KR910000689B1

KR910000689B1 - 에너지 계수 가능한 레이저 증폭기

Info

Publication number: KR910000689B1
Application number: KR1019870700045A
Authority: KR
Inventors: 리차드 엘. 아브람스; 한스 더블유. 브류셀바흐; 콘세토 알. 귈리아노; 리차드 씨. 린드; 모니카 엘. 민덴; 토머스 알. 오미라; 데이비드 에이. 록크웰; 로널드 알. 스티븐스
Original assignee: 휴우즈 에어크라프트 캄파니; 에이. 더블유. 카람벨라스
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1986-05-08
Publication date: 1991-01-31
Also published as: GR861137B; DE3683445D1; NO171438B; IL78618A0; ES555167A0; WO1986007165A1; ES8801479A1; JPS62502228A; KR880700301A; NO171438C; JPH0511678B2; NO870259L; TR22575A; EP0222005B1; EP0222005A1; US4757268A; IL78618A

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

에너지 계수 가능한 레이저 증폭기

[도면의 간단한 설명]

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 기술하겠다.

제1도는 본 발명의 원리에 따라 구성된 고휘도 레이저 시스템의 개략도이다.

제2도는 제1도의 레이저 내에 사용하기 위한 다수의 선택적인 입력 수단을 도시한 도면이다.

제3도는 입/출력 소자 및 입력 펄스들의 조준 장치로서 편광 비임 분할기를 사용하는 제1도의 레이저의 한 실시예를 도시한 도면이다.

제4도는 레이저 마스터 발진기가 이득 소자 광학 경로를 따라 직접 퍽스들을 유입시키는 제1도의 레이저의 제2실시예를 도시한 도면이다.

제5도는 프리즘을 사용하여 동작을 결정하기 위해 사용된 제1도의 레이저의 제3실시예를 도시한 도면이다.

제6도는 고상 갈정체의 어레이를 포함하는 레이저 이득 매체를 도시한 도면이다.

제7도는 고상 결정체 레이저 이득 소자들을 사용하는 본 발명의 원리에 따른 고휘도 레이저를 도시한 도면이다.

제8도는 다이오드 레이저 어레이 이득 소자를 사용하는 본 발명에 따른 고휘도 레이저를 도시한 도면이다.

제9도는 레이저 다이오드 어레이 이득 소자의 사시도이다.

제10도는 집적 회로 기판상에 배치된 본 발명에 따른 레이저를 도시한 도면이다.

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

본 발명은 레이저에 관한 것으로 더욱 상세하게 말하자면 위상 공액 반사기(phase conjugate reflector)를 사용하는 레이저에 관한 것이다. 부수적으로, 본 발명은 높은 평균 전력 출력을 가진 대형 증폭기 단을 갖고 있는 고 에너지 레이저 또는 레이저 시스템에 관한 것이다.

레이저 통신, 용융 및 비선형 조화 변환기 및 라만(Raman)디바이스용 구동기와 같은 여러 분야에서 레이저를 응용하는 경우에 고휘도를 나타내는 매우 높은 에너지 레이저 소오스가 필요하다. 고휘도는 일반적으로 단위 입체각당 단위 대역폭당 단위 면적당 고전력으로서 정해질 수 있다. 그러나, 레이저로부터의 고휘도 출력은 제어하기 어렵거나 공지된 동작 제한을 갖고 있는 다수의 요인들에 따라 변한다. 이 결과 기존의 방법 및 장치를 사용하여서는 레이저는 목표하는 휘도 출력을 제공할 수 없게 된다.

광학 경로 길이 변화, 광학 소자의 품질, 반사 피막 파괴(breakdown), 또는 광학 수차(optical aberrations)와 같은 가능한 제한 요인들에 대해 다양한 기술이 집중되어 왔는데, 이러한 기술 중에는 매체 및 광학 소자를 위한 정치(精致)한 제조 기술 및 변형가능한 또는 위상 공액 반사경을 사용하는 기술이 있다. 후자에 대한 두가지 기술들의 예는 티.오미라(T.O'Meara)에게 허여된 미합중국 특허 제3,967,899호 및 왕(Wang)등에게 허여된 미합중국 특허 제4,233,571호, 및 에브투호프(Evtuhov)에게 허여된 미합중국 특허 제4,321,550호에 기술되어 있다. 많은 다른 기술들중에서 특히 이 기술들은 방사선을 양호한 동작 모우드로 제한시키고, 여러가지 광학 수차로 인한 열화(劣化)를 감소시킨다. 그러나, 이 기술들은 레이저 에너지 계수(scaling)에 관련된 몇가지 문제점을 제거하지 못한다.

레이저로부터 얻을 수 있는 에너지를 증가시키는 경우의 한가지 중요한 문제점은 레이저 매체로부터 추출되거나 레이저 매체에 저장될 수 있는 단위 체적당 에너지는 고유한 제한이 있다는 사실이다. 그러므로, 고에너지 응용을 위해, 레이저의 체적은 출력으로서 얻을 수 있는 에너지를 증가시키기 위해서 증가되어야 한다. 불행하게도, 레이저 매체 체적은 출력으로서 증가시키는 데에는 제한이 있다.

화학 레이저에서, 매체는 때때로 바람직하지 못한 화학 반응 또는 파괴 및 공핍 영역을 발생시키는 열 경사도 또는 물질 유동 문제점을 나타낼 수 있다. 이 문제때문에 대형 매체를 보호하기가 매우 어렵다. 또한, 큰 체적을 특수하게 팩키지화하거나 또는 냉각을 필요로하므로 화학 매체에 대한 안전 문제점이 발생한다.

고상(solid-state) 또는 결정체-기재 레이저(crystal-based laser)는 제조될 수 있는 매체의 크기에 대한 제한을 갖는다. 몇가지 결정성 물질은 아직 대형 원석으로 성장될 수 없다. Nd : YAG와 같은 물질은 성장중에 불순물 또는 응력과 같은 요인들이 매체를 만족스럽지 못하거나 사용불가능한 형태로 열화시키므로 이렇게 되기 전의 단면(직경)은 12mm정도의 크기인데, 이는 이들 물질의 고유한 제한이다. 이 크기 제한으로 인해 Nd : YAG로부터의 에너지 출력은 약 2주울(joule)로 제한되는데, 이 에너지로는 다수의 고휘도 응용이 불가능하다. 또한, 결정성 물질은 너무느리게 성장하므로 대형 레이저 매체 제조를 위한 실제적인 생산율을 제공할 수가 없다.

대형 매체가 가능하더라도, 에너지 저장은 기생 모우드에 의해 제한되고, 이 기생 모우드들이 제거된다 해도 궁극적으로 자연 증폭 방출(amplified spontaneous emission ; ASE)에 의해 항상 제한된다. 기생 모우드 또는 발진은 매체의 표면 또는 근처의 광학 소자로부터의 반사에 의해 지원을 받게 된다. 체적이 커질수록 레이징 매체내에서의 선택적인 광학 모우드에 대한 이득 길이는 더 크게되어 원하는 일차 "전력"모우드로 추출하기 위해 이용할 수 있는 에너지를 감소시키게 된다.

표유 반사(stray reflections) 및 기생 모우드들이 제거될 수 있더라도, 체적이 증가하면 자연 발출에 대한 이득 길이를 더 크게한다. 이것은 원하는 레이저 전이를 위한 에너지를 고갈시킨다. 부수적으로, ASE는 소정의 체적으로 측정될 수 있지만, 이 ASE는 체적이 증가함에 따라 직송 또는 직접 계수하지 못한다. 작은 체적으로부터 큰 체적까지의 ASE제한을 정확히 추론할 수 없으면, 대형 성능을 정확히 예상하기가 매우 어렵거나 부정확하게 된다.

기생 모우드 및 자연 방출이 다수의 흡수 필터 및 적절한 기하학적 형태의 선택 또는 편광기에 의해 부분적으로 제어될 수 있거나 저레벨 소형 레이저 동작의 경우에 무시될 수 있을 정도로 약하게 될 수 있지만, 이 기생 모우드 및 자연 방출은 고 에너지 레이저 용융시에 근본적인 요인들을 나타낸다.

그러므로, 열화 요인을 증가시키지 않고 고유 체적 제한에도 도달하지 않고서 소정의 레이저 시스템내에서 레이저 매체의 체적을 증가시키기 위한 방법 또는 장치가 필요하게 된다.

한가지 해결 방법은 몇개의 레이저들을 평행으로 배치시켜 전체 고에너지 비임을 제공하기 위해서 출력들을 합산하는 것이다. 이 해결 방법을 각각의 출력들의 비간섭성 합을 발생시키므로, 최상의 경우에 N개의 평행 레이저 출력들의 총 원시야(far fipld)휘도는 단일 출력의 출력의 휘도의 N배로 된다. 한편, 각각의 레이저 출력들이 서로 고정 위상 관계를 갖도록 배열될 수 있으면, 간섭성 합이 발생되는데, 이 경우에 피이크 원 시야 휘도를 N2에 비례하여 증가시킬 수 있다. 이 매우 바람직한 상황은 원칙적으로 두가지 기술들 중 한가지 기술을 사용하여 달성될 수 있다.

첫째 기술은 에버네슨트 결합(evanescent coupling)기술이다. 이것은 원래 다이오드 레이저 분야내에 적용되었지만, 용액 매체를 사용하는 몇가지 레이저들로 이 해결 방법을 사용할 수 있었다. 이 기술내에서, 인접 레이저 채널들로부터의 에버네슨트 필드들은 인접 레이저 애퍼츄어들로부터의 레이저 출력들을 위상 록크(phase-lock)시키기 위해 상호 작용한다. 이것은 레이저 포커스/일렉트로-옵틱스(Laser focus/Electro-Optics) (1984.6)에 더블유. 스트라이퍼(W.Streifer), 알.디.번햄(R. D. Burnham), 티. 엘. 파울리(T.L.Paoli) 및 디 .알. 씨프레스(D.R.Scifers)가 쓴 "위상 어레이 다이오드 레이저(Phased Array Diode Laser)"라는 명칭의 논문내에 더욱 상세하게 기술되어 있다. 그러나, 에버네슨트 필드를 통해 결합되었더라도, 인접 레이저 채널로부터의 출력들은 정확히 동상(in phase)으로 될 수 없는데, 이 인접 채널들은 통상적으로 180°이상(out of phase)인 모우드내에서 동작하여, 소자 응용시에 매우 바락직하지 못한 2-로브(2∼lobe)원 시야 세기 분포를 발생시키게 된다. 제로의 위상차로 간섭적으로 결합되는 평행 레이저의 경우에 최대 휘도가 달성된다.

다른 해결 방법은 전기-광학 물질을 각각의 레이저 매체와 시스템 출력 애퍼츄어 사이의 광학 경로내에 삽입시키는 것이다. 제어된 전압을 전기-광학물질에 인가하면, 굴절률이 변하게 되고 후속적으로 물질을 통과하는 광학반사선의 속도가 변화게 된다. 이것은 서로에 관련하여 각각의 레이저의 위상을 조정하게 한다. 그러나, 소정의 레이저 출력의 상대 위상은 동적인데, 이 상대위상은 온도, 응력등과 같은 레이저 매체 광학 경로 길이에 영향을 미치는 요인들로 인해 시간이 경과함에 따라 변한다. 부수적으로, 1개의 레이저는 서비스를 받거나 또는 교체될 필요가 있을 수 있고 불가피한 물리적 길이차 및 성분 변화로 인해 새로운 레이저에 기존의 물리적 특성을 정확히 정합시키기는 불가능하다. 그러므로, 이 기술은 어느정도의 최소 크기로 등적으로 조정가능하게 될 필요가 있게 된다. 이것은 전문화된 감지기, 제어, 전자회로, 및 프로그램을 사용할 필요가 있다. 이러한 복잡성은 다수의 응용의 경우에 비실용적이고 신뢰성이 없게 된다.

그러므로, 체적 제한 없이 고휘도, 고에너지 출력을 달성하고 간섭성 결합을 제공하기 위해 다수의 레이저 이득 소자들의 출력을 결합시키는 방법이 필요하게 된다.

[요약]

따라서, 본 발명의 주목적은 고휘도, 고에너지 레이저를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다수의 레이저 이득 소자들을 단일 출력으로 동적 간섭성 결합시키기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 체적 제한을 갖고 있는 레이징 매체를 사용하여 고휘도 레이저를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고휘도 고상 레이저를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 레이저 다이오드 어레이를 사용하여 고휘도 레이저를 제공하기 위한 것이다.

이 목적들 및 그외의 다른 목적들은 동작적 평행 배열로 배치된 다수의 레이저 이득 소자들을 구동시키는 마스터(master)발진기의 방사선 소오스를 포함하는 레이저를 제공함으로써 달성된다. 이 마스터 발진기는 레이저로 될 수 있는 양질의 간섭성 방사선소오스를 포함한다. 마스터 발진기로부터의 방사선을 이득 소자에 결합시키기 위해 입력수단이 제공된다. 이득 소자를 지나 광학경로를 따라 배치된 위상 공액 수단은 이득 소자로부터 증폭된 방사선을 수신하고 방사선의 위상 공액을 이 이득 소자로 복귀시킨다. 마스터 발진기와 레이저 이득 소자 사이에 배치된 출력 결합 수단은 단일 방사선 비임으로서 레이저 외부에서 증폭된 방사선을 결합시킨다. 출력 방사선 비임은 이득 소자를 2회 주행함으로써 증폭된 방사선을 포함한다.

양호한 실시예에 따르면, 마스터 발진기는 단일 선형 편광시에 동작하므로 제조되고, 레이저용 입력 수단은 편광 비임 분할기이며, 출력 수단은 변형 수단을 포함한다.

편광 변형 수단은 증폭된 방사선의 편광을 증폭되지 않은 입력 방사선에 관련하여 90° 만큼 회전시킨다. 이것은 증폭된 방사선이 레이저밖으로 보내지게 하고, 편광 비임 분할기에 의해 마스터 발진기내로 반사 또는 통과하지 못하게 한다. 적합한 편광 회전 수단은 페러데이(Faraday)회전기로 될 수 있고, 적합한 원형 편광 디바이스 1/4파형판이다.

본 발명의 한 형태내에서 레기저내의 레이저 이득 소자들은 N×N 2차원 어레이를 형성하도록 배치된다.

이러한 어레이내 레이저이득소자들은 유리, 고상 결정체, 개스, 다이(dye) 또는 다양한 화학 매체를 포함하는 매체로 될 수 있다. 각각의 이득 소자들은 스펙트럼 선택 휠터 또는 그외의 다른 수단을 사용함으로써 레이징 파장에서 서로 분리된다. 그러므로 ASE제한은 전체 체적이 아닌 각각의 소자에 제한이다.

방사선을 마스터 발진기로부터 레이저 이득 소자내로 결합시키는 것을 지원하기 위해, 레이저는 입력 전송 수단을 포함할 수 있다. 적합한 입력 전송 수단은 반사경 또는 반사 프리즘과 같은 다수의 반사 표면들을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 형태내에서, 방사선을 레이저 이득 소자들로부터 위상 공액 수단으로 결합시키는 것을 돕기위해 집속 수단(focusing means)이 제공된다. 또한 공액 전송 수단은 방사선을 레이저 이득 소자와 위상 공액 수단 사이에 결합시키기 위해 이득 소자와 위상 공액 수단 사이의 경로를 따라 제공될 수도 있다. 적합한 전송 수단은 각각의 레이저 이득 소자로부터의 방사선을 차단하고 이 방사선을 위상 공액 수단내로 반사시키도록 배열된 다수의 반사 프리즘 또는 1개 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.

위상 공액 수단은 유도 브릴루앙 산란 셀(Stimulated Brillouin Scattering cell), 유도 라만 산란 셀 또는 4-파 혼합기와 같은 장치를 포함한다. 또한, 위상 공액 수단은 위상 공액 처리를 나타내는 광학 도파관을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 한 형태내에서, 레이저는 방사선이 각각의 레이저 이득 소자들로 보내지도록 마스터 발진기로부터의 방사선을 팽창시키도록 배치된 조준수단을 포함한다.

본 발명의 다른 형태내에서, 레이저 이득 매체는 그룹 Nd : YAG, Nd : YLF, Nd : YA10, CO : MgF2, Cr : Nd : GSAG, 또는 T : 사파이어로부터 선택된 고상 결정체를 포함한다. 레이저 이득 매체는 N×M 어레이를 형성하도록 구성 된 다수의 결정체들로 세분된다.

본 발명의 또 다른 형태내에서, 레이저 이득 매체는 단일 지지 기판상에 구성된 레이저 다이오드 애퍼츄어의 어레이로 구성된다. 다른 방법으로는, 전체 레이저가 단일 지지 기판상에 배치된 광학 및 전기-광학 소자들을 포함한다.

[상세한 설명]

본 발명은 횡단면적의 각각의 레이저 이득 소자 출력 면적의 합과 거의 동일한 단일 출력 파형 또는 펄스를 발생시키키도록 2개 이상의 레이저 이득 소자들을 간섭성 결합시키기 위한 방법 및 장치를 포함한다. 레이저 이득 소자자들은 마스터 발진기 방사선 소오스에 의해 구동되고, 제2통과시에 레이저 이득 소자를 통해 위상 공액 및 복귀되고 단일 출력을 달성하기 위해 간섭적으로 결할된 제1증폭 통과로부터의 출력 방사선을 갖는다. 이것은 고휘도 출력을 발생시킨다.

제1도를 참조하면, 2개 이상의 레이저 이득 소자(20 : 도면에는 A₁,A₂, 내지 An이 첨자되어 있음)을 포함하는 레이저(10)의 개략도가 도시되어 있다. 레이저 이득 소자(20)들은 서로 인접하여 배치되고, 마스터 발진기(30)으로부터의 펄스(40)에 의해 광학적으로 구동 또는 펌프된다. 마스터 발진기(master oscillator : MO) 전력 증폭(power amplifiration : P4)장치는 MOPA형태의 증폭기로서 공지되어 있다.

이득 소자(20)은 레이거(10)내에 병렬로 접속된 각각의 광학 경로를 갖는다.

그러나, 각각의 이득 소자(20)들이 서로 물리적 평행하거나 바로 인접하게 장착될 필요는 없다. 물리적으로 평행한 소자들이 본 명세서내에 기술된 실시예들에 의해 고찰되지만 다른 배열들이 사용될 수 있다. 특정 응용, 물리적 파라메터 및 유용한 지지 구조물에 따라 물리적으로 비평행인 배열이 필요시에 다수의 레이저 이득 소자(20)으로서 단일 레이저(10)내에 제공될 수 있다. 일예로는 고르게 분포된 중량을 필요로 하는 원형 적재 면적(circular payloadarpa)을 갖고 있는 통신 위성을 들 수 있다.

마스터 발진기(30)은 제한되지 않지만 Nd : YAG 결정체 또는 다이오드 레이저와 같은 본 분야에 공지된 다수의 간섭성 방사선 소오스를 포함할 수 있다. 마스터 발진기(30)용 방사선 소오스의 선택은 필요한 출력 파장, 레이저 이득 소자(20)용 임계 에너지, 및 스펙트럼 순도(spectral purify)와 같은 시스템 또는 응용 필요조건들에 의해 결정된다. 출력이 다음에 기술한 바와 같이 조준을 필요로 하더라도 마스터 발진기(30)이 회절 제한되는 출력을 발생시키는 것이 양호하다.

마스터 발진기(30)은 선정되고 파장의 방사선을 제공하는데, 이 방사선은 애퍼츄어(22)를 통해 레이저 이득 소자(20)의 증폭 매체내로 보내진다. 양호하게도 방사선은 펄스 또는 일련의 펄스들로서 제공되지만, CW동작이 매체 및 레이저 이득 소자(20)과 발진기(30)의 동작 파라메터, 및 사용된 위상 공액 반사경이 특성에 따라 가능하게 될 수 있다. 양호한 실시예의 나머지 설명은 방사선의의 펄스의 형태로 가정하겠다.

방사선 펄스(40)을 애퍼츄어(22)로 보내고 레이저 이득 소자(20)내로 보내기 위해서, 입력 방사선 펄스(40)을 입력 펄스(42)로 분할시키고 이들을 각각의 레이저 이득 소자(20)내로 보내는 광학 전송 수단(60)이 제공될 수 있다. 전송 수단(60)은 제한되지는 않지만 일련의 반사경 또는 반사 프리즘과 같은 본 분야에 공지된 광학 소자들을 포함한다.

전송 수단(60)을 포함하는 몇가지 예시적인 광학 소자 배열은 제2도에 도시되어 있다. 제2a도내에서, 전송 수단(60)은 펄스(42)로서 레이저 이득 소자(20)내로 프리즘(164)에 의해 반사되는 2개의 별도의 펄스 열(40')로 펄스(40)의 방향을 바꾸는 반사 프리즘(160)들 포함한다. 제2b도내에서, 프리즘(160)은 펄스(40)의 선정된 부분을 차단하고 프리즘(166)으로 이들의 방향을 바꾸는 일련의 프리즘(162)로 대체된다.

이 실시예내에서 펄스(40)의 일부분은 동일한 광학 경로를 따라 프리즘(166)으로부터 수신되는 이 펄스들 사이의 중앙에 배치된 이득 소자들로 계속 보내지게 된다. 제2c도내에서, 프리즘(162 및 166)은 반사 표면 또는 반사경(158)로 대체된다.

원칙적으로, 일련의 비임 분할기들은 입력 펄스(40)의 선정된 부분을 차단하여 각각의 레이저 이득 소자(20)으로 방향을 바꾸기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 소비에트 저널 오브 콴덤 일렉트로닉스(Soviet Journal of Quantum Elactronics) 제14권(6)권, 818페이지에 브이. 지. 마니쉰(V. G. Manishin) 및 지 .에이. 파스마니크(G. A. Pasmanik)가 쓴 "파두 보존 반사경을 갖고 있는 다중 채널 공진기내의 간섭 손실 억제문제점(Problem of Suppression Interference Losses in Multichannel Resonators with Wavefornt -Reversing Mirrors)" 이란 명칭의 논문내에는 이 기술이 각각의 비임 분할기에서의 간섭 손실을 방지하기 위해 모든 레이저 이득 소자들이 필수적으로 동일한 이득을 갖도록 해야한다는 것이 기술되어 있다. 이러한 엄격한 필요조건은 실제 시스템내에서 달성하기가 어렵다. 그러므로, 이것은 덜 양호한 해결 방법이다. 또한, 레이저 이득 소자의 입력에 접속 렌즈를 사용할 수 있지만, 이것은 시스템의 복잡성을 증가시키고 제거되어야 하는 바람직하지 못한 손실 및 수차를 실재로 부가시킬 수 있다.

이득 소자(20)은 각각 다수의 레이저 이득 소자 또는 레이저 매체를 포함할 수 있다. 이것은 다이(dye)레이저, 화학 레이저, 유리 및, 다수의 고상 결정체를 포함한다.

일반적으로, 사용된 매체는 체적 계수시에 상술한 고유 제한을 갖는다. 그러나 매체는 특정 체적을 갖고 있는 물질을 포함할 필요가 없다. 모든 이득 소자들은 간섭성성 결합이 거의 동일한 동작 파장을 필요로 한다는 것외에 동일한 매체로 될 필요는 없다.

이득 소자(20)은 개략적 도시되어 있고 이러한 레이저 이득 소자들을 명확히 기술하기 위해 전형적으로 사용된 각각의 전원 공급기 접속부, 지원 하드웨어, 또는 그외외 다른 구조물은 도시하지 않았다. 이것들은 본 분야에 숙련된 기술자들레게 공지되어 있고, 일반 문헌내에 더욱 상세하게 기술되어 있다.

레이저 이득 소자(20)의 구조에 대한 크기 고찰은 이득 소자들을 평행 결합시키고저 하는 이전의 레이저 디바이스 만큼 레이저(10)내에서 엄격하지 않다. 이득 소자 광학 경로 길이 및 수차를 다르게 함으로써 발생된 위상차들은 레이저(10)내에서 자동적으로 보상된다. 다음에 기술한 바와 같이, 광학 경로 길이내의 상대 차이 및 이득 소자(20)들 사이의 다른 물리적 파라메터를 보상하는 능력은 소정의 소자(20)이 다른 소자에 관련하여 시간이 경과함에 따라 변할 수 있고, 레이저(10)의 출력을 열화시킬 수 없다는 것을 의미한다. 부수적으로, 소정의 소자(20)은 고장. 보수 또는 시스템 필요 조건으로 인해 교체될 수 있고, 레이저(10)은 이득 소자내의 변화를 동적으로 조정한다. 이것은 종래 기술의 상술한 전기-광학 위상 변조 제안보다 양호한 본 발명의 한가지 장점이다.

설명을 명확히 하기 위해, 제1도내의 일련의 이득 소자(20)은 한 평면내에 존재하는 것으로만 도시되어 있다. 본 발명의 원리는 모든 출력들이 넓은 단일 면적의 출력을 발생시키기 위해 결합되고 간단하지 않은 1×N 평면형 출력인 이득 소자들의 2차원 어레이, 즉 이득 소자들의 N×M어레이에 적용할 수 있다. 이것은 레이저 이득 소자(20)을 2차원 어레이로 배치시키고 이득 소자(20)의 어레이를 구동시키도록 펄스(40)을 마스터 발진기(30)으로부터 다른 전송수단(60)을 통해 인접 평면내로 보냄으로써 달성된다.

각각의 이득 소자(20)은 펄스(42)들이 본 분야에 공지된 처리 공정에 의해 이득 소자(20)을 횡단할때 펄스(42)들을 증폭시켜, 애퍼츄어(24)를 통해 출력되어 입력 수단(60)으로부터 떨어져 연장되는 광학 경로를 따라 주행하는 증폭된 펄스(44)를 발생시키게 된다. 증폭된 방사선 또는 펄스(44)는 위상 공액 반사기 또는 반사경(80)으로 보내진다.

펄스(44)들을 위상 공액 반사기(80)내로 보내기 위해서, 광학 결합 수단(70)이 이득 소자(20)과 반사기(80) 사이에 광학 경로를 따라 제공될 수 있다. 이것은 특히 위상 공액 반사기의 단면 또는 인입 애퍼츄어의 면적이 이득 소자(20)으로부터의 펄스(44)보다 작은 경우에 적용될 수 있다. 결합 수단(70)은 위상 공액 반사기수단(80)으로 들어가는 펄스(46)으로 펄스(44)의 방향을 바꾼다.

실제로 본 분야에 숙련된 기술자들을 방사선을 몇개의 소형 렌즈와 같은 위상 공액 반사기 수단(80)내로 집속시키기 위해서 몇개의 소형 광학 소자들을 사용할 수 있다. 그러나, 외부 손실 및 반사 뿐만아니라 비임의 열화를 최소화시키기 위해서 사용된 별도의 구성부품들의 수를 최소화시키는 것이 양호하다. 부수적으로, 광학 소자들이 광학 공동 동조(optical cavity tuning)에 의해 조정되어야 하고, 보조 소자들은 이 작업을 더욱 복잡하게 만든다. 광학 결합수단(70)을 구성하기 위한 예시적인 소자들은 별도의 대형 렌즈 뿐만 아니라 제2도에 이미 도시한 소자들이다.

위상 공급 반사기(80)내에서, 펄스(44)들은 방사선이 이미 횡단한 펄스(44)를 포함하는 동일한 경로를 따라 이득 소자(20)내로 다시 일시적으로 반사된다. 위상 공액 반사기는 피직스 투데이 (Physics Today) (1981.4)에씨,알 기울리아노(C.R Giuliano)가 쓴 "광학 위상 공액의 응용(Applications of Optical Phase Conjugation)"이란 명칭의 논문 뿐만아니라 미합중국 특허 제4,233,571호 및 제4,321,550호에 기술된 처리 공정을 통해 이 결과를 달성한다.

이 위상 공액 반사기(80)을 사용하면, 펄스(44)가 더욱 증폭도고, 별개의 이득 소자 출력들이 간섭성 결합된다. 이것은 방사선이 초기에 일시 반전된다는 의미로써 이득 소자(20)을 통해 복귀할때 거의 동일한 경로를 횡단하게 된다는 사실로 인해 위상 공액에 의해 달성된다. 그러므로, 펄스(44 및 46)의 파형에 부여되거나 이 파형내에 포함한 광학 길이의 변화, 매체 특성 및 수차들은 이 펄스들이 다시 증폭된 펄스(48)로서 방출되고 펄스(50)과 단일 출력 비임(54)에 재결합하는 시간만큼 감산된다. 펄스가 위상이 분리되지 않은 단일 방사선소오스로써 개시하였기 때문에. 최종 증폭된 펄스(50)은 위상 공액으로 인한 이 위상 정합 상태로 복귀하게 된다. 그러므로, N개의 증폭된 펄스들의 간섭성 결합이 일어나, 세기가 N²에 비례하는 추출력 펄스를 형성하게 된다.

이것은 종래 기술보다 많은 개량점을 제공한다.

또한 증폭된 방사선으로부터 각각의 이득 소자 특성을 제거하는 능력은 각각의 이득 소자 광학 경로 길이 특성내의 소정의 변화가 제거된다는 것을 의미한다. 이것은 상술한 바와 같이 이득 소자 변화를 동적으로 조정하는 능력을 레이저(10)에 제공한다.

위상 공액 반사기(80)을 포함하는 특수한 장치는 제한되지 않지만 유도 브릴루앙 산란(SBS) 개스 셀, 유도 라만 산란 셀, 또는 BaTiO₃과 같은 결정체를 포함하는 본 분야내에 공지된 다수의 장치들로 될 수 있다. 위상 공액 처리 공정은 달성되는 메카니즘이 상이하더라도 각각의 이 형태의 공액 매체내에서 거의 동일하게 작용한다.

본 발명은 특수한 위상 공액 매체 또는 구조물을 사용할 필요가 없다. 그러나, 다수의 응용의 경우에 한 형태의 위상 공액 반사기는 더욱 사용되게 하는 특성을 가질 수 있다. 일례로서, 위상 공액 반사기가 양호한 실시예는 SBS셀이다. 이 형태의 공액기 또는 매체가 양호한데, 그 이유는 다수의 위상 공액 반사기와는 달리 에너지면에서 매우 비효율적으로 될 수 있는 매체를 펌프하기 위한 보조 방사선 소오스를 필요로 하지 않기 때문이다. 일례로서, 4-파 혼합을 위한 펌핑 에너지 필요량은 레이저 출력 에너지에 따라 증가한다. 또한, SBS처리공정은 SRS의 경우에 발생하게 되는 주파수 전이보다 상당히 적은 주파수 전이를 펄스(46)상에 부여한다. 이 주파수 전이는 얼마나 양호한 수차 및 광학 경로 길이 차이가 보상될 수 있는지의 한계를 설정한다.

부수적으로, SBS셀은 레이저(10)의 ASE특성을 크게 향상시키도록 작용한다.

SBS셀이 SBS반사 및 위상 공액이 일어나기 전에 최소 세기량을 필요로 하는 임계 디바이스(threshold device)로서 작용하기 때문에, 낮은 세기의 ASE펄스들은 반사되지 않는다. 그러므로, ASE방사선은 증폭기(20)으로 복귀되지 않고 이것의 세기는 매우 작게 유지된다.

공액이 위상 공액 반사기(80)내에서 발생할때, 펄스(46)은 결합수단(70) 및 애퍼츄어(24)를 통해 이득 소자(20)내로 다시 반사된다. 펄스(46)들은 이득 소자(20)을 통한 제2통과 중에 다시 증폭되고 펄스(48)로서 애퍼츄어(22)를 통해 출력된다. 펄스(48)은 단일 출력 펄스(50)을 형성하기 위해 전송 수단(60)을 통해 전송된다.

증폭된 펄스(50)이 저전력 마스터 발진기에 심한 손상을 끼칠 수 있으므로 마스터 발진기(30)내로 이 증폭 펄스(50)이 들어가지 못하게 하는 것이 바람직하다. 마스터 발진기(30)의 광학 분리를 제공하기 위해서, 펄스(40)은 편광 비임 분할기(90) 및 펄스(50)의 상태를 변형하기 위한 수단을 사용함으로써 편광될 수 있다.

펄스(50)의 편광 변형은, 제한되지는 않지만, 1/4파형판 또는 패러데이 회전기와 같은 수단을 사용하여 달성될 수 있다. 본 명세서내의 양호한 실시예는 1/4파형판에 관련하여 기술되어 있다. 그러나, 이 기술은 위상 공액을 위해 SBS 매체를 사용하는데 특히 적용할 수 있다. 4-파혼합 및 그외의 몇가지 다른 형태의 위상 공액 처리 공정은 상이한 해결방법을 필요로하는 편광변화를 유도한다.

제1도의 실시예는 비임 분할기에 인접한 1/4파형판(92)를 사용하지만, 파형판(92)가 이 특정한 위치내에 있을 필요는 없다. 1/4파형판은 펄스(40,42,44,46,48, 또는 50)의 광학 경로내의 어느 지점에라도 배치될 수 있고, 제4도에 도시한 바와 같이 일련의 소형 1/4파파형판(292)로 세분될 수 있다.

또한, 본 발명의 원리는 레이저(110)이 레이저 이득 소자(20) 및 단일 입력/전송 수단(190)을 갖고 있는 것으로 도시되어 있는 제3도에 도시되어 있다. 제3도내에서, 제1도에 대응하는 소자들에는 마스터 발진기(30), 결합수단(70), 및 위상 공액 반사기(80)과 같이 동일한 참조번호가 붙여져 있다. 그러나, 상술한 전송 수단(50) 및 비임 분할기(90)의 기능은 단일 소자 편광 비임 분할기(190)내로 결합된다.

마스터 발진기(30)에서 나가는 방사선의 펄스들은 모든 이그 소자(20)들을 결합시키기에 충분한 단면을 갖고 있는 펄스(40)의 비임을 제공하기 위해서 망원경 소자 또는 조준기(32)를 사용하여 팽창 또는 조준된다. 이것은 마스터 발진기가 일반적으로 애퍼츄어(22)의 전체 면적보다 상당히 작은 양질의 거의 회절이 되지 않는 비임이기 때문에 행해진다. 그러므로, 펄스(40)은 팽창된 다음, 최종 비임을 제공하기 위해서 양질의 방식으로 증폭되어야 한다. 그러나, 몇가지 응용시에, 마스터 발진기(30)은 부수적으로 조준을 필요로하지 않도록 충분히 큰 비임을 충분히 적은 수의 이득 소자에 제공할 수 있다.

조준기(32)는 본 분야에 공지된 광학 소자들로 형성되고, 통상적으로 이러한 광학 펄스 조준용으로 사용된다. 그러나, 선택된 소자들은 관찰된 에너지 레벨을 유지하기 위해서 가능한 낮은 광학 손실을 제공해야 한다. 부수적으로 공간 휠터(34)는 증폭된 방사선이 마스터 발진기내로 복귀하지 못하게 하거나 공간 비임 분할기를 향상시키기 위해서 조준기(32)를 형성하는 광학소자들내로 삽입될 수 있다.

조준후, 펄스(40)은 차단되어 편광 비임 분할기(190)에 의해 이득 소자(20)으로의 반사로 인해 방향이 바꾸어진다. 펄스(40)들은 상술한 바와 같이 증폭되어 펄스(44,46,50)으로 된다. 이때 펄스(50)은 출력 펄스 또는 비임(54)를 발생시키기 위해 간섭적으로 합산된다.

이득 소자(20)과 결합 수단(70)사이에 배치된 것으로 도시한 단일 편광 회전기(192)가 펄스(44)의 광학 경로내에 삽입된다. 회전기(192)는 펄스(50)이 편광 비임 분할기(190)을 통과하여 레이저(10) 외부로 나가도록 펄스에 편팡 회전을 제공한다.

본 발명에 따라 레이저를 실현하기 위한 다른 구성은 레이저(210)이 도시되어 있는 제4도내에 도시되어 있다. 제3도의 경우와 같이, 제1도에 대응하는 소자들에는 마스터 발진기(30), 및 위상 공액 반사기(80)과 같이 동일한 참조번호가 붙여져 있다.

제4도내에서, 편광 비임 분할기(290)은 입력 수단으로서 사용되고, 일련의 1/4파형판(292)는 이득 소자(20)과 결합수단으로서 작용하는 렌즈(270) 사이에 배치된다. 이 결합은 펄스(40)은 이득 소자(20)내로 보내고 펄스(50)을 레이저(210)외부로 보내는 제3도의 상술한 비임 분할기(190) 및 편광기(192)결합과 방식이 동일하다. 그러나 제4도의 실시예내에서, 펄스(40)들은 편광 비임 분할기(290)을 횡단한 후까지 조준되지 않는다.

이 실시예내에서, 마스터 발진기(30)은 반사에 의해 펄스(40)의 방향을 바꾸도록 비임 분할기(290)에 의지하지 않고 레이저 이득 소자(20)치 입력 광학 경로내로 펄스(40)을 직접 발사시키도록 정렬된다. 대신에, 비임 분할기(290)은 레이저(210)외부로 복귀 펄스(50)을 반사시켜, 출력(54)틀 형성하게 된다. 이 경우에, 조준기(232)는 펄스(40)을 팽창시키기 위해서 비임 분할기(290) 다음에 배치될 수 있다. 그러나, 조준기(232)는 출력(54)가 이득 소자(20)의 전체 애퍼츄어 면적보다 적은 단면적을 갖도륵 복귀 증폭 방사선을 집속시킨다.

일련의 반사기 또는 반사경(262)는 펄스(40)의 일부분을 차단하여 이들을 이득 소자(20)에 펄스(42)로서 보내기 위한 전송 수단으로서 제4도에 사용된다.

[실시예]

본 발명의 원리들을 제5도에 도시한 실시예내에서 시험하였다.

이 실시예의 경우에, 레이저(310)내의 레이저 이득 소자(320)은 마스터 발진기(30)으로부터의 방사선(40)의 펄스들에 의해 구동되었다. 이 펄스들을 편광 비임 분할기(390)에 의해 레이저 이득 소자(320)을 향해 보내지기 전에 망원경 소자(332)를 사용하여 팽창되었다. 또한, 전체 비임이 2개의 입력 애퍼츄어(320)을 채우기에 충분히 많도록 1차원(타원)으로 펄스(40)을 팽창시키기 위해 원통형 망원경(394)를 사용하였다. 1/4파형판(392)는 복귀증폭 펄스의 편광을 회전시킨기 위해 분할기(390)에 인접하게 배치되었다.

일련의 반사 프리즘(362,364 및 372,374)는 방사선 펄스를 이득 소자(320)내로 및 외부로 보내기 위해 제1도의 전송 수단(60) 및 결합수단(70)으로서 각각 사용되었다.

프리즘(362)는 단일 이득 소자(320)으로 방향을 바꾸도록 일부분을 차단시키기 위해서 조준펄스(40)의 경로내에 배치되었다. 1개 이상의 프리즘(362)는 펄스의 선정된 부분을 차단하여 이 펄스들을 다른 이득 소자로 보내기 위해서 펄스(40)의 광학 경로의 주변부 주위에 배치될 수 있다. 앞에서와 같이, 이것은 제5도의 평면과 동일한 평면내의 이득 소자 뿐만아니라 인접 평면내에 배치된 이득 소자들을 포함한다. 프리즘(362) 다음에는, 방향이 바뀐 펄스(40)을 이득 소자(320)내로 반사시키기 위한 프리즘(364)를 배치하였다.

그다음, 펄스(40)은 2개의 플래쉬 램프에 각각 결합되는 시판중인 레이저 헤드 내에 장착된 Nd : YAG 결정체인 레이저 이득 소자(320)내에서 증폭되었다. 이득 소자(310)으로부터의 증폭된 펄스들은 프리즘(372 및 374)를 위상 공액 반사기 (380)에 결합시킴으로써 반사되었다. 집속 렌즈(382)는 임계값에 도달하고 전체 비임 에너지의 최대량을 보존하기 위해서 펄스들을 위상 공액 반사기(380)에 집속시키기 위해 사용되었다. 이때, 펄스(46)의 위상 공액은 상술한 단계를 재추적하여 편광기(392) 및 분할기(390) 및 레이저(310)을 통과하여 출력된다.

제5도는 출력 펄스의 전체 단면적에 추가되지 않고 높은 평균 전력을 부가적으로 증폭시키기 위해서 이득 소자(320)과 직렬로 배치된 부수적인 이득 소자(32l)로 도시하였다. 이것은 필요한 펄스 길이, 열화, 열적 응력등에 대한 저항 한계를 갖고 있는 증폭기를 필요로 할 수 있다. 그러나, 부수적인 소자(321)은 필요하지 않게 되고 실제 응용시에 사용되지 않았다.

[소자(321)이 없는]제5도의 수단은 이득 소자(320)의 바람직한 간섭성 결합을 달성하였고, 개량된 원시야 에너지 분포 패턴을 발생시켰다.

그러므로, 상술한 것은 고휘도 출력을 발생시키도록 평행하게 동작하는 레이저 이득 매체의 간섭성 결합을 달성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

지금까지 설명한 본 발명 및 실시예는 고휘도 레이저 소오스를 발생시키기 위해서 다수의 레이저 이득 소자들을 간섭성 합산시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 그러나, 특수한 형태의 매체 또는 물리적 구성을 사용하면 종래의 레이저 및 레이저 기술들보다 많은 장점들이 실현된다.

고상 레이저 이득 매체(solid-state laser gain media)의 경우에, 이득 매체를 물리적으로 인접 배치하고 보다 소형의 구조물을 형성함으로써 크기, 펌핑 에너지 및 효율면에서 더욱 우수한 장점들이 달성된다. 이러한 구성으로 휴대가능한 소형의 밝은 레이저가 제조될 수 있다. 그러므로, 상술한 방법 및 장치를 개량하면, 고상 레이저 물질의 각각의 결정체들이 단일 일체식 어레이를 형성하기 위해 함께 결합된다. 이러한 일체식 어레이는 제6도에 도시되어 있다.

제6도내에서, 일련의 각각의 이득 소자(600)들은 일체식 이득 소자(620)을 형성하기 위해 함께 고착된다.

명확히 설명하기 위해, 1×M어레이만이 도시되어 있다. 각각의 이득 소자(600)은 제한되지는 않지만 Cr : Nd : GSAG, 알렉산드라이트, Nd : YAG, Nd : YLF, Nd : YA10, Co : MgF2, Ti : 사파이어, 또는 네오디움 도우프 유리와 같은 다양한 고상 레이저 물질을 포함할 수 있는데, Nd : YAG가 양호한 매체이다. 이 물질들은 상술할 체적 또는 열제한을 극복하는 유용한 레이저 물질이나 대형 레이저 증폭기를 제조할 때 유용하지 못하다.

결정체들은 외부 결정체(605)의 측면들을 인접시키고 내부 결정체에 대항하여 이 측면들을 클램핑하는 연부 정지부를 갖고 있는 지지 프레임에 의한 것과 같은 여러 기술들중 한가지 기술에 의해 함께 결합될 수 있다. 그다음, 이득 소자(620)의 연속 층들은 외부층들을 볼트와 같은 파스너(fastner)로 내부층에 클랭핑하는 한 셋트의 브래킷을 사용하여 함께 고착될 수 있다. 소정의 이러한 프레임 또는 구조물은 사용된 고상 매체에 방사선을 펌핑하기 위해 거의 방해받지 않고 접근되야 한다.

더욱 양호한 해결방법은 제6도에 도시한 바와 같이 장방형 또는 정사각형 단면을 갖고 있는 결정체를 사용하여 접착제로 이 결정체들을 함께 결합시키는 것이다. 접착제는 양호하게 유연성이 있으므로, 인접소자들 사이로 응력을 전달하지 않는다. 이 실시예내에서, 본 발명은 에너지 계수면에서 대형 단결정 이득 소자보다 유리하다. 사용될 수 있는 고상 매체의 체적을 제한하는 부수적인 요인은 유도된 응력의 양이다. 통상적으로, 소정 체적의 결정체 또는 유리내로 입력될 수 있는 전력은 응력에 의해 파괴되는 편(piece)에 의해 제한된다.

유연성 물질과 함께 결합된 소형 정사각형 단면 편들은 전체 단면이 동일한 단결정체보다 적은 내부 응력을 갖는다.

그러나, 제조하는데 편리하다는 것이외에 결정체들의 형태에 대한 기하학적 형태의 필요 조건은 없다. 장방형 단면으로 형성되는 것이 아니라 원형 또는 육각형과 같은 다측면 기하학적 형태로 형성되는 결정체인 경우에, 이 결정체들은 벌집 형태와 같이 연동렬로 배치될 수 있다. 이러한 형태에서, 결정체들은 이 결정체들을 함께 지지하도록 작용하는 프레임 또는 일련의 띠(strap) 또는 밴드에 의해 둘러싸여질 수 있다. 그러나, 이러한 복잡한 형태들은 열 응력 및 가능한 레이저 여기 펌핑(laser excitation pumping)문제점을 제공하므로, 일반적으로 양호하지 못하다. 제6도의 고상 이득 소자는 레이저의 크기 및 펌핑 면적을 향상시키지만, 반사기, 하우징, 플래쉬 램프등과 같은 간섭 구조물 없이 각각의 이득 소자(600)들을 서로 인접시켜 직접 배치시키면 ASE 및 기생 모우드 문제점을 증가시킬 수 있다. 이러한 ASE는 상술한 바와 같이 레이저 출력상에 해로운 영향을 끼치게 된다.

각각의 결정체내의 ASE는 일체식 소자(600)에 대한 문제점 만이 아니다. 인접한 매체로 인해, ASE방사선은 연속 결정체 장벽을 가로질러 횡단하고 각각의 결정체를 통과할때 증폭될 수 있다. 그러므로, 결정체들의 주 레이징 모우드에 거의 평행하지 않은 레이징 모우드들을 억제하기 위한 수단이 필요하게 된다.

한가지 해결 방법은 접착전에 흡수 물질을 결정체 외부상에 배치시키는 것이다. 이것은 래이저 -스위칭 소자를 제조하기 위해 사용되는 BDN[비스(4-디메틸아미노디디오벤질)니켈 : Bis(4-DimethyIaminodithio-benzil)Nicke1]과 같은 물질로 접착제를 도우핑시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 물질은 선정된 파장의 방사선을 효과적으로 흡수한다. 이득 소자(600)을 결합시키키 위한 접착제가 매우 얇은 층내에 인가되거나 제안된 흡수제와 화학적으로 혼합될 수 있으연, 선택적으로. 사마륨(samarium : Sm)도우프 유리와 같은 물질의 별도의 층이 어레이(620)이 제조시에 이득 소자들 사이에 삽입된다. Sm :유리 소자(615)들은 제6도의 일체식 어레이 (620)내에 도시되어 있는데, 이 도면에서 이 소자(615)들은 네오디뮴의 기본 형광도에서 에너지를 흡수한다.

각각의 증폭기의 물리적 크기는 싱술한 바와 같이 전체 레이저에 제한되지 않는다. 그러나, 상술한 바와 같은 한가지 관심사는 특히 상이한 크기는 또는 응력 특성을 갖고 있는 다수의 결정채들로 동작 중에 발생할 수 있는 열적응력을 제공하는 것이다. 소형 결정체의 어레이를 사용하면 응력을 경감시킨다는 장점을 제공하지만, 어느정도의 응력을 흡수 또는 제거하기 위해서 스페이서(도시하지 않음)가 인접 이득 소자(600)들 사이의 어레이내에 살입될 수도 있다.

구성시, 고상 레이저 어레이(620)은 제7도에 도시한 바와 같이 레이저내에 배치된다. 레이저(610)은 양호하게 Nd : YAG 레이저 소오스인 어레이(620)을 구동시키기 위한 마스터 발진기(630)을 사용한다.

조준 수단(632)는 소형 애퍼츄어 펄스 소오스가 대형 증폭기 어레이에 효율적으로 결합될 수 있도록 마스터 발진기에 의해 제공된 펄스(40)들을 팽창시킨다. 펄스들은 이득 소자(620)의 1×M어레이를 구동시키기 위해서 기다란 타원형 단면으로 확대된다. 대형 N×M어레이들은 더욱 원형으로 팽창된 펄스들을 사용할 수 있다.

편광 비임 분할기(690)은 어레이(620)내로 펄스(40)을 보내는데, 이 어레이 (620)내에서 펄스(40)들은 증폭되어 어레이(620)의 다른 측으로부터 펄스(44)로서 발생된다. 이 펄스들은 위상 공액을 어레이(620)으로 복귀시키는 위상 공액 수단(680) 보내진다.

편광 회전 소자(692)는 증폭된 펄스(48)들이 비임 분할기(610)에 의해 레이저(610) 외부로 보내지도륵 증폭된 펄스(48)의 편광을 변경시킨다. 편광 상태 변경이 도시한 위치에서 일어나고 편광 회전 소자(692)를 어레이(62)과 위상 공액 수단(680)사이에 배치하는데 필요조건이 없다.

그러므로 레이저(610)은 감소된 크기 및 가능한 감소된 펌핑에너지에서 고휘도 출력을 제공할 수 있는 소형 레이저 이들 매체 어레이를 포함한다.

다이오드 레이저의 영역 내에서, 크기, 및 고위도 면에서의 부수적인 장점들이 평행 이득 소자들이 소형 구조를 사용함으로써 달성될 수 있다.

발명의 배경에서 기술한 바와 같이, 레이저 다이오드들을 결합하기 위한 본 발명의 해결 방법은 에버네슨트 결합의 사용을 포함하는데, 여기서 에버네슨트 필드들은 인접 레이저 채널들 사이의 매체내에 중첩된다.

그러나, 위상 전이 모우드가 갖고 있는 상술한 문제점들외에, 부수적인 문제점들이 이 해결 방법내에서 발생한다.

첫째, 인접 레이저 채널들 사이의 중간 매체가 소멸될 수 있으므로, 이 영역내에 존재하는 에너지를 흡수하게 되어 출력용 에너지를 감소시킨다. 에버네슨트 필드들이 고도의 중첩도를 갖고 있는 경우에, 다량의 에너지가 소멸 영역내에 존재하여 출력의 평균 또는 최대 전력을 저하시킨다. 에버네슨트 필드들이 180°이상(out af phase)인 모우드의 경우에, 중간 영역내의 손실은 낮지만, 원 휠드 출력은 빈약한데, 이 원 휠드 출력은 다수의 상업적 또는 군사적 응용의 경우에 중요한 것이다.

두번째 문제점은 얼마나 많은 인접 채널들이 에버네슨트 필드를 사용하여 효율적으로 결합될 수 있느냐 하는데 제한이 있다는 것이다. 정확한 제한은 다이오드 어레이의 구조에 따라 변하지만, 매우 높은 휘도를 달성하기 위해 필요한 것과 같은 매우 큰 어레이는 실행 불가능하다.

레이저 다이오드의 다른 문제점은 물리적 손상이 일어나기 전에 다이오드 의해 조절된 에너지 밀도에 대한 제한이다. 이 손상이 개시하면 종래의 레이저 다이오드에 의해 출력될 수 있는 에너지량에 대한 다른 제한이 발생한다.

본 발명의 방법을 사용함으로써 에버네슨트 미소결합 및 위상 전이 모우드에 부과된 제한들은 복잡성이 매우 감소되고 애퍼츄어 손상없이 에너지 출력을 증가시키는 다이오드 레이저 구조에 의해 제거된다.

제8도내에는, 평행 레이저 이득 소자로서 다이오드 레이저(700)의 어레이(720)를 사용하는 레이저 (71O)이 도시되어 있다. 레이저 다이오드들은 제3도와 유사한 MOPA 형태의 증폭기로서 사용된다. 여기서, 다이오드들은 단일 마스터 발진기 소오스(730)에 의해 구동되고, 별개의 발진기 레이저들을 사용하지 않는다. 이것은 방사선이 공진 공동내에서와 같은 발진이 아닌 증폭중에 다이오드 공동을 통과하도록 다이오드(700)들이 낮은 내부 방사선 애퍼츄어를 갖추고 있다는 것을 의미한다. 이것은 반사 방지막을 사용함으로써 달성될 수 있다.

이 실시예에서, 마스터 발진기(730)은 방사선 펄스(740)들을 조준기(732), 편광 비임 분할기(790) 및 원통형 렌즈(760)을 통해 다이오드 레이저 어레이(720)에 전달한다. 다수의 응용시에, 레이저(710)은 CW 모우드내에서 동작되지만, 동작중 및 고에너지 밀도에서 열이 제거되어야 하는데, 이것은 제한적이다. 그러므로, 명확히 도시하기 위해, 본 실시예는 펄스화 동작 모우드를 사용하여 도시되어 있다.

마스터 발진기(730)은 제한되지는 않지만 다른 다이오드 레이저와 같은 본 분야에 공지된 다양한 간섭성 방사성 소오스들로 구성될 수 있다. 마스터 발진기(730)으로서 다이오드 레이저를 사용하는 것이 양호한데, 그 이유는 이것이 다음에 기술한 바와 같이 레이저(710)을 더욱 소형화시키기 때문이다.

마스터 발진기(730)에서 나오는 펄스(740)은 다이오드 어레이(720)에 결합하기에 충분한 단면적을 갖고 있는 비임을 제공하기 위해서 망원경 소자(732)를 사용하여 팽창 또는 조준된다. 이것은 마스터 발진기(730)이 증폭 애퍼츄어의 총면적 보다 작은 양질익 거의 회절되지 않는 비임을 제공하기 때문에 행해진다. 또한, 다이오드 레이저가 마스터 발진기(730)으로서 사용되면, 초소형 애퍼츄어로부터의 광범위 발산 출력에 관련된 문제점이 있을 수 있다. 이 공지된 현상은 출력에 대한 각이 크기 때문에 마스터 발진기(730)의 휘도를 제한시킨다. 조준기(732)의 일부로서 사용된 중간 망원경 소자들은 이 발산을 경감시킨다.

또한 펄스(740 및 746)을 증폭시킬때 다이오드 레이저 이득 소자들을 포화상태에서 동작하게 하는 것이 중요하다. 이것은 가능한 많은 에너지를 증폭된 펄스(750)내로 결합시킴으로써 효율적인 고에너지 출력을 제공하기 위해 요구된다. 이득 소자들이 포화 상태 이하에서 동작하면, 레이저(710)은 불출분한 회로를 갖고 있는 회절 제한되는 비임을 제공할 수 있다. 이 이유로 인해, 이득 소자(710)을 포화시키기에 충분히 높은 에너지를 갖고 있는 마스터 발진기를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 마스터 발진기(730)으로서 다이오드 레이저를 사용할 때 펄스의 발산을 최소화시키는 것이 바람직하다. 다른 방법으로는, 이득 소자의 어레이를 사용하는 1개의 레이저가 충분히 밝지 않은 거의 회절되지 않는 고에너지 비임을 발생시키면, 이 레이저는 다른 레이지가 적합한 이득 소자 및 고휘도 출력의 포화를 제공하게 하기 위한 마스터 발진기로서 사용될 수 있다.

펄스(742)들은 이 펄스들이 증폭되는 다이오드 어레이(720)내로 인입되고 펄스(744)로서 이 다이오드 어레이로부터 배출된다. 펄스(744)들은 원통형 랜즈(770)을 사용하여 재집속되고, 렌즈(782)에 위해 위상 공액 수단(780)내로 접속되기 전에 1/4파형판(792)를 통과한다. 또, SBS와 같은 몇가지 형태의 위상 공액 수단의 경우에 펄스들의 편광 상태를 변경시키기 위해서 1/4파형판을 사용하는 것이 적합하다. 이 형태의 수단은 입력 펄스의 편광 상태를 변경 시키지 않는다. 그러나, 4-파 혼합수단과 같은 다른 수단 및 방법은 입력 펄스들의 편광 상태를 변경시킬 수 있으므로, 교호 편광 기술을 필요로하게 된다.

공액후, 펄스(746)들은 이 펄스들이 더욱 증폭되는 다이오드 어레이(720)으로 복귀되어, 렌즈(760)을 통해 배출된다. 1/4파형판이 펄스들이 경로내의 삽입되었기 때문에, 이 펄스들은 편광 비임 분할기(790)이 출력 비임(754)로서 레이저(710)외부로 펄스(750)을 반사시키도록 증폭되고 편광회전된다.

다이오드 레이저 어레이(720)은 다수의 다이오드 레이저 매체를 포함할 수 있다. 일련의 각각의 다이오드들 및 이에 관련된 전압 리이드(lead)등은 어레이(720)을 형성하기 위해서 프레임내에 고착될 수 있다. 다른 기술은 I×M 어레이들을 형성하기 위해 단일 기판상에 일련의 다이오드 채널들을 제조하기 위한 것이다.

종래의 다이오드 레이저들은 GaAs와 같은 기판 상에 AlxGa1-xAs와 같은 물질의 최소한 3개의 층을 포함한다. 각각의 층이 알루미늄 및 갈륨 또는 물질 성분을 제어함으로써, 층들에 대한 굴절률은 중간층내에 방사선을 제한하기 위해 맞추어진다. 부수적으로 다이오드를 레이저로서 가동시키기 위한 전기적 접촉부를 제공하기 위한 물질층들이 사용될 수 있다. 다이오드 레이저 구조 및 동작에 대한 더욱 상세한 설명 및 정보는 아카데믹 프레스(Academic press)발행(1978), 에이취.씨.캐시, 쥬니어(H.C.Casey,Jr.) 및 엠.비 .패니쉬(M.B.Panlish)저 "헤테로구조 레이저(Heteostructure Lasers)"내에 기술되어 있다.

다른 특성들 뿐만 아니라, 바람직하지 못한 축을 따르는 레이징 및 구동 전류 필요량을 감소시키기 위해서, 전형적인 다이오드 레이저들은 "채널화'된다. 채널링은 도파 영역이 레이저 모우드를 중앙에 배치된 좁은 체적으로 제한하기 위해 레이저 매체내에서 유도되는 장소이다. 이것은 도파 릿지(ridge) 또는 전류 이송 유도 스트립이 레이저 다이오드 구조물의 일부로서 용착되는 다수의 기술에 의해 달성된다. 그러므로, 종래의 다이오드들의 다중 어레이는 릿지 또는 전류 스트립이 어레이를 포함하는 이러한 채널들의 어레이를 포함한다.

본 발명에 의해 상이한 제조 방법이 고찰된다.

본 발명에서는, 제9도에 도시한 바와 같이 3개의 물질층(804,806 및 808)이 다이오드 레이저 어레이(820)을 형성히기 위해 기판(802)상에 용착된다. 층(804,806,808)을 포함하는 물질은 제한되지는 않지만, GaxIn₁_y,Py,As1-y 또는 AlxGa₁-xAs와 같은 레이저 물질로 될 수 있다. 전형적인 기판(802) 물질은 GaAs로 된다. 층(804,806,808)의 물질은 금속 유기 화학 증착(MOCVD), 분자 비임 에피택시(MBE) 또는 액상 에피택시(LPE)를 포함하는 다수의 기술에 의해 기판(802)상에 용착될 수 있다. (806)은 전형적인 레이저 다이오드 일 때 0.1㎛ 정도의 두께로 용착되지만, 용융에 따라 크기가 사용될 수 있다.

제9도에 도시한 형태에서, 전체층(806)은 레이저에 투사된다. 일련의 작은 채널들 아래의 레이징 영역을 좁히기 위한 부수적인 도파 릿지 또는 전류 이송 스트립들은 전혀 사용되지 않는다. 종래의 AIGaAs 다이오드 레이저는 10KW/cm²정도의 추출 전력 밀도에서 동작할 때 수명이 10,000 시간 정도이었다. 그러므로, 본 발명의 레이저용의 큰 애퍼츄어는 10KW 이상의 피이크 전력을 갖고 있는 출력 비임을 제공할 수 있다. 동시에, 출력 전력이 큰 애퍼츄어에 걸쳐 분포되므로, 고 에너지의 애퍼츄어 손상을 방지하게 된다.

층(804,806,808)의 천체 폭 및 길이는 상술한 기생 모우드 ASE의 경우를 제외하고는 제한되지 않는다. ASE가 레이징 물질내의 영역을 고갈시키고 출력을 상당히 감소시키지 못하게 하기 위해, 1 내지 2mm 정도의 크기가 적당하다. 이 크기는 선택된 레이징 물질 및 도우핑 레벨에 따라 변한다. 그러므로, 층(804,806,808)은 측정시에 바람직한 레이징 축에 평행하게 2mm 정도로 길게 기판(802)상에 용착된다. 그러나, 기판(802) 및 층(804,806,808)은 단일 출력 비임을 형성하도록 간섭적으로 합산되는 매우 큰 애퍼츄어 출력 비임을 재공하기 위해 수 mm 정도의 폭(레이징 축에 수직)으로 용착된다.

다이오드 레이저 어레이(820)의 폭 양단의 ASE 모우드를 감소시키기 위하여, 홈(groove) 또는 갭(815)가 인접 레이저 물질 영역들을 광학적으로 분리시키기 위해 층(804,806,808)을 통해 형성된다.

이러한 홈은 이온 비임 에칭 또는 마스킹 및 화학 에칭과 같은 몇가지 방법에 의해 구성될 수 있다. 홈(815)의 크기, 즉 길이 및 폭은 연속 홈들 사이에 저장된 에너지에 따라 변한다. 에너지가 많이 저장될수록, 분리 간격이 넓어져야 한다. 이 홈들은 기생 모우드 또는 ASE가 층(806)의 매체의 별개의 영역 양단에 광학적으로 결합되지 못하게 해야 한다. 한 예시적인 장치는 약 1mm이하로 떨어져 배치된 홈들을 포함할 수 있다.

그러므로, 다이오드 어레이(820)은 공통 기판(802)의 양단에 분포된 다이오드 레이저 애퍼츄어의 어레이를 포함한다. 단지 설명을 하기 위해, 다이오드 어레이 (820)이 평면 구조로서 도시되어 있다. 관련층(804,806,808)을 갖고 있는 몇개의 기판(802)들이 다이오드 애퍼츄어의 2차원 N×M 어레이를 형성하기 위해 배치될 수 있다.

상술한 바와 같이, 고휘도 레이저(710)을 판정할 때 마스터 발진기(730)용 레이저 다이오드틀 사용하는 것이 양호하다. 레이저(710)의 동작 파장이 다이오용 주입 전류를 변경시킴으로써 선택적으로 동조될 수 있다는 첫번째 장점이 있다.

두번째 장점은 집적 광학 회로 기술에 따라 반도체 물질로부터 구성된 소자를 사용함으로써, 전체 레이저(710)이 단일 기판상메 구성될 수 있다는 것이다. 이 응용시에, 렌즈는 통상적으로 사용된 측지(geodesic) 랜즈와 유사한 평면 광학 도파관 구조물의 형태로 제조될 수 있는데, 도파관들은 마스터 발진기(730)으로부터 이 펄스들을 레이저 다이오드 어레이(720)내외로 결합시키기 위해 사용될 수 있고, 다른 도파관 구조물은 위상 공액 수단으로써 사용되었다.

제10도는 대형 반도체 웨이퍼상에 상기 원리에 따라 구성된 레이저(910)을 간략하게 도시한 것이다. 제10도내에서, 마스터 발진기 다이오드 레이저(930)은 기판(900)상에 용착된 필요한 물질층을 포함한다. 다이오드 레이저(930)은 증폭 레이저 다이오드 어레이(920)으로 보내지는 펄스를 제공하고, 또한, 테이퍼링(tapering) 평면 도파관(935)에 의해 기판(900)상에 용착된다. 선택적으로, 어레이(920)내로 펄스를 결합시키기 위해 렌즈가 사용될 수 있다. 펄스들은 증폭되어, 다이오드들로부터 배출되고, 렌즈(970)은 이 펄스들을 위상 공액 수단(980)으로 보낸다. 렌즈는 평면 도파 영역(972)의 밑에 있는 기판내에 함몰시킴으로써 형성된다.

위상 공액 수단(980)과 렌즈(970) 사이에는 증폭되는 펄스의 편광을 변형시키는 편광 변형 수단(992)가 용착된다. 마스터 발진기 레이저 다이오드(930)과 다이오드 어레이(920) 사이에는 방향성 결합기(990)이 있는데, 이 결합기는 횡단하는 펄스들의 편광에 따라서 도파관(995)를 따라 레이저 (910) 외부로 에너지를 스위치시킨다. 또한, 마스터 발진기(930)으로부터의 펄스들을 초기에 편광시키기 위해 편광 제어 수단(933)이 사용될 수 있다.

또한 위상 공액 수단(980)은 인접 도파관으로서 구성될 수 있는데, 이 도파관들은 SBS 또는 SRS 처리 공정을 거친 유체 매길(fluid medium)로 채워진 중공형 (中空形) 코어 도파관으로 될 수 있다. 또다른 방안으로는, 여러 형태의 유리 광학 도파관 광학 섬유들을 사용하는 것인데, 이들은 충분한 방사세기를 위해 SBS 또는 4-파 혼합 현상을 나타낸다. 본 발명에서, 방사선은 작은 애퍼츄어 크기로 발생되어 이 작은 애퍼츄어 크키로 발생되어 이 작은 애퍼츄어 크기로 접속되므로, SBS 및 SRS 임계값들이 용이하게 도달된다.

이 나중 구조내에서는, 1/4파형판과 같은 편광 회적 수단이 편광을 변형시키기 위해서 광학 섬유의 공유 영역 나머지 도파관 구조물에 배치될 수 있다.

그러므로, 고 휘도 레이저 소오스(910)은 초소형 장치로부터 고 에너지, 회절 제한되는 출력을 제공한다.

지금까지 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 기술하였다. 이 설명들은 본 발명을 제한하려는 것이 아니라, 본 발명을 상술한 내용에 감안하여 여러가지로 변형될 수 있다.

이 실시예들은 본 발명의 원리 및 실제 응용을 각각 양호하게 설명하기 위해 선택되어 기술되었으므로, 본 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명을 여러가지 형태로 변형시킬 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부한 특허청구의 범위 및 이들의 등가물에 의해 제한된다.

Claims

위장 간섭성 마스터 발진기 방사선 소오스, 상기 마스터 발진기로부터 증폭되지 않은 방사선을 수신하여 증폭린 방사선을 전송하기 위한 제1애퍼츄어 수단 및 비간섭성 증폭된 방사선을 전송하고 이것의 위상 공액을 수신하기 위한 제2애퍼츄어 수단을 갖고 있는 각각의 증폭기와 동작적으로 평행한 형태로 배치된 다수의 레이저 이득 소자, 증폭되지 않은 방사선의 선정된 부분을 상기 마스터 발진기로부터 상기 각각의 이득 소자의 상기 제1애퍼츄어 수단에서 결합시키기 위한 입력 수단, 각각의 상기 증폭기의 상기 제2애퍼츄어 수단에서 나오는 방사선의 위상 공액을 상기 각각의 제2애퍼츄어 수단에 다시 반사시키기 위해 각각의 상기 이득 소자의 상기 제2애퍼츄어 수단에 동작적으로 결합된 위상 공액 반사기 수단, 및 방사선의 간섭성 출력 비임으로서 상기 레이저 외부에 상기 각각의 제1애퍼츄어 수단에 의해 전송된 상기 다수의 이득 소자로부터의 간섭성 증폭된 방사선을 결합시키기 위해 출력 결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 모든 상기 제1애퍼츄어에 의해 차단되기 위해 상기 마스터 발진기로부터 방사선 비임을 팽창시키도록 배치된 조준 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 상기 입력 수단이 편광 비임 분할기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제3항에 있어서, 상기 출력 수단이 상기 증폭된 방사선을 상기 편광 비임 분할기에 의해 상기 레이저 외부로 보내도록 증폭되지 않은 입력 방사선에 관련하여 상기 이득 소자의 상기 제1애퍼츄어에 의해 전송된 증폭된 방사선의 편광 상태를 변형시키기 위한 편광 변형 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제4항에 있어서, 상기 편광 변형 수단이 1/4파형판을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제4항에 있어서 상기 편광 변형 수단이 패러데이 회절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 상기 레이저 이득 소자들이 N×M 2차원 어레이를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 상기 이득 소자의 제2애퍼츄어 수단으로부터의 방사선을 상기 위상 공액기내로 집속시키기 위한 접속수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 상기 위상 공액 수단이 유도 브릴루앙 산란 셀을 포함하는 것을 징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 상기 위상 공액 수단이 4파 혼합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 상기 마스터 발진기 및 상기 입력 수단으로부터 상기 입력 수단과 상기 제1애퍼츄어 사이의 광학 경로를 따라 배치된 상기 이득 소자의 상기 제1애퍼츄어에 방사선을 결합시키기 위한 입력 전송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제11항에 있어서, 상기 입력 전송 수단이 상기 방사선의 부분을 각각의 상기 제1애퍼츄어로 보내도록 배열된 다수의 고반사 표면들을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 상기 이득 소자의 상기 제2애퍼츄어 및, 상기 제2애퍼츄어와 상기 위상 공액 수단 사이의 광학 경로를 따라 배치되는 상기 위상 공액 수단 사이에 방사선을 결합시키기 위한 공액 전송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제13항에 있어서, 상기 공액 전송 수단이 상기 제2애퍼츄어로부터의 방사선을 차단하고 상기 방사선을 상기 위상 공액 수단내로 반사시키도록 다수의 반사 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제14항에 있어서, 상기 공액 전송 수단으로부터의 증폭된 방사선을 상기 위상 공액 수단내로 집속시키기 위한 집속 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 상기 제2애퍼츄어로부터의 증폭된 방사선을 상기 위상 공액 수단내로 집속시키기 위한 집속 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
위상 간섭성 마스터 발진기 방사선 소오스, 상기 마스터 발진기로부터 증폭되지 않은 방사선을 수신하고 증폭된 방사선을 전송하기 위한 제1애퍼츄어수단 및 비간섭성 증폭된 방사선을 전송하고 이것의 위상 공액을 수신하기 위한 제2애퍼츄어 수단을 갖고 있는 각각의 이득 소자와 거의 평행한 형태로 서로 인접하여 배치된 다수의 고상 레이저 이득 소자, 증폭되지 않은 방사선의 선정된 부분을 상기 마스터 발진기로부터 각각의 상기 이득 소자의 상기 제1애퍼츄어 수단에 결합시키기 위한 입력 수단, 각각의 상기 이득 소자의 상기 제2애퍼츄어 수단에서 나오는 방사선의 위상 공액을 각각의 상기 제2애퍼츄어 수단에 다시 반사시키기 위해 상기 각각의 이득 소자의 상기 제2애퍼츄어 수단에 동작적으로 결합된 위상 공액 반사기 수단, 및 방사선의 위상 간섭성 출력 비임으로서 상기 고상 레이저 외부에 상기 각각의 제1애퍼츄어 수단에 의해 전송되는 상기 다수의 이득 소자들로부터의 간섭성 증폭된 방사선을 결할시키기 위한 출력 결합수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제17항에 있어서, 상기 고상 이득 소자가 단일 일체식 이득 구조물내에 함께 결합된 고상 레이저 결정체의 N×M 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제18항에 있어서, 상기 고상 레이저 결정체가 Cr : Nd : GSAG, 알렉산드라이트, Nd : YAG, NHd : YLF, Nd :YA10, Co : HgF₂, 또는 Ti : 사파이어를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제18항에 있어서, 일체식 이득 구조내에 함께 결합하도록 상기 레이저 결정체를 사이에 배치된 유연한 접착 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제20항에 있어서, 일체식 구조내의 인접 이득 소자들 사이에 ASE 방사선이 광학적으로 결합하지 못하게 하기 위해 상기 레이저 결정체들 사이에 배치된 분리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제21항에 있어서, 상기 분리 수단이 상기 접착 물질과 혼합되는 상기 레이저 결정체내에서 발생된 ASE에 대한 동작 파장에서 방사선을 흡수하기 위한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제21항에 있어서, 상기 분리 수단이 상기 접착 물질과 혼합되는 상기 레이저 결정체내에서 발생된 ASE에 대한 동작 파장에서 방사선을 흡수하기 위한 물질로 도우프된 양질의 유리층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제17항에 있어서, 열 소모 채널을 제공하도록 상기 매체 소자들 사이에 간격 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제17항에 있어서, 상기 모든 제1애퍼츄어에 의해 차단되도록 상기 마스터 발진기로부터의 방사선 비임을 팽창시키도록 배치된 조준 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제17항에 있어서, 상기 수단이 상기 증폭된 방사선을 상기 편광비임 분할기에 의해 상기 레이저 외부로 보내도록 증폭되지 않은 입력 방사선에 관련하여 상기 이득 소자의 상기 제1애퍼츄어에 의해 전송된 증폭된 방사선의 편광 상태를 변형시키기 위한 편광 변형 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제17항에 있어서, 상기 위상 공액 수단이 유도 브릴루앙 산란셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제17항에 있어서, 상기 이득 소자들이 상기 제2애퍼츄어와, 상기 제2애퍼츄어와 상기 위상 공액 수단 사이의 광학 경로를 따라 배치되는 상기 위상 공액 수단 사이에 방사선을 결합시키기 위한 공액 전송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
제17항에 있어서, 상기 공액 전송 수단으로부터 증폭된 방사선을 상기 위상 공액 수단내로 집속시키기 위한 집속 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 레이저.
위상 간섭성 마스터 발진기 방사선 소오스, 상기 마스터 발진기로부터 증폭되지 않은 방사선을 수신하고 증폭핀 방사선을 전송하기 위한 제1애퍼츄어 수단 및 비간섭성 증폭된 방사선을 전송하고 이것의 위상 공액을 수신하기 위한 제2애퍼츄어 수단을 갖고 있는 각각의 다이오드 이득 소자와 거의 평행한 형태로 배치된 레이저 다이오드 이득 소자의 어레이, 증폭되지 않은 방사선의 선정된 부분을 상기 마스터 발진기로부터 각각의 상기 레이저 다이오드 이득 소자의 상기 제1애퍼츄어 수단에 결합시키기 위한 입력수단, 각각의 상기 레이저 다이오드 이들 소자의 상기 제2애퍼츄어 수단에서 나오는 방사선의 위상 공액을 상기 각각의 제2애퍼츄어 수단에 다시 반사시키기 위해 각각의 상기 레이저 다이오드 이득 소자의 상기 제2애퍼츄어 수단에 동작적으로 결합된 위상 공액 반사기 수단, 및 방사선의 위상 간섭성 출력 비임므로서 상기 다이오드 레이저 외부에 각각의 상기 제1애퍼츄어 수단에 의해 전송되는 상기 다수의 레이저 다이오드 이득 소자로부터의 간섭성 증폭된 방사선을 결합시키기 위한 출력 결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 다이오드 이득 소자들이 어레이가 기판상에 배치된 제1, 제2 및 제3물질층, 및 별개의 애퍼츄어를 갖고 있는 인접 영역들 내로 상기 제2층의 영역을 광학적으로 분리시키기 위해 모든 3개의 상기 층을 통해 상기 기판 밑으로 연장되는 광학 분리 홈들을 포함하는데, 상기 층들중 제2층이 모든 3개의 상기 층들 양단에 인가된 펌핑 전류에 의한 여기시에 레이저 방사선을 지원할 수 있고 상기 제2층내에 광학 방사선을 제한시키도록 제어된 상기 각각의 층에 대한 굴절률을 갖고, 상기 홈이 상기 제2층의 소정의 영역내에 저장된 에너지량에 의해 선정된 일정한 간격으로 상기 물질층들의 표면 양단에 배치되는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 물질층이 AlxGa1-xAs를 포함하는데, 상기 제2층에 대한 굴절률 상기 제1 및 제3층보다 크게 되도록 x의 값이 선택되는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 물질층이 GaxIn1-sPyAs1-y를 포함하는데 상기 제2층에 대한 굴절률이 상기 제1 및 제3층보다 크게 되도록 x 및 y의 값이 선택되는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 홈들이 이온 비임 에칭에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 마스터 발진기가 제2마스터 발진기 소오스에 의해 구동된 다이오드 이득 소자들의 어레이를 포함하는데, 일상 공액수단이 방사선이 더욱 증폭되어 상기 이득 소자로부터 배출되는 경우에 증폭된 방사선의 위상 공액을 복귀시키도록 이득 소자에 동작적으로 결합되고 출력 수단에 의해 외부 마스터 빌진기 외부에 결합되는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 마스터 발진기, 상기 다이오드 이득 소자의 어레이, 입력장치, 위상 공액 수단 출력 결합 수단이 단일 대규모 집적 회로 웨이퍼상에 배치되는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 위상 공액 수단이 광학 섬유 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 출력 수단이 상기 증폭된 방사선을 상기 편광 비임 분할기에 의해 상기 레이저 외부로 보내도록 증폭되지 않을 입력 방사선에 관련하여 상기 이득 소자의 상기 제1애퍼츄어에 의해 전송된 증폭된 방사선의 편광 상태를 변형시키기 위한 편광 변형 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 마스터 발진기 및 상기 입력 수단으로부터 상기 입력 수단과 상기 제1애퍼츄어 사이의 광학 경로를 따라 배치된 상기 이득 소자들의 상기 제1애퍼츄어에 방사선을 결합시키기 위해 입력 전송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.
제30항에 있어서, 상기 공액 전송 수단으로부터 증폭된 방사선을 상기 위상 공액 수단내로 집속시키기 위한 집속 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 레이저.