(57)【要約】      （修正有）【課題】出力パワーが高められしかも有利には放射品質が高められた電磁放射を生成するレーザ装置を提供する。【解決手段】結晶配列体１４とポンプ源１が設けられている。この場合、結晶配列体１４は、レーザ利得結晶３および光学的に非線形の周波数変換結晶４を有している。さらにポンプ源１は、空間的に互いに分離された少なくとも２つのポンプビーム２を結晶配列体１４へ入力結合するのに適した円柱レンズ７と別のレンズ８を有しており、結晶配列体１４にはポンプビームに平行に延在した鋸挽き溝９を有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ装置において、
結晶配列体（１４）とポンプ源（１）が設けられており、
前記結晶配列体（１４）は、レーザ利得結晶（３）および光学的に非線形の周波数変換結晶（４）を有しており、
前記ポンプ源（１）は、空間的に互いに分離された少なくとも２つのポンプビーム（２）を前記結晶配列体（１４）へ入力結合するのに適していることを特徴とする、
レーザ装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）は少なくとも２つのレーザビーム（１５）のための共振器を成していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
請求項２記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）は平面平面共振器を成していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載のレーザ装置において、
各レーザビーム（１５）に対し前記結晶配列（１４）内に熱レンズが設けられていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）から出力結合されたレーザビーム（１５）の個数は、該結晶配列体（１４）に入力結合されるポンプビーム（２）の個数と一致していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記周波数変換結晶（４）は、該周波数変換結晶（４）に入力結合される電磁放射の少なくとも一部分の周波数を高めるのに適していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項７】
請求項６記載のレーザ装置において、
前記周波数変換結晶（４）は、該周波数変換結晶（４）に入力結合される電磁放射の少なくとも一部分の周波数を少なくとも２倍にするのに適していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記利得結晶（３）は、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶のうち少なくとも１つの結晶を含むことを特徴とするレーザ装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記周波数変換結晶（４）は、ＳＬＮ，ＳＬＴ，ＫＴＰ，ＲＴＰ，ＫＴＡ，ＲＴＡ，ＣＴＡのうち少なくとも１つの結晶を有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載のレーザ装置において、
６００ｎｍよりも小さい波長のレーザビームを生成するのに適していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項記載のレーザ装置において、
出力結合されるレーザビーム（５）の総出力は０．５Ｗ以上であることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記ポンプビーム源（１）と前記結晶配列体（１４）との間におけるポンプビーム（２）のビーム経路には光学素子が設けられていないことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記ポンプ源（１）と前記結晶配列体（１４）との間に平凸非球面円柱レンズ（７）が配置されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１４】
請求項１３記載のレーザ装置において、
前記円柱レンズ（７）にはＧａＰベースの半導体材料が含まれていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載のレーザ装置において、
前記円柱レンズ（７）と前記結晶配列体（１４）との間でポンプビーム（２）のビーム経路中に別のレンズ（８）が配置されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１６】
請求項１３から１５のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記円柱レンズ（７）と前記別のレンズ（８）は１つの共通のレンズバーに統合されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記ポンプ源（１）は少なくとも１つのダイオードレーザバーを有していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記ポンプ源（１）は、互いに平行に延在する少なくとも２つのレーザビーム（２）を発生することを特徴とするレーザ装置。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記ポンプ源（１）は、少なくとも２つのレーザビーム（２）を同時に発生するのに適していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記ポンプ源（１）から発せられるレーザビーム（２）の直径は、該ポンプ源（１）から出射されるとき最大で１５０μｍであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２１】
請求項２０記載のレーザ装置において、
前記直径は最大で５０μｍであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）は、該結晶配列体（１４）に入力結合されるそれぞれ２つのポンプビーム（２）の間に鋸挽き溝（９）を有しており、該鋸挽き溝（９）は前記ポンプビーム（２）に平行に延在していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２３】
請求項２２記載のレーザ装置において、
前記鋸挽き溝（９）は前記結晶配列体（１４）の全長にわたって延在していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）は支持体（１７）の上に配置されており、該支持体には銅、銅接合材料、シリコンのうち少なくとも１つの材料が含まれていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２５】
請求項２４記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）と前記支持体（１７）との間に、接着剤、軟質はんだ、硬質はんだのうち少なくとも１つの取り付け材料が配置されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか１項記載のレーザ装置において、
結晶配列体上に熱伝導部材（２６）が配置されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２７】
請求項２６記載のレーザ装置において、
前記熱伝導部材（２６）には、銅、銅接合材料、シリコンのうち少なくとも１つの材料が含まれていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２８】
請求項２７記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）と前記熱伝導部材（２６）との間に、接着剤、軟質はんだ、硬質はんだのうち少なくとも１つの取り付け材料が配置されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２９】
請求項１から２８のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記支持体（１７）は少なくとも１つの切り欠き（５０）を有しており、該切り欠きは前記結晶配列体（１４）を少なくとも部分的に収容することを特徴とするレーザ装置。
【請求項３０】
請求項１から２９のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記熱伝導部材（２６）は少なくとも１つの切り欠き（５１）を有しており、該切り欠き（５１）は前記結晶配列体（１４）を少なくとも部分的に収容することを特徴とするレーザ装置。
【請求項３１】
請求項１から３０のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記鋸挽き溝（９）には充填材料（３０）が含まれていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３２】
請求項１から３１のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記支持体（１７）は少なくとも１つの突出部（３１）を有しており、該突出部（３１）は前記結晶配列体（１４）の鋸挽き溝（９）と係合していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３３】
請求項１から３２のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記熱伝導部材（２６）は突出部（３１）を有しており、該突出部（３１）は前記結晶配列体（１４）の鋸挽き溝（９）と係合していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３４】
請求項１から３３のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）の後段に少なくとも１つのと凹型ミラー（２７）が配置されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３５】
請求項１から３４のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記凹型ミラー（２７）およびポンプ源（１）と向き合った前記利得結晶（３）の放射入射面（３ａ）によって、レーザビーム（１５）のための共振器が形成されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３６】
請求項１から３５のいずれか１項記載のレーザ装置において、
各レーザビーム（１５）に対しそれぞれ１つの凹型ミラー（２７）が対応づけられていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３７】
請求項１から３６のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記凹型ミラー（２７）は１つのまとまったストライプとして形成されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３８】
請求項１から３７のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）の結晶は１つの結晶接合体を成していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３９】
請求項１から３８のいずれか１項記載のレーザ装置において、
前記結晶配列体（１４）における少なくとも２つの結晶は互いに間隔を有していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項４０】
印刷機、露光装置、コピー機、スキャナ、プロジェクタ、表示装置のうちの１つに用いられる請求項１から３９のいずれか１項記載のレーザ装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
USP 5,497,388（特開平６−２８３７９４号公報）には、レーザダイオードポンピング固体レーザについて記載されている。
【特許文献１】USP 5,497,388
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の解決すべき課題は、出力パワーが高められしかも有利には放射品質が高められた電磁放射を生成するレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
結晶配列体とポンプ源が設けられており、前記結晶配列体は、レーザ利得結晶および光学的に非線形の周波数変換結晶を有しており、前記ポンプ源は、空間的に互いに分離された少なくとも２つのポンプビームを前記結晶配列体へ入力結合するのに適していることにより解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
少なくとも１つの実施形態によればレーザ装置は、少なくとも１つの結晶有利には少なくとも２つの結晶を含む結晶配列体を有している。
【０００６】
たとえばこの配置構成における結晶は、互いに対向する終端面のところで相互に接合されている。さらにたとえば結晶配列体の結晶を、互いに貼り合わせることができるかまたは互いにボンディングすることができる。これにより結晶は結晶接合体を成す。
【０００７】
この場合、結晶配列体の各結晶間の接合は有利には、結晶配列体を通過して放射される電磁放射（たとえばレーザビーム）が、損失あるいは方向変化をほとんど伴わずに接合面を通って１つの結晶からそれと隣り合う結晶へ到達できるように形成されている。つまり、結晶配列体における２つの結晶間の界面において放射の反射、吸収または屈折がほとんどあるいはまったく発生しない。
【０００８】
ただし、結晶配列体の各結晶を互いに間隔をおいて配置することもできる。つまりこの場合、各結晶の互いに向き合った端面が相互間で所定の間隔を有している。その際に有利であるのは、各端面が互いに平行に延在していることである。
【０００９】
たとえば、このような配列体における複数の結晶が１つの共通の支持体上に配置される。
【００１０】
レーザ装置の１つの実施形態によれば、結晶配列体にレーザ利得結晶ないしはレーザゲイン結晶が含まれている。利得結晶は、そのポンピングによってレーザビームを形成するのに適している。たとえば利得結晶は、レーザビームを近赤外線領域で生成するのに適している。
【００１１】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、結晶配列体には光学的に非線形の周波数変換結晶が含まれている。周波数変換結晶は、そこを通過する電磁放射の少なくとも一部分を周波数変換するのに適している。つまり、周波数変換結晶を通過する放射の少なくとも一部分における周波数が結晶通過により変化し、たとえばその周波数が高められる。
【００１２】
結晶配列体の少なくとも１つの実施形態によればレーザ装置は、空間的に互いに分離されている少なくとも２つのポンプビームを結晶配列体に入力させるのに適したポンプ源を有している。その際にたとえばポンプビームは、結晶配列体の１つの利得結晶に入射される。有利にはポンプ源は結晶配列体に対し相対的に、ポンプ源が結晶配列体の利得結晶と向き合うよう配置される。有利にはポンプ源は、複数のポンプビームを同時に結晶配列体に入力結合させるのに適している。つまり有利には、ポンプ源から発せられる複数のポンプビームが同時にそれぞれ異なる個所で結晶配列体の利得結晶に入力結合される。その際にポンプビームは、利得結晶を光学的にポンピングするのに適している。
【００１３】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によればレーザ装置は、レーザ利得結晶と光学的に非線形の周波数変換結晶を含む結晶配列体を有している。さらにレーザ装置は、互いに空間的に分離されている少なくとも２つのポンプビームを結晶配列体に入力結合するのに適した光学的ポンプ源を有している。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態によれば、結晶配列体は少なくとも２つのレーザビームのための共振器を成している。さらにたとえば結晶配列体の端面を、反射特性をもつよう形成することができる。この場合、結晶配列体は、結晶配列体におけるビームに対し平面平面共振器を成している。結晶配列体は有利には、結晶配列体において空間的に分離されている少なくとも２つのレーザビームに対し共振器を成している。この場合、結晶配列体は有利には、結晶配列体において周波数変換されない放射成分に対して、つまり利得結晶において形成される放射に対し、レーザ共振器を成している。
【００１５】
たとえば共振器は、ポンプビームを結晶配列体に入力結合させることのできる利得結晶の端面と、結晶配列体からレーザビームを出力結合させることのできる周波数変換結晶の端面とによって形成されている。有利には周波数変換結晶の端面を通って、大部分が周波数変換された電磁放射有利にはレーザビームが出射される。
【００１６】
この実施例において有利であるのは、結晶配列体における結晶が１つの結晶接合体を成すように構成することである。結晶が互いに接合されていない場合には、結晶配列体において互いに向き合った結晶端面が、有利には利得結晶において生成された基本波長の放射に対しても周波数変換された放射に対しても、高度に反射防止処理されている。
【００１７】
たとえば利得結晶は、ポンプビームを結晶配列体に入力結合させることのできるその端面に１つの層を有している。この層は、ポンプビームに対し有利には高度に透過性である。  利得結晶において励起される基本波に対し、この層は有利には高度に反射性である。さらにこの層は、周波数変換結晶において周波数変換される放射成分に対しても、有利には高度に反射性である。
【００１８】
少なくとも、電磁放射を出力結合させるために設けられている結晶配列体の端面に、たとえば利得結晶の端面とは反対側の周波数変換結晶の端面に、第２の層を設けることができる。この第２の層は、利得結晶において生成された基本波に対し高度に反射性であり、周波数変換された放射に対し高度に透過性である。これによって、被層された結晶配列体は基本波長の電磁放射に対する共振器を成している。周波数変換された放射を、第２の層の設けられた結晶配列体端面を通って大部分出射させることができる。
【００１９】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、結晶配列体における各レーザビームに対し熱レンズが設けられている。つまり結晶配列体により形成された平面平面共振器は、結晶配列体における各レーザビームに対するそれぞれ１つの熱レンズによって安定化されている。つまり結晶配列体における放射により結晶配列体が局所的に加熱することによって、放射領域において屈折率の変化が生じる。種々の屈折率をもつ領域によりビームを中心に半径方向に勾配レンズが形成され、これによってビームが安定化される。
【００２０】
換言すれば、結晶配列体における各レーザビームによって熱レンズが誘導され、その集束作用によって共振器が安定化され、共振器におけるビーム直径がポンプビームのビーム直径と同様の横方向の広がりとなるよう低減される。この場合、結晶配列体における個々のレーザビームは互いに十分に隔てられ、したがって各ビームに対し放射を安定化する熱レンズを形成することができる。つまりレーザビーム相互間の間隔は、隣り合うビームの熱レンズ相互間の熱的妨害が最大限に抑えられるよう選定される。その際、レーザビームの軸が互いに平行に延在するように構成することができる。ただし、個々のビームの軸線方向が互いに所定の角度を成すように構成することもできる。
【００２１】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、結晶配列体から出力結合されるレーザビームの個数は、結晶配列体に入力結合されるポンプビームの個数と一致している。つまり各ポンプビームは、結晶配列体の利得結晶におけるレーザビームを１つずつポンピングする。
【００２２】
各レーザビームの一部分は周波数変換結晶において周波数変換され、結晶配列体から出射される。この場合、結晶配列体から出射される周波数変換されたレーザビームの個数はポンプビームの個数によって決定される。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態によれば周波数変換結晶は、そこに入力結合される電磁放射の一部分の周波数を高めるのに適している。有利には周波数変換結晶は、そこを通る電磁放射の一部分の周波数を少なくとも２倍にするのに適している。
【００２４】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば利得結晶には、ネオジムドープされたバナジン酸イットリウム結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ４）、ネオジムドープされたイットリウム−アルミニウム−ガーネット結晶（Ｎｄ：ＹＡＧ）のうち少なくとも１つの結晶が含まれている。利得結晶は、電磁放射を近赤外線領域で生成するのに適しており、たとえば約１０６４ナノメータの波長で放射を発する。有利には利得結晶は、それよりも短い波長たとえば８０８ナノメータの波長の電磁放射で光学的にポンピングされる。
【００２５】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、周波数変換結晶は以下の結晶のうち少なくとも１つの結晶を有している：化学量論的ＬｉＴａＯ３（ＳＬＴ），ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４），ＲＴＦ（ＲｂＴｉＯＰＯ４），ＫＴＡ（ＫＴｉＯＡｓＯ４），ＲＴＡ（ＲｂＴｉＯＡｓＯ４），ＣＴＡ（ＣｓＴｉＯＡｓＯ４）。
【００２６】
有利には周波数変換結晶は、そこを通過する放射の周波数を２倍にするのに適している。
【００２７】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によればこのレーザ装置は、６００ナノメータよりも短い波長の電磁放射を生成するのに適している。有利にはレーザ装置は、緑色、青色または紫外線のスペクトル領域の電磁放射を生成するのに適している。
【００２８】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、レーザ装置から出力結合されるレーザビームの総出力は０．５Ｗ以上である。つまり周波数変換されて出力結合される個々のビームのパワーを合計すると、少なくとも０．５Ｗになる。
【００２９】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、ポンプ源と結晶配列体との間のビーム経路には光学素子は配置されていない。たとえばポンプ源と結晶配列体は、ポンプビームが結晶配列体へ入射される前にコリメーションを必要としないよう互いに間隔をおいて配置されている。
【００３０】
この場合、ポンプ源と結晶配列体の間隔は最大１００μｍが有利であり、殊に有利であるのは最大５０μｍである。利得結晶中のポンプビームの横方向の広がりつまり放射方向と交差する方向におけるポンプビームの広がりを、ポンプビーム源と利得結晶の間隔によって調整することができる。間隔が大きくなればなるほど、利得結晶中のポンプビームは大きくなる。
【００３１】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、ポンプ源と結晶配列体との間に平凸非球面円柱レンズが配置されている。このレンズは有利には、ポンプビームの速軸コリメーションのために有利である（ＦＡＣレンズ）。有利であるのは、このレンズが平坦な光入射面と非球面状に湾曲した光出射面をもっていることである。このレンズを、たとえばＧａＰベースの半導体材料を含むかあるいはこの種の半導体材料から成るように構成することができる。
【００３２】
さらにこのレンズの光入射面および／または光出射面に、反射防止層を設けることができる。
【００３３】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、各ポンプビームのビーム経路において円柱レンズと結晶配列体との間にさらに別のレンズが配置されている。この別のレンズはたとえば平凸円柱レンズである。有利であるのは、この別のレンズが遅軸のコリメーションおよび／またはポンプビームのフォーカシングに適していることである（ＳＡＣレンズ）。たとえば、ポンプ源から発せられるポンプビームの平面により遅軸面が定められる。この場合、速軸面はこれに対し垂直に位置する平面によって定められる。たとえば遅軸レンズを、平坦な光入射面と球面状に凸状に湾曲した光出射面をもつ平凸ガラスレンズとすることができる。遅軸レンズの光入射面および／または光出射面に、反射防止層を設けることができる。
【００３４】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、速軸レンズと遅軸レンズは１つの共通のレンズバーに統合されている。この目的でこれらのレンズはたとえば互いに接着されているかまたはボンディングされている。この場合に有利であるのは、速軸レンズの光入射面と遅軸レンズの光出射面だけに反射防止層を設けることである。
【００３５】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、ポンプ源はブロードストライプ型ダイオードレーザ（ダイオードレーザバー）を有している。有利にはポンプ源は、互いに平行に延在する少なくとも２つのレーザビームを生成するのに適している。つまり有利には、ポンプビームの軸は互いに平行に延在している。有利にはポンプ源は、複数のレーザビームを同時に生成するのに適している。この場合、レーザビームをＣＷモードでもパルスモードでもポンプ源から発生させることができる。殊に有利にはポンプ源は、互いに平行に延在する多数のレーザビームたとえば５つまたはそれよりも多くのレーザビームを同時に発生させるのに適している。
【００３６】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、ポンプビーム源から発せられるレーザビームの直径は最大で１５０μｍである。有利にはビーム直径は最大で１００μｍであり、殊に有利には最大で５０μｍである。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態によれば、結晶配列体はそこへ入力結合されるそれぞれ２つのポンプビームの間に１つの鋸挽き溝を有している。この鋸挽き溝は有利には、ポンプビームに対し平行に延在している。殊に有利には、鋸挽き溝が結晶配列体の全長にわたり延在している。鋸挽き溝は、結晶配列体により形成された共振器において個々のレーザビームを互いに熱的に分離するのに適している。つまり鋸挽き溝は、共振器を安定化する熱レンズに対し熱的な妨害たとえば共振器内の隣り合うビームによって悪影響が及ぼされないようにするのに寄与している。この場合、鋸挽き溝がいっそう深くかついっそう広くなるにつれて熱的な分離が互いに良好になり、隣り合うビームの間隔をいっそう僅かに選定できるようになる。この場合、鋸挽きの間隔はポンプビームの間隔に合わせられる。有利には鋸挽きの間隔は３５０〜５５０μｍであり、殊に有利には４００〜５００μｍである。鋸挽きの幅は有利には１００〜２００μｍであり、殊に有利比は１２５〜１７５μｍたとえば約１５０μｍである。
【００３８】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば結晶配列体は支持体上に配置されており、この支持体には以下の材料のうちの少なくとも１つが含まれている：銅、銅接合体材料（たとえばＤＢＣ direct bonded copper 銅直接接合）、シリコン。さらにこの支持体に良好な熱伝導性をもつ他の材料が含まれるようにすることもできるし、あるいはこの支持体がこの種の材料から成るようにすることもできる。
【００３９】
有利には結晶配列体と支持体との間に、以下の取り付け手段のうちの少なくとも１つが配置されている：接着剤、軟質はんだ、硬質はんだ。有利には結晶配列体は、取り付け手段によって機械的に固定されて支持体に接合される。
【００４０】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、支持体は少なくとも１つの切り欠きを有している。この切り欠きをたとえば、横断面がＵ字形またはＶ字形に形成されている溝とすることができる。有利であるのはこの切り欠きの形状およびサイズが、結晶配列体を少なくとも部分的に収容するに適していることである。つまり切り欠きはたとえば、結晶配列体の一方の部分が切り欠き内に配置され、結晶配列体の他方の部分が切り欠き周縁部から突出するような深さである。この場合、結晶配列体を、すでに説明した取り付け手段のうちの１つによって支持体の切り欠きに取り付けることができる。
【００４１】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、熱伝導部材が少なくとも１つの切り欠きを有している。この切り欠きをたとえば、横断面がＵ字形またはＶ字形に形成されている溝とすることができる。有利であるのはこの切り欠きの形状およびサイズが、結晶配列体を少なくとも部分的に収容するに適していることである。つまり切り欠きはたとえば、結晶配列体の１つの部分が切り欠き内に配置され、結晶配列体の１つの部分が切り欠き周縁部から突出するような深さで構成されている。結晶配列体をたとえば、すでに説明した取り付け手段のうちの１つによって切り欠きに取り付けることができる。
【００４２】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、結晶配列体の鋸挽き溝に充填材料が収容されている。有利にはこの充填材料は、結晶配列体を支持体および／または熱伝導部材に機械的に取り付けている取り付け手段である。殊にこの種の充填材料として適しているのはたとえば、一例として金属粒子のような熱伝導性の充填材料を含むエポキシ材料である。
【００４３】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、支持体および／または熱伝導部材は、たとえば櫛形に形成された少なくとも１つの突出部を有している。この突出部は有利には、結晶配列体の鋸挽き溝との係合に適している。さらに有利には櫛形の突出部は、先に挙げた充填材料または取り付け手段によって鋸挽き溝に機械的に取り付けられている。
【００４４】
有利には支持体および／または熱伝導部材における突出部の個数は少なくとも、結晶配列体における鋸挽き溝の個数に対応している。有利には各鋸挽き溝に突出部が１つずつ係合する。殊に有利には、各突出部は対応する鋸挽き溝の全長にわたり延在しており、したがって結晶配列体の各鋸挽き溝に１つの突出部が係合するようになる。
【００４５】
レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、結晶配列体上に熱伝導部材が配置されている。たとえば熱伝導部材は、支持体とは反対側の表面に配置される。有利にはこの熱伝導部材は以下の材料のうちの少なくとも１つを含むか、あるいはそれらの材料のうちの少なくとも１つから成る：銅、銅複合材料（ＤＢＣ direct bonded copper）、シリコン。さらに可能であるのは、この熱伝導材料が良好な熱伝導性をもつ他の材料を含むかまたはその種の材料から成るように構成することである。有利には結晶配列体と熱伝導部材との間に、以下の取り付け手段のうちの少なくとも１つが配置されている：接着剤、軟質はんだ、硬質はんだ。殊に有利には結晶配列体は、取り付け手段によって機械的に固定されて熱伝導部材に接合されている。
【００４６】
レーザ装置の１つの実施形態によれば、結晶配列体の後段に少なくとも１つの凹型ミラーが配置されている。つまりたとえば周波数変換結晶の放射出射面の後段に凹型ミラーが配置されており、このミラーの湾曲部が周波数変換結晶から遠ざかるように配向されている。このケースでは周波数変換結晶の放射出射面は、利得結晶において生成された基本波長のレーザビームに対し高度に透過性である。さらに有利にはこの凹型ミラーは、基本波長の放射に対し高度に反射性であり、かつ周波数変換された放射成分に対し高度に透過性である。有利には、ポンプ源に対向する利得結晶の放射入射面と凹型ミラーとによって、利得結晶において生成されたレーザビームのための共振器が形成される。その際にたとえば各レーザビームに対し、凹型ミラーがそれぞれ１つずつ対応づけられて配置されている。たとえば凹型ミラーを、１つにまとめられたストライプとして形成することができる。つまり凹型ミラーは一体的に形成されており、すなわち１つの部品として作成されている。
【００４７】
有利には上述のレーザ装置は以下の機器のうちの１つに用いられる：印刷機、露光装置、コピー機、スキャナ、プロジェクタ、表示装置。
【００４８】
次に、これまで説明したレーザ装置について実施例およびそれらに対応する図面に基づき詳しく説明する。
【実施例】
【００４９】
実施例および図面において、同一の構成要素または同じ働きをもつ構成要素にはそれぞれ同じ参照符号が付されている。図示されている要素は縮尺どおり描かれたものではなく、理解しやすくするため個々の要素は誇張して大きく描かれている場合もある。
【００５０】
図１Ａには、ここで説明するレーザ装置の第１の実施例を略示した平面図が示されている。図１Ｂには、このレーザ装置に関して側面から見た断面図が略示されている。
【００５１】
レーザ装置はポンプ源１を有している。ポンプ源１はたとえば、３つのブロードストライプ型ダイオードレーザ（ダイオードレーザバー）の配列体によって実現される。ダイオードレーザは、ゲイン結晶ないしは利得結晶３において強く吸収させることのできる１つの波長領域で電磁放射を放出するのに適している。この実施例によれば、ポンプ源はたとえば８０８ナノメータの波長をもち互いに平行に延びる多数のレーザビーム２を放出する。ポンプビーム２の間隔は、４００μｍ〜５００μｍが有利である。放射体の幅すなわちビーム２の横方向ないしは側面方向における広がりは、ポンプ源から出射されたときに最大１５０μｍが有利である。
【００５２】
第１の実施例が該当するように、ポンプ源１と利得結晶３との間に他のいかなる光学素子も配置されていない場合、ビーム幅が最大１００μｍであると有利であり、殊に有利であるのは３０〜５０μｍである。
【００５３】
ポンプ源と利得結晶の間隔は、このケースでは最大１００μｍが有利であり、殊に有利であるのは最大５０μｍである。
【００５４】
レーザまたは利得結晶３はたとえば、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶またはＮｄ：ＹＡＧ結晶により形成されている。利得結晶３は、たとえば１０６４ナノメータ波長において近赤外線で電磁放射を発生させるのに適している。
【００５５】
図１Ａおよび図１Ｂの実施例によれば、利得結晶３および周波数変換結晶４が接合されて１つの結晶接合体が形成されている。つまり利得結晶３は放射入射面３ａとは反対側の面で、周波数変換結晶４と機械的に固定されて接合されている。たとえば利得結晶３と周波数変換結晶４の端面が、接着またはボンディングにより互いに固定的に接合されている。
【００５６】
周波数変換結晶４は図示の実施例の場合にはＫＴＰ結晶により形成されており、この結晶は、レーザ結晶３から発せられる電磁放射の周波数を変換するのに適しており、有利にはこの放射周波数を２倍にするのに適している。
【００５７】
利得結晶３と周波数変換結晶４が合わさって結晶配列体１４が形成される。結晶配列体１４は、レーザ結晶３において発せられた基本波長の電磁放射に対しレーザ共振器を成す。
【００５８】
この目的で、放射入射面３に第１の層が設けられている。第１の層はポンプビーム２に対し高度に透過性である。透過率は、８０８ナノメータ波長のビームに対し９５パーセント以上である。
【００５９】
さらに第１の層は、利得結晶３において発せられた基本波長の電磁放射に対し高度に反射性である。たとえば反射率は、１０６４ナノメータ波長に対し９９．５パーセント以上である。
【００６０】
周波数変換結晶において周波数変換された放射に対し第１の層は有利には、５３２ナノメータ波長のときに９５パーセント以上の反射率で高度に反射性である。
【００６１】
有利には放射出射面４ａに第２の層が設けられている。有利には第２の層は、利得結晶において生成せられた基本波長の電磁放射に対し高度に反射性である。有利には反射率は、１０６４ナノメータ波長において９９．５パーセント以上である。
【００６２】
さらに第２の層は有利には、周波数変換結晶において周波数が２倍にされた放射に対し高度に透過性である。透過率はたとえば、５３２ナノメータの波長のときに９５パーセント以上である。
【００６３】
放射入射面３ａおよび放射出射面４ａにより、光学的な平面−平面共振器（Plan-Plan-Resonator）が形成される。したがって利得結晶３において、結晶配列体１４内を循環するレーザビーム１５が生じる。循環するこのビームの一部分は、周波数変換結晶４においてたとえば２倍の周波数をもつビームに変換される。たとえば緑色であるこのレーザ光５は、放射出射面４ａを通って結晶配列体から送出される。
【００６４】
結晶配列体１４におけるレーザビーム１５の個数は、有利にはポンプビーム２の個数と一致する。有利には各レーザビーム１５は、結晶配列体１４内でただ１つのポンプビーム２により光学的にポンピングされる。この場合、放射出射面４ａを通って結晶配列体から送出される周波数変換されたレーザビーム５の個数は、結晶配列体内で生成されたレーザビーム１５の個数ひいてはポンプビーム２の個数と一致している。
【００６５】
この場合、被層された端面３ａおよび４ａにより形成された平面−平面共振器は、結晶配列体１４における各レーザビーム１５に対する熱的なレンズ効果によって安定化されている。つまり結晶配列体におけるレーザビーム１５の熱的な作用に基づき、レーザビーム１５を中心に放射状に熱的に誘導された屈折率変化が生じる。放射状の屈折率変化により勾配レンズが形成され、これにより共振器が安定化され、共振器にけるビーム直径が、利得結晶３中のポンプビーム２の直径に類似した程度に減少する。つまりポンプビーム２とレーザビーム１５は有利には、ほぼ同じ横方向の広がりを有している。このことは結晶配列体内のすべてのビーム１５についてあてはまる。この場合、ポンプビーム２の出力、間隔および直径は、結晶配列体における個々のビーム１５が熱的に過度に強く相互に影響を及ぼさないように選定する必要がある。
【００６６】
図１Ｃは、レーザ装置の第１の実施例に対する第１の変形実施形態を略示した平面図である。
【００６７】
この場合、利得結晶３および周波数変換結晶４は互いに接合されているのではなく、互いに間隔をおいて配置されている。この場合、利得結晶３の放射出射面３ｂおよび周波数変換結晶４の放射入射面４ｂは有利には、利得結晶３において発せられた基本波長の電磁放射と、周波数変換結晶において周波数変換された放射に対し高度に透過性に被層されている。たとえば、両方の波長に対する透過率は有利には９９．８％以上である。つまりこれらの平面は、両方の波長の放射に対し高度に反射防止処理されている。
【００６８】
この場合、図示されているように利得結晶３と周波数変換結晶４を互いに隔てて配置する構成は、以下の実施例でも可能である。
【００６９】
図１Ｄは、レーザ装置の第１の実施例に対する第２の変形実施形態を略示した平面図である。
【００７０】
これによれば、周波数変換結晶の放射出射面４ａの後段に複数の凹型ミラー２７から成る列状配置が設けられている。その際に有利には各レーザビーム１５に、それぞれ１つずつ凹型ミラー２７が対応づけられている。凹型ミラー２７は有利には、利得結晶３において発せられた基本波長の電磁放射に対し高度に反射性であり、周波数変換結晶において周波数変換された放射は高度に透過性である。この場合、周波数変換結晶４の放射出射面４ａは、利得結晶３において発せられた基本波長の電磁放射および周波数変換結晶において周波数変換された放射に対し、有利には高度に透過性に被層されている。たとえば、両方の波長に対する透過率は有利には９９．８％以上である。つまりこの平面は、両方の波長の放射に対し高度に反射防止処理されている。
【００７１】
凹型ビーム２７と利得結晶３の放射入射面３ａは、レーザビーム１５に対しそれぞれ１つの共振器を成している。有利には凹型ミラーは、互いに結びつけられたストライプとして構成されている。たとえばこのストライプを、統合されたかたちで、および／または一体的に形成することができる。この実施例の場合、図１Ｃに示したように利得結晶３と周波数変換結晶４を隔てて配置する構成が有利である。凹型ミラー２７の配置構成は以下の実施例においても可能である。
【００７２】
図２Ａには、ここで説明するレーザ装置の第２の実施例を略示した平面図が示されている。図２Ｂには、このレーザ装置に関して側面から見た断面図が略示されている。図１の実施例とは異なり、ポンプビーム源１のビーム路中に光学素子７，８が配置されており、これらの光学素子は、ポンプビーム２の発散を低減するのに適しており、および／または放射器を小型化して構成するのに適している。光学素子７，８は有利には、まえもって設定可能なサイズのポンプビーム２を利得結晶２において発生するのに適している。この場合、ポンプ源１と結晶配列体１４との間の間隔ｄを、いっそう大きく選定することができる。
【００７３】
速軸方向（複数のポンプビーム２により形成された平面に対し垂直方向）におけるポンプビームのコリメーションのために、たとえば１つの共通の平凸円柱レンズをすべてのポンプビーム２のために用いることができる。
【００７４】
図２Ｃには、円柱レンズ７を側面から見た断面図が略示されている。
【００７５】
レンズ７はたとえば放射入射面２３を有している。放射入射面２３の反対側には凸状に湾曲した領域２１が配置されており、これは高さｈを有する。凸状に湾曲した領域を、放射入射面２３に対向するレンズ面全体にわたって延在させることができる。しかしながら図２Ｃに示されているように、凸状に湾曲した領域がこの面の一部分だけを占めるように構成することもできる。
【００７６】
凸状に湾曲した領域２１は非球面２２によって封止されており、これはレンズの放射出射面を成している。放射入射面２３と凸状に湾曲した非球面２２の頂点との間の間隔を、レンズの厚さｌと称する。たとえばこの場合、湾曲した面の頂点はレンズの光軸２５上に配置されている。
【００７７】
凸状に湾曲した領域２１を含むレンズ７の面と放射入射面２３は、平坦な側面２４ａ，２４ｂによって互いに接合されている。これらの側面のうちの一方たとえば側面２４ｂはレンズの取り付け面として用いられ、これによってレンズをたとえば支持体に取り付けることができる。レンズ７を取り付けるときにこれとは反対側の側面２４ａを、レンズ７取り付け用吸引ピンセットのための吸引面として利用することができる。
【００７８】
レンズ７にはたとえば、ＧａＰまたはＧａＰベースの半導体材料たとえばＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｌＰが含まれている。ただし、レンズ７に高屈折率ガラスを含めることも可能である。このレンズには上述の材料のうちの１つを含めることができるし、あるいはこのレンズをそれらの材料のうちの１つによって構成することもできる。たとえばＧａＰは、約８００〜９５０ｎｍの波長領域の電磁放射に対し約３．１０〜３．１４の屈折率を有している。
【００７９】
たとえば放射入射面２３および非球面２２の上に反射防止層を被着させることができる（図示せず）。反射防止層を、たとえば電磁放射の波長（この波長のためにレンズが設けられている）に整合させることができる。一例として反射防止層を、たとえばＳｉＮｘＯｙを含むことのできる個別層とすることができる。また、反射防止層を相前後して設けられる複数の層として構成することもできる。さらにたとえば反射防止層に、五酸化タンタルを含む層および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含む別の層をもたせることができる。有利には反射防止層はまだウェハ接合においてレンズ表面にたとえば蒸着される。
【００８０】
レンズ７の製造を、たとえばウェハ接合におけるレンズ構造のエッチング、ならびにそれに続くたとえば鋸挽きによる個別化によって行うことができる。
【００８１】
非球面２２を生成するため、最初にホトレジスト層がレンズ基板上に形成される。ついでこのホトレジスト層が構造化されてレジストレンズが形成される。その後、ホトレジストレンズの構造を異方性エッチングプロセスたとえば反応性イオンエッチングなどによって少なくとも部分的に、その下に位置するレンズ基板上に転写させることができる。
【００８２】
また、平行板反応室内でアノード結合されたプラズマエッチングのようなエッチングプロセス、三極反応性イオンエッチング、誘導結合型プラズマエッチングあるいはこれらと類似のプロセスのようなエッチングプロセスも適している。この場合、利用される製造プロセスにおいて、ホトレジスト層およびレンズ基板に対しそれぞれ異なる選択性をもつガス成分を用いると有利である。ここで選択性とは、レンズ基板のエッチングレートとホトレジストのエッチングレートとの比のことを表す。たとえば選択性１の場合、ホトレジストレンズの形状は実質的に変わることなくレンズ基板上に転写される。これに対し選択性が１よりも大きいと、エッチングされた半導体レンズはホトレジストレンズよりも高くなる。つまりホトレジストレンズの出発形状とともにエッチングプロセスの選択性により、形成されるレンズ７の形状が決定される。
【００８３】
この場合、レンズ７の非球面２２の形状は、次式による軸対称回転非球面ｙによって表される：
【００８４】
【数１】
2006287231.tif 000003
【００８５】
曲率半径Ｒ、非球面係数ｃ、レンズの厚さｌ、凸状に湾曲した領域２１の高さｈといったレンズパラメータの選定に従い、所望のコリメーションおよび所望の開口数をもつ平凸非球面レンズ７を製造することができる。
【００８６】
レンズ７の特性はたとえば、レンズ装置におけるレンズ７に対する使用要求に合わせて整合される。
【００８７】
この場合、ポンプ源１の放射出力結合面１ａは、レンズ７の放射入射面２３から動作間隔ｔを隔てた位置に設けられている。レンズ７は、半導体チップから発せられた電磁放射の発散を低減するのに適している。このため、ポンプビーム２は放射入射面２３に入射したときにすでに、レンズ７の光軸に向かって屈折する。非球面２２を通過して放射が出射するとき、ビームは光軸の方へ向かってさらに屈折する。その際、半導体チップの開口数は０．７５〜０．８５であり、有利には０．８である。
【００８８】
レーザ装置の１つの実施例によれば、レンズの厚さｌが約４５０μｍであるとき、ポンプ源とレンズの動作間隔はｔ＝７５μｍに選定される。曲率半径Ｒ＝−４５４μｍ、非球面係数ｃ＝−２．５３９と選定することにより、約０．８２の開口数を達成することができる。この場合、レンズ７の湾曲領域の高さｈは５０μｍである。
【００８９】
ポンプビーム２を遅軸方向（ポンプビーム２の平面）においてコリメーションおよび／またはフォーカシングするため、各ビーム２に対しそれぞれ１つの平凸円柱レンズ８を適用することができる。レンズ８をたとえばガラスによって形成することができる。有利にはこのレンズは、平坦な放射入射面と非球面に凸状に湾曲した放射出射面を有している。放射入射面および／または放射出射面に、上述のような反射防止層を設けることができる。
【００９０】
また、遅軸レンズを速軸レンズと同様、ＧａＰベースの半導体材料により形成することもできるし、あるいはこの種の材料を含めるようにすることもできる。この場合、遅軸レンズの放射出射面を球面または非球面で凸状に湾曲させることができる。基本的に遅軸レンズを、上述のような速軸レンズを９０°回転させたものとして構成ができる。
【００９１】
さらに、レンズ７とレンズ８を１つの共通のレンズスバーないしはレンズロッド（図示せず）に統合することができる。つまりレンズ７の放射出射面が、レンズ８の放射入射面と機械的に固定されて接合される。このようにすれば、レンズ７とレンズ８との界面における反射防止層を省略できる。
【００９２】
有利にはポンプ光学系７，８はポンプレーザバーの各放射体を、ダイレクトに割り当てられたポンピングすべき利得結晶３の領域にフォーカシングする。とはいえ、ポンプ源の光を混合し、ついで利得結晶３に一連の離散したポンプ領域を再形成するのに適したポンプ光学系も可能である。たとえばこの場合にはポンプ源１は、ポンプ光学系７，８により複数のポンプビーム２に分割されるただ１つのレーザビームが生成される。
【００９３】
図３Ａには、レーザ装置の第３の実施例を略示した平面図が示されている。図３Ｂには、このレーザ装置に関して側面から見た断面図が略示されている。
【００９４】
図１Ａと図１Ｂの実施例とは異なり、ここでは鋸挽き溝９が結晶配列体１４内に配置されており、これはレーザビーム１５に沿って延在している。鋸挽き溝は、個々のビーム１５を互いに熱的に分離するために用いられている。個々のビーム１５の熱的なレンズは、これにより互いにいっそう良好に分離される。この場合、鋸挽き溝９をいっそう幅広くかついっそう深く選定すればするほど、鋸挽き溝９により規定されるレーザ装置の領域がいっそう良好に熱的に分離される。鋸挽き溝９の幅を約１５０μｍにすると有利である。その際、鋸挽き溝は有利には、結晶配列体内でレーザビーム１５に対し平行に延在している。この実施例において重要であるのは、結晶配列体１４がそのまままとまった物体として得られることである。つまり鋸挽き溝９によっても、配列体の結晶は完全には分離されない。結晶配列体１４に鋸挽きされた面を、上方へ向かうように（図３Ｃの正面図参照）もしくは下方へ向かうように（図３Ｄ参照）取り付けることができる。
【００９５】
図４Ａは、レーザ装置の第４の実施例を略示した平面図である。図４Ｂには、このレーザ装置に関して側面から見た断面図が略示されている。
【００９６】
図２Ａおよび図２Ｂの実施例とは異なり、ここでは図３Ａおよび図３Ｂの実施例の鋸挽き溝９が個々のレーザビーム１５の間に配置されている。
【００９７】
図５Ａには、ここで説明しているレーザ装置の第５の実施例を略示した平面図が示されている。図５Ｂには、このレーザ装置に関して側面から見た断面図が略示されている。
【００９８】
ポンプビーム源１は、ヒートシンク１１上にたとえばＡｕＳｎなどの硬質はんだによって取り付けられている。電気端子領域１３によって、ポンプ源１を電気的に接触接続することができる。ヒートシンク１１は、たとえばやはり硬質はんだによって配線板１７上に取り付けられている。配線板１７にはセラミックス層８、上部銅層１０および下部銅層１９が含まれている。したがって配線板１７はＤＢＣ（Direct Bonded Copper 銅直接接合）配線板を成している。結晶配列体１４もヒートシンク１０の上に取り付けることができ、このヒートシンクはたとえば銅または良好に熱を伝導する他の材料を有している。ポンプ光学系７，８を、銅層１０の上に取り付けることもできるしセラミック層１８の上に取り付けることもできる。
【００９９】
さらに可能であるのは、配線板１７が銅またはシリコンから成るように、あるいは銅またはシリコンが含まれるように構成することである。結晶配列体１４を、接着剤、軟質はんだ、硬質はんだのうち少なくとも１つの取り付け手段によって支持体１７の上に取り付けるのが有利である。
【０１００】
図６の斜視図からわかるように、一例として端子ピン１２によりたとえば差込接続を介してポンプ源１を電気的に接触接続することができる。
【０１０１】
利得結晶３の長さを、ポンプビーム２の方向で０．５〜２ｍｍとするのがよい。また、周波数変換結晶の長さを２〜５ｍｍとするのが有利である。有利には、レーザ装置の全長は５〜２０ｍｍである。
【０１０２】
図７には、レーザ装置の第７の実施例を略示した断面図が示されている。この場合、結晶配列体１４の上に熱伝導部材２６が配置されている。この熱伝導部材２６は、銅、銅複合材料（ＤＢＣ）、シリコンのうち少なくとも１つの材料を有しており、あるいはこれらの材料によって形成されている。熱伝導部材２６は、装置稼働中に生じる熱をいっそう良好に放熱させるために用いられる。その際、この部材をたとえばヒートシンクと熱的に結合させることができる。熱伝導部材２６を、接着剤、軟質はんだ、硬質はんだのうち１つの取り付け手段によって結晶配列体１４の上に取り付けるのが有利である。ここで接着剤を殊に耐熱性の接着剤とするのがよい。
【０１０３】
図８Ａには、レーザ装置の第８の実施例を略示した断面図が描かれている。図８Ｂには、これに対応する平面図が略示されている。図７を参照しながら説明したレーザ装置の実施例と同様、このレーザ装置はヒートシンク１１上に配置可能なポンプ源１を有している。ポンプ源１は、ヒートシンク１１とともに配線板１７上に取り付けられ電気的に接続されている。配線板１７はたとえばＤＢＣ配線板により形成されている。さらに配線板１７をシリコンまたは熱を良好に伝導する他の材料によって形成することができ、この配線板１７の上にたとえばポンプ源１の電気的接触接続用の導体路をパターニングすることができる。
【０１０４】
このレーザ装置はさらに結晶配列体１４を有しており、これには少なくとも１つの利得結晶３と少なくとも１つの周波数変換結晶４が含まれている。結晶配列体１４の結晶を、たとえば熱伝導部材２６によって互いに接合することができる。有利には熱伝導部材２６は、シリコンから成るかまたはシリコンを含んでいる。
【０１０５】
図８Ｃには、たとえば図８Ａおよび図８Ｂを参照しながら説明したレーザ装置のための結晶配列体に関する第１の実施例が示されている。結晶配列体１４の鋸挽き溝９は、レーザ装置のこの実施例の場合には熱伝導部材２６までは延在しておらず、したがって一体的に形成された１つにまとまった結晶配列体１４が熱伝導部材２６の上に取り付けられている。つまり結晶配列体１４は熱伝導部材２６と機械的に接合されており、熱伝導部材２６に熱的に結合されている。
【０１０６】
図８Ｄには結晶配列体１４の第２の実施例の断面図が示されており、図８Ｅにはその平面図が示されている。結晶配列体１４のこの第２の実施例によれば、鋸挽き溝９は熱伝導部材２６まで延在している。この場合、熱伝導部材２６の上へ結晶配列体１４を取り付ける前または取り付けた後に、鋸挽き溝９を形成することができる。つまりこの実施例では結晶配列体１４は、それぞれ１つの利得結晶３と周波数変換結晶４を備えた多数の結晶接合体によって形成されている。ここではこれらの結晶は、熱伝導部材２６によって互いに機械的に接合されている。
【０１０７】
熱伝導部材２６上への取り付け前に鋸挽き溝９が形成されるケースでは、それぞれ利得結晶３と周波数変換結晶４から成る個々の結晶接合体を、熱伝導部材２６の上に個別に取り付けることができる。このために熱伝導部材２６上にアライメントマークを設けることができ、受動的な取り付けプロセスにおいてこれらのアライメントマークによって結晶接合体を熱伝導部材２６上に位置決めすることができる。つまり熱伝導部材２６上への結晶接合体のアライメントおよび取り付けは、アライメントマークに結晶接合体を整列させることによって行われる。
【０１０８】
図９Ａには、レーザ装置の第９の実施例を略示した断面図が描かれている。図９Ｂには、レーザ装置の第９の実施例を略示した平面図が描かれている。
【０１０９】
レーザ装置のこの第９の実施例によれば、先に挙げた実施例のうちの１つと関連して説明したように、２つの個別レーザ装置４０が垂直方向に上下に配置されている。その際、これらの個別レーザ装置４０は、たとえばポンプ源１のような能動素子が互いに向き合うように配置されており、さらに個別レーザ装置４０の配線板１７が互いに平行に延在するよう、あるいは製造に起因する変動を除いて実質的に互いに平行に延在するよう配置されている。
【０１１０】
個別レーザ装置４０は、たとえばスペーサ４１，４２，４３，４４を介して互いに間隔をおいて配置されている。この場合、側方のスペーサ４３，４４を省略してもよいし、あるいは前方のスペーサ４２および後方のスペーサ４１を省略してもよい。スペーサ４１，４２，４３，４４によって、個別レーザ装置４０が互いに機械的に接合される。これらのスペーサをたとえばガラスまたは半導体材料によって形成することができる。前方のスペーサ４２が光学素子を成すように構成することができ、周波数変換されたレーザビーム５がこの前方のスペーサ４２を通して個別レーザ装置４０から送出される。たとえばこの前方のスペーサ４２を、レーザビーム５の混合に用いることができる。このようにすれば、複数の個別レーザビーム５からただ１つのレーザビームを形成することができる。個別レーザ装置４０を図示されているように積み重ねることによって、第２の空間方向へのレーザパワーのスケーリングが可能となる。２つの個別レーザ装置４０を積み重ねることのほか、多数の個別レーザ装置４０をここに示したようにして積み重ねることも考えられる。
【０１１１】
図１０Ａには、レーザ装置の第１０の実施例を略示した断面図が描かれている。第１０の実施例によれば、それぞれ１つの利得結晶３と周波数変換結晶４を含む結晶接合体が配線板１７の切り欠きに収容されている。この場合、配線板１７がたとえばシリコンから成るように、あるいはシリコンを含むように構成できる。有利には切り欠き５０の深さは結晶接合体における結晶３，４の高さよりも僅かに選定されており、したがって結晶３，４は切り欠き５０の縁部を越えて突出している。有利には結晶接合体の結晶はその高さの少なくとも４０％が、切り欠き５０の縁部を越えて突出している。
【０１１２】
切り欠き５０の形状の断面をたとえばＵ字形またはＶ字形に選定することができる。つまりこの場合、切り欠き５０はＵ字形の溝またはＶ字形の溝であり、これらは構造化されて配線板１７中に形成されており、これらは少なくとも結晶接合体の長さにわたって延在している。たとえば切り欠き５０は、異方性エッチングによって構造化されて配線板１７中に形成される。
【０１１３】
図１０Ｂおよび図１０Ｃに示されているように、ポンプ源１を配線板１７にダイレクトに取り付けることができ、たとえばはんだ付けすることができる。ただし択一的に、先に挙げた実施例との関連で説明したように、ポンプ源１をヒートシンク１１に取り付けることもでき、このヒートシンク１１はさらに配線板１７に取り付けられる。
【０１１４】
１０Ｄを参照しながら説明するレーザ装置の第１０の実施例に対する変形実施形態によれば、結晶配列体１４上にさらに熱伝導部材２６を取り付けることができ、これはたとえば配線板１７と同じ材料から成る。熱伝導部材２６をたとえばシリコンウェハまたはシリコンストライプとすることができ、切り欠き５１が構造化されてこの中に形成されている。つまり切り欠き５１は、それらが結晶接合体とできるかぎり形状結合で係合するような形状およびサイズで構成されている。この実施例によれば結晶配列体１４は、放射入射面３ａと放射出射面４ａを除いて、できるかぎり完全に支持体１７および熱伝導部材２６によって取り囲まれている。
【０１１５】
図１０Ａ〜図１０Ｄを参照しながら説明したレーザ装置の第１０の実施例とは異なり、図１１Ａ〜図１１Ｄを参照しながら説明するレーザ装置の実施例によれば、結晶配列体１４は鋸挽き溝９によっても完全には分離されておらず、ウェッブ５３が残されている。つまりこの実施例では、結晶配列体１４は一体的に構成されている。
【０１１６】
図１２Ａには、上述の実施例によるレーザ装置において利用することのできる結晶配列体１４を略示した平面図が描かれている。図１２Ｂ，図１２Ｃおよび図１２Ｄには、配線板１７または熱伝導部材２６を結晶配列体１４と接合するための様々な可能性について示されている。図１２Ｂ〜図１２Ｄを参照しながら説明する実施例の優れている点は、配線板１７および／または熱伝導部材２６に対し結晶配列体１４が熱的にきわめて良好に結合されることである。
【０１１７】
図１２Ｂを参照しながら説明する実施例の場合、充填材料３０および／または接合材料３０が結晶配列体１４の鋸挽き溝９内に充填されている。たとえば充填材料３０はエポキシ材料であって、これには熱伝導性充填物たとえば熱伝導性の金属粒子が含まれる。結晶配列体１４は、充填材料３０により配線板１７または熱伝導部材２６に取り付けられている。
【０１１８】
図１２Ｃを参照しながら説明する実施例によれば、配線板１７もしくは熱伝導部材２６は突出部３１を有しており、これらは有利には櫛形に形成されている。突出部３１は構造化されて配線板１７もしくは熱伝導部材２６の材料中に形成されており、それと一体的に構成されている。櫛形突出部３１は、結晶配列体１４の鋸挽き溝９中に係合されている。結晶配列体１４は、上述のように充填材料により配線板１７もしくは熱伝導部材２６と接合されている。
【０１１９】
図１２Ｄを参照しながら説明する実施例によれば、鋸挽き溝９は充填されないまま残されている。つまりこの場合、鋸挽き溝９には充填および接合のための材料３０が存在していない。この実施例によれば結晶配列体１４を、そこを貫流する空気によって冷却することができる。
【０１２０】
図１３には、これまで説明してきたレーザ装置のさらに別の実施例を略示した斜視図が描かれている。
【０１２１】
図１３に示されている実施例によるレーザ装置の場合、配線板１７は金属シートによって形成されている。金属シートにはたとえば銅、アルミニウムおよび／またはセラミックス材料が含まれている。
【０１２２】
配線板１７は孔６１を有している。これらの孔６１を用いることにより、配線板１７をたとえばプレスばめおよび／またはねじどめによって冷却体上に位置決めし、機械的に取り付けることができる。
【０１２３】
配線板１７上には熱伝導部材６０が被着されている。熱伝導部材６０は、有利には配線板１７上に接着されるかまたははんだ付けされる。熱伝導材料６０は有利には、窒化アルミニウム、シリコン、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper 銅直接接合）または他の銅セラミックス接合材料のうち１つの材料から成るかまたはそれらのうち１つの材料を含んでいる。
【０１２４】
熱伝導部材上にポンプ源１が被着されており、これを上述のように付加的な熱伝導部材すなわちヒートシンク１１上に取り付けることもできる。ポンプ源１にはその放射方向において後方に、少なくとも１つの利得結晶３と少なくとも１つの周波数変換結晶４を備えた結晶配列体が設けられている。この場合、結晶配列体１４は上述の実施例のうちの１つに従って構成されている。
【０１２５】
ポンプ源１を熱伝導部材６０におけるたとえばビアまたはスルーホールを介して、配線板１７と導電接続することができる。
【０１２６】
さらに配線板１７上に、たとえばポンプ源１に対しＥＳＤ保護を成す素子を配置することができる。この場合、素子６４をたとえば少なくとも１つの抵抗および／または少なくとも１つのバリスタとすることができる。
【０１２７】
配線板外部からのレーザ装置の電気的な接触接続を、ソケット６２の端子ピン６３を介して行うことができる。
【０１２８】
さらに配線板１７の上に、図示されていない制御装置たとえばマイクロコントローラを配置することができ、これによってたとえばポンプ源１を流れる電流を、ポンプ源１の電気抵抗または配線板１７の平均温度などのような測定値に依存して閉ループ制御および／または開ループ制御することができる。この種の閉ループ制御信号および開ループ制御信号を択一的にまたは付加的に、端子ピン６３を介してレーザ装置に供給することもできる。
【０１２９】
図１３を参照しながら説明したレーザ装置の配線板１７の長さＬは有利には１５〜３５ｍｍであり、さらに有利には２５〜３０ｍｍたとえば２８ｍｍである。また、レーザ装置の幅Ｂはたとえば７〜２０ｍｍであり、有利には１２〜１７ｍｍたとえば１５ｍｍである。
【０１３０】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願102005015148.5-54の優先権を主張するものであり、その開示内容は本願に含まれるものとする。
【０１３１】
なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。すなわち本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１Ａ】レーザ装置の第１の実施例を略示した平面図
【図１Ｂ】レーザ装置の第１の実施例を略示した断面図
【図１Ｃ】レーザ装置の第１の実施例に対する第１の変形実施形態を略示した平面図
【図１Ｄ】レーザ装置の第１の実施例に対する第２の変形実施形態を略示した平面図
【図２】Ａはレーザ装置の第２の実施例を略示した平面図、Ｂはレーザ装置の第２の実施例を略示した断面図、Ｃは図２Ｂの部分詳細図
【図３】Ａはレーザ装置の第３の実施例を略示した平面図、Ｂはレーザ装置の第３の実施例を略示した断面図、ＣおよびＤはレーザ装置の第３の実施例に対する２つの異なる変形実施形態によるＡの部分詳細図
【図４】Ａはレーザ装置の第４の実施例を略示した平面図、Ｂはレーザ装置の第４の実施例を略示した断面図
【図５】Ａはレーザ装置の第５の実施例を略示した平面図、Ｂはレーザ装置の第５の実施例を略示した断面図
【図６】レーザ装置の第６の実施例を略示した斜視図
【図７】レーザ装置の第７の実施例を略示した断面図
【図８】Ａはレーザ装置の第８の実施例を略示した断面図、Ｂはレーザ装置の第８の実施例を略示した平面図、Ｃはレーザ装置の第８の実施例に関する結晶配列体の第１の実施例を略示した断面図、Ｄはレーザ装置の第８の実施例に関する結晶配列体の第２の実施例を略示した断面図、Ｅは第３の実施例による結晶配列体を略示した平面図
【図９】Ａはレーザ装置の第９の実施例を略示した断面図、Ｂはレーザ装置の第９の実施例を略示した平面図
【図１０】Ａは第１０の実施例によるレーザ装置を略示した断面図、Ｂは第１０の実施例によるレーザ装置を略示した平面図、Ｃは第１０の実施例によるレーザ装置を略示した断面図、Ｄはレーザ装置の第１０の実施例に対する変形実施形態を略示した断面図
【図１１】Ａはレーザ装置の第１１の実施例を略示した断面図、Ｂはレーザ装置の第１１の実施例を略示した平面図、Ｃはレーザ装置の第１１の実施例を略示した断面図、Ｄはレーザ装置の第１１の実施例に対する変形実施形態を略示した断面図
【図１２】Ａは上述の実施例によるレーザ装置において利用することのできる結晶配列体を略示した平面図、Ｂ〜Ｄは配線板または熱伝導部材を結晶配列体と接続するための種々の構成を示す図
【図１３】これまで説明してきたレーザ装置の別の実施例を略示した斜視図
【符号の説明】
【０１３３】
１  ポンプ源
１ａ  放射出力結合面
２  レーザビーム
３ａ  ビーム入射面
３  利得結晶
４  周波数変換結晶
４ａ  放射出射面
５  周波数変換されたビーム
７，８  ポンプ光学系
９  鋸挽き溝
１１  ヒートシンク
１４  結晶配列体
１７  配線板
１８  セラミック層
２６  熱伝導部材
２７  凹型ミラー
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１３】
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