(57)【要約】  本発明は、軸Ｏｘに沿ってレーザービームを増幅する装置に関し、  −増幅棒構造体の入力面と出力面とを接続する表面Σによって画定された屈折率ｎＣの増幅棒構造体（１）であって、ｅ<Φの場合、方向Ｏｘに沿った寸法ｅおよび垂直方向に沿ったΦを有し、面に沿って最大値を有する利得媒質になるように励起されるよう意図された増幅棒構造体（１）と、  −構造体（１）をその表面Σに対して囲み、増幅棒構造体の蛍光波長λにおける吸収剤または散乱体である屈折率ｎＡの液体とを含む。  表面Σは、寄生横レージングの発生を回避するように、最大利得面との接合部に面取り部の形の第１の歯（２）を含み、屈折率ｎＡの液体は、励起によって誘導された熱出力を放散するように絶対温度（Ｋ０）１度当たり１キログラム当たり３０００ジュールを超える熱容量を有する。
2013537708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸Ｏｘに沿ってレーザービームを増幅する装置であって、
−増幅棒構造体の入力面Ｓ１と出力面Ｓ２とを接続する表面Σによって画定された蛍光波長λの屈折率ｎＣの増幅棒構造体（１）であって、ｅ<Φの場合、方向Ｏｘに沿った寸法ｅおよびＯｘに垂直な平面Ｏｙｚの方向に沿った寸法Φを有し、前記軸Ｏｘを中心とした直径Ｄの利得を有する媒質になるように前記軸Ｏｘに沿って励起されるよう意図され、光学利得は、最大利得面と呼ばれる前記増幅棒構造体の面Ｓ１またはＳ２に沿って最大値を示す増幅棒構造体（１）と、
−前記増幅棒構造体（１）をその表面Σに対して囲む屈折率ｎＡの液体（４）とを含み、
前記表面Σは、寄生横レージングの発生を回避するために、前記最大利得面との接合部の全部または一部にわたって面取り部の形の第１の歯（２）を含み、第１の歯（２）は、Ｏｘに対して角度α１で向けられ、前記軸Ｏｘに沿ってラベル表示された長さｅ１’を有し、ｅ１’は所定の閾値長さを超えることと、屈折率ｎＡの前記液体（４）は、励起によって誘導された熱出力を放散するように絶対温度１度当たり１キログラム当たり３０００ジュールを超える熱容量を有することと、前記増幅棒構造体の前記蛍光波長λにおける吸収剤である濃密体（５）および／またはこの波長における吸収剤である素子は前記液体に浸漬されることとを特徴とする装置。
【請求項２】
前記表面Σは、２つの面を有する第２の歯（２）を含み、前記第１の歯の方へ向けられた前記面は、前記軸Ｏｘに対して角度β１で傾斜されており、α１およびβ１は、前記最大利得面と平行に伝搬して前記第１の歯（２）によって反射される光子が前記第２の歯のこの面に垂直に到達するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項３】
前記利得媒質は前記増幅棒構造体の他方の面に沿って別の最大値を示すことと、前記表面Σは、この他方の最大利得面との接合部の全部または一部にわたってかつ前記軸Ｏｘに沿ってラベル表示された長さｅ２’にわたって別の面取り部の形の第３の歯（２）を含み、ｅ２’は所定の閾値長さを超え、この別の面取り部はＯｘに対して角度α２で向けられ、前記第２の歯の前記第２の面は前記軸Ｏｘに対して角度β２で傾斜されており、α２およびβ２は、この他方の最大利得面と平行に伝搬して前記第３の歯によって反射される光子がこの面に垂直に到達するようになっていることとを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項４】
前記液体（４）は、水または水・エチレングリコール混合物であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項５】
前記閾値長さは前記光学利得に応じて決まることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項６】
前記角度α１は、
ｓｉｎα１<ｎＡ／ｎＣ
であるようになっていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項７】
前記角度α２は、ｓｉｎα２<ｎＡ／ｎＣであるようになっていることを特徴とする、請求項３との組合せで請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項８】
ｅ１’＝ｅ２’、α１＝α２、β１＝β２であることを特徴とする、請求項３との組合せで請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項９】
前記入力面および前記出力面は円形であり、前記歯（または複数の歯）は前記軸Ｏｘに対して回転対称を示すことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１０】
前記歯（または複数の歯）は、前記表面Σの２つの正反対の部分に生成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１１】
前記入力面および前記出力面は長方形であることと、前記歯（または複数の歯）は、前記長方形の２つの反対側に沿って位置する、前記表面Σの２つの部分に生成されていることとを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１２】
前記増幅棒構造体は、単結晶または単ドープガラスを含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１３】
前記結晶構造体は、歯（２）ごとに結晶（１ａ、１ｂ、１ｃ）またはドープガラスを含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１４】
前記結晶はチタン・サファイアであることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置を使用する方法であって、
前記装置を励起するステップを含むことと、この励起は平均１００ワットを超える熱出力を誘導することとを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、レーザービームの増幅、より具体的には、増幅棒の分野である。
【背景技術】
【０００２】
レーザービーム増幅装置の動作方法を簡潔に振り返る。この装置は、増幅媒質と、エネルギーを増幅媒質に注入する励起源とを主に含む。棒の形状を有するこの増幅媒質は、結晶またはドープガラスであってもよい。その後、増幅されるべきレーザービームは、励起中に注入されるエネルギーの一部を抽出して増幅棒で増幅される各通過の際に、例えばミラー付き光学装置によって増幅棒を１回以上横断する。筒状の増幅棒の場合、励起中に付与されるエネルギーは一般的に、励起ビームの直径Ｄによって画定された、増幅棒の中心部に閉じ込められる。励起中に付与されるエネルギーの一部は、発光エネルギーに変換されず、増幅媒質で熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーを、冷却装置（例えば、水ベースのもの）によって除去する必要があり、熱出力（レーザーのパルス繰り返し率と熱エネルギーとの積）が高ければ高いほど一層効果的である必要がある。
【０００３】
レーザービーム増幅装置のこの種の構成では、横レージングと呼ばれる寄生現象が、光学励起による増幅棒内のエネルギーの付与と増幅されるべきビームによるエネルギーの抽出との間に生じる。
【０００４】
この現象は、増幅棒の縦軸に直角の軸に沿ったレーザーサブキャビティの増幅棒における生成に関連があり、増幅棒環境の界面における屈折率の変わり目は、このサブキャビティのミラーの機能を保証する。このサブキャビティの発振条件を満たす場合、即ち、サブキャビティ内で外向き戻り行程にわたってエネルギーの保存がある場合、または、横利得Ｇがサブキャビティの損失Ｐを補償すると特に明記した場合、横レージングが生じる。
【０００５】
以下、例示的な増幅棒として結晶を挙げるが、当然、結晶をドープガラスと交換することもできる。
【０００６】
図１に表すのは、直径Ｄの励起レーザービーム３によって２つの面Ｓ１、Ｓ２で結晶の縦軸Ｏｘに沿って励起される筒状増幅結晶１における横光学利得Ｇである。励起レーザーは通常、固体レーザーまたはファイバーレーザーまたはレーザーダイオードである。ｇ０が利得の線密度を示す場合、小信号利得ｇｐｓは、縦方向Ｏｘにおけるｇ０．ｅおよびＯｘに垂直な横方向におけるｇ０．Ｄに等しい。通常、Ｄ≧ｅ（利得曲線の読み取りを容易にするように、量は図面で正確な縮尺ではない）であり、結晶の長さｅは通常、２ｃｍと５ｃｍとの間であり、直径Ｄは、５ｃｍと２０ｃｍとの間である。
【０００７】
光学利得Ｇがｅｇｐｓに比例すると、
ｅｇ０．Ｄ>>ｅｇ０．ｅ
となる。
【０００８】
従って、横方向における光学利得Ｇは、縦方向、即ち増幅されるべきレーザービームの方向における光学利得Ｇよりもはるかに大きい。
【０００９】
横レージングは、増幅が求められるレーザービームを犠牲にして、抑制のない横誘導放出に起因する、結晶に蓄積されるエネルギーの大きい排出として見られる。
【００１０】
この横レージングは、高利得および大きい寸法（通常、０．８８の利得ｇ０および７０ｍｍの励起直径）を有する固体増幅媒質の場合、特に厄介である。これにより、例えば、１００Ｊのオーダーの高エネルギーで励起されるチタン・サファイア結晶に基づいて、非常に大きいピーク電力、通常ペタワットのオーダーのフェムト秒レーザーパルスの生成が妨げられる。
【００１１】
今までは、結晶の蛍光波長における吸収剤である材料を結晶の周囲に配置することによって寄生ビームに対する損失Ｐを増加することによって、寄生レージングを抑制した。装置が十分効果的であるために、結晶界面でかなりの反射を回避するように、結晶の屈折率および吸収材料の屈折率ができるだけ近いことがさらに必要であり、吸収材料は、寄生レージングの発生の原因となる。これは、例えば、結晶の面Ｓ１とＳ２とを接続する表面Σを浸漬する吸収液体によって実現できる。この解決策は、仏国特許出願第２  ９０１  ０６７号明細書に記載されている。使用液体は、屈折率が結晶の屈折率に近い溶媒と、結晶の蛍光波長における吸収剤である色素とを含む。使用材料は、ＪＤ  Ｂｏｎｌｉｅ  ｅｔ  ａｌによる出版物"Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  >１０２１  Ｗ／ｃｍ２  ｆｒｏｍ  ａ  ｌａｒｇｅ−ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｔｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ"（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｂ  （Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ））、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ  Ｇｅｒｍａｎｙ，  ｖｏｌ  Ｂ７０  Ｊｕｎｅ  ２０００、に記載の固体であってもよい。
【００１２】
チタン・サファイア増幅結晶の場合、屈折率ｎは、１．７６に等しい。液体を用いて界面での損失を増加するために、使用液体の屈折率は、結晶の屈折率に近い必要があり、それらの屈折率の差が０．０１以下である場合、２つの屈折率は近いと考えられる。この液体は、結晶を通常囲む水の代わりになり、その機能は、励起過程によって結晶に生成される熱出力を除去することである。従って、横レージングを抑制する機能に加えて、熱出力を除去するこの機能も保証する必要がある。ここで、熱特性そして何よりもまずこの種の液体の熱容量は、水でひどく不足しており、これによって、レーザー繰り返し率、結果として平均熱出力が高い、高エネルギーの増幅器に対して通常１Ｈｚを超える、即ち３０ジュールを超える場合、動作不能になる。その上、この液体は腐食性が強い。さらに、液体は、高価であり、有毒従って使用するのは危険であり、時間とともに劣化する。
【００１３】
結果的に、時間とともに堅牢性および使用安全性もある（通常、１００ワットを超える）かなりの値に対する平均熱出力の除去および横レージングの抑制に主に関して前述の全要件を同時に満たす装置が依然として必要である。
【００１４】
本発明が提供する解決策では、屈折率を等しくする以外の手段によって寄生レージングを防止するように損失をかなり増加する構造体を使用し、これによって、熱出力を除去する非常に有効な手段、例えば水冷却を用いた動作が可能になる。従って、利得が特に著しい面Ｓ１およびＳ２の近傍で特に界面の数従って界面における反射の数を増加できる特定の形状構造体を有する結晶または結晶の組合せと、適当な熱容量を有する吸収液体とを使用する。余分な反射の数は、十分多い（≧２）必要があり、および／または、反射係数は、損失が利得を超えるのに十分低い（≦０．１）必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
より正確には、本発明の主題は、軸Ｏｘに沿ってレーザービームを増幅する装置であって、
−増幅棒構造体の入力面Ｓ１と出力面Ｓ２とを接続する表面Σによって画定された蛍光波長λの屈折率ｎＣの増幅棒構造体であって、ｅ<Φの場合、方向Ｏｘに沿った寸法ｅおよびＯｘに垂直な平面Ｏｙｚの方向に沿った寸法Φを有し、軸Ｏｘを中心とした直径Ｄの光学利得媒質になるように軸Ｏｘに沿って励起されるように意図され、光学利得は、最大利得面と呼ばれる増幅棒構造体の面Ｓ１またはＳ２に沿って最大値を示す増幅棒構造体と、
−増幅棒構造体をその表面Σに対して囲む屈折率ｎＡの液体と、
を含む。
【００１６】
表面Σは、寄生横レージングの発生を回避するために、最大利得面との接合部の全部または一部にわたって面取り部の形の第１の歯を含み、第１の歯は、Ｏｘに対して角度α１で向けられ、軸Ｏｘに沿ってラベル表示された長さｅ１’を有し、ｅ１’は所定の閾値長さを超えることと、屈折率ｎＡの液体は、励起によって誘導された熱出力を放散するように、後者が１００ワットを超える場合、絶対温度１度当たり１キログラム当たり３０００ジュールを超える熱容量を有することと、増幅棒構造体の蛍光波長λにおける吸収剤である濃密体および／またはこの波長における吸収剤である素子は液体に浸漬されることとを装置は主に特徴とする。
【００１７】
好ましくは、表面Σは、２つの面を有する第２の歯を含み、第１の歯の方へ向けられた面は、軸Ｏｘに対して角度β１で傾斜されており、α１およびβ１は、最大利得面と平行に伝搬して第１の歯によって大幅な損失（即ち反射係数≦０．１）で反射される光子が第２の歯のこの面に垂直に到達するようになっている。
【００１８】
本発明の特徴によれば、利得媒質は増幅棒構造体の他方の面に沿って別の最大値を示し、表面Σは、この他方の最大利得面との接合部の全部または一部にわたってかつ軸Ｏｘに沿ってラベル表示された長さｅ２’にわたって別の面取り部の形の第３の歯を含み、ｅ２’は所定の閾値長さを超え、この別の面取り部はＯｘに対して角度α２で向けられ、（この第３の歯の方へ向けられた）第２の歯の第２の面は軸Ｏｘに対して角度β２で傾斜されており、α２およびβ２は、この他方の最大利得面と平行に伝搬して第３の歯によって反射される光子がこの面に垂直に到達するようになっている。
【００１９】
屈折率ｎＡの液体は、例えば、増幅棒構造体の蛍光波長λにおける吸収剤である濃密体を浸漬する液体である。
【００２０】
閾値長さは光学利得に応じて決まるのが有利である。
【００２１】
本発明の別の特徴によれば、角度α１および／または角度α２により、全内面反射を回避することができ、それらは
ｓｉｎα１<ｎＡ／ｎＣおよびｓｉｎα２<ｎＡ／ｎＣ
であるようになっている。
【００２２】
通常、
ｅ１’＝ｅ２’、α１＝α２、β１＝β２
である。
【００２３】
本発明の第１の実施形態によれば、入力面および出力面は円形であり、歯（または複数の歯）は軸Ｏｘに対して回転対称を示す。
【００２４】
本発明の変形実施形態によれば、歯（または複数の歯）は、表面Σの２つの反対の部分に生成されている。
【００２５】
本発明の第２の実施形態によれば、入力面および出力面は長方形であり、歯（または複数の歯）は、長方形の２つの反対側に沿って位置する、表面Σの２つの部分に生成されている。
【００２６】
増幅棒構造体は、結晶またはドープガラスであってもよい。
【００２７】
増幅棒構造体は、結晶またはドープガラスを単に含んでもよい。増幅棒構造体は、１個（または数個の）歯を各々設けた１個（または数個の）結晶（複数の結晶）またはドープガラス（複数のガラス）を含むこともできる。
【００２８】
また、本発明の主題は、上述のようなレーザービームを増幅する装置を使用する方法であって、装置を励起するステップを含むことと、この励起は平均１００ワットを超える熱出力を誘導することとを特徴とする。
【００２９】
本発明の他の特徴と利点は、添付図面を参照して、非限定的な例として与えられる下記の詳細な説明を読めば明瞭になろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】既述されている、励起ビームによって励起される例示的な増幅結晶および対応する例示的な光学利得Ｇを概略的に表す。
【図２】軸Ｏｘに沿って断面で見た、３つの歯を有する、本発明による例示的な増幅装置を概略的に表す。
【図３】３つの歯を有する例示的な増幅結晶構造体の損失Ｒを概略的に表す。
【図４】３つの歯を有する同一の例示的な増幅結晶構造体の積Ｇ×Ｒを概略的に表す。
【図５】斜視で見た、３つの歯を有する単結晶を用いた例示的な結晶構造体を概略的に表す。
【図６】斜視で見た、３つの歯および３つの結晶の組合せを用いた例示的な結晶構造体を分解して概略的に表す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面中で、同じ要素を同じ参照符号で表示する。
【００３２】
以下、結晶からなる増幅棒を例にとる。結晶を、例えば、ネオジムイオンまたはイッテルビウムイオンをドープしたリン酸塩ガラスまたはケイ酸塩ガラスなどのドープガラスと交換することができる。
【００３３】
図２は、光子の一部が反射され光子の他の部分が吸収または散乱される多くの新しい界面である、「歯」２を表面Σに加えることによって形状が修正された単結晶を有する結晶構造体１を示す。
【００３４】
目的は光子の一部を伝送することであるので、結晶内で全内面反射を回避するために軸Ｏｘに対する各歯の角度αを最適化する。従って、次式を必要とする。
ｎＡ<ｎＣの場合、ｓｉｎ（α）<ｎＡ／ｎＣ
ｎＣは結晶の屈折率であり、ｎＡは結晶で界面を形成する液体の屈折率である。
【００３５】
従って、角度αおよび／または屈折率ｎＡを修正することができる。
【００３６】
さらに、伝送された光子は戻らないという必要がある。従って、結晶の蛍光波長に対して吸収または散乱液体であるこの液体Ａによって光子は吸収または散乱される必要がある。次に、漏れないようにこの表面Σを囲む容器にこの吸収液体を含む従来の方法で、表面Σをこの吸収液体Ａに浸漬する。
【００３７】
チタン・サファイア結晶の場合、波長は約８００ｎｍである。次の２つの場合が可能である。
１．液体Ａは、表面Σを囲む均質吸収または散乱液体である。
２．液体Ａが単に屈折率整合液体である場合、吸収濃密体または散乱体をこの液体に浸漬する。この場合、濃密体または散乱体は、表面Σに面している（濃密体は、例えば、軸Ｏｘに垂直な平面（Ｏｙ、Ｏｚ）に設置された環形の板である）。濃密体または散乱体は、表面Σを囲むことができるが、必ずしも囲む必要はない。
【００３８】
この液体Ａは、吸収または散乱屈折率液体であってもよい。除去されるべき熱出力が低い場合（低いレーザーパルスの繰り返し率の場合、最大１Ｈｚ）、屈折率ｎＡがｎＣに近いような使用可能液体が存在し、例えば、屈折率整合液体と色素との混合物、結晶の蛍光波長における吸収剤、または前述のように濃密体または散乱体を浸漬した屈折率整合液体を含む。しかし、そのような液体は、時間とともに、腐食性が激しくなり劣化する。しかし、ｎＡがｎＣと異なれば異なるほど、反射は増加する。
【００３９】
励起によって誘導された除去されるべき熱出力が大きい（平均１００ワットを超える）場合、反射を減らすように空気（屈折率が１に等しい）を含む場合よりも屈折率が結晶の屈折率に近い屈折率液体と呼ばれる、熱出力の除去に関して優れた特性を有する非吸収液体４を使用するが、濃密体５と呼ばれる吸収または散乱素子を浸漬する。この濃密体は通常、中性濃密体または吸収ガラス、または吸収ガラスの積層濃密体または中性濃密体と吸収ガラスの両方の積層濃密体である。次に、屈折率液体４は、結晶１と濃密体５との間で整合する機能を有する。水は有効な冷却を可能にするので、濃密体を浸漬する着色水または水を吸収液体として選択することが好ましい。この液体は、例えば、屈折率が１．３３に等しい水、または屈折率が１．３８の水・エチレングリコール混合物である。
【００４０】
結局、吸収スペクトルが結晶の蛍光スペクトルを含む濃密体５または吸収または散乱液体によって、界面で伝送される全光子を吸収または散乱させる。
【００４１】
寄生ビームが大幅に減少する結晶の形状によって、高熱負荷での動作に適合しない、擬似完全屈折率整合を可能にする液体の使用を回避することができる。従って、（０．３程度の屈折率間の差異がある）部分的屈折率整合のみを可能にする場合でも、励起中に付与される熱の効果的な除去がその熱容量により可能となる液体を使用する。結晶の形状により、一方では吸収機能から他方では冷却および屈折率整合機能を分離することができる。
【００４２】
線形利得ｇ０は、結晶のドーピングに応じて増加し、冒頭部において分かるように、軸Ｏｘに沿った光学利得Ｇは、その線形利得および結晶の厚さｅに応じて増加する。
【００４３】
従って、歯２の数は結晶１のドーピングに応じて計算され、同数の歯を必要に応じて追加して、結晶の面Ｓ１およびＳ２に平行でかつそれらの面に近いレーザー効果、即ち、正確には光学利得Ｇが特に高いところを回避する。
【００４４】
この面Ｓ１を介してのみ結晶１を励起する場合、横レージングを引き起こしやすい横サブキャビティを、面Ｓ１の近傍に設置する。この面Ｓ２を介して結晶をさらに励起する場合、横レージングを引き起こしやすい第２の横サブキャビティを、他方の面Ｓ２の近傍に設置する。
【００４５】
利得は面Ｓのレベルで最大値であり、利得が最大値であるこの面および表面Σの接合部で面取り部の形の第１の歯２を示すように結晶を切断する。この面取り部は、軸Ｏｘに対して角度αで傾斜されており、傾斜は、結晶の外部に向けられていることが好ましい。通常、αは、３０度と５０度との間である。面取り部の長さは、光学利得が横レージングの一因となりやすい場合、即ち、光学利得が所定の閾値を超える場合（Ｇ>Ｇｔｈｒｅｓｈ）、Ｏｘ上の突起ｅ’が少なくとも長さＬＧｔｈｒｅｓｈを含むようになっている。Ｇｔｈｒｅｓｈはｅｇ０．ＬＧｔｈｒｅｓｈに比例しているので、ｅ’≧ＬＧｔｈｒｅｓｈとなる。通常、ｅ’は、ｅ／２０とｅ／６との間である。面取り部が片側のみにある場合、光子が利得ゾーンに戻らないような手段、吸収手段を設けることが好ましい。例えば、他面を部分的に覆う戻り部を形成する吸収媒質（Ｌ形）を設けることができる。
【００４６】
ここで、利得が２つの面で最大値であり、α１およびｅ１’が面Ｓ１（第１の歯）の面取り部の特性を示す場合を考える。別の歯２（後で第３の歯と呼ばれる）を、他方の面Ｓ２および表面Σの接合部に第２の面取り部の形で設ける。この面取り部は、角度α２で結晶の外部に傾斜されており、Ｏｘ上に突起ｅ２’≧Ｌｇｔｈｒｅｓｈを有する。
【００４７】
これらの歯は、軸Ｏｘに沿って示されており、Ｓ１との接合部における第１の歯、後述する第２の歯と呼ばれる裂け目部、およびＳ２との接合部における第３の歯がある。
【００４８】
上述の第１および第３の歯（２つの面取り部）の間に設置された裂け目部とも呼ばれる２つの傾斜面を有する別の歯２を設けることも好ましい。第１の歯の角度α１は、最大利得面Ｓ１と平行に伝搬して第１の面取り部によって反射される光子１０が、光子の入射角に対して９０度の角度で傾斜されているこの第２の歯（または裂け目部）の第１の面に垂直に到達するようになっている。このようにして、この第２のジオプターに基づいて、光子は、利得が再び最大値である第２の面に到達しないように外向き行程と反対方向に戻り行程を行う。この第２の歯（または裂け目部）２のこの第１の面は一般的に、
β１＝π−２α１
であるように軸Ｏｘに対して角度β１で傾斜されている。
【００４９】
同じ理由で、この裂け目部の第２の歯は、
β２＝π−２α２
であるように角度β２で傾斜されている。
【００５０】
この裂け目部のＯｘに沿った長さは通常、結晶の全長の半分の長さ以上である。
【００５１】
代替形態によれば、この裂け目部を、次の２つの歯に分割できる。
−β１で傾斜された面（Ｓ１に向けられている）を有し、他方の面に対する傾斜制約がない、Ｓ１の面取り部に近い一方の歯
−β２で傾斜された面（Ｓ２に向けられている）を有し、他方の面に対する傾斜制約がない、Ｓ２の面取り部に近い他方の歯
【００５２】
通常、図２に表すように３つの歯がある。Ｓ１との接合部における第１の歯、第２の歯と呼ばれる裂け目部、およびＳ２との接合部における第３の歯があり、次式の関係がある。
α１＝α２＝π／４、β１＝β２＝π／２
【００５３】
第２の面上で最大利得がない場合、従ってＳ２およびΣの接合部に「第３の」歯がない場合でも、この裂け目部または第２の歯を設けることができる。この場合、β２に対する制約はもはや何もない。
【００５４】
第１の歯は、反射係数Ｒ１のジオプターを生成し、第２の歯（または裂け目部）は、光子を反対方向に同じように送り返す反射係数Ｒ２のジオプターを生成する一方、Ｅが第１の歯への入射光子のエネルギーであると考えた場合、光子は、２つのジオプター上の戻り行程の後、エネルギーＥ’を有する。Ｅ’は、Ｅ×Ｒ２×Ｒ１２に比例している。
【００５５】
反射係数を減らすために、表面Σをさらに艶消しすることができる。
【００５６】
円形の断面を有する実質的に筒状（即ち、歯の内部）の結晶の場合、表面Σにおける歯２は、Ｏｘに対して回転対称を有することができる。これは、例えば、光学利得Ｇも回転対称を有するネオジム・ヤグ（Ｙａｇ）結晶の場合である。
【００５７】
チタン・サファイアなどの他の結晶の場合、結晶の結晶軸に基づいて方位が決まる特定の直径Ｄに対して利得は最大値である。
【００５８】
長方形の断面を有する実質的に筒状（即ち、歯の内部）の結晶の場合、表面Σは、長方形の辺にそれぞれ対応する４つの側面を示す。ここで歯２は、利得が最大値である側面である２つの平行な反対側面上に存在することが好ましい。
【００５９】
図５に表すのは、Ｓ１の２つの反対部分に第１の歯を面Ｓ１が示し、面取り部の軸がＯｙに沿っており、第１の歯と同じ形状であるが傾斜が反対の第３の歯を面Ｓ２が示す単結晶１を有する構造体である。この結晶も同様に、２つの部分に裂け目部（または第２の歯）を含み、Ｏｘに沿った幅は、第１の歯と第３の歯との間の距離を含む。
【００６０】
図６は、図５の構造体と同じ形状を示す３つの結晶、第１の歯用の第１の結晶１ａ、第２の歯用の第２の結晶１ｂおよび第３の歯用の第３の結晶１ｃを有する結晶構造体を示す。
【００６１】
図２に表すような単結晶を有する増幅結晶構造体１に対して、次のような結果が得られている。より正確には、これは、（歯を生成する前）８０ｍｍの直径Φの円形断面を有する、厚さｅが３０ｍｍのチタン・サファイア結晶１である。この面Ｓ１およびＳ２は、各面とのΣの接合部に５ｍｍの突起ｅ’の面取り部を４５度で示し（α１＝α２＝４５度およびｅ１’＝ｅ２’＝ｅ’＝５ｍｍ）（即ち、第１および第３の歯）、第２の歯２は、２つの面取り部の間に設置され、Ｏｘに沿って、長さが１５ｍｍであり、第２の歯の面は９０度で向けられている。励起レーザービームの吸収係数は、５３２ｎｍで０．８４ｃｍ−１であり、即ち、９８％の１回の通過で励起レーザービームの伝搬軸上の励起エネルギーの吸収である。励起レーザービームＯｘの伝搬軸に沿って得られた横光学利得は、図１に示してあり、１．４６Ｊ／ｃｍ２のフルエンスを有する２つの面を通る励起に対応する。８００ｎｍでこの結晶において増幅されるべきレーザービームに対する飽和フルエンスは、１．１Ｊ／ｃｍ２と推定される。励起ビームの直径Ｄは、７０ｍｍである。
【００６２】
面に平行なレーザー効果に対する界面での損失は、Ｒ１２＝０．０４およびＲ２＝０．０２を用いて計算されている。Ｒ＝Ｒ２×Ｒ１２に等しい、光子の外向き行程後にキャビティに再注入されたエネルギーＲの比率を、図３に表す。
【００６３】
横レーザー効果を回避するために、利得と再注入エネルギーの比率との積Ｇ×Ｒは、１未満である必要がある。図４から、これらの３つの歯によって積Ｇ×Ｒが０．７５未満であることが分かる。
【図１】
2013537708.tif 000003
【図２】
2013537708.tif 000004
【図３】
2013537708.tif 000005
【図４】
2013537708.tif 000006
【図５】
2013537708.tif 000007
【図６】
2013537708.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月7日(2013.8.7)
【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】
軸Ｏｘに沿ってレーザービームを増幅する装置であって、
−増幅棒構造体の入力面Ｓ１と出力面Ｓ２とを接続する表面Σによって画定された蛍光波長λの屈折率ｎＣの増幅棒構造体（１）であって、ｅ<Φの場合、方向Ｏｘに沿った２ｃｍと５ｃｍとの間の寸法ｅおよびＯｘに垂直な平面Ｏｙｚの方向に沿った寸法Φを有し、前記軸Ｏｘを中心とした直径Ｄの利得を有する媒質になるように前記軸Ｏｘに沿って励起されるよう意図され、光学利得は、最大利得面と呼ばれる前記増幅棒構造体の面Ｓ１またはＳ２に沿って最大値を示す増幅棒構造体（１）と、
−前記増幅棒構造体（１）をその表面Σに対して囲む屈折率ｎＡの液体（４）であって、水または水・エチレングリコール混合物である液体（４）とを含み、
前記表面Σは、寄生横レージングの発生を回避するために、前記最大利得面との接合部の全部または一部にわたって面取り部の形の第１の歯（２）を含み、第１の歯（２）は、Ｏｘに対して３０度と５０度との間の角度α１で向けられ、前記軸Ｏｘに沿ってラベル表示された長さｅ１’を有し、ｅ１’は所定の閾値長さを超えかつｅ／６未満であることと、屈折率ｎＡの前記液体（４）は、励起によって誘導された熱出力を放散するように絶対温度１度当たり１キログラム当たり３０００ジュールを超える熱容量を有することと、ｎＡとｎＣとの間の差異は、０．３程度、おそらく０．４３と同じ程度であることと、前記増幅棒構造体の前記蛍光波長λにおける吸収剤である濃密体（５）および／またはこの波長における吸収剤である素子は前記液体に浸漬されることとを特徴とする装置。
【請求項２】
前記表面Σは、２つの面を有する第２の歯（２）を含み、前記第１の歯の方へ向けられた前記面は、前記軸Ｏｘに対して角度β１で傾斜されており、α１およびβ１は、前記最大利得面と平行に伝搬して前記第１の歯（２）によって反射される光子が前記第２の歯のこの面に垂直に到達するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項３】
前記利得媒質は前記増幅棒構造体の他方の面に沿って別の最大値を示すことと、前記表面Σは、この他方の最大利得面との接合部の全部または一部にわたってかつ前記軸Ｏｘに沿ってラベル表示された長さｅ２’にわたって別の面取り部の形の第３の歯（２）を含み、ｅ２’は所定の閾値長さを超え、この別の面取り部はＯｘに対して角度α２で向けられ、前記第２の歯の前記第２の面は前記軸Ｏｘに対して角度β２で傾斜されており、α２およびβ２は、この他方の最大利得面と平行に伝搬して前記第３の歯によって反射される光子がこの面に垂直に到達するようになっていることとを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項４】
前記閾値長さは前記光学利得に応じて決まることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項５】
前記角度α１は、ｓｉｎα１<ｎＡ／ｎＣであるようになっていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項６】
前記角度α２は、ｓｉｎα２<ｎＡ／ｎＣであるようになっていることを特徴とする、請求項３との組合せで請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項７】
ｅ１’＝ｅ２’、α１＝α２、β１＝β２であることを特徴とする、請求項３との組合せで請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項８】
前記入力面および前記出力面は円形であり、前記歯（または複数の歯）は前記軸Ｏｘに対して回転対称を示すことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項９】
前記歯（または複数の歯）は、前記表面Σの２つの正反対の部分に生成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１０】
前記入力面および前記出力面は長方形であることと、前記歯（または複数の歯）は、前記長方形の２つの反対側に沿って位置する、前記表面Σの２つの部分に生成されていることとを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１１】
前記増幅棒構造体は、単結晶または単ドープガラスを含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１２】
前記結晶構造体は、歯（２）ごとに結晶（１ａ、１ｂ、１ｃ）またはドープガラスを含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１３】
前記結晶はチタン・サファイアであることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のレーザービームを増幅する装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザービームを増幅する装置を使用する方法であって、
前記装置を励起するステップを含むことと、この励起は平均１００ワットを超える熱出力を誘導することとを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2013537708.tif 000009
2013537708.tif 000010
2013537708.tif 000011
2013537708.tif 000012
2013537708.tif 000013
2013537708.tif 000014