(57)【要約】【課題】多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器を提供する。【解決手段】それぞれ、一つの半導体レーザダイオード積層体（１１）と、一つの光ファイバー整形ユニット（１３）と、一つの結合ライトパイプ（１２）とを含む複数のポンプ光源セット（１０）と、角錐台状に形成され、上底面と下底面はいずれも多角形であって、多角形の辺数はポンプ光源セット（１０）の数量と同じである対象物（２０）と、冷却装置（３０）と、を備え、対象物（２０）の各側面にいずれも一つのポンプ光源セット（１０）が設けられていて、半導体レーザダイオード積層体（１１）から発射されるポンプ光は光ファイバー整形ユニット（１３）による整形を経て、さらに、結合ライトパイプ（１２）による結合を経て、対象物（２０）の側面から入射されてサイドポンプを行い、対象物（２０）の角錐台の上底面から入射されるレーザに増幅を行う。多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器は、大開口のレーザ対象物に使用される大型且つ複雑なレーザ装置に応用され、デバッグに便利で、問題の逐一チェックに便利で、メンテナンスが簡単であって、一層高いエネルギーゲインを得ることができる。【選択図】図２
2017501583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ、一つの半導体レーザダイオード積層体（１１）と、一つの光ファイバー整形ユニット（１３）と、一つの結合ライトパイプ（１２）とを含み、半導体レーザダイオード積層体（１１）の光出口付近に順に光ファイバー整形ユニット（１３）と結合ライトパイプ（１２）を設けている複数のポンプ光源セット（１０）と、
角錐台状に形成され、前記角錐台の上底面と下底面はいずれも多角形であって、前記多角形の辺数は前記ポンプ光源セット（１０）の数量と同じであって、前記角錐台の上底面の多角形と下底面の多角形は似通っている多角形である対象物（２０）と、
冷却対象物（２０）を載せて冷却するための冷却装置（３０）と、を備え、
前記対象物（２０）の各側面にいずれも一つのポンプ光源セット（１０）が設けられていて、各ポンプ光源セット（１０）において、前記半導体レーザダイオード積層体（１１）から発射されるポンプ光は光ファイバー整形ユニット（１３）による整形を経て、さらに、結合ライトパイプ（１２）による結合を経て、対象物（２０）の側面から入射されてサイドポンプを行い、対象物（２０）の角錐台の上底面又は角錐台の下底面から入射される、エネルギー増幅すべきレーザに増幅を行うことを特徴とする
多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項２】
さらに、前記ポンプ光は、対象物（２０）の内部で全反射されることを特徴とする請求項１に記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項３】
前記対象物（２０）の形状は正角錐であり、前記正角錐の上底面と下底面はいずれも正多角形であることを特徴とする請求項１に記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項４】
前記ポンプ光が対象物（２０）の内部で伝送される光路が所在する対象物の断面において、前記断面の側辺と下底辺との夾角をθ５とし、ポンプ光が角錐台の下底面において全反射され、ｎ１は空気屈折率で、ｎ２は対象物（２０）屈折率であると、θ５＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）であって、
又は、
前記ポンプ光が対象物（２０）の内部で伝送される光路が所在する対象物の断面において、前記断面の側辺と上底辺との夾角をθ５とし、ポンプ光が角錐台の上底面において全反射され、ｎ１は空気屈折率で、ｎ２は対象物（２０）の屈折率であると、θ５＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）であることを特徴とする請求項２に記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項５】
前記対象物（２０）の角錐台の上底面の多角形の一つの辺の長さは前記辺に対応する下底面の多角形の一つの辺の長さより小さく、角錐台の上底面の多角形の辺長さは１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項６】
前記対象物（２０）の角錐台の上底面に、エネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する高透過率膜がめっきされていて、前記高透過率膜はエネルギー増幅を行うべきレーザを透過させ、対象物（２０）の角錐台の下底面に、エネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する反射膜がめっきされていて、前記反射膜はエネルギー増幅を行うべきレーザを反射し、又は、
前記対象物（２０）の角錐台の下底面に、エネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する高透過率膜がめっきされていて、前記高透過率膜はエネルギー増幅を行うべきレーザを透過させ、対象物（２０）の角錐台の上底面に、エネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する反射膜がめっきされていて、前記反射膜はエネルギー増幅を行うべきレーザを反射することを特徴とする請求項１に記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項７】
前記エネルギー増幅を行うべきレーザは、対象物（２０）の角錐台の上底面から入射され、エネルギー抽出を行った後、対象物（２０）の角錐台の下底面にめっきされた反射膜によって反射されて再びエネルギー抽出を行い、その後、対象物（２０）の角錐台の上底面から発射され、入射レーザは対象物（２０）の角錐台の上底面に垂直して入射され、前記入射レーザと発射レーザの光路は重なっていて、同軸増幅を行い、又は、入射レーザが対象物（２０）の角錐台の上底面と一定の角度を持って入射され、発射レーザが前記入射レーザと一定の角度を持って発射され、入射レーザと発射レーザの光路は重なっていなく、離軸増幅を行い、又は、
前記エネルギー増幅を行うべきレーザは、対象物（２０）の角錐台の下底面から入射され、エネルギー抽出を行った後、対象物（２０）の角錐台の上底面にめっきされた反射膜によって反射されて再びエネルギー抽出を行い、その後、対象物（２０）の角錐台の下底面から発射され、入射レーザは対象物（２０）の角錐台の下底面に垂直に入射され、前記入射レーザと発射レーザの光路は重なっていて、同軸増幅を行い、又は、入射レーザが対象物（２０）の角錐台の下底面と一定の角度を持って入射され、発射レーザが前記入射レーザと一定の角度を持って発射され、入射レーザと発射レーザの光路は重なっていなく、離軸増幅を行うことを特徴とする請求項１に記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項８】
離軸増幅を行う時、レーザを発射する箇所にミラーセットが設けられていて、前記ミラーセットによって離軸マルチパス増幅を行うことを特徴とする請求項７に記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項９】
前記ポンプ光源セット（１０）の数量は少なくとも３セットであり、対応して、前記多角形の辺数も少なくとも３であることを特徴とする請求項１に記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項１０】
前記対象物（２０）の角錐台の下底面は冷却装置（３０）上に置かれ、前記冷却装置（３０）の冷却方式はガス冷却又は水冷却であり、又は、
前記対象物（２０）の角錐台の上底面は冷却装置（３０）上に置かれ、前記冷却装置（３０）の冷却方式はガス冷却又は水冷却であることを特徴とする請求項１に記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【請求項１１】
前記レーザ増幅器を横向きに置いて使用する場合、前記対象物（２０）の角錐台の上底面と角錐台の下底面は水平方向に置かれ、
前記レーザ増幅器を縦向きに置いて使用する場合、前記対象物（２０）の角錐台の上底面と角錐台の下底面は鉛直方向に置かれることを特徴とする請求項１乃至１０の中のいずれかに記載の多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ増幅装置技術分野に関し、具体的に、多次元レーザダイオード積層体のサイドポンプ（Ｓｉｄｅ―Ｐｕｍｐｅｄ）に基づく大開口レーザ増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既存技術において、半導体レーザダイオードの単一ｂａｒは最高出力とパッケージ構造の制約を受けて、積層体総体の発光面積は通常、対象物の断面面積を大幅に超えてしまう。ライトパイプは良好な結合素子として、光ファイバーを大面積から小さい対象物に圧縮することができ、効率的で、均一で、簡潔である等のメリットを有している。
【０００３】
図１に示すように、既存の大面積半導体レーザダイオード積層体１０’の光ファイバー整形ユニット４０’によって整形した後、結合ライトパイプ２０’を用いて結合するレーザ増幅器はすべて端面ポンプの方式を利用していて、以下の問題が存在する。
１、同一の対象物３０’（又は工作媒体と称される）にとって、レーザの更なるゲインを得ようとすると、半導体レーザダイオード積層体１０’の数量を増加（結合ライトパイプ２０’の高さＨ’を増加させるに相当）しなければならなく、これにより、以下の問題が生じてしまう。
（１）結合ライトパイプ２０’を設計する際、対象物３０’開口直径、結合ライトパイプ２０’の高さＨ’、長さＬ’の三者は一定の関係式を持つ。対象物３０’の開口直径が不変である状況下、結合ライトパイプ２０’の高さＨ’を増加すると、ポンプ光の結合ライトパイプ２０’の出口における結合効率が低下し、光ファイバーの品質が劣化させるので、増幅されたレーザのゲイン倍数が低下し、増幅した後のレーザの光ファイバー品質が低下する。
（２）半導体レーザダイオード積層体１０’の数量が多いと、半導体レーザダイオード積層体１０’に故障が発生した場合、メンテナンスが面倒であって、半導体レーザダイオード積層体１０’全体を取り出して、逐一チェックしなければならない。
【０００４】
２、ポンプ光ファイバーは、結合ライトパイプ２０’を経過してから対象物３０’に達し、対象物３０’において結合ライトパイプ２０’の出口に近いほど光ファイバーの品質は優れていて、対象物３０’中の伝送に伴って、伝送距離が長いほど、ポンプ光の光ファイバーの品質は悪く、これにより、ポンプ領域におけるゲインは均一ではなく、増幅されたレーザの光ファイバーの品質に直接に影響を与えてしまう。
従って、上記既存技術に存在する欠陥を解消することは当該技術分野において緊急に解決すべき問題となった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、デバッグ、問題の逐一チェック、メンテナンスに便利である多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下の技術案によって実現される。
それぞれ、一つの半導体レーザダイオード積層体（１１）と、一つの光ファイバー整形ユニット（１３）と、一つの結合ライトパイプ（１２）とを含み、半導体レーザダイオード積層体（１１）の光出口付近に順に光ファイバー整形ユニット（１３）と結合ライトパイプ（１２）を設けている複数のポンプ光源セット（１０）と、
角錐台状に形成され、前記角錐台の上底面と下底面はいずれも多角形であって、前記多角形の辺数は前記ポンプ光源セット（１０）の数量と同じであって、前記角錐台の上底面の多角形と下底面の多角形は似通っている多角形である対象物（２０）と、
冷却対象物（２０）を載せて冷却するための冷却装置（３０）と、を備え、
前記対象物（２０）の各側面にいずれも一つのポンプ光源セット（１０）が設けられていて、各ポンプ光源セット（１０）において、前記半導体レーザダイオード積層体（１１）から発射されるポンプ光は光ファイバー整形ユニット（１３）による整形を経て、さらに、結合ライトパイプ（１２）による結合を経て、対象物（２０）の側面から入射されてサイドポンプを行い、対象物（２０）の角錐台の上底面又は角錐台の下底面から入射される、エネルギー増幅すべきレーザに増幅を行う多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器を提供する。
【０００７】
さらに、前記ポンプ光は、対象物（２０）の内部で全反射される。
【０００８】
さらに、前記対象物（２０）の形状は正角錐であり、前記正角錐の上底面と下底面はいずれも正多角形である。
【０００９】
さらに、前記ポンプ光が対象物（２０）の内部で伝送される光路が所在する対象物の断面において、前記断面の側辺と下底辺との夾角をθ５とし、ポンプ光が角錐台の下底面において全反射され、ｎ１は空気屈折率で、ｎ２は対象物（２０）屈折率であると、θ５＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）であり、
又は、
前記ポンプ光が対象物（２０）の内部で伝送される光路が所在する対象物の断面において、前記断面の側辺と上底辺との夾角をθ５とし、ポンプ光が角錐台の上底面において全反射され、ｎ１は空気屈折率で、ｎ２は対象物（２０）の屈折率であると、θ５＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）である。
【００１０】
さらに、前記対象物（２０）の角錐台の上底面の多角形の一つの辺の長さは前記辺に対応する下底面の多角形の一つの辺の長さより小さく、角錐台の上底面の多角形の辺長さは１０ｍｍ以上である。
【００１１】
さらに、前記対象物（２０）の角錐台の上底面に、エネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する高透過率膜がめっきされていて、前記高透過率膜はエネルギー増幅を行うべきレーザを透過させ、対象物（２０）の角錐台の下底面に、エネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する反射膜がめっきされていて、前記反射膜はエネルギー増幅を行うべきレーザを反射し、又は、
前記対象物（２０）の角錐台の下底面に、エネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する高透過率膜がめっきされていて、前記高透過率膜はエネルギー増幅を行うべきレーザを透過させ、対象物（２０）の角錐台の上底面に、エネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する反射膜がめっきされていて、前記反射膜はエネルギー増幅を行うべきレーザを反射する。
【００１２】
さらに、前記エネルギー増幅を行うべきレーザは、対象物（２０）の角錐台の上底面から入射され、エネルギー抽出を行った後、対象物（２０）の角錐台の下底面にめっきされた反射膜によって反射されて再びエネルギー抽出を行い、その後、対象物（２０）の角錐台の上底面から発射され、入射レーザは対象物（２０）の角錐台の上底面に垂直して入射され、前記入射レーザと発射レーザの光路は重なっていて、同軸増幅を行い、又は、入射レーザが対象物（２０）の角錐台の上底面と一定の角度を持って入射され、発射レーザが前記入射レーザと一定の角度を持って発射され、入射レーザと発射レーザの光路は重なっていなく、離軸増幅を行い、又は、
前記エネルギー増幅を行うべきレーザは、対象物（２０）の角錐台の下底面から入射され、エネルギー抽出を行った後、対象物（２０）の角錐台の上底面にめっきされた反射膜によって反射されて再びエネルギー抽出を行い、その後、対象物（２０）の角錐台の下底面から発射され、入射レーザは対象物（２０）の角錐台の下底面に垂直に入射され、前記入射レーザと発射レーザの光路は重なっていて、同軸増幅を行い、又は、入射レーザが対象物（２０）の角錐台の下底面と一定の角度を持って入射され、発射レーザが前記入射レーザと一定の角度を持って発射され、入射レーザと発射レーザの光路は重なっていなく、離軸増幅を行う。
【００１３】
さらに、離軸増幅を行う時、レーザを発射する箇所にミラーセットが設けられていて、前記ミラーセットによって離軸マルチパス増幅を行う。
【００１４】
さらに、前記ポンプ光源セット（１０）の数量は少なくとも３セットであって、対応して、前記多角形の辺数も少なくとも３である。
【００１５】
さらに、前記対象物（２０）の角錐台の下底面は冷却装置（３０）上に置かれ、前記冷却装置（３０）の冷却方式はガス冷却又は水冷却であり、又は、
前記対象物（２０）の角錐台の上底面は冷却装置（３０）上に置かれ、前記冷却装置（３０）の冷却方式はガス冷却又は水冷却である。
【００１６】
さらに、前記レーザ増幅器を横向きに置いて使用する場合、前記対象物（２０）の角錐台の上底面と角錐台の下底面は水平方向に置かれ、
前記レーザ増幅器を縦向きに置いて使用する場合、前記対象物（２０）の角錐台の上底面と角錐台の下底面は鉛直方向に置かれる。
【発明の効果】
【００１７】
既存技術に比べ、本発明によると、以下のような有益な効果を実現することができる。
大開口の対象物へ発射する場合、既存技術における端面ポンプ方式に比べ、本発明の半導体レーザダイオード積層体によると、幾つかの小面積に分けてパッケージ化したに相当し、各結合ライトパイプの体積を低減し、デバッグに便利である。また、半導体レーザダイオード積層体に故障が発生した場合、問題の逐一チェックに便利で、メンテナンスが簡単である。既存技術に比べ、各結合ライトパイプの高さを低下し、ポンプ光の結合ライトパイプの出口における結合効率を向上させ、光ファイバーの品質が良好であって、増幅レーザのゲイン倍数が向上され、増幅後に出力されるレーザの光ファイバーの品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、既存技術の端面ポンプ構造のレーザ増幅器を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施例１のサイドポンプ構造のレーザ増幅器構造を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施例１のサイドポンプ構造のレーザ増幅器の一部構造を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１中の対象物の構造を示す図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明の実施例１においてポンプ光が法線左側から入射されて対象物の内部で如何に全反射されるかを計算する断面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明の実施例１においてポンプ光が法線左側から入射されて、入射光線が全反射される数量が最も多い時の断面図である。
【図６ａ】図６ａは、本発明の実施例１においてポンプ光が法線右側から入射されて対象物の内部で如何に全反射されるかを計算する断面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、本発明の実施例１においてポンプ光が法線右側から入射されて、入射光線が全反射される数量が最も多い時の断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施例１における同軸増幅を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施例１における離軸増幅を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施例２における対象物の構造を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例３における対象物の構造を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例３における対象物と一部の結合ライトパイプの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の目的、技術案及びメリットをさらに明確化するため、以下、図面と実施例を結合して本発明を詳しく説明する。ここで、以下で説明する具体的な実施例は本発明を解釈するためのもので、本発明を限定するものではない。
そして、以下で説明する本発明の各実施形態に係わる技術的特徴は衝突しない限り互いに組み合わせることができる。
【００２０】
本発明によると、サイドポンプレーザ増幅器を提供し、大開口のレーザ対象物を使用する大型且つ複雑なレーザ装置に適用され、一層高いエネルギーゲインを得ることができる。一方、現在、大面積半導体レーザダイオード積層体に基づいて、結合ライトパイプによって結合するレーザ増幅器は、通常、端面ポンプの方式であるが、本発明においてサイドポンプに用いる。
【００２１】
実施例１
図２、図３に示すように、本発明の実施例１で提供する多次元レーザダイオード積層体サイドポンプに基づく大開口レーザ増幅器は、複数のポンプ光源セット１０と、一つの対象物２０と、一つの冷却装置３０と、を含む。ここで、各ポンプ光源セット１０は、一つの半導体レーザダイオード積層体１１と、一つの光ファイバー整形ユニット１３（図において、１１と１３は一体化して設けられているが、１１と１３を分離して設けることもできる）と、一つの結合ライトパイプ１２とを、含み、半導体レーザダイオード積層体１１の光出口付近に順に光ファイバー整形ユニット１３と結合ライトパイプ１２が設けられ、半導体レーザダイオード積層体１１は大面積の半導体レーザダイオード積層体である。対象物２０の形状は正角錐であって、正角錐の上底面と下底面はいずれも正多角形で、上底面と下底面は平行し、且つ、上底面の正多角形の辺長さは下底面の正多角形の辺長さより小さく、正多角形の辺数はポンプ光源セット１０の数量と同じである。冷却装置３０は対象物２０を冷却させるためのもので、冷却装置３０上に対象物２０が置かれ、本実施例において、対象物２０の正角錐の下底面は冷却装置３０上に置かれる。
【００２２】
ここで、半導体レーザダイオード積層体１１、結合ライトパイプ１２、冷却装置３０は本分野の周知の通常装置を用いることができる。例えば、冷却装置３０の冷却方式はガス冷却又は水冷却であることができ、つまり、冷却装置のケース内に水又はガスを入れている。一方、対象物２０の材質もレーザ分野の周知技術で、結晶体、ガラスなどであることができる。上述した本分野の周知技術について、ここでさらなる限定は行わない。
【００２３】
対象物２０の各側面にいずれも、一つのポンプ光源セット１０が設けられている。各ポンプ光源セット１０において、半導体レーザダイオード積層体１１から発射されるポンプ光は光ファイバー整形ユニット１３による整形（レーザダイオードから発射された光は発散されているので、光ファイバー整形ユニットによって発散角を圧縮し、近平行光に整形してから結合ライトパイプに入射される）を経て、さらに結合ライトパイプ１２による結合を経た後、対象物２０の側面から入射されてサイドポンプを行い、対象物２０の正角錐の上底面から入射されるエネルギー増幅を行うべきレーザに増幅を行う。
【００２４】
ポンプ光源セット１０の数量は少なくとも３セットであって、対応して、正多角形の辺数も少なくとも３であって、例えば、二等辺三角形、正方形、正５角形、正６角形、等であることができる。本実施例において、正６角形を例に本発明を詳しく説明する。ここで、上述した「多次元」とは、一つのサイドポンプの方向を指し、例えば、正多角形が正５角形であると、５次元である。
【００２５】
図４に示すように、対象物２０の開口直径は大きく、正角錐の上底面の正多角形に辺長さＬは１Ｏｍｍ以上である。対象物２０の正角錐の上底面にエネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する高透過率膜がめっきされて、エネルギー増幅を行うべきレーザを透過させ、また、対象物２０の正角錐の下底面にエネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する反射膜がめっきされて、エネルギー増幅を行うべきレーザを反射する。
【００２６】
一好適な実施例において、ポンプ光は対象物２０の内部で全反射される。結合ライトパイプ１２による整形を経て出力されるポンプ光は近平行光で、対象物２０に入射された後、対象物２０の内部で全反射され、且つ、毎回の反射は殆ど全反射であって、これにより、ポンプ光が対象物２０の外部に発射されることがなく、エネルギー増幅を行うべきレーザが最大限にポンプ光を抽出でき、ポンプ光のエネルギー利用率が高く、一層高いエネルギーゲインを得ることができる。ポンプ光の対象物２０の内部における全反射を実現するには以下の条件を満たさなければならない：
図５に示すように、ｎ１は空気屈折率で、ｎ２は対象物２０の屈折率で、ポンプ光が対象物２０の内部で伝送される光路が所在する対象物の断面において、断面の上底辺長さをｌ１、下底辺長さをｌ２、側辺長さをｍ、側辺と下底辺との夾角をθ５とし、θ１はポンプ光の入射角で、θ２は屈折角で、正角錐の下底面で全反射され、θ３はポンプ光が正角錐の下底面に入射される時の入射角とする。
【００２７】
半導体レーザダイオード積層体１１から発射される光は結合ライトパイプ１２を通過して発射される時、角度θ１は変化し、各種の角度から対象物２０に入射され、θ１は水平に入射されるのがある以外、非水平に入射されるのもあるので、θ１＋θ５≠９０で、θ１は変数であるが、θ５は一定値である。
【００２８】
屈折規則によって、
【数１】
2017501583.tif 000003
である。
（１）第１種の状況：ポンプ光が対象物２０の入射面法線の左側から入射される。
三角形ＡＢＣの内角の合計は１８０°で、θ５＋θ４＋（９０＋θ２）＝１８０で、
θ５＋（９０−θ３）＋（９０＋θ２）＝１８０で、
終始
【数２】
2017501583.tif 000004
である。
【００２９】
全反射される閾値条件は、θ５＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）で、
【数３】
2017501583.tif 000005
であれば、ポンプ光はすべて対象物２０の内部で複数反射される。
θ２≧０であるから、
【数４】
2017501583.tif 000006
である。
【数５】
2017501583.tif 000007
【００３０】
対象物２０のモデルが固定されると、θ５は一定値で、入射光線の屈折光線θ２がθ２≧θｃ−θ５さえ満足すれば、全反射され、即ち、入射光線におけるθ１≧ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１ｓｉｎ（θＣ−θ５））であると、全反射される。
θ５＝θｃである時、θ１の値が０未満であると、即ち、入射光線が法線左側から入射されると全反射される。ＡＢ辺によって遮断されるので、入射光の法線に対する入射角θ１が９０°を越えてはいけなく、即ち、図５ｂにおいて、直角ＤＡＢ領域内のすべての入射光線は全反射される。
【００３１】
（２）第２種の状況：ポンプ光が対象物２０の入射面の法線右側から入射される。
図６ａに示すように、三角形ＡＢＣの内角の合計は１８０°で、θ５＋θ４＋（９０−θ２）＝１８０で、
θ５＋（９０−θ３）＋（９０−θ２）＝１８０で、
終始
【数６】
2017501583.tif 000008
である。
全反射の閾値条件は、θ５＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）で、
【数７】
2017501583.tif 000009
であれば、ポンプ光はすべて対象物２０の内部で複数反射される。
θ２≧０であるので、
【数８】
2017501583.tif 000010
である。
【数９】
2017501583.tif 000011
【００３２】
対象物２０のモデルが固定されると、θ５は一定値で、入射光線の屈折光線θ２がθ２≦θ５−θｃさえ満足すれば、全反射され、即ち、入射光線におけるθ１≦ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１ｓｉｎ（θ５−θＣ））であると、全反射される。
図６ｂに示すように、θ５＝９０°である場合、θ１が最大値であると、入射光線が全反射される数量も最も多い。結合ライトパイプから光線を発射する角度が限られているので、法線の右側から対象物２０に入射される場合、入射角θ１は９０°未満である。
【００３３】
上述のように、
（１）中の
【数１０】
2017501583.tif 000012
と（２）中の
【数１１】
2017501583.tif 000013
から分かるように、入射光が法線の異なる側から入射される時、全発射しようとすると、θ５の値が矛盾してしまう。対象物２０のモデルが固定されると、θ５は一定値で、法線左側又は右側から入射される時のみ、一側の光が全反射される。法線左側から入射される光の全発射条件を満たす時、θ５＝θｃで、全反射できる入射角度の範囲が最も大きく、９０°範囲内の光が全反射され、法線右側から入射される光の全発射条件を満たす時、θ５＝９０°で、全反射される入射光角度の範囲が最も大きく、全反射される光の範囲は９０°未満である。従って、一好適な実施例において、全反射される光が最も多く、入射角度の範囲が最も大きくなるように、θ５＝θｃとする。
【００３４】
実例：
ｌ１＝３０ｍｍで、空気の屈折率ｎ１＝１で、対象物はネオジムガラスで、その屈折率ｎ２＝１．５３、ｍ＝１０ｍｍであるとする。
ポンプ光が対象物２０の内部で必ず全反射されるにする場合、必ず
θＣ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）を満たさなければならなく、これにより、θｃ＝４０．８１°である。
θ３＞４０．８１°であると、すべて全反射される。
【００３５】
法線左側から入射される光線が全反射されるには、必ず、θ５≦４０．８１°でいなければならない。
θ５＝３０°で、θ２＞１０．８１°であると、θ１＞１６．６８°で、即ち、入射角が１６．６８°を越える光線は全反射され、７３．３２°の光が全反射される。
【００３６】
θ５＝４０．８１°で、θ２＞０°であると、θ１＞０°で、即ち、入射角が０°を越える光線は全反射され、９０°範囲内の光が全反射されることができる。二つの境界条件によって、法線左側から入射される時、対象物２０の一つの辺（ＡＢ）と入射光線の入射角が９０°を越えることができないので、θ５＝θｃ＝４０．８１°であると、入射光線が全反射される量が最も多い。
従って、θ５＝４０．８１°とする。
【００３７】
図７、図８に示すように、エネルギー増幅を行うべきレーザが対象物２０の正角錐の上底面から入射され、エネルギー抽出を行ったと、対象物２０の正角錐の下底面にめっきされた反射膜によって反射されてから、再びエネルギー抽出を行って、対象物２０の正角錐の上底面から発射される。入射レーザが対象物２０の正角錐の上底面に垂直して入射される場合、入射レーザと発射レーザの光路が重なって、同軸増幅を行う（図７）。一方、入射レーザが対象物２０の正角錐の上底面と一定の角度を持って入射される場合、発射レーザが入射レーザと一定の角度を持って発射され、入射レーザと発射レーザの光路が重なっていなく、離軸増幅を行う（図８）。ここで、軸は光軸を指す。離軸増幅を行う時、レーザを発射する箇所にミラーセットが設けられ、ミラーセットによって離軸マルチパス増幅を行う。
【００３８】
本実施例で提供するレーザ増幅器は横向き又は縦向きに置いて使用することができ、横向きに置いて使用する時、対象物２０の正角錐の上底面と下底面は水平方向に沿って置かれ、縦向きに置いて使用する時、対象物２０の正角錐の上底面と下底面は鉛直方向に沿って置かれる。図面には本実施例に係わる横向きに置いて使用する例を示す。
【００３９】
実施例２
図９に示すように、実施例２の実施例１との相違点は、実施例２において、対象物２０の正角錐の下底面が上端に位置し、正角錐の上底面が下端に位置し、エネルギー増幅を行うべきレーザが正角錐の下底面から入射され、実施例１における対象物２０の設置の相反する点である。ここで、対象物２０の開口直径は大きく、正角錐の下底面の正多角形の辺長さＬは１０ｍｍ以上である。対象物２０の正角錐の下底面にエネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する高透過率膜がめっきされて、エネルギー増幅を行うべきレーザを透過させ、また、対象物２０の正角錐の上底面にエネルギー増幅を行うべきレーザ波長に一致する反射膜がめっきされて、エネルギー増幅を行うべきレーザを反射する。
【００４０】
一好適な実施例において、ポンプ光は対象物２０の内部で全反射される。ポンプ光は対象物２０に入射された後、対象物２０の内部で全反射され、且つ毎回の反射は殆ど全反射であって、これにより、ポンプ光が対象物２０の外部に発射されることがなく、エネルギー増幅を行うべきレーザは最大限にポンプ光を抽出することができ、ポンプ光のエネルギー利用率が高く、一層高いエネルギーゲインを得ることができる。ポンプ光の対象物２０の内部での全反射を実現しようとすると、一好適な実施例において、全反射される光が最も多く、入射角度の範囲が最も大きくなるように、
θ５＝θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）である。具体的な計算プロセスは実施例１に似通っているので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
本実施例は、上述した以外、他の構造及び動作プロセスが実施例１と同じであるので、実施例１の説明を参照することができる。
【００４２】
実施例３
図１０、１１に示すように、実施例３の実施例１との相違点は、実施例３において、対象物２０（即ち、多角形ゲイン媒体）の上下底面の形状は正多角形ではなく、普通の多角形であって、対象物２０の形状は普通の角錐台で、正角錐ではなく、角錐台の上底面の多角形と下底面の多角形は似通っている多角形である。
【００４３】
ゲイン領域のゲイン均一性によって、異なる多角形の形状を選択することで、要求の異なる白斑の増幅を行うことができ、エネルギー増幅を行うべき白斑が均一のゲインを要求するとは限らないので（均一のゲインでないと、対象物２０の上下底面の形状が正多角形でなくでもよい）、又は、エネルギー増幅を行うべき白斑の形状が円形又は矩形ではいなく、楕円又は他の形状である可能性があるので、本実施例において、正角錐ではなく、普通の角錐台の対象物２０を選択する。
【００４４】
本実施例の一好適な形態において、対象物２０の角錐台の上底面の多角形における一つの辺の長さは対応する下底面の多角形の一つの辺の長さより小さく、角錐台の上底面の多角形の辺長さは１０ｍｍ以上である。
【００４５】
本発明の上述した実施例によると、以下のような有益な効果を実現できる。
１、大開口の対象物へ発射する時、既存技術における端面ポンプ方式に比べ、本発明の半導体レーザダイオード積層体によると、幾つかの小面積に分けてパケット化したことに相当し、各結合ライトパイプの体積を減少し、デバッグに便利である。そして、半導体レーザダイオード積層体に故障が発生した場合、問題の逐一チェックに便利であって、メンテナンスが簡単である。
２、ポンプ光が対象物の内部で全反射され、ポンプ光のエネルギー利用率が高く、一層高いエネルギーゲインを得ることができる。
３、既存技術に比べ、各結合ライトパイプの高さを低減し、ポンプ光の結合ライトパイプの出口における結合効率を向上させ、光ファイバーの品質が良好になって、増幅されるレーザのゲイン倍数が向上され、増幅した後に出力されるレーザの光ファイバーの品質を向上させる。
【００４６】
以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。当本発明の精神や原則内での如何なる修正、置換、改良などはすべて本発明の保護範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１０’：半導体レーザダイオード積層体
２０’：結合ライトパイプ                ３０’：対象物
４０’：光ファイバー整形ユニット、      １０：ポンプ光源セット
１１：半導体レーザダイオード積層体、    １２：結合ライトパイプ
１３：光ファイバー整形ユニット、        ２０：対象物
３０：冷却装置。
【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５ｂ】
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【図６ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５ａ】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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