JPH0511678B2

JPH0511678B2 -

Info

Publication number: JPH0511678B2
Application number: JP61503281A
Authority: JP
Inventors: Richaado Eru Aburamusu; Hansu Dabuyu Buryuserubatsuha; Konsetsuto Aaru Guiriano; Richaado Shii Rindo; Monika Eru Minden; Toomasu Aaru Omeara; Dabitsudo Ee Rotsukueru; Ronarudo Aaru Suteefuensu
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1986-05-08
Publication date: 1993-02-16
Also published as: NO171438C; KR880700301A; EP0222005B1; IL78618A; KR910000689B1; EP0222005A1; GR861137B; WO1986007165A1; NO171438B; NO870259L; TR22575A; ES8801479A1; DE3683445D1; IL78618A0; US4757268A; JPS62502228A; ES555167A0

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はレーザに関し、特に位相結合リフレ
クタを利用するレーザに関する。加えて、この発
明は、高い平均パワー出力のボリユーム増幅器ス
テージの高エネルギー・レーザまたはレーザ・シ
ステムに関する。

［従来の技術］レーザ通信、機能、及び非直線高調波コンバー
タのためのドライバとラマン・デバイスのような
多くのポテンシヤル・レーザの適用は、高輝度を
表す非常に高いエネルギー・レーザ源の使用を要
求する。高輝度は高出力によつて、または単位面
積、または単位帯域幅、あるいは単位固体角度と
して一般に明らかにされ得る。しかしながら、レ
ーザからの高輝度出力は、制御の困難または既知
の操作上の制限の何れか多くの要因による。この
レーザでの結果は、現在の方法及び装置を使用し
て所望の輝度出力を提供することができない。

光学の経路長変化のような可能な制限要因で、
光学素子の品質、反射性コーテイング破損、また
は光学収差は、技術の変化によつて委託されてい
た。これらの中で、メデイアと光学の製造技術が
精製され、そして変形可能または位相結合ミラー
を使用する。後者の２つの技術例は、T.
O′Mearaによる米国特許番号第3967899号と、
Wang他による米国特許番号第4233451号、及び
Evtuhovによる同第4321550号に記述される。他
の事実の中で、これらの技術は、好ましい動作モ
ードに対する放射線を制限し、且つ光学収差の変
化に払われねばならない変衰を減少する。しかし
ながら、これらの技術はレーザ・エネルギー・ス
ケイリングに従つた多くの問題を述べていない。

［発明が解決しようとする問題点］レーザからの有効なエネルギーを増加する１つ
の主要な問題は、レーザ媒体のユニツト・ボリユ
ームによつて前記エネルギーに対する固有の制限
が抽出できるかまたは格納できるという事実であ
る。故に、高エネルギー適用のための前記レーザ
のボリユームは、出力の有効なエネルギーを増加
するために増加しなければならない。不幸にもこ
れらは、レーザ媒体ボリユームを容易に増加する
ことの制限となる。

化学的レーザとしての媒体は、望ましくない化
学反応または破損と消耗領域に導かれる温度勾配
または材料流量の問題をしばしば表すことができ
る。これらの問題は、より大きな媒質ボリユーム
を防止するのをますます困難になる。また、化学
的媒体のために起きる安全性の問題は、高いボリ
ユームでの専門化した組合わせまたは冷却を要求
している。

固体若しくは結晶ベースのレーザは、媒体の大
きさで制限され、製造し得る。幾つかの結晶体か
ら成る材料は、大きなボリユーム・ブールに於け
る成長はまだできない。Nd：YAGのような材料
は、固有の強制を有し、それは不十分なまたは使
用不可能な形状に前記媒質を変衰する発達の間、
不純物またはストレスのような要因以前に断面
（直径）で12mmのように制限する大きさを負わせ
る。この大きさ強制は、多くの高輝度応用のため
の歓迎しがたい低いNd：YAGから略２ジユール
のエネルギー出力を制限する。加えて、結晶体か
ら成る材料は大きなボリユーム・レーザ媒体を製
造する実際的な生産比を提供するために、よりゆ
つくりと成長し得る。

大きな媒体ボリユームが可能であるときさえ、
エネルギー・ストレージは寄生モードによつて制
限され、そしてこれらが除去し得ると、最終的に
は増幅した自然放射線（ASE）によつて常に可
能となる。寄生モードまたは発振は、前記媒体ま
たは近くの光学の表面からの反射によつて支持さ
れる。より大きなボリユームは、所望された本来
の「パワー」モードによる抽出のために有効な前
記エネルギーを減少して、放射する媒体内の択一
的な光学モードのための更なる利得長を与える。

漂遊反射及び寄生モードを除去し得ると、前記
増加したボリユームは自然放射線のための、より
大きな利得長を提供する。これは、前記所望のレ
ーザの変遷のためのエネルギーの消耗を導く。加
えてASEは与えられたボリユームで計測できる
が、増加するボリユームに伴つたスケールを上昇
させながらまたは直接的にはできない。小さいボ
リユームから大きなボリユームに制限するASE
を正確に予測することができないのは、大きなボ
リユーム形態の正確な予測が非常に困難或いは不
精確であるからである。

寄生モード及び任意放射線は、種々の吸収フイ
ルタ及び結合構造または偏光プリズムの注意した
選択によつて部分的に制御することができるか、
低レベル、すなわち小さいボリユーム・レーザ動
作のために無視することができる程度に弱くする
ことができるが、高エネルギー・レーザ応用の根
本的な制限要因を表しているのは明らかである。

これらは、変衰する要因の存在を増加すること
なく与えられたレーザ・システムのレーザ媒体の
ボリユームを増加するため、固有のボリユームの
制限に到達しない方法及び装置が必要とされる。

１つのアプローチは、全ての高エネルギー・ビ
ームを提供するために前記総出力及び並列での多
くのレーザを位置してもよい。このアプローチ
は、個々の出力のインコヒーレント総数を作りだ
し、これによつてこの場合、Ｎ並列出力レーザの
遠いフイールド輝度の合計は、Ｎ回の単一出力の
輝度となる。これに反して、前記個々のレーザ出
力が別の固定した位相関係を有して配置すること
ができると、コヒーレント総数はN²に比例して
増加するためにピークの遠いフイールド輝度のた
めに可能となる場合に作り出される。この高い所
望の状態は、原則として、２つの技術の１つを使
用して達成し得るものである。

第１に、これらは繊細な結合の技術である。こ
れはダイオード・レーザの範囲で第１に供給した
もので、流体の媒体を利用する幾つかのレーザが
このアプローチを合同したものでもよい。この技
術として、隣接したレーザ・チヤンネルからの繊
細なフイールドは、隣接したレーザ・アパチユア
から前記レーザ出力をフエーズ・ロツクに相互作
用する。これは、1984年６月のLaser focus／
Electro−OpticsでW.Streifer、R.D.Burnham、
T. L. Paoli及びD. R. Scifresによる“Phased
Array Diode Lasers”でより詳細に説明され
る。しかしながら、例え繊細なフイールドによつ
て結合したとしても、隣接したレーザ・チヤンネ
ルからの出力は位相に於いて正確とはならず、隣
接したチヤンネルは180°ずれた位相のモードで通
常動作し、デバイス応用で通常大いに望ましくな
い２つの突出した遠フイールドの輝度分布を作り
出す。最高の輝度は並列レーザのために為遂げら
れ、それは位相のずれ０でコヒーレント結合され
る。

別のアプローチは、各レーザ媒体とシステム出
力アパチユアとの間の光学経路に於いて電子光学
材料を挿入するためのものである。前記電子光学
材料に制御された電圧を供給することは、屈折率
とその後前記材料を透過する光学放射線の速度の
偏光を許可する。これは、その他に関連して各レ
ーザの位相調整を許す。しかしながら、与えられ
たレーザ出力を相対的な位相は動的となり、それ
は温度、ストレスその他のような前記レーザ媒体
光学経路長に影響を及ぼす要因に払われねばなら
ない時間に渡つて変化させる。加えて、１つのレ
ーザは、有用または置換えを必要としてもよく、
且つそれは必然的な物理的長さの差異及び合成的
な変化によつて、新しいレーザで古い物理的特性
を正確に適合するために可能とされる。故に、こ
の技術は幾つかの最小の範囲に動的に調整可能と
されるべく必要となる。これは限定したセンサ、
コントロール、エレクトロニクス及びプログラミ
ングの使用を要求する。このような複雑さは、多
くの適用のために非実用的で信頼できないもので
ある。

そのため、高輝度、ボリユーム限定制限のない
高エネルギー出力を達成するため、及びコヒーレ
ント結合を提供するために、マルチプル・レーザ
利得素子の出力を結合する方法が必要となる。

したがつて、この発明の重要な目的は、高輝
度、高エネルギー・レーザを提供することであ
る。

この発明の他の目的は、単一出力内のマルチプ
ル・レーザ利得素子の動的コヒーレント結合を提
供することである。

この発明の異なる目的は、ボリユーム拘束を有
する放射線媒体を使用する高輝度レーザを提供す
ることである。

この発明の更に別の目的は、高輝度固体レーザ
を提供することである。

この発明の更に別の目的は、レーザ・ダイオー
ド・アレイを使用する高輝度レーザを提供するこ
とである。

［問題点を解決するための手段及び作用］すなわち、この発明の目的は、操作的に並列形
状に位置付けられた複数のレーザ利得素子をドラ
イブするマスター発振器放射線源を具備するレー
ザを提供することによつて為遂げられる。前記マ
スター発振器は、放射し得る高品質コヒーレント
放射線源から成る。入力手段は、前記利得素子内
の前記マスター発振器からの放射線を係合するた
めに提供される。位相結合手段は、利得素子から
の増幅放射線を受けると共に、前記放射線の結合
する位相を戻す前記利得素子を越えて光学経路に
沿つて配置する。出力結合手段は、放射線の単一
ビームとして前記レーザの増幅放射線外で結合す
るレーザ利得素子と前記マスター発振器間に配置
する。前記放射線の出力ビームは、前記利得素子
の２つの横断によつて増幅していた放射線から成
る。

また、前記マスター発振器は単一線状の偏光で
動作するために作成され、レーザの入力手段は偏
光ビーム・スプリツタであり、そして出力手段は
偏光修正手段から成る。この偏光修正手段は、非
増幅入力放射線に関して略90°で増幅放射線の偏
光を回転するか、環状に偏光となるためにそれを
変化させるかの何れかである。これは、前記レー
ザの外へ指示されるべく、そして偏光ビーム・ス
プリツタによつて前記マスター発振器内へ通過す
るか、または反射すべきでない増幅放射線を発生
する。適当な偏光回転手段はフアラデー回転とし
得るもので、且つ適当な環状の偏光デバイスは四
分の一波長プレートである。

この発明の１つの態様として、レーザのレーザ
利得素子はＮ×Ｍの二次元アレイを形成するよう
に位置される。このようなアレイの個々のレーザ
利得素子はガラス、固体結晶、気体、色素、また
は化学的媒体の種類を含む媒体とし得る。個々の
利得素子は、スペクトルで選択的フイルタまたは
他の手段によつて放射線波長で互いに絶縁した形
状となる。故に、ASE制限は、むしろ全体のボ
リユームにより個々の素子の制限となる。

前記マスター発振器からの前記レーザ利得素子
の中へ結合放射線で援助するために、前記レーザ
は入力転送手段を更に備える。適当な入力転送手
段は、ミラーまたは反射性プリズムのような複数
の反射性表面を備えることができる。

この発明の焦点手段の別の態様は、レーザ利得
素子から位相結合手段に放射線の結合を援助する
ために提供される。結合転送手段は、前記レーザ
利得素子と前記位相結合手段間の放射線を結合す
るため、レーザ利得素子と位相結合手段間の光学
経路に沿つて提供することもできる。適当な転送
手段は、複数の反射性プリズムまたは１つ以上の
レンズから成り、位相結合手段の中へそれを各レ
ーザ利得素子及びリフレクタからの放射線を遮る
ように配置する。

前記位相結合手段は、誘導ブリユーアン散乱
（Stimulated Brillouin Scattering）セル、疑似
ラマン散乱（Simulated Raman Scattering）セ
ル、または四分の一波長ミクサから成る。前記位
相結合手段は位相結合プロセスを表す光学導波管
を更に備えることができる。

この発明の１つの態様として、前記レーザはレ
ーザ利得素子の各々に指示されるために、マスタ
ー発振器からの放射線を広げるように位置したコ
リメーシヨン手段をも含む。

この発明の更なる太陽は、レーザ利得媒体はグ
ループNd：YAG、Nd：YLF、Nd：YA10、
Co：MgF2、Cr：Nd：GSAG、またはTi：
sapphireから選択した固体結晶を含む。前記レー
ザ利得媒体は、複数の結晶内で細別され、それは
Ｎ×Ｍのアレイを形成するために共に固着され
る。

この発明の更に別の態様として、レーザ利息媒
体は単一支持基板状に構成したレーザ・ダイオー
ド装置のアレイから成る。二者択一的に、全体の
レーザは単一支持基板状にデポジツトした光学及
び電子光学素子から成る。

［実施例］この発明は、交差部分の範囲が個々のレーザ利
得素子範囲の略総数となるパルスまたは単一出力
波形を作り出すために２つ以上のレーザ利得素子
のコヒーレント結合の方法及び装置から成る。前
記レーザ利得素子はマスター発振器放射線源によ
つてドライブされると共に第１の増幅経路からの
出力放射線を有し、位相は、単一出力を達するた
めにコヒーレント結合すると共に第２の経路に於
いて前記レーザ利得素子によつて結合して返却す
る。これは高輝度出力での結果となる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明
する。

第１図を参照すると、レーザ１０の概略説明は
２つ以上のレーザ利得素子２０を具備し、それら
が図に示されるようにA₁、及びA₂からA_Nとして
名称がつけられる。レーザ利得素子２０は、マス
ター発振器３０から単数または複数のパルス４０
によつて光学的にドライブまたはポンプされると
共に、互いに調整して配置される。前記マスター
発振器（MO）パワー増幅器（PA）装置は、
MOPA装置として知られる。

利得素子２０は、レーザ１０で並列に接続した
これらそれぞれの個々の光学経路を有する。しか
しながら、物理的に並列に取付けるか、または互
いに直ちに調整すべく個々の利得素子２０のため
には必要ではない。物理的に並列の素子は実施例
によつて企図される一方、他の装置にも使用でき
る。特定の適用によると、物理的なパラメータ及
び支持構造有効な物理的に並列でない装置は、所
望のものとして単一レーザ１０中に多くのレーザ
利得素子２０として提供するために指図してもよ
い。例は、公平に分布した重みを要求する環状の
ペイロード範囲を有する通信衛星でもよい。

マスター発振器３０は、Nd：YAG結晶または
ダイオード・レーザに限るものでないが、このよ
うな先行技術で知られるいろいろなコヒーレント
放射線源を備えることができる。マスター発振器
３０の放射線源の選択は、所望の出力波長、レー
ザ利得素子２０のための限界エネルギー、及び特
定の純度のようなシステムまたは適用要求によつ
て決定される。マスター発振器３０は以下に詳述
するコリメーシヨンを要求してもよい出力であつ
ても、出力を制限した回析を作り出すということ
が好ましい。

マスター発振器３０が予め定めた所望の波長で
放射線を作り出し、この放射線はアパチユア２２
を介してレーザ利得素子２０の増幅する媒体の中
へ指示される。前記放射線は１つのパルスまたは
連続のパルスとして好ましく提供されるが、cw
動作はレーザ利得素子２０と発振器３０のパラメ
ータを動作すると共に前記媒体により、且つ使用
した位相結合ミラーの特性によつて可能とし得る
ものである。好ましい実施例の残存する説明は、
パルスの形状での放射線と仮定する。

アパチユア２２多びレーザ利得素子２０内に放
射線パルス４０へ指示するために、光学転送手段
６０は入力パルス４２に入力放射線パルス４０を
分離すると共に、個々のレーザ利得素子２０内へ
それらを指示することを提供することができる。
転送手段６０は連続するミラーまたは反射性プリ
ズムに限るものではないが、このような先行技術
で知られる光学素子から成る。

転送手段６０を具備する光学素子のための幾つ
かの例の配置が、第２図に示される。第２ａ図に
於いて、転送手段６０はパルス４２としてレーザ
利得素子２０内のプリズム１６４によつて更に反
射された２つの分離パルス・トレイン４０′内の
パルス４０を再指示する反射性プリズム１６２か
ら成る。第２ｂ図に於いて、プリズム１６０はパ
ルス４０の予め定められた部分を遮ると共に、プ
リズム１６６にそれらを再指示する連続したプリ
ズム１６２で戻される。この実施例として、パル
ス４０の一部はプリズム１６６からの受信パルス
間で中心に配置した利得素子と同じ光学経路に沿
つて継続する。第２ｃ図に於いて、前記プリズム
１６２及び１６６は反射性表面またはミラー１６
８によつて戻される。

原則して、ビーム・スプリツタの連続はレーザ
利得素子２０の各々に、入力パルス４０の予め定
められた一部を遮ると共に再指示するために使用
し得る。しかしながら、Soviet Journal of
Quantum Electronics、第14(6)巻、818頁の、
“Problem of Suppression of Interference
Losses in Multichannel Resonators with
Wavefront−Reversing Mirrors”でV. G.
Manishin及びG. A. Pasmanikが、各ビーム・
スプリツタで干渉損失を妨げるために、本質的に
同一の利得を有するレーザ利得素子の全てを要求
するこの技術を示している。このような漸次急速
な要求は、実際のシステムで達成するのは困難で
ある。故に、これはあまり好ましいアプローチで
はない。それはまた、レーザ利得素子の入力で焦
点レンズを使用するために可能なものであるが、
これは前記システムの複雑さが増加すると共に、
我々が避けることを望む収差及び所望されない損
失を実際に挿入することができる。

利得素子２０は、レーザ利得素子またはレーザ
媒体の変化を個々に備えることができる。これ
は、色素レーザ、化学的レーザ、ガラス及び多く
の固体結晶を含む。一般に前記媒体を使用するこ
とは、ボリユーム・スケイリングで前述の固有の
制限を有する。しかしながら、前記媒体は特定の
ボリユームの特質を有する材料を備える必要はな
い。前記利得素子の全ては、同一の媒体の何れと
なるものでなく、実質上同一動作する波長を要求
するコヒーレント結合を除外する。

利得素子２０は概略的に説明されると共に個々
の電源接続を示していないもので、レーザ利得素
子のように公式化するために代表的に使用する他
の構造またはハードウエアが指示される。これら
のアイテムは当業者によつてたやすく明らかにさ
れ、そして特に一般の文献で詳述される。

レーザ利得素子２０の構造のための次元の考察
は、並列利得素子を結合するために試みる前述の
レーザ・デバイスとしてレーザ１０のように厳重
なものではない。位相の差異は、利得素子光学経
路長のずれによつて作り出され、そして収差はレ
ーザ１０で自動的に補正される。光学経路長での
相対的差異のために補正するための能力が以下に
更に説明され、単数または複数の素子２０の何れ
かの利得素子２０手段間で、他の物理的パラメー
タは、他の素子に関連した時間に渡つて変えるこ
とができ、前記レーザ１０出力を変衰させない。
加えて、与えられた単数または複数の素子２０は
破損、維持、またはシステム要求及び前記利得素
子での変化のため、動的に調整するレーザ１０に
払うべく再指示し得る。これは１つの利益であ
り、この発明は前述して説明した電子光学位相変
調の先行技術の示唆に渡る。

明瞭さ及び実例のみの目的のため、第１図での
連続した利得素子２０の１つの面に存することの
み示されるということを注意すべきである。この
発明の原則は、利得素子の二次元的なアレイに適
切となり、Ｎ×Ｍの利得素子のアレイとすれば、
それらの全ての出力は単一の大きな範囲の出力を
作り出すために結合されると共に、１×Ｎ平面の
形状をした出力は容易とはならない。これは利得
素子２０のアレイをドライブするために隣接した
平面内及び他の転送手段６０′を介してマスター
発振器３０からパルス４０を指示すると共に、二
次元的アレイでのレーザ利得素子２０を位置する
ことによつて為遂げられる。

各利得素子２０は、入力手段６０から離れて広
がる光学経路に沿つて伝わると共に、アパチユア
２４を介して出る増幅したパルス４４を作り出
し、先行技術で理解したプロセスによつて、利得
素子２０を透過するそれらとしてパルス４２を増
幅する。増幅放射線またはパルス４４は、位相結
合リフレクタまたはミラー８０に現在指向され
る。

位相結合リフレクタ８０内のパルス４４を指向
するため、光学結合手段７０を利得素子２０とリ
フレクタ８０間の光学経路に沿つて提供すること
ができる。これは、前記位相結合リフレクタの交
差部分または入口アパチユアが、利得素子２０か
らのパルス４４よりも範囲で非常に小さいところ
が特別に適応可能となる。結合手段７０は、位相
結合手段８０に入るパルス４６内にパルス４４を
再び指向する。

実際に、当業者は多くの小さいレンズのような
結合器８０内で放射線の焦点を合わせるために、
多くの小さい光学素子を使用してもよい。しかし
ながら、それは異質の損失及び反射と同様にビー
ムに対し、変衰を最小にするために使用した多く
の別々の成分を最小にするために好ましいもので
ある。したがつて、光学素子は光学の空洞調整の
期間で調整されねばならず、そして余分の素子は
ますます合成物のこの課題を作成する。転送手段
７０を具備する例の素子は、大きな個別のレンズ
と同様で第２図に前述して示した素子である。

位相結合リフレクタ８０に於いて、パルス４４
は前述の透過したパルス４４を具備する前記放射
線と同一の経路に沿つて、利得素子２０内へ時間
的に反射されて戻される。位相結合リフレクタ
は、1981年４月にPhysics TodayでC. R.
Giulianoによる“Applications of Optical
Phase Conjugation”のような参照文と同様に、
前述して説明した米国特許番号第4233571号及び
同第4321550号に詳述したプロセスによつてこの
結果を達する。

この位相結合リフレクタ８０の使用は、パルス
４４の更なる増幅を供給すると共に、分離利得素
子出力のコヒーレント結合を提供する。これは、
前記放射線が時間的に反転したセンスでのみ初め
に行なつたように利得素子２０を介して再調整
で、実質上同じ経路を透過する事実に払われるべ
き位相結合によつて為遂げられる。故に、光学
長、媒体特性及び収差での何れの変化も、パルス
５０内及び単一出力ビーム５４を再結合すると共
に、それらが再び増幅したパルス４８として現わ
れる時間によつて撤回し控除するパルス４４及び
４６の波形内に下り曲げられるか刻する。パルス
は位相分離のない単一の放射線源として開始され
るので、最後に増幅したパルス５０は前記位相結
合に払うべくこの位相整合状態に戻る。故に、Ｎ
増幅したパルスのコヒーレント結合は、輝度が
N²に比例される出力パルスを形成する位置を得
る。これは前述の技術に渡る重要な改善を表す。

前記増幅放射線から個々の利得素子特性を取去
るための能力は、個々の利得素子光学経路長特性
に於いて何れの変化も取去られることを意味す
る。これはレーザ１０に与えられ、前述したよう
に変化する利得素子のために動的に調整する能力
である。

特定の装置は、誘導ブリユーアン散乱（SBS）
気体セル、誘導ラマン散乱セル、またはBaTiO₃
の限りではないが、このような結晶を含む先行技
術で知られる装置の変化となり得る位相結合リフ
レクタ８０を具備する。例えそれによる機構が異
なつてもよく達成されても、位相結合のプロセス
は結合媒体のこれらの型の各々に於いて同様にあ
らく機能する。

この発明は、特定の位相結合媒体または構造の
使用を要求していない。しかしながら、位相結合
リフレクタの多くの適用の１つの型のため、その
使用がより適当となる特性を有してもよい。一例
として、前記位相結合リフレクタの好ましい実施
例は、SBSセルである。結合器または媒体のこの
型は、多くの位相結合リフレクタに等しくない故
に好ましいものであり、それは非常にエネルギー
を無能にできる前記媒体をポンピングする余分な
放射線源を要求しない。一例として四分の一波長
を合成するためのポンピング・エネルギー要求
は、レーザ入力エネルギーと共に増加する。ま
た、前記SBSプロセスはSRSで発生するよりも、
パルス４６上にシフトする非常に低い周波数を押
しつける。この周波数シフトはどのように良好な
収差上で制限をセツトすると共に、光学経路長の
差異は補正できる。

加えて、その手法に於けるSBSセル機能はレー
ザ１０のASE特性を大いに改善する。前記SBS
セルはSBS反射及び位相結合が場所を得る以前に
輝度の再少量を要求する限界デバイスとして作用
するので、低輝度ASEパルスは反射されない。
それ故に、ASE放射線は増幅器２０に戻されず、
且つその輝度は非常に少量残る。

一回の結合は位相結合リフレクタ８０の位置を
得て、パルス４６は利得素子２０内のアパチユア
２４を介すると共に反射した後方通過手段７０と
なる。パルス４６は利得素子２０を第２に通過す
る間再び増幅されると共に、パルス４８としてア
パチユア２２を介して現われる。前記パルス４８
は単一出力パルス５０を形成するために通過手段
６０で転送される。

これは、低パワーのマスター発振器に極度の損
傷を与え得るマスター発振器３０が入ることか
ら、増幅したパルス５０を提供するために所望の
ものとなる。マスター発振器３０の光学絶縁を提
供するために、パルス４０は入力手段９０として
偏光ビーム・スプリツタを使用することによつて
偏光し得ると共に、偏光状態はパルス５０を修正
する。パルス５０の偏光の修正は、四分の一波長
プレートまたはフアラデー回転子に限るものでは
ないが、このような使用手段で為遂げることがで
きる。ここで好ましい実施例は、四分の一波長プ
レートで説明される。しかしながら、この技術は
位相結合のためのSBS媒体の使用に、特に適応可
能なものである。四分の一波長合成すると共に位
相結合プロセスの幾つかの他の型は、異なつたア
プローチを要求する偏光の修正を導く。

第１図の実施例で前記ビーム・スプリツタに隣
接した四分の一波長プレート９２を利用するが、
このプレート９２は特定の位置では必要としな
い。前記四分の一波長プレートは、パルス４０，
４２，４４，４６，４８、または５０の光学経路
に於いて他の場所に配置することができ、また第
４図に示されるように連続した小さい四分の一波
長プレート２９２の中で細別される。

この発明の原則は第３図で更に説明され、レー
ザ１１０はレーザ利得素子２０及び単一入力／転
送手段１９０を有することが説明される。第３図
に於いて、それらの素子はマスター発振器３０、
結合手段７０、及び位相結合リフレクタ８０のよ
うな同じ番号の名称をもつ第１図に相応する。し
かしながら、前述して説明した運転手段６０及び
ビーム・スプリツタ９０の機能は、ビーム・スプ
リツタ１９０を偏光する単一素子内で結合され
る。

マスター発振器３０を出る前記放射線のパルス
は、前記利得素子２０の全てを引込むための十分
な断面を有するパルス４０のビームを提供するた
めに、テレスコープ素子またはコリメータ３２の
使用で広げられるか、コリメートされる。これ
は、マスター発振器がビームを制限した高品質に
近い回折となるので、それはアパチユア２２の合
計範囲より一般に非常に小さいものである。故
に、パルス４０は最後のビームを提供するために
高品質の手法で広げると共に増幅しなければなら
ない。しかしながら、マスター発振器３０の幾つ
かの応用としては、付加的なコリメーシヨンを要
求しないように利得素子の十分に小さい数のため
の十分に大きな数は提供してもよい。

コリメータ３２は、先行技術で知られる光学素
子から形成されるためと共に光学パルス・コリメ
ーシヨンのために共通に使用される。しかしなが
ら、選択した素子は企図されたエネルギー・レベ
ルを維持するために可能な低い光学的損失と同様
に提供すべきである。加えて、特別のフイルタ３
４は、特別のビームの品質を改善するか、または
マスター発振器内へ増幅放射線の戻りを更に防止
するために、コリメータ３２を形成する光学素子
内に挿入することができる。

コリメーシヨン後、パルス４０は偏光ビーム・
スプリツタ１９０によつて利得素子２０に対して
反射によつて遮られると共に細別される。パルス
４０は増幅されて、前述して説明したようにパル
ス４４，４６，５０となる。パルス５０は現在出
力パルスまたはビーム５４を提供するにためにコ
ヒーレントで総計する。

パルス４４の光学経路での挿入は単一偏光回転
子１９２であり、利得素子２０と結合手段７０間
に位置されて示される。回転子１９２は、パルス
５０が偏光ビーム・スプリツタ１９０を通過する
と共にレーザ１１０外へ出るために前記パルスに
偏光回転を供給する。

この発明に従つてレーザを得るための択一的の
配置は、レーザ２１０で説明される第４図に説明
される。第３図の場合と同様に、各素子はマスタ
ー発振器３０及び位相結合リフレクタ８０のよう
に、同じ番号の名称で第１図に相応する。

第４図に於いて、偏光ビーム・スプリツタ２９
０は入力手段として使用され、そして連続する四
分の一波長プレート２９２は結合手段として作用
する利得素子２０とレンズ２７０間に位置され
る。この組合わせは、第３図の組合わせで前述し
て説明したビーム・スプリツタ１９０及び偏光プ
リズム１９２と同じ手法で機能し、利得素子２０
内へパルス４０を、及びレーザ２１０の外へパル
ス５０を指示する。しかしながら、第４図の実施
例に於いて、パルス４０は偏光ビーム・スプリツ
タ２９０を透過する後までコリメートされない。

この実施例に於いて、マスター発振器３０は反
射による再指向パルスにビーム・スプリツタ２９
０に頼らず、むしろレーザ利得素子２０の入力光
学経路内に直接にパルス４０を投射するために整
列させる。それよりも、ビーム・スプリツタ２９
０はレーザ２１０の外へ応答パルス５０を反射
し、出力５４を形成する。この場合、コリメータ
２３２はパルス４０を広げるためにビーム・スプ
リツタ２９２後に位置することができる。しかし
ながら、コリメータ２３２はまた利得素子２０の
合計アパチユア範囲より小さい断面範囲を有する
出力５４のために、増幅放射線を戻す焦点をもた
らすということに注意する。

連続するリフレクタまたはミラー２６２は、パ
ルス４０の一部を遮ると共に、利得素子２０にパ
ルス４２としてそれらを指向するため、第４図の
転送手段として使用される。

例この発明の原則は、第５図に発明した実施例で
説明される。

この実施例で、レーザ３１０に於けるレーザ利
得素子３２０は、マスター発振器３０から放射線
４０のパルスによつてドライブされる。前記パル
スは偏光ビーム・スプリツタ３９０によつてレー
ザ利得素子３２０の方へ指向される以前にテレス
コープ素子３３２を使用して広げられる。円筒状
テレスコープ３９４は、入口ビームが入力アパチ
ユア３２０を共に満たすために十分に大きい入口
ビームのために一次元（省略的な）に於けるパル
ス４０を広げるためにも使用される。四分の一波
長プレート３９２は、応答増幅パルスを回転させ
るためにスプリツタ３９０に隣接して位置され
る。

連続する反射性プリズム３６２，３６４及び３
７２，３７４は、利得素子３２０内及び外の放射
線パルスを指向するために、それぞれ人力手段６
０及び結合手段７０として使用される。

プリズム３６２は単一利得素子３２０に対する
再指向のため、その一部を遮るためにコリメート
したパルス４０の経路内に位置される。１つ以上
のプリズム３６２は、前記パルスの予め定められ
た一部を遮ると共に他の利得素子にそれらを指示
するために、パルス４０の光学経路の周囲につい
て位置し得るということが明らかにされる。これ
は、それ以前に、第５図のそれと同平面での利得
素子だけでなく、隣接した面で位置した利得素子
をも含む。プリズム３６２の後には、利得素子３
２０の中へ再指向したパルス４０を反射するため
のプリズム３６４が位置される。

パルス４０は、商用レーザ・ヘツド、各々合同
する２つのフラツシユ・ランプに取付けたNd：
YAG結晶となつたレーザ利得素子３２０で次に
増幅される。利得素子３２０からの増幅したパル
スは、位相結合リフレクタ３８０に対する結合プ
リズム３７２及び３７４によつて反射される。焦
点レンズ３８２は、合計ビーム・エネルギーの最
大量を保護すると共に、限界に到達するために位
相結合リフレクタ３８０の中へ前記パルスを焦点
を合わせるために使用される。パルス４６の位相
結合が前記ステツプを繰返すと、偏光器３９２、
スプリツタ３９０を介して進んでレーザ３１０を
出る。

第５図を更に説明すると、付加的な利得素子３
２１は、出力パルスの全部の断面範囲に追加する
ことなく、高い平均パワーのための追加的な増幅
を提供するためには利得素子３２０とに連続に位
置される。これは所望のパルス長、消耗、温度ス
トレス、その他のための格納制限を有する増幅器
のために要求し得る。しかしながら、付加的な素
子３２１は要求されず、そして事実上の適用（レ
ーザ３２０が再加工することなく別の波長に十分
に到達する、色素レーザのような源３０で調整性
のための付加的な波長）で使用されなかつた。

第５図の装置（素子３２１なし）は、利得素子
３２０の所望のコヒーレント結合を為遂げると共
に、改善した遠フイールドのエネルギー分布パタ
ーンを作り出す。

故に、前述で説明されたことは、高輝度出力を
作り出すために並列で動作するレーザ利得媒体の
コヒーレント結合を為遂げるための方法及び装置
である。

この発明及び実施例はここまで説明し、高輝度
レーザ源を作り出すためにマルチプル・レーザ利
得素子のコヒーレント適用のための方法及び装置
を提供する。しかしながら、前述の複数及び単数
のレーザ技術に渡る更なる利益は、媒体の特定の
型または物理的な配置の使用を得る。

固体レーザ利得媒体で、大きさに関する更なる
利益は、ポンピング・エネルギー及び効率が、物
理的に調整する前記利得媒体を位置すると共に、
よりコンパクトな構造を形成することによつて為
遂げられる。このような配置に於いて、できる限
り携帯用の小さい輝度レーザは、製造することが
できる。故に、前述した方法及び装置を改善し、
固体レーザ材料の個々の結晶は単一モノリシツ
ク・アレイを形成するために共に接合される。こ
のようなモノリシツク・アレイは第６図に示され
る。

第６図に於いて、連続する個々の利得素子６０
０は、モノリシツク利得素子６２０を形成するた
めに一緒に確保される。説明を明快にするため、
１×Ｍのアレイのみ説明する。個々の利得素子６
００は、好ましい媒体とされるCre：Nd：
GSAG、アレキサンドル石、Nd：YAG、Nd：
YLF、Nd：YA10、Co：MgF₂、Ti：サフアイ
ア、またはNd：YAGに伴つてガラスをドープし
たネオジミウムに限るものではないが、このよう
な固体レーザ材料の変化を備え得る。これらの材
料は、前述して説明したボリユームまたは温度拘
束から受ける有効なレーザ材料となるが、大きな
ボリユーム・レーザ増幅器を形成するのに有効で
はない。

前記結晶は外側の結晶６０５と隣接すると共に
内側の結晶と向い合うそれらを囲うエツジ・スト
ツプを有する指示フレームによるように、多くの
技術の１つによつて一緒に接合することができ
る。利得素子６２０の連続的な層は、ボルトのよ
うなフアスナーで内側の層に外部の層をクランプ
するブラケツトのセツトを一緒に利用して囲うこ
とができる。このようなフレームまたは構造は、
固体媒体使用のためのポンピング放射線用の十分
な妨げられないアクセスを出さなければならな
い。

より好ましいアプローチは、第６図に示される
ように略方形のまたは四角い断面を有する結晶を
使用するもので、結合作用剤または接着剤で前記
結晶と接合するものである。結合作用剤は好まし
くは抵抗の少ないものであり、そのためにそれは
隣接した素子間のストレスを伝えない。この実施
例に於いて、この発明はエネルギー概算での単一
の大きな結晶利得素子に渡る利益を提供する。固
体媒体のボリユームを制限する付加的な要因は、
誘導ストレスの量となつて使用することができ
る。標準的に、前記パワーは、ストレスから砕け
る一部分によつて制限される結晶またはガラスの
与えられたボリユームの中に押込むことができ
る。同様に四角い断面の一部分も、同じ全部の断
面の単一結晶よりも僅かに内部のストレスを有す
る抵抗の少ない材料と一緒に接合する。

しかしながら、これらは製造する都合より他に
結晶の形状のための幾何学的な要求ではない。こ
のような結晶で、それが方形断面の形状でない
と、環状または六方晶のような多数側の結合構造
の何れもそうであり、前記結晶はみつばちの巣形
状に於けるような結合する例で位置し得る。この
ような変形として、前記結晶は結晶を一緒に保持
するために作用するフレーム、または連続するス
トラツプ、あるいはバンドによつて囲むことがで
きる。しかしながら、このような複合の形状は、
温度ストレス及び可能レーザ励起ポンピング問題
を表すと共に、一般に好ましくないものである。

第６図の固体利得素子がレーザの大きさとポン
ピング範囲を改善する一方、リフレクタ、ハウジ
ング、フラツシユランプ、その他のような構造を
干渉せずに互いに直接に隣接した個々の利得素子
６００を位置することは、ASE及び寄生モード
問題を増加し得る。このようなASEは、前述し
て説明したように前記レーザ・ダイオードの有害
な結果を有する。

個々の結晶でのASEは、モノリシツク素子６
００の問題だけではない。隣接した媒体によつ
て、ASE放射線は継続断続的な結晶バリアを横
切ると共に各結晶を介して透過するそれとして増
幅し得る。それ故に、手段は放射するモードを抑
制するために必要なものであり、それは前記結晶
の主放射モードに実質上並列とはならない。

１つの解釈は、接着する以前に結晶の外部に吸
収材料を位置するためのものである。これは、レ
ーザＱのスイツチング素子の製造のために使用さ
れるBDNのような材料と共に、接着剤をドープ
することによつて為遂げ得る。このような材料
は、予め定められた波長で放射線を効果的に吸収
する。利得素子６００を接合するための接着剤
は、非常に薄い層で供給されるべくもので、及
び／またはガラスをドープしたサマリウムのよう
な材料の分離層を二者択一的に化学的に企図した
吸収器を混合できず、作成するアレイ６２０で利
得素子間で挿入される。Sm：ガラス素子６１５
は第６図のモノリシツク・アレイ６２０内に示さ
れ、これらはネオジミウムの蛍光性法則でのエネ
ルギーを吸収する。

個々の増幅器の物理的な大きさは、前述して説
明したように全部のレーザに批判的ではないもの
である。しかしながら、前述して言及したように
１つの関係は、異なる次元またはストレス特性を
有する多くの結晶に伴つて特別に、動作中発生し
得る温度ストレスのために提供されるものであ
る。小さい結晶のアレイの使用がストレスの軽減
での利益を提供する一方、スペーサ（図示せず）
もまた数種のストレスを吸収または消すために、
隣接した利得素子６００間のアレイに挿入するこ
とができる。

一度構造した固体レーザ・アレイ６２０は、第
７図に説明するようにレーザ内に位置される。レ
ーザ６１０は、好ましくはNd：YAGレーザ源で
あるアレイ６２０をドライブするためにマスター
発振器３０を使用する。

コリメーシヨン手段６３２は、小アパチユアの
パルス源が大きな増幅器アレイに効果的に結合し
得るために、前記マスター発振器によつて抵抗す
るパルス４０を広げる。前記パルスは、利得素子
６２０の１×Ｍアレイをドライブするために細長
い長円形断面に拡大する。大きなＮ×Ｍのアレイ
は、より環状に広げたパルスを使用してもよい。

偏光ビーム・スプリツタ６９０は、これらがパ
ルス４４としてアレイ６２０の他の側から現われ
ると共に増幅されるアレイ６２０内のパルス４０
を指向する。これらのパルスは、位相結合がアレ
イ６２０に戻される位相結合手段６８０に指向さ
れる。

偏光は、それがビーム・スプリツタ６９０によ
つてレーザ６１０の外へ指向されるために増幅し
たパルス４８の偏光を限定する素子６９２を回転
させる。これらは、偏光状態の修正を説明した配
置で得て、偏光交互素子６９２はアレイ６２０と
位相結合手段６８０間に位置し得るということは
要求されない。

故にレーザ６１０は、縮小した大きさ及び可能
な縮小したポンピング・エネルギーでの高輝度出
力を提供し得るコンパクトなレーザ利得媒体アレ
イを備える。

ダイオード・レーザの範囲に於いて、大きさに
よる付加的な利益及び高輝度は並列利得素子のコ
ンパクトな構造を使用することによつて成就する
ことができる。

前述したように、レーザ・ダイオードの結合の
現在のアプローチは、極めて微かな結合の使用を
含み、その極めて微かなフイールドは隣接したレ
ーザ・チヤンネル間の媒体内で重なる。しかしな
がら、脇は位相シフト・モードに伴つて前述して
説明した問題を形成し、付加的な問題はこのアプ
ローチで起こる。

第１に、隣接したレーザ・チヤンネル間の中間
媒体は損失をもたせることができ、吸収するエネ
ルギーは出力のエネルギーを減少する層に存す
る。その極めて微かなフイールドは輝度の重複部
分を有し、これらは出力の平均またはピーク・パ
ワーを下げる損失のある層で現われる大量のエネ
ルギーとなる。前記極めて微かなフイールドでの
モードでは180°位相がずれ、前記中間層での損失
は低いが、遠フイールド出力は不十分であると共
に、それが種々の商用または軍用の応用のために
重要な遠フイールド出力である。

第２の問題は、多くの隣接したチヤンネルが極
めて微かなフイールドを使用して効果的に結合で
きるために制限されることが起きる。正確な限定
は所望されないと思われる非常に高輝度に達する
ため、要求したような非常に多きなアレイだか、
前記ダイオード・アレイの構造に異存する。

レーザ・ダイオードの別の問題は、これらが物
理的な損傷を保証する以前に、ダイオード・アパ
チユアによつて適応したエネルギー密度に制限さ
れることである。この損傷の着手は、在来的なレ
ーザ・ダイオードによつて出力することのできる
エネルギーの量に対する別の制限となる。

この発明の方法の使用によつて、極めて微かな
結合及び位相をシフトしたモード上の制限は、ア
パチユアの損傷なく複雑さを大いに減ずると共
に、エネルギー出力を増加するダイオード・レー
ザ構造によつて克服されている。

第８図に於いて、レーザ７１０は並列レーザ利
得素子としてダイオード・レーザ７００のアレイ
７２０を使用して説明される。レーザ・ダイオー
ドは第３図のそれと同様のMOPA装置での増幅
器として使用される。ここで、前記ダイオードは
単一マスター発振器源７３０によつてドライブさ
れ、且つ個々の発振器レーザとして使用されな
い。この手段は、ダイオード７００が共振空洞と
して発振するよりも、むしろ増幅の間ダイオード
空洞を通過する放射線のために低い内部の反射性
アパチユアで一般に提供される。これは反反射コ
ーテイングの適用によつて為遂げることができ
る。

この実施例に於いて、マスター発振器７３０
は、コリメータ７３２、偏光ビーム・スプリツタ
７９０及び円筒状レンズ７６０を介して前記ダイ
オード・レーザ・アレイ７２０に放射線のパルス
７４０を射出する。多くの適用として、レーザ７
１０はCWモードで動作されるが、それは動作中
そして高エネルギー密度で熱を消すために必要と
され、これは制限される。それ故に、図を明瞭に
するため、この実施例は動作のパルス・モードを
利用して述べられる。

マスター発振器７３０は、これに限られるもの
ではなく、別のダイオード・レーザでもよいが、
このような先行技術で知られる種々のコヒーレン
ト放射線源を備えることができる。マスター発振
器７３０としてダイオード・レーザの使用は、更
に以下に説明するように、よりコンパクトなレー
ザ７１０のために許可されるので好ましいもので
ある。

マスター発振器７３０を出たパルス７４０は、
ダイオード・アレイ７２０を引込むために十分な
断面範囲を有するビームを提供するために、テレ
スコープ素子７３２を使用して広げられ、コリメ
ートされる。これは、マスター発振器７３０が増
幅するアパチユアの合計範囲よりより小さいもの
である高品質に近い回折制限ビームを提供するこ
とによつて行われる。また、ダイオード・レーザ
がマスター発振器７３０として使用されると、こ
れらは非常に小さいアパチユアから広く分岐する
出力に関する問題となり得る。この既知の現像
は、その出力によつて範囲が定められた大きな角
度に払われるべくマスター発振器７３０を輝度を
制限する。中間の、テレスコープ素子はこの分岐
を緩和するコリメータ７３２の一部として使用す
る。

加えて、パルス７４０及び７４６を増幅する
時、それは前記ダイオード・レーザ利得素子を彩
度を達するために重要なものである。これは、な
るべく増幅したパルス７５０内のエネルギーを結
合によつて、効率を提供するために望まれるもの
である。もし再び素子が以下の彩度で動作する
と、レーザ７１０は不十分な輝度のビームを制限
した回折を提供してもよい。この理由により、そ
れは利得素子７００を浸透するために高い十分な
エネルギーを有するマスター発振器を提供するこ
とが望まれる。それはまた、マスター発振器７３
０としてダイオード・レーザを使用する時に、パ
ルスの分岐を最小限にするために所望のものであ
る。二者択一的に、１つのレーザが制限した近く
の回折を作り出す利得素子のアレイを使用する
と、高エネルギー・ビームは十分透明とはなら
ず、それは適当な利得素子及び高輝度出力の彩度
を提供するために別のレーザのため、マスター発
振器として使用することができる。

パルス７４２が前記ダイオード・アレイ７２０
に入ると、これらはパルス７４４として前記ダイ
オード・アレイが増幅されて出力される。パルス
７４４は、位相結合手段７８０の中へレンズ７８
２によつて更に焦点が合わされる前に、円筒状レ
ンズ７７０を使用して再度焦点が合わされ、そし
て四分の一波長プレート７９２を通過する。再
び、前記パルスの偏光状態を限定するための四分
の一波長プレートの使用が、SBSのような位相結
合媒体の幾つかの型のために適当となる。この媒
体の型は、入力パルスの前記偏光状態を変えな
い。しかしながら、４つの波の合成のような他の
媒体及び方法は、前記入力パルスの偏光状態を変
え、択一的な偏光の変形技術を要求する。

結合後、パルス７４６は、それがレンズ７６０
を介して更に増幅されて出力され、ダイオード・
アレイ７２０に戻る。四分の一波長プレートは前
記パルスの経路内に挿入されるので、これらは出
力ビーム７５４としてレーザ７１０の外へパルス
７５０を反射する偏光ビーム・スプリツタ７９０
のために増幅されて偏光回転される。

前記ダイオード・レーザ・アレイ７２０は、
種々のダイオード・レーザ媒体を備えることがで
きる。連続する個々のダイオード及びこれらの合
同電圧リード、その他はアレイ７２０を形成する
ためにフレームで確保されることができる。別の
技術は、１×Ｍのアレイを形成するために単一基
板上のダイオード・チヤンネルの連続を製造する
ためのものである。

在来的なダイオード・レーザは、GaAsのよう
な基板上にAl_xGa_1-xASのような材料の少なく３
つの層から成る。アルミニウム及びガリウム濃度
または各層の材料構成物を制御することによつ
て、前記層の屈折率は一番真中の層で放射線を制
限するために調整される。したがつて、材料の層
はレーザとしてダイオードを促進するための電気
的契約を提供するために使用することができる。
ダイオード・レーザの構造及び動作の詳細な説明
及び情報は、1978年、Adademic Pressで、H.C.
Casey，Jr.及びM.B.Panishによる
“Heterostructure Lasers”に見ることができ
る。

望ましくない軸に沿つた放射及び電流要求のド
ライブを減ずるために、他の特性と同様に、代表
的なダイオード・レーザは「チヤンネル」され
る。チヤンネリングは、導波管領域が狭いボリユ
ームを中心に配置したレーザ・モードを制限する
ためにレーザ媒体に含まれるものである。これ
は、導波管がうねるか、または電流を伝えるガイ
ド・ストリツプがレーザ・ダイオード構造の一部
としてデポジツトされる種々の技術によつて為遂
げられる。それ故、在来的なダイオードのマルチ
プル・アレイは、アレイの峰または電流ストリツ
プを更に備えるチヤンネルのようなアレイから成
る。異なつた製造方法は、この発明によつて企図
される。

この発明に於いて、第９図に更に説明するよう
に、３つの材料層８０４，８０６及び８０８はダ
イオード・レーザ・アレイ８２０を形成するため
に基板８０２上にデポジツトされる。前記材料
は、Ga_xIN_1-x、P_yAs_1-yまたはAl_xGa_1-xAsに限
るものでないが、このようなレーザ材料となる得
る層８０４，８０６及び８０８を具備する。層８
０４，８０６，８０８の材料は、金属有機化学蒸
気デポジツシヨン（MOCVD）、分子ビーム・エ
ピタクシー（MBE）または液体位相エピタクシ
ー（LPE）を含む多くの技術によつて基板８０
２上にデポジツトできる。層８０６は、レーザ・
ダイオードの代表的なものとして0.1μｍのような
厚さでデポジツトされ、例え他の寸法でもその応
用によつて使用できる。

第９図に説明した配置で、入口の層８０６は放
射するために与えられる。付加的でない導波管の
峰または電流を伝えるストリツプが、連続する小
さいチヤンネルに下げる放射線峰を狭くするため
に使用される。在来的なAlGaAsダイオード・レ
ーザは、10kw／cm²のような抽出パワー密度で動
作する時、10000時間のような寿命を表していた。
故に、この発明のレーザのための大きなアパチユ
アは、10kw以上のようなピーク・パワーを有す
る出力ビームを提供することができる。同時に、
前記出力パワーは高エネルギーでのアパチユア損
傷を妨げる大きなアパチユアに渡つて分配され
る。

層８０４，８０６，８０８の全部の幅及び長さ
は、前述して説明した寄生モード及びASEのた
めに除外する別の方法で批判的なものではない。
１から２mmのような寸法は、出力を十分に変衰す
ると共に放射線材料に於ける消耗領域からASE
を妨げるために適正なものである。この寸法は、
選択したドーピング・レベル及び放射線材料によ
るものである。故に、層８０４，８０６，８０８
は、所望の放射線軸に並列に測定した時、２mm長
のようなものとなるそれが基板８０２上にデポジ
ツトされる。しかしながら、基板８０２及び層８
０４，８０６，８０８は、単一出力ビームを形成
するためにコヒーレントで総計される非常に大き
なアパチユア出力ビームを提供するために、数ミ
リメートルのような幅（放射線軸に垂直）でデポ
ジツトされる。

ダイオード・レーザ・アレイ８２０の幅の寸法
を横切つてASEモードを減ずるために、溝また
は間隙８１５は、隣接したレーザ材料領域の光学
的絶縁のために層８０４，８０６，８０８を介し
て形成される。

このような溝は、イオン・ビーム・エツチング
またはマスキング及び化学的エツチングのような
数種の方法で構成できる。溝８１５の寸法、深さ
及び幅は、連続的な溝間で蓄えられたエネルギー
による。蓄え毎に高ければ、絶縁間隔では広くな
ければならない。前記溝は層８０６の媒体の分離
領域を横切るASE、または寄生モードの光学的
結合を妨げねばならない。実例的にセツトアツプ
は共通基板８０２を横切つて分配したダイオー
ド・レーザ・アパチユアのアレイから成る。意図
の説明のみで、ダイオード・アレイ８２０は平面
上の構造としてされる。層８０４，８０６，８０
６に従つた多くの基板８０２は、ダイオード・ア
パチユアの二次元的なＮ×Ｘのアレイを形成する
ために位置することができる。

前述して説明したように、それは高輝度レーザ
７１０の構成上マスター発振器７３０のためのレ
ーザ・ダイオードを使用するために好ましいもの
である。第１の利益は、レーザ７１０の動作波長
が前記ダイオードのための注入電流を変えること
によつて選択的に調整できるということである。

第２の利益は、集積光学回路技術に沿つた半導
体材料から構成した素子を使用することによるも
ので、全体のレーザ７１０は単一基板上に構成し
得る。この適用に於いて、レンズは共通に使用し
た最短設レンズと同様の平面の光学導波管構造の
形状で製造し得るもので、導波管はレーザ・ダイ
オード・アレイ７２０内及び外へマスター発振器
７３０からパルスを結合するために使用すること
ができ、そして他の導波管構造は位相結合手段と
して使用する。

第１０図は、大きな半導体ウエーハの前述の原
則に従つて構成したレーザ９１０の、簡易化した
概略的説明を示す。第１０図に於いて、マスター
発振器ダイオード・レーザ９３０は基板９００に
デポジツトした要求した材料層を含んでいる。ダ
イオード・レーザ９３０は増幅するレーザ・ダイ
オード・アレイ９２０に指向されるパルスを提供
し、またテーパする平面の導波管９３５によつて
基板９００にデポジツトされる。導波管９３５は
基板９００上の光学的に転送される連続する材質
層としてデポジツトされる。二者択一的に、レン
ズはアレイ９２０内のパルスを結合するために使
用することができる。前記パルスは増幅され、レ
ンズ９７０が位相結合手段９８０にそれらを指示
するダイオードを表す。前記レンズは平面の導波
管領域９７２の真下に前記基板に於ける俯角によ
つて形成される。

位相結合手段９８０とレンズ９７０間をデポジ
ツトするのは、増幅されるパルスの偏光を変える
偏光修正手段９９２である。マスター発振器９３
０とダイオード・アレイ９２０間には、カツプラ
を透過するパルスの偏光による導波管９９５に沿
つて、レーザ９１０外へエネルギーをスイツチす
る方向性カツプラがある。偏光制御手段９９３は
マスター発振器９３０からパルスを始めに偏光す
るために、もと使用することができる。

位相結合手段９８０は、SBSまたはSRSプロセ
スを経験する流動性媒体を満たす中空のコア導波
管となり得れ隣接導波管として構成することもで
きる。二者択一的に、ガラス光学導波管の多くの
型は、十分な放射線輝度のためのSBSまたは４つ
の波形合成現象を表す。この発明に於いて、前記
放射線はSBS及びSRS限度が容易に到達されるた
めに小さいアパチユアの大きさで作り出されると
共に、下へ点が合わせられる。

この配置の後で、四分の一波長プレートのよう
な偏光回転手段は、偏光の修正を提供するために
残存導波管構造及びフアイバの中間面で位置する
ことができる。

故に、高輝度レーザ源９１０は高エネルギーを
提供し、非常にコンパクトな装置からの回析制限
出力を提供する。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、高輝度、ボリ
ユーム限定制限のない高エネルギー出力を達成す
るため、及びコヒーレント結合を供給するため
に、マルチプル・レーザ利得素子の出力を供給す
るエネルギー・スケイラブル・レーザ増幅器を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原則に従つて構成した高輝
度レーザ・システムの概略を示す図、第２図は第
１図のレーザを使用するための多くの異なる入力
手段を示す図、第３図は入力パルスのコリメーシ
ヨン及び入力／出力素子として偏光ビーム・スプ
リツタを使用する第１図のレーザの実施例を示す
図、第４図は利得素子光学経路に直接に沿つてパ
ルスを導くレーザ・マスター発振器で、第１図の
レーザの第２の実施例を示す図、第５図はプリズ
ムを利用する動作を証明するために使用した第１
図のレーザの第３の実施例を示す図、第６図は固
体結晶のアレイを具備するレーザ利得媒体を示す
図、第７図は固体結晶パワー・レーザ利得素子を
利用するこの明の原則に従つた高輝度レーザを示
す図、第８図はダイオード・レーザ・アレイ利得
素子を利用するこの発明に従つた高輝度レーザを
示す図、第９図はレーザ・ダイオード・アレイ利
得素子の斜視図、第１０図は集積回路基板上に配
置したこの発明に従つたレーザの線図である。１０……レーザ、２０……レーザ利得素子、２
２，２４……アパチユア、３０……マスター発振
器、４０，４２，４４，４６，４８，５０……パ
ルス、５４……ビーム、６０……光学転送手段、
８０……位相結合リフレクタ、９０……入力手
段、９２……四分の一波長プレート。

Claims

【特許請求の範囲】１１つのコヒーレント・マスター発振器放射線
源と、前記マスター発振器からの非増幅放射線を受信
し、且つ増幅放射線を送信する第１のアパチユア
手段を有すると共に、増幅放射線を送信し、且つ
それの位相結合を受信する第２のアパチユア手段
を有する各増幅器を有して操作的に並列形状で位
置付けられた複数のレーザ・パワー利得素子と、前記利得素子の各々の前記第１のアパチユア手
段に前記マスター発振器からの放射線の予め定め
られた部分を結合する入力手段と、前記第２のアパチユア手段に戻る前記各増幅器
の前記第２のアパチユア手段を残して放射線の位
相結合を反射するために前記利得素子の前記第２
のアパチユア手段に操作的に結合される位相結合
リフレクタ手段と、放射線の単一コヒーレント出力ビームとしてレ
ーザ装置の外へ前記第１のアパチユア手段を表す
前記複数の利得素子からの増幅放射線を結合する
出力結合手段とを具備することを特徴とするレー
ザ装置。２前記第１のアパチユアの全てによつて遮られ
るようにするため前記マスター発振器からの放射
ビームを広げるように位置したコリメーシヨン手
段を更に含むことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のレーザ。３前記入力手段は偏光ビーム・スプリツタから
成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のレーザ。４前記出力手段は前記偏光ビーム・スプリツタ
によつて前記レーザの外へ指示すべく前記増幅放
射線を発生するように非増幅入力放射線に応じて
前記利得素子の前記第１のアパチユアによつて送
信した前記増幅放射線の偏光ステートを制限する
偏光修正手段から成ることを特徴とする特許請求
の範囲第３項記載のレーザ。５前記偏光修正手段は四分の一波長プレートか
ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
載のレーザ。６前記偏光修正手段はフアラデー回転子から成
ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
レーザ。７前記レーザ利得素子はＮ×Ｍの二次元的アレ
イを形成するように位置されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のレーザ。８前記位相結合器内の前記利得素子の前記第２
のアパチユア手段から前記放射線の焦点を合わせ
る焦点手段を更に具備することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のレーザ。９前記位相結合手段はブリユーアン散乱セルか
ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のレーザ。１０前記位相結合手段は４つの波形合成器から
成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のレーザ。１１前記入力手段と前記第１のアパチユア間の
光学経路に沿つて配置し、前記マスター発振器及
び前記入力手段から前記利得素子の前記第１のア
パチユアに放射線を結合する入力転送手段を更に
具備することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のレーザ。１２前記第１のアパチユアの各々に前記放射線
の予め定められた部分を指示するように整列した
複数の高い反射性表面から成ることを特徴とする
特許請求の範囲第１１項記載のレーザ。１３前記第２のアパチユアと前記結合手段間の
光学経路に沿つて配置される前記利得素子と前記
位相結合手段間で放射線を結合する結合転送手段
を更に具備することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のレーザ。１４前記結合転送手段は前記第２のアパチユア
からの放射線を遮ると共に前記位相結合手段内に
それを反射するように配置した複数の反射性プリ
ズムから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
１３項記載のレーザ。１５前記位相結合手段内へ前記結合転送手段か
らの増幅放射線の焦点を合わせる焦点手段を更に
具備することを特徴とする特許請求の範囲第１４
項記載のレーザ。１６前記位相結合手段内へ前記第２のアパチユ
アからの増幅放射線の焦点を合わせる焦点手段を
更に具備することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のレーザ。１７１つのコヒーレント・マスター発振器放射
線源と、前記マスター発振器からの非増幅放射線を受信
し、且つ増幅放射線を送信する第１のアパチユア
手段を有すると共に、増幅放射線を送信し、かつ
それの位相結合を受信する第２のアパチユア手段
を有する各利得素子を有する実質上並列形状で互
いに隣接して位置付けられた複数の固体レーザ利
得素子と、前記利得素子の各々の前記第１のアパチユア手
段に前記マスター発振器からの放射線の予め定め
られた部分を結合する入力手段と、前記第２のアパチユア手段に戻る前記各利得素
子の前記第２のアパチユア手段を残して放射線の
位相結合を反射するために前記利得素子の前記第
２のアパチユア手段に操作的に結合される位相結
合リフレクタ手段と、放射線の単一コヒーレント出力ビームとしてレ
ーザ装置の外へ前記第１のアパチユア手段を表す
前記複数の利得素子からの増幅放射線を結合する
出力結合手段とを具備することを特徴とする固体
レーザ装置。１８前記固体利得素子は単一モノリシツク利得
構造で一緒に接合した固体レーザ結晶のＮ×Ｍの
アレイを更に備えることを特徴とする特許請求の
範囲第１７項記載のレーザ。１９前記固体レーザ結晶はCr：Nd：GSAS、
アレキサンドル石、Nd：YAG、NHd：YLF、
Nd：YA10、Co：MgF2、またはTi：サフアイ
アを具備するグループから選択されることを特徴
とする特許請求の範囲第１８項記載のレーザ。２０モノリシツク利得構造で共にそれらを接合
するように前記レーザ結晶間で配置した抵抗の少
ない接着材料を更に具備することを特徴とする特
許請求の範囲第１８項記載のレーザ。２１前記モノリシツク構造で隣接した利得素子
間でASE放射線の光学結合を実質上妨げる前記
レーザ結晶間に配置する絶縁手段を更に具備する
ことを特徴とする特許請求の範囲第２０項記載の
レーザ。２２前記絶縁手段は前記接着材料で合成される
前記レーザ結晶で生ずるASEのための動作波長
での放射線を吸収する材料から成ることを特徴と
する特許請求の範囲第２１項記載のレーザ。２３前記絶縁手段は前記接着材料で合成される
前記レーザ結晶で生ずるASEのための動作波長
での放射線を吸収する材料でドープした高品質の
ガラスの層から成ることを特徴とする特許請求の
範囲第２１項記載のレーザ。２４熱焼失チヤンネルを提供するように媒質素
子間の間隔手段を更に具備することを特徴とする
特許請求の範囲第１７項記載のレーザ。２５前記第１のアパチユアの全てによつて遮ら
れるようにするため前記マスター発振器から放射
ビームを広げるように位置したコリメーシヨン手
段を更に含むことを特徴とする特許請求の範囲第
１７項記載のレーザ。２６前記出力手段は前記偏光ビーム・スプリツ
タによつて前記レーザの外へ指示すべく前記増幅
放射線を発生するように非増幅入力放射線に応じ
て前記利得素子の前記第１のアパチユアによつて
送信した前記増幅放射線の偏光ステートを制限す
る偏光修正手段から成ることを特徴とする特許請
求の範囲第１７項記載のレーザ。２７前記位相結合手段は誘導ブリユーアン散乱
セルから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
１７項記載のレーザ。２８前記第２のアパチユアと前記結合手段間の
光学経路に沿つて配置される前記利得素子と前記
位相結合手段間で放射線を結合する結合転送手段
を更に具備することを特徴とする特許請求の範囲
第１７項記載のレーザ。２９前記位相結合手段内へ前記結合転送手段か
らの増幅放射線の焦点を合わせる焦点手段を更に
具備することを特徴とする特許請求の範囲第１７
項記載のレーザ。３０１つのコヒーレント・マスター発振器放射
線源と、前記マスター発振器からの非増幅放射線を受信
し、且つ増幅放射線を送信する第１のアパチユア
手段を有すると共に、増幅放射線を送信し、且つ
それの位相結合を受信する第２のアパチユア手段
を有する各ダイオード利得素子を有する実質上並
列形状で互いに隣接して位置付けられたダイオー
ド利得素子のアレイと、前記ダイオード利得素子の各々の前記第１のア
パチユア手段に前記マスター発振器からの放射線
の予め定められた部分を結合する入力手段と、前記第２のアパチユア手段に戻る前記各ダイオ
ード利得素子の前記第２のアパチユア手段を残し
て放射線の位相結合を反射するために前記ダイオ
ード利得素子の前記第２のアパチユア手段に操作
的に結合される位相結合リフレクタ手段と、放射線の単一コヒーレント出力ビームとしてダ
イオード・レーザ装置の外へ前記第１のアパチユ
ア手段を表す前記複数のダイオード利得素子から
の増幅放射線を結合する出力結合手段とを具備す
ることを特徴とする高輝度ダイオード・レーザ装
置。３１前記ダイオード利得素子のアレイは、前記第２の層で光学放射線を制限するように制
御した前記層の各々のための屈折率を有すると共
に全３つの前記層を横切つて供給したポンピング
電流による励起上の指示するレーザ放射線を可能
にする第２の前記層で基板上に配置した第１、第
２、及び第３の材料層と、前記材料層の表面を横切つて規則的な間隔で配
置される前記溝に伴つて、前記第２の層の与えら
れた領域内に蓄えられたエネルギーの量によつて
予め定められた前記間隔で、分離アパチユアを有
する隣接した領域内で前記第２の層の領域を光学
的に絶縁する前記基板に全３つの前記層を介して
下に広げる光学絶縁溝とを更に備えることを特徴
とする特許請求の範囲第３０項記載のレーザ。３２前記材料層は前記第２の層の屈折率が第１
及び第３の層より大きいために選択されるｘの値
によるAL_xGa_1-xAsから成ることを特徴とする特
許請求の範囲第３０項記載のレーザ。３３前記材料層は前記第２の層の屈折率が前記
第１及び第３の層より大きいために選択されるｘ
及びｙの値によるGa_xIn_1-xP_yAs_1-yから成ること
を特徴とする特許請求の範囲第３０項記載のレー
ザ。３４前記溝はイオン・ビーム・エツチングによ
つて製造されることを特徴とする特許請求の範囲
第３０項記載のレーザ。３５前記マスター発振器はそれが前記利得素子
を出ると共に増幅され、且つ出力手段によつて前
記マスター発振器の外へ結合される増幅放射線の
結合する位相を戻すように前記利得素子に操作上
結合する位相結合手段で第２のマスター発振器源
によつてドライブしたダイオード利得素子のアレ
イから成ることを特徴とする特許請求の範囲第３
０項記載のレーザ。３６前記マスター発振器、前記ダイオード利得
素子のアレイ、入力手段、位相結合手段及び出力
結合手段は単一大規模集積回路ウエーハによるも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第３０
項記載のレーザ。３７前記位相結合手段は光学フアイバ導波管を
更に備えることを特徴とする特許請求の範囲第３
０項記載のレーザ。３８前記出力手段は前記偏光ビーム・スプリツ
タによつて前記レーザの外へ指示すべく前記増幅
放射線を発生するように非増幅入力放射線に応じ
て前記利得素子の前記第１のアパチユアによつて
送信した前記増幅放射線の偏光ステートを制限す
る偏光修正手段から成ることを特徴とする特許請
求の範囲第３０項記載のレーザ。３９前記入力手段と前記第１のアパチユア間の
光学経路に沿つて配置し、前記マスター発振器及
び前記入力手段から前記利得素子の前記第１のア
パチユアに放射線を結合する入力転送手段を更に
具備することを特徴とする特許請求の範囲第３０
項記載のレーザ。４０前記位相結合手段内の前記結合転送手段か
らの増幅放射線の焦点を合わせる焦点手段を更に
具備することを特徴とする特許請求の範囲第３０
項記載のレーザ。