(57)【要約】  レーザ増幅器 (１０)は、入力レーザビーム (３１)を増幅するためのポンプ電力を備えた、レーザ活性スラブ (１１)を含んでいる。レーザ活性スラブ (１１)は、ウェッジ側面２面角と、縦面（１７、１９）と、横面（５１、５３）とを画定する、対向した側面（１３、１５）を有するレーザ活性材料のブロックを含み、ウェッジ角度は、寄生増幅自然放出光を最小限にするよう特定されている。ポンプ電力は、レーザ活性スラブ (１１)で利得シート（３５）を形成するレーザダイオードバー（２１、４１）およびマイクロレンズ（２３、４３）であり得る。側面（１３、１５）は、利得シート（３５）を通って入力レーザビーム（３１）に折りたたまれた経路を与えるよう、ポンプ電力において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高い光学コーティング（２７、４７）を含み得る。レーザ増幅器（１０）は、利得シート（３５）を通って１つまたは複数の追加のジグザグパスを入力レーザビーム（３１）に与えるよう、およびマルチパス増幅レーザビームを与えるよう位置づけられ、配向された、レーザ波長において反射率が高い、１つまたは複数の外部ミラー（１５３、１５５）を任意に含んでもよい。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビーム（３１）を増幅するポンプ電力源（２１）とともに使用するのに適したレーザ活性スラブ（１１）であって、前記レーザ活性スラブ（１１）は、
第１および第２の側面（１３、１５）と、縦面（１７）と、横面（５１）とを有するレーザ活性材料のブロックと、
前記レーザ活性材料のブロックの一部の上に堆積された光学コーティング（２７）であって、前記光学コーティング（２７）は、前記レーザビーム（３１）の波長において反射率が高い、光学コーティング（２７）と、
を含み、
前記第１の側面（１３）は、前記第２の側面（１５）とのウェッジ側面２面角を画定することを特徴とする、レーザ活性スラブ（１１）。
【請求項２】
前記レーザ活性材料のブロックは、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦおよびＴｍ：ＹＡｌＯからなる群の要素を含んでいる、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項３】
前記レーザ活性材料のブロックは、台形プリズムの形状をしている、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項４】
前記ウェッジ側面２面角は、約０．１から２．０度である、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項５】
前記縦面（１７）は、前記横面（５１）との鋭角の２面角を画定している、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項６】
前記鋭角の２面角は、約８５．０から８９．９度である、請求項５に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項７】
前記第１の側面（１３）は、凸面を含んでいる、請求項１または請求項５に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項８】
前記第１の側面（１３）は、傾斜窓（２０７）を含み、前記傾斜窓（２０７）は、前記第１の側面（１３）とウィンドウ２面角を画定する、請求項１または請求項５に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項９】
前記ウィンドウ２面角は、約１７５から１７７度である、請求項８に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項１０】
前記光学コーティング（２７）は、薄膜ダイクロイック膜を含む、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項１１】
前記光学コーティング（２７）は、ポンプ電力の波長においてさらに透過率が高い、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項１２】
前記光学コーティング（２７）は、前記第１の側面（１３）の少なくとも一部の上に配置されている、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項１３】
前記第２の側面（１５）の少なくとも一部の上に配置された第２の光学コーティング（４７）をさらに備え、前記第２の光学コーティング（４７）は、前記レーザビーム（３１）の波長において反射率が高い、請求項１２に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項１４】
前記第２の側面（１５）の少なくとも一部の上に配置された第２の光学コーティング（４７）をさらに備え、前記第２の光学コーティング（４７）は、前記ポンプ電力の波長において透過率が高い、請求項１２に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項１５】
前記縦面（９１）の少なくとも一部の上に配置された長手方向の光学コーティング（９５）をさらに備え、前記長手方向の光学コーティング（９５）は、前記ポンプ電力の波長において透過率が高い、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項１６】
前記第２の側面（１５）の一部の上にウィンドウ反射防止コーティング（２９）をさらに備え、前記ウィンドウ反射防止コーティングは、前記レーザビームの波長において透過率が高い、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項１７】
前記レーザ活性材料のブロックは、前記側面（１３、１５）間で、約３から６ミリメートルである、請求項１に記載のレーザ活性スラブ（１１）。
【請求項１８】
入射レーザビーム（３１）を増幅する際の使用に適したレーザ増幅器（１０）であって、前記レーザ増幅器（１０）は、
第１の側面（１３）と第２の側面（１５）とを備えたレーザ活性スラブ（１１）であって、前記第１の側面（１３）は、前記レーザビーム（３１）の波長において反射率が高い光学コーティング（２７）を有している、レーザ活性スラブ（１１）と、
前記第１の側面（１３）に近接して配置されたダイオードバー（２１）であって、前記ダイオードバー（２１）は、前記レーザ活性スラブ（１１）内で利得シート（３５）を形成するための複数の半導体ダイオードレーザを有している、ダイオードバー（２１）と、
前記ダイオードバー（２１）と前記第１の側面（１３）との間に配置されたマイクロレンズ（２３）と、
を備え、
前記第１の側面（１３）は、前記第２の側面（１５）とのウェッジ側面２面角を画定していることを特徴とする、レーザ増幅器（１０）。
【請求項１９】
前記ダイオードバー（２１）は、前記第１の側面（１３）から約１から３０ミリメートルで配置されている、請求項１８に記載のレーザ増幅器（１０）。
【請求項２０】
前記ダイオードバー（２１）は、前記第１の側面（１３）に対する法線から約１から５度で配向している、請求項１８に記載のレーザ増幅器（１０）。
【請求項２１】
前記ダイオードバー（２１）と前記マイクロレンズ（２３）との間に配置された複数の光ファイバ（２１１〜２１９）をさらに備えた、請求項１８に記載のレーザ増幅器（１０）。
【請求項２２】
二次元のレーザダイオードアレイ（２３３）を形成するように、前記ダイオードバー（２１）と隣接して配置された第２のダイオードバー（２３５）と、
前記レーザダイオードアレイ（２３３）と前記第１の側面（１３）との間に配置されたシリンダレンズ（２４１）と、
をさらに備えた、請求項１８に記載のレーザ増幅器（１０）。
【請求項２３】
前記シリンダレンズ（２５１）と前記第１の側面（１３）との間に配置された第２のシリンダレンズ（２４５）をさらに備えた、請求項２２に記載のレーザ増幅器（１０）。
【請求項２４】
複数の半導体ダイオードレーザを有する第２のダイオードバー（３５１）をさらに備え、前記第２のダイオードバー（３５１）は、直線アレイの半導体ダイオードレーザを形成するように、前記ダイオードバー（２１）に隣接して配置されている、請求項１８に記載のレーザ増幅器（１０）。
【請求項２５】
前記レーザビーム（３１）の波長において反射率が高いミラー（１５３）をさらに備え、前記ミラー（１５３）は、増幅されたレーザビームが前記レーザ活性スラブ（１１）へと反射するよう、前記第１の側面（１３）近くで配置されている、請求項１８に記載のレーザ増幅器（１０）。
【請求項２６】
前記第１の側面（１３）と前記マイクロレンズ（２３）との間に配置されたボリュームブラッグ回折格子（６３１）をさらに備えた、請求項１８または請求項２２に記載のレーザ増幅器（１０）。
【請求項２７】
前記レーザビーム（３１）の波長において反射率が高いコーティングを有する外部ミラー（３８３）をさらに備え、前記外部ミラー（３８３）は、前記利得シート（３５）において第１のパスから現れるワンパス増幅レーザビーム（３８９）の光路内に位置し、前記外部ミラー（３８３）は、前記利得シートを通って第２のパスを形成するよう、前記ワンパス増幅レーザビーム（３８９）を反射し、ツーパス増幅レーザビーム（３９１）として前記レーザスラブ（１１）から現れるために、さらに配向している、請求項１８または請求項２２に記載のレーザ増幅器（１０）。
【請求項２８】
ポンプ電力源として提供するための複数の半導体を有するダイオードバー（１５７）と、
前記ポンプ電力を受け、そこで利得シート（１７５）を生成するために、前記ダイオードバー（１５７）に隣接して配置されたレーザ活性材料のブロック（１５１）であって、前記レーザ活性材料のブロック（１５１）は、第１および第２の側面（１６７、１６９）を有し、光学コーティング（１７１）が前記第１の側面（１６７）と前記第２の側面（１６９）の両方の上に配置され、前記光学コーティング（１７１）は、前記ポンプ電力の波長において透過率が高い、レーザ活性材料のブロック（１５１）と、
前記ダイオードバー（１５７）と前記第１の側面（１６７）との間に配置された第１のサイドミラー（１５３）であって、前記第１のサイドミラー（１５３）は、ポンプ電力波長において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高い光学コーティング（１７１）を有している、第１のサイドミラー（１５３）と、
前記ダイオードバー（１５７）と前記第１のサイドミラー（１５３）との間に配置されたマイクロレンズ（１６１）であって、前記マイクロレンズ（１６１）は、前記利得シート（１７５）の生成を効果的にするために、前記ダイオードバー（１５７）から、前記第１のサイドミラー（１５３）を通って、前記レーザ活性材料のブロック（１５１）へとポンプ電力を向けるよう機能する、マイクロレンズ（１６１）と、
前記第２の側面（１６９）に隣接して配置された第２のサイドミラー（１５５）であって、前記第２のサイドミラー（１５５）は、レーザ波長において反射率が高い光学コーティング（１７１）を有する、第２のサイドミラー（１５５）と、
を備えたレーザ増幅器（１５０）であって、
前記第２のサイドミラー（１５５）は、前記第１のサイドミラー（１５３）と２面ウェッジ角度を形成することを特徴とする、レーザ増幅器（１５０）。
【請求項２９】
第２のポンプ電力源として提供するための複数の半導体を有する、第２のダイオードバー（１５９）と、
前記第２のダイオードバー（１５９）と、前記第２のサイドミラー（１５５）との間に配置された第２のマイクロレンズ（１６３）であって、前記第２のマイクロレンズ（１６３）は、前記利得シート（１７５）の生成を効果的にするために、前記第２のダイオードバー（１５９）から、前記第２のサイドミラー（１５５）を通って、前記レーザ活性材料のブロック（１５１）へとポンプ電力を向けるよう機能する、第２のマイクロレンズ（１６３）と、
をさらに備え、
前記光学コーティング（１７１）は、ポンプ電力の波長においても透過率が高い、請求項２８に記載のレーザ増幅器（１５０）。
【請求項３０】
前記第１のサイドミラー（１５３）は、前記第１の側面（１６７）の２ミリメートル以内に配置されている、請求項２８に記載のレーザ増幅器。
【請求項３１】
ポンプ電力を供給するダイオードバーと、
前記ポンプ電力を受け、レーザ活性材料のブロック（５３１）内で利得シート（５４９）を生成するために、前記ダイオードバーに隣接して配置されたレーザ活性材料のブロック（５３１）であって、前記レーザ活性材料のブロック（５３１）は、第１および第２の側面（５３７、５３９）を有し、第１の光学コーティング（５３３）が、ポンプ電力の波長において透過率が高く、レーザ波長に対して反射率が高い前記第１の側面（５３７）上に配置され、第２の光学コーティング（５３５）が、前記レーザ波長において反射率が高い前記第２の側面（５３７）上に配置され、前記第１の側面（５３７）は、前記レーザ波長において透過率が高い第１および第２の窓（５４１、５４３）を有し、前記第１の窓（５４１）は、前記利得シート（５４９）を通って前記第２の窓（５４３）へと第１のジグザグパス（５５３）を形成するために、入力レーザビーム（５５１）を受けるためのものであり、前記第２の側面（５３９）は、前記レーザ波長において透過率が高い第３および第４の窓（５４５、５４７）を有している、レーザ活性材料のブロック（５３１）と、
を備えた、スリーパスレーザ増幅器（５３０）であって、
前記第１の側面（５３７）は、前記第２の側面（５３９）と側面２面角を形成して、
前記第２の窓（５４３）に近接して配置された第１の外部ミラー（５６１）が、前記利得シート（５４９）を通って前記第３の窓（５４５）へと第２のジグザグパス（５５５）を形成するために、前記第２の窓（５４３）へワンパス増幅レーザビーム（５５３ａ）を跳ね返し、
前記第３の窓（５４５）に近接して配置された第２の外部ミラー（５６３）が、前記利得シート（５４９）を通って第３のジグザグパス（５５７）を形成し、前記第４の窓（５４７）でスリーパス増幅レーザビーム（５５９）として出現するために、前記第３の窓（５４５）にツーパス増幅レーザビーム（５５３ａ）を跳ね返すことを特徴とする、スリーパスレーザ増幅器（５３０）。
【請求項３２】
ポンプ電力を供給するダイオードバーと、
ポンプ電力を受け、レーザ活性材料のブロック（５７１）内で利得シート（５８９）を生成するために、前記ダイオードバーに隣接して配置されたレーザ活性材料のブロック（５７１）であって、前記レーザ活性材料のブロック（５７１）は、ポンプ電力の波長において透過率が高く、レーザ波長に対して反射率が高い光学コーティング（５７３）を備えた第１の側面（５７７）と、前記レーザ波長において反射率が高い光学コーティング（５７５）を備えた第２の側面（５７９）とを有し、前記第１の側面（５７７）は、前記レーザ波長において透過率が高い第１および第２の窓（５８１、５８３）をさらに有し、前記第１の窓（５８１）は、前記利得シート（５８９）を通って前記第２の窓（５７０）へと第１のジグザグパス（５９３）を形成するために、入力レーザビーム（５９１）を受けるためのものであり、前記第２の側面（５７９）は、前記レーザ波長において透過率が高い第３および第４の窓（５８５、５８７）を有している、レーザ活性材料のブロック（５７１）と、
を備えた、フォーパスレーザ増幅器（５７０）であって、
前記第１の側面（５７７）は、前記第２の側面（５７９）と側面２面角を形成して、
前記第２の窓（５８３）に近接して配置された第１の外部ミラー（６０３ａ）が、前記第３の窓（５８５）に近接して配置された第２の外部ミラー（６０３ｂ）へワンパス増幅レーザビーム（５９３ａ）を反射し、前記第２の外部ミラー（６０３ｂ）は、前記利得シート（５８９）を通って前記第４の窓（５８７）へと第２のジグザグパス（５９５）を形成するために、前記第３の窓（５８５）へ前記ワンパス増幅レーザビーム（５９３ａ）を反射し、
前記第４の窓（５８７）に近接して配置された第３の外部ミラー（６０５）が、前記利得シート（５８９）を通って前記第３の窓（５８５）へと第３のジグザグパス（５９７）を形成するために、前記第４の窓（５８７）へツーパス増幅レーザビーム（５９５ａ）を跳ね返し、
前記第２の外部ミラー（６０３ｂ）は、スリーパス増幅レーザビーム（５９７ａ）を前記第１の外部ミラー（６０３ａ）へ反射するようさらに機能し、前記第１の外部ミラー（６０３ａ）は、前記第１の窓（５８１）でフォーパス増幅レーザビーム（６０１）として出現するよう、前記利得シート（５８９）を通って第４のジグザグパス（５９９）を形成するために、前記第２の窓（５８３）へ前記スリーパス増幅レーザビーム（５９７ａ）を反射するようさらに機能することを特徴とする、フォーパスレーザ増幅器（５７０）。
【請求項３３】
第２の側面とのウェッジ側面２面角を画定する第１の側面を有するレーザ活性スラブ（７１１）であって、前記第１の側面と前記第２の側面はそれぞれ、レーザ波長において反射率が高い光学コーティングを有し、前記レーザ活性スラブ（７１１）は、前記第１および第２の側面のうちの一方で前記レーザ波長に対して透過率が高い第１の窓（７３７）と、前記第１および第２の側面のうちの一方で前記レーザ波長に対して透過率が高い第２の窓（７３９）とをさらに含む、レーザ活性スラブ（７１１）と、
前記第１の側面に近接して配置されたダイオードバー（７１３）と、
前記ダイオードバー（７１３）と前記第１の側面との間に配置されたマイクロレンズ（７１７）と、
前記レーザ波長において一部透過する第１のミラー（７２１）であって、前記第１のミラー（７２１）は、前記第１の窓（７３７）へとレーザ放射を一部反射するよう位置付けられ配向した、第１のミラー（７２１）と、
前記レーザ波長において反射率が高い第２のミラー（７２３）であって、前記第２のミラー（７２３）は、前記第１および第２のミラー（７２１、７２３）が前記レーザ活性スラブ（７１１）とレーザ空洞（７２０）を形成するために、前記第２の窓（７３９）へレーザ放射を反射するよう位置付けられ配向した、第２のミラー（７２３）と、
を備えたレーザ振動システム（７１０）。
【請求項３４】
第２の側面とのウェッジ側面２面角を画定する第１の側面を有するレーザ活性スラブ（７４１）であって、前記第１の側面と前記第２の側面はそれぞれ、レーザ波長に対して反射率が高い光学コーティングを有し、前記第１の側面は、第１の窓と第２の窓とをさらに含んでいる、レーザ活性スラブ（７４１）と、
前記第１の側面に近接して配置されたダイオードバー（７４３）と、
前記ダイオードバー（７４３）と前記第１の側面との間に配置されたマイクロレンズ（７４７）と、
前記レーザ波長において一部透過する出力カプラミラー（７５１）と、
前記レーザ波長において反射率が高い第１および第２のミラー（７５３、７５５）であって、前記第１のミラー（７５３）は、前記第１の窓と前記出力カプラミラー（７５１）との間にレーザ放射を反射するよう位置付けられ配向し、前記第２のミラー（７５５）は、前記第２の窓と前記出力カプラミラー（７５１）との間にレーザ放射を反射するよう位置付けられ配向した、第１および第２のミラー（７５３、７５５）と、
を備えた、リングレーザ振動システム（７４０）。
【請求項３５】
レーザ発振器（８０１）と、
第２の側面と第１のウェッジ側面２面角を画定する第１の側面を備えた第１のレーザ活性スラブ（７７１）を含む第１の増幅器（７７０）であって、前記第１の側面は、レーザ波長において反射率が高い第１の光学コーティングを有する、第１の増幅器（７７０）と、
第４の側面と第２のウェッジ側面２面角を画定する第３の側面を有する第２のレーザ活性スラブ（７８１）を含む第２の増幅器（７８０）であって、前記第３の側面は、前記レーザ波長において反射率が高い第２の光学コーティングを有する、第２の増幅器（７８０）と、
前記レーザ発振器（８０１）と前記第１の増幅器（７７０）との間の光路内に配置された第１のモード整合構成部品（８０５ａ）と、
前記第１の増幅器（７７０）と前記第２の増幅器（７８０）との間の光路内に配置された第２のモード整合構成部品（８０５ｂ）と、
を備えた、発振増幅器チェーン（８００）。
【請求項３６】
前記レーザ発振器（８０１）は、定在波発振器とリングレーザ発振器のうちの一方を備えた、請求項３５に記載の発振増幅器チェーン（８００）。
【請求項３７】
前記レーザ発振器（８０１）と前記第１のモード整合構成部品（８０５ａ）との間の光路内に配置されたファラデー絶縁素子（８０２）をさらに備えた、請求項３５に記載の発振増幅器チェーン（８００）。
【請求項３８】
前記第１のモード整合構成部品（８０５ａ）は、１対１の画像撮影を行う画像リレーレンズまたはレンズシステムのうちの一方を備えた、請求項３５に記載の発振増幅器チェーン（８００）。
【請求項３９】
入射レーザビームまたは共振モードを増幅する際の使用に適したレーザ増幅器であって、前記レーザ増幅器は、
特定の幅と長さを有するレーザ活性材料のスラブであって、前記レーザ活性スラブは、第２の側面とのウェッジ側面２面角を画定する第１の側面をさらに有し、前記ウェッジ側面２面角は、前記レーザ活性スラブ内の寄生増幅自然放出光を最小限にするよう選択される、レーザ活性材料のスラブと、
前記第１の側面に近接して配置されたダイオードバーであって、前記ダイオードバーは、前記レーザ活性スラブ内で利得シートを形成するためにポンプ出力を発する複数の半導体ダイオードレーザを有する、ダイオードバーと、
前記ダイオードバーと前記第１の側面との間に配置されたマイクロレンズと、
前記第１の側面の一部の上に配置された第１の光学コーティングであって、前記第１の光学コーティングは、レーザビームの波長において反射率が高く、前記ポンプ出力の波長において透過率が高い、第１の光学コーティングと、
前記第２の側面の少なくとも一部の上に配置された第２の光学コーティングであって、前記第２の光学コーティングは、前記レーザビームの前記波長において反射率が高い、第２の光学コーティングと、
前記第１の側面の上に配置された入口窓であって、前記入口窓は、前記レーザビームの前記波長において透過率が高い、入口窓と、
前記第１の側面と前記第２の側面のうち少なくとも一方の上に配置された出力窓であって、前記出力窓は、前記レーザビームの前記波長において透過率が高い、出力窓と、
を備え、
それによって、前記入力レーザビームまたは共振モードが、前記入力窓を通って、前記レーザ活性材料のスラブ内に注入されると、前記入力レーザビームまたは共振モードは、前記利得シートを通ってジグザグ経路をたどり、前記出力窓を通って出、前記入力レーザビームは、それによって、前記反射地点でそれぞれ曲げ角度を形成する経路区画に沿って、前記第１および第２の側面の間で交互に複数の反射を行い、前記曲げ角度は一連の経路頂点を画定し、前記経路頂点は、前記第１および第２の側面に沿って不規則に間隔が空いていて、前記曲げ角度はさらに、対応する経路頂点の間隔または、前記第１および第２の側面に沿った経路頂点位置の関数として変動する、レーザ増幅器。
【請求項４０】
前記スラブの長さは、約１２から２０ミリメートルである、請求項３９に記載のレーザ増幅器。
【請求項４１】
前記ダイオードバーは、少なくとも２０ワットのポンプ出力を生成する、請求項３９または請求項４０に記載のレーザ増幅器。
【請求項４２】
レーザ活性材料でできたウェッジスラブにおいて寄生増幅自然放出光を抑制するために、最適なウェッジ側面２面角を得るための方法であって、前記方法は、
前記レーザ活性材料でできたシミュレータスラブを設ける工程と、
レーザ波長において反射率が高い第１および第２のシミュレータミラーを設ける工程と、
前記シミュレータスラブを囲むよう前記第１および第２のシミュレータミラーを位置付けることによって、シミュレーションレーザ増幅器を構成し、ミラー２面角を形成するよう前記第１および第２のシミュレータミラーを配向する工程と、
ポンプ出力源を用いて前記シミュレータスラブ内に利得シートを生成する工程と、
入力レーザビームを前記利得シートへ向け、それによって、前記入力レーザビームは、前記第１および第２のシミュレータミラー間のジグザグ経路をたどり、前記シミュレータスラブから増幅レーザビームとして現われる工程と、
前記シミュレーション増幅器内に寄生増幅自然放出光が存在するかどうかを検査する工程と、
前記検査工程が、寄生増幅自然放出信号が所定レベルを超えていることを示す場合、前記ミラー２面角を繰り返し大きくし、最適なミラー２面角が決定されるまで前記検査工程を繰り返して、前記寄生増幅自然放出信号が、前記最適なミラー２面角で前記所定レベルかまたはそれを下回っていると示される工程と、
前記レーザ活性材料でできたウェッジスラブにおいて寄生増幅自然放出光を抑制するために、前記最適なミラー２面角を最適なウェッジ側面２面角として特定する工程と、
を含む方法。
【請求項４３】
前記寄生増幅自然放出信号が、前記所定レベルを超えていない場合、前記ミラー２面角を繰り返し低減し、前記所定レベルを超える寄生増幅自然放出信号が示されるまで、前記検査工程を繰り返す工程と、前記最適なウェッジ側面２面角として、前記寄生増幅自然放出信号が前記所定レベルかまたはそれを下回ると決定される、最も小さいミラー２面角を特定する工程とをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記検査工程は、前記ミラー２面角に対するポンプ出力の関数として増幅レーザビーム出力を示した入出力電力曲線を生成する工程を含み、それによって、前記入出力電力曲線が、直線から予め特定された値それた場合に、所定レベルを超えた寄生増幅自然放出光の存在が示され、前記入出力電力曲線が、前記直線から前記所定のレベルの値それていない場合には、前記所定レベルを超えた寄生増幅自然放出光の存在が示されない、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記検査工程は、前記入力レーザビームを除去し、前記シミュレータスラブから寄生増幅自然放出出力を測定する工程を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記シミュレータスラブは、平行な側面を備え、前記シミュレータスラブはさらに、前記レーザ活性材料のウェッジスラブとほぼ同じ寸法を有している、請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
レーザ活性材料でできたウェッジスラブにおいて寄生増幅自然放出光を抑制するために、最適なウェッジ側面２面角を得るための方法であって、前記方法は、
前記ウェッジスラブレーザ装置と実質的に同じ寸法と活性特性とを有する、レーザ活性材料でできたシミュレータスラブであって、前記シミュレータスラブは、平行な側辺をさらに有している、シミュレータスラブを設ける工程と、
レーザ波長において反射率が高い第１および第２のシミュレータミラーを設ける工程と、
前記シミュレータスラブを囲むよう前記第１および第２のシミュレータミラーを位置付け、最初のミラー２面角で前記第１および第２のシミュレータミラーを配向する工程と、
ポンプ出力源を用いて前記シミュレータスラブ内に利得シートを生成する工程と、
入力レーザビームを前記利得シートへ向け、それによって、前記入力レーザビームは、前記第１および第２のシミュレータミラー間で少なくとも１つのジグザグパスを形成し、前記シミュレータスラブから増幅レーザビームとして現われる工程と、
増幅したレーザビーム電力を、前記最初のミラー２面角に対するポンプ電力の関数として示す、最初の入出力電力曲線を生成する工程と、
前記最初の電力曲線が非線形である場合には、前記ミラー２面角を大きくする前記工程を繰り返し行い、線形の入出力電力曲線が得られるまで、最適なミラー２面角で、対応する入出力電力曲線を生成する工程と、
前記最初の入出力電力曲線が線形である場合には、前記入力レーザビームを除去することによって寄生増幅自然放出信号検査を行い、前記利得シートが所定レベルを超える寄生増幅自然放出信号を生成するかどうかを決定する工程と、
前記寄生増幅自然放出信号が前記所定レベルを超える場合、前記ミラー２面角を大きくする前記工程を繰り返し、前記寄生増幅自然放出信号が前記所定レベルかまたはそれを下回るまで、最適なミラー２面角で、前記増幅自然放出信号検査を行う工程と、
前記寄生増幅自然放出信号が前記所定レベルかまたはそれを下回る場合、レーザ活性材料でできたウェッジスラブにおいて寄生増幅自然放出光を抑制するために、前記最適なミラー２面角を最適なウェッジ側面２面角として特定する工程と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザダイオードによって励起される固体レーザ増幅器に関し、特に、レーザ増幅器内での増幅自然放出光の発生を低減するために、くさび形状のレーザ活性スラブを用いて作動するレーザ増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術では、固体レーザ媒質を励起するために（すなわち、ダイオード励起）、１つまたは複数の半導体ダイオードレーザからレーザ放射を用いることが知られている。ダイオード励起によって、出力が同程度のランプ励起固体レーザよりも、効率がよく、小型で、信頼でき、ビーム質が良好な高出力固体レーザ装置となる。近年、新しい固体レーザ材料のアレイが増え、レーザ設計者が選択可能なダイオードレーザポンプ波長がより広範囲になっているために、数多くの新しいダイオード励起固体レーザ（ＤＰＳＳＬ）の設計が現れてきている。
【０００３】
ダイオード励起固体レーザは、従来は、端面励起または側面励起レーザのいずれかとして分類されている。端面励起レーザの設計では、光ポンピングに用いられるダイオードレーザ放射が、固体利得媒質で生成または増幅されるレーザ光と略平行に進む。側面励起レーザの設計では、ダイオードレーザポンプ放射は、生成または増幅されるレーザ光と略垂直または直交して進む。端面励起ＤＰＳＳＬは、典型的には、非常に効率がよく（例えば、スロープ効率は５０％以上であり得る）、極めて良好なＴＥＭ００（回折限界）ビーム質を示す。端面励起レーザの設計は、ダイオードポンプ電力が特定レベルを越えて増加すると、固体レーザ媒質が熱破壊される可能性があるため、通常は、比較的低い平均出力電力レベルを生成するよう限定されていると考えられている。ポンプ光を固体媒質に深く通させ、レーザロッドまたはスラブの全長に沿ってポンプ電力をより均一に分配する端面励起ＤＰＳＳＬ設計は例外的である。しかし、これらのレーザは、ある予防的な設計方策が実施されない限り、出力ビーム質が劣化してしまうことが多い。
【０００４】
逆に、側面励起法は、熱破壊が生じる前に、より高出力レベルで固体レーザ媒質を励起することができる。これは、主に、ダイオードポンプ電力が、固体結晶表面のうちより大きな面積に亘って分布するからである。歴史的に見ると、側面励起ＤＰＳＳＬの設計は、端面励起レーザよりも幾分効率が悪く、低いビーム質を示してきた。断面が丸いレーザロッドの側面励起は可能であるが、多くの側面励起法はレーザ活性固体材料でできた矩形状のスラブを利用している。その場合、レーザ活性スラブの断面は、正方形または矩形のいずれかである。レーザ活性スラブの幾何形状によって、熱除去によって確立した温度勾配が主に単一方向で生じるように、レーザ媒質から熱を除去してもよい。この構造によって、温度勾配と平行または垂直のいずれかにレーザビームを偏光し、熱応力誘導による被屈折が原因の不快な効果なしに、直線偏光レーザビームをレーザ活性スラブで増幅させることができる。
【０００５】
近年、いくつかのダイオード側面励起レーザ利得モジュールまたは増幅器の仕組みが現れてきた。これらの仕組みによって、効率よく操作するために典型的に必要であるように、ＴＥＭ００レーザビームまたは共振モードを、固体レーザ媒質の光ポンピング容量と合致させることができる。例えば、Ｅｇｇｌｅｓｔｏｎらによる「スラブ構造レーザ−第１章：理論"The slab geometry laser - Part I: Theory"」、J. Quantum Electronics、第２０巻、２８９〜３０１ページ（１９８４年）は、増幅されているビームが、全内反射（ＴＩＲ）によって、スラブの２つの平行面のそれぞれで多数回反射される、側面励起ジグザグスラブの仕組みについて記載している。増幅されたビームをＴＩＲで反射するよう構成された同じ２つの面を通って、ダイオードポンプ電力がスラブ内に送り込まれる。これらの２つの面は、スラブを冷却するためにも用いられる。増幅したビームが取るジグザグ経路は、そうでなければスラブ内の励起誘導および冷却誘導の不均一さが有するかもしれない、増幅ビームプロファイルへの空間の歪み効果を平均または軽減することを助ける。
【０００６】
Ｅｇｇｌｅｓｔｏｎ引例によって教示されているように、レーザ活性スラブの同じ２つの平行面は熱除去を経て励起し、レーザ活性スラブ内で増幅ビームを反射させるために用いられる。これらの必須事項によって、このようなレーザ活性スラブの設計の設計および製造が著しく複雑になる。ジグザグのビーム経路を確立するためにＴＩＲを用いると、増幅自然放射光（ＡＳＥ）と寄生振動の問題を防ぐのを助けるが、それはまた反射回数、すなわち、設計者が所定の長さのレーザ活性スラブ媒質に沿って達成可能な単光路利得の長さを制限してしまう。
【０００７】
Ｂａｅｒに発行された米国特許第５，２７１，０３１号明細書にも、レーザ活性スラブのジグザグ経路に沿って増幅ビームを案内するために用いられる同じ平行なスラブの側面に、ダイオードポンプ光が注ぎ込まれるジグザグのスラブ設計が開示されている。Ｂｅａｒ'０３１号はさらに、横ポンピングで縦続増幅段を備えた、高効率で、モード整合した固体レーザを教示している。レーザ波長において反射率が大きく、ダイオードポンプ波長において透過率が大きい、薄膜ダイクロイック光学コーティングが、平行な側面に配置されている。レーザ活性スラブを通って、ジグザグのビーム経路を確立するのに、ＴＩＲは用いられなかった。スラブは、横の面（すなわち、レーザ活性スラブの上面および／または底面）を通って冷却されるが、ダイオード励起とジグザグのビーム反射に用いられる側面を通っては冷却されなかった。
【０００８】
Ｂｅａｒ'０３１号の設計では、１つの側面を通ってポンピングするための単一の１−Ｄアレイダイオードバーポンプ源、または両方の平行な側面を通ってポンピングするための２つのダイオードバーが、レーザ活性スラブ媒質に入る前に、ダイオードバー内の個々のエミッタから放出されるビーム（すなわちビームレット）発散を最小限にするために、レーザ活性スラブの極めて近く（約０.４５ｍｍ）で位置している。この構造によって、レーザ活性スラブ材料に入りポンピングする、異なった個々のビームレットとなり、それゆえに、レーザ活性スラブの側面において、対応する１−Ｄアレイの離散利得領域を形成する。ダイオード励起の利得領域のアレイは、ダイオードバーのポンプ源内のダイオードエミッタのパターンと１対１で対応し、レーザバー上のダイオードエミッタのピッチと同じ利得領域間の空間（またはピッチ）を有している。すなわち、ダイオードエミッタの均一に間隔の空いたアレイに関しては、スラブ内の異なる利得領域のアレイは、同様に、同じピッチで均一に間隔が空けられている
【０００９】
レーザ活性スラブを通って増幅ビームが取るジグザグ経路の頂点は、ダイオードレーザバーのエミッタ位置と対応する全てのダイオード励起利得領域と空間的に重なるように、位置合わせされている。この「きつく折りたたまれた（ｔｉｇｈｔｌｙ  ｆｏｌｄｅｄ）」構造を用いると、レーザ活性スラブを１０Ｗのダイオードバーでポンピングする際に、レーザ増幅器を通る単一経路に対して１５ｄＢ（すなわち、３２の増幅係数）もの高いレーザ増幅利得を示すことができた。しかし、Ｂｅａｒ'０３１号で教示された設計を用いると、きつく折りたたまれたビームのダイオードエミッタとの位置合わせを初期に達成することと、それを維持することの両方において課題が提示される。このことによって、特に、中程度または大容量の製造状況に適用する場合に、Ｂｅａｒ'０３１号の設計を実際に適用することが複雑になる。さらに、レーザ活性媒質のレーザ波長において発生した、望ましくない増幅自然放出光（ＡＳＥ）または寄生振動が、平行な高反射側面の間のレーザ活性スラブ内で構築可能である。この望ましくないＡＳＥの発生によって、寄生振動およびＡＳＥを防止するのに特に注意を払わずとも、増幅利得を劇的に低減することができる。
【００１０】
寄生横振動とＡＳＥを防ぐためのいくつかの方法がＢｅａｒ'０３１号に記載されている。１つの方法は、レーザ活性スラブの平行面上でミクロパターン膜を形成することに関し、膜は、高反射（ＨＲ）膜領域と増透（ＡＲ）膜領域とを交互に有している。レーザ増幅器の作動中、ジグザグのビーム経路は、膜のＨＲ領域でレーザ活性スラブの平行面で反射する。ＨＲ領域の、レーザ活性スラブの長さに沿ったピッチは、ダイオードバーの長さに沿ったダイオードエミッタのピッチと同じである。レーザ活性スラブの平行面のうちの一方の上のＨＲ領域は、他方の平行面上のＡＲ領域と正反対で、それによって、理論上は、レーザ活性スラブの幅に亘る横の寄生振動またはＡＳＥの増加を防ぐ。Ｂｅａｒ'０３１号で記載されている横寄生を抑制する別の方法は、ＨＲ膜を備えた両方の平行面をコーティングすることと、その後、その膜を選択的にエッチング除去して、平行面の一方の上のＨＲ領域が、ＨＲ膜がエッチング除去された他方の平行面上の領域と正反対になるようにすることとに関する。このようなミクロパターンの膜は製造するのが難しく、費用がかかり、中程度および大容量の用途で製造するのに実用的ではないと見なされ得る。
【００１１】
Ｂｅａｒ'０３１号に記載の横寄生を抑制する第３の方法は、２つの名目上は平行な面を「わずかに押し込む（ｓｌｉｇｈｔｌｙ  ｗｅｄｇｅ）」ことである。文献は、ウェッジ角度が大きすぎると、ダイオードエミッタの位置と、ジグザグのビーム経路の頂点位置との間のモード整合を維持するのに、ダイオードエミッタ間の空間が不均一なダイオードバーが必要になると述べていることを除いては、ウェッジ角度の大きさを数値で表していない。これは、反射面がもはや平行ではなく、したがって、ジグザグ経路の頂点がレーザ活性スラブの長さに沿って不均一に間隔が空くことになるためである。Ｂｅａｒ'０３１号に関連した科学記事［Ｂｅａｒ  ＴＭらによる「きつく折りたたまれた共振器構造におけるダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧおよびＮｄ：ＹＬＦレーザの性能"Performance of diode-pumped Nd:YAG and Nd:YLF lasers in a tightly folded resonator configuration"」、J Quantum Electronics、第２８巻、１１３１〜１１３９ページ（１９９２年）］では、０．６ミリラジアン（すなわち０．０３５度または２アーク分）のウェッジ角度が、横寄生を抑制するのに「おそらく」十分であるが、不均一に間隔の空いたダイオードエミッタの位置でモード整合を維持するには十分小さいと、記載されていた。しかし、Ｂｅａｒ'０３１号で引用された０．６ミリラジアンの横のウェッジ角度は、４０Ｗ以上の高出力レベルの、Ｎｄをドープした１０６４ｎｍのレーザスラブをポンピングする場合に、横寄生およびＡＳＥを抑制するのに十分ではないと示されてきている。
【００１２】
Ｂｅａｒ'０３１号で教示する設計の欠点は、Ｒｉｃｈａｒｄらに発行された米国特許第５，６５１，０２１号明細書にも記載されている。Ｒｉｃｈａｒｄらの'０２１号は、Ｂｅａｒ'０３１号に教示のきつく折りたたまれた設計だと、「その設計から得られる最大出力は、平行な対向反射膜間で生じる超放射（ＡＳＥ）によって制限される。さらに、反射点をレーザダイオードの活性領域と整合する必要があるため、複数のパスの光路は極めて複雑になる」と述べている。
【００１３】
Ｍｏｕｌｔｏｎらに発行された米国特許第５，７７４，４８９号は、増幅中のビームがレーザ活性スラブの長手方向の端面を通って出入りする、ダイオード側面励起レーザ活性スラブ増幅器を開示している。増幅中のビームは、ダイオードポンプ光が入る横の側面で反射しない。むしろ、増幅したビームは、レーザ活性スラブの長手方向の端部で位置付けられたミラーを用いて案内されて、最大寸法に沿って、レーザ活性スラブを通る複数のジグザグパスを形成する。ジグザグのビーム構造を達成するために用いられた端部ミラーは、外部ミラーであってもよく、あるいは、端部ミラーは、増幅ビームが出入りするために端面に窓部を残して、レーザ活性スラブの各端面の一部の上に直接コーティングされてもよい。
【発明の開示】
【００１４】
開示された装置および方法は、入力レーザビームを増幅するポンプ電力源を備えたレーザ活性スラブであって、レーザ活性スラブは、ウェッジ側面２面角を画定する対向側面と、対向する縦面と、対向する平行な横面とを有するレーザ活性材料のブロックを含んでいる。ウェッジ側面２面角は、レーザ活性スラブ内の寄生増幅自然放出光を最小限にするよう選択されてもよい。側面は、ポンプ電力の波長において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高い光学コーティングを含んでもよい。ポンプ電力源は、レーザ活性スラブで利得シートを形成する、１つまたは複数のレーザダイオードバーやマイクロレンズであってもよい。装置は、入力したレーザビーム用の利得シートを通る、別のジグザグパスを設けるよう位置付けられ、配向した、レーザ波長において反射率が高い、１つまたは複数の外部ミラーを含んでもよく、それによってマルチパスレーザ増幅器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる、入力レーザビームと、レーザ活性スラブと、ダイオードバーと、マイクロレンズとを含む、レーザ増幅器を表した図である。
【図２】冷却面を示した、図１のレーザ増幅器の端面図である。
【図３】レーザ活性スラブの角度で配向したダイオードバーを示した、図１のレーザ増幅器の代替構成図である。
【図４】単一パスの動作モードを示した、図１のレーザ増幅器の機能図である。
【図５】側面２面角の特徴を示した、図１のレーザ活性スラブの詳細な図である。
【図６】図５のレーザ活性スラブから寄生振動の除去を示した図である。
【図７】代替の側面２面角の特徴を示した、図１のレーザ活性スラブの詳細な図である。
【図８】利得シートを示した、図７のレーザ活性スラブの側面図である。
【図９】図１のレーザ活性スラブに沿った側方変位の関数として、種々のレベルのポンピングエネルギー吸収に対する、相対利得のグラフである。
【図１０】入力したレーザビームの第１の入射角度に対する、図１のレーザ増幅器の動作の単一パスモードを示している。
【図１１】入力したレーザビームの第２の入射角度に対する、図１のレーザ増幅器の動作の単一パスモードを示している。
【図１２】入力したレーザビームの第３の入射角度に対する、図１のレーザ増幅器の動作の単一パスモードを示している。
【図１３】サイドミラーを含んだ、図１のレーザ増幅器の代替実施形態を示している。
【図１４】レーザ活性スラブ内のドープされていない端部を示した、図１のレーザ増幅器の代替実施形態を示している。
【図１５】レーザ活性スラブ内の傾斜入口面と出口面を含んだ、図１のレーザ増幅器の代替実施形態を示している。
【図１６】ポンプ電力をレーザ活性スラブに送るのに用いられる１次元アレイの光ファイバを含んだ、図１のレーザ増幅器の代替実施形態を示している。
【図１７】複数のダイオードバーを有する２次元レーザダイオードアレイでポンピングされた、図１のレーザ増幅器の代替実施形態を示している。
【図１８】図１７のレーザ増幅器の代替実施形態を示している。
【図１９】本発明にかかる、レーザ活性スラブに最適なウェッジ角度を決定するための装置を示している。
【図２０】図１９の装置を用いた、レーザ活性スラブに最適なウェッジ角度を決定するための手順を示したフローチャートである。
【図２１Ａ】図１９の装置を用いて得られることができるように、ポンプ電力の関数としてのレーザ出力電力のグラフである。
【図２１Ｂ】図１９の装置を用いて得られることができるように、ポンプ電力の関数としてのレーザ出力電力のグラフである。
【図２２】単一のダイオードポンプ源を含んだレーザ増幅器の図である。
【図２３】複数のダイオードポンプ源を含んだレーザ増幅器の図である。
【図２４】本発明にかかる、ツーパスレーザ増幅器の実施形態の図である。
【図２５】図２４のツーパスレーザ増幅器の代替実施形態の図である。
【図２６】図２４のツーパスレーザ増幅器の別の代替実施形態の図である。
【図２７】図２４のツーパスレーザ増幅器のさらに別の代替実施形態の図である。
【図２８】図２４のツーパスレーザ増幅器のさらに別の代替実施形態の図である。
【図２９】本発明にかかる、スリーパスレーザ増幅器の実施形態の図である。
【図３０】本発明にかかる、フォーパスレーザ増幅器の実施形態の図である。
【図３１】本発明にかかる、ボリュームブラッグ回折格子を含んだ、レーザ増幅器の実施形態の図である。
【図３２】本発明にかかる、縦面を通ってポンピングされたレーザ増幅器の実施形態の図である。
【図３３】本発明にかかる、凸側面を有するレーザ増幅器の実施形態の図である。
【図３４】本発明にかかる、レーザ発振器を構成するための装置の図である。
【図３５】本発明にかかる、リングレーザ発振器の図である。
【図３６】本発明にかかる、縦続レーザ増幅チェーンの図である。
【図３７】本発明にかかる、増幅自然放出源の図である。
【図３８】本発明にかかる、ドープされていない側面部を備えたレーザ活性スラブを有する、レーザ増幅器の図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
入射レーザビーム３１が特定のレーザ波長を有する、レーザ増幅器１０の簡略化された図が図１および図２で示されている。レーザ増幅器１０は、レーザ活性スラブ１１とダイオードバー２１と任意のマイクロレンズ２３とを含んでいる。レーザ活性スラブ１１は、第１の側面１３と、第１の側面１３と対向する第２の側面１５と、第１の縦面１７と、第１の縦面１７と対向する第２の縦面１９とを含んでいる。レーザ活性スラブ１１は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦおよびＴｍ：ＹＡＩＯなどレーザ活性材料のブロックを含んでもよい。
【００１７】
ダイオードバー２１は、複数の半導体ダイオードレーザ（図示せず）を備え、ダイオードエミッタビームレット２５ａ〜２５ｅによって表されているように、ポンプ電力波長において動作し、各々複数の放射ビームを放出する。レーザ活性スラブ１１は、第１の側面１３上に配置され、入射レーザビーム３１の波長における反射率が高く、ダイオードエミッタビームレット２５ａ〜２５ｅのポンプ電力波長における透過率も高い、薄膜ダイクロイック膜などの、光学コーティング２７を含んでもよい。一実施形態においては、レーザ活性スラブ１１の大きさは、第１の縦面１７と第２の縦面１９との間で約１２〜２０ミリメートルであり、第１の側面１３と第２の側面１５との間で約３〜６ミリメートルであり得る。
【００１８】
レーザ増幅器１０は、入力窓３３を貫通し、レーザ活性スラブ１１内の利得シート３５を通って進むように、特定の入射角度で配向し、特定の距離で位置付けられた入力レーザビーム３１を増幅させるよう機能する。利得シート３５は、以下に極めて詳細に説明するように、ダイオードエミッタビームレット２５ａ〜２５ｅによって形成される。入力レーザビーム３１は、利得シート３５を貫通し、レーザ活性スラブ１１から、増幅レーザビーム３９として、出力窓３７を経て現れる。入力窓３３と出力窓３７とはそれぞれ、入力レーザビーム３１の波長に対して、ウィンドウ反射防止コーティング２９を含んでもよい。
【００１９】
レーザ増幅器１０は、利得シート３５を形成するために、ダイオードバー２１およびマイクロレンズ２３と合わせて用いる、第２のダイオードバー４１と第２のマイクロレンズ４３とをさらに含んでもよい。第２のダイオードバー４１は、複数の半導体ダイオードレーザ（図示せず）を備え、二次ダイオードエミッタビームレット４５ａ〜４７ｅによって表されているように、ポンプ電力波長において動作し、各々複数の放射ビームを放出してもよい。レーザ活性スラブ１１はまた、入力レーザビーム３１の波長で反射率が高く、第２の側面１５上に配置された第２の光学コーティング４７を含んでもよい。第２の光学コーティング４７はまた、二次ダイオードエミッタビームレット４５ａ〜４７ｅの波長において透過率が高くてもよい。
【００２０】
図２で最もよく見られるように、レーザ活性スラブ１１はまた、第１の横面５１と、対向する第２の横面５３とを含んでいる。第１の横面５１は、第２の横面５３とほぼ平行である。一実施形態では、レーザ活性スラブ１１の大きさは、第１の横面５１と第２の横面５３との間で約２ミリメートルであり得る。レーザ増幅器１０は、介在する導電材料６３（例えば、インジウム箔、はんだ、熱伝導性ＲＴＶまたは熱伝導性エポキシ樹脂）によって、第１の横面５１と熱接触して維持された、任意の冷却面６１（例えばヒートシンク）を含んでもよい。レーザ増幅器１０はまた、第２の横面５３に導電材料６３によって取り付けられた、第２の任意の冷却面６５を含んでもよい。冷却面６１、６３は、例えば、マイクロチャネルの冷却ブロック、対流または押込空気によって冷却されたファン付ヒートシンク、または銅もしくは水もしくは空気によって冷却される他の熱導電性材料のブロックを含んでもよい。あるいは、第１の横面５１と第２の横面５３とは、水流または空気流によって直接冷却されてもよい。図示を明瞭にするために、冷却面６１と導電性材料６３と第２の冷却面６５とは図１で示されておらず、入射レーザビーム３１は図２で示されていない。
【００２１】
図に示すように、ダイオードエミッタビームレット２５ａ〜ｅは、第１の側面１３におよそ垂直に入射し、二次ダイオードエミッタビームレット４５ａ〜３７ｅは、第２の側面１５におよそ垂直に入射する。ダイオードバー２１とダイオードバー４１はそれぞれ、エミッタ分離ピッチが約０．１〜１ミリメートルの範囲にある１次元レーザアレイバーを備えていてもよい。これは、例えば、カリフォルニア州サンタクララ（米国）のＣｏｈｅｒｅｎｔ  Ｉｎｃまたはミズーリ州セントチャールズ（米国）のＣｕｔｔｉｎｇ  Ｅｄｇｅ  Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓから市販されている。ダイオードバー２１および４１はそれぞれ、少なくとも２０〜８０ワットのポンプ電力を生成し得る。目下、マイクロレンズ２３は、速軸方向に沿って、ダイオードバー２１の放出を平行にするよう機能してもよく、それによって、ダイオードエミッタビームレット２５ａ〜ｅの準平行な発散は約１〜３度のＦＷＨＭであり、ＦＷＨＭ高さは、第１の側面１３で、約０．３〜０．５ｍｍである。このような構造によると、図中「ｔ」で示された利得シート３５の厚さは、約０．３〜０．５ｍｍであってもよい。ダイオードエミッタビームレット２５ａ〜ｅの平行でない発散は、遅軸方向に沿って、約１０度のＦＷＨＭであってもよい。マイクロレンズ２３は、例えば、ケペック（カナダ国）のＤｏｒｉｃ  Ｌｅｎｓｅｓ、ドルトムント（ドイツ国）のＬＩＭＯおよびカリフォルニア州ミルピタス（米国）のＢｌｕｅ  Ｓｋｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈが製造するレンズを備えていてもよい。
【００２２】
マイクロレンズ２３は、第１の側面１３で、隣接するダイオードエミッタビームレット２５ａ〜ｅを重ねるために、第１の側面１３から約１〜３０ミリメートルで位置してもよい。同様に、マイクロレンズ４３は、第２の側面１５から約１〜３０ミリメートルで位置してもよく、第２の側面１５で、隣接するダイオードエミッタビームレット４５ａ〜ｅを重ねるために、ダイオードエミッタビームレット４５ａ〜ｅの準平行の速軸発散は約１〜３度のＦＷＨＭで、平行でない遅軸発散は約１０度のＦＷＨＭである。
【００２３】
図３に示した代替実施形態では、ダイオードバー２１は、第１の側面１３に対する垂線よりも下の角度（ここでは、角度「Ａ」と表示）で配向されてもよい。角度は、第１の縦面１７の平面で測定すると約１°〜５°であり得る。角度Ａは、速軸に沿ったダイオードエミッタビームレット２５ａ〜ｅの直径、速軸に沿ったダイオードエミッタビームレット２５ａ〜ｅの発散、レーザ活性スラブ１１の媒質の屈折率および幅、第１の側面１３とマイクロレンズ２３とダイオードバー２１との間の相対的な距離の関数として決定可能である。したがって、例えば、ダイオードバー２１を配向することによって、レーザ活性スラブ１１を貫通し、第２の側面１５を出るダイオードエミッタビームレット２５ａ〜ｅのいずれかが、損傷を受ける可能性がある第２のダイオードバー４１から離れて向けられる。同様に、第２のダイオードバー４１は、図示したように、ダイオードバー２１が損傷を受けるのを避けるために、第２の側面１５に対する垂線よりも下の角度Ａで配向してもよい。あるいは、ダイオードバー２１および第２のダイオードバー４１のいずれか、または両方が、それぞれの側面１３、１５に対する垂線の、下ではなく上の角度Ａ（図示せず）で配向してもよい。
【００２４】
入力レーザビーム３１は、概して図４に示されるように、レーザ活性スラブ１１内の利得シート３５を貫通するよう配向し、それゆえに増幅する。図示を明瞭にするために、第２のダイオードバー４１と第２のマイクロレンズ４３とは示されていない。入力レーザビーム３１は、入力窓３３でレーザ活性スラブ１１に入り、入力窓３３で屈折し、利得シート３５を通って複数の経路区画７１ａ〜７１ｈを含み第１の側面１３と第２の側面１５で境界が定められた内側のジグザグ経路７１をたどる。伝播方向は、逆方向であってもよく、つまり、入力レーザビーム３１は出口窓３７で入り、入力窓３３を通って出てもよいことが、当業者に理解されるであろう。
【００２５】
第１の側面１３は、寸法「Ｗ」で示された、レーザ活性スラブ１１の幅と等しい距離で、第２の側面１５から離れている。したがって、各経路区画７１ａ〜７１ｈの長さは約Ｗ／ｃｏｓＢである。８つの経路区画７１ａ〜７１ｈのみを図示したが、入力レーザビーム３１は、下記に非常に詳細に説明するように、レーザ活性スラブを通るより多くのまたはより少ないパスを形成してもよい。光学コーティング２７と４７は、入力レーザビーム３１の波長における反射率が高くてもよい。この構造によって、ここでは経路頂点７３で角度「Ｂ」で示される、光学コーティング２７および４７が存在しない場合に求められるであろう角度よりも小さい角度で、内側で伝播するレーザ放射が反射する。したがって、代替実施形態においては、関連技術でよく理解されているように、光学コーティング２７および４７は、各側面１３および１５に配置されず、入力レーザビーム３１はより大きな放出角度「Ｆ」で入力されてもよく、内側のジグザグ経路７１は、側面１３および１５で全内反射（ＴＩＲ）によって伝播してもよい。
【００２６】
ジグザグ経路７１をたどることによって、入力レーザビーム３１は利得シート３５を通る複数のパスを形成し、それによって、関連技術で周知のように、増幅されて、増幅レーザビーム３９として出力窓３７で現れる。入力レーザビーム３１は、ＴＥＭ００ビームまたはＴＥＭ００に近い品質のビームであってもよい。利得シート３５の厚さは（図２の上方参照のこと）、最適なモード整合を達成するために、入力レーザビーム３１の横断寸法（すなわちｌ／ｅ２直径）とおよそ等しいかまたはわずかに大きいことが好ましく、それによって、レーザ増幅器１０から高利得および高効率で電力を抽出する。
【００２７】
図５および図６は、一定の尺度で描かれていないが、レーザ活性スラブ１１の幾何学構造の図である。レーザ活性スラブ１１は、幾何学構造でなければレーザ活性スラブ１１内で発生するであろう寄生振動または寄生増幅自然放出７５を緩和するよう機能する。図示を明瞭にするために、光学コーティング２７、ウィンドウ反射防止コーティング２９および第２の光学コーティング４７は図示されていない。第１の側面１３は、第１の縦面１７と第２の縦面１９とに対してほぼ垂直である。第２の側面１５は、第１の側面１３とウェッジ側面２面角「Ｃ」を形成するよう配向し、その場合、ウェッジ側面２面角Ｃは、少なくとも０．１°である。ウェッジ側面２面角Ｃは、図示を明瞭にすべく、誇張されていることが理解されるべきである。
【００２８】
この構造は、非対称な台形プリズムを形成し、利得シート３５を概して横方向に伝播する寄生増幅自然放出光７５を供給して、図６に示された寄生経路区画７７ａ〜７７ｄによって概して示されているように、第２の縦面１９に移動しつつ、第１の側面１３と第２の側面１５とから交互に反射することによって、第２の縦面１９を通ってレーザ活性スラブ１１から「出る」。図が簡略化され、寄生増幅自然放出光７５は、第１の側面１３と第２の側面１５とから図示されているよりも多い反射回数を表し得ることが理解されるべきである。概して、このような反射回数は、レーザ活性スラブ１１の寸法と、ウェッジ側面２面角Ｃの大きさの関数である。くさび型増幅器は、寄生増幅自然放出光を最小限にするよう働くので、２０〜８０ワット以上のポンプ電力が、従来のダイオード励起活性スラブに存在する熱機械応力の大きさを生じさせずに、増幅器内で利得シートを生成するために使用可能であることが当業者に理解されることができる。
【００２９】
図７に示した代替実施形態では、上述したレーザ活性材料のブロックを含むレーザ活性スラブ８１が、一定尺度で描かれていないが、図７に示した対称的な台形プリズムとして構成されてもよい。レーザ活性スラブ８１は、利得シート８７と第１の縦面９１とを含んでいる。第１の縦面９１は、図示の平面において、第２の縦面９３と平行に示されている。しかし、第１の縦面９１は、レーザ活性スラブ８１の増幅自然放出光の抑制特性を損なわずに、第２の縦面９３に対して、角度がついているかまたは反対にくさびで止められる（図示せず）ことができることが理解されるべきである。第１の側面８３は、第２の側面８５とくさび側面２面角「Ｄ」を形成するよう配向し、その場合、くさび側面２面角Ｄは、名目上は０．５°であり、約０．１°≦Ｄ≦約２．０°の範囲にあることが好ましい。第１の側面８３と第２の側面８５はそれぞれ、第１の縦面９１に対して鋭角の２面角を形成している。
【００３０】
レーザ活性スラブ８１は、図８に示すように、１つまたは複数の追加的な特徴を含んで、利得シート８７に亘る長手方向の増幅自然放出光または寄生放射の伝播を緩和してもよい。例えば、第２の縦面９３は、図示するように、横面８９に対して鋭角の２面角「Ｅ」を画定するように、傾斜していてもよく、その場合、８５．０°≦Ｅ≦８９．９°である。あるいは、第１の縦面９１は、横面８９に対して鋭角の２面角を形成するために、同様に傾斜してもよく（図示せず）、または第１の縦面９１は、第２の縦面９５に対して、傾斜（図示せず）且つ平行または逆並列であってもよい。さらに、長手方向の光学コーティング９５は、第１の縦面９１と第２の縦面９３（図示せず）のいずれかまたは両方の上に堆積されてもよく、その場合、長手方向の光学コーティング９５は、増幅されるレーザビームの波長において、非反射的である。当業者には、図８に示されている特徴が、本明細書で開示されている任意の他の実施形態で利用してもよく、このような他の構造は、本発明の範囲内にあることが理解されよう。
【００３１】
レーザ活性スラブ１１またはレーザ活性スラブ８１の幅Ｗに沿ったダイオード励起利得の均一性は、概して、レーザ活性スラブ１１または８１に吸収されるポンプ電力の量によって決定される。レーザ活性スラブ１１では、例えば、ダイオード励起利得の均一性は、それゆえに、第１の側面１３に入射し、第２の側面１５を横方向に通過するダイオードポンプ電力の関数、つまり、利得シート３５に吸収されない入射ポンプ電力の分数である。当業者のうちある人には周知であるように、レーザ活性スラブ１１に吸収されるポンプ電力の量は、数多くの要因に依存している。例えば、活性材料内のレーザ活性イオンのドーピング濃度、ダイオードポンプ電力の吸収率に対する全体の経路長さ、ピークダイオードポンプ波長、ダイオードポンプ電力のスペクトルプロフィルおよびダイオードポンプ電力の出力密度および偏光状態である。
【００３２】
図９のグラフ１０１を参照すると、一組の曲線１０３〜１０９が、入力レーザビーム３１の波長でダイオード励起された利得が、レーザ活性スラブ１１の幅Ｗに沿ってどのように変化するかを示している。グラフでは、レーザ活性スラブ１１は、各ダイオードバー２１および４１を備えた、第１の側面１３と第２の側面１５との両方で励起される。曲線１０３〜１０９の誘導は、ダイオードポンプ光が、周知のベールの法則の指数プロフィルに基づいて、レーザ活性スラブ１１に吸収され、レーザ活性スラブ１１の幅に沿った特定の点でのレーザ利得が、レーザ活性スラブ１１の特定の点でのダイオードポンプ電力レベルに直線的に比例していると考えられる。グラフ１０１は、スラブを透過する種々のレベル（５％、１０％、１５％および２０％）のポンプ電力に対して、利得がスラブ幅に沿ってどのように変化するかを示している。ある場合においては、例えば、準３レベルのレーザ活性材料がダイオードバー２１および４１で励起されている場合、レーザ活性スラブ１１をより高いレベルのポンプ電力で透過することが望ましく、それによって、利得プロフィルがレーザ活性スラブ１１の幅に沿ってより均一になる。このような構造によって、レーザ増幅器１０の純益が高くなるが、レーザ増幅器１０の効率が下がるという代償が存在し得る。
【００３３】
ダイオード励起利得シート３５内で確立された、飽和に達していない利得対単位長さ係数、または利得係数ｇ０は、全ダイオードポンプ電力と利得シート３５の厚さ「ｔ」との関数として、ポンプ電力密度から決定されることができる（図２参照のこと）。したがって、ｇ０は、レーザ活性スラブ１１に入射するポンプ電力を２倍にすることによって、または利得シート３５の厚さを半分にすることによって、約２倍にすることができて、レーザ活性スラブ１１内に生じるポンプ電力密度に依存した利得低減プロセスが存在しないと考えられる。
【００３４】
飽和に達していない、１パス当たりの電力／強度利得Ｇ０は、Ｇ０＝ｅｘｐ（ｇ０Ｌ）で与えられ得る。なお、ｇ０は、飽和に達していない利得係数で、Ｌは、レーザ活性スラブ１１を通る１つのジグザグパスの全長である。図４の実施形態においては、例えば、単一のパス利得長さＬは、経路区画７１ｂ〜７１ｇの長さと、利得シート３５内にある第１および最終区画７１ａ、７１ｈの一部の合計である。したがって、単一のパス利得長さＬは、レーザ活性スラブ１１の幅Ｗと、ダイオード励起利得シート３５と重なる経路区画の数とによって決定される。当業者に理解可能なように、利得シート３５内にある経路区画の数は、スラブ内への入力レーザビーム３１の入射角「Ｆ」と、レーザ波長におけるスラブ材料の屈折率と、利得シート３５の長手方向の長さとの関数として決定可能である。
【００３５】
図１０に示されるように、増幅される入力レーザビーム１１３または共振モードが、入力窓１１５を介してレーザ活性スラブ１１１に導入され、ジグザグ経路１３１をたどり、出力窓１１７を通って出る。各窓は、入力レーザビーム１１３の波長において透過率が高い光学コーティング１１９を含んでもよい。入力レーザビーム１１３は、第１の側面１２１に対する垂線から角度「Ｆ」で示された入射角で、ジグザグ経路１３１は、好ましくは、レーザ活性スラブ１１１内の利得シート１２９によって画定される平面内にある。利得シート１２９は、例えば、図１および図４で上述のように、側面１２１と第２の側面１２３と隣接するダイオードバー（図示せず）によって形成されてもよい。入射角Ｆによって、およそ図示されている通り、利得シート１２９を通る少なくとも１つのジグザグパスを形成しつつ、経路区画１３１ａ〜１３１ｆの終点によって表されているように、入力レーザビーム１１３が、側面１２１と１２３との間で交互に複数回内部反射する。第１の側面１２１と第２の側面１２３とは、それぞれ、入力レーザビーム１１３の波長において反射率が高く、利得シート１２９を製造するポンプ電力の波長において透過率が高い光学コーティング１２５を含んでもよい。
【００３６】
第１の側面１２１はさらに、第２の側面１２３に対してウェッジ側面２面角Ｃを形成するよう配向している。その場合、レーザ活性スラブ１１１の横方向の寸法は、入力窓１１５でよりも出力窓１１７での方がわずかに広い。したがって、複数の内部反射の点と経路区画１３１ａ〜ｆは、第２の側面１２５に沿って不均一に間隔が空いた一連の経路頂点１３３ａ〜１３３ｃを画定している。したがって、当業者に理解されるように、経路区画１３１ｅおよび１３１ｆによって形成された折り曲げ角度は、経路区画１３１ｃおよび１３１ｄによって形成された折り曲げ角度よりも、横方向のウェッジ角度Ｃの２倍に等しい量大きくなければならず、経路区画１３１ｃおよび１３１ｄによって形成された折り曲げ角度は、同様に、経路区画１３１ａおよび１３１ｂによって形成された折り曲げ角度よりも、横方向のウェッジ角度Ｃの２倍に等しい量大きい。つまり、折り曲げ角度は、側面１２１および１２３に沿った、対応頂点空間または位置の関数として変動する。同様に、経路区画１３１ｂの長さは、経路区画１３１ａの長さよりも大きい。入力レーザビーム１１３の伝播方向が、入力窓１１５から出力窓１１７、つまりレーザ活性スラブ１１１の狭い端部から広い端部である場合、各下流の経路区画は先の経路区画よりも大きい。
【００３７】
好ましくは、第１のダイオードバーが作り出すダイオードエミッタビームレット（図示せず）が、第１の側面１２１で遅軸方向で重なり、第２のダイオードバーが作り出すダイオードエミッタビームレット（図示せず）が、第２の側面１２３で遅軸方向で重なるように、レーザ活性スラブ１１１に隣接するダイオードバー（図示せず）は位置付けられ、それによって結果として生じる利得シート１２９はほぼ均一となる。したがって、経路区画１３１ａ〜１３１ｆは、大部分は、経路頂点１３３ａ〜ｃが第２の側面１２３に沿って均一に間隔が空いていなくても、利得シート１２９内に残っている。頂点１３３ｂと１３３ｃとの間の距離は、頂点１３３ａと１３３ｂとの間の距離よりも大きい。すなわち、開示された構造は、均等に間隔の空いたダイオードエミッタを有する標準的なダイオードバーを備えていても、上述のように機能する。これは、利得シート１２９がほぼ均一であるために、経路頂点１３３ａ〜ｃを、例えば、隣接するダイオードエミッタ（図示せず）の位置と整合する必要がないからである。開示された構造は、均一に間隔の空いた経路頂点と、ジグザグのレーザビーム経路の頂点位置に正確に合わせられたダイオードエミッタビームレットとを有する従来の構造と比較して、レーザ活性スラブ１１１内で達成可能なレーザ利得を幾分低減し得る。本明細書で記載した、開示された構造によると、エミッタ間の空間が１ミリメートルよりもはるかに小さい高出力のレーザダイオードバーを含み得る従来の構造と比較して、高利得を達成するのに必要な位置合わせを極めて単純にする。
【００３８】
ジグザグ経路１３１の単一パスの利得長さ「Ｌ」は、数あるパラメータのうちでも、入射角Ｆの関数である。これは、図１０の６区画のジグザグ経路１３１を、図１１の８区画のジグザグ経路１３５と、図１２の１１区画のジグザグ経路１３７と比較することによって最もよく示されている。比較するため、上述のようにレーザ活性材料のブロックまたはスラブを含むレーザ活性スラブ１１１を、屈折率が約２．１７で、長さが約１５ミリメートルで、幅が約６ミリメートルであるように特定することができる。ウェッジ側面２面角Ｃは、約１．０度であり得て、利得シート１２９の長手方向の寸法は、約１０ミリメートルであり得る。図１０の入射角Ｆは、少なくとも３３ミリメートル（すなわちＬ?５．５×６ｍｍ）の利得シート１２９（すなわち単一パスの利得長さＬ）においてジグザグ経路１３１の長さに数値を与えるために、約３２度である。
【００３９】
図１１における入射角Ｆは、少なくとも４２ミリメートル（すなわちＬ?７．０×６ｍｍ）の利得シート１２９においてジグザグ経路１３５の長さに数値を与えるために、約２１度である。図１２における入射角Ｆは、少なくとも５７ミリメートル（すなわちＬ?９．５×６ｍｍ）の単一パスの利得長さＬに数値を与えるために、約７．５度である。この構造においては、入力レーザビーム１１３は、別の出力窓１３９でレーザ活性スラブ１１１から出るジグザグ経路１３７をたどる。その場合、出力窓１３９は、光学コーティング１１９を含んでもよい。飽和に達していない約１．５ｃｍ−１の利得係数ｇ０について、２つの２０ワットのダイオードバーによって励起されたＮｄ：ＹＶＯ４などの活性媒質内で達成可能な値、例えば、図１０〜１２の単一パスの利得長さＬに対応する、飽和に達していない利得Ｇ０値は、それぞれ約１４１、５４４、および５，１６６である。
【００４０】
図４のダイオード励起レーザ増幅器１０から高利得および高効率で電力およびエネルギーを抽出することを達成するプロセスには、例えば、入力レーザビーム３１を利得シート３５にモード整合することを含む。モード整合は、利得シート３５によって画定されたダイオード励起の容量でジグザグ経路７１をたどる増幅ビームが占める容積に空間的に重なることによって達成可能である。概して、レーザ活性スラブ１１の横断方向における適切なモード整合には、利得シート３５の厚さが、ジグザグ経路７１に沿って本質的に全ての点で、入力レーザビーム３１またはモードの垂直方向の直径と名目上等しいかまたはわずかに大きい必要がある。あるいは、入力レーザビーム３１は、第１の横面５１と直交する垂直面内で集束し得て、ジグザグ経路７１に沿った１つまたは複数の点で、入力レーザビーム３１の横断直径またはモードは、利得シート３５の厚さよりも実質的に小さくなり得る。
【００４１】
ジグザグ経路７１の水平面における適切なモード整合は用途により、レーザ増幅器１０が、例えば、前置増幅器として、電力増幅器として、またはレーザ発振器内で用いられている。概して、利得シート３５の厚さと、単位長さ（ｇ０）当たりの飽和に達していない利得が一旦決定されると、入力角Ｆと、ジグザグ経路７１における対応する頂点の数とが調整されて、所望の単一パスの利得長さＬとレーザ活性スラブ１１の特定の幾何学構造と一致した抽出効率とを達成する。
【００４２】
ダイオード励起レーザ増幅器１０から高利得で高効率に電力とエネルギーを抽出することを達成するプロセスには、例えば、当業者に周知のビーム形成方法を用いて、横面内で、入力レーザビーム３１またはモードの直径を大きくすることが含まれてもよい。好ましくは、レーザ活性スラブ１１内部の横断ビーム直径は、第２の光学コーティング４７の端部またはレーザ活性スラブ１１の端部のいずれかで、ビームクリッピングや結果として生じる回折損を著しく発生させずに、ジグザグ経路７１に沿って最大になる。これは、入力レーザビーム３１が、入力窓３３と出力窓３７をそれぞれ介してレーザ活性スラブ１１に出入りするからである。
【００４３】
レーザ増幅器１０が、数ワットの平均ダイオードポンプ電力よりも大きい出力レベルで操作される場合、図２で示した冷却面６１および６５が、レーザ活性スラブ１１から熱除去するために用いられてもよい。この方法で、第１の横面５１と第２の横面５３とを冷却すると、横断方向で、すなわち第１の横面５１と第２の横面５３との両方に対して垂直な経路に沿って、実質的な熱勾配ができる。このような直線の熱勾配によって、偏光が横断方向であろうと利得シート３５の平面内であろうと、増幅するレーザビームまたはモードの偏光状態を著しく歪めずに、直線偏光したレーザビームを増幅することができる。
【００４４】
熱勾配は、ジグザグ経路７１の平面（すなわち利得シート３５の平面）に垂直であるため、レーザ活性スラブ１１が、第１および第２の横面５１および５３で冷却面６１および６５によって冷却されると、熱勾配は、望ましくない熱誘導レンズや、ジグザグ経路７１の平面とほぼ垂直な方向において入力レーザビーム３１またはモードを操縦するよう働く光学ウェッジとなり得る。この光学ウェッジの効果は、第１の横面５１と第２の横面５３との間の温度差が許容できないレベルでのビーム操縦となる場合に、生み出される。この温度差は、レーザ活性スラブ１１に吸収されるダイオードポンプ電力、レーザ活性材料の熱的性質、上部と底部の熱除去経路の熱抵抗の差および当業者に周知の他の要因の関数である。したがって、ジグザグ経路７１の平面に垂直な平面における、このような熱誘導光学ウェッジ効果は、およそ同じ温度で、冷却面６１および６５を維持することによって、並びに、熱抵抗が同じか同様の上部および底部の熱除去経路を設けることによって、最小限にすることができる。
【００４５】
図１３には、レーザ活性スラブ１５１と、第１および第２のサイドミラー１５３、１５５と、第１および第２のダイオードバー１５７および１５９と、第１および第２のマイクロレンズ１６１および１６３とを含んだ別のレーザ増幅器１５０が示されている。第１および第２のダイオードバー１５７および１５９は、レーザ活性スラブ１５１内で利得シート１７５を生成するために、協同して機能する。サイドミラー１５３および１５５は、入力レーザビーム３１の波長において反射率が高く、ダイオードバー１５７および１５９によって生成されたポンプ電力の波長において透過率が高い光学コーティング１６５を含んでいる。サイドミラー１５３および１５５は、好ましくは、それぞれ、側面１６７および１６９の２ミリメートル以内に位置している。側面１６７および１６９はそれぞれ、レーザ波長およびダイオードポンプ波長の両方で反射率が低くなるよう設計された反射防止コーティング１７１を有している。レーザ活性スラブ１５１は、上述のように、レーザ活性材料のブロックを含んでもよい。
【００４６】
好ましくは、反射防止コーティング１７１は、各側面１６７および１６９の全長に沿って塗布されている。サイドミラー１５３および１５５の基板は、ダイオードポンプ電力波長で吸収されないように選択され、ダイオードバー１５７および１５９と対向する面のダイオードポンプ波長で反射防止コーティング（図示せず）をさらに有していてもよい。第１のサイドミラー１５３は、第２のサイドミラー１５５とミラー２面角（図示を明瞭にすべく図示せず）を形成している。その場合、ミラー２面角は、上記の図５のウェッジ側面２面角Ｃと等しい。サイドミラー１５３と１５５はさらに、レーザ活性スラブ１５１の利得シート１７５を通って、ジグザグ経路１７３を形成するように、位置合わせされ、取り付けられている。
【００４７】
図１４には、例えば、準３レベルのレーザ材料とともに用いるのに適した、本発明の実施形態が示されている。この場合、レーザ増幅器１８０は、レーザ活性スラブ１８１と、ダイオードポンプ源１９１および１９３とを含んでいる。レーザ活性スラブ１８１の特定の構造は、その構造でなければ、レーザ波長で吸収領域として作用し得る、レーザ活性スラブ１８１内の励起されていない領域を減らすよう機能する。レーザ活性スラブ１８１は、レーザ活性スラブ１８１の活性区画１８７を備えた同じまたは同様の母材から製造される端部区画１８３および１８５を含んでいる。しかし、端部区画１８３および１８５は、レーザ活性イオンでドープされず、一方、利得シート１８９を含む活性区画１８７は、上述のレーザ活性材料におけるような、レーザ活性イオンでドープされる。
【００４８】
ポンプ電力は、ダイオードポンプ源１９１および１９３によってレーザ活性スラブ１８１に与えられる。ダイオードポンプ源１９１および１９３のそれぞれの物理長は、活性区画１８７の長手方向の長さとほぼ等しいので、活性区画１８７の全長は、ダイオードポンプ源で励起可能である。端部区画１８３および１８５には活性イオンが存在しないため、端部区画１８３および１８５のレーザ波長で、望ましくない吸収損失がない。端部区画１８３および１８５は、拡散接合法、または、フロリダ州ニューポートリッチー（米国）のＶＬＯＣ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎや、カリフォルニア州ダブリン（米国）のＯｎｙｘ  Ｏｐｔｉｃｓなどの市販業者を通して入手可能であるように、樹脂を要しない他の接合方法を用いて、活性区画１８７に光学的に接触または接合することができる。
【００４９】
図１５は、第１の側面２０３と第２の側面２０５とを含むレーザ活性スラブ２０１の代替実施形態を示している。第１の側面２０３は、傾斜した入口窓２０７と傾斜した出口窓２０９とを含んでいる。傾斜した入口窓２０７と傾斜した出口窓２０９はそれぞれ、第１の側面２０３の平面から角度「Ｇ」で配向し、その場合、角度Ｇは約３°〜５°である。すなわち、傾斜した入口窓２０７は、第１の側面２０３に対して１７５°〜１７７°のウィンドウ２面角を形成している。傾斜した入口窓２０７によって、入力レーザビーム３１は、傾斜した入口窓２０７が第１の側面２０３に対して同一平面上にある場合よりも、第１の側面２０３の法線からより大きな入口角で、レーザ活性スラブ２０１に入ることができる。したがって、より大きな入口および出口角だと、第１の側面２０３近くに位置する、例えば、ダイオードポンプ源（図示せず）によって、入力レーザビーム３１の部分的な遮断の妨げが補助されることができる。
【００５０】
図１６の図は、ダイオードバー（図示せず）からレーザ活性スラブ２２１の側面２２３へとダイオードポンプ光を送るために用いられた光ファイバ２１１〜２１９の一次元アレイ２１０を示している。側面２２３は、ダイオードポンプ電力の波長において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高い光学コーティング２２５を含んでもよい。各光ファイバ２１１〜２１９は、ポンプ光が、上述のレーザ増幅器構造におけるように、隣接するダイオードバーとして、同様のパターンで、側面２２３に向けられるように、一次元アレイ２１０内で構成されている。コリメータレンズ２２７が、レーザ活性スラブ２２１に入る前に、横面で準コリメート光ファイバ放出するのに用いられてもよい。
【００５１】
図１７は、レーザ増幅器２３０の代替構造を示している。レーザ活性スラブ２３１は、例えば、カリフォルニア州サンタクレア（米国）のＣｏｈｅｒｅｎｔ  Ｉｎｃから、またはミズーリ州セントチャールズ（米国）のＣｕｔｔｉｎｇ  Ｅｄｇｅ  Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓから市販されている、多重ダイオードバー２３５ａ〜ｆを有する二次元レーザダイオードアレイ２３３で励起される。対応する組のマイクロレンズ２３７ａ〜ｆが、一次元ダイオードアレイバーについて上述したように、二次元レーザダイオードアレイ２３３において各ダイオードバー２３５ａ〜ｆの速軸をコリメートするために用いられてもよい。一組の多重ダイオードバービーム２３９ａ〜ｆは、ダイオード接合平面に垂直な平面で、略平行な経路に沿って伝播する。第１のシリンダレンズ２４１は、多重ダイオードバービーム２３９ａ〜ｆを共通の線焦点２４３に集光し得る。第２のシリンダレンズ２４５は、ダイオードバービームが再び一組の収縮ビーム２４７ａ〜ｆとして互いに平行に、しかし収縮ビーム２４７ａ〜ｆ間のピッチは、元の二次元レーザダイオードアレイ２３３の場合よりも非常に低減されて伝播するように、ダイオードバービーム２３９ａ〜ｆを再度コリメートし得る。
【００５２】
収縮ビーム２４７ａ〜ｆは、側面２５１を通ってレーザ活性スラブ２３１に入る。側面２５１は、ポンプ電力の波長において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高い光学コーティング２５３を含んでもよい。あるいは、第２の二次元レーザダイオードアレイ（図示せず）が、第２の側面２５５で、レーザ活性スラブ２３１を励起するよう加えられることができる。図１７の構成は、レーザ増幅器２５０を形成するよう第２のシリンダレンズ２４５を除去することによって、図１８に示されているように、修正することができる。二次元レーザダイオード アレイ２３３と第１のシリンダレンズ２４１とは、線焦点２４３が、側面２５１と隣接するレーザ活性スラブ２３１のちょうど外側に、または側面２５１上に（図示せず）、または側面２５１に隣接するレーザ活性スラブ２３１の内側に位置するよう位置付けられている。レーザ増幅器２５０では、レーザ活性スラブ２３１に入った後にダイオードバービーム２３９ａ〜ｆが集束または拡散する角度が、レーザ活性スラブ２３１の外側の角度に対して、ダイオードポンプ波長およびポンプ偏光でスラブ材料の関連屈折率「ｎ」だけ、小さくなっている。
【００５３】
最適なウェッジ側面２面角Ｃ（図５に図示）または最適なウェッジ側面２面角Ｄ（図７に図示）は、寄生増幅自然放出光の可能な限り最も長い光経路を最小限にする、新規で機能的なレーザ活性スラブ（図示せず）に対して、最も小さい２面角を実験的に決定することによって見つけられてもよい。新しいレーザ活性スラブが、その新しいレーザ活性スラブ内で折りたたまれた最も長い経路に沿って伝播する放出光を克服するよう設計されている場合には、新しいレーザ活性スラブの設計はまた、より短い経路に沿って伝播する放出光も克服するであろうと理解できる。レーザ活性スラブの縦面近くで生成した寄生増幅自然放出光は、典型的には、レーザ活性スラブの縦面から離れて生成された増幅自然放出光よりも、利得シートを通って、より長い経路長をたどる。寄生増幅自然放出光は、本明細書では、入力レーザビーム用の意図されたビーム経路とは異なる折りたたまれた経路に沿って、利得シート内で増える増幅自然放出光として定義される。
【００５４】
最適なウェッジ側面２面角を決定するための実験プロセスは、図１９に示すようなシミュレーションレーザ増幅器２６０を用いてもよく、図２０の流れ図３００を参照して記載した方法を含んでもよい。図１９を参照すると、シミュレーションレーザ増幅器２６０は、同じレーザ活性材料を含み、新しいレーザ活性スラブに対して用いられるのとほぼ同じ寸法を有するシミュレータスラブ２６１を含んでいる。シミュレータスラブ２６１は、平行な側面２６３および２６５と、ウェッジ縦面２６７および２６９を含んでいる。つまり、シミュレータスラブ２６１は横方向にウェッジされず、新しいレーザ活性スラブが、図２０の方法を用いて見つけられた最適なウェッジ側面２面角でウェッジされる。利得シート２７１は、シミュレータスラブ２６１内で、例えば、第２のダイオードバー２７７と第２のマイクロレンズ２７９と組み合わさった第１のマイクロレンズ２７５を備えた第１のダイオードバー２７３によって、形成されてもよい。
【００５５】
新しいレーザスラブの線寸法を決定するのに用いられる設計配慮には、最初に、新しいレーザ増幅器に望まれるポンプ電力と出力電力を確認することが含まれている。特に、新しいレーザ活性スラブが比較的大きな厚さ対幅の比を有している場合に、高いポンプおよび出力電力だと、新しいレーザ活性スラブ内で破砕する可能性を高める。開示した実施形態では、比較的高いポンプビーム出力強度が、比較的薄いレーザ活性スラブ内に向けられて、約０．５〜１．０ミリメートルの厚さの利得シートを形成する。
【００５６】
第１のシミュレータミラー２８１が、側面２６３とダイオードバー２７３との間のシミュレータスラブ２６１に隣接して配置されている。第２のシミュレータミラー２８３が、側面２６５とダイオードバー２７７との間のシミュレータスラブ２６１に隣接して配置されている。第１のシミュレータミラー２８１は、側面２６３と平行で、第２のシミュレータミラー２８３は、矢印２８９によって示されているように、側面２６５との２面角と、第１のシミュレータミラー２８１とのミラー２面角とを形成するように配向している。この設定は、特定の活性材料に対して、ポンプ電力密度に対して、および他の設計パラメータに対して、最適なウェッジ側面２面角Ｃを決定するために用いられてもよい。あるいは、最適なウェッジ側面２面角Ｄを決定するために、第１のシミュレータミラー２８１と第２のシミュレータミラー２８３は両方とも、それぞれの側面２６３および２６５に対して同じ２面角（図示せず）で配向可能である。シミュレーションレーザ増幅器２６０が、ウェッジ側面２面角ＣまたはＤを、実験データを得る目的で、変動可能にしつつ、上述の実施形態のいずれかを反復するために使用可能であることが、当業者には理解されよう。
【００５７】
側面２６３は、第１のダイオードバー２７３の波長において透過率が高く、入力レーザ ビーム２９０の波長において透過率が高い光学コーティング２９１を有してもよい。同様に、側面２６５は、第２のダイオードバー２７７の波長において透過率が高く、入力レーザビーム２９０の波長において透過率が高い光学コーティング２９３を有してもよい。第１のシミュレータミラー２８１は、第１のダイオードバー２７３の波長において透過率が高く、入力レーザビーム２９０の波長において反射率が高い光学コーティング２９５を含んでもよく、第２のシミュレータミラー２８３は、第２のダイオードバー２７７の波長において透過率が高く、入力レーザビーム２９０の波長において反射率が高い光学コーティング２９７を含んでもよい。シミュレーションレーザ増幅器２６０の操作パラメータは、第１のダイオードバー２７３、第２のダイオードバー２７５および増幅レーザビーム２９９のパワー出力を測定および記録可能な電子機器（図示せず）によって監視されることができる。
【００５８】
図２０に示した流れ図３００のステップ３０１をここで参照すると、図１９の矢印２８９で示された最初のミラー２面角は、シミュレータスラブ２６１に入り、増幅レーザビーム２９９として出る入射レーザビーム２９０に対してジグザグ経路を形成するよう選択される。利得シート２７１は、ステップ３０３で、シミュレータスラブ２６１内で生成される。ステップ３０３では、シミュレータスラブ２６１は、光学コーティング２９１および２９３を含んでいることが好ましい。入力レーザビーム２９０は、利得シート２７１内に向けられ、ダイオードバー２７３および２７７のポンプ電力は、ステップ３０５で変動し、その作用から、増幅レーザ電力対ポンプ電力の曲線、または入出力電力の曲線が、ステップ３０７で、最初の２面角に対して得られてもよい。
【００５９】
決定ブロック３０９で、得られた入出力電力の曲線が、線形の跡３２７からはずれた、図２１Ａに示した曲線３２５など、非線形の電力曲線と似ている場合、これは、利得シート２７１内に、望ましくなく寄生増幅自然放出光が存在することを意味し得る。したがって、ミラー２面角は、ステップ３１３で大きくなり得て、新しい入出力電力曲線が、ステップ３０７で得られ得る。決定ブロック３０９で、得られた入出力電力の曲線が、例えば図２１Ｂに示された線形電力曲線３２９と似ている場合、これは、ミラー２面角が、利得シート２７１内の望ましくない寄生増幅自然放出光の増加を防ぐのに十分大きいことを示し得る。望ましくない寄生増幅自然放出光の有無についてのさらなる検査として、決定ブロック３１１で、入力レーザビーム２９０が、シミュレータスラブ２６１から除去または遮断されて、利得シート２７１から放出された寄生増幅自然放出信号が、入力レーザビーム２９０が存在しなくても、所定レベルを超えるかどうかが決定されてもよい。ステップ３１３で寄生増幅自然放出信号が所定レベルを超える場合、ミラー２面角は大きくなり得る。
【００６０】
決定ブロック３１１で、寄生増幅自然放出信号が検出されない場合、または寄生増幅自然放出信号が所定レベルかもしくはそれよりも下回る場合、ステップ３１５で、現在のミラー２面角が、新しいレーザ活性スラブの最小の機能的なウェッジ側面２面角として用いられてもよい。あるいは、決定ブロック３１１で、寄生増幅自然放出信号が検出されない場合、または寄生増幅自然放出信号が所定レベルかもしくはそれよりも下回る場合、ステップ３１７でミラー２面角が小さくなり得て、現在のミラー２面角が、シミュレータ活性スラブ２６１の最適なウェッジ側面２面角であることが証明される。新しい入出力電力の曲線が、ステップ３１７で得られ、評価される。決定ブロック３１９で、得られた新しい入出力電力の曲線が線形電力曲線と似ている場合、ステップ３１７で、ミラー２面角はさらに小さくなり、さらに別の新しい入出力電力の曲線が得られてもよい。
【００６１】
決定ブロック３１９で、得られた現在の入出力電力の曲線が非線形電力曲線と似ている場合、決定ブロック３２１で、寄生増幅自然放出信号が検出されて、先のミラー２面角が最適なウェッジ側面２面角として適切であることが証明されてもよい。決定ブロック３２１で、寄生増幅自然放出信号が検出されない場合、または寄生増幅自然放出信号が所定レベルかもしくはそれを下回る場合、ステップ３１７で、ミラー２面角は小さくなり、別の新しい入出力電力の曲線が得られ、評価されてもよい。決定ブロック３２１で、寄生増幅自然放出信号が所定レベル超える場合、ステップ３２３で、先のミラー２面角が、新しいレーザ活性スラブの最適なウェッジ側面２面角として用いられてもよい。
【００６２】
図２２に示した代替実施形態では、レーザ増幅器３３０は、上述のレーザ活性材料のブロック、ポンプバー３４３およびマイクロレンズ３４５を備えた、単一のダイオードポンプ源３４１を含んでもよい。ポンプバー３４３は、例えば、別個の単一エミッタダイオードレーザのアレイ、一次元レーザダイオードアレイバー、ファイバ結合した一次元レーザダイオードアレイバー、または二次元レーザダイオードアレイを備えてもよく、連続波またはパルスダイオードポンプ源であってもよい。ダイオードポンプ源３４１は、ワンパスまたはツーパスのポンプ運転によって、ウェッジレーザ活性スラブ３３１内で利得シート３３３を形成する。
【００６３】
ツーパスポンピングについては、ウェッジレーザ活性スラブ３３１は、レーザ波長において反射率が高く、ダイオードポンプ波長において透過率が高い薄膜コーティング３４７を備えた側面３３７と、レーザ波長において反射率が高く、ダイオードポンプ波長において反射率が高い薄膜コーティング３４９を備えた側面３３９を含んでもよい。ウェッジレーザ活性スラブ３３１を通って第１のパスで吸収されないダイオードポンプ電力は、ウェッジレーザ活性スラブ３３１を通って第２のパス区画のポンプバー３４３の方へ跳ね返る。このように、ポンプ光の吸収に対する光路長は２倍に増える。
【００６４】
図２３に示した代替実施形態では、レーザ増幅器３５０は、ウェッジレーザ活性スラブ３６１の第１の側で、半導体ダイオードレーザなどのダイオードポンプ源３５１〜３５９の線形アレイと、レーザ活性スラブ３６１の第２の側で、単一のダイオードポンプ源３６３とを含んでもよい。ダイオードポンプ源３５１〜５９および３４３は、例えば、別個の単一エミッタダイオードレーザのアレイ、一次元レーザダイオードアレイバー、ファイバ結合した一次元レーザダイオードアレイバー、または二次元レーザダイオードアレイを備えてもよく、連続波またはパルスダイオードポンプ源であってもよい。他の実施形態（図示せず）は、ウェッジレーザ活性スラブ３６１の第１の側で、ダイオードポンプ源全てを含んでもよい。ポンプ源は、ウェッジレーザ活性スラブ３６１回りに対称に配置されなくてもよく、レーザ増幅器３５０内で使用可能な種々のタイプのポンプ源は全て、互いに類似していなくてもよいことが理解されるべきである。
【００６５】
本発明にかかるウェッジレーザ活性スラブは、以下に記載の別の実施形態で理解されることができるように、増幅されている入射レーザビームまたは共振モードが、ダイオード励起した利得シートを通って、例えば、ツーパス、スリーパス、フォーパスまたはそれ以上のマルチパスとすることが可能な構成で、有利に利用されることができる。幾何学的な方法自体は、入出力ビームを分離するのに利用されることができ、またはファラデー回転子または絶縁素子がビーム分離に含まれることができる。好適な実施形態では、レーザ活性スラブの縦面は、望ましくない増幅自然放出を放散するよう、側面と同様に、ウェッジされる。図２４には、ウェッジレーザ活性スラブ３７１と、利得シート３７３を生成するのに用いられる１つまたは複数のダイオードポンプ源（図示せず）とを含んだツーパスレーザ増幅器３７０の図が示されている。入射レーザビーム３７５は、第１の窓３７７でウェッジレーザ活性スラブ３７１に入り、ウェッジレーザ活性スラブ３７１内の利得シート３７３を通って第１のジグザグパス３８１を形成した後、第２の窓３７９を出る。
【００６６】
レーザ波長において反射率が高い外部ミラー３８３は、増幅したワンパスレーザビーム３８９を、窓３７９を通るが、出力角とはわずかに異なる角度で、ウェッジレーザ活性スラブ３７１内に跳ね返すために用いられて、ワンパス増幅レーザビーム３８９が利得シート３７３を通って第２のジグザグパス３８７を形成してもよい。ツーパス増幅レーザビーム３９１は、入射レーザビーム３７５の入射角と実質的に異なる角度で窓３７７に出現する。ツーパス増幅レーザビーム３９１は、例えば、レーザ波長において反射率が高いピックオフミラー３９３を用いて、入射レーザビーム３７５から分離されてもよい。任意のレンズ３８５が、入射レーザビーム３７５の大きさによって、例えば、シリンダレンズまたは球面レンズを備えてもよい。任意のレンズ３８５は、ウェッジレーザ活性スラブ３７１を通って、増幅レーザビーム３８９の第２のジグザグパス３８７に対して整合したモードを維持するよう働いてもよい。
【００６７】
図２５に示す別の実施形態においては、レーザ増幅器４００は、上述のように、レーザ活性材料のブロックを含むウェッジレーザ活性スラブ４０３で、利得シート４０５を形成する１つまたは複数のダイオードポンプ源（図示せず）を含んでいる。レーザ増幅器４００は、ツーパス増幅器として構成されている。ツーパス増幅器では、入射レーザビーム４０１は、ウェッジレーザ活性スラブ４０３の第１の側面４１１に入り、利得シート４０５を通って第１のジグザグパス４０９を形成し、ツーパス増幅されたレーザビーム４０７が、利得シート４０５を通って第２のジグザグパス４１９を形成した後、ウェッジレーザ活性スラブ４０３の第２の側面４１３から出現する。第１の光学コーティング４１５は、入口窓４２１を有するようにパターン化され、第２の光学コーティング４１７は、出入口窓４２３と出口窓４２５とを有するようにパターン化される。第１の光学コーティング４１５と第２の光学コーティング４１７は両方とも、レーザ波長において反射率が高い。
【００６８】
外部ミラー３８３は、出入口窓４２３を通って、出現とはわずかに異なった角度で、ウェッジレーザ活性スラブ４０３内へ、ワンパス増幅レーザビーム４２７を跳ね返して、ワンパス増幅レーザビーム４２７がウェッジレーザ活性スラブ４０３の利得シート４０５を通って第２のジグザグパス４１９を形成する。外部ミラー３８３は、ツーパス増幅レーザビーム４０７が出口窓４２５で出現するように調節されてもよい。任意のレンズ３８５は、シリンダまたは球面レンズであってもよく、第２のジグザグパス４１９に対して整合したモードを維持するために利用されてもよい。
【００６９】
図２６に示したさらに別の実施形態では、ツーパスレーザ増幅器４３０は、レーザ波長において反射率が高く、ポンプ電力波長において透過率が高く、第１の側面４３７の一部と、第２の側面４３９の一部の上にそれぞれ置かれた、光学コーティング４３３および４３５を有するウェッジレーザ活性スラブ４３１を含んでいる。図示のように、第１の窓４４１と第２の窓４４３は第１の側面４３７上に設けられ、第３の窓４４５と第４の窓４４７は第２の側面４３９上に設けられている。入力レーザビーム４５１は、第１の窓４４１でウェッジレーザ活性スラブ４３１に入り、利得シート４６１内で第１のジグザグパス４５３を形成し、第２の窓４４３を出て外部経路４５５をたどり、第４の窓４４５に入って第２のジグザグパス４５７を形成し、第３の窓４４７で、ツーパス増幅レーザビーム４５９として出る。利得シート４６１は、上述のように、１つまたは複数のダイオードポンプ源（図示せず）によって形成されてもよい。第１の外部ミラー４６３と第２の外部ミラー４６５とは、レーザ波長において反射率が高く、第２のジグザグパス４５７のウェッジレーザ活性スラブ４３１内に直接レーザ放射するよう働く。円筒レンズまたは球面レンズであり得る任意のレンズ４６７および４６９は、ウェッジレーザ活性スラブ４３１内の適切なモード整合を維持するために設けられてもよい。
【００７０】
図２７に示されたさらに別の実施形態では、ツーパスレーザ増幅器４７０は、外部ミラーを必要としないように構成されている。ツーパスレーザ増幅器４７０は、入力レーザビーム４９１の波長において反射率が高く、ポンプ電力波長において透過率が高く、第１の側面４７７の一部と第２の側面４７９の一部の上にそれぞれ置かれた光学コーティング４７３と４７５を有したレーザ活性スラブ４７１を含んでいる。図示のように、第１の窓４８１が第１の側面４７７上に設けられ、第２の窓４８３が第２の側面４７９上に設けられている。入力レーザビーム４９１は、入力レーザビーム４９１の波長で反射防止コーティングされてもよい第１の窓４８１でレーザ活性スラブ４７１に入り、１つまたは複数のダイオードポンプ源（図示せず）によって形成された利得シート４９５内で第１のジグザグパス４９３を形成し、全内反射によって、縦面４８５から反射し、第２のジグザグパス４９７を形成し、ツーパス増幅レーザビーム４９９として第２の窓４８３を出る。縦面４８５は、利得シート４９５によって画定された平面に垂直に配向して、利得シート４９５を通って第１のジグザグパスを完成させるワンパス増幅レーザビーム（図示せず）が、第１の縦面４８５から反射した後に、利得シート４９５内に残る。
【００７１】
図２８に示した代替実施形態では、ツーパスレーザ増幅器５００も、外部ミラーなしに構成される。ツーパスレーザ増幅器５００は、ポンプ電力波長において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高く、第１の側面５０７と第２の側面５０９の各部分の上にそれぞれ配置された光学コーティング５０３と５０５を備えた、ウェッジレーザ活性スラブ５０１を含んでいる。図示のように、第１の窓５１１が、第１の側面５０７上に設けられ、第２の窓５１３が第２の側面５０９上に設けられ、この場合、窓５１１と５１３は、レーザ波長において反射防止コーティングされてもよい。入力レーザビーム５２１が、第１の窓５１１への特定の入射角でウェッジレーザ活性スラブ５０１内に入り、１つまたは複数のダイオードポンプ源（図示せず）によって形成された利得シート５１５内で第１のジグザグパス５２３を形成するウェッジレーザ活性スラブ５０１の、より狭い端部に向かって、伝播する。
【００７２】
第１の側面５０７と第２の側面５０９とによって形成された２面ウェッジ角度によって、第１の側面５０７と第２の側面５０９との間でそれぞれ連続して反射して、伝播方向が、第１のジグザグパス５２３の最も短い経路区画５２５で逆になるまで、先の反射よりも短く、小さい入射角で生じる。入力レーザビーム５２１は、次に、第１のジグザグパス５２３とは反対方向に第２のジグザグパス５２７を形成してもよく、第２の窓５１３でツーパス増幅レーザビーム５２９を生成してもよい。入力レーザビーム５２１の入射角によって、第２のジグザグパス５２７は、図示するように、第２の窓５１３で、または、第１の窓５１１で、入力レーザビーム５２１とは異なる角度で（図示せず）、ウェッジレーザ活性スラブ５０１を出るように構成可能である。第１の縦面５１７から最も短い経路区画５２５までの距離、すなわち、第１のジグザグ経路５２３が向きを変えるウェッジレーザ活性スラブ５０１への距離が、種々のパラメータによって決定されてもよい。種々のパラメータには、入力レーザビーム５２１の入射角、第１の側面５０７と第２の側面５０９とによって形成される２面ウェッジ角度の大きさ、およびウェッジレーザ活性スラブ５０１の幅、つまり、第１の側面５０７と第２の側面５０９との間の距離が含まれている。したがって、所望の構成および操作パラメータが、当業者によって決定可能である。好ましくは、最も短い経路区画５２５は、第２の縦面５１９の十分近くに位置して、第１のジグザグパス５２３と第２のジグザグパス５２５が、利得シート５１５と良好に空間的に重なることができる。
【００７３】
ウェッジレーザ活性スラブを有するレーザ増幅器で実現されるパスの数は、図２９に示されたスリーパスパスレーザ増幅器５３０や、図３０で示されるフォーパスパスレーザ増幅器５７０を参照して説明することができるように、１つまたは２つに限定されない。図２９では、スリーパスパスレーザ増幅器５３０は、ポンプ電力波長において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高く、第１の側面５３７と第２の側面５３９の各一部の上にそれぞれ配置された光学コーティング５３３と５３５を備えた、ウェッジレーザ活性スラブ５３１を含んでいる。図示のように、第１の窓５４１と第２の窓５４３が、第１の側面５３７上に設けられ、第３の窓５４５と第４の窓５４７が第２の側面５３９の上に設けられている。入力レーザビーム５５１が、第１の窓５４１への特定の入射角でウェッジレーザ活性スラブ５３１内に入り、１つまたは複数のダイオードポンプ源（図示せず）によって形成された利得シート５４９内で第１のジグザグパス５５３を形成する。
【００７４】
レーザ波長における反射率が高い第１の外部ミラー５６１が、第１のジグザグパス５５３から、第２の窓５４３を通ってウェッジレーザ活性スラブ５３１へ、出現とはわずかに異なる角度で、ワンパス増幅レーザビーム５５３ａを跳ね返して、第２のジグザグパス５５５が利得シート５４９を通って形成される。好ましくは、第１の外部ミラー５６１は、第２のジグザグパス５５５が第３の窓５４５に入射するように調整される。レーザ波長においてやはり反射率が高い第２の外部ミラー５６３は、第２のジグザグパス５５５から第３の窓５４５を通ってツーパス増幅レーザビーム５５５ａを反射して、第３のジグザグパス５５７が、利得シート５４９を通って形成されることができる。第２の外部ミラー５６３を調整することによって、第３のジグザグパス５５７は、図示するように、第４の窓５４７に入射することができるか、または、代わりに、第２の窓５４３（図示せず）に入射することができる。任意のレンズ５６５と５６７が、入力レーザビーム５５１の大きさによって、シリンダまたは球面レンズであってもよく、第２のジグザグパス５５５と第３のジグザグパス５５７に対して整合したモードを維持するために必要とされてもよい。
【００７５】
図３０に示したフォーパスレーザ増幅器５７０は、ポンプ電力波長において透過率が高く、入力レーザビーム５７９の波長において反射率が高く、第１の側面５７７と第２の側面５７９の各一部の上にそれぞれ配置された光学コーティング５７３と５７５を備えた、ウェッジレーザ活性スラブ５７１を含んでいる。図示のように、この構成には、第１の側面５７７上の第１の窓５８１と第２の窓５８３と、第２の側面５７９上に設けられた第３の窓５８５と第４の窓５８７とが設けられている。窓５８１、５８３、５８５、５８７は、入力レーザビーム５９１の波長において反射防止コーティングされてもよい。入力レーザビーム５９１が、第１の窓５８１への特定の入射角でウェッジレーザ活性スラブ５７１内に向けられて、１つまたは複数のダイオードポンプ源（図示せず）によって形成された利得シート５８９内で第１のジグザグパス５９３を形成する。
【００７６】
レーザ波長において反射率が高い第１の外部ミラー６０３ａが、ワンパス増幅レーザビーム５９３ａを、第１のジグザグパス５９３から第２の外部ミラー６０３ｂへ反射し、および第３の窓５８５を通ってウェッジレーザ活性スラブ５７１へ跳ね返して、第２のジグザグパス５９５が利得シート５８９を通って形成される。好ましくは、第１および第２の外部ミラー６０３ａと６０３ｂとは、第２のジグザグパス５９５が第４の窓５８７で終結するように調整される。やはりレーザ波長において反射率が高い第３の外部ミラー６０５は、第２のジグザグパス５９５から第３の窓５８７へと、出現とはわずかに異なる角度で、ツーパス増幅レーザビーム５９５ａを反射して、第３のジグザグパス５９７を利得シート５８９を通って形成する。適切に調整することによって、第３の外部ミラー６０５は、図示のように、第３のジグザグパス５９７の終端を第３の窓５８５へと向けることができる。
【００７７】
第２の外部ミラー６０３ｂと第１の外部ミラー６０３ａとは、第３のジグザグパス５９７から第２の窓５８３を通ってウェッジレーザ活性スラブ５７１へとスリーパス増幅レーザビーム５９７ａを跳ね返して、第４のジグザグパス５９９が利得シート５８９を通って形成され、フォーパス増幅レーザビーム６０１が第１の窓５８１から出力される。好ましくは、第１および第２の外部ミラー６０３ａと６０３ｂは、第４のジグザグパス５９９の終端が第１の窓５８１で終結するように調整される。任意のレンズ６０７ａと６０７ｂが、入力レーザビーム５９１の大きさによって、シリンダまたは球面レンズであってもよく、第２のジグザグパス５９５と第４のジグザグパス５９９に対して整合したモードを維持するために必要とされてもよい。任意のレンズ６０９がシリンダまたは球面レンズであってもよく、第３のジグザグパス５９７に対して整合したモードを維持するために必要とされてもよい。
【００７８】
上記ワンパスまたはマルチパスレーザ増幅器の実施形態のいずれかが、１つまたは複数のバルクブラッグ回折格子（関連分野では、ボリュームブラッグ回折格子微小光学または３−Ｄブラッグ回折格子とも称する）を含んでもよいことが当業者に理解される。ボリュームブラッグ回折格子は、上述のポンプ電力源などの高出力ダイオードレーザやダイオードレーザバーからの放出光のスペクトル帯幅を狭めるよう働く。ボリュームブラッグ回折格子は、温度の関数として、ピークダイオードレーザ放出光の波長をさらに安定化させ、有利にも、レーザシステムの冷却要件を減らし得る。
【００７９】
図３１に示したレーザ増幅器６２０は、上述のレーザ活性材料を含んだレーザ活性スラブ１１、８１、１１１、１５１、１８１、２０１、２２１、２５１、２６１、３３１、３６１、３７１、４０３、４３１、４７１、５０１、５３１または５７１のいずれか１つなど、レーザ活性スラブ６２１を含んでいる。図示した構成では、レーザ増幅器６２０は、第１のマイクロレンズ６２７を備えた第１のダイオードバー６２３と、任意の第２のマイクロレンズ６２９を備えた任意の第２のダイオードバー６２５を含んでいる。図示するように、第１のボリュームブラッグ回折格子６３１は、第１のマイクロレンズ６２７と、レーザ活性スラブ６２１の第１の側面６３５との間に配置されてもよく、任意の第２のボリュームブラッグ回折格子６３３は、第２のマイクロレンズ６２９とレーザ活性スラブ６２１の第２の側面６３７との間に配置されてもよい。ボリュームブラッグ回折格子は、例えば、カリフォルニア州モンロビア（米国）のＯｎｄａｘ，Ｉｎｃ．から、および、ニュージャージー州ペニントン（米国）のＰＤ−ＬＤ，Ｉｎｃ．から市販されている。
【００８０】
図３２に示した代替実施形態では、レーザ増幅器６４０は、上述したように側面からではなく、縦面から励起されたレーザ活性スラブ６４１を含んでいる。レーザ活性スラブ６４１の２面ウェッジ角度は、図示を明瞭にすべく、誇張されている。レーザ増幅器６４０は、図示のように、第１の縦面６５１と隣接して配置された第１のマイクロレンズ６４７を備えた第１のダイオードバー６４３と、第２の縦面６５３と隣接して配置された第２のマイクロレンズ６４９を備えた任意の第２のダイオードバー６４５とを含んでいてもよい。第１の長手方向の光学コーティング６５５が第１の縦面６５１の上に配置され、第２の長手方向の光学コーティング６５７が第２の縦面６５３の上に配置されてもよい。
【００８１】
長手方向の光学コーティング６５５と６５７は、ダイオードバー６４３と６４５内のポンプ電力の波長に対して透過率が高い。第１の側方光学コーティング６７１は、第１の側面６７５上に配置されてもよく、第２の側方光学コーティング６７３は第２の側面６７７上に配置されてもよく、その場合、側方光学コーティング６７１と６７３はレーザ放射の波長に対して反射率が高い。図示した単一パスの構成においては、第１の窓６８１が入射するレーザビーム（図示せず）に対して設けられ、第２の窓６８３が放出する増幅レーザビーム（図示せず）に対して設けられている。別の構成では、出口窓（図示せず）が第２の側面６７７に設けられてもよいことが理解されるべきである。
【００８２】
図３３に示したさらに別の実施形態では、レーザ増幅器６９０は、レーザ活性スラブ６９１と、第１のマイクロレンズ６９７を備えた第１のダイオードバー６９３と、第２のマイクロレンズ６９９を備えた任意の第２のダイオードバー６９５とを含んでいる。第１のダイオードバー６９３と任意の第２のダイオードバー６９５とは、レーザ活性スラブ６９１内で利得シート７０９を形成するために用いられてもよい。レーザ活性スラブ６９１は、第１の光学コーティング７０５を備えた第１の凸状の側辺７０１と、第２の光学コーティング７０７を備えた第２の凸状の側辺７０３とを含んでいる。光学コーティング７０５と７０７は、ダイオードバー６９３と６９５によって生成されたポンプ放射の波長において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高い。
【００８３】
図３４に示した、本発明の別の適用では、レーザ発振器構成システム７１０は、レーザ活性スラブ７１１と、第１のマイクロレンズ７１７を備えた第１のダイオードバー７１３と、第２のマイクロレンズ７１９を備えた第２のダイオードバー７１５とを含んでいる。第１のミラー７２１は、レーザ波長において一部透過する出力カプラミラーを備えている。第２のミラー７２３は、レーザ波長において反射率が高い。ミラー７２１と７２３は、ダイオード励起レーザ活性スラブ７１１を備えたレーザ空洞７２０を形成する。ミラー７２１と７２３は、共振軸７２５が、レーザ活性スラブ７１１内でジグザグ経路７２７をたどるように位置を合わせられている。ジグザグ経路７２７は、第１の窓７３７で始まり、第２の窓７３９で終結する。その場合、窓７３７と７３９は、レーザ波長に対して透過率が高い。代替実施形態（図示せず）においては、第２の窓７３９は、レーザ活性スラブ７１１の同じ側面上に位置していてもよい。レーザ空洞７２０は、関連分野では、直線または定在波共振器または発振器としても知られているかもしれない。任意のレンズ７３１、７３３および７３５は、球面レンズおよび／またはシリンダレンズであってもよく、ダイオード励起レーザ活性スラブ７１１において利得シート７２９に対する、レーザ共振器モードの適切なモード整合を達成するのに必要とされ得る。別の共振器内要素（図示せず）が、当業界で周知のように、発振器のＱスイッチまたはモード同期運転を達成するため、および／または共振器内非線形の光学波長変換を行うために、レーザ空洞７２０に含まれてもよい。
【００８４】
図３５に示した、本発明のさらに別の適用においては、レーザ発振器構成システム７４０は、レーザ活性スラブ７４１と、第１のマイクロレンズ７４７を備えた第１のダイオードバー７４３と、第２のマイクロレンズ７４９を備えた第２のダイオードバー７４５とを含んでいる。第１のミラー７５１と第２のミラー７５３と第３のミラー７５５とは、レーザ活性スラブ７４１内でジグザグ経路７５９をたどる共振軸７５７を有するレーザ空洞を形成するために、レーザ活性スラブ７４１に対して位置付けられ、位置合わせされている。第１のミラー７５１は、レーザ波長において一部透過する出力カプラミラーを備えている。ミラー７５３と７５５は、レーザ波長において反射率が高い。
【００８５】
形成された構成は、典型的には、関連分野では、「リング」共振器またはリング発振器と称されている。任意のレンズ７５１、７５３および７５５が、球面レンズおよび／またはシリンダレンズであってもよく、ダイオード励起レーザ活性スラブ７４１において利得シート７６１に対する、レーザ共振器モードの適切なモード整合を達成するのに必要とされ得る。別の共振器内要素（図示せず）が、当業界で周知のように、Ｑスイッチまたはモード同期運転を達成するため、不定方向リングレーザの操作を強要するため、および／または共振器内非線形の光学波長変換を行うために、リングレーザ発振器構成システム７４０に含まれてもよい。
【００８６】
図３６に示された、本発明のさらに別の適用においては、発振器増幅「チェーン」８００は、発振器８０１と、第１のレーザ増幅段７７０と、増幅レーザビーム８０９を生成する第２のレーザ増幅段７８０とを含んでいる。発振器８０１は、上述の、１つまたは複数のダイオード励起レーザ活性スラブ１１、８１、１１１、１５１、１８１、２０１、２２１、２５１、２６１、３３１、３６１、３７１、４０３、４３１、４７１、５０１、５３１または５７１を利用する定在波レーザ発振器を備えていてもよい。代替実施形態では、発振器８０１は、図３５に示したリングレーザ発振器構成システム７４０で開示したような、リングレーザ発振器を備えていてもよい。
【００８７】
あるいは、発振器８０１は、上述のダイオード励起レーザ活性スラブ１１、８１、１１１、１５１、１８１、２０１、２２１、２５１、２６１、３３１、３６１、３７１、４０３、４３１、４７１、５０１、５３１または５７１のうちの１つまたは複数を組み込んだ、次の増幅段の利得またはレーザ波長で整合する波長を有するレーザビームを放出する、別の発振器の設計であってもよい。このような代替のレーザ発振器には、例えば、マイクロチップレーザ、ファイバレーザ、またはＣＷ、Ｑスイッチレーザ、ゲインスイッチレーザおよびこれらのレーザのモード同期バージョンを含んだ半導体ダイオードレーザが含まれてもよいが、本発明はこれらのレーザ発振器の使用に限定されない。
【００８８】
第１のレーザ増幅段７７０は、レーザ活性スラブ７７１と、第１のマイクロレンズ７７７を備えた第１のダイオードバー７７３と、第２のマイクロレンズ７７９を備えた第２のダイオードバー７７３とを含んでもよい。第２のレーザ増幅段７８０は、レーザ活性スラブ７８１と、第１のマイクロレンズ７８７を備えた第１のダイオードバー７８３と、第２のマイクロレンズ７８９を備えた第２のダイオードバー７８３とを含んでもよい。第２のレーザ増幅段７８０は、第１のレーザ増幅段７７０と同じタイプで同じ構成でできてもよい。
【００８９】
発振器出力ビーム８０３が、第１のレーザ増幅段７７０に入る前に、第１のモード整合構成部品８０５ａを通り抜けてもよい。第１のモード整合構成部品８０５ａは、各レーザ増幅段から電力および／またはエネルギーを最適に抽出するために、各レーザ増幅段において発振器ビームの大きさと形状を調整するよう働く。第１のモード整合構成部品８０５ａは、例えば、レーザ活性スラブ７７１からレーザ活性スラブ７８１へ１対１（すなわち１：１）で画像撮影を行う、画像リレーレンズまたはレンズシステムを備えてもよい。
【００９０】
発振器出力ビーム８０３は、レーザ波長において反射率が高い第１のミラー８０７ａを介して、第１のレーザ増幅段７７０内へ向けられてもよい。出力ビーム８０３は、第１のレーザ増幅段７７０と第２のレーザ増幅段７８０において、ジグザグのビーム経路をたどる。第２のモード整合構成部品８０５ｂが、第１のレーザ増幅段７７０と第２のレーザ増幅段７８０との間に設けられてもよい。図は、第１のレーザ増幅段７７０と第２のレーザ増幅段７８０に対して、単一パスの構成を示しているが、本発明はそれに限定されず、チェーンレーザ増幅器８００は、上記で非常に詳細に説明したように、１つまたは複数のツーパス、スリーパス、またはフォーパスレーザ増幅器の構成を含んでもよいことが理解されるべきである。あるいは、レーザ増幅器チェーン８００は、第３の増幅段７９０などの１つまたは複数の別の増幅段を設けて拡大されることもでき、その場合、増幅レーザビーム８０９は、第３のミラー７９１によって第３の増幅段７９０内に向けられ得る。代替実施形態においては、レーザ増幅器チェーン８００は、発振器出力ビーム８０３の光路内に、発振器８０１と第１のモード整合構成部品８０５ａとの間に配置された、ファラデー絶縁素子８０２を含んでもよい。
【００９１】
図３７に示された、本発明の別の代替的な適用においては、増幅自然放出源８１０は、ウェッジレーザ活性スラブ８１１と、マイクロレンズ８２３を備えた第１のダイオードポンプ源８２１と、マイクロレンズ８２７を備えた第２のダイオードポンプ源８２５とを含んでいる。ウェッジレーザ活性スラブ８１１は、ポンプ電力波長において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高く、第１の窓８１７と第２の窓８１９とを備えた、光学コーティング８１３と８１５とを含んでもよい。ウェッジレーザ活性スラブ８１１内で始まる自然放出光８３１は、第１のジグザグ経路８３３を形成し、第１の窓８１７で、ミラー８２９に入射する増幅自然放出放射８３５として出る。ミラー８２９は、ウェッジレーザ活性スラブ８１１内に含まれた活性材料のレーザ波長において反射率が高く、増幅自然放出放射８３５を、第１の窓８１７を通って、ウェッジレーザ活性スラブ８１１へ跳ね返すよう働く。増幅自然放出放射８３５は、増幅自然放出出力ビーム８３９として出現するよう、ウェッジレーザ活性スラブ８１１を通って、第２のジグザグ経路８３７を形成する。
【００９２】
好適な実施形態では、ダイオードポンプ電力はほぼ十分であり、レーザ活性スラブ８１１内のジグザグパス８３３と８３７の長さは十分に長く、単位長さ当たりのダイオード励起利得ｇ０は十分高く、それによって、２つのジグザグパス８３３と８３７自体は、レーザ活性スラブ８１１から効率よく電力を抽出するのに十分である。他の増幅自然放出源の構成も可能であり、この構成では、上述のように、増幅自然放出源においてより低い利得レーザ活性材料を用いる場合に適切であろうように、レーザ活性スラブを通って、３つまたは４つのパスを形成する。
【００９３】
図３８は、ドープされていない側方部８４３と８４５を備えたレーザ活性スラブ８４１を有するレーザ増幅器８４０の図である。レーザ活性スラブ８４１の構成は、ダイオードバー８５７、８５９からのダイオードポンプ電力が、側辺８４７と８４９で熱的・機械的な歪みを生成するのに十分高い操作条件で、増幅されるレーザビーム８５１または共振モードの質を改善し得る。ドープされていない側方部分８４３、８４５は、レーザ活性スラブ８４１と同じ活性材料または同様のホスト材料で構成されているが、レーザ活性スラブ８４１内に存在するレーザ活性イオンを含んでいない。当業者のうちのある人には周知のように、ドープされレーザ結晶（例えば、スラブまたはロッド）に接合されたドープされていない材料部分をこのように使用することによって、ダイオード励起面の熱的・機械的歪みを低減するよう働き得て、それによって、ダイオード励起面の熱破壊が生じ得るポンプ電力の密度限界を上げる。ドープされていない側方部分８４３と８４５は、ポンプ波長において透過率が高く、レーザ波長において反射率が高い各フィルムコーティング８５３と８５５を含み得る。ドープされていない側方部分８４３と８４５は、フロリダ州ニューポートリッチーのＶＬＯＣ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎや、カリフォルニア州ダブリン（米国）のＯｎｙｘ  Ｏｐｔｉｃｓなどの市販業者を通して入手可能となってきたように、拡散接合法または他の樹脂のない方法を用いて、レーザ活性スラブ８４１に光学接触または接合し得る。
【００９４】
本発明は、特定の実施形態を参照して記載してきたが、本発明は、図面に開示および／または示された、本明細書における特定の構造および方法に決して限定されることなく、特許請求の範囲内にある如何なる改変または均等物も含んでいることが理解されるであろう。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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