(57)【要約】      （修正有）【課題】より高い光パワーを持つ出力信号を生成するシードレーザ形式の入力信号を含む光増幅器を提供する。【解決手段】光増幅器１００は波長１０６４ｎｍのシードレーザ１１１を受ける。増幅は、励起源１０１によって励起された、セグメント化されたＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３で発生する。利得媒質の各セグメントは、特定の長さとドーパント濃度とを有し、それらのセグメントの組み合わせにより利得媒質でのパワー吸収を増大して、より高パワーの端面励起を使用することを可能にし、レーザのパルスエネルギーと平均パワーとを向上させる。利得媒質の第１端は、クワッドパス光増幅器を配置して高い抽出効率を実現する楔面を含む。【選択図】図１
2014042016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シードレーザと、増幅器と、偏光変換手段とを含み、
前記シードレーザが、波長１０６４ｎｍで動作し、
前記シードレーザが、パルス出力を含み、
前記パルス出力が、前記シードレーザから繰り返し率とパルス幅と平均パワーと第１偏光とを伴って放射されるパルスを含み、
前記増幅器が、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質と励起光源とを含み、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、Ｎｄドープされ、
前記励起光源が、光子を提供して前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質を刺激し、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、前記シードレーザの光子をより高いエネルギーレベルへと刺激し、
前記増幅器の前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、第２偏光を含み、
前記偏光変換手段が、前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスの偏光を、前記増幅器の前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２偏光と揃えて整合し、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、第１端と第２端とを備え、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端が、前記励起光源に近接する第２端面を含み、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端が、楔角θ１の楔面を含み、
前記シードレーザが、第１外部パスに沿って前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面に入射角θ２で進入し、前記入射角θ２が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に垂直な線に対して計測され、
前記シードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第１内部パスに沿って屈折角θ２’で屈折および増幅されて前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面に向かって移動し、前記屈折角θ２’が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に垂直な線に対して計測され、
前記励起光源に近接する前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面が、高反射性コーティングを含み、前記高反射性コーティングが、波長１０６４ｎｍの前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスに対して高反射性を有するとともに前記励起光源からの光に対して高透過性を有し、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性コーティングが、前記励起光源からの光が前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質を活性化するのを許容し、
前記増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性コーティングによって、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第２内部パスに沿って内部反射角θ３で反射および増幅されて前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面に向かって移動し、前記内部反射角θ３が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の中心線に対して計測され、
前記シードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面から第２外部パスに沿って屈折角θ５で退出し、
前記屈折角θ５が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に垂直な線に対して計測されていることを特徴とするレーザ増幅装置。
【請求項２】
前記シードレーザが、１５ミリ秒から１５フェムト秒までの範囲のパルス幅を有し、
前記Ｎｄのドーパントが、０．０５％ａｔ．から３．００％ａｔ．までの範囲であり、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記繰り返し率が、１０〜３０，０００ｋＨｚの範囲であって前記パルス幅に依存し、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記平均パワーが、１ｍＷ未満から５Ｗまでの範囲であり、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、１ｍｍ２から３６ｍｍ２までの断面を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３】
第１高反射鏡をさらに含み、
前記第１高反射鏡が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質から前記第２外部パスに沿って退出する前記増幅されたシードレーザの前記第２外部パスに対して垂直に配置され、
前記シードレーザが、前記第１高反射鏡によって前記第２外部パスに沿って前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に向かって反射し、
前記増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する前記第２内部パスに沿って屈折および増幅されて前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性コーティングに向かって移動し、
前記増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端の前記第２端面の前記高反射性コーティングに当たり、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する前記第１内部パスに沿って増幅されて前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に向かって移動し、
前記増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面から前記第１外部パスに沿って屈折して退出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４】
前記偏光変換手段が、前記増幅器の前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質から退出する前記シードレーザの偏光を、さらなる使用および／または増幅のために、前記第２偏光から第３偏光に変更することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、長さ５〜３０ｍｍであり、長方形の断面を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６】
長さ５〜３０ｍｍの前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、中心波長が８０８ｎｍ＋／−３ｎｍで帯域幅が５ｎｍ未満の励起パワーの９９％を吸収することを特徴とする請求項４に記載のレーザ増幅装置。
【請求項７】
前記偏光変換手段が、旋光子と、半波長板と、偏光子とを含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項８】
前記Ｎｄのドーパントが、０．０５％ａｔ．から３．００％ａｔ．までの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項９】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質のＮｄのドーパントが、０．０５％ａｔ．から３．００％ａｔ．までの範囲であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ増幅装置。
【請求項１０】
シードレーザと、増幅器とを含み、
前記シードレーザが、第１波長で動作し、
前記シードレーザが、パルス出力を含み、
前記パルス出力が、前記シードレーザから繰り返し率とパルス幅と平均パワーと偏光とを伴って放射されるパルスを含み、
前記増幅器が、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質と、ダイオード励起光源とを含み、
前記ダイオード励起光源が、第２波長で動作し、
前記シードレーザの前記第１波長が、前記第２波長と異なり、
前記増幅器の前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、偏光され、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、第１端と、第２端とを備え、
前記増幅器の前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端が、前記シードレーザの入力に近接するとともに前記第２波長で動作する前記ダイオード励起光源に近接する第２端面を含むレーザ増幅装置。
【請求項１１】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、相互に拡散接合された複数のセグメントを含み、
前記ダイオード励起光源に最も近い第１セグメントのＮｄ濃度が、前記ダイオード励起光源から遠ざかる次の隣接セグメントのＮｄ濃度よりも低いことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項１２】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、相互に固定された複数のセグメントを含み、
前記複数のセグメントのそれぞれが、Ｎｄ濃度を有し、各セグメントのＮｄ濃度が、０．００％ａｔ．以上であり、
前記Ｎｄ濃度の最も低いセグメントが、前記ダイオード励起光源に最も近くなるように、前記複数のセグメントが、前記Ｎｄ濃度の低い順に並べられていることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項１３】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、相互に固定された第１セグメントと第２セグメントと第３セグメントとを含み、
前記第１セグメントが、第１Ｎｄ濃度を有し、
前記第２セグメントが、前記第１Ｎｄ濃度よりも高い第２Ｎｄ濃度を有し、
前記第３セグメントが、前記第２Ｎｄ濃度よりも高い第３Ｎｄ濃度を有することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項１４】
前記第１Ｎｄ濃度と前記第２Ｎｄ濃度と前記第３Ｎｄ濃度とが、２％ａｔ．未満であることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ増幅装置。
【請求項１５】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、２ｍｍ×２ｍｍの断面を有することを特徴とする請求項１４に記載のレーザ増幅装置。
【請求項１６】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、相互に固定された複数のセグメントを含み、
前記複数のセグメントのそれぞれが、Ｎｄ濃度を有し、
前記Ｎｄ濃度の最も低いセグメントが、前記励起光源に最も近くなるように、前記複数のセグメントが、前記Ｎｄ濃度の低い順に並べられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項１７】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、相互に固定された複数のセグメントを含み、
前記複数のセグメントのそれぞれが、Ｎｄ濃度を有し、
前記Ｎｄ濃度の最も低いセグメントが、前記励起光源に最も近くなるように、前記複数のセグメントが、前記Ｎｄ濃度の低い順に並べられていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ増幅装置。
【請求項１８】
シードレーザと、増幅器と、第１高反射鏡とを含み、
前記シードレーザが、第１波長１０６４ｎｍで動作し、
前記シードレーザが、パルス出力を含み、前記パルス出力が、前記シードレーザから繰り返し率とパルス幅と平均パワーと偏光とを伴って放射されるパルスを含み、
前記増幅器が、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質と光励起とを含み、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、Ｎｄドープされ、
前記光励起が、第２波長で動作するダイオード励起光源であり、
前記増幅器の前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、偏光を含み、
前記入射シードレーザの前記偏光が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記偏光と整合し、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、第１端と第２端とを備え、
前記増幅器の前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端が、前記ダイオード励起光源に近接する第２端面を含み、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端が、楔面を含み、前記楔面が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の垂直面に対して楔角θ１で傾斜した平坦面であり、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面が、反射防止第１コーティングを含み、
前記シードレーザが、第１外部パスに沿って前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面の前記反射防止第１コーティングに進入し、
前記シードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第１内部パスに沿って屈折および増幅されて前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面に向かって移動し、
前記ダイオード励起光源に近接する前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面が、高反射性第２コーティングを含み、前記高反射性第２コーティングが、波長１０６４ｎｍの前記シードレーザに対して高反射性を有するとともに前記ダイオード励起光源からの光に対して高透過性を有し、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングが、前記ダイオード励起光源からの光が前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質を活性化するのを許容し、
前記シードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングによって反射し、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第２内部パスに沿って増幅されて前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面に向かって移動し、
前記増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面から第２外部パスに沿って退出し、
前記第１高反射鏡が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質から前記第２外部パスに沿って退出する前記シードレーザの前記第２外部パスに対して垂直に配置され、
前記シードレーザが、前記第１高反射鏡によって前記第２外部パスに沿って前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に向かって反射し、
前記増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する前記第２内部パスに沿って屈折および増幅されて前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングに向かって移動し、
前記増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングに当たり、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する前記第１内部パスに沿って反射および増幅されて前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に向かって移動し、
前記増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面から前記第１外部パスに沿って屈折するレーザ増幅装置。
【請求項１９】
前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスが、約１０ピコ秒プラスまたはマイナス５ピコ秒の幅を有し、
前記Ｎｄのドーパントが、０．０５％ａｔ．から３．００％ａｔ．までの範囲であり、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記繰り返し率が、１０ｋＨｚ〜３０，０００ｋＨｚの範囲であり、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記平均パワーが、１ｍＷ未満から５Ｗまでの範囲であり、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、１ｍｍ２から３６ｍｍ２までの断面サイズを有することを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項２０】
前記シードレーザが、１５ミリ秒から１５フェムト秒までの範囲のパルス幅を有し、
前記Ｎｄのドーパントが、０．０５％ａｔ．から３．００％ａｔ．までの範囲であり、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記繰り返し率が、１０Ｈｚ〜３０，０００ｋＨｚの範囲であって前記パルス幅に依存し、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記平均パワーが、１ｍＷ未満から５Ｗまでの範囲であり、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、１ｍｍ２から３６ｍｍ２までの断面積を有し、
前記シードレーザの平均出力パワーが、１Ｗ以上であることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項２１】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、相互に固定された複数のセグメントを含み、
前記複数のセグメントのそれぞれが、Ｎｄ濃度を有し、前記Ｎｄ濃度が、０．００％ａｔ．以上であり、
前記Ｎｄ濃度の最も低いセグメントが、前記ダイオード励起光源に最も近くなるように、前記複数のセグメントが、前記Ｎｄ濃度の低い順に並べられていることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項２２】
シードレーザと、増幅器と、第１高反射鏡とを含み、
前記シードレーザが、第１波長１０６４ｎｍで動作し、
前記シードレーザが、パルス出力を含み、前記パルス出力が、前記シードレーザから繰り返し率とパルス幅と平均パワーと偏光とを伴って放射されるパルスを含み、
前記増幅器が、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質と光励起とを含み、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、Ｎｄドープされ、
前記光励起が、第２波長で動作するダイオード励起光源であり、
前記増幅器の前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、偏光を含み、
前記入射シードレーザの前記偏光が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記偏光と整合し、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、第１端と第２端とを備え、
前記増幅器の前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端が、前記ダイオード励起光源に近接する第２端面を含み、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端が、楔面を含み、前記楔面が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の垂直面に対して楔角θ１で傾斜した平坦面であり、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面が、反射防止第１コーティングを含み、
前記シードレーザが、第１外部パスに沿って前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面の前記反射防止第１コーティングに進入し、
前記シードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第１内部パスに沿って屈折して前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面に向かって移動し、１回目に増幅され、
前記ダイオード励起光源に近接する前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面が、高反射性第２コーティングを含み、前記高反射性第２コーティングが、波長１０６４ｎｍの前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスに対して高反射性を有するとともに前記ダイオード励起光源からの光に対して高透過性を有し、
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングが、前記ダイオード励起光源からの光が前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質を活性化するのを許容し、
前記１回目に増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングによって前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第２内部パスに沿って反射して前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面に向かって移動し、反射後に２回目に増幅され、
前記２回目に増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面から第２外部パスに沿って退出し、
前記第１高反射鏡が、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質から前記第２外部パスに沿って退出する前記シードレーザの前記第２外部パスに対して垂直に配置され、
前記２回目に増幅されたシードレーザが、前記第１高反射鏡によって前記第２外部パスに沿って前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に向かって反射し、
前記２回目に増幅されたシードレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する前記第２内部パスに沿って屈折して前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングに向かって移動し、屈折後に前記第２内部パス上で３回目に増幅され、
前記３回目に増幅されたレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングに当たり、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する前記第１内部パスに沿って反射して前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に向かって移動し、反射後に４回に増幅され、
前記４回目に増幅されたレーザが、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面から前記第１外部パスに沿って伝送されるレーザ増幅装置。
【請求項２３】
前記励起光源が、８０８ｎｍ＋／−１０ｎｍの波長で動作することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項２４】
前記励起光源が、８２０ｎｍ＋／−１０ｎｍの波長で動作することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項２５】
前記励起光源が、８８０ｎｍ＋／−１０ｎｍの波長で動作することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項２６】
前記励起光源が、８８８ｎｍ＋／−１０ｎｍの波長で動作することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項２７】
前記励起光源が、９１５ｎｍ＋／−１０ｎｍの波長で動作することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項２８】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８０８ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項２９】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８２０ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３０】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８８０ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３１】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８８８ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３２】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、９１５ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３３】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８０８ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３４】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８２０ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３５】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８８０ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３６】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８８８ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３７】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、９１５ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３８】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８０８ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項３９】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８２０ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４０】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８８０ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４１】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、８８８ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４２】
前記ダイオード励起光源の前記第２波長が、９１５ｎｍ＋／−１０ｎｍであることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４３】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、長さ５〜３０ｍｍであり、正方形の断面を有することを特徴とする請求項５に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４４】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、１〜３６ｍｍ２の断面積を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４５】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、１〜３６ｍｍ２の断面積を有することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４６】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、１〜３６ｍｍ２の断面積を有することを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４７】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、１〜３６ｍｍ２の断面積を有することを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４８】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、相互に固定された複数のセグメントを含み、
前記複数のセグメントのそれぞれが、Ｎｄ濃度を有することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項４９】
前記励起光源が、端面励起であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５０】
前記励起光源が、側面励起であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５１】
前記励起光源が、複数の側面励起であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５２】
前記ダイオード励起光源が、端面励起であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５３】
前記ダイオード励起光源が、側面励起であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５４】
前記ダイオード励起光源が、複数の側面励起であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５５】
前記ダイオード励起光源が、端面励起であることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５６】
前記ダイオード励起光源が、側面励起であることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５７】
前記ダイオード励起光源が、複数の側面励起であることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５８】
前記ダイオード励起光源が、端面励起であることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項５９】
前記ダイオード励起光源が、側面励起であることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６０】
前記ダイオード励起光源が、複数の側面励起であることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６１】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、断面正方形を含む断面長方形に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６２】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、断面正方形を含む断面長方形に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６３】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、断面正方形を含む断面長方形に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６４】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、断面正方形を含む断面長方形に形成されていることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６５】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、断面円形に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６６】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、断面円形に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６７】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、断面円形に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６８】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質が、断面円形に形成されていることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項６９】
前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスが、１５ミリ秒から１５フェムト秒までの範囲の幅を有し、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記繰り返し率が、１０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であって前記パルス幅に依存することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項７０】
前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスが、１５ミリ秒から１５フェムト秒までの範囲の幅を有し、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記繰り返し率が、１０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であって前記パルス幅に依存することを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項７１】
前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスが、１５ミリ秒から１５フェムト秒までの範囲の幅を有し、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記繰り返し率が、１０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であって前記パルス幅に依存することを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項７２】
前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスが、約１０ピコ秒の幅を有し、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記繰り返し率が、１０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅装置。
【請求項７３】
前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスが、約１０ピコ秒の幅を有し、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記繰り返し率が、１０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅装置。
【請求項７４】
前記シードレーザの前記パルス出力の前記パルスが、約１０ピコ秒の幅を有し、
前記シードレーザの前記パルス出力の前記繰り返し率が、１０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅装置。
【請求項７５】
シードレーザから繰り返し率とパルス幅と平均パワーと偏光とを伴って放射されるパルスを有するパルス出力を含むシードレーザを第１波長で動作させるステップと、
前記シードレーザの前記偏光を、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の偏光と整合するステップと、
光励起を使用して前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質を第２波長で光学的に励起するステップと、
前記シードレーザを、第１外部パスに沿って前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の楔面に施された反射防止第１コーティングに案内するステップと、
前記第１波で動作する前記シードレーザに対して高反射性を有するとともに前記光励起からの光に対して高透過性を有する高反射性第２コーティングを含む前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第２端面に向けて、前記シードレーザを、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第１内部パスに沿って屈折させ、１回目に増幅するステップと、
前記１回目に増幅したシードレーザを、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングによって、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第２内部パスに沿って反射して前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面に向けて移動し、反射後に前記レーザを２回目に増幅するステップと、
前記２回目に増幅したシードレーザを、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記楔面から第２外部パスに沿って屈折させるステップと、
前記２回目に増幅したシードレーザを、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質から退出する前記シードレーザの前記第２外部パスに対して垂直に配置された高反射鏡によって、前記第２外部パスに沿って前記楔面に向けて反射するステップと、
前記２回目に増幅したシードレーザを、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する前記第２内部パスに沿って屈折させて前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングに向けて移動し、前記シードレーザを前記第２内部パス上で３回目に増幅するステップと、
前記３回目に増幅したシードレーザを、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングによって、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する前記第１内部パスに沿って反射して前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面に向けて移動し、反射後に前記シードレーザを４回目に増幅するステップと、
前記４回目に増幅したシードレーザを、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第１端の前記楔面から前記第１外部パスに沿って屈折させるステップとを含むレーザ増幅方法。
【請求項７６】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の前記第２端面の前記高反射性第２コーティングが、前記ダイオード励起光源からの光が前記Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質を活性化するのを許容することを特徴とする請求項７５に記載のレーザ増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ主発振器電力増幅装置（ＭＯＰＡ）に関する。
主発振器電力増幅装置（ＭＯＰＡ）の構成には、シードレーザと、有益な作業を行わせるためにシードレーザのパワー出力を増大させる増幅器とが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
Ｐｅｎｇらの特許文献１では、その要約書で以下のように述べている。
「マイクロマニシング、集積回路のビア穴あけ及び紫外線（ＵＶ）変換等の用途には、高パワーのダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）パルスレーザが好ましい。
Ｎｄ：ＹＶＯ４（バナデート）レーザは、広い帯域幅の励起波長に亘って高いエネルギ吸収係数を有するので、高パワー用途のための良い候補である。
しかしながら、バナデートは、硬く、熱応力が加わると破損しやすいという点で、熱力学的性質が劣っている。
レーザパラメータを最適化し、励起波長及び利得媒質のドーピング濃度を選択して、吸収係数を２ｃｍ−１未満、例えば、約９１０ｎｍと約９２０ｎｍとの間の励起波長に制御することによって、ドーピングされたバナデートレーザは、熱レンジングを４０％低減しながら、結晶マテリアルを破砕することなく、最大１００Ｗの出力パワーを生成するように改善できる」。
【０００３】
Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈの特許文献２では、以下を開示している。
「少なくとも５ｍｍの長さを有するＮｄ：ＹＶＯ４の利得素子を有するレーザ共振器を含むレーザであって、前記利得素子が端面励起され、励起光が、熱応力と前記利得素子の破損とを減らすために、前記利得素子の最大吸収波長と異なり且つ８１４〜８２５ナノメートルの間に収まるように選択された波長を有し、それによって励起光源が２２ワットを超えるパワーを利得媒質に提供するように動作可能であるレーザ」。
【０００４】
非特許文献１をここに引用によりその全体を援用する。
この記事は、Ｎｄドーピング濃度に関する情報を含み、さらに利得媒質の断面積のサイズと対処可能な励起パワーレベルに関する情報も含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，７２０，１２１号
【特許文献２】米国特許第７，２０３，２１４Ａ号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｐｏｗｅｒ  Ｓｃａｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｄｉｏｄｅ−Ｐｕｍｐｅｄ  Ｎｄ：ＹＶＯ４  Ｌａｓｅｒｓ、ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、ＶＯＬ．３８、ＮＯ．９、ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ  ２００２、Ｘｉａｏｙｕａｎ  Ｐｅｎｇ、Ｌｅｉ  Ｘｕ、Ａｎａｎｄ  Ａｓｕｎｄｉ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）レーザが開示される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この増幅器は、より高い光パワーを持つ出力信号を生成するシードレーザ形式の入力信号を含む光増幅器である。
増幅は、外部源からエネルギーが提供される利得媒質で発生する。
利得媒質は、外部エネルギー源から「励起」または「活性化」される。
通常、外部エネルギー源は光である。
励起は、光励起またはその他の適切なエネルギー源でよい。
励起は、ダイオード励起光源でよい。
【０００９】
シードレーザは、発振器と、一定長の光ファイバ（または自由空間キャビティ）と、１つまたは２つの鏡と、反射コーティングを具備する／または具備しないＱスイッチと、オプティクスとを含み得る。
シードレーザは、１０６４ｎｍ（１０６４ナノメートル）の波長で動作するのが好ましいが、他の波長も具体的に意図される。
Ｑスイッチは、電気光学変調器または音響光学変調器でよい。
どちらのタイプのＱスイッチも、電子ドライバによって制御および駆動される。
きわめて高いパルスエネルギーを提供する、繰り返し率が高いモード同期レーザの場合は、繰り返しを低減するパルスピッカが必要である。
電気光学パルスピッカを使用する場合、ポッケルスセルおよび偏光オプティクスを利用できる。
ポッケルスセルが偏光状態を操作し、その後偏光子がパルスの偏光に基づいてパルスを伝送またはブロックする。
【００１０】
音響光学パルスピッカを使用する場合、短ＲＦパルスが音響光学変調器に適用され、所望のパルスを使用のために若干変更された方向に偏向しつつ、他の偏向されていないパルスをブロックする。
音響光学変調器（ＡＯＭ）は、レーザビームのパワー、周波数、または空間方向を電気的な駆動信号で制御するために使用できる。
ＡＯＭは、音波の振動機械圧力を適用することにより結晶の屈折率を変更する音響光学効果に基づいている。
屈折率を変更すると、所望のパルスの方向が変更され、偏向されたパルスが使用可能になる。
【００１１】
光ファイバの長さは、有効なキャビティ寸法を変更するために変更できる。
モード同期レーザなどのシードレーザは、パルス幅が約５〜３０ピコ秒のパルスを有するパルス出力を、繰り返し率１０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚで生成する。
他のパルス幅を使用することも具体的に意図される。
詳細には、ここに開示する発明によってさまざまなパルス幅を生成できることが意図される。
すなわち、ここに開示する発明により、所望の特性を備えた１５ミリ秒から１５フェムト秒までの間のパルス幅を作成できる。
１５ミリ秒などの長いパルス幅の場合、繰り返し率を適切に減少させることが必要であり、また実現可能である。
繰り返し率は、１０Ｈｚ未満から１００ＭＨｚまでにすることができる。
シードレーザは第１偏光を含む。
この第１偏光は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の偏光に一致する偏光に変換される。
シードレーザのパルス出力のパルスは、光励起によって光学的に励起されるＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質によって増幅される。
高反射鏡を使用して、シードレーザのパルス出力のパルスが、断面がほぼ長方形のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を通過する回数（パス）を制御する。
Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質は、断面が正方形、円形、またはその他の形状でよい。
利得媒質の第１端は、楔角θ１で傾斜した平坦な楔面である。
【００１２】
Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質は、第１端と、第２端とを含む。
利得媒質は、長さが５〜３０ｍｍ、断面積が１ｍｍ２〜３６ｍｍ２でよい。
５〜３０ｍｍの結晶は、Ｎｄドーピング濃度を十分かつ許容可能な高さにした状態で、８０８ｎｍで４０Ｗの励起電力の９９％を吸収するのに十分な長さである。
結晶が長いほど、熱除去の点で好ましい。
また、長方形以外の断面構成を有するＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を使用してもよい。
たとえば、断面が円形のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を使用できる。
小径で長く、吸収係数が低い円形のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質は、熱をうまく放散し、結晶を破砕から保護する。
ロッド形状のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を使用してもよい。
【００１３】
各セグメントのＮｄ濃度は、濃度の低い順に光励起の近傍から並べる必要はない。
各セグメントの長さにより、利得のためのＮｄ濃度を調整する吸収長が決まる。
【００１４】
その他の励起波長も使用できる。
たとえば、励起の中心波長は、８０８ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）でよい。
励起は、端面励起でも、１つ以上の側面励起でよい。
複数の側面励起を使用する場合、それらの励起はパワー出力レベルが異なっていてもよい。
必要に応じて、それぞれに所望のＮｄドーピングを施したセグメントからなるセグメント化された利得媒質の各セグメントに、異なるパワー出力レベルを適用してもよい。
励起は、ダイオード励起光源またはその他の適切な光源でよい。
光励起以外の励起の使用は、ここに開示する本発明によって意図される。
【００１５】
増幅器のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質は第２偏光を含む。
シードレーザの第１偏光を増幅器のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第２偏光と一致させる偏光変換手段が、シードレーザの出力レンズと、増幅器のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第１端の入力楔面との間に存在する。
【００１６】
増幅器のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第２端は、８０８ｎｍで動作するダイオード励起光源に近接する第２端面を含む。
より詳細には、４０ワットのダイオード励起光源（端面励起）が８０８ｎｍで動作し、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第２端の近傍に存在する。
３０〜６０ワットのその他のダイオード励起も意図される。
【００１７】
Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第１端は、反射防止コーティングが施された楔面を含む。
シードレーザのパルス出力のパルスは、第１外部パスに沿って入射角θ２でＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の楔面の反射防止コーティングに進入する。
入射角θ２は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の楔面に垂直な線に対して計測される。
この楔面が平坦な面であり、楔角θ１で形成されていることがわかるであろう。
楔角θ１は、楔面の１点を通過する垂直面に対して計測される。
さらに、入力シードレーザが、利得媒質の中心線に平行な線に対して角度θ６で楔面に進入することがわかるであろう。
θ６＝θ２−θ１である。
楔角θ１は３〜１０°に設計されており、５〜７°であることが好ましい。
シードレーザの入射角θ２は、１５°以下である。
角度θ２は、後述するように、クワッドパスの例におけるパルスの第４パスの屈折角でもある。
５〜７°の楔角θ１は、約０．７８°の好ましい反射角θ３を生む。
【００１８】
屈折角θ２’は、第１パス上で楔面に向かうシードレーザが成す屈折の角度である。
屈折角θ２’は、楔面に垂直な線に対して計測される。
【００１９】
シードレーザは、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質内で内部反射角θ３で反射する。
内部反射角θ３は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の中心線に対して定義される。
上述したように、好ましい反射角θ３は約０．７８°である。
利得媒質内のシードレーザの反射角θ３を最小化して、シードレーザのパルスが利得媒質を通る軸の中心線に対して相対的に中央にとどまるようにし、それによってレーザが利得媒質を通過するときにできるだけ多くのエネルギーをレーザに効率的に伝達できるようにすることが望ましい。
シードレーザのパルスのエネルギーは、パルスが利得媒質を通過するときに増加する。
さらに、０．７８°の好ましい反射角θ３は、利得媒質の楔面に入力されるシードレーザと、利得媒質から出力されるシードレーザとが、確実に分離されるだけの大きさでなければならない。
【００２０】
０．７８°の内部反射角θ３は、長さ約２０ｍｍの利得媒質の場合、利得媒質の軸に対して約０．２７ｍｍのシフトを生む。
さらに、利得媒質が長さ約１０ｍｍの場合、０．７８°の好ましい内部反射角θ３は、利得媒質の軸に対して約０．１３５ｍｍのシフトを生む。
【００２１】
シードレーザは、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第１パス上で第１内部パスに沿って角度θ２’で屈折して、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第２端面に向かって移動する。
励起に近接するＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第２端面は、波長１０６４ｎｍのシードレーザに対して高反射性を有する第２コーティングを含む。
第２コーティングは、端面励起からの波長８０８ｎｍの光に対しては高透過性を有する。
【００２２】
シードレーザは、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第２端面の高反射性を有する第２コーディングによって内部反射角θ３で反射し、それによって波長１０６４ｎｍのレーザパルスがＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の内部を通過する第２パス上でＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の楔面に向かって移動する。
シードレーザのパスは、入射角θ４で楔面に近づく。
レーザパルスは、第２外部パスに沿って屈折角θ５でＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の楔面から退出する。
屈折角θ５と入射角θ４は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第１端に直交する（垂直な）線に対して計測される。
【００２３】
本発明では、パルス幅１０ピコ秒＋／−５ピコ秒のパルスレーザを繰り返し率１０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚで生成する。
１００ｋＨｚを超える１００μＪのパルスエネルギーは、平均パワー１０Ｊ／ｓまたは１０Ｗ超を生成する。
出力パワーは、入力シードレーザの平均パワーにも依存する。
入力シードレーザの平均パワーは、１ｍＷ未満（たとえば、１ワット未満）から数ワットまでの間であり得る。
本発明では、入力シードレーザの平均パワーが高いため、１０Ｗを大幅に上回る平均出力パワーを生成できる。
【００２４】
本発明の他の例は、セグメントごとにＮｄドーパント濃度が異なるセグメント化された利得媒質を含む。
この利得媒質のセグメントは、ドーピング濃度に応じて所望の配置にすることができる。
たとえば、Ｎｄ濃度が最も低いセグメントを励起光源に隣接させることができる。
次に、Ｎｄ濃度が２番目に低いセグメントを、Ｎｄ濃度が最も低いセグメントに隣接させることができる。
最後に、Ｎｄ濃度が最も高い３番目のセグメントを末尾に配置することができる。
これらのセグメントは、Ｎｄ濃度の任意の順序で配置できる。
１つ以上のセグメントのＮｄ濃度がゼロであってもよい。
【００２５】
端面励起される利得媒質を通過するシードレーザパルスの複数のパスにより、きわめて高い利得が実現する。
１つ以上の光励起による利得媒質の側面励起が開示され、特許請求の範囲に記載される。
利得媒質は、拡散接合された３つのセグメントを含む。
これらのセグメントは、長さとドーパント濃度とが異なり、結果として利得と分布とが異なる。
または、拡散接合の代わりに、セグメント間で反射防止コーティングを使用してセグメントを相互に固定してもよい。
ドーピングのパーセンテージを３倍に拡大すると、吸収係数α＝０．１５が得られる。
吸収効率は次のとおりである。
【数１】
2014042016.tif 000003
【００２６】
したがって、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶の詳細がわからなくても、より長い結晶を使用する、および／または吸収係数を増やすことによって効率を向上させることができる。
ただし、吸収係数αは、それだけでは、熱レンズ効果が存在すること、および係数αと適用されるパワーとに物理的な限度があることを示していない。
Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶に適用されるパワーが増加すると、Ｎｄドーピングの濃度が減少し、結晶の断面（長方形、円形、またはその他の形状の断面）が減少する。
ドーピング濃度が低いほど、高い励起パワーを使用できる。
非特許文献１をここに引用によりその全体を援用する。
この記事は、Ｎｄドーピング濃度に関する情報を含み、さらに利得媒質の断面積と対処可能なパワーレベルに関する情報も含んでいる。
【００２７】
セグメントごとのＰａｂｓは、以下の方程式で求められる。
【数２】
2014042016.tif 000004
【００２８】
後続のセグメントが利用できる、または後続のセグメントに伝達されるパワーは、以下の方程式で求められる。
【数３】
2014042016.tif 000005
【００２９】
このように励起パワーをセグメントで吸収することによって励起パワーを拡大する方法を適用すると、より高い励起パワーを使用し、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶へのエネルギー伝達を高めることができる。
Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶へのエネルギー伝達が高まると、シードレーザが利得媒質内を移動する際の利得が増える。
【００３０】
ドーピング濃度が徐々に増加するセグメントを使用すると、セグメントの破砕が防止される。
高パワーの光端面励起を使用することが望ましい場合は、セグメントの断面積を減らし、Ｎｄ濃度を下げる。
断面積を減らし、Ｎｄドーパント濃度を下げることで、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶に大きなエネルギー／パワーを伝達できる高パワーの励起を使用し、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶からシードレーザのパルス出力のパルスにエネルギーを伝達することが可能となる。
各セグメントに適用されるパワーを計算し、そのセグメントの断面積およびドーパント濃度で許容される限度内に収めれば、結晶の破砕が防止される。
【００３１】
各セグメントは、特定の利得を備えた増幅器の１つの段階として扱うこともできる。
多段階の増幅によって多重の利得が与えられるため、各セグメントの利得を最適に設計することで、特定の励起パワーから最大の抽出効率を実現することが期待できる。
【００３２】
本発明の目的は、高利得媒質を含むレーザを提供することである。
【００３３】
本発明の目的は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質に大量のパワーを伝達するレーザを提供することである。
【００３４】
本発明の目的は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質によって大量のパワーを吸収することを可能にする適切なＮｄドーパント濃度と適切な断面積とを備えたセグメントで構成される高利得媒質を含むレーザを提供することである。
【００３５】
本発明の目的は、きわめて低い（小さい）シード信号でも励起からレーザへの抽出効率が高いレーザを提供することである。
【００３６】
本発明の目的は、自己レーザ放射を防ぐために一端に楔面を備えた高利得媒質を含むレーザを提供することである。
【００３７】
本発明の目的は、入射パルスと出射パルスとを十分に分離するために一端に楔面を備えた高利得媒質を含むレーザを提供することである。
【００３８】
本発明の目的は、シードレーザ出力の利得を増やすために内部を通過する複数のパスを備えた高利得媒質を含むレーザを提供することである。
【００３９】
本発明の目的は、シードレーザ出力の利得を増やすために内部を通過する複数のパスを備えた、セグメント化された高利得媒質を含むレーザを提供することである。
【００４０】
本発明の目的は、楔面を備えた高利得媒質を含むレーザであって、シードレーザのパルス出力の入射パルスの入射角が、該パルスが楔面に当たり、高利得媒質内の第１内部パス上で角度をなして屈折し、利得媒質内を移動する際に励起スポットサイズ内に存在することで最大限のエネルギーがパルスに伝達されるように選択されているレーザを提供することである。
【００４１】
本発明の目的は、利得媒質の励起スポットサイズ内にシードレーザを維持することである。
【００４２】
以上の目的とその他の目的は、図面および以下の説明を参照することで、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】シードレーザ入力と、偏光子と、２つの半波長板と、旋光子と、クワドルプルパス（クワッドパス）Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質とを含み、第１増幅器が光端面励起と、該クワドルプルパス（クワッドパス）Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質と、高反射鏡とを含むレーザの概略図。
【図１Ａ】シードレーザ入力と、偏光子と、２つの半波長板と、旋光子と、ダブルパス（デュアルパス）Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質とを含み、第２増幅器が光端面励起と、該ダブルパス（デュアルパス）Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質とを含むレーザの概略図。
【図１Ｂ】図１の概略図の斜視図。
【図１Ｃ】光側面励起されたＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を含むレーザの概略図。
【図１Ｄ】光側面励起されたＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を含むレーザの他の例の概略図。
【図１Ｅ】光側面励起されたＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を含むレーザの他の例の概略図。
【図２】クワドルプルパス（クワッドパス）Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質を含む第１増幅器と、ダブルパス（デュアルパス）利得媒質を含む第２増幅器との組み合わせであって、第１増幅器が光端面励起を含み、第２増幅器が光端面励起を含み、４つの鏡を利用する組み合わせの概略図。
【図３】図１のクワッドパス構成でのさまざまなｍＷの平均シードパワー入力信号のパワー増幅を示すグラフ。
【図４】図１Ａのデュアルパス構成でのさまざまなｍＷの平均シードパワー入力信号のパワー増幅を示すグラフ。
【図５】第１端に楔面を備え、第２端に第２端面を備えるＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を、シードレーザの第１外部パス、増幅されたシードレーザの第１内部パス、増幅されたシードレーザの第２内部パス、および増幅されたシードレーザの第２外部パスとともに示す概略図。
【図５Ａ】図５の５Ａ−５Ａ線に沿った端面図。
【図５Ｂ】断面円形のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の端面図。
【図６】Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質の楔角とシードレーザの入射角との関係、およびＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の楔角と該利得媒質内でのシードレーザの内部反射角との関係を示すグラフ。
【図７】楔角に応じた利得媒質の第１端面におけるレーザの入力パスのレーザの出力パスからの分離距離と、鏡Ｍ１から入射シードレーザまでの間の距離とを示すグラフ。
【図８】利得媒質と、第１鏡と、第２鏡とを含むクワッドパス増幅器の使用の概略図。
【図８Ａ】図８の構成の移動距離に応じたスポットサイズのグラフであって、第１パスと、第２パスと、第３パスと、第４パスと、第１鏡および第２鏡の位置とを示すグラフ。
【図９】波長１０６４ｍｎ、繰り返し率１００ｋＨｚのシードレーザの概略図。
【図９Ａ】利得媒質の第２端の近傍に存在する光励起とシードレーザパルス出力との概略図。
【図１０】波長１０６４ｍｎ、繰り返し率１００ｋＨｚのシードレーザの概略図。
【図１０Ａ】長さとドーパント濃度とがそれぞれ異なり、結果として利得と励起パワー吸収とがそれぞれ異なる３つの拡散接合されたセグメントを含む利得媒質の第２端の近傍に存在する光励起とシードレーザの概略図。
【図１０Ｂ】ドーパント濃度（Ｃ％ａｔ．）、セグメント長、アルファ（拡大されたドーパント濃度）、およびセグメントごとのＰａｂｓ（吸収されるパワー）を示す表。
【図１１】Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質がセグメントごとにドーパント濃度が異なる３つのセグメントを含む、図５に類似する概略図。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、シードレーザ１１１と、レンズ１１０と、偏光子１０７と、２つの半波長板１０６、１１２と、旋光子１０５と、クワドルプルパス（クワッドパス）Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３との概略図１００である。
増幅器は、光端面励起１０１と、利得媒質１０３と、高反射性鏡１１４とを含む。
シードレーザ１１１のスポットサイズは、レンズ１１０の選択によって実質的に決まる。
利得媒質１０３内で必要なレーザのスポットサイズは、所望の利得に基づいて決定される。
Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３内の利得量は、光端面励起１０１のスポットサイズと、Ｎｄのドーピング濃度とに依存する。
シードレーザ１１１のスポットサイズを適切に設定し、光端面励起１０１のスポットサイズを適切に設定するのが望ましい。
【００４５】
光端面励起１０１は、好ましくはダイオード端面励起である。
利得媒質１０３は、反射防止コーティングが施された楔形の端面（１０３Ａ）を備える。
楔型の端面（１０３Ａ）は、利得媒質１０３の第１端５２０Ｆにある。
利得媒質１０３の第２端面１０１Ｃは、平坦であり、８０８ｎｍの波長に対して高透過性を有するコーティングが施されている。
このコーティングは、１０６４ｎｍの波長に対して高反射性を有する。
【００４６】
シードレーザ１１１は、パルス幅が約１０ピコ秒（＋／−５ピコ秒）のパルスを有するパルス出力１１１Ａを繰り返し率１０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ、波長１０６４ｎｍで生成する。
これらのパルスは、波長１０６４ｎｍの光を含む。
利得媒質１０３に進入して通過したパルスは、第２端面１０１Ｃに当たり、その高反射コーティングによって反射する。
【００４７】
図１を参照すると、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３は、波長８０８ｎｍで動作するレーザダイオードによって端面励起される。
その他の励起波長も使用できる。
たとえば、励起の中心波長は、８０８ｎｍ、８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）でよい。
励起は、端面励起でも、１つ以上の側面励起でもよい。
図１Ｃ、図１Ｄ、および図１Ｅを参照されたい。
励起は、ダイオード励起光源またはその他の適切な光源でよい。
矢印１０２は、利得媒質１０３へのパワーの流れを示す。
利得媒質１０３の結晶の楔面（１０３Ａ）は、１０６４ｎｍの波長に対するＡＲコーティング（反射防止コーティング）が施されている。
利得媒質１０３の第２端面１０１Ｃは、１０６４ｎｍの波長に対するＨＲコーティング（高反射コーティング）が施されており、励起面に８０８ｎｍの波長に対するＨＴコーティング（高透過コーティング）が施されている。
８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、９１５ｎｍなどのその他の波長での励起に対しても高透過コーティングが使用される。
つまり、第２端面１０１Ｃは、旋光子１０５から送られる増幅されたシードレーザ（１０４）を反射する。
波長１０６４ｎｍの偏光されたシードレーザ１１１は、偏光子１０７、半波長板１０６、および旋光子１０５を通過して利得媒質１０３に至る。
符号１０４／１０４Ａは、パルス／レーザの異なるタイミングでの双方向の流れを示す。
【００４８】
引き続き図１を参照すると、シードレーザ１１１は、利得媒質１０３内を４回移動する。
増幅されたレーザ出力１０４Ａは、シードレーザ（１１１Ａ）の出力パルスの偏光に対して偏光を９０°シフトする偏光子１０７によって分離される。
【００４９】
利得媒質１０３は、円形、長方形、正方形、またはその他の断面形状を持ち得る。
利得媒質１０３は任意の断面形状でよい。
断面形状が長方形の場合、長方形の辺は長さがほぼ等しく、断面が正方形になる。
長方形の各辺は１〜６ｍｍであり、利得媒質１０３の長さは５〜３０ｍｍである。
通常は、長方形の利得媒質１０３が使用される。
断面が円筒形のロッドを使用してもよい。
直径が小さいロッドは熱伝達に優れている。
【００５０】
引き続き図１を参照すると、シードレーザ１１１は、パス（１１１Ａ）に沿ってパルスを放射して偏光子１０７、半波長板１０６、および旋光子１０５を通過させる。
旋光子１０５において、偏光が利得媒質１０３の偏光に変換される。
図１Ａは、鏡Ｍ１を削除することにより作成されたデュアルパス増幅器の例の概略図１００Ａである。
図１Ｂは、図１の概略図の斜視図１００Ｂであって、シードレーザ１１１と、レンズ１１０と、偏光子１０７と、旋光子１０５と、冷却室に収容された利得媒質１０３と、光励起（１０１）とを示している。
【００５１】
図１Ｃは、光側面励起されたＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３を含むレーザの概略図１００Ｃである。
側面励起１９９は、必要に応じて利得媒質１０３を部分的または完全に囲むものとして図示されている。
図１Ｄは、光側面励起されたＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３を含むレーザの別の例を示す概略図１００Ｄである。
このレーザは、必要に応じて利得媒質１０３を部分的または完全に囲む第１光側面励起１９９Ａと第２光側面励起１９９Ｂとを含む。
図１Ｅは、光側面励起されたＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３Ｒを含むレーザの別の例を示す概略図１００Ｅである。
このレーザは、必要に応じて利得媒質１０３Ｒを部分的または完全に囲む３つの光側面励起１９９Ｃ、１９９Ｄ、１９９Ｅを含む。
【００５２】
図２は、クワドルプルパス（クワッドパス）Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３を含む第１増幅器と、ダブルパス（デュアルパス）利得媒質２０３を含む第２増幅器の組み合わせの概略図２００である。
第１増幅器は光端面励起１０１を含み、第２増幅器は光端面励起２０１を含む。
図２の例では、鏡Ｍ１（１１４）、Ｍ２（２２１）、Ｍ３（２１４）、Ｍ４（２１７）を利用している。
また図２に示す発明の例では、アイソレータ２１９を利用している。
偏光子１０７は、高い偏光消光比を備え、クワッドパス増幅器とシードレーザ１１１との間の自然な分離を実現する。
旋光子１０５は、デュアルパス増幅器からのフィードバックパワーをブロックする働きをする。
【００５３】
図３は、図１のクワッドパス３０２でのさまざまなｍＷの平均シードパワーパルスのパワー増幅を示すグラフ３００である。
クワッドパス３０２は、図４に示すデュアルパス３０１よりも増幅利得に優れる。
１〜２ｍＷのシード出力を、３０Ｗの励起で約１．５Ｗに増幅できる。
励起パワーを３５Ｗ、シードレーザ１１１の平均パワーを２０ｍＷに上げると、単段階のクワッドパス増幅器で５Ｗを超える出力パワーが得られる。
【００５４】
図４は、図１Ａのデュアルパス構成でのさまざまなｍＷの平均シードパワー入力信号のパワー増幅を示すグラフ４００である。
【００５５】
図５は、第１端５２０Ｆに楔面（１０３Ａ）を備え、第２端５３０Ｓに第２端面１０１Ｃを備えるＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３を示す概略図５００である。
図５は、シードレーザ１１１の第１外部パス１１１Ｅと、１回目に増幅されたシードレーザ１１１の第１内部パス１１１Ｉと、２回目に増幅されたシードレーザ１１１の第２内部パス１１５Ｉと、２回目に増幅されたシードレーザ１１１の第２外部パス１１５Ｅとを示している。
【００５６】
図１Ａのデュアルパス増幅器の場合、入射レーザは利得媒質１０３を２回通過する。
入射パルスは、第１外部パス１１１Ｅに沿って入射角θ２で楔面（１０３Ａ）に当たり、第１内部パス１１１Ｉに沿って屈折角θ２’で屈折して第２端面１０１Ｃに当たる。
ここでは、第１内部パス１１１Ｉに沿ったレーザを、１回目に増幅されたレーザとも呼ぶ。
その後、レーザは、２回目の通過で第２内部パス１１５Ｉに沿って屈折角θ３で屈折して楔面（１０３Ａ）に向かう。
ここでは、第２内部パス１１５Ｉに沿ったレーザを、２回目に増幅されたレーザとも呼ぶ。
その後、レーザは入射角θ４で楔面（１０３Ａ）に到達し、第２外部パス１１５Ｅに沿って屈折角θ５で屈折する。
図１Ａに示すデュアルパスの例では、Ｍ１は示されていない。
【００５７】
図４は、図１Ａのデュアルパス概略図でのさまざまなｍＷの平均シードパワー入力信号のパワー増幅を示すグラフである。
【００５８】
図１および図５を参照すると、クワッドパス増幅器では、鏡１１４（Ｍ１）を使用してレーザを利得媒質１０３に戻している。
図５を参照すると、図１および図２に示すクワッドパス増幅器の考え方では、高反射鏡１１４によってレーザを第２外部パス１１５Ｅに沿って楔面（１０３Ａ）の位置５０２に対して入射角θ５で反射させる。
この位置で、レーザは３回目に増幅されたレーザとして第２内部パス１１５Ｉに沿って屈折角θ４で屈折する。
ここでは、この第２内部パス１１５Ｉに沿って屈折角θ４で屈折するレーザを、３回目に増幅されたレーザとも呼ぶ。
３回目に増幅されたレーザは、第２内部パス１１５Ｉに沿って進み、高反射性の面１０１Ｃに当たる。
そして４回目に増幅されたレーザとして第１内部パス１１１Ｉに沿って内部反射角θ３で楔面（１０３Ａ）に向けて反射する。
ここでは、第１内部パス１１１Ｉに沿って入射角θ２’で移動するレーザを、４回目に増幅されたレーザとも呼ぶ。
第１内部パス１１１Ｉは、楔面（１０３Ａ）に垂直な線に対して入射角θ２’で位置する。
４回目に増幅されたレーザが楔面（１０３Ａ）に当たると、第１外部パス１１１Ｅに沿って屈折角θ２で屈折し、旋光子１０５、半波長板１０６、偏光子１０７、半波長板１１２を通って矢印１１３の方向で進む。
【００５９】
図１は、４段階の増幅を含むクワッドパス増幅器を示している。
レーザは、利得媒質１０３を通過するたびに増幅され、さらなるエネルギーを得る。
図１Ａは、２段階の増幅を含むデュアルパス増幅器を示している。
図２は、クワッドパス（クワッド増幅、図１）とデュアルパス（ダブル増幅、図１Ａ）とを組み合わせた６段階の増幅を示している。
【００６０】
図５Ａは、図５の５Ａ−５Ａ線に沿った端面図５００Ａである。
図５Ａは、第１外部パス１１１Ｅに沿った入射パルスの楔面（１０３Ａ）における進入位置５０１を示している。
また図５Ａは、第２外部パス１１５Ｅに沿った出力パルスの楔面（１０３Ａ）における退出位置５０２を示している。
利得媒質１０３をクワッドパス増幅器として使用した例では、位置５０２が第３パスの進入位置となり、位置５０１が第４パスの退出位置となる。
【００６１】
引き続き図５および図５Ａを参照すると、ダイオード励起（１０１）が第２端面１０１Ｃの近傍に図示されている。
第２端面１０１Ｃは、波長８０８ｎｍで高透過性を有し、波長１０６４ｎｍで高反射性を有する。
その他の励起波長（８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、９１５ｎｍ）を使用した場合、第２端面１０１Ｃはそれらの波長で高透過性を有する。
第２端面１０１Ｃはコーティングされており、そのコーティングがそれぞれの波長で上述した特性を有する。
符号１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄ、１０３Ｅは、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の領域を示す。
領域１０３Ｂは、比較的高いエネルギー／パワーが伝達される第２端面１０１Ｃの近傍に位置する。
点（ドット）の密度／量は、利得媒質１０３に伝達されるエネルギー／パワーの相対的な量を表している。
また図５からわかるように、エネルギーは利得媒質１０３の円筒状コアに伝達され、エネルギー伝達は利得媒質１０３に進入する励起エネルギーのスポットサイズによって画定される。
領域１０３Ｃは、ドットの数／量が少ない。
これは、伝達されるエネルギー／パワーの相対的な量が領域１０３Ｂよりも少ないことを示している。
同様に、領域１０３Ｄと領域１０３Ｅとでは、ドットの数／量が徐々に少なくなる。
これは、８０８ｎｍの励起からの距離に応じて、利得媒質１０３に伝達されるエネルギー／パワーの相対的な量が減ることを示している。
符号５９９は、ダイオード端面励起の波長８０８ｎｍでの放射パワーの径方向範囲を概略的に表している。
その他の励起波長も使用可能である。
たとえば、励起の中心波長は、８０８ｎｍ、８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）でよい。
励起は、端面励起または１つ以上の側面励起でよい。
励起は、ダイオード励起光源またはその他の適切な光源でよい。
その他の種類の励起も使用できる。
【００６２】
引き続き図５および図５Ａを参照すると、クワッドパス増幅器およびデュアルパス増幅器の構造の重要な部分は、利得媒質１０３である。
利得媒質１０３は、利得物質、ドーピング濃度、断面領域、長さ、構造、およびコーティングを有する。
利得媒質１０３の物質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４である。
Ｎｄ：ＹＶＯ４は、高放射断面と、１０ピコ秒のパルス幅を許容するだけの十分な帯域幅とを備える。
Ｎｄ：ＹＶＯ４は、自然偏光された結晶（１０３）であり、ａ軸カットである。
生成されたレーザの偏光は、結晶のｃ軸に沿って行われる。
図５に示すＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３は、均一にドープされている。
均一なドーピングは、均等ドーピングとも呼ばれる。
自然偏光されたＮｄ：ＹＶＯ４結晶（１０３）で、０．０５〜３．０％ａｔ．（原子重量パーセント）のドーピング濃度が使用されている。
Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の例は、０．０５〜３．０％ａｔ．の濃度で均一にドープされている。
Ｎｄ：ＹＶＯ４は、Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｖａｎａｄａｔｅ（ネオジウムをドープしたイットリウムバナデード）の略であり、これを意味する。
【００６３】
適切なドーピング濃度の設計は、多くの要因に依存する。
利得効果および熱レンズ効果のほかに重要な要因は、適用される最大励起パワー（通常は３０〜６０Ｗ）と、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１０３）の断面の寸法である。
最適な励起スポットサイズは、通常は直径０．３〜２ｍｍである。
励起パワーが増大すると、ドーパントの濃度は低くなると予想される。
ドーピング濃度が低いほど、高い励起パワーを使用できる。
端面励起によってＮｄ：ＹＶＯ４結晶（１０３）に適用されるパワーは、結晶自体の構造によって制限される。
特定のドーパント濃度の結晶に過剰なパワーを適用すると、熱的に誘発された引張応力に起因して結晶が破損する。
断面が１ｍｍ２等の小さいＮｄ：ＹＶＯ４結晶利得媒質１０３には、断面が３６ｍｍ２等の大きい利得媒質に比べて、相対的に多くのパワーを適用できる。
さらに、Ｎｄ濃度が０．０５％ａｔ．等の低いＮｄ：ＹＶＯ４結晶には、相対的に多くの励起パワーを適用できる。
さらに、励起スポットの半径を大きくすると、相対的に多くの励起パワーを適用できる。
したがって、均一ドープされた結晶のサイズは、上述したすべての事項を考慮して決定する必要がある。
図１０〜図１１は、セグメント分けされた利得媒質を図示および開示している。
励起スポットのサイズは、利得媒質を通過するシードレーザを完全に包含するだけの大きさを備えている必要がある。
したがって、セグメント分けしてドープされた結晶のサイズは、上述したすべての事項を考慮して決定する必要がある。
【００６４】
Ｎｄ：ＹＶＯ４は、自然偏光された結晶であり、適切なドーピング濃度で８０８ｎｍおよび３ｎｍの帯域幅（ＦＷＨＭ）の励起パワーの９９％以上を吸収できる５〜３３ｍｍの長さであることが好ましい。
さらに、結晶が長くなるほど、熱除去のための表面積が大きくなる。
励起スポットサイズは、通常は直径０．３〜２ｍｍである。
結晶の断面は、結晶内でのシードレーザのスポットサイズが直径０．４〜０．６ｍｍなので、４ｍｍ２あればよい。
したがって、結晶の好ましいサイズは、レーザに十分な口径を提供する断面４ｍｍ２を有する。
【００６５】
Ｎｄ：ＹＶＯ４の断面寸法は、１〜３６ｍｍ２でよい。
０．０５〜３．００％ａｔ．のドーピング濃度は、適用される最大励起パワー（通常３０〜５０Ｗ）と、励起ビームのスポットサイズとから決定できる。
【００６６】
上述したように、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の第１端面１０３Ａは、図５に示す平坦な楔面（１０３Ａ）である。
利得媒質１０３の楔面（１０３Ａ）の設計は、増幅器の重要な側面である。
この楔面（１０３Ａ）により、２つの平行する面によって引き起こされるエタロン効果が除去される。
利得媒質１０３の２つの平行な面は、光キャビティを実質的に形成する。
エタロン効果は、パルス幅を広げ、励起された利得媒質１０３内に自己レーザ放射を形成する。
自己レーザ放射は、レーザの出力の制御を損なうため、望ましくない。
楔面（１０３Ａ）は、利得媒質１０３の面１０３Ａ、１０１Ｃの間の自己レーザ放射を除去する。
ＡＲ（反射防止）コーティングが結晶（１０３）の両側に施されていたとしても、利得媒質１０３の平行な第１面と第２面との間で潜在的なレーザ放射が起こる可能性がある。
楔面（１０３Ａ）の使用は、利得媒質１０３の面と増幅器で使用されている他の光学面との間で自己レーザ放射を減少させるのにも役立つ。
【００６７】
引き続き図５を参照すると、利得媒質１０３の楔面（１０３Ａ）は、パルス出力の第１外部パス１１１Ｅに沿った入射パルスと、第２外部パス１１５Ｅに沿った出射パルスとの間の分離角を広げる。
楔面（１０３Ａ）は、Ｎｄ：ＹＶＯ４のａ−ｃ面に対して垂直である。
ここで、増幅されたレーザの偏光はａ−ｃ面に含まれる。
楔面（１０３Ａ）は、波長１０６４ｎｍでＡＲコーティングされている。
第２面１０１Ｃは、波長８０８ｎｍでＨＴコーティングされ、波長１０６４ｎｍでＨＲコーティングされている。
動作波長に関連して適切なコーティングが使用される。
【００６８】
引き続き図５を参照すると、略長方形のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の第１端５２０Ｆは、反射防止コーディングが施された楔面（１０３Ａ）を含む。
シードレーザ１１１は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の楔面（１０３Ａ）の反射防止コーディングに入射角θ２で進入する。
入射角θ２は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の楔面（１０３Ａ）に垂直な線５０５Ｐに対して計測される。
楔面（１０３Ａ）が平坦な面であり、楔角θ１で形成されていることがわかる。
楔角θ１は、楔面（１０３Ａ）の１点を通過する垂直面に対して計測される。
さらに、入力シードレーザ１１１が、利得媒質１０３の中心線に平行な線に対して角度θ６で線１１１Ｅに沿って楔面（１０３Ａ）に進入することがわかる。
図５を参照すると、θ６＝θ２−θ１であることがわかる。
楔角θ１は、５〜７°の範囲でよい。
これは、シードレーザ１１１の入射角θ２を１５°以下に維持するのが望ましく、また好ましいからである。
５〜７°の楔角は、約０．７８°の好ましい内部反射角θ３を生む。
【００６９】
本発明の目的は、楔面（１０３Ａ）を備えた高利得媒質１０３を含むレーザを提供することである。
図５から、利得媒質１０３の中心線５０５Ｃと一直線ではないパス（１１１Ｅ）上でレーザが到達することがわかる。
入射角θ２は、シードレーザ１１１が楔面（１０３Ａ）に当たり、高利得媒質１０３内の第１内部パス１１１Ｉ上で角度θ２’をなして屈折し、利得媒質１０３内を移動する際に励起スポットサイズ内に存在することでレーザへのエネルギー伝達が最大化されるように選択される。
符号５９９は、励起スポットサイズの径方向の範囲を表している。
レーザを利得媒質１０３内で励起スポットサイズの内部に合わせることが望ましい。
励起のエネルギーのほとんどは、利得媒質１０３の中心線５０５Ｃに沿って集中する傾向がある。
【００７０】
シードレーザ１１１は、楔面（１０３Ａ）に当たると角度θ２’で屈折する。
シードレーザ１１１は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３内の第２内部パス１１５Ｉに沿って、第２端面１０１Ｃから内部反射角θ３で反射する。
内部反射角θ３は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の中心線５０５Ｃに対して定義される。
さらに、好ましい内部反射角θ３は、約０．７８°である。
利得媒質１０３内のシードレーザ１１１の反射角θ３を最小化して、シードレーザ１１１が利得媒質１０３を通る軸の中心線に対して相対的に中央にとどまるようにし、それによってシードレーザ１１１が利得媒質１０３内を通過するときに励起エネルギーを効果的に抽出できることが望ましい。
利得媒質１０３に励起されるエネルギーは、端面励起１０１のスポットサイズ内に集中する。
シードレーザ１１１の入射パルスがＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３内の励起スポットサイズの内部に合わせられている場合、励起スポットサイズは第１内部パス１１１Ｉおよび第２内部パス１１５Ｉ上でシードレーザ１１１と重複し、エネルギーがレーザに効率的に伝達される。
【００７１】
さらに、０．７８°の好ましい内部反射角θ３は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の楔面（１０３Ａ）を形成する平坦面に進入するシードレーザ１１１と、利得媒質１０３の平坦面から退出する増幅レーザとが、確実に分離されるだけの大きさでなければならない。
【００７２】
０．７８°の内部反射角θ３は、長さ約２０ｍｍの利得媒質１０３の場合、利得媒質１０３の軸に対して約０．２７ｍｍのシフトを生む。
さらに、利得媒質１０３が長さ約１０ｍｍの場合、０．７８°の好ましい反射角θ３は、利得媒質１０３の軸に対して約０．１３５ｍｍのシフトを生む。
【００７３】
シードレーザ１１１は、第１パス（１回目の増幅）上でＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の内部を通過する第１内部パス１１１Ｉに沿って屈折して、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の第２端面１０１Ｃに向かって移動する。
励起に近接するＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質の第２端面１０１Ｃは、波長１０６４ｎｍのシードレーザ１１１に対して高反射性を有する第２コーティングを含む。
第２コーティングは、端面励起１０１からの波長８０８ｎｍの光に対しては高透過性を有する。
【００７４】
シードレーザ１１１は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の第２端面１０１Ｃの高反射性を有する第２コーティングによって内部反射角θ３で反射し、それによって波長１０６４ｎｍのレーザが第２パス（２回目の増幅）上でＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の内部を通過する第２内部パス１１５Ｉに沿ってＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の楔面（１０３Ａ）に向かって移動する。
レーザパルスは、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の楔面（１０３Ａ）から屈折角θ５で退出する。
屈折角θ５は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の第１端に直交する（垂直な）線に対して計測される。
【００７５】
図５Ａは、図５の５Ａ−５Ａ線に沿った端面図５００Ａであり、断面正方形の利得媒質１０３を示している。
符号５９９は、利得媒質１０３内の励起スポットサイズの径方向範囲である。
符号５０１、５０２は、それぞれレーザの進入位置と退出位置とを示す。
図５Ｂは、断面円形のＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質５０３の端面図５００Ｂである。
【００７６】
図６は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の楔角θ１とシードレーザ１１１のパルス出力のパルスの入射角θ２との関係６０１、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の楔角θ１と利得媒質１０３の内部反射角θ３との関係６０２、およびＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１０３の楔角θ１と垂直入射コーティング限度との関係６０３を示すグラフ６００である。
したがって、垂直入射ＡＲコーティングを基準とした場合、５〜７°の楔角は約１５°の入射角に対応し、内部反射角は約０．７８°である。
【００７７】
図７は、楔角θ１に応じた第１端面１０３Ａにおける入射レーザの入力パス（１１１Ｅ）の退出パルスの出力パス（１１５Ｅ）からの分離距離のプロット７０１と、楔角θ１に応じた入射シードレーザ（１１１Ｅ）のプロット７０２とを示すグラフである。
【００７８】
図８は、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質８０５と、第１鏡８０６と、第２鏡８０７とを含むクワッドパス増幅器の概略図８００である。
図８Ａは、図８の構成の移動距離に応じたシードレーザのスポットサイズを示すグラフ８００Ａである。
このグラフは、第１パス８０１と、第２パス８０２と、第３パス８０３と、第４パス８０４と、平坦な鏡８０６および第２の湾曲した鏡８０７の位置とを示している。
第１パス８０１は長さ約６４ｍｍ、第２パス８０２は長さ約１６１ｍｍ、第３パス８０３は長さ約１６１ｍｍ、第４パス８０４は長さ約６４ｍｍである。
図８Ａの符号８１０は、利得媒質８０５における第１パス８０１の開始点を表す。
図８の符号８１１はシードビームウエストである。
シードビームウエストは、光励起のウエスト（図８では図示なし）と一致するように位置決めするのが望ましい。
シードビームウエスト８１１は、利得媒質８０５の内部に励起面（図８では図示なし）から約２ｍｍ離れて位置している。
【００７９】
クワッドパス増幅器では、レーザと励起モードとのモード整合が各パスにとってきわめて重要である。
通常、レーザと励起スポットとの間のモード整合率、すなわち（レーザのスポット直径）／（励起のスポット直径）は０．６〜１．２である。
図８Ａは、クワッドパス増幅器のレーザビームの伝搬を示している。
高パワーの励起における利得媒質８０５の熱レンズ効果を考慮して、図８Ａに示すＭ１およびＭ２の適切な設計では、第２のパス８０２、第３のパス８０３、および第４のパス８０４のレーザモードのスポットサイズを励起モードに整合するように制御する。
【００８０】
図９は、波長１０６４ｎｍ、繰り返し率１００ｋＭｚ、パルス幅１０ピコ秒のシードレーザの概略図９００である。
図９に示すパルスストリームについて、平均パワーは指定されていない。
図９Ａは、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質９０３の第２端９０４の近傍に存在する光励起９０２およびシードレーザ（９０１）の概略図９００Ａである。
この例で、シード入力９０１は励起９０２と一致しており、シード入力９０１は利得媒質９０３の第２端９３０Ｓの第２端面９０４に進入する。
第２端面９０４は、８０８ｎｍのダイオード励起放射と、１０６４ｎｍのシードレーザ（９０１）との伝達を許可する。
増幅されたレーザは、矢印９３０が示すように、利得媒質９０３の第２端９２０Ｆの第２端面９０５から退出する。
【００８１】
引き続き図９Ａを参照すると、矢印９３０Ｓは利得媒質９０３の第２端９２０Ｆを示し、矢印９２０Ｆは利得媒質９０３の第１端を示している。
符号９０３Ｂ、９０３Ｃ、９０３Ｄ、９０３Ｅは、Ｎｄ：ＹＶＯ４利得媒質９０３の領域を図示している。
領域９０３Ｂは、比較的高いエネルギー／パワーが吸収される端面９０４の近傍にある。
点（ドット）の密度／量は、利得媒質９０３で吸収されるエネルギー／パワーの相対的な量を示す。
また図９Ａから、パワーが利得媒質９０３で吸収されることがわかる。
抽出効率は、シードレーザ（９０１）のパワーと、利得とに関連する。
領域９０３Ｂから９０３Ｅにかけて、各セグメントで吸収されるパワーは、励起軸に沿って急激に低下する。
【００８２】
図１０は、シードレーザ（１００１）の波長１０６４ｎｍ、繰り返し率１００ｋＨｚ、パルス幅１０ピコ秒、平均パワー約１ｍＷのパルス出力１００１のパルスの概略図１０００である。
【００８３】
図１０Ａは、波長８０８ｎｍで動作する光励起１００２の概略図１０００Ａである。
シードレーザ（１００１）は、利得媒質１００３の第２端の近傍に存在している。
利得媒質１００３は、３つの拡散接合セグメント１０１０、１０１１、１０１２を含んでいる。
これらのセグメント１０１０、１０１１、１０１２は、長さとドーパント濃度とが異なり、結果として各セグメントで利得分布が異なる。
より詳細には、図１０Ａは、端面励起型のセグメント化された媒質の概略図１０００Ａであり、３つのセグメント１０１０、１０１１、１０１２を含む拡散接合された利得媒質１００３（Ｎｄ：ＹＶＯ４）を示している。
セグメントごとに、原子重量パーセント（％ａｔ．）単位のＮｄのドーパント濃度、吸収されるパワー（Ｐａｂｓ）、伝達されるパワーＰＴ、光学利得Ｇ、および吸収係数αが決まっている。
図１０Ｂは、セグメントごとのドーパント濃度Ｃ％ａｔ．、ｍｍ単位のセグメント長、α（拡大されたドーパント濃度）、およびＰａｂｓ（吸収されたパワー）を表す表１００Ｂである。
セグメント１０１０、１０１１、１０１２は、拡散接続する代わりに、セグメント間で反射防止コーティングを使用して相互に固定してもよい。
【００８４】
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、第１セグメント１０１０は、Ｎｄドーピング濃度が最低の０．０５％であり、長さが２ｍｍである。
ドーピングのパーセントを３倍に拡大すると、吸収係数α＝０．１５が求められる。
吸収効率は以下のとおりである。
【数４】
2014042016.tif 000006
【００８５】
したがって、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１００３）の詳細がわからなくても、より長い結晶を使用する、および／または吸収係数を増やすことによって効率を向上させることができる。
ただし、吸収係数αは、それだけでは、係数αと適用されるパワーとに物理的な限度があることを示していない。
Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１００３）に適用されるパワーが増加すると、Ｎｄドーピングの濃度が減少し、結晶の断面が減少する。
ドーピング濃度が低いほど、高い励起パワーを使用できる。
【００８６】
再び図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、ｍＷの範囲のシードレーザ（１００１）が、断面積４ｍｍ２のセグメント化された媒質に適用される。
この例では、励起パワーは４０Ｗであり、励起スポットサイズは直径０．５ｍｍである。
セグメントごとのＰａｂｓは、以下の方程式で求められる。
【数５】
2014042016.tif 000007
【００８７】
４０Ｗの端面励起パワーを第１セグメント１０１０に適用するので、Ｐａｂｓ＝４０（１−ｅ（−（０．１５）（２））Ｗ＝１０．３６ワットとなり、２９．６４Ｗが第２セグメント１０１１用に残る。
後続のセグメントが利用できる、または後続のセグメントに伝達されるパワーは、以下の方程式で求められる。
【数６】
2014042016.tif 000008
【００８８】
第２セグメント１０１１へのＰｉｎｐｕｔは、４０Ｗ−（１０．３６Ｗ）＝２９．６４Ｗである。
【００８９】
したがって、２９．６４Ｗが第２セグメント１０１１に伝達され、または使用可能となる。
Ｎｄドーピング濃度が０．０５％と小さいため、破砕のリスクを冒さずに第１セグメント１０１０に４０Ｗを安全に適用できることに注目されたい。
【００９０】
次に、残りの吸収されていない２９．６４Ｗが第２セグメント１０１１に適用される。
第２セグメント１０１１は、Ｎｄ濃度が０．１３％ａｔ．、長さが１ｍｍであり、Ｐａｂｓ＝２９．６４（１−ｅ（−（０．３９）（１））Ｗ＝９．５７Ｗである。
第３セグメント１０１２に対して利用可能となる／転送されるパワーは以下のとおりである。
第３セグメント１０１２へのＰｉｎｐｕｔ＝４０Ｗ−（１０．３６＋９．５７）Ｗ＝２０．０７Ｗ
【００９１】
第３セグメント１０１２に対して利用可能となる／転送されるパワーは２０．０７Ｗである。
第３セグメント１０１２はＮｄドーピングが０．２５％、長さが１２ｍｍなので、以下のようになる。
Ｐａｂｓ＝２０．０７（１−ｅ（−（０．７５）（１２））Ｗ＝２０．０７Ｗ
【００９２】
このように励起パワーをセグメント１０１０、１０１１、１０１２で吸収することによって励起パワーを拡大する方法を適用すると、より高い励起パワーを使用し、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１００３）へのエネルギー伝達を高めることができる。
Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１００３）へのエネルギー伝達が高まると、シードレーザ（１００１）が利得媒質１００３内を移動する際の利得が増える。
【００９３】
各セグメントは、増幅の１段階として扱うことができる。
この概念を、例を用いて示す。
第１セグメント１０１０は１０．９ｄＢの利得を生成する。
したがって、たとえば約１ｍＷが入力される小信号シードレーザで約１０Ｗの励起パワーが吸収される場合、第１セグメント１０１０で増幅される平均パワーは１２．５ｍＷである。
利得は以下のように計算する。
【数７】
2014042016.tif 000009
【００９４】
第２セグメント１０１１は８．２ｄＢの利得を生成する。
したがってシード入力の平均パワーが１２．５ｍＷ、吸収される励起パワーが１０Ｗの場合、第２セグメント１０１１から退出する増幅された平均パワーは８３ｍＷである。
同様に、第３セグメント１０１２は１０．８ｄＢの利得を生成する。
したがってシードレーザ（１００１）のパワーが８３ｍＷ、吸収される励起パワーが約２０Ｗの場合、第３セグメント１０１２から退出する増幅された平均パワーは１Ｗである。
３つのセグメント１０１０、１０１１、１０１２の総合利得（全体の利得）は３０ｄＢである。
【００９５】
単一結晶設計の場合、１ｍＷのシードレーザ（１００１）と４０Ｗの励起パワーで利得は２８．７ｄＢとなる。
出力パワーは７４３ｍＷである。
１０００ｍＷ／７４３ｍＷ＝１．３４なので、マルチセグメントの利得は３４％以上向上している。
【００９６】
ドーピング濃度を徐々に増加させたセグメントを使用すると、セグメントの破砕を防ぐことができる。
これは、各セグメントに入力されるパワーが、液晶が破砕せずに吸収できる許容レベルに抑えられるためである。
【００９７】
ドーピング濃度の異なるセグメントを使用すると、利得分布を最適化して高い抽出効率を実現できる。
【００９８】
非特許文献１をここに引用によりその全体を援用する。
【００９９】
図１１は、図５に似た概略図１１００であるが、ここでＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質１１０３は、セグメントごとにドーピング濃度が異なる３つのセグメント１０１０、１０１１、１０１２を含んでいる。
図１１は、図１０Ａの例に似た例である。
ただし、図１１はデュアルパス増幅器を示している。
シードレーザ（１１１）は、第１内部パス１１１Ｉと第２内部パス１１５Ｉの両方を移動する際に増幅される。
したがって利得はデュアルパス構成で向上し、クワッドパス構成ではさらに向上する。
【０１００】
本発明は例を用いて示されている。
当業者には、添付する特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、これらの例に変更を加え得ることがわかるであろう。
【符号の説明】
【０１０１】
１００  ・・・  クワッドパス増幅器の概略図
１００Ａ  ・・・  デュアルパス増幅器の概略図
１００Ｂ  ・・・  図１の例の概略斜視図
１００Ｃ  ・・・  光側面励起配置の概略図
１００Ｄ  ・・・  光側面励起されたＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を含むレーザの他の例の概略図
１００Ｅ  ・・・  光側面励起されたＮｄ：ＹＶＯ４利得媒質を含むレーザの他の例の概略図
１０１  ・・・８０８ｎｍ、８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）の端面励起
１０１Ｃ  ・・・  端面励起１０１からの８０８ｎｍの励起に対して高透過性を有し、ピコ秒のパルスに埋め込まれた１０６４ｎｍの入射シード信号に対して高反射性を有するコーティングが施された、結晶の端面
１０２  ・・・  ８０８ｎｍ端面励起の方向を示す矢印
１０３  ・・・  Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶、利得媒質
１０３Ａ  ・・・  第１端面、反射防止コーティングが施された、結晶の平坦な楔面
１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄ、１０３Ｅ  ・・・  利得媒質内の励起の強度変化
１０３Ｒ  ・・・  Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶、利得媒質
１０４  ・・・  シードレーザ入力の方向を示す矢印
１０４Ａ  ・・・  結晶１０３から旋光子１０５への増幅された出力信号の方向を示す矢印
１０５  ・・・  旋光子
１０６、１１２  ・・・  半波長板
１０７  ・・・  偏光子
１０８  ・・・  半波長板１１２の方向の偏光子の出力
１０９  ・・・  シードレーザの方向を示す矢印
１１０  ・・・  レンズ
１１１  ・・・  シードレーザ
１１１Ａ  ・・・  レンズ出力
１１１Ｅ  ・・・  レーザの第１外部パス
１１１Ｉ  ・・・  利得媒質１０３内のレーザの第１内部パス
１１３  ・・・  増幅されたレーザ信号の出力を示す矢印
１１４  ・・・  増幅された信号をさらに増幅するためにクワッドパス増幅器に反射する鏡
１１５Ｅ  ・・・  レーザの第２外部パス
１１５Ｉ  ・・・  利得媒質１０３内のレーザの第２内部パス
１９９  ・・・  光側面励起、８０８ｎｍ、８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）
１９９Ａ  ・・・  光側面励起、８０８ｎｍ、８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）
１９９Ｂ  ・・・  光側面励起、８０８ｎｍ、８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）
１９９Ｃ  ・・・  光側面励起、８０８ｎｍ、８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）
１９９Ｄ  ・・・  光側面励起、８０８ｎｍ、８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）
１９９Ｅ  ・・・  光側面励起、８０８ｎｍ、８２０ｎｍ、８８０ｎｍ、８８８ｎｍ、または９１５ｎｍ（＋／−１０ｎｍ）
２００  ・・・  デュアルパスパワー増幅器とクワッドパス増幅器の組み合わせ
２０１  ・・・  第２のＮｄ：ＹＶＯ４結晶（利得媒質）を励起する第２の８０８ｎｍ励起
２０３  ・・・  第２のＮｄ：ＹＶＯ４結晶、利得媒質
２１４  ・・・  鏡Ｍ３
２１５Ｅ  ・・・  利得媒質２０３から鏡Ｍ３（符号２１４）への信号
２１６  ・・・  鏡２１４と鏡２１７との間の信号
２１７  ・・・  鏡Ｍ４
２１８  ・・・  アイソレータ２１９に向かうレーザ信号のパス
２１９  ・・・  アイソレータ
２２１  ・・・  光をデュアルパス増幅器に案内する第２鏡
２２２  ・・・  レンズ
２２３  ・・・  デュアルパス増幅器への増幅されたレーザ信号のパス
２２４  ・・・  デュアルパス増幅器への増幅されたレーザ信号の方向を示す矢印
３００  ・・・  低シードパワー（１〜２５ｍＷ）と増幅されたパワー（ワット単位）のグラフ
３０１  ・・・  デュアルパスで増幅されたパワー
３０２  ・・・  クワッドパスで増幅されたパワー
４００  ・・・  図１Ａのデュアルパス概略図のさまざまなｍＷの平均シードパワー入力信号のパワー増幅を示すグラフ
５００  ・・・  利得媒質１０３の概略図
５００Ａ  ・・・  利得媒質１０３の端面図
５００Ｂ  ・・・  断面円形の利得媒質の端面図
５０１  ・・・  利得媒質への入射パルスの進入位置
５０２  ・・・  利得媒質からのパルスの退出位置
５０３  ・・・  断面円形の利得媒質
５０５Ｃ  ・・・  利得媒質１０３の中心線
５０５Ｐ、５０５Ｘ  ・・・  楔面（１０３Ａ）に対する垂直線
５２０Ｆ  ・・・  利得媒質１０３の第１端を示す矢印
５３０Ｓ  ・・・  利得媒質１０３の第２端を示す矢印
５９９  ・・・  利得媒質における励起スポットサイズの径方向範囲
６００  ・・・  楔角θ１と入射角θ２との関係、および楔角θ１と反射角θ３との関係とを示すグラフ
６０１  ・・・  楔角θ１と入射角θ２との関係を示すプロット
６０２  ・・・  楔角θ１と反射角θ３との関係を示すプロット
７００  ・・・  楔角θ１に応じた鏡Ｍ１から中心線までの間の距離７０２と、楔角θ１に応じた入力ビームの出力ビームからの分離距離７０１とを示すグラフ
７０１  ・・・  楔角θ１に応じた第１端面１０３Ａにおける入力ビームの出力ビームからの分離距離のプロット
７０２  ・・・  楔角θ１に応じた鏡Ｍ１から入射シードレーザ１１１Ｅまでの間の距離のプロット
８００  ・・・  Ｍ１（鏡８０６）と、Ｍ２（鏡８０７）と、利得媒質８０５とを使用したクワッドパス増幅器の設計
８０１  ・・・  第１パス、長さ約６４ｍｍ
８０２  ・・・  第２パス、長さ約１６１ｍｍ
８０３  ・・・  第３パス、長さ約１６１ｍｍ
８０４  ・・・  第４パス、長さ約６４ｍｍ
８０５  ・・・  利得媒質、Ｎｄ：ＹＶＯ４
８０６  ・・・  鏡、Ｍ１
８０７  ・・・  鏡、Ｍ２
８１０  ・・・  利得媒質内での第１パスの開始
９００  ・・・  波長１０６４ｎｍ、パルス幅１０ｐｓ、繰り返し率１００ｋＨｚ、平均パワー約１ｍＷのシード入力のパルス列／信号
９００Ａ  ・・・  端面励起利得媒質９０３の概略図
９０１  ・・・  シード入力
９０２  ・・・  ８０８ｎｍの励起
９０３  ・・・  利得媒質、Ｎｄ：ＹＶＯ４
９０３Ｂ、９０３Ｃ、９０３Ｄ、９０３Ｅ  ・・・  利得媒質内での励起の強度変化
９０４  ・・・  ８０８ｎｍと１０６４ｎｍの両方で高透過性を有するコーティングが施された第２端面
９２０Ｆ  ・・・  利得媒質の第１端
９３０  ・・・  レーザ出力を示す矢印
９３０Ｓ  ・・・  利得媒質の第２端
１０００  ・・・  波長１０６４ｎｍ、パルス幅１０ｐｓ、繰り返し率１００ｋＨｚ、平均パワー約１ｍＷのシード入力の概略図
１０００Ａ  ・・・  それぞれにＮｄのドーパント濃度（原子重量パーセント単位）と、吸収されるパワーＰａｂｓと、伝達されるパワーＰＴと、セグメント利得Ｇと、吸収係数αとを有する３つのセグメントからなる拡散結合された利得媒質Ｎｄ：ＹＶＯ４を示す、端面励起型のセグメント化された媒質の概略図
１０００Ｂ  ・・・  ３つのセグメントからなる利得媒質Ｎｄ：ＹＶＯ４についての、ドーパント濃度と、長さと、吸収係数αと、吸収されるパワーＰａｂｓとを、吸収されるパワーの方程式と共に示す表
１００１  ・・・  波長１０６４ｎｍ、パルス幅１０ｐｓ、繰り返し率１００ｋＨｚ、平均パワー約１ｍＷのシード入力
１００２  ・・・  ８０８ｎｍの励起
１００３  ・・・  利得媒質、Ｎｄ：ＹＶＯ４
１００４  ・・・  利得媒質１００３からのレーザ出力を示す矢印
１００５  ・・・  ８０８ｎｍおよび１０６４ｎｍの波長に対して高透過性を有するコーティングが施された、利得媒質１００３の第２端の第２端面
１００６  ・・・  ８０８ｎｍおよび１０６４ｎｍの波長に対して高透過性を有する反射防止コーティングが施された、利得媒質１００３の第１端面
１０１０  ・・・  長さ２ｍｍ、Ｎｄ濃度０．０５％ａｔ．、Ｐａｂｓ＝１０．４Ｗ、Ｇａｉｎ＝１０．９ｄＢ、Ｐｔ＝２９．６Ｗ、α＝０．１５の第１セグメント
１０１１  ・・・  長さ１ｍｍ、Ｎｄ濃度０．１３％ａｔ．、Ｐａｂｓ＝９．６Ｗ、Ｇａｉｎ＝８．２ｄＢ、Ｐｔ＝２０．１Ｗ、α＝０．３０の第２セグメント
１０１２  ・・・  長さ１２ｍｍ、Ｎｄ濃度０．２５％ａｔ．、Ｐａｂｓ＝２０．１Ｗ、Ｇａｉｎ＝１０．８ｄＢ、Ｐｔ＝０．１Ｗ、α＝０．７５の第３セグメント
１０２０Ｆ  ・・・  利得媒質１００３の第１端を示す矢印
１０３０Ｓ  ・・・  利得媒質１００３の第２端を示す矢印
１１００  ・・・  シード入力信号と組み合わせて使用するセグメント化された利得媒質の概略図
１１１０  ・・・  長さ２ｍｍ、Ｎｄ濃度０．０５％ａｔ．、Ｐａｂｓ＝１０．４Ｗ、Ｇａｉｎ＝１０．９ｄＢ、Ｐｔ＝２９．６Ｗ、α＝０．１５の第１セグメント
１１１１  ・・・  長さ１ｍｍ、Ｎｄ濃度０．１３％ａｔ．、Ｐａｂｓ＝９．６Ｗ、Ｇａｉｎ＝８．２ｄＢ、Ｐｔ＝２０．１Ｗ、α＝０．３０の第２セグメント
１１１２  ・・・  長さ１２ｍｍ、Ｎｄ濃度０．２５％ａｔ．、Ｐａｂｓ＝２０．１Ｗ、Ｇａｉｎ＝１０．８ｄＢ、Ｐｔ＝０Ｗ、α＝０．７５の第３セグメント
θ１  ・・・  楔角
θ２  ・・・  パス１１１Ｅに沿ったシードレーザの第１パスの入射角（最大１５°）、パス１１１Ｅに沿ったシードレーザの第４パスの屈折角
θ２’  ・・・  パス１１１Ｉに沿ったシードレーザの第１パスの屈折角、クワッドパスの例のパス１１１Ｉに沿ったシードレーザの第４パスの入射角
θ３  ・・・  １０６４ｎｍで高反射性を有する面１０１Ｃに当たる内部反射角（０．７８°）
θ４  ・・・  パス１１５Ｉに沿ったシードレーザの第２パスの入射角、クワッドパスの例のパス１１５Ｉに沿った第３パスの屈折角
θ５  ・・・  パス１１５Ｅに沿ったシードレーザの第２パスの屈折角、クワッドパスのパス１１５Ｅに沿った第３パスの入射角
【図１】
2014042016.tif 000010
【図１Ａ】
2014042016.tif 000011
【図１Ｂ】
2014042016.tif 000012
【図１Ｃ】
2014042016.tif 000013
【図１Ｄ】
2014042016.tif 000014
【図１Ｅ】
2014042016.tif 000015
【図２】
2014042016.tif 000016
【図３】
2014042016.tif 000017
【図４】
2014042016.tif 000018
【図５】
2014042016.tif 000019
【図５Ａ】
2014042016.tif 000020
【図５Ｂ】
2014042016.tif 000021
【図６】
2014042016.tif 000022
【図７】
2014042016.tif 000023
【図８】
2014042016.tif 000024
【図８Ａ】
2014042016.tif 000025
【図９】
2014042016.tif 000026
【図９Ａ】
2014042016.tif 000027
【図１０】
2014042016.tif 000028
【図１０Ａ】
2014042016.tif 000029
【図１０Ｂ】
2014042016.tif 000030
【図１１】
2014042016.tif 000031
【外国語明細書】
2014042016000001.pdf