(57)【要約】  シード信号波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成された少なくとも１つのシード源と、少なくとも１つのシード信号を出力するように構成された少なくとも１つのポンプ源と、シード源と通信して少なくとも１つの利得媒体、第１のミラー、及び少なくとも第２のミラーをそこに有する少なくとも１つの多重パス増幅器システムとを含む多重パス増幅器システムを有するレーザシステムであって、利得媒体デバイスが、第１のミラーと第２のミラーの間に位置決めされ、かつ出力波長範囲を有する少なくとも１つの増幅器出力信号を出力するように構成され、第１のミラー及び第２のミラーは、出力波長範囲内の増幅器出力信号を反射するように構成することができ、少なくとも１つの光学システムが、増幅器システムと通信し、かつ増幅器出力信号を受信して出力波長範囲内の出力信号を出力するように構成することができる。【選択図】図１４
2020501371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重パス増幅器システムを有するレーザシステムであって、
シード信号波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成された少なくとも１つのシード源と、
少なくとも１つのポンプ信号波長を有する少なくとも１つのポンプ信号を供給するように構成された少なくとも１つのポンプ源と、
前記少なくとも１つのシード信号を増幅してそれに応答して少なくとも１つの増幅シード信号を発生させるように構成された少なくとも１つの第１増幅器段と、
前記少なくとも１つの増幅シード信号を受信するように構成された少なくとも１つの多重パス第２増幅器段と、
前記少なくとも１つの多重パス第２増幅器内に位置決めされた少なくとも１つの利得媒体デバイスであって、該利得媒体デバイスが、少なくとも１つの細長ファセットと少なくとも１つの小型ファセットとを有し、該少なくとも１つの利得媒体デバイスが、前記少なくとも１つのポンプ信号によってポンピングされ、かつ前記少なくとも１つの増幅シード信号を受信して出力波長範囲を有する少なくとも１つの増幅器出力信号を出力するように構成される前記少なくとも１つの利得媒体デバイスと、
前記少なくとも１つの多重パス第２増幅器段内に位置決めされた第１のミラー及び少なくとも第２のミラーであって、前記少なくとも１つの利得媒体デバイスが、該第１のミラーと少なくとも該第２のミラーの間に位置決めされ、該第１のミラー及び少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、前記出力波長範囲での高反射率の区域と該出力波長範囲の外側の波長での高透過率の区域とを有する前記第１のミラー及び少なくとも第２のミラーと、
少なくとも１つの前記多重パス増幅器システムと通信し、かつ前記少なくとも１つの増幅器出力信号を受信して前記出力波長範囲内の少なくとも１つの出力信号を出力するように構成された少なくとも１つの光学システムと、
を含むことを特徴とするレーザシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのシード源は、少なくとも１つの利得スイッチ式ダイオードレーザシステムを含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのシード源は、少なくとも１つのファイバ増幅式ダイオードレーザシステムを含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのシード源は、１０００ｎｍから１１００ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのシード源は、１０６４ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのシード源は、１０３０ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのポンプ源は、複数のファイバ結合式ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのポンプ源は、細長プロファイルを有する少なくとも１つのポンプ信号出力を生成するように該少なくとも１つのポンプ源の１又は２以上の光ファイバ導管を位置決めするように構成された少なくとも１つの位置決め特徴部を含むことを特徴とする請求項７に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのポンプ信号波長は、１０００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのシード源は、１００ｋＨｚ又はそれよりも高い繰返し速度を有するパルスシード源を含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのシード源は、１０ｋＨｚ又はそれよりも高い繰返し速度を有するパルスシード源を含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの増幅シード信号は、前記少なくとも１つの利得媒体デバイスの前記少なくとも１つの細長ファセット上に入射することを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのポンプ信号は、前記少なくとも１つの利得媒体デバイスの前記少なくとも１つの細長ファセット上に入射することを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのポンプ信号及び少なくとも１つの増幅シード信号は、前記少なくとも１つの利得媒体デバイスの前記少なくとも１つの細長ファセット上に入射することを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１５】
前記第１のミラー及び前記少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つ上に形成された高透過率の前記少なくとも１つの区域は、増幅処理中に前記少なくとも１つのポンプ信号及び少なくとも１つの寄生信号のうちの少なくとも１つを透過するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの寄生信号が、ラマン発生信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１７】
前記第１のミラー及び前記少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、曲面ミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１８】
前記曲面ミラーの曲率半径が、前記少なくとも１つの利得媒体デバイスを通って横断する時に前記少なくとも１つの増幅出力シード信号のビーム半径を実質的に一定のビーム半径に維持するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項１９】
前記第１のミラー及び前記少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、前記利得媒体デバイスに対して角度を成していることを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの第１増幅器段は、そこに少なくとも１つの第１増幅器段の利得媒体を含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの第１増幅器段の利得媒体が、Ｎｄ：ＹＶＯ4材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの第１増幅器段の利得媒体が、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＣａＦ2、Ｙｂ：ＣＡＬＧＯ、Ｙｂ：Ｌｕ2Ｏ3、Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰ、Ｙｂ：ガラス、半導体利得媒体、及びセラミックレーザ材料から構成される群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの第２増幅器段内に位置決めされた前記利得媒体デバイスは、Ｎｄ：ＹＶＯ4材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの第２増幅器段内に位置決めされた前記利得媒体デバイスは、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＣａＦ2、Ｙｂ：ＣＡＬＧＯ、Ｙｂ：Ｌｕ2Ｏ3、Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰ、Ｙｂ：ガラス、半導体利得媒体、及びセラミックレーザ材料から構成される群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの光学システムは、少なくとも１つの追加の増幅器を含むことを特徴とする請求項１に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項２６】
多重パス増幅器システムを有するレーザシステムであって、
シード信号波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成された少なくとも１つのシード源と、
少なくとも１つのポンプ信号波長を有する少なくとも１つのポンプ信号を供給するように構成された少なくとも１つのポンプ源と、
前記少なくとも１つのシード信号を増幅してそれに応答して少なくとも１つの増幅シード信号を発生させるように構成された少なくとも１つの第１増幅器段と、
前記少なくとも１つの増幅シード信号をそこに受信するように構成された少なくとも１つの多重パス第２増幅器段と、
前記少なくとも１つの多重パス第２増幅器内に位置決めされた少なくとも１つの利得媒体デバイスであって、該利得媒体デバイスが、少なくとも１つの細長ファセット及び少なくとも１つの小型ファセットを有し、該少なくとも１つの利得媒体デバイスが、該少なくとも１つの細長ファセット上で前記少なくとも１つのポンプ信号によってポンピングされ、該少なくとも１つの利得媒体デバイスが、該少なくとも１つの細長ファセット上で前記少なくとも１つの増幅シード信号を受信し、かつ出力波長範囲を有する少なくとも１つの増幅器出力信号を出力するように構成される前記少なくとも１つの利得媒体デバイスと、
前記少なくとも１つの多重パス第２増幅器段内に位置決めされた第１のミラー及び少なくとも第２のミラーであって、前記少なくとも１つの利得媒体デバイスが、該第１のミラー及び少なくとも該第２のミラーの間に位置決めされ、該第１のミラー及び該少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、前記出力波長範囲での高反射率の区域と該出力波長範囲の外側の波長での高透過率の区域とを有する前記第１のミラー及び少なくとも第２のミラーと、
少なくとも１つの前記多重パス増幅器システムと通信し、かつ前記少なくとも１つの増幅器出力信号を受信して前記出力波長範囲内の少なくとも１つの出力信号を出力するように構成された少なくとも１つの光学システムと、
を含むことを特徴とするレーザシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのシード源は、１０００ｎｍから１１００ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも１つのシード源は、約１０６４ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのシード源は、約１０３０ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのポンプ源は、細長プロファイルを有する少なくとも１つのポンプ信号出力を生成するように前記少なくとも１つのポンプ源の１又は２以上の光ファイバ導管を位置決めするように構成された少なくとも１つの位置決め特徴部を含むことを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３１】
前記利得媒体デバイスは、Ｎｄ：ＹＶＯ4材料を含むことを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３２】
前記利得媒体デバイスは、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＣａＦ2、Ｙｂ：ＣＡＬＧＯ、Ｙｂ：Ｌｕ2Ｏ3、Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰ、Ｙｂ：ガラス、半導体利得媒体、及びセラミックレーザ材料から構成される群から選択されることを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３３】
前記第１のミラー及び少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、曲面ミラーを含むことを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３４】
前記曲面ミラーの曲率半径が、前記少なくとも１つの利得媒体デバイスを通って横断する時に前記少なくとも１つの増幅出力シード信号のビーム半径を実質的に一定のビーム半径に維持するように構成されることを特徴とする請求項３３に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３５】
前記第１のミラー及び前記少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、前記利得媒体デバイスに対して角度を成していることを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３６】
前記第１のミラー及び少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、前記増幅器出力信号を反射するように構成された高反射率の少なくとも１つの領域と前記出力波長範囲内ではない光信号を透過するように構成された高透過率の少なくとも１つの領域とを含むことを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの光学システムは、少なくとも１つの追加の増幅器を含むことを特徴とする請求項２６に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項３８】
多重パス増幅器システムを有するレーザシステムであって、
シード信号波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成された少なくとも１つのシード源と、
少なくとも１つのポンプ信号波長を有する少なくとも１つのポンプ信号を供給するように構成された少なくとも１つのポンプ源と、
前記少なくとも１つのシード信号を増幅してそれに応答して少なくとも１つの増幅シード信号を発生させるように構成された少なくとも１つの第１増幅器段と、
前記少なくとも１つの増幅シード信号をそこに受信するように構成された少なくとも１つの多重パス第２増幅器段と、
前記少なくとも１つの多重パス第２増幅器内に位置決めされた少なくとも１つの利得媒体デバイスであって、該利得媒体デバイスが、少なくとも１つの細長ファセット及び少なくとも１つの小型ファセットを有し、該少なくとも１つの利得媒体デバイスが、該少なくとも１つの細長ファセット上で前記少なくとも１つのポンプ信号によってポンピングされ、該少なくとも１つの利得媒体デバイスが、該少なくとも１つの細長ファセット上で前記少なくとも１つの増幅シード信号を受信し、かつ出力波長範囲を有する少なくとも１つの増幅器出力信号を出力するように構成される前記少なくとも１つの利得媒体デバイスと、
前記少なくとも１つの多重パス第２増幅器段内に位置決めされた第１のミラー及び少なくとも第２のミラーであって、前記少なくとも１つの利得媒体デバイスが、該第１のミラーと該少なくとも１つの第２のミラーの間に位置決めされ、該第１のミラー及び該少なくとも該第２のミラーのうちの少なくとも１つが、高反射率の区域と高透過率の区域を有し、該第１のミラー及び該少なくとも該第２のミラーが、前記少なくとも１つの増幅器出力信号を反射し、かつ前記少なくとも１つのポンプ信号及び該少なくとも１つの多重パス第２増幅器段内の少なくとも１つの寄生信号のうちの少なくとも１つの反射を抑制するように位置合わせされる前記第１のミラー及び少なくとも第２のミラーと、
少なくとも１つの前記多重パス増幅器システムと通信し、かつ前記少なくとも１つの増幅器出力信号を受信して前記出力波長範囲内の少なくとも１つの出力信号を出力するように構成された少なくとも１つの光学システムと、
を含むことを特徴とするレーザシステム。
【請求項３９】
前記少なくとも１つのシード源は、１０００ｎｍから１１００ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項３８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのシード源は、１０６４ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項３８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４１】
前記少なくとも１つのシード源は、１０３０ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項３８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４２】
前記利得媒体デバイスは、Ｎｄ：ＹＶＯ4材料を含むことを特徴とする請求項３８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４３】
前記利得媒体デバイスは、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＣａＦ2、Ｙｂ：ＣＡＬＧＯ、Ｙｂ：Ｌｕ2Ｏ3、Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰ、Ｙｂ：ガラス、半導体利得媒体、及びセラミックレーザ材料から構成される群から選択されることを特徴とする請求項３８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４４】
前記第１のミラー及び少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、曲面ミラーを含むことを特徴とする請求項３８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４５】
前記曲面ミラーの曲率半径が、前記少なくとも１つの利得媒体デバイスを通って横断する時に前記少なくとも１つの増幅出力シード信号のビーム半径を実質的に一定のビーム半径に維持するように構成されることを特徴とする請求項４４に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４６】
前記第１のミラー及び前記少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、前記利得媒体デバイスに対して角度を成していることを特徴とする請求項３８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの光学システムは、少なくとも１つの追加の増幅器を含むことを特徴とする請求項３８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４８】
前記第１のミラー及び前記少なくとも１つの第２のミラーのうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの反射防止コーティングがそこに塗布され、それによって高透過率の前記少なくとも１つの区域を形成する反射器本体と、該反射器本体に選択的に塗布され、それによって高反射率の前記少なくとも１つの区域を形成する少なくとも１つの反射材料とを含み、
高反射率の前記少なくとも１つの区域は、波長依存反射器を含む、
ことを特徴とする請求項３８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項４９】
前記少なくとも１つの反射防止コーティングは、それを通して前記少なくとも１つのポンプ信号及び少なくとも１つの寄生信号のうちの少なくとも１つを透過するように構成されることを特徴とする請求項４８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【請求項５０】
少なくとも１つの寄生信号が、ラマン発生信号を含むことを特徴とする請求項４８に記載の多重パス増幅器システムを有するレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、引用によりその内容全体が本明細書に組み込まれている２０１６年１２月６日出願の「新規の多段増幅器を有するレーザシステム及び使用方法」という名称の米国仮特許出願第６２／４３０、８６２号に対する優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザシステムは、現在広範な用途に使用されている。過去において、従来の光ポンプ式固体レーザは、共振キャビティ内で固体レーザ媒体を横方向又は横断方向にポンピングするために広帯域アークランプ又はフラッシュランプが利用していた。時と共に、ダイオードポンプ式固体レーザシステムは、ほとんどの用途に対して好ましい光ポンプ式レーザシステムになっている。
【０００３】
現在利用可能なダイオードポンプ式固体レーザシステムは過去において有用であることが判明しているが、いくつかの欠点が確認されている。例えば、一部の高出力用途では、レーザ利得媒体の高電力ポンピングが必要である。典型的に、利得媒体は、利得媒体上に形成されたファセットの限定された領域内でポンプ信号を受信する。その結果、利得媒体内の熱レンズ効果のような望ましくない影響が問題になることが判明している。これに加えて、小型ファセットの境界内の利得媒体の中にシード信号を注入することは、一部の利得媒体の作動寿命の低減に至っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の観点から、多段増幅器を有するレーザシステムに対する継続的な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
多段増幅器を有するレーザシステムの様々な実施形態を本明細書に開示する。一部の実施形態では、様々なレーザシステムに使用するための単一多重パス増幅器を利用するレーザシステムを続く段落で以下に詳細に説明する。他の実施形態では、様々なレーザシステムに使用するための第１増幅器及び／又は前置増幅器と少なくとも１つの多重パス増幅器とを利用するレーザシステムを続く段落で以下に詳細に説明する。１つの特定の実施形態では、本出願は、多重パス増幅器システムを有するレーザシステムに向けられ、かつシード信号波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成された少なくとも１つのシード源を記載する。シード源は、少なくとも１つの多重パス増幅器システムと通信することができる。一部の実施形態では、増幅器システムは、そこに少なくとも１つの利得媒体、第１のミラー、及び少なくとも第２のミラーを含む。利得媒体デバイスが、第１のミラーと第２のミラーの間に位置決めされ、かつ出力波長範囲を有する少なくとも１つの増幅器出力信号を出力するように構成することができる。第１のミラー及び第２のミラーは、出力波長範囲内の増幅器出力信号を反射するように構成することができる。少なくとも１つの光学システムは、増幅器システムと通信し、かつ増幅器出力信号を受信して出力波長範囲内の出力信号を出力するように構成することができる。
【０００６】
別の実施形態では、本出願は、多重パス増幅器システムを有するレーザシステムに向けられる。レーザシステムは、シード信号波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成された少なくとも１つのシード源を含む。シード信号を増幅し、それに応答して少なくとも１つの増幅シード信号を発生させるように構成された少なくとも１つの第１増幅器段がレーザシステム内に位置決めされる。少なくとも１つの多重パス第２増幅器段は、第１増幅器段と通信している。多重パス第２増幅器段は、増幅シード信号を受信して出力波長範囲内の少なくとも１つの増幅器出力信号を発生させるように構成することができる。一実施形態では、多重パス第２増幅器段は、そこに位置決めされた少なくとも１つの利得媒体、第１のミラー、及び少なくとも第２のミラーを含む。第１のミラーと第２のミラーの間に位置決めされた利得媒体デバイスは、出力波長範囲を有する少なくとも１つの増幅器出力信号を出力するように構成することができ、第１のミラー及び第２のミラーは、出力波長範囲内の増幅器出力信号を反射するように構成される。少なくとも１つの光学システムは、増幅器システムと通信し、かつ増幅器出力信号を受信して出力波長範囲内の出力信号を出力するように構成することができる。
【０００７】
更に別の実施形態では、多重パス増幅器システムを有するレーザシステムを開示する。レーザシステムは、シード信号波長を有する少なくとも１つのシード信号を出力するように構成された少なくとも１つのシード源を含む。少なくとも１つのシード信号を増幅し、それに応答して少なくとも１つの増幅シード信号を発生させるように構成された少なくとも１つの第１増幅器段は、シード源と通信することができる。少なくとも１つの増幅シード信号を受信して出力波長範囲内の少なくとも１つの増幅器出力信号を発生させるように構成された少なくとも１つの多重パス第２増幅器段は、第１増幅器段と通信することができる。多重パス第２増幅器段は、そこに位置決めされた少なくとも１つの利得媒体、第１のミラー、及び少なくとも第２のミラーを含む。利得媒体デバイスは、第１のミラーと少なくとも第２のミラーとの間に位置決めすることができ、かつ出力波長範囲を有する少なくとも１つの増幅器出力信号を出力するように構成することができる。第１のミラー及び第２のミラーは、出力波長範囲内の少なくとも１つの増幅器出力信号を反射するように構成された曲面ミラーを含むことができる。少なくとも１つの光学システムは、増幅器システムと通信し、かつ増幅器出力信号を受信して出力波長範囲内の出力信号を出力するように構成することができる。
【０００８】
本明細書に説明するような多重パス増幅器を有するレーザシステム及び使用方法の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を考察することからより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書に開示するような多段増幅器を有するレーザシステムの新規な態様は、以下の図を考察することによってより明らかであろう。
【００１０】
【図１】多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの実施形態の概略図である。
【図２】複数の第１増幅器段がそこに含まれた多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの別の実施形態の概略図である。
【図３】複数の第２増幅器段がそこに含まれた多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの別の実施形態の概略図である。
【図４】複数の第１増幅器段と複数の第２増幅器段がそこに含まれた多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの別の実施形態の概略図である。
【図５】複数のシードの複数の第１増幅器段及び第２増幅器段の多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの別の実施形態の概略図である。
【図６】多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの実施形態に使用されるシードレーザシステムの実施形態の概略図である。
【図７】多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの実施形態に使用される第１増幅器段の実施形態の概略図である。
【図８】多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの実施形態に使用される第２増幅器段の実施形態の概略図である。
【図９】第１の反射器と少なくとも第２の反射器を使用して利得媒体デバイスをシードする多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの実施形態に使用される第２増幅器段の実施形態の概略図である。
【図１０】利得媒体デバイスが複数のポンプ源によってポンピングされている多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの実施形態に使用される第２増幅器段の実施形態の概略図である。
【図１１】第１の反射器と第２の反射器が利得媒体デバイスに対して角度を成す多段増幅器を有するレーザシステムの実施形態に使用される第１の反射器及び少なくとも第２の反射器の実施形態の概略図である。
【図１２】第１の反射器と第２の反射器が湾曲された多段増幅器を有するレーザシステムの実施形態に使用される第１の反射器及び少なくとも第２の反射器の実施形態の概略図である。
【図１３】反射器が高反射率の区域と高透過率の区域を含む多段増幅器を有するレーザシステムの実施形態における反射器の実施形態の立面斜視図である。
【図１４】図１３に示す反射器デバイスの実施形態を組み込む多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの実施形態に使用される第２増幅器段の実施形態の概略図である。
【図１５】多段増幅器を有するレーザシステムの実施形態に使用される熱レンズの３つの異なる値に関して増幅シード信号に対するそれが利得媒体デバイスを複数回通過する時の熱レンズの効果を示すグラフである。
【図１６】多段増幅器を有するレーザシステムの実施形態に使用される反射器間の距離の変動の影響を示すグラフである。
【図１７】多段増幅器を有するレーザシステムの実施形態に使用される増幅シード信号のサイズ、変動に対する垂直方向に湾曲した反射器を使用する効果を示すグラフである。
【図１８】反射器が高反射率の区域と高透過率の区域を含む多段増幅器を有するレーザシステムの実施形態における反射器の別の実施形態の立面斜視図である。
【図１９】図１８に示す反射器デバイスの実施形態を組み込む多段増幅器アーキテクチャを有するレーザシステムの実施形態に使用される第２増幅器段の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
様々なレーザシステムに使用するための多段レーザ増幅器の様々な実施形態を続く段落で以下に詳細に説明する。図１〜５は、多段増幅器アーキテクチャを組み込むレーザシステムの様々な実施形態を示している。図１に示すように、一実施形態では、レーザシステム１０は、少なくとも１つのシード信号５６を少なくとも１つの第１増幅器段６０に出力するように構成された少なくとも１つのシード源２０を含む。図１は、シード源２０が単一シード信号５６を単一の第１増幅器段６０に出力しているところを示している。対照的に、図２及び３は、単一シード源が複数のシード信号５６を複数の第１増幅器段６０ａ、６０ｂに出力しているところを示している。更に、図３は、単一シード源２０が単一シード信号を単一の第１増幅器段６０に出力し、第１増幅器段６０が複数の増幅された信号８６を複数の第２増幅器段１００ａ及び１００ｂに出力するところを示している。更に、図４は、単一シード源２０が複数の第１増幅器段６０ａ及び６０ｂと複数の第２の段１００ａ及び１００ｂとに対する複数のシード信号を出力しているところを示している。更に、図５に示すように、複数のシード源２０ａ、２０ｂを使用して複数のシード信号５６を１又は２以上の第１増幅器段６０ａ、６０ｂに送出することができる。当業者は、あらゆる数のシード源を構成してあらゆる数のシード信号をあらゆる数の第１増幅器段６０に出力することができることを認識するであろう。
【００１２】
図１に示すように、任意的に、１又は２以上の光学システム、デバイス、又は構成要素５８（以下、「光学デバイス」）は、図１〜５に示すレーザシステム１０の様々な実施形態内のどこにでも位置決めすることができる。より具体的には、図１及び４は、１又は２以上の光学システム５８がそこに位置決めされたレーザシステムの様々な実施形態を示すが、図１〜５に示すレーザシステムの様々な実施形態の全体を通じてあらゆる数の光学システム及び／又はデバイス５８を使用することができることが理解される。一実施形態では、光学デバイス５８は、１又は２以上の波長フィルタを含む。例示的波長フィルタは、１又は２以上のダイクロイックミラー、波長選択デバイス、及び光学フィルタなどを含むがこれらに限定されない。別の実施形態では、光学デバイス５８は、１又は２以上のレンズを含む。別の実施形態では、光学デバイス５８は、１又は２以上のセンサを含む。当業者は、レンズ、フィルタ、ミラー、センサ、モジュレータ、偏光子、位相差板、マスク、減衰器、波長フィルタ、及び空間フィルタなどを含むがこれらに限定されないあらゆる様々な光学デバイスを本発明のレーザシステムに使用することができることを認識するであろう。
【００１３】
再び図１を参照すると、第１増幅器段６０は、シード源２０からシード信号５６を受信し、シード信号５６を増幅して少なくとも１つの増幅シード信号８６を生成するように構成することができる。一実施形態では、第１増幅器段６０は、単一増幅シード信号８６を単一の第２増幅器段１００に出力するように構成される（図１及び５を参照）。対照的に、図２は、単一増幅シード信号８６を単一の第２増幅器段１００に各々が出力する複数の第１増幅器段６０ａ、６０ｂを示している。これに代えて、図３は、複数の増幅シード信号８６を複数の第２増幅器段１００ａ、１００ｂに出力する単一の第１増幅器段６０を有するレーザシステム１０の実施形態を示している。レーザシステム１０内では、あらゆる数の第１増幅器段６０を使用することができる。更に、図２に示す実施形態では、複数の第１増幅器段６０ａ、６０ｂを並列構成に示している。しかし、第１増幅器段６０ａ、６０ｂを連続的に（直列に）位置決めすることができることを当業者は認識するであろう。同様に、シード源２０ａ、２０ｂ、第１増幅器段６０ａ、６０ｂ、及び／又は第２増幅器段１００ａ、１００ｂを含むレーザシステム１０の様々な構成要素は、存在する場合に並列構成に、又は連続的直列構成に、又はそのいずれかの組合せに構成することができる。
【００１４】
図１に示すように、レーザシステム１０は、そこに少なくとも１つの第２増幅器段１００を含むことができる。図示の実施形態では、第２増幅器段１００は、レーザシステム１０内に位置決めされた１又は２以上の第１増幅器段６０と通信することができる。図１及び２は、単一の第２増幅器段１００がそこに位置決めされたレーザシステムの実施形態を示している。任意的に、図３〜５に示すように、レーザシステムの様々な実施形態は、複数の第２増幅器段１００ａ、１００ｂをレーザシステムに位置決めしている。一実施形態では、第２増幅器段１００ａ、１００ｂは、単一の第１増幅器段６０と通信する。任意的に、複数の第２増幅器段１００ａ、１００ｂは、１又は２以上の第１増幅器段６０ａ、６０ｂと通信する（図２、４、及び５を参照）。レーザシステム１０では、あらゆる数の第２増幅器段１００を使用することができる。更に、レーザシステム１０内では、あらゆる数の追加の増幅器段を使用することができる。
【００１５】
図１〜５に示すように、少なくとも１つの増幅出力信号１１０は、レーザシステム１０内に位置決めされた１又は２以上の第２増幅器段１００から放出することができる。図１及び２に示すように、単一増幅出力信号１１０が、第２増幅器段１００から放出される。これに代えて、図３〜５は、レーザシステム１０内に位置決めされた多くの第２増幅器段１００から複数の増幅出力信号１１０が放出されるレーザシステム１０の様々な実施形態を示している。図示の実施形態では、増幅出力信号１１０は、少なくとも１つの出力信号２５０を出力するように構成された１又は２以上の光学システム又は光学デバイス２００に向けられる。一実施形態では、光学システム２００は、１又は２以上のアイソレータを含む。別の実施形態では、光学システム２００は、１又は２以上のモジュレータを含む。任意的に、光学システム２００は、少なくとも１つのテレスコープを含むことができる。更に、光学システム２００は、１又は２以上のレーザシステム及び増幅器などを含むことができる。例えば、光学システム２００は、１又は２以上の追加の多段増幅器を含むことができる。追加の多段増幅器２００は、１又は２以上の単一パス増幅器を含むことができる。任意的に、追加の多段増幅器２００は、１又は２以上の多重パス増幅器を含むことができる。別の実施形態では、光学システム２００は、少なくとも１つの単段増幅器を含むことができる。任意的に、光学システム２００は、１又は２以上の非線形光学結晶を含むことができる。任意的に、レーザシステム１０は、光学システム２００を含む必要はない。
【００１６】
図６は、図１に示すレーザシステム１０と共に使用するためのシード源２０の実施形態の概略図を示している。図示のように、シード源２０は、そこに少なくとも１つのシードレーザ２２を含む。一実施形態では、シードレーザ２２は、ダイオードレーザシステムを含む。例えば、シードレーザ２２は、１又は２以上の利得スイッチ式ダイオードレーザシステムを含むことができる。別の実施形態では、シードレーザは、１又は２以上のファイバ増幅式ダイオードレーザ源を含む。更に、シード源２０は、注入シードダイオードレーザシステムを含むことができる。任意的に、シード源２２は、１又は２以上のファイバレーザデバイスを含むことができる。要するに、シード源２０でのシードレーザ２２としてあらゆるタイプのレーザシステムを使用することができる。
【００１７】
シードレーザ２２は、約４００ｎｍから約１４００ｎｍの波長を有する少なくとも１つのシード信号２４を出力するように構成することができる。例えば、一実施形態では、シードレーザ２２は、約６００ｎｍから約１２００ｎｍの波長を有するシード信号２４を出力する。例えば、シード信号２４は、約１０６４ｎｍの波長を有することができる。更に別の実施形態では、シード信号２４は、約１０３０ｎｍの波長を有する。更に、シードレーザ２２は、パルス出力を出力するように構成することができる。例えば、シードレーザ２２は、１００ｋＨｚ又はそれよりも高い繰返し速度を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。別の実施形態では、シードレーザ２２は、１ＭＨｚ又はそれよりも高い繰返し速度を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。任意的に、シードレーザ２２は、１５ＭＨｚ又はそれよりも高い繰返し速度を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。例えば、シードレーザ２２は、２０ＭＨｚ又はそれよりも高い繰返し速度を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。任意的に、シードレーザ２２は、１０ｋＨｚ又はそれよりも高い繰返し速度を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。
【００１８】
再び図６を参照すると、シードレーザ２２は、あらゆる望ましいパルス幅を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。一実施形態では、シードレーザ２２は、約１００ｐｓ未満のパルス幅を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。別の実施形態では、シードレーザ２２は、約５０ｐｓ未満のパルス幅を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。任意的に、シードレーザ２２は、約２５ｐｓ未満のパルス幅を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。別の実施形態では、シードレーザ２２は、約１ｐｓ未満のパルス幅を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。更に、シードレーザ２２は、約１μＷ〜約２００μＷの電力を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。例えば、シードレーザ２２は、約４０μＷ〜約８０μＷの電力を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。別の実施形態では、シードレーザ２２は、約６５μＷ〜約８５μＷの電力を有するシード信号２４を出力するように構成することができる。
【００１９】
再び図６を参照すると、シード源２０は、シード信号２４をフィルタ（濾過）して少なくとも１つのフィルタされた信号又はチャープ信号３２（以下、「フィルタ信号」）を生成するように構成された１又は２以上の光学フィルタ２６を含むことができる。一実施形態では、光学フィルタ２６は、少なくとも１つのブラッグ反射器を含む。例えば、光学フィルタ２６は、少なくとも１つのチャープファイバブラッグ格子を含むことができる。図示の実施形態では、光学フィルタ２６は、少なくとも１つの導管３０を通じて少なくとも１つのセンサ又は制御デバイス２８と通信する。例えば、使用中に、ユーザが光学フィルタ２６を通る波長透過の範囲を選択的に変えられるように制御デバイス２８を構成することができる。従って、チャープ信号３２の波長特性は容易に変えることができる。任意的に、光学フィルタ２６は、ユーザがチャープ信号３２のいずれの様々な特性をも選択的に調節することができるように構成することができる。
【００２０】
図６に示すように、チャープ信号３２を増幅するために、シード源２０内に第１増幅器３４を含めることができる。一実施形態では、第１増幅器３４は、少なくとも１つのファイバ増幅器を含む。一実施形態では、シード源２０に使用される第１増幅器３４及び第２増幅器４２（存在する場合）のタイプは、レーザシステム１０に使用される増幅器段６０及び第２増幅器段１００のタイプに依存する場合がある。例えば、第１及び第２増幅器段６０、１００がＹｂ：ＹＡＧを含む場合に、約１０３０ｎｍの波長で作動するＹｂ：ファイバ増幅器をシード源２０での第１増幅器３４として使用することができる。対照的に、第１及び第２増幅器段６０、１００がＮｄ：ＹＶＯ4を含む場合に、約１０６４ｎｍの波長で作動するＹｂ：ファイバ増幅器をシード源２０での第１増幅器３４として使用することができる。任意的に、あらゆる様々なデバイスをシード源２０内に使用することができる。第１増幅器３４は、信号３２を増幅して少なくとも１つの増幅シード信号３６を生成するように構成され、その信号を少なくとも１つのモジュレータシステム又はデバイス３８に向けることができる。
【００２１】
再び図６を参照すると、モジュレータデバイス３８は、パルス増幅シード信号３６の繰返し周波数を変えて少なくとも１つの変調増幅シード信号４０を生成するように構成される。一実施形態では、モジュレータデバイス３８は、約５ｋＨｚ〜約１０００ｋＨｚの繰返し速度を有する変調シード信号４０を出力するように構成される。別の実施形態では、モジュレータデバイス３８は、約１００ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚの繰返し速度を有する変調増幅シード信号４０を出力するように構成される。任意的に、モジュレータデバイス３８は、約２５０ｋＨｚ〜約３５０ｋＨｚの繰返し速度を有する変調増幅シード信号４０を出力するように構成される。例えば、モジュレータデバイス３８は、約３３３ｋＨｚの繰返し速度を有する変調増幅シード信号４０を出力するように構成される。一実施形態では、モジュレータデバイス３８は、１０００ｋＨｚよりも高い繰返し速度を有する変調シード信号４０を出力するように構成される。一実施形態では、モジュレータデバイス４８は、音響光学モジュレータを含む。任意的に、電気光学モジュレータ、振幅モジュレータ、位相モジュレータ、及び液晶モジュレータなどを含むがこれらに限定されないあらゆる様々な代替デバイスを使用することができる。別の実施形態では、シード源２０は、モジュレータデバイス３８を含まない。
【００２２】
図６に示すように、変調増幅シード信号４０を増幅して少なくとも１つの増幅変調信号４４を生成するために、少なくとも１つの第２増幅器４２をシード源２０に含めることができる。一実施形態では、第２増幅器４２は、少なくとも１つのＹｂ：ファイバ増幅器を含む。任意的に、あらゆる様々なデバイスをシード源２０内に使用することができる。例えば、ファイバ増幅器に代えて又はそれに加えて、固体増幅器を必要に応じて使用することができる。更に、シード源２０内であらゆる数の追加の増幅器を使用することができる。シード源２０内に位置決めされた又はそれと通信する少なくとも１つのアイソレータ４６内に増幅変調信号４４を向けることができる。一実施形態では、アイソレータ４６は、シード源２０での増幅変調信号出力５６の後方反射を低減又は排除するように構成される。当業者は、シード源２０内のあらゆる場所であらゆる数のアイソレータ４６を使用することができることを認識するであろう。アイソレータ４６は、少なくとも１つのシード信号５６をレーザシステム１０の少なくとも１つの第１の増幅段６０に出力するように構成することができる。一実施形態では、シード信号５６は、約１ｐｓ〜約１００ｐｓのパルス幅と約１０μＪ〜約７０μＪのパルスエネルギとを含む。例えば、シード信号５６は、約２０ｐｓのパルス幅と約４０μＪのパルスエネルギを含むことができる。更に、シード信号５６は、約３００ｋＨｚ〜約４５０ｋＨｚの繰返し速度と約５ｍＷ〜約１００ｍＷの電力とを含むことができる。任意的に、レンズ、ミラー、折り返しミラー、平面ミラー、曲面ミラー、ダイクロイックフィルタ、ノッチフィルタ、格子、センサ、光学フィルタ、減衰器、モジュレータ、サーキュレータ、ファイバブラッグ格子、レーザダイオード、及び容積ブラッグ格子などを含むがこれらに限定されないあらゆる様々な追加光学要素又はデバイスをシード源２０内に使用することができる。図示の実施形態では、シード源２０の様々な構成要素は、少なくとも１つのハウジング５０内に位置決めされる。当業者は、シード源２０の様々な構成要素を複数のハウジング内に位置決めすることができ、又は代わりにレーザシステム１０の別のサブシステム内に位置付けることができることを認識するであろう。
【００２３】
図７は、上記で図１〜５に示す第１増幅器段６０の実施形態を示している。図示のように、第１増幅器段６０は、第１増幅器段６０の様々な構成要素をそこに収容するように構成された少なくとも１つのハウジング６２を含むことができる。任意的に、第１増幅器段６０は、ハウジング６２を含む必要はない。少なくとも１つの第１増幅器ポンプ源６４を使用して少なくとも１つのポンプ信号７６を生成することができる。図示の実施形態では、第１増幅器ポンプ源６４は、約６００ｎｍから約１０００ｎｍの波長を有する少なくとも１つのポンプ信号７６を出力するように構成されたファイバ結合式ダイオードポンプ源を含むが、当業者は、第１増幅器ポンプ源６４内であらゆる様々なポンプ源を使用することができることを認識するであろう。一実施形態では、ポンプ信号７６は、約９００ｎｍから約１０００ｎｍの波長を有する。例えば、ポンプ信号７６は、約９４０ｎｍの波長を有することができる。別の実施形態では、ポンプ信号７６は、約９６９ｎｍの波長を有することができる。任意的に、ポンプ信号７６は、約８０８ｎｍの波長を有することができる。別の実施形態では、ポンプ信号７６は、約８８０ｎｍの波長を有することができる。更に、ポンプ源６２は、連続波ポンプ信号又は代わりにパルスポンプ信号を出力するように構成することができる。例えば、ポンプ信号７６は、約１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ又はそれよりも高い繰返し速度を有することができる。例えば、一実施形態では、ポンプ信号７６は、約１０ｋＨｚの繰返し速度を有する。別の実施形態では、パルス信号７６は、約５０ＭＨｚ〜約１２５ＭＨｚの繰返し速度を有する。
【００２４】
再び図７を参照すると、少なくとも１つの光ファイバ導管６６を使用してポンプ信号７６を望ましい場所に送出することができる。任意的に、ポンプ源６４は、光ファイバ導管６６を含む必要はない。光ファイバ導管６６は、少なくとも１つのポンプ信号送出システム７０によって終端する。一実施形態では、ポンプ信号送出システム７０は、劈開光ファイバ面を含む。別の実施形態では、ポンプ信号送出システム７０は、１又は２以上のレンズ、ミラー、フィルタ、センサ、位置決めデバイス（Ｖ溝及びチャックなどのような）、及び類似のデバイスを含むことができる。図示の実施形態では、少なくとも１つの光学要素７２がポンプ信号送出システム７０に結合されているが、ポンプ信号送出システム７０は、そこにそのような要素を含むことができ、又はそのようなデバイスを含まずに作動することができる。
【００２５】
図示のように、ポンプ信号７６は、ポンプ信号送出システム７０から出て少なくとも１つの反射器７４を通って横断するように向けられ、かつ第１増幅器段６０内に位置決めされた少なくとも１つの利得媒体８２に入射する。一実施形態では、反射器７４は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号を透過させる一方、約１０００ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を反射するように構成された少なくとも１つのダイクロイックミラーを含む。当業者は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号を透過させる一方、約１０００ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を反射するように構成されたあらゆる様々な光反射器を本発明のシステムに使用することができることを認識するであろう。更に、反射器７４は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号を透過させる一方、約１０２０ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を反射するように構成することができる。別の実施形態では、更に、反射器７４は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号を透過させる一方、約１０２０ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を反射するように構成することができる。別の実施形態では、反射器７４は、複数の光信号を透過させるように構成することができる。例えば、反射器７４は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号と約１１００ｎｍよりも大きい波長を有する少なくとも１つの光信号とを透過させる一方、約１０６４ｎｍの波長を有する全ての光を実質的に反射するように構成することができる。別の実施形態では、反射器７４は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号と約１１００ｎｍよりも大きい波長を有する少なくとも１つの光信号とを透過させる一方、約１０３０ｎｍの波長を有する全ての光を実質的に反射するように構成することができる。
【００２６】
再び図７を参照すると、任意的に、少なくとも光学要素８０は、第１増幅器段６０内のどこにでも位置決めすることができる。例示的光学要素８０は、折り返しミラー、平面ミラー、曲面ミラー、レンズ、熱管理デバイス、ファン、チラー、及びフィルタなどを含むがこれらに限定されない。図示のように、ポンプ信号７６は、光学要素８０を通って横断して利得媒体８２に入射する。一実施形態では、利得媒体８２は、望ましい利得材料で構成された少なくとも１つのスラブ、ロッド、ディスク、又は類似の本体を含む。例示的利得材料は、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＣａＦ2、Ｙｂ：ＣＡＬＧＯ、Ｙｂ：Ｌｕ2Ｏ3、Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰ、Ｙｂ：ガラス、半導体利得媒体、及びセラミックレーザ材料などを含むがこれらに限定されない。
【００２７】
図７に示すように、少なくとも１つのシード源からの少なくとも１つのシード信号５６（図１〜５参照）は、そのシード信号５６を増幅して少なくとも１つの増幅シード信号８６を出力する利得媒体８２に入射する。例えば、一実施形態では、シード信号５６は、増幅前に約２０ｐｓのパルス幅、約４０μＪのパルスエネルギ、約３３３ｋＨｚの繰返し速度、及び約５ｍＷ〜約１５ｍＷの電力を有する。第１増幅器段６０は、増幅後に約２０ｐｓのパルス幅、約１８μＪのパルスエネルギ、約３３３ｋＨｚの繰返し速度、及び約５Ｗ〜１５Ｗの電力を有する少なくとも１つの増幅シード信号８６を第２増幅器段１００へ出力するように構成することができる。当業者は、レーザシステム１０内であらゆる数の第１増幅器段６０を使用することができることを認識するであろう。
【００２８】
図８〜１４は、レーザシステムのための多段増幅器に使用するための第２増幅器段１００の様々な実施形態を示している。図示のように、第２増幅器段１００は、ハウジング１１２内に位置決めすることができ、又はこれに代えてより大きい光学システム又はレーザのハウジング内に位置決めすることができる。図示のように、第２増幅器段１００は、そこに少なくとも１つの利得媒体デバイス１２０を含む。一実施形態では、利得媒体デバイス１２０は、Ｙｂ：ＹＡＧである。別の実施形態では、利得媒体デバイス１２０は、Ｎｄ：ＹＶＯ4である。例示的利得材料は、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＣａＦ2、Ｙｂ：ＣＡＬＧＯ、Ｙｂ：Ｌｕ2Ｏ3、Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰ、Ｙｂ：ガラス、半導体利得媒体、及びセラミックレーザ材料などを含むがこれらに限定されない。一実施形態では、利得媒体デバイス１２０は、望ましい利得材料で構成された少なくとも１つのスラブ、ロッド、ディスク、又は類似の本体を含む。例えば、図示の実施形態では、利得媒体デバイス１２０は、細長ファセットＦLonと小型ファセットＦComを含む。従って、細長ファセットＦComの長さは、小型ファセットＦComの長さよりも大きいとすることができる。図示の実施形態では、利得媒体デバイス１２０に入射するシード信号８６のエネルギ及び／又はフルエンスは、少なくとも１つの細長ファセットＦLonにわたってより分散的であり（すなわち、横断方向ポンピング）、それによって熱レンズ効果を低減すると同時に利得媒体デバイス１２０を損傷する可能性を低減する。これに代えて、利得媒体デバイス１２０は、小型ファセットＦComを通じてシードすることができることを当業者は認識するであろう。別の実施形態では、利得媒体デバイス１２０は、細長ファセットＦLon及び小型ファセットＦComを通じてシードすることができる。その結果、当業者は、利得媒体デバイス１２０をあらゆる様々な形状、寸法、及び構成で製造することができることを認識するであろう。
【００２９】
再び図８〜１４を参照すると、利得媒体デバイス１２０は、少なくとも１つの反射器に近接することができる。図示の実施形態では、利得媒体デバイス１２０は、少なくとも１つの第１増幅器段６０からの少なくとも１つの増幅信号８６の少なくとも一部分を利得媒体デバイス１２０に反射するように構成された２つの反射器１３２の間に位置決めされる。利得媒体デバイス１２０は、少なくとも１つのポンプ源１２２によってポンピングされるように構成される。任意的に、あらゆる様々な代替レーザシステムを使用して利得媒体デバイス１２０をポンピングすることができる。更に、少なくとも１つのポンプ源１２２は、約６００ｎｍから約１０００ｎｍの波長を有する少なくとも１つのポンプ信号１３０を出力するように構成することができる。一実施形態では、ポンプ信号１３０は、約９００ｎｍから約１０００ｎｍの波長を有する。例えば、ポンプ信号１３０は、約９４０ｎｍの波長を有することができる。別の実施形態では、ポンプ信号１３０は、約９６９ｎｍの波長を有することができる。任意的に、ポンプ信号１３０は、約８０８ｎｍの波長を有することができる。別の実施形態では、ポンプ信号１３０は、約８８０ｎｍの波長を有することができる。更に、ポンプ源１２２は、連続波ポンプ信号又は代わりにパルスポンプ信号を出力するように構成することができる。例えば、ポンプ信号１３０は、約１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ又はそれよりも高い繰返し速度を有することができる。例えば、一実施形態では、ポンプ信号１３０は、約１０ｋＨｚの繰返し速度を有する。別の実施形態では、パルス信号１３０は、約５０ＭＨｚ〜約１２５ＭＨｚの繰返し速度を有する。
【００３０】
図示の実施形態では、複数のファイバ結合式ダイオードポンプ源１２２は、利得媒体デバイス１２０に１又は２以上のポンプ信号１３０を供給するように構成される。図示の実施形態では、ダイオードポンプ源１２２は、少なくとも１つの光ファイバ導管１２６に結合される。光ファイバ導管１２６は、１又は２以上のポンプ信号送出システム１２４に結合することができるが（図１０参照）、必ずしもそうである必要はない。一実施形態では、ポンプ信号送出システム１２４は、１又は２以上の光ファイバ導管１２６を緊密に近接して位置合わせする又は他に位置決めするように構成された１又は２以上のＶ溝又は類似の位置決め特徴部を含むことができる。一実施形態では、光ファイバ導管１２６は、約５００μｍ未満の距離だけ分離される。一実施形態では、光ファイバ導管１２６は、約５００μｍよりも大きい距離だけ分離される。更に別の実施形態では、光ファイバ導管１２６は、約１００μｍの距離だけ分離される。従って、光ファイバ導管１２６は、ダイオードバー、光パイプ、導波路、又は類似の構造体のような細長ポンプ源の出力のような細長プロファイルを有する出力を生成するように位置決めすることができる。図１０に示すように、ポンプ信号送出システム１２４は、ポンプ信号１３０を利得媒体デバイス１２０に向けるように構成された１又は２以上のフィルタ、センサ、及びレンズなど含むことができる。例えば、図示の例では、１又は２以上のレンズ又は類似の光学構成要素１２８、１３４を使用してテレスコープ、コリメータ、ホモジナイザー、回折ビーム整形器、屈折ビーム整形器、及びレンズアレイなどを形成し、利得媒体デバイス１２０をポンピングするポンプ信号１３０を調節することができる。一実施形態では、複数の光学構成要素１２８、１３４は、複数の光ファイバ導管１２６の近くに位置決めすることができる（図１０参照）。代替実施形態では、複数の個々の光学構成要素よりもむしろ単一の光学構成要素１２８、１３４を使用することができる。
【００３１】
図８及び１０に示すように、ポンプ信号１３０は、ポンプ信号送出システム１２６から出て少なくとも１つの反射器１３２を通って横断するように向けられ、かつ第２増幅器段１００内に位置決めされた少なくとも１つの利得媒体デバイス１２０に入射する。図示の実施形態では、利得媒体デバイス１２０は、ポンプ信号１３０によって側面ポンピングされる。別の実施形態では、利得媒体デバイス１２０は、ポンプ信号１３０によって利得媒体デバイス１２０の細長ファセットに沿ってポンピングされることになる。任意的に、利得媒体デバイス１２０は、ポンプ信号１３０によって端面ポンピングすることができる。一実施形態では、反射器１３２は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号を透過させる一方、約１０００ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を反射するように構成された少なくとも１つのダイクロイックミラー（平面又は曲面）を含む。当業者は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号を透過させる一方、約１０００ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を反射するように構成されたあらゆる様々な光反射器を本発明のシステムに使用することができることを認識するであろう。更に、反射器１３２は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号を透過させる一方、約１０２０ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を反射するように構成することができる。別の実施形態では、更に、反射器１３２は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号を透過させる一方、約１０３０ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を反射するように構成することができる。別の実施形態では、反射器１３２は、複数の光信号を透過させるように構成することができる。例えば、反射器１３２は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号と約１１００ｎｍよりも大きい波長を有する少なくとも１つの光信号とを透過させる一方、約１０６４ｎｍの波長を有する全ての光を実質的に反射するように構成することができる。別の実施形態では、反射器１３２は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号と約１１００ｎｍよりも大きい波長を有する少なくとも１つの光信号とを透過させる一方、約１０３０ｎｍの波長を有する全ての光を実質的に反射するように構成することができる。
【００３２】
図８〜１０に示すように、反射器１３２は、増幅シード信号８６を受信して多重パス増幅のためにシード信号８６を利得媒体デバイス１２０に繰返し向け、それによって増幅出力信号１１０を出力する。例えば、一実施形態では、増幅シード信号は、約２０ｐｓのパルス幅、約１８μＪのパルスエネルギ、約３３３ｋＨｚの繰返し速度、及び約５Ｗ〜約１５Ｗの電力を有するが、第２増幅器段１００の出力は、約２０ｐｓのパルス幅、約１７５μＪのパルスエネルギ、約３３３ｋＨｚの繰返し速度、及び約５８Ｗ又はそれよりも高い電力を有する。
【００３３】
図１１は、第２増幅器段１００に使用される反射器の代替実施形態を示している。図示のように、反射器１３２は実質的に平面の本体を含み、少なくとも１つの反射器は、利得媒体デバイス１２０に対して僅かな楔角で位置決めされる。これに代えて、図１２は、反射器１３２が実質的に曲面の本体を含むことを示している。当業者は、反射器１３２があらゆる望ましい形状、サイズ、及び構成を有するように製造することができることを認識するであろう。任意的に、少なくとも１つの反射器は、その上に形成された望ましい波長での高反射率の区域又は領域と高透過率の区域又は領域とを含むことができる。例えば、図１３及び１４は、反射器本体１４２を有する新規の「ストライプ状」反射器１４０の実施形態を示している。図示のように、反射器本体１４２は、望ましい波長での高反射率の区域又は領域１４４と望ましい波長での高透過率の区域又は領域１４６とを含む。使用中に、増幅シード信号８６は、反射器本体１４２に入射する。一実施形態では、少なくとも１つの反射器本体１４２は、増幅シード信号８６が反射器本体１４２上に形成された高反射率の区域又は領域１４４に入射するように位置合わせされる。図１４に示すように、利得媒体デバイス１２０内に形成された寄生信号１４８（ラマン発生信号を含む）は、高透過率の区域又は領域に入射し、それによって寄生信号１４８が抽出される、抑制される、及び／又は反射器１４０によって反射されないことが可能になる。高反射率の区域は、利得媒体デバイス１２０を通る実質的に全ての増幅出力信号１１０を反射するように構成される一方、高透過率の区域は、利得媒体デバイス１２０内で発生した実質的に全ての寄生信号と共に使用中に吸収されなかった増幅シード信号８６及び使用されなかったポンプ信号１３０（図１０参照）を透過するように構成される。図示のように、寄生信号又は未使用信号１４８は、反射器１３２を透過することができる。別の実施形態では、反射器１４０は、反射器本体１４２の上に少なくとも１つの反射防止コーティングを塗布することによって形成された少なくとも１つの高透過率区域１４６を含む。その後に、被覆反射器本体１４２の上に波長依存反射器材料を選択的に塗布することにより、望ましい波長での１又は２以上の高反射率区域１４４を形成することができる。
【００３４】
ここで図８を参照すると、利得媒体デバイス１２０は、ダイオードポンプ源１２２から１又は２以上のポンプ信号１３０を受信する。一実施形態では、ダイオードポンプ源１２２により、実質的に垂直方向に熱レンズが利得媒体デバイス１２０内に生じる。図８及び９に示すように、増幅シード信号８６が利得媒体デバイス１２０を複数回通過すると、増幅シード信号８６は、熱レンズの影響を受ける可能性がある。図１５は、熱レンズの３つの異なる値に対して増幅シード信号８６が利得媒体デバイス１２０を複数回通過する時の増幅シード信号８６に対する熱レンズ効果を示している。増幅シード信号８６が利得媒体デバイス１２０を通過して増幅出力１１０として現れる時にそのサイズが実質的に変化しないままに留まることをもたらす熱レンズの実質的に１つの値（ｆTL＝６００ｍｍ）が存在することは明らかである。熱レンズの他のいずれの値に対しても、増幅シード信号８６は、利得媒体デバイス１２０の熱レンズによって影響を受けるのでサイズが変化することになる。このサイズ変化は、以下に限定するものではないが、１又は２以上のポンプビームとの不十分な重複による効率の損失、ビーム品質の劣化、又はビームが他の構成要素と干渉し始める又は熱レンズがｆTL＝４００ｍｍである図１５に図示の例のように十分に小さくなる場合の更なる損傷という悪影響をもたらす可能性がある。
【００３５】
図１６は、反射器１３２の利得媒体デバイス１２０からの異なる距離に関して実質的に固定された熱レンズ値ｆTL＝４００ｍｍに対する増幅シード信号８６のサイズの変動を示している。代替実施形態では、図１６に示すように、反射器１３２と利得媒体デバイス１２０の間の距離を約１５ｍｍから約２３ｍｍに増加させた場合に、増幅シード信号８６のサイズは、利得媒体を複数回通過する時に再び実質的に一定になると考えられる。
【００３６】
図１７は、反射器１３２が垂直方向に湾曲された更に別の実施形態に関して増幅シード信号８６のサイズ変動を示している。ｆTL＝４００ｍｍの熱レンズ値及び約１５ｍｍの分離距離に対して、反射器１３２が−２４００ｍｍの曲率半径の曲面を有する場合に、増幅シード信号８６のサイズは、利得媒体デバイス１２０の複数回の通過にわたってここでもまた実質的に一定とすることができる。
【００３７】
図１８及び１９は、本明細書に開示するレーザシステムに使用することができる新規な反射器の代替実施形態を示している。図１８に示すように、ミラー又は反射器２４０は、反射器本体２４２を含む。図示のように、反射器本体２４２は、望ましい波長での高反射率の大きな単一の区域又は領域２４４と望ましい波長での高透過率の単一の区域又は領域２４６とを含む。例えば、高透過率の区域又は領域２４６は、その上に入射する実質的に全ての光信号を透過させるように構成することができる。更に、高反射率の区域又は領域２４４は、約１０００ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を選択的に反射する一方、約１０００ｎｍ未満の波長を有する光を選択的に透過させるように構成することができる。別の実施形態では、高反射率の区域又は領域２４４は、約１０２０ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を選択的に反射する一方、約１０００ｎｍよりも大きい波長を有する全ての光を透過させるように構成することができる。任意的に、高反射率の区域又は領域２４４は、約１０３０ｎｍよりも大きい波長を有する実質的に全ての光を選択的に反射する一方、約１０００ｎｍ未満の波長を有する全ての光を透過させるように構成することができる。別の実施形態では、反射器１３２は、複数の光信号を透過させるように構成することができる。例えば、反射器１３２は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号と約１１００ｎｍよりも大きい波長を有する少なくとも１つの光信号とを透過させる一方、約１０６４ｎｍの波長を有する全ての光を実質的に反射するように構成することができる。別の実施形態では、反射器１３２は、約１０００ｎｍ未満の波長を有する少なくとも１つの光信号と約１１００ｎｍよりも大きい波長を有する少なくとも１つの光信号とを透過させる一方、約１０３０ｎｍの波長を有する全ての光を実質的に反射するように構成することができる。別の実施形態では、新規の反射器本体２４２上の高反射率の区域２４４と高透過率の区域２４６は、実質的に同じ区域である場合がある。より具体的には、反射器２４０は、望ましい波長範囲（すなわち、約１０２０ｎｍから約１１００ｎｍ）内の光を反射する一方、その波長範囲外の光を透過するように構成されたダイクロイックミラーを含むことができる。別の実施形態では、反射器２４０は、ノッチミラーを含むことができる。
【００３８】
使用中に、図１９に示すように、増幅シード信号８６は、反射器本体２４２に入射する。図示のように、増幅シード信号８６は、利得媒体デバイス１２０の細長ファセットＦLonに沿って入射することができる。同様に、利得媒体デバイス１２０は、図１０に説明するような少なくとも１つのポンプ信号２３０によって細長ファセットＦLonに沿ってポンピングすることができる。更に、増幅シード信号８６が利得媒体デバイス１２０に入射する角度は、増幅シード信号８６が利得媒体デバイス１２０を通過する回数を最適化するように選択することができる。少なくとも１つの反射器本体１４２の位置合わせは、増幅シード信号８６が利得媒体デバイス１２を通過する回数を最適化するように構成することもできる。その結果、利得媒体デバイス１２０は、増幅シード信号８６によって浸透され、それによって利得媒体デバイス１２０内での寄生信号（ラマン発生信号を含む）の発生を抑制することができる。高反射率の区域２４４は、利得媒体デバイス１２０を複数回通過することによって発生された増幅出力信号１１０の実質的に全てを反射するように構成される。更に、高反射率の区域２４４は、吸収されなかったシード信号、使用されなかったポンプ信号２３０、及び／又は増幅処理中に発生した寄生信号をそれを通して透過するように構成される。図示の実施形態では、増幅出力信号１１０は、少なくとも１つの反射器２４０上に形成された高透過率の少なくとも１つの区域又は領域２４６を通じて多重パス増幅部１００から抽出することができる。
【００３９】
本明細書に開示する実施形態は、本発明の原理を例示するものである。本発明の範囲に入る他の修正を使用することができる。従って、本出願に開示するデバイスは、本明細書に図示して説明した通りのものに限定されない。
【符号の説明】
【００４０】
８６  増幅シード信号
１２０  利得媒体デバイス
１３２  反射器
１４４  高反射率の区域又は領域
１４８  寄生信号
【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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【国際調査報告】
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