NO180799B - Fire-passerings, fasekonjugert, optisk forsterkersystem, og fremgangsmåte for å forsterke effekten i en polarisert laserstråle - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører fire-passerings, fasekonjugert, optisk forsterkersystem, omfattende: en polarisert optisk strålekilde, en toveis optisk effektforsterker for en optisk stråle som utsendes fra den optiske strålekilden, og et fasekonjugert speil, og optiske midler for å dirigere en polarisert, optisk stråle fra strålekilden i sekvens gjennom en første passering gjennom effektforsterkeren og tilbake i en retning som er motsatt den første passeringen gjennom en andre passering gjennom effektforsterkeren til nevnte fasekonjugerte speil for derved å skape fasekonjugering, og gjennom en tredje passering gjennom effektforsterkeren og tilbake i en retning motsatt den tredje passering gjennom en fjerde passering gjennom effektforsterkeren.

Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for å forsterke effekten i en polarisert laserstråle, omfattende å sende strålen i en første forsterkende passering gjennom en toveis optisk effektforsterker, å dirigere strålen tilbake gjennom den optiske effektforsterkeren i en andre forsterkende passering i en retning som er motsatt den første forsterkende passering, å fasekonjugere strålen, og returnere den til den optiske effektforsterkeren i en tredje forsterkende passering i den samme retning som den første forsterkende passering, og å dirigere strålen tilbake gjennom den optiske effektforsterkeren i en fjerde forsterkende passering i den samme retningen som den andre forsterkende passeringen.

Tallrike studier og undersøkelser er blitt gjort med hensyn til å forsterke effekten av en optisk stråle, særlig en koherent laserstråle. Anvendelse for forsterkede stråler innbefatter fritt-rom kommunikasjoner, generering av synlig lys ved harmonisk generering eller Råman-forskyvning, lasermålutpeking og avstandsbestemmelse.

En nylig løsning på laserforsterkning er beskrevet i en artikkel av Stephens, Lind og Guiliano, "Phase Conjugate Master Oscillator-Power Amplifier Using BaTI03and AlGaAs Semiconductor Diode Lasers", Applied Physics Letters, 50(11). 16. mars 1987, sidene 647-49. Dette system kan beskrives som anvendelse av to-passerings forsterkning, ettersom strålen sendes to ganger gjennom en diodelaserstruktur som anvendes for forsterkning. Laserstrålen som skal forsterkes sendes i en retning gjennom diodelaserforsterkeren, og treffer et fasekonjugert speil (PCM = phase conjugate mirror) på den motsatte side av effektforsterkeren. En fasekonjugert stråle tilbakereflekteres av nevnte PCM tilbake gjennom effektforsterkeren, hvor den forsterkes en andre gang. Den opprinnelige strålen er lineært polarisert, og optiske elementer, slik som polariserende strålesplittere og halvbølge-plater, er plassert i strålebanen, slik at den to-ganger forsterkede strålen avbøyes ut av systemet som en utmatning.

Selv om betydelig forsterkning ble oppnådd med dette system, eksisterer potensialet for enda større forsterkning dersom strålen kun behandles gjennom effektforsterkeren mer enn to ganger. Selv om dette er utenfor evnen for det system som er beskrevet av Stephens et al, er et antall av andre systemer blitt beskrevet i litteraturen som oppnår fire-passerings-forsterkning.

Et av fire-passerings systemene er vist i fig. 1, og ble beskrevet i Natarov og Shklovskii, "Specific Configuration of a Four-Pass Laser Amplifier With a Stimulated Brillouin Scattering Mirror", Soviet Journal of Quantum Electronics 14.(6), juni 1984, s. 871-72. En kollimert, lineær polarisert laserstråle fra en hovedoscillator (MO = master oscillator) 2 ble sluppet gjennom en polariserende strålesplitter (PBS = polarizing beam splitter) 4 og en kvartbølgeplate 6 til å gi strålen sirkulær polarisasjon, og så gjennom et masse-stimulert Brillouin-spredning (SBS = stimulated Brillouin Scattering) fasekonjugert speil 8 og effektforsterker 10 i form av en Nd:YAG-laser. På den første stråle-passeringen ble effektnivået og strålediameteren slik at intensiteten innenfor PCM 8 var under SBS-terskelen, og derfor fant fasekonjugering ikke sted. Etter den første passeringen, ble strålen reflektert vekk fra en konkavt speil 12, som re-flekterte den tilbake gjennom forsterkeren 10 til et fokus innenfor nevnte PCM 8. Ettersom intensiteten av den fokuserte strålen var over SBS-terskelen, ble en fasekonjugert retro-stråle reflektert fra nevnte PCM tilbake gjennom forsterkeren for en tredje passering. Retro-strålen var den fasekonjugerte av den opprinnelige fokuserte strålen, og gjenopptegnet derfor den nøyaktige banen for nevnte første og andre forsterkerpasseringer, med utgang fra effektforsterkeren etter en fjerde passering som en kollimert stråle. Under dens siste passering gjennom nevnte PCM, var strålediameteren nok en gang stor nok slik, at ingen SBS opptrådte, og strålen passerte gjennom ureflektert for å bli koplet ut av systemet av PBS 4. MO-inngangseffekten, og stråledimensjonene innenfor nevnte PCM, ble omhyggelig valgt slik at SBS kun opptrådte i den fokuserte strålen etter den andre passeringen, og slik at det meste av effektforsterkningen ble ekstrahert på de tredje og fjerde passeringer. Dette sistnevnte trekk ble anvendt slik at ethvert tap i konjugeringsprosessen opptrådte på et relativt laveffektsnivå, hvorved effektekstraheringen fra effektforsterkeren ble maksimalisert.

Systemet i fig. 1 har to hovedulemper. Først ville det være ønskelig å anvende en selvpumpet type av PCM, slik som BaTiOs-kubusen som anvendes i det to-passerings systemet fra Stephens et al som er beskrevet ovenfor. Løsningen ifølge Natarov og Shklovskii krever imidlertid at strålen skal passere gjennom og inn i nevnte PCM fire ganger, med en forskjellig konjugeringsterskel for forskjellige passeringer. Realisering av denne løsning med BaTiOssom konjugatoren vil være vanskelig, ettersom BaTi03ikke har en veldefinert terskel (om enn noen). Evnen til å anvende en optisk fiber-PCM ville også være ønskelig, men anvendelse av SBS i et optisk fiber ville også være vanskelig ettersom den optiske effekten befinner seg innenfor fiberen ved alle passeringer, hvorved det utelukkes justeringen av intensiteter ved hjelp av geometriske midler. SBS ville opptre ved den fjerde passering av fiberen med meget høy virkningsgrad, hvorved det hindres eventuell effekt fra å bli koplet ut av systemet.

Den andre ulempe ved konfigurasjonen i fig. 1 er at den er uforenelig med en diodelaser-effektforsterker. Bruken av en diodelaser som forsterkningsanordningen er meget ønskelig, pga. dens høye virkningsgrad. Imidlertid anvender systemet i fig. 1 sirkulær polarisasjon innenfor effektforsterkeren, hvilket er uforenlig med diodebølgelederforsterkning og faseforskyvningskarakteristika. Pga. forsterkning og fase-forskyvningsforskjeller mellom TE og TM-moduser for en lineær diode (polarisert hhv. parallelt til og perpendikulært på overgangsplanet), ville bruken av en sirkulær polarisert stråle som er koplet inn i Natarov og Shklovskii-effektforsterkeren resultere i en i stor grad endret polarisasjons-tilstand etter flere passeringer. Generelt vil en elliptisk polarisert stråle bestående av E-feltvektorer av ulik amplitude bli frembragt, hvilket ville være meget vanskelig å manipulere og kople ut av systemet.

En fire-passerings konfigurasjon som ikke anvender en fire-passerings-PCM, eller sirkulær polarisasjon innenfor effektforsterkeren, er vist i fig. 2. Det ble demonstrert med en Nd:YAG (neodym-dopet yttriumaluminiumgranat) faststoff-laser som effektforsterkeren i Sovjetunionen av Andreev et al., "Multipass Amplifier With Full Utilization of the Active Element Aperture", Soviet Journal of Quantum Electronics13(5), Mai 1983, s. 641-43. En laser MO 14 frembragte en horisontal polarisert stråle som passerte gjennom en første polariserende strålesplitter 16, og så gjennom en Faraday-rotator 18 som roterte polarisasjonen 45° ut fra den horisontale plan. En halvbølgeplate 20 roterte så polarisasjonen tilbake inn i planet, hvoretter strålen passerte gjennom en andre polariserende strålesplitter 22 og effektforsterkeren 24. En kvartbølgeplate 26 og retro-speil 28 ble plassert bak effektforsterkeren til å rotere strålens polarisasjon til vertikal og reflektere den tilbake for en andre passering gjennom effektforsterkeren. Etter den andre forsterknings-passeringen, rettet den andre PBS 22 strålen inn i en PCM 30. Her ble strålen konjugert og reflektert tilbake for en tredje passering gjennom effektforsterkeren 24 med vertikal polarisasjon, og en fjerde forsterkende passering med horisontal polarisasjon. Med sin horisontale polarisasjon fra den fjerde passering, ble strålen sendt gjennom den andre PBS 22 til den første halvbølgeplaten 20 og Faraday-rotatoren 18, som roterte polarisasjonen vertikal igjen. Med denne polarisasjon ble strålen avbøyd av den første PBS 16 ut av systemet som en forsterket utgangsstråle.

En variant av Andreev et al.-systemet ble beskrevet i en artikkel av Carr og Hanna, "Performance of a Nd:YAG Oscillat-or/Amplifier With Phase-Conjugation Via Stimulated Brillouin Scattering", Applied Physics B 36, 1985, s. 83-92. Dette systemet anvendte en sløyfe-konfigurasjon på den motsatte siden av effektforsterkeren fra nevnte PCM til å reflektere strålen og rotere dens polarisasjon. Idet der vises til fig. 3, ble en tredje polariserende strålesplitter 32, halvbølge-plate 34 og et par reflektorer 36 og 38 anvendt istedenfor kvartbølgeplaten 26 og speilet 28 ifølge Andreev et al.

Det ville være mulig å anvende en diodelasereffektforsterker i Andreev et al. og Carr og Hanna-systemene, ettersom de anvender lineær polarisasjon i effektforsterkeren og PCM'ene møter strålen kun en gang. Med bruken av en diodelaser istedenfor faststoff-laserne som er omtalt, ville der imidlertid være tilstede et alvorlig effekttap. Dette vil opptre ved starten av den andre passeringen gjennom effektforsterkeren , hvor strålen må koples tilbake inn i effekt-forsterkerkanalen. Et betydelig innføringstap ville forventes, med sannsynlige verdier lik 5-7 dB, eller enda høyere tap dersom der er sterke aberrasjoner i effektforsterkeren. Dette ville resultere i redusert effektekstrahering og senket elektrisk virkningsgrad. Således er der fortsatt et behov for et fire-passerings stråleforsterkningssystem som effektivt kan anvende en diodelaser som effektforsterknings-elementet.

En annen begrensning hva angår laserforsterkning er at individuelle effektforsterkere har effektbegrensninger som kan være mindre enn den ønskede utgangsstråleeffekten. I en alternativ løsning for oppnåelse av en større utgangseffekt, er forskning blitt utført hva angår muligheten av å danne en aggregatutgangsstråle fra monolittiske oppstillinger av lasere som ble fremstilt på toppoverflaten av en AlGaAs eller InGaAsP-skive. Vurdering er blitt gitt til systemer i hvilke utsendte lys rettes perpendikulært på skivens overflate av avfasede speil som er etset inn i overflaten hosliggende de utsendende fasetter (Liau og Walpole, "Surface-Emitting GalnAsP/InP Laser With Low Threshold Current and High Efficiency", Applied Physics Letters 46(2), 15. januar 1985, s. 115-17), til bruken av fordelt Bragg-reflektorer (Evans et al., "Grating Surface Emitting Laser With Dynamic Wavelength Stabilization and Far Field Angle of 0,25 Degrees", Applied Phvsics Letters. Vol 49, s. 314-15, 1986), eller ved å la laserens optiske hulrom være rettet gjennom den tynne dimensjonen av laseren som er normal på overflaten (K. Iga et al., "Room Temperature Pulsed Oscillation of GaAlAs/GaAs Surface-Emitting Injection Laser", Applied Phvsics Letters. Vol. 45, s. 348-50, 1984).

Ettersom de ovenstående anordninger er fremstilt på topp-overf laten av substrater som er langt fra varmeavledere, er varmetapet dårlig og kontinuerlig bølge (CW = continuous wave) -operasjon synes ikke å være mulig. Laserne i en slik oppstilling kan bevirkes til å operere på den samme bølge-lengden ved injiserings-låsing til en ekstern laser, eller ved sammenkopling av laserne gjennom bølgelederoppstillingene på skiven. Imidlertid er ingen praktiske måter å faselåse laserutmatningen ennå blitt anvist, og det er ikke klart at utgangsfaselåsing kunne oppnås med denne type av oppstilling. Selv om utgangsfaselåsing var mulig, ville de store inaktive områder mellom emittere frembringe en meget uttynnet oppstilling, som bevirker utgangsstrålen til å ha en meget stor andel av effekten i dens sidelober.

I betraktning av de ovenstående begrensninger i den an-gjeldende teknikk, tilsikter den foreliggende oppfinnelse som innledningsvis nevnt å tilveiebringe et optisk stråleforsterkningssystem samt fremgangsmåte som leder en optisk stråle i fire passeringer gjennom en effektforsterker, og oppviser høy virkningsgrad og et lavt nivå av optiske aberrasjoner.

Dette formål løses ifølge oppfinnelsen ved at nevnte fire-passerings, fasekonjugerte, optiske forsterkersystem kjennetegnes ved at nevnte optiske midler omfatter polarisasjonsrotasjonsmiddel for å opprettholde strålens polarisasjon i alt vesentlig den samme under nevnte første og andre forsterkerpasseringer som roterer polarisasjonen av strålen og så opprettholder denne strålepolarisasjon i alt vesentlig den samme under nevnte tredje og fjerde forsterkerpasseringer .

Videre kjennetegnes nevnte fremgangsmåte ved at strålens polarisasjonsorientering ved den andre forsterkende passeringen er i alt vesentlig lik den ved den første forsterkende passeringen, at strålen ved fasekonjugeringen får sin polarisasjonsorientering rotert, og at strålens plarisasjonsorientering ved den fjerde forsterkende passeringen er i alt vesentlig den samme som den ved den tredje forsterkende passeringen, og at strålen etter nevnte fjerde forsterkende passering dirigeres til en utgangsbane.

En fordel med oppfinnelsen beror i tilveiebringelsen av et optisk stråle-forsterkningssystem som er kompatibelt med bruken av en diodelaser som en forsterker.

En ytterligere fordel med oppfinnelsen er tilveiebringelse av en mekanisme for ytterligere stråleforsterkning ved å dele strålen i en flerhet av delstråler, forsterke hver av delstrålene separat, og så rekombinere de forsterkede delstråler til en utgangsstråle med høy intensitet i hvilken delstrålen er innrettet, i fase og er kolineær. Oppfinnelsen tilsikter også å tilveiebringe en meget forbedret varmetaps-mekanisme for å tillate et høyt forsterkningsnivå fra en forsterkeroppstilling.

I nærmere detalj, og i henhold til oppfinnelsen blir en optisk stråle, fortrinnsvis en lineært polarisert laserstråle, rettet ved hjelp av et optisk system fra en strålekilde gjennom første og andre forsterkende passeringer gjennom en toveis effektforsterker. Etter de første to forsterkende passeringer, blir strålen avledet til en PCM, hvor den fasekonjugeres og så bringes tilbake for tredje og fjerde passeringer gjennom effektforsterkeren. Det optiske systemet opprettholder strålens polarisasjon i alt vesentlig uforandret under dens første og andre forsterkerpasseringer, og i alt vesentlig den samme under dens tredje og fjerde forsterkerpasseringer. På denne måten kan en laserdiode-struktur effektivt anvendes for effektforsterkeren.

Den foretrukne diodelaserforsterkeren har et reflekterende belegg på en side som reflekterer strålen fra dens første til dens andre passering, og igjen fra dens tredje til dens fjerde passering, uten å endre dens polarisasjon ved den ene eller andre refleksjon. Et ikke-reflekterende belegg er tilveiebrakt på den motsatte siden av diodelaserstrukturen for å hindre laseroperasjons-aksjon. Det optiske systemet orienterer strålens polarisasjon i alt vesentlig parallelt med diodelaserens TM-modus for nevnte første og andre strålepasseringer, og i alt vesentlig parallelt med diodelaserens TE-modus for nevnte tredje og fjerde passeringer, hvorved det sikres at stråleeffektnivået er fortsatt relativt lavt når det når nevnte PCM, slik at effekten som tapes i konjugatortap kontrolleres. Det optiske systemet er polari-sasjonsfølsomt, og roterer strålens polarisasjon under overgang fra dens kilde til dens ultimative utgangsbane. Dette tillater strålen å bli avledet til nevnte PCM i en bane som er i et i alt vesentlig fellesplan med strålens endelige utgangsbane, hvorved systemet forenkles.

En meget utvidet grad av effektforsterkning oppnås ved å dele den opprinnelige strålen i en flerhet av delstråler, og hver av disse er dirigert til første og andre forsterkende passeringer gjennom respektive optiske forsterkere med en total oppstilling av toveis forsterkere. Delstrålen blir så fasekonjugert og returnert til deres respektive effektforsterkere for tredje og fjerde forsterkende passeringer. Til sist blir de forsterkede delstråler rekombinert til en aggregatutgangsstråle. Fasegittere blir fortrinnsvis anvendt til å oppdele den opprinnelige strålen i delstråler, og så rekombinere de forsterkede delstråler til en utgangsstråle. Bruken av en PCM på midtpunktet av den optiske banen er blitt funnet å resultere i en total resiprok systemoperasjon der delstrålen følger optisk symmetriske baner før og etter konjugering, hvorved det muliggjøres en effektiv rekombinering til en enkelt utgangsstråle.

Diodelaserstrukturer som anvendes til å forsterke delstrålene er anordnet i en todimensjonal oppstilling på en felles varmeavleder, hvilket muliggjør effektiv operasjon og lang levetid. Varmeavlederen består av et legeme av termoledende materiale fra hvilket en flerhet av generelt parallelle og innrettede hyller strekker seg, med diodelaserstrukturene fordelt langs hyllene i termoledende kontakt med disse. En kanal er fortrinnsvis tilveiebrakt innenfor varmeavlederlegemet for et kjølefluidum, hvilket akselererer tapet av varme fra de individuelle diodelaserstrukturer. Ettersom i alt vesentlig alle av delstrålene rettes gjennom respektive diodelaserforsterkere, med lite eller ingen av delstrålene tapt utenfor forsterkerne, er der ingen store intensitets variasjoner i utgangsstrålens nærfelt. Det fjerntliggende feltmønster har således den ønskede karakteristikk av en enkelt dominant lob som inneholder en stor andel av utgangseffekten .

Disse og andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil være åpenbare for fagfolk på basis av de vedlagte patentkrav, samt den etterfølgende detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelsesformer tatt sammen med de ledsagende tegninger, der: Fig. 1-3 er blokkskjemaer over relaterte fire-passerings fasekonjugerte optiske forsterkersystemer, som er beskrevet ovenfor, Fig. 4 er et blokkskjema over en foretrukket utførelsesform av det optiske forsterkningssystemet, ifølge den foreliggende oppfinnelse, for en enkelt stråle, med strålepolarisasjonen på forskjellige steder i systemet angitt langs toppen av figuren, Fig. 5 er et forenklet perspektivriss som viser en typisk diodelaserstruktur som kan anvendes som det forsterkende elementet ifølge den foreliggende oppfinnelse, Fig. 6 er et delvis bortkuttet perspektivriss som viser den interne struktur i diodelaseren som er vist i fig. 5, Fig. 7 er et forenklet blokkskjema som viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen der den opprinnelige strålen er oppdelt i delstråler, som individuelt forsterkes og så rekombineres til en aggregatutgangsstråle, Fig. 8 er et perspektivriss over de optiske elementer som anvendes til å oppdele en stråle i en oppstilling av delstråler for forsterkning, og å rekombinere delstrålene til en forsterket, enkelt-stråle utmatning, Fig. 9 er et bortkuttet perspektivriss som viser en del av varmeavlederlegemet som anvendes til å understøtte en linje av effektforsterkere, Fig. 10 er et bortkuttet perspektivriss som viser en større del av varmeavlederlegemet, innbefattende en kjølekanal, Fig. 11 er et bortkuttet snittriss som viser en alternativ konstruksjon av varmeavlederen, og Fig. 12 er et illustrerende diagram som indikerer virkemåten for den optiske anordning i fig. 11 på et antall delstråler etter en andre forsterkende passering.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen for for-sterkningen av en enkel stråle er vist i fig. 4. En hovedoscillator MO 40 frembringer en optisk stråle som skal forsterkes. "Optisk" anvendes i et vidt henseende og er ikke begrenset kun til den synlige del av det elektromagnetiske spektrum. MO 40 er fortrinnsvis en enkelt tverrmodus, enkelt frekvens diodelaser med en diffraksjonsbegrenset utgangsstråle. Hitachi Corp. HLP 1400 AlGaAs-diodelaseren som opererer på 15 mW cw utmatning er en passende kilde. Alterna-tivt kunne MO-funksjonen tilveiebringes av utmatningen fra et tidligere stråleforsterkningstrinn. MO utsender en horisontalt polarisert laserstråle, som angitt av den horisontale polarisasjonsvektor-pilen 42 i "passering l"-linjen på toppen av fig. 4. I dette diagram er polarisasjonsvektoren vist slik de ville bli målt av en observatør hvis øyne er i sidens plan og plassert ved MO 40 seende ned langs strålen mot den optiske effektforsterkeren 62. Polarisasjonsvektor 42 er således plassert i sidens plan og perpendikulært på stråle-forplantningsretningen.

Strålen sendes gjennom en første strålesplitter (PBS) 44. Dette er en konvensjonell anordning, som enten avbøyer eller sender strålen uforstyrret, avhengig av strålens polarisasjon. En passende polariserende strålesplitter produseres av CVI Laser Corp. under delnummer PBS 5-82. PBS 44 er orientert slik at den sender strålen fra MO 40 uten noen defleksjon. Polarisasjonen av strålen som sendes fra PBS 44 er fortsatt horisontal, som angitt med polarisasjonsvektoren 46. Strålen blir dernest rettet gjennom en 45° Faraday-rotator 48, som roterer sin polarisasjon 45° relativt vinkelen som er angitt med vektor 50, og så gjennom en halvbølgeplate 52 som roterer polarisasjonen tilbake til horisontalen, som angitt med vektor 54. Halvbølgeplate 52 har en akse 22,5° ute av det horisontale planet. Selv om nettoeffekten av Faraday-rotatoren 48 og halvbølgeplaten 52 er å la strålen bevege seg fra venstre mot høyre med dens opprinnelige horisontale polarisasjon, er nettoeffekten på en horisontalt polarisert stråle som beveger seg fra høyre mot venstre å rotere dens polarisasjon 90° til vertikal. Dette er fordi Faraday-rotatoren 48 er en ikke-resiprok anordning som roterer strålens polarisasjon i den samme vinkelretning uansett strålens retning, mens halvbølgeplaten 52 er en resiprok anordning som reverserer retningen av den vinkelmessige polarisasjonsrotasjon når strålens retning reverseres. Disse karakteristika anvendes til å sette PBS 44 i stand til å sende en inngangsstråle uforstyrret, men å avbøye en kontra-rettet utgangsstråle ut av systemet. Dessuten tillater bruken av en halvbølgeplate de resterende systemelementer å bli holdt i, i alt vesentlig, et enkelt plan, i stedet for fordelt i tre dimensjoner, og forenkler således systemet.

Halvbølgeplaten 52 fører strålen videre til en andre polariserende strålesplitter 56, som er orientert til å sende strålen gjennom en andre 45° Faraday-rotator 58 og andre halvbølgeplate 60 til en optisk effektforsterker 62. PBS 56 påvirker ikke strålens polarisasjon, som angitt med polarisasjonsvektor 64. Faraday-rotator 58 roterer strålepolarisasjonen 45°, som angitt med vektor 66, mens halvbølgeplate 60 har en akse som er vippet 22,5° fra vertikalen, og roterer strålepolarisasjonen til vertikal vektor 68.

Selv om effektforsterker 62 kunne realiseres med de forskjellige anordninger som ér omtalt ovenfor, blir den fortrinnsvis dannet av en vanlig type av diodelaserstruktur. I stedet for å tilveiebringe de vanlige speil ved motsatte ender av laserstrukturen, blir et meget reflekterende belegg 70 dannet på den fjerntliggende enden av effektforsterkeren fra det resterende av det optiske systemet, mens et anti-refleksjonsbelegg 72 er tilveiebrakt på frontfasetten. Denne konfigurasjon hindrer laseroperasjonsaksjon, og sikrer at anordningen fungerer som en forsterker. Forsterkeren vil typisk drives med noen få volt DC og en strøm i størrelsesorden av 1 ampere.

Den vertikalt polariserte stråle foretar en første passering gjennom forsterkeren 62, reflekteres vekk fra det bakre belegget 70, og foretar umiddelbart en andre passering gjennom forsterkeren i den motsatte retning, hvorved det oppnås en forsterkning ved hver passering. Forsterkeren 62 er fortrinnsvis en stor, optisk hulromsstruktur, som er en konvensjonell diodelaser med to ekstra lag på hver side av den aktive regionen for å tillate bedre kopling av lys inn i forsterkeren.

Strålen som kommer - ut fra forsterkeren etter den andre forsterkningspassering er vertikalt polarisert, som angitt med vektor 74. Når halvbølgeplaten 60 igjen måles, roteres polarisasjonen 45° som angitt med vektor 66, mens Faraday-rotatoren 58 roterer polarisasjonen tilbake til vertikalen som angitt med vektor 78. Med denne polarisasjon, avbøyer PBS 56 strålen ut av dens opprinnelige bane og gjennom en fokuseringslinse 80 til et fasekonjugert speil 82. PCM 82 er fortrinnsvis en selvpumpet innretning. Andre typer, slik som to-bølge eller fire-bølge PCM'er kunne også anvendes, men ville bidra til betydelig kompleksitet hos systemet. Optiske fibre kunne anvendes for nevnte PCM, liksom en kubus av BaTiOsanordnet i en selvpumpet ringkonfigurasjon tilsvarende den som er omtalt i M. Cronin-Golomb, K.Y. Lau og A. Yariv, Applied Physics Letters 47., 1985, s. 567, eller en kubus av BaTi03anordnet til å være internt selvpumpet tilsvarende det som er omtalt i J. Feinberg, Optics Letters 7, 1982, s. 486.

PCM 82 konjugerer strålen og reflekterer den tilbake inn i systemet, idet strålen avbøyes vekk fra PBS 56 og går videre i en tredje passering gjennom Faraday-rotator 58, halvbølge-plate 60 og effektforsterker 62. Den vertikalt polariserte strålen som reflekteres av PCM 82 blir progressivt rotert til en horisontal polarisasjon forut for å gå inn forsterker 62, som angitt ved polarisasjonsvektorer 84, 86 og 88. Den horisontalt polariserte strålen foretar så tredje og fjerde passeringer gjennom effektforsterkeren. Dens polarisasjon opprettholdes horisontal når den går videre tilbake gjennom halvbølgeplate 60 og Faraday-rotator 58 etter dens fjerde forsterkende passering, som angitt med polarisasjonsvektorer90, 92 og 94. Dens horisontale polarisasjon tillater den å passere gjennom PBS 56 uavbøyd. Polarisasjonen roteres vertikal av den første halvbølgeplaten 52 og Faraday-rotatoren 48, som angitt av polarisasjonsvektorer 96, 98 og 100. Den første PBS 44 reagerer på strålens vertikale polarisasjon til å avbøye den ut av systemet som en utgangsstråle 102.

I fig. 4 er diodeovergangen for effektforsterkeren 62 i sidens plan. Passeringer 1 og 2, i hvilke strålepolarisasjonen er vertikal, genererer derfor TM-modi med lavere forsterkning, mens i passeringene 3 og 4 er den horisontalt polariserte strålen parallell med diodeovergangen, og frembringer derfor TE-modi med høyere forsterkning. Ettersom en større del av stråleeffekten befinner seg i den aktive laserregion for nevnte TE-modus enn for TM-modusen, er den effektive laserkoeffisient høyere ved passeringene 3 og 4. Denne effekt, kombinert med den større stråleintensiteten som er tilstede ved starten av passeringen 3 sammenlignet med den som er tilstede ved starten av passering 1, tillater det meste av den forsterkende effekten å bli ekstrahert på nevnte tredje og fjerde forsterkende passeringer, etter konjugering. Utførelse av konjugeringen etter den andre passeringen, når stråleeffekten er fortsatt relativt lav, er blitt funnet å minimalisere effekten som tapes i konjugatortap, hvorved totaleffektekstrahering fra systemet maksimaliseres.

Fig. 5 illustrerer det eksterne trekk ved en typisk diodelaserstruktur som kan anvendes for effektforsterkeren. En optisk kanal er dannet om en overgang 102 mellom motsatt dopede blokker av halvledermateriale, slik som hhv. p- og n-dopet GaAs 104, 106. Det totale laserlegemet er dannet på et substrat 107 som avleder varme. En DC-spenning tilføres anordningen gjennom en ledertråd 108 som er forbundet med et metallkontaktlag 110 på toppen av strukturen, idet undersiden av strukturen er jordet gjennom substrat 107.

En typisk innvendig struktur for diodelaser-effektforsterkeren er vist i fig. 6, som anvender en stripe-geometristruktur. Det aktive laget 112 er innleiret mellom to lag 114 av høyere båndgapmateriale som begrenser strålen. En sinkhud-dif fusjon 116 strekker seg i en stripe over den aktive regionen som er mellom de doble heterostrukturlag 114, mens et isolerende oksidlag 118 strekker seg sideveis fra hver kant av sinkdiffusjonen. En stripekontakt 120 er dannet over sinkdiffusjonen for å gi adgang for en ekstern elektrisk forbindelse.

Det optiske forsterkningssystemet som er beskrevet så langt gir mer effektiv forsterkning for en enkelt stråle enn hva som er blitt oppnådd med relaterte systemer. Denne forsterkning kan i stor grad økes, dog med multistrålesystemet som er vist i fig. 7. Mange av elementene i dette system er de samme som enkeltstrålesystemet i fig. 4 og er angitt med de samme henvisningstallene. Den grunnleggende forskjell er at i stedet for å forsterke den opprinnelige strålen som et hele, oppdeles strålen i et stort antall av delstråler. Delstrålene blir hver forsterket individuelt og så rekombinert til en aggregatutgangsstråle på en unik måte som innretter strålene i fase, kolineært og innrettet med hverandre, til tross for forskjeller i delstrålebanelengden og optisk behandling.

Denne flerstråleløsning overvinner effektbegrensninger som er naturlige i nåværende enkeltdiodelasere, hvilke er ganske små med overgangstykkelser i størrelsesorden av en mikron, og dimensjoner i overgangsplanet på høyst et hundretalls av mikron. Det er vanskelig i betydelig grad å øke størrelsen av disse anordninger pga. de termiske tapsproblemer.

Flerstrålesystemet i fig. 7 er i alt vesentlig identisk med enkeltstrålesystemet i fig. 4 fra MO 40 til den andre PBS 56. En laveffekts, enkeltfrekvens diffraksjonsbegrenset stråle fra MO 40 sendes gjennom PBS 56 til et par av kryssede-binære fasegittere 122, som oppdeler strålen i N x M matrise av delstråler 124. Delstrålene er rettet parallelt med hverandre ved hjelp av en linse 126, og behandles gjennom en andre Faraday-rotator 58 og en andre halvbølgeplate 60 (den nedre del av fig. 7 forbi Faraday-rotator 58 er vist i det samme plan som den øvre del av fig. 7 for forenkling av tegningen, men faktisk vil den bli rotert med den mengde av rotasjon som gis av Faraday-rotator 58). En annen linse 128 bevirker så delstrålene til å divergere vekk fra hverandre, hvilket utvider dimensjonene av den totale delstråleoppstilling. Når en passende oppstillingsstørrelse nås, omdirigerer linse 130 delstrålene parallelt med hverandre igjen. De individuelle delstråler 124 blir så fokusert av respektive linser 132 på en oppstilling av diodelaser-effektforsterkere 134, som er montert på respektive hyller 136 på en felles varmeavleder-ryggplate 138. En separat effektforsterker 134 er tilveiebrakt for hver delstråle, og er i alt vesentlig lik effektforsterkeren 62 i enkeltstrålesystemet i fig. 4. For å vise de individuelle hyller i effektforsterkeroppstillingen, er "bunndelen i fig. 7 blitt dreiet 90° relativt toppdelen.

Hver av delstrålene utfører en dobbelt forsterkende passering gjennom dens respektive effektforsterker, og beveger seg så tilbake gjennom det optiske systemet til PBS 56, hvor de avledes til PCM 82. Etter konjugering, bringes delstrålene tilbake gjennom den optiske systemet tilbake til deres respektive effektforsterkere for tredje og fjerde forsterkende passeringer. De foretar så en endelig gjennomgang gjennom det optiske systemet, og kombineres ved hjelp av fasegittere 122 til en enkelt utgangsstråle. Denne stråle avbøyes ut av systemet av nevnte første PBS 44, idet de forskjellige optiske elementer innenfor systemet roterer polarisasjonene for de individuelle delstråler på den samme måte som enkeltstrålen i systemet ifølge fig. 4.

Med det beskrevne systemet blir hver av effektforsterkerne 134 undersøkt av en separat delstråle, med lite eller intet av stråleeffekten tapt i rommet mellom forsterkere. Antar man at forsterkerne i seg selv er like, vil der følgelig ikke bli noen store intensitetsvariasjoner i nærfeltet av utgangsstrålen. Det fjerntliggende feltmønster vil således bestå av en enkelt dominant lob som inneholder en stor andel av utgangseffekten. Derfor, til tross for det faktum at en uttynnet oppstilling av forsterkere anvendes, vil det fjerntliggende feltet ikke ha den karakteristiske multi-lobutmatning for en typisk uttynnet oppstilling. En hoved-problem med anvendelse av diodelaserforsterkere i to-dimen-sjonale oppstillinger er således blitt løst.

På grunn av fasekonjugeringen som opptrer på det optiske midtpunkt mellom nevnte første/andre og tredje/fjerde forsterkende passeringer, er den optiske behandling av delstrålen i alt vesentlig symmetrisk forut for og etter nevnte PCM. Således vil det bli kompensert for forskjeller i de individuelle optiske banelengder for de forskjellige delstråler, og delstrålene vil være i alt vesentlig i fase med hverandre når de rekombineres til en utgangsstråle. Fasekonjugeringstrinnet korrigerer også for individuelle faseaberrasjoner innenfor de forskjellige effektforsterkere, ettersom disse aberrasjoner vil påføres delstrålene både før og etter konjugering, og derfor vil i alt vesentlig utligne hverandre.

Bruken av fasegittere i det optiske systemet er meget ønskelig. Vanlig optikk kunne anvendes, men systemytelse ville bli alvorlig degradert. Eksempelvis kunne strålesplittere anvendes i stedet for fasegittere for å splitte inngangsstrålen til forskjellige delstråler. Imidlertid ville systemet bli uhyre komplisert for store oppstillinger, og ville også gi meget store tap pga. det store antallet av strålesplittere som er nødvendig. Dette ville resultere i dårlig effektekstrahering, og lav elektrisk-til-optisk virkningsgrad. En enkel to-linsestråleekspanderer kan anvendes i stedet for fasegitterne til å oversvømme for-sterkeroppstillingen med en enkelt stor stråle. Med et slikt system ville imidlertid, selv om lys fortsatt ville bli fokusert inn i forsterkerne, en vesentlig del gå tapt i dødregionen mellom forsterkerne. I tillegg, med en to-linsestråleekspanderer, ville utgangsstrålen ha 100 % intensitetsvariasjoner (bevirket av dødområdene mellom forsterkere) i nærfeltet. Dette vil frembringe et uttynnet oppstillingsfjernfeltmønster med et stort antall av sidelober, hvorved effekten i hovedloben reduseres.

Et forstørret riss av de kryssede fasegittere 122 og linse 126 er vist i fig. 8. Fasegitterne består av rygg-mot-rygg horisontalt gitter 140 og vertikalt gitter 142. Disse oppdeler inngangsstrålen til en divergerende oppstilling av delstråler 124, som avbøyes parallelt med hverandre ved hjelp av linse 126. Selv om kun 3x2 oppstilling av delstråler er vist, vil i ren praksis hundretalls eller tusentalls av delstråler bli anvendt. Konstruksjonen av kryssede fase gittere er kjent, og er beskrevet i eksempelvis J. Leger et al., "Coherent Beam Addition of GaAlAs Lasers by Binary Phase Gratings", Applied Phvsics Letters. Vol. 48, s. 888-90

(1986).

Tallrike andre variasjoner kunne foretas på det optiske systemet i fig. 7. Eksempelvis kunne linsene 130 og 132 erstattes med et enkelt holografisk element, eller linsen 130 kunne erstattes med et sett av prismer, ett for hver av delstrålene. Tallrike andre strukturelle variasjoner for å oppnå de samme optiske behandlingsfunksjoner kunne også forestilles.

Fig. 9 er et forstørret riss som viser en av hyllene 136 som understøtter en rad av effektforsterkere 134. Hver hylle og ryggplate 138 er dannet av termoledende materiale, som kan være metallisk. I den foretrukne utførelsesform har en AlGaAs-stang 144 effektforsterkerne 134 dannet på sin underside, og er festet til toppoverflaten av hyllen 136 med overgangssiden ned for kontinuerlig bølge (cw = continuous wave) -operasjon. Trådkontaktputer 146 er tilveiebrakt på den andre siden av stangen 144 for hver forsterker. Optisk effekt koples inn i hver forsterker gjennom den frontkløyvde fasett, som er anti-refleksjonsbelagt for å hindre laseroperasjon, mens den bakre kløyvde fasett som vender mot varmeavlederlegemet er dekket med et høy-reflekterende belegg.

Som vist i fig. 10 kan en vegg 148 tilveiebringes bak og atskilt fra varmeavlederlegemet 138 til å danne en kjølings-kanal derimellom, med et kjølende fluidum 150 flytende gjennom kanalen til å øke varmetaptakten fra de individuelle effektforsterkerne.

En annen konfigurasjon for varmeavlederlegemet er vist i fig. 11. I denne løsning er en serie av horisontale kanaler 152 kuttet inn fra baksiden av legemet tilpasset hyllene 134, hvilket "bringer kjølefluidumet i tettere nærhet til effekt-f orsterkerne.

Et av de unike aspekter ved den foreliggende oppfinnelse er måten som delstrålen 124 rekombineres tilbake til en enkelt utgangsstråle etter fire forsterkende passeringer. Virkemåten for fasegitterne 122 når delstrålene kommer tilbake fra den andre forsterkende passering er vist i fig. 12. Tre re-turnerende delstråler A, B og C er vist. Når behandlet gjennom fasegitterne 122, vil hver av delstrålene bli ytterligere oppdelt i respektive sett av under-delstråler A', B' og C'. Selv om underdelstrålene fra de forskjellige delstråler er vist atskilt i fig 12 for enkelhet skyld, vil de i praksis ha tendens til å overlappe i en viss grad.

Det kan forventes at ytterligere oppdelinger av under-delstrålene vil opptre når de sendes gjennom fasegitterne to ytterligere ganger i forbindelse med tredje og fjerde forsterkende passeringer. Pga. at de er blitt konjugert, vil imidlertid under-delstrålene bli funnet å komme ut fra fasegitterne 122 ved begynnelsen av den tredje passering langs de samme tre baner A, B og C fulgt av delstrålene etter den andre forsterkende passering. Så, etter at delstrålene er blitt forsterket en tredje og fjerde gang og igjen bringes tilbake til fasegitterne 122, observeres de til å rekombineres i en i alt vesentlig enkelt koherent utgangsstråle.

Den avkjølte ryggplatevarmeavlederen som anvendes i den foreliggende oppfinnelse gir god fjerning av varme fra for-sterkerelementene, hvorved det sikres effektiv operasjon og lang levetid. Denne type av varmeavledere er unik for den fire-passeringsoptiske konfigurasjon som er beskrevet her. Dersom et forsøk på å anvende denne type av varmeavleder med to-passerings diodelaser-forsterkersystemet som er omhandlet i Stephens et al. Applied Physics Letters-artikkelen som er nevnt ovenfor, i hvilken lys koples inn i og ut av begge for-sterkerfasetter, ville varmeavleder/diodeoppstillingen bli betydelig mer vanskelig å fremstille. Den avkjølte felles ryggplaten kunne ikke anvendes, ettersom dette rom ville bli opptatt av nevnte PCM i to-passeringssystemet. Hver forsterker ville følgelig måtte ha sin egen kjølingskanal. I tillegg ville hver forsterker kløyves slik at både dens front og bakre kanter nøyaktig var tilpasset kantene av hyllen. Dersom forsterkeren er for kort, vil strålen bli delvis utydeliggjort av varmeavlederen og ikke koplet på riktig måte inn i forsterkeren, mens dersom forsterkeren er for lang, vil der foreligge et overopphetingsproblem. Med det beskrevne fire-passeringssystem må kun frontkanten av forsterkeren bli tilpasset frontkanten av hyllen, som er langt lettere å realisere. Fire-passeringsløsningen tillater også forsterkerne å være halvparten så lange som det behøves i et to-passeringssystem mens der fortsatt tilveiebringes den samme forsterkning i effektekstrahering, hvilket igjen forbedrer varmefjerning.

Et nytt system og fremgangsmåte for i stor grad å forsterke graden av en optisk stråle er således blitt vist og beskrevet. Ettersom tallrike variasjoner og alternative utførelsesformer ville fremtre for fagfolk, er det tilsiktet at oppfinnelsen kun begrenses i form av de vedlagte patentkrav.

Claims (26)

1. Fire-passerings, fasekonjugert, optisk forsterkersystem, omfattende: en polarisert optisk strålekilde (40), en toveis optisk effektforsterker (62, 134) for en optisk stråle som utsendes fra den optiske strålekilden (40), og et fasekonjugert speil (PCM) (82), og optiske midler (44, 48, 52, 56, 58, 60, 70, 80, 122, 126, 128, 130, 132) for å dirigere en polarisert, optisk stråle fra strålekilden (40) i sekvens gjennom en første passering gjennom effektforsterkeren og tilbake i en retning som er motsatt den første passeringen gjennom en andre passering gjennom effektforsterkeren (62, 134) til nevnte fasekonjugerte speil (82) for derved å skape fasekonjugering, og gjennom en tredje passering gjennom effektforsterkeren og tilbake i en retning motsatt den tredje passering gjennom en fjerde passering gjennom effektforsterkeren (62, 134), karakterisert ved at nevnte optiske midler (44, 48, 52, 56, 58, 60, 70, 80, 122, 126, 128, 130, 132) omfatter polarisasjonsrotasjonsmiddel (48, 52, 58, 60) for å opprettholde strålens polarisasjon (68, 74, 88, 90) i alt vesentlig den samme under nevnte første og andre forsterkerpasseringer som roterer polarisasjonen av strålen og så opprettholder denne strålepolarisasjon i alt vesentlig den samme under nevnte tredje og fjerde forsterkerpasseringer.

2. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at strålekilden (40) omfatter en hovedoscillator (40).

3. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at den polariserte, optiske strålen dirigeres i en bane fra nevnte strålekilde (40) til nevnte effektforsterker (62, 134), og nevnte optiske midler (44, 48, 52, 56, 58, 60, 70, 80, 122, 126, 128, 130, 132) reflekterer strålen tilbake gjennom effektforsterkeren (62, 134) langs en del av nevnte bane etter nevnte første og tredje passeringer derigjennom, omdirigerer strålen fra nevnte bane etter den andre effektforsterkerpassering inn nevnte fasekonjugerte speil (82), omdirigerer strålen tilbake på nevnte bane etter behandling ved hjelp av nevnte fasekonjugerte speil (82) for nevnte tredje og fjerde effektforsterker-passeringer, og omdirigerer strålen fra nevnte bane langs en utgangsbane etter den fjerde passeringen.

4. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte optiske midler (44, 48, 52, 56, 58, 60, 70, 80, 122, 126, 128, 130, 132) omdirigerer strålen til nevnte fasekonjugerte speil (82), og til nevnte utgangsbane i et i alt vesentlig felles plan.

5. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte polariserte, optiske strålekilde (40) er en laser (40) og nevnte optiske midler (44, 48, 52, 56, 58, 60, 70, 80, 122, 126, 128, 130, 132) omfatter: en første polariserende strålesplitter (PBS) (44) som er plassert i strålekildens bane for å transmittere kildens stråle, men å avbøye en stråle som har en polarisasjon (100) som er normal på kildens stråle langs en utgangsbane, en andre polariserende strålesplitter (56) som er plassert i kildens strålebane nedstrøm fra nevnte første polariserende strålesplitter (44) til å transmittere kildens stråle, men å avbøye en stråle som har en polarisasjon (78) som er normal på kildens stråle ved stedet for nevnte andre polariserende strålesplitter (56), første polarisasjonsrotasjonsmiddel (48, 52) som er plassert mellom nevnte første (44) og andre (56) polariserende strålesplittere for å transmittere kildens stråle som mottas fra nevnte første polariserende strålesplitter (44) til den andre polariserende strålesplitteren (56) med en polarisasjon (54) som er egnet for transmisjon gjennom nevnte andre polariserende strålesplitter (56), og å transmittere en motsatt rettet stråle som mottas fra nevnte andre polariserende strålesplitter (56) til nevnte første polariserende strålesplitter (44) med en polarisasjon (100) som er egnet for avbøyning i nevnte første polariserende strålesplitter (44), idet nevnte fasekonjugerte speil (82) er plassert i av-bøyningsbanen for nevnte andre polariserende strålesplitter (56), en ef f ektf orsterker (62, 134) som er plassert i kildens strålebane nedstrøms fra nevnte andre polariserende strålesplitter (56), middel for å reflektere (70) en kildes stråle som er sendt i en første forsterkende passering gjennom laserens optiske forsterker (62, 134) tilbake gjennom laserens optiske forsterker (62, 134) i en andre forsterkende passering, og andre polarisasjons-rotasjonsmiddel (58, 60) plassert i kildestrålebanen mellom nevnte andre polariserende strålesplitter (56) og laserens optiske forsterker (62, 134) for å utføre en i alt vesentlig 90° polarisasjonsrotasjon mellom en stråle sendt til laserens optiske forsterker (62, 134) og den stråle som mottas tilbake fra laserens optiske forsterker (62, 134), hvorved laserstrålen som sendes gjennom nevnte andre polariserende strålesplitter (56) avbøyes av nevnte andre polariserende strålesplitter (56) til nevnte fasekonjugerte speil (82) etter den andre forsterkende passering, igjen avbøyes av nevnte andre polariserende strålesplitter (56) tilbake til laserens optiske forsterker (62, 134) for tredje og fjerde forsterkende passeringer derigjennom etter behandling ved hjelp av nevnte fasekonjugerte speil (82), og overføres ved hjelp av nevnte andre polariserende strålesplitter (56) gjennom det første polarisasjonsmidlet (48, 52) til den første polariserende strålesplitter (44) etter nevnte fjerde forsterkende passering, og idet nevnte første polarisasjonsrotasjonsmiddel (48, 52) sender den stråle som mottas fra nevnte andre polariserende strålesplitter (56) etter den fjerde forsterkende passering til den første polariserende strålesplitter (44) med en polarisasjon (100) som er egnet for avbøyning av strålen ved hjelp av nevnte første polariserende strålesplitter langs nevnte utgangsbane.

6. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 5, karakterisert ved at det nevnte første (48, 52) og andre (58, 60) polarisasjons-rotasjonsmiddel omfatter respektive kombinasjoner av en 45° Faraday rotator (48, 58) og en halv-bølgeplate (52, 60), idet nevnte kombinasjoner er orientert slik at avbøyningsbanene for nevnte første (44) og andre (56) polariserende strålesplitter er i alt vesentlig koplanare.

7. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 1 eller 5, karakterisert ved at nevnte optiske midler (56, 58, 60, 122, 126, 128, 130, 132) innbefatter: middel (122) for å dele en stråle fra nevnte kilde (40) i et flertall av delstråler (124) forut for den første passering gjennom effektforsterkeren, idet nevnte effektforsterker omfatter en oppstilling av effektforsterkere (134), der hver effektforsterker (134) tilsvarer og er plassert til å forsterke en delstråle (124), middel for å dirigere nevnte delstråle (124) i sekvens gjennom første og andre forsterkende passeringer gjennom respektive effektforsterkere (134) innenfor nevnte oppstilling, middel for å omdirigere nevnte delstråler (124) gjennom tredje og fjerde forsterkende passeringer gjennom deres respektive effektforsterker (134) etter første og andre passeringer, og middel for å rekombinere nevnte delstråler (124) til en i alt vesentlig felles, faseaggregat-utgangsstråle (102) etter nevnte fjerde forsterkende passering.

8. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 7, karakterisert ved at det stråledelende middel (122) er plassert mellom nevnte andre polariserende strålesplitter (56) og det andre polarisasjons-rotasjonsmiddel (58, 60).

9. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 7, karakterisert ved at det stråledelende middel (122) for deling av strålen fra strålekilden (40) i et flertall av delstråler (124) er et resiprokt stråledelingsmiddel for å dele en stråle fra nevnte kilde (40) i et flertall av polariserte delstråler (124), og for rekombinering av et motsatt rettet flertall av delstråler (124) til en enkelt stråle (102).

10. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 7 eller 9, karakterisert ved at effektforsterkerne (134) er montert i en i alt vesentlig todimensjonal oppstilling på en felles varmeavleder (136, 138).

11. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 10, karakterisert ved at nevnte varmeavleder (136, 138) omfatter et legeme (138) av varmeledende materiale med et flertall av generelt parallelle og innrettede hyller (136) som strekker seg derfra, idet nevnte effektforsterkere (134) er fordelt langs nevnte hyller (136) i varmeledende kontakt med disse.

12. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 11, karakterisert ved at det dessuten omfatter en kjølekanal (152) i nevnte varmeavlederlegeme (138) som fører et kjølefluidum (150) for å avlede varme fra nevnte effektforsterkere gjennom varmeavlederlegeme (138).

13. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 7 eller 9, karakterisert ved at nevnte omdirigerings-middel innbefatter nevnte fasekonjugerte speil (82) som er plassert til å retro-reflektere nevnte delstråler (124) mellom nevnte andre og tredje passeringer.

14. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 13, karakterisert ved at nevnte stråledelende middel (122) omfatter et par av kryssede fasegitre (140, 142 ) og der nevnte fasekonjugerte speil (82) i alt vesentlig kompenserer for forskjeller i fase og optiske banelengder mellom delstrålen (124) og orienterer delstrålens bølge-fronter slik at de kryssede fasegitre (140, 142) rekombinerer delstrålene til en enkelt utgangsstråle (102) etter nevnte fjerde forsterkende passering.

15 . Optisk forsterkersystem som angitt i krav 9, karakterisert ved at nevnte optiske midler (44, 48, 52, 56, 58, 60,70, 80, 122, 126, 128, 130, 132) dirigerer nevnte delstråler (124) gjennom nevnte resiproke stråledelingsmiddel (122) til nevnte fasekonjugerte speil (82) etter nevnte andre forsterkende passering og tilbake gjennom nevnte resiproke stråledelingsmiddel (122) fra nevnte fasekonjugerte speil (82) til nevnte effektforsterker (134) for nevnte tredje forsterkende passering, idet nevnte resiproke stråledelingsmiddel (122) er bølgefrontfølsom til å dele hver delstråle (124) i et respektivt del-flertall av delstråler under passering til nevnte fasekonjugerte speil (82) og å gjenvinne hver av nevnte del-flertall av delstråler tilbake til det opprinnelige antall av delstråler (124) etter fasekonjugering ved hjelp av nevnte fasekonjugerte speil (82).

16. Optisk forsterkersystem som angitt i kravene 1, 3, 5, 7 eller 9, karakterisert ved at nevnte optiske midler (44, 48, 52, 56, 58, 60, 70, 80, 122, 126, 128, 130, 132) innbefatter et reflekterende belegg (70) på én side av effektforsterkeren (62, 134) for å reflektere strålen fra den første til den andre og fra den tredje til den fjerde forsterkerkende passering, og et ikke-reflekterende belegg (72) på den motsatte siden av effektforsterkeren (62, 134) for å hindre laseroperasjon.

17. Optisk forsterkersystem som angitt i kravene 1, 3, 5, 7, 9 eller 16, karakterisert ved at nevnte optiske midler (44, 48, 52, 56, 58, 60, 70, 80, 122, 126, 130, 132) orienterer strålens polarisasjon (68, 74) i alt vesentlig parallelt med effektforsterkerens TM modus for nevnte første og andre passeringer, og i alt vesentlig parallelt (88, 90) med. ef fektf orsterkerens TE modus for nevnte tredje og fjerde passeringer.

18. Optisk forsterkersystem som angitt i krav 16, karakterisert ved at nevnte optiske midler (44, 48, 52, 56, 58, 60, 70, 80, 122, 126, 128, 130, 132) roterer strålepolarisasjonen (74, 88) i alt vesentlig 90° mellom nevnte andre og tredje forsterkende passeringer.

19. Optisk forsterkersystem som angitt i kravene 1, 3, 5, 10, 11, 12, 15, 16 eller 17, karakterisert ved at effektforsterkeren (62, 134) er diodelaserkonstruksjoner (62,

134 ).

20. Fremgangsmåte for å forsterke effekten i en polarisert laserstråle, omfattende å sende strålen i en første forsterkende passering gjennom en toveis optisk effektforsterker (62, 134), å dirigere strålen tilbake gjennom den optiske effektforsterkeren (62, 134) i en andre forsterkende passering i en retning som er motsatt den første forsterkende passering, å fasekonjugere strålen, og returnere den til den optiske effektforsterkeren (62, 134) i en tredje forsterkende passering i den samme retning som den første forsterkende passering, og å dirigere strålen tilbake gjennom den optiske effektforsterkeren (62, 134) i en fjerde forsterkende passering i den samme retningen som den andre forsterkende passeringen, karakterisert ved at strålens polarisasjonsorientering (68, 74) ved den andre forsterkende passeringen er i alt vesentlig lik den ved den første forsterkende passeringen, at strålen ved fasekonjugeringen får sin polarisasjonsorientering rotert, og at strålens plarisasjonsorientering (88, 90) ved den fjerde forsterkende passeringen er i alt vesentlig den samme som den ved den tredje forsterkende passeringen, og at strålen etter nevnte fjerde forsterkende passering dirigeres til en utgangsbane.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, karakterisert ved at strålen dirigeres tilbake gjennom effektforsterkeren (62, 134) for nevnte andre og fjerde forsterkende passeringer ved hjelp av et reflekterende belegg (70) på effektforsterkeren (62, 134).

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 21, karakterisert ved at strålepolarisasjonen (68, 74, 88, 90) roteres i alt vesentlig parallelt med effektforsterkerens TM modus for nevnte første og andre forsterkende passeringer, og i alt vesentlig parallelt med effektforsterkerens TE modus for nevnte tredje og fjerde forsterkende passeringer.

23. Fremgangsmåte som angitt i krav 22, karakterisert ved at strålepolarisasjonen (74, 88) roteres i alt vesentlig 90° mellom nevnte andre og tredje forsterkende passeringer.

24. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, karakterisert ved dessuten å omfatte trinnene: å dele strålen i et flertall av delstråler (124) forut for dens første passering gjennom effektforsterkeren (134), å iverksette nevnte første til og med fjerde forsterkende passeringer ved å sende hver av nevnte delstråler (124) gjennom respektiv effektforsterker (134), og å rekombinere nevnte delstråler (124) etter den fjerde forsterkende passering til en enkelt utgangsstråle (102).

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 24, karakterisert ved at hver av nevnte delstråler (124) dirigeres langs respektive baner mellom delingen av strålen i delstråler (124) og fasekonjugering derav, hvilke baner er i alt vesentlig de optisk resiproke av banene som følges av nevnte delstråler (124) mellom fasekonjugering og rekom-binasjon til nevnte utgangsstråle (102).

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, 21, 22 eller 24, karakterisert ved at effektforsterkeren (62, 134) omfatter en diodelaser konstruksjon (62, 134).