(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギーを運ぶように構成された第１伝導基板の少なくとも一部分を包囲する第１コーティングを形成することであって、前記第１コーティングは前記第１伝導基板を保護する第１ハード材料により形成される、こと；
熱エネルギーを運ぶように構成された第２伝導基板の少なくとも一部分を包囲する第２コーティングを形成することであって、前記第２コーティングは前記第２伝導基板を保護する第２ハード材料により形成される、こと；
前記第１及び第２コーティングに、複数のクラッド層及びコアを有する光ウェーブガイドを結合することであって、前記光ウェーブガイドは光信号を運ぶように構成されている、こと；
を含み、前記第１伝導基板、前記第２伝導基板、前記第１コーティング、前記第２コーティング、及び前記光ウェーブガイドは、統合されたモノリシック・ウェーブガイド構造を形成しており、前記第１ハード材料及び前記第２ハード材料はサファイアを含み、前記第１伝導基板及び前記第２伝導基板は冷却剤の流れを受けるように構成されたチャネルを含む、方法。
【請求項２】
前記第１及び第２コーティングに前記光ウェーブガイドを結合することは：
前記第１コーティングに前記光ウェーブガイドの第１部分を形成すること；
前記第２コーティングに前記光ウェーブガイドの第２部分を形成すること；及び
前記光ウェーブガイドの第１及び第２部分を結合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光ウェーブガイドの前記第１部分は前記複数のクラッド層のうち第１のクラッド層及び前記コアを含み；
前記光ウェーブガイドの前記第２部分は前記複数のクラッド層のうち第２のクラッド層を含み；及び
前記光ウェーブガイドの前記第１及び第２部分を結合することは、前記第２のクラッド層を前記コアに結合することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のクラッド層を前記コアに結合することは、拡散ボンディング・プロセスを利用して、前記第２のクラッド層を前記コアに結合することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１及び第２コーティングに前記光ウェーブガイドを結合することは：
前記第１コーティングに前記光ウェーブガイドを形成すること；及び
前記第２コーティングを前記光ウェーブガイドに結合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光ウェーブガイドを形成することは：
前記コアの複数のコア層を形成するように反復的な堆積を実行することにより、前記光ウェーブガイドの前記コアを形成することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
１つ以上の追加的なコア層の堆積の前に、１つ以上の既存のコア層に関して１つ以上の追加的な処理が生じることを可能にするために、前記複数のコア層の堆積は一時停止される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
熱エネルギーを運ぶように構成された第１伝導基板の少なくとも一部分を包囲する第１コーティングを形成することであって、前記第１コーティングは前記第１伝導基板を保護する第１ハード材料により形成される、こと；
前記第１コーティングに、複数のクラッド層及びコアを有する光ウェーブガイドを形成することであって、前記光ウェーブガイドは光信号を運ぶように構成されている、こと；
熱エネルギーを運ぶように構成された第２伝導基板の少なくとも一部分を包囲する第２コーティングを形成することであって、前記第２コーティングは前記第２伝導基板を保護する第２ハード材料により形成される、こと；
前記第２コーティングを前記光ウェーブガイドに結合すること；
を含み、前記第１伝導基板、前記第２伝導基板、前記第１コーティング、前記第２コーティング、及び前記光ウェーブガイドは、統合されたモノリシック・ウェーブガイド構造を形成し；及び
前記光ウェーブガイドを形成することは、前記コアの複数のコア層を形成するように反復的な堆積を実行することにより、前記光ウェーブガイドの前記コアを形成することを含み、前記第１ハード材料及び前記第２ハード材料はサファイアを含み、前記第１伝導基板及び前記第２伝導基板は冷却剤の流れを受けるように構成されたチャネルを含む、方法。
【請求項９】
１つ以上の追加的なコア層の堆積の前に、１つ以上の既存のコア層に関して１つ以上の追加的な処理が生じることを可能にするために、前記複数のコア層の堆積は一時停止される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ以上の追加的な処理は、前記１つ以上の既存のコア層を研磨することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記反復的な堆積を実行することは、無線周波数（ＲＦ）マグネトロン・スパッタリング技術、レーザーを利用したイオン・スパッタリング技術、分子線エピタキシー技術及びゾル−ゲル技術のうちの少なくとも１つを利用することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記反復的な堆積を実行することは、ドーピングされたソリッド・ステート利得材料の反復的な堆積を実行することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
熱エネルギーを運ぶように構成された第１伝導基板；
前記第１伝導基板の少なくとも一部分を包囲する第１コーティングであって、前記第１コーティングは前記第１伝導基板を保護する第１ハード材料により形成される、第１コーティング；
熱エネルギーを運ぶように構成された第２伝導基板；
前記第２伝導基板の少なくとも一部分を包囲する第２コーティングであって、前記第２コーティングは前記第２伝導基板を保護する第２ハード材料により形成される、第２コーティング；及び
前記第１及び第２コーティングに結合される光ウェーブガイドであって、複数のクラッド層及びコアを有し、光信号を運ぶように構成される、光ウェーブガイド；
を有し、前記第１伝導基板、前記第２伝導基板、前記第１コーティング、前記第２コーティング、及び前記光ウェーブガイドは、統合されたモノリシック・ウェーブガイド構造を形成しており、前記第１ハード材料及び前記第２ハード材料はサファイアを含み、前記第１伝導基板及び前記第２伝導基板は冷却剤の流れを受けるように構成されたチャネルを含む、装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２コーティングは、前記光ウェーブガイドにより生じた熱エネルギーを前記第１及び第２伝導基板に提供するように構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記統合されたモノリシック・ウェーブガイド構造は、光増幅をもたらすように構成されるプレーナ・ウェーブガイドの少なくとも一部分を形成する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記プレーナ・ウェーブガイドに対して光入力を提供するように構成されるソース・レーザー；及び
前記プレーナ・ウェーブガイドに対して光エネルギーを提供するように構成されるポンプ・ソース；
を更に有し、前記プレーナ・ウェーブガイドは、前記ポンプ・ソースからの前記光エネルギーを利用して、前記ソース・レーザーからの前記光入力の増幅されたバージョンを生成するように構成される、請求項１５に記載の装置。  
【請求項１７】
前記光ウェーブガイドのコアは、ドーピングされたソリッド・ステート利得材料の複数層を含む、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に高エネルギー・レーザー・システム及びその他のシステムで使用するウェーブガイドを対象としている。より具体的には、本開示はレーザー・システム又は他のシステム及び関連するデバイスで使用するウェーブガイドを形成するための技術に関連する。
【背景技術】
【０００２】
高エネルギー・レーザー(High-energy  laser：HEL)は、一般に、約50キロワット以上のレーザー出力のような高いエネルギー・レベルでレーザー出力を生成するシステムに関連する。これらのタイプのレーザー・システム又はその他のシステムでは、レーザー利得媒体(a  laser  gain  medium)の冷却がしばしば主要な技術的課題である。従来のレーザー・システムは、それらの利得媒体の冷却を支援する様々なアプローチを利用している。これらのアプローチは、水又はその他の液体による直接的な冷却を利用すること、或いは、マイクロチャネル・クーラー(microchannel  coolers)のような高度な冷却システムを利用することを含む。これらのアプローチは、熱勾配のバランスをとるためにウェーブガイドの形状を変更すること、或いは、固体のレーザー冷却を利用することも含む。
【発明の概要】
【０００３】
本開示はレーザー・システム又はその他のシステム及び関連するデバイスで使用するウェーブガイドを形成するための技術を提供する。
【０００４】
第1形態では、本方法は、熱エネルギーを運ぶように構成された伝導基板(a  conduction  substrate)の少なくとも一部分をカバーするコーティングを形成することを含む。本方法は、コーティングに、光ウェーブガイドの少なくとも一部分を形成することも含む。光ウェーブガイドは複数のクラッド層及びコアを有し、光ウェーブガイドは光信号を運ぶように構成されている。伝導基板、コーティング及び光ウェーブガイドは、統合されたモノリシック・ウェーブガイド構造を形成している。
【０００５】
第2形態では、本方法は、熱エネルギーを運ぶように構成された伝導基板の少なくとも一部分をカバーするコーティングを形成することを含む。本方法は、コーティングに光ウェーブガイドを形成することも含む。光ウェーブガイドは複数のクラッド層及びコアを有し、光ウェーブガイドは光信号を運ぶように構成されている。伝導基板、コーティング及び光ウェーブガイドは、統合されたモノリシック・ウェーブガイド構造を形成している。光ウェーブガイドを形成することは、コアに属する複数のコア層を形成するように反復的な堆積を実行することにより、光ウェーブガイドのコアを形成することを含む。
【０００６】
第3形態では、本装置は、熱エネルギーを運ぶように構成された伝導基板と、伝導基板の少なくとも一部分をカバーするコーティングとを含む。本装置は、コーティングに結合される光ウェーブガイドも含む。光ウェーブガイドは複数のクラッド層とコアとを含み、光ウェーブガイドは光信号を運ぶように構成されている。伝導基板、コーティング及び光ウェーブガイドは、統合されたモノリシック・ウェーブガイド構造を形成している。
【０００７】
他の特徴は明細書、図面及び特許請求の範囲から当業者にとって更に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示及びその特徴の更に完全な理解のため、以下、添付図面に関連して説明が為される。
【０００９】
【図１】レーザー・システム又は他のシステムのための本開示による第1の例示的なウェーブガイド構造を示す図。
【００１０】
【図２Ａ】図1のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【図２Ｂ】図1のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【図２Ｃ】図1のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【図２Ｄ】図1のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【図２Ｅ】図1のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【００１１】
【図３】レーザー・システム又は他のシステムのための本開示による第2の例示的なウェーブガイド構造を示す図。
【００１２】
【図４Ａ】図3のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【図４Ｂ】図3のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【図４Ｃ】図3のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【図４Ｄ】図3のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【図４Ｅ】図3のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【図４Ｆ】図3のウェーブガイド構造を形成するための本開示による例示的な技術を示す図。
【００１３】
【図５】本開示によるウェーブガイドを有するシステム例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明される図1ないし5及びこの特許文献で本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、単なる例示に過ぎず、如何なる方法によっても本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでない。本発明の原理は任意のタイプの適切に構成されたデバイス又はシステムで実現されて良いことを、当業者は理解するであろう。
【００１５】
上述したように、従来のレーザー・システムは、それらのレーザー利得媒体の冷却を支援するために様々なアプローチを利用する。これらのアプローチは、直接的な液体冷却、高度な冷却システム、ウェーブガイド形状の変更、及び、固体のレーザー冷却を利用することを含む。しかしながら、これら全てのアプローチにおいて、従来のレーザー・システムでは、異なる材料の間の介在層として、サーマル・インターフェース・マテリアル(TIM)が典型的に使用されている。サーマル・インターフェース・マテリアルは、熱エネルギーの伝達を促すように設計された材料を指す。
【００１６】
不都合なことに、サーマル・インターフェース・マテリアルは、それ自体しばしば潜在的なレーザー不具合の原因となり、サーマル・インターフェース・マテリアルの熱伝導性は、レーザー・システムにおける全体的なパフォーマンス制限を招く。更に、サーマル・インターフェース・マテリアルの利用に関連する寿命及び汚染(contamination)の問題が存在する。例えば、サーマル・インターフェース・マテリアルの利用は、過剰な不均一な加熱を引き起こす可能性があり、そのような加熱はパフォーマンスの劣化又はコンポーネントの不具合を招く可能性がある。更に、サーマル・インターフェース・マテリアルを利用する或る従来のシステムは、厳しい条件を有する可能性があり、重要なハードウェアのかなりの対処を必要とし、これらのシステムを製造するコスト及び複雑さを増大させてしまう。
【００１７】
本開示は、高エネルギー・レーザー・システム及びその他のシステムで使用するウェーブガイドを形成するための様々な技術及び様々なウェーブガイドを提供する。この特許文献に記載されるウェーブガイド及び技術は、高エネルギー・レーザー・システム又はその他のシステムにおける従来のウェーブガイドの製造及び利用の際に経験する多くの問題を克服する。例えば、本願に記載されるウェーブガイド及び技術は、サーマル・インターフェース・マテリアルの利用を減らす又は完全に排除することが可能である。更に、本願に記載されるウェーブガイド及び技術は、レーザー・システムのアセンブリの簡易化を支援し、熱的性能をかなり改善することが可能である。
【００１８】
図1はレーザー・システム又はその他のシステムに対する本開示による第1の例示的なウェーブガイド構造100を示す。図1に示されるように、ウェーブガイド構造100は伝導基板102a-102bを含み、伝導基板は、ウェーブガイド構造100から熱が遠ざかるように熱伝導するように構成される構造を一般的に示す。伝導基板102a-102bは、銅(Cu)、銅合金(例えば、銅タングステン(CuW))或いは誘電体のような適切な任意の材料から形成されることが可能である。伝導基板102a-102bを形成する材料はレーザー利得媒体のCTEと実質的に同じ熱拡散係数(a  coefficient  of  thermal  expansion：CTE)を有することが可能であり、伝導基板102a-102bはレーザー利得媒体とともに使用される。伝導基板102a-102bは、中空でない構造(  a  solid  structure)又は管状あるいはその他の中空の構造(other  hollow  structure)のような適切な任意の形状因子を有することも可能である。特殊な例として、伝導基板102a-102bは、冷却剤が流れる1つ以上のチャネル104をそれぞれが有するマイクロチャネル・クーラー(microchannel  coolers)を表現することが可能である。伝導基板102a-102bは、鋳造(casting)、注入成形(injection  molding)又はエッチング等による適切な任意の方法で形成されることも可能である。
【００１９】
ウェーブガイド構造100は、伝導基板102a-102bを少なくとも部分的にそれぞれが包囲するハード・コーティング106a-106bも含む。ハード・コーティング106a-106bは、伝導基板に対する保護を提供し、伝導基板102a-102bに熱エネルギーを輸送することを支援する。ハード・コーティング106a-106bは、疎水性の又は親水性の材料(例えば、サファイア)のような適切な任意の材料から形成されることが可能である。また、ハード・コーティング106a-106bは、ナノスケール処理技術を利用すること等による適切な任意の方法で形成されることが可能である。更に、各々のハード・コーティング106a-106bは適切な任意の厚みを有することが可能である。
【００２０】
ウェーブガイド構造100は、クラッド層108a-108b及びコア110を利用して形成されるプレーナ・ウェーブガイドを更に含む。クラッド層108a-108bは、コア110より低い屈折率を有する構造を一般的に示す。各々のクラッド層108a-108bは、薄膜イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)結晶のような適切な任意の材料から形成されることが可能である。クラッド層108a-108bは適切な任意の方法で形成されることが可能であり、例えば、電界コーティング又は熱スプレー・コーティング技術、無線周波数(RF)マグネトロン・スパッタリング技術、レーザーを利用したイオン・スパッタリング技術、分子線エピタキシー技術又は「ゾル−ゲル」技術により形成されることが可能である。更に、各々のクラッド層108a-108bは適切な任意の厚みを有することが可能である。
【００２１】
コア110は、光信号に対して利得(又はゲイン)を提供する一方、ウェーブガイド構造100を介して高エネルギー・レーザー信号又はその他の光信号を運ぶために使用されることが可能である。コア110は、ドーピングされたYAG材料のような適切な任意の材料から形成されることが可能である。コア110は、適切な任意の方法で形成されることが可能であり、適切な任意の厚みを有することが可能である。
【００２２】
ウェーブガイド構造100は、高エネルギー・レーザー(HEL)信号のような光信号を運ぶために、様々なアプリケーションで使用されることが可能である。動作中に、コア110及びクラッド層108a-108bで生じた熱は、ハード・コーティング106a-106bを介して伝導基板102a-102bへ運ばれる。伝導基板102a-102bは、(伝導基板102a-102b自らにより、或いは、伝導基板を通じて流れる冷却剤により)ウェーブガイド構造100から遠ざけるように熱を運び、ウェーブガイド構造100の冷却を支援する。ハード・コーティング106a-106bは、伝導基板102a-102bに対するサーマル・インターフェースとして機能し、ウェーブガイド構造100の内部で発生した熱の、伝導基板102a-102bへの伝達を容易にすることを支援する。これは、ウェーブガイド構造100のパフォーマンスの改善、及び、システム不具合の減少を支援することが可能である。更に、この構造は、従来のウェーブガイドより大幅に簡易に製造されることが可能であり、ウェーブガイド構造100に関連する待ち時間の短縮及びコストの低減を支援する。
【００２３】
図1はレーザー・システム又は他のシステムに関するウェーブガイド構造100の第1具体例を示すが、図1に対して様々な変形が施されて良い。例えば、図1に示されている様々なコンポーネントの相対的なサイズ、形状及び寸法は単なる例示に過ぎない。図1における各々のコンポーネントは他の任意のサイズ、形状及び寸法を有することが可能である。また、クラッド層108a-108b及びコア110により形成されるウェーブガイドの各々の側は、1つの伝導基板を含んでいるが、ウェーブガイドの各々の側は、任意の数の伝導基板を含むことが可能である。例えば、ウェーブガイドの各々の側が適切な任意の配置で複数の伝導基板を含むことが可能であり、或いは、ウェーブガイドの一方の側が伝導基板を含まない一方、ウェーブガイドの他方の側が1つ以上の伝導基板を含むことも可能である。一般に、ウェーブガイドに関連する伝導基板の適切な任意の配置が使用されることが可能である。
【００２４】
図2Aないし2Eは、本開示による図1のウェーブガイド構造100を形成する例示的な技術を示す。図2Aに示されるように、プロセスは伝導基板102a-102bとともに始まる。伝導基板102a-102bは、伝導基板102a-102bを製造することにより或いは伝導基板102a-102bを他者から入手すること等により、適切な任意の方法で取得されることが可能である。図2Aではチャネル104を有するように描かれてはいないが、各々の伝導基板102a-102bは、1つ以上のチャネル104を備えて又は備えずに、適切な任意の形状因子を有することが可能である。
【００２５】
図2Bに示されるように、伝導基板102a-102bにハード・コーティング106a-106bがそれぞれ形成される。ハード・コーティング106a-106bは、伝導基板102a-102bに対して優れた熱伝導性を提供するサファイア又はその他の材料から形成されることが可能である。ハード・コーティング106a-106bは、ナノスケール処理技術を利用すること等のような適切な任意の方法で形成されることが可能である。
【００２６】
図2Cに示されるように、ハード・コーティング106a-106bにクラッド層108a-108bがそれぞれ形成される。各々のクラッド層108a-108bは、光信号に覆いを提供する下級YAG結晶(a  low-grade  YAG  crystal)又はその他の適切な材料として形成されることが可能である。クラッド層108a-108bは適切な任意の方法で形成されることが可能であり、例えば、電解又は熱スプレー・コーティング技術、RFマグネトロン・スパッタリング技術、レーザーを利用したイオン・スパッタリング技術、分子線エピタキシー技術又は「ゾル−ゲル」技術などにより形成されることが可能である。
【００２７】
図2Dに示されるように、コア110が(この例では、層108bである)一方のクラッド層上に配置又は形成される。コア110は、ドーピングされたYAG又はその他のソリッド・ステート利得材料のような適切な任意の材料から形成されることが可能である。コア110は適切な任意の材料中に形成されることも可能である。コア110は、クラッド層108bに直に形成されることが可能であり、或いは、別個に形成されてその後にクラッド層108bに取り付けられることも可能である点に留意を要する。例えば、コア110は、別個に形成され、その後に、拡散ボンディング又はろう付けプロセス(brazing  process)によりクラッド層108bに取り付けられることが可能である。
【００２８】
図2Eに示されるように、コア110は他のクラッド層(この例では、層108a)に取り付けられる。この取り付けは、拡散ボンディング又はろう付けプロセス等による適切な任意の方法で為されることが可能である。ある実施形態では、全体的なプロセスは、モノリシック構造の生成をもたらす結果となる。この段階において、結果的な構造は、使用に適したウェーブガイドの形成を完成させるために更に処理されることが可能である。例えば、構造の表面は、ウェーブガイドの所望の最終形状を作成するために研磨されることが可能である。
【００２９】
このプロセスの最終結果は、本質的に、以下のものによるモノリシック・スタックとなることが可能である：
・第1の機械的な構造及び選択的な冷却剤の通路(伝導基板102a)；
・第1の光学的に不活性なサーマル・インターフェース(ハード・コーティング106a)；
・プレーナ・ウェーブガイド(クラッド層108a-108b及びコア110)；
・第2の光学的に不活性なサーマル・インターフェース(ハード・コーティング106b)；及び
・第2の機械的な構造及び選択的な冷却剤の通路(伝導基板102b)。
結果のウェーブガイド構造100は様々な方法で使用されることが可能である。例えば、ウェーブガイド100は、HELシステム又は他のシステムで使用するために、スラブ・ウェーブガイド増幅器又はその他の構造に統合されることが可能である。
【００３０】
図2Aないし2Eは図1のウェーブガイド構造100を形成する技術の一例を示しているが、図2Aないし2Eに対して様々な変形が施されて良い。例えば、図2Cの各構造に1つのクラッド層108a-108bを形成するのではなく、一方のクラッド層108bのみが一方の構造に形成されても良い。その後、コア110がクラッド層108bに配置又は形成され、他方のクラッド層108aがコア110に形成されることが可能である。その後、クラッド層108aは、拡散ボンディング又はろう付けプロセス等によりハード・コーティング106aに結合されることが可能である。別の例として、クラッド層108a-108bは、図2Cの双方の構造に形成されることが可能であり、図2Dの双方の構造に複数のコア110が図2D形成されることが可能である。その後、コア110は図2Eのプロセスの際に互いに取り付けられることが可能である。一般に、熱の輸送を支えるハード・コーティングとともにウェーブガイド及び1つ以上の伝導基板を有する一体化された構造を形成する適切な任意の技術が使用されることが可能である。
【００３１】
図3は、レーザー・システム又はその他のシステムのための本開示による第2の例示的なウェーブガイド構造300を示す。図3に示されるように、ウェーブガイド構造300は、伝導基板302a-302b(チャネル304を備えていてもいなくても良い)と、ハード・コーティング306a-306bと、クラッド層308a-308bとを含む。これらのコンポーネントは、上記の図1の対応するコンポーネントと同一又は類似のものであるとすることが可能である。
【００３２】
ウェーブガイド構造300はコア310を含み、コア310はドープされたソリッド・ステート利得媒体の直接的な堆積により形成される。コア310は、イットリウム・ドープYAG(Yb:YAG)又はその他のドープされたYAGのような適切な任意の材料から形成されることが可能である。コア310は、RFマグネトロン・スパッタリング技術、レーザーを利用したイオン・スパッタリング技術、分子線エピタキシー技術又は「ゾル−ゲル」技術などによる適切な任意の方法で形成されることが可能である。
【００３３】
ある実施形態では、コア310は、適切な技術により反復されるコア層の堆積を利用して形成されることが可能である。この形成は、適切な厚みが達成されるまで、コア層310が層毎に積み上げられることを許容する。更に、追加的なコア層の堆積に備えて現在存在しているコア層を研磨すること等のような他の処理が生じることを許容するために、任意の時点でプロセスは中断されることが可能である。
【００３４】
図3はレーザー・システム又は他のシステムのウェーブガイド構造300の第2具体例を示すが、図3に対して様々な変形が施されて良い。例えば、図3に示されている様々なコンポーネントの相対的なサイズ、形状及び寸法は単なる例示に過ぎない。図3における各々のコンポーネントは他の任意のサイズ、形状及び寸法を有することが可能である。また、クラッド層308a-308b及びコア310により形成されるウェーブガイドの各々の側は、1つの伝導基板を含んでいるが、ウェーブガイドの各々の側は、任意の数の伝導基板を含むことが可能である。例えば、ウェーブガイドの各々の側が適切な任意の配置で複数の伝導基板を含むことが可能であり、或いは、ウェーブガイドの一方の側が伝導基板を含まない一方、ウェーブガイドの他方の側が1つ以上の伝導基板を含むことも可能である。一般に、ウェーブガイドに関連する伝導基板の適切な任意の配置が使用されることが可能である。
【００３５】
図4Aないし4Fは、本開示による図3のウェーブガイド構造300を形成する例示的な技術を示す。図4Aに示されるように、プロセスは伝導基板302a-302bとともに始まる。伝導基板302a-302bは、伝導基板302a-302bを製造することにより或いは伝導基板302a-302bを他者から入手すること等により、適切な任意の方法で取得されることが可能である。図4Aではチャネル304を有するように描かれてはいないが、各々の伝導基板302a-302bは、1つ以上のチャネル304を備えて又は備えずに、適切な任意の形状因子を有することが可能である。
【００３６】
図4Bに示されるように、伝導基板302a-302bにハード・コーティング306a-306bがそれぞれ形成される。ハード・コーティング306a-306bは、伝導基板302a-302bに対して優れた熱伝導性を提供するサファイア又はその他の材料から形成されることが可能である。ハード・コーティング306a-306bは、ナノスケール処理技術を利用すること等のような適切な任意の方法で形成されることも可能である。
【００３７】
図4Cに示されるように、ハード・コーティング306aにクラッド層308aが形成される。クラッド層308aは、光信号に覆いを提供する上級YAG結晶(a  high-grade  YAG  crystal)又はその他の適切な材料として形成されることが可能である。クラッド層308aは適切な任意の方法で形成されることが可能であり、例えば、RFマグネトロン・スパッタリング技術、レーザーを利用したイオン・スパッタリング技術、分子線エピタキシー技術又は「ゾル−ゲル」技術などにより形成されることが可能である。
【００３８】
図4Dに示されるように、コア310がクラッド層308a上に形成される。コア310は、ドーピングされたYAG又はその他のソリッド・ステート利得材料のような適切な任意の材料から形成されることが可能である。コア310は、RFマグネトロン・スパッタリング技術、レーザーを利用したイオン・スパッタリング技術、分子線エピタキシー技術又は「ゾル−ゲル」技術などによる適切な任意の方法で形成されることも可能である。上述したように、コア310は複数の材料層を利用して形成されてもよいし或いはそのように形成されてなくても良い。
【００３９】
図4Eに示されるように、クラッド層308bがコア310上に形成される。クラッド層308bは、光信号に覆いを提供する上級YAG結晶又はその他の適切な材料として形成されることが可能である。クラッド層308bは、例えばRFマグネトロン・スパッタリング技術、レーザーを利用したイオン・スパッタリング技術、分子線エピタキシー技術又は「ゾル−ゲル」技術などにより、適切な任意の方法で形成されることが可能である。
【００４０】
図4Fに示されるように、クラッド308bがハード・コーティング306bに取り付けられる。この取り付けは、拡散ボンディング又はろう付けプロセス等による適切な任意の方法で為されることが可能である。ある実施形態では、全体的なプロセスは、モノリシック構造の生成をもたらす結果となる。この段階において、結果的な構造は、使用に適したウェーブガイドの形成を完成させるために更に処理されることが可能である。例えば、構造の表面は、ウェーブガイドの所望の最終形状を作成するために研磨されることが可能である。
【００４１】
結果のウェーブガイド構造300は様々な方法で使用されることが可能である。例えば、ウェーブガイド300は、HELシステム又は他のシステムで使用するために、スラブ・ウェーブガイド増幅器又はその他の構造に統合されることが可能である。RFマグネトロン・スパッタリングは、コア310の達成可能な最大厚みの観点から制限されるかもしれない点に留意を要する。例えば、あるRFマグネトロン・スパッタリング・アプローチでは、コア310は、約10μmという最大厚みに制限され得る。しかしながら、或るシステムでは、コア310の交差堆積(the  cross  volume)(幅×高さ×長さ)が性能指数であり、それ自体の高さではない。コア310の高さが、他の何らかの形成技術を利用して達成されるものより短い場合、それを補うためにコア310の幅及び/又は長さが増やされることが可能である。更に、本願で説明されるアプローチを利用して達成可能な冷却効率の増加に起因して、より小さな交差堆積を有し且つサーマル・インターフェース・マテリアルを有しない増幅器が、より大きな交差堆積を有し且つサーマル・インターフェース・マテリアルを有する増幅器に匹敵するパフォーマンスを得るために使用されることが可能である。
【００４２】
これについての特定の具体例として、ある50キロワットHELシステムで使用されるプレーナ・ウェーブガイドは、近似的に100μm×25mm×100mmのサイズであるとすることが可能である。従来技術を利用してこれらのプレーナ・ウェーブガイドを製造するのに要するリード・タイム(The  lead  time)は、何ヶ月もの単位で検討され、製造後に、プレーナ・ウェーブガイドは洗浄、検査及びレーザー・カートリッジへの組み込みの工程を経ることになる。ウェーブガイドとカートリッジと間の界面損失(The  waveguide-to-cartridge  interfacial  losses)は、ウェーブガイドの面積と組み合わせられるプレーナ・ウェーブガイドの冷却率を決定し、ドーピング濃度は、達成可能な総レーザーパワーを算出するために使用されることが可能である。本開示で説明されるアプローチを利用すると、10μm×50mm×200mmのモノリシック増幅器が、僅か数日で製造され、1週間の内に研磨され、検査され、インストールされることが可能である。そのようなモノリシック増幅器は、極めて削減されたコスト及び増加した冷却能力で、50キロワット・プレーナ・ウェーブガイドと同様な光増幅をもたらすことが可能である。
【００４３】
図4Aないし4Fは図3のウェーブガイド構造300を形成する技術の一例を示しているが、図4Aないし4Fに対して様々な変形が施されて良い。例えば、同じ伝導基板302a上にクラッド層308a-308b及びコア310を形成するのではなく、クラッド層308bが、ハード・コーティング306b上に形成され、コア310に取り付けられることが可能である。別の例として、複数のコア310が、クラッド層308a-308bに形成され、互いに取り付けられることが可能である。
【００４４】
本願で説明されるウェーブガイド構造100，300は、従来のプレーナ・ウェーブガイドと比較して、より容易に製造されることが可能である。更に、本願で説明されるウェーブガイド構造100，300は、ウェーブガイド構造の改善された冷却をもたらすことが可能である。あるシミュレーション例は、冷却効率で少なくとも25％の改善が達成可能であることを示し、この改善は、ハイパワー光信号を利用する様々なタイプのHELシステム又は他のシステムで顕著な利点をもたらすことが可能である。更に、従来のサーマル・インターフェース・マテリアルを利用することは、典型的には、プレーナ・ウェーブガイドのエントランス及びエグジット・フェースが、搭載基板の表面に対してフラッシュされないことを必要とし、それは、ファセット・コーティング(facet  coatings)が吸収を起こすので冷却効率をかなり劣化させてしまう。本願で説明されるウェーブガイド100，300は、このような制約を排除し、ファセット・コーティングを利用することに付随する問題に対処することが可能である。
【００４５】
図5は本開示によるウェーブガイド502を有するシステム例500を示す。ここに示されるウェーブガイド502は、図1のウェーブガイド構造100又は図3のウェーブガイド構造300を示すことが可能である。しかしながら、上述したように、ウェーブガイド100及び300に対して施されることが可能な多数の潜在的へ変形が存在し、ウェーブガイド502は、任意の何れかの潜在的な変形或いは上記の潜在的な変形の任意の組み合わせを組み込むことが可能である。
【００４６】
システム500はソース・レーザー504及びポンプ・ソース506を含む。この例では、システム500は「マスター発振パワー増幅器(master  oscillator  power  amplifier：  MOPA)構成を実現するように構成され、MOPA構成はハイ・パワー・レーザー出力の生成をサポートする。ソース・レーザー504は、一般に、所望の出力波形のロー・パワー・バージョンを生成する。例えば、所望の出力波形が所望パターンのパルス列を有する高エネルギー・レーザー出力である場合、ソース・レーザー504は所望パターンのパルス列を有するロー・パワー出力を生成することが可能である。ソース・レーザー504の出力はウェーブガイド502に提供され、ウェーブガイド502は、増幅されたレーザー出力を生成するためにソース・レーザー504の出力を増幅する。増幅のためのレーザー・エネルギーは、ポンプ・ソース506によりウェーブガイド502に提供される。
【００４７】
ソース・レーザー504は、1つ以上のレーザー・ダイオードのようなロー・パワー・レーザー出力を生成する適切な何らかの構造を含む。ポンプ・ソース506は、増幅をサポートするためにレーザー・エネルギーを提供する適切な何らかの構造を含む。例えば、ポンプ・ソース506は、1つ以上のレーザー・ダイオード又は1つ以上のフラッシュ・ランプ(one  or  more  flash  lamps)を含むことが可能である。
【００４８】
図5は、ウェーブガイド502を有するシステム500の一例を示すが、図5に対して様々な変形が施されて良い。例えば、レーザー・システムは広範囲に及ぶ様々な構成に登場し、増幅又はその他の機能のためにプレーナ・ウェーブガイドが使用される任意のレーザー・システムが、ウェーブガイド構造100又は300を使用することが可能である。
【００４９】
この特許文献を通じて使用される所定の言葉及び言い回しの定義を説明することは有意義である。「含む(include)」及び「有する(comprise)」という用語に加えてそれらの派生語は、限定ではなく包含を意味する。「又は」という用語は包含であり、「及び/又は」を意味する。「〜に関連する」という言い回しに加えてその派生語は、「〜を含む」、「〜内に含まれる」、「〜に接続する」、「〜入っている」、「〜内に入っている」、「〜に又は〜と接続する」、「〜に又は〜と結合する」、「〜と通信できる」、「〜と協働する」、「〜と交互に位置している」、「〜と並置している」、「〜に隣接している」、「〜に又は〜と結合されている」、「〜を有する」、「〜という性質を有する」、「〜と又は〜に対して関係を有する」等を意味して良い。「〜のうち少なくとも1つ」という言い回しは、アイテムのリストとともに使用される場合、列挙されたアイテムのうち1つ又は複数個の様々な組み合わせが使用されても良いこと、及び、リスト中の1つのアイテムのみが必要とされても良いことを意味する。例えば、「A、B及びCのうち少なくとも1つ」は、A、B、C、A及びB、A及びC、B及びC、A及びB及びCという組み合わせのうち何れも含んでいる。
【００５０】
本願における説明は、何らかの特定の要素、ステップ又は機能が、特許請求の範囲に含まれなければならない本質的又は重要な要素であることを意味するように解釈されるべきではない。特許された対象事項の範囲は、許可された請求項によってのみ規定される。更に、機能を定める特定の語句に続いて「〜するための手段」又は「〜するためのステップ」という厳格な言葉が特定の請求項で明示的に使用されない限り、添付の特許請求の範囲又は請求項の要素の何れについても、請求項が35U.S.C.§112(f)に関わるようには意図されていない。(限定ではないが)「メカニズム」、「モジュール」、「デバイス」、「ユニット」、「コンポーネント」、「要素」、「部材」、「装置」、「マシン」、「システム」、「プロセッサ」又は「コントローラ」のような用語の請求項での使用は、請求項の特徴自体によって更に修正又は改善される、当業者に既知の構造を指すように理解され意図され、35U.S.C.§112(f)に関わるようには意図されない。
【００５１】
本開示は所定の実施形態及び概して関連する方法を説明してきたが、これらの実施形態及び方法の代替例及び置換例は、当業者にとって明らかであろう。従って、例示の実施形態の上記の記述は、本開示を限定も制約もしない。その他の変形、置換及び代替も、添付の特許請求の範囲によって規定される本開示の範囲から逸脱することなく可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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