(57)【要約】本発明は、レーザーを励起するための方法と装置と、そのために設計され、レーザー活性材料を有するレーザー素子に関する。薄い円板装置に過度の熱応力が加わることを防止するため、長円の励起光スポットが、二次元の熱流を形成する熱吸収器の上に配置されたレーザー媒質の上に照射される。これにより、冷却が改善され、最大温度が低下される。
2006526283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に薄い円板形状を有するレーザー媒質（１）と、
上記レーザー媒質（１）が配置された熱吸収器（２）と
光線（Ｓ）を発生させるための少なくとも一つの光源とを備えるレーザーにおいて、
上記少なくとも一つの光源の光線から励起光を発生させ、
入射面が上記熱吸収器（２）の反対側であるレーザー媒質の該入射面に上記励起光を放射し、
上記励起光が上記入射面に入射するとき、少なくとも２：１の幅に対する長さの比を有する励起光スポット（Ｐ）が形成され、該励起光スポット（Ｐ）が単一光線（Ｓ）あるいは複数の光線（Ｓ）の組合せにより形成されることを特徴とするレーザーのポンピング方法。
【請求項２】
入射中、上記励起光スポット（Ｐ）が直列の複数の光源の光線（Ｓ）を配置することにより形成されることを特徴とする請求項１記載のレーザーのポンピング方法。
【請求項３】
入射中、上記励起光スポット（Ｐ）が重畳した光線（Ｓ）を有する複数の光源の光線により形成されることを特徴とする請求項１記載のレーザーのポンピング方法。
【請求項４】
入射中、上記励起光スポット（Ｐ）が一つの光源の光線（Ｓ）の直列の多重投射（５´´）を配置することにより形成されることを特徴とする請求項１記載のレーザーのポンピング方法。
【請求項５】
上記複数の投射（５´´）が一つの光源の光線（Ｓ）の反射面（４´）での多重反射により得られることを特徴とする請求項４記載のレーザーのポンピング方法。
【請求項６】
入射中、上記励起光スポット（Ｐ）が少なくとも３：１、５：１、あるいは１０：１の幅に対する長さの比で形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のレーザーのポンピング方法。
【請求項７】
熱吸収器を有する境界面で反射した励起光が背面反射をしていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザーのポンピング方法。
【請求項８】
励起光の多重反射がレーザー媒質（１）の中で成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレーザーのポンピング方法。
【請求項９】
熱吸収器（２）と、レーザー活性材料の第一の部品（１ａ）とを備え、直接表面接触による熱伝導接着剤を有する上記第一の部品（１ａ）と熱吸収器（２）は２：１の幅に対する長さの比を有する矩形断面の熱伝導接着剤を備えることを特徴とするレーザー素子。
【請求項１０】
熱吸収器（２）と、レーザー活性材料の第一の部品（１ａ）とを備え、熱伝導接着剤により互いに接続された上記第一の部品（１ａ）と熱吸収器（２）はレーザー活性材料と同一の屈折率を有する材料の第二の部品（１ｂ）を備え、該第二の部品（１ｂ）は熱伝導接着剤により熱吸収器（２）から離れた側の面で第一の部品と接合していることを特徴とする請求項９記載のレーザー素子。
【請求項１１】
上記第一の部品（１ａ）と上記第二の部品（１ｂ）が同一の基材でドーピングのみが異なる材料で構成されることを特徴とする請求項１０記載のレーザー素子。
【請求項１２】
上記第一の部品（１ａ）と上記第二の部品（１ｂ）は一体の固体で形成され、上記熱吸収器（２）に平行である上記固体の少なくとも一つの寸法が該熱吸収器に垂直に計測されたその厚さより大きいことを特徴とする請求項１０あるいは１１記載のレーザー素子。
【請求項１３】
上記固体は板状あるいはインゴット状の形状を有することを特徴とする請求項１２記載のレーザー素子。
【請求項１４】
上記固体と熱吸収器（２）との間に反射層（３）を備えることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載のレーザー素子。
【請求項１５】
上記熱吸収器（２）から離れた側の上記固体の側面に、反射減少および／あるいは耐磨耗性の層（１ｃ）を備えることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載のレーザー素子。
【請求項１６】
光線（Ｓ）を生成するための少なくとも一つの光源と、
熱吸収器（２）とレーザー活性材料を有する第一の部品（１ａ）を備え、該第一の部品（１ａ）と該熱吸収器（２）が熱伝導接着剤で互いに接合されている請求項９から１５記載のレーザー素子と、
上記レーザー素子の入射面に励起光を放射する手段とを備え、
上記励起光を放射する手段は、２：１の幅に対する長さの比を有し、単一光線（Ｓ）あるいは複数の光線（Ｓ）で形成される励起光スポット（Ｐ）が形成されるように配置されることを特徴とするレーザー装置。
【請求項１７】
第一の部品（１ａ）と熱吸収器（２）との間に形成された反射層（３）としての第一の反射面と、
光線（Ｓ）の光束パスを折り込むための第二の平面反射面（４´）を有する励起光放射手段とを備え、
上記両反射面（３、４´）が互いに関連し、反射面（３、４´）の調整可能な発散を有し、光線（Ｓ）が両反射面（３、４´）の少なくとも一方で少なくとも二回反射されるように配置されることを特徴とする請求項１６記載のレーザー装置。
【請求項１８】
光源としての複数の直線的に配置された半導体レーザーダイオード（６）を備え、励起光を放射する手段が第一の光学素子（７）と第二の光学素子（８）を有し、上記第一の光学素子（７）が第一の面で各光線を平行光線に成形し、上記第二の光学素子（８）が上記第一の面に垂直な第二の面で各光線を平行光線に形成し、励起光スポット（Ｐ）が直列な光線（Ｓ）の配列あるいは光線（Ｓ）の重なりにより決定されるよう光線（Ｓ）をガイドすることを特徴とする請求項１６記載のレーザー装置。
【請求項１９】
上記第一の光学素子（７）が円柱レンズであり、および／あるいは上記第二の光学素子（８）が円柱レンズであることを特徴とする請求項１８記載のレーザー装置。
【請求項２０】
レーザーモードが上記レーザー素子により多重増加されるように、折り曲げ反射鏡の配列により形成された光束パスを備えることを特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載のレーザー装置。
【請求項２１】
上記光束パスが、共振器内あるいは一方向性増幅器内で形成されることを特徴とする請求項２０記載のレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１によるレーザーのポンピング方法と、請求項９によるレーザーと、請求項１６によるレーザー装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
科学的用途と同様に産業用途のためのレーザーの構成の基本的な要求は、レーザー活性媒質への可能な限り高い入力である。固体素子レーザーの幅広く使用されているタイプにおいて、一つ以上の半導体レーザーにより発光され、レーザー活性媒質を含むか、それにより構成される固体の上に導かれる光によりポンピングされることで有効となる。ポンピング中、その固体が温度上昇し、基本的に好ましくない温度上昇に関連する増加された入力となる。
【０００３】
熱応力による、あるいは、固体の放射域上の好ましくない影響による問題がその固体自身への損傷の理由から、これらの装置で初めに持ちあがる。熱レンズは、そのような影響の一つの例である。
【０００４】
これらの影響に及ぼす重要な因子は、レーザー活性固体の接合面あるいは境界層を介しての熱伝達と同様に固体内の熱伝導である。熱影響を低減する通常の解決法は薄厚円板状のレーザーであり、例えば、ヨーロッパ特許ＥＰ０６３２５５１Ｂ１に開示されており、この文献はここにおいて引用される。
【０００５】
このようなレーザーにおいて、レーザー媒質は平らな円板の形状で、その平らな両側面の一方を一般に固体冷却素子の形状である熱吸収器に付けられている。体積に対する面積の比率が有利なので、レーザー媒質の充分な冷却をし、従ってその媒質と放射域との相反する影響を防止する熱伝達が、大きな伝達体積でも達成される。媒質の広い設計は、放射域の中心範囲で伝播方向に平行な熱勾配を形成する。それにより、光束の断面の広い範囲を覆う温度の比較的一様性が可能となり、よって熱流が一次元となり、熱レンズが回避される。このようなレーザーをポンピングするのに使用される光束の断面は、この一次元の熱流を実現するために円形状に形成され、レーザー媒質の形状に適合している。
【０００６】
例えば、Ｆ．Ｂｒｕｎｎｅｒ他（Optical Letters 26, No. 2, pages 379-381）の「受動的にモードロックされた薄円板Ｙｂ：ＹＡＧレーザーからの広範囲に整調可能なパルス拘束」あるいはＥ．Ｉｎｎｅｒｈｏｆｅｒ他(Optical Letters 28, No. 5, Pages 367-369)の「薄円板Ｙｂ：ＹＡＧレーザーからの８１０−ｆｓパルスでの６０−Ｗ平均出力」で公知の従来例の解法は、一次元の熱流を強調し、レーザー媒質の一つの寸法を可能な限り小さくし、一方他の二つの寸法を少なくともレーザー媒質の厚さよりも大きく、可能な限り大きくすることにより体積に対する面積の比率を最大になるようにしている。この二つの文献はここで引用されている。
【０００７】
このように、従来技術によれば、レーザーが低温あるいは、形状的に適応した励起光スポットでレーザー媒質の層の厚さを低減して有利な熱流が得られるよう形成されている。
【０００８】
残る問題は、円形のスポットの励起光の集束である。多くのレーザーのスポットへの集束は、比較的複雑で調整の難しいと考えられる装置が要求される。
【０００９】
さらに、厚さの低減を大きくすると機械的応力の抵抗力の低下をもたらすので、適用の工程での薄板のレーザー媒質の取り扱いが問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
同じ入射パワー、同じパワー密度で、従って理論的に同じ増幅因子で、従来技術と比較して低い温度のレーザー媒質の温度、あるいは、無視できないあるいは考慮できない熱影響が生じることなく、同じ温度で入力可能なより高いパワーを実現することが目的である。
【００１１】
さらに、励起光スポットに励起光の光源を集束するための光束ガイドを簡単にすることが目的である。
【００１２】
また、必要な部品を低減し、部品の配置を簡単にすることで、レーザー装置を簡単にすることを目的とする。
【００１３】
さらに、特に製造中での部品の取り扱いについて、レーザー媒質の安定性を高めることを目的とする。
【００１４】
これらの目的は、請求項１、９、１６の特徴それぞれ、あるいは従属の請求項の特徴により、本発明において実現され、あるいは、解決がさらに開発される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、薄円板レーザーのレーザー媒質は、長円あるい楕円の励起光スポットにより照明される。この励起光スポットは基本的に長円形状で、幅に対する長さの比が２：１、３：１、５：１、１０：１あるいはもっと大きな比率が可能である。特に、本発明では、高い比率のレーザースポットが使用可能である。長円の励起光スポットは、従来例と比較し、最大温度を低減する二次元の熱流をもたらす。
【００１６】
励起光スポットの形状に合わせて、その固体も長く広いあるいはインゴット状の形状になる。しかし、原理的に、励起光スポットとレーザー媒質との形状の違いが、本発明による効果により許される。本発明によれば、励起光の形状を伸ばすために、固体の少なくとも一つの第一の寸法は、固体の厚さより大きくなるように設定される。
【００１７】
他方の寸法は、二次元冷却になるよう、第一の寸法より小さい。固体の厚さを基にして、この寸法は、固体の厚さより小さく、同等、あるいは大きくすることが可能である。このように、冷却の改善は、他方と比較し冷却面の二つの広い寸法の一方を非常に大きくする本発明によって実現される。本発明による適切な方法で、レーザー媒質の寸法を選択し、円板形状のレーザー媒質と比較して、同じパワーでの最高温度を非常に低減可能となる。このレーザー媒質は、熱吸収器に知られた方法で取り付けられる。反射層は熱吸収器とレーザー媒質の間に配置することができる。このレーザー媒質は、また一つ以上の層、例えば、冷却から離れた側に反射を低減するための層を有することができる。
【００１８】
励起光スポットの形状の励起光は、レーザー媒質の範囲と励起光スポットの形状が互いに適合するのに可能なようにレーザー媒質の上に集束される。励起光スポットは、個々の発光素子の像で構成されるか、あるいは、多重反射により形成される。異なる発光素子の放射の適当な重畳の例としては、ＷＯ００／７７８９３と米国特許申請番号１０／００６，３９６に開示されている。多重反射を発生する適当な解法は、米国仮特許申請番号６０／４４２，９１７に記述されている。本発明による折り込み素子は、傾斜したあるいは光束パスがガイドされる間で一方に向かって動く少なくとも二つの反射面を備える。これらの面は、両方の外側表面が複数の反射素子であり、内側表面が単反射素子である。言いかえると、反射が、異なる光学屈折率を有する少なくとも二つの媒質の変化で生じる。上述の全ての引用文献はここでも引用される。
【００１９】
さらに、励起光スポットの伸ばした形状の結果として、スポットの主要な部分で一様な温度となり、それが長手方向の熱伝達を防止する。従って、熱流はレーザー媒質の長手方向あるいは熱吸収器を横断し、よって二次元となる。円形の励起光スポットと比較して、同じパワーで、円形の大きさの単位長さ当たりの温度の違いが光束の方向を横切って生じるように最大温度は非常に低減されるので、熱レンズ形成の結果として生じる影響が無視できるか、少なくとも補正可能である。このように、例えば、楕円状のように伸ばされた１０ｍｍの長さと０．１ｍｍの幅の励起スポットと、１ｍｍ2の円形の励起スポットの同じ面積のものが使用できるが、冷却が改善されている。純粋に広い冷却の効果は、本発明により、レーザー媒質と励起あるいは照明された範囲の長細い設計で低減されるが、最大温度が非常に低減されることにより、たとえ多次元熱流の場合でも、熱レンズの影響を小さく保つことが可能となる。
【００２０】
冷却効果をさらに改善し、機械的な負荷容量を大きくするために、レーザー媒質として同じ屈折率を有する材料の更なる層を、熱吸収器と反対側のレーザー媒質の側面に設けることも可能である。レーザー活性媒質として同じ材料の層は有利であるが、これは、ドープされていない。二つの層を結合することは、拡散結合により可能である。このような更なる層は、熱吸収器と反対の方向に冷却面を通し熱伝達の改善をもたらすので、冷却はさらに改善され、最大温度のさらなる低減が達成される。また、レーザー媒質の機械的安定性が増大され、よって、製造工程が改善、あるいは、さらに有利となる。
【実施例１】
【００２１】
図１において、本発明によるレーザー装置のレーザー媒質１と励起光束Ｓが示されている。薄いレーザー媒質１は冷却された固体で形成された熱吸収器２の上に取り付けられている。励起光束の光線Ｓはレーザー媒質１の上に角度（すなわちブリュ−スター角）で入射し、その媒質を透過した後、レーザー媒質１と熱吸収器２との間に取り付けられている反射層３により反射される。励起光束Ｓはミラー４で反射し戻り、もう一度レーザー媒質を通り抜け反射層３で反射される。
【００２２】
本発明による適当な励起光の形状の可能な例は、図２（ａ）、（ｂ）に示される。レーザー媒質１の上に集束された図２（ａ）の励起光スポットは、励起光スポットＰを規定する直列の投射５により構成され、この投射は、異なる発光素子あるいは光源から生成されるか、あるいは、例えば多重反射により一つの光源の放射の多重像により形成される。全体で、例として円形で、少し重ねただけにより示されたこれらの個々の投射５は、普通の伸ばされたあるいは楕円の励起光スポットＰを形成し、このスポットはレーザー媒質１の形状に有利に適合する。図２（ｂ）は、第一の代替として、単一の発光素子の放射の適切な形状の投射５´により形成された個々の、一様な励起光スポットＰの形成を示す。しかし、複数の発光素子の同一の形状の光が、一様な励起光スポットを形成するように重ねることが可能である。この目的に適切な解決法がＷＯ００／７７８９３に記述され、図２１で実行されている。伸ばされた励起光スポットを生成するために、半導体レーザーを長くなるように並べて、一列あるいは複列の直線アレーにすることが可能である。
【００２３】
図３において、伸びた励起光スポットＰを生成するための多重反射を使用する例が示されている。例えば、米国特許仮申請番号６０／４４２，９１７に開示されているように、反射点の空間を変化させた多重反射は、ある回数の反射の後、多重反射が方向反転をするよう互いの面が傾けられた鏡面４´により実現可能となる。この例では、反射は鏡面４´と、レーザー媒質１と熱吸収器２の間に取り付けられた反射層３との間で生じる。この装置では、設計に関し有利な配置が可能なように、励起光束Ｓが一方の面から入射され、再び出力される。しかし、その代わりに、鏡面４´が反射面３に面平行に配置され、光線Ｓの方向の反転が上記の方法で更なるミラーにより可能となる。
【００２４】
同様の方法で、レーザーのモードと増幅される放射域がレーザー媒質を数回通過することが可能で、このように多重増幅を可能とする。
【００２５】
図４は、図３による配置のレーザー媒質１での、本発明による励起光スポットＰの形状を概略的に示す。それぞれの投射５´´あるいは反射が、形成されたそれぞれの投射５´´が互いに異なる距離を有するように変化する空間を有する例で形成されている。光束の直径、光束の収束・発散、互いに関連する反射面の距離・角度を適切に選択することにより、反射点の連続が重なるように変化させることができ、事実上、一様な励起光スポットＰが形成される。
【００２６】
レーザー媒質を含む固体の可能な構造を、図５（ａ）（ｂ）に示す。図５（ａ）において、構造は、熱吸収器２に設けられた層の順で、反射層３、ドープされた固体材料１ａ、ドープされていない固体材料１ｂとで構成されている。二つの固体材料は、拡散接合あるいは他の接合方法で、別々の素子が互いに接合されている。図５（ｂ）において、層の増加が示されている。追加された反射低減および／あるいは耐磨耗層１ｃがドープされていない固体材料１ｂにさらに設けられている。さらに、この層１ｃは、図３から、反射面の機能を果たすこともでき、多重反射は、固体の内部で完全に行われる。
【００２７】
図６は、レーザー媒質を含む固体の異なる形状の実施例を概略的に示す。本発明によるレーザー活性固体１Ａ，１Ｂの二つの実施例と固体１Ｃの実施例が示され、励起光束のように入射光線Ｓの順序で方向が示されている。固体１Ａの第一の実施例は薄板で、固体１Ａの厚さより大きな励起光束に対向する入射面を規定する二つの端部を有する。固体１Ｂの第二の実施例は、同じ長さの二つの端部と比較的大きい長さの第三の端部を有し、この固体は四角形の断面を有するインゴットに相当する。固体１Ｃの第三の実施例において、励起光束に対向する入射面を規定する二つの端部の一方が、固体１Ｃの厚さより非常に大きく、他の端部はこの厚さより少し小さい。このように、固体１Ｃは、光線Ｓに関する向きについて、狭い側で立っている矩形断面を有するインゴットに相当する。しかし、本発明の効果は、個体１Ａの薄板の第一の実施例の場合に生じるように、広い接触からの逸脱を大きくするように使用され、第三の実施例に対し、立っている面の面積に対する横面の面積の比率を大きくして、本発明の効果が低減され、最終的には、主として一次元の熱流だけが生じる。
【００２８】
図７は、励起光スポットＰと固体１Ｄの適用を概略的に示す。固体１Ｄの形状は、励起光スポットＰの形状に対応するように選ばれる。従って、本発明による励起光束と冷却効果として、光線Ｓの順で、固体１Ｄの照明が実現される。同時に、この適用は、コンパクトあるいは平らなデザインと、発光素子の直線的配列の直接作画あるいは単一発光素子の直線発光形状を可能とし、装置は複雑でなくなる。
【実施例２】
【００２９】
図８は、本発明による励起される固体の第二の実施例の概略図を示す。この実施例において、励起される固体１Ｅと励起光スポットＰの形状が問われない。この実施例では、励起光として光線Ｓの順で、固体１Ｅの部分だけが照明される。このような形状のため、長手方向に横切る励起光スポットＰの単位長さ当たりの水平方向の温度低下が小さく維持される。しかし、同じ大きさの励起光スポットＰでは、この実施例は大きな形状になり、図７による第一の実施例と比較してレーザーのコンパクトな設計ができなくても問題にならないようにしなければならない。
【００３０】
図９−２０に示されたモデルあるいは結果は、有限要素法により計算されている。この計算は、“自由ＰＤＥ、３Ｄ”というプログラムを使用して実行された。温度分布だけが計算され、応力や変形は省略されている。計算のグリッドはプログラム自身により決定される。シミュレーション・プログラムは二等分されている、すなわち、半分の材料がミラー対称により省略されている。固体の材料はネオジウムにバナジン酸塩を１％ドープしたものを基にしている。
【００３１】
固体の寸法：半分の長さ７．５ｍｍ（図１３、１７）、２．５ｍｍ(図９)；幅１．５ｍｍ（図１３、１７）、５ｍｍ（図９）；高さ０．３ｍｍ（図１７にて、＋０．６ｍｍ）。
【００３２】
接触冷却面は一つの温度に固定され、他の面は温度に関しては制限されず、冷却されない。したがって、シミュレーションの全ての温度が冷却温度に関し違いを与える。プログラムＭＡＴＬＡＢは、材料の三次元の励起光分布を計算するために使用されている。この計算は、冷却側での反射と減衰効果を無視するときは、ベールの法則により実行される。
【００３３】
パラメータとして設定されたものを以下に示す：励起長さ１０ｍｍ（図１３、１７）、１ｍｍ（図９）、励起幅０．１ｍｍ）図１３、１７）、１ｍｍ（図９）、吸収係数α＝１５ｃｍ-1、励起パワー２００Ｗ（１２０Ｗ吸収される）、熱効率ηh＝３５％すなわち加熱パワー４２Ｗ、熱伝導率λ＝５．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）。全てのパラメータは温度依存性がないと仮定する。
【００３４】
図９−１２は、従来例の形状での固体光束のシミュレーションにおける比率を示す。熱吸収器について、数量はｍｍで表され、温度はケルビン度で表されている。
【００３５】
図９は、シミュレーションの基になり、有限要素法により得られたモデルを示している。円形の励起光束が入射される四角形断面を有する薄い円板のレーザーのレーザー媒質が検討された。このレーザー媒質は一様で、ドープされた固体である。対称なので、示されているように、この固体の半分だけをシミュレートすれば充分である。固体の３軸が記述されている。
【００３６】
図１０は、図９による固体の表面のＸ軸に沿った温度カーブを示す。熱吸収器として、励起光スポットの中心は、例としてほぼ１０００度ケルビンに上昇している。図１１は、図９による固体の表面のＹ軸に沿った温度カーブを示す。対称形状の半分だけをシミュレートしているので、温度カーブは、図１０による温度カーブの右半分に対応している。図１２は、図９による固体の内部のＺ軸に沿った温度カーブを示す。
【００３７】
図１３−１６は、本発明によるレーザー装置の固体と励起光束の第一の実施例のシミュレーションの状態を示す。レーザー媒質は一様で、ドープされた固体である。熱吸収器について、数量はｍｍで表され、温度はケルビン度で表されている。
【００３８】
図１３は、シミュレーションの基になり、有限要素法により得られたモデルを示している。本発明による薄い円板のレーザーのためのレーザー媒質の第一の実施例で、長円で、矩形の断面を有するレーザー媒質が検討された。長円あるいは楕円の励起光束は、固体としてのレーザー媒質に入射される。対称なので、図に示すように、固体の半分だけをシミュレートすることで十分である。固体の３軸が示されている。Ｘ方向とＹ方向の両寸法は、固体の厚さ（Ｚ軸方向）より大きい。この全入射パワーは、図９−１２の例に対応する。
【００３９】
図１４は、図１３による固体の内部のＸ軸に沿った温度カーブを示す。熱吸収器として、励起光スポットの中心は、例としてほぼ２７０度ケルビンに上昇している。図１５は、図１３による固体の内部のＹ軸に沿った温度カーブを示す。図１１による温度カーブと対照的に、本発明の実施例では、一定で、低い温度の範囲は長さ方向に形成される。図１６は、図１３による固体の内部のＺ軸に沿った温度カーブを示す。
【００４０】
図１７−２０は、本発明によるレーザー装置の固体と励起光束の第二の実施例のシミュレーションの状態を示す。レーザー媒質は、ドープされた範囲とドープされない範囲を有する不均質の固体である。熱吸収器について、数量はｍｍで表され、温度はケルビン度で表されている。
【００４１】
図１７は、シミュレーションの基になり、有限要素法により得られたモデルを示している。本発明による厚い円板のレーザーのためのレーザー媒質の第二の実施例で、長円で、矩形の断面を有するレーザー媒質が検討された。しかし、図１３と対照的に、固体は、ドープされていない材料あるいは他の不活性な材料の第二の範囲が設けられたドープされた第一の範囲で構成される。長円あるいは楕円の励起光束は、この全体の固体に入射される。対称なので、図に示すように、固体の半分だけをシミュレートすることで十分である。固体の３軸が示されている。Ｘ方向とＹ方向の両寸法は、固体の厚さ（Ｚ軸方向）より大きい。この全入射パワーとパワー密度、従って理論的小信号ゲイン因子は、図９−１２あるいは図１３−１６の例に対応する。
【００４２】
図１８は、図１７による固体の内部で、Ｘ軸に沿った最大の温度カーブを示す。熱吸収器として、励起光スポットの中心は、例としてほぼ１９０度ケルビンに上昇している。図１９は、図１７による固体の内部で、Ｙ軸に沿った最大の温度カーブを示す。図１１による温度カーブと対照的に、本発明の実施例では、一定の温度の範囲は長さ方向に形成される。図２０は、図１７による固体の内部のＺ軸に沿った温度カーブを示す。ドープされない材料の範囲により、改善された冷却が達成される。それで、最高の温度は、固体の内側にある。
【００４３】
図１２は、本発明によるレーザー装置の例を示す。レーザー媒質１をポンピングするための光源として、レーザーダイオード６が光線の発光素子あるいは光源として使用され、アレーとして直線上に配置されている。これらのレーザーダイオード６のそれぞれの光線Ｓは、熱吸収器２上に取り付けられたレーザー媒質１の上に励起光束として第一の光学素子７と第二の光学素子８により集束される。この装置で、各レーザーダイオード６の光は、光のスポットが重なり、個々の発光素子が励起スポットの構成を変化させないように、共通の長円励起光スポットに集束される。レーザーダイオード６から放射された光の分散と第二の光学素子８による反射の結果として、長円の励起光スポットが、レーザー媒質１の形状に対応するように、レーザー媒質１の上に形成される。この装置は、光束の発生と光束のガイドの可能な一つの例を示しているだけである。特に、光束パスが多重反射を使用する考え方により実現可能である。さらに、レーザーアレーの直線構成が、直接に長円の励起光スポットを生成するために、使用可能である。例えば、円筒レンズが第一、第二の光学素子として使用可能であり、他の実施例、すなわち、ホログラムあるいは傾斜光学部品等が実施可能である。
【００４４】
示された図は、多くの実施例の一つを表しており、当業者は、例えば、他のレーザー機器や、共振器を使用して、代替のレーザー装置を得ることが可能である。特に、光束ガイドあるいは、与えられた例と異なる、例えば、反射面の適切な形状、配列により、励起光の断面を得ることが可能である。
【００４５】
実施可能な本発明による、励起光スポットと、励起光スポットとレーザー媒質の適合と、レーザー装置とが、図に概略的に示された実施例を引用し、以下の例により詳細を記述される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるレーザー装置のレーザー媒質と励起光束の概略図を示す。
【図２】（ａ）−（ｂ）レーザー媒質上に集束する励起光の形状の概略図を示す。
【図３】本発明によるレーザー装置における多重反射を有する光束パスの概略図を示す。
【図４】多重反射を有する本発明によるレーザー装置の実施例において、レーザー媒質上に励起光を集束する概略図を示す。
【図５】（ａ）−（ｂ）励起される固体の本発明による層の上部構造の概略図を示す。
【図６】本発明による励起される固体の有利な形状の概略図を示す。
【図７】本発明による励起される固体の第一の実施例を示す。
【図８】本発明による励起される固体の第二の実施例を示す。
【図９】従来技術による励起光スポットを有する固体の有限要素法によるモデルを示す。
【図１０】図９による固体を通るＸ方向における温度カーブを示す。
【図１１】図９による固体を通るＹ方向における温度カーブを示す。
【図１２】図９による固体を通るＺ方向における温度カーブを示す。
【図１３】本発明による励起光スポットを有する第一の固体の有限要素法によるモデルを示す。
【図１４】図１３による固体を通るＸ方向における温度カーブを示す。
【図１５】図１３による固体を通るＹ方向における温度カーブを示す。
【図１６】図１３による固体を通るＺ方向における温度カーブを示す。
【図１７】本発明による励起光スポットを有する第二の固体の有限要素法によるモデルを示す。
【図１８】図１７による固体を通るＸ方向における温度カーブを示す。
【図１９】図１７による固体を通るＹ方向における温度カーブを示す。
【図２０】図１７による固体を通るＺ方向における温度カーブを示す。
【図２１】本発明によるレーザー装置の概略図を示す。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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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２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年12月5日(2005.12.5)
【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】
レーザー媒質（１）と、
上記レーザー媒質（１）が配置された熱吸収体（２）と
光線（Ｓ）を発生させるための少なくとも一つの光源とを備えるレーザーにおいて、
上記少なくとも一つの光源の少なくとも一つの光線から励起光を発生させ、
入射面が上記熱吸収体（２）の反対側であるレーザー媒質の該入射面に上記励起光を放射する工程を含み、
上記励起光が上記入射面に入射するとき、長さ対幅の比が少なくとも２：１の励起光スポット（Ｐ）を形成して、二次元の熱流を生成し、該励起光スポット（Ｐ）を単一光線（Ｓ）あるいは複数の光線（Ｓ）の組合せにより形成することを特徴とする薄肉円板状レーザーのポンピング方法。
【請求項２】
上記励起光スポットの幅が上記レーザー媒質（１）の厚さより小さく、特に該励起光スポットの幅が０．１ｍｍで、該レーザー媒質（１）の厚さが０．３ｍｍより大きい、特に０．９ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の薄肉円板状レーザーのポンピング方法。
【請求項３】
入射中、上記励起光スポット（Ｐ）を直列の複数の光源の光線（Ｓ）を配置することにより形成することを特徴とする請求項１あるいは２記載の薄肉円板状レーザーのポンピング方法。
【請求項４】
入射中、上記励起光スポット（Ｐ）を重畳した光線（Ｓ）を有する複数の光源の光線により形成することを特徴とする請求項１あるいは２記載の薄肉円板状レーザーのポンピング方法。
【請求項５】
入射中、上記励起光スポット（Ｐ）を一つの光源の光線（Ｓ）の直列の多重投射（５´´）を配置することにより形成することを特徴とする請求項１あるいは２記載の薄肉円板状レーザーのポンピング方法。
【請求項６】
上記複数の投射（５´´）を一つの光源の光線（Ｓ）の反射面（４´）での多重反射により得ることを特徴とする請求項５記載の薄肉円板状レーザーのポンピング方法。
【請求項７】
入射中、上記励起光スポット（Ｐ）を少なくとも３：１、５：１、あるいは１０：１の長さと幅の比で形成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の薄肉円板状レーザーのポンピング方法。
【請求項８】
熱吸収体を有する境界面で反射した励起光が背面反射をしていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の薄肉円板状レーザーのポンピング方法。
【請求項９】
励起光の多重反射がレーザー媒質（１）の中で成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の薄肉円板状レーザーのポンピング方法。
【請求項１０】
光線（Ｓ）を生成するための少なくとも一つの光源と、
熱吸収体（２）とレーザー活性材料を有する第一の部品（１ａ）を備え、該第一の部品（１ａ）と該熱吸収体（２）が熱伝導接着剤で互いに接合されているレーザー素子と、
熱吸収体（２）と反対側のレーザー媒質の入射面に放射されるよう形成、配置され、上記レーザー素子の入射面に励起光を放射する手段とを備え、
上記励起光を放射する手段は、２：１の長さと幅の比を有し、二次元の熱流を生成し、単一光線（Ｓ）あるいは複数の光線（Ｓ）で形成される励起光スポット（Ｐ）を形成するように配置されることを特徴とする薄肉円板状レーザー装置。
【請求項１１】
上記励起光スポットの幅が上記レーザー媒質（１）の厚さより小さく、特に該励起光スポットの幅が０．１ｍｍで、該レーザー媒質（１）の厚さが０．３ｍｍより大きい、特に０．９ｍｍであることを特徴とする請求項１０記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項１２】
第一の部品（１ａ）と熱吸収体（２）との間に形成された反射層（３）としての第一の反射面と、
光線（Ｓ）の光束パスを折り込むための第二の平面反射面（４´）を有する励起光放射手段とを備え、
上記両反射面（３、４´）が互いに関連し、反射面（３、４´）の調整可能な発散を有し、光線（Ｓ）を両反射面（３、４´）の少なくとも一方で少なくとも二回反射するように配置されることを特徴とする請求項１０あるいは１１記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項１３】
光源としての複数の直線的に配置された半導体レーザーダイオード（６）を備え、励起光を放射する手段が第一の光学素子（７）と第二の光学素子（８）を有し、上記第一の光学素子（７）が第一の面で各光線を平行光線に成形し、上記第二の光学素子（８）が上記第一の面に垂直な第二の面で各光線を平行光線に形成し、励起光スポット（Ｐ）が直列な光線（Ｓ）の配列あるいは光線（Ｓ）の重なりにより決定されるよう光線（Ｓ）をガイドすることを特徴とする請求項１０あるいは１１記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項１４】
上記第一の光学素子（７）が円柱レンズであり、および／あるいは上記第二の光学素子（８）が円柱レンズであることを特徴とする請求項１３記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項１５】
レーザーモードが上記レーザー素子により多重増加されるように、折り曲げ反射鏡の配列により形成された光束パスを備えることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項１６】
上記光束パスを、共振器内あるいは一方向性増幅器内で形成することを特徴とする請求項１５記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項１７】
特に２：１の長さと幅の比を有する矩形断面の熱伝導接着剤を備えることを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項１８】
上記レーザー媒質は、レーザー活性材料と同一の屈折率を有する材料の第二の部品（１ｂ）を備え、該第二の部品（１ｂ）は熱伝導接着剤により熱吸収体（２）から離れた側の面で第一の部品と接合していることを特徴とする請求項１０から１７のいずれかに記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項１９】
上記第一の部品（１ａ）と上記第二の部品（１ｂ）を同一の基材でドーピングのみが異なる材料で構成することを特徴とする請求項１８記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項２０】
上記第一の部品（１ａ）と上記第二の部品（１ｂ）は一体の固体で形成され、上記熱吸収体（２）に平行である上記固体の少なくとも一つの寸法が該熱吸収体に垂直に計測されたその厚さより大きいことを特徴とする請求項１８あるいは１９記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項２１】
上記固体は板状あるいはインゴット状の形状を有することを特徴とする請求項２０記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項２２】
上記固体と熱吸収体（２）との間に反射層（３）を備えることを特徴とする請求項２０あるいは２１記載の薄肉円板状レーザー装置。
【請求項２３】
上記熱吸収体（２）から離れた側の上記固体の側面に、反射減少および／あるいは耐磨耗性の層（１ｃ）を備えることを特徴とする請求項２０から２２のいずれかに記載の薄肉円板状レーザー装置。
【国際調査報告】
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