(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質を有する固体と、レーザ媒質の励起された状態を形成するための励起源と、前記固体を複数回貫通する増幅放射場とを有しており、当該増幅放射場からレーザ光が放出可能である、レーザ増幅系において、
放射場誘導光学系（４８）が設けられており、当該放射場誘導光学系（４８）が、増幅放射場（４０）を局所的に別様に進む複数の入射枝（１０２）の形で固体（１０）中に進入させ、当該固体（１０）から出射枝（１０４）の形で入射枝（１０２）とは少なくとも局所的に別様に進出させ、さらに放射場誘導光学系（４８）が少なくとも１つの転向ユニット（４４、４６）を有しており、当該転向ユニットが前記固体（１０）から進出する少なくとも１つの枝（１０４）から、当該枝（１０４）から局所的に分離して進んで固体中に入射する枝（１０２）を形成し、
前記放射場誘導光学系（４８）が、第１の転向対称面（９６）に対して相対的に増幅放射場（４０）を転向する第１の転向ユニット（４４）と、第２の転向対称面（９８）に対して相対的に増幅放射場（４０）を転向する第２の転向ユニット（４６）とを有しており、前記転向対称面（９６、９８）が互いに所定の角度（α）をなし、
前記転向ユニット（４４、４６）の各々が出射枝（１０４）の１つから形成された、増幅放射場（４０）の入力枝（１４２）から、当該入力枝から局所的に分離して進む出力枝（１４４）を形成し、この出力枝（１４４）から対応する入射枝（１０２）が形成されることを特徴とするレーザ増幅系。
【請求項２】
前記入射枝（１０２）が常に同一の固体（１０）に入射す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】
前記入射枝（１０２）が前記固体（１０）の常に同一の容積範囲に入射することを特徴とする請求項２に記載のレーザ増幅系。
【請求項４】
前記放射場誘導光学系（４８）が出射枝（１０４）から中間収束（１１０）を経て入射枝（１０２）を形成す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】
中間収束（１１０）が前記転向ユニット（４４，４６）の領域で行われることを特徴とする請求項４に記載のレーザ増幅系。
【請求項６】
中間収束（１１０）により転向ユニット（４４，４６）の２つの転向部材（５６，５８；７６，７８）の間に位置する中間焦点（１１０）が生じることを特徴とする請求項５に記載のレーザ増幅系。
【請求項７】
前記中間焦点（１１０）が２つの転向部材（５６，５８；７６，７８）の間の中央に位置す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】
前記中間焦点（１１０）の両側に位置している転向部材（５６，５８；７６，７８）の間の光学距離（ＡＵ）が、前記転向ユニット（４４，４６）内に進入する入力枝（１４２）と転向ユニット（４４，４６）から進出する出力枝（１４４）との間隔（ＡＢ）よりも大きいことを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ増幅系。
【請求項９】
前記中間焦点（１１０）の両側に位置している転向部材（５６，５８；７６，７８）の間の光学距離（ＡＵ）が、入力枝（１４２）と出力枝（１４４）との間隔（ＡＢ）の少なくとも２倍に相当す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】
前記転向ユニット（４４，４６）が増幅放射場（４０）をループ（１４０）で誘導し、当該ループ（１４０）が転向ユニット（４４，４６）の入力枝（１４２）と出力枝（１４４）とを基準として拡張方向（ＥＸ）で、入力枝（１４２）と出力枝（１４４）との間隔（ＡＢ）よりも大きい延長（ＡＵ）を有していることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項１１】
拡張方向（ＥＸ）におけるループ（１４０）の延長（ＡＵ） が、入力枝（１４２）と出力枝（１４４）との間隔（ＡＢ）の少なくとも２倍であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ増幅系。
【請求項１２】
前記放射場誘導光学系（４８）が複数の出射枝（１０４）から、当該出射枝（１０４）とは局所的に別様に進んで入射枝（１０２）を形成することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項１３】
前記放射場誘導光学系（４８）が増幅放射場（４０）を形成し、当該増幅放射場（４０）において固体（１０）に入射する（１０２）と固体（１０）から出射する枝（１０４）とが、光がコリメートされた枝であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項１４】
前記放射場誘導光学系（４８）が少なくとも１回光を再度コリメートするように構成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１５】
前記放射場誘導光学系（４８）が複数回光を再度コリメートするように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ増幅系。
【請求項１６】
前記放射場誘導光学系（４８）により各々の光を再度コリメートする時に中間収束された枝（１０６）を形成することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のレーザ増幅系。
【請求項１７】
前記中間収束された枝（１０６）が放射場誘導光学系の転向ユニット（４４，４６）を通過す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１８】
前記放射場誘導光学系（４８）が、光を再度コリメートするために光を再度コリメートする光学系（４２）を各々有していることを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項１９】
各々の中間収束された枝（１０６）が、光を再度コリメートする光学系（４２）の各々の焦点距離の２倍に相当する光学距離を通過することを特徴とする請求項１８に記載のレーザ増幅系。
【請求項２０】
前記光を再度コリメートする光学系（４２）の全てが同じ焦点距離を有することを特徴とする請求項１８又は１９に記載のレーザ増幅系。
【請求項２１】
複数の、光を再度コリメートする光学系が１つの放射場形成部材（４２）にまとめられていることを特徴とする請求項１８から２０のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項２２】
前記固体（１０）の一方の側に配置されている、光を再度コリメートする光学系が、１つの放射場形成部材（４２、４２ａ）にまとめられていることを特徴とする請求項２１に記載のレーザ増幅系。
【請求項２３】
前記光を再度コリメートする光学系の全てが１つの放射場形成部材（４２）にまとめられていることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ増幅系。
【請求項２４】
前記放射場形成部材（４２）が１つのレンズ系を備えていることを特徴とする請求項１９から２３のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項２５】
前記放射場形成部材が反射部材（４２´、４２ａ）として形成されていることを特徴とする請求項１９から２３のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項２６】
前記放射場形成部材（４２´、４２ａ、４２ｂ）が凹面鏡として形成されていることを特徴とする請求項２５に記載のレーザ増幅系。
【請求項２７】
前記放射場誘導光学系（４８）が少なくとも２つの転向ユニット（４４、４６）を備えてい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】
少なくとも１つの転向ユニット（４４）が、固体（１０）から出射する少なくとも２つの枝（１０４）から形成された入力枝（１４２）から少なくとも２つの出力枝（１４４）を形成し、これらの出力枝（１４４）から固体（１０）に入射する対応する枝（１０４）が形成され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】
前記放射場誘導光学系（４８）が２つの転向ユニット（４４、４６）を包含しており、各々の転向ユニット（４４、４６）の出力枝（１４４）が固体（１０）中に入射する枝（１０２）を形成し、この枝（１０２）それ自体から固体（１０）を貫通した後で出射枝（１０４）が生じ、この枝からそれぞれ他方の転向ユニット（４６、４４）の入力枝（１４２）が形成されることを特徴とする請求項１から２８のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項３０】
前記放射場誘導光学系（４８）が第１及び第２の転向ユニット（４４、４６）を包含しており、両転向ユニット（４４、４６）がそれぞれ転向ユニット（４４、４６）に付属する唯一の転向対称面（９６、９８）に対して相対的に増幅放射場（４０）を転向することにより、増幅放射場の少なくとも３種類の出射枝（１０４）から形成された少なくとも３つの入力枝（１４２）を、入力枝（１４２）から局所的に分離して進む少なくとも３つの出力枝（１４４）に変換し、当該出力枝（１４４）から少なくとも３つの入射枝（１０２）が生じることを特徴とする請求項１から２９のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項３１】
前記放射場誘導光学系（４８）が少なくとも１つの転向ユニット（４４）を有しており、当該転向ユニットが少なくとも１つの入力枝（１４２1）から、放射場誘導光学系（４８）の中心軸線（９４）を基準にして所定の角度間隔だけずれて位置している出力枝（１４４1）を形成し、しかもこの入力枝（１４２1）とこれによって形成された出力枝（１４４1）との間の角度範囲に少なくとも１つの別の入力枝（１４２3）が位置しているようにした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】
前記第１及び第２の転向対称面（９６、９８）が互いに、好ましくは増幅放射場（４０）が放射場誘導光学系（４８）及び固体（１０）を通過する際に発生する入射枝（１０２）と出射枝（１０４）の合計で３６０°を除した角度に相応する角度（α）で進むことを特徴とする請求項３１に記載のレーザ増幅系。
【請求項３３】
前記転向対称面（９６、９８）が中心軸線（９４）に対して平行に延びていることを特徴とする請求項３１又は３２に記載のレーザ増幅系。
【請求項３４】
前記中心軸線（９４）が前記転向対称面（９６、９８）内にあることを特徴とする請求項３３に記載のレーザ増幅系。
【請求項３５】
前記増幅放射場（４０）の入力枝（１４２）が互いに空間的に分離して進むことを特徴とする請求項２６から３３のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項３６】
前記増幅放射場（４０）の入力枝（１４２）が互いに相対的に放射場誘導光学系（４８）の中心軸線（９４）を取り囲んで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３５に記載のレーザ増幅系。
【請求項３７】
前記出力枝（１４４）が互いに分離して進むことを特徴とする請求項２６から３６のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項３８】
前記出力枝（１４４）が入力枝（１４２）から分離して進むことを特徴とする請求項２６から３７のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項３９】
前記出力枝（１４４）が互いに相対的に、かつ入力枝（１４２）に対して相対的に放射場誘導光学系（４８）の中心軸線（９４）を取り囲んで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３５から３８のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項４０】
前記増幅放射場（４０）が放射場誘導光学系（４８）を通過する際に発生する入力枝（１４２）と出力枝（１４４）とが、放射場誘導光学系（４８）の中心軸線（９４）の周囲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２６から３９のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項４１】
前記放射場誘導光学系（４８）及び固定体（１０）を通過する際に増幅放射場の入力枝（１４２）及び出力枝（１４４）ならびに入射枝（１００）が、放射場誘導光学系（４８）の中心軸線（９４）を取り囲む空間内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４０に記載のレーザ増幅系。
【請求項４２】
前記入力枝（１４２）及び出力枝（１４４）が、それぞれ放射場誘導光学系（４８）の中心軸線（９４）を取り囲む分離された空間セグメント（１３０）に配置されていて、空間セグメント（１３０）の内部でそれらの枝の光が拡散する方向に対して横断方向に進んでいることを特徴とする請求項３８から４１のいずれか１項に記載のレーザ増幅系。
【請求項４３】
空間セグメント（１３０）が、中心軸線（９４）の周囲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４１に記載のレーザ増幅系。
【請求項４４】
前記入力枝（１４２）及び出力枝（１４２）の空間セグメント（１３０2〜１３０8）、ならびに入射枝（１００）の空間セグメント（１３０1）がほぼ中心軸線（９４）を包囲していることを特徴とする請求項４２又は４３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、レーザ媒質の励起された状態を形成するための励起源と固体を複数回貫通する増幅放射場とを有しており、当該増幅放射場からレーザ光が放出可能であ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】
このレーザ増幅系では、増幅放射場が固体を複数回貫通する場合でも、個々の枝がそれ自身に逆反射されるように誘導される。
【０００４】
このような増幅放射場の短所は、増幅放射場が固体を通過する高い数が非常なコストによってしか達成できないことである。
【０００５】
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、増幅放射場が固体を通過するできるだけ高い数をできるだけ単純な光学的手段で達成できるようにすることである。
【０００６】
発明の概要
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、放射場誘導光学系が設けられており、当該放射場誘導光学系が、増幅放射場を局所的に別様に進む複数の入射枝の形で固体中に進入させ、当該固体から出射枝の形で入射枝とは少なくとも局所的に別様に進出させ、さらに放射場誘導光学系が少なくとも１つの転向ユニットを有しており、当該転向ユニットが固体から進出する少なくとも１つの枝から、当該枝から局所的に分離して進んで固体中に入射する枝を形成する。
【０００７】
この本発明による解決の長所は、増幅放射場が固体を通過する回数を高めることができ、しかも入射枝と出射枝とがそれぞれ互いに局所的に別様に進むことによって、固体中の励起されたレーザ媒質を最適に利用することが可能な点である。
【０００８】
入射枝が常に同一の固体に入射すると特に好都合である。
【０００９】
入射枝が固体の常に同一の容積範囲に入射するとなお好都合である。
【００１０】
出射枝からまたもや転向ユニットによって形成される入射枝の断面を拡大しないために、放射場誘導光学系が出射枝から中間収束を経て入射枝を形成するようになっていることが好ましい。
【００１１】
この場合、中間収束は転向ユニットから独立に行われることができる。本発明による放射場誘導光学系をできるだけコンパクトに構成できるように、中間収束が転向ユニットの領域で行われるようになっているので、中間焦点が直接転向ユニット内に位置することが避けられる点である。
【００１２】
特に合理的な解決は、中間収束により転向ユニットの２つの転向部材間に位置する中間焦点が生じるようになっている。
【００１３】
この場合、転向部材を中間焦点からできるだけ遠くに配置するために、中間焦点が２つの転向部材間の中央に位置すると特に好ましい。
【００１４】
放射場の断面積の単位面積当り強度は中間焦点の近傍で上昇するので、中間焦点の両側に位置している転向部材の間の光学距離が、転向ユニット内に進入する入力枝と転向ユニットから進出する出力枝との間隔よりも大きいことが好都合である。
【００１５】
その場合、中間焦点の両側に位置している転向部材の間の光学距離が、入力枝と出力枝との間隔の少なくとも２倍に相当すると好都合である。
【００１６】
特に好適な解決は、転向ユニットが増幅放射場をループで誘導し、当該ループが転向ユニットの入力枝と出力枝とを基準として拡張方向で、入力枝と出力枝との間隔よりも大きい延長を有するようになっている。
【００１７】
このように放射場が拡張方向で拡張することにより、中間焦点の両側に位置している転向部材ができるだけ大きい間隔を得ることができる。
【００１８】
ループの拡張方向における延長が、入力枝と出力枝との間隔の少なくとも２倍であることが好都合である。
【００１９】
以上説明した実施例の枠内では、放射場誘導光学系が転向ユニットを用いて少なくとも１つの出射枝を入射枝に変換することを前提としている。
【００２０】
しかし、放射場誘導光学系が少なくとも１つの転向ユニットを用いて複数の出射枝を複数の入射枝に変換すると、本発明による解決は簡単に実現できる。
【００２１】
個々の実施例に関するこれまでの説明の枠内では、増幅放射場のそれぞれ入射枝と出射枝がどのように形成されるかについて記述されなかった。
【００２２】
原理的には拡散する枝又は収斂する枝として形成することが考えられようが、通過数を増すと枝の断面も増大するという短所がある。
【００２３】
入射枝と出射枝の断面を等しい大きさに保つことができ、それによって励起されたレーザ媒質を有する固体の容積範囲を放射場の増幅に最適に利用できるようにするために、放射場誘導光学系が増幅放射場を形成し、当該増幅放射場において固体に入射すると固体から出射する枝とが視準された枝であることが好都合である。
【００２４】
視準された出射枝から再び視準された入射枝を形成するように、放射場誘導光学系が少なくとも１回再視準するように構成されていることが好都合である。
【００２５】
再視準するとは、視準された放射場を、中間収束を介して視準された放射場に変換することを意味する。
【００２６】
さらによいのは、放射場誘導光学系が複数回再視準するように構成されて、複数の視準された出射枝が１つの視準された入射枝に変換され得ることである。
【００２７】
入射枝と出射枝を視準された枝として形成した場合、放射場誘導光学系により再視準する度に、すなわち視準された出射枝を視準された入射枝に変換する際に、視準された出射枝を視準された入射枝との間に中間収束された枝が形成されると、増幅放射場の形成に関して特に好都合である。
【００２８】
再視準と転向ユニットとの協働に関してこれまで詳しく説明しなかった。その特に有利な解決において、再視準の際に必要な中間収束された枝がそれぞれ本発明による転向ユニットを通過するようになっている。
【００２９】
原理的に、各々の再視準のために放射場誘導光学系の固有の再視準光学系を設けることが考えられよう。
【００３０】
この場合、中間収束された枝が、各再視準の焦点距離の２倍に相当する光学距離を通過することが合理的である。
【００３１】
種々の再視準光学系の構成に関して、種々異なる再視準を種々異なる焦点距離で行うことが考えられよう。
【００３２】
すべての再視準光学系が同じ焦点距離を有すると特に好都合である。
【００３３】
複数の再視準光学系が１つの放射場形成部材にまとめられていると特に好都合である。
【００３４】
少なくとも１つの再視準を誘起する本発明による放射場形成部材は、増幅放射場によって貫通される部材、たとえばレンズ系又は最も単純な場合には唯一のレンズとして形成できる。
【００３５】
しかしこれとは択一的に、放射場形成部材を反射部材として形成することも考えられる。
【００３６】
最も単純な場合には、反射するように形成された放射場形成部材は凹面鏡として形成されている。
【００３７】
このような放射場形成部材は本発明により各々の再視準のために収束部材と視準部材とを有しており、視準された出射枝を中間収束された枝に変換し、次いで再び中間収束された枝を視準された入射枝に変換することが可能である。
【００３８】
特に好適な解決において、複数の収束部材及び複数の視準部材が１つの放射場形成部材にまとめられている。
【００３９】
放射場形成部材の特に好適な構成形態は、放射場形成部材が固体を貫通する中心軸線に回転対称形に構成されている。
【００４０】
このような回転対称形の構成で、中心軸線に対して回転対称形に構成及び配置されたレンズ系か、又は中心軸線に回転対称形に構成されて作用する鏡系が設けられている。
【００４１】
このような鏡系は最も単純な場合では、視準部材及び収束部材が中心軸線に回転対称形に構成された凹面鏡の領域であるように構成されている。
【００４２】
このような凹面鏡は、たとえば放物面鏡であってよい。
【００４３】
しかしまた、凹面鏡を円環体凹面鏡として形成することも考えられる。
【００４４】
転向ユニットの数に関しては、個々の実施例に関する以上の説明との関連では詳細に記述されなかった。
【００４５】
有利な実施例は、放射場誘導光学系が少なくとも２つの転向ユニットを包含しており、各々の転向ユニットが出射枝の１つから形成された、増幅放射場の入力枝から、当該入力枝から局所的に分離して進む出力枝を形成し、この出力枝から対応する入射枝が形成されるようになっている。
【００４６】
原理的には、出射枝から形成される各々の入射枝に対して固有の転向ユニットを設けることが考えられよう。
【００４７】
しかし設計上特に有利な解決は、少なくとも１つの転向ユニットが、固体から出射する少なくとも２つの枝から形成された入力枝から少なくとも２つの出力枝を形成し、これらの出力枝から固体に入射する対応する枝が形成されるので、転向ユニットの数は２つに減らすことができて有利である。
【００４８】
さらに、放射場誘導光学系が２つの転向ユニットを包含しており、各々の転向ユニットの出力枝が固体中に入射する枝を形成し、この入射枝それ自体から固体を貫通した後で出射枝が生じ、この出射枝からそれぞれ他方の転向ユニットの入力枝が形成される。
【００４９】
このような解決は２つの転向ユニットを特に有利に結合できることによって、非常にコンパクトな光学的解決が得られる。
【００５０】
本発明による別の有利な放射場誘導光学系は、第１及び第２の転向ユニットを包含しており、両転向ユニットがそれぞれ転向ユニットに付属する唯一の転向対称面に対して相対的に増幅放射場を転向することにより、増幅放射場の少なくとも３種類の出射枝から形成された少なくとも３つの入力枝を、入力枝から局所的に分離して進む少なくとも３つの出力枝に変換し、当該出力枝から少なくとも３つの入射枝が生じるようになっている。
【００５１】
本発明による放射場誘導光学系の別の有利な構成は、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少なくとも１つの入力枝から、放射場誘導光学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出力枝を形成し、しかもこの入力枝とこれによって形成された出力枝との間の角度範囲に少なくとも１つの別の入力枝が位置しているようにした。
【００５２】
本発明の別の好適な解決は、放射場誘導光学系が、第１の転向対称面に対して相対的に増幅放射場を転向する第１の転向ユニットと、第２の転向対称面に対して相対的に増幅放射場を転向する第２の転向ユニットとを有しており、これらの転向対称面が互いに、好ましくは増幅放射場が放射場誘導光学系と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で進むようにした。
【００５３】
ここで増幅放射場が通過するとは、増幅放射場が放射場誘導光学系を通って拡散し、しかも拡散方向が維持されていることを意味する。
【００５４】
転向対称面を中心軸線に対して相対的に配置することに関して、これまで詳細な記述は行わなかった。特に好適な解決は、転向対称面が中心軸線に対して平行に延びるようになっている。
【００５５】
転向対称面が中心軸線を貫通して延びていると特に好都合である。
【００５６】
転向ユニットの入力枝と出力枝の配置構成に関して、これまで詳しい説明はなされなかった。そこで、増幅放射場の入力枝が空間的に互いに分離して延びていると特に好都合である。
【００５７】
この場合、増幅放射場の入力枝が放射場誘導光学系の中心軸線を取り囲んで互い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。
【００５８】
さらに、出力枝が互いに分離して進むと有利である。
【００５９】
また、出力枝が入力枝から分離して進むのも同様に好都合である。
【００６０】
出力枝が、放射場誘導光学系の中心軸線を取り囲んで互いに相対的に、かつ入力枝に対して相対的に所定の角度間隔で配置されていると特に合理的である。
【００６１】
この場合、増幅放射場が放射場誘導光学系を通過する際に発生する入力枝と出力枝とが、放射場誘導光学系の中心軸線を取り囲む周囲の空間に重ならないように配置されていると特に好都合である。
【００６２】
増幅放射場の入力枝及び出力枝ならびに入射枝が、通過の際に放射場誘導光学系の中心軸線を取り囲む空間内に重ならないように配置されていると、さらに有利である。
【００６３】
特に有利な解決は、入力枝と出力枝とが、それぞれ放射場誘導光学系の中心軸線を取り囲む分離された空間セグメント内に配置され、空間セグメント内部でそれらの拡散方向に対して横断方向に進んでいる。
【００６４】
空間セグメントは、中心軸線の周囲にほぼ同じ角度範囲にわたって延びるように配置されていることが好都合である。
【００６５】
入力枝及び出力枝の空間セグメントならびに入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特に有利な空間利用が提供される。
【００６６】
以下に本発明のその他の特徴及び利点を、若干の実施例の図面に基づいて詳細に説明する。
【００６７】
発明の実施の形態
図１及び図２に全体を示した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固体１０を包含している。
【００６８】
このようなレーザ媒質は、たとえば欧州特許第０６３２５５１号で説明されているものである。
【００６９】
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、裏側の扁平面１４で全体を１６で示す反射体に載っている。反射体１６は、たとえば皮膜として裏側の扁平面１４に塗布された皮膜である。
【００７０】
さらに、裏側の反射体１６を通して冷却装置２０により固体１０の冷却が行われる。この場合、冷却装置は、たとえば欧州特許第０６３２５５１号に記載されているコールドフィンガーである。
【００７１】
固体１０の両扁平面１２及び１４は平坦に形成されているとは限らず、たとえば湾曲を有していてもよい。
【００７２】
固体１０のポンピングは、公知のポンピング装置、たとえばやはり欧州特許第０６３２５５１号に記載されているように誘導できるポンピング放射場で行うことができるが、ポンピング放射場をドイツ特許出願１９８３５１０７号又は同第１９８３５１０８号に従って誘導し、固体１０内に進入させることも考えられる。
【００７３】
この理由から、ポンピング放射源３０が概略的にのみ示されている。ポンピング放射源３０は固体１０中に入射するポンピング放射場３２を形成し、このポンピング放射場が収束していることが好都合である。
【００７４】
レーザ媒質によって形成されたコヒーレントな放射を最適に放出させるために、全体を４０で示す増幅放射場が設けられている。増幅放射場は放射場形成部材４２と第１の転向ユニット４４及び第２の転向ユニット４６とを包含している。
【００７５】
放射場形成部材４２と第１の転向ユニット４４及び第２の転向ユニット４６は一緒に、全体を４８で示す放射場誘導光学系を構成しており、これが増幅放射場４０の構成を規定している。
【００７６】
放射場形成部材は、たとえば視準された枝を収束した枝に変換し、又はその逆に変換する、すなわち収束又は視準することのできる部材である。
【００７７】
放射場形成部材４２のこのような実施例は、第１の実施例では放射場に貫通される部材であり、この部材はレンズ又はレンズ系によって構成され得る。
【００７８】
第１の転向ユニット４４は、第１の反射面５２と第２の反射面５４とを有する内側の転向プリズム５０を有している。これらの反射面は互いに楔形に延びており、互いに離れる方向、すなわち互いに反対方向を向いている。さらに第１の転向ユニット４４は外側の転向プリズム５６及び５８を包含している。これらの転向プリズム５６及び５８は、それぞれ互いにＶ字形に延びて互いに向き合わされた反射面６０と６２もしくは６４と６６を有している。
【００７９】
反射面６０及び６６は、好ましくは内側の転向プリズム５０の反射面５２及び５４に対して平行に延びて、これらと向き合って配置されているので、反射面によって反射された散乱はそれぞれ当該反射面に向き合わされた反射面に衝突する。
【００８０】
さらに反射面６２と６４は、反射面６０もしくは６６に対して相対的に９０°の角度にあり、したがって互いに９０°の角度で配置されている。この場合、反射面６２及び６４により放射は、対応する反射面６２もしくは６６から来るものである限り、それぞれ一方の反射面から他方の反射面に反射される。
【００８１】
同様に、第２の転向ユニット４６も、互いに９０°の角度で延びる、互いに反対に向けられた２つの反射面７２及び７４を備えた内側の転向プリズム７０を有している。
【００８２】
さらに第２の転向ユニット４６は、それぞれ互いにＶ字形に延びて互いに向き合わされた反射面８０と８２もしくは８４と８６を有する２つの外側の転向プリズム７６及び７８を包含している。この場合、反射面８０は反射面７２と平行に延び、反射面８６は反射面７４と平行に延びていて、それぞれ互いに平行に延びる反射面は互いに向き合わされている。
【００８３】
さらに反射面８２と８４は、反射面８０及び８６に対して９０°の角度で延びていて、しかも互いに相対的に９０°の角度にあり、同様に一方の反射面８２及び８４は、放射が対応する転向ユニット７６もしくは７８の反射面８０もしくは８６から来るものである限り、放射を他方の反射面８４、８２に反射する。
【００８４】
全体として第１の転向ユニット４４の全反射面５２、５４、６０、６２、６４、６６は長手方向対称面９０に対して垂直に延びており、第２の転向ユニット４６の全反射面７２、７４、８０、８２、８４、８６は長手方向対称面９２に対して垂直に延びている。長手方向対称面９２は第１の対称面９０と角度αを包囲している。この角度αは、後に詳しく説明するように、増幅放射場４０の視準された枝の数に依存し、３６０°を視準された枝の数で除した値である。
【００８５】
さらに、長手方向対称面は９０及び９２は中心軸線９４から間隔を置いて延びている。中心軸線は固体１０と交差して、増幅放射場４０の視準された枝に対称形に延びている。
【００８６】
この場合、内側の転向プリズム５０の反射面５２及び５４は、第１の転向ユニット４４の転向対称面９６に対して鏡像対称形に位置し、反射面７２及び７４は第２の転向ユニット４６の第２の転向対称面９８に対称形に位置している。この場合、これらの転向対称面９６及び９８は中心軸線９４を貫通して延び、この中心軸線９４で交差している。この場合、転向対称面９６及び９８は同様に角度αを包囲する。
【００８７】
さらに、外側の転向プリズム５６及び５８の反射面６０と６６及び６２と６４は、第１の転向対称面９６に対して対称形に配置されていて、これらすべての反射面は第１の転向対称面９６に対して４５°の角度で延びている。
【００８８】
同様に、第２の転向ユニット４６の外側転向プリズム７６及び７８の反射面８０と８６及び８２と８４は、第２の転向対称面９８に対して対称形に配置されていて、これらすべての反射面は同様に第２の転向対称面９８に対して４５°の角度で延びている。
【００８９】
本発明による放射場誘導光学系４８を有する増幅放射場４０の構造が、図３から図１０に詳しく示されている。
【００９０】
増幅放射場４０の構成の出発点は拡散する枝１００である。拡散する枝１００が好ましくは中心軸線９４と平行に延び、放射場形成部材４２により第１の視準された入射枝１０２1に変換される。入射枝１０２1は、中心軸線９４に対して角度Ｅで固体１０に進入する（図３）。
【００９１】
固体１０を貫通した後、反射体１６で反射が行われて、固体１０から出射する第１の視準された枝１０４1が生じる。枝１０４1は中心軸線９４に対して角度Ａで進む。この場合、角度Ａは角度Ｅに等しい。
【００９２】
この第１の視準された出射枝１０４1が放射場形成部材４２に当り、これによって第１の中間収束された枝１０６1に変換される。１０６1は収束した枝部分１０８1を包含しており、枝部分１０８1それ自体は中心軸線９４に対して平行に延びる部分と共に、いわゆる第１の入力枝１４２1を形成し、反射面５２に衝突し、この反射面５２によって転向対称面９６に垂直に反射面６０に反射され、ここから反射面６２に反射され、再び第１の転向対称面９６に垂直に反射面６４に向かって拡散する（図３）。
【００９３】
この場合、放射場形成部材４２が次のように構成されていると好都合である。すなわち、中間収束された枝１０６1の収束した枝部分１０８1の中間焦点１１０1が転向対称面９６内に位置し、それによって焦点１１０1から出発して転向対称面９６を起点としてこれに垂直に、第１の拡散枝部分１１２1が拡散し、反射面６４に衝突し、これによって反射面６６に反射され、次いでこれにより再び反射面５４に反射される。反射面５４は第１の中間収束された枝１０６1のこの拡散する枝部分１１２1を放射場形成部材４２に転向して、しかもこの枝部分１１２1が中心軸線９４に平行に位置調節された部分を形成する。この部分は、いわゆる第１の出力枝１４４をなし、これにより放射場形成部材４２に衝突する。
【００９４】
全体として中間収束された枝１０６1は平面１１４内を、長手方向対称面９０と平行に、ただし間隔を置いて、かつ転向対称面９６に対称形に第１の転向ユニット４４を通って進む（図４）。
【００９５】
放射場形成部材４２は、第１の中間収束された枝１０６1から第２の視準された入射枝１０２2を形成し、これは固体１０に当って貫通するので、反射体１６により第２の視準された出射枝１０４2が形成される（図５）。
【００９６】
この視準された出射枝１０４2は放射場形成部材４２に衝突し、これにより第２の中間収束された枝１０６2に変換され、これはその第２の入力枝１４２2で中心軸線９４と平行に進んで、反射面７２に収束された枝部分１０８2として衝突し、反射面７２、反射面８０及び反射面８２によって反射されて、第２の転向ユニット４６の転向対称面９８内に位置する中間焦点１１０2を形成する。中間焦点１１０2を起点にして、中間収束された枝１０６2が拡散する枝部分１１２2として反射面８４に向かって広がり、これによって反射面８６に反射され、またこれによって反射面７４に反射されるので、拡散する枝部分１１２2は再び第２の出力枝１４４2として中心軸線９４と平行に放射場形成部材４２に当る。
【００９７】
この場合、第２の中間収束された枝は全体として、長手方向対称面９２と平行に、ただし間隔を置いて延びている平面１１６内を進み、第２の転向ユニット４６を通り、さらに転向対称面９８に対称形に進む（図６）。
【００９８】
この第２の出力枝１４４2から放射場形成部材４２は再び第３の視準された入射枝１０２3を形成し、これは固体１０に入射し、そこから反射体１６により第３の視準された出射枝１０４3が形成され、これはまた放射場形成部材４２に衝突する。放射場形成部材４２は第３の視準された出射枝１０４3から第３の中間収束された枝１０６3を形成し、これは第３の入力枝１４２3として、また収束された枝部分１０８3として反射面５４に当り、次いで反射面６６に反射され、さらに反射面６６により反射面６４に反射されて、図７に示すようにやはり転向対称面９６内に位置する中間焦点１１０3まで拡散する。
【００９９】
中間焦点１１０3を起点にして拡散する枝部分１１０3が反射面６２に向かって広がり、ここから反射面６０に向かって広がり、次いで反射面５２に当り、これによってまた中心軸線９４と平行に反射されて第３の出力枝１４４3を形成する。
【０１００】
第３の中間収束された枝１０６3も、平面１１８内を進む。平面１１８は長手方向対称面９０と平行に、ただし間隔を置いて延びており、したがってまた平面１１４と平行であるが、平面１１４と合同ではない（図８）。
【０１０１】
さらに第３の中間収束された枝１０６3も同様に転向対称面９６に対して対称形に進む。
【０１０２】
平面１１４及び１１８は長手方向対称面９０に対称形に位置していることが好都合である。
【０１０３】
第３の中間収束された枝１０６3から放射場形成部材４２は、図９に示されているように、第４の視準された入射枝１０２4を形成し、これは固体１０に入射し、そこから反射体１６により第４の視準された出射枝１０４4が形成され、これはまた放射場形成部材４２に衝突し、そこから放射場形成部材４２は第４の中間収束された枝１０６4を形成し、これは図９及び図１０に示されているように、最初に収束された枝部分１０８4として反射面７４に当り、次いで反射面８６に反射され、それから反射面８４に反射される。このとき焦点１１０4は再び転向対称面９８内に位置している。
【０１０４】
焦点１１０4を起点にして拡散する枝部分１１２4が形成されて、反射面８２、反射面８０、そして反射面７２に衝突する。これにより第４の中間収束された枝１０６4も平面１２０内を進む。平面１２０は長手方向対称面９２と平行に、したがってまた平面１１６とも平行であるが、平面１１６と合同ではない（図１０）。
【０１０５】
平面１１６及び１２０が長手方向対称面９２に対称形に位置していることが好都合である（図２）。
【０１０６】
第４の中間収束された枝１０６4はその第４の入力枝１４２4を起点にして転向対称面９８にほぼ対称形に、しかし完全な対称性から外れて放射場形成部材４２まで進まず、拡散する枝部分１１２4によりその中心軸線９４と平行に延びる第４の出力枝１４４4で、出力鏡１２９に衝突する。出力鏡１２９は拡散する枝１１２4を中心軸線９４に対して横断方向に転向し、図９及び図１０に示されているように、放射場誘導光学系４８から放出された枝として発生させる。この場合、この放出された枝は、たとえば拡散する枝として別のレーザ増幅系に進入できる。出力鏡１２９に到達すると、増幅放射場４０による放射場誘導光学系４８の通過は完了する。
【０１０７】
図２に示すように、全体として増幅放射場４０の視準されたすべての枝１０２及び１０４は、それぞれ中心軸線９４を取り囲む個々の空間セグメント１３０1から１３０8に位置しており、すべての空間セグメント１３０は中心軸線９４の周囲で等しい角度間隔にわたって延びている。
【０１０８】
さらに、空間セグメント１３０1から１３０4で拡散している視準された枝は第２の転向ユニット４６と協働し、空間セグメント１３０5から１３０8で拡散している視準された枝は第１の転向ユニット４４と協働する。
【０１０９】
第１の転向ユニット４４も第２の転向ユニット４６も各々の中間収束された枝１０６で、入力枝１４２と出力枝１４４とが間隔ＡＢを有するループ１４０を形成する。ループ１４０は少なくとも１つの拡張方向ＥＸで、間隔ＡＢよりも大きい、好ましくは間隔ＡＢの２倍である延長ＡＵを有している。
【０１１０】
このようにすることにより、中間収束された枝１０６の各中間焦点１１０の両側に位置する鏡面、たとえば鏡面６２と６４又は鏡面８２と８４は、ループ１４０の延長ＡＵに対応する相互間隔を有している。この間隔は好ましくは延長ＡＵの半分であり、それぞれの焦点１１０の次に配置されている反射面６２と６４もしくは８２と８４はできるだけ焦点から離れていて、それぞれの反射面６２と６４もしくは８２と８４でできるだけ大きい放射断面、したがって放射断面の単位面積当りできるだけ小さい強度が得られるようにしてあるので、放射断面の単位面積当りの強度が過大であることによる反射面６２と６４もしくは８２と８４の損傷は回避できる。
【０１１１】
さらに転向ユニット４４と４６は、放射場形成部材４２を起点として再び放射場形成部材４２に帰還する各々のループ１４０1〜１４０3における光学距離の大きさが等しくなるように構成されている。その結果として、最も単純なケースでは、焦点距離が等しいすべての空間セグメント１３０1から１３０8で放射場形成部材４２は視準された枝１０２、１０４の１つを、中間視準された枝１０６の１つに、又はその逆に変換できる。
【０１１２】
寄生モードを回避しようとするならば、１つ以上の中間焦点１１０に、たとえばピンホールとして形成された空間フィルターを付属させる。
【０１１３】
図１１及び図１２に示されている本発明によるレーザ増幅系の第２の実施例において、第１の実施例と同一の部材には同じ参照符号を付したので、全面的に第１の実施例に関する説明に依拠することができる。
【０１１４】
特に転向ユニット４４及び４６は、第１の実施例と同様に放射場形成部材４２に対して相対的に配置されている。
【０１１５】
第１の実施例とは異なり、放射場形成部材４２は増幅放射場によって貫通されず、放射場形成部材４２は反射部材として、たとえば断面が放物面状の反射面や円環体状の反射面を有することのできる凹面鏡として形成されている。
【０１１６】
これにより転向ユニットを貫通するループ１４０1〜１４０3は放射場形成部材４２の、個々の視準された枝１０２及び１０４と同じ側に位置している。
【０１１７】
その結果として、内側の転向プリズム５０’及び７０’は、中心軸線９４を基準にして円形の開口部５１もしくは７１’を備えていて、視準された枝１０２、１０４が妨げられずに貫通できるようになっている。この場合、開口部５１及び７１は、中間収束された枝１０６の、中心軸線９４と平行に拡散する部分が、反射面５２と５４もしくは７２と７４で常に完全に反射するように寸法設計されている。
【０１１８】
すなわち、中心軸線を基準とした開口部５１及び７１の半径は、中間収束された枝１０６の、中心軸線９４と平行に延びる部分の中心軸線９４からの間隔よりも小さい。
【０１１９】
その他の点では、図１３から図２０に示されているように、第２の実施例における増幅放射場４０の構造は第１の実施例と同様である。
【０１２０】
図２１及び図２２に示されている本発明によるレーザ増幅系の第３の実施例では、固体１０は反射体を装備されておらず、増幅放射場４０’に配置されていて、この増幅放射場４０’が固体１０を貫通できるようになっている。
【０１２１】
さらに、固体１０の貫通放射方向で固体１０の両側に同一の放射場形成部材４２ａ及び４２ｂが配置されており、それらの各々が視準された枝１０２又は１０４を中間収束された枝１０６に変換し、また逆に変換することができる。
【０１２２】
最も単純なケースでは、放射場形成部材４２ａ及び４２ｂは同一の凹面鏡として形成されている。
【０１２３】
さらに、第１の転向ユニット４４は固体１０の一方の側に配置されていて、放射場形成部材４２ｂによって形成される中間収束された枝１０６を拡張する働きをする。他方、第２の転向ユニット４６は固体１０の反対側に配置されていて、放射場形成部材４２ａによって形成される中間収束された枝１０６を拡張する働きをする。
【０１２４】
原理的には増幅放射場の構造は第２の実施例におけるのと同様であるが、それぞれ固体の貫通放射が行われる点が異なっている。
【０１２５】
増幅放射場４０’の構造は、図２３から図２８に詳しく示されている。
【０１２６】
たとえば入射枝１００から放射場形成部材４２ａによって第１の視準された入射枝１０２1が形成されて、固体１０に入射し、これを貫通する。このとき固体１０から入射枝１０２1と同じ方向に拡散する第１の視準された出射枝１０４1が放射場形成部材４２ｂに当る。放射場形成部材４２ｂは第１の中間収束された枝１０６1を形成し、これは内側の転向プリズム５０’の反射面５２に衝突し、これにより外側の転向プリズム５６の第１の転向ユニット４４の反射面６０に、次いで反射面６２に転向される。この場合、収束された枝部分１０８1は焦点１１０1を形成し、ここから中間収束された枝１０６1の拡散する枝部分１１２1が第１の転向ユニット４４の外側転向プリズム５８に向かって拡散され、次いで反射面６４及び６６によって反射されて、再び反射面５４に衝突する。反射面５４は中間収束された枝１０６1を再び放射場形成部材４２ｂに向かって転向し、放射場形成部材４２ｂそれ自体は再び反射によって第２の視準された入射枝１０２2を形成する（図２３、図２４）。
【０１２７】
図２５及び図２６に示されているように、固体１０を通過した後で第２の視準された出射枝１０４2が形成されて、放射場形成部材４２ａに当る。放射場形成部材４２ａそれ自体は再び第２の中間視準された枝枝１０６2を形成し、これは第２の転向ユニット４６の内側転向プリズム７０の反射面７２に当り、これにより外側の転向プリズム７６の反射面８０に、次いで反射面８２に反射されて、収束された枝部分１０８2が最後に中間焦点１１０2を形成し、これを起点にして拡散する枝部分１１２2が外側の転向プリズム７８に向かって拡散し、反射面８４及び８６によって反射され、最後に内側の転向プリズム７０’の反射面７４に当り、これによって放射場形成部材４２ａに向かって転向される。
【０１２８】
内側の転向プリズム７０’は第３の入射枝１０２3を形成し、ここからまた第３の視準された出射枝１０４3が生じて、放射場形成部材４２ｂに衝突し、これは再び第３の中間収束された枝１０６3を形成し、その収束された枝部分１０８3で反射面６６及び反射面６４で反射した後、中間焦点１１０3を形成する。またもや発生する拡散する枝部分１１２3が外側の転向ユニット５６に当り、反射面６２及び反射面６０で反射した後、再び内側の転向プリズム５０’の反射面６２に衝突する。転向プリズム５０’は第３の中間収束された枝１０６3を放射場形成部材４２ｂに転向し、これは図２７及び図２８に示されているように、第３の収束された枝から第４の視準された入射枝１０２4を形成する。入射枝１０２4は固体１０を貫通した後、第４の視準された出射枝１０４4になる。この出射枝１０４4はもはや放射場形成部材４２ａには当らず、直接出力鏡１３０’によって転向され、放出される放射１３２’を形成する。
【０１２９】
第４の出射枝１０４4を放射場形成部材４２ａに衝突させ、第４の中間収束された枝１０６4を形成した後に放出させることも可能であろう。
【０１３０】
第３の実施例においても、第１及び第２の実施例におけるのと同じく、転向ユニット４４及び４６において中間収束された枝１０６をループ１４０で誘導し、それぞれの転向対称面９６もしくは９８に対して相対的に拡張させる。
【０１３１】
第２及び第３の実施例において同じ参照符号を使用し、種々の部材について別途説明がない限り、第１の実施例に関する説明に全面的に依拠する。
【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の実施例の概略的な斜視図である。
【図２】  図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】  図１に示す本発明によるレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第１の入射枝、第１の出射枝及び第１の中間収束した枝が示されている。
【図４】  図３の線４−４に沿った断面図である。
【図５】  図１に示す本発明によるレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第２の入射枝、第２の出射枝及び第２の中間収束した枝が示されている。
【図６】  図５の線６−６に沿った断面図である。
【図７】  図１に示すレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第３の入射枝、第３の出射枝及び第３の中間収束した枝が示されている。
【図８】  図７の線８−８に沿った断面図である。
【図９】  図１に示すレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第４の入射枝、第４の出射枝及び第４の中間収束した枝が示されている。
【図１０】  図９の線１０−１０に沿った断面図である。
【図１１】  図１と類似の本発明によるレーザ増幅器の第２の実施例を示す。。
【図１２】  図１２は、図１１の線１２−１２に沿った断面図である。
【図１３】  図１１に示すレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第１の入射枝、第１の出射枝及び第１の中間収束した枝が示されている。
【図１４】  図１３の線１４−１４に沿った断面図である。
【図１５】  図１１に示すレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第２の入射枝、第２の出射枝及び第２の中間収束した枝が示されている。
【図１６】  図１５の線１６−１６に沿った断面図である。
【図１７】  図１１に示すレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第３の入射枝、第３の出射枝及び第３の中間収束した枝が示されている。
【図１８】  図１７の線１８−１８に沿った断面図である。
【図１９】  図１１に示すレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第４の入射枝、第４の出射枝及び第４の中間収束した枝が示されている。
【図２０】  図１９の線２０−２０に沿った断面図である。
【図２１】  図１と類似の本発明によるレーザ増幅器の第３の実施例を示す。。
【図２２】  図２１の線２２−２２に沿った断面図である。
【図２３】  図２１に示すレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第１の入射枝、第１の出射枝及び第１の中間収束した枝が示されている。
【図２４】  図２３の線２４−２４に沿った断面図である。
【図２５】  図２１に示すレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第２の入射枝、第２の出射枝及び第２の中間収束した枝が示されている。
【図２６】  図２５の線２６−２６に沿った断面図である。
【図２７】  図２１に示すレーザ増幅器の斜視図で、増幅放射場の第３の入射枝、第３の出射枝及び第３の中間収束した枝が示されている。
【図２８】  図２７の線２８−２８に沿った断面図である。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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