(57)【要約】  本発明は光学的に使用される領域内に設けられ、単斜晶系の基本セルからなる固体レーザー媒質に関している。この場合、この固体レーザー媒質は、少なくとも光学的に使用される領域内の各箇所において実質的に同じ結晶学的座標系に基づいており、さらに光学的に使用される領域内で化学的組成に関して相違している少なくとも２つのドメイン領域を有し、前記光学的に使用される領域は、少なくとも１つの活性ゾーンと、少なくとも１つの不活性ゾーンを有している。本発明による固体レーザー媒質は有利には、少なくとも光学的に使用される領域において、単斜晶系の基本セルの構成要素としてタングステンとカリウム及び／又はルビジウムを有している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に使用される領域内に設けられ、単斜晶系の基本セルからなっており、
少なくとも光学的に使用される領域内の各箇所において実質的に同じ結晶学的座標系に基づいており、
さらに光学的に使用される領域内で化学的組成に関して相違している少なくとも２つのドメイン領域を有していることを特徴とする、固体レーザー媒質。
【請求項２】
前記光学的に使用される領域は、少なくとも１つの活性ゾーンと、少なくとも１つの不活性ゾーンを有している、請求項１記載の固体レーザー媒質。
【請求項３】
前記固体レーザー媒質は、少なくとも光学的に使用される領域において、単斜晶系の基本セルの構成要素としてタングステンとカリウム及び／又はルビジウムを有している、請求項１又は２記載の固体レーザー媒質。
【請求項４】
前記固体レーザー媒質は、少なくとも光学的に使用される領域において、単斜晶系の基本セルの構成要素として、イットリウムＹ，サマリウムＳｍ，ユウロピウムＥｕ，ガドリニウムＧｄ，テルビウムＴｂ，ジスプロシウムＤｙ，ホルミウムＨｏ，エルビウムＥｒ，ツリウムＴｍ，イッテルビウムＹｂ，ルテチウムＬｕのグループうちの少なくとも１つの元素を有している、請求項３記載の固体レーザー媒質。
【請求項５】
前記固体レーザー媒質は、少なくとも光学的に使用される領域において、イットリウムＹ，サマリウムＳｍ，ユウロピウムＥｕ，ガドリニウムＧｄ，テルビウムＴｂ，ジスプロシウムＤｙ，ホルミウムＨｏ，エルビウムＥｒ，ツリウムＴｍ，イッテルビウムＹｂ，ルテチウムＬｕの代わりに、ランタンＬａ，セリウムＣｅ，プラセオジムＰｒ，ネオジムＮｄ，プロメチウムＰｍのグループからなる少なくとも１つの元素を構成要素として有している、請求項４記載の固体レーザー媒質。
【請求項６】
少なくとも光学的に使用される領域が、ＫＹｂ（ＷＯ４）２か若しくはＹｂ置換基のＫＹｂ（ＷＯ４）２からなり、この場合置換原子は、請求項５に述べたものであり、ＫＹｂ（ＷＯ４）２は、低温変態である、請求項１から５いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項７】
少なくとも２つのドメイン領域の間の化学的組成変化が唯一の方向性で経過する、請求項１から６いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項８】
光学的に使用される領域の不活性ゾーンにおいて、イットリウムＹ、ガドリニウムＧｄ、ルテチウムＬｕのグループからなる元素Ｘが組成においてＫｘＲｂｙＸ（ＷＯ４）２を含んでおり、この場合ｘ＝０−１、ｙ＝１−０，ｙ＋ｘ＝１である、請求項２から７いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項９】
前記組成は、ＫＸ（ＷＯ4）2、ＫｘＲｂｙＸ（ＷＯ４）２又はＲｂＸ（ＷＯ４）２であり、この場合ｘ＝０−１、ｙ＝１−０，ｙ＋ｘ＝１である、請求項８項記載の固体レーザー媒質。
【請求項１０】
活性ゾーンにおいてＬｎｘＫＹｂｙ（ＷＯ４）２が含まれており、この場合ルテチウムＬｕは、イットリウムＹ，サマリウムＳｍ，ユウロピウムＥｕ，ガドリニウムＧｄ，テルビウムＴｂ，ジスプロシウムＤｙ，ホルミウムＨｏ，エルビウムＥｒ，ツリウムＴｍ，イッテルビウムＹｂ，ルテチウムＬｕのグループからなる少なくとも１つの元素であり、この場合ｘ＝０−１、ｙ＝１−０，ｙ＋ｘ＝１である、請求項２から９いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項１１】
ＲＥｘＫＹｂｙ（ＷＯ４）２がＲＥＫ（ＷＯ４）２、ＲＥｘＫＹｂｙ（ＷＯ４）２若しくはＫＹｂ（ＷＯ４）２であり、この場合ｘ＝０−１、ｙ＝１−０，ｙ＋ｘ＝１である、請求項１０項記載の固体レーザー媒質。
【請求項１２】
前記固体レーザー媒質は、エピタクシー、特に分子線エピタクシー、溶液エピタクシー、水熱成長、ＣＶＤ、スパッタリング、拡散ボンディング等によって形成された置換原子を伴う領域を有している、請求項１から１１いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項１３】
前記置換原子を伴う領域は、層状構成において約５０μｍの厚さ、特に３０μｍの厚さを有している、請求項１２記載の固体レーザー媒質。
【請求項１４】
請求項１から１３いずれか１項記載の固体レーザー媒質を有していることを特徴とする、コヒーレントな電磁放射を生成する装置、特にレーザー装置。
【請求項１５】
レーザー、特にディスクレーザー又はチップレーザーのために用いることを特徴とする、請求項１から１３いずれか１項記載の固体レーザー媒質の適用。
【請求項１６】
導波路、ミラー又はブラッグ反射器として用いることを特徴とする、請求項１から１３いずれか１項記載の固体レーザー媒質の適用。
【請求項１７】
そのミラーがブラッグ反射器として構成されている導波路として用いることを特徴とする、請求項１から１３いずれか１項記載の固体レーザー媒質の適用。
【請求項１８】
増幅媒体を有している、コヒーレントな電磁放射、特にレーザー放射を増幅するための装置において、
前記増幅媒体が、請求項１から１３いずれか１項記載の固体レーザー媒質を有していることを特徴とする装置。
【請求項１９】
前記装置は、パルス制御された電磁放射、特にレーザー放射を増幅するために構成されている、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記装置は、再生増幅器（４６）として構成されている、請求項１８記載の装置。
【請求項２１】
前記増幅媒体は、共振器内部に配設されている、請求項１８記載の装置。
【請求項２２】
前記増幅媒体は、共振器外部に配設されている、請求項１８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザー媒質に関している。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザーの生成に対しては、例えばガーネットＹＡＧ、バナデートＹＶＯ、フッ化物ＹＬＦ、サファイアＳａ及びガラスからなる、結晶形態の固体レーザー媒質が用いられる。これらの結晶においては、例えばドープとしてイオンが用いられており、この場合には、ガスレーザーに比べて、これらのイオンの濃度が高められており、そのため固体レーザー媒質を用いることによってより高い出力が達成できる。ドープのためのイオンとしては、例えば使用される結晶に化学的性質が類似している元素が適している。そのため固体レーザーに使用される多くの結晶はイットリウムＹを含んでおり、これは希土類イオンによって容易に置き換えられる。この希土類元素としては、セリウムＣｅ，プラセオジムＰｒ，ネオジムＮｄ，プロメチウムＰｍ，サマリウムＳｍ，ユウロピウムＥｕ，ガドリニウムＧｄ，テルビウムＴｂ，ジスプロシウムＤｙ，ホルミウムＨｏ，エルビウムＥｒ，ツリウムＴｍ，イッテルビウムＹｂ，ルテチウムＬｕの１３元素があげられる。結晶内のドープイオンとして通常これらのイオンは３価の形態で存在する。
【０００３】
固体レーザーのための結晶の選択における主な特徴は、その熱伝導度である。なぜなら結晶においては、励起エネルギーのかなりの部分が熱に置き換えられるからである。結晶中の不均質な温度分布は、屈折率の変化につながりかねない。これはレンズ作用によって引き起こされ、固体レーザーの共振器特性を敏感に変動させ得る。最も重要な固体レーザーは、ネオジムレーザーであり、ここではＮｄ３＋イオンによってレーザー放射が生成されている。このＮｄ３＋イオンは、ＹＡＧ結晶において頻繁にもたらされており、これは高い光学的強度と適切な機械的及び熱的特性を有している。そのためこの種のＹＡＧ結晶は、連続的に発光するレーザーにもパルス状に発生するレーザーにも用いることが可能である。例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶の実質的な欠点は、結晶断面に亘って変化する強い複屈折であり、これは励起による熱の結果として生じる。この複屈折によりレーザービームが偏光され、高出力レーザーの場合のビーム品質は著しく損なわれる。このことは、偏光を維持する結晶の適用を要する。
【０００４】
しかしながらこの種の偏光を維持する結晶の適用、若しくはポンプ源と結晶の間の適合層の適用は、レーザー出力の制限につながる。なぜなら境界面において自然放射増幅光（ＡＳＥ）の内部全反射が生じるからである。これは不所望な結晶の加熱を引き起こす。
【０００５】
固定レーザーに使用するその他の材料にはガラス、例えばケイ酸塩若しくはリン酸塩ガラスがあり、これらも例えばＮｄ３＋イオンを用いてドープ可能である。この種のガラスは、イオンによってより高濃度にドープ可能である。そのためそれらは高出力Ｎｄレーザーシステムに用いられる。
【０００６】
さらに結晶としてタングステンがレーザー材料の製造に用いられることも公知である。この場合は例えば希土類元素イオンによってドープ可能である。μｍ領域の放射を伴う固体レーザーの製造のために適しているドープ材料としては、例えばイッテルビウムＹｂが公知である。このようなレーザーは、例えば波長が０.９〜１μmのインジウム亜ヒ酸ガリウムレーザーダイオードを用いて励起が可能であり、そのため簡素なエネルギー源、例えば９６５〜９８０ｎｍの波長のダイオードを結晶の励起のために用いることが可能である。イッテルビウムＹｂを用いたドーピングは、ネオジムＮｄを用いたドーピングよりもはるかに有利である。特に有利には、レーザー配位欠陥が比較的僅かなため結晶内の熱の発生も比較的少ない。さらに非常に大きな吸収係数が薄い結晶層の適用を可能にしている。
【０００７】
結晶の厚みの低減によって、隣接する２つの縦モードの位相偏差は、空間ホールバーニング効果が発生しない位に小さくなる。このことは単一周波数のレーザー放射に結び付く。
【０００８】
別の観点からみると、結晶の厚みは、励起エネルギーの十分な成分を吸収するためには、十分に大きくなければならない。したがってそのようなモードに対して求められる最小の厚みは、結晶のドーピングレベルに依存する。１.４×１０２１ｃｍ−３サイズのドーピングに対しては、１００μmよりも薄い厚みが達成できる。
【０００９】
しかしながら１００μmよりも薄い厚みを有した結晶は、その製造においてそう簡単にいくものではなく、そのためこの種の結晶を用いた高出力レーザーの製造は非常に複雑でかつ高価なものとなる。
【００１０】
発明の開示
発明が解決しようとする課題
本発明が基礎とする課題は、特に簡単かつ低コストで高出力レーザーの製造を可能にする、固体レーザー媒質を提供することである。
【００１１】
前記課題は、請求項１の特徴部分に記載された本発明によって解決される。
【００１２】
発明を実施するための最良の形態
本発明の別の有利な実施例及び改善例は従属請求項に記載されている。
【００１３】
本発明において“光学的使用領域”とは、その都度の光学的適用に利用される固体レーザー媒質の領域と理解されたい。例えばこの固体レーザー媒質がレーザーを形成するならば、その光学的使用領域とは、例えばポンプ源のポンプ放射によって掌握される領域であり、及び／又は生成されたレーザー放射に通過される領域である。
【００１４】
また本発明において“ドメイン（Domaene）領域”とは、少なくとも１つの基本的なセルからなる化学的に定められた組成領域と理解されたい。
【００１５】
さらに本発明で“活性ゾーン”とは、例えば光学的適用のもとで、そのつどの波長領域毎に光学的吸収が行われる領域と理解されたい。それに対して不活性ゾーンにおいては、例えば光学的適用の場合そのつどの波長領域毎の吸収は何も行われない。
【００１６】
本発明による結晶は、単結晶構造を有し得る。この場合例えば第１のドメイン領域は、適切な方法によって第２の不活性ドメイン領域上に設けることができる。
【００１７】
またそのつどの要求に応じて、３つ以上のドメイン領域を設けることも可能である。
【００１８】
本発明によれば、２つの専用領域が同じ原材料からなるものならば、固体レーザー媒質は単斜晶系の基本セルからなる。その場合この固体レーザー媒質は光学的使用領域において、各箇所にて実質的に同じ結晶学的座標系を有する。
【００１９】
しかしながら本発明によれば、本発明に従って設けられる少なくとも２つのドメイン領域を、単斜晶系の基本セルからなる別個の要素として製造することも可能である。この場合、ドメイン領域の結合は本発明によれば次のように行われる。すなわち固体レーザー媒質の光学的使用領域内の各箇所において実質的に同じ結晶学的座標系が存在するように行われる。
【００２０】
また本発明によれば、２つのドメイン領域を、それらの化学的組成に関して互いに異なる出発材料から製造することも、少なくとも２つのドメイン領域から組成された固体レーザー媒質が単斜晶系の基本セルからなっていることが保証される限り可能である。この場合固体レーザー媒質の光学的使用領域内の各箇所において実質的に同じ結晶学的座標系が存在する。
【００２１】
有利にはドメイン領域の一方はレーザー活性ゾーンを形成し、それに対して他のドメイン領域は、パッシブゾーン、つまり不活性ゾーンを形成する。その場合レーザー活性ゾーンにはレーザー効果が現れ、それに対して不活性ゾーンは、例えばレーザー活性ゾーンの支持部として用いられ得る。例えば不活性ゾーンは、レーザー活性ゾーンとポンプ源の間の所定の間隔を設定するためのスペーサを形成し得る。
【００２２】
本発明によって得られる特に有利な利点は、本発明による固体レーザー媒質が、レーザーとして活用される場合に、ポンプ源と固体レーザー媒質の間の高価な適合層ないし適応光学系を必要とすることなしに、ポンプ源と直接接続できることである。ポンプ源の放射方向における不活性ドメイン領域の厚みの適切な選択によって、例えばレーザー活性ゾーンをポンプ源に直接固定することも可能となる。その場合には、不活性ドメイン領域の厚みは次のように選択可能である。すなわち、ポンプ源の発散するポンプ放射がレーザー活性ドメインゾーンにおいて所望の形式で実質的に円形のビーム輪郭を有するように選択可能である。
【００２３】
特に有利には、カリウム−イッテルビウム−タングステン（以下ではＫＹｂＷとも称する）の適用によって、９８０ｎｍのもとで約１３.３μmの極端に短い吸収長が得られる。さらにＫＹｂＷの利点は、非常に僅かなレーザー配位欠陥である。
【００２４】
以下の明細書では、本発明による固体レーザー媒質の実施例を概略的な図面に基づいて詳細に説明する。これらの図面のうち、
図１は、ポンプ源として典型的なダイオードレーザーの遠近領域の放射特性を表した図であり、
図２は、従来技術によるケーシング内部に配設されたレーザーの部分破断図であり、
図３は、レーザー形態の本発明による固体レーザー媒質の第１実施例の概略的な断面図であり、
図４は、レーザー形態の本発明による固体レーザー媒質の第２実施例を図３と同じように概略的に表した図であり、
図５は、導波路の形態の本発明による固体レーザー媒質の第３の実施例を図３と同じように概略的に表した図であり、
図６は、高出力ディスクレーザーの形態の本発明による固体レーザー媒質の第４の実施例を図３と同じように概略的に表した図であり、
図７は、ブラッグ反射器の形態の本発明による固体レーザー媒質の第５の実施例を図３と同じように概略的に表した図であり、
図８は、本発明によるショートパルスレーザーの実施例を概略的に表した図であり、
図９は、本発明による再生式増幅器の実施例を概略的に表した図である。
【００２５】
実施例
以下ではまず図１から図３について述べる。図１には、ポンプ源としてのダイオードレーザーの遠近領域の放射特性が表されている。図１からもわかるように、ポンプ源は、異なった放射輪郭を有しており、この放射輪郭は、ポンプ源から所定の間隔をおいてほぼ円形である。
【００２６】
図３には、本発明による固体レーザー媒質の第１実施例が示されており、この固体レーザー媒質は、当該実施例においては第１のドメイン領域１と第２のドメイン領域２を有し、これらは当該実施例において単結晶構造を形成している。第１のドメイン領域１はこの実施例では不活性ドメイン領域を形成し、カリウム−イッテルビウム−タングステンからなっている。それに対して第２のドメイン領域２は、レーザー活性ドメイン領域を形成し、同じくカリウム−イッテルビウム−タングステンからなっている。
【００２７】
この固体レーザー媒質の上方表面４と下方表面３には、レーザー共振器を形成するために反射層がコーティングされている。
【００２８】
本発明による固体レーザー媒質は、付加的な適応光学系なしで従来のレーザーダイオード５を用いてポンピングができ、さらにレーザーとして利用できる。図１に示されているように、レーザーダイオード５の放射（これはレーザー活性ドメイン領域２のポンピングのために用いられる）は、異なっており、放射断面は楕円形に形成される。この場合の近接領域の放射特性と遠方領域の放射特性は異なっており、通常その発散角度は約３０度である。回折作用に基づいてこの放射は、ダイオードのＰＮ接合部に対して垂直な領域において最も強く発散する。ＰＮ接合部からさらに離れた遠方領域においては、放射フィールドは、再び楕円形になるが、しかしながらここではその長軸がＰＮ接合部に対して垂直となる。近接領域と遠方領域の間において、ＰＮ接合部から約２７５μm離れた所のポンプ放射は、実質的に円形の断面を有するようになる。
【００２９】
本発明による固体レーザー媒質は、直接レーザーダイオード５に固定されるか又はレーザーダイオード５のすぐ近くに設けられる。つまりレーザーダイオード５の放射断面がほぼ円形となる配置構成である。この場合不活性ドメイン領域１は、レーザーダイオード５に向いており、それに対してレーザーの活性ドメイン領域２はレーザーダイオード５とは反対側に向いている。この場合レーザーダイオード５とレーザー活性ドメイン領域２の間の間隔は、次のように選択される。すなわちレーザーダイオード５のビーム放射がレーザー活性ドメイン領域２へ入射する際に実質的に円形の放射断面を有するように選択される。レーザー活性ドメイン領域の極端に短い吸収長に基づいて、理想的な円形放射断面からの当該レーザー活性ドメイン領域２に沿った放射断面形状のずれは、実質的には何ら影響を及ぼさない。
【００３０】
図３に示されている配置構成のさらなる利点は、レーザーダイオード５の放射発散によって引き起こされる固体レーザー媒質内の熱的緊張が低減されることである。
【００３１】
それにより本発明による固体レーザー媒質は、図２に示されているような従来のレーザーにおいてほこりよけとして慣用的に用いられていた窓に代えて、レーザー活性ドメイン領域２のポンピング（光励起）のために用いられるレーザーダイオード５に直接結合される。この場合特に当該実施例の不活性ドメイン領域は、レーザー活性ドメイン領域の機械的な支持体として用いられる。その上さらにこの不活性ドメイン領域は、例えばレーザー活性ドメイン領域２のポンピングによる放射の実質的に円形な放射断面を得るために必要とされるレーザーダイオード５とレーザー活性ドメイン領域２の間の間隔を維持するために、レーザー活性ドメイン領域２とレーザーダイオード５の間のスペーサとして用いることもできる。
【００３２】
図４には、本発明による固体レーザー媒質の第２実施例がレーザーの形態で示されている。この固体レーザー媒質は、不活性な第１のドメイン領域１と活性（ここではレーザー活性）な第２のドメイン領域２を有している。このレーザー活性なドメイン領域２は、この第２実施例においては、約５０μmの厚さを有しており、この場合のポンピング（光励起）には、図には示されていないがレーザーダイオードが用いられている。当該実施例では、レーザー活性なドメイン領域２がイッテルビウムと付加的な１０％未満のツリウム（Ｔｍ）によってドーピングされている。イッテルビウムＹｂとツリウムＴｍの混合ドーピングによって、９００〜１０００ｎｍの波長の光励起が可能となる。この場合のレーザー放射は、２μmの波長を有する。
【００３３】
図５には、本発明による固体レーザー媒質の第３実施例が示されており、これは第１のドメイン領域１０を有しており、この領域は約４０μmの厚さを有し、１ａｔ−％ＮｄでドーピングされたＫＹｂＷからなっている。このドメイン領域１０は、カリウム−イッテルビウム−タングステン（ＫＹＷ）からなる２つのドメイン領域１２と１４の間に設けられている。ＫＹＷの屈折率は、ＫＹｂＷの屈折率よりも少ないので、第１のドメイン領域１０は、導波路を形成する。図５に示されている固体レーザー媒質は、例えば１．４μｍのもとで放射するチップレーザーと結び付けて利用することが可能である。
【００３４】
第２のドメイン領域１２，１４の一方は、熱抵抗を低減するために特に薄く形成される。ポンピング放射の吸収は、準共振的にＮｄに移行される。共振器ミラーは、１・０６μmのもとで透過され、第２のレーザー遷移の場合に１．３５μmのもとで強く反射される。
【００３５】
図６には、本発明による固体レーザー媒質のさらなる実施例が示されており、この実施例では高出力のディスクレーザーを形成している。この固体レーザー媒質は、当該実施例では、レーザー活性な第１のドメイン領域２２を有しており、この領域は当該実施例では、ＫＹｂＷからなっている。さらにこの固体レーザー媒質は、第１のドメイン領域２２に結合する第２のドメイン領域２４を有しており、この第２のドメイン領域は、当該実施例では不活性に構成され、カリウム−ルテチウム−イットリウム−タングステン（ＫＬｕｘＹ１−ｘＷ）からなり、第１のドメイン領域２２に対する機械的な支持体として用いられている。その上さらにこの第２のドメイン領域２４は、ＡＳＥ（自然放射増幅光）によって引き起こされる損失を低減するために、インデックス整合媒質（index matching medium）として用いられている。
【００３６】
ＡＳＥによって生じた損失の低減に関しては、米国特許出願 US 6,347,109 号明細書が参照され、その内容がここでは本願発明の関連事項として引用される。
【００３７】
第２のドメイン領域２４とは反対側の第１のドメイン領域２２には、層状に積層された複数のミラー群２６が設けられており、これらのミラー群２６は、交互にＫＹＷとＫＹｂＷからなっており、ここではＫＹＷとＫＹｂＷの屈折率における比較的大きな相違が利用されている。ミラー２６の反射が不十分である場合には、第１のドメイン領域２２とは反対側のミラー２６にさらに誘電性のミラー２８を設けてもよい。この誘電性ミラー２８では、必要とされる反射全体のうちの一部しか形成する必要がないので、このミラー２８を特に薄く構成してもよい。このことはその熱抵抗を著しく低減することとなる。
【００３８】
このようにすれば、高出力のディスクレーザーを簡単かつ低コストに製造できることが実現される。
【００３９】
図７には、本発明による固体レーザー媒質のさらに別の実施例が示されており、これは第１のドメイン領域３２を有し、これはＫＹｂＷからなっている。この固体レーザー媒質はさらに第２のドメイン領域３４を有しており、これはＫＹＷからなっている。この固体レーザー媒質は、当該実施例では分布ブラグ反射器を形成しており、そこでは複素的屈折率の変調が実部も虚部も有している。
【００４０】
本発明による固体レーザー媒質は、多種多様に用いることが可能である。特に本発明による固体レーザー媒質は、レーザーに好適に用いることができる。例えば整合光学系を持たないチップレーザー、単一周波数で作動する特に高出力の超薄型ディスクレーザー、平面導波路レーザー、自然放射増幅光による損失のない高出力レーザーなどに有利に適用可能である。
【００４１】
特に本発明による教示は、薄型ディスクレーザーの実現を可能にする。なぜなら例えばＫＹｂＷの特に短い吸収長に基づいてレーザー活性ドメイン領域を通るポンピング放射の唯一の透過が十分可能になるからである。それにより従来のディスクレーザーではレーザー媒質を通るポンピング放射の多重透過の生成に必要とされていた複雑な装置構成が省略できる。
【００４２】
各実施例において設けられている不活性ドメイン領域は、レーザー活性ドメイン領域の機械的な支持体として、屈折率の制御ないし整合のために、若しくは高い立方−非線形性の生成のために用いることが可能である。
【００４３】
図８には、本発明によるショートパルスレーザー３６の実施例が示されており、この実施例は、本発明による固体レーザー媒質を有しており、この固体レーザー媒質は当該実施例では多層に形成されている。さらにこの固体レーザー媒質は、レーザー活性ドメイン領域２を有しており、このレーザー活性ドメイン領域２は、ここではサンドイッチ状に２つの不活性ドメイン領域１，１′の間に配設されている。不活性ドメイン領域１，１′のレーザー活性ドメイン領域２はとは反対側の面には、コーティング３８，４０が施されている。固体レーザー媒質の冷却のために、冷却体４２が設けられており、この冷却体４２は、コーティング４０の不活性ドメイン領域１′とは反対側の面に結合されている。固体レーザー媒質のレーザー活性ドメイン領域２のポンピングに対しては、当該実施例ではレーザーダイオード４４が設けられており、このダイオードが光励起ビームをレーザー活性ドメイン領域２に放射している。
【００４４】
レーザー共振器を形成するためには、図には示されていないミラーを設けてもよく、それらの間で当該ショートパルスレーザー３６の作動中にレーザー放射が発振される。構成部品の数とショートパルスレーザー３６の製造コストを低く抑えるために有利には、それらのミラーが固体レーザー媒質の端面に例えば蒸着によって直接結合される。
【００４５】
図８に示されている装置構成は、レーザー活性ドメイン領域２を通るレーザー放射の単一若しくは多重の遷移によってレーザー放射の強化を可能にする。これに対する付加的なミラーは、基本的には不要である。
【００４６】
図９には、本発明によるレーザービームを増幅するための装置が示されており、この装置は当該実施例では再生増幅器４６として構成されている。この再生増幅器４６は、増幅媒体として固体レーザー媒質４８を有しており、この固体レーザー媒質は例えば図８に示された固体レーザー媒質のように構成されていてもよい。再生増幅器４６は、レーザー共振器を有しており、その共振ミラー５０，５２の間に固体レーザー媒質４８が増幅媒体として配設されている。この再生増幅器４６は、さらに光学的スイッチ５４と、偏光ビームスプリッタ５６を有しており、ここでの光学的スイッチ５４は、レーザー共振器内で増幅されたパルス若しくはパルス列を所望の増幅が達成されると同時に出力結合させるために用いられている。増幅すべきレーザービーム５８と増幅されたレーザービーム６０の分離のために、光学的なアイソレータ６２が設けられている。再生増幅器の構造とその機能特性は当業者にとっては一般に公知なものなので、ここではその詳細な説明は省く。
【００４７】
本発明による固体レーザー媒質は、再生増幅器を簡単かつ低コストで実現させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ポンプ源として典型的なダイオードレーザーの遠近領域の放射特性を表した図
【図２】従来技術によるケーシング内部に配設されたレーザーの部分破断図
【図３】レーザー形態の本発明による固体レーザー媒質の第１実施例の概略的な断面図
【図４】レーザー形態の本発明による固体レーザー媒質の第２実施例を図３と同じように概略的に表した図
【図５】導波路の形態の本発明による固体の第３の実施例を図３と同じように概略的に表した図
【図６】高出力ディスクレーザーの形態の本発明による固体レーザー媒質の第４実施例を図３と同じように概略的に表した図
【図７】分布ブラグ反射器の形態の本発明による固体レーザー媒質の第５実施例を図３と同じように概略的に表した図
【図８】本発明によるショートパルスレーザーの実施例を概略的に表した図
【図９】本発明による再生増幅器の実施例を概略的に表した図
【図１】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月21日(2006.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に使用される領域内に設けられ、単斜晶系の基本セルからなっており、
少なくとも光学的に使用される領域内の各箇所において実質的に同じ結晶学的座標系に基づいており、
さらに光学的に使用される領域内で化学的組成に関して相違している少なくとも２つのドメイン領域を有しており、
前記光学的に使用される領域は、少なくとも１つの活性ゾーンと少なくとも１つの不活性ゾーンを有していることを特徴とする、固体レーザー媒質。
【請求項２】
前記固体レーザー媒質は、少なくとも光学的に使用される領域において、単斜晶系の基本セルの構成要素としてタングステンとカリウム及び／又はルビジウムを有している、請求項１記載の固体レーザー媒質。
【請求項３】
前記固体レーザー媒質は、少なくとも光学的に使用される領域において、単斜晶系の基本セルの構成要素として、イットリウムＹ，サマリウムＳｍ，ユウロピウムＥｕ，ガドリニウムＧｄ，テルビウムＴｂ，ジスプロシウムＤｙ，ホルミウムＨｏ，エルビウムＥｒ，ツリウムＴｍ，イッテルビウムＹｂ，ルテチウムＬｕのグループうちの少なくとも１つの元素を有している、請求項２記載の固体レーザー媒質。
【請求項４】
前記固体レーザー媒質は、少なくとも光学的に使用される領域において、イットリウムＹ，サマリウムＳｍ，ユウロピウムＥｕ，ガドリニウムＧｄ，テルビウムＴｂ，ジスプロシウムＤｙ，ホルミウムＨｏ，エルビウムＥｒ，ツリウムＴｍ，イッテルビウムＹｂ，ルテチウムＬｕの代わりに、ランタンＬａ，セリウムＣｅ，プラセオジムＰｒ，ネオジムＮｄ，プロメチウムＰｍのグループからなる少なくとも１つの元素を構成要素として有している、請求項３記載の固体レーザー媒質。
【請求項５】
少なくとも光学的に使用される領域が、ＫＹｂ（ＷＯ４）２か若しくはＹｂ置換基のＫＹｂ（ＷＯ４）２からなり、この場合置換原子は、請求項４に述べたものであり、ＫＹｂ（ＷＯ４）２は、低温変態である、請求項１から４いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項６】
少なくとも２つのドメイン領域の間の化学的組成変化が唯一の方向性で経過する、請求項１から５いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項７】
光学的に使用される領域の不活性ゾーンにおいて、イットリウムＹ、ガドリニウムＧｄ、ルテチウムＬｕのグループからなる元素Ｘが組成においてＫｘＲｂｙＸ（ＷＯ４）２を含んでおり、この場合ｘ＝０−１、ｙ＝１−０，ｙ＋ｘ＝１である、請求項１から６いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項８】
前記組成は、ＫＸ（ＷＯ4）2、ＫｘＲｂｙＸ（ＷＯ４）２又はＲｂＸ（ＷＯ４）２であり、この場合ｘ＝０−１、ｙ＝１−０，ｙ＋ｘ＝１である、請求項７項記載の固体レーザー媒質。
【請求項９】
活性ゾーンにおいてＬｎｘＫＹｂｙ（ＷＯ４）２が含まれており、この場合ルテチウムＬｕは、イットリウムＹ，サマリウムＳｍ，ユウロピウムＥｕ，ガドリニウムＧｄ，テルビウムＴｂ，ジスプロシウムＤｙ，ホルミウムＨｏ，エルビウムＥｒ，ツリウムＴｍ，イッテルビウムＹｂ，ルテチウムＬｕのグループからなる少なくとも１つの元素であり、この場合ｘ＝０−１、ｙ＝１−０，ｙ＋ｘ＝１である、請求項１から８いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項１０】
ＲＥｘＫＹｂｙ（ＷＯ４）２がＲＥＫ（ＷＯ４）２、ＲＥｘＫＹｂｙ（ＷＯ４）２若しくはＫＹｂ（ＷＯ４）２であり、この場合ｘ＝０−１、ｙ＝１−０，ｙ＋ｘ＝１である、請求項９項記載の固体レーザー媒質。
【請求項１１】
前記固体レーザー媒質は、エピタクシー、特に分子線エピタクシー、溶液エピタクシー、水熱成長、ＣＶＤ、スパッタリング、拡散ボンディング等によって形成された置換原子を伴う領域を有している、請求項１から１０いずれか１項記載の固体レーザー媒質。
【請求項１２】
前記置換原子を伴う領域は、層状構成において約５０μｍの厚さ、特に３０μｍの厚さを有している、請求項１１記載の固体レーザー媒質。
【請求項１３】
請求項１から１２いずれか１項記載の固体レーザー媒質を有していることを特徴とする、コヒーレントな電磁放射を生成する装置、特にレーザー装置。
【請求項１４】
レーザー、特にディスクレーザー又はチップレーザーのために用いることを特徴とする、請求項１から１２いずれか１項記載の固体レーザー媒質の適用。
【請求項１５】
導波路、ミラー又はブラッグ反射器として用いることを特徴とする、請求項１から１２いずれか１項記載の固体レーザー媒質の適用。
【請求項１６】
そのミラーがブラッグ反射器として構成されている導波路として用いることを特徴とする、請求項１から１２いずれか１項記載の固体レーザー媒質の適用。
【請求項１７】
増幅媒体を有している、コヒーレントな電磁放射、特にレーザー放射を増幅するための装置において、
前記増幅媒体が、請求項１から１２いずれか１項記載の固体レーザー媒質を有していることを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記装置は、パルス制御された電磁放射、特にレーザー放射を増幅するために構成されている、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記装置は、再生増幅器（４６）として構成されている、請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
前記増幅媒体は、共振器内部に配設されている、請求項１７記載の装置。
【請求項２１】
前記増幅媒体は、共振器外部に配設されている、請求項１７記載の装置。
【国際調査報告】
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