(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの量子井戸層を具える半導体ディスク利得媒体であって、反射器上に設けられた半導体ディスク利得媒体と；
前記半導体ディスク利得媒体に連結された熱拡散器であって、前記熱拡散器と前記反射器との間に前記半導体ディスク利得媒体を配置する熱拡散器と；
前記半導体ディスク利得媒体のために光学ポンプ場を生成するポンプ場源と；
入力光学場共振器を形成するように配置された、１つまたは複数の操縦ミラーを具える操縦光学素子と；を具える光増幅器であって、
前記光増幅器が、前記入力光学場共振器によって受けられた入力光学場から出力光学場を生成し、前記入力光学場共振器が、前記半導体ディスク利得媒体上に前記入力光学場を２回以上入射させる手段を提供することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅器において、前記反射器が分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を具えることを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光増幅器において、前記ポンプ場源がダイオードレーザを具えることを特徴とする光増幅器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光増幅器において、前記入力光学場が連続波光学場を具えることを特徴とする光増幅器。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光増幅器において、前記入力光学場がパルス光学場を具えることを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光増幅器において、前記入力光学場共振器が、前記入力光学場のパルスが前記半導体ディスク利得媒体上に入射する機会の間の時間が前記利得媒体の上の状態の寿命より短くなるように構成されていることを特徴とする光増幅器。
【請求項７】
請求項６に記載の光増幅器において、前記半導体ディスク利得媒体内の利得飽和を用いて、前記入力光学場のパルスを圧縮することを特徴とする光増幅器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光増幅器において、前記操縦光学素子が放物面鏡を具えることを特徴とする光増幅器。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光増幅器において、前記操縦光学素子が１つまたは複数の平面鏡を具えることを特徴とする光増幅器。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光増幅器において、前記操縦光学素子が１つまたは複数のプリズムを具えることを特徴とする光増幅器。
【請求項１１】
入力光学場を増幅する方法であって、前記方法が：
少なくとも１つの量子井戸層を具える半導体ディスク利得媒体を反射器上に設けるステップと；
熱拡散器を前記半導体ディスク利得媒体に連結して、前記熱拡散器と前記反射器との間に前記半導体ディスク利得媒体を配置するステップと；
半導体ディスク利得媒体を光学的にポンピングするステップと；
前記光学的にポンピングした半導体ディスク利得媒体上に前記入力光学場を２回以上入射させるように構成するステップと；
を具えることを特徴とする入力光学場を増幅する方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の入力光学場を増幅する方法において、前記入力光学場が連続波光学場を具えることを特徴とする入力光学場を増幅する方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の入力光学場を増幅する方法において、前記入力光学場がパルス光学場を具えることを特徴とする入力光学場を増幅する方法。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の入力光学場を増幅する方法において、前記入力光学場のパルスが前記ポンピングした半導体ディスク利得媒体に２回以上入射する機会の間の時間が、前記利得媒体の上の状態の寿命より短いことを特徴とする入力光学場を増幅する方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の入力光学場を増幅する方法において、前記半導体ディスク利得媒体内の利得飽和を用いて、前記入力光学場のパルスを圧縮することを特徴とする入力光学場を増幅する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器の分野に関連するものであり、特に半導体ディスク利得媒体に基づく光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願において、半導体ディスク利得媒体とは、半導体ディスクレーザ（ＳＤＬｓ）の分野で知られている利得媒体を意味する。ＳＤＬｓは、また、外部共振型垂直発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒｓ：ＶＥＣＳＥＬｓ）、あるいは、光励起半導体レーザ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｕｍｐｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ：ＯＰＳＬｓ）の分野で知られている。したがって、本明細書を通じて使用する場合、半導体ディスク利得媒体の用語は、これらの各システムの利得媒体も意味するように使用されている。
【０００３】
以下の説明で使用している用語「超短」パルスは、約１００ピコ秒（ｐｓ）から数フェムト秒（ｆｓ）の持続時間を有するパルスを意味する。
【０００４】
光増幅器は、最初に光学場を電気信号に変換する必要がなく、入力光学場を直接的に増幅するデバイスである。多数の様々な形の光増幅器が知られており、そのうちのいくつかを以下に簡単に説明する。
【０００５】
この分野で知られている光増幅器の一つの形は、添加光ファイバー増幅器（Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｒｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＤＦＡ）である。これらの光増幅器は、利得媒体として添加光ファイバーを用いて、入力光学場を増幅する。実際には、増幅する光学場と励起場を多重化して添加ファイバーとし、次いで添加するイオンとの相互作用を介して光学場を増幅する。ＤＦＡのもっとも一般的な例は、エルビウム添加ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）であるが、ツリウム、プラセオジム、イッテルビウム添加ファイバー増幅器も成功裏に実証されている。しかしながら、ＤＦＡｓは製造が比較的高価なシステムである。さらに、設計の制限があるため、一のＤＦＡで、１μｍより小さい波長の入力光学場を増幅することができない。
【０００６】
この分野で知られている代替の光増幅器は、固相結晶に基づく光増幅器である。５１４から５３２ｎｍの波長源で励起したＴｉサファイア結晶光増幅器に基づく光増幅器は、１μｍより小さい波長の入力光学場を増幅することができる。このような増幅器には、再生増幅器と、多重パス増幅器の二つの設計がある。再生増幅器では、入力光学場が共振器内で増幅される。しかしながら、出力カプラとして機能する部分的反射ミラーを具える通常のレーザ共振器と異なり、増幅器の共振器は高速光スイッチを具えており、光学場を共振器に挿入して適切に増幅された時点で、共振器からパルスを引き出す。多重パス増幅器の設計では、光学スイッチはない。代わりに、ミラーが入力光学場を固定回数（２回又はそれ以上）固相結晶を通って若干異なる方向に案内する。これらのタイプの光増幅器は、通常、比較的大きな設置面積が必要であり、また、製造コストが比較的高い。
【０００７】
光学的パラメトリック増幅器（ＯＰＡｓ）は、結晶材料の非線形特性を用いて、入力光学場に増幅の手段を提供する。ここでは、入力光学場は、より短い波長のポンプフィールドと共に非線形結晶を通って伝達する。ポンプフィールドからの光子は、次いで、（低エネルギィ）信号光子（入力光学場を増幅するように働く）と、同じ数のいわゆるアイドラー光子に変換される。このアイドラー波の光子エネルギィは、ポンプの光子エネルギィと信号波の光子エネルギィとの差である。ポンプエネルギィが信号のエネルギィとアイドラービームに完全に変換されると、結晶材料はこのプロセスによっては加熱されない。しかしながら、ＯＰＡｓは比較的大きな設置面積を必要とし、製造コストが比較的高い、複雑なデバイスである。
【０００８】
半導体ベースの光増幅器（ＳＯＡｓ）の範囲は進展してきた。半導体光増幅器の例は、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体でできた増幅器である。その他の、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などの直接バンドギャップ半導体も同様に使用することができる。
【０００９】
最近は、このような利得媒体にテーパプロファイルを設けることが有利であることが証明された。例えば、ＧａＡｓベースのテーパ付増幅器を入力光学場（１５ｍＷと３０ｍＷ、７５５ｎｍから１０６４ｎｍの波長）に使用して、最大２Ｗのほとんど回析限界的なパワー値を提供した。
【００１０】
ＳＯＡファミリィへの更なる追加は、垂直キャビティＳＯＡ（ＶＣＳＯＡ）である。これらのデバイスは、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬｓ）と構造的に同様であり、多くの特徴を共有している。ＶＣＳＯＡｓとＶＣＳＥＬｓを比べた時の主な差異は、増幅キャビティ内で用いられているミラーの反射率が低いことである。これらの増幅器の垂直キャビティジオメトリを考えると、ＶＣＳＯＡｓは、これらが、ウエハ表面に垂直に入って、ここから出てゆく入力及び出力光学場で動作する共振キャビティ光増幅器であるという利点を有する。
【００１１】
上述のＳＯＡｓは、上述のＤＦＡｓ、固相結晶増幅器、及びＯＰＡｓと比較すると、すべて比較的小型であり、製造コストが安い。しかしながら、ＳＯＡｓでは、信号場を利得媒体に結び付けることが困難である。さらに、半導体材料の電気的ポンピングと固有の非線形の使用により、パルスにひずみが生じ、出力場の分裂も生じることがある。この結果、この分野で知られているＳＯＡｓは、増幅した出力場で長期間の安定特性を提供するとは考えられず、しばしば、低ビーム品質の出力を生成することがある。
【００１２】
したがって、本発明の態様の目的は、この分野で知られている光増幅器の上述の不利益を取り除く、あるいは、少なくとも緩和することである。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、少なくとも一の量子井戸層を有する半導体ディスク利得媒体と；半導体ディスク利得媒体用の光学ポンピング場を生成するポンピング場源とを具える光増幅器であって、この光増幅器が、光増幅器が受信して、半導体ディスク利得媒体上に入射するように構成された入力光学場から出力光学場を生成する、光増幅器が提供されている。
【００１４】
光増幅器内に半導体ディスク利得媒体を用いることにより、これをポンピングして、デバイスの安定性が増し、ビーム品質の高い出力光学場を提供することができる。半導体ディスク利得媒体を組み込むことは、増幅することができる入力光学場の波長が、主に半導体ディスク利得媒体のウエハ構造の形によって決まることを意味する。これによって、広い範囲の波長にわたる光増幅器の設計が可能であり、特に、１μｍ以下の波長の増幅が可能となる。
【００１５】
好ましくは、半導体ディスク利得媒体は、反射器の上に設けられている。より好ましくは、この反射器は、分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を具える。
【００１６】
好ましくは、ポンプフィールド源がダイオードレーザを具える。これは、光増幅器を小型化し、製造コスト効率が高いという利点がある。
【００１７】
入力光学場は、連続波光学場を具える。
【００１８】
代替的に、入力光学場は、パルス光学場を具えていてもよい。
【００１９】
最も好ましくは、光増幅器は、２またはそれ以上の場合に半導体ディスク利得媒体に入射する入力光学場用の手段を提供する入力光学場共振器を形成するように配置された、一またはそれ以上の操縦光学素子を具えている。この２またはそれ以上の場合に半導体ディスク利得媒体に入射する入力光学場用に配置することによって、入力光学場が体験する増幅レベルが上がる。
【００２０】
最も好ましくは、入力光学場の共振器を、入力光学場のパルスが半導体ディスク利得媒体に入射する場合間の時間が、利得媒体の上の状態の寿命より確実に短くなるように配置する。この構成によって、確実に利得が光増幅器から有効に抽出される。半導体ディスク利得媒体の上の状態の寿命は、通常〜５ｎｓであるので、上記条件は、入力光学場共振器の全長を〜１．５ｍより短く、例えば、１５ｃｍとすることによって満足される。
【００２１】
選択的に、半導体ディスク利得媒体の利得飽和を用いて、入力光学場のパルスを圧縮するようにしてもよい。
【００２２】
一またはそれ以上の操縦光学素子は、放物面鏡を具えていてもよい。代替的に、あるいはこれに加えて、一またはそれ以上の操縦光学素子は、一またはそれ以上の平面鏡を具えていてもよい。代替的に、あるいは追加で、一またはそれ以上の操縦光学素子は、一またはそれ以上のプリズムを具えていてもよい。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、入力光学場を増幅する方法が提供されており、この方法は：
少なくとも一の量子井戸層を具える半導体ディスク利得媒体を光学的にポンピングするステップと；
入力光学場を光学的にポンピングした半導体ディスク利得媒体上に入射させるように構成するステップと；
を具える。
【００２４】
この方法は、好ましくは、入力光学場が光学的にポンピングした半導体ディスク利得媒体に２またはそれ以上の場合に入射するように構成するステップを具えている。
【００２５】
入力光学場は、連続波光学場を具えていてもよい。
【００２６】
代替的に、入力光学場は、パルス化した光学場を具えていてもよい。
【００２７】
最も好ましくは、ポンピングした半導体ディスク利得媒体上に入力光学場のパルスが入射される２またはそれ以上の場合間の時間が、利得媒体の上の状態の寿命より短い。この構成によって確実に、光増幅器から利得が効果的に抽出される。
【００２８】
この方法は、さらに、半導体ディスク利得媒体内の利得飽和を用いて、入力光学場のパルスを圧縮するステップを具えていてもよい。
【００２９】
本発明の第２の態様の実施例は、本発明の第１の態様の好ましい又は選択的な特徴を実施するための特徴を具えていてもよく、その逆もまた同様である。
【００３０】
本発明の第３の態様によれば、
少なくとも一の量子井戸層を具える半導体ディスク利得媒体と；
半導体ディスク利得媒体用の光学ポンプフィールドを生成するポンプフィールド源と；を具え、
光増幅器が、入力光学場を受信してこれを増幅し、出力光学場を生成するように構成されている光増幅器が提供されている。
【００３１】
本発明の第３の態様の実施例は、本発明の本発明の第１又は第２の態様の好ましい又は選択的な特徴を実施するための特徴を具えていてもよく、その逆もまた同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
例示のみによって、本発明の様々な実施例を図面を参照して説明する。
【図１】図１は、本発明の実施例による光増幅器を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す光増幅器で使用する半導体ディスク利得媒体を示す図である。
【図３】図３は、図２に示す半導体ディスク利得媒体と共に使用する冷却装置を示す図である。
【図４】図４は、本発明の代替の実施例による光増幅器を示す図である。
【図５】図５は、本発明の更なる代替の実施例による光増幅器を示す図である。
【００３３】
以下の説明において、同じ部品には、明細書及び図面を通じて同じ符号が付されている。図面は、必ずしも寸法通りである必要はなく、ある部品の割合は、本発明の実施例の詳細と特徴をよりよく説明するために拡大されている。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明を図１を参照して以下に説明する。特に、図１は、本発明の実施例による光増幅器１を示す図である。理解をより明確にするために、この図には軸を記載している。
【００３５】
光増幅器１は、半導体ディスク利得媒体２を具えており、この媒体の詳細は図２及び３を参照して以下に述べる。符号３で示す光学ポンプフィールドが、半導体ディスク利得媒体２上に入射する。ここに述べた実施例では、光学ポンプフィールド３は半導体ディスク利得媒体２の前面にほぼ直交している。入力光学フィールド４も、半導体ディスク利得媒体２の上に入射する。ここに述べた実施例では、入力光学場４は、光学ポンプフィールド３に対して約−４５°の角度で半導体ディスク利得媒体２上に入射する。
【００３６】
光学ポンプフィールド３は、半導体ディスク利得媒体２の利得媒体９を励起する働きをする。入力光学場４が励起した利得媒体９上に入射すると、誘導放出が生じる。この結果、入力光学場４の増幅が生じ、したがって、出力光学場５ができる。ここに述べた実施例では、出力光学場５は、半導体ディスク利得媒体２からの反射によって、約＋４５°の角度で光学ポンプフィールド３に伝わる。
【００３７】
図１を参照して述べた実施例では、光学ポンプフィールド３、入力光学場４、及び出力光学場５のすべてが、ｘ軸とｚ軸で規定される面内を伝達する。しかしながら、当業者には、これらの光学場の一またはそれ以上が、一またはそれ以上の代替の面内を伝達するようにしてもよいことは自明である。
【００３８】
半導体ディスク利得媒体２が図２に示されている。半導体ディスク利得媒体２は、ＧａＡｓ基体７上に有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で成長させたウエハ構造６を具えている。このウエハ構造の蒸着は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）蒸着技術など、この分野で知ら得た代替技術によって行うことができる。ウエハ構造６は、分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）領域８と、利得媒体９と、キャリア閉じ込め電位バリア１０と、酸化防止層１１を具える。
【００３９】
当業者には明らかなように、半導体ディスク利得媒体内に組み込まれるウエハ構造６には多くの変形があり、本発明は、特定のＤＢＲ８又は利得媒体９の構造を用いた使用に限定されるものではない。一般的に、利得媒体９は、半波構造間に等間隔で多数の量子井戸を具えており、半導体ディスク利得媒体２を適切なポンピング波長で光学的にポンピングするが、ＤＢＲ８は通常、入力光学場４の波長で高い反射率を示す、多数対の１／４波長層を具える。
【００４０】
例示によってのみ、ここに述べる実施例は、半波ＧａＡｓ構造間に等間隔でＩｎＧａＡｓ量子井戸をもうけた利得媒体９を具えており、半導体ディスク利得媒体２を８０８ｎｍで光学的にポンピングしつつ、９８０ｎｍで利得を作る。
【００４１】
第１のＤＢＲ領域８は、３０対のＡｌＡｓ−ＧａＡｓ１／４波長層を具えており、９８０ｎｍを中心にして９９．９％より大きい反射率とする。キャリア閉じ込め電位バリア１０は、単一波長−厚さのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層を具える。酸化防止層１１は、薄いＧａＡｓキャップを具えていてもよい。
【００４２】
代替的に使用できる業者に知られている代替の利得媒体は、６７０ｎｍから１３００ｎｍの間の波長で利得を得ることができる代替のガリウムひ素（ＧａＡｓ）構造；１３５０ｎｍから１６００ｎｍの間の波長で利得を得ることができるインジウム燐（ＩｎＰ）構造；及び、１８００ｎｍから２７００ｎｍで利得を得ることができるガリウムアンチモン（ＧａＳｂ）構造；を具えている。これらの利得媒体は、当業者に知られているように、量子井戸又は量子ドットに基づくものでもよい。
【００４３】
図３は、半導体ディスク利得媒体２の動作特性を改良するために使用する冷却装置１２の更なる詳細を示す。特に、冷却装置１２は、熱拡散器１３と標準熱電又はウオータークーラ１４を具える。熱拡散器１３は、外側にくさび型面１５を具えるダイヤモンド単結晶を具える。高性能の抗反射コーティングを、くさび型面１５の表面に設けてもよい。
【００４４】
ダイヤモンド単結晶熱分散器１３は、光学的な接触によりウエハ構造６に連結されており、利得媒体９は、熱分散器１３とＤＢＲ８の間に配置されている。ウエハ構造６と熱分散器１３は、次いで、電熱又はウオータークーラ１４の上に、インジウムフォイル１６でできた層の上に固定される。
【００４５】
半導体ディスク利得媒体２をポンピングする光学ポンプフィールド３は、ファイバー結合レーザダイオードシステム１７によるものであってもよい。ここに説明した実施例では、ファイバー結合レーザダイオードシステム１７は、８０８ｎｍでＣＷ光学ポンピングフィールドを発生するように構成されている。ＤＩＬＡＳ（登録商標）Ｍ１Ｆ４Ｓ２２−８０８  ３０Ｃ−ＳＳ２．１は、このような適切なファイバー結合レーザダイオードシステム１７の一例である。ポンプ光学素子を用いて、半導体ディスク利得媒体２の前面の光学ポンプフィールド３のサイズを制御する手段を提供することができる。
【００４６】
図１に示すように、ファイバー結合レーザダイオードシステム１７は、利得媒体９の表面に円形ポンプスポットを提供するのに適切な角度で利得媒体９をポンピングするように構成されている。当業者には、本発明が限定されるものではなく、ファイバー結合レーザダイオードシステム１７が、半導体ディスク利得媒体２に直交しない光学ポンプフィールド３を提供して、利得媒体９の表面に楕円形のポンプスポットを提供できることは、自明である。
【００４７】
図４は、本発明の代替の実施例による光増幅器１８を示す図である。この実施例は、図１を参照して説明した光増幅器と多くの特徴が共通しており、同様の部品には、共通の符号が付されている。光増幅器１８は、ここでも、光学ポンプフィールド３で縦方向にポンピングされる半導体ディスク利得媒体２を具えている。ここで説明した実施例では、光学ポンプフィールド３は、半導体ディスク利得媒体２に到達する前に、放物面鏡１９を通って伝達する。
【００４８】
放物面鏡１９と第１の操縦ミラー２０は、組み合わせて、入力光学場４の共振器を形成するように作用する。図４に示すように、光増幅器１８は、入力光学場４を放物面鏡１９を介して受信する。この放物面鏡は、半導体ディスク利得媒体２の前面に入力光学場４を反射するように構成されている。放物面鏡１９は、半導体ディスク利得媒体２の前面において、光学ポンプフィールド３と入力光学場４の面積間に良好なモードマッチングを提供するように構成される。この構成によれば、入力光学場４は、次いで、上述したものと同様に半導体ディスク利得媒体２の利得媒体９によって増幅され、放物面鏡１９に向けて戻るように反射される。入力光学場４は、次いで、放物面鏡１９によって再度、今度は第１の操縦ミラー２０へ向けて反射される。第１の操縦ミラー２０は、光増幅器１８を通って入力光学場４を反射して戻し、入力光学場４の更なる増幅が行われる。この方法で、光増幅器は、半導体ディスク利得媒体２によって２度増幅されている入力光学場４から出力光学場５を生成する。
【００４９】
当業者には、入力光学場４が光増幅器を通って伝達する回数を増やすことによって、提供される増幅のレベルも上がることは自明である。例えば、図５は、本発明の更なる代替の実施例による光増幅器２１を示す。光増幅器２１は、図４を参照して上述したものと同様であるが、この実施例では、入力光学場４用の共振器を具えており、この共振器は、３回入力光学場４を光増幅器２１を介して通過させて戻すように配置されている。
【００５０】
図４及び５を参照して説明した実施例では、光学ポンプフィールド３、入力光学場４及び出力光学場５はすべて、ｘ軸とｚ軸で規定される平面内を伝達する。しかしながら、当業者には、一またはそれ以上の光学場が、代替の一またはそれ以上の面を通るようにしてもよい。
【００５１】
更なる代替の実施例では、代替のビーム操縦構造と、したがって、入力光学場が、例えば、追加の操縦ミラーを組み込むなど、入力光学場が本明細書に説明した光増幅器を通過する回数を増やすように構成されており、これらの操縦ミラーが交互になって、入力光学場が１度以上、ビーム操縦ミラーから反射され、及び／又は、操縦ミラーの配置を変えて、入力光学場がｘ軸とｙ軸によって規定される面の外を伝達するようになっている。
【００５２】
上述の光増幅器は、Ｔｉ：サファイヤレーザによって生成され、７００ｎｍから１μｍの間の波長で〜１０ｍＷの電力レベルを有する、入力光学場出力を２Ｗ以上の電力レベルへと増幅することができる。半導体ディスク利得媒体の構造の更なる精錬を行うと１０Ｗの電力レベルを達成し得ると考えられる。
【００５３】
半導体ディスク利得媒体内の利得が、利得媒体内に存在する半導体キャリアの反転分布によって達成されることは、当業者には自明である。この反転レベルは、半導体ディスク利得媒体、光学ポンプフィールドの電力及び波長、及び入力光学場の電力の設計によってもともと設定されている。入力光学場の電力が上がる、あるいは、光学ポンプフィールドの電力が低くなると、反転レベルが下がり、これによって、光増幅器内に利得飽和が生じる。利得飽和の利点により、入力光学場のパルス圧縮、並びに増幅が生じる。
【００５４】
上述の光増幅器は、連続波又はパルス化入力光学場と共に使用するのに適切である。パルス化入力光学場を使用した場合、光増幅器を通る入力光学場の繰り返し率は、半導体ディスク利得媒体の利得媒体内にある半導体キャリアの上の状態の寿命（通常、５ｎｓあたり）以下であることが好ましい。この条件は、入力光学場の共振器の全長を〜１．５ｍより短くする、例えば１５ｃｍにすることによって満足できる。この構成により、パルス化入力光学場の増幅が、利得媒体からエネルギィを効率よく抽出することによって、確実に達成される。
【００５５】
ここに述べた光増幅器は、この分野で知られているこれらのシステムを超えるいくつかの利点を示す。特に、この光学システムは、ダイオードでポンピングするものであってもよく、これによってコンパクトになり、耐費用効果が高くなる。光学増幅器は、電気的にポンピングされるというよりはむしろ光学的にポンピングされるので、関連する出力フィールドは、この分野で知られているＳＯＡｓのものと比べて、高い安定性と、ビーム品質を示す。
【００５６】
半導体ディスク利得媒体を組み込むことは、増幅できる入力光学場の波長が、ウエハ構造の形をとることによって、単純に決まることを意味する。この結果、上述した光増幅器は、広い範囲の波長を増幅するように設計することができ、特に、１μｍ以下の波長の増幅ができる。
【００５７】
複数の代替例を上述の実施例に組み込むことができるのは自明である。例えば、半導体ディスク利得媒体２の構造を変えて、特定のアプリケーションに必要な代替の波長で増幅できるようにしてもよい。
【００５８】
熱拡散器は、使用する材料が所望の熱拡散特性を示す限り、ダイアモンド単結晶以外の材料を代替的に具えていてもよい。サファイヤ（Ａｌ２Ｏ２）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、熱拡散器を作るのに使用できる代替材料の例である。
【００５９】
光増幅器について述べられている。光増幅器は、少なくとも一の量子井戸層と、半導体ディスク利得媒体の光ポンピング場を作るポンプフィールド源を具える、半導体ディスク利得媒体を具える。光増幅器は、光増幅器が受信して半導体ディスク利得媒体上に入射するように構成した入力光学場を生成するよう作用する。光増幅器内に半導体ディスク利得媒体を用いることで、光学的にポンピングすることができ、したがって、出力光学場の安定性とビーム品質を高めつつ、広い範囲の波長にわたって作動する光増幅器を設計を提供できる。光増幅器は、連続波又はパルス化入力光学場と共に使用することができる。
【００６０】
明細書を通じて、コンテキストが要求していない限り、用語「具える」又はその変形は、記述した整数または整数群を含むが、その他の整数または整数群を排除するものではないと理解される。
【００６１】
さらに、明細書中の従来技術についての引用は、その従来技術が共通の一般的知識の一部を成していることを表すものと考えるべきではない。
【００６２】
本発明に関する上記記載は、説明の目的で記載されたものであり、本発明を開示した詳細な形に排除又は制限することを意図するものではない。記載された実施例は、本発明の原理と実際のアプリケーションを最もよく説明するために選択され記述されたものであり、したがって、当業者は様々な実施例において、また、様々な変形例において、特定の意図された使用に適している場合発明を最も良く利用することができる。したがって、更なる変形又は改良を、特許請求の範囲に規定された発明の範囲から外れることなく、組み入れることができる。
【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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