光ポンピング装置
本発明は光ポンピング装置（１２）に関する。本装置（１２）は、レーザイオンがドーピングされた活性材料ベースで形成された所定の体積を有する少なくとも一つの薄い層（１３）を備える。また、本装置（１２）は、活性材料のレーザイオンを励起状態にできるように波長が選択され所定の寸法の断面を有する少なくとも一つのポンプビーム（１９）も備える。このポンプビームは、入射角（θｐ）で層（１３）の入射ポイント（４７）に入射し、層（１３）内に少なくとも一つの光学利得領域（２０）を形成する。この領域（２０）は層（１３）の体積未満の体積と層（１３）内での位置とを有するが、その体積及び位置は、入射ポイント（４７）、ポンプビーム（１９）の断面の寸法及び入射角（θｐ）によって調節可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ポンピング装置に関する。半発明は特に、レーザビームの増幅及び／又は誘導と、レーザ発振器とに特に適する。本発明を、レーザ光が使用されるあらゆる分野の応用において用いることが可能である。更に、本発明は、このような光ポンピング装置を備えたレーザ発振器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
励起状態の粒子（原子、イオンまたは分子）は、一番目のフォトンに等しいエネルギーの二番目のフォトンの到達によって生じる刺激が原因で、一番目のフォトンを放出する傾向がある。この現象は誘導放出と称される。この現象を複数の粒子上で多数回繰り返すことによって、レーザビームと称される、全て同質のフォトンから成り同じ色で同一方向に同時に放出される光が得られる。
【０００３】
レーザイオンがドーピングされた活性媒体、つまり、多数の励起可能粒子から成る媒体においては、こうした粒子は、自然な状態では、ほぼ全てが非励起状態にある。従って、上述のレーザビームの放出を誘発可能にするために、エネルギー源を用いて、この状況を覆す必要がある。つまり、非励起状態よりも多数の励起状態の粒子を得る必要がある。このプロセスは“反転分布”と称される。
【０００４】
光ポンピングは、各々の粒子にフォトンを吸収させることによって、非励起状態から励起状態へと粒子を変化させることから成る反転分布法である。光ポンピングはレーザビームの形成中に用いられ得る。つまり、レーザ発振器中に見出される活性媒体中の分布を反転させるために、または、既存のレーザビーム（例えばレーザダイオードによって放出される）を、光ポンピング装置の活性媒体を通過させることによって増幅及び／又は誘導するために用いられ得る。特に、光ポンピングは、活性媒体中に、ポンプビームと称される一つ以上の光線を送ることから成り、次に、レーザ信号ビームと称されるレーザ源から放出されるビームが通過する。
【０００５】
平面形状の誘導構造を備えたレーザダイオードによる光ポンピング装置が、いくつか知られている。
【０００６】
横方向の光ポンピング装置１が図１Ａに示されている。レーザ信号ビームは、レーザイオンがドーピングされた活性媒体４の第一面６を介して入射することによって、活性媒体４を通過する。また、一つ以上のポンプビーム３も、レーザ信号ビーム２に対して直角に、第一面６に直角な活性媒体６の第二面５を介して入射することによって、活性領域４の全体を通過する。出力増幅を実行するため、この横方向の光ポンピング装置は二つの主な欠点を示す。第一に、レーザ信号ビーム２及びポンプビーム３のそれぞれが、活性媒体４の異なる面を介して活性媒体４に入射するので、これらのビーム２及び３をそれぞれの入射面６及び５上に集光することが必要である。更に、活性媒体４中のポンプビーム３の軌道のかなりの長さを考慮すると、ポンプビーム３がこれらの軌道の最初の数ミリメートル中に完全に吸収されないように、低濃度のレーザイオンドーピングしかこの活性媒体４中に用いることができない。この横方向の光ポンピング装置１の第三の欠点は、レーザ信号ビーム２とポンプビーム３との間の重なりの低さである。この小さな重なりが意味するのは、ポンプビーム３が活性媒体４の全体を通過するので、ポンプビーム３によって活性媒体４中に供給されるエネルギーの一部が、レーザ信号ビーム２の軌道の外側にあるということである。このエネルギー損失は、活性媒体の４の過熱、収率の低下、寄生レーザビームの出現、レーザ信号ビーム２の質の劣化をもたらす。
【０００７】
縦方向の光ポンピング装置１１が図１Ｂに示されている。この装置１１が、図１Ａの横方向の光ポンピング装置１と異なる点は、ポンプビーム３が、レーザ信号ビーム２に対して縦方向に、レーザイオンがドーピングされた活性媒体４を通過するという点である。レーザ信号ビーム２及びポンプビーム３は、活性媒体４の同じ面６を介して媒体４に入射する。出力増幅に対する横方向の光ポンピング装置１と同じ欠点を有することに加えて、レーザ信号ビーム２及びポンプビーム３は、活性媒体４に入射する前に、同一直線上に存在していなければならない。しかしながら、例えばかなり非対称であり得るレーザダイオードからのビームを同一直線上に存在するようにすることは、複雑な形態を必要とする。しかしながら、この縦方向の光ポンピング装置１１に対しては、レーザ信号ビーム２とポンプビーム３との間の重なりが、横方向の光ポンピング装置１のものよりも良い。
【０００８】
上面を介した光ポンピング装置１０が非特許文献１に開示されており、図１Ｃにこれを示す。この光ポンピング装置１０は、ポンプビーム（図１Ｃには示さず）を放出するためのレーザダイオードマトリクス７、微小開口ミラー８、活性媒体４、共振キャビティ９を有する。高出力レーザ用に用いられるこの光ポンピング装置によって実施される方法が上述の二つの光ポンピング装置１及び１１と異なる点は、レーザダイオードマトリクス７からのポンプビームが、レーザ信号ビーム２に垂直に、ミラー８の開口部を通過して、活性媒体４の上面を介して入射するという点である。その後、ポンプビームは活性媒体４の全体を光学的にポンピングすることによって、共振キャビティ９内へと反射される。ミラー８の微小開口部によって、共振キャビティ９全体にわたって分散されるポンプビームを閉じ込めることが可能になる。このような光ポンピング装置１０の主な欠点は、高価で複雑であるという点である。この方法によって、活性媒体４の全体にわたる高エネルギー密度を達成することが可能にはなるが、重なりは小さいままである。実際、ポンプビームに供給されるエネルギーのかなりの量が活性媒体４及び共振キャビティ９内で失われ、上述と同じ欠点（過熱、寄生レーザビーム等）が生じる。更に、ポンプビームが活性媒体全体を通過するので、レーザ信号ビーム２は活性媒体４の全体を通過し、レーザ信号ビーム２が入力部では例えば単一モードであったとしても、光ポンピング装置１０の出力部では、相当に多重モードなレーザ信号ビーム２が得られる。
【０００９】
特許文献１には、一つの光ポンピング装置が開示されている。この装置は、ネオジムイオンが低レベルにドーピングされた活性材料の厚い層を備える。この装置は、レーザイ信号ビームの単一モードの増幅を実施することを目的としている。しかしながら、この動作は、活性材料層のドーピング及び／又は光学利得領域の幾何学的形状の特定の最適化によってのみ得られるものである。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５４８５４８２号明細書
【非特許文献１】“Ｆａｃｅ ｐｕｍｐｉｎｇ ｏｆ ｔｈｉｎ， ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｓｌａｂ ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅｓ”、Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９６年４月１５日、第２１巻、第８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、従来技術の欠点を含まない、つまり、活性領域内での短いポンプビームの軌道と、ポンプビームとレーザ信号ビームとの大きな重なりとを有し、両方のビームが同一直線上にあることを必要とせず、単純且つ安価であり、活性領域内のポンプ出力密度を最適化することによってレーザ信号ビームの増幅を得ることを可能にし、レーザ信号ビームの誘導機能を行う光ポンピング装置を提案することである。また、本発明の課題の一つは、光学利得領域の幾何学的形状及び活性材料層のドーピングに特定の制約の無い光ポンピング装置を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するため、本発明は、レーザイオンがドーピングされた活性材料ベースで形成され所定の体積を有する少なくとも一つの層と、活性材料のレーザイオンを励起状態にできるように波長が選択され所定の寸法の断面を有する少なくとも一つのポンプビームとを備えた光ポンピング装置を提案する。このポンプビームは、所定の入射角で層の入射ポイントに入射し、層内に少なくとも一つの光学利得領域を形成する。また、本発明は、レーザイオンがドーピングされた活性材料ベースで形成され所定の体積を有する少なくとも一つの層と、活性材料のレーザイオンを励起状態にできるように波長が選択され所定の寸法の断面を有する少なくとも一つのポンプビームを放出する手段とを備えた光ポンピング装置を提案する。この手段は、ポンプビームが所定の入射角で層の入射ポイントに入射し、層内に少なくとも一つの光学利得領域を形成するように、配置されている。光学利得領域は、入射ポイント、ポンプビームの断面の寸法、入射角によって調節可能な層内の位置及び体積を有するが、この光学利得領域の体積は層の体積未満である。活性材料層は薄層であってもよい。
【００１３】
このようにして、ポンプエネルギーが活性材料層全体にわたって分散している光ポンピング装置を用いる代わりに、ポンプエネルギーを特定の領域に集中させる装置を用いることによって、ポンプ出力密度を最大にすることが、従って、得られる増幅率を最適化することが可能になる。この制限された光学利得領域は、ポンプビームの特徴によってその体積及び位置が調節可能であり、また、レーザ信号ビームの増幅を介して誘導機能を果たすことが可能である。何故ならば、レーザ信号ビームは、高増幅領域（この場合、光学利得領域）内を優先的に伝播するからである。
【００１４】
薄層は、略１マイクロメートルと数十マイクロメートルとの間の、及び／又は、略１マイクロメートルと略１０マイクロメートルとの間の、及び／又は、略１００マイクロメートル未満の、及び／又は、略５０マイクロメートル未満の厚さを有し得る。このようにして、レーザ信号ビームの単一モードでの誘導を実行することが可能になる。
【００１５】
薄層は、略４０％のレーザイオンの、及び／又は、略３０％超のレーザイオンの、及び／又は、略２０％超のレーザイオンのドーピングレベルでドーピングされ得る。このようなドーピングによって、活性材料層の薄い厚さにも関わらず、光学利得領域内のポンプビームの吸収の良いレベルを維持することが可能になり、従って、光学利得領域の幾何学的形状における特定の最適化の制約が減る。
【００１６】
レーザイオンはイッテルビウムイオンであることが好ましい。電子構造の単純なこうしたイオンによって、本発明によるもののような高出力密度光ポンピング装置に生じる寄生効果を防止することが可能になる。
【００１７】
層は単結晶であり得る。
【００１８】
層は、イットリウムオルソケイ酸塩またはレーザイオン用の受容サイトを示す他のマトリクスをベースにしていてもよい。
【００１９】
ポンプビームが、少なくとも一つのレーザダイオードといった少なくとも一つの光源から放出されることが想定され得る。
【００２０】
ポンプビームが、層に入射する前に、レンズまたはプリズムといった少なくとも一つの光学手段によって形作られ、ポンプビームが区切られるようになる。この形作られることが層１３の外側で行われることによって、光源及び／又は用いられる光学手段の選択にかなり柔軟性が与えられる。
【００２１】
本発明による光ポンピング装置は、少なくとも一つのレーザ信号ビームと働き合うように設計されているので、光学利得領域が、レーザ信号ビーム用に、直線状の軌道でまたは非直線状の軌道で、層内に画定され得る。
【００２２】
本発明による光ポンピング装置が、少なくとも一つの単一モードのレーザ信号ビームと働き合うように設計されているので、光学利得領域の断面の寸法が、レーザ信号ビームが層を通過した後でも基本モードが実質的に保持されるように、レーザ信号ビームの断面の寸法に略等しくてもよい。これによって、単一モードのレーザ信号ビームを増幅すると同時に、ビームのモードを保持することが可能になる。
【００２３】
層が少なくとも一つの基板上に配置されていることが想定され得る。薄層内のエネルギーの閉じ込めを考慮すると、この基板によって、薄層内に形成される熱を逃がすことが可能になる。
【００２４】
この場合には、基板が、ポンプビームの波長に対して透明な材料から作成されていることが好ましい。これによって、基板内におけるポンプビームからのエネルギー損失を防止することが可能になる。
【００２５】
基板の材料の屈折率は、層の材料の屈折率以下であり得る。このようにして、レーザ信号ビームが層内に閉じ込められたままになる。
【００２６】
ポンプビームが、層に入射する前に基板を通過してもよい。
【００２７】
基板が少なくとも一つの面取り部を備えていることが好ましい。この面取り部によって、ポンプビームが、基板上での反射の可能性を制限することにより、基板に入射することが可能になる。
【００２８】
この場合には、ポンプビームが面取り部を介して基板に入射し、層に入射する前に基板を通過することが想定され得る。
【００２９】
本発明による光ポンピング装置が、層の上に配置された少なくとも一つの表板（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）を備えていることが好ましい。この表板は特に、光ポンピング装置に対する有害な熱の影響を制御し、レーザ信号ビームの伝播中の拡散損失を最小化するものとして機能し得る。
【００３０】
レーザ信号ビームを層内に閉じ込めるために、表板の材料の屈折率が層の材料の屈折率以下であり得る。
【００３１】
表板はポンプビームの波長に対して透明な材料から作成され得て、表板内でのエネルギー損失がなくなるようになる。
【００３２】
ポンプビームが、層に入射する前に表板を通過することが想定され得る。
【００３３】
表板は、ポンプビームの波長を吸収する材料から作成され得る。このようにして、ポンプビームが層を通過した後には、層内で吸収されなかったポンプビームの残留強度の全てが、表板で吸収される。
【００３４】
本発明による光ポンピング装置は、層に向けて配置された少なくとも一つの反射面を備えていてもよい。
【００３５】
この場合には、ポンプビームが、反射面上で反射され、上述の光学利得領域とは明確に区別される少なくとも一つの第二光学利得領域を層内に形成し得る。ここで、第二光学利得領域は、光学利得領域から離隔されているか、または光学利得領域に事実上接触している。
【００３６】
他の変形例においては、ポンプビームが、反射面上で反射され、光学利得領域に重なる少なくとも一つの第二光学利得領域を形成され得る。従って、単一の光学利得領域が形成される。
【００３７】
複数のポンプビームが層内で交差し、ポンプビームが働き合って光学利得領域を形成することが想定され得る。この場合には、光学利得領域が、上述の場合よりも複雑になり、より明確に所定のレーザ信号ビームを増幅することが可能になり得る。
【００３８】
ポンプビームが異なる波長を有してもよく、所定のレーザ信号ビームの吸収線が飽和することを避ける。
【００３９】
また、共通光源からの少なくとも二つのポンプビームのそれぞれが、層上での或る入射角を有し、層内で干渉し、二つのポンプビームによって形成される光学利得領域が、正弦関数的に変化するポンプ出力密度を有することも想定可能である。
【００４０】
また、光学利得領域が、少なくともひとつの非照射領域によって互いに離隔された少なくとも二つの第一部分と、この二つの第一部分を接続する少なくとも一つの共通の第二部分とに分けられてもよい。
【００４１】
層の体積が、実質的に平面状の第一主面及び第二主面によって区切られていてもよい。また、これらの面が平行であってもよい。
【００４２】
また、本発明は、レーザビームを発生させるように設計されていて、少なくとも二つのミラーと、本発明による光ポンピング装置とを備えたレーザ発振器にも関する。二つのミラーは光ポンピング装置に取り付けられているかまたは取り付けられていない。ミラーの一つはレーザビームを光学利得領域に戻すように設計されている。そして、ミラーの他方は、レーザビームの一部を光学利得領域に戻し、残りの部分を光ポンピング装置の外に出すように設計されている。このようして、光ポンピング装置がレーザ発振器の増幅モジュールとなる。
【００４３】
光ポンピング装置の層の体積は、実質的に平面状で平行な第一主面及び第二主面によって区切られていてもよい。二つのミラーの一つは、二つの主面に実質的に垂直な層の第三面に対向して配置された反射面を有する。そして、二つのミラーの他方は、第一のミラーに実質的に平行であり、第三面の反対側の層の第四面に対向して配置されている半透明ミラーである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明は、添付図面を参照して、単純に例示的で非限定的な目的で供される実施形態の例についての記載を読むことによって、より明確に理解されるものである。
【００４５】
以下で説明される様々な図面の同一、同様または均等な部分は、図から図への移行を容易にするために同一の参照符号を有する。
【００４６】
図面を見易くするため、図面中の様々な部分は必ずしも単一のスケールでは示されていない。
【００４７】
多様な可能性（変形例及び実施例）が互いに排除されることなく理解されるものであり、これらが互いに組み合わされ得る。
【００４８】
まず、図２Ａ及び図２Ｂに対して説明するが、これらはそれぞれ、本発明の第一実施例による光ポンピング装置１２の正面断面図及び上面断面図である。この光ポンピング装置１２は、レーザイオンがドーピングされた活性材料ベースで形成された層１３を備える。本実施例では、層１３は薄層、つまり、厚さが略１マイクロメートルと略５０マイクロメートルとの間、又は、略１マイクロメートルと略１００マイクロメートルとの間であり、単結晶で、例えばイットリウムオルソケイ酸塩（ｙｔｔｒｉｕｍ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ，ＹＳＯ）で、レーザイオン（本例ではＹｂ３＋イッテルビウムイオン）がドーピングされ、単純な電子構造を有し、本発明等の高出力密度光ポンピング装置に生じる寄生効果を防止することが可能な層である。選択されるレーザイオンの種類に従って、層１３が、このレーザイオン用の受容サイトを示す他のマトリクスに基づいてもよい。この層１３は所定の体積を有する。図２Ａから８に示される実施例においては、層１３の体積は、実質的に平坦で平行な第一主面１６及び第二主面１５によって区切られている。三つの軸ｘ、ｙ、ｚを構成する直交する参照符号ｘｙｚが図２Ａから図８の全ての図面に示されている。ｘ軸及びｚ軸によって定義されるｘｚ平面は、主面１５及び１６に実質的に平行である。第一主面１６は基板１４上に位置する。層１３は、例えば液相エピタキシーを用いて得ることができるが、これは非常に高品質の薄い単結晶層（数十マイクロメートル）を得るために用いられる方法であり、つまり、例えば略４０％の活性イオン（レーザイオン）、または、より一般的には略２０％または略３０％超の活性イオンのドーピングレベルでドーピングされた、非常に高レベルドーピングで０．０１ｄＢ／ｃｍ未満の光伝播損失を有する。
【００４９】
また、この光ポンピング装置１２はポンプビーム１９を有する。ポンプビーム１９は、このポンプビーム１９のフォトンが層１３に入射した際に、層１３からのレーザイオンが非励起状態から励起状態へと変化するように選択された波長の光線である。このポンプビーム１９は、第一主面１６または第二主面１５のどちらかを照射するように向けられる。照射される面が、例えば適切な誘電体の多層堆積を用いて形成された非反射コーティング（図示せず）によって覆われることが有利であり、光ポンピング装置１２の出力を改善することができる。図２Ａ及び２Ｂの例では、第一主面１６がポンプビーム１９によって照射される。ポンプビーム１９の有効幅は図２ＡにΦｐで示されている。基板１４は第一主面１６に接触していて、ポンプビーム１９の波長に対して透明な材料（この場合は単結晶）で作成され、ポンプビーム１９が、基板１４で生じるエネルギー損失無しで、第一主面１６上に到達するようになる。基板１４は面取り部（ベベル）１７を有する。図２Ａでは、ポンプビーム１９は、面取り部１７を介して基板１４に入射する。面取り部１７は、基板１４の一つの底面３５のエッジを切断して研磨することによって形成される。図２Ａでは、ポンプビーム１９は、面取り部１７上にゼロまたはほぼゼロの入射角で到達し、基板１４に入射する際のポンプビーム１９の反射を制限する。この基板１４によって、層１３内のエネルギーの閉じ込めを考慮して、層１３からの熱を逃がすことが可能になる。本実施例では、ポンプビーム１９は、入射ポイント４７（この場合、第一主面１６上に位置する）を介して層１３に入射する前に、基板１４を通過する。ポンプビーム１９は、入射角θｐで第一主面１６上に到達する。ポンプビーム１９は、図２Ｂから見て取れるように、ｚ軸に平行な光ポンピング装置１２の全長Ｌにわたって実質的に直線状に、第一主面１６を照射する。ポンプビーム１９は、図３Ａに示される光源２７（例えば一つ以上のレーザダイオード）によって放出される。
【００５０】
その後、ポンプビーム１９は、レーザイオンを非励起状態から励起状態に変えながら、層１３を通過する。この現象により、ポンプビーム１９のエネルギーが層１３に伝達される。ポンプビーム１９が通過した層１３の部分は、ポンプビーム１９からエネルギーを吸収し、図２Ａ及び２Ｂに示される、光学利得領域２０と称される領域を形成する。図２Ｂから見て取れるように、ポンプビーム１９が実質的に直線状に第一主面１６を照射するならば、光学利得領域２０もまた、光ポンピング装置１２の全長Ｌにわたって実質的に直線状になる。従って、本実施例では、ポンプビーム１９は、実質的に矩形の断面を有し表面積は、実質的にΦｐ×Ｌに等しい。従って、ポンプビーム１９のエネルギーは、この光学利得領域２０に集中する。従って、ポンプビーム１９が入射角θｐで第一主面１６上に到達するならば、光学利得領域２０は下記の式（１）によって定義される有効厚さｈｅｆｆを有する：
（１） ｈｅｆｆ＝ｈ／ｃｏｓ（θｐ）
ここで、ｈは層１３の厚さである。
【００５１】
この有効厚さｈｅｆｆは、層１３内をポンプビーム１９が伝わる距離に対応する。このようにして、θｐを変更することによって、層１３内で吸収されるポンプビーム１９のパワーの割合を単純な方法で制御することが可能になる。
【００５２】
同様に、光学利得領域２０の有効幅ｌｅｆｆは下記の式（２）によって定義される：
（２） ｌｅｆｆ＝Φｐ／ｃｏｓ（θｐ）
【００５３】
しかしながら、本第一実施例で、光学利得領域２０が、実質的に平行六面体状の体積Ｖを有するならば、この体積は下記の式（３）によって定義される：
（３） Ｖ＝ｌｅｆｆ×ｈ×Ｌ
【００５４】
従って、光学利得領域２０の体積Ｖはポンプビーム１９のΦｐ及びＬの寸法、従ってポンプビーム１９の断面積によって、また、第一主面１６上のポンプビーム１９の入射角θｐによって調節可能であるということがわかる。本発明によると、体積Ｖは層１３の全体積よりは小さい。更に、有効幅ｌｅｆｆに平行なｘ軸に沿った、光学利得領域２０の位置も、これらのパラメータ及び、層１９内のポンプビーム１９の入射ポイント４７を用いて、調節可能である。
【００５５】
層１３を通過した後、ポンプビーム１９はその軌道を続け、層１３の第一主面１６または第二主面１５の他方の面上に配置された表板（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）１８を通過する。図２Ａ及び２Ｂの例では、他方の面は第二主面１５である。この表板１８は例えば、基板１４と同じ材料から作成されてもよく、この場合には、単結晶で、ポンプビーム１９の波長に対して透明である。この表板１８は、層１３内のポンピング反応によって生じた熱を抽出する機能を有し得て、従って、層１３の厚さｈに平行なｙ軸に沿った温度勾配を形成して、有害な熱の影響を最小化することができる。
【００５６】
図２Ａ及び２Ｂの実施例では、ポンプビーム１９は、面取り部１７から基板１４を通過し、そして、層１３を通過し、最後に、表板１８を通過する。本実施形態の変形例では、ポンプビーム１９は、面取り部１７を介さずに基板１４を通過してもよく、または、図３Ａに示されるように、ポンプビーム１９が最初に表板１８を通過して、第二主面１５を介して層１３に入射し、最後に基板１４を通過する。他の変形例では、面取り部１７及び／又は表板１８、更には基板１４が無くてもよい。この場合には、ポンプビーム１９は、入射角θｐで層１３の第一主面１６または第二主面１５を介して直に層１３に入射し、その前に何かを通過することが無い。
【００５７】
本発明による光ポンピング装置１２は、図２に示されるレーザ信号ビーム２を増幅及び誘導するように設計されている。本第一実施例では、光ポンピング装置１２は、第一に、レーザ信号ビーム２を増幅するように設計されている。レーザ信号ビーム２は、光学利得領域２０の、ｚ軸に実質的に平行な層１３の入射部に送られる。光学利得領域２０を通過する間に、図２Ｂに破線で示されるように、レーザ信号ビーム２は、光学利得領域２０内に集められたエネルギーを回収することによって、増幅される。また、光ポンピング装置１２は、レーザ信号ビーム２を誘導する機能も有する。実際、本実施例では、基板１４及び表板１８の材料の屈折率は、層１３の活性材料の屈折率以下にされている。層１３に送られたレーザ信号ビーム２は、層１３内に留まり、基板１４及び表板１８内に分散されない。同様に、ポンプビーム１９のエネルギーが、光学利得領域２０内のみに位置し、また、レーザ信号ビーム２が、利得が最高のこの領域内を優先的に伝播するので、レーザ信号ビーム２は、この光学利得領域２０内に閉じ込められたままであり、層１３全体にわたって分散することがない。本第一実施例では、光学利得領域２０の有効幅ｌｅｆｆは、光ポンピング装置１２の全長Ｌにわたって実質的に一定であり、レーザ信号ビーム２の幅に実質的に等しく、また、厚さｈは、レーザ信号ビーム２の高さに実質的に等しい。従って、光学利得領域２０の断面の寸法は、レーザ信号ビーム２の断面の寸法に略等しい。従って、光ポンピング装置１２の出力部では、レーザ信号ビーム２が、光ポンピング装置１２の入力部での質と同じ質で得られる。レーザ信号ビームの質は、レーザ信号ビームの空間モードと称され、レーザ信号ビームのスポットの発散及び分散を決定する。レーザビームが“高品質”であると言われるのは、空間エネルギー分布が、（レーザビームを放出するキャビティによって決定される）基本モードに対応するものである場合であり、回転対称性を有するキャビティの通常の場合には、ガウス分布モードである。例えば、レーザ信号ビーム２が単一モードであり、層１３に入射するならば、光ポンピング装置１２からは、増幅されて完全に単一モードで放出される。より一般的な規則として、この構成によって、基本空間モードにエネルギーを供給するだけで、基本空間モードでレーザ信号ビーム２を増幅すると同時に、この空間モードを光ポンピング装置１２の出力部まで維持することができる。
【００５８】
例えば、４０％のＹｂ３＋イオンがドーピングされた厚さｈが１０マイクロメートルのＹＳＯ層１３に対して、長さの次元で割った９７８ｎｍでの吸収係数が２００ｃｍ−１のオーダであり、層１３と基板１４と間の屈折率の違いが０．０１未満である場合には、ポンプビーム１９（幅Φｐは１０マイクロメートル、入射角は７．２°）からのエネルギーの８０％が吸収されて、光学利得領域２０が形成され、ｚ軸方向の伝播時に適切に単一モードを保持することが可能である。有効吸収厚さｈｅｆｆはこの場合８０マイクロメートルであり、従って、光学利得領域２０は、１０マイクロメートル×８０マイクロメートルの断面積を有する。
【００５９】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明による光ポンピング装置１２の第二実施例を示す。本第二実施例の層１３、表板１８、基板１４、ポンプビーム１９及び光学利得領域２０は、事実上、第一実施例の同じものと実質的に同様である。第一実施例と比較すると、基板１４は面取り部を有していない。第一実施例のポンプビーム１９とは異なり、第二実施例のポンプビーム１９は、光ポンピング装置１２の長さＬに沿って直線状ではない。図３Ａに見て取れるように、ポンプビーム１９は、表板１８に入射し、第二主面１５上に到達する前に表板１８を通過する。ポンプビーム１９の断面は、図３Ｂに示される光学利得領域２０の上面と実質的に同様の形状を有するが、ポンプビーム１９の断面の幅はΦｐであり、ｌｅｆｆである光学利得領域２０の幅とは異なる。この場合には、ポンプビーム１９は層１３に入射し、光学利得領域２０を形成するが、その光学利得領域は、図３Ｂに示されるように、ｚ軸に沿った光ポンピング装置１２の全長Ｌに沿った直線状の軌道を有していない。本第二実施例では、ポンプビーム１９は、光学手段３３によって、形作られている、つまりコリメートされている。図３Ａでは、この光学手段３３はレンズである。この光学手段３３はプリズムであってもよい。この光学手段３３によって、ポンプビーム１９を正確に区切ることが可能になる。第一実施例においては、レーザ信号ビーム２は、光学利得領域２０内で増幅及び誘導された。しかしながら、エネルギー密度の勾配によって発生させた利得による誘導を用いることによってレーザ信号ビーム２が光学利得領域を進むので、本実施例の光ポンピング装置１２は、レーザ信号ビーム２が非直線状の軌道を進むという事実の結果として、追加的な誘導を実施するということになる。従って、レーザ信号ビーム２は、このレーザ信号ビーム２が層１３に入射した際の軸とは平行ではない軸に沿って、層１３から出て来る。これによって、レーザ信号ビーム２を、ポンプビーム１９の幾何学的形状によって定められた方向に向けることができる。この現象は、本実施例の場合のように、層１３をドーピングするのに用いられるＹｂ３＋イオンによって強められる。実際、このイオンは、ポンプビーム１９が通過しない層１３の領域内のレーザ信号ビーム２を吸収し、レーザ信号ビーム２の誘導を強める。
【００６０】
図４Ａは、本発明の第三実施例による光ポンピング装置１２の正面断面図を示す。第一実施例のように、光ポンピング装置１２は、層１３、表板１８、基板１４、ポンプビーム１９及び光学利得領域２０を有する。図４Ａの光ポンピング装置１２と図２Ａの光ポンピング装置との違いは、層１３に向けられた反射面２２を備えることである。この反射面２２は、層１３から最も離れていて、第一主面１６に実質的に平行な表板１８の面上に位置する。ポンプビーム１９が層１３を通過すると、図２Ａに示されるような光学利得領域２０が形成されるが、これは第一光学利得領域２０となる。その後、ポンプビーム１９が表板１８を通過して面２２上で反射される。その後、ポンプビーム１９は表板１８と、層１３とを再び通過するが、層１３が第二光学利得領域２１を形成し、その体積は第一光学利得領域に実質的に等しい。第二光学利得領域２１は、第一光学利得領域２０に平行であってもよく、第一光学利得領域２０と同じ性質を有してもよい。第二光学利得領域も、同じパラメータ、つまり、向き、有効厚さｈｅｆｆ、有効幅ｌｅｆｆ、層１３の長さ及び厚さｈによって、画定される。その後、ポンプビーム１９は、基板１４を通過して、基板１４から出て来る。図４Ａでは、第二光学利得領域２１は明確に区別されていて、第一光学利得領域２０から離隔されている。この構成では、ポンピング装置１２は、二つのレーザ信号ビーム（図４Ａには示さず）を独立に増幅することが可能で、それぞれが第一光学利得領域２０または第二光学利得領域２１のどちらかを用いる。ここでも、上述のように、光ポンピング装置１２は、増幅及び光誘導の機能を果たす。他の変形例では、第二実施例のように直線状ではないポンプビーム１９を有することが可能である。この場合には、二つの非直線状の光学利得領域２０が得られる。ポンプビーム１９は、図３Ａに示されるように光源２７から放出される。また、ポンプビーム１９は、第二実施例のように図３Ａに示される光学手段３３によって形作られてもよい。第一実施例に対して説明された多数の変形例（面取り部１７、基板１４及び表板１８の有無）が、この第三実施例に対しても想定され得る。
【００６１】
図４Ｂは、本発明の第三実施例による光ポンピング装置１２を示す。この図の光ポンピング装置１２が図４Ａの光ポンピング装置と異なるのは、層１３上のポンプビーム１９の入射角θｐである。この入射角θｐは、光学利得領域２０と第二光学利得領域２１とが明確に区別されるが、両方の光学利得領域２０、２１が互いに離隔される図４Ａの場合とは異なり、図４Ｂでは両方の光学利得領域２０、２１が互いに事実上接触するようになっている。
【００６２】
この第三実施例の変形例が図４Ｃに示されている。この図では、光ポンピング装置１２は図４Ａの光ポンピング装置１２と同一の構成要素を有する。違いは、角度θｐが、二つの光学利得領域２０及び２１が重なり、単一の光学利得領域４４を形成するようになっていることである。この重なりによって、上述の実施例とは異なり、出力密度が一様ではない単一の光学利得領域４４がもたらされる。領域２３は、ポンプビーム１９が面２２上で反射される前後に横切る領域であり、光学利得領域２０、２１の交差部に位置し、単一の光学利得領域４４の中心部分にあり、光学利得領域２０、２１の交差部に対応する中心部分のどちらかの側面に位置する単一の光学利得領域４４の端部において、より大きな出力密度を有する。この変形例では、領域２３の幅によって画定された幅に対してのみレーザ信号ビーム２（図４Ｃには示さず）を最大に増幅するによって、特定の空間モードのレーザ放出を促すことが可能である。この現象は、層１３をＹｂ３＋イオンでドーピングすることによって強められ、“十分にポンピングされなかった”領域（この場合には、領域２３の外側に位置する単一の光学利得領域４４の端部）が、レーザ信号ビーム２を吸収する。
【００６３】
図５は、本発明の第四実施例による光ポンピング装置１２の正面断面図を示す。この光ポンピング装置１２は、層１３、基板１４及び表板１８を備える。第一実施例と比較すると、基板１４は、底面３５の対向する二つのエッジ上に形成された二つの面取り部１７及び２４を有する。上述の実施例とは異なり、図５において、いわゆる主ポンプビーム１９は、基板を通過した後、入射ポイント４７にゼロ度の入射角θｐ１（図示せず）で第一主面１６上に到達する。図５では、光ポンピング装置１２はまた、二つの副ポンプビーム２５、２６を含む。この二つの副ポンプビーム２５、２６の各々は、それぞれ基板１４の面取り部２４及び１７を介して入射する。この図では、副ポンプビーム２５、２６の各々は、例えば絶対値が実質的に等しいが逆符号である入射角θｐ２、θｐ３で第一主面１６上に到達する。他の変形例では、副ポンプビーム２５、２６は異なる入射角θｐ２、θｐ３を有してもよい。基板１４を通過した後、三つのポンプビーム１９、２５、２６は共通の光学利得領域２０を形成する。この図では、ポンプビーム１９、２５、２６はそれぞれ、異なる特定の幅Φｐ１、Φｐ２、Φｐ３、従って異なる断面を有する。ポンプビーム１９、２５、２６は、所定の波長での吸収の飽和を避けるために、異なる波長を有してもよい。また、ポンプビーム１９、２５、２６はそれぞれ、ｚ軸に平行な異なる長さを有してもよい。幾何学的形状の異なるこれらのポンプビーム１９、２５、２６を用いることによって、共通光学利得領域２０が、一様ではない出力密度を有する。図５では、共通光学利得領域２０は、主ポンプビーム１９と副ポンプビーム２６、２５の一つとが交差する二つの領域４２、４３を有する。この二つの領域４２、４３は、主ポンプビーム１９のみによって生じた光学利得領域２０の残りの部分２０’よりも、大きな出力密度を有する。本実施例では、それぞれのパラメータ、つまり、層１３の入射ポイント４７、主ポンプビーム１９の入射角θｐ１及び幅Φｐ１が共通光学利得領域２０を形成し、副ポンプビーム２５、２６の同様のパラメータが領域４２、４３の形成を助ける。本実施例では、表板１８は、ポンプビーム１９、２５、２６の波長を吸収する材料から形成されている。このようにして、ポンプビーム１９、２５，２６が層１３を通過した後には、ポンプビーム１９、２５、２６の残留強度は表板１８に吸収される。本実施例によって、所定の空間モードのレーザ放出を促すことが可能であり、または共通の光学利得領域２０内に複数の明確に区別できるガイドを形成することができる。本実施例を用いて、一つ以上のレーザ信号ビーム２（図５には示さず）が、共通光学利得領域２０内のそれぞれの位置に従って、層１３を介して入射し得て、層１３を通過する。そして、光学利得領域２０に入射するポイントによって、従って遭遇する出力密度によって決められる空間モードで、光ポンピング装置１２から出て来る。本第四実施例では、複数の変形例が可能である。例えば、ポンプビーム１９、２５、２６は直線状であってもなくてもよい。他の変形例では、追加ポンプビームを加えることが想定され得る。また、光ポンピング装置１２は、第三実施例のような反射面２２を有してもよく、光学利得領域２０内に更に複雑な幾何学的形状を得ることが可能になる。第一実施例のように、他の変形例では、面取り部１７及び２４、基板の有無、また、表板１８の省略が想定され得る。
【００６４】
図６は、本発明の第五実施例による光ポンピング装置１２の正面断面図を示す。この光ポンピング装置１２は、第四実施例のものと実質的に同様な、層１３及び基板１４を有する。本第５実施例では、少なくとも二つのポンプビーム１９、２５が、共通光源２７によって発せられる。図６では、二つのポンプビーム１９、２５が示されている。ポンプビーム１９、２５はそれぞれ、例えば絶対値が実質的に等しいが逆符号である第一主面１６上の入射角θｐ１９、θｐ２５と、単一の光学利得領域２０を形成するように層１３で交差する実質的に等しい幅Φｐ１９及びΦｐ２５とを有する。ポンプビーム１９、２５が同一の光源２７からのものであり、実質的に等しく、実質的に等しい入射角θｐ１９及びθｐ２５で面１６を照射するならば、単一の光学利得領域２０内には二つのポンプビーム１９、２５間の干渉が存在し、ｘ軸に沿って正弦関数的に変化するポンプ出力密度が誘発される。この正弦関数的な変化の区間は、それぞれのポンプビーム１９、２５の入射角θｐ１９、θｐ２５及び幅Φｐ１９、Φｐ２５を変更することによって、調節可能である。ポンプビーム１９、２５は、絶対値が実質的に等しいが逆符号である第二主面１５に対する屈折角θｒ１９及びθｒ２５で層１３から出て来て、それぞれが実質的に等しい幅Φｒ１９及びΦｒ２５を有する。従って、本実施例を用いて、同一にまたはほぼ同一にポンピングされる平行な光学ガイドの組が形成される。また、上述の実施例に対して説明した変形例を、本第５実施例に適用してもよい。
【００６５】
図７Ａは本発明の第六実施例による光ポンピング装置１２の上面断面図を示す。この光ポンピング装置１２は、実質的に第五実施例のものと同様の層１３及び基板１４（図７Ａには示さず）を有する。この第六実施例では、ポンプビーム１９（図７Ａには示さず）が基板１４を介して入射し、層１３内に光学利得領域２０を形成する。本実施例では、光学利得領域２０は、層１３の照射されていない領域３４によって互いに離隔された二つの第一部分２８、２９に分けられ、この第一部分は共通の第二部分３０から延伸する。この共通の第二部分３０は、二つの第一部分２８、２９を接続する。ポンピング装置１２の動作時には、光源２７（図７Ａには示さず）が、光学利得領域２０を形成するポンプビーム１０を放出する。しかしながら、ポンプ装置１２の動作時には、ポンプビーム１９が、図７Ａの場合のように、二つの第一部分の一つ２８と共通の第二部分３０とを形成するようにするか、または、二つの第一部分の他方２９と共通の第二部分３０を形成するようにする。このようにして、光源２７が、層１３内に二つの異なる光学経路を互いに無関係に形成することが可能である。このようにして、第二部分３０を介して層１３に入射するレーザ信号ビーム２が、図７Ａの場合のように、第二部分３０を介して、図７Ａに実線で示される二つの第一部分の一つ２８によって画定された第一光学経路内を誘導されて、出力部である第一端部３１を介して層１３から出て来てもよく、または、図７Ａに破線で示される二つの第一部分の他方２９によって画定された第二光学経路内を誘導されて、第一端部３１の隣に位置しこれもまた出力部である第二端部３２を介して層１３から出て来てもよい。従って、本光ポンピング装置１２は光ルーティング機能を果たし、互いに無関係に、二つの軌道に沿って、レーザ信号ビーム２をルーティングすることが可能になる。同じ構成を用いて、図７Ｂに示されるように、本光ポンピング装置１２が、光スイッチング機能を果たすことも想定可能である。この場合、二つのレーザ信号ビーム２ａ、２ｂがそれぞれ、この場合入力部になる端部３１及び３２に到達する。図７Ｂの場合のように、ポンプビーム１９（図７Ｂに示さず）が、図７Ｂに実線で示される二つの第一部分の一つ２８及び共通の第二部分３０を照射するならば、第一端部３１を介して入射するレーザ信号ビーム２ａのみが、光ポンピング装置１２から増幅されて出て来る。同様に、ポンプビーム１９が、図７Ｂに破線で示される二つの第一部分の他方２９及び共通の第二部分３０を照射するならば、第二端部３２を介して入射するレーザ信号ビーム２ｂのみが、光ポンピング装置１２から増幅されて出て来る。上述の全ての変形例を、この第六実施例に適用してもよい。
【００６６】
上述の全ての実施例においては、光ポンピング装置１２が、一つ以上の既存のレーザ信号ビーム２用の増幅器及び光学ガイドとして用いられている。レーザ信号ビーム２は、活性材料の層１３に入射し、光学利得領域２０内でポンプビーム１９によって供給されるエネルギーで増幅されながら、この光学利得領域２０に沿って層１３を通過し、光ポンピング装置１２から出て行く。
【００６７】
また、本発明は、レーザ発振器５０にも関する。レーザ発振器５０はレーザビームを生成するように設計されている。このレーザ発振器の原理は、光ポンピング装置を二つのミラーの間に配置するということである。この二つのミラーの一つはレーザビームを光学利得領域に戻し、この二つのミラーの他方は、レーザビームの一部を光学利得領域に戻し、残りの部分は光ポンピング装置の外へと通過させる。従って、光ポンピング装置が、レーザ発振器５０の増幅（ｇａｉｎ）モジュールとして用いられる。図８は、本発明によるレーザ発振器を示す。レーザ発振器５０は、本発明の上述の実施例のいずれかによる光ポンピング装置１２を備える。光ポンピング装置１２は、第一実施例の光ポンピング装置１２の構成要素と実質的に同様の、図８には示されない基板、ポンプビーム、表板、並びに、層１３、光学利得領域２０を含む。レーザ発振器５０は第一ミラー２７を備えるが、ここで、この第一ミラーには、一つの反射面３７が層１３の主面に実質的に垂直な層１３の第三面３９に対向して配置されている。また、レーザ発振器５０は、層１３の第三面３９の反対側の第四面４０に対向して配置された半透明な第二ミラー３８も備える。本実施例では、ミラー３６及び３８は実質的に互いに向き合って配置されている。このレーザ発振器５０に対しては、光学利得領域２０内での誘導放出を用いた自発放出及び増幅放出によって発生させたレーザビーム４１が、最初に層１３を通過し、第二ミラー３８で反射され、再び層１３を通過し、第一ミラー３６で反射されるというようになる。層１３つまり光学利得領域２０を通過する度に、レーザビーム４１が、光学利得領域２０内のポンプビームによって供給されたエネルギーを回収する。レーザビーム４１が半透明ミラー３８に到達する度に、レーザビーム４１の一部４５がこの半透明ミラー３８によって光学利得領域２０内に反射され、レーザビーム４１の残りの部分４６は、半透明ミラー３８を通過して、光ポンピング装置１２から出て行く。
【００６８】
レーザ発振器５０についてのこの説明は、可能な実施例の一つである。レーザ発振器５０の原理が、層１３のそれぞれの側に二つのミラー３６、３８を配置することに基づいているものであれば、上述の光ポンピング装置１２のいずれかを用いて、図８のようなレーザ発振器５０の増幅モジュールを製造することができる。
【００６９】
一変形例においては、ミラー３６、３８が、光ポンピング装置１２に取り付けられていなくてもよい。また、この二つのミラーの少なくとも一つが、レーザ発振器５０の安定性を高めるために、平面状でなく凹型であってもよい。
【００７０】
本発明のいくつかの実施例について詳細に説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、多種多様な変更及び改良が可能であるということは理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１Ａ】従来技術による横方向の光ポンピング装置の一例の斜視図である。
【図１Ｂ】従来技術による縦方向の光ポンピング装置の一例の斜視図である。
【図１Ｃ】従来技術による上面を介した光ポンピング装置の一例の斜視図である。
【図２Ａ】本発明の第一実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第一実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【図３Ａ】本発明の第二実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第二実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【図４Ａ】本発明の第三実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第三実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図４Ｃ】本発明の第三実施例の変形例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図５】本発明の第四実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図６】本発明の第五実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図７Ａ】本発明の第六実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【図７Ｂ】本発明の第六実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【図８】本発明の第七実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 横方向の光ポンピング装置
２ レーザ信号ビーム
３ ポンプビーム
４ 活性媒体
５ 第一面
６ 第二面
７ レーザダイオードマトリクス
８ 微小開口ミラー
９ 共振キャビティ
１０ 上面を介した光ポンピング装置
１１ 縦方向の光ポンピング装置
１２ 光ポンピング装置
１３ 層
１４ 基板
１５ 第二主面
１６ 第一主面
１７ 面取り部
１８ 表板
１９ ポンプビーム
２０、２１ 光学利得領域
２２ 反射面
２７ 光源
３３ 光学手段
３５ 底面
３６ 第一ミラー
３７ 反射面
３８ 半透明な第二ミラー
３９ 第三面
４０ 第四面
４１ レーザビーム
４７ 入射ポイント
５０ レーザ発振器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ポンピング装置に関する。半発明は特に、レーザビームの増幅及び／又は誘導と、レーザ発振器とに特に適する。本発明を、レーザ光が使用されるあらゆる分野の応用において用いることが可能である。更に、本発明は、このような光ポンピング装置を備えたレーザ発振器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
励起状態の粒子（原子、イオンまたは分子）は、一番目のフォトンに等しいエネルギーの二番目のフォトンの到達によって生じる刺激が原因で、一番目のフォトンを放出する傾向がある。この現象は誘導放出と称される。この現象を複数の粒子上で多数回繰り返すことによって、レーザビームと称される、全て同質のフォトンから成り同じ色で同一方向に同時に放出される光が得られる。
【０００３】
レーザイオンがドーピングされた活性媒体、つまり、多数の励起可能粒子から成る媒体においては、こうした粒子は、自然な状態では、ほぼ全てが非励起状態にある。従って、上述のレーザビームの放出を誘発可能にするために、エネルギー源を用いて、この状況を覆す必要がある。つまり、非励起状態よりも多数の励起状態の粒子を得る必要がある。このプロセスは“反転分布”と称される。
【０００４】
光ポンピングは、各々の粒子にフォトンを吸収させることによって、非励起状態から励起状態へと粒子を変化させることから成る反転分布法である。光ポンピングはレーザビームの形成中に用いられ得る。つまり、レーザ発振器中に見出される活性媒体中の分布を反転させるために、または、既存のレーザビーム（例えばレーザダイオードによって放出される）を、光ポンピング装置の活性媒体を通過させることによって増幅及び／又は誘導するために用いられ得る。特に、光ポンピングは、活性媒体中に、ポンプビームと称される一つ以上の光線を送ることから成り、次に、レーザ信号ビームと称されるレーザ源から放出されるビームが通過する。
【０００５】
平面形状の誘導構造を備えたレーザダイオードによる光ポンピング装置が、いくつか知られている。
【０００６】
横方向の光ポンピング装置１が図１Ａに示されている。レーザ信号ビームは、レーザイオンがドーピングされた活性媒体４の第一面６を介して入射することによって、活性媒体４を通過する。また、一つ以上のポンプビーム３も、レーザ信号ビーム２に対して直角に、第一面６に直角な活性媒体６の第二面５を介して入射することによって、活性領域４の全体を通過する。出力増幅を実行するため、この横方向の光ポンピング装置は二つの主な欠点を示す。第一に、レーザ信号ビーム２及びポンプビーム３のそれぞれが、活性媒体４の異なる面を介して活性媒体４に入射するので、これらのビーム２及び３をそれぞれの入射面６及び５上に集光することが必要である。更に、活性媒体４中のポンプビーム３の軌道のかなりの長さを考慮すると、ポンプビーム３がこれらの軌道の最初の数ミリメートル中に完全に吸収されないように、低濃度のレーザイオンドーピングしかこの活性媒体４中に用いることができない。この横方向の光ポンピング装置１の第三の欠点は、レーザ信号ビーム２とポンプビーム３との間の重なりの低さである。この小さな重なりが意味するのは、ポンプビーム３が活性媒体４の全体を通過するので、ポンプビーム３によって活性媒体４中に供給されるエネルギーの一部が、レーザ信号ビーム２の軌道の外側にあるということである。このエネルギー損失は、活性媒体の４の過熱、収率の低下、寄生レーザビームの出現、レーザ信号ビーム２の質の劣化をもたらす。
【０００７】
縦方向の光ポンピング装置１１が図１Ｂに示されている。この装置１１が、図１Ａの横方向の光ポンピング装置１と異なる点は、ポンプビーム３が、レーザ信号ビーム２に対して縦方向に、レーザイオンがドーピングされた活性媒体４を通過するという点である。レーザ信号ビーム２及びポンプビーム３は、活性媒体４の同じ面６を介して媒体４に入射する。出力増幅に対する横方向の光ポンピング装置１と同じ欠点を有することに加えて、レーザ信号ビーム２及びポンプビーム３は、活性媒体４に入射する前に、同一直線上に存在していなければならない。しかしながら、例えばかなり非対称であり得るレーザダイオードからのビームを同一直線上に存在するようにすることは、複雑な形態を必要とする。しかしながら、この縦方向の光ポンピング装置１１に対しては、レーザ信号ビーム２とポンプビーム３との間の重なりが、横方向の光ポンピング装置１のものよりも良い。
【０００８】
上面を介した光ポンピング装置１０が非特許文献１に開示されており、図１Ｃにこれを示す。この光ポンピング装置１０は、ポンプビーム（図１Ｃには示さず）を放出するためのレーザダイオードマトリクス７、微小開口ミラー８、活性媒体４、共振キャビティ９を有する。高出力レーザ用に用いられるこの光ポンピング装置によって実施される方法が上述の二つの光ポンピング装置１及び１１と異なる点は、レーザダイオードマトリクス７からのポンプビームが、レーザ信号ビーム２に垂直に、ミラー８の開口部を通過して、活性媒体４の上面を介して入射するという点である。その後、ポンプビームは活性媒体４の全体を光学的にポンピングすることによって、共振キャビティ９内へと反射される。ミラー８の微小開口部によって、共振キャビティ９全体にわたって分散されるポンプビームを閉じ込めることが可能になる。このような光ポンピング装置１０の主な欠点は、高価で複雑であるという点である。この方法によって、活性媒体４の全体にわたる高エネルギー密度を達成することが可能にはなるが、重なりは小さいままである。実際、ポンプビームに供給されるエネルギーのかなりの量が活性媒体４及び共振キャビティ９内で失われ、上述と同じ欠点（過熱、寄生レーザビーム等）が生じる。更に、ポンプビームが活性媒体全体を通過するので、レーザ信号ビーム２は活性媒体４の全体を通過し、レーザ信号ビーム２が入力部では例えば単一モードであったとしても、光ポンピング装置１０の出力部では、相当に多重モードなレーザ信号ビーム２が得られる。
【０００９】
特許文献１には、一つの光ポンピング装置が開示されている。この装置は、ネオジムイオンが低レベルにドーピングされた活性材料の厚い層を備える。この装置は、レーザイ信号ビームの単一モードの増幅を実施することを目的としている。しかしながら、この動作は、活性材料層のドーピング及び／又は光学利得領域の幾何学的形状の特定の最適化によってのみ得られるものである。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５４８５４８２号明細書
【非特許文献１】“Ｆａｃｅ ｐｕｍｐｉｎｇ ｏｆ ｔｈｉｎ， ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｓｌａｂ ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅｓ”、Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９６年４月１５日、第２１巻、第８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、従来技術の欠点を含まない、つまり、活性領域内での短いポンプビームの軌道と、ポンプビームとレーザ信号ビームとの大きな重なりとを有し、両方のビームが同一直線上にあることを必要とせず、単純且つ安価であり、活性領域内のポンプ出力密度を最適化することによってレーザ信号ビームの増幅を得ることを可能にし、レーザ信号ビームの誘導機能を行う光ポンピング装置を提案することである。また、本発明の課題の一つは、光学利得領域の幾何学的形状及び活性材料層のドーピングに特定の制約の無い光ポンピング装置を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するため、本発明は、レーザイオンがドーピングされた活性材料ベースで形成され所定の体積を有する少なくとも一つの層と、活性材料のレーザイオンを励起状態にできるように波長が選択され所定の寸法の断面を有する少なくとも一つのポンプビームとを備えた光ポンピング装置を提案する。このポンプビームは、所定の入射角で層の入射ポイントに入射し、層内に少なくとも一つの光学利得領域を形成する。また、本発明は、レーザイオンがドーピングされた活性材料ベースで形成され所定の体積を有する少なくとも一つの層と、活性材料のレーザイオンを励起状態にできるように波長が選択され所定の寸法の断面を有する少なくとも一つのポンプビームを放出する手段とを備えた光ポンピング装置を提案する。この手段は、ポンプビームが所定の入射角で層の入射ポイントに入射し、層内に少なくとも一つの光学利得領域を形成するように、配置されている。光学利得領域は、入射ポイント、ポンプビームの断面の寸法、入射角によって調節可能な層内の位置及び体積を有するが、この光学利得領域の体積は層の体積未満である。活性材料層は薄層であってもよい。
【００１３】
このようにして、ポンプエネルギーが活性材料層全体にわたって分散している光ポンピング装置を用いる代わりに、ポンプエネルギーを特定の領域に集中させる装置を用いることによって、ポンプ出力密度を最大にすることが、従って、得られる増幅率を最適化することが可能になる。この制限された光学利得領域は、ポンプビームの特徴によってその体積及び位置が調節可能であり、また、レーザ信号ビームの増幅を介して誘導機能を果たすことが可能である。何故ならば、レーザ信号ビームは、高増幅領域（この場合、光学利得領域）内を優先的に伝播するからである。
【００１４】
薄層は、略１マイクロメートルと数十マイクロメートルとの間の、及び／又は、略１マイクロメートルと略１０マイクロメートルとの間の、及び／又は、略１００マイクロメートル未満の、及び／又は、略５０マイクロメートル未満の厚さを有し得る。このようにして、レーザ信号ビームの単一モードでの誘導を実行することが可能になる。
【００１５】
薄層は、略４０％のレーザイオンの、及び／又は、略３０％超のレーザイオンの、及び／又は、略２０％超のレーザイオンのドーピングレベルでドーピングされ得る。このようなドーピングによって、活性材料層の薄い厚さにも関わらず、光学利得領域内のポンプビームの吸収の良いレベルを維持することが可能になり、従って、光学利得領域の幾何学的形状における特定の最適化の制約が減る。
【００１６】
レーザイオンはイッテルビウムイオンであることが好ましい。電子構造の単純なこうしたイオンによって、本発明によるもののような高出力密度光ポンピング装置に生じる寄生効果を防止することが可能になる。
【００１７】
層は単結晶であり得る。
【００１８】
層は、イットリウムオルソケイ酸塩またはレーザイオン用の受容サイトを示す他のマトリクスをベースにしていてもよい。
【００１９】
ポンプビームが、少なくとも一つのレーザダイオードといった少なくとも一つの光源から放出されることが想定され得る。
【００２０】
ポンプビームが、層に入射する前に、レンズまたはプリズムといった少なくとも一つの光学手段によって形作られ、ポンプビームが区切られるようになる。この形作られることが層１３の外側で行われることによって、光源及び／又は用いられる光学手段の選択にかなり柔軟性が与えられる。
【００２１】
本発明による光ポンピング装置は、少なくとも一つのレーザ信号ビームと働き合うように設計されているので、光学利得領域が、レーザ信号ビーム用に、直線状の軌道でまたは非直線状の軌道で、層内に画定され得る。
【００２２】
本発明による光ポンピング装置が、少なくとも一つの単一モードのレーザ信号ビームと働き合うように設計されているので、光学利得領域の断面の寸法が、レーザ信号ビームが層を通過した後でも基本モードが実質的に保持されるように、レーザ信号ビームの断面の寸法に略等しくてもよい。これによって、単一モードのレーザ信号ビームを増幅すると同時に、ビームのモードを保持することが可能になる。
【００２３】
層が少なくとも一つの基板上に配置されていることが想定され得る。薄層内のエネルギーの閉じ込めを考慮すると、この基板によって、薄層内に形成される熱を逃がすことが可能になる。
【００２４】
この場合には、基板が、ポンプビームの波長に対して透明な材料から作成されていることが好ましい。これによって、基板内におけるポンプビームからのエネルギー損失を防止することが可能になる。
【００２５】
基板の材料の屈折率は、層の材料の屈折率以下であり得る。このようにして、レーザ信号ビームが層内に閉じ込められたままになる。
【００２６】
ポンプビームが、層に入射する前に基板を通過してもよい。
【００２７】
基板が少なくとも一つの面取り部を備えていることが好ましい。この面取り部によって、ポンプビームが、基板上での反射の可能性を制限することにより、基板に入射することが可能になる。
【００２８】
この場合には、ポンプビームが面取り部を介して基板に入射し、層に入射する前に基板を通過することが想定され得る。
【００２９】
本発明による光ポンピング装置が、層の上に配置された少なくとも一つの表板（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）を備えていることが好ましい。この表板は特に、光ポンピング装置に対する有害な熱の影響を制御し、レーザ信号ビームの伝播中の拡散損失を最小化するものとして機能し得る。
【００３０】
レーザ信号ビームを層内に閉じ込めるために、表板の材料の屈折率が層の材料の屈折率以下であり得る。
【００３１】
表板はポンプビームの波長に対して透明な材料から作成され得て、表板内でのエネルギー損失がなくなるようになる。
【００３２】
ポンプビームが、層に入射する前に表板を通過することが想定され得る。
【００３３】
表板は、ポンプビームの波長を吸収する材料から作成され得る。このようにして、ポンプビームが層を通過した後には、層内で吸収されなかったポンプビームの残留強度の全てが、表板で吸収される。
【００３４】
本発明による光ポンピング装置は、層に向けて配置された少なくとも一つの反射面を備えていてもよい。
【００３５】
この場合には、ポンプビームが、反射面上で反射され、上述の光学利得領域とは明確に区別される少なくとも一つの第二光学利得領域を層内に形成し得る。ここで、第二光学利得領域は、光学利得領域から離隔されているか、または光学利得領域に事実上接触している。
【００３６】
他の変形例においては、ポンプビームが、反射面上で反射され、光学利得領域に重なる少なくとも一つの第二光学利得領域を形成され得る。従って、単一の光学利得領域が形成される。
【００３７】
複数のポンプビームが層内で交差し、ポンプビームが働き合って光学利得領域を形成することが想定され得る。この場合には、光学利得領域が、上述の場合よりも複雑になり、より明確に所定のレーザ信号ビームを増幅することが可能になり得る。
【００３８】
ポンプビームが異なる波長を有してもよく、所定のレーザ信号ビームの吸収線が飽和することを避ける。
【００３９】
また、共通光源からの少なくとも二つのポンプビームのそれぞれが、層上での或る入射角を有し、層内で干渉し、二つのポンプビームによって形成される光学利得領域が、正弦関数的に変化するポンプ出力密度を有することも想定可能である。
【００４０】
また、光学利得領域が、少なくともひとつの非照射領域によって互いに離隔された少なくとも二つの第一部分と、この二つの第一部分を接続する少なくとも一つの共通の第二部分とに分けられてもよい。
【００４１】
層の体積が、実質的に平面状の第一主面及び第二主面によって区切られていてもよい。また、これらの面が平行であってもよい。
【００４２】
また、本発明は、レーザビームを発生させるように設計されていて、少なくとも二つのミラーと、本発明による光ポンピング装置とを備えたレーザ発振器にも関する。二つのミラーは光ポンピング装置に取り付けられているかまたは取り付けられていない。ミラーの一つはレーザビームを光学利得領域に戻すように設計されている。そして、ミラーの他方は、レーザビームの一部を光学利得領域に戻し、残りの部分を光ポンピング装置の外に出すように設計されている。このようして、光ポンピング装置がレーザ発振器の増幅モジュールとなる。
【００４３】
光ポンピング装置の層の体積は、実質的に平面状で平行な第一主面及び第二主面によって区切られていてもよい。二つのミラーの一つは、二つの主面に実質的に垂直な層の第三面に対向して配置された反射面を有する。そして、二つのミラーの他方は、第一のミラーに実質的に平行であり、第三面の反対側の層の第四面に対向して配置されている半透明ミラーである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明は、添付図面を参照して、単純に例示的で非限定的な目的で供される実施形態の例についての記載を読むことによって、より明確に理解されるものである。
【００４５】
以下で説明される様々な図面の同一、同様または均等な部分は、図から図への移行を容易にするために同一の参照符号を有する。
【００４６】
図面を見易くするため、図面中の様々な部分は必ずしも単一のスケールでは示されていない。
【００４７】
多様な可能性（変形例及び実施例）が互いに排除されることなく理解されるものであり、これらが互いに組み合わされ得る。
【００４８】
まず、図２Ａ及び図２Ｂに対して説明するが、これらはそれぞれ、本発明の第一実施例による光ポンピング装置１２の正面断面図及び上面断面図である。この光ポンピング装置１２は、レーザイオンがドーピングされた活性材料ベースで形成された層１３を備える。本実施例では、層１３は薄層、つまり、厚さが略１マイクロメートルと略５０マイクロメートルとの間、又は、略１マイクロメートルと略１００マイクロメートルとの間であり、単結晶で、例えばイットリウムオルソケイ酸塩（ｙｔｔｒｉｕｍ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ，ＹＳＯ）で、レーザイオン（本例ではＹｂ３＋イッテルビウムイオン）がドーピングされ、単純な電子構造を有し、本発明等の高出力密度光ポンピング装置に生じる寄生効果を防止することが可能な層である。選択されるレーザイオンの種類に従って、層１３が、このレーザイオン用の受容サイトを示す他のマトリクスに基づいてもよい。この層１３は所定の体積を有する。図２Ａから８に示される実施例においては、層１３の体積は、実質的に平坦で平行な第一主面１６及び第二主面１５によって区切られている。三つの軸ｘ、ｙ、ｚを構成する直交する参照符号ｘｙｚが図２Ａから図８の全ての図面に示されている。ｘ軸及びｚ軸によって定義されるｘｚ平面は、主面１５及び１６に実質的に平行である。第一主面１６は基板１４上に位置する。層１３は、例えば液相エピタキシーを用いて得ることができるが、これは非常に高品質の薄い単結晶層（数十マイクロメートル）を得るために用いられる方法であり、つまり、例えば略４０％の活性イオン（レーザイオン）、または、より一般的には略２０％または略３０％超の活性イオンのドーピングレベルでドーピングされた、非常に高レベルドーピングで０．０１ｄＢ／ｃｍ未満の光伝播損失を有する。
【００４９】
また、この光ポンピング装置１２はポンプビーム１９を有する。ポンプビーム１９は、このポンプビーム１９のフォトンが層１３に入射した際に、層１３からのレーザイオンが非励起状態から励起状態へと変化するように選択された波長の光線である。このポンプビーム１９は、第一主面１６または第二主面１５のどちらかを照射するように向けられる。照射される面が、例えば適切な誘電体の多層堆積を用いて形成された非反射コーティング（図示せず）によって覆われることが有利であり、光ポンピング装置１２の出力を改善することができる。図２Ａ及び２Ｂの例では、第一主面１６がポンプビーム１９によって照射される。ポンプビーム１９の有効幅は図２ＡにΦｐで示されている。基板１４は第一主面１６に接触していて、ポンプビーム１９の波長に対して透明な材料（この場合は単結晶）で作成され、ポンプビーム１９が、基板１４で生じるエネルギー損失無しで、第一主面１６上に到達するようになる。基板１４は面取り部（ベベル）１７を有する。図２Ａでは、ポンプビーム１９は、面取り部１７を介して基板１４に入射する。面取り部１７は、基板１４の一つの底面３５のエッジを切断して研磨することによって形成される。図２Ａでは、ポンプビーム１９は、面取り部１７上にゼロまたはほぼゼロの入射角で到達し、基板１４に入射する際のポンプビーム１９の反射を制限する。この基板１４によって、層１３内のエネルギーの閉じ込めを考慮して、層１３からの熱を逃がすことが可能になる。本実施例では、ポンプビーム１９は、入射ポイント４７（この場合、第一主面１６上に位置する）を介して層１３に入射する前に、基板１４を通過する。ポンプビーム１９は、入射角θｐで第一主面１６上に到達する。ポンプビーム１９は、図２Ｂから見て取れるように、ｚ軸に平行な光ポンピング装置１２の全長Ｌにわたって実質的に直線状に、第一主面１６を照射する。ポンプビーム１９は、図３Ａに示される光源２７（例えば一つ以上のレーザダイオード）によって放出される。
【００５０】
その後、ポンプビーム１９は、レーザイオンを非励起状態から励起状態に変えながら、層１３を通過する。この現象により、ポンプビーム１９のエネルギーが層１３に伝達される。ポンプビーム１９が通過した層１３の部分は、ポンプビーム１９からエネルギーを吸収し、図２Ａ及び２Ｂに示される、光学利得領域２０と称される領域を形成する。図２Ｂから見て取れるように、ポンプビーム１９が実質的に直線状に第一主面１６を照射するならば、光学利得領域２０もまた、光ポンピング装置１２の全長Ｌにわたって実質的に直線状になる。従って、本実施例では、ポンプビーム１９は、実質的に矩形の断面を有し表面積は、実質的にΦｐ×Ｌに等しい。従って、ポンプビーム１９のエネルギーは、この光学利得領域２０に集中する。従って、ポンプビーム１９が入射角θｐで第一主面１６上に到達するならば、光学利得領域２０は下記の式（１）によって定義される有効厚さｈｅｆｆを有する：
（１） ｈｅｆｆ＝ｈ／ｃｏｓ（θｐ）
ここで、ｈは層１３の厚さである。
【００５１】
この有効厚さｈｅｆｆは、層１３内をポンプビーム１９が伝わる距離に対応する。このようにして、θｐを変更することによって、層１３内で吸収されるポンプビーム１９のパワーの割合を単純な方法で制御することが可能になる。
【００５２】
同様に、光学利得領域２０の有効幅ｌｅｆｆは下記の式（２）によって定義される：
（２） ｌｅｆｆ＝Φｐ／ｃｏｓ（θｐ）
【００５３】
しかしながら、本第一実施例で、光学利得領域２０が、実質的に平行六面体状の体積Ｖを有するならば、この体積は下記の式（３）によって定義される：
（３） Ｖ＝ｌｅｆｆ×ｈ×Ｌ
【００５４】
従って、光学利得領域２０の体積Ｖはポンプビーム１９のΦｐ及びＬの寸法、従ってポンプビーム１９の断面積によって、また、第一主面１６上のポンプビーム１９の入射角θｐによって調節可能であるということがわかる。本発明によると、体積Ｖは層１３の全体積よりは小さい。更に、有効幅ｌｅｆｆに平行なｘ軸に沿った、光学利得領域２０の位置も、これらのパラメータ及び、層１９内のポンプビーム１９の入射ポイント４７を用いて、調節可能である。
【００５５】
層１３を通過した後、ポンプビーム１９はその軌道を続け、層１３の第一主面１６または第二主面１５の他方の面上に配置された表板（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）１８を通過する。図２Ａ及び２Ｂの例では、他方の面は第二主面１５である。この表板１８は例えば、基板１４と同じ材料から作成されてもよく、この場合には、単結晶で、ポンプビーム１９の波長に対して透明である。この表板１８は、層１３内のポンピング反応によって生じた熱を抽出する機能を有し得て、従って、層１３の厚さｈに平行なｙ軸に沿った温度勾配を形成して、有害な熱の影響を最小化することができる。
【００５６】
図２Ａ及び２Ｂの実施例では、ポンプビーム１９は、面取り部１７から基板１４を通過し、そして、層１３を通過し、最後に、表板１８を通過する。本実施形態の変形例では、ポンプビーム１９は、面取り部１７を介さずに基板１４を通過してもよく、または、図３Ａに示されるように、ポンプビーム１９が最初に表板１８を通過して、第二主面１５を介して層１３に入射し、最後に基板１４を通過する。他の変形例では、面取り部１７及び／又は表板１８、更には基板１４が無くてもよい。この場合には、ポンプビーム１９は、入射角θｐで層１３の第一主面１６または第二主面１５を介して直に層１３に入射し、その前に何かを通過することが無い。
【００５７】
本発明による光ポンピング装置１２は、図２に示されるレーザ信号ビーム２を増幅及び誘導するように設計されている。本第一実施例では、光ポンピング装置１２は、第一に、レーザ信号ビーム２を増幅するように設計されている。レーザ信号ビーム２は、光学利得領域２０の、ｚ軸に実質的に平行な層１３の入射部に送られる。光学利得領域２０を通過する間に、図２Ｂに破線で示されるように、レーザ信号ビーム２は、光学利得領域２０内に集められたエネルギーを回収することによって、増幅される。また、光ポンピング装置１２は、レーザ信号ビーム２を誘導する機能も有する。実際、本実施例では、基板１４及び表板１８の材料の屈折率は、層１３の活性材料の屈折率以下にされている。層１３に送られたレーザ信号ビーム２は、層１３内に留まり、基板１４及び表板１８内に分散されない。同様に、ポンプビーム１９のエネルギーが、光学利得領域２０内のみに位置し、また、レーザ信号ビーム２が、利得が最高のこの領域内を優先的に伝播するので、レーザ信号ビーム２は、この光学利得領域２０内に閉じ込められたままであり、層１３全体にわたって分散することがない。本第一実施例では、光学利得領域２０の有効幅ｌｅｆｆは、光ポンピング装置１２の全長Ｌにわたって実質的に一定であり、レーザ信号ビーム２の幅に実質的に等しく、また、厚さｈは、レーザ信号ビーム２の高さに実質的に等しい。従って、光学利得領域２０の断面の寸法は、レーザ信号ビーム２の断面の寸法に略等しい。従って、光ポンピング装置１２の出力部では、レーザ信号ビーム２が、光ポンピング装置１２の入力部での質と同じ質で得られる。レーザ信号ビームの質は、レーザ信号ビームの空間モードと称され、レーザ信号ビームのスポットの発散及び分散を決定する。レーザビームが“高品質”であると言われるのは、空間エネルギー分布が、（レーザビームを放出するキャビティによって決定される）基本モードに対応するものである場合であり、回転対称性を有するキャビティの通常の場合には、ガウス分布モードである。例えば、レーザ信号ビーム２が単一モードであり、層１３に入射するならば、光ポンピング装置１２からは、増幅されて完全に単一モードで放出される。より一般的な規則として、この構成によって、基本空間モードにエネルギーを供給するだけで、基本空間モードでレーザ信号ビーム２を増幅すると同時に、この空間モードを光ポンピング装置１２の出力部まで維持することができる。
【００５８】
例えば、４０％のＹｂ３＋イオンがドーピングされた厚さｈが１０マイクロメートルのＹＳＯ層１３に対して、長さの次元で割った９７８ｎｍでの吸収係数が２００ｃｍ−１のオーダであり、層１３と基板１４と間の屈折率の違いが０．０１未満である場合には、ポンプビーム１９（幅Φｐは１０マイクロメートル、入射角は７．２°）からのエネルギーの８０％が吸収されて、光学利得領域２０が形成され、ｚ軸方向の伝播時に適切に単一モードを保持することが可能である。有効吸収厚さｈｅｆｆはこの場合８０マイクロメートルであり、従って、光学利得領域２０は、１０マイクロメートル×８０マイクロメートルの断面積を有する。
【００５９】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明による光ポンピング装置１２の第二実施例を示す。本第二実施例の層１３、表板１８、基板１４、ポンプビーム１９及び光学利得領域２０は、事実上、第一実施例の同じものと実質的に同様である。第一実施例と比較すると、基板１４は面取り部を有していない。第一実施例のポンプビーム１９とは異なり、第二実施例のポンプビーム１９は、光ポンピング装置１２の長さＬに沿って直線状ではない。図３Ａに見て取れるように、ポンプビーム１９は、表板１８に入射し、第二主面１５上に到達する前に表板１８を通過する。ポンプビーム１９の断面は、図３Ｂに示される光学利得領域２０の上面と実質的に同様の形状を有するが、ポンプビーム１９の断面の幅はΦｐであり、ｌｅｆｆである光学利得領域２０の幅とは異なる。この場合には、ポンプビーム１９は層１３に入射し、光学利得領域２０を形成するが、その光学利得領域は、図３Ｂに示されるように、ｚ軸に沿った光ポンピング装置１２の全長Ｌに沿った直線状の軌道を有していない。本第二実施例では、ポンプビーム１９は、光学手段３３によって、形作られている、つまりコリメートされている。図３Ａでは、この光学手段３３はレンズである。この光学手段３３はプリズムであってもよい。この光学手段３３によって、ポンプビーム１９を正確に区切ることが可能になる。第一実施例においては、レーザ信号ビーム２は、光学利得領域２０内で増幅及び誘導された。しかしながら、エネルギー密度の勾配によって発生させた利得による誘導を用いることによってレーザ信号ビーム２が光学利得領域を進むので、本実施例の光ポンピング装置１２は、レーザ信号ビーム２が非直線状の軌道を進むという事実の結果として、追加的な誘導を実施するということになる。従って、レーザ信号ビーム２は、このレーザ信号ビーム２が層１３に入射した際の軸とは平行ではない軸に沿って、層１３から出て来る。これによって、レーザ信号ビーム２を、ポンプビーム１９の幾何学的形状によって定められた方向に向けることができる。この現象は、本実施例の場合のように、層１３をドーピングするのに用いられるＹｂ３＋イオンによって強められる。実際、このイオンは、ポンプビーム１９が通過しない層１３の領域内のレーザ信号ビーム２を吸収し、レーザ信号ビーム２の誘導を強める。
【００６０】
図４Ａは、本発明の第三実施例による光ポンピング装置１２の正面断面図を示す。第一実施例のように、光ポンピング装置１２は、層１３、表板１８、基板１４、ポンプビーム１９及び光学利得領域２０を有する。図４Ａの光ポンピング装置１２と図２Ａの光ポンピング装置との違いは、層１３に向けられた反射面２２を備えることである。この反射面２２は、層１３から最も離れていて、第一主面１６に実質的に平行な表板１８の面上に位置する。ポンプビーム１９が層１３を通過すると、図２Ａに示されるような光学利得領域２０が形成されるが、これは第一光学利得領域２０となる。その後、ポンプビーム１９が表板１８を通過して面２２上で反射される。その後、ポンプビーム１９は表板１８と、層１３とを再び通過するが、層１３が第二光学利得領域２１を形成し、その体積は第一光学利得領域に実質的に等しい。第二光学利得領域２１は、第一光学利得領域２０に平行であってもよく、第一光学利得領域２０と同じ性質を有してもよい。第二光学利得領域も、同じパラメータ、つまり、向き、有効厚さｈｅｆｆ、有効幅ｌｅｆｆ、層１３の長さ及び厚さｈによって、画定される。その後、ポンプビーム１９は、基板１４を通過して、基板１４から出て来る。図４Ａでは、第二光学利得領域２１は明確に区別されていて、第一光学利得領域２０から離隔されている。この構成では、ポンピング装置１２は、二つのレーザ信号ビーム（図４Ａには示さず）を独立に増幅することが可能で、それぞれが第一光学利得領域２０または第二光学利得領域２１のどちらかを用いる。ここでも、上述のように、光ポンピング装置１２は、増幅及び光誘導の機能を果たす。他の変形例では、第二実施例のように直線状ではないポンプビーム１９を有することが可能である。この場合には、二つの非直線状の光学利得領域２０が得られる。ポンプビーム１９は、図３Ａに示されるように光源２７から放出される。また、ポンプビーム１９は、第二実施例のように図３Ａに示される光学手段３３によって形作られてもよい。第一実施例に対して説明された多数の変形例（面取り部１７、基板１４及び表板１８の有無）が、この第三実施例に対しても想定され得る。
【００６１】
図４Ｂは、本発明の第三実施例による光ポンピング装置１２を示す。この図の光ポンピング装置１２が図４Ａの光ポンピング装置と異なるのは、層１３上のポンプビーム１９の入射角θｐである。この入射角θｐは、光学利得領域２０と第二光学利得領域２１とが明確に区別されるが、両方の光学利得領域２０、２１が互いに離隔される図４Ａの場合とは異なり、図４Ｂでは両方の光学利得領域２０、２１が互いに事実上接触するようになっている。
【００６２】
この第三実施例の変形例が図４Ｃに示されている。この図では、光ポンピング装置１２は図４Ａの光ポンピング装置１２と同一の構成要素を有する。違いは、角度θｐが、二つの光学利得領域２０及び２１が重なり、単一の光学利得領域４４を形成するようになっていることである。この重なりによって、上述の実施例とは異なり、出力密度が一様ではない単一の光学利得領域４４がもたらされる。領域２３は、ポンプビーム１９が面２２上で反射される前後に横切る領域であり、光学利得領域２０、２１の交差部に位置し、単一の光学利得領域４４の中心部分にあり、光学利得領域２０、２１の交差部に対応する中心部分のどちらかの側面に位置する単一の光学利得領域４４の端部において、より大きな出力密度を有する。この変形例では、領域２３の幅によって画定された幅に対してのみレーザ信号ビーム２（図４Ｃには示さず）を最大に増幅するによって、特定の空間モードのレーザ放出を促すことが可能である。この現象は、層１３をＹｂ３＋イオンでドーピングすることによって強められ、“十分にポンピングされなかった”領域（この場合には、領域２３の外側に位置する単一の光学利得領域４４の端部）が、レーザ信号ビーム２を吸収する。
【００６３】
図５は、本発明の第四実施例による光ポンピング装置１２の正面断面図を示す。この光ポンピング装置１２は、層１３、基板１４及び表板１８を備える。第一実施例と比較すると、基板１４は、底面３５の対向する二つのエッジ上に形成された二つの面取り部１７及び２４を有する。上述の実施例とは異なり、図５において、いわゆる主ポンプビーム１９は、基板を通過した後、入射ポイント４７にゼロ度の入射角θｐ１（図示せず）で第一主面１６上に到達する。図５では、光ポンピング装置１２はまた、二つの副ポンプビーム２５、２６を含む。この二つの副ポンプビーム２５、２６の各々は、それぞれ基板１４の面取り部２４及び１７を介して入射する。この図では、副ポンプビーム２５、２６の各々は、例えば絶対値が実質的に等しいが逆符号である入射角θｐ２、θｐ３で第一主面１６上に到達する。他の変形例では、副ポンプビーム２５、２６は異なる入射角θｐ２、θｐ３を有してもよい。基板１４を通過した後、三つのポンプビーム１９、２５、２６は共通の光学利得領域２０を形成する。この図では、ポンプビーム１９、２５、２６はそれぞれ、異なる特定の幅Φｐ１、Φｐ２、Φｐ３、従って異なる断面を有する。ポンプビーム１９、２５、２６は、所定の波長での吸収の飽和を避けるために、異なる波長を有してもよい。また、ポンプビーム１９、２５、２６はそれぞれ、ｚ軸に平行な異なる長さを有してもよい。幾何学的形状の異なるこれらのポンプビーム１９、２５、２６を用いることによって、共通光学利得領域２０が、一様ではない出力密度を有する。図５では、共通光学利得領域２０は、主ポンプビーム１９と副ポンプビーム２６、２５の一つとが交差する二つの領域４２、４３を有する。この二つの領域４２、４３は、主ポンプビーム１９のみによって生じた光学利得領域２０の残りの部分２０’よりも、大きな出力密度を有する。本実施例では、それぞれのパラメータ、つまり、層１３の入射ポイント４７、主ポンプビーム１９の入射角θｐ１及び幅Φｐ１が共通光学利得領域２０を形成し、副ポンプビーム２５、２６の同様のパラメータが領域４２、４３の形成を助ける。本実施例では、表板１８は、ポンプビーム１９、２５、２６の波長を吸収する材料から形成されている。このようにして、ポンプビーム１９、２５，２６が層１３を通過した後には、ポンプビーム１９、２５、２６の残留強度は表板１８に吸収される。本実施例によって、所定の空間モードのレーザ放出を促すことが可能であり、または共通の光学利得領域２０内に複数の明確に区別できるガイドを形成することができる。本実施例を用いて、一つ以上のレーザ信号ビーム２（図５には示さず）が、共通光学利得領域２０内のそれぞれの位置に従って、層１３を介して入射し得て、層１３を通過する。そして、光学利得領域２０に入射するポイントによって、従って遭遇する出力密度によって決められる空間モードで、光ポンピング装置１２から出て来る。本第四実施例では、複数の変形例が可能である。例えば、ポンプビーム１９、２５、２６は直線状であってもなくてもよい。他の変形例では、追加ポンプビームを加えることが想定され得る。また、光ポンピング装置１２は、第三実施例のような反射面２２を有してもよく、光学利得領域２０内に更に複雑な幾何学的形状を得ることが可能になる。第一実施例のように、他の変形例では、面取り部１７及び２４、基板の有無、また、表板１８の省略が想定され得る。
【００６４】
図６は、本発明の第五実施例による光ポンピング装置１２の正面断面図を示す。この光ポンピング装置１２は、第四実施例のものと実質的に同様な、層１３及び基板１４を有する。本第５実施例では、少なくとも二つのポンプビーム１９、２５が、共通光源２７によって発せられる。図６では、二つのポンプビーム１９、２５が示されている。ポンプビーム１９、２５はそれぞれ、例えば絶対値が実質的に等しいが逆符号である第一主面１６上の入射角θｐ１９、θｐ２５と、単一の光学利得領域２０を形成するように層１３で交差する実質的に等しい幅Φｐ１９及びΦｐ２５とを有する。ポンプビーム１９、２５が同一の光源２７からのものであり、実質的に等しく、実質的に等しい入射角θｐ１９及びθｐ２５で面１６を照射するならば、単一の光学利得領域２０内には二つのポンプビーム１９、２５間の干渉が存在し、ｘ軸に沿って正弦関数的に変化するポンプ出力密度が誘発される。この正弦関数的な変化の区間は、それぞれのポンプビーム１９、２５の入射角θｐ１９、θｐ２５及び幅Φｐ１９、Φｐ２５を変更することによって、調節可能である。ポンプビーム１９、２５は、絶対値が実質的に等しいが逆符号である第二主面１５に対する屈折角θｒ１９及びθｒ２５で層１３から出て来て、それぞれが実質的に等しい幅Φｒ１９及びΦｒ２５を有する。従って、本実施例を用いて、同一にまたはほぼ同一にポンピングされる平行な光学ガイドの組が形成される。また、上述の実施例に対して説明した変形例を、本第５実施例に適用してもよい。
【００６５】
図７Ａは本発明の第六実施例による光ポンピング装置１２の上面断面図を示す。この光ポンピング装置１２は、実質的に第五実施例のものと同様の層１３及び基板１４（図７Ａには示さず）を有する。この第六実施例では、ポンプビーム１９（図７Ａには示さず）が基板１４を介して入射し、層１３内に光学利得領域２０を形成する。本実施例では、光学利得領域２０は、層１３の照射されていない領域３４によって互いに離隔された二つの第一部分２８、２９に分けられ、この第一部分は共通の第二部分３０から延伸する。この共通の第二部分３０は、二つの第一部分２８、２９を接続する。ポンピング装置１２の動作時には、光源２７（図７Ａには示さず）が、光学利得領域２０を形成するポンプビーム１０を放出する。しかしながら、ポンプ装置１２の動作時には、ポンプビーム１９が、図７Ａの場合のように、二つの第一部分の一つ２８と共通の第二部分３０とを形成するようにするか、または、二つの第一部分の他方２９と共通の第二部分３０を形成するようにする。このようにして、光源２７が、層１３内に二つの異なる光学経路を互いに無関係に形成することが可能である。このようにして、第二部分３０を介して層１３に入射するレーザ信号ビーム２が、図７Ａの場合のように、第二部分３０を介して、図７Ａに実線で示される二つの第一部分の一つ２８によって画定された第一光学経路内を誘導されて、出力部である第一端部３１を介して層１３から出て来てもよく、または、図７Ａに破線で示される二つの第一部分の他方２９によって画定された第二光学経路内を誘導されて、第一端部３１の隣に位置しこれもまた出力部である第二端部３２を介して層１３から出て来てもよい。従って、本光ポンピング装置１２は光ルーティング機能を果たし、互いに無関係に、二つの軌道に沿って、レーザ信号ビーム２をルーティングすることが可能になる。同じ構成を用いて、図７Ｂに示されるように、本光ポンピング装置１２が、光スイッチング機能を果たすことも想定可能である。この場合、二つのレーザ信号ビーム２ａ、２ｂがそれぞれ、この場合入力部になる端部３１及び３２に到達する。図７Ｂの場合のように、ポンプビーム１９（図７Ｂに示さず）が、図７Ｂに実線で示される二つの第一部分の一つ２８及び共通の第二部分３０を照射するならば、第一端部３１を介して入射するレーザ信号ビーム２ａのみが、光ポンピング装置１２から増幅されて出て来る。同様に、ポンプビーム１９が、図７Ｂに破線で示される二つの第一部分の他方２９及び共通の第二部分３０を照射するならば、第二端部３２を介して入射するレーザ信号ビーム２ｂのみが、光ポンピング装置１２から増幅されて出て来る。上述の全ての変形例を、この第六実施例に適用してもよい。
【００６６】
上述の全ての実施例においては、光ポンピング装置１２が、一つ以上の既存のレーザ信号ビーム２用の増幅器及び光学ガイドとして用いられている。レーザ信号ビーム２は、活性材料の層１３に入射し、光学利得領域２０内でポンプビーム１９によって供給されるエネルギーで増幅されながら、この光学利得領域２０に沿って層１３を通過し、光ポンピング装置１２から出て行く。
【００６７】
また、本発明は、レーザ発振器５０にも関する。レーザ発振器５０はレーザビームを生成するように設計されている。このレーザ発振器の原理は、光ポンピング装置を二つのミラーの間に配置するということである。この二つのミラーの一つはレーザビームを光学利得領域に戻し、この二つのミラーの他方は、レーザビームの一部を光学利得領域に戻し、残りの部分は光ポンピング装置の外へと通過させる。従って、光ポンピング装置が、レーザ発振器５０の増幅（ｇａｉｎ）モジュールとして用いられる。図８は、本発明によるレーザ発振器を示す。レーザ発振器５０は、本発明の上述の実施例のいずれかによる光ポンピング装置１２を備える。光ポンピング装置１２は、第一実施例の光ポンピング装置１２の構成要素と実質的に同様の、図８には示されない基板、ポンプビーム、表板、並びに、層１３、光学利得領域２０を含む。レーザ発振器５０は第一ミラー２７を備えるが、ここで、この第一ミラーには、一つの反射面３７が層１３の主面に実質的に垂直な層１３の第三面３９に対向して配置されている。また、レーザ発振器５０は、層１３の第三面３９の反対側の第四面４０に対向して配置された半透明な第二ミラー３８も備える。本実施例では、ミラー３６及び３８は実質的に互いに向き合って配置されている。このレーザ発振器５０に対しては、光学利得領域２０内での誘導放出を用いた自発放出及び増幅放出によって発生させたレーザビーム４１が、最初に層１３を通過し、第二ミラー３８で反射され、再び層１３を通過し、第一ミラー３６で反射されるというようになる。層１３つまり光学利得領域２０を通過する度に、レーザビーム４１が、光学利得領域２０内のポンプビームによって供給されたエネルギーを回収する。レーザビーム４１が半透明ミラー３８に到達する度に、レーザビーム４１の一部４５がこの半透明ミラー３８によって光学利得領域２０内に反射され、レーザビーム４１の残りの部分４６は、半透明ミラー３８を通過して、光ポンピング装置１２から出て行く。
【００６８】
レーザ発振器５０についてのこの説明は、可能な実施例の一つである。レーザ発振器５０の原理が、層１３のそれぞれの側に二つのミラー３６、３８を配置することに基づいているものであれば、上述の光ポンピング装置１２のいずれかを用いて、図８のようなレーザ発振器５０の増幅モジュールを製造することができる。
【００６９】
一変形例においては、ミラー３６、３８が、光ポンピング装置１２に取り付けられていなくてもよい。また、この二つのミラーの少なくとも一つが、レーザ発振器５０の安定性を高めるために、平面状でなく凹型であってもよい。
【００７０】
本発明のいくつかの実施例について詳細に説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、多種多様な変更及び改良が可能であるということは理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１Ａ】従来技術による横方向の光ポンピング装置の一例の斜視図である。
【図１Ｂ】従来技術による縦方向の光ポンピング装置の一例の斜視図である。
【図１Ｃ】従来技術による上面を介した光ポンピング装置の一例の斜視図である。
【図２Ａ】本発明の第一実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第一実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【図３Ａ】本発明の第二実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第二実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【図４Ａ】本発明の第三実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第三実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図４Ｃ】本発明の第三実施例の変形例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図５】本発明の第四実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図６】本発明の第五実施例による光ポンピング装置の正面断面図である。
【図７Ａ】本発明の第六実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【図７Ｂ】本発明の第六実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【図８】本発明の第七実施例による光ポンピング装置の上面断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 横方向の光ポンピング装置
２ レーザ信号ビーム
３ ポンプビーム
４ 活性媒体
５ 第一面
６ 第二面
７ レーザダイオードマトリクス
８ 微小開口ミラー
９ 共振キャビティ
１０ 上面を介した光ポンピング装置
１１ 縦方向の光ポンピング装置
１２ 光ポンピング装置
１３ 層
１４ 基板
１５ 第二主面
１６ 第一主面
１７ 面取り部
１８ 表板
１９ ポンプビーム
２０、２１ 光学利得領域
２２ 反射面
２７ 光源
３３ 光学手段
３５ 底面
３６ 第一ミラー
３７ 反射面
３８ 半透明な第二ミラー
３９ 第三面
４０ 第四面
４１ レーザビーム
４７ 入射ポイント
５０ レーザ発振器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザイオンがドーピングされた活性材料ベースで形成され所定の体積を有する少なくとも一つの薄い層（１３）を備え、また、前記活性材料の前記レーザイオンを励起状態にできるように波長が選択されまた所定の寸法の断面を有する少なくとも一つのポンプビーム（１９）も備えた光ポンピング装置（１２）にであり、前記ポンプビームは、所定の入射角（θｐ）で前記層（１３）の入射ポイント（４７）に入射し、前記層（１３）内に少なくとも一つの光学利得領域（２０）を形成し、前記光学利得領域（２０）は、前記入射ポイント（４７）、前記ポンプビーム（１９）の断面の寸法、前記入射角（θｐ）によって調節可能な前記（１３）内の位置及び体積を有するが、前記光学利得領域（２０）の体積は前記層（１３）の体積未満である光ポンピング装置（１２）。
【請求項２】
前記薄い層（１３）は略１マイクロメートルと数十マイクロメートルとの間の厚さを有する請求項１に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３】
前記薄い層（１３）は略１マイクロメートルと略１０マイクロメートルとの間の厚さを有する請求項１または請求項２のいずれかに記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項４】
前記薄い層（１３）は略１００マイクロメートル未満の厚さを有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項５】
前記薄い層（１３）は略５０マイクロメートル未満の厚さを有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項６】
前記薄い層（１３）は略４０％のレーザイオンのドーピングレベルでドーピングされている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項７】
前記薄い層（１３）は略３０％超のレーザイオンのドーピングレベルでドーピングされている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項８】
前記薄い層（１３）は略２０％超のレーザイオンのドーピングレベルでドーピングされている請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項９】
前記レーザイオンがイッテルビウムイオンである請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１０】
前記層（１３）が単結晶である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１１】
前記層（１３）は、イットリウムオルソケイ酸塩またはレーザイオン用の受容サイトを示す他のマトリクスをベースにしている請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１２】
前記ポンプビーム（１９）が、少なくとも一つのレーザダイオードといった少なくとも一つの光源（２７）から放出される請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１３】
前記ポンプビーム（１９）が、前記層（１３）に入射する前に、レンズまたはプリズムといった少なくとも一つの光学手段（３３）によって形作られ、前記ポンプビーム（１９）が区切られるようになっている請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１４】
少なくとも一つのレーザ信号ビーム（２）と働き合うように設計され、前記光学利得領域（２０）が、前記レーザ信号ビーム（２）用に直線状の軌道で前記層（１３）内に画定される請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１５】
少なくとも一つのレーザ信号ビーム（２）と働き合うように設計され、前記光学利得領域（２０）が、前記レーザ信号ビーム（２）用に非直線状の軌道で前記層（１３）内に画定する請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１６】
少なくとも一つの単一モードのレーザ信号ビーム（２）と働き合うように設計され、前記光学利得領域（２０）の断面の寸法は、前記レーザ信号ビーム（２）が前記層（１３）を通過した後でも基本モードが実質的に保持されるように、前記レーザ信号ビーム（２）の断面の寸法に略等しい請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１７】
前記層（１３）は少なくとも一つの基板（１４）上に配置されている請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１８】
前記基板（１４）は、前記ポンプビーム（１９）の波長に対して透明な材料から作成されている請求項１７に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１９】
前記基板（１４）の材料の屈折率は前記層（１３）の材料の屈折率以下である請求項１７または請求項１８のいずれかに記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２０】
前記ポンプビーム（１９）が、前記層（１３）に入射する前に前記基板（１４）を通過する請求項１７から請求項１９のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２１】
前記基板（１４）は少なくとも一つの面取り部（１７）を備えている請求項１７から請求項２０のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２２】
前記ポンプビーム（１９）が前記面取り部（１７）を介して前記基板（１４）に入射し、前記層（１３）に入射する前に前記基板（１４）を通過する請求項２１に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２３】
前記層（１３）の上に配置された少なくとも一つの表板（１８）を備えている請求項１７から請求項２２のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２４】
前記表板（１８）の材料の屈折率が前記層（１３）の材料の屈折率以下である請求項２３に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２５】
前記表板（１８）が前記ポンプビーム（１９）の波長に対して透明な材料から作成されている請求項２３または請求項２４のいずれかに記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２６】
前記ポンプビーム（１９）が前記層（１３）に入射する前に前記表板（１８）を通過する請求項２３から請求項２５のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２７】
前記表板（１８）が前記ポンプビーム（１９）の波長を吸収する材料から作成されている請求項２３または請求項２４のいずれかに記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２８】
前記層（１３）に向けて配置された少なくとも一つの反射面（２２）を備えている請求項２３から請求項２６のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２９】
前記ポンプビーム（１９）が、前記反射面（２２）上で反射され、前記光学利得領域（２０）とは明確に区別される少なくとも一つの第二光学利得領域（２１）を前記層（１３）内に形成し、前記第二光学利得領域（２１）は、前記光学利得領域（２０）から離隔さされているか、または前記光学利得領域（２０）に事実上接触している請求項２８に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３０】
前記ポンプビーム（１９）が、前記反射面（２２）上で反射され、前記光学利得領域（２０）に重なる少なくとも一つの第二光学利得領域（２１）を形成し、従って単一の光学利得領域（４４）が形成される請求項２８に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３１】
複数のポンプビーム（１９、２５、２６）が前記層（１３）内で交差し、前記ポンプビーム（１９、２５、２６）が働き合って前記光学利得領域（２０）を形成する請求項１から請求項３０のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３２】
前記ポンプビーム（１９、２５、２６）が異なる波長を有する請求項３１に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３３】
共通光源（２７）からの少なくとも二つのポンプビーム（１９、２５）を備え、前記二つのポンプビームのそれぞれは、前記層（１３）上での入射角（θｐ１２、θｐ２５）を有し、前記層（１３）内で干渉し、前記二つのポンプビーム（１９、２５）によって形成される前記光学利得領域（２０）は、正弦関数的に変化するポンプ出力密度を有する請求項１から請求項３０のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３４】
前記光学利得領域（２０）が、少なくともひとつの非照射領域（３４）によって互いに離隔された少なくとも二つの第一部分（２８、２９）と、前記二つの第一部分（２８、２９）を接続する少なくとも一つの共通の第二部分（３０）とに分けられる請求項１から請求項３３のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３５】
前記層（１３）の体積が、実質的に平面状の第一主面（１６）及び第二主面（１５）によって区切られている請求項１から請求項３４のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３６】
前記第一主面（１６）及び前記第二主面（１５）は実質的に平行である請求項３５に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３７】
レーザビーム（４１）を発生させるように設計されていて、少なくとも二つのミラー（３６、３８）と、請求項１から請求項３６のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）とを備えたレーザ発振器（５０）であり、前記二つのミラー（３６、３８）は前記光ポンピング装置（１２）に取り付けられているかまたは取り付けられていなく、前記ミラーの一つ（３６）は前記レーザビーム（４１）を前記光学利得領域（２０）に戻すように設計され、前記ミラーの他方（３８）は、前記レーザビーム（４１）の一部（４５）を前記光学利得領域（２０）に戻し、残りの部分（４６）を前記光ポンピング装置（１２）の外に出すように設計されていて、前記光ポンピング装置（１２）が前記レーザ発振器（５０）の増幅モジュールとなるレーザ発振器（５０）。
【請求項３８】
前記光ポンピング装置（１２）の層（１３）の体積は、実質的に平面状で平行な第一主面（１６）及び第二主面（１５）によって区切られていて、前記二つのミラーの一つ（３６）は、二つの前記主面（１５、１６）に実質的に垂直な前記層（１３）の第三面（３９）に対向して配置された反射面（３７）を有し、前記二つのミラーの他方（３８）は、第一の前記ミラー（３６）に実質的に平行であり、前記第三面（３９）の反対側の層（１３）の第四面（４０）に対向して配置されている半透明ミラーである請求項３７に記載のレーザ発振器（５０）。
【請求項１】
レーザイオンがドーピングされた活性材料ベースで形成され所定の体積を有する少なくとも一つの薄い層（１３）を備え、また、前記活性材料の前記レーザイオンを励起状態にできるように波長が選択されまた所定の寸法の断面を有する少なくとも一つのポンプビーム（１９）も備えた光ポンピング装置（１２）にであり、前記ポンプビームは、所定の入射角（θｐ）で前記層（１３）の入射ポイント（４７）に入射し、前記層（１３）内に少なくとも一つの光学利得領域（２０）を形成し、前記光学利得領域（２０）は、前記入射ポイント（４７）、前記ポンプビーム（１９）の断面の寸法、前記入射角（θｐ）によって調節可能な前記（１３）内の位置及び体積を有するが、前記光学利得領域（２０）の体積は前記層（１３）の体積未満である光ポンピング装置（１２）。
【請求項２】
前記薄い層（１３）は略１マイクロメートルと数十マイクロメートルとの間の厚さを有する請求項１に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３】
前記薄い層（１３）は略１マイクロメートルと略１０マイクロメートルとの間の厚さを有する請求項１または請求項２のいずれかに記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項４】
前記薄い層（１３）は略１００マイクロメートル未満の厚さを有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項５】
前記薄い層（１３）は略５０マイクロメートル未満の厚さを有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項６】
前記薄い層（１３）は略４０％のレーザイオンのドーピングレベルでドーピングされている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項７】
前記薄い層（１３）は略３０％超のレーザイオンのドーピングレベルでドーピングされている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項８】
前記薄い層（１３）は略２０％超のレーザイオンのドーピングレベルでドーピングされている請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項９】
前記レーザイオンがイッテルビウムイオンである請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１０】
前記層（１３）が単結晶である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１１】
前記層（１３）は、イットリウムオルソケイ酸塩またはレーザイオン用の受容サイトを示す他のマトリクスをベースにしている請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１２】
前記ポンプビーム（１９）が、少なくとも一つのレーザダイオードといった少なくとも一つの光源（２７）から放出される請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１３】
前記ポンプビーム（１９）が、前記層（１３）に入射する前に、レンズまたはプリズムといった少なくとも一つの光学手段（３３）によって形作られ、前記ポンプビーム（１９）が区切られるようになっている請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１４】
少なくとも一つのレーザ信号ビーム（２）と働き合うように設計され、前記光学利得領域（２０）が、前記レーザ信号ビーム（２）用に直線状の軌道で前記層（１３）内に画定される請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１５】
少なくとも一つのレーザ信号ビーム（２）と働き合うように設計され、前記光学利得領域（２０）が、前記レーザ信号ビーム（２）用に非直線状の軌道で前記層（１３）内に画定する請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１６】
少なくとも一つの単一モードのレーザ信号ビーム（２）と働き合うように設計され、前記光学利得領域（２０）の断面の寸法は、前記レーザ信号ビーム（２）が前記層（１３）を通過した後でも基本モードが実質的に保持されるように、前記レーザ信号ビーム（２）の断面の寸法に略等しい請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１７】
前記層（１３）は少なくとも一つの基板（１４）上に配置されている請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１８】
前記基板（１４）は、前記ポンプビーム（１９）の波長に対して透明な材料から作成されている請求項１７に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項１９】
前記基板（１４）の材料の屈折率は前記層（１３）の材料の屈折率以下である請求項１７または請求項１８のいずれかに記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２０】
前記ポンプビーム（１９）が、前記層（１３）に入射する前に前記基板（１４）を通過する請求項１７から請求項１９のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２１】
前記基板（１４）は少なくとも一つの面取り部（１７）を備えている請求項１７から請求項２０のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２２】
前記ポンプビーム（１９）が前記面取り部（１７）を介して前記基板（１４）に入射し、前記層（１３）に入射する前に前記基板（１４）を通過する請求項２１に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２３】
前記層（１３）の上に配置された少なくとも一つの表板（１８）を備えている請求項１７から請求項２２のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２４】
前記表板（１８）の材料の屈折率が前記層（１３）の材料の屈折率以下である請求項２３に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２５】
前記表板（１８）が前記ポンプビーム（１９）の波長に対して透明な材料から作成されている請求項２３または請求項２４のいずれかに記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２６】
前記ポンプビーム（１９）が前記層（１３）に入射する前に前記表板（１８）を通過する請求項２３から請求項２５のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２７】
前記表板（１８）が前記ポンプビーム（１９）の波長を吸収する材料から作成されている請求項２３または請求項２４のいずれかに記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２８】
前記層（１３）に向けて配置された少なくとも一つの反射面（２２）を備えている請求項２３から請求項２６のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項２９】
前記ポンプビーム（１９）が、前記反射面（２２）上で反射され、前記光学利得領域（２０）とは明確に区別される少なくとも一つの第二光学利得領域（２１）を前記層（１３）内に形成し、前記第二光学利得領域（２１）は、前記光学利得領域（２０）から離隔さされているか、または前記光学利得領域（２０）に事実上接触している請求項２８に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３０】
前記ポンプビーム（１９）が、前記反射面（２２）上で反射され、前記光学利得領域（２０）に重なる少なくとも一つの第二光学利得領域（２１）を形成し、従って単一の光学利得領域（４４）が形成される請求項２８に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３１】
複数のポンプビーム（１９、２５、２６）が前記層（１３）内で交差し、前記ポンプビーム（１９、２５、２６）が働き合って前記光学利得領域（２０）を形成する請求項１から請求項３０のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３２】
前記ポンプビーム（１９、２５、２６）が異なる波長を有する請求項３１に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３３】
共通光源（２７）からの少なくとも二つのポンプビーム（１９、２５）を備え、前記二つのポンプビームのそれぞれは、前記層（１３）上での入射角（θｐ１２、θｐ２５）を有し、前記層（１３）内で干渉し、前記二つのポンプビーム（１９、２５）によって形成される前記光学利得領域（２０）は、正弦関数的に変化するポンプ出力密度を有する請求項１から請求項３０のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３４】
前記光学利得領域（２０）が、少なくともひとつの非照射領域（３４）によって互いに離隔された少なくとも二つの第一部分（２８、２９）と、前記二つの第一部分（２８、２９）を接続する少なくとも一つの共通の第二部分（３０）とに分けられる請求項１から請求項３３のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３５】
前記層（１３）の体積が、実質的に平面状の第一主面（１６）及び第二主面（１５）によって区切られている請求項１から請求項３４のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３６】
前記第一主面（１６）及び前記第二主面（１５）は実質的に平行である請求項３５に記載の光ポンピング装置（１２）。
【請求項３７】
レーザビーム（４１）を発生させるように設計されていて、少なくとも二つのミラー（３６、３８）と、請求項１から請求項３６のいずれか一項に記載の光ポンピング装置（１２）とを備えたレーザ発振器（５０）であり、前記二つのミラー（３６、３８）は前記光ポンピング装置（１２）に取り付けられているかまたは取り付けられていなく、前記ミラーの一つ（３６）は前記レーザビーム（４１）を前記光学利得領域（２０）に戻すように設計され、前記ミラーの他方（３８）は、前記レーザビーム（４１）の一部（４５）を前記光学利得領域（２０）に戻し、残りの部分（４６）を前記光ポンピング装置（１２）の外に出すように設計されていて、前記光ポンピング装置（１２）が前記レーザ発振器（５０）の増幅モジュールとなるレーザ発振器（５０）。
【請求項３８】
前記光ポンピング装置（１２）の層（１３）の体積は、実質的に平面状で平行な第一主面（１６）及び第二主面（１５）によって区切られていて、前記二つのミラーの一つ（３６）は、二つの前記主面（１５、１６）に実質的に垂直な前記層（１３）の第三面（３９）に対向して配置された反射面（３７）を有し、前記二つのミラーの他方（３８）は、第一の前記ミラー（３６）に実質的に平行であり、前記第三面（３９）の反対側の層（１３）の第四面（４０）に対向して配置されている半透明ミラーである請求項３７に記載のレーザ発振器（５０）。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【公表番号】特表２００８−５４１４４２（Ｐ２００８−５４１４４２Ａ）
【公表日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１０６１９（Ｐ２００８−５１０６１９）
【出願日】平成１８年５月５日（２００６．５．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００６／０５０４１６
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０２６０８４
【国際公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（５９００００５１４）コミツサリア タ レネルジー アトミーク (429)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月５日（２００６．５．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００６／０５０４１６
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０２６０８４
【国際公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（５９００００５１４）コミツサリア タ レネルジー アトミーク (429)
【Ｆターム（参考）】
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