득 매체(16)의 펌프 영역을 가로질러 흐르는 냉각제를 밀폐하기 위해 사용되는 밀폐 수단과 접촉한다. 그러나, 각 경우에 있어서, 이득 매체(16)의 펌프 영역은 펌핑 소스(20)의 펌핑 방사로부터 차단되어, 이득 매체(16) 상의 펌프되지 않는 영역을 형성한다. 펌프되지 않는 영역은 3 단계 레이저의 펌프되지 않는 영역에서 이득 매체(16)로부터의 상당한 레이저 에너지 손실을 야기한다.
이러한 문제를 완화하기 위하여, 본 발명은 감소된 레이저 에너지 손실을 갖는 레이저 이득 모듈에서 사용하기 위한 고체 상태 레이저 이득 매체를 제공한다. 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 레이저 이득 매체(28) 실시예의 다른 방향의 도면을 도시한다. 레이저 이득 매체(28)가 널빤지 형태로 도시되었지만, 본 발명은 막대 또는 원판과 같은 다른 형상도 고려한다. 그러한 것으로서, 본 발명의 이득 매체(28)는 형태에서 널빤지 형상에만 국한되지 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 레이저 이득 매체(28)는, (a) 펌프 영역(32)과 제 1 및 제 2 접촉 영역(34 및 36)을 각각 구비하고, 펌프 영역(32)에서의 펌핑 방출 펄스에 따른 레이저 파장에서 레이저 방출을 생성하는 이득 층(30)과, (b) 확산 결합에 의해 이득 층(30)의 제 1의 접촉 영역(34)에 광학적으로 연결된 제 1의 투명 층(38)과, (c) 확산 결합에 의해 이득 층(30)의 제 2의 접촉 영역(36)에 광학적으로 연결된 제 2의 투명 층(40)을 포함한다. 투명 층(38 및 40)은, 투명 층(38 및 40)에 의한 레이저 방사의 흡수를 감소시키기 위하여, 레이저 파장에 대해 투명하다. 투명 층(38 및 40)은 리테이너에 의해 지지되거나, 또는 냉각제를 밀폐하는 밀폐 수단과 협동하도록, 그 크기가 정해진다. 그러한 것으로서, 리테이너 또는 밀폐 수단은 이득 층(30)의 펌프 영역(32)을 차단하지 않고, 손실이 있는 펌핑 되지 않는 영역의 구성은 예방된다.
이득 매체(28)의 널빤지 형상의 형태에 있어서, 펌핑 영역(32)은 수평 펌핑 면을 포함하고, 접촉 영역(34 및 36)은 실질적으로 수평 펌핑 면을 횡단한다. 양호하게, 이득 층(30)과 투명 층(38 및 40)은 동일한 결정체 재질이다. 이러한 결정체 재질은, 필수적으로 YLF, YAG, YAP, YSGG, YSAG, GSGG, GGG, LiSAF, LiCAF, SFAP 및 유리로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 이득 층(30)은 이온 도핑되고, 투명 층(38 및 40)은 도핑되지 않는다. 도핑 재질은, 필수적으로 홀륨, 튤륨, 크롬, 에르븀 및 이테르븀으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 도핑된 영역은 펌프 소스로부터 펌프 방출을 받게 되고, 도핑되지 않은 영역은 펌핑 되지 않는다. 이러한 것으로서, 도핑되지 않은 영역은 이득 매체(28)를 지지하기 위하여 사용될 수 있고, 냉각제를 밀폐할 수 있다.
확산 결합은 이득 층(30)과 투명 층(38 및 40) 사이에서 광학적인 동질성을 제공한다. 이득 층(30)과 각 투명 층(38 및 40)을 위한 확산 결합 처리는, 조립품을 형성하기 위하여 이득 층(30)의 접촉 영역(34 및 36)을 투명 층(38 및 40)에 각각 광학적으로 접촉시키는 단계와, 영역의 용해 온도 이하의 온도이지만, 영역을 확산 결합시키기에 충분한 온도로 충분한 시간 동안 영역을 점진적으로 가열함으로써 광학적으로 접촉된 영역을 결합하는 단계와, 어닐닝에 의해 응력을 제거할 수 있는 속도로 결합된 구조를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 것으로서, 결합된 층 사이에는 결합제 또는 결합 막이 사용되지 않는다. 확산 결합의 예는, 본 명세서에서 참조로서 수용되는 미국 특허 제 5,441,803호에 설명되었다.
본 발명에 따른 레이저 이득 매체(28)는 3 단계 레이저를 위한 지그-재그 널빤지 형상의 이득 매체를 위해 특별히 유용하다. 3 단계 레이저 시스템에 있어서, 초기에, 이득 매체의 모든 원자는 가장 낮은 단계에 위치한다. 넓은 대역으로 흡수를 생성하는 주파수의 광학적인 펌핑 방사에 의해 여기가 이루어진다. 따라서, 펌프 광은 기저 상태로부터의 원자를 펌프 대역으로 상승시킨다. 일반적으로, 펌핑 대역은 다수의 대역으로 구성되어, 광 펌핑은 넓은 범위 스펙트럼을 통해 달성될 수 있다.
대부분의 여기된 원자는 방출이 없는 빠른 천이에 의해 중간의 예리한 단계로 전달된다. 이러한 처리에 있어서, 전자에 의한 에너지 손실은 이득 매체의 격자에 전달된다. 최종적으로 여기된 원자는 광자의 방출에 의해 기저 단계로 되돌아온다. 이러한 최종 천이는 레이저 동작을 초래한다. 펌핑 강도가 레이저 임계값 이하인 경우, 중간 단계의 원자는 자발적인 방출에 의해 주로 기저 상태로 되돌아온다. 펌프 방사가 소멸된 후, 중간 단계는 재질에 따라 변하는 속도로 없어지게 된다. 펌프 강도가 레이저 임계값 이상인 경우, 발광 단계로부터의 감쇠는 여기되고 자발적인 방사로 구성되고, 여기된 방사는 레이저 출력 빔을 생성한다.
통상적으로, 지그-재그 널빤지를 구비한 3 단계 레이저 시스템은, 홀더 또는 밀폐 수단이 상당한 에너지 손실을 야기할 수 있으므로, 펌프되지 않은 큰 영역을 필요로 한다. 이러한 것으로서, 널빤지 구조는, 레이저 에너지 손실을 야기하지 않는, 지지 및 밀폐를 위하여 펌프되지 않은 영역을 필요로 한다. 본 발명의 이득 매체(28)의 투명 층(38 및 40)은 양호하게, 펌프되지 않고 지지 및 밀폐를 위해 사용될 수 있는, 이득 매체(28)의 투명 층(38 및 40)을 제공한다. 투명 층(38 및 40)은 기저 상태의 흡수와 관련된 레이저 에너지 손실을 제거한다.
레이저 증폭기에서의 사용을 위한, 본 발명에 따른 널빤지 구성의 이득 매체(28)의 규격 예는 다음과 같다,
주 재질 : YLF
농도 : 0.4% Ho, 4% Tm
이득 층 길이 : 1 cm - 10 cm 도핑된 영역
투명 층 길이 : 대략 1 cm의 도핑되지 않은 영역
펌프 구성 : 측 펌프.
종래에, 레이저 방출 다이오드 바(bar)는, 레이저 막대와 같은 이득 매체의 길이를 따라 다이오드를 설치함으로써, 광펌핑 소스로서 사용되어 왔다. 홀더는 상기 막대의 길이를 따라 다이오드 바를 지지하기 위하여 사용된다. 바는, 원하는 각도로 기울어진, 바 주위에 아주 근접하여 설치된다. 그러나, 이득 매체는 간혹 단축 복굴절 결정체를 포함한다. 많은 단축 결정체는 기본 방사 흡수 축을 갖고, 이 축을 따라, 결정체는 결정체의 다른 축을 따른 경우보다 상당히 높은 펌핑 방사의 흡수를 나타낸다. 이러한 결정체의 예는 결정체의 c-축을 따라 편광된 펌핑 방사의 상당히 높은 흡수를 갖는 Tm:Ho:YLF이다. Tm:Ho:YLF는 2 미크론 레이저를 위한 양호한 주 재질인데, 이 이유는 Tm:Ho:YAG와 같은 다른 주 재질보다 저장된 에너지마다의 Tm:Ho:YLF의 높은 이득 때문이다.
YLF가 단축 복굴절 결정체이기 때문에, 뚜렷한 결정체 배향을 갖는다. 따라서, 결정체의 c-축을 따라 배향된 다이오드 방출 편광은 a-축을 따른 것보다 더 높은 흡수를 제공한다. 이러한 것으로서, 레이저 다이오드와 같은 광 펌핑 소스의 결정체 축에 대한 배향은, 이득 매체 결정체에 의한 펌핑 방사의 흡수에 직접 영향을 미친다.
본 발명은, 결정체에 의한 펌핑 방출의 흡수를 최대화하기 위하여 단축 이득 결정체의 기본 흡수 축에 대해 최적으로 배향된 여기 메커니즘을 포함하는, 레이저광을 증폭하기 위한 장치를 제공한다. 도 4를 참조하면, 이러한 장치(42)는 (a) 수평 펌프 면(46)과 기본 방사 흡수 축(c)을 갖는 고체 상태인 널빤지 형상의 이득 매체(44)와, (b) 편광 축(52)을 따라 편광된 광을 생성하기 위해, 이득 매체(44)의 펌프 면(46)을 따라 설치된 여기 메커니즘(48)으로서, 편광 축(52)은 증가된 방사 흡수를 제공하기 위하여 이득 매체(44)의 기본 흡수 축(c)과 평행인, 여기 메커니즘(48)을 포함한다. 여기 메커니즘(48)은 양호하게, 축(52)을 따라 편광된 방사 에너지를 생성하기 위하여 배향된 다이오드 배열(50) 세트를 포함한다.
이득 매체(44)는 c-축을 갖는 단축 복굴절 결정체가 될 수 있는데, 기본 방사 흡수 축은 c-축을 따른다. 이러한 결정체는, 필수적으로 Tm:Ho:YLF, Yb:SFAP, Cr:LiSAF로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서, 다이오드(50)는 수직으로 배향되고, 다이오드(50)로부터의 방사는, 최대 흡수를 생성하기 위하여, 결정체의 c-축에 평행한 편광 축(52)을 따라 편광된다. 원통 렌즈(54)는, 펌프 빔을 이득 매체(44) 내의 보다 적은 체적으로 한정하기 위하여, 다이오드 광을 수직 크기에서 집중시키는데 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 다이오드(50)를 위한 규격의 예는 다음과 같다,
파장 : 792 nm
대역폭 : 5 nm
다이오드 바의 수 : 10-250
배열 : 10×40 mm의 냉각기 상에 10개의 바-적층(널빤지의
각 측면 상에 12개씩)이 장착됨.
피크 출력 : 10 개의 바 적층당 500 - 600 W
펄스 지속 기간 : 1 - 3 ms
펌프 광 에너지의 실질적인 양은 레이저광을 생성하기 위해 필요하다. 예컨대, 루비에서의 레이저 동작을 생성하기 위하여 요구되는 펌핑 조도의 양은 대략 레이저 막대의 cm3당 500 W이고, 네오듐에서 요구되는 양은 cm3당 50 W정도이다. 흡수된 에너지는 이득 매체 내에서 상당한 양의 열을 생성하고, 이러한 열을 제거하기 위한 특별한 예방 조치가 취해지지 않는다면, 해로운 온도 상승이 초래된다.
도 5는 펌프 면이 냉각되는 지그-재그 널빤지(56)의 단부를 도시한다. 종래에, 지그-재그 널빤지는, 도 5에 도시된 바와 같이 온도 변화를 최소화하기 위하여, 물로서 그 면이 냉각된다. 그러나, 대략 2 μm 내지 대략 3 μm 정도의 레이저 방사는 물에 의해 강하게 흡수된다. 예컨대, 2 μm에서의 홀륨과 튤륨 방사 및 2.8 μm에서의 에르븀 방사는 물에 의해 강하게 흡수되고, 지그-재그 널빤지 내에서의 실질적인 손실을 야기한다. 막대와는 다르게, 지그-재그 널빤지는 냉각제 내로 짧은 거리를 침투하는 무한소 파동을 생성한다. 널빤지 표면에서의 강한 흡수제의 존재는 빔을 감소시킨다.
도 6을 참조하면, 본 발명은, 대략 2 μm 내지 대략 3 μm의 파장에서 방출하는 레이저를 생성하는 고체 상태의 이득 매체(60)를 위한 냉각 시스템(58)을 제공한다. 냉각 시스템(58)은 이득 매체(60)를 냉각시키기 위하여 이득 매체(60)에 근접하여 설치된다. 유리하게, 본 발명의 냉각 시스템(58)은, 대략 2 μm 내지 대략 3 μm의 파장에서 냉각제에 의한 레이저 방출의 흡수를 줄이기 위한 냉각제 재질을 포함한다.
양호하게, 이득 매체(60)는, 냉각제가 펌프 면을 가로질러 흐르도록, 펌프 면을 갖는 널빤지 형상의 고체 상태 이득 매체인데, 여기에서 냉각제로 침투하는 이득 매체로부터의 무한소 파동은 실질적으로 냉각제에 의해 흡수되지 않는다. 냉각제는 대략 2 μm 내지 대략 3 μm의 레이저 에너지의 최소 흡수를 갖는 임의의 재질이 될 수 있다. 양호하게 냉각제는, 필수적으로 D2O 또는 액체 탄화불소로 구성된다. D2O는, 물의 양호한 열 특성을 구비하여, 이상적인 냉각제를 구성하며, 또한 상기 레이저 파장에서 무한소 파동의 최소 흡수를 갖는 점에서, 장점을 갖는다.
도 6에 도시된, 본 발명의 냉각 시스템(58)의 실시예는, 레이저 이득 매체(60)의 반대 면에 배치된, 일반적으로 직사각형 모양의 한 쌍의 윈도우(64, 66)를 포함한다. 윈도우(64, 66)는, 냉각제의 유동 채널(68, 70)을 한정하도록, 레이저 이득 매체(60)에 인접하며 이에 평행이고, 상기 채널을 통해 냉각제는 레이저 이득 매체(60)의 주 측면(72, 74)에 대해 세로 방향으로 흐른다.
윈도우(64, 66)는 양호하게 사파이어로 구성된다. 사파이어의 열 팽창 특성과 같은 열 팽창 특성을 갖는 다른 적합한 재질도 선택적으로 사용될 수 있다. 밀폐제(76, 78)는, 냉각제가 유동 채널(68, 70)을 통과할 때 레이저 이득 매체(60)를 밀폐시키기 위하여, 윈도우(64, 66)의 상부 및 하부 면에 각각 설치된다. 밀폐제(76, 78)는 양호하게 순수한 실리콘 고무 재질로 구성된다. 밀폐제(76, 78)는 선택적으로 적합한 다른 광 투과 재질로 형성될 수 있다. 밀폐제(76, 78)는, 광학적인 성능을 악화시키는 레이저 이득 매체(60) 내의 열 변화를 최소화시키기 위하여, 레이저 이득 매체(60)에 대하여 주의 깊게 설치된다. 이득 매체(60)는 상술한 본 발명에 따른 이득 매체가 될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 밀폐제와 임의의 필요한 홀더는, 이득 매체(60)의 이득 층 대신에 투명 층과 접촉하도록, 설치될 수 있다.
냉각제 분배 시스템은, 각 윈도우(64, 66)와 레이저 이득 매체(60) 사이의 냉각제 유동 채널(68, 70)에 냉각제를 분배하기 위하여, 사용될 수 있다. 냉각제는 양호하게 D2O 또는 본 발명에 따른 동등한 다른 냉각제이다. 본 발명은, 대략 2 μm 내지 대략 3 μm의 레이저 에너지의 감소된 흡수를 갖는 냉각제를 사용하는 고체 상태의 이득 매체를 냉각시키기 위한 냉각 시스템의 다른 실시예를 고려한다.
도 7은, 이득 매체(60)에 대한 방사 강도를 생성하기 위하여 단축 복굴절 결정체 이득 매체(60)에 근접하여 설치된 여기 메커니즘(62)을 포함하는 도 6의 냉각 시스템을 도시한다. 여기 메커니즘(62)은, 상술한 바와 같이, 결정체의 c-축을 따라 편광된 방사를 생성하도록 수직으로 배향된 한 세트의 다이오드를 포함할 수 있다.
예
도 8은 위상 변형된(conjugated) MOPA 구조의 레이저 시스템의 블록도를 도시한다. 이러한 레이저 시스템은 마스터 발진기(MO), 파라데이 로테이터(Faraday Rotator)(FR), 증폭기 또는 이득 매체, SBS 셀 및 도시된 바와 같이 조립된 두 개의 영상 릴레이 텔레스코프(image relay telescope)를 포함한다. 이득 매체는 본 발명에 따른 복굴절 결정체의 주 재질이다.
마스터 발진기는, 원하는 더 높은 출력의 레이저 방사를 제공하기 위하여 증폭되는, 증폭기 내로 주입되는 방사 소스를 제공한다. 마스터 발진기는, 레이저 방사 펄스를 제공하는, 낮은 에너지, 높은 위상 프론트(front)의 품질 및 높은 스펙트럼 순도의 레이저 발진기를 포함한다. 펄스는, 사용된 발진기 매체의 형태와 함께 원하는 레이저 응용에 의해 결정된, 지속 기간 및 파장을 갖는다.
이득 매체 요소는, 한 단부 상에 배치된 위상 변형(conjugated) 반사기(SBS 셀)와, 다른 단부 상의 광 커플러 사이에서 연장되는, 광 경로를 따라 배치된다. 마스터 발진기로부터의 에너지는, 마스터 발진기로부터의 출력을 이득 매체를 통한 광 경로를 따라 선택적으로 연결시키기 위하여, 광 커플러(파라데이 분리기)를 사용하여 이득 매체에 연결된다. 연결 수단은 또한, 증폭기 단계를 빠져나가는 방사의 거의 매우 적은 비율이 마스터 발진기로 다시 들어가는 것을 방지하도록, 구성된다.
동작 시, 이득 매체를 횡단하는 펄스는, 활기차게 펌프된 원자 또는 존재하는 분자로부터의 방출을 생성함으로써, 증폭된다. 반사된 펄스에 대해서도 유사한 처리가 발생한다. 일반적으로 이득은 증폭기 이득 매체 내에 저장된 에너지에 비례한다. 증폭기의 추출 형상은 다음과 같다,
입력 각도 : 46°
지그-재그 각도 : 70°
경로의 수 : SBS 이전의 2 개의 대칭 경로, 총 4 개
편광 : 전체적으로 수직 편광
SBS 셀 규격 :
SBS 매체 : Xe 가스 또는 2 백만에서 투명한 다른 SBS 매체
입력 펄스 길이 : 10 ns - 1000 ns
주입 형상 : 단순 포커스
이득 매체는 직사각형 단면을 갖는 널빤지 형태이고, 광학적으로 연마된 주 면, 단부 면 및 주 측면과 수직인 수평 펌프 면을 포함한다. 입력 광파는 레이저 이득 매체의 에지 면에 충돌하고, 펌핑 소스에 의해 방출되는 전자기 방사는, 집단 역변환을 생성하는 활성 핵종을 여기시키기 위하여, 레이저 이득 매체의 펌프 면상에 충돌한다. 펌핑 소스는 상술한 바와 같이 배향된 레이저 다이오드를 포함한다. 여기된 원자와 광파의 상호 작용은 광파를 증폭시킨다. 필수적으로 D2O로 구성되는 냉각제는, 상술한 냉각 시스템에 의해, 널빤지의 면을 가로질러 흐른다.
본 발명은, 본 발명의 특정의 양호한 변형을 참조하여 상당히 상세하게 설명되었지만, 다른 변형도 가능하다. 따라서, 첨부된 청구 범위의 사상과 범주는 여기에 포함된 양호한 변형의 설명에 국한되지 않아야 한다.

Claims (38)

  1. 레이저 장치에 사용하기 위한 고체 상태의 레이저 이득 매체에 있어서,
    (a) 펌프(pump) 영역과 제 1 및 제 2 접촉 영역을 구비하는 이득 층으로서, 펌핑(pumping) 영역에서 펌핑 방사 펄스에 따른 레이저 파장에서 레이저 방사를 생성하는, 이득 층과,
    (b) 확산 결합에 의해 이득 층의 제 1 접촉 영역에 광학적으로 연결된 제 1의 투명 층과,
    (c) 확산 결합에 의해 이득 층의 제 2 접촉 영역에 광학적으로 연결된 제 2의 투명 층을 포함하는데,
    상기 투명 층은, 투명 층에 의한 레이저 방사의 흡수를 줄이기 위하여, 상기 레이저 파장에 대해 투명한 것을 특징으로 하는 고체 상태의 레이저 이득 매체.
  2. 제 1항에 있어서, 각 투명 층은 리테이너(retainer)에 의해 지지되도록 크기가 결정되는 것을 특징으로 하는 고체 상태의 레이저 이득 매체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 투명 층은 레이저 냉각 시스템과 협동하도록 크기가 결정되는 것을 특징으로 하는 고체 상태의 레이저 이득 매체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 이득 층과 상기 투명 층은 동일한 결정체 재질인 것을 특징으로 하는 고체 상태의 레이저 이득 매체.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 이득 층은 이온 도핑되고, 상기 투명 층은 도핑되지 않는 것을 특징으로 하는 고체 상태의 레이저 이득 매체.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 결정체 재질은, 필수적으로 YLF, YAG, YAP, YSGG, YSAG, GSGG, LiSAF, LiCAF, SFAP 및 유리로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고체 상태의 레이저 이득 매체.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 도핑 재질은, 필수적으로 홀륨, 튤륨, 에르븀, 이테르븀 및 크롬으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고체 상태의 레이저 이득 매체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 매체는 고체 상태인 널빤지 형상의 레이저 매체인 것을 특징으로 하는 고체 상태의 레이저 이득 매체.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 펌핑 영역은 수평 펌핑 면을 포함하고, 상기 접촉 영역은 수평 펌핑 면을 실질적으로 횡단하는 것을 특징으로 하는 고체 상태의 레이저 이득 매체.
  10. 레이저광을 증폭하기 위한 장치에 있어서,
    (a) (1) 수평 펌프 면과, (2) 기본 방사 흡수 축을 갖는 고체 상태인 널빤지 형상의 이득 매체와,
    (b) 방사 강도를 생성하기 위하여, 상기 이득 매체의 펌프 면을 따라 설치된 여기(excitation) 메커니즘으로서, 증가된 방사 흡수를 제공하기 위하여 상기 이득 매체의 기본 흡수 축에 평행으로 편광된 방사를 생성하도록 배향된(oriented), 여기 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 레이저 매체는 c-축을 갖는 단축 복굴절 결정체이고, 상기 기본 방사 흡수 축은 상기 c-축을 따르는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 결정체는, 필수적으로 YLF, YAP, LiSAF, LiCAF 및 SFAP로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 여기 메커니즘은, 레이저 매체의 기본 흡수 축에 평행하게 편광된 방사를 생성하도록 배향된 한 세트의 레이저 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    (a) 상기 레이저 매체는, (1) 길이와, (2) 폭과, (3) 높이와, (4) 상기 높이를 따르는 c-축을 더 포함하는데, 상기 기본 흡수 축은 상기 c-축을 따르고, 수평 펌프 면은 상기 길이를 따르며,
    (b) 상기 레이저 다이오드는, 상기 레이저 매체의 c-축과 평행하게 편광된 방사를 생성하도록 배향되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 다이오드의 편광된 방사를, 상기 레이저 매체의 기본 흡수 축을 따라 집중시키기 위하여, 상기 다이오드와 상기 레이저 매체 사이에 위치한 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  16. 레이저광을 증폭하기 위한 장치에 있어서,
    (a) 고체 상태의 레이저 이득 매체와,
    (b) 상기 이득 매체에 방사 강도를 생성하여, 상기 이득 매체가 대략 2 μm 내지 대략 3 μm의 파장에서 레이저를 방출하는 레이저를 생성하도록 하기 위한, 고체 상태 레이저 이득 매체에 근접하여 설치된 여기 메커니즘과,
    (c) 상기 이득 매체를 냉각시키기 위하여, 상기 고체 상태 레이저 이득 매체에 근접하여 설치된 냉각 시스템으로서, 상기 파장에서 냉각제에 의한 레이저 방출의 흡수를 감소시키는 냉각제 재질을 포함하는, 냉각 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 냉각제 재질은 필수적으로 D2O로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 냉각제 재질은 필수적으로 액체 탄화불소로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 고체 상태의 이득 매체는, 상기 냉각제가 가로질러 흐르는 펌프 면을 구비한 널빤지 형상의 고체 상태 이득 매체이고, 상기 이득 매체로부터 상기 냉각제로 침투하는 무한소(evanescent) 파동은 실질적으로 상기 냉각제에 의해 흡수되지 않는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 고체 상태 레이저 이득 매체는 홀륨이 도핑된 결정체 구조인 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  21. 제 16항에 있어서, 상기 고체 상태 레이저 이득 매체는 튤륨이 도핑된 결정체 구조인 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  22. 제 16항에 있어서, 상기 고체 상태 레이저 이득 매체는 이테르븀이 도핑된 결정체 구조인 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  23. 제 16항에 있어서, 상기 고체 상태 레이저 이득 매체는 크롬이 도핑된 결정체 구조인 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  24. 레이저광을 증폭하기 위한 장치에 있어서,
    (a) 펌핑 면을 구비한 고체 상태인 널빤지 형상의 레이저 이득 매체와,
    (b) 상기 이득 매체에 방사 강도를 생성하여, 상기 이득 매체가 1.5 μm 내지 대략 3 μm 범위의 파장에서 레이저를 방출하는 레이저를 생성하도록 하기 위하여, 상기 고체 상태 레이저 이득 매체에 근접하여 설치된 여기 메커니즘과,
    (c) 상기 펌프 면을 가로지르는 상기 이득 매체를 냉각시키기 위하여, 상기 고체 상태 레이저 이득 매체에 근접하여 설치된 냉각 시스템으로서, 상기 파장에서 냉각제에 의한 무한소 레이저 방출의 흡수를 감소시키는 냉각제 재질을 포함하는데, 상기 냉각제 재질은 필수적으로 D2O 또는 액체 탄화불소로 구성되는, 냉각 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  25. 레이저광을 증폭하기 위한 장치에 있어서,
    (a) 고체 상태 레이저 이득 매체로서,
    (1) 수평 펌프 면과, 기본 방사 흡수 축과, 제 1 및 제 2 접촉 면을 구비한 고체 상태인 널빤지 형상의 이득 층으로서, 상기 펌프 면에서의 펌핑 방사 펄스에 따라, 대략 1.5 μm 내지 대략 3 μm의 레이저 파장에서 레이저 방사를 생성하는, 고체 상태인 널빤지 형상의 이득 층과,
    (2) 확산 결합에 의해 상기 이득 층의 상기 제 1 접촉 영역에 광학적으로 연결된 제 1의 투명 층과,
    (3) 확산 결합에 의해 상기 이득 층의 상기 제 2 접촉 영역에 광학적으로 연결된 제 2의 투명 층을 포함하는데,
    상기 투명 층은, 상기 투명 층에 의한 레이저 방사의 흡수를 줄이기 위하여, 상기 레이저 파장에 대해 투명한, 고체 상태 레이저 이득 매체와,
    (b) 상기 이득 층의 펌프 면을 따라 설치된 여기 메커니즘으로서, 방사 강도를 생성하기 위하여 한 세트의 레이저 다이오드를 포함하는데, 상기 다이오드는, 증가된 방사 흡수를 제공하기 위하여, 상기 이득 층의 기본 흡수 축과 평행하게 편광된 방사를 생성하도록 배향되는, 여기 메커니즘과,
    (c) 상기 이득 층을 냉각시키기 위하여, 상기 이득 층에 근접하여 설치된 냉각 시스템으로서, 상기 펌프 면을 가로질러 흐르는 냉각제 재질을 포함하는데, 상기 냉각제는 상기 파장에서 상기 냉각제에 의한 무한소 레이저 방사의 흡수를 감소시키는, 냉각 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  26. 제 24항에 있어서, 각 투명 층은 리테이너(retainer)에 의해 지지되도록 크기가 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  27. 제 24항에 있어서, 상기 투명 층은 상기 냉각 시스템과 협동하도록 크기가 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  28. 제 24항에 있어서, 상기 이득 층은 c-축을 갖는 단축 복굴절 결정체이고, 상기 기본 방사 흡수 축은 상기 c-축을 따르는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  29. 제 27항에 있어서, 상기 이득 층과 상기 투명 층은 동일한 결정체 재질인 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 이득 층은 이온 도핑되고, 상기 투명 층은 도핑되지 않는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  31. 제 29항에 있어서, 상기 결정체 재질은, 필수적으로 YLF, YAG, YAP, YSGG, YSAG, GSGG, GGG, LiSAF, LiCAF, SFAP 및 유리로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  32. 제 30항에 있어서, 상기 도핑 재질은, 필수적으로 홀륨, 튤륨, 크롬, 이테르븀 및 에르븀으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  33. 제 31항에 있어서, 상기 냉각제 재질은 필수적으로 D2O 및 액체 탄화불소로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  34. 레이저광을 증폭하기 위한 장치에 있어서,
    (a) 고체 상태 레이저 이득 매체로서,
    (1) 수평 펌프 면과, 기본 방사 흡수 축과, 제 1 및 제 2 접촉 면을 구비한 고체 상태인 널빤지 형상의 이득 층으로서, 상기 펌프 면에서의 펌핑 방사 펄스에 따라, 1.5 μm 내지 대략 3 μm의 레이저 파장에서 레이저 방사를 생성하는, 고체 상태인 널빤지 형상의 이득 층과,
    (2) 확산 결합에 의해 상기 이득 층의 상기 제 1 접촉 영역에 광학적으로 연결된 제 1의 투명 층과,
    (3) 확산 결합에 의해 상기 이득 층의 상기 제 2 접촉 영역에 광학적으로 연결된 제 2의 투명 층을 포함하는데,
    상기 투명 층은, 상기 투명 층에 의한 레이저 방사의 흡수를 줄이기 위하여, 상기 레이저 파장에 대해 투명한, 고체 상태 레이저 이득 매체와,
    (b) 방사 강도를 생성하기 위하여 상기 이득 층의 상기 펌프 면을 따라 설치된 여기 메커니즘으로서, 증가된 방사 흡수를 제공하기 위하여, 상기 이득 층의 기본 흡수 축과 평행하게 편광된 방사를 생성하도록 배향되는, 여기 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  35. 제 34항에 있어서, (a) 상기 이득 층과 상기 투명 층은 동일한 결정체 재질이고,
    (b) 상기 이득 층은 이온 도핑되고, 상기 투명 층은 도핑되지 않는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  36. 제 34항에 있어서, 상기 이득 층은 c-축을 갖는 단축 복굴절 결정체이고, 상기 기본 방사 흡수 축은 상기 c-축을 따르는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  37. 제 35항에 있어서, (a) 상기 결정체 재질은, 필수적으로 YLF, YAP, LiSAF, LiCAF 및 SFAP로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,
    (b) 상기 도핑 재질은, 필수적으로 홀륨, 튤륨, 에르븀, 크롬 및 이테르븀으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
  38. 제 36항에 있어서, 상기 여기 메커니즘은, 상기 이득 층의 기본 흡수 축과 평행하게 편광된 방사를 생성하도록 배향된 한 세트의 레이저 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저광을 증폭하기 위한 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11349274B2 (en) 2018-10-16 2022-05-31 Lumentum Operations Llc Amplifier assembly

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6873639B2 (en) * 1993-05-28 2005-03-29 Tong Zhang Multipass geometry and constructions for diode-pumped solid-state lasers and fiber lasers, and for optical amplifier and detector
US6134258A (en) * 1998-03-25 2000-10-17 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Transverse-pumped sLAB laser/amplifier
JP2000082860A (ja) * 1998-09-04 2000-03-21 Toshiba Corp 固体レーザ装置
US6490081B1 (en) * 2000-07-28 2002-12-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method of amplifying optical signals using doped materials with extremely broad bandwidths
EP1316245A1 (en) 2000-08-31 2003-06-04 Powerlase Limited Electromagnetic radiation generation using a laser produced plasma
GB0117788D0 (en) * 2001-07-20 2001-09-12 Mertek Ltd Laser apparatus
US7087447B2 (en) * 2003-10-28 2006-08-08 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method for fabricating zig-zag slabs for solid state lasers
US7346091B2 (en) * 2005-01-12 2008-03-18 Raytheon Company High energy solid-state laser with offset pump and extraction geometry
US7630423B2 (en) 2005-04-12 2009-12-08 Raytheon Company Glaze soldered laser components and method of manufacturing
US8702687B2 (en) * 2005-11-03 2014-04-22 Luxon, Inc. Surgical laser systems for soft and hard tissue and methods of use thereof
US20070223553A1 (en) * 2006-03-23 2007-09-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Laser system with the laser oscillator and the laser amplifier pumped by a single source
US20080020083A1 (en) * 2006-06-06 2008-01-24 Kabushiki Kaisha Topcon Method for joining optical members, structure for integrating optical members and laser oscillation device
JP5339172B2 (ja) * 2006-11-15 2013-11-13 株式会社メガオプト コヒーレントドップラーライダー
JP2010073936A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Tokuyama Corp 真空紫外発光素子
JP2019186417A (ja) * 2018-04-12 2019-10-24 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 レーザー装置
EP3954004B1 (en) * 2019-07-03 2024-07-24 SEC Technologies, S.R.O. Method for limiting the deflection of a laser beam from a laser head during temperature changes and a laser head
CN111559048B (zh) * 2020-04-25 2022-05-10 芜湖荣基实业有限公司 一种高分子塑料生产用熔接装置

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3611190A (en) * 1969-10-16 1971-10-05 American Optical Corp Laser structure with a segmented laser rod
US4233567A (en) * 1978-12-13 1980-11-11 General Electric Company Face-cooled laser device having increased energy storage and output
US5181223A (en) * 1985-05-01 1993-01-19 Spectra-Physics, Incorporated High-efficiency mode-matched transversely-pumped solid state laser amplifier
US4713820A (en) * 1985-08-02 1987-12-15 Allied Corporation Thermal lensing-compensated lanthanum beryllate laser
US4876694A (en) * 1986-07-07 1989-10-24 Advanced Lasers Limited External cavity slab lasers
US5441803A (en) * 1988-08-30 1995-08-15 Onyx Optics Composites made from single crystal substances
IL88722A (en) * 1988-12-19 1993-03-15 Israel State Holmium laser
US5224116A (en) * 1989-03-08 1993-06-29 Bt&D Technologies Ltd. Laser amplifier
US5148445A (en) * 1989-04-24 1992-09-15 Quantronix Corp. High power Nd:YLF solid state lasers
US4949346A (en) * 1989-08-14 1990-08-14 Allied-Signal Inc. Conductively cooled, diode-pumped solid-state slab laser
US5268920A (en) * 1991-11-06 1993-12-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy System for end-pumping a solid state laser using a large aperture laser diode bar
US5299210A (en) * 1992-04-28 1994-03-29 Rutgers University Four-level multiply doped rare earth laser system
US5299220A (en) * 1992-09-08 1994-03-29 Brown David C Slab laser
US5305345A (en) * 1992-09-25 1994-04-19 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Zigzag laser with reduced optical distortion
US5287378A (en) * 1992-12-30 1994-02-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Holmium quasi-two level laser
US5315612A (en) * 1993-03-11 1994-05-24 National Research Council Of Canada High efficiency transversely pumped solid-state slab laser
US5355247A (en) * 1993-03-30 1994-10-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University Method using a monolithic crystalline material for producing radiation by quasi-phase-matching, diffusion bonded monolithic crystalline material for quasi-phase-matching, and method for fabricating same
US5381431A (en) * 1993-08-13 1995-01-10 Massachusetts Institute Of Technology Picosecond Q-switched microlasers
US5555254A (en) * 1993-11-05 1996-09-10 Trw Inc. High brightness solid-state laser with zig-zag amplifier
US5485482A (en) * 1993-12-08 1996-01-16 Selker; Mark D. Method for design and construction of efficient, fundamental transverse mode selected, diode pumped, solid state lasers
US5394420A (en) * 1994-01-27 1995-02-28 Trw Inc. Multiform crystal and apparatus for fabrication
US5394427A (en) * 1994-04-29 1995-02-28 Cutting Edge Optronics, Inc. Housing for a slab laser pumped by a close-coupled light source
US5479430A (en) * 1995-02-07 1995-12-26 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Protective coating for solid state slab lasers
US5692005A (en) * 1995-03-04 1997-11-25 Carl-Zeiss-Stiftung Solid-state laser
GB9522925D0 (en) * 1995-11-09 1996-01-10 Barr & Stroud Ltd Solid state lasers

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11349274B2 (en) 2018-10-16 2022-05-31 Lumentum Operations Llc Amplifier assembly
US11894651B2 (en) 2018-10-16 2024-02-06 Lumentum Operations Llc Amplifier assembly

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Publication number Publication date
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US5841805A (en) 1998-11-24
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EP0854551A3 (en) 1999-12-08
CA2225982C (en) 2001-06-26
CA2225982A1 (en) 1998-07-14
EP0854551A2 (en) 1998-07-22
JPH10209549A (ja) 1998-08-07
DE69837632D1 (de) 2007-06-06
JP3234805B2 (ja) 2001-12-04

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