KR19990071549A - 광섬유 스터브에 엔드-펌핑된 레이저 - Google Patents

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Abstract

레이저 다이오드 패키지(1)는 레이저 다이오드 출력을 복수 개의 파이버(21)에 결합시키며, 이것들은 번들링되어 파이버 단부(21')로부터 발산하는 합성 빔을 산출하는 출력면(2')에 전달되어 진다. 빔 단부는 갭(6)에 걸쳐 솔리드 상태 레이저(100)를 펌핑하며, 발산은 펌프 및 크리스탈(3)의 정렬에서 넓은 공차를 허용한다. 바람직하게, 하나의 캐비티 미러(7)는 소망 모드에서 나머지 펌프 광을 재수렴시키는 포커싱 미러이다. 바람직한 실시예에서, 패키지의 출력면은 단순하고 유효한 펌프 빔 중앙 정렬을 제공하는 페룰 또는 짧은 스터브(2)에 있다. 솔리드 상태 레이저(100)는 봉 또는 크리스탈(3)일 수 있으며 바람직하게는 봉에서의 발산 및 펌프 빔 직경에 비해 충분히 짧고, 봉내의 펌프 빔은 레이저 캐비티의 TEM0모드 볼륨에 있다. 오목거울은 나머지 펌프광을 상기 모드에 재포커싱한다. 봉은 바람직하게 펌프 파장에서 높은 인덱스를 가지지만, 고 흡수율을 가질 필요는 없다. 공통 장착 플레이트(10) 및 열 싱크 장치는 패키지(1) 및 크리스탈(3)을 위해 제공된다.

Description

광섬유 스터브에 엔드-펌핑된 레이저
일반적으로, 이러한 시스템은 유용한 출력을 획득하기 위해 레이저 다이오드 출력광을 솔리드 상태 봉(rod) 또는 크리스탈에 주입하기 위한 설계 또는 매우 정교함을 필요로 한다. 대개, 엔드-펌핑된 레이저를 위해, 이것은 펌프광을 TEM0크리스탈 모드에 매칭시키거나, 펌프광이 집중되는 영역을 제한하기 위해 매우 높은 흡수율을 갖는 크리스탈을 필요로 하는 광학을 선택하는 것을 의미하여 왔으며; 그것은 효율적인 기능을 달성하기 위해 정밀하게 조정 및 정렬되어야 항 다수의 엘리먼트를 필요로 하여왔다.
특허문헌에 나타난 설명은 기술발달의 초기 단계에서 기입되는 경향이 있으며, 특허되어야 할것으로 추구되는 기술에 의해 달성된 결과의 진정한 범위 또는 기술을 정확히 반영하지 못할 수 있다. 그러나, 이분야에서 특허의 간략한 검토는 특허권자가 이러한 유형의 레이저 펌핑 시스템을 작용시키는 데 유용한 또는 가망있는 것으로 믿는 구성에 관한 어떤 인식을 제공한다.
Rosenkrantz의 미합중국 특허 제 3,982,201호는 반도체 레이저 다이오드 레이저의 광을 엔드-펌핑된 솔리드-상태 레이저의 단부로 향하도록 배열된 반도체 다이오드 레이저를 방사시키는 펌프 광 어레이를 이용하는 엔드-펌핑된 솔리드-상태 레이저를 특허청구한다. 그것은 레이저 다이오드 어레이가 솔리드-상태 레이저의 연속파(CW)동작을 유도하는 비율로 펄싱될 수 있음을 암시한다. 이 어레이는 다이오드 광이 단부면을 통해 Nd:YAG 레이저 크리스탈로 입사하는 물리적 구성을 갖는다.
Dixon의 미합중국 특허 제 4,847,851호는 TEM0모드 볼륨 내부에 모든 다이오드 펌프 광을 흡수하도록 500 마이크로미터 미만의 매우 짧은 흡수길이를 이용하고 레이저 다이오드를 봉의 일단부에 "버트-커플링" 시키므로써 솔리드-상태 레이저를 엔드 펌핑하는 것을 특허청구한다.
Spices의 미합중국 특허 제 4,710,940호는 레이저 다이오드의 어레이가 축 방향으로 레이저 매체를 펌핑하도록 위치되고, 레이징 볼륨 내부에 다이오드 광을 수렴시키기 위한 수단을 필요로 하는 구성을 특허청구한다. 이것은 레이저의 TEM0모드 볼륨을 오버래핑하는 레이저 봉 내부에 초점을 제공하기 위해 다이오드 어레이로부터 광을 조절하는 일련의 렌즈로서 예시된다.
Baer 등의 미합중국 특허 제 4,653,056호는 레이저 봉을 갖춘 광학 정렬내 및 뒤에 있는 하우징에 고정된 레이저 다이오드 어레이를 특허청구한다. 이 장치의 바람직한 구성은 또한 상기 모드 볼륨에서 레이저 봉 내부에 초점을 제공하기 위해 일련의 렌즈를 이용한다.
요약하면, 이들 종래 기술 및 펌핑기술은 레이저 헤드 내부에서, 레이저 봉에 대한 광학 정렬에 장착된 레이저 다이오드 어레이에 제한되어 왔다. 일반적으로, 다이오드 어레이는 난시특성을 갖춘 선형 어레이이고 엔드 펌핑에 적절한 대칭형, 반원형 출력에 그것의 출력을 집어넣기 위한 매우 정교한 광학 장치를 필요로 할 수 있다(Zhou(1985), Berger(1988), Oka 및 Kubota(1988)등의 논문을 예로서 참조하라).
이러한 구성외에, 여러 연구자들은 펌프광을 레이저에 결합시키기 위해 하나 이상의 광섬유의 사용을 제안하여 왔다.
최근에, 단일, 원형 방사 개구를 형성하기 위해 함께 번들링되고 별개 광섬유를 통해 다수의 단일 다이오드를 결합시키므로써 단일 개구에 커다란 출력을 산출하는 레이저 다이오드 소스의 새로운 유형이 출현하였다. 전체 어셈블리는 일측으로부터 돌출하는 짧은 금속 페룰을 갖춘 자급식 패키지이고, 이 페룰은 개별 파이버를 원형단면을 갖는 번들에 수집한다. 이 번들은 영구적으로 본딩된 인터페이스를 통해 출력광을 단일 코어 파이버에 결합시키는 SMA 커넥터내로 결합시킨다. 이것은 다이오드 출력을 동질화하며, 파이버 출력에서 가우시안 원형 강도 프로파일의 출력을 산출한다. 이 출력은 크리스탈의 TEM0모드를 엔드-펌핑시키는 데 양호하게 매칭되며, 이는 그 모드가 가우시안 강도 프로파일도 갖기 때문이다. 현재, 이러한 유형의 멀티-파이버 결합 및 단일-파이버 출력 고전력 CW 다이오드 어레이는 두 상용 공급업체인 SDL,Inc 및 Opto Power Corp로부터 이용가능하다. 이러한 디바이스의 전형적인 출력전력은 6와트에 근접하거나 초과한다. 이러한 높은 출력전력으로 인해, 이들 다이오드 패키지가 다양한 레이저 매체를 위한 펌프 레이저로서 유용함을 예상할 수 있다. Baer는 미합중국 특허 제 4,723,257 호에서 원격 레이저 헤드에 전력을 공급하기 위해 파이버-결합된 레이저 다이오드 소스를 이용하여 이미 제안하였는 데, 이는 그것이 헤드로 하여금 전체적으로 전자장비로부터 자유롭게 하여 비교적 단순하고 견고한 구조를 갖게 하기 때문이다. 이와 같은 현재 레이저 다이오드 어레이의 파이버 출력은 상기 특허의 하나 이상에서 설명된 몇몇 특정 펌핑 구성을 구현하기 위해 위치지정 및 포커싱하기 쉬운 것으로 여겨질 수 있다. 그러나, 파이버를 갖춘 다이오드 소스를 부착 및 번들링시키므로써 획득된 취급의 용이를 위한 반대급부로서, 영구적으로 부착되고 정렬된 고전력 단일 파이버 점퍼를 위해 확정하여야 한다. 비교적 개구가 크고 긴 초점거리의 광학과 같은 매우 특정한 광학은 출력을 엔드-펌핑된 크리스탈에 매칭시키기 위해 필요로 될 수 있다.
본 발명은 엔드-펌핑된 솔리드-상태 레이저에 관한 것으로, 더욱 상세히는 하나 이상의 반도체 레이저 다이오드에 의해 펌핑되는 레이저에 관한 것이다.
도 1a는 파이버 번들 출력을 갖춘 종래기술의 패키지된 레이저 다이오드 어레이를 나타낸 도.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 측면도.
도 2는 종래 기술의 전형적인 엔드-펌핑 구성도.
도 3은 Nd:YAG 레이저 봉을 엔드 펌핑하기 위한 또다른 종래 기술의 구성도.
도 4는 파이버 번들 스터브 출력을 갖춘 패키지된 레이저 다이오드 어레이를 나타내는 도.
도 4a는 도 4의 어레이의 빔 형태 및 강도를 예시하는 도.
도 5는 파이버-결합된 다이오드 소스를 이용하여 종래기술의 엔드-펌핑된 레이저를 도시하는 도.
도 6은 로드에 광학식으로 결합된 도 4의 다이오드 어레이를 도시하는 도.
도 7은 도 1의 실시예에 대한 개략적인 최상부도.
도 8은 도 1 및 도 7의 레이저에서의 빔 형태를 예시하는 도.
도 9는 바람직한 실시예의 봉 길이 및 모드 형태를 예시하는 도.
도 10은 버트-결합된 파이버에 의해 펌핑된 또다른 실시예를 나타내는 도.
도 11은 펌프 입력 영역의 레이저 모드를 확대시키기 위한 레이저 캐비티를 예시하는 도.
도 12는 출력 커플러-단부에서 확대되며 발산하는 다이오드 펌프 광에 매칭된 캐비티 모드를 갖춘 실시예를 나타낸 도.
도 13은 소망 레이저 모드 형태를 위해 배열된 파이버 단부를 갖춘 펌핑 체계를 예시하는 도.
도 14는 모드 매칭된 빔 형태를 제공하고 패킹을 향상시키기 위해 비원형 파이버를 갖춘 펌핑 장치를 예시하는 도.
도 15는 캐비티내 주파수 더블링을 갖춘 실시예를 예시하는 도.
도 16은 릴레이 렌즈를 갖춘 실시예를 예시하는 도.
도 17은 두 개의 솔리드-상태 로드가 두 개의 레이저 다이오드 패키지에 의해 펌핑되는 실시예를 예시하는 도.
도18은 폴딩 미러를 통해 출력과 함께 2-패스 경로를 달성하도록 위치된 비선형 크리스탈을 갖춘 도 17의 시스템을 예시하는 도.
도 18a는 단일 펌프 및 크리스탈을 갖춘 더블링 실시예를 나타낸 도.
도 19a 내지 19d는 종래 기술 및 본 발명을 위해 열 또는 스트레스 분배 및 빔 강도를 나타낸 도.
도 20은 두 개의 레이저 다이오드 패키지에 펌핑된 두 개 봉을 갖춘 다른 실시예를 나타낸 도.
도 21은 두 개의 봉, 두 개의 레이저 다이오드 패키지 시스템을 나타낸 도.
본 발명에 따라, 레이저 다이오드 소스는 짧은 스터브 번들에서 종료하도록 제조되며, 이 스터브의 출력은 솔리드-상태 레이저를 펌핑하도록 크리스탈에 직접 버트 커플링된다. 이러한 스터브-출력 디바이스는 상용 다이오드 패키지 디바이스의 단일-코어 파이버 커플러와 스터브의 접점부로부터 실런트/인터페이스를 절결시키므로써, 그리고 단일-코어 파이버를 제거시키므로써 달성될 수 있다. 나머지 스터브는 개별적으로 작고 발산하는 출력을 산출하는 파이버의 단순하고 균등한 패킹을 가지며, 어떠한 별개의 광학도 펌프 출력빔을 구체화하도록 제공되지 않는다. 본 출원인은 파이버 점퍼 및 커플링 렌즈를 갖지 않는 이 산란된 소스로 레이저 매체를 펌핑시키므로써, 출력파워 및 빔 질이 증대되는 식으로 솔리드-상태 레이저가 더욱 효율적으로 여기되는 매우 예상치 못한 것을 발견하였다.
바람직한 실시예에서, 페룰은 각각이 단부를 가지며 축 방향을 이룬 파이버 번들을 한정한다. 단부는 솔리드-상태 크리스탈로부터 에어 갭에 걸쳐 간격을 이루어 위치되고, 이들은 에어 갭에서 발산하는 빔을 방사하며, 크리스탈로 들어간 후에도 크리스탈에서 보단 작은 비율이지만 여전히 발산한다. 따라서, 빔 강도는 흡수에 기인하여 발생하는 감쇠이외에, 크리스탈을 통하여 전파함에 따라 감소한다. TEM00모드 레이저 방사 발생을 위해 사용될 때, 이 펌프 빔 분배는 효율적인 동작을 달성하기 위해 비교적 조악한 정렬 서파이스가 되는 펌프 레이저의 오정렬 및 기울어짐에 비교적 안전한 시스템이 되게 한다. 동일 중심성은 실린더형 스터브 장착에 기인하여 용이하게 장착된다. 더욱이, 솔리드-상태 크리스탈은 TEM00모드 볼륨 외부에서 발산되기 이전에 크리스탈의 말단 면으로부터 펌프 빔이 통과하는 크리스탈 감쇠 깊이 및 펌프 발산에 비해 짧을 수 있다.
바람직하게, 레이저 다이오드, 크리스탈 및 더블러, 모듈레이터 또는 스위치와 같은 임의의 캐비티내 엘리먼트는 모두 공통 싱크 또는 온도 제어 디바이스에 장착된다. 제 1 미러는 펌프 빔이 들어가는 레이저 크리스탈의 일 단부상에서 코팅된다. 말단 미러는 크리스탈의 작은 모드 볼륨 내부에 발산된 빔을 되돌려 재포커싱하기 위해 바람직하게 오목형이다. 이 구조는 또한 본 출원인의 공통 출원중인 미합중국 특허 출원번호 제 08/300,137호에 기재된 바와 같이 수동 안정화 구조가 되기 쉽다.
유익하게, 본 출원인은 발산하는 빔렛의 분산된 어레이로 크리스탈을 엔드-펌핑시키므로써, 당업자는 상당한 전력의 단일-파이버 빔을 포커싱할 때 열적 렌징과 같은 고정도의 스트레스, 광학적 및 물리적 왜곡을 방지할 수 있음을 알게 되었으며, 그것은 지금까지 그러한 전력으로 레이저 다이오드 펌프로 TEM00모드 동작을 유지하기 위한 시도를 봉쇄하여 왔다.
도 1a는 각각의 레이저 다이오드가 출력 파이버에 결합되고 출력 파이버는 함께 일단을 이루는 표준 P5 또는 P6 어셈블리를 형성하기 위해 박스내에 포함된 필수 회로 또는 제어부에 다수의 상기 레이저 다이오드가 장착되는 상용으로 이용가능한 레이저 다이오드 패키지를 예시한다. 출력 파이버는 비교적 용이하게 소망하는 응용을 적합하게 하기 위해 위치될 수 있는 출력 면을 제공하기 위해 단일의 대형 코어 파이버 확장부에 결합되며 박스로부터 외부로 뻗는 피그-테일링으로 된 파이버 번들과 같은 페룰을 통과한다. 이 번들은 각각이 비교적 소량의 전력을 전달하지만, 집합적으로 번들을 이루어 약 수십 와트의 전력을 제공하는 대단히 많은 수의 파이버로 이루어진다. 집합을 이룬 번들은 약 1/4 내지 3 밀리미터의 개구를 갖는다. 페룰은 파이버를 다발로 패키지의 외부에 파이버의 융통성있는 지지되지 않는 길이와 패키지 내부 사이의 기계적으로 손상되기 쉬운 천이영역에서 파이버를 강화시키는 이중 목적을 위한 역할을 한다. 이와 관련되는 한, 출원인은 아래에서 더욱 설명되는 시스템을 위한 펌프소스와 같은 레이저 다이오드 패키지를 채용하며, 상용으로 이용가능한 다이오드 패키지는 길이면에서 절단되거나 감소된 외부 파이버 번들로 수정되므로, 개별 레이저 다이오드에 부착된 파이버는 단지 점퍼 파이버에 결합되기 보단 페룰의 출력단에서 절단 라인(C)으로만 뻗는다. 본 출원인은 레이저 다이오드 패키지를 스터브-출력 패키지와 같은 구성면에서 수정된 것으로서 참조한다. 이 구성에서, 각각의 파이버는 페룰의 단부에서 방사면을 가지므로 광은 그 위치에서 각각의 파이버로부터 외부로 직접 방사되고 파이버 출력은 커다란 단면과 비교적 균일한 강도 분포의 빔에 병합된다.
도 1은 본 발명에 따른 다이오드 엔드-펌핑된 솔리드-상태 레이저(100)를 도시한다. 시스템(100)은 다이오드 출력이 패키지의 측에 고정된 금속 스터브(2)를 통하여 출력 개구에 이르게되는 SDL,Inc의 P5 또는 P6와 같은 레이저 다이오드 패키지(1)를 포함한다. 스터브(2)는 레이저 크리스탈(3)의 단부상에 형성된 백 미러(5)에 작은 에어 갭(6)을 지나 매우 근접하여 위치된다. 예로서, 스터브(2)는 약 500마이크로미터의 명백한 개구를 가지며, 갭(6)은 전형적으로 1mm미만이고, 크리스탈(3)의 단부면(5)과 스터브(2)의 출력면 사이에 실질적인 접촉이 없는 가능한한 짧은 길이가 바람직하다. 갭(6)은 엘리먼트의 손상또는 오정렬이 없는 열 팽창을 허용한다. 크리스탈(3)의 타단으로부터 장착 및 정렬 매커니즘(7')에 지지된 전방 미러(7)가 간격을 이루며, 따라서 미러(7)와 면(5)은 크리스탈에 대한 레이징 캐비티를 한정한다. 스터브로부터 방사된 펌프광(4)은 펌프 파장으로 전도하지만 크리스탈의 레이징 파장에서 매우 고반사성인 백 미러(5)를 통해 크리스탈로 들어간다. 전방 미러(7)는 펌프 파장에서 반사하고 크리스탈 레이저 파장에서 전도하여 펌프에 의해 크리스탈에서 여기된 레이저광(8)은 출력 빔으로서 거기를 통하여 결합된다. 레이저 크리스탈(3)은 크리스탈을 위한 열 싱킹을 제공하는 장착대(3')에 지지된다. 다이오드 어레이(1) 및 크리스탈(3)은 공통 베이스 플레이트(10)에 장착되어 열 싱크되고 그것은 열전기 또는 유사한 냉각 어셈블리(11)에 의해 온도 제어된다. 열 싱크(12)는 쿨러(11)로부터 열을 전도하며 교대로 냉각재의 채널을 이룬 흐름 또는 팬에 의해 능동적으로 냉각될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 펌프 조명장치(4)는 크리스탈면(5)에서 입구의 비교적 수렴된 지점에서부터 직경이 증가하는 빔이 자신의 대향 단부에서 크리스탈을 빠져나감에 따라 더욱 산란 및 확산하는 빔으로 발산하는 빔을 형성한다. 반면에 미러(7)는 반송된 펌프 빔이 이미 통과하고 크리스탈에서 축상으로 중심을 이룬 초점영역에 대해 비교적 고강도를 획득하도록 크리스탈을 향하여 재반사된 펌프광을 재수렴시키는 오목 미러이다.
도 9를 먼저 참조하면, 레이저 크리스탈(3)을 갖춘 펌핑된 시스템의 바람직한 기하학적 배열과 관련하여 펌프빔(4)이 상세히 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 빔(4)은 소 직경으로 면(5)에서 크리스탈(3)에 들어가지만 빔은 크리스탈의 축을 따라 지향된다. 크리스탈내의 레이저 캐비티의 TEM0모드의 직경(t)은 도면의 좌측부에 지시되어있고, 크리스탈의 말단부(5')는 우측에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 충분히 짧도록 선택되고 따라서 면(5')은 빔이 실질적으로 발산하지 않았을 때 펌프빔(4)을 가로지르며 t 보다 더 이상 크지않다. 따라서, 크리스탈에 흡수되기 보단 소망 모드의 외부의 펌프 에너지는 나머지 확장하는 펌프빔(4')으로서 크리스탈(3)로부터 통과한다. 이 광은 전방 미러(7)에 의해 크리스탈내로 되돌려 반사된다. 도 9에는 또한 크리스탈(3)의 레이저 출력(16)이 도시되어 있다. 크리스탈의 자극된 영역으로부터 나오는 이 빔은 양질의 폭이 좁은 빔이다. 상기한 바와 같이, 말단 전방 미러(7)는 모든 나머지 펌프광(4')을 크리스탈(3)의 중앙 모드 볼륨내에 되돌려 재지향시키는 포커싱 미러이다. 크리스탈 길이를 펌프 빔의 발산에 조정시키는 방법으로, 이용가능한 펌프 에너지로 최적 사용을 얻을 수 있다.
본 발명의 추가 이점 및 실시예를 설명하기 전에, 전형적인 종래 기술의 엔드-펌핑된 구조가 순서대로 간략히 설명된다. 도 2는 다이오드(D)의 어레이(20)가 랜즈(L)에 의해 레이저 로드(3)에 결합된 출력을 갖는 전형적인 파이버리스 구조를 예시한다. 도 3은 각각의 다이오드(Di)가 자신의 출력을 파이버(Fi)를 통해 단일 렌즈(Li)에 제공하며 파이버/렌즈 장치는 정밀 커플러로 결합되고 레이저 크리스탈의 공통 초점영역(f)에 겨냥된다. 도 5는 광섬유(F)로부터의 출력이 이미징 렌즈를 통하여 솔리드 레이저 봉에 결합되도록 배열된 종래기술의 패키지된 레이저 다이오드 어셈블리를 도시한다.
도 4는 본 발명을 위해 수정된 패키지된 레이저 다이오드 어셈블리(1)를 도시하며, 여기서 파이버는 다이오드 출력을 금속 튜브(2)로부터 돌출하거나, 스터브에 배치된 공통 출력면(40)으로 이끈다. 이 어셈블리는 도 1a의 상용 디바이스와 유사하지만, 영구적으로 부착된 출력 파이버 번들을 갖는 대신에, 파이버는 패키지 케이싱으로부터 돌출하는 견고하게 기계식으로 고정된 스터브(2)에서 단지 출력면에 도달하도록 채용된다. 이 구조는 본 명세서에 설명되는 바와 같은 향상된 특성을 갖춘 매우 효과적인 솔리드-상태 펌핑장치를 제공하기 위해 본 출원인에 의해 개시되었다.
도 4a는 도 4에 도시된 레이저 다이오드 패키지의 스터브 단부(2)에 의해 형성된 출력 빔(4)을 예시한다. 각각의 파이버는 파이버 사이즈에 좌우되는 통상적으로 5-30°인 α에서 반각을 갖고 발산하는 빔인 빔렛(4i)을 산출하며 일반적으로 가우시안 프로파일이다. 빔렛(4i)은 중앙영역에서 합쳐지고, 인접필드의 에지(di)에서 빔 측으로부터 발산하는 비교적 소량의 에너지를 갖는, 일반적으로 넓고 균일한 전체 빔 프로파일을 산출한다.
도 6은 도 4의 패키지를 이용하는 본원 발명에 따른 시스템을 도시한다. 이것은 비교적 직접적으로 봉에 결합된, 스터브 출력을 갖는 수정된 레이저 다이오드 어셈블리이다. 이 경우에, 레이저 다이오드 어셈블리 및 레이저 봉은 공통 하우징(10) 및 바람직하게는 공통 열-싱킹 장치에도 위치된다. 더욱이, 실린더형 스터브 단부는 레이저 봉 자체에 커다란 기계적 공차내에서 직선으로 정렬되며 간명한 릴레이 렌즈(L)는 다이오드 출력으로부터 발산하는 빔렛 번들(4)을 레이저 봉의 면에 출력하며, 따라서 미러 및 캐비티내 광학 엘리먼트의 배치에 대한 더욱 큰 융통성을 허용한다.
이제 도 1의 실시예를 다시 참조하면, 도 7은 도 1의 발명의 바람직한 실시예의 평면도이고, 여기서 릴레이 렌즈(L)(도 6)는 없으며 다이오드 패키지(1)는 작은 공간 또는 에어 갭(6)을 통해 봉(3)에 직접 결합된다. 이 경우에, 출력빔(4)은 에어 갭에서 발산하는 다이오드 패키지로 부터, 레이저 봉(3)를 충돌한 후 도 8에 도시된 바와 같은 레이저 크리스탈에서 발산을 계속하는 약간 덜 발산하는 빔으로 굴절한다. 봉 및 스터브는 정밀한 광학 정렬없이 레이저 패키지의 관통구멍을 매칭하는 베이스(10)의 볼트 홀에 대한 기계적 정렬로 결합될 수 있다. 펌프출력이 발산하지만 중앙 집중됨으로 인해, 임의의 약간의 오정렬은 펌핑효율면에서 무시할 만한 효과를 가지며 최고강도의 영역은 자동적으로 조정된다.
도 10은 연관된 광학 펌핑 체계로 나타내며 여기서 상기한 SDL 또는 Power CW의 다이오드 어레이와 같은 패키지된 어레이로 이루어 진다. 본 실시예에서, 복수 개의 광섬유(2)는 광섬유가 공통 출력면(2')에서 종료하는 견고하고 조작이 용이한 번들로 번들링된다. 출력면(2')은 제 1 실시예에서와 같이, 크리스탈의 레이징 파장에서 반사하고 펌프파장으로 전도하는 크리스탈의 입력면(5)으로부터 작은 에어 갭(6)에 걸쳐 간격을 이룬다. 도 1의 스터브 실시예에서와 같이, 이것은 발산하는 펌프 빔(4)을 크리스탈에 주입시킨다. 빔(4)은 번들링된 출력 파이버의 그것과 거의 동일한 최소 직경을 가지며 이 직경은 크리스탈의 입력면(5)으로부터 더욱 증대된다. 제 1 실시예에서와 같이, 레이저 다이오드 어셈블리(1) 및 레이저 매체(3)는 안정한 온도에서 이들 엘리먼트를 유지하기 위해 공통 열 싱크 또는 쿨러(11,12)를 포함할 수 있는 공통 하우징(10)에 장착된다. 이 구조는 레이저 오실레이터를 형성하기 위해 사용될 수 있거나, 주입된 레이저 빔을 증폭시키기 위해 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 다수의 발산하는 파이버 출력으로 된 합성 다이오드-발생된 펌프 빔은 비교적 작은 크리스탈을 펌핑하는 발산하는 빔의 예상치 못한 결과로 되며, 이러한 결과로 정렬의 제어 또는 적절한 정밀이 획득될 수 없는 것으로 보여질 수 있거나, 정렬 엘리먼트 및 빔 컨디셔닝에 대한 정교한 장치를 채용해서만 달성될 수 있다. 그러나, 본 출원인은 비교적 낮은 흡수도를 갖거나 또는 도 9에 나타낸 바와 같은 비교적 짧은 레이저 매체를 채용하므로써 실현하였고, 레이징 볼륨은 레이저를 셋팅하는 데 있어서 일련의 정밀 정렬없이 그리고 그것의 캐비티-한정 성분을 필요로 하지 않고 정확히 제어될 수 있다. 상세히는, 크리스탈(3)은 다이오드 패키지(1)는 대략 축 방향으로 손으로 유지되어 겨냥될 때에도 유효하게 펌핑될 수 있으며, 단지 캐비티 미러(7)만이 정밀하게 위치될 것을 필요로 한다.
일반적으로, 적어도 하나의 캐비티를 한정하는 미러를 직접적으로 레이저 봉의 면에 형성시키므로써 정렬 안정성을 얻을 수 있음을 에상할 수 있다. 엔드-펌핀된 이상적인 실시예는 레이저 봉의 펌핑된 단부상의 표면을 연마시키므로써 그리고 미러를 이 표면상에 직접 코팅시키므로써 형성된 백 캐비티 미러를 사용한다(예를들어, 미합중국 특허 제 4,710,940호 및 4,653,056호). 본 발명자는 이러한 레이저가 6 와트 이상의 고전력으로 단일 코어 광섬유에 의해 엔드-펌핑될 때, 강한 수차가 펌핑된 면의 왜곡과 함께 열 렌징으로부터 레이저 매체에서 발생한다. 기본적으로, 봉의 중심에서 강한 펌프 방사선은 국부적 가열 및 봉 단부의 불균일한 왜곡을 야기하며, 이렇게하여 레이저 캐비티의 백 미러를 왜곡시킨다. 이 왜곡은 표준광학을 이용하여 유효하게 교정할 수 없도록 비구형이고, 따라서 레이저가 TEM0모드에서 레이징하는 것을 유효하게 방지한다. 그러나, 본 출원인은 놀랍게도 펌핑이 상기한 바와 같은 P6 다이오드 패키지의 고전력 출력 스터브로 수행될 때 이러한 문제점이 완전히 극복될 수 있음을 알게 되었다. 이것은 본질적으로 광분포의 상대적 균일도에 의해 생기며, 강도 피크치는 서로로부터 작고, 격리되며 근접 필드에서 발생하는 곳에서 근접하여 간격을 이루며, 따라서 유도된 가열 및 차원 변화는 매우 균일하게 된다. 이것은 도 4a 내지 도 19a-19d를 참조하여 이해될 수 있다.
도 19a는 단일 코어 파이버로 부터의 펌프 빔을 위한 크리스탈에서의 방사선 위치의 함수로서 펌프 광 강도(I)를 도시한다. 광 강도 영역은 축 상에서 수립된다. 도 19b는 출력면 근방의 최고 강도 영역에서 또는 초점에서 멀티-파이버에 의한 조명을 위한 대응패턴을 도시한다. 최대 강도 영역은 동일한 전체 전력의 단일 파이버의 전력밀도 보다 일반적으로 저전력밀도인 피크치(p)를 가지며, 밀접한 간격을 이루어, 크리스탈에서의 임의의 유도된 가열은 열 효과를 등화시키고 그래디언트를 고속으로 평탄화하는, 크리스탈 내부에서의 열 전도에 의해 완화될 것이다. 더욱이, 입력면 또는 초점평면으로부터 벗어나, 멀티-파이버 빔의 계속하는 발산은 크리스탈의 외부 영역의 가열 및 약간 큰 조명 레벨을 허용하며, 크리스탈이 축상에서 가열될 때만 발생하는 높은 응력 레벨을 제거한다. 도 19c 및 19d는 대응 열 분포 및 이에 따른 왜곡 또는 응력을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 매체의 비구면 왜곡을 갖춘 도 19c에서의 고전력 단일 파이버 조명의 중앙부 고 비균일도는 펌핑된 영역의 빔 폭에 걸쳐 도 19d의 균일 분포에 의해 대체된다. 이러한 배열로, 본 출원인은 13와트의 펌프 출력을 사용하는 경우에도, TEM0모드에서 엔드-펌핑된 레이저 봉(3)의 멀티모드 출력의 약 90%를 추출할 수 있었다. 이것은 특히 단일 코어 파이버로부터 초점을 이룬 광으로 전체전력에서 펌핑할 때 발생하는 가열 불안정성 및 고속 열화와 대조된다.
발산하는 멀티파이버 번들을 갖춘 펌프장치의 설명을 참조하면, 커다란 정렬 가능성 범위에서, 임의 유형의 빔 셰이핑은 펌프 빔 에너지로 효과적으로 전환시키는 데 사용될 수 있다.
도 11의 실시예에서, 상기 실시에에서와 같이, 파이버로부터 방사된 펌프 광(4)은 펌프 파장에서 전도하지만 레이징 파장에서 고 반사성인 백 미러(5)를 통하여 레이저 봉에 들어간다. 전방 미러(7)는 출력 빔(9)으로서 레이저 광의 출력 결합 및 레이징을 허용하도록 폐쇄된 광학 캐비티를 형성한다. 본 실시예는 백미러(5)가 레이저 크리스탈의 단부에 연마된 볼록 미러면이라는 점에서 상기 실시예와 상이하지만, 입력단(5)에 인접한 최대직경을 갖춘 레이저 모드(8)를 산출하기 위해 펌프광의 반환 패스를 포커싱하는 오목 미러면을 형성한다. 또다른 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 편평한 입력 미러는 입력단(5)에서 최소 직경을 갖춘 레이저 모드(8')를 산출한다. 본 실시예에서, 전방 미러(7)는 레이저 크리스탈(3)에 흡수된 펌프광의 오목도에 캐비티 모드의 확장을 조정하기 위한 오목도로 만곡된다. 따라서, 명목적으로 엔드-방사하는 번들링된 파이버 소스의 발산에도 불구하고 레이저 크리스탈 내부에서 펌프광의 형태 전체에 걸쳐 상당한 정도의 제어를 이용할 수 있다.
레이저 모드에 대한 더욱 양호한 제어를 획득하기 위해, 파이버(2)의 출력단(2')은 도 13에 도시된 바와 같이, 빔 형태를 레이저 모드의 형태와 매칭시키기 위한 패턴으로 정렬된다. 또한, 파이버의 단부는 라운딩될 수 있고, 등급을 갖는 인덱스를 제공하기 위해 도핑될 수 있으므로, 그것들은 다이오드 펌프 광의 펌핑을 제공한다. 대안으로, 마이크로 렌즈 어레이 또는 이 어레이와 등가인 홀로그램은 순간 포인트에서 모든 출력을 재지향시키거나 포커싱하기 위해 파이버 번들 단부에 매이팅될 수 있다.
파이버는 광을 패키지(1) 내부의 다이오드 패싯으로부터 스터브(2)의 출력에 결합시키도록 채용될 수 있거나 만일 파이버가 외관이 정방형이면 번들 단부에서 다이오드 패싯에 양호하게 매칭될 수 있음을 주목해야 한다. 이러한 구성이 도 14에 도시되어 있으며, 여기서 파이버(21)는 정방형 단면을 갖는다. 이 경우에, 파이버는 도 14의 파이버 단부(21')를 갖는 장치에 의해 도시된 바와 같이 레이저 캐비티 내에서 거의 소망 모드를 매칭하는 형태로 패킹될 수 있다. 도시된 바와 같이, 최종 출력면은 원형이기 보단 타원형 또는 긴 형태이다.
상기한 기본 엔드-펌핑된 레이저 구조외에, 기타 시스템에서 추가 엘리먼트가 기본 레이저 광을 다른 파장으로 변환하기 위해 레이징 시스템 또는 레이저 캐비티에 통합될 수 있다. 도 15는 그러한 하나의 시스템을 도시하며, 여기서 비선형 크리스탈(18)은 출력빔(9)이 캐비티로부터 결합되기 이전에 레이저 광(16)의 파장 변환을 위해 미러(5 및 7) 사이에 구비된다. 도 16은 또다른 실시예를 도시하며, 여기서 릴레이 렌즈(13)는 스터브(2)로부터 복수 개의 소스 다이오드 출력 빔을 수집하며 1:1 이미지 배율로 레이저 크리스탈(3)의 단부상의 출력 평면에 스터브를 이미징한다. 이 실시예는 펌프 소스가 레이저 크리스탈의 단부로부터 물리적으로 분리되어 지는 것을 허용하여 터닝 미러(14)가 예시된 바와 같이 도입될 수 있다. 이와 같은 봉 표면이 비반사성이도록 허용하는, 개별 미러 의 사용은 Q 스위치와 같은 기타 엘리먼트가 소망하는 레이저 제어를 유효하게 하기 위해 캐비티의 적절한 영역에 위치될 수 있게 한다. 또한, 본 실시예에서 펌프 광을 흡수하는 것에 기인하여 펌프 면의 물리적 왜곡은 캐비티 미러에 직접작용하지 않으며, 따라서 빔 안정성이 이러한 구성으로 개선된다.
도 17은 본 발명의 또다른 실시예를 도시하며, 여기서 레이저 시스템의 출력 파워는 제 2 다이오드 펌프 어레이(1a) 및 레이저 캐비티내에서 제 2 레이저 크리스탈(3a)을 도입하므로써 증대된다. 이 경우에, 레이저 캐비티는 레이징 크리스탈 파장에서 크게 반사하고 다이오드 파장에서 고 투과하는 광학 엘리먼트(14)에 의해 폴딩된다. 제 2 레이저 크리스탈(3a)은 두 면상에서의 레이저 파장에서 반-반사 코팅을 가지며, 다이오드(1a)에 의해 펌핑된 면은 펌프 파장에서 반-반사 코팅을 갖는다. 어셈블리(1a)의 다이오드 출력은 렌즈(13)에 의해 수집되어 다이크로익 미러(14)를 통해 레이저 크리스탈(3a) 내부로 포커싱된다. 이 실시예는 각각의 봉을 통과하는 레이저 빔 사이에 90도 위상 편이를 나누기 위해 두 개의 레이저 크리스탈(3 및 3a)사이에 광학적으로 활성인 수정 회전자(15)를 배치하므로써 개선될 수 있다. 이 회전자는 자신 짝과 함께 각각의 봉에 열적으로 유도된 바이어프린전스를 유효하게 취소시킨다. 레이저 출력은 터닝미러(14)의 편향 민감도를 이용하거나, 박막 편광자 또는 브루스터 플레이트와 같은 추가의 편광 엘리먼트를 추가하므로써 편광될 수 있다.
비선형 크리스탈은 또한 도 17에 도시된 2 다이오드 실시예의 캐비티 내에 위치될 수 있다. 도 18은 캐비티를 한정하는 미러(7) 근방에 위치된 그와 같은 비선형 크리스탈(19)을 도시한다. 이 경우에, 미러(7)는 비선형 크리스탈에 의해 발생된 파장 및 레이저의 기본 파장을 반사시킨다. 비선형 광학 변환은 크리스탈(19)을 통하여 2 패스에서 발생하며. 파장-변환된 광은 비선형적으로 발생된 파장에서 투과하는, 다이크로익 미러(14)를 통해 레이저 캐비티를 빠져나간다.
특히 유익한 하나의 구성이 도 18a에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 릴레이 렌즈(13)는 45°다이크로익 미러(14)를 통해 발산하는 파이버 번들 빔(4)을 크리스탈(3)의 미러링되지 않은 단부면에 이미징시키고, 캐비티는 미러(7 및 7a) 사이에서 한정된다. 크리스탈은 바람직하게 레이저가 단일 편광에 있는 Nd:YVO4와 같은 재료이므로, 터닝 미러(14')를 오프시키는 어떠한 손실도 없으며, 크리스탈 출력광은 비선형 더블링 엘리먼트(19)를 통하여 2 패스로 운행하며, 더블링된 출력 빔(16)으로서 미러(14')를 통하기 이전에 미러(7)에 의해 반사된다. 이구성은 미러링된 크리스탈 단부를 가지지 않으므로, 펌프 빔은 단부면을 왜곡시키지 않으며 더블링된 빔을 열화시키지 않는다. 이 구성은 캐비티내 더블링된 레이저의 휘도 및 그들의 효율을 증대시키는 반면에 콤팩트한 사이즈를 유지한다. 상기와 같이, 릴레이 레즈(13)는 터닝 미러(14')의 그와 같은 엘리먼트를 삽입시키기 위한 간격을 허용하는 반면에, 발산하는 다이오드 출력 번들(4)을 크리스탈 면에 유효하게 변환시킨다.
도 20은 또다른 실시예를 도시하며 제 1 및 제 2 레이저 다이오드(3,3a)가 제 1 및 제 2 레이저 다이오드(3,3a)가 대향 방향으로 내부로 겨냥된 제 1 및 제 2 다이오드 패키지(1,1a)에 의해 펌핑된다. 다이오드는 레이징 캐비티를 한정하는 미러링된 펌프 단부를 가지는 반면에, 봉 사이에 배치된 빔 스플리터(24)는 레이저 광의 일부를 출력 빔(9)에 반사시킨다. 선택적으로, 파동 플레이트와 같은 빔 컨디셔닝 엘리먼트(23)는 스플리터(24)에 의해 캐비티로부터 결합된 광량을 제어하기 위해 삽입될 수 있다.
도 21은 캐비티로부터 대량의 레이저 파워를 유효하게 결합시키는 반면에 고 펌프 파워 레벨을 제공하는 문제를 동시에 해결하는 또다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 도 20의 시스템에서와 같이, 한 쌍의 레이저 다이오드 패키지(1,1a)는 각가의 봉의 백 단부(5)상에서 미러 면에 의해 한정되는 레이저 캐비티의 대향 단부에 버트 결합된다. 본 시스템에서, 주파수 더블링 크리스탈과 같은 비선형 엘리먼트(13)는 크리스탈에서 발생된 레이저 광을 수용하기 위해 두 봉 사이에서 위치되고, 하나의 봉의 단부면(5')은 더블링된 주파수에서의 반사를 위해 코팅된다. 면(5')은 캐비티로부터 더블링된 출력을 비스듬하게 반사하기 위해 약간 각도를 이룬다.
따라서, 크리스탈을 구동하기 위한 레이저 다이오드 패키지의 버트 커플링은 추가의 레이저 주파수를 제공하거나 또는 출력 파워를 증대시키기 위해 시스템 엘리먼트의 장치를 다양화시키기 쉬울 뿐만 아니라 효율적인 펌핑 시스템을 산출하며 시스템의 광학 또는 지지 엘리먼트 및 레이징의 컴팩트한 공간 레이아웃을 허용한다.
상기 설명은 본 발명을 구체화하는 기본적인 레이저 시스템을 완성한다. 그러나, 본 발명은 종래기술에서 탐구될 수 있는 것과 유사한 개선된 구성 및 다양한 시스템에 통합되거나 수용되기 위해 수정 및 변경될 수 있고, 그러한 수정 및 변경은 당업자에 의해 이루어 질 수 있다. 이러한 모든 변경 및 수정은 첨부된 특허청구범위에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위내에 있는 것으로 여겨진다.

Claims (32)

  1. 레이징 매체;
    다이오드 광을 방사시키고 이 광을 직경이 3mm미만인 출력개구에 인가하는 복수 개의 레이저 다이오드를 갖춘 펌핑 방사선 소스를 포함하는 데, 상기 개구는 펌핑 광이 광학 이미징 또는 커플링을 간섭함이 없이 1 밀리미터 미만의 자유공간 갭을 통해 레이징 매체로 전달되도록 레이징 매체의 단부에 인접하여 위치되며; 및
    상기 매체 및 상기 펌핑 방사선 소스를 지지하며 이 방사선 소스의 열 싱킹을 허용하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    레이징 매체;
    펌프 소스;
    광을 상기 펌프 소스로부터 레이징 매체로 결합시키며, 이 레이징 매체 내에서 소망 모드의 형태와 매칭하는 형태로 번들링되는 복수개의 광섬유를 포함하는 데, 상기 광섬유의 펌핑 단부는 펌핑 광이 광학 이미징 또는 커플링을 간섭함이 없이 자유공간을 통해 레이징 매체로 전달되도록 레이징 매체의 단부에 인접하여 위치되며; 및
    모든 상기 엘리먼트를 지지하며 모든 상기 엘리먼트에 대한 열 싱킹을 허용하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 매체는 주입된 펄스 또는 CW 레이저 빔을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 매체는 방사선의 광 피드백을 갖는 레이저 캐비티를 제공하여 레이저 출력 빔을 산출하는 전방 및 백 미러에 의해 둘러쌓인 레이저 오실레이터인 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 레이징 매체는 말단의, 펌핑되지 않은 단부상에 연마된 등고면에 의해 유도된 광경로 차가 레이저 크리스탈내에서 열적으로 유도된 렌징에 의해 레이저 모드에 분배된 광경로 차를 효과적으로 상쇄시키도록 상기 등고면을 갖춘 크리스탈인 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 기본 레이저 출력을 변환된 파장으로 변환시키기 위해 레이저 캐비티내에 포함된 비선형 광학 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서, 전방 및 백 미러는 1 파장 보다 큰 동시 발진을 허용하기 위해 레이저 크리스탈의 1 보다 큰 레이징 파장에서 피드 백을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상이한 파장으로 레이저 출력을 산출하기 위해 복수 개 파장에 대한 광 혼합을 유도하기 위해 레이저 캐비티내에 위치된 비선형 크리스탈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 길이방향 모드 간격은 500MHz이고, 상이한 파장에서 레이저 출력의 수동 안정화를 유도하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상이한 파장 출력에 대한 수동 안정화를 유도하기 위해 캐비티 길이는 100 mm 미만인 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 펌핑 방향에서의 레이징 매체의 길이는 펌핑광이 레이저 캐비티의 TEM00모드 볼륨으로부터 발산하기 이전에 크리스탈을 빠져나가는 충분히 짧으므로써, 단일 모드 동작을 달성하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  12. 솔리드-상태 레이저 크리스탈;
    상기 레이저 크리스탈에 광 피드 백을 제공하기 위한 미러수단; 및
    복수 개의 광섬유에 결합된 레이저 다이오드 어레이를 포함하며, 상기 광 섬유는 함께 번들링되어 출력면이 레이저 크리스탈내에서의 TEM00레이징 모드의 단면과 매칭하는 단면을 형성하고, 상기 광 섬유의 출력면은 펌핑 광이 상기 TEM00모드를 여기시키는 광학 이미징 또는 커플링을 간섭함이 없이 직접 레이징 매체로 전달되도록 레이징 매체의 단부에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 단일 횡단 모드 레이저.
  13. 제 1항에 있어서, 레이징 매체가 펄싱된 출력을 갖도록 펌핑 방사선 소스의 출력을 펄싱하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 펄싱된 주파수-변환된 출력을 산출하기 위해 레이징 매체로부터 방사선을 주파수 변환시키기 위한 비선형 광학 크리스탈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 펄싱된 동작 동안 크리스탈 왐-업 트랜지언트를 제거하기 위해 정상-상태 CW 동작온도로 비선형 크리스탈을 가열시키기 위한 히터수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이징 시스템.
  16. 레이징 매체를 포함하는 컴팩트 레이저 헤드;
    레이저 다이오드 펌핑소스를 배제하는 레이저 전력 공급장치;
    상기 컴팩트 레이저 헤드내에 포함된 레이저 다이오드-펌핑 소스; 및
    레이저 다이오드 소스의 다이오드에 광학식으로 결합되고 레이징 매체의 단부에 버트-결합된 파이버 단부를 갖는 복수개의 파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드-상태 레이저 시스템.
  17. 광학 공진기 캐비티;
    상기 공진기 캐비티내의 레이저 매체를 포함하는 데, 상기 레이저 매체는 광축 및 두 단부를 가지고, 상기 두 단부중의 하나의 단부는 상기 매체의 두 대향측의 각각에서 상기 광축에 의해 교차되며;
    상기 공진기 캐비티의 축 방향 및 펌핑방향과 무관한 방향으로 배치된 레이저 다이오드 어레이; 및
    상기 레이저 다이오드 어레이로 부터의 펌프 분배가 상기 매체의 레이징 모드 볼륨 내부에 집중되어지게 하는 수단을 포함하며, 이 수단은 다이오드 이미터의 방향으로 변화되는 것에 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이저.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 레이저 다이오드 어레이로 부터의 펌프 분배가 상기 매체의 레이징 모드 볼륨 내부에 집중되어지게 하는 수단은 광 가이드, 광 "덕트" 또는 광 "파이프" 인 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이저.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 레이저 다이오드 어레이로 부터의 펌프 분배가 상기 매체의 레이징 모드 볼륨 내부에 집중되어지게 하는 수단은 복수 개의 광 섬유인 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이저.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 레이저 다이오드 어레이로 부터의 펌프 분배가 상기 매체의 레이징 모드 볼륨 내부에 집중되어지게 하는 수단은 레이저 매체의 벽에 의해 펌프 방사선을 반사시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식으로 펌핑된 레이저.
  21. 하우징에서 지지되는 레이저 매체를 포함하는 데, 상기 매체는 상기 매체내에서의 펌핑 방사선의 특유한 흡수깊이가 500㎛ 보다 큰 충분히 낮은 흡수계수를 가지며;
    백미러;
    레이저 크리스탈의 백미러에 지향되며 거의 접촉하는 다이오드 이미터로 레이저 봉 후방에서 상기 하우징에 지지되는 레이저 다이오드; 및
    상기 다이오드로 부터의 레이저 출력이 상기 레이저 매체의 레이징을 유도하기 위해 상기 레이저 매체에 선택적으로 유지되도록, 백미러로 광학 캐비티를 형성하는 전방 미러 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드-펌핑된 레이저.
  22. 하우징에서 지지되는 레이저 매체를 포함하는 데, 상기 매체는 상기 매체내에서의 펌핑 방사선의 특유한 흡수깊이가 500㎛ 보다 큰 충분히 낮은 흡수계수를 가지며;
    레이저 크리스탈의 일단부상에 코팅된 백미러, 및 이 백미러와 함께 광학 캐비티를 형성하는 전방 미러수단;
    레이저 크리스탈의 백미러에 지향되며 거의 접촉하는(즉 "버트-결합된") 다이오드 이미터로 레이저 봉 후방에서 상기 하우징에 지지되는 레이저 다이오드; 및
    기본 레이저 방사선을 자신의 제 2 고조파 파장으로 변환하기 위해, 상기 광학 캐비티내의 비선형 광학 크리스탈을 포함하며,
    여기서 상기 전방 미러수단은, 길이방향 모드를 500MHz 보다 크게 분리하므로써 비선형 크리스탈에 의해 발생된 더블링된 방사선을 수동으로 안정화시키기 위해, 백 미러로부터 약 100mm 보다 크지 않게 간격을 이루는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드-펌핑된, 솔리드-상태 레이저.
  23. 하우징에서 지지되는 레이저 크리스탈;
    레이저 크리스탈의 일단부에 코팅된 백 미러;
    직경이 3mm미만의 개구로 다이오드 광을 집합적으로 방사시키는 복수 개의 레이저 다이오드를 포함하는 펌핑 방사선 소스를 포함하는 데, 상기 개구는 펌핑 광이 광학 이미징 또는 커플링을 간섭함이 없이 일 밀리미터 미만의 자유공간을 통해 레이징 매체로 전달되도록 레이징 매체의 단부에 인접하여 위치되며; 및
    기본 레이저 광의 결합을 출력하기 위한 전방 미러수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드-펌핑된, 솔리드-상태 레이저.
  24. 하우징에서 지지되는 레이징 매체;
    직경이 3 mm미만인 개구로 스터브로 부터의 다이오드 광을 방사시키도록 배열된 복수 개의 레이저 다이오드를 포함하는 펌핑 방사선 소스;
    스터브로부터 방사된 광을 수집하여 1:1 이미징으로 레이징 매체의 단부에 지향시키는 릴레이 렌즈;
    매체로 들어가는 다이오드 광이 통과하는 백미러 수단과, 이 백미러 수단과 함께 광학 캐비티를 형성하는 전방 미러수단을 포함하는 데, 상기 전방 미러수단은 상기 캐비티내에서 발생된 레이저 광 결합 출력을 허용하며; 및
    모든 상기 엘리먼트를 열 싱킹시키며 포함하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드-펌핑된 레이저.
  25. 두 개의 단부를 갖는 레이징 매체;
    직경이 3mm미만인 개구로부터 다이오드 광을 방사시키는 복수 개의 레이저 다이오드를 갖춘 펌핑 방사선 소스;
    상기 개구로부터 방사된 다이오드 광을 수집하여 1:1 메칭으로 레이징 매체의 담부상에 지향시키는 릴레이 렌즈 수단;
    펌프 파장을 투과시키지만 레이저 파장을 반사시키는 레이저 매체의 펌핑된 단부와 릴레이 렌즈 사이에 배치된 터닝 미러; 및
    모든 상기 엘리먼트를 열 싱킹시키며 이들 엘리먼트를 포함하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드-펌핑된 광 증폭기.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 개구는 파이버 번들 단부이고, 릴레이 렌즈 수단은 상기 파이버 번들과 정렬된 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 다이오드-펌핑된 광 증폭기.
  27. 제 25 항에 있어서, 릴레이 렌즈 수단은 파이버 번들을 이루는 각각의 파이버의 단부에 오목표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드-펌핑된 광 증폭기.
  28. 제 25 항에 있어서,
    입사하는 다이오드 광이 통과하는 레이징 매체의 단부에 대향하는 백미러수단과, 상기 백미러 수단과 함께 광학 캐비티를 형성하는 전방 미러수단을 포함하며 상기 전방 미러수단은 상기 캐비티로 부터의 레이저 광 결합을 출력하는 것을 특징으로 하는 다이오드-펌핑된 광 증폭기.
  29. 두 개 단부를 갖는 레이징 매체;
    직경이 3mm미만인 개구로부터 다이오드 광을 방사시키는 복수 개의 레이저 다이오드를 갖춘 제 1 펌핑 방사선 소스;
    상기 개구로부터 방사된 다이오드 광을 수집하여 1:1 메칭으로 레이징 매체의 단부상에 지향시키는 릴레이 렌즈;
    펌프 파장을 투과시키지만 레이저 파장을 반사시키는 레이저 매체의 펌핑된 단부와 릴레이 렌즈 사이에 배치된 터닝 미러; 및
    상기 제 1 레이징 매체와 동일한 광축을 따라 배치되고, 두 개의 단부를 갖는 제 2 레이징 매체;
    제 1 레이징 매체의 펌핑된 단부와 대향한 제 2 크리스탈의 단부에 버트-결합된 출력 스터브를 갖춘, 제 1 펌핑 방사선 소스와 동일한 제 2 레이저 다이오드 펌핑 방사선 소스;
    상기 제 2 레이징 매체의 펌핑된 단부에 직접 놓이는 백미러 수단;
    백 미러 수단과 함께 광학 캐비티를 형성하며 상기 캐비티로 부터의 레이저 광 결합을 출력하는 전방 미러 수단; 및
    상기 엘리먼트를 열 싱킹시키며 이들 엘리먼트를 포함하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 두 개의 레이저-다이오드에 의해 펌핑된 레이저.
  30. 제 29 항에 있어서, 제 1 및 제 2 레이징 매체를 통하는 레이저 빔 사이에 90도 위상 편이를 일으키기 위해 제 1 및 제 2 레이징 매체 사이에 위치된 회전자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두 개의 레이저-다이오드에 의해 펌핑된 레이저.
  31. 제 29 항에 있어서, 레이저로부터 편향된 출력을 유도하기 위해 광학 캐비티내에 위치된 편향 엘리먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두 개의 레이저-다이오드에 의해 펌핑된 레이저.
  32. 제 29 항에 있어서,
    기본 파장 레이저 광을 변환된 파장으로 변환시키기 위해 터닝 미러와 출력 결합 미러 사이에 위치된 비선형 광학 크리스탈;
    기본 파장 및 변환된 파장의 광을 레이저 캐비티에 지향시키기 위해 기본 파장 및 변환된 파장으로 전체적으로 반사시키는 출력 커플링 미러; 및
    변한된 파장에서 투과시키는 터닝 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두 개의 레이저-다이오드에 의해 펌핑된 레이저.
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