(57)【要約】本発明は、レーザの分野に関し、詳細にはレーザに使用するポンプソースに関する。多数の既存のレーザはレーザの利得媒質中に反転分布を生じさせるために線形フラッシュランプを使用する。そのようなポンプソースには、爆発性損傷、長い光パルス長さおよび不適切なスペクトル放出を含む特に色素レーザをポンピングするときのいくつかの不都合がある。本発明は表面放電現象を利用するレーザ用のポンプソースを提供する。ガス９に接触している誘電材料１は、利得媒質をポンピングするために使用される電磁放出を提供するために表面上に放電される電気エネルギーを有する。（変数の中でもとりわけ）誘電材料または使用されるカバーガスを変えることによって、表面放出を使用してレーザ利得媒質をポンピングすることができる。
2004508723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部が露出している誘電材料のスラブと、適切なガスを充填することができる、前記ガスを前記露出している表面に接触させておくための収容手段と、ソースの動作中に基板の前記露出している表面上にエネルギーを供給し、それにより表面放電を開始させることができるように構成されたエネルギー供給手段とを備えるレーザ用のポンプソースであって、前記エネルギー供給手段のインピーダンスが前記表面放電のインピーダンスに実質的に整合するレーザ用のポンプソース。
【請求項２】
前記エネルギー供給手段が自己整合ケーブルパルス発生器を備える請求項１に記載のポンプソース。
【請求項３】
前記エネルギー供給手段が低インダクタンス共振放電回路を備える請求項１に記載のポンプソース。
【請求項４】
前記放電回路が数百ナノ秒以内にエネルギーを放電することができる請求項３に記載のポンプソース。
【請求項５】
前記収容手段が１．５バール未満の圧力の希ガスで充填される請求項１から４のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項６】
前記ガスがさらに小百分率のＳＦ６を含む請求項５に記載のポンプソース。
【請求項７】
カバーガスが二酸化炭素を含む請求項１から６のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項８】
前記エネルギー供給手段がプロファイル形成した電極によって前記誘電材料に動作可能に接続される請求項１から７のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項９】
前記エネルギー供給手段が、使用中に表面放電伝搬方向に対して実質的に直角になるように前記基板に接続されたストリップライン電極を備える請求項１から８のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項１０】
前記誘電材料がポリマー、セラミックまたはガラス材料である請求項１から９のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項１１】
前記誘電材料がＰＴＦＥである請求項１０に記載のポンプソース。
【請求項１２】
前記誘電材料の厚さが０．５〜６ミリメートルの範囲内である請求項１から１１のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項１３】
前記誘電材料がドープされる請求項１から１２のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項１４】
前記誘電材料の前記スラブがレーザ利得材料として作用することができる請求項１から９のいずれかに記載のポンプソースを備える固体色素レーザ用のポンプソース。
【請求項１５】
誘電基板材料がソルゲル、有機修飾シリカ（ｏｒｍｏｓｉｌ）ポリマーまたはポリマー充填ガラスである請求項１４に記載のポンプソース。
【請求項１６】
前記誘電材料がレーザ色素でドープされる請求項１４に記載のポンプソース。
【請求項１７】
前記レーザ色素がピロメテン（ｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ）である請求項１６に記載のポンプソース。
【請求項１８】
前記レーザ色素がＰｙｒ５９７である請求項１７に記載のポンプソース。
【請求項１９】
前記誘電材料の厚さが０．５〜６ミリメートルの範囲内である請求項１４から１８のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項２０】
請求項１から１３のいずれかに記載のポンプソースと、色素利得媒質を備えるレーザヘッドとを備え、前記レーザヘッドがＢｅｔｈｕｎｅセル構成を有する色素レーザ。
【請求項２１】
請求項１から１３のいずれかに記載のポンプソースと、色素利得媒質を備えるレーザヘッドとを備え、前記レーザヘッドが横方向流れ構成を有する色素レーザ。
【請求項２２】
請求項１４から１９のいずれかに記載のポンプソースと、前記基板の上に配置されたＰＴＦＥ反射器および前記基板の下のＰＴＦＥシートを備えるレーザヘッドとを備える色素レーザ。
【請求項２３】
ｉ）ガスを誘電材料のスラブの露出している表面に接触させておくステップと、
ｉｉ）表面放電を開始させるためにエネルギー供給回路によって前記誘電材料の前記露出している表面上にエネルギーを放電させるステップとを備え、
ｉｉｉ）前記表面放電のインピーダンスと前記エネルギー供給回路のインピーダンスが実質的に整合するように構成されている、
レーザ用の利得媒質をポンピングする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、レーザの分野に関し、詳細にはレーザに使用するポンプソースに関する。
【０００２】
レーザは、（慣習的に「利得媒質」と呼ばれる）材料中にいわゆる反転分布（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）を生じさせ、次いでこれを刺激してフォトンのコヒーレント放出を生じさせることによって作動する。ポンプソースは利得材料を反転分布状態に励起するレーザの構成要素であり、種々のレーザは反転分布を生じさせるために様々なプロセスを利用する。例えば、一般的なＨｅ−Ｎｅレーザは高電圧電気放電を使用して放電管中のＨｅ−Ｎｅ混合物を反転分布に励起する。
【０００３】
代表的なフラッシュランプポンプ式色素レーザは、色素（利得媒質）を含有する中央セルの周りに対称的に配置されたいくつかの線形フラッシュランプを備える。反射器が色素セルとフラッシュランプの両方を囲み、色素セル中に光を導く（フラッシュランプポンプ式色素レーザの構造に関する議論についてはＬ．Ｇ．Ｎａｉｒ，‘Ｄｙｅ　Ｌａｓｅｒｓ’，Ｐｒｏｇ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒ．，ｖｏｌ．７，ｐｐ１５３−２６８，１９８２を参照されたい）。使用される最も一般的な色素材料はメタノール溶剤中に分解されたローダミン（ｒｈｏｄａｍｉｎｅ）６Ｇである。色素レーザから効率的なシステム動作を得るためには一般に強力なインコヒーレントポンプソースが使用される。最も一般的な例は、色素レーザを従来のキセノン充填フラッシュランプによってポンピングするものである。そのような装置は１％超の効率で動作できるが、０．５〜１％のレベルがより代表的である。
【０００４】
上記のタイプのフラッシュランプをポンプソースとして使用することにはいくつかの不都合がある。第一に、フラッシュランプが爆発する危険がある。フラッシュランプ中に放電が起こると、プラズマフィラメントが電気的に加熱され、急速に膨張する。これにより衝撃波が生じて周囲のシリカエンベロープが破裂し、それによりフラッシュランプが爆発することがある。この損傷の危険は、フラッシュランプを駆動するために使用できる電気エネルギーのレベルを制限しなければならないことを意味する。これはレーザ効率およびフラッシュランプポンプ式レーザの出力エネルギーに重要な影響を及ぼす。
【０００５】
第二に、フラッシュランプからの光スペクトルは本質的に熱的であり、約２００００Ｋの温度をもつ擬似黒体と考えられる。このことは、ポンプ光のかなりの部分が電磁スペクトルの硬紫外領域（ｈａｒｄ　ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ　ｒｅｇｉｏｎ）中に存在し、これにより色素溶液の著しい劣化および加熱、ならびに不十分な吸収スペクトル重複が起こることを意味する（利得材料を備える色素溶液は色素および溶媒からなる。ポンプソースからの硬紫外放射は色素分子を損傷させ、それらをレーザ作用に寄与できなくする。また硬ＵＶフォトンは非常にエネルギーが強く、したがって色素によって吸収された場合、大量の熱に変換され、この熱が色素溶液中に放散されることになる）。しばしば、より小さいフラッシュランプでは、フラッシュランプ自体の融除により、Ｘｅガスを汚染する材料が生じ、それにより放出プロファイルに影響を及ぼすことがある。
【０００６】
第三に、フラッシュランプは一般に放電用のエネルギー堆積率を制限する高い初期インピーダンスを有する。これにより（約μｓ程度の）比較的長い電気駆動パルスが生じ、大きい三重項状態（ｔｒｉｐｌｅｔ　ｓｔａｔｅ）分布および／または強力な熱レンズ効果（ｔｈｅｒｍａｌ　ｌｅｎｓｉｎｇ）などの著しいレーザ損失の発達を促進することがある。三重項状態は色素レーザの著しい損失機構である。色素分子は、三重項状態にあるとき、レーザ作用に利用できず、レーザ放出の吸収損失源になる。したがって、高三重項状態分布になるとレーザパワーおよびエネルギーが低減する。色素利得媒質中での熱レンズ効果はレーザビーム品質の劣化を引き起こし、レーザ放出の損失機構になる。熱レンズ効果は、色素利得媒質中に熱が堆積して溶媒中で屈折率が変化したときに起こる。したがって、溶媒はレンズの特性を有する。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、上述の欠点の少なくとも一部を軽減するレーザ用のポンプソースを提供することである。
【０００８】
本発明によれば、表面の少なくとも一部が露出している誘電材料のスラブと、適切なガスを充填することができる、ガスを前記露出している表面に接触させておくための収容手段と、ソースの動作中に基板の前記露出している表面上にエネルギーを供給し、それにより表面放電を開始させることができるように構成されたエネルギー供給手段とを備え、エネルギー供給手段のインピーダンスが表面放電のインピーダンスに実質的に整合するレーザ用のポンプソースが提供される。
【０００９】
相応して、
ｉ）ガスを誘電材料のスラブの露出している表面に接触させておくステップと、
ｉｉ）表面放電を開始させるためにエネルギー供給回路によって誘電材料の露出している表面上にエネルギーを供給するステップとを備え、
ｉｉｉ）表面放電のインピーダンスとエネルギー供給回路のインピーダンスが実質的に整合するように構成されている、
レーザ用の利得媒質をポンピングする方法が提供される。
【００１０】
本発明はレーザポンプソースを提供するために表面放電からの放射光放出を利用する。色素レーザと同様に、表面放電は、同じく慣習的にポンピングソースとしてフラッシュランプを使用するネオジウムガラスレーザおよび光解離（ｐｈｏｔｏｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）レーザに使用するのに適している。収容手段は構成用のカバーガスを提供し、適切なガスを充填することができる。したがって、これによりユーザは自身のガス選択ができるようになる。
【００１１】
本装置は（一般に当技術分野で「基板」と呼ばれる）誘電材料の表面上に電気エネルギーを放電させることによって作動する。放電はエネルギー供給手段、好都合には高電圧電極から多数のプラズマストリームを開始させることによって始まる。これらのストリームは基板上でＨＶ電極から接地電極に向かって成長し、しばしば発達するにつれてプラズマシート中に併合する。ストリームが電極間の間隙を架橋すると、高電流がストリーム中に蓄積し、これによりガスが加熱されて、基板が融除され、ガスの一部になる。したがって、スペクトル放出はカバーガスと基板構成要素の両方から発する。初期エネルギー供給から放射性放出への全プロセスは一般に「表面放電」と呼ばれる。この表面放電からの電磁放出は赤外波帯域から真空紫外波帯域まで起こる。特定の基板およびガスを使用すると本発明の放出プロファイルを変更することができる。例えば、放出が光領域中で起これば、色素レーザ用のレーザポンピングソースに適したものにすることができる。
【００１２】
フラッシュランプと比較して、シリカ壁がなく、したがって本装置はより高い入力エネルギーに対応することができる。表面放電を制限するシリカ壁がないことは、放電プラズマから出るいかなる衝撃波もがガス体積中に放散できることを意味する。シリカ壁が衝撃波を閉じ込めなければならないフラッシュランプではそうならない。明らかに、シリカエンベロープが衝撃波を含有できなくなり、シリカが破裂するエネルギー限界がある。このエネルギー限界は爆発エネルギーと呼ばれる。さらに、放射される出力は著しい線形構造を有し、熱的であると考えられない。
【００１３】
有利には、ガス、誘電材料およびエネルギー供給手段の構成を変えることによって、放出される放射のスペクトルを変更することができる。これによりポンプソースを利得材質用に使用される材料の吸収スペクトルに適合させることができる。
【００１４】
本発明は幾何形状が平面なので線形フラッシュランプ装置よりもインダクタンスが低くなっている。表面放電は通常、一般に平面プラズマを形成する多数のストリームからなる。地帰路（ｅａｒｔｈ　ｒｅｔｕｒｎ）は基板の裏面に直接接続される。このプラズマ幾何形状に関連する大強度磁界または大回路ループ領域はなく、したがってインダクタンスは低い。反対に、フラッシュランプは通常、最初に小さい断面直径を有する単一のプラズマストリーマを含有する。地帰路は通常フラッシュランプからかなりの距離にある。これによりストリーマおよび大きい回路ループ領域の近くに強い磁界が生じ、インダクタンスにかなり寄与する。エネルギー供給手段と基板の間の効率的なエネルギー伝達を保証するためには、エネルギー供給手段のインピーダンスが表面放電のインピーダンスに実質的に整合することを保証する必要がある。表面放電のインピーダンスは、放電の温度および寸法を含むいくつかのファクタに依存し、したがって使用されるガスのタイプおよび放電が起こる基板の領域の影響を受ける。
【００１５】
インピーダンスが低いと適度の動作電圧（約２０ｋＶ）用に高ピークパワーの短い放電パルスを生じさせることができる。これはレーザ損失および上述の熱レンズ効果を低減するのを助ける。したがって、表面放電システムのインピーダンスがフラッシュランプの場合よりも低いので、より効率的になることが予想される。
【００１６】
エネルギー供給手段は通常、容量性エネルギー蓄積装置、伝送線、スイッチおよび一対の電極からなる。自己整合ケーブルパルス発生器かまたは低インダクタンス共振放電回路を備える放電回路が効果的であることが分かっている。パルス発生器は、ケーブルの特性によって決定される時間中に基板の表面上に放電される高電圧ケーブル中のエネルギーを容量的に蓄積する。共振放電回路は、基板の表面に切り替えることができるコンデンサ中のエネルギーを蓄積する。
【００１７】
均一な電気破壊を達成するためには、高速立上りエッジをもつ電圧パルスをＨＶ電極に印加することが好ましい。これは、それにより多数の破壊アークが形成され、均一な表面プラズマを形成することができるからである。好都合なことに、共振放電回路はこの特性を有し、エネルギーを迅速に（約３００ｎｓ）放電することができ、エネルギー伝達においてケーブル発生器セットアップよりも効率的である。共振放電回路は高ピークパワー電気パルスで低インピーダンス負荷を駆動することができる。したがって、共振放電回路は低インピーダンス表面放電負荷を駆動するのに適しており、パルス式色素レーザポンプソースに必要な高ピークパワーをつくり出すことができる。
【００１８】
使用されるガスは同じくポンプソースの光放出特性に大きな影響を及ぼす。ガスタイプ（同じくガスの圧力）は放電の均一性に影響を及ぼす。好ましくは、（１．５バール未満の）希ガス、ＣＯ２（０．５バール未満）またはＳＦ６（１００ミリバール未満）を使用すべきである。
【００１９】
少量のＳＦ６を希ガス（ＸｅやＫｒなど）に添加すると２００〜３００ｎｍのスペクトル帯域中の放出活性が向上することが分かっている。この効果を使用して色素レーザのポンピング効率を高めることができる。
【００２０】
好都合には、Ｘｅ／ＳＦ６またはＫｒ／ＳＦ６とともにＰＴＦＥ基板を使用すると、色素レーザのポンピングに適した特に強い光放出が生じることが分かっている。
【００２１】
表面放電の構造的特性に影響を及ぼすことがある別のファクタは、エネルギー供給手段と基板の間を電気的に接触させるための手段である。好都合には、プロファイル形成した電極を使用すると均一な放電が生じる。好適にプロファイル形成した電極は、均一な電界が生じて、次にＨＶ電極エッジ上のどの点からも放電ストリーマが形成されることが等しく見込まれることを保証する。したがって均一な放電が生じる見込みが高くなる。ガス放電レーザでは、ＲｏｇｏｗｓｋｉまたはＣｈａｎｇのプロファイル形成した電極が一般に使用される。Ｃｈａｎｇの電極は我々の表面放電システムにおいてテストしてあり、均一な放電を生じている。ただし、同じく均一な表面放電を生じるより簡単な構成は電極に丸いコーナを使用することである。これらのコーナは好都合には約２〜５ｍｍの曲率半径を有する。
【００２２】
表面放電はインピーダンスが低くなる傾向がある。したがって、駆動電気エネルギーパルスの品質は劣化しないためには、エネルギー供給回路のインダクタンスが低いことが重要である。
【００２３】
表面放電伝搬方向に対して実質的に直角なストリップラインによって誘電基板スラブに接続された電極をもつ低インダクタンス放電回路を備えるエネルギー供給手段は真性の低インダクタンスエネルギー供給手段を構成する。そのような構成の地帰路は、ストリップラインの接地導体を基板の側面の周りに巻き、それを基板スラブの下から供給回路に戻すことによって与えることができる。
【００２４】
電気フィードが放電伝搬に対して直角に接続された上記の構成には、レーザシステムのエネルギー放出を最適化する効果がある色素スラブ利得媒質の端部の近くにレーザミラーを配置することが可能であるというさらなる利点がある。
【００２５】
基板材料を変更するとポンプソースの光放出特性に影響が及ぶ。レーザポンプソース中で使用する適切な基板材料はポリマー、セラミックおよびガラスである。ＰＴＦＥ基板の使用は、ローダミン６Ｇベースの色素レーザをポンピングするために特に適していることが分かっている。
【００２６】
基板の厚さも重要である。基板は放電中に生じる強い衝撃波および高電界に耐えられるよう十分厚くなければならない。ただし、基板は厚すぎてはならず、さもなければ放電と放電回路の間の十分な容量性結合が得られなくなる。０．５〜６ミリメートルの範囲内の厚さの基板はスペクトル放出を修正するために十分な放電／基板相互作用で均一な表面放電を促進することが分かっている。ＰＴＦＥ基板の場合、約１ｍｍの厚さが効果的であることが分かっている。
【００２７】
スペクトル放出特性は、基板内に適切なドーパントを入れることによってさらに高めることができる。ドープ基板は非ドープ基板の放出プロファイル上に重なる強い離散的スペクトルラインを示し、好都合にはこれらのスペクトルラインが利得媒質の吸収帯域に整合するようにドーパント材料を選択することができる。例えば、基板として鉛ドープガラスを使用すると、色素ベースレーザとともに使用するのに特に適したポンピングソースが生じる。
【００２８】
本発明のポンプソースは、幾何形状が平面なので、レーザの直接ポンピングを最適化するために利得媒質の近傍に取り付けることができる。本発明のさらなる態様では、上述のようにポンプソースに動作可能に結合された色素利得媒質を組み込んだレーザヘッドが提供される。レーザヘッドはいくつかの異なる構成を有することができる。好都合には、レーザヘッドはＢｅｔｈｕｎｅセル構成（Ｄ　Ｓ　Ｂｅｔｈｕｎｅ，“Ｄｙｅ　ｃｅｌｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ　ｌｏｗ−ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ　ｅｘｃｉｍｅｒ−ｐｕｍｐｅｄ　ｄｙｅ　ｌａｓｅｒｓ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ　２０，ｐｐ．１８９７−１８９９，１９８１参照）または横方向流れ構成（Ｃ　Ｔａｌｌｍａｎ　ａｎｄ　Ｒ　Ｔｅｎｎａｎｔ，“Ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ，ｅｘｃｉｍｅｒ−ｌａｓｅｒ−ｐｕｍｐｅｄ　ｄｙｅ　ｌａｓｅｒｓ”ｉｎ“Ｈｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ　ｄｙｅ　ｌａｓｅｒｓ”Ｆ　Ｊ　Ｄｕａｒｔｅ　Ｅｄ．，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，ｐｐ．９３−９６，１９９１参照）を有することができる。好ましくは、レーザヘッドはＢｅｔｈｕｎｅセル構成を有する。これはより効率的なレーザが得られるからである。
【００２９】
上記のレーザ構成は液体色素レーザに特に適している。ただし、固体状態色素レーザは液体色素レーザの魅力的な代替物と考えられ、したがって本発明のさらなる目的は、固体色素レーザ中で使用するのに適したポンプソース構成を提供することである。
【００３０】
したがって、本発明はまた、先に請求しているように、誘電材料がレーザ利得材料としても作用することができるポンプソースを備える固体状態色素レーザ用のポンプソースを提供する。
【００３１】
そのようなポンプソース構成は、別個の液体色素利得媒質を近傍に配置する必要がないので有用である。代わりに、基板上で表面放電を開始させることによって基板自体からレーザ作用を達成することができる。
【００３２】
適切な基板はレーザ色素をドープしたホスト基板を備える。
【００３３】
ホスト基板の例としてはソルゲル、有機修飾シリカ（ｏｒｍｏｓｉｌ）、ポリマーおよびポリマー充填ガラスがある。適切な色素ドーパントの例としてはピロメテン（ｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ）などの有機レーザ色素がある。特にＰｙｒ５９７が色素ドーパントとして使用できる。
【００３４】
カバーガス、基板厚さなどは上記と同様にして変えることができる。
【００３５】
次に添付の図面を参照しながら例として本発明の実施形態について説明する。
【００３６】
図１ａにレーザ用のポンプソースとして使用するのに適した表面放電アセンブリを示す。平面誘電基板１は電極３、５を介してエネルギー放電ソース（図示せず）に接続されている。電極５は接地平面７に接続されている。基板の１つの表面はガス９に接触している。
【００３７】
電極３から高電圧パルスが開始されると、図１ｂに示すように、電極３、５間の領域中でガス９の電気破壊が起こる。次いで表面プラズマが形成される。
【００３８】
図２に基板／カバーガス構成および共振回路放電を備えるポンプソースを示す。図は１００ｎＦエネルギー蓄積コンデンサ２３に接続されたＡＬＥ４０２Ｌ＋５０ｋＶ電源２１を示している。電源２１およびコンデンサ２３は回路の高インダクタンス（約２．０μＨ）セクション中に配置されている。インダクタンスはワイヤ２５のループとスイッチ２７によって発生する。このスイッチ２７は、回路の残部からコンデンサ２３を分離し、１気圧の圧力で窒素を充填すると３０ｋＶを阻止することができるガス充填インライントリガトロンスパークギャップを備える。
【００３９】
回路はまた、３ｍ×０．４５ｍの寸法を有しかつ７６μｍ銅箔で覆われた厚さ０．５ｍｍのＭｙｌａｒ（登録商標）シートから製造した１００ｎＦ低インダクタンス（約４ｎＨ）コンデンサ２９を備える。このシートコンデンサは（同じくＭｙｌａｒおよび銅構造の）高アスペクト比低インダクタンス（約５ｎＨ）ストリップラインを介して表面放電負荷と直列に接続されている。（注：ストリップラインは間に誘電絶縁体をもつ２つの平面電気導体を備える。アスペクト比とは絶縁体の厚さと比較した導体の幅を指す。すなわち、大きいアスペクト比は大きい導体幅および小さい絶縁体厚さである）。
【００４０】
表面放電は厚さ１ｍｍのＰＴＦＥ３１から製造した誘電基板によって与えられる。表面放電インダクタンスを最小限にするために（点線で示される）幅２０ｍｍの銅接地平面がＰＥＦＥ基板３１の裏面に接続されている。接地平面はまた表面放電用の電流帰路およびストリップラインの一部をなす。
【００４１】
幅１０ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍ、コーナ曲率半径約２ｍｍの２つの銅電極３３（電極３の上部コーナの矢印の長さが電極コーナの曲率半径を表す図１ｂを参照されたい）が基板３１上に接地平面の上に配置されている。銅電極３３は４５ｍｍ離れている。
【００４２】
基板３１は少量のＳＦ６とＸｅまたはＫｒとの混合物で充填される気密ボックス３５内に入れられる（部分圧力はＸｅ／Ｋｒについては８００ｍバール、ＳＦ６については１５０ミリバールである）。
【００４３】
放電回路を２２ｋＶまで充電した。スパークギャップを切り替えると、このエネルギーの約７５％がＭｙｌａｒコンデンサ２９に伝達され、したがって表面放電に利用可能であった。
【００４４】
図２の構成をレーザヘッドに接続し、レーザエネルギーを測定した。図３にカバーガスがＸｅ／ＳＦ６またはＫｒ／ＳＦ６である場合の放電およびレーザ放出についての光パルス形状を示す。図３のプロットはパルスの長さおよび形状を示すために正規化してある。プロットライン４１および４２はそれぞれＫｒ／ＳＦ６およびＸｅ／ＳＦ６を用いたレーザ放出を示す。プロットライン４３および４４はそれぞれＫｒ／ＳＦ６およびＸｅ／ＳＦ６からの放電放出を示す。図３はレーザ放出が光励起パルスにどのように応答したかを示し、またレーザパルス長さが約４００ｎｓであったことを示す。
【００４５】
図４にＫｒ／ＳＦ６（プロット４５）およびＸｅ／ＳＦ６（プロット４６）についてのＰＴＦＥ基板上の表面放電のスペクトルエネルギー放出を示す。図に見られるように、スペクトルの光領域中にかなりの放出があり、したがってこの表面放電構成は光色素レーザ用のソースとして適切なものになる。
【００４６】
図５ａおよび図５ｂに表面放電ポンプソースとともに使用するのに適した２つのレーザヘッド構成を示す。図５ａはＢｅｔｈｕｎｅセル構成を示す。ここでポンプソース（基板５１および電極５３、５５）は三角形断面形成されたＨｅｒａｓｉｌ（登録商標）シリカ色素セル５７の１つの面の下に配置されている。表面放電によって放出された光の大部分はセルの壁によってシリカの色素充填チャネル５９中に反射される。レーザ出力は矢印６１で示される。
【００４７】
図５ｂは他のレーザヘッド構成、横方向流れ色素レーザを示す。この構成では、色素は（矢印６３で示されるように）基板の表面の上を流れる。レーザ出力は色素の流れに対して直角な方向にある。矢印６５参照（図５ｂの縦図では、色素はページの内または外に流れていることになる）。図５ｂでは、図５ａに示されるものと同等の装置の要素を識別するために同じ数字を使用している。
【００４８】
図５ａならびに図５ｂでは、色素溶液はメタノール溶液中の８６μＭローダミン６Ｇからなる。Ｂｅｔｈｕｎｅセルは横方向流れセルよりも高いレベルの効率で動作することが観測された。
【００４９】
図６に固体状態色素レーザヘッド構成の３つの図を示す。Ｐｙｒ５９７をドープされた平面誘電ポリマースラブ７０（改質ポリ（メチルメタクリレート）ポリマー−ＭＰＭＭＡ）が電極（７２、７４）を介して放電回路７６に接続されている。負荷は窒素充填トリガトロンスパークギャップ７８によって放電回路から分離されている。
【００５０】
基板はガス８０（０．５バールのキセノン）によって覆われる。ストリップラインおよび電極は低インピーダンス構成を有する。すなわち、接地電極７４から放電回路までの帰路は基板の裏面にある（地帰路８４）。スラブの一方の端部には１００％反射ミラー８６があり、他方の端部には出力カプラ８８がある。１００％ミラーと出力カプラの間の距離は表面放電伝搬およびレーザ放出方向８２に対して直角になるようにストリップラインを構成することによって最小限にされる。
【００５１】
ＰＴＦＥ反射器９０およびＰＴＦＥシート９２は利得媒質中への放電光の結合を最大限にするためにそれぞれ基板の上および下に配置されている。色素スラブ９４の両側に絶縁シートとして非改質ＰＭＭＡが使用されている。
【００５２】
図に示される基板７０は長さ１４ｃｍ、幅５ｃｍおよび厚さ４ｍｍを有していた。レーザ色素ピロメテン５９７（Ｐｙｒ５９７）は濃度１０−４Ｍで基板中に混合されている。（注：レーザ色素を効率的にポンピングするためには、表面放電がレーザ色素吸収帯域中に強い放出を有しなければならない。色素は約２９０ｎｍ超のみを透過するＭＰＭＭＡ中にドープされるので、Ｐｙｒ５９７の可視吸収帯域のみがポンピングされる（４７０〜５５４ｎｍ））。
【００５３】
電極は１１ｃｍ離れており、コーナ半径約２ｍｍで幅２．５ｃｍである。電極分離は放電長さを１１ｃｍに制限する。放電回路は約８０ＭＷパルス中で１００Ｊの電気エネルギーを表面放電負荷に供給するように設計される。このエネルギー負荷、パワー負荷および放電長さをもつ表面放電では約０．５Ωの放電インピーダンスが生じ、したがって放電回路は整合０．５Ω集中要素パルス形成ネットワーク（ｐｆｎ）として設計される。回路は全蓄積容量１．１４μＦの５つの平行Ｌ−Ｃ要素からなる。０．５Ω負荷を使用するとき、パルス長さは１．２５μｓになるように設計される。
【００５４】
回路は１００Ｊの容量性蓄積エネルギー、したがって０．５Ω負荷に対して８０ＭＷのピークパワーに対応する１３．３ＫＶまで充電した。電気パルス形状を歪ませる浮遊回路インダクタンスを最小限にするためには、幅１０ｃｍの低インダクタンス銅ストリップラインを使用して回路構成要素をＭｙｌａｒ誘電層で０．５ｍｍ離して接続する。
【００５５】
色素スラブ（８４）の下に配置された接地ストリップラインは基板を介して容量性結合を放電に与える。
【００５６】
図７でレーザ出力９８および表面放電９６の光パルス形状を比較する。光パルス長さは６．５μｓのテールで１．９μｓであった。レーザパルスは予想される表面放電放出パルスよりも短い長さ９５０ｎｓであった。
【００５７】
レーザの最大エネルギー値は５０％の出力カプラ反射率に対して得られた６９ｍＪであった（図８参照）。図４に示されるレーザパルスについて、これは７３ｋＷのパワー出力を与えた。
【００５８】
当業者ならポンプソースの他の構成の範囲が本発明の範囲内に入るものと考えられることを容易に理解できよう。例えば、図６に示される構成について、レーザ発振波長でより低い吸収をもつ色素ドープポリマーを使用することもできる。また、レーザ色素の可視吸収帯域中での放出がより多くなることを保証するために表面放電を変更することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】
代表的な表面放電アセンブリを示す図である。
【図１ｂ】
代表的な表面放電アセンブリを示す図である。
【図２】
共振放電回路および表面放電プラットフォームを備えるレイアウトを示す図である。
【図３】
異なるガスでレーザ放出を放電放出と比較する図２に示されるレイアウトの正規化した光放出強度プロファイルを示す図である。
【図４】
図２に示される異なるタイプの装置中のガスタイプの正規化した放出スペクトルを示す図である。
【図５ａ】
異なるレーザ色素ヘッドの概略を示す図である（図は横断面および縦断面の２つのレーザヘッドを示し、各場合において横断面図は縦図で示される線２−２に沿った図である）。
【図５ｂ】
異なるレーザ色素ヘッドの概略を示す図である（図は横断面および縦断面の２つのレーザヘッドを示し、各場合において横断面図は縦図で示される線２−２に沿った図である）。
【図６】
固体状態色素レーザポンプソース実施形態による表面放電ポンプ式色素レーザヘッドおよび放電回路を示す様々な図である。
【図７】
図６のセットアップから生じる（９６）レーザ放出（９８）および表面放電光放出の光パルス形状を示す図である。
【図８】
図６のセットアップから生じるレーザエネルギーを示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年9月2日(2002.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部が露出している誘電材料のスラブと、適切なガスを充填することができる、前記ガスを前記露出している表面に接触させておくための収容手段と、ソースの動作中に基板の前記露出している表面上にエネルギーを供給し、それにより表面放電を開始させることができるように構成されたエネルギー供給手段とを備えるレーザ用のポンプソースであって、前記エネルギー供給手段のインピーダンスが前記表面放電のインピーダンスに実質的に整合し、前記エネルギー供給手段が、使用中に表面放電伝搬方向に対して実質的に直角になるように前記基板に接続されたストリップライン電極を備えるレーザ用のポンプソース。
【請求項２】
前記エネルギー供給手段が自己整合ケーブルパルス発生器を備える請求項１に記載のポンプソース。
【請求項３】
前記エネルギー供給手段が低インダクタンス共振放電回路を備える請求項１に記載のポンプソース。
【請求項４】
前記放電回路が数百ナノ秒以内にエネルギーを放電することができる請求項３に記載のポンプソース。
【請求項５】
前記収容手段が１．５バール未満の圧力の希ガスで充填される請求項１から４のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項６】
前記ガスがさらに小百分率のＳＦ６を含む請求項５に記載のポンプソース。
【請求項７】
カバーガスが二酸化炭素を含む請求項１から６のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項８】
前記エネルギー供給手段がプロファイル形成した電極によって前記誘電材料に動作可能に接続される請求項１から７のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項９】
前記誘電材料がポリマー、セラミックまたはガラス材料である請求項１から８のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項１０】
前記誘電材料がＰＴＦＥである請求項９に記載のポンプソース。
【請求項１１】
前記誘電材料の厚さが０．５〜６ミリメートルの範囲内である請求項１から１０のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項１２】
前記誘電材料がドープされる請求項１から１１のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項１３】
前記誘電材料の前記スラブがレーザ利得材料として作用することができる請求項１から８のいずれかに記載のポンプソースを備える固体色素レーザ用のポンプソース。
【請求項１４】
誘電基板材料がソルゲル、有機修飾シリカ（ｏｒｍｏｓｉｌ）ポリマーまたはポリマー充填ガラスである請求項１３に記載のポンプソース。
【請求項１５】
前記誘電材料がレーザ色素でドープされる請求項１３に記載のポンプソース。
【請求項１６】
前記レーザ色素がピロメテン（ｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ）である請求項１５に記載のポンプソース。
【請求項１７】
前記レーザ色素がＰｙｒ５９７である請求項１６に記載のポンプソース。
【請求項１８】
前記誘電材料の厚さが０．５〜６ミリメートルの範囲内である請求項１３から１７のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項１９】
請求項１から１２のいずれかに記載のポンプソースと、色素利得媒質を備えるレーザヘッドとを備え、前記レーザヘッドがＢｅｔｈｕｎｅセル構成を有する色素レーザ。
【請求項２０】
請求項１から１２のいずれかに記載のポンプソースと、色素利得媒質を備えるレーザヘッドとを備え、前記レーザヘッドが横方向流れ構成を有する色素レーザ。
【請求項２１】
請求項１３から１８のいずれかに記載のポンプソースと、前記基板の上に配置されたＰＴＦＥ反射器および前記基板の下のＰＴＦＥシートを備えるレーザヘッドとを備える色素レーザ。
【請求項２２】
ｉ）ガスを誘電材料のスラブの露出している表面に接触させておくステップと、
ｉｉ）表面放電を開始させるためにエネルギー供給回路によって前記誘電材料の露出している表面上にエネルギーを放電させるステップとを備え、
ｉｉｉ）前記表面放電のインピーダンスと前記エネルギー供給回路のインピーダンスが実質的に整合するように構成されている、
レーザ用の利得媒質をポンピングする方法。
【請求項２３】
表面の少なくとも一部が露出している誘電材料のスラブと、適切なガスを充填することができる、前記ガスを前記露出している表面に接触させておくための収容手段と、ソースの動作中に基板の前記露出している表面上にエネルギーを供給し、それにより表面放電を開始させることができるように構成されたエネルギー供給手段とを備えるレーザ用のポンプソースであって、前記エネルギー供給手段のインピーダンスが前記表面放電のインピーダンスに実質的に整合し、前記誘電材料のスラブが、使用中にレーザ利得材料として作用することができるようにレーザ色素でドープされるレーザ用のポンプソース。
【請求項２４】
前記エネルギー供給手段が自己整合ケーブルパルス発生器を備える請求項２３に記載のポンプソース。
【請求項２５】
前記エネルギー供給手段が低インダクタンス共振放電回路を備える請求項２３に記載のポンプソース。
【請求項２６】
前記放電回路が数百ナノ秒以内にエネルギーを放電することができる請求項２５に記載のポンプソース。
【請求項２７】
前記収容手段が１．５バール未満の圧力の希ガスで充填される請求項２３から２６のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項２８】
前記ガスがさらに小百分率のＳＦ６を含む請求項２７に記載のポンプソース。
【請求項２９】
カバーガスが二酸化炭素を含む請求項２３から２８のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項３０】
前記エネルギー供給手段がプロファイル形成した電極によって前記誘電材料に動作可能に接続される請求項２３から２９のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項３１】
前記エネルギー供給手段が、使用中に表面放電伝搬方向に対して実質的に直角になるように前記基板に接続されたストリップライン電極を備える請求項２３から３０のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項３２】
前記誘電材料の厚さが０．５〜６ミリメートルの範囲内である請求項２３から３１のいずれかに記載のポンプソース。
【請求項３３】
誘電基板材料がソルゲル、有機修飾シリカ（ｏｒｍｏｓｉｌ）ポリマーまたはポリマー充填ガラスである請求項２３に記載のポンプソース。
【請求項３４】
前記レーザ色素がピロメテン（ｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ）である請求項２３に記載のポンプソース。
【請求項３５】
前記レーザ色素がＰｙｒ５９７である請求項３４に記載のポンプソース。
【請求項３６】
請求項２３から３５のいずれかに記載のポンプソースと、色素利得媒質を備えるレーザヘッドとを備え、前記レーザヘッドがＢｅｔｈｕｎｅセル構成を有する色素レーザ。
【請求項３７】
請求項２３から３６のいずれかに記載のポンプソースと、前記基板の上に配置されたＰＴＦＥ反射器および前記基板の下のＰＴＦＥシートを備えるレーザヘッドとを備える色素レーザ。
【国際調査報告】
2004508723.tif 000035
2004508723.tif 000036
2004508723.tif 000037
2004508723.tif 000038