(57)【要約】レーザ装置は、ポンピング放射を放射するポンピング手段と、該放射を吸収してレーザ光を射出する利得媒質と、該利得媒質を冷却する冷却手段とを含む。該冷却手段は、Ｄ２Ｏからなる冷却材を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンピング放射を、ポンピング放射反射キャビティ内へ放射するためのポンプ放射源と、前記放射を吸収し、それによってレーザ光を射出するように前記キャビティ内に配置された利得媒質と、前記利得媒質を冷却するために前記キャビティ内に設けられた冷却装置とを備え、前記冷却装置が、重水（Ｄ２Ｏ）を含む冷却材を含む、レーザ装置。
【請求項２】
前記冷却材は、前記ポンプ源と前記利得媒質との間に設けられている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記利得媒質は、レーザ取出し軸上に第１及び第２の端部を有し、かつ前記ポンプ源は、前記ポンピング放射が前記利得媒質の側面に向けられるように配置されている請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記利得媒質は、散漫散乱面を含む請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記利得媒質は、前記放射が、概して、前記利得媒質による吸収の前に、前記利得媒質を通る多数の経路を実行するような吸収長を有する請求項1〜４のいずれか１に記載の装置。
【請求項６】
前記放射は、５つの経路よりも多い経路を実行する請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記利得媒質は、Ｙｂをベースとしたものである請求項1〜６のいずれか１に記載の装置。
【請求項８】
前記ポンプ源は、１つまたは複数のレーザダイオード源および／または１つまたは複数のフラッシュランプ源を備える請求項1〜７のいずれか１に記載の装置。
【請求項９】
前記冷却装置は、対流冷却装置および／または伝導冷却装置を備える請求項1〜８のいずれか１に記載の装置。
【請求項１０】
前記冷却装置は、前記媒質の側面の限定された領域に適用される請求項1〜９のいずれか１に記載の装置。
【請求項１１】
前記利得媒質は、誘電性反射層からなる第１の反射層と、金属製反射層からなる第２の反射層とによって囲まれている請求項1〜１０のいずれか１に記載の装置。
【請求項１２】
前記利得媒質は、レーザ取出し軸上に第１及び第２の端部を有し、かつ正反射領域を有する散漫散乱面を各端部に有する請求項1〜１１のいずれか１に記載の装置。
【請求項１３】
ポンピング放射を放射するためのポンプ放射源と、前記放射を吸収し、それによってレーザ光を射出するように配置された利得媒質とを備えるレーザ装置であって、前記利得媒質が、誘電性反射層からなる第１の反射層と、金属製反射層からなる第２の反射層とによって囲まれているレーザ装置。
【請求項１４】
ポンピング放射を放射するためのポンプ放射源と、前記放射を吸収し、それによってレーザ光を射出するように配置された利得媒質とを備えるレーザ装置であって、前記利得媒質が、レーザ取出し軸上に第１及び第２の端部を有し、かつ前記端部間に散漫散乱面を有し、前記散漫散乱面が、正反射面領域を各端部に有するレーザ装置。
【請求項１５】
約８００〜約１３００ｎｍの範囲のポンピング放射源を放射するためのポンプ放射源と、前記放射を吸収し、それによってレーザ光を射出するように配置された利得媒質と、前記利得媒質を冷却するために配置された冷却装置とを備えるレーザ装置であって、前記冷却装置が、重水（Ｄ２Ｏ）を含む冷却材を含むレーザ装置。
【請求項１６】
添付図面と関連して、本願明細書に実質的に具体的に記載したようなレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関し、特に、光学側面ポンプ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｓｉｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ）固体レーザ利得媒質を冷却する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】
米国特許第５４７１４９１号明細書
【特許文献２】
米国特許第５６３６２３９号明細書
【特許文献３】
欧州特許第０８５４５５１号明細書  従来のレーザは、レーザロッドのような利得媒質と、複数のダイオードのような光学ポンピング手段とを含む。該ダイオードは、上記ロッドへ向けられるポンピング放射を放射する。該ポンピング放射の一部は吸収され、上記ロッド中のイオンを基底状態から励起状態へポンピングする。基底状態への緩和中に、該イオンは、自発放出によってレーザ光を放射する。
【０００３】
固体レーザを含む全てのレーザに付随する問題は、上記ポンピング放射の一部のみが、レーザ光に変換されるということである。残りの放射の部分は、上記利得媒質の加熱等の有害なメカニズムへ伝達される。そのため、該利得媒質を冷却することにより、上記ポンピング放射の熱的影響を打ち消す必要がある。
【０００４】
一般的なレーザ冷却装置は、図１に示すように、水を冷却材とした、流体対流フローを用いる。他の冷却材と比較して、水は、最も高い熱伝導率及び最も低い粘性を有する。従って、水は、上記利得媒質から最大の熱負荷を取り除くことができる。
【０００５】
しかし、そのような従来の装置は、いくつかの欠点を有している。上記冷却材の放射吸収レベルは、特に、８００〜１０００ｎｍの高出力固体レーザのポンピングに関係する範囲のポンピング放射の波長に強く依存する。例えば、その十進法の吸収係数は、図２に示すように、８００ｎｍで０．０１／ｃｍから９４０ｎｍ（Ｙｂ：ＹＡＧのポンピングに対して適切な波長）で０．０８／ｃｍまで増加し、ピークは、９７６ｎｍで０．２１／ｃｍである。
【０００６】
イッテルビウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙｂ：ＹＡＧ）またはイッテルビウムをドープしたカリウム・ガドリニウム・タングステン（Ｙｂ：ＫＧＷ）のようなイッテルビウム（Ｙｂ）をドープした媒質等の、水が重要な吸収係数を有する波長においてポンピング放射を要する利得媒質の場合、上記ポンプ放射のかなりの部分は、上記冷却材によって吸収される。このことは、２つの欠点を有しており、すなわち、まず第１に、上記ポンピングの効率が低下し、第２には、上記ポンピング放射は、上記冷却材自体を加熱するように作用し、それによって、上記利得媒質が高温になる。
【０００７】
これらの欠点は、上記ポンピング放射が、上記利得媒質に達する前に、上記冷却材を通過しなければならない場合、例えば、該利得媒質が側面ポンプされるポンピング構造のときに現れる。そのような装置においては、水を冷却材として使用することの欠点は、利得媒質が、小さな吸収断面を有するか、あるいは上記ポンピング放射と吸収帯との間の波長の重なりが完全ではない場合にひどくなり、その結果、該ポンピング放射は、通常、吸収される前に、上記利得媒質（及び上記冷却材）中を何度も通過しなければならない。小さな吸収断面を有する利得媒質の例は、Ｙｂ：ＹＡＧであり、これは、（８０８ｎｍで）〜６×１０−２０ｃｍ２であるＮｄ：ＹＡＧと比較して、９４０ｎｍの通常のポンピング波長において、〜０．８×１０−２０ｃｍ２の吸収断面を有する。Ｙｂ：ＹＡＧからの有効なエネルギ取出しに適している側面ポンピング構成においては、ポンピング放射の多数の経路が必要である。水は、９４０ｎｍにおいて吸収ピークをつけないが、Ｙｂ：ＹＡＧ利得媒質に対して低吸収と組み合わせた場合、典型的な実施形態は、水に直接吸収されるポンプエネルギの半分を見るであろう。
【０００８】
米国特許第５４７１４９１号明細書は、ポンピング効率を向上しようとする衝突冷却装置について開示している。該装置は、光伝送ジェットスリーブによって囲まれた、中央に配置されたレーザロッドの形の利得媒質を有する。内部ジェットスリーブは、冷却材をジェットホールを通して注ぎ、上記レーザロッドに衝突させる。上記衝突冷却装置は複雑であり、製造及び組立てが難しく、多数のフローキャビティ及び精密なアライメントを要する。
【０００９】
米国特許第５６３６２３９号明細書は、使用する冷却材が、メチルアルコール（メタノール、ＭｅＯＨ）で加圧される、Ｙｂをベースとした利得媒質のための衝突冷却装置について開示している。図２に示すように、メタノールは、９２２〜１０００ｎｍの波長において、水よりも低い吸収率を有し、かつ９４９ｎｍにおいて、最少の吸収率を有し、９４０ｎｍで０．０２６／ｃｍの吸収率を伴って、Ｙｂ：ＹＡＧのポンピングの候補になる。衝突冷却と、冷却材としてのメタノールとを組み合わせて使用することにより、ポンピング及び冷却効率は向上する。しかし、上記装置はなお、製造及び組立てが複雑であり、その設計は、他の設計パラメータの最適化に対するコストで、衝突冷却を組み込むことに必然的に収束する。
【００１０】
別の従来技術の文書である、欧州特許第０８５４５５１号明細書は、スラブ構造３レベルレーザ装置に関するものである。この装置によれば、スラブ型利得媒質は、該利得媒質の第一の吸収軸と平行な偏光を生成する励起機構によって側面ポンプされる。冷却装置は、上記励起機構と、Ｄ２Ｏが中を流れる上記利得媒質との間に流路を備える。Ｄ２Ｏは、レーザ波長で送られるように選択される。上記スラブが、レーザ光をガイドする全反射に依存し、そのため、境界に適切な吸収特性をもたらすので、このことは動作に必要である。この装置においては、２μｍ〜３μｍの範囲のレーザ波長における上記利得媒質からの自発放出によって問題が生じる。この波長における光は、Ｄ２Ｏと反応するので、従来の装置に対しては、上記冷却媒質による増幅光ビームの好ましくない吸収が低減される。しかし、この装置は、赤外線領域の長波長における全反射を用いた装置に限定される。
【００１１】
公知の側面ポンプ装置に対しては、別の問題がある。粗面化された表面のため、ポンプ放射がロッドから出る端部における効率が低下する。公知の側面ポンピング装置における反射面の構成に対しては、さらに別の問題がある。出ていくポンプ放射をロッド内に戻す該反射面構成は、一般に、誘電性コーティングまたは金属コーティングのいずれかを備える。金属コーティングは、利得媒質に低吸収作用がある場合重要な問題である、ダイオードポンピングの全出力からの放射の下で、劣化する可能性がある。誘電性コーティングは、そのような状況下でも劣化することなく作用することができるが、そのようなコーティングは、通常、実現可能である通常よりも狭い範囲の０°〜４０°の入射角を要することなく反射する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明によれば、特許請求の範囲に記載したようなレーザが提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、構造的に単純で、機能的に効率がよいという効果を提供する。本装置は、複雑な冷却装置を用いることを要しない。ポンピング放射に対する低吸収率、高熱伝導率及びＤ２Ｏの低粘性は、熱の除去において同時に有効であることを意味すると共に、ポンピング放射のわずかな部分を吸収する。実際に、Ｄ２Ｏは、Ｈ２Ｏの冷却効果を維持し、２００Ｗ／ｃｍ２まで動かすことができると見られているが、約８００〜約１３００ｎｍ、より好ましくは９００ｎｍ〜１０００ｎｍ、最も好ましくは約９５０ｎｍの間で、高出力固体レーザ媒質のポンピングにとって重要な領域にわたって、ポンピング放射のわずかな吸収を生じる、非常に低い吸収率も有する。その結果、広範囲の高出力固体レーザ媒質に対する用途に対して、および広範囲のポンピング構成において、同じ冷却材及び冷却方法を用いることが、概して可能である。
【００１４】
好ましくは、上記冷却材は、ポンプ源と利得媒質との間に配置される。該ポンピング手段は、レーザ取出し軸（ｌａｓｅｒ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ａｘｉｓ）上に第１及び第２の端部を有してもよく、また上記ポンプ源は、ポンピング放射が、上記利得媒質の側面に向けられるように配置してもよい。側面ポンピング方式の利点は、低強度のポンピング放射を維持し、光学コーティング及び該装置の表面上の低熱負荷を引き起こすことが可能であるということであり、それにより、損傷の機会を低減した高い堅牢性ももたらし、ダイオードポンプユニットの製造における複雑性の低減にも概してつながる。さらに、上記利得媒質の側面は、研磨する必要はない。他の実施形態においては、別のポンプ構成が用いられる。
【００１５】
好ましくは、上記利得媒質は、散漫散乱面を含む。散乱反射面であってもよい該散漫散乱面は、反映的な、例えば、鏡のような反射及び屈折を防ぎ、かつ散漫散乱を引き起こす。このことは、寄生レーザ作用を低減することにより、レーザ装置の全体的な性能をかなり向上させることができると共に、ポンピング放射のより均質な分布に寄与することが可能である。
【００１６】
上記利得媒質は、各端部に、正反射領域を有する散漫散乱面を有してもよい。一実施形態においては、上記利得媒質の上記端部における側面は、ポンピング放射の全反射の該利得媒質への戻しを強めるために、研磨してもよい。このことは、ポンプ放射を該レーザ媒質へ戻して結合する効率を向上させることにつながる可能性がある。該研磨した領域は、上記媒質の幅の１〜２倍程度に等しい長さだけ一般に延長されている。
【００１７】
上記利得媒質は、好ましくは、上記放射が、概して、吸収される前に、該利得媒質を通る多数の経路、例えば、４つ以上の経路を実行するような、吸収長を有する。他の実施形態においては、吸収前の該経路の数は、一般に１０である。
【００１８】
従って、本発明は、所望のポンピング波長に対して、水などの標準的な冷却流体における吸収のための断面が高い場合に有益であり、そのため、１〜２０の経路において、かなりのエネルギが、上記冷却流体中に直接投入されている。他の実施形態においては、上記利得媒質への吸収前の該経路の数は４であり、その場合、ポンピングの波長帯と、上記レーザ媒質での所望の吸収帯との不完全な重なりがあり、その結果、該レーザ媒質におけるピーク吸収断面が高く、かつ活性イオンのドーピング濃度も高くてもよいが、当該ポンピング放射に対する全吸収長は長くてもよく、本発明は同様に有利である。この場合、上記ポンピング放射を吸収するために、多数の経路を要してもよく、一般的な水または他の標準的な冷却材の使用は、上記装置に対して、効率のかなりの減少をもたらす可能性がある。標準的なポンピング法が、上記レーザ媒質に対する好適な吸収帯よりも幅広い場合の実例は、６ｎｍの帯域幅を有する、最も効果的な標準的ダイオードユニットと比較して、３．７ｎｍの帯域幅を有するＹｂ：ＫＧＷの場合である。上記利得媒質を通るより多くの経路を用いる方式は、上記ポンピング源の帯域幅または中心波長の変化により強いという利点を有する。
【００１９】
好ましくは、上記利得媒質は、Ｙｂをベースとしたものである。好ましくは、該媒質は、Ｙｂドーピングに基づいており、最も一般的な形態は、Ｙｂ：ＹＡＧである。別法として、ＫＧＷ（ＫＧｄ（ＷＯ４）２）、ＫＹＷ（ＫＹ（ＷＯ４）２）、ＧＧＧ及び三二酸化物（Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３）等のＹｂドープ母材も使用することができる。Ｙｂをベースとした材料は、ポンプ吸収のための該材料の低断面（例えば、Ｙｂ：ＹＡＧに対する有効な断面は、〜０．８×１０−２０ｃｍ２）により、上記利得媒質の多数の経路を要する、あるいは、上記ダイオードポンピングユニットの場合の吸収帯域幅よりも狭い吸収帯域幅（例えば、帯域幅が６ｎｍの標準的な現在入手可能なダイオードポンピングユニットと比較して、Ｙｂ：ＫＧＷの帯域幅は３．７ｎｍである）を有する、側面ポンピング方式に役立てることができる。これら２つの要因は、効率的なレーザ作用を容易にするであろうドーピングレベルに対して、長い吸収長をもたらすことができる。
【００２０】
好ましくは、上記利得媒質は、ロッド形状である。他の実施形態においては、該利得媒質は、異なる形状であり、例えば、該利得媒質は、細長い形状またはスラブ状形状である。
【００２１】
上記ポンピング手段は、レーザダイオードを備えていてもよい。代替の実施形態においては、フラッシュランプポンピング等の他の光学ポンピング手段が用いられる。
【００２２】
上記冷却装置は、対流冷却装置を備えてもよい。別の実施形態は、側面からの衝突冷却または伝導冷却等の他の冷却装置を用いる。
【００２３】
上記冷却は、全ての側面（一般に、流体対流冷却を用いたロッドの実施形態の場合）に対して、あるいは、限定された領域に対して、例えば、一実施形態においては、スラブ状の細長い媒質の２つの側面との境界に対して、また、他の実施形態においては、スラブ状の細長い媒質の一つの側面に対して、該利得媒質の細長い表面の周囲に適用することができる。
【００２４】
上記利得媒質は、誘電反射層を備える第１の反射層と、金属製反射層を備える第２の反射層とによって囲まれていてもよい。それらの層は、一方が他方の上に被覆されていてもよく、あるいは、互いに離間していてもよい。その結果、内部誘電層は、４０°以上で衝突するものを概して除いて、ポンプ放射の大部分を反射する。外側の金属製層は、方向性が独立している場合、該放射の残りを反射する。ポンプ放射の限定された量のみが、該金属製層に到達するが、劣化のリスクは低減される。
【００２５】
本発明によれば、ポンピング放射を放射するためのポンプ放射源と、該放射を吸収し、その結果、レーザ光を射出する利得媒質とを備えるレーザ装置であって、該利得媒質が、誘電層を備える第１の反射層と、金属製反射層を備える第２の反射層とによって囲まれているレーザ装置がさらに提供される。
【００２６】
本発明によれば、ポンピング放射を放射するためのポンプ放射源と、該放射を吸収して、その結果、レーザ光を射出するように配置された利得媒質とを備えるレーザ装置であって、該利得媒質が、レーザ取出し軸上に第１及び第２の端部を有し、かつ該端部間に散漫散乱面を有し、該散漫散乱面が、各端部において正反射領域を有するレーザ装置がさらに提供される。
【００２７】
本発明は、いくつかの方法で実施することができる。以下、添付図面を参照して、例証として、特定の実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１及び２は、本発明に係るレーザポンプ装置１の概略図である。該装置は、Ｙｂ：ＹＡＧからなる、概してロッド形状のレーザ利得媒質を含む。
【００２９】
２つのダイオードバーソース（ｄｉｏｄｅ  ｂａｒ  ｓｏｕｒｃｅ）４は、当業者には公知であるタイプの適切なコンディショニング及びフォーミング光学系と共に、ロッド２の長手方向側面に沿って配置されている。ソース４は、上記利得媒質内での吸収のための適切な波長で放射する、多数の固体ダイオードで形成されている。Ｙｂ：ＹＡＧの場合、一般的なダイオード材は、ＩｎＧａＡｓである。上記ダイオードソースは、利得媒質２の長手方向側面の方向に、ポンピング放射を放射する。該ソースは、適切なタイプのものであってもよく、または、当業者にはよく知られているであろう。
【００３０】
対流流体フロー冷却装置６は、利得媒質２を冷却するために設けられている。冷却材である重水（Ｄ２Ｏ）は、連続対流冷却プロセスにおいて、インレット８を介して、利得媒質２を囲んでいる長手方向フローポンピング装置内に供給され、アウトレット１０から流出する。好適な実施形態は、単一のインレット及びアウトレットからなるが、多数のインレット及びアウトレットを組み込んでもよい。動作時において、上記利得媒質の励起波長、例えば、Ｙｂ：ＹＡＧの場合、〜９４１ｎｍに整合する波長での放射は、上記ダイオードバーソースから放射されてロッド２へ向かう。一般に、該放射の大部分は、上記利得媒質によって吸収されるまで、該利得媒質及び冷却材を介して何度も反射される。
【００３１】
上記実施形態においては、上記ロッドは、２〜４ｍｍの幅、２０〜６０ｍｍの長さ、０．５〜３％の活性イオンドーピングを有し、フローチューブ９は、ロッドの幅よりも大きい２〜８ｍｍの内径幅と、２〜３ｍｍのフローチューブ壁厚を有する。一般的な用途に対するダイオードポンピング出力は、１００Ｗ〜１０ｋＷであるが、いくつかの実施形態は、その用途において、より高い出力まで実現可能である。
【００３２】
図２においては、より詳細な構成を見ることができる。反射／屈折光学系２０の一つの可能な構成が示されているが、そのような光学系は、いくつかの実施形態の全てにおいて必要なわけではない。ロッド２は、ガラス、サファイアまたは他の光透過性の弾力性及び固い材料からなる外壁部によって閉じ込められている冷却材６によって囲まれている。散乱機構は符号２６で示されており、上記ポンプ放射の大部分は、上記フローチューブの外壁部９から反射して、上記利得媒質内に再結合され、ポンプ放射反射チャンバを形成する。
【００３３】
図示の構成は、３つの部分からなる対称性を有し、ダイオードポンピングのための一般的な構成は、上記ロッドの周囲に、２〜７つの部分からなる対称性を有する。該ダイオード放射は、高反射体の間隙２８を通って結合し、上記利得媒質の多数の経路の場合には、該反射体の間隙２８は、上記ポンプチャンバからのポンプ放射の損失を最少化するために、スリット状にしなければならない。上記外壁部は、高反射率値を有する、０〜４０°より大きいＩ入射角で反射可能な、誘電性薄膜積層部、または、一般に金または保護された銀からなる薄い金属コーティングの形態である高反射コーティング２４によってコーティングされている。別法として、該コーティングは、正反射よりも散乱性の、例えば、アルミナまたは当業者に知られている他の適切な材料を使用してもよい。この単一の反射層は、単純なデザイン、コスト及び上記ダイオードポンプ等の構成要素の配置に対する可能性という利点を有する。
【００３４】
上記ダイオードポンプ放射を、反射ダクトや集光装置等の他の適切な手段によって、上記ポンプ放射反射チャンバに結合することができることは、認識されるであろう。
【００３５】
代替の実施形態においては、コーティング２４は、複合誘電コーティング及び薄膜金属ミラーである。これにより、上記誘電性コーティングによって、４０°未満の上記反射体上での入射角で、大量の放射を反射して上記チャンバへ戻す能力が盛り込まれる。上記金属コーティングは、誘電性コーティングを適用しない場合と比較して、上記金属コーティングに対して、結果として低減された劣化のリスクを伴う、全エネルギのうちの一部を構成する、高角度の残りの光線を反射して上記チャンバへ戻す。該コーティングは、一般的なコーティング技術を用いて施すことができ、また、別法として、上記金属層による上記誘電層の加熱を避けるために、別々の表面に形成してもよい。
【００３６】
図示の実施形態においては、ロッド端部７は、研磨されている、ドープされていないまたは部分的にドープされたエンドピース（ｅｎｄ  ｐｉｅｃｅｓ）またはキャップを含む。好適な実施形態においては、該ロッド端部は、ドープされていないまたは部分的にドープしたあるいは異ならせてドープされた端部キャップを含み、該キャップは、加熱されていない場合に、該端部における損傷を低減し、また、Ｙｂドープ材のような、低レーザレベルが、熱的に一部存在するレーザ媒質を含む側面ポンプ構成における損失をさらに低減する。また、熱応力の低減のため、上記端部面に光学コーティングを施すことが容易であり、該面は、平坦より少なく偏向することが可能である。上記端部キャップは、上記活性レーザ媒質に対して、取り付け、接合、例えば、拡散接合、成長または溶融することができる。これらの端部キャップは、概して犬用の骨の形をしていてもよい。該犬用の骨の形をした端部は、光学口径を減じることなく、上記ロッドの端部を面取りすることを可能にし、また、Ｏリング等のシーリング材の放射に対する曝露のリスクを低減し、堅牢性を向上させる。
【００３７】
別の好適な実施形態においては、上記ロッドは、その端部に、大部分が粗面化された、あるいは散漫散乱性の表面を有していると共に、該ロッド内に戻る全反射により、ポンピング放射を反射する、研磨された、または正反射性の領域を有する。該研磨された領域は、上記粗面化された領域に向かって傾斜させることができ、あるいは、その境界に段階的機能を設けてもよい。上記滑らかで粗面化された領域は、当業者によく知られているような様々な適切な方法で実現することができる。
【００３８】
ポンプのレーザ放射への変換に有効な構成における本実施形態の場合、吸収前の一般的な経路の数は、１０程度である。Ｙｂイオンは、〜９４１ｎｍでの放射によって、基底状態から励起状態へポンピングされ、緩和して上方の準安定レーザレベルに戻る。誘導放出は、この準安定レベルと、基底状態より上の低いレベルとの間で起き、１０２９．３ｎｍのレーザ光を生成する。そして、上記イオンは、緩和して、非放射性手段を介して基底状態に戻る。Ｙｂ：ＹＡＧ等のＹｂをベースとした材料においては、上方のポンピングレベル及び低いレーザレベルは、室内温度で、一部熱的に残る。しかし、効率的なレーザ作用は、高い十分なポンピング強度で実現することができる。
【００３９】
ポンピングプロセスの間、Ｄ２Ｏは、上記レーザ利得媒質の周囲に供給されて、該利得媒質から熱を除去する。Ｄ２Ｏは、ポンピング放射の波長に対して低い光吸収率（図３を参照）を有するので、該ポンピング放射のうちの比較的低い部分を吸収し、そのため、該利得媒質自体を加熱することはない。
【００４０】
次に、３つの具体例としての利得媒質について議論する。Ｙｂ：ＹＡＧにおいては、９４０ｎｍにおいて、０．８×１０−２０ｃｍ２の低吸収断面のため、効率的な動作のための一般的なドーピングレベルにおいて、多くの経路を必要とする。水の吸収は、０．０８／ｃｍで弱められるが、多数の経路が、結果として、水に対して約５０％の損失をもたらす。
【００４１】
約２．５×１０−２０ｃｍ２のカリウム・ガドリニウム・タングステン（Ｙｂ：ＫＧＷ）媒質の吸収は、９８１ｎｍであるが、水中での吸収は、０．２１／ｃｍで強い。より少ない経路が求められる（２〜５つが求められる）が、直接的な水の吸収に対しては、なお、かなりの損失がある。
【００４２】
ポンピングの波長帯と、上記レーザ媒質中の所望の吸収帯とが不完全に重なっている他の媒質においては、該レーザ媒質のピーク吸収断面は高くてもよく、また活性イオンのドーピング濃度も高くてもよいが、当該ポンピング放射のための全体の吸収長は、なお長くてもよい。この場合、ポンピング放射を吸収するために、多数の経路を要してもよく、また、一般的な水または他の一般的な冷却材の使用により、該装置に対して、著しい効率の低下を招く可能性がある。一般的なポンピング法が、上記レーザ媒質のための好適な吸収帯よりも広い実例は、経済的な、６ｎｍの帯域幅を有する標準的なダイオードユニットと比較して、３．７ｎｍの帯域幅を有するＹｂ：ＫＧＷの場合である。上記利得媒質を通過する、より多くの経路を用いる方式は、上記ポンピング源の帯域幅または中心波長の変動に対して非常に強いという利点を有する。
【００４３】
利得媒質に対しては、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ＧｄＣＯＢ、Ｙｂ：ＧＧＧ、あるいはＹｂ：Ｓｃ２Ｏ３、Ｙｂ：Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ：Ｌｕ２Ｏ３等の三二酸化物等の適当な材料を選択することができる。
【００４４】
上記利得媒質は、好ましくは、円形または楕円形に近い断面を有するロッド形状であるが、該断面は、正方形、矩形または他の多角形および／または異なる断面を含むことが可能である。実際には、該ロッドは、上記媒質からの放射の射出を促進するために先細りになっていてもよく、その場合、該媒質の大部分は、長い利得経路長を経験する全反射をうけるバレル光線（ｂａｒｒｅｌｌｉｎｇ  ｒａｙｓ）の形態で寄生レーザ作用を部分的に支持する、よく摩滅させた、または研磨した側面を有する。
【００４５】
上記実施形態の各々において、Ｄ２Ｏを冷却材として用いることは、かなり有利である。他の冷却材と比べて、水は、最も高い熱伝導率及び最も低い粘性を有する。従って、水は、上記利得媒質から熱的負荷を最大限取り除くことが可能である。Ｄ２Ｏは、普通の水と非常によく似た物理特性を有しているが、重要な波長での光学的放射の低吸収という利点を有する。
【００４６】
当業者は、本発明が、上述した実施形態に限定されないことを理解するであろう。具体的には、Ｄ２Ｏは、ポンピング形態の範囲において、様々な利得媒質に対して冷却材として使用することができると共に、本発明の効果ももたらす。また、Ｄ２Ｏは、この出願によって力説されたスペクトル領域外で、この発明の効果を見いだす可能性がある。この発明は、８００〜１０００ｎｍのみにレーザ媒質のポンピングを限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】側面ポンプレーザのための冷却構成の概略図である。
【図２】図１に示す構成の断面図である。
【図３】水、メタノール及び重水の十進法の吸収率対波長を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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