(57)【要約】  異なる有利な実施形態は、所望波長の光の強度を増大させるように構成される基板（９００，１３００）を備える装置及び方法を提供する。基板（９００，１３００）は、前面（１３０２）と、後面（１３０４）と、そして外側端面（９２２，１３０６）と、を有する。前記基板（９００，１３００）は、前記基板の前記前面（１３０２）で受光する光を反射するように構成される。前記基板はセラミックを含む。前記基板（９００，１３００）は複数のセクション（９０２〜９１８）を含む。前記方法及び装置は更に、前記複数のセクション（９０２〜９１８）の間を通過する光を減衰させるように構成される材料（９２０）を含む。前記材料（９２０）は、前記複数のセクション（９０２〜９１８）の各セクションの端面を取り囲む。前記装置及び方法は更に、液体窒素を、冷却システム（８０８）を通して送給することができ、そして前記基板（９００，１３００）内で発生する熱を前記基板（９００，１３００）の前記後面（１３０４）から吸収するように構成される冷却システム（８０８）を備える。
2013520010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望波長の光の強度を増大させるように構成される基板であって、前面、後面、及び外側端面を有し、基板の前面で受光する光を反射するように構成され、セラミックを含む基板と、
液化されたガスを、冷却システムを通して送給することができ、基板内で発生する熱を基板の後面から吸収するように構成される冷却システムと
を備える、装置。
【請求項２】
ガスは、アルゴン、窒素、及び水素から成るグループから選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
基板には、イッテルビウム、ネオジム、エルビウム、及びツリウムから成るグループから選択されるドーパントがドープされる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
ドーパントの濃度は、均一濃度または勾配濃度のうちの少なくとも１つであり、勾配は、ドーパントの濃度が、基板内で或る距離に亘って変化する勾配を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
基板は、直径が約４センチメートル〜約６センチメートルであり、複数のセクションにより構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
更に、
複数のセクションの間に配置され、かつ複数のセクションの間を通過する光を減衰させるように構成される材料を備え、複数のセクションの各セクションの端面は材料で取り囲まれ、材料にはクロムイオンがドープされ、そしてクロムイオンは４価である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
冷却システムは、基板の後面に沿って熱を吸収するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
冷却システムは、基板の後面に沿って、基板の外側端面に向かって液体窒素を放出するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
光を管理する方法であって、
励起源から、所望波長の光の強度を増大させるように構成されるセラミックを含む基板の前面に向かって、光を送出するステップと、
基板の後面から冷却システムで、熱を除去するステップであって、冷却システムが、液化されたガスを、冷却システムを通して送給することができるように構成される、ステップと、
基板によって、光が基板を透過するときに所望波長の光を増幅するステップと、
光を１つの位置に向かって反射するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
光を位置に向かって反射するステップは、別の基板またはターゲットから成るグループから選択される位置に向かって光を反射するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、レーザシステムに関するものであり、特にディスクを使用して光を反射するレーザシステムに関する方法及び装置に関するものである。更に具体的には、本開示は、ディスクを使用して、光を極低温冷却を行なって反射するレーザシステムに関する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザシステムは、誘導放出を固体媒質、液体媒質、またはガス媒質内で継続する結果として、高強度の光、赤外線、または紫外線を、光子を放出することにより放出する。放出光はコヒーレントである。放出光は、レンズで操作することができる。「ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｌｉｇｈｔ（コヒーレント光）」とは、同じ周波数及び位相を持つ同期波（ｉｎｓｔｅｐ  ｗａｖｅｓ）である。レーザシステムにより生成されるコヒーレント光ビームによって当該レーザシステムを、インコヒーレント光ビームを放出する他の光源から差別化することができる。他の光源は、時間及び位置とともに変化するランダムな位相を持つ光ビームを放出する。
【０００３】
レーザシステムは、光反射率光キャビティの内部に配置される利得媒質だけでなく、エネルギーを当該利得媒質に供給する手段を含む。当該利得媒質は、材料が光を、誘導放出により増幅することができるような特性を有する材料である。キャビティは、２つのミラーを有し、これらのミラーは、光が、利得媒質を通過するたびに反射されて往復するように配置される。当該キャビティは、更に別のミラーを有することができる。通常、２つのミラーのうちの一方のミラーは、部分的に透過性である、または物理的に２つ以上の光学系に分割され、これらの光学系のうちの１つの光学系が反射光学系あり、そして１つの光学系が透過光学系である。この種類のミラーは、「出力カプラー（ｏｕｔｐｕｔ  ｃｏｕｐｌｅｒ）」とも表記される。出力レーザビームは、このミラーを通過して放出される。
【０００４】
利得媒質を通過する特定波長の光は増幅される。増幅される（ａｍｐｌｉｆｉｅｄ）とは、出力が増大することである。これらのミラーによって、確実に、光の殆どの部分が利得媒質を多数回通過するようになる。光のうちのこれらのミラーの間に位置する部分は、半透過ミラーを通過し、そして光ビームとして出て行く。
【０００５】
レーザシステムは、光を反射してレーザ媒質を通過させる光学系を使用する。当該光学系は、レーザ媒質の両端に位置する少なくとも一対のミラーを含む。これらのミラーのうちの第１ミラーは、レーザ光を第２ミラーに向かって反射するのに対し、第２端部ミラーは、当該ミラーに近付くレーザ光を２つの部分に分割する：すなわち、レーザシステムから取り出されるレーザビーム、及びレーザ媒質に戻る方向に再誘導され、そして次に第１ミラーに誘導される反射ビームに分割する。反射ビームは継続的に増幅され、そしてこの増幅ビームは第２ミラーに戻されて、レーザビームを生成し続ける。
【０００６】
異なる種類のレーザシステムを設ける。これらのレーザシステムは、例えばガスレーザ、化学レーザ、色素レーザ、金属蒸気レーザ、固体レーザ、及び半導体レーザを含む。固体レーザシステムは、色素レーザシステムにおけるような液体ではなく、またはガスレーザシステムにおけるようなガスではなく、固体である利得媒質を使用する。ディスク型レーザは、或る方式の固体レーザシステムであり、この固体レーザシステムは、利得媒質層の両側に配設されるヒートシンク及びレーザ出力部を有する。ディスク型レーザシステムの高出力化は、自然放出増幅光（ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ：ＡＳＥ）により制限される。自然放出増幅光は、レーザ媒質が光を自然放出するときに発生し、そしてこの光が、レーザ発振プロセスとは別に、利得媒質により増幅される。自然放出増幅光は、利得媒質に入射し、利得媒質を透過し、そして異なる方向に、レーザ発振装置によって画定される経路に沿って反射される光である。レーザ発振装置によって画定される経路は、レーザの所望経路である。高出力化は、出力を大きくする操作である。
【０００７】
従って、上に説明した問題のうちの１つ以上の問題だけでなく、起こり得る他の問題も考慮に入れた方法及び装置を有することができれば有利である。
【発明の概要】
【０００８】
有利な実施形態は、所望波長の光の強度を増大させるように構成される基板を備える装置を提供する。前記基板は、前面、後面、及び外側端面を有し、前記基板は、該基板の前記前面で受光する光を反射するように構成される。前記基板はセラミックを含む。前記装置は更に、液体窒素を、前記冷却システムを通して送給することができ、そして前記基板内で発生する熱を前記基板の前記後面から吸収するように構成される冷却システムを備える。
【０００９】
別の有利な実施形態は１つの装置を提供する。前記装置は、所望波長の光の強度を増大させるように構成される基板を備える。前記基板は、前面、後面、及び外側端面を有し、前記基板は、該基板の前記前面で受光する前記光を反射するように構成される。前記装置は更に、材料を前記基板の多数の位置に含み、前記基板は、前記材料を通過する光を減衰させるように構成される。
【００１０】
更に別の有利な実施形態は、光を管理する方法を提供する。該方法は、光を励起源から、所望波長の光の強度を増大させるように構成される基板の前面に向かって送出するステップを含む。前記基板はセラミックを含む。前記方法は更に、熱を前記基板の後面から冷却システムで除去するステップを含み、該冷却システムは、液体窒素を、前記冷却システムを通して送給することができるように構成される。前記方法は更に、前記基板によって、所望波長の前記光を、前記光が前記基板を透過するときに増幅するステップを含む。前記方法は更に、  前記光を１つの位置に向かって反射するステップを含む。
【００１１】
更に別の有利な実施形態は、光を管理する方法を提供する。該方法は、光を励起源から、所望波長の光の強度を増大させるように構成される基板の前面に向かって送出するステップを含む。前記基板は、複数のセクションにより構成される。前記複数のセクションの各セクションの端面は、前記複数のセクションの間を通過する光を減衰させるように構成される材料で取り囲まれる。前記方法は更に、熱を前記基板の後面から冷却システムで除去するステップを含み、該冷却システムは、冷媒を、前記冷却システムを通して送給することができるように構成される。前記方法は更に、前記基板によって、所望波長の前記光を、前記光が前記基板を透過するときに増幅するステップを含む。前記方法は更に、  前記光を１つの位置に向かって反射するステップを含む。
【００１２】
更に別の実施形態は１つの装置を備え、該装置は：
所望波長の光の強度を増大させるように構成される基板であって、該基板が、前面、後面、及び外側端面を有し、前記基板が、該基板の前記前面で受光する前記光を反射するように構成される、前記基板と；
前記基板の多数の位置に配置され、かつ材料を通過する前記光を減衰させるように構成される材料と；
冷媒を、冷却システムを通して送給することができ、そして前記材料内で発生する熱を前記基板の前記後面から吸収するように構成される冷却システムと、を備え、
前記材料にはクロムイオンがドープされ、そして前記クロムイオンは４価であり、
前記基板は複数のセクションにより構成され、
多数の位置は、前記複数のセクションの間に配置され、そして前記複数のセクションの各セクションの端面は前記材料で取り囲まれ、
前記材料は前記基板の一部であり、そして前記基板は、或る濃度を有するドーパントを前記基板内に含み、そして前記ドーパントの濃度は、前記基板内の或る距離に亘って変化し、そして前記濃度は、前記複数のセクションの各セクションの中央部分におけるよりも前記複数のセクションの各セクションの端面において低く、
前記濃度の変化は、前記基板内の単位距離当たりの前記ドーパントの量の関数であり、そして
前記複数のセクションの数及びサイズは、自然放出増幅光の所望強度に基づいて決定される。
【００１３】
特徴、機能、及び利点は、本開示の種々の実施形態において個別に実現することができる、または更に他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態では、更なる詳細は、以下の説明及び図面を参照しながら理解  
【００１４】
することができる。
有利な実施形態に固有と考えられる新規な特徴が添付の請求項に示される。しかしながら、有利な実施形態のみならず、これらの実施形態の好適な使用形態、更に別の目的、及び利点は、本開示の有利な実施形態に関する以下の詳細な説明を参照して、添付の図面と関連付けながら一読することにより最も深く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、有利な実施形態による航空機製造及び整備方法の図である。
【図２】図２は、有利な実施形態を実現することができる航空機の図である。
【図３】図３は、有利な実施形態に従って描かれるレーザ環境のブロック図を示している。
【図４】図４は、有利な実施形態に従って描かれるレーザ環境のブロック図を示している。
【図５】図５は、有利な実施形態に従って描かれるレーザ環境の図である。
【図６】図６は、有利な実施形態に従って描かれるレーザシステムの図である。
【図７】図７は、有利な実施形態に従って描かれる複数のレーザシステムの図である。
【図８】図８は、有利な実施形態に従って描かれるレーザシステムの図である。
【図９】図９は、有利な実施形態に従って描かれるレーザ発振基板の前面図を示している。
【図１０】図１０は、有利な実施形態に従って描かれるレーザ発振基板の前面図を示している。
【図１１】図１１は、有利な実施形態に従って描かれるレーザ発振基板の前面図を示している。
【図１２】図１２は、有利な実施形態に従って描かれるレーザ発振基板の前面図を示している。
【図１３】図１３は、有利な実施形態に従って描かれるレーザ発振基板の側面図を示している。
【図１４】図１４は、有利な実施形態に従って描かれる、光を管理するプロセスのフローチャートの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
これらの図面を具体的に参照するに、本開示の実施形態については、図１に示す航空機製造及び整備方法１００、及び図２に示す航空機２００に関連して説明することができる。まず、図１を参照するに、航空機製造及び整備方法の図が有利な実施形態に従って描かれている。製造前段階では、航空機製造及び整備方法１００において、図２の航空機２００の仕様決定及び設計１０２、及び材料調達１０４を行なうことができる。
【００１７】
製造段階では、図２の航空機２００の部品及びサブアセンブリ製造１０６、及びシステム統合１０８が行なわれる。その後、図２の航空機２００は、証明書発行及び機体引き渡し１１０を経て、供用１１２される。顧客が供用している間、図２の航空機２００は、日常的なメンテナンス及び整備１１４を行うようにスケジューリングされ、このメンテナンス及び整備１１４は、改修、再構成、改装、及び他のメンテナンスまたは整備を含むことができる。
【００１８】
航空機製造及び整備方法１００のプロセス群の各プロセスは、システムインテグレータ、サードパーティ、及び／又はオペレータによって行なうことができるか、または実行することができる。これらの例では、オペレータは顧客とすることができる。この説明を進めるために、システムインテグレータとして、これらには限定されないが、何れかの数の航空機製造業者、及び航空機大手システムサブコントラクタを挙げることができ；サードパーティとして、これらには限定されないが、何れかの数のベンダー、サブコントラクタ、及びサプライヤーを挙げることができ；そしてオペレータは、航空会社、リース会社、軍隊、航空機整備機関などとすることができる。
【００１９】
次に、図２を参照するに、有利な実施形態を実施することができる航空機の図が描かれている。この例では、航空機２００は、図１の航空機製造及び整備方法１００により製造され、そして複数のシステム２０４を搭載した機体２０２と、そして機内２０６と、を含むことができる。複数のシステム２０４の例として、推進システム２０８、電気システム２１０、油圧システム２１２、環境システム２１４、及びレーザシステム２１６のうちの１つ以上を挙げることができる。何れかの数の他のシステムを含めてもよい。航空宇宙用の例を示しているが、異なる有利な実施形態は、自動車産業のような他の産業に適用することができる。
【００２０】
本明細書において具体化される装置及び方法は、図１の航空機製造及び整備方法１００の種々の段階のうちの少なくとも１つの段階において用いることができる。本明細書において使用されるように、「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ」というフレーズは、複数のアイテムを列挙して使用される場合に、列挙されるこれらのアイテムのうちの１つ以上のアイテムの異なる組み合わせを用いることができ、そして列挙されるアイテムの中の各アイテムの１つだけで済ませることができることを意味する。例えば、「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  ｉｔｅｍ  Ａ，  ｉｔｅｍ  Ｂ，  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｃ」は、例えばこれらには限定されないが、「ｉｔｅｍ  Ａ（アイテムＡ）」または「ｉｔｅｍ  Ａ  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｂ（アイテムＡ及びアイテムＢ）」を含むことができる。この例は更に、「ｉｔｅｍ  Ａ，  ｉｔｅｍ  Ｂ，  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｃ（アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣ）」または「ｉｔｅｍ  Ｂ  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｃ（アイテムＢ及びアイテムＣ）」を含むことができる。
【００２１】
１つの例示的な例として、図１の部品及びサブアセンブリ製造１０６において製造される部品群またはサブアセンブリ群は、航空機２００を図１において供用１１２している状態で製造される部品群またはサブアセンブリ群と同様の方法で組み立てる、または製造することができる。更に別の例として、多数の装置実施形態、方法実施形態、またはこれらの組み合わせは、図１の部品及びサブアセンブリ製造１０６、及びシステム統合１０８のような製造段階において利用することができる。
【００２２】
異なる有利な実施形態では、多数の異なる注意事項を認識し、そして考慮に入れる。例えば、異なる有利な実施形態では、ビームパワーを大きくする現在の解決策において、ディスク群の数を増やすことを認識し、そして考慮に入れる。ディスク群の数を増やすことにより、ビーム品質が低下する。
【００２３】
有利な実施形態では、レーザ媒質群が、これらのレーザ媒質が励起されているときに加熱されることを認識し、そして考慮に入れる。レーザ媒質がより大きくなると、より多くの熱が生成される。現在の解決策では、水の熱伝導率が高いので、水を使用して熱を除去する。
【００２４】
有利な実施形態では、自然放出増幅光の強度は、レーザ媒質のサイズが大きくなるにつれて大きくなることを認識する。自然放出増幅光によって、ビーム品質、及びレーザ媒質の利得が制限される。
【００２５】
多数の有利な実施形態は、所望波長の光の強度を増大させるように構成される基板を備える装置及び方法を提供する。当該基板は、前面、後面、及び外側端面を有する。当該基板は、基板の前面で受光する光を反射するように構成される。当該基板はセラミックを含む。当該基板は複数のセクションを含む。当該方法及び装置は更に、複数のセクションの間を通過する光を減衰させるように構成される材料を含む。当該材料は、複数のセクションの各セクションの端面を取り囲む。当該装置及び方法は更に、液体窒素を、冷却システムを通して送給することができ、そして基板内で発生する熱を基板の後面から吸収するように構成される冷却システムを備える。
【００２６】
図３を参照するに、レーザ環境のブロック図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザ環境３００は、レーザシステム３０２と、励起源３０４と、そして位置３０６と、を備える。
【００２７】
レーザシステム３０２は、誘導放出を固体媒質、液体媒質、またはガス媒質内で継続する結果として、高強度の光、赤外線、または紫外線を、光子を放出することにより放出する。放出プロセスに関与する光子群は全て、略同じエネルギー及び位相を有するので、レーザビームは、略単色であり、かつコヒーレントである。光は、当該光が１つの光波長を含む場合に「単色である（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ）」。光は、各光子が他の光子群の各光子と同期して移動する場合に「コヒーレントである」。レーザシステム３０２は、基板３０８と、多数の支持体３１０と、そして枠体３１２と、を備える。レーザビームは、１方向の略指向性である。これとは異なり、閃光は光を多方向に放出する。自然放出増幅光は、レーザの方向に略沿って進む光の方向以外の方向に進む光である。レーザを含む光は、光学素子群が向いている方向に進んでいる。
【００２８】
基板３０８は光利得源である。基板３０８はレーザ発振基板（ｌａｓｉｎｇ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）とすることができる。利得は、励起源３０４によってこれまでに蓄積された、より高いエネルギーの準位からより低いエネルギー準位に電子または分子が遷移する際の誘導放出により得られる。励起源３０４は半導体ダイオードとすることができる。利得は、光３１４のような信号の強度を増大させる能力の指標である。基板３０８は、レーザ媒質（ｌａｓｉｎｇ  ｍｅｄｉｕｍ）と表記することもできる。
【００２９】
例示的な例では、基板３０８にはイッテリビウムがドープされる。他の例示的な例では、基板３０８には、所望波長の増幅を可能にする、例えばネオジム、エルビウム、及びツリウムのような他の種類のドーパント３１６をドープすることができる。例示的な例では、基板３０８は、例えば約４センチメートル〜約６センチメートルの直径とすることができる。他の例示的な例では、基板３０８は他の直径とすることができる。
【００３０】
基板３０８は、結晶、ガラス、セラミックス、または他の或る適切な固体利得媒質により構成することができる。レーザ発振を、基板３０８に入射する光を増幅するプロセスにより維持することができる元素を基板３０８に含有させる。これらの例示的な例では、基板３０８には、ドーパント３１６がドープされる。ドーパント３１６は、基板３０８にドープされて光学特性を変化させる不純物である。ドーパント３１６の濃度３１８は、均一濃度３２０とすることができる、または勾配３２２を有することができる。均一濃度３２０は、同じ濃度３１８を基板３１８全体に亘って有する。勾配３２２は、ドーパント３１６の濃度が基板３０８内の距離３２４に亘って変化する勾配を含む。
【００３１】
基板３０８は複数のセクションを含むことができる。各セクション３２６及び３２８は、端面３３０及び３３２、サイズ３３４及び３３６、及び中央部分３３８及び３４０を含む。材料３４２は、各セクション３２６と３２８との間に配置することができる。材料３４２は、セクション３２６及び３２８に接着剤３４３で接続することができる。使用する接着剤３４３は、エポキシ及びシアノアクリレートを含むことができる。エポキシは、樹脂及び硬化剤が特定温度になると反応することにより形成される。シアノアクリレートは、メチル−２−シアノクリレートまたはエチル−２−シアノアクリレートの何れかを含む接着剤の総称である。材料３４２は、セクション３２６及び３２８に、接着剤を使用することなく、光学的接触をこれらの要素の間に実現して、接合が、粒子の分極に起因する力のような静電気力によって生じることにより接続することができる。光学的接触を実現するためには、粒子群に熱処理を施し、そして揮発性成分を脱ガスする必要がある。脱ガスでは、或る材料に捕捉された、或る材料内で凍結した、または或る材料に吸収されたガスが徐々に放出される。脱ガスでは、昇華及び蒸発が発生する。揮発性成分は、大気中で殆どが蒸発する大きさの蒸気圧を有する化合物である。
【００３２】
例示的な例では、何れかの数のセクションを何れかのサイズに設けることができる。セクション群の数は、複数のセクションのサイズとともに、自然放出増幅光３４６の所望強度３４４に基づいて決定される。
【００３３】
所望強度３４４は、自然放出増幅光３４６の最大所望強度である。自然放出増幅光３４６は、自然放出により生成され、かつレーザ媒質で増幅される光である。当該光は、利得媒質の誘導放出のプロセスによって光増幅されている。光増幅は、デバイスが光のような光信号を、最初に当該信号を電気信号に変換する必要を伴なうことなく、直接増幅するときに起きる。自然放出増幅光３４６によって、基板３０８のような利得媒質を使用して得られる利得量が小さくなる。
【００３４】
異なる例示的な例では、材料３４２は、基板３０８全体に、かつ多数の位置３４７に配置することができる。多数の位置３４７は、自然放出増幅光３４６を低減するように配置することができる。材料３４２は、多数の位置３４７の各位置において異なるサイズ及び形状とすることができる。材料３４２は、材料３４２を透過する光を減衰させる。
【００３５】
例示的な例では、材料３４２には、クロムイオンがドープされる。クロムイオンは、４価クロムにおけるように４価とすることができる。他の例示的な例では、材料３４２には、光の透過を阻止する他の種類のドーパント３１６をドープすることができる。
【００３６】
図示の例では、基板３０８は、前面３５０、後面３５２、及び外側端面３５４を含む。光３１４を受光すると、基板３０８は熱３５６を発生する。熱３５６は、前面３５０、後面３５２、及び外側端面３５４を含む基板３０８全体に分布する。熱３５６は、基板３０８全体に一様に分布する可能性がある、または分布しない可能性がある。
【００３７】
熱３５６は、冷却システム３５８によって低減することができる。冷却システム３５８は、冷媒３６０を基板３０８に結合させる。冷媒３６０は、熱を除去し、そして基板３０８の温度を下げる材料及び／又は物質である。これらの例では、当該結合は、冷媒３６０が、熱３５６を基板３０８から冷媒３６０に移すように行なわれる。冷媒３６０は、基板３０８に多数の異なる方法により結合させることができる。例えば、冷媒３６０は、基板３０８に直接触れる必要はない。別の表現をすると、別の材料または媒介物を、冷媒３６０と基板３０８との間に設けない。別の構成として、冷媒３６０は基板３０８に、冷媒３６０と基板３０８との間の材料を使用して結合させることにより、熱３５６を間接的に除去することができる。
【００３８】
例示的な例では、冷却システム３５８は、枠体３１２内に配置される。例示的な例では、冷媒３６０は液化窒素３６１を含む。他の例では、冷媒３６０は、液化アルゴン３６３及び液化水素３６５のような別の種類の液化ガス３５９、低温流体、または他の何れかの適切な冷媒とすることにより、所望の温度値を維持することができる。
【００３９】
基板３０８は、多数の支持体３１０によって支持することができる。多数の支持体３１０は、プラスチック、金属のような材料、または基板３０８を所定の位置に動作中に保持する他の或る適切な材料とすることができる。多数の支持体３１０は更に、枠体３１２によって支持することができる。
【００４０】
レーザシステム３０２が動作している間、励起源３０４は光３１４を基板３０８の前面３５０に向かって送出する。基板３０８は、所望波長３６４の光３１４の強度３５０を増大させるように構成される。所望波長３６４は、基板３０８が、波長または波長領域の光を吸収するように形成されるような当該波長または当該波長領域とすることができる。
【００４１】
基板３０８の前面３５０は、強度３６２が増大した状態の所望波長３６４の光３１４を、位置３０６に向かって反射するように構成される。位置３０６は、別の基板３６６、またはターゲット３６８とすることができる。
【００４２】
レーザ環境３００は、レーザシステム３０２のような複数のレーザシステムと、そしてレーザシステム３０２と同様の他のレーザシステム群を備えることができる。各レーザシステムは光３１４を隣のレーザシステムに再誘導することができる。
【００４３】
一旦、光３１４が全てのレーザシステムによって反射されると、光３１４を最終的にターゲット３６８に向かって誘導することができる。例示的な例では、レーザシステムを４つ設けている。例示的な例では、何れかの数のレーザシステムを使用して、光３１４の所望強度を選択することができる。
【００４４】
図３のレーザ環境３００は、異なる有利な実施形態を実現することができる態様に物理的な、または構造上の制約があることを示すために図示しているのではない。図示される構成要素群の他に、そして／または代わりに、他の構成要素群を使用してもよい。幾つかの構成要素は、幾つかの有利な実施形態では不要とすることができる。また、ブロック群を提示して、幾つかの機能的構成要素を示している。これらのブロックのうちの１つ以上のブロックは、異なる有利な実施形態において実装される場合に、組み合わせることができる、そして／または異なるブロックに分割することができる。
【００４５】
例えば、図３のセクション３２６及びセクション３２８よりも多くのセクションを設けることができる。また、冷却システム３５８は、図３に示すような枠体３１２内に配置しなくてもよい。
【００４６】
次に、図４を参照するに、レーザ兵器のブロック図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザ兵器４００は、図３のレーザ環境３００の１つの実施形態の一例とすることができる。レーザ兵器４００は、レーザ装置４０２と、ビーム制御システム４０４と、兵器制御部４０６と、そして外部コマンド制御部４０８と、を備える。レーザ兵器４００を利用して、集光され、かつ安定化されたレーザビーム４１２をターゲット４１０に照射することができる。
【００４７】
ビーム制御システム４０４は、レーザ装置４０２からのレーザビーム４１２を管理し、そして安定化させ、ターゲット４１０の画像を取得し、そしてレーザビーム４１２をターゲット４１０に照射する。ビームコントローラ４１４は、レーザビーム４１２を管理し、そして安定化させる。取得指向方向追尾部（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｔｒａｃｋｉｎｇ  ａｎｄ  ｐｏｉｎｔｉｎｇ）４１６は、ターゲット４１０の画像を自然光から取得する、またはビームディレクタ（ｂｅａｍ  ｄｉｒｅｃｔｏｒ）に含まれる照射源から取得する。取得指向方向追尾部４１６は、ビームディレクタ４１８にターゲット４１０の方向及び／又は位置を供給する。ビームディレクタ４１８は、レーザビーム４１２をターゲット４１０に照射し、そして光をターゲット４１０から受光して、取得指向方向追尾部４１６において使用する。
【００４８】
兵器制御部４０６は、レーザ兵器４００の動作を、外部コマンド制御部４０８からの情報、及びビーム制御システム４０４において生成されるターゲット情報に基づいて管理する。戦闘管理制御部４２０は、レーザ兵器４００の外部の構成要素群との相互作用を可能にし、これらの構成要素は、外部コマンド制御部４０８を含む。発射制御部４２２は、レーザ兵器４００の全ての構成要素の動作の調整及び制御を可能にする。外部コマンド制御部４０８は、レーザ兵器４００から離れている、または離れていなくてもよい外部ソースから制御コマンドを受信することができる。
【００４９】
レーザシステム４０２は、図３のレーザシステム３０２の１つの実施形態の一例とすることができる。
【００５０】
次に、図５を参照するに、レーザ装置の図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザ装置５００は、複数のレーザ基板５０４の各レーザ基板に対応する複数のリフレクタ５０２を有するレーザシステムを例示している。複数のレーザ基板５０４の各レーザ基板は、図３の基板３０８の一例の１つの実施形態とすることができる。複数のレーザ基板５０４及びリフレクタ５０２は、複数のレーザ基板５０４及び複数のリフレクタ５０２の位置を維持するベンチ５０６に取り付けることができる。
【００５１】
次に、図６を参照するに、レーザの図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザユニット６００は、図５のレーザ装置５００の一部である。レーザユニット６００は、リフレクタ６０２及びレーザ基板６０４を備える。レーザユニット６００は、図３のレーザシステム３０２の一例の１つの実施形態とすることができる。図５を参照するに、レーザユニット６００は、レーザベンチ５０６だけでなく、他のレーザ発振ユニット群に個別に取り付けることにより、レーザ装置５００を構成することができる。
【００５２】
次に、図７を参照するに、複数のレーザ基板の図が有利な実施形態に従って描かれている。複数のレーザシステム７００は、複数のレーザシステムを有する図３のレーザシステム３０２の１つの例示の一例とすることができる。
【００５３】
光７０２は、励起源からレーザシステム７０４に送出することができる。レーザシステム７０４は、光７０２の強度を増大させることができ、そして光７０２をレーザシステム７０６に向かって反射することができ、このレーザシステム７０６が今度は、光７０２の強度を更に増大させる。レーザシステム７０６は、光７０２をレーザシステム７０８に向かって反射し、このレーザシステム７０８が今度は、光７０２の強度を更に増大させる。レーザシステム７０８は光７０２をレーザシステム７１０に向かって反射し、このレーザシステム７１０が今度は、光７０２の強度を更に増大させる。
【００５４】
レーザシステム７１０は、光７０２をターゲットに向かって反射する、または光７０２を複数のレーザシステムから離れる方向に再誘導するために使用される他の或るデバイスに向かって反射する。各レーザシステム７０４，７０６，７０８，及び７１０は、液体窒素ヒートシンク７１２，７１４，７１６，及び７１８によって冷却される。
【００５５】
次に、図８を参照するに、レーザシステムの図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザシステム８００は、図３のレーザシステム３０２の１つの例示の一例とすることができる。
【００５６】
レーザシステム８００は、レーザ発振基板８０２と、支持体群８０４と、枠体８０６と、そして冷却システム８０８と、を備える。冷却システム８０８は、シャワーヘッド（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）と表記することもできる。冷却システム８０８は、図３の冷却システム３５８の１つの例示の一例とすることができる。図示していないが、冷却システム８０８は、多数のマイクロ流路を有することができ、冷媒をこれらのマイクロ流路を通過させて、レーザ発振基板８０２に最も近接する端部に送給する。
【００５７】
冷媒は、材料８１０に拡散させることができる。材料８１０は、冷媒の影響を受けることができる何れかの種類の材料とすることができる。例示的な例では、材料８１０は、銅のような導電材料とすることができる。他の例示的な例では、材料８１０は、銅合金、アルミニウム及びアルミニウム合金、炭化珪素、及びグラフェン及びダイヤモンドを含む炭素構造とすることができる。一旦、冷媒が冷却システム８０８を通して送給されると、冷媒は枠体８０６から流路８１２を通って流出する。例示的な例では、冷媒８０６は部分的に蒸発し、そして部分的に再利用することができる。他の例示的な例では、冷媒８０６は、完全に蒸発する、または全て再利用することができる。冷却システム８０８は、当該冷却システム８０８がレーザ発振基板８０２の端面を直接冷却することがなく、かつレーザ発振基板８０２の後面８１４のみを直接冷却するので、面冷却システム（ｆａｃｅ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）である。
【００５８】
他の例示的な例では、冷却システム８０８は端面冷却システム（ｅｄｇｅ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）とすることができる。端面冷却システムによって、冷媒でレーザ発振基板８０２の外側端面８１６を直接冷却することができる。直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）とは、冷媒がレーザ発振基板８０２に触れることを指す、または材料８１０のような材料を介して触れることを指す。
【００５９】
次に、図９を参照するに、レーザ発振基板の前面図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザ発振基板９００は、図３のレーザ発振基板３０８の１つの実施形態の一例である。
【００６０】
レーザ発振基板９００は、セクション９０２〜９１８のような複数のセクションを有する。セクション９０２〜９１８は、異なる形状及び／又はサイズとすることができる。例示的な例では、セクション９０２〜９１８は、同じ厚さとすることができる。他の例示的な例では、セクション９０２〜９１８は、異なる厚さとすることができる。
【００６１】
セクション９０２〜９１８のような複数のセクションの各セクションは、材料９２０を、これらのセクションの間に有する。材料９２０は、或る種類の抑制材料であり、そして異なるセクション間を透過して干渉を起こす光を減衰させる。更に、レーザ発振基板９００は、材料９２０を、レーザ発振基板９００の外側端面９２２の周りに有する。
【００６２】
他の例示的な例では、材料９２０は、セクション９０２〜９１８とは異なる材料とする必要はないが、その代り、異なるドーピングが施された、またはドーピングが施されていない同じ材料とすることができる。材料９２０がセクション９０２〜９１８と同じ材料である場合、レーザ発振基板９００全体を単一のディスク上に形成することができる。
【００６３】
次に、図１０を参照するに、レーザ発振基板の前面図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザ発振基板１０００は、図３の複数の基板３０８の１つの例示の一例とすることができる。レーザ発振基板１０００は、レーザ発振基板１０００が、異なる形状及びサイズを持つ異なる数のセクションを有する点を除き、レーザ発振基板９００と同様である。
【００６４】
レーザ発振基板１０００は、セクション１００２〜１０１２のような複数のセクションを有する。セクション１００２〜１０１２は、異なる形状及びサイズとすることができる。例示的な例では、セクション１００２〜１０１２は、同じ厚さとすることができる。他の例示的な例では、セクション１００２〜１０１２は、異なる厚さとすることができる。
【００６５】
セクション１００２〜１０１２のような複数のセクションの各セクションは、材料１０１４を、これらのセクションの間に有する。材料１０１４は、或る種類の抑制材料であり、そして異なるセクション間を透過して干渉を起こす光を減衰させる。更に、レーザ発振基板１０００は、材料１０００を、レーザ発振基板１０００の外側端面１０１６の周りに有する。
【００６６】
他の例示的な例では、材料１０１４は、セクション１００２〜１０１２とは異なる材料とする必要はないが、その代り、異なるドーピングが施された、またはドーピングが施されていない同じ材料とすることができる。材料１０１４がセクション１００２〜１０１２と同じ材料である場合、レーザ発振基板１０００全体を単一のディスク上に形成することができる。
【００６７】
次に、図１１を参照するに、レーザ発振基板の前面図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザ発振基板１１００は、図３の基板３０８の１つの例示の一例とすることができる。
【００６８】
レーザ発振基板１１００は、材料を多くの位置１１０２に有する。当該材料は、或る種類の抑制材料であり、そして当該材料を透過する光を減衰させる。更に、レーザ発振基板１１００は、当該材料を、レーザ発振基板１１００の外側端面１１０４の周りに有することができる。
【００６９】
異なる例示的な例では、当該材料は、レーザ発振基板１１００全体に、多数の位置１１０２に配置することができる。多数の位置１１０２は、自然放出増幅光を低減するように配置することができる。当該材料は、多数の位置１１０２の各位置で異なるサイズ及び形状とすることができる。
【００７０】
次に、図１２を参照するに、レーザ発振基板の前面図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザ発振基板１２００は、図３の基板３０８の１つの実施形態の一例とすることができる。レーザ発振基板１２００は、レーザ発振基板１２００が材料を多数の位置１２０２に有する点を除き、図９のレーザ発振基板９００と同様である。
【００７１】
レーザ発振基板１２００は、セクション群１２０４のような複数のセクションを有する。セクション群１２０４のような複数のセクションの各セクションは、当該材料を、これらのセクションの間に有する。当該材料は、或る種類の抑制材料であり、そして当該材料を透過する光を減衰させる。更に、レーザ発振基板１２００は、当該材料を、レーザ発振基板１２００の外側端面１２０６の周りに有する。セクション群１２０４の間、及び外側端面１２０６の周りの他に、レーザ発振基板１２００は、当該材料を多数の位置１２０２に有する。
【００７２】
異なる例示的な例では、当該材料は、レーザ発振基板１２００全体に、かつ多数の位置１２０２に配置することができる。多数の位置１２０２は、自然放出増幅光を低減するように配置することができる。当該材料は、多数の位置１２０２の各位置で異なるサイズ及び形状とすることができる。
【００７３】
次に、図１３を参照するに、レーザ発振基板の側面図が有利な実施形態に従って描かれている。レーザ発振基板１３００は、図３の基板３０８の１つの例示の一例とすることができる。レーザ発振基板１３００は、前面１３０２と、後面１３０４と、そして外側端面１３０６と、を有する。
【００７４】
次に、図１４を参照するに、光を管理するフローチャートの図が有利な実施形態に従って描かれている。プロセス１４００は、光を反射するプロセスを表わしている。
【００７５】
当該プロセスは、励起源からの光を、所望波長の光の強度を増大させるように構成されるレーザ発振基板の前面に向かって送出することにより始まる（操作１４０２）。レーザ発振基板はセラミックを含むことができる。レーザ発振基板内のドーパント濃度は、レーザ発振基板内の均一濃度、及び勾配濃度のうちの少なくとも１つである。当該勾配は、ドーパントの濃度が、レーザ発振基板内の或る距離に亘って変化する勾配を含む。
【００７６】
レーザ発振基板は、複数のセクションにより構成することができる。複数のセクションの各セクションの端面は、複数のセクションの間を通過する光を減衰させるように構成される抑制材料によって取り囲むことができる。複数のセクションの数、及びサイズは、自然放出増幅光の所望強度に基づいて決定される。１つ以上の有利な実施形態では、抑制材料は、複数のセクションに接着剤により接続することができる。
【００７７】
他の例示的な例では、抑制材料は、レーザ発振基板の一部である。レーザ発振基板には、勾配を持つようにドープすることができる。ドーパントの濃度は、或る距離に亘ってレーザ発振基板内で変化し、そして当該濃度は、複数のセクションの各セクションの中央部分におけるよりも、複数のセクションの各セクションの端面において低い。
【００７８】
当該プロセスでは更に、熱をレーザ発振基板の後面から、冷媒を、冷却システムを通して送給することができるように構成される冷却システムで除去する（操作１４０４）。冷媒は液体窒素とすることができる、または異なる種類の液体ガスのような他の或る適切な冷媒とすることができる。当該プロセスでは更に、レーザ発振基板によって所望波長の光を、当該光が基板を透過するときに増幅する（操作１４０６）。当該プロセスでは更に、光を１つの位置に向かって反射し（操作１４０８）、当該プロセスはその後、終了する。当該位置は、別の基板またはターゲットとすることができる。
【００７９】
異なる図示の実施形態におけるフローチャート群及びブロック図群は、異なる有利な実施形態における装置及び方法の幾つかの可能な実施形態のアーキテクチャ、機能、及び操作を示している。この点に関して、これらのフローチャートまたはブロック図における各ブロックは、操作またはステップのモジュール、セグメント、機能、及び／又は一部を表わすことができる。幾つかの別の実施形態では、これらのブロックに記載される機能または機能群は、これらの図に記載される順番とは異なる順番で行なうことができる。例えば、幾つかの場合では、連続して示される２つのブロックは略同時に実行することができる、またはこれらのブロックは、実行される機能によって異なるが、逆の順番で実行することができることがある。また、フローチャートまたはブロック図に示されるブロック群の他に、他のブロック群を加えることができる。
【００８０】
幾つかの別の実施形態では、ブロックに記載される機能または機能群は、これらの図に記載される順番とは異なる順番で行なうことができる。例えば、幾つかの場合では、連続して示される２つのブロックは略同時に実行することができる、またはこれらのブロックは、実行される機能によって異なるが、逆の順番で実行することができることがある。また、フローチャートまたはブロック図に示されるブロック群の他に、他のブロック群を加えることができる。例えば、異なる有利な実施形態では、図１２の操作１２０４及び操作１２０６は、同時に行なうことができる。
【００８１】
有利な実施形態は、所望波長の光の強度を増大させるように構成される基板を備える装置及び方法を提供する。当該基板は、前面、後面、及び外側端面を有する。当該基板は、当該基板の前面で受光する光を反射するように構成される。当該基板は、結晶材料またはセラミック材料を含む。当該基板は、複数のセクションを備える。当該方法及び装置は更に、複数のセクションの間を通過する光を減衰させるように構成される材料を含む。当該材料は、複数のセクションの各セクションの端面を取り囲む。当該装置及び方法は更に、液体窒素を、冷却システムを通して送給することができ、そして基板内で発生する熱を、基板の後面から吸収するように構成される冷却システムを備える。
【００８２】
有利な実施形態では、ビームパワーを大きくする現在の解決策において、ディスクの数を増やすことを認識する。ディスクの数が増えることにより、ビーム品質が低下する。有利な実施形態は、ビーム品質を、少ない数のディスクを使用し、かつ各ディスクによって増幅されるパワーを大きくすることにより維持しながら、ビームパワーを大きくする装置及び方法を提供する。このようにして、レーザビームの強度、及びポンプ光の強度は、ビームパワーが大きくなるので所望の値に維持することができる。
【００８３】
有利な実施形態では、レーザ媒質は、これらのレーザ媒質が励起されているときに加熱されることを認識する。レーザ媒質の温度が上昇すると、より多くの量の熱が、レーザ発振プロセスの効率が低下し、かつ自然放出光増幅のようなプロセスの速度が速くなることに起因して発生する。現在の解決策では、水の熱伝導率が高いので、水を使用して熱を除去することができる。有利な実施形態は、熱を、水を使用する場合よりも低い値に保持する装置及び方法を提供する。有利な実施形態では、液体窒素のような液化ガス冷媒が、約３分の１の水流量で冷媒と熱源との間の同じ温度差を冷却する場合でも、液体窒素は水よりもずっと冷たいので、液体窒素によって、レーザ媒質の動作温度をより低い温度に維持することができることを認識する。
【００８４】
有利な実施形態では、レーザ媒質のサイズが大きくなると、自然放出増幅光は更に増幅することを認識する。自然放出増幅光は、レーザ媒質の効率を低く抑え、そして更に、レーザ媒質内での熱の発生が大きくなるので、ビーム品質に悪影響を与える。有利な実施形態は、自然放出増幅光の強度が小さい状態を保持しながら、レーザ媒質を大きくすることができる装置及び方法を提供する。有利な実施形態では、レーザ媒質をセクション群に分離することができる。従って、各セクションは小さく、かつ低強度の自然放出増幅光を有することができる。
【００８５】
異なる有利な実施形態は更に、材料を透過する光を抑制し、そして減衰させる材料を提供する。当該材料には、クロムイオンをドープすることができる。当該材料は、基板全体の異なる位置に、セクション間に、基板の外側端面の周りに、そして他の適切な位置に配置することができる。
【００８６】
異なる有利な実施形態について、航空機の種々の部品に関連して説明してきたが、他の有利な実施形態は、他の種類の輸送手段の部品群に適用することができる。例えば、これらには限定されないが、他の有利な実施形態は、レーザシステムを設ける必要がある他の輸送手段に適用することができる。
【００８７】
更に、異なる有利な実施形態は、他の有利な実施形態とは異なる利点を提供することができる。選択される実施形態または実施形態群は、これらの実施形態の原理、実際の用途を最も良く説明するために、そしてこの技術分野の他の当業者が、想定される特定の使用に適合するように種々の変更が加えられる種々の実施形態の開示内容を理解することができるように選択され、そして記載されている。
【００８８】
異なる有利な実施形態に関する記載を提示して、例示及び説明を行なってきたが、当該記載を網羅的に行なおうとしているのではない、または当該記載を開示される構成の実施形態に限定しようとしているのではない。多くの変形及び変更が存在することは、この技術分野の当業者には明らかであろう。更に、異なる有利な実施形態は、他の有利な実施形態とは異なる利点を提供することができる。選択される実施形態または実施形態群は、これらの実施形態の原理、実際の用途を最も良く説明するために、そしてこの技術分野の他の当業者が理解することができるように選択され、そして記載されている。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
2013520010.tif 000017
2013520010.tif 000018
2013520010.tif 000019