TWI335115B - Laser resistant to internal ir-induced damage - Google Patents

Laser resistant to internal ir-induced damage Download PDF

Info

Publication number
TWI335115B
TWI335115B TW093111613A TW93111613A TWI335115B TW I335115 B TWI335115 B TW I335115B TW 093111613 A TW093111613 A TW 093111613A TW 93111613 A TW93111613 A TW 93111613A TW I335115 B TWI335115 B TW I335115B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gain medium
laser
yttrium
radiation
diode
Prior art date
Application number
TW093111613A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200507390A (en
Inventor
Mark A Arbore
John F Black
William M Grossman
Original Assignee
Lightwave Electronics Corp
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 Lightwave Electronics Corp filed Critical Lightwave Electronics Corp
Publication of TW200507390A publication Critical patent/TW200507390A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI335115B publication Critical patent/TWI335115B/zh

Links

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
    • H01S3/14—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
    • 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
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • 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
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • 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
    • H01S3/117—Q-switching using intracavity acousto-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
    • H01S3/14—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
    • H01S3/1645—Solid materials characterised by a crystal matrix halide
    • 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
    • H01S3/1691—Solid materials characterised by additives / sensitisers / promoters as further dopants

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Description

1335115 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於雷射’更尤其關於製造對抗強烈內 部紅外線輻射之損壞的釔鋁石榴石（Y A G )雷射。 【先前技術】 固態雷射，譬如釔鋁石榴石（YAG )雷射會遭受到不 同模式的失敗。其中一模式的失敗是在延長使用的期間內 雷射之失效。雖然能夠對抗所有雷射，但是此失敗模式特 別能夠對抗長時期，譬如數百或數千小時或更多，連續使 用或幾近連續使用的雷射。例如，1 〇 〇 -1 〇 〇 0小時的使用 壽命意味著雷射可能需要定期維修，其係在一些應用中令 人滿意。就使用於製造環境的雷射而言，5 00 0-1 0,000小 時的使用壽命基本上令人滿意。有一些雷射應用需要甚至 更長的使用壽命。雖然在習知技術中，此一失敗模式的存 在是已知，但是它的性質會由於與雷射複雜特性有關的複 數個潛在問題而不淸楚與多變。有些這種問題的本質是機 械性的，有些則與光學元件的失效有關。因爲長期失效問 題的性質不淸楚，所以這是對該問題的解答。對該問題的 任何解答希望是可以簡單實施、低成本且不需要完整現存 雷射系統的再設計。 因此，在該技藝中’有需要一對抗長期失效的固態雷 射以及此一雷射的實施方法。 (2) (2)1335115 【發明內容'】 本發明實施例經由使用於共同摻雜以離子所得到媒介 物的二極體泵浦紅外線雷射之使用，而克服與先前技術有 關的缺點’該些離子使所得到的媒介能夠對抗離子化輻射 ’其中在得到的媒介內，內部紅外線的最高密度大於大約 O.OlGwatts/cm2 (十億瓦/平方公分）。 雖然爲了說明起見，以下詳細說明包含許多具體詳情 ’但是一般熟諳該技藝的任何人將理解到，以下詳情的許 多變化與更改是在本發明的範圍內。於是，以下所說明之 本發明示範性實施例是在提出申請之本發明的普遍性沒有 損失，且沒有任何限制於其上的情形下陳述》 在此所使用的詞彙： 冠詞或者* An 〃指的是下述文章之一個或更多 個項目的數量，除了以別的方式來明顯陳述以外。 腔室指的是兩個或更多反射表面所定義的一光學路徑 ，光可沿其往復或循環。貫穿該光學路徑的物體稱爲是在 該腔室內。 共同摻雜指的是以兩種或更多種摻雜劑來摻雜一增益 媒介，例如用於雷射化的一摻雜劑，以及一另外的摻雜劑 ，稱爲共同摻雜劑。 連續波長（CW)雷射：連續性，而不是以短爆發（ 如脈衝輻射）來射出輻射的雷射》 宇宙射線指的是r射線、高能量充電顆粒以及來自外 部空間的其他高能量輻射。 -6- (3) (3)1335115 二極體‘雷射指的是設計以使用激發放射來產生相干光 輸出的高輻射二極體。二極體雷射亦可同樣地視爲雷射二 極體或半導體雷射。 二極體栗浦雷射（Diode-Pumped Laser)指的是一具 有由二極體雷射所打入之增益介質（gain medium)的雷 射。 增益介質（Gain Medium)指的是如下所述關於雷射 的可雷射材料。 石榴石（Garnet )指的是特定等級的氧化物結晶體， 例如包括釔鋁石榴石（YAG )、釓鎵石榴石（GGG )、釓 钪鎵石榴石（GSGG )、釔航鎵石榴石（YSGG )以及類似 物。 包括（includes)、包括（including) ' 譬如（eg) 、譬如（such as)、例如（forexample)、等等（.etc.) 、以及類似物（and the like) '可能（may)、可（、an )、可（could )以及合倂特定目錄中之一項目或項目表 所使用的其它類似修飾語，其係意味著該目錄包含列出的 該項目或該些項目，但並沒有受限於那些項目。 紅外線輻射指的是電磁輻射，其特徵爲大約7〇〇奈米 (n m )以及大約5 0 0奈米之間的真空波長β 內部輻射指的是由於打算發生於那之製程結果或者此 些製程之預期或未預期結果，而引入或產生於腔室內的輻 射。除非打入增益介質，否則無法產生內部輻射。內部輻 射的實例包括雷射製程本身所產生的激發輻射，以及包含 -7 - (4) (4)1335115 激發輻射之‘一些頻率轉換過程所產生的輻射。 離子化輻射指的是紫外光' r輻射線、高能充電顆粒 與其它高能輻射。 雷射係爲受激輻射所導致的光波增強（light a m p 1 i f i c a t i ο n b y s t i m u 1 a t e d e m i s s i ο η 〇 f r a d i a t i ο η )的縮 略字。雷射係爲一充滿雷射化材料的腔室。這是任何材料 …結晶體、玻璃 '液體、染料或氣體…其中的原子能夠藉 由例如泵浦打入、光或者放電而激發到一亞穩狀態。隨著 原子掉落到基態，該一原子會放出光線，並且藉由激發放 射而放出光。隨著經過腔室的複數個循環行程，光線（在 此稱爲激發輻射）的密度會連續地增加。雷射可能使用一 光纖作爲增益材料地建立。纖維基本上是玻璃型態的材料 1雖然其係可能是結晶或者玻璃奈米晶體合成物。 光：如在此使用’項目、光〃一般指的是從紅外線經 由紫外線之頻率範圍的電磁輻射，其係大約對應從約1奈 米（10·9米）至約1〇〇微米的真空波長範圍。 鎖模雷射指的是藉由內部地控制各模式的相對相位以 選擇性地產生高峰能量的能量爆裂與短持續時間（例如， 微微秒（]0·12秒）的範圍）而起作用的雷射。 非線性效應指的是一種光學現象，其係基本上可僅僅 以幾乎單色的方向性光束（譬如那些僅僅由雷射產生）來 觀看。諧波的產生（例如，第二、第三與第四諧波的產生 )、光學參數的振盪、總頻率的產生'不同頻率的產生、 光學參數的放大以及激發的拉曼（Raman )效應皆爲實例 -8- (5) (5)1335115 非線性材料指的是具有應可產生非線性效果之光學輻 射的非零非線性介質的材料。非線性材料的實例包括鈮酸 鋰（LiNb〇3)、三硼酸鋰（LBO)、召硼酸鋇（BBO)、硼酸 鉋鋰（CLBO)、磷酸二氫鉀（KH2P04，簡稱KDP )晶體及 其同晶體、有典酸鋰晶體以及準相位匹配材料。 相位匹配指的是在使諸波間能量的協調性轉換有可能 之距離增加之多波非線性光學製程中所使用的技術。例如 ，當ki+k2 = k3時’三波製程稱爲相位匹配，在此ki是該 製程中所參與之第I波的波向量。例如在使頻率加倍時， 該製程會當基本與第二諧波相位速率匹配時最有效。 Q指的是共振器（腔）優點的數字，其係定義爲（2 π ) x(儲存在共振器中的平均能量）/(每週期消散的能 量）。光學共振器表面的反射率越高，吸收的虧損則越低 ，Q越高，而從希望模式損失的能量就越少。 Q-切換指的是迅速改變光學共振器之Q所使用的裝 置。 Q-切換雷射指的是一種在腔室中使用 Q·切換以避免 激發作用直到在激發媒介中得到高度倒轉（光學增益與能 量儲存）爲止的雷射。當該切換例如以聲光或電光調變器 或飽和的吸收劑來迅速增加腔室的Q時，會產生巨大的 脈衝。 準相位匹配（QPM )材料：在準相位匹配材料中，基 本與較高諧波輻射並不相位匹配，但是QPM則會刺激賠 (6) (6)1335115 償。在QP’M材料中，基本與較高諧波可具有相等的極性 ，其係經常改善效率。準相位匹配材料的實例包括週期性 極化鉅酸鋰、週期性極化鈮酸鋰（PPLN )或者週期性極 化磷酸氧鈦鉀（PPKTP )。 真空波長：電磁輻射的波長一般是波傳播媒介的函數 。該真空波長是假如輻射傳播經過真空的話，一特定頻率 將具有的波長電磁輻射，其係並且藉由真空的光速度除以 頻率來得到。 引言 一般而言，本發明的實施例會產生對抗二極體泵浦雷 射的傷害。發明人已經捲入在使用摻銨釔鋁石榴石（ Nd: YAG )當作增益媒介之雷射中此種失敗模式的系統硏 讀。特別是，該些硏讀已經集中於使用摻銨（Nd3+ )釔鋁 石榴石當作增益媒介之二極體泵浦雷射上。發明人相信， 他們的發明亦可應用在其他型態之以石榴石爲基礎的雷射 以及其他固態雷射。 二極體泵浦摻銨釔鋁石榴石雷射從一二極體雷射收到 例如約808nm，有時是880nm的泵浦光線。泵浦光線激 發在摻钕釔鋁石榴石增益介質1 0 6 4 - n m輻射線的放射。被 激發的1 064nm輻射線會以良好且界定淸楚的光束而來返 於鏡子之間。該雷射可以是-切換以產生短的密集脈衝。 該雷射的長期退化會因爲隨著時間之輸出功率的緩慢減少 而顯露。與增益媒介供應者的最先會議指出，該供應者不 -10- (7) (7)1335115 相信問題超源於增益媒介。不過，發明人對摻鉸釔鋁石榴 石增益媒介中長期退化的觀察揭露出了整體性增益媒介的 退化。再者，發明人揭露出對增益媒介的傷害幾乎全部侷 限於該光束路徑β發明人已經觀察到損壞量強烈地取決於 摻鈸釔鋁石榴石內1 〇64nm (紅外線）輻射線的強度。此 一種類的傷害被視爲色中心產生。色中心吸收摻鈸釔鋁石 榴石內的1 064-nm激發輻射線，從而減少輸出。發明人注 意到藉由將譬如宇宙射線之輻射線離子化所產生的密集轟 炸，其亦可造成色中心產生。將摻鉸釔鋁石榴石與鉻離子 (譬如Cr3+ )或者铈離子（譬如Ce3+ )互相摻雜，其係 已經使用於保護二極體泵浦雷射免於受到宇宙射線的實驗 中。例如，在美國光學學會（Optical Society of America )]994年增強型固態雷射期刊中，論文AQB2-1第209頁 (1994 年），T.S.RoseRL.Hutchenson 與 R.A.Field 所提 出的·^過渡金屬離子共同摻雜物所形成之摻銨釔鋁石榴石 的輻射硬化〃，其係指示出起因於r射線輻射之雷射性能 的退化係完成由於色中心形成所導致的1 〇64nm吸收。 Rose等人的出版品指出0.05%的鉻離子可測量性地改善 7射線電阻，但是1 %的鉻離子則更加有優勢。Rose等人 列出摻钕釔鋁石榴石之輻射硬化的替代性方法，其包括將 腔室設計成對1 〇64nm之光學損耗小變化不靈敏的特別方 式（例如，使用高輸出耦合、使用短摻钕釔鋁石榴石長度 )。不幸的，此相反內腔三倍雷射的設計限制，此處希望 使腔室低損耗，且對光學耗損的小改變高度敏感。該參考 -11 - (8) (8)1335115 同樣描述木起作用的一些共同摻雜劑。再者，在這些先前 技術實ιή中，增益媒介中紅外線輻射的強度實質小於發明 人已經在摻鈸釔鋁石榴石中觀察出長期退化者。 再者，M.Kh. Ashurov 等人在 SovPhys.Dokl 第 30 冊 第6號第490頁（1985年）所提出標題爲 ' 鉻離子對在 具有石榴石結構的晶體中色中心之形成的影響〃的文章 ，其係顯示出鉻離子的共同摻雜避免色中心的損壞發生於 暴露在r射線中的摻鈸釔鋁石榴石。此文章同樣顯示出鉻 離子在許多石榴石型態的結晶中（包括 GGG、GSGG、 Y S G G )具有類似的效果。同樣地，此論文陳述出铈的添 加係爲抗離子化輻射之材料的已知製造方法。 釔鋁石榴石與鉻離子（Cr3+)及钕離子（Nd3+)兩者 的摻雜，其係基本上爲了除了輻射硬化以外的因素而實施 。例如，卩.11〇1^，乂.\.211311笆50.\^.51]"\1〇1^與8{^831^〇1〇在 • Appl.Phys.^ 78冊第7號第4 6 5 9頁（1 995年）所提出 的文章，標題爲^釔鋁石榴石中鉻與銨離子之間的能量轉 換以及鉻的發冷光〃其係描述鉻離子（Cr3+ )、鈸離子（ Nd3+ ) '以及共同摻雜鉻離子（Cr3+ ) /銨離子（Nd3+ ) 釔鋁石榴石的吸收與放射特性，特別是從鉻離子至鉸離子 所增加的閃光輻射與能量轉換吸收。這是使用共同摻雜鉻 離子（Cr3+ ) /鈸離子（Nd3+ )釔鋁石榴石的傳統原因， 其係並且對輻射硬化一點也沒幫助。閃光泵浦輻射必須是 寬頻，其係並且基本上包含比二極體泵浦輻射更短波長的 明顯功率。 -12 - 1335115 Ο) N.S.K’ovaleva，A.O.Ivanov 與 E..Dubrovina 在 SovJQu’an.Elec.，第 11 冊第 1485 頁（西元 1981 年）所提 出的科學論文"輻射色中心的形成與在摻鈸釔鋁石榴石晶 體中生長缺陷之間的關係"，其係說明引入7射線之色中 心形成與在摻鈸釔鋁石榴石中晶體缺陷的密度之間的關係 。此論文同樣指出該色中心可藉由在攝氏500度退火達2 小時來移除。它同樣地描述出鉻離子的摻雜如何劇烈地減 少色中心在摻鈸釔鋁石榴石中的產生。 色中心產生同樣地是閃光泵浦雷射中的問題，在此該 問題視爲&變焦"。變焦相信是由兩光子的紫外線（UV )製程所引起。在先前技術中，閃光泵浦雷射已經藉由將 一濾光器放置於閃光與增益媒介間，而免於變焦。發明人 並不知道暗示出起因於變焦的色中心產生與起因於離子化 輻射的色中心產生在任何方面皆有關係的任何先前技術。 例如，K.Mori 在 Phys.StatSoU 第 42 冊第 375 頁（ 1977年）所提出的文章，標題”在釔鋁石榴石結晶中之 紫外光輻射所造成的短暫色中心〃，其係說明藉著紫外光 輻射而在釔鋁石榴石中所感應的〜知名〃色中心吸收的短 暫特性。 由 G.Zeidler在電氣與電子工程師協會 J.Quan.Elec. 第7冊第153頁（1 96 8年）所提出的早期科學論文，報 導著高度強烈紫外線與可見輻射之輻射所引起的摻銨釔鋁 石榴石效率的降低，尤其是小於500nm的波長。該問題 歸因於具吸引性的色中心產生。 -13- (10) (10)1335115 由M.‘6ass與A.E.Paladino在最近I 960年代所提出的 科學文章，標題爲”釔鎵石榴石與釔鋁石榴石中的色中心 "，其係說明與釔鋁石榴石之色中心有關的吸收光譜（高 峰靠近紫外線，寬尾延伸經過可見光，弱點則在紅外線） 。此論文同樣暗示出是紫外光造成色中心產生，而且它可 藉由將濾光器放置於閃光與釔鋁石榴石之間而來避免（或 者降低/減緩）。例如，美國專利申請案第4,03 9,9 7 0號說 明一種釔鋁石榴石雷射，其係包含一濾光器，以阻擋小於 5 0〇nm波長的光進入釔鋁石榴石結晶，以便得到性能之改 善。此外，V.Czarniewski在應用光學第10冊第6號第 1 460頁（1971年）所提出的科學論文，標題爲' 摻钕釔 鋁石榴石泵浦腔室的光譜濾光器〃 > 其係說明放置於閃光 與摻銨釔鋁石榴石桿棒之間光譜濾光器的使用，以吸收紫 外光並且使其免於傷害摻鈸釔鋁石榴石結晶。該資料指出 曝光到閃光輻射1 0分鐘可造成退化。 有些先前技術亦同樣地暗示出色中心產生與雜質有關 ，其傾向於暗示共同摻雜將無法解決問題。例如，由 Gerd Phillipps 與 Joachim Vater 在應用光學第 32 冊第 18 號第32】0頁（1 993年）提到的另一論文，標題爲'^由閃 光泵浦摻銨釔鋁石榴石雷射桿棒之穩定色中心所造成的 ]· 0 6 m吸收〃，其係評論關於摻鉸釔鋁石榴石之^變焦 〃的許多知識，再度指出藉由紫外線輻射所造成的變焦是 眾所皆知的。此論文同樣在穩定（長期）與不穩定（短壽 命）色中心之間識別出，指示出]Ορρηι程度的許多雜質 -14 - (11) (11)1335115 已經被暗指是色中心的原因，其係並且同樣地定量做可由 摻銨釔鋁石榴石之紫外線輻射所產生的]〇64nm吸收量。 該些資料顯示出一特定閃光泵浦情況的大約0.0 04 cm·1吸 收飽和度。此對應基本摻鈸釔鋁石榴石雷射中之非常大約 1 %循環行程的損耗。此論文試著量化紫外線輻射之穩定 與不穩定色中心兩者產生情形（a )與紫外線輻射之不穩 定色中心消滅情形（b )的相對重要性。 所有的先前技術暗示出這是短波長輻射，例如紫外線 ，或者離子化輻射，例如r射線等等，其係造成色中心產 生之增益媒介的退化。沒有有關於變焦的任何參考暗示出 共同摻雜以鉻離子或鈽離子將解決變焦問題。釔鋁石榴石 雷射中之內部紅外線輻射的波長比較長，因此比較沒有能 量。爲了此原因，紅外線輻射一般不視爲離子化輻射》再 者，將鉻離子與釔鋁石榴石摻雜已知可造成紅外線輻射的 強烈吸收，其係將使紅外線雷射的目的失敗。由於擔心引 進未預期的鉻離子（Cr4+ )，發明人本身不甘願試著將鉻 離子與摻銨釔鋁石榴石共同摻雜。 問題之解答 發明人發現由於內部l〇64nm輻射所產生色中心而造 成的損壞量，其係強烈地取決於摻銨釔鋁石榴石內 1 064nm (紅外線）輻射的強度，摻鈸釔鋁石榴石長期退 化的來源以及此問題的解決辦法則假定會因而產生。 (])具有相當低耗損的腔室可具有高平均循環功率 -15- (12) (12)1335115 ，例如數百瓦特。在低耗損腔室的一實例中，除了使用低 非線性三硼酸鋰晶體的非線性光學轉換到第二與第三諧波 波長以外，並沒有任何有意的輸出耦合。 (2 )假如將雷射Q切換的話，內腔最高功率則會進 —步增加。例如50nsec脈衝相隔50微秒（20千赫兹）— 其係造成最局功率與平均功率之間1000:1的增加—藉由 造成數百千瓦的內腔最高功率。 (3)雷射模組會緊緊地距焦（<<ι平方公驚）在 摻錢紀銘石揺石內’其係導致大約每平方公分〇.〇1_ ]Gwatt的最高紅外線密度。 (4 )發明人推論這些高紅外線強度能夠導致從釔鋁 石榴石價帶至釔鋁石榴石傳導帶之低但非零的多光子（可 能6或7個光子）吸收率。 (5)發0月人進一步推論所吸收的光（因此，釋出的 電子/電洞）等同於（就釔鋁石榴石而言）更簡單吸收的 紫外線。因此，所吸收紫外線可造成的任何型態晶體損壞 ("變焦〃）’其係將同樣地由多光子吸收紅外線所導致 〇 (6 )發明人推斷摻钕釔鋁石榴石因此由高強度的紅 外線所"變焦〃，儘管該紅外線會因爲紅外線多光子吸收 的低可能性而非常慢。這種情形會產生呈現出少量 】〇64nm (線性）吸收的色中心。 (7 )對在無需調整而必須操作數千小時之低耗損腔 室內的長摻钕釔鋁石榴石條桿（或者平板）而言，此 -16- (13) (13)1335115 1 Ο 6 4 n m而量値小的吸收則更重要。 (8 )在釔銘石樞石中的相似或等同色中心係同樣地 由r射線輻射所造成。該些類似性是（^ )兩者均由輻射 所感應’以及（b )兩者均具有相同的吸收光譜一峰値靠 近紫外線，長尾則延伸到紅外線。 (9)文獻中顯示出鉻離子或铈離子的共同摻雜能有 效地減少r射線輻射纟乙銘石權石的色中心、產生。 (1 〇 )鉻離子（c r3 + )共同摻雜眾所皆知地並不明顯 地影響摻鈸釔鋁石榴石晶體的背景損耗。 因此，發明人推論鉻離子或铈離子共同摻雜會有效地 減少起因於高強度（例如每平方公分0.0】十億瓦特（ G w a 11 / c m2 ))內部輻射之釔鋁石榴石的多紅外線光子吸 收引發的退化。 對照之下’ Rose等人指出他們測量受強度達到 900MW/cm2雷射損壞之摻鈸釔鋁石榴石的1 .06 // m吸收 係數。不過’他們並沒有以歷經這些強度的摻钕釔鋁石榴 石來建立雷射β他們正尋找非線性的吸收（亦即多光子吸 收或飽和吸收，其係產生取決於強度的吸收），但甚至在 已經輻射且具有色中心吸收位置的方面上，也都沒有任何 發現。從它們的實驗結果，Rose等人將已經斷定出].06 /zm的多光子吸收並不會發生。再者，Rose等人並沒有 以受到範圍是每平方公分〇.〇] Gwatt與以上之紅外線強度 的摻鉻钕釔鋁石榴石增益媒介來說明（可能是建立）一雷 射。 -17 - (14) (14)1335115 實驗 藉由以摻雜鉻離子的釔鋁石榴石雷射來實驗，發明人 發現出鉻離子或鈽離子共同摻雜事實上有效地減少起因於 高強度（例如每平方公分0.0 ] ( Gwatt/cm2 )與以上）內 部輻射之釔鋁石榴石的多紅外線光子吸收引發的退化。首 先，摻銨釔鋁石榴石晶體的1 0 6 4 n m吸收是在曝光到 ]00MW/cm2強度，在腔內產生1 〇64nm脈衝的光給一雷射 之前與之後測出。在曝光之前，摻鈸釔鋁石榴石吸收 3 5 p p m / c m。在曝光到大約1 0 1 1脈衝的雷射操作以後，摻 钕釔鋁石榴石在存在紅外線光束的晶體區域中吸收 600ppm/cm ° 第二實驗將沒有曝光之摻鈸釔鋁石榴石與摻鉻鈸釔鋁 石榴石的1 06 4 nm吸收情形進行比較。之前，摻鈸釔鋁石 榴石吸收35ppm/cm，而摻鉻鈦釔鋁石榴石則吸收I 〇〇 ppm/c m。更高的吸收情形一般通常會激發在雷射設計技 藝中的實施者避免使用共同摻雜鉻鉸的釔鋁石榴石，尤其 是在低耗損、低雜訊的腔內頻率轉換雷射。 爲了證明起見，儘管最初的吸收係數增加，但摻鉻銨 釔鋁石榴石卻仍將在雷射內的擴大操作以後勝過正常的摻 鈸釔鋁石榴石，而兩線性相等的雷射則會予以建立一僅僅 不同的是，一者含有鉻作爲一共同摻雜劑，而另一者則沒 有。摻鉻銨釔鋁石榴石係說明如下： 同樣地將一腔內三倍側邊激發的摻鉻鈸釔鋁石榴石條 -18- (15) (15)1335115 桿雷射建立，以證明抗內部產生幅射的性質β釔鋁石榴石 摻雜以]%的钕（基本上用於摻鈸釔鋁石榴石）以及0.5 %的鉻（習知數量）。該條桿的兩端拋光成Brewster角 表面，藉此確保極化的輸出並將反射性損耗最小化（參見 美國專利5,8 6 7,3 24號與5,774,4 8 8號，其係說明此幾何 結構，且在此以引用的方式倂入文內）。該條桿係予以側 邊激發，其係使用三種8 08nm的二極體雷射，其均以大 約25瓦特的功率來操作。該腔室包含一用於主動式Q切 換的聲光調節器，兩個三硼酸鋰（LBO，lithium triborate )晶體，一用來在三硼酸鋰晶體內產生小點的聚焦鏡，以 及一對末端鏡。一種三砸酸鋰晶體的結構（藉由選擇方位 與極性）是用於二階諧頻產生（SHG) ( 1064nm+1064nm =5 3 2nm )，然而另一種的結構則用於三階諧頻產生（ THG) (]〇64nm +532nm= 355nm)。三階諧頻產生的晶 體具有一未塗層、分散性、Brewster角度的輸出面。（見 美國專利申請案5,8 5 0,407號，其係在此以引用的方式倂 入本文）最接近二階諧頻產生晶體的末端鏡係反射用於 ]064nm與5 3 2nm兩波長。 該腔室是一駐波腔室，故各光學元件係每循環來回兩 次°這會使來自雷射介質的未飽和增益加倍、Q切換的拖 延加倍’且使配置用於二階諧頻產生之三硼酸鋰晶體的有 效長度加倍。三階諧頻產生晶體並沒有受到有效的長度加 倍，因爲當]OHnm與532nm兩種光存在時，它僅僅產生 355 n m的光〇 -19- (16) (16)1335115 該雷射係對準以產生最高的可能平均紫外線功率，而 卻能同時地維持一高光束特性。此種對準情況對應最小的 全部耗損、最理想的相位匹配等等。該雷射性能（紫外線 平均功率、脈衝寬度等等）係在該雷射操作於任何明顯時 期之前測量。爲了觀察起因於多光子紅外線吸收的迅速退 化’該雷射係以腔室內大約200MW/cm2的循環最高紅外 線功率來操作。該雷射性能的特徵會在大約1 〇 1 G脈衝的 雷射操作後重複。 第二雷射（等於第一，除了它缺乏鉻共同摻雜劑）是 在相等的情況下建立、操作與特徵化。這些實驗結果係總 結於以下的表格： 雷’射增益 材料 最初紫外線 脈衝能量 (微焦耳） 最初紫外線 脈衝寬度 (奈米秒） 最後紫外線 脈衝能量 (微焦耳） 最後紫外線 脈衝寬度 (奈米秒） 摻鈸釔鋁 石榴石 (1%) 79 1 58 53 140 摻鉻钕隹乙 鋁石榴石 (0.5%/!%) 7 3 145 73 1 46 要注意的是’雷射使用損耗33%紫外線脈衝能以及縮 短】2 %脈衝寬度的慘錢纪銘石樞石來建立。兩種改變皆是 -20- (18) (18)1335115 徑）、反射性與間隔而配置，以致使腔室】〇】是能夠支撐 基礎頻率ω輻射的共振器。雖然將具有兩反射表面的線性 腔室1 0 1描述於圖】中，但是那些熟諳該技藝者將能夠想 出其它腔室’例如具有穩定、不穩定、3鏡子、4鏡子Ζ 型、5鏡子w型、具有更多腳的腔室 '環形或者bowtie 結構但爲數不多的可能實例。 增益媒介1 0 2較佳地是一固態材料，譬如結晶材料或 者玻璃。增益媒介102可具有大約1mm與200mm之間的 長度’假如它本質上是結晶或者大塊玻璃的話。假如增益 材料是纖維的話，它基本上會非常長，從約〇. 1米至數百 米。較佳的結晶材料包括氧化物與氟化物晶體，譬如釔鋰 氟化物（YLF )。氧化物晶體包括鋁酸釔（ΥΑ1〇3 )、釩 酸釔（YV 04 )以及石榴石。合適的石榴石包括釔鋁石榴 石（YAG )、釓鎵石榴石（GGG )、釓銃鎵石榴石（ GSGG )與釔銃鎵石榴石（YSGG )。較佳的石榴石是釔鋁 石榴石，其係可摻雜以不同離子。較佳摻雜的釔鋁石榴石 晶體包括摻錶鈥釔鋁石榴石、摻鏡釔鋁石榴石、摻餌釔鋁 石榴石以及摻鈸釔鋁石榴石、摻銨釩酸釔與摻鈸鋁酸釔》 包含合適共同摻雜離子的增益媒介可藉由隨著晶體生長將 共同摻雜劑引入熔化物所製造。這經常使用已知的 Czochralski生長方法來實施。 增益媒介更佳的是摻雜以鈸摻雜離子107的釔鋁石榴 石（Nd3 + :YAG)且該共同摻雜離子108較佳的是鉻離子 或铈離子。如上述，鉻離子使摻鈸釔鋁石榴石抗離子化輻 -22- (19) (19)1335115 射，且如上述，同樣地使其抗高強度內部紅外線輻射。或 者，铈離子可替代鉻離子地使用。钕摻雜程度可以是在大 約0.05%與約1.5%之間，基本上約0.5%至約1%。鉻共同 摻雜程度可以是在約〇 . 〇] %與約5 %之間，例如是在約 0.5%與約]%之間。發明人的實驗已經指出〇.5%的鉻離子 會造成巨大的進步。因此，鉻離子的更佳濃度是在約 0.5%至約1%。不過’低於0.05 %以下的鉻離子濃度將希 望提供一些好處’其係可適用於某些應用。例如，0.0] % 或更多的鉻（Cr3 + )濃度希望會提供有關抗內部紅外線輻 射的一些好處。 藉由實例’增益媒介1 (12可能是具有1 %銨摻雜程度 與0.5%絡摻雜程度的摻銥釔鋁石榴石Brewster條桿。當 共同摻雜以鉻時，希望可避免將吸收紅外線的鉻離子引進 入增益媒介1Q2。摻鈸釔鋁石榴石會產生真空波長尤其是 約964nm、約]〇64nm'約】319nm的激發性放射。其它合 適的增益媒介包括那些上述者，其係可能是不同形狀與尺 寸並且具有更高或更低的共同摻雜度。摻鉻鈸釔鋁石榴石 與其它增益材料可商業性例如地從Scientific Materials
Corporation of B〇zeman，M〇ntana 得到。 增益媒介102可能具有基礎輻射]03會通過的兩末端 表面。如圖]所示，增益媒介]〇2的末端表面可能垂直（ 正交）或接近垂直基礎輻射]03的傳播方向。或者，末端 表面的位置可能與基礎輻射1〇3成Brewster角βΒ，以致 使基礎輻射1 03相關於末端表面成ρ型極性，亦即在基礎 -23- (20) (20)1335115 輻射〗〇3的入射面上極化《或者，末端表面可能以一些其 它角來拋光。 增益媒介102可能藉由泵浦能量112的外部來源110 而予以激發（例如末端激發或側邊激發）。泵浦能量1 ] 2 與增益媒介102之間的互動會產生輻射103。就本身而論 ，轄射]03至少最初是內部輻射。栗浦能量112呈引進經 過增益媒介102的一或更多側以及/或末端的輻射形式。 在較佳實施例中，外部來源110係爲一二極體雷射，在該 情形中，雷射100將是二極體泵浦雷射。泵浦輻射1]2的 真空波長範圍從約650nm至1 5 50nm。就摻钕釔鋁石榴石 而言，泵浦輻射的真空波長基本上約 8 08nm或者約 8 8 0 n m 〇 雷射1 00可能隨意地包括一促進高強度輻射脈衝（例 如，Q切換、鎖模器、被動性飽和吸收器、增益控制裝置 或其某些組合）產生的脈衝機制1 1 4。在特定的實施例中 ，脈衝機制是一 Q切換。Q切換可能是一主動Q切換（ 例如使用電光或聲光調制器），或者一被動Q切換（例 如，使用一飽和吸收器）。 此一脈衝機制的使用可提供輻射103的非常高峰強度 ，其係可造成上述色中心產生的型態。在較佳實施例中， 雷射1 00的結構使輻射]03能夠在增益媒介102中具有比 約〇.〇]Gwatt/cm2還大的最高強度，且其係無法大到能夠 造成雷射]〇 〇的激變損壞，例如在約0.0】G wa 11 /cm 2與約 lOGwau/cm2之間。在增益媒介中共同接雜離子108的程 -24- (21) (21)1335115 度應該足夠抑制由於超過雷射希望壽命之紅外線基礎輻射 ]〇3所造成的色中心產生。色中心產生之充分抑制的有用 量測，其係小於超過一特定有用壽命之輻射1 03功率減少 I 〇%，例如大於約1 〇〇小時 '較佳地大於約]〇〇〇小時、 更佳地大於約5 00 0小時以及最佳地大於約1 0500 0小時。 一替代性的測量係爲高強度輻射的脈衝數目，增益媒介可 在雷射1 00輸出功率減少1 0%以前持續。 就對損耗特別敏感的雷射而言，譬如架構以具有低雜 訊（例如小於大約1 0%脈衝至脈衝均方根改變）的雷射， 本發明的某些實施例特別有用。特別是，就具有低雜訊的 雷射]00而言，希望激發入增益媒介102，以遠遠超過激 發放射的臨限値。雷射]00內的低耗損（例如，小於大約 ]〇%循環行程）能夠維持低的臨限値。此低耗損包括腔室 101的低輸出耦合。例如，反射表面104、106的其中一 表面可能傳輸來自腔室101內的一部份輻射入射於其上。 以此方式傳播的輻射百分比是腔室101之輸出耦合的一種 可能測量方式。低耗損與低輸出耦合（例如小於大約]0% )導致腔室101與增益媒介102內的高循環強度，其係可 導致如上述的長期退化。假如雷射丨〇〇的增益足夠高的話 (如在該情形中，以摻钕釔鋁石榴石與譬如摻钕釩酸釔的 特定其它增益材料）’那高於1 0 %的輸出耦合則仍被視爲 "低輸出耦合"。在這些情形中，、低輸出耦合"的更有 用定義’其係爲在雷射操作參數範圍內的某些情況上，該 雷射以超過臨限泵浦強度5倍地來操作。因此則的增益媒 -25- (22) (22)1335115 介與希望將低耗損或低雜訊雷射與鉻或鈽離子摻雜，以抑 制長期退化。 在圖1雷射的其它變化包括包含超過一部份增益材料 、超過一種增益材料、使用非線性材料的雷射。非線性材 料可能結合頻率轉換地使用，例如增益媒介所產生之基礎 輻射之較高或較低諧頻的產生。特別引起關注的實例包括 三倍頻雷射。 圖2描述根據本發明實施例所設計之腔內三倍頻雷射 2 00的槪要圖。雷射200包括增益媒介202與脈衝機制 214，其係配置在反射面204' 206所定義的腔室201內。 增益媒介202包括提供亞穩狀態的摻雜離子207，其係並 且與使增益媒介抗離子化輻射的共同摻雜離子208共同摻 雜。發明人已經發現這種情形會使增益媒介2 02抗腔室 201內所產生的高強度內部輻射。腔室201'增益媒介 202、反射表面204、206、離子208與脈衝機制214，其 係可關於圖1之雷射1 00中的相對應元件而描述如上。如 上述，雷射200可能進一步包括泵浦輻射212的來源2]0 〇 泵浦輻射212激發具有例如對應約]〇64nm波長之頻 率ω之基礎輻射203的增益媒介2 02所造成的放射。雷射 2〇〇進一步包括第一與第二非線性元件2]6、218 (例如譬 如三硼酸鋰的非線性晶體）配置在腔室201內。第一非線 性元件2 ] 6與第二諧頻的產生相位匹配’其係產生對應例 如約5 3 2波長之頻率2 ω的輻射。第二非線性元件2 ] 8與 -26- (23) 1335115 基礎輻射以及第二諧頻輻射之間的總頻率產生相位匹配， 以產生例如對應約355nm波長之頻率3ω的第三諧頻轄射 ΤΗ。第二非線性元件21 8可能包括Brewster切割面217 。經由B r e w s t e r切割面2 1 7而從第二非線性元件產生的 第三諧頻輻射TH，其係自腔室20〗折射，以作爲來自雷 射的輸出輻射。基礎輻射2 03會繼續存在於腔室201內。 圖2所示的三倍頻雷射種類係例如詳細地說明在共同 受讓的美國專利5,8 50,4 07號，其係以引用的方式倂入。 在圖2的雷射中，三倍頻發生於雷射內。或者，三倍 頻雷射可能使用圖〗所示的雷射種類來製造，三倍頻則發 生於腔室外。此些雷射的實例係描述於圖3A與圖3B中 〇 .圖3A描述外部三倍頻雷射300A，其係具有增益媒介 302A與脈衝機制314配置在反射面3(MA、306B所定義 的腔室30]A內。增益媒介302A包括摻雜離子307，其係 並且與共同摻雜離子308共同摻雜，該離子使增益媒介抗 如上述的離子化輻射。腔室3 0 1、增益媒介3 02 '反射表 面304A、306B、離子308與脈衝機制314，其係可關於 圖1之雷射100中的相對應元件而描述如上。雷射3 00A 可進一步地包括泵浦輻射3]2的來源31 0A，其係可能是 如上述的二極體雷射。 其中一反射表面，例如表面3 06B，其係關於輸出耦 合器部份反射，並且充當做一輸出耦合器。雷射器3 00A 進—步包括第一與第二非線性元件3]6、318配置在腔室 -27- (24) (24)1335115 外。第一與第二非線性元件如上述地相位匹配，以從源自 增益媒介的激發輻射產生第三諧頻輻射TH，該增益媒介 3 02 A則從輸出耦合器3 06A出現。因爲非線性晶體316、 3 ] 8的外部結構，所以 Brewster切割面是不需要的。 Brewster面的超低耗損對波長分隔而言並不重要，但仍舊 有一些價値。在例如三硼酸鋰中的較高強度對較高的轉換 頻率而言（例如，大於約20% )是必須的。因此，以高腔 內強度而聚焦在三硼酸鋰或短脈衝則可能需要。 圖3B描述另一三倍頻雷射3 00B，其係爲圖3A雷射 的變化。就像雷射3 00A，雷射300B具有增益媒介3 02 b 與脈衝機制314配置在反射面3G4B、306B所定義的腔室 301B內。如上述，增益媒介302B包括摻雜離子307與共 同摻·雜離子3 08。雷射3 0 0B進一步包括泵浦輻射312的 來源3 1 0B ’其係可能是如上述的二極體雷射。雷射器 3 0 0B同樣包括第一與第二非線性元件，其結構用於源自 從輸出耦合器3 06B出現之增益媒介3 02B之激發輻射的 二倍頻。就像雷射300A，其中一反射表面（ 306B)充當 做一輸出耦合器。不像雷射300A，另一反射表面3(MB亦 同樣地作爲一輸出耦合器，以用於泵浦輻射3 1 2。當使用 做一輸入耦合器時’該反射面3(MB對泵浦輻射3]2具有 傳遞性，並且對來自增益媒介302B的激發輻射具反射性 。反射面/輸入耦合器304B亦可能與增益媒介3 02b的其 中一末端面一致。 本發明實施例亦可能擴大到除了雷射以外，使用於光 -28- (25) (25)1335115 學裝置中之增益媒介之共同摻雜離子的使用。例如，使用 於光學放大器的增益媒介可得益於使增益媒介抗離子化輻 射之離子的共同摻雜》光學放大器與雷射的類似之處是它 使用泵浦輻射所驅動的增益媒介。放大器一般缺乏反餽（ 亦即，一腔室），以致於它具有增益，但無法振盪。 本發明實施例提供一般有效高強度雷射的較長有效壽 命，而無須將現存設計完整地再設計。因此，在無須妥協 其它性能參數的情形下，全新種類的長壽命雷射可在商業 上有效地製造。 儘管以上是本發明較佳實施例的完整描述，但是使用 種種變更、修改與等同物則是有可能的。因此，本發明的 範圍應該不用參考以上說明來決定，反而卻應該參考附加 申請專利範圍及其等同物的全部範圍來決定。附加申請專 利範圍不以包括技術手段功能限制性來詮釋，除了將此一 限制明確地敘述在使用片語、執行某一功能之裝置〃的一 特定申請專利範圍以外。 【圖式簡單說明】 本發明的學說可藉由結合附圖來考慮以下詳細說明所 能輕易地理解，其中： 圖]顯示根據本發明一實施例所設計之雷射的槪要圖 圖2顯示根據本發明一替代性實施例所設計之腔內三 倍頻一極體栗浦雷射的槪要圖； -29- (26) (26)1335115 圖3 A-3B描繪出說明根據本發明其他替代性實施例 所設計之腔外三倍頻二極體泵浦雷射的槪要圖； 主要元件之符號說明 1 〇 〇 :雷射 1 01 :腔室 102 :增益媒介 1 〇 3 :輻射 1 0 4 :反射面 1 〇 6 :反射面 107 :摻雜離子 ]08 :共同摻雜離子 1 1 0 :外部來源 1 1 2 :泵浦能量 1 1 4 :脈衝機制 2 0 0 :三倍頻雷射 201 :腔室 2 0 2 :增益媒介 2 03 :基礎輻射 2 0 4 :反射面 2 06 :反射面 2 07 :摻雜離子 208 :離子 2 ] 0 :來源 -30- (27) (27)1335115 2 1 2 :泵浦輻射 2 ] 4 :脈衝機制 2 1 6 :第一非線性元件 217: Brewster 切割面 2 1 8 :第二非線性元件 3 0 0 A :三倍頻雷射 3 00B ：三倍頻雷射 30 1 :腔室 30 1 A :腔室 301B :腔室 3 02 :增益媒介 302A:增益媒介 3 02B :增益媒介 3 0 4 A :反射面 3 0 4 B :反射面 306A·輸出锅合器 3 0 6 B :反射面 3 0 7 :摻雜離子 3 0 8 :共同摻雜離子 3 1 0 A :來源 3 1 0 B :來源 3 1 2 :泵浦輻射 3 ] 4 :脈衝機制 3 1 6 :第一非線性兀件 -31 - (28) (28)1335115 3 I 8 :第二非線性元件 -32 -

Claims (1)

1335115
rw & M#| 仏f 利範圍 附件四：第93111613號修正後無劃線之 中文申請專利範圍替換卒民國％年3月1日呈 1. 一種二極體泵浦雷射，包含： —腔室，由兩個或更多反射面所定義；以及 一增益媒介，放置於該腔室內， 其中在該增益媒介內之內部紅外線輻射的最高強度大 於約0.01十億瓦特/平方公分， 其中該增益媒介包含使增益媒介抗離子化輻射的共同 摻雜離子， 藉此該增益媒介對抗紅外線輻射之損壞。 2. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 相較於沒有共同摻雜離子的相同或實質類似增益媒介，共 同摻雜離子之增益媒介中的濃度足以將源自紅外線輻射之 增益媒介的退化率減少因子2或者更多。 3. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該增益媒介是一固態材料。' 4. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該增益媒介是一纖維，該雷射是—纖維雷射， 5_如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該固態材料是一結晶材料。 6.如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該增益媒介是一氟化物晶體或一氧化物晶體。 1335115 7. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該增益媒介是一石榴石。 8. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該增益媒介是從釔鋁石榴石、釓鎵石榴石、釓銃鎵石榴石 與釔銃鎵石榴石的群組選出。 9. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該增益媒介是纪銘石權石。 10·如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該增益媒介是摻錶鈥釔鋁石榴石、摻鏡釔鋁石榴石、摻鈸 釔鋁石榴石或摻餌釔鋁石榴石。 11. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該增益媒介是摻鉸釩酸釔或摻鈸鋁酸釔。 12. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該增益媒介是慘銳纟乙銘石樞石》 13. 如申請專利範圍第12項之二極體泵浦雷射，其 中該共同摻雜離子是Cr3 +離子或者Ce3 +離子。 14. 如申請專利範圍第13項之二極體泵浦雷射，其 中該共同摻雜離子以約0.01%與約5%之間的摻雜度而存 在於增益媒介中。 15·如申請專利範圍第14項之二極體泵浦雷射，其 中該共同摻雜離子以約0.5%與約1%之間的摻雜度而存在 於增益媒介中。 16.如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，進一 步包含Q切換配置於腔室內。 1335115 17. 如申請專利範圍第16項之二極體泵浦雷射，其 中該雷射是低雜訊的Q切換雷射。 18. 如申請專利範圍第16項之二極體泵浦雷射，其 中該雷射是主動式Q切換雷射。 19. 如申請專利範圍第1項之二極體栗浦雷射，進一 步包含配置於腔室內的構件，其係用來頻率轉換來自增益 媒介之激發輻射。 20. 如申請專利範圍第19項之二極體泵浦雷射，其 中頻率轉換用的構件會產生較高諧頻的激發輻射。 21. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該雷射是一三倍頻雷射。 22. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該雷射係配置成具有低雜訊。 23. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 該雷射是以超過臨限泵浦強度約5倍來操作。 24. 如申請專利範圍第1項之二極體泵浦雷射，其中 增益媒介內之內部紅外線輻射的最高強度大於約0.1十億 瓦特/平方公分。 25· —種使雷射增益媒介對抗內部紅外線輻射所引起 之損壞的方法，該方法包含： 將增益媒介與使增益媒介抗離子化輻射的多數離子共 同摻雜， 其中該等離子以足以使增益媒介抗長期退化的程度出 現在該增益媒介中，該長期退化乃起因於最高強度大於約 -3- 1335115 0.01十億瓦特/平方公分之內部紅外線輻射。 26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中相較於沒 有共同摻雜離子的相同或實質類似增益媒介，增益媒介中 的共同摻雜離子之濃度足以將源自紅外線輻射之增益媒介 的退化率減少因子2或者更多。 27. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該增益媒 介是一固態材料。 28_如申請專利範圍第25項之方法，其中該增益媒 介是一纖維。 29.如申請專利範圍第25項之方法，其中該固態材 料是一結晶材料。 3〇·如申請專利範圍第25項之方法，其中該增益媒 介是一氟化物晶體或一氧化物晶體。 31. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該增益媒 介是一石權石。 32. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該增益媒 介是從釔鋁石榴石、釓鎵石榴石、釓銃鎵石榴石與釔銃鎵 石權石的群組選出。 33. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該增益媒 介是纪銘石植石。 34. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該增益媒 介是摻铥鈥釔鋁石榴石、摻鏡釔鋁石榴石、摻鈸釔鋁石榴 石或摻餌釔鋁石榴石。 35. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該增益媒 -4- 1335115 介是摻銨釩酸釔或摻銨鋁酸釔。 36. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該增益媒 介是摻銨釔鋁石榴石。 37. 如申請專利範圍第36項之方法，其中該離子是 Cr3 +離子或者Ce3 +離子。 38. 如申請專利範圍第3 7項之方法，其中該離子以 約0.01 %與約5 %之間的摻雜度而存在於增益媒介中。 39. 如申請專利範圍第38項之方法，其中該共同摻 雜離子以約0.5%與約1 %之間的摻雜度而存在於增益媒介 中。 40. 如申請專利範圍第25項之方法，其中增益媒介 內之內部紅外線輻射的最高強度大於約0.01十億瓦特/平 方公分。 41. 一種在與共同摻雜離子共同摻雜之增益媒介之二 極體泵浦紅外線雷射中的使用，該些離子使增益媒介抗外 部離子化輻射，其中在增益媒介內，內部紅外線輻射的最 高強度大於約0.01十億瓦特/平方公分》 42. 如申請專利範圍第41項之使用，其中相較於沒 有共同摻雜離子的相同或實質類似增益媒介，共同摻雜離 子之增益媒介中的濃度足以將源自紅外線輻射之增益媒介 的退化率減少因子2或者更多。 43. 如申請專利範圍第41項之使用，其中該增益媒 介是一固態材料。 44·如申請專利範圍第41項之使用，其中該增益媒 -5- 1335115 介是一纖維，該雷射是一纖維雷射。 45. 如申請專利範圍第41項之使用’其中該固態材 料是一結晶材料。 46. 如申請專利範圍第41項之使用，其中該增益媒 介是一氟化物晶體或一氧化物晶體。 47. 如申請專利範圍第41項之使用’其中該增益媒 介是一石榴石。 48. 如申請專利範圍第41項之使用’其中該增益媒 介是從釔鋁石榴石、釓鎵石榴石、釓钪鎵石榴石與釔钪鎵 石權石的群組選出。 49. 如申請專利範圍第41項之使用，其中該增益媒 介是ίΖι鋸石植石。 50. 如申請專利範圍第41項之使用，其中該增益媒 介是摻錶鈥釔鋁石榴石、摻鏡釔鋁石榴石、摻銨釔鋁石榴 石或者摻餌釔鋁石榴石。 51. 如申請專利範圍第41項之使用，其中該增益媒 介是摻鈸釩酸釔或摻鈸鋁酸釔。 52. 如申請專利範圍第41項之使用，其中該增益媒 介是摻銨釔鋁石榴石。 53·如申請專利範圍第41項之使用，其中該離子是 Cr3 +離子或者Ce3 +離子。 54. 如申請專利範圍第53項之使用，其中該離子以 約〇_〇1%與約5 %之間的摻雜度而存在於增益媒介中。 55. 如申請專利範圍第54項之使用，其中該共同摻 -6- 1335115 雜離子以約0.5%與約1 %之間的摻雜度而存在於增益媒介 中。 56. 如申請專利範圍第41項之使用，其中該雷射包 括來自增益媒介之激發輻射的頻率轉換構件。 57. 如申請專利範圍第56項之使用，其中頻率轉換 構件會產生來自增益媒介之較高諧頻之激發輻射》 5 8 ·如申請專利範圍第5 7項之使用，其中該雷射是 一三倍頻雷射。 5 9.如申請專利範圍第41項之使用，其中該雷射係 配置成具有低雜訊。 60. 如申請專利範圍第41項之使用，其中在增益媒 介內，內部紅外線輻射的最高強度大於約0.1十億瓦特/ 平方公分。 61. 如申請專利範圍第41項之使用，其中該雷射是 一 Q切換雷射。 62. 如申請專利範圍第61項之使用，其中該Q切換 雷射是一低雜訊Q切換雷射。 63. 如申請專利範圍第62項之使用，其中該雷射是 一主動式Q切換雷射。 64. 如申請專利範圔第41項之使用，其中該雷射可 以超過臨限泵浦強度5倍地操作。 65. —種雷射放大器，包含一包含共同摻雜離子的增 益媒介，該等離子使該增益媒介抗離子化輻射，其中增益 媒介內之內部紅外線輻射的最高強度大於大約〇.〇1十億瓦 1335115 特/平方公分。
-8 -
TW093111613A 2003-05-02 2004-04-26 Laser resistant to internal ir-induced damage TWI335115B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/429,261 US7046712B2 (en) 2003-05-02 2003-05-02 Laser resistant to internal ir-induced damage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200507390A TW200507390A (en) 2005-02-16
TWI335115B true TWI335115B (en) 2010-12-21

Family

ID=33310570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW093111613A TWI335115B (en) 2003-05-02 2004-04-26 Laser resistant to internal ir-induced damage

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7046712B2 (zh)
EP (1) EP1623488B1 (zh)
JP (2) JP5155560B2 (zh)
CN (1) CN100391062C (zh)
TW (1) TWI335115B (zh)
WO (1) WO2004100324A2 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7130321B2 (en) * 2003-10-09 2006-10-31 Coherent, Inc. Intracavity frequency-tripled CW laser with traveling-wave ring-resonator
SE526938C2 (sv) * 2003-12-19 2005-11-22 Cobolt Ab Laserarrangemang med flera våglängder
US20060165145A1 (en) * 2005-01-25 2006-07-27 Krupke William F Diode-pumped ~812 nm thulium-doped solid state laser
JP2007266537A (ja) * 2006-03-30 2007-10-11 Showa Optronics Co Ltd 内部共振器型和周波混合レーザ
AU2007332146A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Ellex Medical Pty Ltd Laser
US20100027571A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Murdoch Keith M Stabilized near-infrared laser
US8897326B2 (en) * 2008-09-08 2014-11-25 Ams Research Corporation Pump energy wavelength stabilization
CN102362399B (zh) * 2009-03-23 2014-05-07 皇家飞利浦电子股份有限公司 光学泵浦固态激光器以及包括所述固态激光器的照明系统
FR2962555B1 (fr) 2010-07-09 2013-05-17 Ixfiber Fibre optique dopee terre rare resistante aux radiations et procede de durcissement aux radiations d'une fibre optique dopee terre rare
JP5232884B2 (ja) * 2011-02-25 2013-07-10 昭和オプトロニクス株式会社 紫外レーザ装置
CN102147496A (zh) * 2011-03-23 2011-08-10 华中科技大学 一种空间用抗电离辐照有源光纤
TWI497850B (zh) * 2012-11-09 2015-08-21 Ind Tech Res Inst 雷射裝置及產生雷射光的方法
FR3019388B1 (fr) * 2014-03-27 2017-06-16 Cilas Cavite laser instable a declencheur passif pourvu d'un absorbant saturable a gradient d'absorption
CN104181749B (zh) * 2014-08-21 2017-01-18 南京大学 一种具有高抗辐射特性的掺铒光纤放大器及方法
CN104711677B (zh) * 2015-02-13 2017-08-29 山东大学 一种自调q的石榴石晶体及其制作的自调q器件、自调q脉冲激光器
CN109687274A (zh) * 2019-01-18 2019-04-26 南京邮电大学 一种用于激射350nm激光的全固体激光器
CN110535010B (zh) * 2019-09-12 2020-11-10 北京空间机电研究所 一种应用于空间高轨环境激光测距的紧凑型固体激光器
CN111929962B (zh) * 2020-06-29 2022-05-31 中国科学院上海光学精密机械研究所 多波长真空紫外及深紫外相干光源的产生装置与方法
TWI810534B (zh) * 2021-03-11 2023-08-01 國立陽明交通大學 利用最小化腔內斯托克斯波之損耗實現高效率拉曼可見光雷射

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3355674A (en) * 1962-06-27 1967-11-28 Ibm Optical fiber laser device
US3335674A (en) * 1965-01-22 1967-08-15 Harnischfeger Corp Overhead crane girder
US3614662A (en) * 1969-12-19 1971-10-19 Raytheon Co Laser with a monocrystalline ya10 {11 :n{11 {11 {11 {0 active medium
US3609389A (en) * 1970-01-15 1971-09-28 Bell Telephone Labor Inc Passive pulse transmission mode operation in a q-switched laser having an internal parametric oscillator
US4039970A (en) * 1973-03-23 1977-08-02 Nippon Electric Company, Ltd. Solid state laser device with light filter
GB1571795A (en) * 1975-12-01 1980-07-16 Manuf Belge D Aiguilles Sa Smoothing the eyes of metal needles
US4083018A (en) * 1976-07-06 1978-04-04 General Electric Company Tunable laser system
JPS6321240A (ja) * 1986-07-12 1988-01-28 Hoya Corp 燐酸塩レーザーガラスファイバー
US4824598A (en) * 1987-10-20 1989-04-25 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Synthetic laser medium
US5153265A (en) * 1988-01-20 1992-10-06 Cetus Corporation Conjugation of polymer to colony stimulating factor-1
JPH02301178A (ja) * 1989-05-16 1990-12-13 Kawasaki Steel Corp 固体レーザ装置
US5088103A (en) * 1990-04-30 1992-02-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Room-temperature, flashpumped, 2.09 micron solid state laser
US5200972A (en) * 1991-06-17 1993-04-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy ND laser with co-doped ion(s) pumped by visible laser diodes
KR950014915B1 (ko) * 1991-06-19 1995-12-18 주식회사녹십자 탈시알로당단백-포함화합물
JPH0548191A (ja) 1991-08-16 1993-02-26 Tokin Corp 固体レーザロツド
US5309452B1 (en) * 1992-01-31 1998-01-20 Univ Rutgers Praseodymium laser system
US5412674A (en) * 1992-10-26 1995-05-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Compact rapidly modulatable diode-pumped visible laser
US5369017A (en) * 1994-02-04 1994-11-29 The Scripps Research Institute Process for solid phase glycopeptide synthesis
US5388114A (en) 1994-03-17 1995-02-07 Polaroid Corporation Miniaturized self-Q-switched frequency-doubled laser
US5742634A (en) * 1994-08-24 1998-04-21 Imar Technology Co. Picosecond laser
JP3531254B2 (ja) * 1995-01-27 2004-05-24 ソニー株式会社 単結晶の製造方法
US5701327A (en) 1996-04-30 1997-12-23 Lucent Technologies Inc. Saturable Bragg reflector structure and process for fabricating the same
GB9614037D0 (en) * 1996-07-04 1996-09-04 Secr Defence An harmonic generator
DE19702681C2 (de) * 1997-01-25 1999-01-14 Lzh Laserzentrum Hannover Ev Nichtplanarer Ringlaser mit Güteschaltung im Einfrequenzbetrieb
US5945314A (en) * 1997-03-31 1999-08-31 Abbott Laboratories Process for synthesizing oligosaccharides
US6188478B1 (en) 1998-10-21 2001-02-13 Philips Electronics North America Corporation Method and apparatus for film-thickness measurements
US6339605B1 (en) * 2000-02-16 2002-01-15 The Boeing Company Active mirror amplifier system and method for a high-average power laser system
JP4222736B2 (ja) * 2000-02-25 2009-02-12 三洋電機株式会社 光起電力装置及びその製造方法
DE10059314B4 (de) * 2000-11-29 2018-08-02 Tesat-Spacecom Gmbh & Co.Kg Lichtleitende Faser und Verfahren zum Herstellen einer lichtleitenden Faser
EP1241744A1 (en) * 2001-03-12 2002-09-18 Alcatel Double-clad optical fiber and fiber amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004100324A2 (en) 2004-11-18
EP1623488A4 (en) 2011-02-02
JP2011193029A (ja) 2011-09-29
TW200507390A (en) 2005-02-16
US7046712B2 (en) 2006-05-16
EP1623488B1 (en) 2017-10-18
WO2004100324A3 (en) 2005-11-03
JP2006525676A (ja) 2006-11-09
EP1623488A2 (en) 2006-02-08
CN1754290A (zh) 2006-03-29
JP5155560B2 (ja) 2013-03-06
CN100391062C (zh) 2008-05-28
US20040218653A1 (en) 2004-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI335115B (en) Laser resistant to internal ir-induced damage
US9203210B2 (en) Q-switched laser device
Zendzian et al. Intracavity optical parametric oscillator at 1572-nm wavelength pumped by passively Q-switched diode-pumped Nd: YAG laser
US5677921A (en) Ytterbium-doped borate fluoride laser crystals and lasers
Chen et al. High-repetition-rate eye-safe optical parametric oscillator intracavity pumped by a diode-pumped Q-switched Nd: YVO 4 laser
Du et al. 3.1 W laser-diode-end-pumped composite Nd: YVO 4 self-Raman laser at 1176 nm
Sandu et al. High-peak power, passively Q-switched, composite, all-polycrystalline ceramic Nd: YAG/Cr4+: YAG lasers
Räikkönen et al. Passively Q-switched Nd: YAG/KTA laser at 561 nm
Chen et al. Efficient sub-nanosecond intracavity optical parametric oscillator pumped with a passively Q-switched Nd: GdVO 4 laser
US20050058165A1 (en) Laser having <100>-oriented crystal gain medium
Liu et al. Diode-pumped passively Q-switched intracavity frequency doubled Nd: GdVO4/KTP green laser
Chen et al. Comparison between shared and coupled resonators for passively Q-switched Nd: GdVO 4 intracavity optical parametric oscillators
Zhang et al. 355-nm UV Generation by Intracavity Frequency Tripled Passively $ Q $-Switched Nd: YAG/Cr $^{4+} $: YAG Laser
McConnell et al. Additive-pulse mode locking of a diode-pumped Nd3+: YVO4 laser
Wang et al. Pulse compression in laser-diode-pumped doubly Q-switched intracavity optical parametric oscillator considering Gaussian distribution of intracavity photon densities
Setzler et al. High-peak-power erbium lasers resonantly pumped by fiber lasers
Jing-liang et al. Generation of cw Radiation of 273mW at 671nm from a Diode-Pumped Intracavity-Doubled Nd: YVO4 Laser
Serres et al. Multi-watt passively Q-switched Yb: YAB/Cr: YAG microchip lasers
Kubeček et al. Picosecond and Femtosecond Operation of a Diode-Pumped Nd, Gd: SrF 2 Laser
Braud et al. Passive Q-switching and wavelength tunability of a diode-pumped Tm: Yb: YLiF4 laser around 1.5 μm
US20060098698A1 (en) Frequency-converting lasers with non-linear materials optimized for high power operation
Bai et al. Compact KTA-Based Optical Parametric Oscillator Driven by a Passively Q-Switched YVO4/Nd: YVO4 Laser
Du et al. A dozen watt output power of actively Q-switched self-frequency-doubled
LUPEI et al. VIII-B Development and Research of Advanced Tunable Solid State Lasers
Huang et al. Comparative study between extracavity and intracavity frequency-doubled laser at 532 nm: application for the deep ultraviolet generation at 266 nm