(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質を有する固体（１０）と、当該固体（１０）を複数回貫通するポンピング放射場を形成するためのポンピング放射源と、収束系とを有しており、前記収束系は、ポンピング放射場の固体中に入射する、光路に沿って延びている放射場の一部分である複数の種類の枝を形成し、その際に固体（１０）から出射する少なくとも１つの枝を、出射枝とは種類の異なる固体中に入射する枝の１つに変換する、レーザ増幅系において、
前記収束系（３０）が少なくとも１つの転向ユニット（６０）を備え、当該転向ユニット（６０）が唯一の対称面（６８）に対して相対的に放射場を転向することにより、前記固体（１０）から出射するポンピング放射場（２０）の少なくとも２種類の枝（５４1、５４3）から形成された少なくとも２つの第１の枝部分（５６1a、５６3a）を、第１の枝部分（５６1a、５６3a）から局所的に分離して進む少なくとも２つの対応する第２の枝部分（５６1c、５６3c）に変換し、当該第２の枝部分から固体中（１０）に入射する少なくとも２つの枝（５２2、５２4）が生じることを特徴とするレーザ増幅系。
【請求項２】
前記収束系（３０）が２つの転向ユニット（６０、７０）を備え、前記転向ユニット（６０、７０）の各々が、出射枝（５４）から形成された少なくとも１つの第１の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a）を、当該第１の枝部分とは局所的に別様に進む第２の枝部分（５６1c、５６2c、５６3c）に変換し、前記転向ユニット（６０、７０）の各々が第２の枝部分（５６1c、５２c）を形成し、当該第２の枝部分から入射枝（５２2、５２3）が生じ、当該入射枝それ自体は再び出射枝（５４2、５４3）につながり、当該出射枝から他方の転向ユニット（６０、７０）に衝突する第１の枝部分（５６2a、５６3a）が生じることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅系。
【請求項３】
収束系（３０）が第１の転向ユニット（６０）と第２の転向ユニット（７０）とを備え、前記二つの転向ユニット（６０、７０）がそれぞれ唯一の対称面（６８、７８）に対して相対的に放射場を転向することにより、ポンピング放射場（２０）の少なくとも３種類の出射枝（５４1、５４2、５４3）から形成された合計少なくとも３つの第１の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a）を、第１の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a）から局所的に分離して進む少なくとも３つの対応する第２の枝部分（５６1c、５６2c、５６3c）に変換し、当該第２の枝部分から少なくとも３つの枝（５２2、５２3、５２4）が生じることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ増幅系。
【請求項４】
前記収束系（３０）が少なくとも１つの転向ユニット（６０）を有しており、当該転向ユニット（６０）が第１の枝部分（５６1a）の１つから、収束系（３０）の軸線（４２）を基準にして所定の角度間隔だけずれて位置している第２の枝部分（５６1c）を形成し、前記第１の枝部分（５６1a）と前記第１の枝部分（５６1a）によって形成された第２の枝部分（５６1c）との間の角度範囲に少なくとも１つの別の第１の枝部分（５６3a）が位置していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項５】
前記収束系（３０）が、第１の対称面（６８）に対して相対的にポンピング放射場（２０）を転向する第１の転向ユニット（６０）と、第２の対称面（７８）に対して相対的にポンピング放射場（２０）を転向する第２の転向ユニット（７０）とを有しており、前記対称面（６８、７８）が互いに１８０°、又はポンピング放射場（２０）が収束系（３０）及び固体（１０）を通過する際に発生する入射枝と出射枝（５２、５４）の合計で３６０°を除した角度に相応する角度を包囲していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項６】
前記対称面（６８、７８）が軸線（４２）に対して平行に延びていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項７】
前記軸線（４２）が前記対称面（６８、７８）内にあることを特徴とする請求項６に記載のレーザ増幅系。
【請求項８】
前記ポンピング放射場（２０）において第１の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a、５６4a）が互いに分離して進むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項９】
前記第１の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a、５６4a）が互いに相対的に前記収束系（３０）の軸線（４２）の周囲に所定の角度間隔で配置されていることを特徴とする請求項８に記載のレーザ増幅系。
【請求項１０】
前記第２の枝部分（５６1c、５６2c、５６3c）が互いに分離して進むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項１１】
前記第２の枝部分（５６1c、５６2c、５６3c）が前記第１の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a、５６4a）から分離して進むことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項１２】
前記第２の枝部分（５６1c、５６2c、５６3c）が互いに相対的に、かつ前記第１の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a、５６4a）に対して相対的に前記収束系（３０）の軸線（４２）の回りに所定の角度間隔で配置されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザ増幅系。
【請求項１３】
前記ポンピング放射場（２０）が前記収束系（３０）及び前記固体（１０）を通過する際に、少なくとも３つの第１の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a）と少なくとも３つの第２の枝部分（５６1c、５６2c、５６3c）とが、発生することを特徴とする請求項３から１２のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項１４】
前記ポンピング放射場（２０）が前記収束系（３０）を通過する際に生じる第１及び第２の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a、５６4a、５６1c、５６2c、５６3c）とが、前記収束系（３０）の軸線（４２）を取り囲む空間で重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項１５】
前記第１及び第２の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a、５６4a、５６1c、５６2c、５６3c）と１回の通過のポンピング放射枝（２６）とが、前記収束系（３０）の軸線（４２）を取り囲む空間に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ増幅系。
【請求項１６】
前記第１及び第２の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a、５６4a、５６1c、５６2c、５６3c）が、それぞれ前記収束系（３０）の軸線（４２）を取り囲む空間セグメント（３２）に配置されていて、前記空間セグメント（３２）の内部で光が拡散する方向に対して横断方向に進むことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項１７】
前記空間セグメント（３２）の各々が軸線（４２）を中心にほぼ同じ角度範囲にわたって延びていることを特徴とする請求項１５に記載のレーザ増幅系。
【請求項１８】
前記第１及び第２の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a、５６4a、５６1c、５６2c、５６3c）の前記空間セグメント（３２）、ならびに前記ポンピング放射枝（２６）の空間セグメント（３２）が軸線（４２）を包囲していることを特徴とする請求項１６に記載のレーザ増幅系。
【請求項１９】
前記収束系（３０）が前記固体（１０）から出射する枝（５４）を、光がコリメートされた枝（５６）に変換し、前記光がコリメートされた枝（５６）を、固体中（１０）に新たに入射して当該固体に収束した枝（５２）に再び変換することを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項２０】
前記光がコリメートされた枝（５６）が第１及び第２の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a、５６4a、５６1c、５６2c、５６3c）を形成することを特徴とする請求項１９に記載のレーザ増幅系。
【請求項２１】
前記収束系（３０）が、光をコリメートする部材及び収束部材（５０1〜５０n）を有しており、当該部材が出射枝（５４）を中間視準された枝（５６）に変換するか、又は光がコリメートされた枝（５６）を入射枝（５２）に変換することを特徴とする請求項１９又は２０に記載のレーザ増幅系。
【請求項２２】
前記転向ユニット（６０、７０）が、光がコリメートされた枝（５６）を転向することを特徴とする請求項２０又は２１に記載のレーザ増幅系。
【請求項２３】
前記収束系（３０）を通過した後に形成される、光がコリメートされた第１の枝部分（５６４ａ）が、前記第１の枝部分（５６4a）とほぼ合同の第２の枝部分（５６4c）に変換されることを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項２４】
前記第１の枝部分（５６4a）とほぼ合同の第２の枝部分（５６4c）が平坦な反射面における逆反射（９０）によって生じることを特徴とする請求項２３に記載のレーザ増幅系。
【請求項２５】
前記第１の枝部分（５６4a）とほぼ合同の第２の枝部分（５６4c）が、対称性を維持しながら転向する反射系（６０、７０）における反射によって行われることを特徴とする請求項２３に記載のレーザ増幅系。
【請求項２６】
前記収束系（３０）が固体（１０）に付属する最大２つの転向ユニット（６０、７０）を有しており、当該転向ユニットがこの固体（１０）から出射する枝（５４）から形成された第１の枝部分（５６1a、５６2a、５６3a）を、この固体に入射する枝の１つを形成する第２の枝部分（５６1c、５６2c、５６3c）に変換することを特徴とする請求項１から２５のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項２７】
少なくとも２つの固体（１０1、１０2）を備え、少なくとも１つの第３の転向ユニット（１００、１４０）が設けられていて、当該転向ユニットがポンピング放射場（２０）の１つの枝（５６）を、固体（１０1、１０2）の間に延びている別の対称面（１０８、１４８）に対して横断方向に転向することを特徴とする請求項１から２６のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項２８】
前記転向ユニット（６０、７０、１００、１４０）が互いに所定の角度で延びている２つの反射面（６４、６６；７４、７６；１０４、１０６；１４４、１４６）を備えていることを特徴とする請求項１から２７のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項２９】
前記反射面（６４、６６；７４、７６；１０４、１０６；１４４、１４６）が反射ユニット（６２、７２、１０２、１４２）に配置されていることを特徴とする請求項２８に記載のレーザ増幅系。
【請求項３０】
前記反射ユニットがプリズム（６２、７２、１０２、１４２）であることを特徴とする請求項２９に記載のレーザ増幅系。
【請求項３１】
前記転向ユニット（６０、７０、１００、１４０）が開口部（８６）を形成し、この開口部を通って固体（１０）中に入射し、又は固体（１０）から出射する枝（５２、５４）が貫通することを特徴とする請求項１から３０のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項３２】
前記転向ユニット（６０、７０、１００、１４０）が開口部（８０）を形成し、この開口部を通ってポンピング放射枝（２６）が収束系（３０）に進入することを特徴とする請求項１から３１のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、レーザ媒質を有する固体と、当該固体を複数回貫通するポンピング放射場を形成するためのポンピング放射源と、収束系とを有しており、ポンピング放射場の固体中に入射する複数の種類の枝を形成し、その際に固体から出射する少なくとも１つの枝を、出射枝とは種類の異なる固体中に入射する枝の１つに変換するレーザ増幅系に関する。
【０００２】
従来の技術
このようなレーザ増幅系は従来技術、たとえば欧州特許第０６３２５５１号により公知である。
【０００３】
これらのレーザ増幅系では、固体から出射する枝は転向されて、固体に再収束するに過ぎない。
【０００４】
このような収束系の短所は、これにより収束すべきポンピング放射場の断面が絶えず拡大するか、又はポンピング放射場の一部が再び固体に再収束しないことにより著しい損失が生じることである。
【０００５】
総じて固体中でできる限り高いポンピング放射密度を達成することは難しい。ポンピング放射が１回通過するだけでは固体中のレーザ媒質の吸収が少ないために、ポンピング放射場をできるだけ多く通過することを追求しなければならないという前提下では、特にそう言える。
【０００６】
それゆえ本発明の課題は、冒頭に記載した種類のレーザ増幅系を改良して、できるだけ少ないコストで固体内にできるだけ高いポンピング出力密度を形成できるようにすることである。
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に従い冒頭に記載した種類のレーザ増幅系において、収束系が少なくとも１つの転向ユニットを備え、当該転向ユニットは唯一の対称面に対して相対的に放射場を転向することにより、ポンピング放射場の固体から出射する少なくとも２種類の枝から形成された少なくとも２つの第１の枝部分を、第１の枝部分から局所的に分離して進む少なくとも２つの対応する第２の枝部分に変換し、当該第２の枝部分から固体中に入射する少なくとも２つの枝が生じるようにした。
【０００８】
この本発明による解決の長所は、これにより唯一の対称面に対して相対的に転向させる転向ユニットによって、ポンピング放射場の２種類の出射枝から再び固体中に入射する２種類の枝を形成する可能性が存在することである。
【０００９】
これに対して択一的又は補完的に、同様に冒頭に立てた課題を解決する本発明による別のレーザ増幅系では、収束系が２つの転向ユニットを備え、各々の転向ユニットが、出射枝から形成された少なくとも１つの第１の枝部分を、当該第１の枝部分とは局所的に別様に進む第２の枝部分に変換し、各々の転向ユニットが第２の枝部分を形成し、当該第２の枝部分から入射枝が生じ、当該入射枝それ自体は再び出射枝につながり、当該出射枝から他方の転向ユニットに衝突する第１の枝部分が生じる。
【００１０】
この本発明による実施形態の長所は、これにより固体内に入射する多数の種々の収束した枝を簡単に形成する可能性が存在することである。
【００１１】
本発明による解決の別の択一的又は補完的な実施形態では、収束系が第１の転向ユニットと第２の転向ユニットとを備え、両転向ユニットがそれぞれ唯一の対称面に対して相対的に放射場を転向することにより、ポンピング放射場の少なくとも３種類の出射枝から形成された合計少なくとも３つの第１の枝部分を、第１の枝部分から局所的に分離して進む少なくとも３つの対応する第２の枝部分に変換し、当該第２の枝部分から３つの枝が生じる。
【００１２】
この解決の長所は、これによりできるだけ多数の入射枝を簡単に形成する可能性が提供されることである。
【００１３】
上述の本発明による解決に対して択一的及び／又は補完的に、特に好適な実施形態では、収束系が少なくとも１つの転向ユニットを有しており、当該転向ユニットが第１の枝部分の１つから、収束系の中心軸線を基準にして所定の角度間隔だけずれて位置している第２の枝部分を形成し、しかもこの第１の枝部分とこれによって形成された第２の枝部分との間の角度範囲に少なくとも１つの別の第１の枝部分が位置している。
【００１４】
この解決も、固体に収束したできるだけ多数の入射枝を簡単に形成できるようにするという長所がある。
【００１５】
上述した解決に対して補完的又は択一的に、別の好適な実施形態は、収束系が、第１の対称面に対して相対的にポンピング放射場を転向する第１の転向ユニットと、第２の対称面に対して相対的にポンピング放射場を転向する第２の転向ユニットとを有しており、前記対称面が互いに１８０°、又はポンピング放射場が収束系及び固体を通過する際に発生する入射枝と出射枝の合計で３６０°を除した角度に相応する角度を包囲している。
【００１６】
「ポンピング放射場が収束系を通過する」とは、ポンピング放射場が拡散方向で収束光学系を貫通して拡散し、それぞれの光学部材に１回衝突することを意味する。
【００１７】
転向ユニットの対称面の位置調節に関しては、これまで詳細な記述はなされなかった。たとえば、特にできるだけ単純な放射誘導状況を得るためには、対称面が中心軸線に対して平行に延びていると有利である。
【００１８】
対称面が中心軸線を貫通して延びていると、個々の枝部分や枝の配置にとって特に好都合である。
【００１９】
これまでポンピング放射場における第１の枝部分の配置に関して、詳細な記述はなされなかった。特に好都合なのは、ポンピング放射場で第１の枝部分が互いに分離して進むこと、すなわち最大限接触すること、好ましくは少なくとも互いにわずかしか離れていないことである。
【００２０】
第１の枝部分が互いに相対的に収束系の中心軸線の周囲に所定の角度間隔で配置されていると特に好都合である。
【００２１】
第２の枝部分も関しても、これらが互いに分離して進むと有利である。
【００２２】
第２の枝部分が第１の枝部分からも分離して進むと特に好都合である。
【００２３】
特に好ましい解決は、第２の枝部分が互いに相対的に、かつ第１の枝部分に対して相対的に収束系の中心軸線の回りに所定の角度間隔で配置されているようにした。
【００２４】
この場合、角度間隔は小さくてもよいが、少なくとも小さい角度間隔が存在して、枝部分をそれぞれ互いに分離して配置すると有利である。
【００２５】
特に本発明による解決の、少なくとも３つの第１の枝部分と少なくとも３つの第２の枝部分とが発生するすべての実施形態において、ポンピング放射場が収束系及び固体を通過する際に、少なくとも３つの第１の枝部分と少なくとも３つの第２の枝部分とが発生するようになっている。この場合、収束系を通過するとは、ポンピング放射場が収束系を貫通する方向に拡散して、種々の枝や枝部分を形成することを意味する。
【００２６】
第１及び第２の枝部分の特に有利な配置構成は、ポンピング放射場が収束系を通過する際に生じる第１及び第２の枝部分が収束系の中心軸線を取り囲む空間に重ならないように配置されている。
【００２７】
特に追加的に必要なポンピング放射枝に関して、第１の枝部分及び第２の枝部分ならびに１回の通過のポンピング放射枝が、収束系の中心軸線を取り囲む空間に重ならないように配置されていることが特に有利である。
【００２８】
第１及び第２の枝部分の特に有利な配置構成では、第１及び第２の枝部分が、それぞれ収束系の中心軸線を取り囲む空間セグメントに配置されていて、空間セグメントの内部で拡散方向に対して横断方向に進むが、それらに付属している空間セグメントを越えない。
【００２９】
各々の空間セグメントが中心軸線を中心にほぼ同じ角度範囲にわたって延びていると、特に有利な分布が得られる。
【００３０】
第１及び第２の枝部分の空間セグメント、ならびにポンピング放射枝の空間セグメントがほぼ中心軸線を包囲していると、固体中に入射する収束した枝の特に一様な分布が得られる。
【００３１】
収束系の具体的な構成に関して、これまで個々の実施例の説明との関連で詳細な記述はなされなかった。その有利な解決は、収束系が固体から出射する枝を中間視準された枝に変換し、この中間視準された枝を、固体中に新たに入射して当該固体に収束した枝に再び変換するようになっている。この解決の大きな長所は、これにより精密な写像状況が提供され得、特に再収束の過程で放射断面が拡大しないことである。
【００３２】
原理的に転向ユニットは各々の枝に作用するように配置できる。中間視準された枝が第１及び第２の枝部分を形成し、これら第１及び第２の枝部分が転向ユニットに入射し、又は転向ユニットから出て視準された枝の領域で転向が行われると特に好都合である。
【００３３】
第１及び第２の枝部分の経過に関して、これまで個々の実施例の説明との関連で詳細な記述はなされなかった。
【００３４】
これについては第１の枝部分と第２の枝部分とが互いに平行に進むと、特に有利な光学的写像状況を達成できる。
【００３５】
第１の枝部分と第２の枝部分とが中心軸線に対して平行に進むとさらに好都合である。なぜならば、この場合、視準部材及び収束部材も中心軸線に対して同様に相対的に位置調節され得るからである。
【００３６】
幾何的状況に関して特に好適な解決は、第１の枝部分と第２の枝部分とが中心軸線の周囲にほぼ同一の半径方向間隔で配置されている。この場合、収束部材及び視準部材を中心軸線に対して相対的に配置して、できるだけ統一的な写像状況を達成することができる。
【００３７】
第１の枝部分と第２の枝部分に関する上の記述はポンピング放射枝にも有利に適用でき、ポンピング放射枝も第１及び第２の枝部分に対して平行に、さらに有利には中心軸線に対しても平行に位置調節されている。
【００３８】
ポンピング放射枝も中心軸線から第１及び第２の枝部分とほぼ同じ半径方向間隔で進むと特に好都合である。
【００３９】
収束系の構造に関して、極めて多様な解決が考えられる。たとえば、収束及び転向を同じ部材で行うことができる。しかし収束系が視準部材及び収束部材を有しており、これらの部材が出射枝を中間視準された枝に変換するか、又は中間視準された枝を入射枝に変換すると特に好都合である。
【００４０】
このような視準部材及び収束部材は出射枝を中間視準された枝に変換し、又は各々の中間視準された枝を収束した入射枝に変換するために個別部材として設けることができる。すべての視準部材及び収束部材が同一に構成されていると特に好都合である。
【００４１】
視準部材の構成に関して、これまで具体的に詳細な記述はなされなかった。そこでたとえば、視準部材及び収束部材としてレンズを使用することができる。
【００４２】
しかし、視準部材及び収束部材が凹面鏡によって形成されていると、特に好適な構造が達成される。
【００４３】
この種類の凹面鏡は、たとえば断面が放物線状の鏡又は断面が円弧状の鏡であってよい。
【００４４】
このように鏡は原理的に線焦点を形成するように構成されてよい。凹面鏡がほぼ点状焦点を形成するように構成されているとなおよい。
【００４５】
最も単純な例では視準部材及び収束部材は、これらのセグメントが回転対称形の鏡であり、鏡が好ましくは収束系の中心軸線に対して回転対称形に配置されているように構成されている。
【００４６】
しかし、視準部材及び収束部材が貫通する回転対称形の凹面鏡のセグメントであるとなおよい。
【００４７】
転向ユニットを視準部材及び収束部材に対して相対的に配置することに関して、転向ユニットが視準部材及び収束部材に対して相対的に配置されていて、中間視準された枝を視準部材から収束部材に転向するようになっていることが好都合である。
【００４８】
収束系を通過した後で生じるポンピング放射場の枝に関して、これまで詳細な記述はなされなかった。たとえば、固体から出射される最後の枝を単に利用しないでおくことも考えられよう。
【００４９】
しかし、ポンピング放射場が収束系を通過した後で視準された枝が形成されると、特に有利である。なぜならば、このような視準された枝は現存する出力でもさらに使用できるからである。
【００５０】
好適な解決では、収束系を通過した後に形成される第１の視準された枝部分が、この第１の枝部分とほぼ合同の第２の枝部分に変換されるようになっている。
【００５１】
このように第１の枝部分をほぼ合同の第２の枝部分に変換することは、第１の枝部分とほぼ合同の第２の枝部分が、平坦な反射面における逆反射によって生じることができる。
【００５２】
これとは択一的に本発明により、第１の枝部分とほぼ合同の第２の枝部分が、対称性を維持しながら転向する反射系における反射によって行われ得る。この場合、第２の枝部分を左右反転して第１の枝部分に戻すことが可能である。
【００５３】
本発明によるレーザ増幅系の特に有利な解決は、収束系が固体に付属する最大２つの転向ユニットを有しており、当該転向ユニットがこの固体から出射する枝から形成された第１の枝部分を、この固体に入射する枝の１つを形成する第２の枝部分に変換し、それによって常に同じ固体が両転向ユニットによって複数回照射されるようになっている。
【００５４】
しかし、本発明によるレーザ増幅系は唯一の固体を用いた解決に制限されるものではない。
【００５５】
有利な解決は、本発明によるレーザ増幅系は少なくとも２つの固体を備え、少なくとも１つの第３の転向ユニットが設けられていて、当該転向ユニットがポンピング放射場の１つの枝を、固体の間に延びている別の対称面に対して横断方向に転向するようになっている。
【００５６】
この解決の長所は、これにより同一のポンピング放射場により２つの独立したレーザをポンピングできるか、又は両固体を貫通するレーザ放射場を増幅するために用い、したがってポンピング放射を最適に利用できるようにするように両固体を配置することが可能だということである。
【００５７】
本発明で使用される転向ユニットの構成に関して、これまで詳細な記述はなされなかった。その有利な実施例は、転向ユニットが互いに所定の角度で延びる２つの反射面を備えるようになっている。この場合、反射面は互いに間隔を置いて延びている。
【００５８】
しかし、反射面が１本の線に沿って互いに当接するように設けられているのも好都合である。
【００５９】
反射面は原理的に種々異なる支持体に配置できる。特に有利な実施例は、反射面が反射ユニットに配置されている。
【００６０】
このような反射ユニットがプリズムであることが好ましい。
【００６１】
第１及び第２の転向ユニットの配置構成に関して、これまで詳細な記述はなされなかった。その有利な解決は、第１及び第２の転向ユニットが開口部を形成し、この開口部を通って固体中に入射し、又は固体から出射する枝が貫通するようになっている。これによりすべての入射枝及び出射枝は収束系の中心軸線の方向に進み、好ましくは中心軸線に対称的に延びる固体に衝突する。
【００６２】
さらにポンピング放射枝に簡単に供給できるように、転向ユニットが開口部を形成し、この開口部を通ってポンピング放射枝が収束系に進入するようになっていることが好都合である。
【００６３】
以下に本発明のその他の特徴及び利点を、実施例の図面に基づいて詳細に説明する。
【００６４】
本発明の実施の形態
図１から図１２に示す本発明によるレーザ増幅系の第１の実施例は、レーザ媒質を有する円板状の固体１０を備えている。固体１０は正面側の扁平面１２と裏側の扁平面１４を有しており、いずれの面も平坦であるか、又は湾曲していてよい。固体１０は、裏側の扁平面１４で反射体１６に載っている。この場合、反射体１６は皮膜として裏側の扁平面１４に塗布されていることが好ましい。
【００６５】
さらに、固体１０は、好ましくは反射体１６、したがって裏側の扁平面１４を介して冷却される。このような冷却は、特に反射体１６が載って熱接触しているコールドフィンガーによって実現可能である。
【００６６】
正面側の扁平面１２を介して、全体を２０で示すポンピング放射場が固体１０中に投入される。ポンピング放射場は、全体を３０で示す収束系と反射体１６によって形成されており、固体１０を複数回貫通する。固体１０を通過するたびにポンピング放射場２０によって固体１０内のレーザ媒質を励起することができる。
【００６７】
固体１０内のレーザ媒質はレーザ放射場４０を形成する。レーザ放射場４０は、たとえば、同様に反射体１６によって反射され、固体１０の正面側の扁平面１２を通って進出し、レーザ増幅系の中心軸線４２の方向で脱収束する。この場合、たとえば、レーザ放射場４０に対して固有の光学系、たとえば反射体又はレーザ放射場４０を複数回反射する共振器又は光学系が設けられており、レーザ放射場４０も同様に固体１０を複数回貫通する。
【００６８】
このようなレーザ増幅系は、たとえば基本原理としては欧州特許第０６３２５５１号に記載されており、レーザ増幅系の作用原理、固体１０及び反射体１６の配置構成ならびにその冷却に関しては全面的にこれに依拠する。
【００６９】
ポンピング放射場２０を形成するために設けられているポンピング放射源２２は、たとえば、レーザ、好ましくは半導体レーザであり、そのレーザ放射２４は放射誘導系、たとえば写像系又は光誘導系を介して視準されたポンピング放射枝２６を形成して本発明によるレーザ増幅系に供給される。ポンピング放射枝２６は収束系３０の第１の空間セグメント３２1を貫通して、収束部材、たとえば収束系３０の一部であって全体を５０で示す放物面鏡の第１のセグメント５０1に衝突する。
【００７０】
放物面鏡５０のセグメント５０1により、ポンピング放射枝２６から固体１０に収束した第１の入射枝５２1が形成される。第１の入射枝５２1は正面側の扁平面１２を通って固体１０中に進入して貫通し、反射体１６によって再び反射されて第１の出射枝５４1が生じる。第１の出射枝５４1は脱収束した放物面鏡５０に向かって拡散し、視準部材、たとえば放物面鏡５０の第５のセグメント５０5に衝突する。この第５のセグメント５０5は第１の出射枝５４1からポンピング放射場２０の第１の視準された枝５６1を形成し、これは放物面鏡５０の第５のセグメント５０5から出て、第５の空間セグメント３２5（図１２）における中心軸線４２に対して平行に拡散する第１の枝部分５６1aとして、放物面鏡５０から出て第１の転向ユニット６０に向かって拡散する。転向ユニット６０は、たとえば２つの反射面６４及び６６を有するプリズム６２によって形成されている。反射面６４及び６６は、互いに９０°の角度を包囲し、中心軸線４２に対して平行で当該中心軸線４２を貫通している対称面６８に対称的に配置されている。
【００７１】
この場合、空間セグメント３２5内を進む、視準された枝５６1の第１の枝部分５６1aが反射面６４に衝突する。反射面６４は反射によって、視準された枝５６1の転向された枝５６1bを形成する。枝５６1bそれ自体は反射面６６における反射により枝部分５６1aに対して平行に、しかし間隔を置いて放物面鏡５０に向かって再び反射され、第８の空間セグメント３２8で第２の枝部分５６1cとして放物面鏡５０に向かって拡散し、最後に収束部材、たとえば放物面鏡５０の第８のセグメント５０8に衝突し、全体として視準された枝５６1において枝部分５６1ａ及び５６1cが中心軸線４２を基準にして互いに所定の角度で進み、それにより全体として視準された枝５６1が第５の空間セグメント３２5から第８の空間セグメント３２8に転向する。
【００７２】
放物面鏡５０の第８のセグメント５０8は視準された枝５６1の枝５６1cから第２の視準された入射枝５２2を形成する。枝５２2それ自体は再び固体１０に衝突して貫通し、反射体１６によって反射されて第２の出射枝５４2が生じる。第２の出射枝５４2は別の視準部材、たとえば放物面鏡５０のセグメント５０4に衝突する。このセグメント５０4は出射枝５４2から第２の視準された枝５６2を形成し、これはその枝部分５６2aと共に第４の空間セグメント３２4（図１２）で第２の転向ユニット７０（特に図３に図示）の方向に拡散する。転向ユニット７０も同様にプリズム７２として形成されていて、反射面７４及び７６を有している。これらの反射面は互いに９０°の角度を包囲し、中心軸線４２に対して平行で当該中心軸線４２を貫通している対称面７８に対称的に配置されている。しかし対称面７８は、図１２に示されているように、対称面６８に対して２２．５°の角度αで配置されている。
【００７３】
これにより、転向ユニット７０により第２の視準された枝５６2の転向が転向された枝部分５６2bを介して対称面７８に対称的に行われ、反射面７４及び７６が第２の枝部分５６2cを形成する。枝部分５６2cは第２の空間セグメント３２2で枝部分５６2aに対して平行に進み、放物面鏡５０の第２のセグメント５０2としての収束部材に衝突し、同様に中心軸線４２を基準にして枝部分５６2aに対して所定の角度間隔だけずれて配置されている。
【００７４】
第２のセグメント５０2は視準された枝５６2の枝部分５６2cから、固体１０に収束した第３の入射枝５２3を形成し、この第３の入射枝５２3が固体１０を貫通して反射体１６で反射され、第３の出射枝５４3が生じる。第３の出射枝５４3は全体を５０で示した放物面鏡の、視準部材をなすセグメント５０6に衝突する。セグメント５０6は第３の視準された枝５６3を形成し、これ自体は再び第１の枝部分５６3aと共に第６の空間セグメント３２6（図１２）でまたもや転向ユニット６０の方向に拡散して、反射面６４及び６６により転向された枝部分５６3bの形成を介して第２の枝部分５６3cが生じる。第２の枝部分５６3cは第７の空間セグメント３２7（図１２）で放物面鏡５０に向かって拡散し、その収束部材をなすセグメント５０7に衝突する。このとき枝部分５６3a及び５６3cは再び互いに平行に、かつ中心軸線４２に対して平行に拡散する。
【００７５】
第３の視準された枝５６3は、図１及び図２に示すように進み、すべての枝部分５６3a、５６3b及び５６3cが、第１の視準された枝の枝部分５６1aと５６1cとの間の、空間セグメント３２7及び３２7を包含する角度範囲に位置していて、第１の視準された枝５６1と第３の視準された枝５６3とは転向ユニット６０によって転向されるにもかかわらず重ならないが、いずれも対称面６８に対称的に転向する。
【００７６】
放物面鏡５０のセグメント５０7により第４の入射枝５２4の形成が行われる。この第４の入射枝５２4は固体１０に衝突し、反射体１６によって反射されて、第４の出射枝５４4が生じる。第４の出射枝５４4は放物面鏡５０の、視準部材をなす第３のセグメント５０3に衝突する。セグメント５０3は第３の空間セグメント３２3（図１２）で第４の視準された枝５６4を形成する。これによりポンピング放射場２０が再収束光学系３０及び固体１０を通過することが完了する。
【００７７】
第４の視準された枝５６4が対称面７８に対称的に進むことにより、この枝５６4は視準された枝全体を基準にしてそれ自身に逆反射できる。この場合、第４の視準された枝５６4がその第１の枝部分５６1aと共に半分は反射面７４に、他の半分は反射面７６に衝突することにより、逆進する枝部分５６4cは第１の枝部分５６4aに対して対称面７８を基準にして左右反転して進む。
【００７８】
さらに、逆進する第２の枝部分５６4Cの形成は、反射面７４と７６が、対称面７８内で延びている接触線に沿って互いに衝合することを前提とする。
【００７９】
この逆進する枝部分５６4Cにより、ポンピング放射場２０にさらに１回の通過で経て新たに再収束光学系３０及び固体１０を貫通させることが可能である。この場合、ポンピング放射場の経路が反転し、脱収束した４つの出射枝５４1〜５４4が収束した入射枝になり、収束した入射枝５２1〜５２4が脱収束した出射枝になる。
【００８０】
これにより、ポンピング放射場２０の第１の実施例では固体１０を合計１６回貫通させることが可能である。すなわち、第１の通過の４つの入射枝５２1〜５２4と、第１の通過の４つの出射枝５４1〜５４4とから８つの通過が生じ、第２の通過も同様に８つの通過を生じさせるのである。
【００８１】
図１２には、個々の空間セグメント３２1〜３２8が通過する順序が示されており、個々の空間セグメント３２内に１〜８の数字で表されている。すなわち、ポンピング枝２６は空間セグメント３２1に当たり、第１の収束した入射枝５２1と第１の脱収束した出射枝５４1を形成した後で第１の視準された枝５６1の形成が行われる。この枝５６1は最初に空間セグメント３２5内を進み、第１の転向ユニット６０によって転向された後に空間セグメント３２8内を進み、最後に第４の視準された枝５６4が対称面７８に対称的に第２の転向ユニット７０に当たり、ここからそれ自身に左右反転して反射される。
【００８２】
第１の実施例で、特に図１２に明瞭に示されているように、第１の転向ユニット６０と第２の転向ユニット７０とは、これらの間に開口部８０が残るように構成されていることが好都合である。この開口部は第１の空間セグメント３２1の角度延長に対応していて、この開口部８０を貫通して視準されたポンピング放射枝２６を放物面鏡５０に導くことができる。
【００８３】
両転向ユニット６０及び７０が、それぞれの対称面６８もしくは７８に対して対称形を有するように構成されていることが好都合である。この場合、最も単純なケースでは転向ユニット６０は底面が方形のプリズム６２から形成されており、転向ユニット７０は対称面７８に対して所定の角度で対称的に延びる辺８２及び８４を有するプリズム７２から形成されていて、この辺８２と８４との間の角度は第１の実施例では１３５°である。
【００８４】
さらに転向ユニット６０、７０は開口部８６を形成し、この開口部８６を通って固体１０に続くポンピング放射場の枝５２及び５４が貫通する。また開口部８６は固体１０を受容することもできる。
【００８５】
本発明による解決において、視準されたポンピング放射枝２６と、残りの入射枝５２2〜５２4を形成する視準された枝部分５６1C〜５６3Cと、出射枝５４1〜５４4から形成された視準された枝部分５４1a〜５４4aとが重ならないことを前提としている。この理由から、これら各々の視準された枝２６、５４1C〜５４3C、５４1a〜５４4aに対して、それぞれ固有の空間セグメント３２1〜３２8を設けて、空間セグメント３２1〜３２8の数及び延長が、放物面鏡５０のセグメント５０1〜５０8の数及び延長、及び上記の視準された枝部分の数にも対応するようにした。この場合、空間セグメント３２は中心軸線４２の周囲にそれぞれ同じ角度間隔にわたって延びている。なぜならば、共振器放射場２０の視準された枝５６の断面積も、通過する際に再収束光学系３０を変更しないからである。
【００８６】
それぞれの空間セグメント３２が延びている角度を小さくすると、図１３に示した第２の実施例におけるように、固体１０を通るポンピング通過の数も同様に大きくなる。この場合、第２の転向ユニット７０′は２つの視準された枝を転向するように構成されて配置されており、第１の転向ユニット６０′は２つの視準された枝を転向するが、最後の視準された枝は左右反転してそれ自身に逆反射するように配置されている。なぜならば、これは反射面６４と反射面６６とに半分ずつ衝突するからである。
【００８７】
図１３には、一方では空間セグメント３２1〜３２10の数が示されているほか、これらが通過する順序が各々の空間セグメント３２に数字１〜１０で示されている。したがって第３の実施例では、第８の空間セグメント３２8を進む第５の視準された枝５６5が反射面６４及び６６によりそれ自身に逆反射される。
【００８８】
したがって固体１０を通過するポンピングは第１の実施例では１６回であったが、第２の実施例では２０回のポンピング通過が得られる。
【００８９】
図１４に示す第３の実施例では、ポンピング通過の数はさらに高められ、それに応じて空間セグメント３２の数も大きくなる。
【００９０】
第３の実施例では、第１の転向ユニット６０″は、合計６個の空間セグメント、すなわち空間セグメント３２7〜３２12にわたって延びていて、全体として３つの視準された枝５６を転向するが、第２の転向ユニット７０″は、合計２つの視準された枝を転向し、さらに１つの枝をそれ自身に反射するように構成されている。
【００９１】
特に第３の実施例では、再収束光学系３０を通過する際に各々の転向ユニット６０″及び７０″において、最初に転向された視準された枝、すなわち空間セグメント３２7から空間セグメント３２12に延びる視準された枝が、第１の枝部分５６1aと第３の枝部分５６1cとの間で最大の角度間隔を有するが、これに続いて後から転向された枝部分、すなわち空間セグメント３２8と３２11との間及び空間セグメント３２9と３２10との間に延びている視準された枝５６は、それらの第１の枝部分と第２の枝部分と共に、それぞれ同じ転向ユニット６０″から事前に転向された視準された枝の第１の枝部分と第２の枝部分との間に位置している。
【００９２】
図１４に示された第４の実施例において、空間セグメント３２をさらに合計１６個に増やすことによって、ポンピング通過の数を３２に増やすことができる。この場合、第１の転向ユニット６０″′は合計４つの枝を転向するが、第２の転向ユニット７０″′は３つの視準された枝を転向し、そのうち１つは左右反転してそれ自身に逆反射する。
【００９３】
図１６に示された第５の実施例では、第１の実施例１６におけるのと全く同様にポンピング通過が設けられており、放物面鏡５０も合計８個の空間セグメント３２が設けられている。
【００９４】
しかし第１の実施例とは異なり、第２の転向ユニット７０″″は、単に２つの空間セグメント、すなわち空間セグメント３２3〜３２4にわたって延びていて、辺８２″″と８４″″が互いに９０°の角度を包囲するように構成されている。
【００９５】
第５の実施例では転向ユニット６０は、第１の実施例におけるのと同様に形成されていて、４つの空間セグメント３２5〜３２8にわたって延びている。
【００９６】
第２の転向ユニット７０″″を空間セグメント３２3と３２4に制限することによって、第２の視準された枝５６2はもはや空間セグメント３２2と３２4との間に延びておらず、空間セグメント３２3と３２4との間に延びている。なぜならば、対称面７８″″は対称面６８と主に４５°の角度α″″を包囲するからである。
【００９７】
これにより第４の視準された枝５６4は空間セグメント３２2に位置し、これを逆反射するために空間セグメント３２2には端末鏡９０が付属している。端末鏡９０はたとえば放物面鏡として形成されており、それによって第４の視準された枝５６4をそれ自身に、しかし左右反転しないで逆反射する。
【００９８】
さらに転向ユニット７０″″の別様の形態により、第３の視準された枝は、第１の実施例におけるように空間セグメント３２6から空間セグメント３２7に進まず、空間セグメント３２7から空間セグメント３２6に進む。
【００９９】
図１６に示す第５の実施例は、図１７に示す第６の実施例におけるように、２つの固体１０1及び１０2をポンピングするために拡大できる。その場合、各々の固体１０1及び１０2に収束系部分３０1及び３０2が付属しており、それぞれ８個のセグメントを有する放物面鏡５０に加えて、第１の転向ユニット６０と第２の転向ユニット７０″″を有している。
【０１００】
第５の実施例とは異なり、端末鏡９０が転向ユニット１００に置き換えられている。転向ユニット１００は、第１の反射面１０４と第２の反射面１０６を有する転向プリズム１０２を備えている。両反射面は、固体１０の間でそれらの結合直線に対して横断方向に延びている対称面１０８に対称的に配置されている。
【０１０１】
この転向ユニット１００により、第４の視準された枝５６4を第１の収束系部分３０1から第２の収束系部分３０2に移行させ、そこで視準されたポンピング放射枝２６のように第１の空間セグメント３２11を進ませることができる。この場合、すでに第５の実施例及び第１の実施例との関連で述べたのと同様に仕方で後続の入射枝、出射枝及び視準された枝が形成され、最後に視準された枝５６4″が空間セグメント３２22の端末鏡９０2に当たる。端末鏡９０2は第５の実施例の端末鏡９０に対応し、両収束系部分３０1及び３０2を１回通過するポンピング放射場２０を再び逆の手順で戻す。
【０１０２】
第６の実施例では両固体１０1及び１０2の各々において合計１６回のポンピング通過が得られる。
【０１０３】
転向プリズム１０2を設ける代わりに、転向ユニット内に転向・中間収束光学系を設け、光学経路は収束系部分３０1と３０2との間で任意に選択できるようにすることが考えられる。
【０１０４】
図１８に示されている本発明によるレーザ増幅系の第７の実施例においても、収束系１３０を介して２つの固体１０1及び１０2のポンピングが行われる。収束系１３０は第１の実施例におけるように転向ユニット６０及び７０を有していて、転向ユニット６０は第１の固体１０1に付属し、転向ユニット７０は第２の固体１０2に付属しており、これらの転向ユニット７０の間に全体を１４０で示した転向ユニット１４０が設けられている。転向ユニット１４０は、対称面１４８に対称的に配置された、２つの反射面１４４と１４６とを有するプリズム１４２を備えている。この場合、対称面１４８は固体１０の間でそれらの結合直線に対して横断方向に延びている。
【０１０５】
この場合、反射面１４４は空間セグメント３２11〜３２41に付属していて、空間セグメント３２11〜３２41と空間セグメント３２52〜３２82とを互いに結合する働きをする。この場合、対称面１４８に対称的にそれぞれ１つの反射が行われ、対称面６８に対して垂直に進む。
【０１０６】
転向ユニット１４０が空間セグメント３２52と３２41、３２31と３２62、３２21と３２72及び３２82と３２11とを結合することが好都合である。
【０１０７】
これにより、空間セグメント３２12で供給される視準されたポンピング枝２６は、入射枝及び出射枝を介して空間セグメント３２52に移行され、ここで視準された枝として転向ユニット１４０により転向されて空間セグメント３２41に、空間セグメント３２41から入射枝及び出射枝とを介して空間セグメント３２81にし、空間セグメント３２81から転向ユニット６０により空間セグメント３２51に、空間セグメント３２51から入射枝及び出射枝を介して空間セグメント３２11に、空間セグメント３２11から空間セグメント３２82に、空間セグメント３２82から入射枝及び出射枝を介して空間セグメント３２42に、空間セグメント３２42から転向ユニット７０により転向されて空間セグメント３２22に、空間セグメント３２22から入射枝及び出射枝を介して転向されて空間セグメント３２62に、空間セグメント３２62から転向ユニット１４０により空間セグメント３２31に写像され、空間セグメント３２31から入射枝及び出射枝を介して空間セグメント３２71に、空間セグメント３２71から転向ユニット６０により転向されて空間セグメント３２51に、空間セグメント３２51から入射枝及び出射枝を介して転向されて空間セグメント３２21に、空間セグメント３２21から転向ユニット１４０で転向されて空間セグメント３２72に、空間セグメント３２72から入射枝及び出射枝を介して空間セグメント３２32に、ここで転向ユニット７０により第１の実施例におけるのと同じ仕方で左右反転して自身に逆反射されて、ポンピング放射場２０は第１の通過後、新たに第２の通過で収束系１３０を通過し、それによってそれぞれ固体１０1及び１０2の各々に１６回のポンピング通過を形成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるレーザ増幅系の第１の実施例を前方から見た斜視図である。
【図２】  本発明によるレーザ増幅系を上方から見た斜視図である。
【図３】  本発明によるレーザ増幅系を後方から見た斜視図である。
【図４】  第１の収束した入射枝、第１の脱収束した出射枝及び第１の視準された枝を示すための、図２に類似した部分図である。
【図５】  第２の収束した入射枝、第２の脱収束した出射枝及び第２の視準された枝を示すための、図２に類似した部分図である。
【図６】  第３の収束した入射枝、第３の脱収束した出射枝及び第３の視準された枝を示すための、図２に類似した部分図である。
【図７】  第４の収束した入射枝、第４の脱収束した出射枝及び第４の視準された枝を示すための、図２に類似した部分図である。
【図８】  視準されたポンピング放射枝、第１の収束した入射枝、第１の脱収束した出射枝及び第１の視準された枝を示すための、図３に示した図に準拠した後方から見た斜視図であるが、転向ユニットは示さない。
【図９】  第２の収束した入射枝、第２の脱収束した出射枝及び第２の視準された枝を示すための、図８に類似した図である。
【図１０】  第３の収束した入射枝、第３の脱収束した出射枝及び第３の視準された枝を示すための、図８に類似した図である。
【図１１】  第４の収束した入射枝、第４の脱収束した出射枝及び第４の視準された枝を示すための、図８に類似した図である。
【図１２】  視準された枝が通過する空間セグメントを示した、第１の実施例の転向ユニットの概略的な平面図である。
【図１３】  第２の実施例における図１２と類似の表現である。
【図１４】  図１４は、第３の実施例における図１２と類似の表現である。
【図１５】  第４の実施例における図１２と類似の表現である。
【図１６】  第５の実施例における図１２と類似の表現である。
【図１７】  第６の実施例における図１２と類似の表現である。
【図１８】  第７の実施例における図１２と類似の表現である。
【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５】
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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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