KR20220164805A - 신규한 수동 q 스위치 레이저 - Google Patents

신규한 수동 q 스위치 레이저 Download PDF

Info

Publication number
KR20220164805A
KR20220164805A KR1020227041516A KR20227041516A KR20220164805A KR 20220164805 A KR20220164805 A KR 20220164805A KR 1020227041516 A KR1020227041516 A KR 1020227041516A KR 20227041516 A KR20227041516 A KR 20227041516A KR 20220164805 A KR20220164805 A KR 20220164805A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
laser
gain medium
flat
yag crystal
Prior art date
Application number
KR1020227041516A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102604749B1 (ko
Inventor
요니 샬리보
스타니슬라프 카트세비치
아브라함 바칼
오메르 카파치
우리엘 레비
아리엘 다난
Original Assignee
트라이아이 엘티디.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 트라이아이 엘티디. filed Critical 트라이아이 엘티디.
Publication of KR20220164805A publication Critical patent/KR20220164805A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102604749B1 publication Critical patent/KR102604749B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0627—Construction or shape of active medium the resonator being monolithic, e.g. microlaser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/495—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/3523—Non-linear absorption changing by light, e.g. bleaching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0401—Arrangements for thermal management of optical elements being part of laser resonator, e.g. windows, mirrors, lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0612—Non-homogeneous structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0619—Coatings, e.g. AR, HR, passivation layer
    • H01S3/0621—Coatings on the end-faces, e.g. input/output surfaces of the laser light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08095—Zig-zag travelling beam through the active medium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/113—Q-switching using intracavity saturable absorbers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1671—Solid materials characterised by a crystal matrix vanadate, niobate, tantalate
    • H01S3/1673—YVO4 [YVO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3239—Vanadium oxides, vanadates or oxide forming salts thereof, e.g. magnesium vanadate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C04B2235/764—Garnet structure A3B2(CO4)3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0405—Conductive cooling, e.g. by heat sinks or thermo-electric elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/042—Arrangements for thermal management for solid state lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0604—Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/0915—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light
    • H01S3/092—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1685—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2325—Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

수동 Q 스위치 레이저 및 이러한 레이저들을 포함하는 단파 적외선(SWIR) 전기광학 시스템. 수동 Q 스위치 레이저는 유도 방출 단면(stimulated emission cross section)(σSE)을 갖는 이득 매질(gain medium, GM), GM의 σSE의 3배 미만인 흡수 단면(σa)을 갖는 포화 흡수체(saturable absorber, SA), 및 GM과 SA가 위치되는 광학 공진기로서, 상기 광학 공진기는 고반사율 미러 및 출력 커플러를 포함하는 광학 공진기를 포함하며, 여기서 고반사율 미러 및 출력 커플러 중 적어도 하나는, SA 내 레이저 모드의 유효 단면(ASA)이 펌프의 레일리(Rayleigh) 길이 내 레이저 모드의 단면(AGM)보다 작아지도록 광학 공진기 내에서 광을 지향시키는 곡면 미러(curved mirror)를 포함한다.

Description

신규한 수동 Q 스위치 레이저{NOVEL PASSIVELY Q#SWITCHED LASER}
관련 출원들
본 출원은 2020년 9월 8일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 63/075,426, 2020년 11월 11일에 출원된 63/112,416, 및 2021년 6월 22일에 출원된 63/213,419로부터의 우선권을 주장하며, 이 문헌들 모두의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
분야
본 발명은 수동 Q 스위치 레이저들 및 그 작동 및 제조를 위한 방법들, 특히 세라믹 결정질 재료들을 포함하는 수동 Q 스위치 레이저들에 관한 것이다.
전자기 스펙트럼의 단파장 적외선(short-wave infrared, SWIR) 부분에서 작동하는 레이저들은 특히 낮은 생산 비용이 요구될 경우 대량으로 제조하기 어려울 수 있다. 따라서, 저비용 및 대량으로 생산될 수 있는 수동 Q 스위치 SWIR 레이저들에 대한 기술이 필요하다.
종래의, 전통적, 제안된 접근법들의 추가 제한들 및 단점들은 도면들을 참조하여 본 출원의 나머지 부분에 기재된 바와 같은 본 출원의 발명과 이러한 접근법들의 비교를 통해 당업자에게 명백해질 것이다.
본 발명을 이해하고 그것이 실제로 어떻게 수행될 수 있는지 알기 위해, 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예들로서 이제 설명될 것이다. 도면의 단순성 및 명료성을 위해, 도면들에 도시된 요소들이 반드시 축척대로 도시되지는 않았다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 요소들의 면적은 명확성을 위해 다른 요소들에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절하다고 생각되는 경우, 대응하는 또는 유사한 요소들을 나타내기 위해 도면들 사이에 참조 번호들이 반복될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 다음을 포함하는 수동 Q 스위치 레이저들이 제공된다: 유도 방출 단면(stimulated emission cross section)(σSE)을 갖는 이득 매질(gain medium, GM); GM의 σSE의 3배 미만인 흡수 단면(σa)을 갖는 포화 흡수체(saturable absorber, SA); 및 GM과 SA가 위치되는 광학 공진기로서, 상기 광학 공진기는 고반사율 미러 및 출력 커플러를 포함하는 광학 공진기를 포함하고, 여기서 고반사율 미러 및 출력 커플러 중 적어도 하나는, SA 내 레이저 모드의 유효 단면(ASA)이 펌프의 레일리(Rayleigh) 길이 내 레이저 모드의 단면(AGM)보다 작아지도록 광학 공진기 내에서 광을 지향시키는 곡면 미러(curved mirror)를 포함한다.
일부 실시예들에서, GM은 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)으로 이루어지며, SA는 코발트 도핑된 YAG(Co2+:YAG)로 이루어진다.
일부 실시예들에서, GM은 네오디뮴 도핑된 이트륨 오르토바나데이트(YVO4)로 이루어지며, SA는 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG)으로 이루어진다.
일부 실시예들에서, GM은 네오디뮴 도핑된 이트륨 오르토바나데이트(YVO4)로 이루어지며, SA는 코발트 도핑된 YAG(Co2+:YAG)로 이루어진다.
일부 실시예들에서, 고반사율 미러 및 출력 커플러는 GM 및 SA에 견고하게 결합되며, 이에 따라 수동 Q 스위치 레이저는 모놀리식 마이크로칩 수동 Q 스위치 레이저가 된다.
일부 실시예들에서, 고반사율 미러는 오목형 미러이다.
일부 실시예들에서, 고반사율 미러 및 출력 커플러 모두는 오목형 미러들이다. 일부 실시예들에서, 오목형 고반사율 미러 및 오목형 출력 커플러의 곡률들은 가장 높은 에너지 밀도가 광학 공진기의 중간 60% 내에 있도록 구성된다.
일부 실시예들에서, SA의 직경은 GM의 직경보다 작으며, 여기서 SA는 광학 공진기로부터 열을 방출하기 위해 다른 재료로 둘러싸인다.
일부 실시예들에서, 수동 Q 스위치 레이저는 적어도 하나의 엔드 펌핑 광원(end-pumping light source) 및 다이오드 펌프 광원(diode pump light source)의 광을 광학 공진기로 집속하기 위한 광학계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, GM 및 SA는 다결정질 재료들이다.
일부 실시예들에서, 수동 Q 스위치 레이저는 GM의 흡수 영역에 열이 축적되는 것을 방지하기 위해, GM 및 SA에 더하여 도핑되지 않은 YAG를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, GM 및 SA는 네오디뮴 및 적어도 하나의 다른 재료로 도핑된 결정질 재료의 단일 조각 상에 구현된다.
일부 실시예들에서, 수동 Q 스위치 레이저는 1,300nm 내지 1,500nm의 파장 범위 내에서 출력 커플러를 통해 광을 방출한다.
일부 실시예들에서, SWIR 전기광학 시스템이 개시되어 있으며, 이 시스템은 이전 단락들 중 어느 하나에 따른 수동 Q 스위치 레이저를 포함하며, 적어도 하나의 조명된 객체로부터의 레이저 조명의 반사들을 검출하기 위해, 레이저의 파장에 민감한 SWIR 광검출기 어레이(SWIR photodetector array)를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, SWIR 전기광학 시스템이 개시되어 있으며, 이 시스템은 이전 단락들 중 어느 하나에 따른 수동 Q 스위치 레이저를 포함하며, SWIR 전기광학 시스템의 시야(field of view)에서 적어도 하나의 객체까지의 거리를 결정하기 위해, 레이저의 파장에 민감한 ToF(Time of Flight) SWIR 센서, ToF SWIR 센서와 수동 Q 스위치 레이저의 작동을 동기화하도록 작동 가능한 컨트롤러, 및 ToF SWIR 센서에 의한 수동 Q 스위치 레이저의 레이저 조명 반사들의 검출들을 처리하도록 작동 가능한 프로세서를 더 포함한다.
본 발명을 이해하고 그것이 실제로 어떻게 수행될 수 있는지 알기 위해, 이제 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시된 발명의 예들에 따라 비제한적인 예들로서 실시예들이 설명될 것이다. 여기에서,
도 1은 SWIR(Short-wave Infrared) 광학 시스템의 일 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 수동 Q 스위치 레이저의 예들을 도시하는 개략적인 기능 블록도들이다.
도 3은 SWIR 광학 시스템의 예시적인 구현을 도시하는 개략적인 기능도이다.
도 4는 SWIR 광학 시스템의 다른 예시적인 구현을 도시하는 개략적인 기능도이다.
도 5a는 SWIR 광학 시스템의 일 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 5b는 SWIR 광학 시스템의 일 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 6a는 수동 Q 스위치 레이저용 부품들을 제조하기 위한 방법의 일 예를 도시하는 흐름도이다.
도 6b 및 도 6c는 전술한 방법의 실행을 위한 몇 가지 개념적 타임라인을 포함한다.
도 7a 내지 도 7c는 수동 Q 스위치 레이저들의 예들을 도시하는 개략적인 기능 블록도들이다.
도 8a 내지 도 8c는 적어도 하나의 오목형 미러를 포함하는 수동 Q 스위치 레이저들의 예들을 도시하는 개략적인 기능 블록도들이다.
도 9a는 엔드 펌프식 수동 Q 스위치 레이저를 가진 전기광학 시스템의 일 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 9b는 사이드 펌프식 수동 Q 스위치 레이저를 가진 전기광학 시스템의 일 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 10a 및 도 10b는 전기광학 시스템들의 예들을 도시하는 개략적인 기능 블록도들이다.
도 11은 GM 증폭기의 분해 투시도들을 도시한 것이다.
도 12는 다른 GM 증폭기의 분해 투시도들을 도시한 것이다.
도 13은 증폭 레이저 조명원을 도시한 것이다.
도 14는 다른 증폭 레이저 조명원을 도시한 것이다.
도면의 단순성과 명료성을 위해, 도면들에 도시된 요소들이 반드시 축척대로 도시되지는 않았다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 요소들의 면적은 명확성을 위해 다른 요소들에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절하다고 생각되는 경우, 대응하는 또는 유사한 요소들을 나타내기 위해 도면들 사이에 참조 번호들이 반복될 수 있다.
다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 제시된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 예들에서, 잘 알려진 방법들, 절차들, 및 구성 요소들은 본 발명을 불명료하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않았다.
기재된 도면들 및 설명들에서, 동일한 참조 번호들은 상이한 실시예들 또는 구성들에 공통적인 구성 요소들을 나타낸다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 다음 논의들에서 명백한 바와 같이, 명세서 설명들 전반에 걸쳐 "처리(processing)", "산출(calculating)", "계산(computing)", "결정(determining)", "생성(generating)", "설정(setting)", "구성(configuring)", "선택(selecting)", "정의(defining)" 등과 같은 용어들의 사용은 데이터를 조작 및/또는 다른 데이터로 변환하는 동작 및/또는 컴퓨터의 프로세스들을 포함하며, 상기 데이터는, 예를 들어, 전자 수량과 같은 물리량으로 표현되는 데이터이고, 및/또는 상기 데이터는 물리적 객체들을 표현한다는 것이 이해된다.
"컴퓨터", "프로세서" 및 "컨트롤러"라는 용어들은 비제한적인 예로서 개인용 컴퓨터, 서버, 컴퓨팅 시스템, 통신 장치, 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로컨트롤러, FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등), 임의의 다른 전자 컴퓨팅 장치 및/또는 이들의 조합을 포함하는, 데이터 처리 능력들이 있는 임의의 종류의 전자 장치를 포괄하는 것으로 확장 해석되어야 한다.
본 명세서에 따른 동작들은 원하는 목적들을 위해 특별히 구성되는 컴퓨터에 의해 수행될 수도 있고, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 원하는 목적들을 위해 특별히 구성되는 범용 컴퓨터에 의해 수행될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "예를 들어(for example)", "~와 같은(such as)", "이를테면(for instance)"이라는 문구 및 이들의 변형들은 본 개시된 발명의 비제한적인 실시예들을 설명한다. 본 명세서에서 "일 경우(one case)", "일부 경우들(some cases)", "다른 경우들(other cases)" 또는 이들의 변형들에 대한 언급은 본 개시된 발명의 적어도 하나의 실시예에 그 실시예(들)와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 포함됨을 의미한다. 따라서, "일 경우", "일부 경우들", "다른 경우들"이라는 문구 또는 이들의 변형들의 출현은 반드시 동일한 실시예(들)을 지칭하는 것은 아니다.
명료함을 위해 개별 실시예들의 맥락에서 설명된 본 개시된 발명의 특정 특징들은, 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수도 있다는 것이 이해된다. 반대로, 간결함을 위해 단일 실시예의 맥락에서 설명된 본 개시된 발명의 다양한 특징들은, 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 제공될 수도 있다.
본 개시된 발명의 실시예들에서, 도면들에 도시된 하나 이상의 단계들이 상이한 순서로 실행될 수도 있고, 및/또는 하나 이상의 단계 그룹들이 동시에 실행될 수도 있으며 그 반대도 가능하다. 도면들은 본 개시된 발명의 실시예에 따른 시스템 아키텍처의 일반적인 개략도를 도시한 것이다. 도면들의 각 모듈은 여기에 정의되고 설명된 기능들을 수행하는 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 펌웨어의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 도면들의 모듈들은 한 위치에 집중되거나 둘 이상의 위치에 분산될 수 있다.
본 명세서에서 방법에 대한 임의의 언급은 그 방법을 실행할 수 있는 시스템에 준용되어야 하며, 컴퓨터에 의해 실행될 시에 그 방법을 실행시키는 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 준용되어야 한다.
본 명세서에서 시스템에 대한 임의의 언급은 그 시스템에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용되어야 하며, 그 시스템에 의해 실행될 수 있는 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 준용되어야 한다.
본 명세서에서 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 대한 임의의 언급은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어들을 실행할 수 있는 시스템에 준용되어야 하며, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어들을 판독하는 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 방법에도 준용되어야 한다.
도 1은 본 개시된 발명의 예들에 따른, 단파장 적외선(SWIR) 광학 시스템(100)의 일 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다. SWIR 스펙트럼의 일부로 간주되는 파장 범위에 대한 과학적 합의가 없다는 점에 유의한다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 목적들을 위해, SWIR 스펙트럼은 가시 스펙트럼의 것보다 더 긴 파장의 전자기 방사선을 포함하며, 적어도 1,300nm 내지 1,500nm의 스펙트럼 범위를 포함한다. 도 1에 도시된 SWIR 광학 시스템(100)은 적어도 수동 Q 스위치 레이저(200)를 포함하며, 대응하는 센서(외부 객체들로부터 반사된 레이저 광 감지용), 프로세서(감지 결과 처리용), 컨트롤러(예를 들어, 레이저의 작동과 그것의 동작을 동기화하기 위한 레이저의 작동 제어용) 등과 같은 추가 구성 요소들을 포함할 수도 있다. 일부 이러한 예들이 (예를 들어, 도 5a, 도 5b 및 도 10과 관련하여) 아래에서 더 상세히 논의된다.
앞서 언급한 스펙트럼 범위(1.3-1.5μm)에서 대량의 레이저들을 필요로 했던 유일한 산업은 광학 데이터 저장을 위한 전자 산업이며, 이러한 전자 산업은 다이오드 레이저 비용을 와트당, 장치당, 수 달러 이하로 낮추었다. 그러나, 이러한 레이저들은 피크 출력과 빔 밝기가 상당히 더 크고 열악한 환경 조건에서 활용될 레이저들을 필요로 하는 자동차 산업과 같은 다른 산업들에는 적합하지가 않다.
수동 Q 스위치 레이저(200)는 적어도 결정질 GM(210), 결정질 SA(220), 및 전술한 결정질 재료들이 내부에 가두어지는 광학 캐비티(230)를 포함하며, 이에 따라 GM 내에서 전파되는 광이 레이저 광 빔을 생성하도록 강화시킨다. 광학 캐비티(230)는 "광학 공진기" 및 "공진 캐비티"라는 용어들로도 알려져 있으며, 고반사율 미러(240)("고반사기"라고도 함) 및 출력 커플러(250)를 포함한다. 이하에서는 SWIR 스펙트럼 범위에 대해 합리적인 가격의 레이저들을 대량으로 제조할 수 있는 다양한 유형들의 결정질 재료들, 및 다양한 레이저 제조 기술들을 사용하는 몇 가지 고유하고 새로운 조합들에 대해 설명한다. 수동 Q 스위치 레이저들과 관련하여 당업계에 일반적으로 알려진 일반적인 세부 사항들은 본 개시의 간결함을 위해 여기에 제공되지 않지만, 다양한 소스들에 대해 용이하게 이용될 수 있다. 레이저의 SA는 당업계에 알려진 바와 같이 레이저에 대한 Q 스위치 역할을 한다. 용어 "결정질 재료"는 단결정질 형태 또는 다결정질 형태인 임의의 재료를 광범위하게 포함한다.
연결된 결정질 GM(210) 및 결정질 SA(220)의 면적은 특정 수동 Q 스위치 레이저(200)가 설계된 목적에 따라 달라질 수 있다. 비제한적인 예에서, 전술한 조합의 길이는 5 내지 15 밀리미터이다. 비제한적인 예에서, 전술한 조합의 길이는 2 내지 40 밀리미터이다. 비제한적인 예에서, 전술한 조합의 직경(예를 들어, 원형 실린더인 경우)은 2 내지 5 밀리미터이다. 비제한적인 예에서, 전술한 조합의 직경(예를 들어, 원형 실린더인 경우)은 0.5 내지 10 밀리미터이다.
수동 Q 스위치 레이저(200)는 SA 결정질 재료(SAC)에 견고하게 연결된 GM 결정질 재료(GMC)를 포함한다. 견고한 결합(rigid coupling)은 접착제 사용, 확산 접합, 복합 결정 접합, 하나를 다른 것 위에 성장시키는 것과 같은 당업계에 공지된 방법들 중 임의의 방법으로 구현될 수 있다. 그러나, 아래에서 논의되는 바와 같이, 세라믹 형태의 결정질 재료들을 견고하게 연결하는 것이 간단하고 저렴한 수단을 사용하여 달성될 수 있다. GM 결정질 재료 및 SA 결정질 재료가 서로 직접적으로 견고하게 연결될 수 있지만, 선택적으로는 중간 객체(예를 들어, 다른 결정)를 통해 서로 견고하게 연결될 수도 있음에 유의한다. 일부 구현에서, GM 및 SA 양쪽 모두가 상이한 도펀트들(SA 결정질 재료들 및 GM 결정질 재료들과 관련하여 아래에 논의된 것과 같은)로 결정질 재료의 단일 조각의 상이한 부분들을 도핑함으로써, 또는 결정질 재료의 단일 조각을 공동 도핑하고, 동일한 부피의 결정질 재료를 두 개의 도펀트들(예를 들어, N3+ 및 V3+로 공동 도핑된 세라믹 YAG)로 도핑함으로써, 결정질 재료의 단일 조각 상에 구현될 수 있다. 선택적으로, GM은 단결정 포화 흡수성 기재에서(예를 들어, LPE(Liquid Phase Epitaxy)를 사용하여) 성장될 수 있다. 별개의 GM 결정질 재료 및 SA 결정질 재료가 아래의 개시에서 광범위하게 논의되며, 2개의 도펀트들로 도핑된 세라믹 결정질 재료의 단일 조각이 또한 이것을 준용하여, 다음의 구현들 중 임의의 것에서 사용될 수도 있음에 유의한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 개시된 발명의 예들에 따른, 수동 Q 스위치 레이저(200)의 예들을 도시하는 개략적인 기능 블록도들이다. 도 2a에서 2개의 도펀트들이 공통 결정질 재료(262)의 2개의 부분들 상에 구현되며(GM 및 SA 둘 다로서 작용), 도 2b에서는 2개의 도펀트들이 공통 결정질 재료(264)의 공통 체적(도시된 경우에 있어서는 - 공통 결정 전체) 상에 상호 교환가능하게 구현된다. 선택적으로, GM 및 SA는 네오디뮴 및 적어도 하나의 다른 재료로 도핑된 결정질 재료의 단일 조각 상에 구현될 수 있다. 선택적으로(예를 들어, 도 2c에 예시된 바와 같이), 광학 커플러(250) 및 고반사율 미러(240) 중 임의의 하나 또는 둘 모두가 결정질 재료들(예를 들어, GM 또는 SA, 또는 이들 모두가 결합된 결정) 중 하나에 직접 접합될 수 있다.
SA 결정질 재료 및 GM 결정질 재료 중 적어도 하나는 세라믹 결정질 재료, 즉 세라믹 형태(예를 들어, 다결정질 형태)의 관련 결정질 재료(예를 들어, 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG), 도핑된 바나듐)이다. 세라믹 형태의 결정질 재료 중 하나(특히 둘 다)를 사용하면 더 많은 수 및 더 낮은 비용으로 생산할 수 있다. 예를 들어, 저속의 제한된 공정에서 개별 단결정질 재료들을 성장시키는 대신에, 다결정질 재료들이 분말들의 소결(즉, 압축 및 가능하게는 분말을 가열하여 고체 물질을 형성), 저온 소결, 진공 소결 등에 의해 제조될 수 있다. 결정질 재료들(SA 결정질 재료 또는 GM 결정질 재료) 중 하나가 다른 것 위에 소결될 수 있으므로, 연마, 확산 접합, 또는 표면 활성화 접합과 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 공정들이 필요하지 않게 된다. 선택적으로, GM 결정질 재료 및 SA 결정질 재료 중 적어도 하나는 다결정질이다. 선택적으로, GM 결정질 재료 및 SA 결정질 재료 모두는 모두 다결정질이다.
GM 결정질 재료 및 SA 결정질 재료가 만들어질 수 있는 결정질 재료들의 조합들을 참조하면, 이러한 조합들은 다음을 포함할 수 있다:
a. GM 결정질 재료는 세라믹 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)이고, SA 결정질 재료는 (a) 세라믹 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG)이거나, 또는 (b) 세라믹 코발트 도핑된 결정질 재료이다. 선택적으로, 세라믹 코발트 도핑된 결정질 재료는 2가 세라믹 코발트 도핑된 결정질 재료일 수 있다. 이러한 대안들에서, 앞서 언급한 그룹으로부터 선택되는 Nd:YAG 및 SA 결정질 재료 모두는 세라믹 형태이다. 코발트 도핑된 결정질 재료는 코발트로 도핑된 결정질 재료이다. 예들로는 코발트 도핑된 스피넬(Co:Spinel 또는 Co2+:MgAl2O4), 코발트 도핑된 아연 셀렌화물(Co2+:ZnSe), 코발트 도핑된 YAG(Co2+:YAG)를 포함한다. 반드시 그렇지는 않지만, 이러한 옵션의 고반사율 미러 및 SA는 선택적으로 GM 및 SA에 견고하게 연결되며, 이에 따라 수동 Q 스위치 레이저는 모놀리식 마이크로칩 수동 Q 스위치 레이저(예를 들어, 도 3 및 도 5에 예시된 바와 같음)가 된다.
b. GM 결정질 재료는 세라믹 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)이고, SA 결정질 재료는 (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트 도핑된 결정질 재료들로 구성되는 도핑된 세라믹 재료들의 그룹에서 선택되는 비세라믹 SA 결정질 재료이다. 선택적으로, 코발트 도핑된 결정질 재료는 2가 코발트 도핑된 결정질 재료일 수 있다. 이러한 경우에, 고반사율 미러(240) 및 출력 커플러(250)가 GM(210) 및 SA(220)에 견고하게 연결되며, 이에 따라 수동 Q 스위치 레이저(200)는 모놀리식 마이크로칩 수동 Q 스위치 레이저가 된다.
c. GM 결정질 재료는 세라믹 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 재료이고, SA 결정질 재료는, (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트 도핑된 결정질 재료들로 구성되는 도핑된 결정질 재료들의 그룹에서 선택되는 세라믹 결정질 재료이다. 선택적으로, 코발트 도핑된 결정질 재료는 2가 코발트 도핑된 결정질 재료일 수 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 이 옵션에서 고반사율 미러(240) 및 출력 커플러(250)는 선택적으로 GM(210) 및 SA(220)에 견고하게 연결되며, 이에 따라 수동 Q 스위치 레이저(200)는 모놀리식 마이크로칩 수동 Q 스위치 레이저가 된다.
구현들 중 어느 것에서, 도핑된 결정질 재료는 하나보다 많은 도펀트로 도핑될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, SA 결정질 재료는 위에 개시된 주 도펀트로 도핑될 수 있고, 적어도 하나의 다른 도핑 재료로(예를 들어, 상당히 더 적은 양으로) 도핑될 수도 있다. 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 재료는 그것의 유닛 셀이 희토류 원소(15개의 란탄족 원소들뿐만 아니라 스칸듐 및 이트륨을 포함하는 15개 화학 원소들의 잘 정의된 그룹 중 하나)를 포함하는 결정질 재료이며, 네오디뮴(예를 들어, 삼중 이온화된 네오디뮴)으로 도핑되어 있어 이것이 유닛 셀들의 일부에서 희토류 원소를 대체한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 재료의 몇 가지 비제한적인 예들은 다음과 같다:
a. Nd:YAG(위에서 언급한 바와 같음), 네오디뮴 도핑된 텅스텐산 이트륨 칼륨(Nd:KYW), 네오디뮴 도핑된 이트륨 리튬 플루오라이드(Nd:YLF), 네오디뮴 도핑된 이트륨 오르토바나데이트(YVO4,) - 이들 모두에서 희토류 원소는 네오디뮴(Nd)임 -;
b. 네오디뮴 도핑된 가돌리늄 오르토바나데이트(Nd:GdVO4), 네오디뮴 도핑된 가돌리늄 갈륨 가닛(Nd:KGW), 네오디뮴 도핑된 칼륨 가돌리늄 텅스텐산염(Nd:KGW) - 이들 모두에서 희토류 원소는 가돌리늄(Gd)임 -;
c. 네오디뮴 도핑된 란탄 스칸듐 보레이트(Nd:LSB) - 여기서 희토류 원소는 스칸듐임 -;
d. 기타 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 재료들이 사용될 수 있으며, 여기서 희토류 원소는 이트륨, 가돌리늄, 스칸듐, 또는 임의의 다른 희토류 원소일 수 있다.
다음 논의는 GM 결정질 재료들 및 SA 결정질 재료들의 선택적 조합들 중 어느 것에 적용된다.
선택적으로, GM 결정질 재료는 SA 결정질 재료에 직접 견고하게 연결된다. 대안적으로, GM 결정질 재료 및 SA 결정질 재료는 간접적으로 연결될 수 있다(예를 들어, SA 결정질 재료 및 GM 결정질 재료 각각은 하나 이상의 중간 결정질 재료들의 그룹을 통해 및/또는 관련 파장들에 투과성인 하나 이상의 다른 고체 재료들을 통해 연결된다). 선택적으로 SA 결정질 재료 및 GM 결정질 재료 중 하나 또는 양쪽 모두는 관련 파장들에 대해 투과성이다.
선택적으로, SA 결정질 재료는 코발트 도핑된 스피넬(Co2+:MgAl2O4)일 수 있다. 선택적으로, SA 결정질 재료는 코발트 도핑된 YAG(Co:YAG)일 수 있다. 선택적으로, 이것은 동일한 YAG 상에서 코발트 및 네오디뮴(Nd)의 공동 도핑을 가능하게 할 수 있다. 선택적으로, SA 결정질 재료는 코발트 도핑된 아연 셀렌화물(Co2+:ZnSe)일 수 있다. 선택적으로, GM 결정질 재료는 코발트 도핑된 세라믹 결정질 재료일 수 있다.
선택적으로, SA의 초기 투과율(T0)은 75% 내지 90%이다. 선택적으로, SA의 초기 투과율은 78% 내지 82%이다.
레이저에서 방출되는 파장은 그것의 구성에 사용되는 재료, 특히 GM 결정질 재료 및 SA 결정질 재료의 재료들 및 도펀트들에 의존한다. 출력 파장의 일부 예들은 1,300nm 내지 1,500nm 범위의 파장들을 포함한다. 몇몇 더 구체적인 예들은 1.32μm 또는 약 1.32μm(예를 들어, 1.32μm±3nm), 1.34μm 또는 약 1.34μm(예를 들어, 1.34μm±3nm), 1.44μm 또는 약 1.44μm±3nm(예를 들어, 4nm)를 포함한다. 이들 광 주파수 범위들 중 하나 이상에 민감한 대응 이미저(imager)가 (예를 들어, 도 5에 예시된 바와 같이) SWIR 광학 시스템(100)에 포함될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 개시된 발명의 예들에 따른, SWIR 광학 시스템(100)을 도시하는 개략적인 기능도들이다. 이들 도면들에서 예시된 바와 같이, 레이저(200)는 위에서 논의된 것에 더하여 다음과 같은 (그러나 이에 제한되지 않는) 추가 구성 요소들을 포함할 수 있다:
a. 레이저용 펌프 역할을 하는 플래시 램프(274) 또는 레이저 다이오드(272)와 같은 광원. 앞의 예들을 참조하면, 이 광원은 펌프 역할을 할 수 있다.
b. 광원(예를 들어, 272)으로부터의 광을 레이저(200)의 광축 상에 집속하기 위한 집속 광학계(282)(예를 들어, 렌즈들).
*c. 레이저 빔(290)이 광학 캐비티(230)를 빠져나간 후 이것을 조작하기 위한 확산기 또는 다른 광학계(284).
선택적으로, SWIR 광학 시스템(100)은 더 넓은 시야(FOV)에 걸쳐 레이저를 확산시킴으로써, FOV에서의 눈 안전성(eye safety) 문제를 개선하는 광학계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 수동 Q 스위치 레이저(200)는 DPSSL(diode pumped solid state laser)이다.
선택적으로, 수동 Q 스위치 레이저(200)는 펌프 광원(272)의 광을 광학 공진기에 집속하기 위한 적어도 하나의 다이오드 펌프 광원(272) 및 광학계(282)를 포함한다. 선택적으로, 광원(272)은 (엔드 펌프로서) 광축 상에 위치된다. 선택적으로, 광원(272)은 고반사율 미러(240) 또는 SA(210)에 견고하게 연결되며, 이에 따라 광원(272)은 모놀리식 마이크로칩 수동 Q 스위치 레이저의 일부가 된다. 선택적으로, 레이저의 광원은 하나 이상의 VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser) 어레이를 포함할 수 있다. 선택적으로, 수동 Q 스위치 레이저(200)는 VCSEL 어레이의 광을 광학 공진기에 집속하기 위한 적어도 하나의 VCSEL 어레이 및 광학계를 포함한다. 광원(예를 들어, 레이저 펌프)에 의해 방출되는 파장들은 레이저에 사용되는 결정질 재료들 및/또는 도펀트들에 따라 달라질 수 있다. 펌프에 의해 방출될 수 있는 일부 예시적인 펌핑 파장들은, 808nm 또는 약 808nm, 869nm 또는 약 869nm, 약 900nm 등을 포함한다.
도 5a는 본 개시된 발명의 다른 예들에 따른, SWIR 광학 시스템(100)을 도시하는 개략적인 기능 블록도이다. 위에서 언급한 바와 같이, SWIR 광학 시스템(100)은, (외부 객체들로부터 반사된 레이저의 광을 감지하기 위한) 대응 센서(120), (감지 결과를 처리하기 위한) 프로세서(140), (레이저의 작동을 제어하기 위한, 예를 들어 레이저의 작동과 그것의 동작을 동기화하기 위한) 컨트롤러(130) 등의 구성 요소들 중 임의의 하나 이상의 것과 같은 추가 구성 요소들을 포함할 수 있다. 이러한 일부 예들이 아래에서 더 자세히 논의된다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템(100)은 레이저의 파장에 민감한 SWIR 광검출기 어레이(126)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 SWIR 광학 시스템은 능동 SWIR 카메라, SWIR ToF(Time-of-Flight) 센서, SWIR LIDAR(light detection and ranging) 센서 등의 역할을 할 수 있다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템(100)은 레이저의 파장에 민감한 ToF SWIR 센서를 포함할 수 있다. 선택적으로, 광검출기 어레이는 레이저(200)에 의해 방출되는 SWIR 주파수들에 민감한 CMOS 기반 광검출기 어레이이며, 예를 들어 이스라엘 텔아비브의 TriEye LTD에 의해 설계 및 제조된 CMOS 기반 광검출기 어레이들일 수 있다.
선택적으로, SWIR 광학 시스템(100)은 SWIR 광검출기 어레이(126)(또는 SWIR 광학 시스템(100)의 임의의 다른 감광 센서)로부터의 검출 데이터를 처리하기 위한 프로세서(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 SWIR 광학 시스템(100)의 시야(FOV)의 SWIR 이미지를 제공하여, 시야(FOV)에서 객체들을 검출하는 등을 수행하기 위해 검출 정보를 처리할 수 있다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템(100)은 레이저의 파장에 민감한 ToF(Time of Flight) SWIR 센서(예를 들어, 센서(120)로서), 및 SWIR 광학 시스템(100)의 시야에서 적어도 하나의 객체(910)까지의 거리를 검출하기 위해 ToF SWIR 센서와 수동 Q 스위치 SWIR 레이저의 동작을 동기화하도록 동작 가능한 컨트롤러를 포함할 수 있다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템(100)은 Q 스위치 레이저(200) 또는 광검출기 어레이(126)(예를 들어, FPA(focal plane array))와 같은 시스템의 다른 구성 요소들의 동작의 하나 이상의 양태들을 제어하도록 동작 가능한 컨트롤러(130)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(130)에 의해 제어될 수 있는 레이저의 파라미터들 중 일부는 타이밍, 지속시간, 강도, 집속 등을 포함한다. 반드시 그렇지는 않지만, 컨트롤러(130)는 광검출기 어레이의 검출 결과에 기초하여(직접적으로, 또는 프로세서(140)에 의한 처리에 기초하여) 레이저(200)의 동작을 제어할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(130)는 레이저 펌프 또는 다른 유형의 광원을 제어하여 레이저(200)의 활성화 파라미터들에 영향을 미치도록 동작할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(130)는 펄스 반복률을 동적으로 변경하도록 동작할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(130)는 예를 들어, 시야의 특정 영역들에서 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하기 위해, 광 형성 광학계의 동적 수정을 제어하도록 동작할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(130)는 펄스 에너지 및/또는 지속시간을 동적으로 변경하기 위해(예를 들어, 펌핑 레이저의 집속 변경 등과 같은 다른 수동 Q 스위치 레이저들에 대해 가능한 동일한 방식으로) 조명 모듈을 제어하도록 동작할 수 있다.
선택적으로, SWIR 광학 시스템(100)은 일반적으로 레이저의 온도, 또는 하나 이상의 구성 요소들(예를 들어, 펌프 다이오드의)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어기(예를 들어, 수동 온도 제어기, 능동 온도 제어기)를 포함할 수 있다. 이러한 온도 제어기는, 예를 들어, 열전 냉각기(TEC), 팬, 히트 싱크, 펌프 다이오드 아래의 저항 히터 등을 포함할 수 있다.
레이저의 출력은 설계된 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 1W 내지 5W일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 5W 내지 15W일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 15W 내지 50W일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 50W 내지 200W일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 200W보다 높을 수 있다.
도 5b는 본 개시된 발명의 또 다른 예들에 따른, 또 다른 SWIR 광학 시스템(100)을 도시하는 개략적인 기능 블록도이다. 도 5b에 예시된 바와 같이. 시스템(200)은 레이저(200)의 출력 광 신호를 증폭하기 위해 레이저 증폭기(310)를 포함할 수 있다. 증폭기(310)는 전용 다이오드(320)에 의해, 또는 임의의 다른 적절한 광원을 사용하여 펌핑될 수 있다. 레이저 증폭기(310)는 독립된 증폭 유닛(300)(도시됨)으로서, 레이저(200)의 일부(예를 들어, 레이저(200)에 견고하게 연결됨)로서, 또는 임의의 다른 시스템의 일부로서 구현될 수 있다는 점에 유의한다. 레이저 증폭기(310)는 도시되지는 않았지만, 전기광학 시스템(200)의 다른 구성들(예를 들어, 사이드 펌핑을 사용하는 것들)에서도 구현될 수 있다는 점에 유의한다.
SWIR Q 스위치 레이저(200)는 펄스 레이저이며, 상이한 주파수(반복률), 상이한 펄스 에너지 및 상이한 펄스 지속시간을 가질 수 있으며, 이것은 설계된 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 레이저의 반복률은 10Hz 내지 50Hz일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 반복률은 50Hz 내지 150Hz일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 0.1mJ 내지 1mJ일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 1mJ내지 2mJ일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 2mJ 내지 5mJ일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 5mJ보다 높을 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 지속시간은 10ns 내지 100ns일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 지속시간은 0.1μs 내지 100μs일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 지속시간은 100μs 내지 1ms일 수 있다. 레이저의 크기는 예를 들어 그 구성 요소들의 크기에 따라 변경될 수도 있다. 예를 들어, 레이저 면적은 X1 x X2 x X3일 수 있으며, 여기서 각 면적(X1, X2, X3)은 10mm 내지 100mm, 20mm 내지 200mm 등일 수 있다. 출력 결합 미러(output coupling mirror)는 평면, 곡면 또는 약간 곡면일 수 있다.
선택적으로, SWIR 광학 시스템(100)은 GM의 흡수 영역에 열이 축적되는 것을 방지하기 위해, GM 및 SA에 더하여 도핑되지 않은 YAG를 더 포함한다. 도핑되지 않은 YAG는 선택적으로 GM 및 SA를 둘러싸는 실린더(예를 들어, 동심 실린더)로 형성될 수 있다.
SWIR 광학 시스템(100)은 위에서 논의된 것들 이외에, 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 몇 가지 비제한적인 예들이 아래에 제공된다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템(100)은 GM 및 SA 중 적어도 하나를 블리칭(bleaching)하는데 사용되는 다른 레이저를 포함할 수 있다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템은 수동 Q 스위치 레이저(200)에 의해 펄스가 생성되는 시간을 측정하도록 동작 가능한 내부 감광 검출기(예를 들어, 하나 이상의 포토다이오드)를 포함할 수 있으며, 여기서 프로세서는, 내부 감광 검출기에서 얻은 타이밍 정보를 기반으로, 시스템(100) 시야에 있는 객체들의 레이저 광 반사를 감지하는 광검출기 어레이(또는 다른 유형의 카메라 또는 센서)에 트리거 신호를 발행하도록 동작할 수 있다. 이러한 내부 감광 검출기가 도 5b에 예시되어 있다(도시된 예에서 "펄스 검출 포토다이오드"로 표시됨).
도 6a는 본 개시된 발명의 예들에 따른, 방법(600)의 일 예를 도시하는 흐름도이다. 방법(600)은 앞서 논의된 수동 Q 스위치 레이저(200)와 같으며 이에 제한되지 않는 수동 Q 스위치 레이저용 부품들을 제조하는 방법이다. 앞서의 도면들과 관련하여 설명된 예들을 참조하면, 수동 Q 스위치 레이저는 레이저(200)일 수 있다. 레이저(200) 또는 그 구성 요소에 대해 논의된 임의의 변형이 또한, 그 부품들이 방법(600)으로 제조되는 수동 Q 스위치 레이저에 대해 또는 그에 대응하는 구성 요소에 대해 구현될 수 있으며, 그 반대도 가능하다는 것에 유의한다.
방법(600)은 제 1 몰드에 적어도 하나의 제 1 분말을 투입하는 단계 610으로 시작하며, 제 1 분말은 방법(600)에서 나중에 처리되어 제 1 결정질 재료를 생성한다. 제 1 결정질 재료는 수동 Q 스위치 레이저의 GM 또는 SA 역할을 한다. 일부 구현들에서, 레이저의 GM이 먼저 만들어지고(예를 들어, 소결을 통해), SA가 이전에 만들어진 GM 상부에(예를 들어, 소결을 통해) 나중에 만들어진다. 다른 구현들에서는, 레이저의 SA가 먼저 만들어지고, GM은 이전에 만들어진 SA 상부에 나중에 만들어진다. 또 다른 구현들에서는, SA 및 GM이 서로 독립적으로 만들어지고, 단일 강체(rigid body)를 형성하도록 함께 결합된다. 이 결합은 가열, 소결, 또는 시간 경과의 일부로서 수행될 수 있다.
방법(600)의 단계 620은 제 2 몰드에 적어도 하나의 제 1 분말과 상이한 적어도 하나의 제 2 분말을 투입하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 제 2 분말은 방법(600)에서 나중에 처리되어 제 2 결정질 재료를 생성한다. 제 2 결정질 재료는 수동 Q 스위치 레이저의 GM 또는 SA 역할을 한다(따라서 SA 및 GM 중 하나는 제 1 결정질 재료로 만들어지고 다른 기능부는 제 2 결정질 재료로 만들어진다).
제 2 몰드는 제 1 몰드와 상이할 수 있다. 대안적으로는, 제 2 몰드가 제 1 몰드와 동일할 수도 있다. 그러한 경우에 적어도 하나의 제 2 분말은, 예를 들어, 적어도 하나의 제 1 분말의 상부(또는 이미 만들어진 경우, 제 1 성형체의 상부), 그 측면, 그 주위 등에 투입될 수 있다. 적어도 하나의 제 1 분말의 몰드와 동일한 몰드 내로 적어도 하나의 제 2 분말을 투입하는 것은(구현되는 경우) 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 성형체로 가공하기 전에 실행되거나, 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 성형체로 가공한 후에 실행되거나, 또는 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 성형체로 가공하는 도중 어느 때에 실행될 수 있다.
제 1 분말 및/또는 제 2 분말은 분쇄된 YAG(또는 스피넬, MgAl2O4, ZnSe와 같은 다른 전술한 재료들 중 임의의 것) 및 도핑 재료들(예를 들어, N3+, V3+, Co)을 포함할 수 있다.
제 1 분말 및/또는 제 2 분말은 YAG(또는 스피넬, MgAl2O4, ZnSe와 같은 전술한 다른 재료들 중 임의의 것)를 만드는 재료들 및 도핑 재료(예를 들어, N3+, V3+, Co)를 포함할 수 있다.
단계 630은 단계 610 이후에 실행되며, 제 1 몰드에서 적어도 하나의 제 1 분말을 압축하여 제 1 성형체를 생성하는 것을 포함한다. 단계 620은 단계 640 이후에 실행되며, 제 2 몰드에서 적어도 하나의 제 2 분말을 압축하여 제 2 성형체를 생성하는 것을 포함한다. 적어도 하나의 제 1 분말 및 적어도 하나의 제 2 분말이 단계 610 및 620에서 동일한 몰드에 투입되면, 단계 630 및 640에서 분말들의 압축이 동시에 수행될 수 있으며(예를 들어, 적어도 하나의 제 2 분말에 대해 가압하여, 궁극적으로 적어도 하나의 제 1 분말을 몰드에 대해 압축함), 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 단계 620(및 따라서 단계 640도 또한)은 선택적으로 단계 630의 압축 이후에 실행될 수 있다.
단계 650은 제 1 성형체를 가열하여 제 1 결정질 재료를 생성하는 것을 포함한다. 단계 660은 제 2 성형체를 가열하여 제 2 결정질 재료를 생성하는 것을 포함한다. 다른 실시예들에서, 제 1 결정질의 가열은 각각의 단계 630 및 650 이전에, 동시에, 부분적으로 동시에, 또는 이후에 실행될 수 있다.
선택적으로, 단계 650에서 제 1 성형체의 가열은 단계 640(및 가능하게는 단계 620)에서의 적어도 하나의 제 2 분말의 압축에 선행한다(및 가능하게는 투입에 선행한다). 제 1 성형체 및 제 2 성형체는 개별적으로(예를 들어, 상이한 시간에, 상이한 온도에서, 상이한 지속시간 동안) 가열될 수 있다.
제 1 성형체 및 제 2 성형체는 함께(예를 들어, 동일한 오븐에서) 가열될 수 있으며, 가열 동안 서로 연결되거나 연결되지 않을 수 있다. 제 1 성형체 및 제 2 성형체는 가열 영역들의 다른 부분들에서 개별적으로 가열되면서, 부분적인 동시 가열을 공유할 수 있는 상이한 가열 영역들로 처리될 수 있다. 예를 들어, 제 1 성형체 및 제 2 성형체 중 하나 또는 둘 모두가 다른 성형체와 별도로 가열될 수 있으며, 그 후에 2개의 성형체들이 함께 가열될 수 있다(예를 들어, 결합 후에, 그러나 반드시 그러한 것은 아니다). 선택적으로, 제 1 성형체의 가열 및 제 2 성형체의 가열은 단일 오븐에서의 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 동시 가열을 포함한다. 선택적으로, 단계 670의 결합은 단일 오븐에서의 두 성형체들의 동시 가열의 결과라는 점에 유의한다. 선택적으로, 단계 670의 결합은 물리적으로 서로 연결된 후 성형체들 모두를 동시 소결함으로써 수행된다는 점에 유의한다.
방법(600)의 단계 670은 제 1 결정질 재료에 제 2 결정질 재료를 결합하는 것을 포함한다. 이 결합은 당업계에 공지된 결합의 임의의 방식으로 실행될 수 있으며, 그 몇 가지 비제한적인 예들이 수동 Q 스위치 레이저(200)와 관련하여 위에서 논의되었다. 이 결합은 여러 하위 단계들을 가질 수 있으며, 그 중 일부는 상이한 실시예들에서 상이한 방식들로 단계 630, 640, 650, 및 660 중 다른 단계들과 밀접하게 관련될 수 있다. 이 결합은 GM 및 SA를 모두 포함하는 단일의 견고한 결정체를 생성한다.
방법(600)은 결정들의 제조(및 특히 서로 결합된 다결정질 재료들의 세라믹 또는 비-세라믹 다결정질 결정 화합물의 제조)에 사용되는 추가 단계들을 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 몇 가지 비제한적인 예들로는 분말 준비, 결합제 소진, 고밀도화, 풀림, 연마(필요한 경우 아래에서 논의됨) 등을 포함한다.
방법(600)에서 수동 Q 스위치 레이저의 GM(전술한 바와 같이, 제 1 결정질 재료 또는 제 2 결정질 재료일 수 있음)은 네오디뮴 도핑된 결정질 재료이다. 방법(600)에서 수동 Q 스위치 레이저의 SA(전술한 바와 같이, 제 1 결정질 재료 또는 제 2 결정질 재료일 수 있음)는 다음으로 구성되는 결정질 재료들의 그룹에서 선택된다: (a) 네오디뮴 도핑된 결정질 재료, 및 (b) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 코발트 도핑된 결정질 재료들로 구성되는 도핑된 결정질 재료들의 그룹에서 선택되는 도핑된 결정질 재료. GM 및 SA 중 적어도 하나는 세라믹 결정질 재료이다. 선택적으로, GM 및 SA는 모두 세라믹 결정질 재료들이다. 선택적으로, GM 및 SA 중 적어도 하나는 다결정질 재료이다. 선택적으로, GM 및 SA는 모두 다결정질 재료들이다.
제조 프로세스의 추가 단계들이 방법(600)의 다른 단계들 사이에서 이루어질 수 있으며, 특히 소결 공정에서 제 2 재료의 접합 이전에 제 1 재료를 연마하는 것은 적어도 일부의 구현들에서 요구되지 않는다.
방법(600)에서 GM 결정질 재료 및 SA 결정질 재료가 만들어질 수 있는 결정질 재료들의 조합들을 참조하면, 이러한 조합들은 다음을 포함할 수 있다:
a. GM 결정질 재료는 세라믹 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)이고, SA 결정질 재료는 (a) 세라믹 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG), 또는 (b) 세라믹 코발트 도핑된 결정질 재료이다. 이 대안에서, Nd:YAG 및 전술한 그룹으로부터 선택된 SA 결정질 재료는 모두 세라믹 형태이다. 코발트 도핑된 결정질 재료는 코발트로 도핑된 결정질 재료이다. 예들로는 코발트 도핑된 스피넬(Co:Spinel 또는 Co2+:MgAl2O4), 코발트 도핑된 아연 셀렌화물(Co2+:ZnSe)을 포함한다. 반드시 그렇지는 않지만, 이 옵션의 고반사율 미러 및 SA는 선택적으로 GM 및 SA에 견고하게 연결되며, 이에 따라 수동 Q 스위치 레이저는 모놀리식 마이크로칩 수동 Q 스위치 레이저가 된다.
b. GM 결정질 재료는 세라믹 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)이고, SA 결정질 재료는 다음으로 구성되는 도핑된 세라믹 재료들 그룹에서 선택되는 비세라믹 SA 결정질 재료이다: (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트 도핑된 결정질 재료들. 이러한 경우, 고반사율 미러 및 SA는 GM 및 SA에 견고하게 연결되며, 이에 따라 수동 Q 스위치 레이저는 모놀리식 마이크로칩 수동 Q 스위치 레이저가 된다.
c. 세라믹 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 재료인 GM 결정질 재료, 및 SA 결정질 재료는 다음으로 구성되는 도핑된 결정질 재료들의 그룹에서 선택되는 세라믹 결정질 재료이다: (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트 도핑된 결정질 재료들. 반드시 그렇지는 않지만, 이 옵션의 고반사율 미러 및 SA는 선택적으로 GM 및 SA에 견고하게 연결되며, 이에 따라 수동 Q 스위치 레이저는 모놀리식 마이크로칩 수동 Q 스위치 레이저이다.
방법(600)을 전체적으로 참조하면, 선택적으로 SA 결정질 재료 및 GM 결정질 재료 중 하나 또는 양쪽 모두(및, 존재하는 경우, 선택적으로 하나 이상의 중간 연결 결정질 재료들)는 관련 파장들(예를 들어, SWIR 방사선)에 대해 투과성이라는 점에 유의한다.
도 6b 및 도 6c는 본 개시된 발명의 예들에 따른, 방법(600)의 실행을 위한 여러 개념적 타임라인을 포함한다. 도면을 단순화하기 위해, SA는 적어도 하나의 제 1 분말을 가공한 결과이고, GM은 적어도 하나의 제 2 분말을 가공한 결과인 것으로 가정한다. 위에서 언급한 바와 같이, 역할들이 반대로 될 수도 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시된 발명의 예들에 따른, 수동 Q 스위치 레이저(700)의 예들을 도시하는 개략적인 기능 블록도들이다. 선택적으로, 레이저(700)는 위에서 논의된 레이저(200)의 임의의 적절한 변형으로서 구현될 수 있으며, 반드시 그런 것은 아니다. 레이저(700)는 전기광학 시스템(800)의 일부일 수 있다. 선택적으로, 전기광학 시스템(800)은 위에서 논의된 전기광학 시스템(100)의 임의의 적절한 변형으로서 구현될 수 있으며, 반드시 그런 것은 아니다.
레이저(700)는 유도 방출 단면(σSE로 표시됨)을 특징으로 하는 GM(710)을 포함한다. 레이저(700)는 또한 흡수 단면(σa로 표시됨)을 특징으로 하는 SA(720)를 포함한다. GM(710) 및 SA(720)의 재료들의 일부 조합들에서, σa는 σSE보다 작거나, σSE보다 두드러질 정도로 크지는 않다(예를 들어, σa < 3·σSE). 예를 들어, GM(710)은 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)으로 이루어질 수 있고, SA(720)은 코발트 도핑된 YAG(Co2+:YAG)로 이루어질 수 있다. 이러한 경우들에서, GM(710)에 저장된 대부분의 펌프 에너지는 SA(720)를 포화시키는데 사용되며, 증폭을 위한 작은 부분의 에너지만 남게 된다. 흡수체를 포화시키는데 필요한 에너지의 양을 줄이기 위해, 레이저(700)는 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 전용 기하학적 구조를 가진 광학 공진기를 포함한다. 본 제안된 기하학적 구조들에서는, 흡수체를 포화시키는데 있어서 저장된 에너지의 작은 부분만 필요하므로, 고효율 및 이로 인한 고출력 에너지를 발생시키게 된다.
(내부에 GM(710) 및 SA(720)가 위치하는) 광학 공진기는 고반사율 미러(730) 및 출력 커플러(740)을 포함한다. HR 미러(730) 및 OC(740) 중 적어도 하나는 곡면 미러를 포함하고, 이에 따라 광학 공진기의 미러들의 조합들이 광학 공진기 내에서 광을 지향시키며 이를 통해 SA 내에서의 레이저 모드의 유효 단면(ASA로 표시됨)이 펌프 빔의 레일리(Rayleigh) 길이 내에서의 레이저 모드의 단면(AGM으로 표시됨)보다 작아지게 된다.
모드의 직경은 SA 내에서 다소 변경될 수 있지만, SA(720)가 상대적으로 좁기 때문에, 크게 변경되지 않음에 유의한다. 따라서, 계산의 단순함을 위해, 단일 유효 직경은 SA 내에서의 모드의 작은 직경 범위를 나타낼 수 있다(유효 직경은 작은 직경 범위에 포함되며, 일반적으로 SA(720)에 따른 모드의 평균 직경에 가까움).
도면에서 레이저 모드는 750으로 표시되어 있고, 펌핑된 체적은 760으로 표시되어 있다. 펌핑된 체적의 웨이스트는 762로 표시되어 있다. 전체 SA(720)를 따라 SA 내에서의 레이저 모드의 단면이 일정하지 않은 경우들에서는, ASA가 SA(720) 전체에 걸친 레이저 모드의 평균 유효 단면을 나타낼 수 있다. 마찬가지로, 레이저 모드의 단면이 펌프의 레일리 길이 전체에 걸쳐 일정하지 않은 경우들에서는, AGM가 펌프의 레일리 길이 내에서의 레이저 모드의 평균 단면을 나타낼 수 있다. 레이저 빔의 레일리 길이(또는 레일리 범위)는 빔 반경이 2의 제곱근 팩터만큼 증가하는 빔 웨이스트(전파 방향으로)로부터의 거리이다(예를 들어, 원형 빔의 경우, 이 지점에서 모드 면적은 두 배가 된다). ASA 및 AGM은 모두 기하학적 면적(예를 들어, cm2 단위로 측정)이고, σa 및 σSE는 GM(710) 및 SA(720)의 재료들의 특성들이며, 면적 단위(예를 들어, cm2 단위)로도 표현된다.
오목형 미러들을 사용하면 GM(710)의 면적 단위당 에너지 밀도와 관련하여 SA(720)의 면적 단위당 더 큰 에너지 밀도로 집속시키며, 이에 따라 저장된 에너지의 작은 부분만이 흡수체를 포화시키는데 필요하게 되어, 고효율 및 이로 인한 고출력 에너지를 발생시키게 된다.
에너지 집속은 GM 및 SA에 대해 선택된 재료들, 원하는 레이저 출력 전력 등과 같은 다양한 고려 사항들에 따라 상이한 정도로 수행될 수 있다. 예를 들어, (HR 미러(730) 및 OC(740) 중에서) 하나 이상의 오목형 미러들의 반경은 σSE 및 AGM 사이의 비율이 σa 및 ASA 사이의 비율보다 적어도 3배 더 작게 되도록 선택될 수 있다
Figure pat00001
. 다른 비율이 선택될 수도 있다. 예를 들어, 광학 공진기의 기하학적 구조는 다음과 같이 구성될 수 있다:
Figure pat00002
;
Figure pat00003
;
Figure pat00004
;
Figure pat00005
;
Figure pat00006
; 또는
Figure pat00007
.
위에서 언급된 바와 같이, 선택적으로 GM(710)은 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)으로 이루어질 수 있고, SA(720)은 코발트 도핑된 YAG(Co2+:YAG)로 이루어질 수 있다. 그러나, GM(710) 또는 SA(720)에 다른 재료들이 사용될 수도 있다. 비제한적인 예에서, 수동 Q 스위치 레이저(200)의 GM 및 SA와 관련하여 위에서 논의된 재료들 중의 임의의 것이 각각 GM(710) 및 SA(720)에 사용될 수 있다. GM(710) 및 SA(720)은 상이한 도펀트들을 가진 동일한 유형의 결정(예를 들어, YAG, 스피넬, 셀렌화 아연)에 구현될 수 있으며, 반드시 그런 것은 아니다. 위에서 언급된 바와 같이, 선택적으로 수동 Q 스위치 레이저(700)는 예를 들어, 수동 Q 스위치 레이저(200)와 관련하여 위에서 논의된 바와 같은(필요한 경우 수정을 가한) 마이크로칩 레이저일 수 있다. 선택적으로, 고반사율 미러(730) 및 출력 커플러(740)는 GM(710) 및 SA(720)에 견고하게 결합되며, 이에 따라 수동 Q 스위치 레이저는 모놀리식 마이크로칩 수동 Q 스위치 레이저가 된다. 이들 구성 요소들이 반드시 서로 직접 결합되는 것은 아님에 유의한다. 예를 들어, 도핑되지 않은 YAG(또는 임의의 다른 적절한 결정)가 고반사율 미러(730)와 GM(710) 사이, GM(710)과 SA(720) 사이, 및/또는 SA(720)와 출력 커플러(740) 사이에 위치될 수도 있다. 이러한 구성에 대한 일 예가 도 7c, 도 8b, 및 도 8c에 제공되어 있다. HR 미러(730) 및/또는 출력 커플러(740) 중 하나는 오목형 미러(또는 이것의 광학적 등가물)일 수 있다. 이러한 오목형 미러는 구면 오목형 미러 또는 다른 유형의 오목형 미러일 수 있다. 선택적으로, 고반사율 미러(730) 및 출력 커플러(740)는 모두 오목형 미러들(또는 광학적 등가 구성)이다. 본 개시된 발명의 예들에 따른 이러한 구현들이 도 8a, 도 8b 및 도 8c에 도시되어 있다. HR 미러(730) 및 OC(740)가 모두 곡면을 가지면 서로 다른 단부들에 사용될 수 있다. 예를 들어, HR 미러(730) 및 OC(740)가 모두 곡면을 가지면 레이저 모드의 형성을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, HR 미러(730) 및 OC(740)가 모두 곡면을 가지면, 예를 들어, SA(720)에서 발생되는 열에 의해 OC가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 미러 코팅들과 같은 광학 표면들로부터(예를 들어, 출력 커플러(740)로부터) 어느 정도 거리를 두고서 가장 높은 에너지 강도를 유지하도록 사용될 수 있다. 이러한 변형이 도 8b에 도시되어 있다. 선택적으로, 오목형 HR 미러(730)의 곡률 및 오목형 OC(740)의 곡률은 가장 높은 에너지 밀도가 광학 공진기의 중간 60% 이내가 되도록 이루어진다(즉, HR 미러 상의 한 지점 및 OC 상의 다른 한 지점인 가장 먼 두 지점들 사이의 거리를 D로 표시하면, HR 미러(730)와 에너지 밀도가 가장 높은 위치 사이의 거리는 0.2D보다 크다. 또한, 이러한 경우 OC 커플러와 에너지 밀도가 가장 높은 위치 사이의 거리는 0.2D보다 크다).
도 7b의 예를 참조하면, SA(720)의 직경은 선택적으로 GM(710)의 직경보다 작을 수 있으며, 이에 따라 SA(720)는 광학 공진기로부터의 열을 방출하기 위해 다른 재료(예를 들어, 도핑되지 않은 YAG)로 둘러싸인다. GM(710), SA(720) 또는 둘 모두는, 레이저(700)로부터의 열 제거를 개선하기 위해(SA(720)의 직경이 GM(710)의 직경보다 작지 않더라도) 도핑되지 않은 YAG(또는 다른 유형의 결정 또는 다른 재료)로 덮일 수 있다. 다시 말해서, 선택적으로 레이저(700)는 GM의 흡수 영역에 열이 축적되는 것을 방지하기 위해, GM 및 SA에 더하여 도핑되지 않은 YAG(또는 위에서 언급한 재료들의 임의의 적절한 결정과 같은 다른 적절한 재료)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도핑되지 않은 YAG(또는 다른 적절한 재료)는 GM 및 SA를 둘러싸는 실린더로서 형성될 수 있다.
레이저(700)는 엔드 펌프식 레이저, 또는 사이드 펌프식 레이저일 수 있다는 점에 유의한다. 도 9a 및 도 9b는 각각, 본 개시된 발명의 예들에 따른, 엔드 펌프식 수동 Q 스위치 레이저(700)(도 9a)를 갖는 전기광학 시스템(800) 및 사이드 펌프식 수동 Q 스위치 레이저(700)(도 9b)를 갖는 전기광학 시스템(800)의 예들을 도시하는 개략적인 기능 블록도들이다. 선택적으로, 레이저(700)는 적어도 하나의 엔드 펌핑 광원(772), 및 다이오드 펌프 광원의 광을 광학 공진기에 집속하기 위한 광학계(782)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 레이저(700)는 적어도 하나의 사이드 펌핑 광원(774), 및 적절한 광학계(784)(예를 들어, 확산기)를 포함할 수 있다. 펌핑 광원의 일 예는 다이오드 또는 VCSEL(vertical-resonator surface-emitting laser) 어레이를 포함한다(그러나 이에 한정되지는 않는다). 도 9a의 구성 요소들은 도 3의 대응하는 구성 요소들과 유사할 수 있으며(필요한 경우 수정을 가하여), 도 9b의 구성 요소들은 도 4의 대응하는 구성 요소들과 유사할 수 있다(필요한 경우 수정을 가하여). 설명의 간결성을 위해 이 논의는 반복되지 않는다.
위에서 언급된 바와 같이, 레이저(200)와 관련하여 논의된 임의의 변형은, 필요한 경우 수정을 가하여, 레이저(700)에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 수동 Q 스위치 레이저(700)는 다결정질 재료들인 GM 및 SA를 포함할 수 있다. 선택적으로, GM(710) 및 SA(720)은 네오디뮴 및 적어도 하나의 다른 재료로 도핑된 결정질 재료의 단일 조각 상에 구현될 수 있다. 선택적으로, 수동 Q 스위치 레이저(700)는 1,300nm 내지 1,500nm의 파장 범위 내에서 출력 커플러를 통해 광을 방출한다. 선택적으로, Q 스위치 레이저(700)는 그 중심 주파수가, (a) 1.32μm±3nm, (b) 1.34μm±3nm, 및 (c) 1.44μm±3nm로 구성되는 중심 주파수 그룹에서 선택되는 파장들 내에서 출력 커플러를 통해 광을 방출할 수 있다. 선택적으로, SA(720)의 초기 투과율(T0)은 75% 내지 90%이다. 선택적으로, SA(7209)의 초기 투과율(T0)은 78% 내지 82%이다.
도 10a 및 도 10b는, 본 개시된 발명의 예들에 따른, 전기광학 시스템(800)의 예들을 도시하는 개략적인 기능 블록도들이다. 전기광학 시스템(800)을 전체적으로 참조하면, 시스템(900)은 레이저(700)에 더하여, 적어도 하나의 조명된 객체로부터의 레이저 조명의 반사들을 검출하기 위해, 레이저의 파장에 민감한 SWIR 광검출기 어레이를 또한 포함할 수 있다. 선택적으로, 시스템(800)은 레이저의 파장에 민감한 ToF SWIR 센서, ToF SWIR 센서 및 수동 Q 스위치 레이저의 동작을 동기화하도록 동작할 수 있는 컨트롤러, 및 SWIR 전기광학 시스템의 시야에서 적어도 하나의 객체까지의 거리를 결정하기 위해, 수동 Q 스위치 레이저의 레이저 조명 반사들의 ToF SWIR 센서에 의한 검출들을 처리하도록 동작할 수 있는 프로세서를 포함할 수 있다.
도 10b는, 본 개시된 발명의 예들에 따른, 단파장 적외선(SWIR) 광학 시스템(800)의 일 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다. 도 5b에 예시된 바와 같이, 시스템(800)은 레이저(700)의 출력 광 신호를 증폭하기 위한 레이저 증폭기(510)를 포함할 수 있다. 증폭기(510)는 전용 다이오드(520)에 의해, 또는 임의의 다른 적절한 광원을 사용하여 펌핑될 수 있다. 레이저 증폭기(510)는 독립적인 증폭 유닛(500)(도시됨)으로서, 레이저(700)의 일부(예를 들어, 레이저(700)에 견고하게 연결됨)로서, 또는 임의의 다른 시스템의 일부로서 구현될 수 있음에 유의한다. 레이저 증폭기(510)는 도시되지 않았지만, 전기광학 시스템(800)의 다른 구성들(예를 들어, 사이드 펌핑을 사용하는 것들)에서도 구현될 수 있다는 점에 유의한다. 도 10a의 구성 요소들은 도 5a의 대응 구성 요소들과 유사할 수 있고(필요한 경우 수정을 가하여), 도 10b의 구성 요소들은 도 4b의 대응 구성 요소들과 유사할 수 있다(필요한 경우 수정을 가하여). 설명의 간결성을 위해 이 논의는 반복되지 않는다.
수동 Q 스위치 레이저(700)의 위에서 논의된 임의의 변형은, 예를 들어, 필요한 수정을 가하여, 위에서 논의된 방법(600)을 구현함으로써 제조될 수 있다는 점에 유의한다. 방법(600)은 위에서 논의된 수동 Q 스위치 레이저(700)의 전술한 특징들을 제조된 수동 Q 스위치 레이저에 제공하는데 필요한 적절한 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법(600)은 제조된 수동 Q 스위치 레이저에 대하여, 위에서 논의된 물리적 특징들(예를 들어, 유도 방출 단면(σSE), 흡수 단면(σa), SA 내 레이저 모드의 유효 단면)을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 11 및 도 12는, 본 개시된 발명의 예들에 따른, GM 증폭기들(1200)의 분해 투시도들이다. 이전 도면들과 관련하여 설명된 예들을 참조하면, GM 증폭기(1200)는 시스템(100)(또는 통합된 경우, 수동 Q 스위치 레이저(200))의 레이저 증폭기(310)의 역할을 할 수 있다는 점에 유의한다. 이전 도면들과 관련하여 설명된 예들을 참조하면, GM 증폭기(1200)는 시스템(800)(또는 통합된 경우, 수동 Q 스위치 레이저(700))의 레이저 증폭기(510)의 역할을 할 수 있다는 점에 유의한다. 그러나, 임의의 적합한 유형의 레이저 증폭기들이 레이저 증폭기(310 및/또는 510)로서 구현될 수도 있다. GM 증폭기(1200)는 수동 Q 스위치 레이저(200) 및 수동 Q 스위치 레이저(700)의 임의의 변형과 같은(그러나 이에 한정되지 않는) 임의의 적절한 시드 레이저(1300으로 표시됨)에 의해 공급될 수 있다.
GM 증폭기(1200)는 적어도 평평한 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 결정(1210)을 포함한다. 결정(1210)은 평균 두께가 5 밀리미터 미만(예를 들어, 약 1mm, 추가 예들이 아래에 제공됨)인 반면, 결정(1210)의 다른 면적 중 적어도 하나는 더 길며(예를 들어, 적어도 5배 더 김), 가능하게는 수직 면적 모두가 결정(1210)의 평균 두께보다 적어도 5배 더 길다.
평평한 Nd:YAG 결정(1210)은 적어도 다음을 포함한다:
a. 제 1 주파수("펌프 주파수"라고도 함)를 갖는 펌프 광이 평평한 Nd:YAG 결정(1210)으로(예를 들어, 선택적 펌프 광원(1240)으로부터) 들어가는 상부 표면(1212).
b. 상부 표면(1212)의 반대편에 있는, 바닥 표면(1214).
c. 제 2 주파수를 갖는 입사 레이저 광이 평평한 Nd:YAG 결정으로(예를 들어, 선택적인 시드 레이저(310)로부터) 들어가는 제 1 측면(1222).
d. 제 2 주파수를 갖는 출사 레이저 광이 평평한 Nd:YAG 결정의 다수의 상이한 측면들에 의해 반사된 후 평평한 Nd:YAG 결정으로부터 방출되는 제 2 측면(1224). 출사 레이저 광의 출력은 펌프 광을 사용하여 증폭된 후, 입사 레이저 광의 출력보다 적어도 4배 더 강하다. 적어도 5, 적어도 7, 적어도 10, 적어도 15, 적어도 20, 적어도 30 등과 같은 더 강한 증폭 레벨들이 구현될 수 있다.
평평한 Nd:YAG 결정은 위에서 언급된 표면들에 더하여 추가적인 측면들을 포함할 수 있다. 평평한 Nd:YAG 결정의 표면들의 일부 또는 전체(선택적으로 제 1 측면 및 제 2 측면 중 하나 또는 둘 모두를 포함함)는 평평하거나 실질적으로 평평할 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니며, 곡면들도 구현될 수도 있다.
광은 제 1 측면 및 제 2 측면 중 하나 또는 둘 모두로부터 평평한 Nd:YAG 결정 내에서 내부 반사될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 광은 제 1 측면 및 제 2 측면 이외의 하나 이상의 표면들로부터 평평한 Nd:YAG 결정 내에서 내부적으로 반사될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 제 1 측면 및 제 2 측면들은 서로 평행할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. "상부" 및 "바닥"이라는 용어들은 서로 반대편의 측면들을 식별하는데 사용되는 임의의 용어들이며, 이러한 표면들은 본 발명의 상이한 구현들에서 상이한 배향들로 위치될 수 있다는 점에 유의한다. 상부 표면은 바닥 표면과 평행할 수 있지만(예를 들어, 도면에 예시된 바와 같이), 반드시 그러한 것은 아니다. 제 1 측면은 상부 표면 및/또는 바닥 표면과 적어도 하나의 공유 에지를 가질 수 있으며, 반드시 그런 것은 아니다. 추가적으로, 제 2 측면은 상부 표면 및/또는 바닥 표면과 적어도 하나의 공유 에지를 가질 수 있으며, 반드시 그런 것은 아니다. 간결함을 위해 명시적으로 언급되지 않은 경우에도, 위의 선택적 구현들의 임의의 조합이 구현될 수 있다는 점에 유의한다.
광이 출사 레이저 광으로서 방출되기 전에 평평한 Nd:YAG 결정(1210) 내에서 내부적으로 반사되는 횟수는 GM 증폭기(1200)의 이득에 영향을 미치며, 이것은 도핑된 결정 내에서 광이 통과하는 거리와 기하급수적으로 상관된다.
선택적으로, 입사 레이저 광이 출사 레이저 광으로서 방출될 때까지의 광학 경로는 적어도 10개의 내부 반사들(1292)을 포함한다. 10-15, 15-20, 20-25, 25-35 또는 그 이상과 같은 상이한 횟수의 내부 반사들이 구현될 수도 있다. 선택적으로, 입사 레이저 광이 출사 레이저 광으로서 방출될 때까지의 광학 경로는 평평한 Nd:YAG 결정의 평균 두께보다 적어도 50배 더 길다. 50-100, 100-200 또는 200 이상과 같은 광학 경로와 평균 두께 사이의 상이한 비율이 구현될 수 있다.
특정 주파수들을 증폭하기 위해 평평한 Nd:YAG 결정이 사용될 수도 있다. 펌프 광은 하나 이상의 펌프 주파수들(또는 펌프 주파수 범위들)일 수 있다. 예를 들어, 펌프 주파수는 750 nm 내지 850nm일 수 있다. 예를 들어, 펌프 주파수는 780nm 내지 830nm일 수 있다. 예를 들어, 펌프 주파수는 800nm 내지 850nm일 수 있다. 예를 들어, 펌프 주파수는 800nm 내지 820nm일 수 있다. 예를 들어, 펌프 주파수는 808nm±2nm일 수 있다. 그러나, 다른 주파수 범위들이 구현될 수도 있다. 펌프 광은 레이저 광(예를 들어, 수직 공동 표면 방출 레이저 또는 임의의 다른 유형의 레이저), 발광 다이오드(LED) 광, 또는 임의의 다른 적합한 소스의 광일 수 있다.
출사 레이저 광은 하나 이상의 방출 광 주파수들(또는 방출 주파수 범위들)일 수 있다. 예를 들어, 방출 광 주파수는 1,300nm 내지 1,400nm일 수 있다. 예를 들어, 방출 광 주파수는 1,310nm 내지 1,370nm일 수 있다. 예를 들어, 방출 광 주파수는 1,330nm 내지 1,350nm일 수 있다. 예를 들어, 방출 광 주파수는 1,340nm±2nm일 수 있다.
제 2 레이저 주파수("입사 레이저 주파수"라고도 함)는 출사 레이저 주파수와 동일한 주파수일 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 주파수는 1,300nm 내지 1,400nm일 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 주파수는 1,310nm 내지 1,370nm일 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 주파수는 1,330nm 내지 1,350nm일 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 주파수는 1,340nm±2nm일 수 있다.
상부 표면(1212)은 제 1 치수(예를 들어, 길이) 및 제 1 치수에 직교하는 제 2 치수(예를 들어, 폭)를 갖는다. 제 1 치수는 평평한 Nd:YAG 결정의 평균 두께보다 5배 이상 더 길다. 예를 들어, 평평한 Nd:YAG 결정의 평균 두께가 1mm인 경우, 제 1 치수는 5mm 이상의 길이(예를 들어, 5mm, 10mm, 5-15mm, 15-25mm 등)일 수 있다. 평균 두께는 0.5mm 미만, 0.5-1mm, 1-1.5mm, 1.5-2mm, 2-5mm 등과 같이 응용에 따라 달라질 수 있다. 평평한 Nd:YAG 결정의 길이는 제 1 치수를 따르는 가장 큰 측정값이다. 선택적으로, 제 1 치수를 따르는 평균 길이는 평평한 Nd:YAG 결정의 평균 두께보다 적어도 몇 배 더 길 수도 있다.
선택적으로, 평평한 Nd:YAG 결정(1210)은 기둥(prism)이다. 선택적으로, 평평한 Nd:YAG 결정(1210)은 직각 기둥(right prism)이다. 선택적으로, 평평한 Nd:YAG 결정(1210)은 직사각 기둥(right rectangular prism)이다. 평평한 Nd:YAG 결정(1210)의 전술한 표면들 중 임의의 하나 이상은 패시트(facet)들일 수 있다. 도 7의 예에서, 평평한 Nd:YAG 결정(1210)의 두께는 실질적으로 일정하며, "H"로 표시된다. 도 7의 예에서, 평평한 Nd:YAG 결정(1210) 내의 내부 반사들이 제 1 측면(1222) 및 제 2 측면(1224)에서만 반사되지만, 반드시 그러한 것은 아니며, 광은 출사 레이저 광으로서 방출되기 전에 평평한 Nd:YAG 결정(1210)의 임의의 표면으로부터 내부적으로 반사될 수도 있다.
평평한 Nd:YAG 결정(1210)에 더하여, GM 증폭기(1200)는 또한, 적어도 제 1 주파수를 갖는 펌프 광을 방출하는 선택적 펌프 광원(1220)을 선택적으로 포함할 수 있다. 선택적 펌프 광원(1220)은 LED, VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser), 다른 유형의 레이저들 등과 같은 적합한 유형의 광원으로서 구현될 수도 있다.
펌프 광원으로서의 VCSEL의 활용(본 개시된 평평한 Nd:YAG 결정(1210)의 신규 기하학적 방식에 의해 실현 가능하게 됨)은 선행 기술의 솔루션들과 비교할 때 결정 증폭기의 비용을 줄이기 위해 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 선행 기술 솔루션들과 비교할 때 더 용이하게 많은 양의 제조를 가능하게 한다는 것에 유의한다.
펌프 광이 커다란 상부 표면 위에 제공되는 본 개시된 새로운 기하학적 구조는 광원이 면적당 상대적으로 낮은 밝기를 가질 수 있음을 의미한다.
선택적으로, GM 증폭기(1200)는 낮은 듀티 사이클(예를 들어, 3% 미만, 3%-5%,, 5%-10%)에서 작동되며, 이에 따라 GM 증폭기(1200)가 냉각될 수 있게 한다(이것은 GM 증폭기(1200)의 상대적으로 얇은 두께에 의해 용이하게 된다). 선택적으로, GM 증폭기(1200)는 평평한 Nd:YAG 결정(1210), 또는 GM 증폭기(1200)의 임의의 다른 부분을 냉각하기 위한 냉각 모듈(1260)(방열판에 연결될 수 있는 능동 냉각 모듈 또는 수동 냉각 모듈이든 상관없음)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 냉각 모듈(1260)의 표면은 평평한 Nd:YAG 결정(1210)의 대응하는 표면(예를 들어, 도시된 바와 같은 바닥 표면(1214), 또는 결정의 임의의 다른 표면)과 접촉할 수 있다. 평평한 Nd:YAG 결정(1210)의 상대적으로 얇은 두께는 또한 상대적으로 높은 도핑 밀도(예를 들어, 1% 초과, 1-2%, 2-3%)로 결정을 도핑하는 것을 가능하게 한다.
선택적으로, GM 증폭기(1200)는, 선택적으로 수십 개의 상이한 조명 모드들과 함께, 다중 모드에서 작동되는 사이드 펌프식 GM 증폭기일 수 있다.
GM 증폭기(1200)를 전체적으로 참조하면, 세라믹 Nd:YAG 결정과 그 내부의 다중 광 경로(유효 경로를 확장함)의 조합에 의해 GM 증폭기(1200)에서 더 나은 추출 효율이 달성될 수 있다.
선택적으로, 평평한 Nd:YAG 결정 내 네오디뮴의 도핑 농도는 4% 미만이다. 선택적으로, 평평한 Nd:YAG 결정 내 네오디뮴의 도핑 농도는 1% 내지 2%이다. 선택적으로, 상부 표면은, 제 1 주파수, 제 2 주파수, 및 방출 광 주파수 중 적어도 하나의 주파수를 위해 반사 방지 코팅으로 코팅된다.
선택적으로, 상부 표면은, 제 1 주파수, 제 2 주파수, 및 방출 광 주파수 중 적어도 2개의 주파수를 위해 반사 방지 코팅으로 코팅된다. 선택적으로, 제 1 측면 및 제 2 측면 중 적어도 하나는, 제 1 주파수, 제 2 주파수, 및 방출 광 주파수 중 적어도 하나의 주파수를 위해 반사 방지 코팅으로 코팅된다.
선택적으로, 제 1 측면 및 제 2 측면 중 적어도 하나는, 제 1 주파수, 제 2 주파수, 및 방출 광 주파수 중 적어도 2개의 주파수를 위해 반사 방지 코팅으로 코팅된다. 선택적으로, 제 1 측면 및 제 2 측면 중 적어도 하나는, 평평한 Nd:YAG 결정(1210)(예를 들어, 1,064nm)의 증폭된 자연 방출(amplified spontaneous emission, ASE) 주파수를 위해 반사 방지 코팅으로 추가 코팅된다.
선택적으로, 제 1 측면을 통해 평평한 Nd:YAG 결정으로 들어가는 광은 제 2 측면을 통해 방출되기 전에 광학 경로의 적어도 80%를 따라 방출된다.
도 13 및 도 14는 GM 증폭기(1200) 및 시드 레이저(1310)를 포함하는 증폭 레이저 조명원들(1300)을 도시한 것이다. 선택적으로, 시드 레이저는 제 1 측면을 통해 평평한 Nd:YAG 결정에 들어가는 광을 방출하는 Nd:YAG 기반 레이저일 수 있다. 선택적으로, 전술한 레이저들(예를 들어, 수동 Q 스위치 레이저들(200 및 700)) 중 임의의 것이 시드 레이저(1310)로서 사용될 수 있다.
선택적으로, 평평한 Nd:YAG 결정(1210)은 YAG 결정(또는 이것의 적어도 하나 이상의 부분들)이 네오디뮴에 의해 도핑되고 추가 재료에 의해 추가로 도핑되는 공동 도핑된 결정일 수 있다. 추가 재료는 YAG 결정을 도핑할 때, 평평한 Nd:YAG 결정(1210)의 적어도 하나의 ASE 주파수에서 광을 억제하는 재료일 수 있다. 예를 들어, 크롬(Cr), 특히 크롬 이온들(예를 들어, Cr4+)이 1,064nm에서 방출을 억제하는데 사용될 수 있다. 평평한 Nd:YAG 결정(1210)을 크롬으로 추가 도핑하면 증폭기의 수율이 증가할 수 있다. 다른 재료들(예를 들어, Co3+)이 또한 사용될 수 있다.
측면들의 일부 또는 전체가 상부 표면들에 수직이 아닌 구현들을 참조하면, ASE의 영향, 및 ASE가 평평한 Nd:YAG 결정(1210) 내에서 증폭되는 정도를 감소시키는 측면 및 상부 표면(및/또는 바닥 표면) 사이의 각도가 선택될 수 있음에 유의한다.
본 발명의 특정 특징들이 여기에 도시되고 설명되었지만, 이제 다수의 수정, 대체, 변경 및 균등물이 당업자에게 이루어질 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상에 속하는 이러한 모든 수정 및 변경을 포함하도록 의도된 것임을 이해해야 한다.
위에서 설명된 실시예들은 예시로서 인용된 것이며, 이들의 다양한 특징들 및 이러한 특징들의 조합들이 변경 및 수정될 수 있음이 이해될 것이다.
다양한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 이러한 개시에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니라, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은, 발명의 범위 내에 속하는 모든 수정 및 대안적 구성을 포함하도록 의도된 것임을 이해할 것이다.
본 발명의 양수인 및/또는 이스라엘 텔아비브의 TriEye LTD에 의해 공개된 모든 특허 출원들, 백서 및 기타 공개적으로 이용 가능한 데이터의 전체 내용이 여기에 참조로서 포함된다.

Claims (15)

  1. 이득 매질 증폭기로서,
    5mm 미만의 평균 두께를 갖는, 평평한 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 결정을 포함하고, 상기 평평한 상기 Nd:YAG 결정은:
    제 1 주파수를 갖는 펌프 광이 상기 평평한 Nd:YAG 결정으로 들어가는 상부 표면, 여기서 상기 제 1 주파수는 780nm 내지 830nm이고, 상기 상부 표면은 제 1 치수, 및 제 1 치수에 직교하는 제 2 치수를 갖고, 상기 제 1 치수는 상기 편평한 Nd:YAG 결정의 평균 두께보다 적어도 5배 더 길고;
    상기 상부 표면의 반대편에 있는 바닥 표면;
    제 2 주파수를 갖는 입사 레이저 광이 상기 평평한 Nd:YAG 결정으로 들어가는 제 1 측면, 상기 제 2 주파수는 1,300nm 내지 1,400nm이고;
    제 2 주파수를 갖는 출사 레이저 광이 평평한 Nd:YAG 결정의 다수의 상이한 측면들에 의해 반사된 후 평평한 Nd:YAG 결정으로부터 방출되는 제 2 측면(1224); 및
    방출 광 주파수를 갖는 출사 레이저 광이 상기 평평한 Nd:YAG 결정의 다수의 상이한 측면들에 의해 반사된 후, 상기 평평한 Nd:YAG 결정으로부터 방출되는 제2 측면으로서, 상기 출사 레이저 광의 파워는 상기 펌프 광을 사용하여 증폭된 후, 상기 입사 레이저 광의 파워보다 적어도 2배 강한 이득 매질 증폭기;
    를 포함하는 이득 매질 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방출 광 주파수는 상기 제 2 주파수와 실질적으로 동일한 이득 매질 증폭기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 평균 두께는 0.5mm 내지 2mm인 이득 매질 증폭기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제 2 치수는 상기 평균 두께보다 적어도 3배 더 긴 이득 매질 증폭기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제 2 치수는 상기 평균 두께보다 적어도 5배 더 긴 이득 매질 증폭기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 평평한 Nd:YAG 결정 내 네오디뮴의 도핑 농도는 4% 미만인 이득 매질 증폭기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 평평한 Nd:YAG 결정 내 네오디뮴의 도핑 농도는 1% 내지 2%인 이득 매질 증폭기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 상부 표면은 상기 제 1 주파수, 상기 제 2 주파수 및 상기 방출 광 주파수 중 적어도 하나의 주파수에 대해 반사 방지 코팅으로 코팅되는 이득 매질 증폭기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상부 표면은 상기 제 1 주파수, 상기 제 2 주파수 및 상기 방출 광 주파수 중 적어도 2개의 주파수에 대해 반사 방지 코팅으로 코팅되는 이득 매질 증폭기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면 중 적어도 하나는 상기 제 1 주파수, 상기 제 2 주파수 및 상기 방출 광 주파수 중 적어도 하나의 주파수에 대해 반사 방지 코팅으로 코팅되는 이득 매질 증폭기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면 중 적어도 하나는 상기 제 1 주파수, 상기 제 2 주파수 및 상기 방출 광 주파수 중 적어도 2개의 주파수에 대해 반사 방지 코팅으로 코팅되는 이득 매질 증폭기.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면 중 적어도 하나는 상기 평평한 Nd:YAG 결정의 증폭된 자연 방출(ASE) 주파수에 대해 반사 방지 코팅으로 추가로 코팅되는 이득 매질 증폭기.
  13. 제1항에 있어서, 상기 평평한 Nd:YAG 결정의 도핑 밀도가 1%보다 높은 이득 매질 증폭기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 펌프 광에 의해 도입된 열을 상기 평평한 Nd:YAG 결정으로부터 제거하기 위해 상기 바닥 표면에 접촉하는 냉각 모듈을 포함하는 이득 매질 증폭기.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제 1 측면을 통해 상기 평평한 Nd:YAG 결정으로 들어가는 광은 상기 제 2 측면을 통해 방출되기 전에 광학 경로의 적어도 80%를 따라 방출되는 이득 매질 증폭기.
KR1020227041516A 2020-09-08 2021-09-06 신규한 수동 q 스위치 레이저 KR102604749B1 (ko)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063075426P 2020-09-08 2020-09-08
US63/075,426 2020-09-08
US202063112416P 2020-11-11 2020-11-11
US63/112,416 2020-11-11
US202163213419P 2021-06-22 2021-06-22
US63/213,419 2021-06-22
PCT/IB2021/058089 WO2022053924A1 (en) 2020-09-08 2021-09-06 Novel passively q‑switched laser
KR1020227018907A KR102472976B1 (ko) 2020-09-08 2021-09-06 신규한 수동 q 스위치 레이저

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227018907A Division KR102472976B1 (ko) 2020-09-08 2021-09-06 신규한 수동 q 스위치 레이저

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220164805A true KR20220164805A (ko) 2022-12-13
KR102604749B1 KR102604749B1 (ko) 2023-11-20

Family

ID=80629780

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227018907A KR102472976B1 (ko) 2020-09-08 2021-09-06 신규한 수동 q 스위치 레이저
KR1020227041516A KR102604749B1 (ko) 2020-09-08 2021-09-06 신규한 수동 q 스위치 레이저

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227018907A KR102472976B1 (ko) 2020-09-08 2021-09-06 신규한 수동 q 스위치 레이저

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230187890A1 (ko)
EP (2) EP4042528B1 (ko)
JP (2) JP7257723B2 (ko)
KR (2) KR102472976B1 (ko)
CN (1) CN115066813A (ko)
WO (1) WO2022053924A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5557624A (en) * 1995-01-20 1996-09-17 Hughes Aircraft Company Laser system using U-doped crystal Q-switch

Family Cites Families (28)

* 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
FR2712742B1 (fr) * 1993-11-15 1995-12-15 Commissariat Energie Atomique Microlaser solide, monolithique, autoaligné, à déclenchement passif par absorbant saturable et son procédé de fabrication.
US5638397A (en) * 1994-02-04 1997-06-10 Spectra-Physics Lasers, Inc. Confocal-to-concentric diode pumped laser
US5732100A (en) * 1995-01-24 1998-03-24 Commissariat A L'energie Atomique Cavity for a solid microlaser having an optimized efficiency, microlaser using it and its production process
FR2734093B1 (fr) * 1995-05-12 1997-06-06 Commissariat Energie Atomique Oscillateur parametrique optique monolithique pompe par un microlaser
FR2734092B1 (fr) * 1995-05-12 1997-06-06 Commissariat Energie Atomique Microlaser monolithique declenche et materiau non lineaire intracavite
US5802083A (en) * 1995-12-11 1998-09-01 Milton Birnbaum Saturable absorber Q-switches for 2-μm lasers
US5774489A (en) * 1996-03-28 1998-06-30 Schwartz Electro-Optics, Inc. Transversely pumped solid state laser
US5832008A (en) * 1997-01-24 1998-11-03 Hughes Electronics Eyesafe laser system using transition metal-doped group II-VI semiconductor as a passive saturable absorber Q-switch
FR2758915B1 (fr) * 1997-01-30 1999-03-05 Commissariat Energie Atomique Microlaser solide declenche passivement par absorbant saturable et son procede de fabrication
US6134258A (en) * 1998-03-25 2000-10-17 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Transverse-pumped sLAB laser/amplifier
WO2000077893A2 (en) * 1999-06-11 2000-12-21 Daniel Kopf Diode laser-pumped solid state laser
US6738396B2 (en) * 2001-07-24 2004-05-18 Gsi Lumonics Ltd. Laser based material processing methods and scalable architecture for material processing
ITTO20020173A1 (it) 2002-02-28 2003-08-28 Bright Solutions Soluzioni Las Metodo di pompaggio di una cavita' laser e relativo sistema laser.
JP2004128139A (ja) * 2002-10-01 2004-04-22 Sony Corp レーザ光発生装置及びその製造方法
FR2864699B1 (fr) * 2003-12-24 2006-02-24 Commissariat Energie Atomique Assemblage d'un composant monte sur une surface de report
US7649920B2 (en) 2007-04-03 2010-01-19 Topcon Corporation Q-switched microlaser apparatus and method for use
CN202111365U (zh) * 2011-04-22 2012-01-11 上海高意激光技术有限公司 一种被动调q微片激光器
US8976820B2 (en) * 2011-05-20 2015-03-10 Inter-University Research Institute Corporation National Institutes Of Natural Sciences Passive Q-switch-type solid laser apparatus
JP5657139B2 (ja) 2011-12-07 2015-01-21 三菱電機株式会社 Ｃｏ２レーザ装置およびｃｏ２レーザ加工装置
JP5734511B2 (ja) * 2012-05-09 2015-06-17 三菱電機株式会社 受動ｑスイッチ素子
FR3019388B1 (fr) 2014-03-27 2017-06-16 Cilas Cavite laser instable a declencheur passif pourvu d'un absorbant saturable a gradient d'absorption
US9841655B2 (en) 2015-07-01 2017-12-12 Kla-Tencor Corporation Power scalable nonlinear optical wavelength converter
CN108603758A (zh) * 2015-11-30 2018-09-28 卢米诺技术公司 具有分布式激光器和多个传感器头的激光雷达系统和激光雷达系统的脉冲激光器
US10483714B2 (en) 2016-03-30 2019-11-19 Saab Ab Q-switched laser with stabilized output energy
JP6739748B2 (ja) 2016-05-06 2020-08-12 株式会社リコー レーザ装置、点火装置及び内燃機関
JP2018074105A (ja) 2016-11-04 2018-05-10 株式会社リコー レーザ装置、点火装置及び内燃機関
US11367990B2 (en) * 2018-08-29 2022-06-21 Luminar, Llc Lidar system operating at 1200-1400 NM

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5557624A (en) * 1995-01-20 1996-09-17 Hughes Aircraft Company Laser system using U-doped crystal Q-switch

Also Published As

Publication number Publication date
KR102604749B1 (ko) 2023-11-20
US20230187890A1 (en) 2023-06-15
JP2022542489A (ja) 2022-10-03
KR102472976B1 (ko) 2022-11-30
EP4042528C0 (en) 2024-03-27
JP7257723B2 (ja) 2023-04-14
EP4257573A3 (en) 2023-12-27
WO2022053924A1 (en) 2022-03-17
EP4042528A1 (en) 2022-08-17
CN115066813A (zh) 2022-09-16
JP2023082074A (ja) 2023-06-13
EP4042528A4 (en) 2022-12-28
EP4257573A2 (en) 2023-10-11
KR20220082936A (ko) 2022-06-17
EP4042528B1 (en) 2024-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8532151B2 (en) Passively Q-switched microlaser
EP0715774B1 (en) Deep blue microlaser
US7149231B2 (en) Monolithic, side-pumped, passively Q-switched solid-state laser
US9124064B2 (en) Ultrashort pulse microchip laser, semiconductor laser, and pump method for thin laser media
JP4883503B2 (ja) 多重光路の固体スラブレーザロッドまたは非線形光学結晶を用いたレーザ装置
Thomson et al. Efficient operation of a 400 W diode side-pumped Yb: YAG planar waveguide laser
US7463667B2 (en) Solid-state laser and multi-pass resonator
CN106329307B (zh) 一种微结构自加热碱金属蒸气激光器及制备方法
Thony et al. 1.55 μm passive Q-switched microchip laser
CN216648854U (zh) 一种占比可调的正交偏振双波长激光器
US6778563B2 (en) Q-switched laser
KR102472976B1 (ko) 신규한 수동 q 스위치 레이저
US6512630B1 (en) Miniature laser/amplifier system
CN113078547A (zh) 一种单频高功率的可调谐短腔激光器
IL153302A (en) System and method for pumping a slab laser
US9356420B1 (en) Solid state laser with multiple cores coupled by fold optics
CN210201153U (zh) 中长波红外激光器
CN116526261A (zh) 小型化的主振荡器功率放大器结构二极管泵浦固体激光器
CN114204394A (zh) 一种占比可调的正交偏振双波长激光器
Scheps et al. End-pumped Nd: BEL laser performance
WO2023144726A1 (en) Master oscillator power amplifier laser systems and methods
CN112054375A (zh) 一种电子-声子耦合的高集成全固态激光波长调控方法及激光器
US20070053387A1 (en) Laser apparatus for generating a visible laser beam
Warburton et al. A thermally bonded Nd: YAG planar waveguide laser and amplifier
WO2007129069A2 (en) Side-pumped laser device

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant