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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Mikrolaser und zugehörige Herstellungsverfahren, und
insbesondere seitengepumpte, Q-geschaltete (gütegeschaltete) Mikrolaser und
zugehörige
Herstellungsverfahren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Moderne
elektrooptische Anwendungen verlangen nach relativ kostengünstigen,
miniaturisierten Lasern, die in der Lage sind, eine Reihe wohl definierter
Ausgangspulse zu erzeugen. Als solche sind eine Vielfalt von Mikrolasern
entwickelt worden, die einen Mikroresonator und ein Paar von zumindest teilweise
reflektierenden Spiegeln einschließen, die an gegenüberliegenden
Enden des Mikroresonators angeordnet sind, um eine Resonanzkavität dazwischen
zu definieren. Der Mikroresonator eines vorteilhaften Mikrolasers
schließt
ein aktives Verstärkungsmedium
und einen sättigbaren
Absorber ein, der als ein Q-Schalter
(Güteschalter)
dient. Siehe beispielsweise das
US-Patent Nr. 5,394,413 an
John J. Zayhowski, erteilt am 28. Februar 1995. Durch ein geeignetes
Pumpen des aktiven Verstärkungsmediums,
etwa mit einer Laserdiode, wird der Mikroresonator eine Reihe von
Pulsen emittieren, die eine vorbestimmte Wellenlänge, Pulsbreite und Pulsenergie aufweisen.
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Wie
Fachleuten bekannt ist, ist die Wellenlänge der Signale, die von einem
Mikrolaser emittiert werden, abhängig
von den Materialien, aus welchem das aktive Verstärkungsmedium
und der sättigbare Absorber
gebildet sind. Im Gegensatz dazu ist die Pulsbreite der Laserpulse,
die von einem herkömmlichen
Mikrolaser emittiert werden, proportional zu der Länge der
Resonatorkavität.
Als solche werden längere
Resonatorkavitäten
im Allgemeinen Ausgangspulse emittieren, die größere Pulsbreiten aufweisen. Ferner
sind sowohl die Pulsenergie als auch die mittlere Leistung, die
von einem Mikrolaser bereitgestellt wird, proportional zu der Pulsbreite
der Pulse, die von dem Mikrolaser ausgegeben werden. Wenn alle anderen
Faktoren gleich sind, sind, je länger
die Mikroresonatorkavität
ist, desto länger
die Pulsbreite, und desto größer die
Pulsenergie und mittlere Leistung der resultierenden Laserpulse.
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Herkömmliche
Mikrolaser, wie etwa jene, die dem
US-Patent
Nr. 5,394,413 beschrieben sind, sind endgepumpt in einer
Richtung parallel zu der Längsachse,
die durch die Resonatorkavität
definiert ist. In dieser Hinsicht verläuft die Längsachse der Mikroresonatorkavität längs durch
die Resonatorkavität
und ist so orientiert, orthogonal zu dem Paar von zumindest teilweise
reflektierenden Spiegeln zu sein, die die gegenüberliegenden Enden der Mikroresonatorkavität definieren.
Als solche sind herkömmliche
Mikrolaser derart konfiguriert, dass die Pumpquelle Pumpsignale
in einer Richtung senkrecht zu den zumindest teilweise reflektierenden
Spiegeln bereitstellt, die die gegenüberliegenden Enden der Mikroresonatorkavität definieren.
Die effektive Länge
der Mikroresonatorkavität
ist deswegen gleich der physikalischen Länge der Mikroresonatorkavität.
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Während der
Mikrolaser derart hergestellt werden kann, dass die Resonatorkavität unterschiedliche
Längen
aufweist, trägt
eine Anzahl von Faktoren dazu bei, die zulässige Länge der Resonatorkavität im Allgemeinen
zu beschränken.
Siehe beispielsweise das
US-Patent
Nr. 5,394,413 , in welchem festgestellt wird, dass die Resonatorkavität einschließlich sowohl
den sättigbaren
Absorber und das Verstärkungsmedium
vorzugsweise geringer als zwei Millimeter in der Länge ist.
Insbesondere erfordern eine Anzahl von elektrooptischen Anwendungen
Mikrolaser, die äußerst klein
sind. Als solches sind Zunahmen in der Länge der Mikroresonatorkavität in diesen
Anwendungen wenig empfehlenswert, da jedwede derartige Zunahmen
in der Länge
der Mikroresonatorkavität
die Gesamtgröße des Mikrolasers
entsprechend erhöhen
würden.
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Zusätzlich ist
die Länge
von passiv Q-geschalteten (gütegeschalteten)
Mikrolasern durch das Erfordernis effektiv einge schränkt, dass
die Inversionsdichte eine vorbestimmte Schwelle überschreiten muss, bevor ein
Lasern beginnt. Wenn die physikalische Länge der Resonatorkavität zunimmt,
sind größere Mengen
an Pumpenergie erforderlich, um die notwendige Inversionsdichte
zum Lasern zu erzeugen. Zusätzlich
zu einem nachteiligen Aufnehmen von mehr Energie, um den Mikrolaser
zu pumpen, erzeugen die erhöhten
Pumpanforderungen eine Anzahl anderer Probleme, wie etwa die Erzeugung
von wesentlich mehr Wärme
innerhalb des Mikrolasers, die geeignet abgeführt werden muss, um einen kontinuierlichen
Betrieb des Mikrolasers zuzulassen. Unter bestimmten Umständen kann
die innerhalb des Mikrolasers erzeugte Wärme auch die thermische Kapazität der Wärme senken
oder eine andere Wärmeabführvorrichtung überschreite,
wodurch potentiell ein schwerwiegender Fehler des Mikrolasers herbeigeführt wird.
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Da
die Pulsbreite und entsprechend die Pulsenergie und mittlere Leistung
der Pulse, die von einer Mikrolaserkavität ausgegeben werden, proportional
zu der Länge
der Resonatorkavität
sind, grenzen die voran stehenden Bespiele praktischer Einschränkungen
bezüglich
der Länge
der Resonatorkavität
in nachteiliger Weise auch die Pulsbreite und die entsprechende
Pulsenergie und mittlere Leistung der Pulse, die von herkömmlichen
Mikrolasern ausgegeben werden. Jedoch erfordern manche moderne elektrooptische
Anwendungen Mikrolaser, die Pulse emittieren, die größere Pulsbreiten,
wie etwa Pulsbreiten von größer als
1 Nanosekunde und unter bestimmten Umständen bis zu 10 Nanosekunden
aufweisen, wie auch Pulse, die eine größere Pulsenergie, wie etwa
zwischen 10 μJ
und ungefähr
100 μJ und
eine größere mittlere
Leistung, wie etwa zwischen 0,1 Watt und 1 Watt aufweisen. Als Folge
der voran stehenden Beschränkungen
bezüglich
der Länge
der Resonatorkavität
und der entsprechenden Beschränkungen
bezüglich
der Pulsbreiten, der Pulsenergie und der mittleren Leistung der
Pulse, die von den herkömmlichen
Mikrolasern ausgegeben werden, scheinen herkömmliche Mikrolaser nicht in der
Lage zu sein, diese erhöhten
Anforderungen zu erfüllen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Deswegen
wird gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Mikrolaser bereitgestellt, der in
der Lage ist, ein Zick-Zack-Resonanzmuster im Ansprechen auf ein
Seitenpumpen des aktiven Verstärkungsmediums
zu unterstützen, um
somit effektiv die Mikroresonatorkavität zu verlängern, ohne dass die Mikroresonatorkavität physikalisch
verlängert
werden muss. Als solche können
die Mikrolaser dieser Ausführungsform
Pulse erzeugen, die größere Pulsbreiten
und entsprechend größere Pulsenergien
und mittlere Leistungspegel als die Pulse aufweisen, die von herkömmlichen
Mikrolasern einer ähnlichen
Abmessung bereitgestellt werden. Ein entsprechendes Herstellungsverfahren
wird auch gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, welches zulässt, dass
eine Mehrzahl von seitengepumpten, Q-geschalteten Mikrolasern auf
eine effiziente und wiederholbare Weise hergestellt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, schließt der Mikrolaser
einen Mikroresonator ein, der ein aktives Verstärkungsmedium und einen Q-Schalter
(Güteschalter), wie
etwa einen passiven Q-Schalter aufweist. Der Mikroresonator verläuft längs zwischen
gegenüberliegenden
Endflächen
und weist eine erste Seitenfläche auf,
die zwischen den gegenüberliegenden
Endflächen
verläuft.
Der Mikrolaser schließt
auch erste und zweite reflektierende Flächen ein, die nahe jeweiliger der
gegenüberliegenden
Endflächen
angeordnet sind, um eine Mikroresonatorkavität dazwischen zu definieren.
Während
die ersten und zweiten reflektierenden Flächen auf entsprechende der
gegenüberliegenden
Endflächen
der Mikroresonatoren beschichtet werden können, können die ersten und zweiten
reflektierenden Flächen
auch durch Spiegel gebildet werden, die von jeweiligen der gegenüberliegenden
Endflächen
beabstandet sind. Der Mikrolaser kann ferner eine Pumpquelle zum
Einführen
von Pumpsignalen in das aktive Verstärkungsmedium über die
erste Seitenfläche
des Mikroresonators einschließen,
wobei der Mikroresonator derart ist, dass das Zick-Zack-Resonanzmuster innerhalb
der Mikroresonatorkavität
eingerichtet ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
sind die gegenüberliegenden
Endflächen
jeweils unter einem nicht-orthogonalen Winkel α, wie etwa zwischen 30° und ungefähr 35° relativ
zu einer Linie senkrecht zu einer Längsachse angeordnet, die durch
die Mikroresonatorkavität
definiert ist und zwischen den gegenüberliegenden Endflächen verläuft. In
einer Ausführungsform
sind die gegenüberliegenden
Endflächen
jeweils unter dem gleichen nicht-orthogonalen Winkel α relativ
zu der Längsachse
angeordnet, derart, dass die gegenüberliegenden Endflächen parallel
sind. In einer weiteren Ausführungsform
sind die gegenüberliegenden
Endflächen
in entgegen gesetzten Richtungen um den gleichen nicht-orthogonalen Winkel α relativ
zu der Längsachse
orientiert. Als Folge der nicht-orthogonalen Beziehung der gegenüberliegenden
Endflächen
zu der Längsachse,
die durch die Mikroresonatorkavität definiert ist, ist der Mikrolaser
jedweder Ausführungsform
in der Lage, das Zick-Zack-Resonanzmuster
im Ansprechen auf das Seitenpumpen des aktiven Verstärkungsmediums über die
erste Seitenfläche
des Mikroresonators zu unterstützen.
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Durch
ein Unterstützen
des Zick-Zack-Resonanzmusters wird die effektive Länge der
Mikroresonatorkavität
relativ zu herkömmlichen
Mikrolasern, die im Wesentlichen die gleiche physikalische Abmessung
aufweisen, erhöht.
In dieser Hinsicht ist die effektive Länge der Mikroresonatorkavität der vorliegenden
Erfindung die Länge
des Zick-Zack-Resonanzpfads, der durch den Mikrolaser eingerichtet
ist, welcher signifikant länger
als die linearen Resonanzpfade ist, die durch herkömmliche
Mikrolaser eingerichtet sind, welche parallel zu der Längsachse
der Resonatorkavität
verlaufen. Als solches kann der Mikrolaser der vorliegenden Erfindung
Pulse emittieren, die eine längere
Pulsbreite und entsprechend größere Pulsenergien
und mittlere Leistungspegel aufweisen als die Pulse, die von herkömmlichen
Mikrolasern der gleichen physikalischen Abmessung emittiert werden.
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Um
es zuzulassen, dass die Pumpsignale von dem aktiven Verstärkungsmedium
aufgenommen werden, ohne von der ersten Seitenfläche reflektiert zu werden,
kann der Mikrolaser eine An tireflektionsbeschichtung auf der ersten
Seitenfläche einschließen, um
es zuzulassen, dass Pumpsignale, die einen vorbestimmten Bereich
von Wellenlängen aufweisen,
von dem aktiven Verstärkungsmedium aufgenommen
werden. Zusätzlich
zu der ersten Seitenfläche
schließt
der Mikroresonator im Allgemeinen eine zweite Seitenfläche dagegen
ein, die gegenüberliegend
ist zu der ersten Seitenfläche
und die zwischen den gegenüberliegenden
Endflächen
verläuft. Der
Mikrolaser dieser Ausführungsform
kann ferner eine Reflektanzbeschichtung auf der zweiten Seitenfläche zum
Reflektieren der Pumpsignale einschließen, um dadurch sicherzustellen,
dass die Pumpsignale, die in das aktive Verstärkungsmedium eingetreten sind,
innerhalb des aktiven Verstärkungsmediums
verbleiben. In einer Ausführungsform
schließt der
Mikroresonator ferner dritte und vierte gegenüberliegende Seitenflächen ein,
die zwischen den gegenüberliegenden
Endflächen
und zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen verlaufen. Um ferner eine
Resonanz innerhalb der Mikroresonatorkavität zu erleichtern, können die
dritten und vierten Seitenflächen
aufgeraut sein, wie etwa durch ein Schleifen, um dadurch Licht zu
diffundieren.
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Um
es zuzulassen, dass der Mikrolaser Signale einer vorbestimmten Laserwellenlänge über eine
der gegenüberliegenden
Endflächen
emittiert, ist die erste reflektierende Fläche vorzugsweise hoch reflektierend
für Lasersignale,
die die vorbestimmte Laserwellenlänge aufweisen. Im Gegensatz
dazu ist die zweite reflektierende Fläche vorzugsweise nur teilweise
reflektierend für
Lasersignale, die die vorbestimmte Laserwellenlänge aufweisen. Als solches kann
der Mikrolaser Laserpulse, die vorbestimmte Laserwellenlängen aufweisen, über die
zweite reflektierende Fläche
emittieren.
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In
einer Ausführungsform
schließt
der Mikrolaser auch eine Wärmesenke,
auf welcher der Mikroresonator angebracht ist, und ein Gehäuse ein,
in welches der Mikroresonator und die Pumpquelle so angeordnet sind.
In dieser Ausführungsform
schließt das
Gehäuse
ein Fenster ein, durch welches Lasersignale, die von dem Mikroresonator
erzeugt werden, emittiert werden. Um den Mikroresonator etwa vor schädlichen
Umgebungsbedingungen zu schützen, kann
der Mikrolaser ferner ein weiteres Fenster einschließen, das
innerhalb des Gehäuses
angeordnet ist, um die Pumpquelle von dem Mikroresonator zu trennen,
derart, dass der Mikroresonator in einem Teil des Gehäuses angeordnet
ist, das versiegelt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie in Anspruch 28 definiert ist, ist ein Verfahren
zum Herstellen einer Mehrzahl von Seitenpumpen, passiv Q-geschalteten
Mikrolasern bereitgestellt. Dieses Verfahren stellt zunächst eine
Schicht eines passiven Q-Schaltermaterials bereit. Danach wird das
aktive Verstärkungsmedium
etwa durch eine Flüssigphasenepitaxy
auf der Schicht des passiven Q-Schaltermaterials aufgewachsen, um
eine Verbundstruktur zu bilden, die gegenüberliegende Hauptflächen aufweist.
Während
das aktive Verstärkungsmedium
und das passive Q-Schaltermaterial aus einer Vielfalt von Materialien
gebildet werden können,
wächst
das Verfahren einer vorteilhaften Ausführungsform neodym-dotiertes
Yttriumaluminiumgranat (YAG) auf einer Schicht eines mit vierwertigem
Chrom dotierten YAG auf, das als das passive Q-Schaltermaterial dient.
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Die
resultierende Verbundstruktur wird dann unter einem nicht-orthogonalen Winkel α relativ
zu den gegenüberliegenden
Hauptflächen
geschnitten, um dadurch eine Mehrzahl von passiv Q-geschalteten Mikrolasern
zu bilden. Durch ein Schneiden unter einem nicht-orthogonalen Winkel α relativ
zu den gegenüberliegenden
Hauptflächen
definiert jeder passiv Q-geschaltete Mikrolaser eine Längsachse
und weist gegenüberliegende
Endflächen
auf, die unter dem gleichen nicht-orthogonalen Winkel α bezüglich der
Längsachse
angeordnet sind. Als solches können
eine Mehrzahl von seitengepumpten passiv Q-geschalteten Mikrolasern
gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf eine effiziente und wiederholbare
Weise gebildet werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Verbundstruktur in eine Mehrzahl von Stäben vor einem Schneiden der
Verbundstruktur unter dem nicht-orthogonalen Winkel α geteilt.
In dieser Ausführungsform
wird jede jeweilige Stange danach unter dem nicht-orthogonalen Winkel α relativ
zu den gegenüberliegenden
Endflächen
geschnitten, um die Mehrzahl von passiv Q-geschalteten Mikrolasern zu bilden.
Nach einem Schneiden der Verbundstruktur unter dem nicht-orthogonalen
Winkel α kann
die erste Seitenfläche
jedes Mikrolasers mit der Antireflexionsbeschichtung beschichtet
werden, um es zuzulassen, dass Pumpsignale, die einen vorbestimmten Bereich
von Wellenlängen
aufweisen, von dem aktiven Verstärkungsmedium
aufgenommen werden, ohne von der ersten Seitenfläche reflektiert zu werden.
Zusätzlich
kann die zweite Seitenfläche
jedes Mikrolasers gegenüberliegend
der ersten Seitenfläche
mit einer Reflektanzbeschichtung zum inneren Reflektieren der Pumpsignale
beschichtet werden. Außerdem
können
die dritten und vierten gegenüberliegenden
Seitenflächen
jedes Mikrolasers aufgeraut werden, wie etwa durch ein Feinschleifen,
um Licht zu diffundieren.
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Zusätzlich können die
gegenüberliegenden Enden
des Mikrolasers mit ersten und zweiten reflektierenden Flächen beschichtet
werden, typischerweise nach einem Schneiden der Verbundstruktur
unter dem nicht-orthogonalen Winkel α. In dieser Hinsicht ist die
erste reflektierende Fläche
hoch reflektierend für
Signale, die die vorbestimmte Laserwellenlänge aufweisen, während die
zweite reflektierende Fläche nur
teilweise reflektierend für
Signale ist, die die vorbestimmte Laserwellenlänge aufweisen. Als solches werden
die resultierenden Mikrolaser in vorteilhafter Weise in der Lage
sein, ein Zick-Zack-Resonanzmuster
zu unterstützen
und Pulse der vorbestimmten Laserwellenlänge über die zweite reflektierende
Fläche
steuerbar zu emittieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Seitenaufrissansicht eines Mikrolasers gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Seitenaufrissansicht eines Mikrolasers gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Seitenaufrissansicht eines Mikrolasers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Mikroresonator und die
Pumpquelle innerhalb des Gehäuses
angeordnet sind, und bei welcher ein Teil des Gehäuses entfernt worden
ist, um es zuzulassen, dass innere Teile des Gehäuses dargestellt werden;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Verbundstruktur, die aus einem passiven
Q-Schaltermaterial und einem aktiven Verstärkungsmedium besteht, die gemäß einem
Verfahren einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
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5 eine
ebene Ansicht, die die Verbundstruktur der 3 geteilt
in eine Mehrzahl von Stangen veranschaulicht, gemäß dem Verfahren
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine
ebene Ansicht, die eine Mehrzahl von Stangen veranschaulicht, die
unter einem nicht-orthogonalen Winkel α relativ zu den gegenüberliegenden
Endflächen
geschnitten sind, gemäß dem Verfahren
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun detaillierter nachstehend unter Bezugnahme
auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben werden, in welchen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch auf viele
unterschiedliche Weisen verwirklicht werden und sollte nicht so
ausgelegt werden, dass sie auf die hierin offenbarten Ausführungsformen
beschränkt
ist; vielmehr sind diese Ausführungsformen
bereitgestellt, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist,
und den Umfang der Erfindung für
Fachleute vollständig übermittelt.
Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein Mikrolaser 10 gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Mikrolaser schließt einen
Mikroresonator, der ein aktives Verstärkungsmedium 12 und
einen Q-Schalter 14 aufweist, wie etwa einen passiven Q-Schalter,
unmittelbar neben dem aktiven Verstärkungsmedium ein. Während der
Mikroresonator einer vorteilhaften Ausführungsform durch ein epitaktisches
Aufwachsen des aktiven Verstärkungsmediums
auf dem Q-Schalter
hergestellt ist, wie untenstehend beschrieben, kann der Mikroresonator
auf andere Weisen hergestellt werden. Beispielsweise können das aktive
Verstärkungsmedium
und der Q-Schalter durch
eine Diffusionsbondierung oder durch einen optischen Kontakt verbunden
werden, bei welchen das aktive Verstärkungsmedium und der Q-Schalter durch
kohärente
Kräfte,
wie etwa Van-der-Waals-Kräfte
angezogen werden. Um das aktive Verstärkungsmedium und den Q-Schalter durch
ein Diffusionsgrundieren oder einen optischen Kontakt sicher zu
verbinden, müssen
die angrenzenden Flächen
des aktiven Verstärkungsmediums
und des Q-Schalters extrem rein und flach sein, wie etwa innerhalb
1/20 einer Referenzwellenlänge,
wie etwa 633 Nanometer, in einer beispielhaften Ausführungsform.
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Sowohl
der Q-Schalter 14 als auch das aktive Verstärkungsmedium 12 sind
aus einem geeignet dotierten Host-Material gebildet. In typischer
Weise ist das Host-Material Yttriumaluminiumgranat (YAG), obwohl
Materialien, wie etwa Yttriumvanadat (YVO4) und
Yttriumlithiumfluorid (YLF) eingesetzt werden können. Zusätzlich ist, während eine
Vielfalt von Dotiermitteln benutzt werden können, das aktive Verstärkungsmedium
in typischer Weise mit Neodym (Nd) dotiert, und der sättigbare
Absorber ist typischerweise mit vierwertigem Chrom dotiert. In einer vorteilhaften
Ausführungsform
ist das aktive Verstärkungsmedium
beispielsweise aus YAG gebildet, das mit zwischen ungefähr 2 und
ungefähr
3 Atomprozent Nd dotiert ist. In dieser Ausführungsform ist der Q-Schalter
oder der sättigbare
Absor ber auch aus YAG gebildet und ist mit vierwertigem Chrom dotiert, um
somit eine optische Dichte von 0,03 bis 0,1 aufzuweisen. Wie jedoch
erkannt werden wird, können
das aktive Verstärkungsmedium
und der sättigbare
Absorber mit unterschiedlichen Atomprozenten und unterschiedlichen
Typen von Dotiermitteln dotiert werden, ohne von dem Grundgedanken
und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Ungeachtet
der Materialauswahl dient der sättigbare
Absorber als ein Q-Schalter, um den Einsatz eines Laserns zu verhindern,
bis die Inversionsdichte innerhalb des Mikroresonators ausreichend hoch
ist, d. h. oberhalb einer vorbestimmten Schwelle. Sobald das Lasern
beginnt, wird der Mikroresonator jedoch eine Reihe von Pulsen einer
vorbestimmten Wellenlänge
erzeugen, d. h. der Laserwellenlänge,
welche eine vorbestimmte Pulsbreite aufweisen, obschon eine längere Pulsbreite
als die Laserpulse, die von herkömmlichen
Mikrolasern erzeugt werden.
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Der
Mikroresonator verläuft
längs zwischen gegenüberliegenden
Endflächen 16.
In der vorteilhaften Ausführungsform,
die hierin veranschaulicht ist, ist das aktive Verstärkungsmedium 12 nahe
einer der gegenüberliegenden
Endflächen,
und der Q-Schalter 14 ist
nahe der anderen Endfläche.
Jedoch können das
aktive Verstärkungsmedium
und der Q-Schalter beide längs
zwischen den gegenüberliegenden
Endflächen
verlaufen, wie in der US-Patentanmeldung Nr. 09/337,716 mit dem
Titel Side Pumped, Q-Switched Mikrolaser beschrieben. Der Mikrolaser 10 schließt auch
erste und zweite reflektierende Flächen 18, 20 ein,
die nahe jeweiliger der gegenüberliegenden
Endflächen
angeordnet sind, um eine Mikroresonatorkavität dazwischen zu definieren.
Wie in 1 gezeigt, können
die ersten und zweiten reflektierenden Flächen aus einer dielektrischen
Mehrlagenschicht beschicht bestehen, die auf die gegenüberliegenden
Endflächen
abgeschieden ist. Alternativ können
die ersten und zweiten reflektierenden Endflächen durch erste und zweite
dichroitische Spiegel gebildet werden, die nahe, aber geringfügig beabstandet,
von jeweiligen der gegenüberliegenden
Endflächen
positioniert sind, wie in 2 gezeigt.
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In
jeder Ausführungsform
weist die erste reflektierende Fläche
18 nahe der Endfläche
16 des
Mikroresonators, die durch das aktive Verstärkungsmedium
12 definiert
ist, eine hohe Reflektivität,
wie etwa eine Reflektivität
größer als
99,5% für
Signale auf, die die vorbestimmte Laserwellenlänge, wie etwa 1,064 Nanometer
für einen
Mikrolaser aufweisen, der ein aktives Verstärkungsmedium aufweist, das
aus Nd-dotiertem YAG gebildet ist. Zusätzlich weist die zweite reflektierende
Fläche
20,
die nahe der Endfläche
des Mikroresonators angeordnet ist, die durch den passiven Q-Schalter
14 definiert
ist, einen Teilreflektor, der typischerweise eine Reflektivität von zwischen
40% und 90% für
Signale aufweist, die die vorbestimmten Laserwellenlängen aufweisen.
Siehe auch das
US-Patent Nr.
5,394,413 , das weiter ein Paar von Spiegeln beschreibt,
die die Resonatorkavität
eines Mikrolasers definieren.
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Sobald
das aktive Verstärkungsmedium 12 derart
gepumpt wird, dass die Inversionsdichte innerhalb des Mikroresonators
oberhalb der vorbestimmten Schwelle ist, wird es der passive Q-Schalter 14 zulassen,
dass eine Reihe von Pulsen emittiert wird. Als Folge der Teilreflektivität der zweiten
reflektierenden Fläche 20 werden
die Reihe von Pulsen dann durch die zweite reflektierende Fläche emittiert
werden.
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Der
Mikrolaser 10 schließt
auch eine Pumpquelle 22 zum Pumpen des aktiven Verstärkungsmediums 12 mit
Pumpsignalen ein. Im Gegensatz zu herkömmlichen endgepumpten Mikrolasern
ist der Mikrolaser der vorliegenden Erfindung seitengepumpt. In
dieser Hinsicht weist der Mikroresonator eine erste Seitenfläche 24 auf,
die zwischen gegenüberliegenden
Endflächen 16 verläuft. Durch
ein Positionieren der Pumpquelle derart, dass die Pumpsignale über die
zweite Seitenfläche
des Mikroresonators zugeführt
werden, wird das aktive Verstärkungsmedium
effektiv seitengepumpt. Während
der Mikrolaser der vorliegenden Erfindung in typischer Weise über die
erste Seitenfläche
gepumpt wird, kann der Mikrolaser stattdessen über zwei oder mehrere Seitenflächen gepumpt
werden, wie etwa die gegenüberliegenden
ersten und zweiten Seitenflächen,
falls erwünscht.
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Obwohl
die Wellenlänge
der Pumpsignale auf spezifische Materialien maßgeschneidert werden kann,
die das aktive Verstärkungsmedium 12 umfassen,
wird ein aktives Verstärkungsmedium,
das aus Nd-dotiertem YAG besteht, in typischer Weise mit Pumpsignalen
gepumpt, die eine Wellenlänge
von 808 +/– 3
Nanometer aufweisen. Um es zuzulassen, dass die Pumpsignale von
dem aktiven Verstärkungsmedium
aufgenommen werden, ohne von der ersten Seitenfläche 24 reflektiert
zu werden, schließt der
Mikrolaser im Allgemeinen eine Antireflexionsbeschichtung 26 ein,
die auf die erste Seitenfläche
abgeschieden ist, um es zuzulassen, dass Signale, die die Wellenlänge der
Pumpsignale aufweisen, in die Mikroresonatorkavität mit geringer,
falls überhaupt
einer Reflexion, eintreten.
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Während der
Mikrolaser 10 eine Vielfalt von Pumpquellen 22 einschließen kann,
benutzt der Mikrolaser einer vorteilhaften Ausführungsform eine oder mehrere
lineare Laserdioden-Pumparrays,
die eine kumulative Länge
aufweisen, die nicht größer als
und typischerweise etwas kürzer
als die Länge des
aktiven Verstärkungsmediums 12 ist,
gemessen entlang seiner Längsachse 28.
Durch ein Benutzen eines Laserdioden-Pumparrays wird die Energie,
die über
das Pumpsignal zugeführt
wird, drastisch relativ zu der Energie erhöht, die von den Pumpsignalen
einer Einzelstreifen-Laserdiode bereitgestellt wird, die typischerweise
benutzt wird, um herkömmliche
Mikrolaser zu end-pumpen. Beispielsweise stellt ein lineares Laserdiodenarray,
das eine Länge
von ungefähr
1 cm aufweist, im Allgemeinen Pumpsignale bereit, die eine durchschnittliche
Pumpleistung von 15–40
Watt aufweisen, verglichen mit den 1–3 Watt einer herkömmlichen
Pumpleistung, die von den Pumpsignalen einer Einzelstreifen-Laserdiode
bereitgestellt wird.
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Als
Folge des Seitenpumpens und der gewinkelten Konfiguration der Endflächen 16 des
Mikroresonators, wie obenstehend beschrieben, ist das Resonanzmuster,
das durch den Mikroresonator eingerichtet wird, nicht parallel zu
der Längsachse 24, wie
es bei herkömmlichen
endgepumpten Mikrolasern eingerichtet wird. Stattdessen ist das
Resonanzmuster, das von dem Mikroresonator der vorliegenden Erfindung
eingerichtet wird, ein Zick-Zack-Resonanzmuster, wie in gestrichelten
Linien in den 1 und 2 gezeigt.
Um das Zick-Zack-Resonanzmuster zu unterstützen und um einen unerwünschten Verlust
der Pumpsignale zu verhindern, ist eine zweite Seitenfläche 30 des
Mikroresonators gegenüberliegend
der ersten Seitenfläche 24,
durch welche die Pumpsignale aufgenommen werden, vorzugsweise mit
einer Reflektanzbeschichtung 22 beschichtet, die eine hohe
Reflektivität,
wie etwa eine Reflektivität größer als
99,5% für
Signale aufweist, die die Wellenlänge der Pumpsignale aufweisen.
In der Ausführungsform,
bei welcher die Pumpquelle Pumpsignale zuführt, die eine Wellenlänge von
808 +/– 3
Nanometer aufweisen, ist die zweite Seitenfläche des Mikroresonators vorzugsweise
mit einer Reflektanzbeschichtung beschichtet, die eine hohe Reflektivität für Signale
aufweist, die eine Wellenlänge
von 808 +/– 3 Nanometer
aufweisen. Während
die Reflektanzbeschichtung, die auf der zweiten Seitenfläche abgeschieden
ist, und die Antireflexionsbeschichtung 26, die auf der
ersten Seitenfläche
abgeschieden ist, auf eine Vielfalt von Weisen gebildet werden können, werden
die Reflektanzbeschichtung und die Antireflexionsbeschichtung in
typischer Weise durch die Abscheidung einer Mehrzahl dielektrischer
Schichten gebildet, die jeweilige Brechungsindizes aufweisen, die
maßgeschneidert
sind, um die geeigneten Reflexionseigenschaften bereitzustellen,
wie es Fachleuten bekannt ist.
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Da
der Mikroresonator in typischer Weise eine längliche Stange ist, die einen
im Allgemeinen rechteckigen Querschnitt und gewinkelte Endflächen 16 aufweist,
schließt
der Mikroresonator in typischer Weise ferner dritte und vierte Seitenflächen 34 ein, die
zwischen den gegenüberliegenden
Endflächen und
zwischen den ersten und zweiten gegenüberliegenden Seitenflächen 24, 30 verlaufen.
In den 1 und 2 ist die dritte Seitenfläche beispielsweise zu
sehen, während
die vierte Seitenfläche
entfernt von dem Betrachter gegenübersteht und deswegen nicht
zu sehen ist. Um zu verhindern, dass viel, falls überhaupt,
irgendein Licht in die Mikroresonatorkavität über die dritten und vierten
Seitenflächen
eintritt oder daraus entweicht, sind die dritten und vierten Seitenflächen in
typi scher Weise fein geschliffen oder anderweitig aufgeraut, um
somit Licht zu diffundieren.
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Um
das Zick-Zack-Resonanzmuster, das in der Mikroresonatorkavität eingerichtet
wird, zu unterstützen,
sind die gegenüberliegenden
Endflächen
16 des
Mikroresonators jeweils vorzugsweise unter einem nicht-orthogonalen
Winkel α relativ
zu der Längsachse
28 angeordnet,
die durch die Mikroresonatorkavität definiert ist. Während die
gegenüberliegenden
Endflächen
unter einer Vielzahl von nicht-orthogonalen Winkeln α relativ
zu der Längsachse
angeordnet werden können,
sind die gegenüberliegenden
Endflächen
in typischer Weise unter einem Winkel α angeordnet, der zwischen 30° und ungefähr 35° relativ
zu einer Linie senkrecht zu der Längsachse ist, und noch bevorzugter
unter einem Winkel von ungefähr
30,9°. In
typischer Weise ist der Winkel α definiert,
gleich
definiert, wobei n
0 der Brechungsindex der Umgebung, wie etwa
1,0 für
Luft ist; und n
r der Brechungsindex des
aktiven Verstärkungsmediums
12 ist.
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Da
das Resonanzmuster, das von der Mikroresonatorkavität eingerichtet
wird, durch die totale interne Reflexion (TIR, total internal reflection)
der Signale erzeugt wird, die wiederum durch die Brechungsindizes
der jeweiligen Materialien bestimmt wird, kann die Beziehung zwischen
der Dicke T, der Mikroresonatorkavität, gemessen zwischen den ersten
und zweiten gegenüberliegenden
Seitenflächen
24,
30,
der Länge
L der Mikroresonatorkavität,
gemessen von Spitze zu Spitze, des Winkels α, der durch die gegenüberliegenden
Endflächen
relativ zu einer Linie senkrecht zu der Längsachse der Mikroresonatorkavität definiert
ist, und der Anzahl n von Reflexionen oder Sprüngen der Signale von den Seitenflächen der
Mikroresonatorkavität
vor einer Emission über
die zweite reflektierende Fläche
20 durch
die folgende Gleichung definiert werden:
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Zusätzlich ist
die Länge
jeweils der ersten und zweiten Seiten der Mikroresonatorkavität, d. h. die
Basislänge,
definiert, gleich NT/tanα zu
sein.
-
Wie
in 1 gezeigt, können
die gegenüberliegenden
Endflächen 16 jeweils
unter dem gleichen nicht-orthogonalen Winkel α relativ zu der Längsachse 28,
die durch die Mikroresonatorkavität definiert ist, angeordnet
werden, derart, dass die gegenüberliegenden
Endflächen
parallel sind. Alternativ können die
gegenüberliegenden
Endflächen
in entgegen gesetzten Richtungen um denselben nicht-orthogonalen
Winkel α zu
der Längsachse
orientiert sein, die durch die Mikroresonatorkavität definiert
ist, wie in 1 gezeigt. In jeder Ausführungsform
unterstützt die
resultierende Mikroresonatorkavität das Zick-Zack-Resonanzmuster, wie
gezeigt.
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Durch
ein Unterstützen
eines Zick-Zack-Resonanzmusters innerhalb der Mikroresonatorkavität wird die
effektive Länge
des Resonanzmusters signifikant länger als die physikalische
Länge der
Mikroresonatorkavität,
gemessen entlang der Längsachse 28.
In dieser Hinsicht ist die effektive Länge des Resonanzmusters definiert
durch den Pfad der Signale, wenn die Signale abwechselnd von den
gegenüberliegenden
Seitenflächen
des Mikroresonators weg springen. Für einen Mikrolaser 10,
der derart ausgelegt ist, dass die Signale viermal von den gegenüberliegenden
Endflächen
des Mikroresonators reflektieren oder weg springen, d. h. N = 4,
ist die effektive Länge
des Zick-Zack-Resonanzmusters
ungefähr drei-
oder viermal länger
als die physikalische Länge der
Mikroresonatorkavität,
gemessen entlang der Längsachse.
Da die Länge
des Resonanzmusters oder die physikalische Länge der Resonatorkavität für herkömmliche
endgepumpte Mikrolaser identisch sind, stellt der Mikrolaser der
vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise ein viel längeres Resonanzmuster
bereit, ohne dass es erforderlich ist, dass physikalische Dimensionen
des Mikroresonators erhöht werden.
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Als
ein Ergebnis des verlängerten
Resonanzmusters wird die Pulsbreite oder Pulsdauer der Pulse, die
von dem Mikrolaser 10 ausgegeben werden, relativ zu der
Pulsbreite der Pulse erhöht, die von
herkömmlichen
Mikrolasern der gleichen Abmessung ausgegeben werden, beispielsweise
wird erwartet, dass die Pulse, die von dem Mikrolaser der vorliegenden
Erfindung ausgegeben werden, eine Pulsbreite von zwischen 1 und
10 Nanosekunden, und noch typischer zwischen 2 und 5 Nanosekunden aufweisen,
verglichen mit den Pulsen, die von herkömmlichen endgepumpten Mikrolasern
der gleichen Abmessung ausgegeben werden, die Subnanosekunden-Pulsbreiten
aufweisen. Zusätzlich
sollte die Energie, die durch die Pulse geliefert wird, die von dem
Mikrolaser der vorliegenden Erfindung ausgegeben werden, signifikant
größer als
die Energie sein, die durch die Pulse geliefert wird, die von herkömmlichen
endgepumpten Mikrolasern der gleichen Abmessung ausgegeben werden.
In dieser Hinsicht wird erwartet, dass Pulse, die eine Energie von
bis zu ungefähr
100 μJ aufweisen,
von dem Mikrolaser der vorliegenden Erfindung ausgegeben werden,
im Vergleich zu Pulsenergien von weniger als ungefähr 35 μJ, die von
den Pulsen bereitgestellt werden, die von herkömmlichen endgepumpten Mikrolasern
der gleichen Abmessung ausgegeben werden. Dementsprechend wird erwartet,
dass die Pulse, die von dem Mikrolaser der vorliegenden Erfindung
ausgegeben werden, viel größere mittlere
Leistungen, wie etwa 0,1 Watt bis 1 Watt, als die mittlere Leistung
der herkömmlichen
endgepumpten Mikrolaser aufweisen, die typischerweise geringer als
0,1 Watt ist.
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Während der
Mikrolaser 10 der vorliegenden Erfindung auf eine Vielfalt
von Weisen verpackt werden kann, ist ein verpackter Mikrolaser gemäß einer Ausführungsform
in 3 veranschaulicht. Wie gezeigt, schließt der Mikrolaser
ferner eine Wärmesenke 35 ein,
auf welcher der Mikroresonator angebracht ist. Obwohl eine Vielzahl
von aktiven und passiven Wärmesenken
benutzt werden können,
ist die Wärmesenke
einer vorteilhaften Ausführungsform
eine sauerstofffreie Kupferwärmesenke
einer hohen Leitfähigkeit.
Ungeachtet des Typs der Wärmesenke
ist der Mikroresonator vorzugsweise an die Wärmesenke mittels eines thermisch
angepassten Epoxids, wie etwa einem Aluminiumoxid-gefüllten oder
einem Silber-gefüllten
Epoxid, bondiert.
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Der
Mikrolaser 10 dieser Ausführungsform schließt auch
ein Gehäuse 36 ein,
in welchem der Mikroresonator und die Pumpquelle 22 angeordnet sind.
Während
das Gehäuse
aus einer Vielfalt von Materialien bestehen kann, kann das Gehäuse aus einem
thermisch leitfähigen
Material bestehen, und besteht in bestimmten Ausführungsformen
aus dem gleichen Material wie die Wärmesenke, wie etwa sauerstofffreiem
Kupfer einer hohen Leitfähigkeit,
um die Übertragung
der thermischen Energie auf die Wärmesenke zur Abfuhr zu erleichtern.
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Wie
gezeigt, schließt
das Gehäuse 36 ein Fenster 38 ein,
das mit der zweiten reflektierenden Fläche 20, durch welche
Pulse von dem Mikroresonator ausgegeben werden, ausgerichtet ist
und in typischer Weise in der Nähe
derselben ist. Das Fenster ist ausgelegt für Signale, die die vorbestimmte
Laserwellenlänge
des Mikroresonators aufweisen, transmittierend zu sein. Als solches
werden die Pulse, die von dem Mikroresonator ausgegeben werden,
durch das Fenster mit geringer, falls überhaupt irgendeiner Abschwächung, durchlaufen.
Während
das Fenster rauf eine Vielfalt von Weisen aufgebaut werden kann, besteht
das Fenster einer vorteilhaften Ausführungsform aus Saphir und ist
beschichtet mit einer Antireflexionsbeschichtung, die verhindert,
dass wenige, falls überhaupt
irgendwelche der Signale, die die vorbestimmte Laserwellenlänge aufweisen,
reflektiert werden. Wie obenstehend beschrieben, ist die Antireflexionsbeschichtung
in typischer Weise aus einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten
gebildet, die maßgeschneidert
sind, dielektrische Eigenschaften aufzuweisen, die eine Reflexion
von Signalen, die die vorbestimmte Laserwellenlänge aufweisen, beschränken, wenn
nicht verhindern. Obwohl es für
die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist,
kann der Mikrolaser 10 einen teilweise reflektierenden
Spiegel (nicht gezeigt) zum Abteilen eines kleinen Teils jedes Ausgangspulses
zu einem Leistungsmonitor, wie etwa einem Fotodetektor, einschließen, der
die Ausgangspulse überwacht,
um somit eine Anzeige bereitzustellen, ob der Mikrolaser fehl geht,
richtig zu funktionieren.
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Wie
in 3 gezeigt, ist das Gehäuse 36 ausgelegt,
die Pumpquelle 22 in der Nähe der ersten Seitenfläche 24 der
Mikroresonatorkavität
aufzunehmen. Obwohl die Pumpquelle auf eine Anzahl unterschiedlicher
Weisen angebracht werden kann, beschließt das Gehäuse einer Ausführungsform
einen Deckel 37 ein, in welchem die Pumpquelle angebracht
ist, wie etwa mit Epoxid. Durch ein Befestigen des Deckels an dem
Rest des Gehäuses
kann die Pumpquelle geeignet zu dem aktiven Verstärkungsmedium 12 ausgerichtet
werden. Wie auch in 3 gezeigt ist, kann das Gehäuse ein
Fenster 40 einschließen,
das die Pumpquelle von dem Mikroresonator trennt, derart, dass der
Teil des Gehäuses,
in welchem der Mikroresonator liegt, effektiv versiegelt werden
kann, wodurch der Mikroresonator vor Umgebungs- oder anderen schädlichen
Bedingungen geschützt
wird. Um es zuzulassen, dass die Pumpquelle effektiv Pumpsignale
in das aktive Verstärkungsmedium 12 liefert,
ist das Fenster, das die Pumpquelle von dem Mikroresonator trennt,
jedoch ausgelegt, für
Signale, die die Wellenlänge
der Pumpsignale aufweisen, transmittierend zu sein. Beispielsweise
kann das Fenster ein Saphirfenster sein, das mit einer Mehrzahl
von dielektrischen Schichten beschichtet ist, die jeweilige Brechungsindizes
aufweisen, die maßgeschneidert
sind, um somit wenige, wenn überhaupt
irgendwelche, Signale zu reflektieren, die die Wellenlänge der
Pumpsignale, wie etwa 808 +/– 3
Nanometer in einer Ausführungsform
aufweisen.
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Wie
Fachleuten offensichtlich ist, ist der Mikrolaser 10 der
vorliegenden Erfindung äußerst vorteilhaft
in seiner Fähigkeit,
Pulse zu liefern, die längere
Pulsbreiten und größere Pulsenergien
aufweisen als die Pulse, die von herkömmlichen endgepumpten Mikrolasern
von im Wesentlichen der gleichen Abmessung geliefert werden. Als
solches ist der Mikrolaser der vorliegenden Erfindung für eine Vielfalt
von Anwendungen einschließlich
Markieren, Mikrobearbeiten, LIDAR und anderen Vermessungsanwendungen
vorteilhaft.
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Wie
obenstehend beschrieben, kann der Mikroresonator auf eine Vielfalt
von Weisen hergestellt werden, einschließlich einem epitaktischen Aufwachsen
entweder des aktiven Verstärkungsme diums 12 oder
des passiven Q-Schaltermaterials 14 aufeinander, eines
Diffusionsbondierens des aktiven Verstärkungsmediums und des passiven
Q-Schalters oder eines Verbindens des aktiven Verstärkungsmediums und
des passiven Q-Schalters durch einen optischen Kontakt. In einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
wird das aktive Verstärkungsmedium
etwa durch Flüssigphasenepitaxy
auf dem passiven Q-Schaltermaterial aufgewachsen. Als solches kann der
Atom-Prozentsatz des Dotiermittels in dem aktiven Verstärkungsmedium
signifikant größer sein
als der Atom-Prozentsatz des Dotiermittels in einem vergleichbaren
aktiven Verstärkungsmedium,
das gemäß Czochralski-Techniken aufgewachsen
ist. Beispielsweise kann das aktive Verstärkungsmedium aus Nd-dotiertem
YAG, das epitaktisch auf einer Schicht aus mit vierwertigem chromdotierten
YAG aufgewachsen ist, die als das passive Q-Schaltermaterial dient,
einen Atom-Prozentsatz von Nd aufweisen, der zwischen ungefähr 2 Atomprozent
und 3 Atomprozent liegt, im Vergleich zu Nd-dotiertem YAG, das einen Atom-Prozentsatz
von Nd von 0,8% bis 1,4% aufweist, wenn es durch eine herkömmliche Czochralski-Technik aufgewachsen
ist.
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Gemäß dieser
vorteilhaften Herstellungstechnik wird eine Schicht eines passiven
Q-Schaltermaterials 14, wie etwa eines mit vierwertigem
Chrom dotierten YAG anfangs bereitgestellt. Obwohl die Schicht des
passiven Q-Schaltermaterials in einer Vielfalt von Formen bereitgestellt
werden kann, wird die Schicht des passiven Q-Schaltermaterials in
typischer Weise als ein relativ dünner Wafer bereitgestellt,
der in einer Ausführungsform
eine Dicke von ungefähr
500 Mikron aufweist. Das aktive Verstärkungsmedium 14 wird
dann vorzugsweise durch Flüssigphasenepitaxy
auf die Schicht des Q-Schaltermaterials aufgewachsen, um die in 4 gezeigte Verbundstruktur 42 zu
bilden, die gegenüberliegende Hauptflächen 44 aufweist.
Während
das aktive Verstärkungsmedium
so aufgewachsen werden kann, eine Vielfalt von Dicken aufzuweisen,
liegt die Dicke des aktiven Verstärkungsmediums in typischer
Weise zwischen ungefähr
2 und 4 Millimeter, und in einer Ausführungsform beträgt sie 2,2
Millimeter.
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In
der veranschaulichten Ausführungsform wird
die Verbundstruktur 42 dann in eine Mehrzahl von in Längsrichtung
verlaufenden Stangen 46 geschnitten. Siehe 5.
Während
die Verbundstruktur auf eine Vielfalt von Weisen geschnitten werden kann,
ohne von dem Grundgedanken und dem Umfang der vorliegenden Erfindung
abzuweichen, wird die Verbundstruktur in typischer Weise auf einer Glasplatte
mit einer Schicht aus Wachs befestigt. Zusätzlich wird die freigelegte
Hauptfläche 44 der
Verbundstruktur, die gegenüberliegend
der Glasplatte ist, in typischer Weise auch mit Wachs beschichtet, um
ein Zerbrechen der Verbundstruktur während des Schneidebetriebs
zu verhindern. Nach einem Platzieren der Glasplatte auf einer Vakuumspanneinrichtung wird
die Verbundstruktur in eine Mehrzahl von Stangen mit eine Diamantspitzen-Säge geschnitten. Während die
Stangen eine Vielfalt von Dicken aufweisen können, weisen die Stangen einer
Ausführungsform
eine in 5 mit t bezeichnete Dicke von ungefähr 1,2 Millimeter
auf. Nach einem Entfernen des Wachses wird jede Stange auf ihre
Seite gelegt und an einer weiteren Glasplatte 50 mit einem
optischen Kleber, wie etwa Norland optischer Kleber Grad 65, wie
in 6 gezeigt, gefestigt. Nach einem Platzieren der
Glasplatte auf einer Vakuumspanneinrichtung werden die Stangen unter
einem nicht-orthogonalen
Winkel α relativ
zu den gegenüberliegenden Hauptflächen geschnitten,
um dadurch eine Mehrzahl von passiv Q-geschalteten Mikrolasern 10 zu
bilden. Während
die Stangen unter einer Vielfalt von Winkeln geschnitten werden
können,
wie obenstehend beschrieben, liegt der nicht-orthogonale Winkel α in typischer
Weise zwischen ungefähr
30° und
35°, und
beträgt
in typischer Weise ungefähr
30,9°.
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Nach
einem Entfernen des optischen Klebers kann die erste Seitenfläche 24 jedes
resultierenden Mikrolasers 10 mit einer Antireflexionsbeschichtung 26 beschichtet
werden, um es zuzulassen, dass Signale, die die Wellenlänge der
Pumpsignale aufweisen, von dem aktiven Verstärkungsmedium 12 aufgenommen
werden, ohne von der ersten Seitenfläche reflektiert zu werden,
wie obenstehend beschrieben. Zusätzlich
kann die zweite Seitenfläche 30 jedes
resultierenden Mikrolasers, gegenüberliegend der ersten Seitenfläche, auch
mit einer Reflektanzbeschichtung 32 zum Reflektieren von
Signalen, die die Wellenlänge
der Pumpsignale aufweisen, beschichtet werden. Obwohl die Antireflexionsbeschichtung
und die Reflektanzbeschichtung auf eine Vielfalt von Weisen gebildet
werden können,
werden diese Beschichtungen in typischer Weise durch ein Abscheiden
einer Reihe von dielektrischen Schichten auf jeweiligen Seitenflächen gebildet,
wie es Fachleuten bekannt ist. Zusätzlich können die dritten und vierten
gegenüberliegenden
Seitenflächen
des jeweiligen Mikrolasers aufgeraut werden, wie etwa durch ein
Feinschleifen der dritten und vierten gegenüberliegenden Seitenflächen 34,
um dadurch Licht zu diffundieren.
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In
der Ausführungsform,
bei welcher die ersten und zweiten reflektierenden Flächen 18, 20,
die die gegenüberliegenden
Enden der Mikroresonatorkavität
definieren, auf den gegenüberliegenden
Endflächen 16 des
Mikroresonators beschichtet sind, umfasst das Verfahren dieser vorteilhaften
Ausführungsform
auch ein Abscheiden der ersten reflektierenden Fläche, die
in hohem Maße
reflektierend für Signale
ist, die die vorbestimmte Laserwellenlänge aufweisen, auf einer Endfläche 16 des
Mikroresonators und ein Abscheiden der zweiten reflektierenden Fläche, die
nur teilweise reflektierend für
Signale ist, die die vorbestimmte Laserwellenlänge aufweisen, auf der anderen
Endfläche,
derart, dass die resultierenden Mikrolaser in der Lage sind, Signale
der vorbestimmten Laserwellenlänge über die
zweite reflektierende Fläche
zu emittieren. Wie obenstehend beschrieben, wird die erste hoch-reflektierende
Fläche in
typischer Weise auf der Endfläche
nahe dem aktiven Verstärkungsmedium 12 abgeschieden,
und die zweite teilweise reflektierende Fläche wird in typischer Weise
auf der anderen Endfläche
in der Nähe des
passiven Q-Schalters 14 abgeschieden. Wie obenstehend beschrieben,
werden die ersten und zweiten reflektierenden Flächen in typischer Weise durch
ein Abscheiden einer Reihe von dielektrischen Schichten auf den
gegenüberliegenden
Endflächen des
Mikroresonators gebildet, die jeweilige Brechungsindizes aufweisen,
die maßgeschneidert
sind, um die geeigneten Reflektivitätseigenschaften bereitzustellen,
in einer Weise, wie sie Fachleuten bekannt ist. Jedoch können die
ersten und zweiten reflektierenden Flächen gemäß anderer Techni ken gebildet werden,
ohne von dem Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung
abzuweichen. Während die
gegenüberliegenden
Endflächen
des Mikrolasers vor einem Schneiden der Verbundstruktur 42 in
eine Anzahl von Stangen 46 beschichtet werden können, werden
die gegenüberliegenden
Endflächen
des Mikrolasers in typischer Weise beschichtet, nachdem die einzelnen
Mikrolaser gebildet worden sind.
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Durch
ein Aufbauen des Mikrolasers 10 gemäß dem voranstehenden Verfahren
kann das aktive Verstärkungsmedium 12 stärker dotiert
werden als die aktiven Verstärkungsmedien
bestimmter herkömmlicher
Mikrolaser, die gemäß einer Czochralski-Technik
aufgewachsen sind. Als solches können
die Ausgangspulse, die von dem resultierenden Mikrolaser bereitgestellt
werden, Pulsenergien und Leistungspegel aufweisen, die noch weiter
relativ zu den Ausgangspulsen, die von herkömmlichen Mikrolasern bereitgestellt
werden, erhöht
sind. Wie im Detail obenstehend beschrieben, sind die Mikrolaser
der vorliegenden Erfindung, die gemäß dem voran stehenden Verfahren
hergestellt sind, oder die auf andere Weisen hergestellt sind, wie
etwa durch ein Diffusionsbondieren, insbesondere auch vorteilhaft, da
die Mikrolaser Ausgangspulse bereitstellen, die eine größere Pulsbreite
oder Pulsdauer und größere Pulsenergien
und mittlere Leistungspegel aufweisen, als Folge des Seitenpumpens
des Mikrolasers und des Zick-Zack-Resonanzmusters, das durch den
Mikroresonator unterstützt
wird, im Vergleich zu herkömmlichen
endgepumpten Mikrolasern von im Wesentlichen der gleichen physikalischen
Abmessung. Als solches ist der resultierende Mikrolaser der vorliegenden
Erfindung insbesondere vorteilhaft für eine breite Vielfalt von
Anwendungen, welche Ausgangspulse erfordern, die erhöhte Energiepegel,
mittlere Leistungspegel und Pulsdauern aufweisen.
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Viele
Modifikationen und andere Ausführungsformen
der Erfindung werden Fachleute ersinnen auf dem Gebiet, zu welchem
die Erfindung gehört,
indem Nutzen gezogen wird aus den Lehren, die in den voran stehenden
Beschreibungen und den zugehörigen
Zeichnungen dargestellt sind. Es ist deswegen zu verstehen, dass
die Erfindung nicht auf die spezifischen offenbarten Aus führungsformen
beschränkt
ist, und dass vorgesehen ist, dass Modifikationen und andere Ausführungsformen
in den Umfang der angehängten
Ansprüche
eingeschlossen sind. Obwohl spezifische Ausdrücke hierin gebraucht werden,
werden sie nur in einem generischen und deskriptiven Sinn und nicht
zum Zweck einer Beschränkung
verwendet.
