(57)【要約】  本発明は、レーザー共振器におけるソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）を具備する、光学的にポンピングされたソリッドステートレーザーデバイスに関係する。数個のポンプレーザーダイオード（１００）は、レーザー共振器の光軸に配置されたミラー素子（２００）でのポンプ放射の反射によって上記のソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）をポンピングするために配置される。ミラー素子（２００）は、ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）へ上記のポンプ放射を向けるために及び同時にレーザー共振器の共振器ミラーの一つを形成するために設計される。ソリッドステートレーザーデバイスのこの設計でポンプ光学部品の簡単な整列は、達成される。提示されたソリッドステートレーザーデバイスは、小型の形態で実現されることができる。
2015515150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的にポンピングされたソリッドステートレーザーデバイスであって、
レーザー共振器におけるソリッドステートレーザー媒質及び一つの又は数個のポンプレーザーダイオード
を具備すると共に、
上記のポンプレーザーダイオードがミラー素子におけるポンプ放射の反射によって光学的に上記のソリッドステートレーザー媒質をポンピングするように配置されると共に、
上記のミラー素子は、上記のレーザー共振器の光軸に配置されると共に前記ソリッドステートレーザー媒質へ上記のポンプ放射を反射させるように及び同時に前記レーザー共振器の共振器ミラーを形成するように設計される、
デバイス。
【請求項２】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子は、上記の共振器ミラーを形成する中央の領域及び前記ソリッドステートレーザー媒質へ上記のポンプ放射を反射させるように設計される外側の領域を具備する、デバイス。
【請求項３】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記の中央の領域及び上記の外側の領域は、異なる曲率で形成される、デバイス。
【請求項４】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記の中央の領域及び上記の外側の領域は、１．８×Ｌ１≦Ｒ≦２．２×Ｌ１及びＲ≧Ｌ２の条件を充足する同じ曲率半径Ｒを備えたミラーとして形成されると共に、
Ｌ１は、前記中央の領域の中心及び前記ソリッドステートレーザー媒質の最も近い末端面の間における距離であると共に、
Ｌ２は、前記レーザー共振器の長さである、
デバイス。
【請求項５】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子は、前記レーザー放射について光学的に透明な材料の本体を具備すると共に、上記の共振器ミラーが前記本体の後方の表面の中央の領域に形成されると共に、
レンズは、前記ソリッドステートレーザー媒質に面する前記本体の前方の表面の中央の領域に形成されると共に、上記の共振器ミラー及び上記のレンズが前記ソリッドステートレーザー媒質の反対の側に第二の共振器ミラーを備えた共振器を形成するように配置されると共に設計される、
デバイス。
【請求項６】
請求項５に従ったデバイスにおいて、
上記の共振器ミラー及び上記レンズは、上記のレンズ無しの等しい長さの共振器に対して比較された前記ソリッドステートレーザー媒質における前記レーザー放射のモードサイズを増加させるように配置されると共に設計される、デバイス。
【請求項７】
請求項５に従ったデバイスにおいて、
前記本体の前記後方の表面の外側の領域は、前記ソリッドステートレーザー媒質へ上記のポンプ放射を反射させるように設計される、デバイス。
【請求項８】
請求項７に従ったデバイスにおいて、
レンズアレイは、前記本体の前記前方の表面に形成されると共に、上記のレンズアレイが前記本体の前記後方の表面に向かって伝播する前記ポンプレーザーダイオードのレーザービームをコリメートするように配置されると共に設計される、デバイス。
【請求項９】
請求項５に従ったデバイスにおいて、
前記本体の前記前方の表面の外側の領域は、前記ソリッドステートレーザー媒質へ上記のポンプ放射を反射させるように設計される、デバイス。
【請求項１０】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、上記のミラー素子に向かって前記レーザー共振器の前記光軸に対して実質的に平行に上記のポンプ放射を放出するように配置される、デバイス。
【請求項１１】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記のソリッドステートレーザー媒質は、冷却するデバイスに備え付けられるか、又は冷却するデバイスへ付けられると共に、
上記のポンプレーザーダイオードは、上記の冷却するデバイスの側面に配置される、
デバイス。
【請求項１２】
請求項１１に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、前記ソリッドステートレーザー媒質の末端面を囲むように配置される、デバイス。
【請求項１３】
請求項１２に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の本体は、前記冷却するデバイスの外側の形状に対する外側の前方の部分と機械的にフィットするように整形される、デバイス。
【請求項１４】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の上記の外側の領域は、上記のソリッドステートレーザー媒質の末端面での前記ポンプ放射の強度分布を発生させるように設計されると共に、上記の強度分布は、上記の末端面の断面の形状又は上記のレーザー共振器のレーザーモードと調和する、デバイス。
【請求項１５】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の上記の中央の領域は、上記のソリッドステートレーザー媒質にガウスの強度プロフィールを有するものではないレーザーモードを発生させるように設計される、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、レーザー共振器に配置されたソリッドステートレーザー媒質及び一つの又は数個のポンプレーザーダイオードを具備する光学的にポンピングされたソリッドステートレーザーデバイスに関係すると共に、上記のポンプレーザーダイオードがミラー素子でのポンプ放射の反射によって光学的に上記のソリッドステートレーザー媒質をポンピングするように配置される。ダイオードでポンピングされたソリッドステートレーザーは、レーザーダイオードによって届けられることができるものと比べてより高い輝度及び／又はより短いパルスを要求する莫大な数の用途のための最も多く使用されたレーザー源の中にあるものである。本発明は、そのような用途に限定されるものではないと共に、適当なソリッドステートレーザーを要求するいずれの用途にも使用されることができる。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
レーザー媒質の縦のポンピングのためのデバイスは、ＵＳ２０１０／００１４５４７Ａ１に開示される。このデバイスは、レーザー媒質の冷却するデバイスの側面に備え付けられる数個のポンプレーザーダイオードを具備する。上記のレーザーダイオードによって放出されたポンプ放射は、ソリッドステートレーザー媒質の末端面の一つに向かって数個の放物面のミラーによって反射させられる。末端でポンピングされたソリッドステートレーザーの問題は、レーザー共振器の光学的なモードに関して精密にポンプレーザー及びポンプレーザーの光学部品を整列させることの要件である。この問題は、ソリッドステートレーザー媒質の入り口でポンプ放射の望まれた強度分布を達成するために放物面のミラーの各々が精密に整列させられる必要がある、ＵＳ２０１０／００１４５４７Ａ１のデバイスでもまた起こる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００１４５４７Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ポンプ光学部品のより簡単な整列を可能とすると共に小型の様式で実現されることができる光学的にポンピングされたソリッドステートレーザーデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
目的は、クレーム１に従った光学的にポンピングされたソリッドステートレーザーデバイスで達成される。デバイスの好都合な実施形態は、従属のクレームの主たる事項であるか、又は、記述のその後の部分及び好適な実施形態から推論されることができる。
【０００６】
提示された光学的にポンピングされたソリッドステートレーザーデバイスは、レーザー共振器に配置されたソリッドステートレーザー媒質及び光学的にソリッドステートレーザー媒質をポンピングするための一つの又は数個のポンプレーザーダイオードを具備する。ポンプレーザーダイオードは、好ましくは、ミラー素子でのポンプ放射の反射によって、ソリッドステートレーザー媒質の末端面を通じて、上記のソリッドステートレーザー媒質をポンピングするために配置される。ミラー素子は、レーザー共振器の光軸に配置されると共に、一方では、好ましくはソリッドステートレーザー媒質の末端面へ、ソリッドステートレーザー媒質へポンプ放射を反射させるように、及び、他方では、レーザー共振器の共振器末端ミラーの一つを形成するように、設計される。このように、このミラー素子は、一つの単一の素子に二つの機能を組み込む。レーザー共振器の他方の末端ミラーは、別個のミラーであることがあるか、又は、ソリッドステートレーザー媒質の対向する末端面のコーティングとして形成されることがある。レーザー共振器は、不安定な共振器であることがある。
【０００７】
本発明のソリッドステートレーザーデバイスは、ソリッドステートレーザー媒質へとポンプ光を向けると共に同時にレーザー共振器ミラーとして作用する適当に設計されたミラー素子を使用する。このように、ポンプ光学部品を形成するミラー素子の部分が、常に、共振器末端ミラーを形成するミラー素子の部分に対して固定された空間的な関係にあるものであるので、ポンプビーム及びレーザーモードは、複雑な整列無しに常に完璧に部分的に重なり合う。そのような自己センタリングミラー素子で、ポンプ光学部品の整列は、顕著に単純化される。提示された設計は、ミラー素子に向かって光軸に対して実質的に平行にポンプ放射を向けるためのポンプレーザーダイオードの配置を許容する。そのような配置は、ソリッドステートレーザーデバイスの非常に小型の設計に帰着する。
【０００８】
ミラー素子は、好ましくは、共振器ミラーを形成する中央の領域及びソリッドステートレーザー媒質の末端面へポンプ放射を反射させるように設計される外側の領域を具備する。この目的のために、ミラー素子は、好ましくは、ミラー素子の中央の及び外側の領域における反射させるミラー表面のほぼいずれの形状をも許容する自由形態の光学部品として製造される。好ましくは完全に中央の領域を囲む外側の領域は、末端面の断面の形状に調和するか又は大きさ及び／又は形状においてレーザーの望まれた光学的なモードに調和する、ソリッドステートレーザー媒質の末端面でポンプ放射の、例．フラットトップの、強度分布を発生させるように設計されることがある。
【０００９】
ソリッドステートレーザー媒質は、ロッド、ファイバー、ディスク、若しくはスラブとして形成されることがあるか、又は、ソリッドステートレーザーにおける使用に適当ないずれの他の形状をも有することがある。ポンプレーザーダイオードは、単一のダイオード又はレーザーダイオードのアレイ、例えばＶＣＳＥＬアレイ（ＶＣＳＥＬ：垂直空洞表面発光レーザー）若しくはマイクロチップＶＥＣＳＥＬアレイ（ＶＥＣＳＥＬ：垂直外部空洞表面発光レーザー）、であることがある。ミラー素子の本体は、いずれの適当な材料でも、例えば、金属、コートされたガラス、又はコートされたプラスチックで、形成されることがある。金属の本体の場合に、ミラー素子の反射させる表面は、この材料で、例、研磨されたアルミニウムで、形成されることがある。ガラス又はプラスチックの本体の場合に、ミラーの表面は、技術において知られたような適当な金属の又は誘電体のコーティングによって形成される。
【００１０】
ミラー素子は、好ましくは、レーザー及びポンプ放射について光学的に透明なものである材料の本体を具備する。これは、ソリッドステートレーザー媒質に面する本体の前方の表面及び本田尾の後方の表面の両方が光学的な表面を形成することを許容すると共に、このように共振器の設計におけるより多くの可撓性を許容する。前方の表面の中央の部分は、好ましくは、レンズを形成すると共に、後方の表面の中央の部分は、共振器ミラーを形成する。同時に、前方の又は後方の表面の外側の部分は、ソリッドステートレーザー媒質においてポンプ放射を集束させるためのミラーを形成する。
【００１１】
光学素子のこの設計は、より大きいモードサイズ、及び、従って、小さい共振器の寸法についてさえも、より高いレーザーパワーを可能とする。本体の前方の表面に形成されたそのようなレンズ無しに、ソリッドステートレーザー媒質の内側における小さいモード体積に帰すべき最大のパワーは、制限される。ディスクレーザーについて、この小さいモード体積は、主として、レーザー媒質におけるモードのビームウェストによって与えられる。最大なビームウェストは、半共焦点の共振器において達成されると共に、πによって割られた共振器の長さＬ倍の波長の平方根によって与えられる。１０−２０ｍｍの程度の長さを備えた小型のシステムについて、上のレンズ無しのモードサイズは、おおよそ５０μｍに制限される。光学素子の本体におけるレンズ及び共振器の組み合わせで、レーザー媒質における顕著により大きいモードサイズ、及び、このように、より大きいレーザーパワーは、達成されることができる。
【００１２】
本体の後方の表面におけるソリッドステートレーザー媒質に向かってポンプ放射を反射させるためのミラーの配置は、また、適当に前方の表面を設計すること又は整形することによって、ポンプ放射について追加的なビームを偏向させる又はビームを形成する機能を実現することを許容する。
【００１３】
ソリッドステートレーザー媒質は、冷却するデバイス内に備え付けられる又はそのような冷却するデバイスへ付けられることがある。レーザーデバイスの好都合な実施形態において、ポンプレーザーダイオードは、上記のミラー素子に面する上記の冷却するデバイスの側面に配置される。これは、ソリッドステートレーザーデバイスの非常に小型の設計を許容する。好ましくは、ポンプレーザーダイオードは、ソリッドステートレーザー媒質の末端面のまわりに分布させられる。ポンプレーザーは、冷却するデバイスの側面へ直接的に備え付けられると共に、このように、この冷却するデバイスの冷却する機能から利益を得ることがある。冷却するデバイスは、バルクの材料、特に、金属、のヒートシンクであることがあると共に、また、空気を冷却するための冷却するフィンを有することがある。レーザーの動作の間に冷却するデバイスを通じてポンピングされる、液体、例えば、水、を冷却するためのチャンバーとしてこの冷却するデバイスを実現することは、また可能性のあることである。
【００１４】
追加として、他の半導体素子、例．ポンプ放射のパワー又はソリッドステートレーザー放出のパワーを検出するための温度センサー又はフォトダイオード、は、ポンプレーザーの隣に追加されることがある。ポンプダイオードの電気的な駆動装置の部分でさえも追加されることがある。
【００１５】
提示されたソリッドステートレーザーデバイスのさらなる実施形態において、ミラー素子は、冷却するデバイスの外側に機械的にフィットするように形成される。ミラー素子の前方の部分の外側の形状は、冷却するデバイスにミラー素子を備え付ける又はフィットさせることによって、ソリッドステートレーザー媒質の光軸との自動的な整列が達成されるように設計される。冷却するデバイスへのミラー素子の適当な設計及び機械的な固定によって、ミラー表面及びソリッドステートレーザー媒質の末端面は、周囲に対して自動的にシールされる。
【００１６】
発明のこれらの及び他の態様は、後に記載された実施形態から明白なものであると共にそれらを参照して解明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスの第一の例を示す。
【図２】図２は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスの第二の例を示す。
【図３】図３は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスの第三の例を示す。
【図４】図４は、ロッドに整形されたソリッドステートレーザー媒質を有する提示されたソリッドステートレーザーデバイスの例の断面図を示す。
【図５】図５は、スラブに整形されたソリッドステートレーザー媒質を有する提示されたソリッドステートレーザーデバイスの例の断面図を示す。
【図６】図６は、ディスクに整形されたソリッドステートレーザー媒質を有する提示されたソリッドステートレーザーデバイスのさらなる例の概略図を示す。
【図７】図７は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスのさらなる例の断面図を示す。
【図８】図８は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子の例の断面図を示す。
【図９】図９は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図を示す。
【図１０】図１０は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図を示す。
【図１１】図１１は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図を示す。
【図１２】図１２は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図を示す。
【図１３】図１３は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面の手短な記述
提示されたソリッドステートレーザーデバイスは、さらに詳細に付随する図面と関連して例の方式によって後に続くものに記載される。図は、
図１  提示されたソリッドステートレーザーデバイスの第一の例、
図２  提示されたソリッドステートレーザーデバイスの第二の例、
図３  提示されたソリッドステートレーザーデバイスの第三の例、
図４  ロッドに整形されたソリッドステートレーザー媒質を有する提示されたソリッドステートレーザーデバイスの例の断面図、
図５  スラブに整形されたソリッドステートレーザー媒質を有する提示されたソリッドステートレーザーデバイスの例の断面図、
図６  ディスクに整形されたソリッドステートレーザー媒質を有する提示されたソリッドステートレーザーデバイスのさらなる例の概略図、
図７  提示されたソリッドステートレーザーデバイスのさらなる例の断面図、
図８  提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子の例の断面図、
図９  提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図、
図１０  提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図、
図１１  提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図、
図１２  提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図、及び、
図１３  提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子のさらなる例の断面図
を示す。
【００１９】
実施形態の詳述された記述
図１は、提示されたソリッドステートレーザーデバイスの第一の例の側面図を示す。ソリッドステートレーザーロッド３００は、ヒートシンク４００の中央において統合される。ヒートシンク４００の一方の側に、ポンプダイオードレーザー１００、例えば、ＶＣＳＥＬアレイは、統合される。ミラー素子２００は、ヒートシンク４００の外側にフィットすると共に、このようにレーザーロッド３００の光軸と整列させられる。このミラー素子２００は、ミラー素子の中央の部分２１０において共振器末端ミラーの一つを形成する。ミラー素子２００の外側の領域２２０は、レーザーロッド３００の末端面に向かってポンプレーザーダイオード１００によって放出されたポンプ放射を反射させる放物面のミラーとして形成される。これは、図において概略的に指し示される。この例におけるレーザー共振器の第二の末端ミラー５００は、ヒートシンク４００の外側へのこのミラーのマウンティングをフィットさせることによって類似の自己センタリングされた様式でレーザーロッド３００の他方の側に備え付けられる。そのようなマウンティング及びミラー素子２００の本体の対応する外側の形状で、ミラーの表面及びレーザーロッド３００の表面は、周囲に対して簡単にシールされることができる。レーザーロッド３００の面は、反射防止の（ＡＲ）コーティングでコートされる。ミラー素子２００に面する末端面３１０は、ポンプ波長において及びレーザー波長においてＡＲコートされることができる（Ｒ＜２％、好ましくは、Ｒ＜０．２％）。反対の面３２０は、ポンプ波長についてＨＲ（高反射性の）コートされると共にソリッドステートレーザーの波長についてＡＲコートされる。
【００２０】
図２は、自由形態のミラーがレーザーロッド３００の末端面３１０へポンプ光を向けること及びそれを整形することの二つの機能をカバーすると共にレーザー共振器の共振器末端ミラーを形成するミラー素子２００として使用される、提示されたソリッドステートレーザーのさらなる実施形態を示す。ミラー素子２００の外側の領域２２０の形状は、特別の様式にポンプレーザー１００の強度分布を仕立てる進んだ設計を有することがある。中央の領域２１０は、ソリッドステートレーザーのための球面のミラーとして作用すると共に共振器モードを整形する。この中央の領域２１０は、また、例．シルクハットモードへ、共振器モードを整形するための特別な自由形態を有することができる。単一のミラー素子における共振器末端ミラー及びポンプ光学部品の組み合わせは、共振器モードとのポンプスポットの完璧な重なりを保証する。レーザーロッド３００の末端面３１０の表面は、対向する表面３２０が第二の共振器末端ミラーを形成する一方で、両方の波長、ポンプ波長及びレーザー波長、についてＡＲコートされる必要がある。この末端面は、ポンプ光についてＨＲコートされると共に、ソリッドステートレーザー波長についての望まれたアウトカップリング反射率を有する。ソリッドステートレーザーのレーザー放出６００は、図の全てにおいて指し示される。
【００２１】
図３に示されたさらなる実施形態において、外側の領域２２０の表面が、レーザーロッド３００の中へとポンプ光を集束させる一方で、自由形態のミラーは、ガラスで作られると共に、中央の領域２１０においてソリッドステートレーザーのためのアウトカップリングミラーとして役に立つ。レーザーロッド３００の末端面３１０は、対向する表面３２０が両方の波長についてＨＲコートされる一方で、両方の波長についてＡＲコートされることを必要とする。自由形態のミラー素子２００は、ポンプ波長についてＨＲコートされると共にソリッドステートレーザー波長についての望まれたアウトカップリング反射率を有する。ミラー素子２００は、また、二つの領域２１０及び２２０において異なるコーティングを有することができる。後方の側２３０は、ソリッドステートレーザー波長についてＡＲコートされる。この後方の側２３０は、平面であることができるか、又は、ミラー素子２００を通過するソリッドステートレーザービームをコリメートする又は整形するためにまた湾曲させられることができる。ソリッドステートレーザーロッド３００の第二の末端面３２０は、ソリッドステートレーザー共振器の第二の末端ミラーを形成する。図３の実施形態におけるミラー素子の本体の光学的な透明度のおかげで、二つのミラー２１０及び２２０は、また、ミラー素子２００の対向する側に実現されることができる。
【００２２】
ソリッドステートレーザーの活性な媒質は、例えば、ロッド３００、スラブ３０１、ディスク３０２として整形されるか又はファイバーレーザーのファイバーで形成されることができる。図４から６までは、異なる幾何学的形状のいくつかを図示する。図４は、活性なソリッドステートレーザー媒質としてのレーザーロッド３００の場合における提示されたソリッドステートレーザーの例の断面を示す。図５は、ソリッドステートレーザー媒質としてのスラブ３０１を有するソリッドステートレーザーの例の断面を示す。特に、そのようなスラブレーザーの場合には、自由形態の光学部品（ミラー素子２００）は、非回転対称的なものであると共にポンプビーム及び／又は図５に指し示された例示的なもののように活性な材料の幾何学的形状に調和するレーザーモードを整形することができる。
【００２３】
図６は、活性なレーザー媒質としてのディスク３０２を有するソリッドステートレーザーの例を示す。この場合には、ディスク３０２は、ヒートシンク４００の一方の側に備え付けられる。同じ側において、ポンプレーザー１００は、ソリッドステートレーザーディスク(登録商標)３０２を囲むヒートシンク４００に配置される。レーザー共振器の末端ミラーは、例えば図２におけるものと同じ様式で形成される。図６に示されたようなディスクレーザーの場合には、活性な材料は、また、光学的にポンピングされた半導体ディスクチップ（ＯＰ−ＳＤＬ又はＯＰ−ＶＥＣＳＥＬ）であることができる。
【００２４】
図７に示されたような発明の別の実施形態において、ミラー素子２００は、単一の球面の又は放物面のミラーとして実現される。ミラー素子２００の曲率半径Ｒは、レーザー媒質３００の中へとポンプ光を集束させる、ミラー素子２００の中央の部分及びレーザー媒質３０の末端の小面３１０の間における距離Ｌ１の二倍（±１０％）であるように選ばれる。同時に、ミラー素子２００の中央の部分及びレーザー媒質３００の他方の末端の小面３２０によって形成されたレーザー共振器の全長Ｌ２は、レーザー媒質におけるポンプ光のスポットが、レーザー共振器の光軸と自己整列させられるように、安定なレーザー共振器を形成するためにミラー素子２００の曲率半径より小さい又は等しいものである。
【００２５】
後に続く図は、レンズがミラー素子２００の本体の前方の側の中央の領域に形成されると共に共振器ミラーが後方の側に形成される、提示されたソリッドステートレーザーデバイスのミラー素子を示す。
【００２６】
図８は、ヒートシンク４００へ付けられると共に少なくとも一つのポンプレーザーダイオード１００によって囲まれる活性な媒質を形成するディスク３０２を示す。ミラー素子２００の本体は、二つの光学的な表面、ディスク３０２に面する前方の表面及び後方の表面、を具備する。活性な媒質３０２の中へとポンプ放射を反射させるミラー２２１は、後方の表面の外側の領域に配置される。後方の表面は、レージングの動作を可能とするレーザー波長での反射率（典型的にはＲ＝９０％−９９．５％）及びポンプ波長での反射率＞９０％、好ましくは＞９９％を有する、高反射コーティングで最大限にコートされる。前方の表面は、両方の波長についてＡＲコートされる。
【００２７】
後方の表面の内側の又は中央の領域は、曲率半径Ｒを備えたレーザー共振器のアウトカップリングミラー２１１を形成する。前方の表面の内側の又は中央の領域は、焦点距離ｆを備えたレンズ２１２を形成する。ミラー素子２００から離れて面するレーザーディスク(登録商標)３０２の側面は、この共振器ミラー、レーザーディスク(登録商標)３０２、レンズ２１２、及びアウトカップリングミラー２１１を含む共振器の他方の末端ミラーを形成する。レンズ２１２の焦点距離ｆ及びアウトカップリングミラー２１１の曲率半径Ｒのみならず、レーザーディスク(登録商標)３０２及びレンズ２１２の間における距離ｄ１並びにレンズ２１２及びアウトカップリングミラー２１１の間における距離ｄ２は、活性な素子、即ち、レーザーディスク(登録商標)３０２、において大きいモードサイズを備えた、安定な共振器を形成するように選ばれる。好ましくは、レンズ２１２は、凸面の又は平面の又は好ましくは凹面のものであることができる、アウトカップリングミラー２１１にレーザー光を集束させる、凸面の形状のものである。凹面のミラーと凸面のレンズの組み合わせは、最大限の共振器の与えられた全長Ｌ＝ｄ１＋ｄ２について活性な媒質において最も大きいモードサイズを許容する。同じ全長Ｌについて、モードサイズは、基本の光学的なモードの内側の光学的なパワーにおいて４倍から９倍のものである、そのようなレンズ無しの共焦点の設計と比較された２倍から３倍より大きいものであることができる。
【００２８】
図９に示されたさらなる実施形態において、ミラー素子２００の本体の二つの光学的な表面は、より多くの設計の自由度を与える、空間的に局在化されたコーティングを有することができる。この場合には、ポンプ反射器２２１は、（ポンプ放射についてＨＲコートされた）前方の表面に、この表面の中央においてＡＲコートされたレンズ２１２と一緒に、実現されることができる。ＨＲコートされた末端ミラー２１１は、後方の表面に実現されると共に、平面のもの、凹面のもの、又は凸面のものに形成されることができる。この設計で、レーザー共振器のキャビティーの長さＬは、ポンプ反射器の短い焦点距離が小さいポンプスポットを達成すると共に同時に長い共振器が大きいモード堆積を達成することを可能とする、ポンプ反射器２２１の位置ｆｐｕｍｐからデカップリングされる。
【００２９】
Ｌ及びｆｐｕｍｐのこのデカップリングは、また、光学的な素子の本体の異なる材料の厚さによって達成されることができるが、しかし、標準的な生産の方法では、両方の厚さの間における最大の差は、通常では制限される。
【００３０】
提示されたソリッドステートレーザーのさらなる実施形態において、ミラー素子２００の中央の領域は、前方の表面におけるＡＲコートされたレンズ２１２、後方の表面の内側の中央におけるＨＲコートされた末端ミラー２１１、及び、末端ミラー２１１を囲むと共に好ましくはＡＲコートされるアウトカップリングエリア２１３からなる不安定な共振器を形成する。そのような実施形態は、図１０に示される。アウトカップリングエリア２１３は、追加的に、さらにアウトカップリングされたビームを整形するためのレンズ又は自由形態の光学部品へ整形されることができる。
【００３１】
図１１は、ポンプ反射器２２１がミラー素子２００の後方の表面に配置されると共に前方の表面の外側の領域２２２がポンプ反射器２２１との組み合わせで活性な媒質に向かってポンプ放射を向けるように形成される実施形態を示す。前方の表面のこの外側の領域２２２の適当な形状で、図１に示されたような放物面のポンプ反射器は、そのような湾曲ささせられたＡＲコートされた前方の領域２２２、及び、平面の又はまた湾曲させられたものであることができる、ＨＲコートされた後方の表面（反射器２２１）によって取り替えられることができる。
【００３２】
追加として、前方の表面の外側の領域は、図１２に示されたようなレンズアレイ２２３を形成するように整形されることがある。後方の表面の外側の領域が、（放物面の）ポンプミラー２２１として作用する一方で、レンズアレイ２２３は、ポンプダイオード１００のビームをコリメートするように設計されると共に配置される。先の実施形態と比較されたとき、これは、一定のポンプスポットについてより長いキャビティーの長さＬ、及び、ここのように、より大きいモードエリア、を許容する。追加として、ヒートシンクの面積当たりの熱的な負荷は、より低いものである。
【００３３】
図１３に示されたさらなる実施形態において、先の図のアウトカップリングミラー２１１は、活性な媒質におけるモードサイズを増加させるための第一のレンズ２１２及び第二のレンズ２１４からなる望遠鏡を備えた共振器の形成を可能とする、第二のレンズによって取り替えられるものである。この実施形態において、別個の平面又は湾曲させられたアウトカップリングミラー２１５は、後方の表面へ付けられる必要がある。
【００３４】
発明が、図面及び前述の記載に詳細に図示されてきた及び記載されてきたものである一方で、そのような図示及び記載は、例証のものと又は例示的なもの及び制限的なものではないものと考慮されるものであると共に、発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。例えば、図が、ヒートシンク４００へのミラー素子２００の前方の部分の直接的なフィッティングを示すとはいえ、ヒートシンクから別個にこのミラー素子を配置することはまた可能性のあることである。さらには、ソリッドステートレーザーと同様のエタロン、非線形結晶、ＳＥＳＡＭ（半導体飽和性吸収体ミラー）、飽和性吸収体、偏光子、ポッケルスセル、ＡＯＭ（音響光学的なモジュレーター）・・・のための機能的なレーザー素子は、ミラー素子２００の中央の部分の前方の又は後方の表面２１０、２３０の近傍の上に若しくはその中に、又は、ソリッドステートレーザー材料の表面３１０，３２０の近傍の上に若しくはその中に、統合されることができる。開示された実施形態に対する他のバリエーションは、図面、開示、及び添付されたクレームの研究から、クレームされた発明を実施する際に当業者によって理解されると共に果たされることができる。クレームにおいて、単語“を具備する”は、他の要素又はステップを排除するものではないと共に、不定冠詞“ある”又は“ある一つの”は、複数を排除するものではない。ある一定の措置が相互に異なる従属のクレームに陳述されるという単なる事実は、これらの措置の組み合わせが、有利に使用されることができないことを指し示すものではない。特に、デバイスの全てのクレームは、自由に組み合わせられることができる。クレームにおけるいずれの参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきものではない。
【００３５】
クレーム
１．  光学的にポンピングされたソリッドステートレーザーデバイスであって、
レーザー共振器におけるソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）及び一つの又は数個のポンプレーザーダイオード（１００）
を具備すると共に、
上記のポンプレーザーダイオード（１００）がミラー素子（２００）におけるポンプ放射の反射によって光学的に上記のソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）をポンピングするように配置されると共に、
上記のミラー素子（２００）は、上記のレーザー共振器の光軸に配置されると共に前記ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）へ上記のポンプ放射を反射させるように及び同時に前記レーザー共振器の共振器ミラーを形成するように設計される、
デバイス。
【００３６】
２．  クレーム１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（２００）は、上記の共振器ミラーを形成する中央の領域（２１０）及び前記ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）へ上記のポンプ放射を反射させるように設計される外側の領域（２２０）を具備する、デバイス。
【００３７】
３．  クレーム２に従ったデバイスにおいて、
上記の中央の領域（２１０）及び上記の外側の領域（２２０）は、異なる曲率で形成される、デバイス。
【００３８】
４．  クレーム２に従ったデバイスにおいて、
上記の中央の領域（２１０）及び上記の外側の領域（２２０）は、１．８×Ｌ１≦Ｒ≦２．２×Ｌ１及びＲ≧Ｌ２の条件を充足する同じ曲率半径Ｒを備えたミラーとして形成されると共に、
Ｌ１は、前記中央の領域（２１０）の中心及び前記ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）の最も近い末端面（３１０）の間における距離であると共に、
Ｌ２は、前記レーザー共振器の長さである、
デバイス。
【００３９】
５．  クレーム１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（２００）は、前記レーザー放射について光学的に透明な材料の本体を具備すると共に、上記の共振器ミラーが前記本体の後方の表面の中央の領域に形成されると共に、
レンズ（２１２）は、前記ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）に面する前記本体の前方の表面の中央の領域に形成されると共に、上記の共振器ミラー及び上記のレンズ（２１２）が前記ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）の反対の側に第二の共振器ミラーを備えた共振器を形成するように配置されると共に設計される、
デバイス。
【００４０】
６．  クレーム５に従ったデバイスにおいて、
上記の共振器ミラー及び上記レンズ（２１２）は、上記のレンズ無しの等しい長さの共振器に対して比較された前記ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）における前記レーザー放射のモードサイズを増加させるように配置されると共に設計される、デバイス。
【００４１】
７．  クレーム５に従ったデバイスにおいて、
前記本体の前記後方の表面の外側の領域は、前記ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）へ上記のポンプ放射を反射させるように設計される、デバイス。
【００４２】
８．  クレーム７に従ったデバイスにおいて、
レンズアレイ（２２３）は、前記本体の前記前方の表面に形成されると共に、上記のレンズアレイ（２２３）が前記本体の前記後方の表面に向かって伝播する前記ポンプレーザーダイオード（１００）のレーザービームをコリメートするように配置されると共に設計される、デバイス。
【００４３】
９．  クレーム５に従ったデバイスにおいて、
前記本体の前記前方の表面の外側の領域は、前記ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）へ上記のポンプ放射を反射させるように設計される、デバイス。
【００４４】
１０．  クレーム２に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオード（１００）は、上記のミラー素子（２００）に向かって前記レーザー共振器の前記光軸に対して実質的に平行に上記のポンプ放射を放出するように配置される、デバイス。
【００４５】
１１．  クレーム２に従ったデバイスにおいて、
上記のソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）は、冷却するデバイス（４００）に備え付けられるか、又は冷却するデバイス（４００）へ付けられると共に、
上記のポンプレーザーダイオード（１００）は、上記の冷却するデバイス（４００）の側面に配置される、
デバイス。
【００４６】
１２．  クレーム１１に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオード（１００）は、前記ソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）の末端面（３１０）を囲むように配置される、デバイス。
【００４７】
１３．  クレーム１２に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（２００）の本体は、前記冷却するデバイス（４００）の外側の形状に対する外側の前方の部分と機械的にフィットするように整形される、デバイス。
【００４８】
１４．  クレーム２に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（２００）の上記の外側の領域（２２０）は、上記のソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）の末端面（３１０）での前記ポンプ放射の強度分布を発生させるように設計されると共に、上記の強度分布は、上記の末端面の断面の形状又は上記のレーザー共振器のレーザーモードと調和する、デバイス。
【００４９】
１５．  クレーム２に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（２００）の上記の中央の領域（２１０）は、上記のソリッドステートレーザー媒質（３００−３０２）にガウスの強度プロフィールを有するものではないレーザーモードを発生させるように設計される、デバイス。
【符号の説明】
【００５０】
参照符号のリスト
１００  ポンプレーザーダイオード
２００  ミラー素子
２１０  ミラー素子の中央の領域／共振器ミラー
２１１  アウトカップリングミラー
２１２  レンズ
２１３  アウトカップリングエリア
２１４  第二のレンズ
２１５  アウトカップリングミラー
２２０  ミラー素子の外側の領域
２２１  ポンプリフレクター
２２２  前方の表面の外側の領域
２２３  レンズアレイ
２３０  ミラー素子の後方の側
３００  レーザーロッド
３０１  スラブ
３０２  ディスク
３１０  レーザーロッドの第一の末端面
３２０  レーザーロッドの第二の末端面
４００  ヒートシンク
５００  第二の共振器ミラー
６００  レーザー放出
【図１】
2015515150.tif 000003
【図２】
2015515150.tif 000004
【図３】
2015515150.tif 000005
【図４】
2015515150.tif 000006
【図５】
2015515150.tif 000007
【図６】
2015515150.tif 000008
【図７】
2015515150.tif 000009
【図８】
2015515150.tif 000010
【図９】
2015515150.tif 000011
【図１０】
2015515150.tif 000012
【図１１】
2015515150.tif 000013
【図１２】
2015515150.tif 000014
【図１３】
2015515150.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月28日(2014.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的にポンピングされたソリッドステートレーザーデバイスであって、
レーザー共振器におけるソリッドステートレーザー媒質及び一つの又は数個のポンプレーザーダイオード
を具備すると共に、
上記のポンプレーザーダイオードがミラー素子におけるポンプ放射の反射によって光学的に上記のソリッドステートレーザー媒質をポンピングするように配置されると共に、
上記のミラー素子は、上記のレーザー共振器の光軸に配置されると共に前記ソリッドステートレーザー媒質へ上記のポンプ放射を反射させるように及び同時に前記レーザー共振器の共振器ミラーを形成するように設計されると共に、
上記のミラー素子は、レーザー放射について光学的に透明な材料の本体を具備すると共に、上記の共振器ミラーが前記本体の後方の表面の中央の領域に形成されると共に、
レンズは、前記ソリッドステートレーザー媒質に面する前記本体の前方の表面の中央の領域に形成されると共に、上記の共振器ミラー及び上記のレンズが前記ソリッドステートレーザー媒質の反対の側に第二の共振器ミラーを備えた共振器を形成するように配置されると共に設計される、
デバイス。
【請求項２】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子は、上記の共振器ミラーを形成する中央の領域及び前記ソリッドステートレーザー媒質へ上記のポンプ放射を反射させるように設計される外側の領域を具備する、デバイス。
【請求項３】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記の中央の領域及び上記の外側の領域は、異なる曲率で形成される、デバイス。
【請求項４】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記の共振器ミラー及び上記レンズは、上記のレンズ無しの等しい長さの共振器に対して比較された前記ソリッドステートレーザー媒質における前記レーザー放射のモードサイズを増加させるように配置されると共に設計される、デバイス。
【請求項５】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
前記本体の前記後方の表面の外側の領域は、前記ソリッドステートレーザー媒質へ上記のポンプ放射を反射させるように設計される、デバイス。
【請求項６】
請求項５に従ったデバイスにおいて、
レンズアレイは、前記本体の前記前方の表面に形成されると共に、上記のレンズアレイが前記本体の前記後方の表面に向かって伝播する前記ポンプレーザーダイオードのレーザービームをコリメートするように配置されると共に設計される、デバイス。
【請求項７】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
前記本体の前記前方の表面の外側の領域は、前記ソリッドステートレーザー媒質へ上記のポンプ放射を反射させるように設計される、デバイス。
【請求項８】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、上記のミラー素子に向かって前記レーザー共振器の前記光軸に対して実質的に平行に上記のポンプ放射を放出するように配置される、デバイス。
【請求項９】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記のソリッドステートレーザー媒質は、冷却するデバイスに備え付けられるか、又は冷却するデバイスへ付けられると共に、
上記のポンプレーザーダイオードは、前記レーザー共振器の光軸に対して垂直なものである上記の冷却するデバイスの側面に配置される、
デバイス。
【請求項１０】
請求項９に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、前記ポンプ放射が前記ソリッドステートレーザー媒質に入る前記ソリッドステートレーザー媒質の末端面を囲むように配置される、デバイス。
【請求項１１】
請求項１０に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の本体は、前記冷却するデバイスの外側の形状に対する外側の前方の部分と機械的にフィットするように整形される、デバイス。
【請求項１２】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の上記の中央の領域は、上記のソリッドステートレーザー媒質にガウスの強度プロフィールを有するものではないレーザーモードを発生させるように設計される、デバイス。
【国際調査報告】
2015515150.tif 000016
2015515150.tif 000017
2015515150.tif 000018