(57)【要約】【課題】強化された支持及び／又は冷却を有する平面導波路を提供する。【解決手段】  コア領域の１つ以上の端部において、コーティング／クラッド層間に１つ以上のエンドキャップが配置されることができ、コア領域は、少なくとも１つの活性イオン種でドープされ、各エンドキャップは、ポンプ波長及び信号波長における実質的な吸収を生み出す活性イオン種でドープされない。コア領域は、少なくとも１つの結晶又は結晶材料を含むことができ、少なくとも１つのクラッド層は、少なくとも１つのガラスを含むことができる。異なるコーティング／クラッド層上に又は隣接して、異なるタイプの冷却器が配置され得る。平面導波路の両側面に側面クラッドが配置され得る。エンドキャップ及び１つ以上の冷却器はハウジングに封止されることができ、冷却剤が、導波路の長さに沿った実質的に直線状の通路を通って流れることができる。平面導波路の一方側は冷却されなくてもよい。【選択図】  図３
2020141144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、コア領域と、該コア領域を挟んで反対側に配置された第１及び第２のコーティング又はクラッド層と、を有する平面導波路と、
前記第１のコーティング又はクラッド層上に又は隣接して配置され、前記平面導波路を冷却するように構成された第１の冷却器と、
前記第２のコーティング又はクラッド層上に又は隣接して配置され、前記平面導波路を冷却するように構成された第２の冷却器と
を有し、
前記第１及び第２の冷却器は、異なるタイプの冷却器である、
装置。
【請求項２】
前記第１の冷却器は直接液体冷却器を有し、
前記第２の冷却器は伝導冷却器を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の冷却器は直接液体冷却器を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記冷却器のうち少なくとも一方は、
前記平面導波路に冷却液を供給するように構成された冷却マニホールドと、
前記冷却マニホールドと前記平面導波路との間に配置されたシールと
を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の冷却器はアパーチャプレートを有し、
前記第２の冷却器はソリッドプレートを有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、コア領域と、該コア領域上に配置された少なくとも１つのコーティング又はクラッド層と、を有する平面導波路と、
前記平面導波路に及びハウジングに封止された第１及び第２のエンドキャップと、
前記ハウジングに封止され、前記平面導波路を冷却するように構成された１つ以上の冷却器と
を有し、
前記１つ以上の冷却器のうちの少なくとも１つは、冷却剤を受け取って、前記ハウジングの内部空間内に画成された通路を通じて前記冷却剤を導くように構成され、前記通路は、前記平面導波路の長さに沿った実質的に直線状の通路を有する、
装置。
【請求項７】
前記１つ以上の冷却器のうちの前記少なくとも１つは、第１のチャネルを介して前記冷却剤を受け取り、フローコントローラによって画成された前記通路を通じて前記冷却剤を導き、そして、第２のチャネルを介して前記冷却剤を提供するように構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記１つ以上の冷却器は、複数の冷却器を有し、
各冷却器が、前記第１のチャネル、前記フローコントローラ、及び前記第２のチャネルを有する、
請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１及び第２のエンドキャップの各々が、前記平面導波路の端部が露出されたままであるように前記平面導波路が中を延在するスロットを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、コア領域と、該コア領域上に配置された少なくとも１つのコーティング又はクラッド層と、を有する平面導波路と、
前記平面導波路を挟んで両側面に配置された第１及び第２の側面クラッドであり、前記両側面は、前記平面導波路の長い方の側面を表す、第１及び第２の側面クラッドと、
前記平面導波路の入力端に位置する第１のエンドキャップ、及び前記平面導波路の出力端に位置する第２のエンドキャップと、
前記第１及び第２の側面クラッドと前記第１及び第２のエンドキャップとに接触する冷却器及びシールのうちの少なくとも一方と、
を有する装置。
【請求項１１】
光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、
コア領域と、
前記コア領域の反対側の主表面に沿って配置された第１及び第２のコーティング又はクラッド層と、
前記コア領域の両端部に沿って配置された第１及び第２のエンドキャップと、
前記コア領域の両側面に沿って配置された第１及び第２の側面クラッドであり、前記第１及び第２のエンドキャップと当該第１及び第２の側面クラッドとが、連続的な取り付け領域を提供するように、当該第１及び第２の側面クラッドの各々が、前記第１及び第２のエンドキャップと接触する、第１及び第２の側面クラッドと、
を有する平面導波路と、
前記第１のコーティング又はクラッド層上に又は隣接して配置され且つ前記連続的な取り付け領域に沿って取り付けられた冷却器であり、前記平面導波路を冷却するように構成された冷却器と
を有し、
前記第２のコーティング又はクラッド層は、更なる冷却器を用いて能動的に冷却されない、
装置。
【請求項１２】
前記第１のコーティング又はクラッド層の厚さは、前記第２のコーティング又はクラッド層の厚さよりも小さい、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記平面導波路は、前記冷却器に接合されている又ははんだ付けされている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２のコーティング又はクラッド層の上に透明基板が配置されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、コア領域と、該コア領域上に配置された少なくとも１つのクラッド層とを有する平面導波路
を有し、
前記コア領域は、少なくとも１つの結晶又は結晶材料を有し、且つ
前記少なくとも１つのクラッド層は、少なくとも１つのガラスを有する、
装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのクラッド層は、前記コア領域を挟んで反対側に配置された第１及び第２のクラッド層を有し、各クラッド層が前記少なくとも１つのガラスを有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２のクラッド層は、前記平面導波路が非対称であるように実質的に異なる厚さを有する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
当該装置は更に、
前記第１のクラッド層上に又は隣接して配置され、前記平面導波路を冷却するように構成された第１の冷却器と、
前記第２のクラッド層上に又は隣接して配置され、前記平面導波路を冷却するように構成された第２の冷却器と
を有し、
前記第１及び第２の冷却器は、異なるタイプの冷却器である、
請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
光信号を生成するように構成されたマスタ発振器と、
ポンプ光を生成するように構成されたポンプ源と、
前記ポンプ光を用いて前記光信号を増幅して、増幅された光信号を生成するように構成された平面導波路（ＰＷＧ）増幅器であり、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の装置を有するＰＷＧ増幅器と、
を有するシステム。
【請求項２０】
前記増幅された光信号のサンプルに基づいて、前記マスタ発振器、前記ポンプ源、及び前記ＰＷＧ増幅器のうちの少なくとも１つを制御するように構成されたフィードバックループ、を更に有する請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して高出力（ハイパワー）レーザシステムに関する。より具体的には、本開示は、高出力レーザシステム用の強化された支持及び／又は冷却機構を備えた平面導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
数多くの軍事用途及び商業用途向けに高出力レーザシステムが開発されている。しかしながら、高い平均出力パワーにおいて、レーザシステム内のレージング媒質に関連する問題が悪化する。それらの問題は、レージング媒質の取り付けにおける応力、レージング媒質の非効率的で不均一な冷却、レージング媒質内へのポンプ光の非効率的なカップリング、及びレージング媒質の内外へのレーザビームの非効率的なカップリングを含む。
【０００３】
低効率な冷却は、冷却剤の入口温度に対するレージング媒質の平均温度の許容できない上昇を生じさせ得る。取り付け応力及び不均一な加熱は、増幅された出力ビームにおける位相歪みを生み出し得るとともに、レージング媒質のダメージ又は更には破砕につながり得る（これはまた、レーザシステムの隣接要素を損傷させ得る）。レージング媒質内へのポンプ光の非効率的なカップリングは、全体的なレーザ非効率につながり得るとともに、迷ポンプ光が、レージング媒質又はレーザシステムのその他の要素へのダメージを生じさせ得る。入力又は出力の迷レーザビームは、レーザシステムの要素を損傷させ得るものであり、パワーの損失は、レーザシステムの総出力パワー及び全体的なレーザ効率を損ねてしまう。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、高出力レーザシステム用の強化された支持及び／又は冷却機構を備えた平面導波路を提供する。
【０００５】
第１の実施形態において、装置は、光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路を含む。上記平面導波路は、コア領域と、上記コア領域を挟んで反対側に配置された第１及び第２のコーティング又はクラッド層と、上記コア領域の１つ以上の端部において、上記第１のコーティング又はクラッド層と上記第２のコーティング又はクラッド層との間に配置された、１つ以上のエンドキャップとを含む。上記コア領域は、少なくとも１つの材料を含み、且つ少なくとも１つの活性イオン種でドープされており、各エンドキャップは、上記少なくとも１つの材料を含むが、ポンプ波長及び信号波長における実質的な吸収を生み出す活性イオン種でドープされていない。
【０００６】
第２の実施形態において、装置は、光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路を含む。上記平面導波路は、コア領域と、該コア領域上に配置された少なくとも１つのクラッド層とを含む。上記コア領域は、少なくとも１つの結晶又は結晶材料を含み、上記少なくとも１つのクラッド層は、少なくとも１つのガラスを含む。
【０００７】
第３の実施形態において、装置は、光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路を含む。平面導波路は、コア領域と、該コア領域を挟んで反対側に配置された第１及び第２のコーティング又はクラッド層とを含む。当該装置はまた、上記第１のコーティング又はクラッド層上に又は隣接して配置され、上記平面導波路を冷却するように構成された第１の冷却器と、上記第２のコーティング又はクラッド層上に又は隣接して配置され、上記平面導波路を冷却するように構成された第２の冷却器とを含む。上記第１及び第２の冷却器は、異なるタイプの冷却器である。
【０００８】
第４の実施形態において、装置は、光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路を含む。上記平面導波路は、コア領域と、該コア領域上に配置された少なくとも１つのコーティング又はクラッド層とを含む。当該装置はまた、上記平面導波路を挟んで両側面に配置された第１及び第２の側面クラッドを含み、上記両側面は、上記平面導波路の長い方の側面を表す。
【０００９】
第５の実施形態において、装置は、光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路を含む。上記平面導波路は、コア領域と、該コア領域上に配置された少なくとも１つのコーティング又はクラッド層とを含む。当該装置はまた、上記平面導波路に及びハウジングに封止された第１及び第２のエンドキャップと、上記ハウジングに封止され、上記平面導波路を冷却するように構成された１つ以上の冷却器とを含む。上記１つ以上の冷却器のうちの少なくとも１つは、冷却剤を受け取って、上記ハウジングの内部空間内に画成された通路を通じて上記冷却剤を導くように構成され、上記通路は、上記平面導波路の長さに沿った実質的に直線状の通路を含む。
【００１０】
第６の実施形態において、装置は、光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路を含む。上記平面導波路は、コア領域と、該コア領域を挟んで反対側に配置された第１及び第２のコーティング又はクラッド層とを含む。当該装置はまた、上記第１のコーティング又はクラッド層上に又は隣接して配置され、上記平面導波路を冷却するように構成された冷却器を含む。上記第２のコーティング又はクラッド層は冷却されない。
【００１１】
その他の技術的特徴が、以下の図面、説明、及び請求項から、当業者には容易に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
より完全なる本開示の理解のため、ここでは、以下の図を含む添付図面とともに以下の説明を参照する。
【図１】本開示に従った高出力レーザシステムの一例を示している。
【図２】本開示に従った高出力レーザシステムにて使用される平面導波路（ＰＷＧ）の一例を示している。
【図３】本開示に従った高出力レーザシステムのＰＷＧポンプヘッドアセンブリの一例を示している。
【図４Ａ】図４Ａ及び４Ｂは、本開示に従った高出力レーザシステムのＰＷＧポンプヘッドアセンブリ用のＰＷＧカートリッジの一例を示している。
【図４Ｂ】図４Ａ及び４Ｂは、本開示に従った高出力レーザシステムのＰＷＧポンプヘッドアセンブリ用のＰＷＧカートリッジの一例を示している。
【図５】図５−１２は、本開示に従った高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示している。
【図６】図５−１２は、本開示に従った高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示している。
【図７】図５−１２は、本開示に従った高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示している。
【図８】図５−１２は、本開示に従った高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示している。
【図９】図５−１２は、本開示に従った高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示している。
【図１０】図５−１２は、本開示に従った高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示している。
【図１１】図５−１２は、本開示に従った高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示している。
【図１２】図５−１２は、本開示に従った高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明される図１−１２、及び本特許文献にて本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、単に例示によるものであり、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでない。当業者が理解するように、本発明の原理は、あらゆる種類の好適に構成された装置又はシステムにて実装され得る。
【００１４】
図１は、本開示に従った高出力レーザシステム１００の一例を示している。図１に示すように、レーザシステム１００は、マスタ発振器１０２及び平面導波路（planar  waveguide；ＰＷＧ）増幅器１０４を含んでいる。故に、レーザシステム１００は、マスタオシレータ／パワーアンプ（ＭＯＰＡ）構成を有する。
【００１５】
マスタ発振器１０２は概して、低出力光信号を生成するように動作する。低出力光信号は、比較的低いパワーを有する如何なる好適な光信号をも表し得る。例えば、低出力光信号は、連続波（ＣＷ）出力、連続パルストレイン（ＣＰＴ）、パルスバースト、又は様々なその他の波形の何れかを有する光信号を含み得る。マスタ発振器１０２は、１つ以上の低出力光信号を生成するのに適した任意の（１つ以上の）構造を含む。一部の実施形態において、マスタ発振器１０２はファイバレーザを含む。
【００１６】
ＰＷＧ増幅器１０４は、マスタ発振器１０２から低出力光信号と、ポンプパワーとを受け取る。ＰＷＧ増幅器１０４は概して、低出力光信号を増幅し、高出力光信号を生成するように動作する。例えば、ＰＷＧ増幅器１０４は、低出力ＣＷ又は他の光信号を、１０キロワット以上のパワーを有する高出力ＣＷ又は他の光信号へと増幅し得る。受け取られたポンプパワーは、ＰＷＧ増幅器の利得媒質内にこの増幅のために必要な反転分布を提供する。
【００１７】
ＰＷＧ増幅器１０４の利得媒質は、平面導波路を用いて形成されている。平面導波路は概して、コア領域と１つ以上のコーティング又はクラッド層とを含む構造を表す。コア領域は、少なくとも１つの特定波長の光信号に反応する活性イオン種でドープされ、上記１つ以上のコーティング又はクラッド層は、光学的に透明であり、コア領域に接触する。コア領域及び（１つ以上の）コーティング又はクラッド層の屈折率及び誘電率は異なり、光信号を反射する境界を作り出す。故に、平面導波路は、その狭い方の次元（“速軸”方向として参照される）で光信号をガイドするが、その広い方の次元（“遅軸”方向として参照される）ではガイドしない。平面導波路は、如何なる好適な材料から如何なる好適な手法で形成されてもよい。
【００１８】
中継光学系１０６が、マスタ発振器１０２からの光信号をビームコントローラ１０８内に導き、中継光学系１１０が、ビームコントローラ１０８からの光信号をＰＷＧ増幅器１０４内に導く。中継光学系１０６及び１１０はまた、それぞれ、ビームコントローラ１０８及びＰＷＧ増幅器１０４への注入のために必要とされるように光信号の断面寸法を変えることができる。中継光学系１０６及び１１０の各々は、光信号を方向付ける又はフォーマットするのに適した何らかの（１つ以上の）光デバイスを含む。
【００１９】
ビームコントローラ１０８は概して、光信号がＰＷＧ増幅器１０４に到達する前に、マスタ発振器１０２からの光信号を変更するように動作する。例えば、ビームコントローラ１０８は、ＰＷＧ増幅器１０４内で生み出される歪みを実質的又は完全に補償するために、マスタ発振器１０２からの光信号を予め歪ませる（プリディストーションする）ことができる。ビームコントローラ１０８は、制御可能な手法で光信号をプリディストーションする又はその他の方法で変更するのに適した何らかの（１つ以上の）構造を含む。
【００２０】
ＰＷＧ増幅器１０４によって生成されたハイパワー出力ビームは、ビームスプリッタ１１２に向けられる。ビームスプリッタ１１２は、ハイパワー出力ビームのうち相当な部分を中継光学系１１４に提供し、それが、ハイパワー出力ビームのその部分をハイパワー出力ビーム１１６としてレーザシステム１００の外に提供する。ビームスプリッタ１１２はまた、ハイパワー出力ビームのうち少量をサンプルとしてフィードバックループに提供する。フィードバックループは、マスタ発振器１０２、ＰＷＧ増幅器１０４、及びビームコントローラ１０８の動作を制御及び変更するために使用される。ビームスプリッタ１１２は、光信号を分割するのに適した何らかの（１つ以上の）構造を含む。中継光学系１１４は、光信号を方向付ける又はフォーマットするのに適した何らかの（１つ以上の）光デバイスを含む。
【００２１】
ここでのフィードバックループは、診断ユニット１１８、レーザコントローラ１２０、及びダイオードドライバ１２２−１２４を含んでいる。診断ユニット１１８は概して、ＰＷＧ増幅器１０４からのハイパワー出力ビームのサンプルを分析し、診断データをレーザコントローラ１２０に提供するように動作する。診断ユニット１１８は、ハイパワー出力ビームの少なくとも１つのサンプルの１つ以上の特徴を特定するのに適した何らかの構造を含む。一部の実施形態において、診断ユニット１１８からの診断データは、レーザコントローラ１２０によって、例えば１つ以上の外部の送り先などに出力され得る。これは、外部の送り先がレーザシステム１００の調子、状態、又は安全性を監視することを可能にし得る。
【００２２】
レーザコントローラ１２０は概して、ビームコントローラ１０８及びダイオードドライバ１２２−１２４の動作を制御するように動作する。レーザコントローラ１２０は、レーザシステムの動作を制御するのに適した何らかの構造を含む。例えば、レーザコントローラ１２０は、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、又はディスクリート論理デバイスなどの、１つ以上のプロセッシングデバイスを含み得る。レーザコントローラ１２０はまた、それら（１つ以上の）プロセッシングデバイスによって使用、生成、又は収集される命令又はデータを格納するように構成された１つ以上のメモリを含み得る。レーザコントローラ１２０は更に、他のコンポーネント又はシステムとの通信を容易にするように構成された１つ以上のインタフェースを含み得る。
【００２３】
ダイオードドライバ１２２は、マスタ発振器１０２の１つ以上のレーザダイオード（又はその他の光源）にマスタ発振器１０２用の光ポンプパワー（これが、マスタ発振器１０２に、所望の低出力光信号を生成させる）を生成させる電気的な駆動信号を生成する。ダイオードドライバ１２４は、ＰＷＧ増幅器１０４のレーザダイオード（又はその他の光源）にＰＷＧ増幅器１０４用の光ポンプパワー（ＰＷＧ増幅器１０４がこのポンプパワーを用いて光増幅を提供する）を生成させる電気的な駆動信号を生成する。ダイオードドライバ１２４は、高価なレーザダイオードストリングを電気的短絡及び過渡現象から保護しながら、或る範囲の入力電圧及び負荷条件にわたって動作することができる。各ダイオードドライバ１２２−１２４は、好適な構成のレーザダイオード又はその他の光源を駆動するのに適した何らかの（１つ以上の）構造を含む。
【００２４】
レーザシステム１００は、後述する多数の新規な特徴を組み込むことができる。これらの新規な特徴は、個別に又は好適な組み合わせで使用されることができる。様々なその他の特徴もレーザシステム１００に組み込まれ得る。例えば、レーザシステム１００は、熱的光学的インタフェース（thermal-optic  interface；ＴＯＩ）材料の使用を含め、米国特許出願第１４／６６１，８２８号及び米国特許出願公開第２０１４／０２６８３０９号（これらをここに援用する）に開示された技術を使用して、レーザシステム１００の様々なコンポーネントを冷却することができる。レーザシステム１００は、ＰＷＧデバイス上でのベベル化エッジの使用を含め、米国特許出願公開第２０１４／０２６８３０９号に開示された技術を使用して、ＰＷＧデバイス内の増幅自然放出（ＡＳＥ）を抑圧することができる。レーザシステム１００は、ＰＷＧデバイス内での対称コア領域及び非対称コア領域の使用を含め、米国特許出願第１４／６８２，５３９号（これをここに援用する）に開示された技術を使用することができる。レーザシステム１００は、非対称な２層ＰＷＧデバイスの使用を含め、米国特許出願第１４／７４９，３９８号（これをここに援用する）に開示された技術を使用することができる。レーザシステム１００のＰＷＧ増幅器１０４は、ＰＷＧベースのレーザデバイスを形成するための無線周波数（ＲＦ）マグネトロンスパッタリング及びその他の技術の使用を含め、米国特許出願第１４／８４５，９１６号（これをここに援用する）に開示される技術を用いて形成されることができる。
【００２５】
全体として、レーザシステム１００は、ハイパワーのレーザ出力の生成を支援する全体的なレーザアーキテクチャにおいて、ファイバレーザの利益（例えば、良好なビーム品質での高い利得など）とバルクソリッドステートレーザの利益（例えば、スケーラビリティなど）とを組み合わせる。ＰＷＧ増幅器１０４は、１つの次元（ＰＷＧ増幅器１０４の速軸）において回折限界に近いビーム品質を維持しながら、それと同時に、長い増幅器経路にわたって高い利得を支援するレージング素子として機能する。レージング媒質の実質的に均一なポンピングとコア領域の実質的に均一な冷却とが組み合わさって、横次元（ＰＷＧ増幅器１０４の遅軸）において満足のいく高さの品質のビームを生み出す。
【００２６】
図１は、高出力レーザシステム１００の一例を示しているが、図１には様々な変更が為され得る。例えば、上述及び／又は後述の特徴のうち何れか単一の特徴又は何らかの組み合わせが、レーザシステム１００に使用され得る。また、図１に示した機能的分割は、単に説明のためである。具体的なニーズに従って、コンポーネントが組み合わされ、更に細分化され、省略され、又は配置変更されることがあり、あるいは、更なるコンポーネントが追加されることがある。
【００２７】
図２は、本開示に従った高出力レーザシステムにて使用される平面導波路２００の一例を示している。平面導波路２００は、例えば、高出力レーザシステム１００のＰＷＧ増幅器１０４にて使用され得る。
【００２８】
図２に示すように、平面導波路２００は、コア領域２０２と、１つ以上のコーティング又はクラッド層２０４ａ−２０４ｂとを含んでいる。コア領域２０２は、少なくとも１つの特定波長の光信号に応答する活性イオン種でドープされ、上記１つ以上のコーティング又はクラッド層２０４ａ−２０４ｂは、光学的に透明であり、コア領域２０２に接触している。コア領域２０２は、例えばドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）など、如何なる好適な（１つ以上の）材料から形成されてもよい。各クラッド層２０４ａ−２０４ｂも、例えばガラス又はＹＡＧなど、如何なる好適な（１つ以上の）材料から形成されてもよい。例えば、コーティング又はクラッド層２０４ａ−２０４ｂの入力面又は出力面上の反射防止コーティングなど、幾つかの更なる機構が使用されてもよい。
【００２９】
マスタ発振器１０２からの信号ビーム２０６が、平面導波路２００のコア領域２０２に結合されるとともに、光増幅のためのポンプパワーを提供するために、ポンプ光２０８が、コーティング又はクラッド層２０４ａ−２０４ｂのうちの１つ以上に結合される。コア領域２０２と（１つ以上の）コーティング又はクラッド層２０４ａ−２０４ｂとで屈折率及び誘電率が異なり、信号ビーム２０６の光信号を反射する境界面を作り出す。故に、平面導波路２００は、信号ビーム２０６の光信号を“速軸”又は“ガイド軸”方向でガイドするように動作するが、“遅軸”又は“非ガイド軸”方向ではガイドしない。増幅は、平面導波路２００の長い方の軸（“レージング軸”として参照する）に沿って提供される。
【００３０】
信号ビーム２０６は、レージング種でドープされた非常に薄いガイドコア領域２０２内に閉じ込められ、誘導放出によって信号ビーム２０６が増幅される。コア領域２０２の片面又は両面の（１つ以上の）コーティング又はクラッド層２０４ａ−２０４ｂにポンプ光２０８が注入され、そして、ポンプ光２０８は、平面導波路の全長に沿ってコア領域２０２内に効率的に結合されて閉じ込められる。コア領域２０２の厚さ、及びコア領域２０２と（１つ以上の）コーティング又はクラッド層２０４ａ−２０４ｂとの間の屈折率差が、最低次の伝播モードのみをサポートする開口数を定める。これは、平面導波路２００の薄い寸法（速軸）にて高いビーム品質を確保する助けとなる。
【００３１】
ＭＯＰＡ構成において、マスタ発振器１０２からの信号ビーム２０６が、活性コア領域２０２の一端に注入され、それが平面導波路２００を１回又は複数回通過して増幅される。信号ビーム２０６は広い方の次元（遅軸）でガイドされないので、信号ビーム２０６は、平面導波路２００を横切る不均一な温度分布に起因する熱レンズ効果の影響を受けやすい。信号ビーム２０６はまた、熱誘起の応力複屈折に起因する偏光解消（デポラリゼーション）の影響を受けやすい。応力は更に、信号ビーム２０６を更に歪ませるレージング媒質内の応力−光学テンソルの強さに依存して、信号ビーム２０６に波面歪みを生じさせ得る。
【００３２】
本開示は、ＰＷＧレーザの性能、信頼性、及び／又はコストを改善し得る平面導波路の様々な実施形態を提供する。これは、平面導波路を支持及び／又は冷却するための改良された機構を提供することによって達成されることができる。これらの支持及び／又は冷却機構を提供する実施形態例を以下にて説明する。
【００３３】
図２は、高出力レーザシステムにて使用される平面導波路２００の一例を示しているが、図２には様々な変更が為され得る。例えば、図２に示した様々な要素のサイズ、形状、及び寸法は、単に例示のためであり、必要又は所望に応じて変わり得る。特定の一例として、コーティング又はクラッド層２０４ａ−２０４ｂは、実質的に異なる厚さを有して、非対称な平面導波路を作り出してもよい。他の特定の一例として、コア領域２０２は、レージング軸に沿って一様でない厚さを有していてもよい。
【００３４】
図３は、本開示に従った高出力レーザシステムのＰＷＧポンプヘッドアセンブリ３００の一例を示している。ポンプヘッドアセンブリ３００は、例えば、図２の平面導波路２００を含み得るとともに、図１のＰＷＧ増幅器１０４にて使用され得る。
【００３５】
図３に示すように、ＰＷＧポンプヘッドアセンブリ３００は、ＰＷＧポンプヘッドハウジング３０２とＰＷＧカートリッジ３０４とを含む。ＰＷＧカートリッジ３０４は、マスタ発振器１０２からの信号ビーム２０６とポンプ光２０８とを受け取るものである平面導波路２００を含んでいる。ポンプ光２０８は、例えばレーザポンプダイオードの１つ以上のアレイなどの何らかの好適な（１つ以上の）光源３０６によって提供されることができる。
【００３６】
ＰＷＧカートリッジ３０４は、２つの支持ブロック３０８を含んでおり、平面導波路２００は、これらのブロック３０８間に配置される。ブロック３０８は、平面導波路２００を保持又は包囲するのに使用される冷却器又はその他の構造を表し得る。ブロック３０８は、如何なる好適な（１つ以上の）材料から如何なる好適な手法で形成されてもよい。特定の実施形態において、各ブロック３０８は、マイクロチャネル冷却器、マルチジェット液体衝突冷却器、冷却プレート、（例えば米国特許出願第１４／６６１，８２８号におけるような）超薄型液体熱−光学インタフェース冷却器、又は平面導波路２００を冷却するその他の構造を表し得る。
【００３７】
スクレーパミラー３１０が、平面導波路２００内に結合されない光を反射する。スクレーパミラー３１０は、平面導波路２００の（１つ以上の）クラッド層内にポンプ光２０８を結合するのに使用され得るものであるライトパイプの一部を形成するか、又はそれに接続されるかすることができる。ライトパイプ又は平面導波路２００のエンドキャップはまた、平面導波路２００の（１つ以上の）クラッド層への注入に先立ってポンプ光２０８を均一化するのを助けることができる。スクレーパミラー３１０は、光を反射するのに好適な任意の構造を含む。ライトパイプは、光信号を閉じ込め、均一化し、且つ／或いは輸送するのに好適な任意の光デバイスを含む。
【００３８】
一部の実施形態において、少なくともＰＷＧカートリッジ３０４及びオプションで他のコンポーネント（例えば、１つ以上のポンプ光源３０６）が、レーザシステム用の１つ以上の交換可能なカートリッジとして実装される。とりわけ、このカートリッジベースのアプローチは、様々なカートリッジ設計が、ポンプヘッド及び光学ベンチに変更を為すことなく共通の（場合により標準化された）機械的、熱的、電気的、及び光学的なインタフェースを組み込むことを可能にする。特定の一例として、異なるＰＷＧカートリッジ３０４が、異なる平面導波路及び／又はそれら平面導波路用の冷却機構を含み得る。また、異なる設計チームが、レーザシステム１００の様々なコンポーネントについて異なる設計を作成してテストすることができる。１つの設計チームが、レーザシステム１００の１つのコンポーネントの開発が完了されることを、レーザシステム１００の別のコンポーネントを設計してテストする前に待つ必要は殆ど又は全くない。
【００３９】
一部の実施形態において、ＰＷＧカートリッジ３０４は、例えばチャネル３１２−３１４などの１つ以上のチャネルを通じて冷却流体を受け取る。例えば、各ブロック３０８は冷却器を表すことができ、これらの冷却器の１つ以上が冷却流体の流れを用いて動作し得る。冷却流体は、冷却チャネル３１２−３１４のうちの１つ以上を通じて受け取られ、そして、冷却チャネル３１２−３１４の他の１つ以上を通じて戻され得る。この例では、平面導波路２００の両側の冷却チャネル３１２−３１４は同じであるが、相異なる構成の冷却チャネルが使用されてもよく、あるいは、平面導波路２００の片側又は両側で冷却チャネルが省略されてもよい。
【００４０】
ＰＷＧカートリッジ３０４は、１つ以上のクランプ３１６を用いて適所に保持される。ハウジング３０２の本体は、一体の材料片から形成されることができ、カバー３１８が、ハウジング３０２の内部へのアクセスを提供し得る。カバー３１８は、クランプ３１６を調節することができるように、各クランプ３１６の一部がハウジング３０２から延出することを可能にする。クランプ３１６は、ＰＷＧカートリッジ３０４を適所に固定するために内側（図３では下方）に突き出る。各クランプ３１６は、ＰＷＧカートリッジに対して力を加えるのに適した任意の構造を含む。カバー３１８は、少なくとも１つのプッシャアセンブリの一部の通過を許す任意の好適構造を含む。
【００４１】
図３は、高出力レーザシステムのＰＷＧポンプヘッドアセンブリ３００の一例を示しているが、図３には様々な変更が為され得る。例えば、図３に示した様々な要素のサイズ、形状、及び寸法は、単に例示のためであり、必要又は所望に応じて変わり得る。
【００４２】
図４Ａ及び４Ｂは、本開示に従った高出力レーザシステムのＰＷＧポンプヘッドアセンブリ用のＰＷＧカートリッジ３０４の一例を示している。ＰＷＧカートリッジ３０４は、例えば、図２の平面導波路２００を含み得るとともに、図３のＰＷＧポンプヘッドアセンブリ３００にて使用され得る。
【００４３】
図４Ａ及び４Ｂに示すように、ＰＷＧカートリッジ３０４は、平面導波路２００を含む。平面導波路２００は、平面導波路２００の広いクラッド面と熱接触して配置された少なくとも１つのＴＯＩ材料４０２を有する。ＴＯＩ材料４０２の露出された面が、１つ以上の冷却器を表し得るものであるブロック３０８に接合され又はその他の方法で取り付けられ得る。ブロック３０８への平面導波路２００の取り付けは、例えば、熱伝導性のエポキシを使用することによってなど、如何なる好適な手法で行われてもよい。ブロック３０８は、ＰＷＧカートリッジ３０４を冷却するために冷却剤を輸送するのに使用され得るチャネル４０４を含んでいる。例えば、チャネル４０４は、ハウジング３０２のチャネル３１２−３１４と整列することができる。
【００４４】
ＴＯＩ材料４０２は、平面導波路からの熱の運び去りを支援する任意の好適材料を含む。各ブロック３０８は、平面導波路から熱を除去するのに適した任意の構造を含む。一部の実施形態において、例えば、各ブロック３０８は、銅マイクロチャネルヒートシンクモジュールを表し得る。
【００４５】
図４Ａ及び４Ｂは、高出力レーザシステムのＰＷＧポンプヘッドアセンブリ用のＰＷＧカートリッジ３０４の一例を示しているが、図４Ａ及び４Ｂには様々な変更が為され得る。例えば、図４Ａ及び４Ｂに示した様々な要素のサイズ、形状、及び寸法は、単に例示のためであり、必要又は所望に応じて変わり得る。
【００４６】
図５−１２は、本開示に従った高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示している。図５−１２に示す平面導波路の実施形態は、平面導波路上への取り付け応力を低減するための及び平面導波路をより均一に冷却するための様々な機構を組み込んでいる。これらの実装又は他の同様の実装の各々が、上述のレーザシステムにて使用され得る。
【００４７】
図５に示すように、平面導波路５００は、コア領域５０２と、１つ以上のコーティング又はクラッド層５０４ａ−５０４ｂとを含む。上述のように、コア領域５０２は信号ビーム（例えば信号ビーム２０６など）を受け取って増幅し、コーティング又はクラッド層５０４ａ−５０４ｂのうちの１つ以上がポンプ光（例えばポンプ光２０８など）を受け取る。なお、この例では、コーティング又はクラッド層５０４ａ−５０４ｂは非対称であり、これは、コーティング又はクラッド層５０４ａ−５０４ｂが実質的に異なる厚さを持つことを意味する。一部の実施形態において、厚い方のコーティング又はクラッド層５０４ａは、安定な構造をコア領域５０２に提供し得るとともに、最小の応力がコア領域５０２上に置かれるように、その熱膨張係数において、コア領域５０２に対して実質的に一致されることができる。しかしながら、非対称な設計の使用は必須ではない。他の実施形態において、コーティング又はクラッド層５０４ａ−５０４ｂは実質的に同じ厚さを有し、温度プロファイル及び応力が層５０４ａ−５０４ｂ間で均衡することを可能にする対称的な構成をもたらす。
【００４８】
平面導波路５００では、コア領域５０２の端部に、受動ガイドエンドキャップ５０６ａ−５０６ｂが設けられている。一部の実施形態において、エンドキャップ５０６ａ−５０６ｂは、（１つ以上の）コーティング又はクラッド層５０４ａ−５０４ｂの形成又は結合に先立って、コア領域５０２に付加されることができる。エンドキャップ５０６ａ−５０６ｂは、如何なる好適な（１つ以上の）材料から如何なる好適な手法で形成されてもよい。例えば、一部の実施形態において、エンドキャップ５０６ａ−５０６ｂは、コア領域５０２と同じ（１つ以上の）材料（例えばＹＡＧなど）から形成されることができ、また、エンドキャップ５０６ａ−５０６ｂは、それらの屈折率を変えるために少なくとも１つのドーパントでドープされることができる。しかしながら、コア領域５０２とは異なり、エンドキャップ５０６ａ−５０６ｂのドーピングがポンプ波長及び信号波長において生み出す吸収は無視できるものであるので、エンドキャップ５０６ａ−５０６ｂの中でレージングは殆ど又は全く起こらない。図５では、平面導波路５００の両端（すなわち、平面導波路５００の入力端及び出力端）にエンドキャップ５０６ａ−５０６ｂが使用されているが、平面導波路５００の一端に１つのみのエンドキャップ５０６ａ又は５０６ｂが使用されてもよい。
【００４９】
１つ以上のエンドキャップ５０６ａ−５０６ｂは、平面導波路５００に対する支持を提供する助けとなるとともに、平面導波路５００上に置かれる取り付け応力を低減させる。例えば、エンドキャップ５０６ａ−５０６ｂは、レージングを提供せずに光信号をガイドするために使用され、これは、エンドキャップ５０６ａ−５０６ｂがコア領域５０２ほど加熱されないことを意味する。故に、例えば、平面導波路５００をＰＷＧカートリッジ３０４内に固定するように、エンドキャップ５０６ａ−５０６ｂと接触させて外部支持構造を配置し得る。コア領域５０２と比較して低減されたエンドキャップ５０６ａ−５０６ｂの加熱は、より安定で応力の少ない平面導波路５００の取り付けを提供することができる。
【００５０】
図６に示すように、平面導波路６００は、コア領域６０２と、１つ以上のクラッド層６０４ａ−６０４ｂとを含む。上述のように、コア領域６０２は信号ビームを受け取って増幅し、クラッド層６０４ａ−６０４ｂのうちの１つ以上がポンプ光を受け取る。なお、この例ではクラッド層６０４ａ−６０４ｂは非対称であるが、対称な設計も使用され得る。
【００５１】
この例におけるコア領域６０２は、単結晶、結晶セラミック、又はその他の結晶材料から形成され得る。また、クラッド層６０４ａ−６０４ｂのうち少なくとも１つは、ガラスから形成され得る。ガラスは、例えば、コアとクラッドの表面を正確に接触させた後に熱を加えることなどにより、コア領域６０２に直接的に融着され得る。安定した堅牢な接合を確保するために、融着プロセス中に圧力も加え得る。ガラスと結晶コンポーネントとを共に融着させることには、様々な他の手法も使用され得る。
【００５２】
ガラス及び結晶コンポーネントの熱膨張係数は、動作中の平面導波路６００への応力を低減するために近く合致されることができる。（１つ以上の）ガラスクラッド層６０４ａ−６０４ｂの屈折率は、コア領域６０２の屈折率と異なるが近いものとすることができ、また、（１つ以上の）クラッド層６０４ａ−６０４ｂは、関心ある波長において低い吸収を有することができる。
【００５３】
図７に示すように、ＰＷＧアセンブリ７００は平面導波路７０２を含み、平面導波路７０２は、この例では、（他の平面導波路が用いられてもよいが）図６のコア領域６０２及びクラッド層６０４ａ−６０４ｂを用いて実装されている。平面導波路７０２はここでは非対称であり、結果として、薄い方のクラッド層６０４ｂが、平面導波路７０２の動作中に、厚い方のクラッド層６０４ａよりも小さく温度上昇し得る。
【００５４】
ＰＷＧアセンブリ７００は、平面導波路７０２の相異なる面に２つの異なる冷却インタフェースを使用している。各冷却インタフェースを、所望の機能を実行するように又は特定の目標を達成するように最適化することができ、それらの機能又は目標は同じである必要はない。例えば、平面導波路７０２の一方側の冷却インタフェースが冷却に関して最適化され得る一方で、平面導波路７０２の他方側の冷却インタフェースは、増幅自然放出（Amplified  Spontaneous  Emission；ＡＳＥ）を最小化するように最適化され得る。
【００５５】
この特定の例では、１つの冷却インタフェースは、液体冷却マニホールド７０４を用いて実施されている。液体冷却マニホールド７０４は、如何なる好適な直接液体冷却技術をサポートしていてもよい。この例では、マルチジェット液体衝突冷却器が使用されているが、他のアプローチ（例えば、超薄型液体熱光学インタフェース冷却又は上述のその他のアプローチ）が使用されてもよい。例えばＯリング又はその他のタイプのシールなどのシール７０６が、液体冷却マニホールド７０４からの冷却液の漏出を防止する助けとなる。他の１つの冷却インタフェースは、図７では、熱的光学的インタフェース（ＴＯＩ）材料７１０を用いて平面導波路７０２に熱的に結合され得る乾式伝導冷却器７０８を使用して実装されている。このアプローチの一例が、米国特許出願公開第２０１４／０２６８３０９号（ここより前で援用した）に記載されている。
【００５６】
なお、この例において、平面導波路７０２は、例えば図５の平面導波路５００又はその他の非対称若しくは対称な導波路などの、他の平面導波路で置き換えられてもよい。平面導波路の異なる面、特に、非対称な平面導波路の異なる面を、異なる冷却技術を用いて冷却できることは、ＰＷＧアセンブリの全体的な冷却効率を改善する助けとなる。
【００５７】
図８に示すように、ＰＷＧアセンブリ８００は、平面導波路８０２とエンドキャップ８０４とを含む。エンドキャップ８０４は、平面導波路８０２についての設計に応じて、受動ガイドエンドキャップ又は非ガイドエンドキャップを表し得る。エンドキャップ８０４は、平面導波路８０２の入力端及び／又は出力端で使用され得る。また、平面導波路８０２の長い方の側面に沿って、側面クラッド８０６を平面導波路８０２に接合し又はその他の方法で取り付け、エンドキャップ８０４を側面クラッド８０６と共に使用することを可能にすることで、連続的な取り付け領域を提供し得る。側面クラッド８０６のドーピングがポンプ波長及び信号波長において生み出す吸収は無視できるものであるので、側面クラッド８０６の中でレージングは殆ど又は全く起こらない。側面クラッド８０６は、如何なる好適な（１つ以上の）材料から如何なる好適な手法で形成されてもよい。例えば、側面クラッド８０６は、平面導波路８０２の（１つ以上の）クラッド層と同じ（１つ以上の）材料から形成され得る。動作下での熱応力を回避するために、側面クラッド８０６は、例えば平面導波路８０２の厚い方のクラッド層などの平面導波路８０２の要素と実質的に同様の熱膨張係数を有し得る。
【００５８】
平面導波路８０２を冷却するために、ここでは、冷却マニホールド８０８が使用されている。冷却マニホールド８０８は、例えばマルチジェット液体衝突冷却器又は上述のものなどのその他の直接液体冷却器など、平面導波路に冷却流体を送達するのに適した任意の構造を表す。冷却流体の漏れを防止する助けとなるよう、ＰＷＧアセンブリ８００と冷却マニホールド８０８との間にシール８１０（例えばＯリングなど）が位置付けられる。ここでは、エンドキャップ８０４と側面クラッド８０６とを用いることで、冷却マニホールド８０８のための、より信頼性あるシールを支援することができる。例えば、平面導波路は、より繊細な構造になる傾向があり、平面導波路８０２それ自体とシール８１０との間の接触を削減又は排除することは、図８の様々な構造を保護する助けとなり得る。なお、しかしながら、エンドキャップ８０４なしで側面クラッド８０６が使用されてもよい。なお、また、図示していないが、同じ冷却インタフェース又は異なる冷却インタフェースが、図８の平面導波路８０２の頂面側に使用され得る。
【００５９】
他のタイプの冷却インタフェースも、側面クラッドを有する平面導波路と共に使用され得る。例えば、図９に示すように、ＰＷＧアセンブリ９００は、平面導波路９０２と、エンドキャップ９０４と、側面クラッド９０６とを含む。これらのコンポーネントは、図８中の対応するコンポーネントと同じ又は同様とし得る。図９においては、一方の冷却インタフェースが、プレートの中央部にアパーチャ（開口）を有するプレートを表すものであるアパーチャプレート９０８を含んでいる。アパーチャプレート９０８は、側面クラッド９０６と（存在すれば）エンドキャップ９０４とに接合されることができる。アパーチャプレート９０８は、冷却マニホールド用のＯリング又はその他のシールのための頑丈な表面を提供し、Ｏリングを、入力信号及びハイパワー出力ビームからいっそう離して置く。図９における他方の冷却インタフェースは、ソリッド（中実）プレート９１０を用いて形成されており、これは、側面クラッド９０６及び（存在すれば）エンドキャップ９０４を用いて、平面導波路９０２に接合され又はその他の方法で取り付けられ得る。ここでは、例えば接着剤、エポキシ、ガラスはんだ、金属はんだ、ヒドロキシル結合、又は共有結合など、如何なる好適なボンディングが使用されてもよい。ソリッドプレート９１０の使用は、液体冷却マニホールドの反対側の冷却及び構造的剛性を支援することができる。アパーチャプレート９０８及びソリッドプレート９１０の双方が、平面導波路９０２の（１つ以上の）要素と実質的に同様の熱膨張係数を有し得る。
【００６０】
図１０及び１１に示すように、ＰＷＧアセンブリ１０００は、ハウジング１００６に固定されることができるものである２つのエンドキャップ１００４ａ−１００４ｂに接合される又はその他の方法で固定される平面導波路１００２を含む。エンドキャップ１００４ａ−１００４ｂは、その中を平面導波路１００２が延在することができるスロットを含んでおり、平面導波路１００２の一部が部分的に露出されたままであることを可能にする。平面導波路１００２をエンドキャップ１００４ａ−１００４ｂに固定することには、例えば金属はんだ、ガラスはんだ、又は紫外線（ＵＶ）硬化接着剤など、任意の好適な機構を用いることができる。エンドキャップ１００４ａ−１００４ｂは、平面導波路１００２の端部周りにシールを作り出すが、エンドキャップ１００４ａ−１００４ｂは、熱膨張を許すように幾分コンプライアントであることができる。冷却器１００８ａ−１００８ｂもハウジング１００６に接合され又はその他の方法で固定され、ハウジング１００６の側面周りにシールが形成され得る。これは、その中に平面導波路１００２が実質的に置かれ且つそれを通って冷却流体が流れることができる封止された内部キャビティを作り出す。
【００６１】
各冷却器１００８ａ−１００８ｂは、ここでは、複数のチャネル１０１０−１０１２と、フローコントローラ１０１４とを含む。各冷却器１００８ａ−１００８ｂに関し、チャネル１０１０−１０１２のうちの１つは、ハウジング１００６の内部に冷却流体が入って来ることを可能にすることができ、チャネル１０１０−１０１２のうちの他の１つは、ハウジング１００６の内部から冷却流体が出て行くことを可能にすることができる。冷却流体は、チャネル１０１０−１０１２間でハウジング１００６の内部を、フローコントローラ１０１４によって画成される通路を通って流れる。フローコントローラ１０１４は、ここでは、平面導波路１００２の長さに沿って、冷却流体が平面導波路１００２の傍を通って流れるための実質的に直線状の通路を作り出している。なお、しかしながら、フローコントローラ１０１４は、如何なる他の好適なサイズ及び形状を有していてもよい。フローコントローラ１０１４は、冷却流体にとって望ましい通路を画成する任意の好適構造を含む。この例では、フローコントローラ１０１４は、フローコントローラが外側に広がる設計を有している。
【００６２】
図１０及び１１の実施形態では、平面導波路１００２の両面に同じ冷却インタフェースが使用されている。しかしながら、先の実施形態と同様に、平面導波路１００２の異なる面に異なる冷却インタフェースが使用されてもよい。例えば、平面導波路１００２の一方の面に冷却器１００８ａが使用され、平面導波路１００２の他方の面にスラブ冷却器又はその他のタイプの冷却器が使用されてもよい。先の実施形態と同様に、冷却インタフェースに使用される材料は、平面導波路１００２の要素と実質的に同様の熱膨張係数を有し得る。
【００６３】
図１２に示すように、ＰＷＧアセンブリ１２００は平面導波路１２０２を含み、平面導波路１２０２は、この例では、（他の平面導波路が用いられてもよいが）図６のコア領域６０２及びクラッド層６０４ａ−６０４ｂを用いて実装されている。平面導波路１２０２はここでは非対称であり、結果として、薄い方のクラッド層６０４ｂが、平面導波路１２０２の動作中に、厚い方のクラッド層６０４ａよりも小さく温度上昇し得る。薄い方のクラッド層６０４ｂは、（他の冷却技術が薄い方のクラッド層６０４ｂとともに使用されてもよいが）図７の乾式伝導冷却器７０８及びＴＯＩ材料７１０を用いて冷却される。
【００６４】
厚い方のクラッド層６０４ａはこの例では冷却されず、つまり、厚い方のクラッド層６０４ａと連結された能動冷却は存在していない。しかしながら、厚い方のクラッド層６０４ａ上の空気の屈折率により、大きい蛍光熱負荷が冷却器７０８上に生成され得る。厚い方のクラッド層６０４ａ上に、例えばサファイア又は溶融シリカなど、適正な屈折率を持つ透明材料１２０４を配置することは、蛍光がＰＷＧアセンブリ１２００を“漏出”することを可能にし、それにより、冷却器７０８上の熱負荷を低減され、ＰＷＧアセンブリ１２００の温度及び応力が低減される。なお、厚い方のクラッド層６０４ａに透明材料１２０４を固定することには、例えばクランプすることなど、如何なる好適技術が用いられてもよい。
【００６５】
クラッド層６０４ｂはクラッド層６０４ａよりも薄いので、クラッド層６０４ｂの厚さ中での温度上昇は小さいものとなる。故に、クラッド層６０４ｂの表面を冷却することで、クラッド層６０４ａの表面を冷却した場合よりも低い温度に平面導波路１２０２を維持する助けとすることができる。
【００６６】
図５−１２は、高出力レーザシステムの平面導波路を支持する及び／又は冷却するための構成の例を示しているが、図５−１２には様々な変更が為され得る。例えば、各図は、何らかの好適設計の対称又は非対称な平面導波路を含み得る。また、平面導波路は、図示して上述した様々な冷却インタフェース又は何らかの他の好適な冷却インタフェースのうちの任意の単一の物を含むことができ、あるいは、平面導波路は、図示して上述した様々な冷却インタフェース又は何らかの他の好適な冷却インタフェースのうちの１つ以上である複数の物を含むことができる。複数の冷却インタフェースが使用される場合、それらの冷却インタフェースは同じであってもよいし、同じでなくてもよい。
【００６７】
例えば上述したものなどの高出力レーザシステムは、数多くの軍事用途及び商業用途で使用され得る。以下の説明は、様々な商業用途例の説明を提供する。しかしながら、以下の説明は、本開示を特定の用途に限定するものではない。
【００６８】
高出力レーザシステムは、例えば掘削、採鉱、又はコアリング作業などの商業用採鉱用途に使用され得る。例えば、高出力レーザシステムは、ドリルビットを用いてアースベッドを穿孔するのに先立ってアースベッドを軟化又は弱化させるために使用され得る。これは、ドリルビット取換えを少なくすること、並びにドリルビットの寿命及び信頼性を高めることを可能にし得る。ここでは、レーザシステムの出力窓からの高出力レーザビームの自由空間伝播を用いることができ、従来のファイバレーザと比較して遠い距離でのいっそう深い侵入を可能にし得る。
【００６９】
高出力且つ高ビーム品質のレーザシステムはまた、例えば産業上又はその他のオートメーション環境などにおける遠隔レーザ溶接、切断、穿孔、又は熱処理作業にも使用され得る。高出力且つ高ビーム品質のレーザシステムの使用は、熱の影響を受けるゾーンを最小化し、垂直又はその他の切断ラインを維持しながら、レーザシステムからいっそう大きい作動距離で、より厚い部材の加工を行うことを可能にする。とりわけ、これは、溶接又は切断の現場に近付くことが困難又は危険であるような溶接又は切断作業をサポートする助けとなる。これはまた、レーザシステム及び場合によって人間オペレータを、煙、破片、又はその他の有害物質から保護する助けとなる。
【００７０】
高出力レーザシステムは更に、建設及び解体作業に使用され得る。作業例は、金属の新表面化若しくは脱スラグ、塗料除去、及び工業用解体作業が含み得る。高出力レーザシステムを使用することで、従来作業と比較して遥かに速く且つ安全に材料をアブレーションすることができる。この機能の特定の一例として、高出力レーザシステムは、原子炉又はその他の危険な構造物の解体を支援するために使用され得る。ここでは、高出力レーザシステムは、汚染されたコンクリート又は原子炉格納容器若しくは原子炉のような汚染された構造物を遠い距離から切断するために使用され得る。これは、例えば汚染された水などの有害廃棄物を作り出すウォータジェット切断又はその他の技術の使用を避けるのに役立つ。これはまた、解体される汚染構造物から人間オペレータが離れたままでいられるので、高められた安全性を提供する。
【００７１】
数多くの更なる用途が可能である。例えば、高出力レーザシステムは、再充電すべき遠隔装置の光電池（太陽電池）を高出力レーザビームが標的とする電力ビーム化用途に使用され得る。高出力レーザシステムは、有害物質をあまり有害でない物質又は無害な物質へと加熱及び分解するためにレーザシステムが使用される危険物（ＨＡＺＭＡＴ）用途に使用され得る。
【００７２】
一部の実施形態において、本特許文献に記載された様々な機能は、コンピュータ読み取り可能プログラムコードから形成されてコンピュータ読み取り可能媒体にて具現化されるコンピュータプログラムによって実装又はサポートされる。“コンピュータ読み取り可能プログラムコード”なる言い回しは、ソースコード、オブジェクトコード、及び実行可能コードを含め、如何なるタイプのコンピュータコードをも含む。“コンピュータ読み取り可能媒体”なる言い回しは、例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、又はその他のタイプのメモリなど、コンピュータによってアクセスされることが可能な如何なるタイプの媒体をも含む。“非一時的”なコンピュータ読み取り可能媒体は、一時的な電気的又はその他の信号を輸送する有線リンク、無線リンク、光リンク、又はその他の通信リンクを除外する。非一時的コンピュータ読み取り可能媒体は、例えば書換可能な光ディスク又は消去可能なメモリデバイスなど、データが永続的に格納され得る媒体及びデータが格納され且つ後に上書きされ得る媒体を含む。
【００７３】
本特許文献の全体を通して使用される特定の単語及びフレーズの定義を説明しておくことが有益であるかもしれない。用語“アプリケーション”及び“プログラム”は、好適なコンピュータコード（ソースコード、オブジェクトコード、又は実行可能コードを含む）での実装に適応された、１つ以上のコンピュータプログラム、ソフトウェアコンポーネント、命令のセット、プロシージャ、関数、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、又はその一部を指す。用語“通信する”及びその派生語は、直接的な通信及び間接的な通信の両方を包含する。用語“含む”及び“有する”、並びにこれらの派生語は、限定なしでの包含を意味する。用語“又は”は、及び／又はを意味する包括的なものである。“〜と関連付けられる”なる言い回し、及びその派生語は、〜を含む、〜の中に含まれる、〜と相互接続される、〜を含有する、〜内に含有される、〜に又は〜と接続する、〜に又は〜と結合する、〜と通信可能である、〜と協働する、〜と交互である、〜隣り合う、〜に近接した、〜に又は〜と結合される、〜を有する、〜の特性を有する、〜に又は〜と関係を有する、又はこれらに類するものを意味し得る。“〜のうちの少なくとも１つ”なる言い回しは、アイテムのリストとともに使用されるとき、リストアップされたアイテムのうちの１つ以上の様々な組み合わせが使用され得ることを意味し、リスト内の１つのアイテムのみが必要とされることもある。例えば、“Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ”は、以下の組み合わせ：Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、及びＡとＢとＣ、のうちの何れをも含む。
【００７４】
本特許文献における記載は、特定の要素、ステップ、又は機能がクレーム範囲に含まれていなければならない必須又は重要な要素であることを意味するものとして読まれるべきでない。また、クレームは何れも、その特定のクレーム中で“する手段”又は“するステップ”なるそのままの語が、機能を特定する特定の言い回しに続かれて、明示的に使用されない限り、添付のクレーム又はクレーム要素に関して３５ＵＳＣ第１１２節（ｆ）を行使することを意図していない。クレーム内での、例えば（以下に限られないが）“機構”、“モジュール”、“デバイス”、“ユニット”、“コンポーネント”、“要素”、“部材”、“装置”、“機械”、“システム”、“プロセッサ”、“プロセッシングデバイス”、又は“コントローラ”などの用語の使用は、クレームの特徴自体によって更に改良又は強化されるような、当業者に知られた構造を指すものと理解及び意図されるものであり、３５ＵＳＣ第１１２節（ｆ）を行使することを意図するものではない。
【００７５】
本開示は、特定の実施形態及び概して関連する方法を述べてきたが、これらの実施形態及び方法の改変及び並べ替えが当業者に明らかになる。従って、以上の実施形態例の説明は、本開示を定めたり制約したりするものではない。以下の請求項によって規定される本開示の精神及び範囲を逸脱することなく、その他の変形、代用、及び改変も可能である。
［１］  光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路を有し、
前記平面導波路は、
コア領域と、
前記コア領域を挟んで反対側に配置された第１及び第２のコーティング又はクラッド層と、
前記コア領域の１つ以上の端部において、前記第１のコーティング又はクラッド層と前記第２のコーティング又はクラッド層との間に配置された、１つ以上のエンドキャップと
を有し、
前記コア領域は、少なくとも１つの材料を有し、且つ少なくとも１つの活性イオン種でドープされており、各エンドキャップは、前記少なくとも１つの材料を有するが、ポンプ波長及び信号波長における実質的な吸収を生み出す活性イオン種でドープされていない、
装置。
［例２］  前記１つ以上のエンドキャップは、第１及び第２のエンドキャップを有し、前記第１のエンドキャップは、前記平面導波路の入力端に位置し、前記第２のエンドキャップは前記平面導波路の出力端に位置する、例１に記載の装置。
［例３］  各エンドキャップが、該エンドキャップを形成する前記少なくとも１つの材料の屈折率を変化させるように少なくとも１つのドーパントでドープされている、例１に記載の装置。
［例４］  各エンドキャップが、受動ガイドエンドキャップを有する、例３に記載の装置。
［例５］  光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、コア領域と、該コア領域上に配置された少なくとも１つのクラッド層とを有する平面導波路
を有し、
前記コア領域は、少なくとも１つの結晶又は結晶材料を有し、且つ
前記少なくとも１つのクラッド層は、少なくとも１つのガラスを有する、
装置。
［例６］  前記少なくとも１つのクラッド層は、前記コア領域を挟んで反対側に配置された第１及び第２のクラッド層を有し、各クラッド層が前記少なくとも１つのガラスを有する、例５に記載の装置。
［例７］  前記第１及び第２のクラッド層は、前記平面導波路が非対称であるように実質的に異なる厚さを有する、例６に記載の装置。
［例８］  当該装置は更に、
前記第１のクラッド層上に又は隣接して配置され、前記平面導波路を冷却するように構成された第１の冷却器と、
前記第２のクラッド層上に又は隣接して配置され、前記平面導波路を冷却するように構成された第２の冷却器と
を有し、
前記第１及び第２の冷却器は、異なるタイプの冷却器である、
例７に記載の装置。
［例９］  光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、コア領域と、該コア領域を挟んで反対側に配置された第１及び第２のコーティング又はクラッド層と、を有する平面導波路と、
前記第１のコーティング又はクラッド層上に又は隣接して配置され、前記平面導波路を冷却するように構成された第１の冷却器と、
前記第２のコーティング又はクラッド層上に又は隣接して配置され、前記平面導波路を冷却するように構成された第２の冷却器と
を有し、
前記第１及び第２の冷却器は、異なるタイプの冷却器である、
装置。
［例１０］  前記第１の冷却器は直接液体冷却器を有し、
前記第２の冷却器は伝導冷却器を有する、
例９に記載の装置。
［例１１］  前記第２の冷却器は直接液体冷却器を有する、例１０に記載の装置。
［例１２］  前記冷却器のうち少なくとも一方は、
前記平面導波路に冷却液を供給するように構成された冷却マニホールドと、
前記冷却マニホールドと前記平面導波路との間に配置されたシールと
を有する、例９に記載の装置。
［例１３］  前記第１の冷却器はアパーチャプレートを有し、
前記第２の冷却器はソリッドプレートを有する、
例９に記載の装置。
［例１４］  光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、コア領域と、該コア領域上に配置された少なくとも１つのコーティング又はクラッド層と、を有する平面導波路と、
前記平面導波路を挟んで両側面に配置された第１及び第２の側面クラッドであり、前記両側面は、前記平面導波路の長い方の側面を表す、第１及び第２の側面クラッドと、
を有する装置。
［例１５］  前記平面導波路の１つ以上の端部に配置された１つ以上のエンドキャップ、
を更に有する例１４に記載の装置。
［例１６］  前記１つ以上のエンドキャップは第１及び第２のエンドキャップを有し、前記第１のエンドキャップは前記平面導波路の入力端に位置し、前記第２のエンドキャップは前記平面導波路の出力端に位置する、例１５に記載の装置。
［例１７］  前記第１及び第２の側面クラッドと前記第１及び第２のエンドキャップとに接触する冷却器及びシールのうちの少なくとも一方、
を更に有する例１６に記載の装置。
［例１８］  光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、コア領域と、該コア領域上に配置された少なくとも１つのコーティング又はクラッド層と、を有する平面導波路と、
前記平面導波路に及びハウジングに封止された第１及び第２のエンドキャップと、
前記ハウジングに封止され、前記平面導波路を冷却するように構成された１つ以上の冷却器と
を有し、
前記１つ以上の冷却器のうちの少なくとも１つは、冷却剤を受け取って、前記ハウジングの内部空間内に画成された通路を通じて前記冷却剤を導くように構成され、前記通路は、前記平面導波路の長さに沿った実質的に直線状の通路を有する、
装置。
［例１９］  前記１つ以上の冷却器のうちの前記少なくとも１つは、第１のチャネルを介して前記冷却剤を受け取り、フローコントローラによって画成された前記通路を通じて前記冷却剤を導き、そして、第２のチャネルを介して前記冷却剤を提供するように構成される、例１８に記載の装置。
［例２０］  前記１つ以上の冷却器は、複数の冷却器を有し、
各冷却器が、前記第１のチャネル、前記フローコントローラ、及び前記第２のチャネルを有する、
例１９に記載の装置。
［例２１］  前記第１及び第２のエンドキャップの各々が、前記平面導波路の端部が露出されたままであるように前記平面導波路が中を延在するスロットを含む、例１８に記載の装置。
［例２２］  光信号を受け取って増幅するように構成された平面導波路であり、コア領域と、該コア領域を挟んで反対側に配置された第１及び第２のコーティング又はクラッド層と、を有する平面導波路と、
前記第１のコーティング又はクラッド層上に又は隣接して配置され、前記平面導波路を冷却するように構成された冷却器と
を有し、
前記第２のコーティング又はクラッド層は冷却されない、
装置。
［例２３］  前記第１のコーティング又はクラッド層の厚さは、前記第２のコーティング又はクラッド層の厚さよりも小さい、例２２に記載の装置。
［例２４］  前記平面導波路は、前記冷却器に接合されている又ははんだ付けされている、例２２に記載の装置。
［例２５］  前記第２のコーティング又はクラッド層の上に透明基板が配置されている、請求項２４に記載の装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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