(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）であって、
前記１対のアクティブ光学素子の各素子は、光活性中心の濃度勾配（４）を有し、前記濃度勾配（４）に対し横方向に沿った前記光活性中心の濃度差は、±５％までの光学的均質性レベルを超え、前記濃度勾配（４）は光ビーム（５）を反射および／または通過させるように構成された前記１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の表面に対して平行であり、
前記１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）は、光ビーム（５）の反射および／または通過を意図した、少なくとも表面部分および／または体積部分で、前記光活性中心の前記濃度勾配（４）の形状および分布において、互いに鏡像および／または回転対称であり、該１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）での前記反射、および／または、前記１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の通過中に、前記光ビーム（５）を、±５％までの光学的均質性レベルに至る該光ビーム（５）の断面の全ての点で、該光ビーム（５）の断面を横切る前記１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の該光活性中心の値の合計値が該光活性中心の±５％までの光学的均質性レベルの最大濃度差の値に達するように、向ける
ことを特徴とする、１対のアクティブ光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の前記１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）を含む、前記光活性中心の濃度の不均質部を排除した複合材料。
【請求項３】
請求項１に記載の前記１対のアクティブ光学素子を含む、前記光ビーム（５）の増幅および／または検出および／または制御を意図した前記１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の固体活性媒質。
【請求項４】
請求項１に記載の前記１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の作製方法において、
前記少なくとも１つの軸（２）に沿って前記光活性中心の前記濃度勾配（４）が変化するプロセスを有しながら、該少なくとも１つの軸（２）によって鏡像および／または回転対称である、該光活性中心の該濃度勾配（４）の少なくとも１つの領域を含む、前記１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）を製造するための出発材料を用いて、
結果的に、前記作製方法は、
前記出発材料を、前記光活性中心の濃度勾配（４）の対称軸（２）の方向に、望まし長さまで減らして、検査端部（１）と合うようにする工程と、
光学的均質性を有する鏡像および／または回転対称部分を、前記のように処理した材料の体積部分から選択する工程と、
前記鏡像および／または回転対称条件を満たす少なくとも２つ幾何学的形状を、少なくとも３つの互いに平行で、対称軸（２）に平行な方向に延伸する断面（３）によって作製する工程であって、中間の断面、または、前記中間の断面の間の中央平面は、前記出発材料の該鏡像および／または回転対称の幾何学的位置を示し、丁度中間の断面も、該鏡像および／または回転対称の幾何学的位置を示すものである工程と、
前記のように作製した幾何学的形状の寸法および表面を、次に、請求項１に記載の互いに対称の前記鏡像および／または回転対称条件を維持しながら、従来の方法によって調節する工程と、
を含む、作製方法。
【請求項５】
前記出発材料として、融液または溶液から一方向結晶化方法によって製造した、単結晶の成長方向に濃度勾配（４）を有する単結晶を用いる、
請求項４に記載の、１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の作製方法。
【請求項６】
前記出発材料として、光学的に等方性か、または光学的に単軸であり、更に、希土類イオンおよび／または遷移金属によって形成された、少なくとも結晶成長方向に濃度勾配（４）を示す光活性中心を含む、単結晶を用いる、
請求項５に記載の、１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の作製方法。
【請求項７】
複合光学材料において、
請求項１に記載の、前記光活性中心の濃度勾配（４）を有する前記少なくとも１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）を、含み、
前記１対の個々の素子を、該光活性中心の濃度勾配（４）の方向に垂直である共通の軸によって、互いに１８０°回転して、次に、光学的に接続する、複合光学材料。
【請求項８】
大型レーザスラブの製造に使用される、
請求項７に記載の、複合光学材料。
【請求項９】
請求項７に記載の前記複合光学材料の作製方法において、
請求項１に記載の、前記光活性中心の前記濃度勾配（４）を有する前記少なくとも１対のアクティブ光学素子（Ｄ１またはＤ２）の少なくとも１つの素子を、該１対の第２の素子に対し、前記光活性中心の該濃度勾配（４）の方向に垂直である共通の軸に沿って、１８０°回転する工程と、
少なくとも１対の前記２つの素子（Ｄ１およびＤ２）を、次に、光学的に接続する工程と、
を含む、作製方法。
【請求項１０】
固体活性媒質を有するアクティブ光学素子において、
請求項１に記載の前記少なくとも１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）を含み、該少なくとも１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の前記光活性中心の前記濃度勾配（４）の値の合計が、少なくとも１つの通過する光ビーム（５）の断面の全ての点で、前記少なくとも１つの光ビーム（５）の方向で、±５％までの光学的均質性の範囲でありながら、該少なくとも１対のアクティブ光学素子は、中心対称または鏡像対称に、幾何学的に配列された、アクティブ光学素子。
【請求項１１】
請求項１に記載の前記少なくとも１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の前記素子が、光活性中心の濃度勾配（４）が反対方向となるように、対応する表面の法線の周りを互いに回転自在に枢動し、同時に、前記少なくとも１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）からの２つの素子の共通の回転軸の位置を、維持するように、前記少なくとも１つの通過する光ビーム（５）の方向に、互いに前後に配列される、請求項１０に記載の、アクティブ光学素子。
【請求項１２】
請求項１に記載の前記少なくとも１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）は、互いに直角を形成するように配列され、少なくとも１つの通過する光ビーム（５）が、当該形成された角度の幾何学的軸に平行に配向され幾何学的に配列された前記少なくとも１対のアクティブ光学素子へ入射する、
請求項１０に記載の、アクティブ光学素子。
【請求項１３】
請求項１に記載の前記少なくとも１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）は、対応する領域の法線が互いに略平行となるように幾何学的に配列され、少なくとも１つの通過する光ビーム（５）を、法線が平行な表面の１つに、各表面の法線に対し２２°から７５°の間の範囲の角度で向ける、
請求項１０に記載の、アクティブ光学素子。
【請求項１４】
少なくとも１つの通過する光ビーム（５）を、請求項１に記載の前記少なくとも１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の少なくとも１つの素子表面に当たるように向け、
前記１対のアクティブ光学素子の対応する表面の法線が互いに平行であり離れており、前記光ビーム（５）は、ブリュースター角より小さい角度で、前記少なくとも１つの１対のアクティブ光学素子（Ｄ１およびＤ２）の体積部分を徐々に通過する、請求項１３に記載の、アクティブ光学素子。
【請求項１５】
請求項１０から１４のいずれか１項に記載の、アクティブ光学素子を有する、光学デバイスであって、光学レーザ増幅器、可飽和吸収体、放射線検出器のいずれかである、光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光活性中心（ドーパント）を加えた固体光活性媒質（特に、単結晶）の作製、および、高性能光学増幅器（特に、レーザシステム）と、その構成要素（例えば、可飽和吸収体）の構成における、その使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御した結晶化によって融液または溶液から作製し、所定の結晶の結晶構造を構成する構造成分に加えて他の成分を含む材料を、他に加えて、アクティブ光学素子を作製するのに用いる。これらを用いて、本来、様々なタイプの放射線、粒子、および／または、電磁波と相互作用して、エネルギーを吸収し、次に、エネルギーを出力するか、または、他の光活性中心に変換して光子の形態で出力する、光活性中心を形成する。出力した光子を、更に、使用／処理、または、検出しうる。
【０００３】
光活性中心を有する単結晶光学素子の実現可能な大きさは、製造特性によって制限される。通常、結晶化中に、光活性中心を構成する不純物（ドーパントも）の濃度勾配が、結晶化フロントの方向に生成される。この現象は、結晶化中に、融液または溶液中の結晶を構成する成分と不純物成分の両方の割合の濃度変化によって生じ、従って、結果的に得られる結晶中に生じる。この現象は、混合した成分の半径、または、結晶生成過程からのイオンの大きさの差異により、生じる。
【０００４】
不純物成分の半径が、構造成分の半径より大きい場合には、結晶生成プロセスに関わる能力が低くなり、そこから結晶が成長を続ける溶液／融液内の不純物成分濃度が徐々に高まる。これは、成長する結晶内の不純物成分の濃度が、成長方向に徐々に高まるという結果につながる。半径が小さい場合には、反対の結果となる。結晶化中に、融液または溶液中の不純物成分の濃度は低下し、従って、成長する結晶内の不純物成分の濃度は、成長方向に低下する。結晶成長中に、ドーパント濃度が５％より大きく変化することは、重大である。
【０００５】
高温での単結晶（ネオジムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ−Ｎｄ３＋：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、チタンをドープしたサファイア（Ｔｉ：Ｓ−Ｔｉ３＋：Ａｌ２Ｏ３など）、イッテルビウムをドープしたフッ化カルシウム（Ｙｂ：ＣａＦ−Ｙｂ３＋：ＣａＦ２など）の作製のために、産業分野で使用する産業結晶化テクノロジー（チョクラルスキー法、キロプロス法、ブリッジマン法、バグダサロフ法、ＨＥＭ（熱交換法）、ＣＲＩＧ（結晶向上成長）など）は、全て、上記のような現象を示す。
【０００６】
いくつかの場合において（使用する成長技術によっては）、単結晶中の不純物成分の濃度勾配は、結晶軸からの横方向距離の影響も受ける。概して、濃度勾配の方向は、必ず、結晶化フロントに垂直である。平坦な結晶化フロントの場合には、ドーパント濃度勾配の方向は、成長軸に対応し、頂角ε≠１８０°の円錐面の形状を有する回転対称の結晶化フロントの場合には、結晶成長方向は、円錐の回転軸と同一であり、ドーパント濃度勾配は、成長軸の方向に向くと共に、この軸に垂直でもある。
【０００７】
実際には、光活性中心と望ましい濃度とには、光学、特にレーザ素子製造について許容可能な±５％の横方向の濃度差がある。従って、通常、結晶化プロセスによって生じたドーパントの不均一な分布が、既存の技術による光学素子の製造を制限することを、上記のような事実は示している。
【０００８】
既存の技術によれば、このように成長させた単結晶の特定の光活性中心に要求される望ましい特性を有する、光学、特にレーザ素子の大きさは、２つの要因によって制限される：
成長した単結晶の全寸法、および、
光学的均質性条件を満たす体積部分の大きさであり、濃度勾配は、これらの単結晶の使用可能な部分を大きく制限し、一方、光学、特にレーザ素子製造について、ドーパント濃度勾配が±５％の最大の横方向の差の条件を満たす、領域の選択が不可欠である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明による、光学、特にレーザ素子の作製プロセス、および、それらを使用するための幾何学的配列は、光活性成分（ドーパント）の濃度勾配の存在に関係する制限的条件を超すことを可能にし、それによって、使用可能面積を大きく増加させる。アクティブ光学素子の使用可能面積は、光学増幅器の性能、特に、レーザシステムの性能を制限する主要な要因の１つである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光活性中心の濃度勾配を有する一対のアクティブ光学素子、大面積の光学素子を作製するために不均質部を排除した材料を製造するための作製プロセス、および、その使用、その作製方法、並びに、次に、アクティブ光学素子機器、特に、この一対のアクティブ光学素子の幾何学的配列を用いた光学増幅器、吸収体、または、検出器に関する。
【００１１】
光ビームの反射／通過を意図した少なくとも面積／体積部分で、光活性中心の濃度勾配の幾何学的形状および分布について、互いに鏡像および／または回転対称である、同じ材料の一対のアクティブ光学素子。
【００１２】
光活性中心の濃度勾配の不均質部を排除した複合材料を作製するために、本発明による一対のアクティブ光学素子を使用。
【００１３】
光学素子において、本発明による一対のアクティブ光学素子を、活性光媒質として使用。この素子は、光学増幅器、または、可飽和吸収体、または、光検出器などの、既存の技術による任意のアクティブ光学素子であってもよい。
【００１４】
本発明による一対のアクティブ光学素子を、１つの軸によって鏡像および／または回転対称であるドーパント濃度勾配の少なくとも１つの領域を含む出発材料から、作製し、同時に、この軸に沿ってドーパント濃度勾配の変化があった。作製工程は、更に、以下の特徴がある：
１．出発材料を、ドーパント濃度勾配の対称軸の方向に、望ましい長さまで減らして、検査端部と合うようにする。
２．裸眼によって、または交差偏光子の補助によって観察される光学的欠陥を示さない２つの鏡像対称部分を、材料体積部分から選択する。従って、十分な光学的均質性を有する適切な領域を特定する。
３．鏡像および／または回転対称条件を満たす少なくとも２つの幾何学的形状（図１）を、少なくとも３つの互いに平行で、対称軸に平行な方向に導かれた断面によって、作製し、その際、中間の断面、または、中間の断面の間の中央の平面は、材料の鏡像および／または回転対称の幾何学的位置を示し、丁度中間の断面も、鏡像および／または回転対称の幾何学的位置を示す。
４．次に、このように作製した幾何学的形状の寸法および表面を、当分野で周知の方法によって、その方法の更なる使用による光学品質に調節し、全ての形状は、処理後でさえ、鏡像または回転対称である表面の法線に対して、互いに対称性を有する。
【００１５】
好適な実施形態において、本発明の作製プロセスによって、結晶生成要素の他に光活性中心を形成する他の成分を含む融液または溶液から、一方向結晶化プロセスを示す結晶化方法によって製造した単結晶から、一対の光学素子を作製する。このように作製した単結晶は、この単結晶の成長方向に濃度勾配を示す。対称軸は、単結晶成長軸と一致する。
【００１６】
好適な実施形態において、光学的に等方性か（例えば、ＹＡＧ、ＬｕＡＧなど）、または、光学的に単軸であり（例えば、サファイア、Ａｌ２Ｏ３など）、更に、希土類イオン（例えば、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｔｍなど）、および／または、遷移金属（例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖなど）によって形成された、結晶成長方向に濃度勾配を有する光活性中心を含む、単結晶から、一対の光学素子を作製する。
【００１７】
非常に大きい光学素子、特に、レーザスラブを製造するための複合均質材料であり、本発明の光活性成分の濃度勾配を有する少なくとも一対のアクティブ光学素子によって、形成される材料であり、その対の個々の素子を、光活性中心の濃度勾配の方向に垂直である共通の軸によって、互いに１８０°回転して、次に、光学的に接続する。
【００１８】
このように作製した材料を、大きいアクティブ光学素子、特に、レーザスラブを作製するのに、有利に用いてもよく、それは、更に、高性能レーザシステムで使用されて、実現可能な容量を大きく増加させる。複合材料を、当分野で周知の技術によって、処理しうる。
【００１９】
光活性成分の濃度勾配を有する、少なくとも一対のアクティブ光学素子の非常に大きい光学素子、特に、レーザスラブを製造するための、複合均質材料の作製方法であり、その対の１つの素子を、他方の素子に対し、光活性中心の濃度勾配の方向に垂直である共通の軸に沿って、１８０°回転し、次に、その対の両方の素子を、当分野で周知の技術を用いて、光学的に接続する。
【００２０】
アクティブ光学素子、特に、光学増幅器、光学吸収体、または、放射線検出器は、ドーパント濃度勾配の値の合計が、ビームの断面における全ての点で、通過／反射する光ビームの方向での光学的均質性についてのマージンに対応する値になるように、少なくとも１つの通り抜ける光ビームの方向に幾何学的に配列された、本発明の少なくとも一対のアクティブ光学素子を含む。素子が互いに中心対称または鏡像対称となるように、空間において素子が配列された場合に、この条件を満たす。
【００２１】
好適な実施形態において、アクティブ光学素子は、本発明による少なくとも一対のアクティブ光学素子を含み、この対の素子は、濃度勾配が反対方向となるように、断面の表面の法線の周りを回転自在に枢動する。素子は、２つの素子の共通の回転軸の位置を維持するように、つまり、２つの互いに平行な表面が、同じ回転軸に対応しながら、一致するように、空間において、通過する光ビームの方向に配列される（図２）。
【００２２】
他の好適な実施形態において、アクティブ光学素子は、本発明による少なくとも一対のアクティブ光学素子を含み、この対の素子を、直角を形成するように、空間において幾何学的に配列し（図３）、それらの空間配列は、同時に、その対の両方の素子の反転鏡面対称条件を満たす。ディスクの１つの濃度勾配は、直角の頂点に達する；第２のディスクを、濃度勾配が直角の頂点から離れるように向ける。従って、配列したディスクは、光学増幅器の活性媒質を形成し、好ましくは、裏側から取り出しうる。少なくとも１つの通過する光ビームは、両方の素子によって形成した角度の幾何学的軸に平行に向いている。
【００２３】
アクティブ光学素子の他の好適な実施形態において、本発明による少なくとも一対のアクティブ光学素子の素子を、本発明によるドーパント濃度勾配の中心対称方向の条件を満たしながら、対応する表面の法線が互いに平行となるように、幾何学的に配列する。少なくとも１つの通過する光ビームを、法線が平行な表面の１つに、各表面の法線に対し２２°から７５°の間の範囲の角度で向ける。（図４または図５）。
【００２４】
上記のような場合の特別な実施形態は、本発明によるドーパント濃度勾配の中心対称方向の条件を満たしながら、対応する表面の法線が互いに平行となるように、配列した少なくとも一対のアクティブ光学素子を通過する少なくとも１つの光ビームを、法線が互いにブリュースター角より小さい角度で向いた、少なくとも１つの表面に向けて、少なくとも一対のアクティブ光学素子の体積部分を、徐々に通過させる場合である（図５）。
【００２５】
上記のような、本発明によるアクティブ光学素子の対の任意の組合せの幾何学的配列を含む、アクティブ光学素子。
【００２６】
本発明によれば、アクティブ光学素子は、可飽和吸収体、大きい、および／または、長い放射線検出器、または、レーザ増幅器であってもよい。
【００２７】
本発明は、図面を通して理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】中心の光学的不均質部を有する結晶の場合の、本発明による一対のアクティブ光学素子を作製する断面の一例を示す。
【図２】実施例２による鏡像対称であるパネルの幾何学的配列を示す。
【図３】実施例４による鏡像対称であるパネルの幾何学的配列を示す。
【図４】実施例５による鏡像対称であるパネルの幾何学的配列、および、光ビームの方向を示す。
【図５】実施例６による鏡像対称であるパネルの幾何学的配列、および、光ビームの方向を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施例１
チョクラルスキー法によって成長させた、直径８０ｍｍで、頂角が１２０°の円錐状（円錐）結晶化フロントを有するＹＡＧ結晶を、全長１５０ｍｍで、＜１１１＞方向に成長させた。レーザ材料の作製に通常使用する三価のネオジム（Ｎｄ３＋）を、光活性中心として選択した。結晶の最初と最後の部分を除去して表面を研磨することによって、検査端部１を有する長さ１２０ｍｍの結晶を作製した。ドーパント濃度は、上部で、Ｎｄイオンが０．９ａｔ％で、底部で、Ｎｄイオンが１．０４ａｔ％である。Ｎｄイオンの平均濃度勾配４は、１ｃｍ当たり０．０１１７ａｔ％である。目視検査中に、１辺が４ｍｍの正三角形状の中心の不均質部を確認した。検査端部１を有する結晶の外縁部で、半径方向に結晶の中心に向かって深さ５ｍｍまで、インターフェアする他の光学的不均質部を記録した。
【００３０】
ディスク状レーザ素子を製造する従来のプロセスの場合には、Ｎｄイオンを同じ平均値の条件に維持しながら、半径方向の断面を、結晶成長軸２に垂直に保たなければならない。レーザディスクの最大直径は、３３ｍｍ、つまり、総面積は、８．５５ｃｍ２である。そこからレーザ素子を製造する結晶部分の選択によれば、Ｎｄイオンの平均濃度は、０．９３ａｔ％から１．００ａｔ％の範囲でありうる。
【００３１】
本発明による方法を使用して、本発明によるアクティブ光学素子において、互いに配列されて中心帯状部分の外側に延伸する少なくとも２つのコード断面３を用いて、２つの鏡像対称パネルを切断することによって、平均Ｎｄイオン濃度を維持する条件を満たす２つのレーザ素子Ｄ１およびＤ２を製造する（図１）。パネル厚さは、必要に応じて、変更可能である。パネル厚さが５ｍｍの場合、外側コード部分の長さは６５ｍｍになるだろう。
【００３２】
次に、両方のパネルを、断面３の表面の法線に沿って互いに１８０°回転して、２つの対向する表面が光学接触を形成するように、互いに重ねて置く。本発明の方法を用いて、全領域において、０．９７ａｔ％のＮｄイオンの均質な平均濃度を示す複合材料を作製した。次に、このように作製したパネル複合材料を使用して、３つの異なるタイプの光学アクティブ素子、特に、レーザスラブを作製できる。
１．矩形状で、辺の長さが６．５ｃｍと１２ｃｍのレーザ素子は、最大面積を有する。従って、総面積は、７８ｃｍ２である。
２．直径が６．５ｃｍで、総面積が３３．１８ｃｍ２の円形状レーザ素子。理想的には、もっと小さい寸法の他のレーザ素子を、パネル材料の残りの部分から製造でき、従って、材料の有効歩留まりを大きく高めることができる。
３．１辺が６．５ｃｍの正方形レーザ素子；総面積は、４２．２５ｃｍ２である。理想的には、もっと小さい寸法の他のレーザ素子を、パネル材料の残りの部分から製造できる。
４．全ての場合において、当分野で周知の方法を用いて、レーザ素子を、最終的な形状および品質にする。
【００３３】
実現可能な円形断面のレーザ素子の面積部分の大きさを比較すると、成長した単結晶が同じ大きさを有し、本発明によるプロセスを用いた場合には、使用可能面積部分が略３．９倍に増加するのが観察される。作製可能なレーザ素子の最大の面積部分の大きさを用いた場合には、面積部分は、９．１２倍に増加する。このように製造したディスクＤ１およびＤ２は、より高効率の増幅器の構成に重要な役割を有する。
【００３４】
実施例２
ブリッジマン法によって成長させた、Ｙｂ３＋イオンによって形成された光活性中心を有する、直径１５０ｍｍで長さ２００ｍｍの円筒状ＣａＦ２結晶。光学的検査中に、成長欠陥部は確認されなかった。イッテルビウムとカルシウムイオンの大きさが異なるので、成長した結晶は、結晶化フロントに垂直である濃度勾配４を示す。それは、成長軸２と同一の回転軸に垂直である。
【００３５】
従来のレーザ素子作製方法を用いて、製造したレーザスラブの光活性中心分布の許容可能な均質性を満たしながら、基本材料の最大直径を１４５ｍｍに、厚さを２０ｍｍにすることを実現できる。次に、１０５．１ｃｍ２（正方形断面）から２２７．８ｃｍ２（円形断面）の総面積を有するレーザ素子を、この半仕上げの製品から作製できる。
【００３６】
本発明による方法を用いた場合に、少なくとも３つの互いに平行な断面３を結晶成長軸２に平行に延伸させ続け、次に、それを、従来の方法の光学品質に形付けることによって、レーザ素子を作製できる。各素子の実現可能な全表面は、２９０ｃｍ２までであり、レーザ素子のアクティブ領域の実現可能な大きさの１２７％の増加に対応する。
【００３７】
本発明によるアクティブ光学素子における、一対のアクティブ光学素子Ｄ１およびＤ２を用いるには、一対の対称なディスクの両方の素子を、断面表面３の法線に沿って１８０°回して、２つの表面の共通の回転軸の位置を維持する、つまり、２つの互いに平行な表面の軸は、同一であり、回転軸に対応する（図２）。次に、少なくとも１つの光ビーム５を回転軸に平行に進めて、２つの対の素子を徐々に通過する中で、その増幅を生じる。
【００３８】
実施例３
ＨＥＭ（熱交換法）によって成長させたチタンイオンの光活性中心を有する、直径２５０ｍｍで長さ４００ｍｍの円筒状サファイア単結晶。使用した成長技術により、散在する接触円の半径が、結晶化の最初と最後の部分で異なる、回転対称の放物線状結晶化フロントを生成する。接触円の半径は、時間、または、結晶化の進展につれて増加する。限界値の場合には無限大まで変化し、円弧を線に変化させる。同様に、結晶成長の進展につれて、結晶化フロントは徐々に直線になる。
【００３９】
チタンイオンの分配係数は、０．０４に等しく、結果的に、結晶成長の局所方向に、非常に強い濃度勾配４が得られる。勾配４方向は、結晶化フロントの形状を変えることによっても変化し、各サイトで、必ず、法線の方向に向く。
【００４０】
このために、必要な寸法および濃度のレーザ素子を製造する従来の方法を用いた場合には、成長した結晶の非常に狭い部分に、限定することを必要とする。断面平面３が、結晶化フロントに対する接面に対応するように、成長した結晶の回転対称の幾何学的位置を示す点で、レーザ素子を生成するための半仕上げの製品を切断しなくてはならない。通常、元の結晶の重量の最大で２０％を使用する。直径が２３０ｍｍまでで、厚さが最高で２５ｍｍの円形状レーザ素子を、このように成長した結晶から製造できる。作製可能なレーザ素子の面積（４１５．５０ｃｍ２まで）は、この場合に望まれる厚さに大きく依存する。
【００４１】
本発明による方法を用いて、本発明の幾何学的配列において、全表面に亘って平均チタンイオン濃度を維持しながら、８７４．００ｃｍ２の面積に対応する最高で２３０ｍｍ×３８０ｍｍの寸法を有する、一対の矩形状アクティブ光学素子の少なくとも２つの素子Ｄ１およびＤ２を得ることができる。このように作製した一対のアクティブ光学素子Ｄ１およびＤ２を、本発明によるアクティブ光学素子（特に、レーザ増幅器）において、および、特にレーザスラブを更に製造するための複合材料の製造について、の両方で使用できる。面積部分の大きさの増加は、現在の技術手段によって実現可能な面積部分の２倍に対応する。
【００４２】
実施例４
ＣＲＩＧ法を用いて製造した、ネオジムの光活性中心を有するＹＡＧ結晶を用いて、８０ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの寸法を有する、２つの矩形状ディスクを、本発明により作製した。ディスクＤ１およびＤ２は、反転鏡像対称条件を満たしながら、直角を形成するように幾何学的に配列する（図３）。ディスクＤ１およびＤ２の１つの濃度勾配４は、直角の頂点に達する；第２のディスクは、濃度勾配４が直角の頂点から離れるように向いている。従って、配列したディスクＤ１およびＤ２は、光学増幅器の活性媒質を形成する。
【００４３】
ディスクＤ１およびＤ２の両方を、ＩＲダイオードによって、裏側から均一に励起する。レーザビーム５は、２つのディスクＤ１およびＤ２によって形成した角度の幾何学的軸に平行に向いている。ビーム５は、両方のディスクＤ１およびＤ２を通って徐々に進み、結果的に得られるエネルギーを測定できる。両方のディスクＤ１およびＤ２の８０％を徐々に測定することによって、励起レベルに応じた、衝撃点、パルスエネルギー測定値の絶対偏差に関わらず、１．５％の値を超えないことを示した。
【００４４】
これらの結果に基づいて、両方のディスクＤ１およびＤ２上で反射した後の走査パルスの増幅は、測定精度の範囲では同じであり；このため、２つのディスクＤ１およびＤ２を通過した後のＮｄイオン濃度の平均合計も同じであり、従って、本発明による条件を満たすと、結論付けることができる。
【００４５】
実施例５
実施例４に記載した方法を用いて製造した、ネオジムの光活性中心を有するＹＡＧ結晶を用いて、１００ｍｍ×１２０ｍｍ×１０ｍｍの寸法の２つの矩形状ディスクＤ１およびＤ２を、本発明により作製した。ディスクＤ１およびＤ２は、本発明によるドーパント濃度勾配４の中心対称方向の条件を満たしながら、互いに対応する表面の法線が互いに平行となるように、幾何学的に配列される。ディスクＤ１およびＤ２の両方を、同等に励起する。
【００４６】
入射レーザビーム５は、法線が対向する表面の少なくとも１つに、各表面の法線に対して２２°から７５°の範囲の角度で当たり、反射／第１のディスクＤ１から第２のディスクＤ２へ反射し、そこで、第２の通過／反射がある（図４）。レーザビーム５の表面エネルギーを測定することによって、増幅が、その表面に亘って均一に起きることも立証された。
【００４７】
実施例６
本発明による方法によって、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶から作製した２つのディスクＤ１およびＤ２を、ドーパント濃度勾配４の中心対称条件を満たしながら、対応する表面の法線が互いに平行となるように幾何学的に配列する。ディスクＤ１およびＤ２の両方を、同等に励起する。
【００４８】
入射レーザ５は、ブリュースター角（λ＝１．０３μｍのレーザ放射について、Ｂｗ＝ａｒｃｔｇ（１／ｎ）＝６１．１５１°、但し、ｎは、使用した波長についての所定のＹＡＧ結晶の屈折率である）より小さい角度で、法線が反対方向に向いた表面の少なくとも１つに当たる（図５）。この配列内で、レーザビーム５は、２つのディスクＤ１およびＤ２を連続して通過する。レーザビーム５の表面エネルギーを測定することによって、増幅が、その表面に亘って均一に起きることが立証された。
【００４９】
実際には、光学素子の総面積の８０％までのアクティブ領域が、通常、使用される。従来の方法によって、最大で３２ｃｍ２までの有効レーザ表面の単結晶材料のレーザ素子を作製できる。本発明によりレーザ素子を作製および配列することによって、既存の技術およびテクノロジー条件と比較して、単結晶活性媒質を基に固体レーザが実現可能な性能に大きく影響する、２から９倍の利得の実現が可能である。
【００５０】
本発明を、例えば、ＥＬＩ  Ｂｅａｍｌｉｎｅｓプロジェクト、ＨｉＬＡＳＥ、および、工学または技術分野でのレーザの科学、産業、医学、または、その他の利用例のために可能性のある他のレーザシステムなどを構成する、高性能固体レーザシステムの設計および構成のための、アクティブ光学素子の構成に使用しうる。
【符号の説明】
【００５１】
１  検査端部
２  結晶成長軸
４  濃度勾配
５  レーザビーム
Ｄ１、Ｄ２  アクティブ光学素子
【図１】
0006744915.tif 000002
【図２】
0006744915.tif 000003
【図３】
0006744915.tif 000004
【図４】
0006744915.tif 000005
【図５】
0006744915.tif 000006