JPH07123173B2 - ポンプ式レーザ装置およびそのための方法 - Google Patents

ポンプ式レーザ装置およびそのための方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＷ（連続波）ポンプ
式レーザの出力を増加するための方法および装置に関
し、具体的には、少なくとも１つの掃引開口を使用する
ＣＷポンプ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザの出力を増加するため
の方法および装置に関する。本発明はまた、任意のＣＷ
ポンプ式レーザ媒体を使用して、ＣＷポンプ式レーザの
出力増加を実現できることを教示する。Ｑスイッチを追
加すると、レーザのパルス繰返し率も増加させることが
できる。
【０００２】
【従来の技術】レーザを効率的にポンピングし、レーザ
・ポンピング媒体から最大出力を得るために、様々な方
法と装置が使用されてきた。たとえば、米国特許第３３
１１８４４号明細書には、「高速」パルス・レーザ装置
が開示されている。同システムは、ホイールの周囲に固
定された複数のロッドを使用する。これらのロッドは、
回転してレーザ空洞内に入り、パルス・ポンピングさ
れ、点火される。しかし、このシステムにとっての「高
速」とは、非常に高い出力で１Ｈｚである。この特許で
は、選択的インデクシングの方法によるロッドの冷却も
実施される。このシステムはまた、複数のポンピング・
ランプを使用して、ポンプ室内で１つまたは複数のロッ
ドをパルス・ポンピングできることを示している。ロッ
ドがポンプ室を通過するのと協調してこれらのランプを
点滅させて、室内のロッドにポンピング・エネルギーを
供給する。このようにして、ランプを順次点火して、１
つのランプに過大な熱が蓄積しないようにする。ロッド
にパルスを与えた後で各レーザ・ロッドを冷却すること
が望まれる場合、ファンやブロワなど１つまたは複数の
冷却装置をシステムの周囲に配置して、冷却空気の流れ
を供給し、パルスを与えた後にレーザ・ロッドを冷却す
ることができる。
【０００３】米国特許第４５６７５９７号明細書には、
固定レーザ発振領域を有するレーザ装置が開示されてい
る。このレーザ発振媒体を回転して、熱的に冷却された
非ポンピング部分をレーザ発振空洞に入れ、そこでこれ
をポンピングした後にレーザ発振させ、その後、レーザ
発振媒体を回転してレーザ発振空洞から出し、熱をシリ
ンダから周囲に伝達させる。同特許明細書には、中空円
筒形のレーザ・ロッドも開示されており、これを回転し
て、冷却された非励起領域を共振器空洞に入れ、レーザ
発振させ、中空レーザ・ロッドのその後点火された部分
を回転して出し、中空シリンダから周囲に熱を伝達させ
る。
【０００４】米国特許第４５７５８５４号明細書には、
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ用のもう１つの独特なポンピング方
式が開示されている。アーク・ランプを使用するのでは
なく、レーザ・ダイオード・アレイのバンクまたはレー
ザ・ダイオードのアレイが、円筒形のロッドを取り囲
む。これらのレーザ・ダイオード・アレイに順次パルス
を与えて、少なくとも１つのダイオード・アレイがオン
になり、他のダイオード・アレイはオフになるようにす
ることによって、ＣＷポンピングを実現する。各ダイオ
ード・アレイは、冷却のため、実際には非常に低いデュ
ーティ・サイクルで動作する。固定Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
・ロッドは、それを取り囲むダイオード・レーザ・バー
のアレイによってポンピングされ、このダイオード・レ
ーザ・バーは、順番に電子的に点火される。
【０００５】米国特許第４８４５７２１号明細書には、
その中を冷媒が流れることのできる内部穴を有する固体
レーザ・ロッドが開示されている。同特許明細書には、
ロッドを回転して、レーザ材料の特定の部分だけをポン
ピングにかけ、他の部分が冷却されるようにすることも
開示されている。同特許明細書には、特殊な設計または
形状の実際の材料によって固体レーザ媒体を冷却する手
段も開示されている。これらの設計によれば、熱抽出の
ための表面積を増加することによってレーザ冷却が簡単
になる。回転して共振器ポンピング領域内に入る円筒形
ロッド（中空シリンダ）も言及されているが、これは、
冷却だけの目的で行われる。
【０００６】米国特許第４８９０２８９号明細書には、
レーザ発振円盤の回転軸から中心をはずれた位置にある
供給源によって光ポンピングされる回転式円盤レーザが
開示されている。同特許明細書には、レーザ発振媒体の
回転および並進によって熱負荷を分配させることが記載
されている。ランプ・ポンピングによって引き起こされ
る熱効果を軽減することが、この特許の主目的である。
ダイオード・ポンピングが、光ファイバによるその放射
線の分配と組み合わされる。さらに、媒体の回転は、媒
体内の熱応力の減少だけを目的としている。
【０００７】しかし、この発明は、軸上で高速で回転す
るスピン式ビーム・ステアリング・アセンブリ（ＳＢＳ
Ａ）を開示している。ＳＢＳＡは、レーザ発振光路をオ
フセットし、レーザ発振媒体の円形領域を通じてレーザ
発振経路を掃引させる。出力レーザ・ビームは、ＳＢＳ
Ａのスピン軸上で静止したままになる。レーザ発振媒体
の寸法は、ＳＢＳＡが掃引する円形領域の寸法よりわず
かに大きくしなければならない。ＳＢＳＡがレーザ空洞
内で回転している間に、レーザ発振媒体にエネルギーが
ポンピングされる。１つまたは複数のＳＢＳＡによって
掃引される軸外れの光ビームは、ロッドによって増幅さ
れ、少なくとも１つの末端鏡を透過した後に工作物に向
けられる。
【０００８】スピン式ビーム・ステアリング・アセンブ
リは、レーザ繰返し率を増加させる。というのは、ＳＢ
ＳＡが回転する際に、エネルギーまたは光子を解放して
いないもしくはレーザ発振していないレーザ発振媒体の
掃引領域が、エネルギーまたは光で充填またはポンピン
グされ、その結果、レーザ発振する各領域が、ＳＢＳＡ
を介してレーザ発振される時に完全に充填されるように
なるからである。
【０００９】さらに、この発明の最大繰返し率でも、本
発明のより高い繰返し率未満の繰返し率でも、すべての
レーザ・パルスが均一な強さを有する。というのは、Ｓ
ＢＳＡが掃引する領域が、完全にポンピングまたは充填
され（飽和し）、レーザ発振の準備ができるからであ
る。その結果、すべての範囲にわたって、すなわちレー
ザの非常に低い繰返し率から新しいより高い繰返し率ま
で、パルス強さが均一になる。これは、多くのレーザ応
用分野にとって非常に望ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、少な
くとも１つのスピン式ビーム・ステアリング・アセンブ
リ（ＳＢＳＡ）を使用して、ＣＷポンプ式Ｑスイッチ・
レーザのパルス繰返し率の増加を実現することである。
【００１１】本発明のもう１つの目的は、より大きな直
径のレーザ媒体を提供して、それに比例するＳＢＳＡの
より高い繰返し率またはより低い回転速度を実現するこ
とである。
【００１２】本発明のもう１つの目的は、ガウス分布の
ビーム形状を維持しながらレーザ媒体の全体積を利用す
ることである。
【００１３】本発明のもう１つの目的は、ガウス分布の
ビーム形状を有するより高いＣＷレーザ出力を達成する
ことである。
【００１４】本発明のもう１つの目的は、レーザ媒体か
ら最大のレーザ発振出力を引き出すことである。
【００１５】本発明のもう１つの目的は、２つ以上のＳ
ＢＳＡの回転を同期させる手段を提供することである。
【００１６】本発明のもう１つの目的は、ＳＢＳＡ用の
加圧流体軸受を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、その１態様で
は、ａ）レーザ・ビーム軸を有するレーザ・ビームを形
成するための少なくとも１つのレーザ媒体と、ｂ）ポン
ピングによって前記少なくとも１つのレーザ媒体の少な
くとも一部分で反転分布が起こる、前記少なくとも１つ
のレーザ媒体の少なくとも一部分をポンピングするため
の少なくとも１つの手段と、ｃ）前記少なくとも１つの
レーザ媒体の断面より小さい許容レーザ・ビーム経路を
画定するための少なくとも１つの手段と、ｄ）前記少な
くとも１つのレーザ媒体の前記分布反転領域を通じて前
記許容レーザ・ビーム経路を掃引するための少なくとも
１つの手段と、ｅ）前記レーザ・ビームの少なくとも一
部分を反射するための少なくとも１つの第１の鏡と、
ｆ）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分を反射する
出力カプラ鏡であり、前記第１の鏡と対向する、少なく
とも１つの第２の鏡とを備え、ｇ）前記レーザ・ビーム
が、許容レーザ・ビーム経路を画定するための前記手段
を通過し、前記レーザ・ビームの少なくとも一部分が、
前記少なくとも１つのレーザ媒体の前記反転分布領域の
掃引中に、前記第１および前記第２の鏡の一部分から反
射し、これによって機能強化されたポンプ式レーザ装置
を形成することを特徴とする、機能強化されたポンプ式
レーザ装置である。
【００１８】本発明は、もう１つの態様では、ａ）オフ
セット軸と回転軸とを有し、前記オフセット軸が、前記
回転軸から少なくともレーザ・ビームの半径だけ変位さ
れている、少なくとも１つのスピン式ビーム・ステアリ
ング・アセンブリ（ＳＢＳＡ）を回転するステップと、
ｂ）少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも一部分を
ポンピングし、前記ポンピングによって前記少なくとも
１つのレーザ媒体の少なくとも一部分で反転分布を引き
起こし、前記レーザ媒体の少なくとも一部分がレーザ発
振し、前記レーザ・ビームを形成すると共に、前記レー
ザ媒体の非レーザ発振部分の少なくとも一部分が、前記
反転分布を引き起こすためにポンピングされる、ポンピ
ングのステップと、ｃ）前記少なくとも１つのレーザ媒
体の断面より小さい許容レーザ・ビーム経路を画定する
ための少なくとも１つの手段を有するステップと、ｄ）
そのうちの少なくとも１つが出力カプラ鏡である少なく
とも２つの鏡を使って、前記レーザ・ビームの少なくと
も一部分を反射するステップと、ｅ）前記反射されたレ
ーザ・ビームの通路が、許容レーザ・ビーム経路を画定
するための前記少なくとも１つの手段を通過できるよう
にし、これによってポンプ式レーザのパルス繰返し率を
増加するステップとを含む、機能強化されたポンプ式レ
ーザ装置のための方法である。
【００１９】本発明の上記その他の目的および態様は、
添付図面と共に以下の説明を参照すればより明らかとな
ろう。
【００２０】
【実施例】新規であると考えられる本発明の特徴と、本
発明に特有の要素は、後の本発明の実施態様のところに
具体的に示されている。図面は、例示のみを目的とし、
原寸に比例してはいない。さらに、図面中で同じ番号は
同じ特徴を指す。
【００２１】ＣＷ（連続波）ポンプ式ＱスイッチＮｄ：
ＹＡＧレーザの性能を向上させる努力の中で、最大ピー
ク出力での最大繰返し率が約１ｋＨｚで生じることが明
らかになった。これは主に、図１に示すように、レーザ
・ロッドなどのＣＷポンプ式レーザ媒体の固定最大ポン
ピング率に起因する。図１では、Ｘ軸にポンピング時間
ｔ、Ｙ軸にポンピング・レベル０％から１００％までの
レーザ媒体のポンピングを示す。
【００２２】既存の連続的にポンピングされるＱスイッ
チ固体レーザの場合、時刻ｔ2でレーザ・パルスが発生
する前の時刻ｔ1に、点２でレーザ媒体が完全にポンピ
ングされ、最大の反転分布になっている。点４でレーザ
が点火され、時刻ｔ2に点５で固体レーザ媒体から貯蔵
されたエネルギーが放出される。最大速度で一定のポン
ピングを行うと、反転分布は、ポンピング曲線６上の点
８で部分的に回復し、時刻ｔ3に点１０で完全にポンピ
ングされる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザでは、この時刻ｔ2か
らｔ3までの全過程に、通常、約１ミリ秒かかる。
【００２３】標準のレーザ装置では、レーザ媒体が完全
に再ポンピングされないうちにレーザ・パルスを発する
またはレーザを点火する場合、結果として生じる光出力
パルスは、完全にポンピングされたレーザ媒体からのパ
ルスより強さが低い。これは、ランダムにパルスを発す
るまたは点火されるレーザ媒体の出力エネルギーに大き
なばらつきをもたらし、ほとんどのレーザ応用例で非常
に望ましくない。
【００２４】典型的な従来技術の固体Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザ空洞１１を、図２および図３に示す。反射器１２は、
通常は液冷楕円反射器であり、ＣＷクリプトン・アーク
・ランプなどの光ポンピング源１４と、固体レーザ・ロ
ッドなどのレーザ媒体１６とを収納する。その軸は、レ
ーザ・ロッド１６の光軸１３と同一であり、レーザ・ビ
ームの軸とも同一である。第１の鏡または後鏡１８は出
力カプラ鏡とすることもでき、第２の鏡または前鏡は出
力カプラ鏡２０であり、後鏡１８と出力カプラ鏡２０
が、レーザ共振器または光学空洞であるレーザ空洞１１
を形成する。後鏡１８と出力カプラ鏡２０の位置は、レ
ーザ・ビーム２４をどの側面から出したいかに応じて、
容易に入れ替えることができる。前板２１内の前開口２
２と、後板２７内の後開口２８は、ガウス分布のレーザ
・ビーム２４を発生するために、空間周波数濾過を行っ
て、許容ビーム経路を画定する。Ｑスイッチ２６は、基
本的に、ビームの通過を制御またはこれをオン／オフに
ゲートして、所望の時に出力レーザ・ビームまたは出力
レーザ・パルスを発生させる。
【００２５】図３は、図２の２Ｂ−２Ｂに沿った断面図
であり、レーザ・ロッド１６と共に反射器１２を示す。
クリプトン・アーク・ランプの光ポンピング源１４は、
楕円形の反射器１２内で光子またはポンピング放射線１
５を発する。このポンピング放射線１５が、レーザ・ロ
ッド１６をポンピングする。十分に充填されると、レー
ザ・ロッド１６は、後鏡１８に向けて光子を発する。Ｑ
スイッチ２６は、電子制御下にあり、レーザ・ビームの
通過を制御し、コマンドを受け取ると、光子を後鏡１８
に衝突させる。これらの光子は、跳ね返ってレーザ・ロ
ッド１６に戻った後、誘導放出によって増幅されてレー
ザ・ビーム２４を発生し、このレーザ・ビーム２４が、
前開口２２と出力カプラ鏡２０を通って外へ出る。通
常、出力カプラ鏡２０は、レーザ・ビーム２４の約１０
％だけを通過させ、残りの光は、反射してレーザ空洞１
１に戻し、光子の誘導放出によってさらに増幅する。前
開口２２と後開口２８は、許容レーザ・ビーム直径を画
定するのに使用できる。この開口によるレーザ・ビーム
直径の制御によって、レーザ・ロッド１６内に、活動領
域またはレーザ発振領域２３と非活動領域または非レー
ザ発振領域２５ができる。この前開口２２と後開口２８
を使用して、レーザが微細に合焦させることのできるガ
ウス分布ビームとなるようにすることができる。この前
開口２２と後開口２８を使用しない場合、発されるレー
ザ・ビームは、微細に合焦させることのできない多モー
ドになる可能性がある。前開口２２と後開口２８を使用
して高品質ビームを達成すると、レーザ・ロッド１６の
うちレーザ発振できる部分が少なくなるために、より低
出力の出力がもたらされる。
【００２６】標準のＮｄ：ＹＡＧレーザ構成では、上述
のガウス分布形状のレーザ・ビーム２４を発生するため
に、楕円形の反射器１２内でより小直径のレーザ・ロッ
ド１６を、前開口２２および後開口２８と共に使用し
て、ガウス・モードとレーザ・ロッド１６を通るビーム
経路とを定義する。
【００２７】上記の構成は、繰返し率の制限された安定
したガウス・モードを生じ、レーザ・ロッド１６のポン
ピングされる体積を最も効率的に利用する。しかし、高
出力多モード・レーザに通常に使用されるより大きな直
径のロッドを同じ開口と共に使用しても、同じガウス分
布のレーザ・ビーム２４を得ることができるが、ポンピ
ングされるロッドの体積の一部が使用されないため、効
率が低下する。
【００２８】図４、図５および図６は、本発明の機能強
化されたポンプ式レーザ装置５０の１実施例を示す図で
ある。本発明の様々な実施例を、固体レーザ・ロッドを
使用して説明するが、ＣＷポンプ式レーザ媒体や準ＣＷ
ポンプ式レーザ媒体など、どんなポンプ式レーザ発振媒
体も本発明と共に使用することができる。図４の３Ｂ−
３Ｂに沿った概略断面図を、図５に示す。レーザ空洞３
１は、後鏡３８を有するべきであり、後鏡３８は、少な
くともレーザ・ロッドまたはレーザ媒体３６の端面の断
面積と同じ大きさで、したがって最大の反転分布を有し
あるいは活動状態もしくはレーザ発振中である活動領域
３７から発するオフセット・レーザ・ビーム４１を反射
するのに十分な大きさとすべきである。さらに、第１鏡
または後鏡３８は、通常は反射面またはコーティング４
６を有し、点４５が必ず軸外れレーザ・ビームまたはオ
フセット・レーザ・ビーム４１を反射するようになって
いる。ＳＢＳＡ（スピン式ビーム・ステアリング・アセ
ンブリ）３０は、他所で論じるように、軸上レーザ・ビ
ーム４３として外へ出るようにオフセット・レーザ・ビ
ーム４１の方向を変えまたは定める。通常、高繰返し率
のレーザ・ビーム３４と、軸上レーザ・ビーム４３は、
ＳＢＳＡの回転軸４４と同一の軸を共有する。外へ出る
高繰返し率のレーザ・ビーム３４は、通常は、軸外れ開
口またはオフセット開口１７などの開口によって画定さ
れる。ＳＢＳＡ３０の回転軸４４は、必ずオフセット・
レーザ・ビームの中心線または軸４２から離れている。
レーザ空洞３１は、前述の、図２に記載されたレーザ空
洞１１に類似しているが、ＳＢＳＡ３０は、その軸の回
りで高速度で回転させられる。さらに、レーザ媒体３６
から出るオフセット・レーザ・ビーム４１の軸４２は、
レーザ媒体３６の光軸３２から、少なくとも活動領域３
７の半径分だけオフセットしていなければならない。当
技術分野で周知の手段である光ポンピング源１４によっ
て、レーザ媒体３６にエネルギーをポンピングすること
ができる。たとえば、固体レーザ・ロッドのレーザ媒体
３６を使用する場合、１つまたは複数のレーザ・ダイオ
ード、１つまたは複数のアーク・ランプなど、様々な手
段によってこれを光ポンピングすることができる。反射
器１２は、楕円形であるものとして図示されているが、
円形または他の形状でもよい。反射器１２が必要である
か否かは、もちろん、使用されるレーザ媒体３６に依存
し、反射器１２が不要な場合もある。前に述べたよう
に、オフセット開口１７を使用すると、レーザ発振領域
または活動領域３７と、非レーザ発振領域または非活動
領域３５がもたらされる。ＳＢＳＡ３０の回転方向３９
は、反時計回りとして図示されているが、ＳＢＳＡ３０
をそれと反対の時計回りの方向に回転した場合にも、同
様の結果が得られる。
【００２９】固体レーザ・ロッドを使用する場合には、
Ｎｄ：ＹＡＧ（ ネオジム：イットリウム・アルミニウ
ム・ガーネット）レーザ・ロッドを使用することが好ま
しい。本発明と共に使用できる他の固体レーザ・ロッド
は、たとえば、Ｔｉ：サファイア、Ｎｄ：ガラス、Ｎ
ｄ：ＹＬＦ（ネオジム：イットリウム・ランタンフッ化
物）、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｃｒ：ＬｉＳｒＡｌＦ6（ク
ロム：リチウム・ストロンチウム・アルミニウムフッ化
物）などを含む群から選択できる。
【００３０】レーザ媒体３６は、たとえば、固体レーザ
媒体、色素レーザに使用されるローダミン６Ｇなどの液
体レーザ媒体、またはＣＯ2レーザに使用されるＣＯ2な
どのガス・レーザ媒体から選択できる。
【００３１】上述したように、光軸３２に平行にオフセ
ットし、光軸３２に対してその半径を超える距離にあ
る、オフセット・レーザ・ビーム中心線または軸４２を
有するオフセット・レーザ・ビーム４１を用いる場合、
オフセット・レーザ・ビーム４１を、ＳＢＳＡ３０の回
転軸４４の回りで回転または掃引することができる。こ
れによって、基本的に、活動領域３７が、未使用の完全
にポンピングされたロッド体積または非活動領域３５に
移動して、高繰返し率のレーザ・ビーム３４を発生す
る。これによって、レーザ媒体３６内でポンピングを発
生させることができ、オフセット・レーザ・ビーム４１
の活動領域３７によって利用されていない、明確な円形
経路４８に従う部分が、オフセット・レーザ・ビーム４
１によって掃引されるようになる。この構成を用いる
と、開口のオフセットおよびＳＢＳＡ３０の超高速での
回転によって最大ピーク・パルス出力を維持しながら、
繰返し率を大きく増加させることができる。この方法
は、すべてのＣＷポンプ式レーザならびに一部のパルス
・ポンプ式レーザに適用して、その繰返し率と平均出力
を増加することができる。
【００３２】Ｑスイッチ２６を取り去ることによって、
ガウス・モードで、開口を回転させない場合よりもはる
かに高い平均出力で連続波（ＣＷ）放射線が生じる。
【００３３】オフセット開口１７をより大きくすること
によって、上述と同様の方法で低次多モード動作を得る
ことができる。というのは、前に述べたように、ＳＢＳ
Ａ３０が、オフセット開口１７を回転させ、明確な円形
経路４８に沿って新しい位置に移動するからである。
【００３４】図６は、固体レーザ・ロッドなどのレーザ
媒体３６の充填と放出の過程を示す図である。レーザ媒
体３６は、内側の非活動領域４７、オフセット・レーザ
・ビームによって掃引される明確な円形領域または円形
経路４８、および外側の非活動領域４９を有することが
できる。レーザ発振領域または活動領域３７は、必ず明
確な円形経路４８内に含まれる。ＳＢＳＡ３０が掃引ま
たは回転する際に、オフセット・レーザ・ビーム４１
が、オフセット開口１７によって画定される空洞／共振
器と一列に並んだ、レーザ媒体３６の「新たに」完全に
ポンピングされる活動領域３７へ掃引する。新しい最大
パルス繰返し数は、レーザ媒体３６の内周におさまる開
口寸法の領域の数に比例する。たとえば、図１に示すよ
うにレーザ媒体３６を完全に再ポンピングするのに要す
る時間が１ミリ秒であり、図６に示すようにオフセット
・レーザ・ビーム４１に、１ミリ秒で１回の掃引を完了
させる（６００００ｒｐｍ）場合、レーザ媒体３６の空
乏部分（パルス発振後の）は連続的になり、１回の完全
な掃引または回転の時間中に完全に再充填またはポンピ
ングされるはずである。これによって、理論的なパルス
繰返し率の増加が１２倍になることが示される。これ
は、ビーム直径の１２倍より大きな領域または活動領域
３７がレーザ媒体３６の周囲におさまり、したがって６
００００ｒｐｍでのパルス繰返し率が、１パルスあたり
のピーク出力が同じで１２ｋＨｚに増加することから計
算される。これは、図６を見るとよりはっきりと理解で
きる。図６で、位置Ａは、時刻ｔ2での最大の反転分布
領域またはレーザ発振領域である活動領域３７を示し、
この時刻ｔ2に、図１の点５で示すようにレーザ媒体が
完全にポンピングされ、点火され、従って完全に空乏化
される。オフセット開口１７またはＳＢＳＡ３０によっ
て画定されるオフセット・レーザ・ビーム４１は、６０
０００ｒｐｍで連続して回転する際に、位置Ａの領域か
ら位置Ｂの領域に１／１２ミリ秒で移動する。その後、
オフセット・レーザ・ビーム４１は、位置Ｃ、ＤからＬ
までを掃引して、これらの領域を空乏化する。その間に
位置Ａの領域は、光ポンピング源１４によって連続的に
ポンピングされるため、より大きな反転分布を獲得して
いる。オフセット・レーザ・ビーム４１が位置Ｌまで掃
引する時刻までに、位置Ａの領域の反転分布はさらに大
きくなって飽和に近づき、したがって、オフセット・レ
ーザ・ビーム４１が活動領域３７と共に、明確な円形経
路４８を掃引し終えて位置Ａに戻ってきた時に、位置Ａ
の領域は、完全にポンピングされ、再び点火の準備がで
きている。
【００３５】位置ＡないしＬの領域は、例示のみを目的
としたもので、別個の領域ではなく、点火され空乏化さ
れる際にポンピング放射線１５によって連続的にポンピ
ングされる連続領域である。たとえば、活動領域３７内
で、位置Ａが完全にポンピングされ、点火され、空乏化
される際に、オフセット・レーザ・ビーム４１は完全に
ポンピングされた位置Ｂまで回転し、この位置Ｂが点火
され空乏化される。オフセット・レーザ・ビーム４１
は、引き続き位置Ｃ、Ｄ、Ｅなどの領域まで回転し、そ
の間に、Ａ、Ｂ、Ｃなどの空乏化された位置がポンピン
グされる。したがって、この例では、レーザ媒体３６
が、オフセット・レーザ・ビーム４１の１回転ごとに１
２回点火でき、従来技術の固定式レーザ・ビームに対し
て１２倍の改良である、１２ｋＨｚのパルス繰返し率が
もたらされる。最大パルス出力を得るために、レーザ媒
体３６は、点火の前に完全にポンピングされるが、たと
えば典型的な従来技術のＮｄ：ＹＡＧレーザでは、これ
に約１ミリ秒を要する。しかし、本発明では、レーザは
１ミリ秒に１２回点火しており、各パルスのピーク出力
は、１ミリ秒あたり１パルスでパルス発振している小直
径の固定ビームと同じ強さとなる。同様に、レーザ媒体
３６の内周に２４個の開口寸法の領域をおさめることが
できるならば、オフセット・レーザ・ビーム４１の回転
速度を同一に保ちながら２４倍の改良が達成できる。異
なる材料からなるレーザ媒体の場合、オフセット・ビー
ムの回転速度を、その特定のポンピング時間または再ポ
ンピング時間または空乏化時間に応じて調節する必要が
ある。同様に、より大きな直径のレーザ媒体は、それに
比例した高いポンピング速度を必要とする可能性があ
る。
【００３６】より大きな直径のレーザ媒体を用いると、
それに比例した高い繰返し率または低い回転速度が可能
になる。たとえば、図６に示したものよりもさらに高い
繰返し率を可能にする、より大きな直径のＮｄ：ＹＡＧ
レーザ・ロッドが利用できる。
【００３７】レーザの点火率またはパルス繰返し率を増
加するためのこの方法は、スループットが問題となる材
料加工への応用を検討する際に特に有用である。レーザ
繰返し率の１２倍の増加は、装置スループットの１２倍
の増加に直接対応する。
【００３８】図７は、本発明のもう１つの実施例を示す
図である。この実施例についても固体レーザ・ロッドを
使用して論じるが、本発明と共にどんなポンプ式レーザ
発振媒体を使用することもできる。レーザ空洞３１は、
ＳＢＳＡの別の実施例とみなすことのできる、オフセッ
ト反射スポット６５を有する回転鏡アセンブリ６８を有
する必要がある。このオフセット反射スポット６５は、
有効口径でもあり、したがって、ＳＢＳＡ３０を取り去
ることができ、またこの実施例は、図４に示された実施
例と同様に機能することができる。回転鏡アセンブリ６
８は、少なくともレーザ媒体３６の端面または横断面の
面積と同じ大きさで、したがってオフセット反射スポッ
ト６５が、活動領域３７から発するオフセット・レーザ
・ビーム４１を反射するようになっていなければならな
い。これについては、図４、図５および図６を参照して
明瞭に論じる。ＳＢＳＡ（スピン式ビーム・ステアリン
グ・アセンブリ）３０は、他所で論じるように、軸上レ
ーザ・ビーム４３として外へ出るようにオフセット・レ
ーザ・ビーム４１の方向を定める手段を有する。通常、
高繰返し率のレーザ・ビーム３４と、軸上レーザ・ビー
ム４３は、ＳＢＳＡの回転軸４４と同一の軸を共有す
る。外へ出る高繰返し率のレーザ・ビーム３４は、通常
は、軸外れ開口またはオフセット開口１７などの開口に
よって画定される。ＳＢＳＡ３０の回転軸４４は、必ず
オフセット・レーザ・ビームの中心線または軸４２から
離れている。レーザ空洞３１は、前述の、図２に記載さ
れたレーザ空洞１１に類似しているが、ＳＢＳＡ３０と
回転鏡アセンブリ６８が、その軸の回りで高速で回転さ
せられる。さらに、レーザ媒体３６から出るオフセット
・レーザ・ビーム４１の軸４２は、レーザ媒体３６の光
軸３２から、少なくとも活動領域３７の半径分だけオフ
セットしていなければならない。当技術分野で周知の手
段である光ポンピング源１４によって、レーザ媒体３６
にエネルギーをポンピングすることができる。たとえ
ば、レーザ媒体３６の少なくとも一部分で反転分布を生
じさせるための光ポンピング源１４は、たとえば電磁放
射線、放電、化学的励起、熱的励起、機械的励起などを
含む群から選択することができる。さらに、この光ポン
ピング源は、１つまたは複数のレーザ・ダイオード、１
つまたは複数のアーク・ランプなどとすることもでき
る。前に述べたように、オフセット開口１７を使用する
と、活動領域３７と非活動領域３５がもたらされる。好
ましい実施例では、回転鏡アセンブリ６８は、鏡回転軸
または鏡スピン軸６２、オフセット反射スポット６５お
よび非反射領域６９を有する。オフセット反射スポット
６５の中心軸は、オフセット・ビームの軸４２と同一で
あり、したがってオフセット開口１７とオフセット反射
スポット６５は、同期して回転する。さらに、鏡スピン
軸６２は、ＳＢＳＡ３０の回転軸４４と整列している。
回転鏡アセンブリ６８は非反射領域６９を有するので、
非反射領域６９に当たったレーザ光はレーザ発振せず、
反射されない。ＳＢＳＡ３０と回転鏡アセンブリ６８の
回転方向３９は、反時計回りとして図示されているが、
ＳＢＳＡ３０と回転鏡アセンブリ６８をその反対の時計
回りの方向に回転した場合にも、同様の結果が得られ
る。回転鏡アセンブリ６８を回転させる手段（図示せ
ず）は、たとえば電動モータ、油圧モータ、空気駆動式
ガス・モータ、タービンなどを含む群から選択すること
ができる。満足する必要のある唯一の要件は、ＳＢＳＡ
３０と回転鏡アセンブリ６８の両方を同じ方向に回転し
なければならず、両者を同期して回転しなければならな
いことである。非反射領域６９が反射性の場合でも、オ
フセット開口１７が、高繰返し率レーザ・ビーム３４と
して出る軸上レーザ・ビーム４３を少なくとも部分的に
画定するので、レーザ・ビーム３４は悪影響を受けな
い。
【００３９】ＳＢＳＡ３０および６０を組み込んだ機能
強化されたレーザ装置１００を、図８に示す。中空回転
子モータ５６は、ＳＢＳＡ３０を回転させ、通常は、図
８に示すようにこれを収容する。中空回転子モータ５６
は、モータ支持台５７によって定位置にしっかりと保持
される。状況によっては、レーザ媒体ハウジング・アセ
ンブリ５５の後側または反対の端に第２のまたは追加の
ＳＢＳＡ６０を取り付けると有利なことがある。この実
施例では、ＳＢＳＡ３０に非常に類似した第２のまたは
追加のＳＢＳＡ６０を使用する。ＳＢＳＡ６０は、第２
のまたは追加のモータ支持台６７に固定された第２のま
たは追加の中空回転子モータ６６内に収容される。ＳＢ
ＳＡ３０またはＳＢＳＡ６０を回転する手段は、たとえ
ば電動モータ、油圧モータ、空気駆動式ガス・モータ、
タービンなどを含む群から選択することができる。別法
として、所望の回転速度を達成するのに適した比に設定
されたベルトおよびプーリまたは歯車もしくは磁気結合
を備える高速モータを使用することも可能である。
【００４０】中空回転子モータ５６または６６は、ＳＢ
ＳＡを回転するのに使用される電動モータ、油圧モー
タ、空気駆動式ガス・モータまたはタービンとすること
ができる。さらに、ＳＢＳＡの外側ハウジング上にカッ
プまたはパドルを置き、流体の移動によってＳＢＳＡを
回転させるなど、ＳＢＳＡを回転するための他の手段も
あり得る。この流体を、冷却流体として使用し、あるい
はモータまたはＳＢＳＡの潤滑剤として使用することも
できる。同様に、レーザ発振媒体の冷却に使用される冷
却流体を使用して、モータまたはＳＢＳＡを回転させる
こともできる。
【００４１】モータおよびＳＢＳＡの軸受は、多孔性ま
たは無孔性のプラスチックまたは金属製とすることがで
きる。同様に、普通の玉軸受をこの軸受の代わりに使用
することもできる。加圧流体は、ジャーナル軸受の潤滑
剤として働くことができ、普通の玉軸受に代わる代替方
法となる。同様に、空気軸受、気体軸受または磁気軸受
を、高速軸受として使用することも可能である。
【００４２】さらに、中空回転子モータ５６および６６
は、中空にするか、あるいは高繰返し率レーザ・ビーム
３４を形成する際にレーザ・ビームを通過させる手段を
備えるべきである。
【００４３】レーザ媒体ハウジング・アセンブリ５５に
は、レーザ媒体３６が含まれる。このレーザ媒体３６
は、当技術分野で周知の方法によって、容器またはハウ
ジングの内側に収容される。図８は、レーザ媒体３６が
反射器１２内に含まれるレーザ・ロッドとなっている実
施例を示す。反射器１２内の構成要素が過熱する状況で
は、反射器１２内の空洞に、通常は、水または他の液体
や気体などの冷却流体が充たされ、この冷却流体は、ア
ーク・ランプなどの光ポンピング源１４の冷却にも使用
できる。光ポンピング源１４は、通常は、ワイヤまたは
電気接続５１を介して電源（図示せず）に接続される。
レーザ媒体ハウジング・アセンブリ５５は、独立型の現
場取外し可能または現場交換可能なレーザ媒体ハウジン
グ・アセンブリであることに留意されたい。このレーザ
媒体ハウジング・アセンブリ５５は、このシステムの他
の構成要素に影響を与えたり妨害することなく、機能強
化されたレーザ装置１００から取り外しまたは同様のハ
ウジングと交換することができるという利点を有する。
このアセンブリには、同じ設定に対して異なるレーザ発
振媒体を使用できるという追加の利点もある。これは、
１つまたは複数のレーザ媒体３６を格納する自己完結型
のレーザ媒体ハウジング・アセンブリ５５を、それと互
換性のある別のレーザ媒体ハウジング・アセンブリ５５
と交換するだけで行うことができる。
【００４４】図８、図９および図１０に示す機能強化さ
れたレーザ装置１００の好ましい実施例では、２つの同
期化されたスピン式ビーム・ステアリング・アセンブリ
を使用する。ＳＢＳＡ３０は、図９の拡大図に示すよう
に、少なくとも１つの軸外れ開口またはオフセット開口
１７、少なくとも１つの軸外れプリズムまたは軸外れ鏡
５２、および少なくとも１つの軸上プリズムまたは軸上
鏡５４からなる。オフセット開口１７は、物理的にＳＢ
ＳＡ３０の一部とすることができるが、オフセット開口
１７が軸上レーザ・ビーム４３の画定に役立つ限り、そ
れ以外の位置に置いてもよい。軸外れ鏡５２と軸上鏡５
４は、通常はＳＢＳＡ３０の一部であり、ＳＢＳＡ３０
と共に回転しなければならない。図９および図１０に拡
大して示した回転する軸外れ鏡５２と軸上鏡５４は、固
定されたレーザ媒体３６の外周を走査し、オフセット・
レーザ・ビーム４１をＳＢＳＡ３０の回転軸４４の中心
に向ける働きをする。
【００４５】図１０は、本発明の単純なＳＢＳＡ３０の
断面図である。ＳＢＳＡ３０は、通常は、外側ハウジン
グ５８と、端板５９と、ビーム・ステアリング鏡である
軸外れ鏡５２および軸上鏡５４からなる。端板５９は、
図８に示すように、レーザ媒体ハウジング・アセンブリ
５５に面しオフセット開口１７を有するか、あるいは出
力カプラ鏡２０に面し軸上開口（図示せず）を有するこ
とができる。場合によっては、端板５９の必要がなく、
図１８に示すように、オフセット開口１７を他の手段に
よって画定することができ、あるいはオフセット開口１
７が、可変式または調節可能な開口を画定する調節可能
な絞りを有することもできる。軸上鏡５４は、回転軸４
４上に置かれ、その結果、軸外れ鏡５２から来るオフセ
ット・レーザ・ビーム４１が方向を変えて、ＳＢＳＡ３
０の回転軸４４上に出るようになる。ＳＢＳＡ３０およ
び６０は、少なくとも１つのモータ駆動／同期化装置５
３によって、モータ駆動／同期化接続６１を使って同期
化される。
【００４６】レーザ媒体３６のポンピングの代替実施例
を図１１に示す。この実施例では、少なくとも１つの中
空領域１０３を有する、中空固体レーザ・ロッドなどの
中空レーザ発振媒体１０６が開示される。この中空領域
１０３により、ポンピング放射線または光線または光子
１０５を中空レーザ発振媒体１０６の内側から供給す
る、アーク・ランプなど少なくとも１つのポンピング源
１１４の追加が可能になる。さらに、中空領域１０３
は、水または他の液体や気体などの冷却流体をその中を
通すことによって冷却できる。中空レーザ発振媒体１０
６の外側も、前に論じ説明したように冷却しポンピング
することができる。
【００４７】他所で論じたように、普通のアーク・ラン
プ・ポンピングまたはレーザ・ダイオード・ポンピング
の代わりに、あるいはアーク・ランプ・ポンピングまた
はレーザ・ダイオード・ポンピングと共に、他のポンピ
ング源を使用することも可能である。
【００４８】図１２、図１３、図１４および図１５は、
スピン式ビーム・ステアリング・アセンブリ（ＳＢＳ
Ａ）の異なる実施例を示す図である。これらの実施例
は、例示のみを目的とし、限定的なものではない。図１
２は、ハウジング７８内に取り付けられ、その傾斜面が
互いに平行に取り付けられた、２つの同一の円筒形ガラ
ス・プリズム、すなわち第１プリズム７２と第２プリズ
ム７４を組み込んだＳＢＳＡ３０を示す。第１プリズム
７２の傾斜面は、オフセット・レーザ・ビーム４１を回
転軸に向けて曲げ、第２プリズム７４の傾斜面は、軸上
レーザ・ビーム４３を回転軸上にこれと平行に屈折させ
または曲げる。軸上開口７７は、端板７９の中心に置か
れ、端板７９は、ハウジング７８に取り付けられ、ハウ
ジング７８と共に一体として回転する。第１プリズム７
２および第２プリズム７４の各面には、所望のレーザ・
ビームの透過を強化するのに適切なコーティングを被覆
することができる。
【００４９】端板７９は、軸上開口７７をスピン軸の回
りに心合せした状態で図示してあるが、開口は、図１０
に示したものと同様に端板７９内で軸外れに置くことが
でき、この端板を、レーザ媒体３６に面するハウジング
７８の反対の端に取り付けることができる。別法とし
て、端板７９を完全に取り除き、軸上開口７７を、適当
な方法を使って、プリズムの一方または両方の傾斜面に
直接被覆することもできる。これを行う方法の１つは、
第１プリズム７２および第２プリズム７４のレーザ・ビ
ームを通過させる部分を透明にし、他の部分を半透明ま
たは反射性または不透明または拡散性にするものであろ
う。
【００５０】ＳＢＳＡ３０のもう１つの実施例を、図１
３に示す。この実施例では、通常は中実の円筒形ガラス
であるガラスの中実透明片７１を、端面７５内に軸外れ
エッチング・ポケット７６、端面８５内に軸上エッチン
グ・ポケット８６を有し、軸外れ傾斜透過面７３と軸上
傾斜透過面８３が互いに平行となるように製作する。オ
フセット・レーザ・ビーム４１は、軸外れ傾斜透過面７
３を通過し、屈折されまたは曲げられて回転軸に向か
い、軸上傾斜透過面８３に当たると屈折されまたは曲げ
られてＳＢＳＡ３０の回転軸に平行になり、軸上レーザ
・ビーム４３として外に出る。
【００５１】図１３の軸外れ傾斜透過面７３は端面７５
の全寸より小さく、軸上傾斜透過面８３は端面８５の全
寸より小さいものとして図示されている。しかし、ガラ
スの中実透明片７１を製造することによって、端面７５
または８５あるいはその両方の全体を使用して有効口径
領域を画定し、軸外れエッチング・ポケット７６または
軸上エッチング・ポケット８６が、端面７５または端面
８５の全面積を占めるようにすることができる。この場
合、有効口径は、軸上傾斜透過面８３または軸外れ傾斜
透過面７３の一方または両方を、適当な方法を使って直
接被覆することによって画定できる。たとえば、軸外れ
傾斜透過面７３の一部と軸上傾斜透過面８３の一部を透
明のままに残して有効口径を形成し、他の部分は不透明
または半透明または非透明にすることができる。やは
り、固定板内の軸上開口または回転板内の軸上開口もし
くは軸外れ開口を、この実施例と共に、または既存レー
ザ・ビームをさらに画定するために、使用することがで
きる。
【００５２】図１４は、ＳＢＳＡ３０のもう１つの実施
例を示す。軸外れ全内反射面７０と軸上全内反射面８０
を有する一片形固体プリズム１５２が示されている。プ
リズム１５２は、端板５９内に装着され、外側ハウジン
グ５８にしっかりと取り付けられる。オフセット・レー
ザ・ビーム４１は、オフセット開口１７を通過してプリ
ズム１５２に入り、そこで、軸外れ全内反射面７０に当
たる。その後、このレーザ・ビームは、反射されて回転
軸４４に向かい、軸上全内反射面８０に当たって反射さ
れまたは曲げられ、ＳＢＳＡ３０の回転軸と平行になっ
て軸上レーザ・ビーム４３として外へ出る。
【００５３】端板５９内のオフセット開口１７は、ＳＢ
ＳＡ３０の回転軸上に置いた状態で、外側ハウジング５
８の反対の端に置くことができる。この開口も同様に、
図１８に示すように、独立型開口１０７とすることがで
きる。
【００５４】さらに、プリズム１５２は、２つの別々の
プリズムを使用して製作でき、この場合、第１のプリズ
ムは軸外れ全内反射面７０を組み込み、第２のプリズム
は軸上全内反射面８０を有し、軸上レーザ・ビーム４３
を生成する。プリズムの軸外れ全内反射面７０または軸
上全内反射面８０には、それぞれ所望のレーザ・ビーム
の透過を強化するのに適切なコーティングを被覆するこ
とができる。
【００５５】図８、図１２、図１３、図１４または図１
５に示したようなＳＢＳＡは、うまくつり合いがとれて
いなければならない。というのは、超高速で回転する時
にそれが重要だからである。この静的または動的つり合
いは、明確なレーザ・ビームを確実に発生させるために
当業者が実行することができる。
【００５６】図１２または図１３に示したＳＢＳＡで
は、好ましい実施例としてガラスを選択したが、透明プ
ラスチック、エポキシ、合成または天然の結晶、合成ま
たは天然の鉱物など適当などんな材料を使用することも
できる。
【００５７】図１５は、ＳＢＳＡが、回転する光パイプ
・ハウジング８１によって固定保持された光パイプ８２
から構成される、ＳＢＳＡ３０のもう１つの実施例を示
す。オフセット・レーザ・ビーム４１は、光パイプ８２
の直径によって画定されるオフセット開口１７を通過す
る。このレーザ・ビームは、光パイプに沿って屈折また
は反射され、軸上開口７７を経て、ＳＢＳＡの回転軸と
平行に外へ出る。
【００５８】光パイプ８２は、たとえば光ファイバ、光
導波管など、このような応用例に適した群から選択でき
る。
【００５９】図１６および図１７は、本発明のもう１つ
の実施例の順次レーザ・ダイオード・ポンピング・シス
テム９０を示す。図１６および図１７は、レーザ媒体３
６の周囲に狭い間隔で配置され、レーザ・ダイオード・
ハウジング・アセンブリ９５内に格納された、レーザ・
ダイオード・アレイ（ＬＤＡ）９１−１、９１−２ない
し９１−Ｎを示す実施例の概略図である。ＬＤＡ９１−
１ないし９１−Ｎのそれぞれから出たＬＤＡビーム９４
は、レーザ媒体３６に向かう。各ＬＤＡビーム９４は、
それに隣接するＬＤＡ９１のビームと重なり合うことが
好ましい。
【００６０】ロータリ・エンコーダ８９が、ＳＢＳＡ３
０に固定して取り付けられ、これと共に回転する。適当
な感知要素を含むエンコーダ・ハウジング８８が、ロー
タリ・エンコーダ８９に隣接して取り付けられ、符号化
された位置信号を、接続されたエンコーダ信号線８７を
介して位置センサ電子回路／レーザ・ダイオード駆動回
路ユニット１０１に送る。位置センサ電子回路は、符号
化された位置信号を復号し、適当なレーザ・ダイオード
駆動回路と関連レーザ・ダイオード電気接続９６−１な
いし９６−Ｎを介して、ＬＤＡのパルス発振をＳＢＳＡ
３０の位置に同期させる。各レーザ・ダイオード電気接
続９６−１ないし９６−Ｎには、それぞれレーザ・ダイ
オード陰極接続９２−１ないし９２−Ｎと、レーザ・ダ
イオード陽極接続９３−１ないし９３−Ｎが含まれる。
【００６１】図１７は、図１６の切断線８Ｂ−８Ｂに沿
った断面図である。ＬＤＡ９１−１ないし９１−Ｎは、
レーザ媒体３６の回りに円周状に配列される。ＬＤＡビ
ーム９４は、少なくとも２つのＬＤＡの出力ビームが重
なり合う方向に向いている。ＬＤＡ９１とレーザ媒体３
６の間の間隔または間隙６４ならびに個々のＬＤＡ間の
間隔または間隙６３には、必要ならば、熱除去を助ける
ための冷却流体を含めることができる。文字ＡないしＬ
は、オフセット・レーザ・ビームがレーザ媒体３６の回
りを回転しながら異なる時刻に掃引する、レーザ媒体３
６内の活動領域３７を示す。
【００６２】ＳＢＳＡ３０が回転する時、オフセット・
レーザ・ビーム４１は、図６および図１１に示すよう
に、レーザ媒体３６内の活動領域３７を掃引する。オフ
セット・レーザ・ビーム４１が領域Ａを掃引する時、た
とえばＬＤＡ９１−１がトリガされ、領域ＤおよびＥに
近接するポンピング放射線を発する。このポンピング放
射線が、これらの領域内のレーザ媒体を少なくとも部分
的にポンピングする。ビームが領域Ａと領域Ｂの間を掃
引する時には、ＬＤＡ９１−２がトリガされ、要求に応
じて領域Ｅならびに領域Ｅと領域Ｄの間の領域および領
域Ｅと領域Ｆの間の領域に近接するポンピング放射線を
発する。領域Ｄと領域Ｅの間の領域は、少なくとも２つ
のＬＤＡのポンピング放射線を受け、完全にポンピング
され、オフセット・レーザ・ビーム４１による掃引の準
備ができている。領域Ｅは、少なくとも１つのＬＤＡの
ポンピング放射線を受け、少なくとも部分的にポンピン
グされる。同様にして、レーザ・ビームが領域Ｂを掃引
する時には、ＬＤＡ９１−３がトリガされ、領域Ｅと領
域Ｆに近接するポンピング放射線を発する。領域Ｅは完
全にポンピングされ、オフセット・レーザ・ビーム４１
によって掃引される時にレーザ発振する準備ができる。
領域Ｅと領域Ｆの間の領域も同様に少なくとも部分的に
ポンピングされ、領域Ｆは多少ポンピングされる。この
ポンピングは、オフセット・レーザ・ビーム４１がポン
ピングされた領域Ｃ、Ｄ、ＥないしＬなどを掃引する間
に、領域Ｇ、Ｈ、ＩないしＬおよびＡを通って順次継続
する。
【００６３】位置センサ電子回路／レーザ・ダイオード
駆動回路ユニット１０１を用いると、ＬＤＡの点火と掃
引されるレーザ・ビームの到着の間の位相を、エンコー
ダ信号線８７を使用して最適化することができる。ま
た、ダイオード駆動回路は、どの瞬間にも少なくとも１
つのＬＤＡがオンになるようにＬＤＡの「オン」時間ま
たはレーザ発振時間を制御し、これによって準ＣＷポン
ピングを実現する。
【００６４】順次ポンピングを有することの利点の１つ
は、各ＬＤＡが時間がごく短時間しかオンにならないの
に、オフセット・レーザ・ビームによって掃引される領
域の均一なポンピングがもたらされることである。
【００６５】図１８は、ＳＢＳＡ３０と、固定板または
独立板１０８内の固定開口または独立開口１０７を示
す、機能強化されたレーザ装置１００のもう１つの実施
例１１０を示す。独立開口１０７は、軸上レーザ・ビー
ム４３または回転軸４４上に心合せされる。独立開口１
０７は、適当なＳＢＳＡ３０とレーザ媒体３６を通る許
容レーザ・ビーム経路を画定するように機能する点では
オフセット開口１７または軸上開口７７と同じである
が、ＳＢＳＡ３０と共に回転はしない。ＳＢＳＡ３０
は、前に述べたように、軸上レーザ・ビーム４３をオフ
セットさせ、レーザ媒体３６を掃引させる。独立開口１
０７は、レーザの動作中に開口の寸法と位置を調節でき
るという利点を有する。
【００６６】図１９は、ＳＢＳＡを組み込みながらレー
ザ媒体の末端ポンピングを行う、機能強化されたレーザ
装置１００のもう１つの実施例１２０を示す。末端ポン
ピングは、適当な末端ポンピング源１２４を使用するこ
とによって達成され、たとえば末端ポンピング源１２４
は、レーザ・ダイオード、光パイプ・システムなどとす
ることができる。ポンピング放射線１１５は、コリメー
ター系１１７によって末端鏡１１８とＳＢＳＡ６０を経
てレーザ媒体３６に向かう。末端鏡１１８は、コーティ
ング１１９を有し、このコーティング１１９は、平行に
なったポンピング放射線１２５の大半を通過させるが、
４５でレーザ放射線の大半を反射してレーザ発振媒体に
戻して、軸上レーザ・ビーム４３およびオフセット・レ
ーザ・ビーム４１を生成する。ＳＢＳＡ６０は、平行ポ
ンピング放射線１２５に対して透明であり、両端面に高
透過性コーティング１１６を有し、レーザ媒体３６のポ
ンピングに使用されるポンピング放射線をできるだけ多
く通過させる。軸上レーザ・ビーム４３とオフセット・
レーザ・ビーム４１も、前に述べたようにＳＢＳＡ６０
を通過して、末端ポンピングされるレーザ媒体３６を掃
引する。この実施例では、高繰返し率のレーザ・ビーム
３４が、通常は末端ポンピング源１２４と反対の端で発
生する。
【００６７】図２０は、スピン式開口アセンブリ１３０
を使用し、掃引用出力ビーム１３２を有する、機能強化
されたレーザ装置１００のもう１つの実施例１４０を示
す。スピン式開口アセンブリ１３０は、回転軸４４の回
りを回転する開口１３７を含む。出力カプラ鏡２０およ
び後鏡３８は、掃引ビーム経路１２８を収容するのに十
分な大きさである。スピン式開口アセンブリ１３０が、
ポンピングされるレーザ媒体３６内の対応する掃引ビー
ム経路１３８を経てオフセット・レーザ・ビーム４１を
掃引する時、オフセット・レーザ・ビーム４１は、オフ
セット状態に留まり、スピン式開口アセンブリ１３０の
回転軸４４の回りを回転する。出力カプラ鏡２０は、掃
引出力ビーム１３２を収容するのに十分な大きさの出力
カプラ鏡であることが好ましい。符号１２７は、オフセ
ット・レーザ・ビーム４１が通過する領域を示す。合焦
された出力レーザ・ビーム１３４の生成が望ましい場合
には、レンズ・アセンブリ１３３を使用することができ
る。この出力レーザ・ビーム１３４は、レンズ・アセン
ブリ１３３の焦点に収束する。収束した出力レーザ・ビ
ーム１３４は、たとえば１本または複数の光ファイバな
どの光パイプ１３５に結合して、必要に応じて遠隔位置
で使用することができ、あるいは望むならば、収束した
出力レーザ・ビーム１３４の焦点またはその付近で処理
を行うことができる。
【００６８】別法として、場合によっては、レンズ・ア
センブリ１３３を取り除き、回転する掃引出力ビーム１
３２を生成することもできる。この回転する掃引出力ビ
ーム１３２は、円形部品の熱処理や、心残し削り操作の
実行など、ある種の処理に望ましい。
【００６９】心残し削り用レーザ・ビーム出力を有する
実施例では、この心残し削り用レーザ・ビーム出力の少
なくとも一部分を、光パイプなど、心残し削り用レーザ
・ビームを収容するのに十分な大きさの少なくとも１つ
の手段の少なくとも一部分に向けることもできる。たと
えばこの光パイプの出力端に生じるレーザ・ビームは、
光パイプの軸上にあり、もはや心残し削り動作はしない
ことになる。
【００７０】この説明では、ＳＢＳＡ３０、６０または
６８は、回転式システムとして図示したが、当業者な
ら、他のビーム走査システムを使用して、少なくとも１
つのレーザ媒体の反転分布領域を通る許容レーザ・ビー
ム経路を掃引するための少なくとも１つの手段を提供す
ることができよう。他のビーム走査手段またはビーム掃
引手段の例は従来技術から得られる。たとえば、参照に
よってその開示を本明細書に組み込む、ジェフ・ヘヒト
（Jeff Hecht)の "UNDERSTANDING LASERS An Entry-Le
vel Guide", IEEE, pp.165-166 (1992)を参照された
い。たとえば、許容レーザ・ビーム経路を掃引するため
の少なくとも１つの手段は、たとえば少なくとも１つの
ガルバノメータ・スキャナ、共鳴スキャナ、回転多角形
スキャナ、電気光学式スキャナ、ホログラフィ・スキャ
ナ、音響光学式スキャナなどを含む群から選択できる。
【００７１】本発明を、特定の好ましい実施例に関して
具体的に説明してきたが、前述の説明に照らせば、当業
者にとって多くの代替物、変更および変形が明白である
ことは明らかであろう。したがって、本発明は、このよ
うな代替物、変更および変形のすべてを、本発明の範囲
および趣旨に含まれるものとして包含するものである。
【００７２】以下、本発明の実施態様を示す。 （１）ａ）レーザ・ビーム軸を有するレーザ・ビームを
形成するための少なくとも１つのレーザ媒体と、ｂ）ポ
ンピングによって前記少なくとも１つのレーザ媒体の少
なくとも一部分に反転分布が起こる、前記少なくとも１
つのレーザ媒体の少なくとも一部分をポンピングするた
めの少なくとも１つの手段と、ｃ）前記少なくとも１つ
のレーザ媒体の断面より小さい許容レーザ・ビーム経路
を画定するための少なくとも１つの手段と、ｄ）前記少
なくとも１つのレーザ媒体の前記分布反転領域を通じて
前記許容レーザ・ビーム経路を掃引するための少なくと
も１つの手段と、ｅ）前記レーザ・ビームの少なくとも
一部分を反射するための少なくとも１つの第１の鏡と、
ｆ）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分を反射する
出力カプラ鏡であり、前記第１の鏡と対向する、少なく
とも１つの第２の鏡とを備え、ｇ）前記レーザ・ビーム
が、許容レーザ・ビーム経路を画定するための前記手段
を通過し、前記レーザ・ビームの少なくとも一部分が、
前記少なくとも１つのレーザ媒体の前記反転分布領域の
掃引中に、前記第１の鏡および前記第２の鏡の一部分か
ら反射し、これによって機能強化されたポンプ式レーザ
装置を形成することを特徴とする機能強化されたポンプ
式レーザ装置。 （２）前記レーザ媒体の少なくとも一部分がポンピング
されると同時に、前記レーザ媒体の少なくとも一部分が
レーザ発振することを特徴とする、（１）の機能強化さ
れたポンプ式レーザ装置。 （３）許容レーザ・ビーム経路を画定するための少なく
とも１つの前記手段が、開口であることを特徴とする、
（１）の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （４）前記開口が、少なくとも１つのスピン式ビーム・
ステアリング・アセンブリ（ＳＢＳＡ）の一体化された
部分であることを特徴とする、（３）の機能強化された
ポンプ式レーザ装置。 （５）前記開口が、可変開口であることを特徴とする、
（３）の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （６）許容レーザ・ビーム経路を掃引するための少なく
とも１つの前記手段が、少なくとも１つのガルバノメー
タ・スキャナ、共鳴スキャナ、回転多角形スキャナ、電
気光学式スキャナ、ホログラフィ・スキャナ、音響光学
式スキャナを含む群から選択されることを特徴とする、
（１）の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （７）許容レーザ・ビーム経路を掃引するための少なく
とも１つの前記手段が、少なくとも１つのスピン式ビー
ム・ステアリング・アセンブリ（ＳＢＳＡ）であること
を特徴とする、（１）の機能強化されたポンプ式レーザ
装置。 （８）前記少なくとも１つのＳＢＳＡが、少なくとも１
つの回転手段によって回転され、前記回転手段が、電動
モータ、油圧モータ、空気駆動式ガス・モータ、タービ
ンを含む群から選択されることを特徴とする、（７）の
機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （９）前記少なくとも１つのＳＢＳＡが、前記少なくと
も１つのＳＢＳＡの回転中に潤滑するための少なくとも
１つの手段を有することを特徴とする、（７）の機能強
化されたポンプ式レーザ装置。 （１０）前記少なくとも１つの回転中のＳＢＳＡに対す
る前記潤滑が、少なくとも１つの冷却流体によって行わ
れることを特徴とする、（９）の機能強化されたポンプ
式レーザ装置。 （１１）前記ポンピングが、前記少なくとも１つのレー
ザ媒体の少なくとも１つの端の少なくとも一部分に向か
って行われ、前記ポンピング・レーザ放射線が、前記少
なくとも１つのＳＢＳＡの少なくとも一部分を通過する
ことを特徴とする、（７）の機能強化されたポンプ式レ
ーザ装置。 （１２）前記ＳＢＳＡが、前記レーザ・ビームの少なく
とも一部分の方向を変更する少なくとも１つの手段を有
することを特徴とする、（７）の機能強化されたポンプ
式レーザ装置。 （１３）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１
つのプリズムであることを特徴とする、（１２）の機能
強化されたポンプ式レーザ装置。 （１４）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１
つの光パイプであることを特徴とする、（１２）の機能
強化されたポンプ式レーザ装置。 （１５）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも２
つのエッチングされたポケットであることを特徴とす
る、（１２）の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （１６）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも２
つの鏡であることを特徴とする、（１２）の機能強化さ
れたポンプ式レーザ装置。 （１７）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１
つの反射手段であることを特徴とする、（１２）の機能
強化されたポンプ式レーザ装置。 （１８）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１
つの屈折手段であることを特徴とする、（１２）の機能
強化されたポンプ式レーザ装置。 （１９）前記レーザ媒体が、固体レーザ媒体、液体レー
ザ媒体、気体レーザ媒体を含む群から選択されることを
特徴とする、（１）の機能強化されたポンプ式レーザ装
置。 （２０）前記レーザ媒体の少なくとも一部分に前記反転
分布を引き起こすための少なくとも１つの前記手段が、
電磁放射線、放電、化学的励起、熱的励起または機械的
励起を含む群から選択されることを特徴とする、（１）
の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （２１）前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも
一部分が、中空であることを特徴とする、（１）の機能
強化されたポンプ式レーザ装置。 （２２）前記中空レーザ媒体の少なくとも一部分が、前
記中空レーザ媒体の前記中空部分の内側または外側ある
いはその両方から冷却されることを特徴とする、（２
１）の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （２３）前記中空レーザ媒体の少なくとも一部分が、前
記中空レーザ媒体の前記中空部分の内側または外側ある
いはその両方からポンピングされることを特徴とする、
（２１）の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （２４）前記少なくとも１つのレーザ媒体が、レーザ発
振部分と非レーザ発振部分とを備え、前記非レーザ発振
部分の少なくとも一部分が、前記少なくとも１つのレー
ザ媒体をポンピングするための少なくとも１つの前記手
段によってポンピングされることを特徴とする、（１）
の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （２５）少なくとも１つのＱスイッチが、前記レーザ・
ビームの通過を制御することを特徴とする、（１）の機
能強化されたポンプ式レーザ装置。 （２６）前記第１の鏡が、出力カプラ鏡であることを特
徴とする、（１）の機能強化されたポンプ式レーザ装
置。 （２７）前記少なくとも１つのレーザ媒体と、前記少な
くとも１つのレーザ媒体をポンピングするための少なく
とも１つの前記手段とを冷却するための少なくとも１つ
の手段が設けられることを特徴とする、（１）の機能強
化されたポンプ式レーザ装置。 （２８）前記少なくとも１つのレーザ媒体が、ＣＷポン
プ式レーザ媒体であることを特徴とする、（１）の機能
強化されたポンプ式レーザ装置。 （２９）前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも
一部分が、準ＣＷポンピングされることを特徴とする、
（１）の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （３０）前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも
一部分が、連続的にポンピングされることを特徴とす
る、（１）の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （３１）前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも
一部分が、要求に応じてポンピングされることを特徴と
する、（１）の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （３２）前記ポンピングの少なくとも一部分が、前記少
なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも１端の少なくと
も一部分に向かって行われることを特徴とする、（１）
の機能強化されたポンプ式レーザ装置。 （３３）前記第１の鏡が、少なくとも１つの反射領域を
有し、前記反射領域が、前記許容レーザ・ビーム経路を
掃引するための少なくとも１つの前記手段と常に同期し
ていることを特徴とする、（１）の機能強化されたポン
プ式レーザ装置。 （３４）少なくとも１つのスピン式開口アセンブリが、
前記少なくとも１つの活動領域を画定し掃引することを
特徴とする、（１）の機能強化されたポンプ式レーザ装
置。 （３５）前記レーザ・ビームが、少なくとも１つの開口
アセンブリを通過し、前記少なくとも１つの開口アセン
ブリが、少なくとも１つの調節可能開口を有することを
特徴とする、（１）の機能強化されたポンプ式レーザ装
置。 （３６）前記出力レーザ・ビームが、心残し削り用レー
ザ・ビームであることを特徴とする、（１）の機能強化
されたポンプ式レーザ装置。 （３７）前記心残し削り用レーザ・ビーム出力の少なく
とも一部分が、少なくとも１つの光パイプの少なくとも
一部分に向けられることを特徴とする、（３６）の機能
強化されたポンプ式レーザ装置。 （３８）ａ）オフセット軸と回転軸とを有し、前記オフ
セット軸が、前記回転軸から少なくともレーザ・ビーム
の半径だけ変位されている、少なくとも１つのスピン式
ビーム・ステアリング・アセンブリ（ＳＢＳＡ）を回転
するステップと、ｂ）少なくとも１つのレーザ媒体の少
なくとも一部分をポンピングし、前記ポンピングによっ
て前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも一部分
に反転分布を引き起こし、前記レーザ媒体の少なくとも
一部分がレーザ発振し、前記レーザ・ビームを形成する
と同時に、前記レーザ媒体の非レーザ発振部分の少なく
とも一部分が、前記反転分布を引き起こすためにポンピ
ングされる、ポンピングのステップと、ｃ）前記少なく
とも１つのレーザ媒体の断面より小さい許容レーザ・ビ
ーム経路を画定するための少なくとも１つの手段を有す
るステップと、ｄ）そのうちの少なくとも１つが出力カ
プラ鏡である少なくとも２つの鏡を使って、前記レーザ
・ビームの少なくとも一部分を反射するステップと、
ｅ）前記反射されたレーザ・ビームの通路が、許容レー
ザ・ビーム経路を画定するための前記少なくとも１つの
手段を通過できるようにし、これによってポンプ式レー
ザのパルス繰返し率を増加するステップとを含む、機能
強化されたポンプ式レーザ装置のための方法。 （３９）前記レーザ媒体の少なくとも一部分をポンピン
グすると同時に、前記レーザ媒体の少なくとも一部分を
レーザ発振することを特徴とする、（３８）の方法。 （４０）許容レーザ・ビーム経路を画定するための少な
くとも１つの前記手段が、開口であることを特徴とす
る、（３８）の方法。 （４１）前記開口が、少なくとも１つのスピン式ビーム
・ステアリング・アセンブリ（ＳＢＳＡ）の一体化され
た部分であることを特徴とする、（４０）の方法。 （４２）前記開口が、可変開口であることを特徴とす
る、（４０）の方法。 （４３）許容レーザ・ビーム経路を掃引するための少な
くとも１つの前記手段が、少なくとも１つのガルバノメ
ータ・スキャナ、共鳴スキャナ、回転多角形スキャナ、
電気光学式スキャナ、ホログラフィ・スキャナ、音響光
学式スキャナを含む群から選択されることを特徴とす
る、（３８）の方法。 （４４）前記許容レーザ・ビーム経路を掃引するための
前記手段が、スピン式ビーム・ステアリング・アセンブ
リ（ＳＢＳＡ）であることを特徴とする、（３８）の方
法。 （４５）前記少なくとも１つのＳＢＳＡを回転する前記
手段が、電動モータ、油圧モータ、空気駆動式ガス・モ
ータ、またはタービンであることを特徴とする、（４
４）の方法。 （４６）前記少なくとも１つのＳＢＳＡが、前記少なく
とも１つのＳＢＳＡの回転中に潤滑するための少なくと
も１つの手段を有することを特徴とする、（４４）の方
法。 （４７）前記少なくとも１つの回転中のＳＢＳＡに対す
る前記潤滑が、少なくとも１つの冷却流体によって行わ
れることを特徴とする、（４６）の方法。 （４８）前記ポンピングが、前記少なくとも１つのレー
ザ媒体の少なくとも１つの端の少なくとも一部分に向か
って行われ、前記ポンピング・レーザ放射線が、前記少
なくとも１つのＳＢＳＡの少なくとも一部分を通過する
ことを特徴とする、（４４）の方法。 （４９）前記ＳＢＳＡが、前記レーザ・ビームの少なく
とも一部分の方向を変更する少なくとも１つの手段を有
することを特徴とする、（４４）の方法。 （５０）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１
つのプリズムであることを特徴とする、（４９）の方
法。 （５１）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１
つの光パイプであることを特徴とする、（４９）の方
法。 （５２）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも２
つのエッチングされたポケットであることを特徴とす
る、（４９）の方法。 （５３）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも２
つの鏡であることを特徴とする、（４９）の方法。 （５４）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１
つの反射手段であることを特徴とする、（４９）の方
法。 （５５）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分の方向
を変更する少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１
つの屈折手段であることを特徴とする、（４９）の方
法。 （５６）前記レーザ媒体が、固体レーザ媒体、液体レー
ザ媒体、気体レーザ媒体を含む群から選択されることを
特徴とする、（３８）の方法。 （５７）前記レーザ媒体の少なくとも一部分に前記反転
分布を引き起こすための少なくとも１つの前記手段が、
機械的励起、電磁放射線、放電、化学的励起または熱的
励起を含むグループから選択されることを特徴とする、
（３８）の方法。 （５８）前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも
一部分が、中空であることを特徴とする、（３８）の方
法。 （５９）前記中空レーザ媒体の少なくとも一部分が、前
記中空レーザ媒体の前記中空部分の内側または外側ある
いはその両方から冷却されることを特徴とする、（５
８）の方法。 （６０）前記中空レーザ媒体の少なくとも一部分が、前
記中空レーザ媒体の前記中空部分の内側または外側ある
いはその両方からポンピングされることを特徴とする、
（５８）の方法。 （６１）前記少なくとも１つのレーザ媒体が、レーザ発
振部分と非レーザ発振部分とを備え、前記非レーザ発振
部分の少なくとも一部分を、前記少なくとも１つのレー
ザ媒体をポンピングするための少なくとも１つの前記手
段によってポンピングすることを特徴とする、（３８）
の方法。 （６２）少なくとも１つのＱスイッチで、前記レーザ・
ビームの通過を制御することを特徴とする、（３８）の
方法。 （６３）前記第１の鏡が、出力カプラ鏡であることを特
徴とする、（３８）の方法。 （６４）前記少なくとも１つのレーザ媒体と、前記少な
くとも１つのレーザ媒体をポンピングするための少なく
とも１つの前記手段とを冷却するための少なくとも１つ
の手段が設けられることを特徴とする、（３８）の方
法。 （６５）前記少なくとも１つのレーザ媒体が、ＣＷポン
プ式レーザ媒体であることを特徴とする、（３８）の方
法。 （６６）前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも
一部分を、準ＣＷポンピングすることを特徴とする、
（３８）の方法。 （６７）前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも
一部分を、連続的にポンピングすることを特徴とする、
（３８）の方法。 （６８）前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも
一部分を、要求に応じてポンピングすることを特徴とす
る、（３８）の方法。 （６９）前記ポンピングの少なくとも一部分を、前記少
なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも１端の少なくと
も一部分に向かって行うことを特徴とする、（３８）の
方法。 （７０）前記第１の鏡が、少なくとも１つの反射領域を
有し、前記反射領域が、前記許容レーザ・ビーム経路を
掃引するための少なくとも１つの前記手段と常に同期し
ていることを特徴とする、（３８）の方法。 （７１）少なくとも１つのスピン式開口アセンブリが、
前記少なくとも１つの活動領域を画定し掃引することを
特徴とする、（３８）の方法。 （７２）前記レーザ・ビームが、少なくとも１つの開口
アセンブリを通過し、前記少なくとも１つの開口アセン
ブリが、少なくとも１つの調節可能開口を有することを
特徴とする、（３８）の方法。 （７３）前記出力レーザ・ビームが、心残し削り用レー
ザ・ビームであることを特徴とする、（３８）の方法。 （７４）前記心残し削り用レーザ・ビーム出力の少なく
とも一部分が、少なくとも１つの光パイプの少なくとも
一部分に向けられることを特徴とする、（７３）の方
法。
【００７３】
【発明の効果】本発明により、出力を増加したＣＷ（連
続波）ポンプ式レーザ装置およびそのための方法が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の固体レーザ発振ロッドの充填時間と
放出時間を示す線図である。
【図２】ＣＷポンプ式Ｑスイッチ・レーザ空洞内で固体
レーザ・ロッドをレーザ発振させるための従来技術の装
置および方法を示す図である。
【図３】図２の２Ｂ−２Ｂに沿った概略断面図である。
【図４】本発明の１実施例の機能強化されたレーザ装置
を示す図である。
【図５】図４の３Ｂ−３Ｂに沿った概略断面図である。
【図６】本発明のＳＢＳＡを使用するレーザ媒体の充填
と放出の過程を示す図である。
【図７】本発明の代替実施例の、少なくとも１つの回転
鏡を有する機能強化されたレーザ装置を示す図である。
【図８】レーザ媒体が固定され、オフセット開口が回転
する、本発明の１実施例を示す図である。
【図９】スピン式ビーム・ステアリング・アセンブリ
（ＳＢＳＡ）の拡大概略図である。
【図１０】図９の５Ｃ−５Ｃに沿った、回転する開口の
断面図である。
【図１１】本発明のもう１つの実施例の中空レーザ発振
媒体を示す図である。
【図１２】スピン式ビーム・ステアリング・アセンブリ
の実施例の１つを示す図である。
【図１３】スピン式ビーム・ステアリング・アセンブリ
の実施例の１つを示す図である。
【図１４】スピン式ビーム・ステアリング・アセンブリ
の実施例の１つを示す図である。
【図１５】スピン式ビーム・ステアリング・アセンブリ
の実施例の１つを示す図である。
【図１６】本発明のもう１つの実施例の、順次レーザ・
ダイオード・ポンプ・システムを示す図である。
【図１７】図１６の８Ｂ−８Ｂに沿った、順次レーザ・
ダイオード・ポンプ・システムの断面図である。
【図１８】本発明のもう１つの実施例の固定または非回
転の開口を示す図である。
【図１９】本発明の機能強化されたレーザ装置のもう１
つの実施例のレーザ発振媒体の末端ポンピングを示す図
である。
【図２０】スピン式開口アセンブリを使用する、本発明
の機能強化されたレーザ装置のもう１つの実施例を示す
図である。
【符号の説明】
１１ レーザ空洞 １２ 反射器 １３ 光軸 １４ 光ポンピング源 １６ 固体レーザ・ロッド １７ オフセット開口 １８ 後鏡 ２０ 出力カプラ鏡 ２１ 前板 ２２ 前開口 ２３ レーザ発振領域 ２４ レーザ・ビーム ２５ 非レーザ発振領域 ２６ Ｑスイッチ ２７ 後板 ２８ 後開口 ３０ ＳＢＳＡ（スピン式ビーム・ステアリング・アセ
ンブリ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハワード・アルバート・ベンダー、サード アメリカ合衆国32765、フロリダ州オビエ ド、ゴア・ドライブ 1029 (72)発明者 ウィリアム・デール・カーボー・ジュニア アメリカ合衆国12542、ニューヨーク州マ ールボロ、ラッティンタウン・ロード 468 (72)発明者 デーヴィッド・クリフォード・ロング アメリカ合衆国12590、ニューヨーク州ワ ッピンガーズ・フォールズ、マロニー・ド ライブ、アール・ディー３ (72)発明者 クリストファー・デーヴィッド・ゼッツァ ー アメリカ合衆国12590、ニューヨーク州ワ ッピンガーズ・フォールズ、カンタベリ ー・レーン 17エフ (56)参考文献 米国特許4575854（ＵＳ，Ａ) 米国特許4567597（ＵＳ，Ａ)

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ａ）レーザ・ビーム軸を有するレーザ・ビ
    ームを形成するための少なくとも１つのレーザ媒体と、 ｂ）ポンピングによって前記少なくとも１つのレーザ媒
    体の少なくとも一部分に反転分布が起こる、前記少なく
    とも１つのレーザ媒体の少なくとも一部分をポンピング
    するための少なくとも１つの手段と、 ｃ）前記少なくとも１つのレーザ媒体の断面より小さい
    許容レーザ・ビーム経路を画定するための少なくとも１
    つの手段と、 ｄ）前記少なくとも１つのレーザ媒体の前記分布反転領
    域を通じて前記許容レーザ・ビーム経路を掃引するため
    の少なくとも１つの手段と、 ｅ）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分を反射する
    ための少なくとも１つの第１の鏡と、 ｆ）前記レーザ・ビームの少なくとも一部分を反射する
    出力カプラ鏡であり、前記第１の鏡と対向する、少なく
    とも１つの第２の鏡とを備え、 ｇ）前記レーザ・ビームが、許容レーザ・ビーム経路を
    画定するための前記手段を通過し、前記レーザ・ビーム
    の少なくとも一部分が、前記少なくとも１つのレーザ媒
    体の前記反転分布領域の掃引中に、前記第１の鏡および
    前記第２の鏡の一部分から反射し、これによって機能強
    化されたポンプ式レーザ装置を形成することを特徴とす
    る機能強化されたポンプ式レーザ装置。
  2. 【請求項２】前記レーザ媒体の少なくとも一部分がポン
    ピングされると同時に、前記レーザ媒体の少なくとも一
    部分がレーザ発振することを特徴とする、請求項１の機
    能強化されたポンプ式レーザ装置。
  3. 【請求項３】許容レーザ・ビーム経路を画定するための
    少なくとも１つの前記手段が、開口であることを特徴と
    する、請求項１の機能強化されたポンプ式レーザ装置。
  4. 【請求項４】許容レーザ・ビーム経路を掃引するための
    少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１つのガルバ
    ノメータ・スキャナ、共鳴スキャナ、回転多角形スキャ
    ナ、電気光学式スキャナ、ホログラフィ・スキャナ、音
    響光学式スキャナを含む群から選択されることを特徴と
    する、請求項１の機能強化されたポンプ式レーザ装置。
  5. 【請求項５】許容レーザ・ビーム経路を掃引するための
    少なくとも１つの前記手段が、少なくとも１つのスピン
    式ビーム・ステアリング・アセンブリ（ＳＢＳＡ）であ
    ることを特徴とする、請求項１の機能強化されたポンプ
    式レーザ装置。
  6. 【請求項６】前記レーザ媒体が、固体レーザ媒体、液体
    レーザ媒体、気体レーザ媒体を含む群から選択されるこ
    とを特徴とする、請求項１の機能強化されたポンプ式レ
    ーザ装置。
  7. 【請求項７】前記レーザ媒体の少なくとも一部分に前記
    反転分布を引き起こすための少なくとも１つの前記手段
    が、電磁放射線、放電、化学的励起、熱的励起または機
    械的励起を含む群から選択されることを特徴とする、請
    求項１の機能強化されたポンプ式レーザ装置。
  8. 【請求項８】前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なく
    とも一部分が、中空であることを特徴とする、請求項１
    の機能強化されたポンプ式レーザ装置。
  9. 【請求項９】前記少なくとも１つのレーザ媒体が、レー
    ザ発振部分と非レーザ発振部分とを備え、前記非レーザ
    発振部分の少なくとも一部分が、前記少なくとも１つの
    レーザ媒体をポンピングするための少なくとも１つの前
    記手段によってポンピングされることを特徴とする、請
    求項１の機能強化されたポンプ式レーザ装置。
  10. 【請求項１０】前記少なくとも１つのレーザ媒体と、前
    記少なくとも１つのレーザ媒体をポンピングするための
    少なくとも１つの前記手段とを冷却するための少なくと
    も１つの手段が設けられることを特徴とする、請求項１
    の機能強化されたポンプ式レーザ装置。
  11. 【請求項１１】前記ポンピングの少なくとも一部分が、
    前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも１端の少
    なくとも一部分に向かって行われることを特徴とする、
    請求項１の機能強化されたポンプ式レーザ装置。
  12. 【請求項１２】前記第１の鏡が、少なくとも１つの反射
    領域を有し、前記反射領域が、前記許容レーザ・ビーム
    経路を掃引するための少なくとも１つの前記手段と常に
    同期していることを特徴とする、請求項１の機能強化さ
    れたポンプ式レーザ装置。
  13. 【請求項１３】ａ）オフセット軸と回転軸とを有し、前
    記オフセット軸が、前記回転軸から少なくともレーザ・
    ビームの半径だけ変位されている、少なくとも１つのス
    ピン式ビーム・ステアリング・アセンブリ（ＳＢＳＡ）
    を回転するステップと、 ｂ）少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも一部分を
    ポンピングし、前記ポンピングによって前記少なくとも
    １つのレーザ媒体の少なくとも一部分に反転分布を引き
    起こし、前記レーザ媒体の少なくとも一部分がレーザ発
    振し、前記レーザ・ビームを形成すると同時に、前記レ
    ーザ媒体の非レーザ発振部分の少なくとも一部分が、前
    記反転分布を引き起こすためにポンピングされる、ポン
    ピングのステップと、 ｃ）前記少なくとも１つのレーザ媒体の断面より小さい
    許容レーザ・ビーム経路を画定するための少なくとも１
    つの手段を有するステップと、 ｄ）そのうちの少なくとも１つが出力カプラ鏡である少
    なくとも２つの鏡を使って、前記レーザ・ビームの少な
    くとも一部分を反射するステップと、 ｅ）前記反射されたレーザ・ビームの通路が、許容レー
    ザ・ビーム経路を画定するための前記少なくとも１つの
    手段を通過できるようにし、これによってポンプ式レー
    ザのパルス繰返し率を増加するステップとを含む、機能
    強化されたポンプ式レーザ装置のための方法。
  14. 【請求項１４】前記レーザ媒体の少なくとも一部分をポ
    ンピングすると同時に、前記レーザ媒体の少なくとも一
    部分をレーザ発振することを特徴とする、請求項１３の
    方法。
  15. 【請求項１５】前記少なくとも１つのレーザ媒体が、レ
    ーザ発振部分と非レーザ発振部分とを備え、前記非レー
    ザ発振部分の少なくとも一部分を、前記少なくとも１つ
    のレーザ媒体をポンピングするための少なくとも１つの
    前記手段によってポンピングすることを特徴とする、請
    求項１３の方法。
  16. 【請求項１６】少なくとも１つのＱスイッチで、前記レ
    ーザ・ビームの通過を制御することを特徴とする、請求
    項１３の方法。
  17. 【請求項１７】前記少なくとも１つのレーザ媒体の少な
    くとも一部分を、準ＣＷポンピングすることを特徴とす
    る、請求項１３の方法。
  18. 【請求項１８】前記少なくとも１つのレーザ媒体の少な
    くとも一部分を、連続的にポンピングすることを特徴と
    する、請求項１３の方法。
  19. 【請求項１９】前記少なくとも１つのレーザ媒体の少な
    くとも一部分を、要求に応じてポンピングすることを特
    徴とする、請求項１３の方法。
  20. 【請求項２０】前記ポンピングの少なくとも一部分を、
    前記少なくとも１つのレーザ媒体の少なくとも１端の少
    なくとも一部分に向かって行うことを特徴とする、請求
    項１３の方法。
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