!HU000008033T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 008 033 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 07 8029 (22) A bejelentés napja: 07. 08. 29. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 0708029 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 7721 A1 08. 03. 06. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 7721 B1. 02. 17. (1) Int. Cl.: H01S 3/092 (06.01) H01S 3/16 (06.01) H01S 3/17 (06.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 0802807 PCT/EP 07/09014 () Elsõbbségi adatok: 0607623 06. 08.. FR (72) Feltaláló: BRANLY, Stéphane, 91 Brieres-les-Scelles (FR) (73) Jogosult: Thales, 920 Neuilly Sur Seine (FR) (74) Képviselõ: dr. Harangozó Gábor, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Parallelepipedon alakú lézererõsítõ közeget, valamint lámpákkal mûködõ pumpálóeszközt tartalmazó erõsítõberendezés HU 008 033 T2 A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 2 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
A találmány parallelepipedon alakú erõsítõközeggel mûködõ lézererõsítõ berendezés, amely elsõsorban lámpákkal pumpált nanoszekundumos, pikoszekundumos vagy akár femtoszekundumos lézereknél alkalmazható. A szilárdtestlézeres erõsítõberendezések szakterületén az utóbbi idõkig két fõ típusú erõsítõközeg létezett: Egyrészt az egykristályos anyagok, például az ittrium-alumínium-gránát, amit YAG-nek is neveznek, valamint a zafír és a rubin. Ezeket az anyagokat általában például ritkaföldfémionokkal vagy akár titánnal vagy krómmal szennyezik. Másrészt olyan amorf alapanyagok, mint amilyen például a foszfátüveg vagy a szilikátüveg. Ezek az alapanyagok alapvetõen ritkaföldfémionokkal szennyezettek. Az egykristályos erõsítõközeggel rendelkezõ erõsítõberendezések, mint például az YAG anyag, általában lehetõvé teszik magas ismétlési gyakoriság elérését, ugyanakkor az egyes nyalábok energiája mérsékelt. Ez az energiakorlátozás az egykristályos erõsítõközegek korlátozott keresztmetszetének tulajdonítható, amit a kristálynövekedés határoz meg. Például a neodímiummal szennyezett YAG egykristály, amit Nd:YAG-nek jelölnek, nagy keresztmetszetûre történõ növesztésével, a károsodási küszöbébõl adódó korlátozás figyelembevétele mellett nagyságrendileg 4¹ joule energia elérését teszi lehetõvé 2 cm 2 ¹es keresztmetszetnél impulzusos üzemmódban, ahol a lézerimpulzus idõtartama néhány nanoszekundum. Egyébként az üveg típusú erõsítõközeget tartalmazó erõsítõberendezések nagyobb energia elérését teszik lehetõvé, például néhányszor J¹tól akár több kj energiát képesek biztosítani nyalábonként, illetve néhány Hz ismétlési gyakoriság mellett óránként egy lézerlövésnél is kevesebb lehet. A nagy energiák az ilyen erõsítõközeggel megvalósítható nagy keresztmetszeteknek köszönhetõ. Az egykristályokkal ellentétben az üvegtartalmú alapanyagok esetében a keresztmetszetet semmi nem korlátozza. Ugyanakkor az üvegtartalmú anyagok a rossz termomechanikai tulajdonságaik miatt nem teszik lehetõvé a lézerek gyorsabb pumpálását és idõnként a hullám elejének torzulását kompenzáló komplex eszközök alkalmazását teszik szükségessé. A szilárd erõsítõközegek optikai pumpálásának alapvetõ technikáit illetõen létezik a folytonos lámpával és a villanólámpával történõ pumpálás, valamint a folytonos és impulzusos lézerdiódával történõ pumpálás. Az egyes optikai pumpálási technikák alapvetõ tulajdonságai az alábbiak: a folytonos lámpák egy olyan többvonalas spektrumot sugároznak, amely egy viszonylag csekély folytonos spektrumra szuperponálódik. A villanócsövek olyan spektrumot sugároznak, amely lényegében folytonos, és amelyre kis intenzitású spektrumvonalak szuperponálódnak. A kisugárzás spektrumvonalainak helye a lámpában alkalmazott gáztól vagy gázoktól függ. 1 2 3 40 4 0 60 A lézerdiódák sugárzására egyetlen spektrumvonal jellemzõ, amely az alkalmazott félvezetõ típusától függ. Amikor egy lézeranyagot a fent említett technikák valamelyikével pumpálnak, az erõsítõvé válik a karakterisztikus hullámok periódusidejének vagy annak többszörösének megfelelõ idõtartamra. Az említett mindkét pumpálási technika egyaránt rendelkezik elõnyökkel és hátrányokkal, melyek lényegét az alábbiakban ismertetjük: Amikor egy lézeranyagot lámpával pumpálnak, a lámpa sugárzási spektrumának csak egy kis része fordítódik a pumpálásra, a másik része részben termikusan disszipálódik a lézeranyagban. Amennyiben ez a termikus terhelés rendkívüli mértékben megnõ, a hullám elejének torzulását és/vagy kettõs törést idézhet elõ, ami korlátozza a lézer lehetséges felhasználási területeit. A folytonos lámpák és a villanócsövek élettartama gyakran sokkal rövidebb, mint a megfelelõ folytonos, illetve impulzusos diódáké. Ez a lámpákkal pumpált lézerek gyakoribb karbantartását teszi szükségessé. Azonos teljesítmények esetén a lámpákkal pumpált erõsítõk költsége sokkal kisebb, mint a diódákkal pumpált erõsítõké. Bizonyos számú lézeranyagok esetén léteznek olyan pumpálódiódák, amelyek olyan hullámhosszon sugároznak, amely egybeesik az egyik abszorpciós hullámhosszukkal. Emiatt az erõsítõközegben megvalósuló termikus terhelés lecsökken és az indukált kedvezõtlen hatások (a hullám elejének torzulása, indukált kettõs törés stb.) szintén lecsökkennek. Ily módon a folytonos pumpálással lehetõvé válik nagyobb átlagos teljesítmény elérése a lézer kimenetén, amennyiben lámpák helyett diódával pumpálnak. Impulzusos pumpálással a lézer kimenetén ugyanolyan energiák érhetõk el a pumpálás típusától függetlenül (villanólámpa vagy dióda), azonban a diódás pumpálással nagyobb ismétlési gyakoriság érhetõ el. A diódák költsége jóval magasabb, mint a lámpáké, és ebbõl adódóan az üzemi körülmények fenntartásának költsége szintén magasabb, mint a lámpákkal pumpált lézer esetében. Ily módon például az impulzusos lézerek esetében jelenleg az alábbi típusú lézerek gyárthatók: Nagy energiájú szilárdtestlézer-erõsítõk, amelyek üvegalapú erõsítõközeget tartalmaznak, ezeknél azonban az ismétlési gyakoriság viszonylag kicsi a termikus hatásokból adódóan, amennyiben villanócsövekkel pumpálják azokat. Nagy energiájú szilárdtestlézer-erõsítõk, amelyek üvegalapú erõsítõközeggel rendelkeznek, ezek ismétlési gyakorisága azonban kicsi a termikus hatásokból adódóan, továbbá rendkívül drágák, ha diódákkal történik a pumpálás. Közepes ismétlési gyakorisággal mûködõ, villanólámpával pumpált szilárdtestlézer-erõsítõk, 2
amelyek ismétlési gyakorisága nagyságrendileg 0 Hz a termomechanikai tulajdonságokkal rendelkezõ egykristályos erõsítõközegek alkalmazásának köszönhetõen, azonban az ezekkel elõállítható energia néhány joule¹ra korlátozódik a kristálynövesztéssel megvalósítható kristályok korlátozott keresztmetszete miatt. Diódákkal pumpált szilárdtestlézer-erõsítõk, amelyek ugyan drágák, de nagyobb ismétlési gyakorisággal, 0 Hz¹nél nagyobb frekvenciával mûködnek bizonyos kedvezõ termomechanikai tulajdonságú egykristályos erõsítõközegek alkalmazásának köszönhetõen, azonban ezek csak néhány joule energiát állítanak elõ a kristálynövesztéssel megvalósítható kristályok korlátozott keresztmetszete miatt. Az üvegtartalmú alapanyagok elõnyeit magában foglaló és a nagyobb energiák elérését lehetõvé tevõ, nagy keresztmetszettel rendelkezõ új lézererõsítõ anyagok, valamint a kedvezõ termomechanikai tulajdonságokkal rendelkezõ jobb egykristályos anyagok megjelenése új távlatokat nyitott. Ezek az új lézererõsítõ anyagok polikristályos, szilárd struktúrával rendelkeznek, amit lézerkerámiának is hívnak. Ezentúl lehetõvé válik olyan lézererõsítõ berendezések megvalósítása, amelyek egyidejûleg nagy energiával sugároznak, valamint villanólámpával történõ pumpálás esetén közepes ismétlési gyakorisággal, illetve diódákkal történõ pumpálás esetén nagy ismétlési gyakorisággal mûködnek. A pumpálási technika megválasztása alapvetõen a beszerzési ártól és az üzemeltetés költségétõl függ. Nagyobb méretû erõsítõközeg pumpálásakor, vagyis a korábban alkalmazott körülbelül cm 3 térfogathoz képest akár 0 cm 3 -nél nagyobb térfogat esetén, a diódákkal pumpált erõsítõberendezés beszerzési költsége nagyobb lehet. A lámpákkal történõ pumpálás ezért érdeklõdésre tarthat számot az ipar részérõl. Például az Nd 3+ ritkaföldfémionokkal szennyezett YAG kerámia a polikristályos szerkezetébõl adódóan lehetõvé teszi nagyobb méretû erõsítõközeg elõállítását, amelynek keresztmetszete Nd:YAG egykristály esetén meghaladja a cm 2 ¹t, és az ilyen egykristály kiválóan használható nagy energiájú erõsítõberendezések megvalósításához. Az így elért energiák nagyságrendileg néhányszor joule¹t tesznek ki, ami meghaladja a szokásosan elérhetõ 4¹ joule energiát. Az elérhetõ ismétlési gyakoriság messze meghaladja a Hz¹et. Ugyanakkor a lézerkerámiák lámpákkal történõ pumpálása bizonyos problémákat is felvet. Egyrészrõl a lámpák sugárzási spektruma az ultraibolya tartományba esik. Ez a sugárzás károsíthatja a lézerkerámiát, mivel olyan nemkívánatos szolarizációs hatást idéz elõ, amely idõvel rontja az erõsítõközegként használt lézerkerámia optikai tulajdonságait. Következésképpen a lézerkerámiákat használó lézererõsítõ berendezésekben elvileg olyan módszereket kell alkalmazni, amelyek megakadályozzák a lézerkerámiáknak a lámpák ultraibolya sugárzása miatt bekövetkezõ degradációját. 1 2 3 40 4 0 60 Az ilyen lézerkerámiákkal elképzelhetõ olyan új lézerek megvalósítása, amelyek a jelenleg használt, a lézerek számát vagy megtöbbszörözõ, vagy a nyalábokat egymással multiplexáló komplex megoldásoknál kisebb átlagos watt-költség mellett nagyobb átlagos teljesítmény elérését teszik lehetõvé. A találmány szerinti berendezésben kombináljuk a parallelepipedon rúd alakú, nagyméretben megvalósítható anyagok, például Nd 3+ ritkaföldfémionokkal szennyezett YAG kerámia használatát és a nemkívánatos sugárzások kiszûrését lehetõvé tevõ eszköz használatát. A találmánnyal célunk olyan erõsítõberendezés megvalósítása, amely parallelepipedon alakú erõsítõközeget és lámpákkal mûködõ pumpálóeszközt tartalmaz, ahol a lámpák egy adott frekvenciatartományban egy olyan elsõ sugárzást bocsátanak ki, amely hasznos az erõsítés szempontjából, valamint egy olyan második sugárzást bocsátanak ki, amely az erõsítõközeg számára káros, ahol a lámpákat egy olyan házban helyezzük el, amely a második sugárzásnak legalább egy részét elnyeli. Az ilyen erõsítõközegek, vagyis például a ritkaföldfémionokkal szennyezett kerámia elõnye, hogy azok gyártása nem ütközik méretkorlátokba. Ily módon az erõsítõközeg mérete nagyobb lehet és az optikai pumpálás szintén intenzívebb lehet. A lézernyalábok erõsítése impulzusos lézerek esetén elérheti a néhány joule energiát és az ismétlési gyakoriság meghaladhatja a több Hz¹et is. Folytonos lézerek esetén a néhány kw teljesítményû lézernyalábok is elõállíthatók. Az Alloys and Compounds címû szaklapban (vol. 421, 06, 19 199. oldal, Hideki et al: Flashlamp pumped laser operation with UV cut filter pumpálólámpákat alkalmazó Nd:YAG kristályt tartalmazó lézert mutatnak be. A kristály egy szamárium szûrõcsõben van elhelyezve az UV sugárzás blokkolása céljából. Az Optics and Laser Technology folyóiratban (vol. 24, no., 1992, 267 271. oldal, Q Lü et al The influence of ultra violet cut-off filters on the performance of a 0 W Cr:Nd:GGG slab laser ) olyan UV¹szûrõvel ellátott lézert mutatnak be, ahol a szûrõ a pumpálólámpákat tartalmazó kamrában van elhelyezve és a lézerkristályt tartalmazó kamrát folyadékkal hûtik. A találmányt az 1. igénypont ismerteti. A találmány szerinti berendezés a házban integráltan elhelyezett villanócsövet tartalmaz. A berendezés tartalmaz az erõsítõközeget hûtõ eszközt, amely hûtõfolyadékot keringet, a lámpák hûtésére szolgáló eszközöket, valamint olyan házat, amely eltérõ méretû nyílásokat tartalmaz, amelyeken keresztül vezérelhetõ módon juttatható be a hûtõfolyadék a ház belsejébe. erõsítõközeg lézerkerámia-alapú anyag. erõsítõközeg Nd 3+ -ionokkal szennyezett YAG kerámia. erõsítõközeg Cr 3+ -ionokkal továbbszennyezett YAG kerámia. 3
eszköz az erõsítõközeg által alkotott síkra szimmetrikusan van kialakítva. erõsítõközeg legalább két szemközti felülete meg van döntve egymáshoz képest néhány fokos szögben az Oy tengely körüli elforgatással és ebben az esetben az erõsítõközeg kvázi parallelepipedon alakú. A találmány egyik lehetséges kiviteli alakjánál a ház kvarc- vagy üvegalapú, szamáriumionokkal szennyezett anyagból van. A találmány egyik lehetséges kiviteli alakjánál a lámpák egy második UV sugárzást bocsátanak ki. A találmány egyik lehetséges kiviteli alakjánál a ház elnyeli azokat a fotonokat, amelyek spektruma egybeesik az erõsítõközeg lézeremissziós sugárzásával. A találmány egyik lehetséges kiviteli alakjánál a ház és az erõsítõközeg között egy UV¹szûrõ van elhelyezve. A találmány egyik lehetséges kiviteli alakjánál a ház egy olyan optikai diffúziós anyaggal van bevonva, amely az erõsítõközeg pumpálását egyenletessé teszi. A találmány egyik lehetséges kiviteli alakjánál a diffúziós anyag egy tartályban összetömörített magnézium-oxid-por vagy szennyezetlen kerámia. A találmány további jellemzõit és elõnyeit a leírás további részében a mellékelt rajzra történõ hivatkozással ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti erõsítõberendezés egyik lehetséges kiviteli alakját szemlélteti robbantott, perspektivikus nézetben. A 2. ábra az 1. ábrán látható berendezés metszeti nézete. A 3. ábra a találmány szerinti hûtõeszközt tartalmazó erõsítõberendezés egyik lehetséges kiviteli alakját egészében szemlélteti. Az 1. ábra a találmány szerinti erõsítõberendezés egyik lehetséges kiviteli alakját szemléltet robbantott, perspektivikus nézetben, ahol a berendezés tartalmaz egy parallelepipedon alakú 2 erõsítõközeget, amely egy- vagy többféle ritkaföldfémionnal vagy más anyaggal szennyezett kerámiából van. Az említett ionok tipikusan a neodímium és az itterbium. A kerámia azonban Cr 3+ -ionokkal is szennyezhetõ. Az erõsítõközegnek az pumpálólámpákkal szemközt két nagy felülete van. A pumpálás ezekre a felületekre merõlegesen történik. A 6 nyaláb áthalad az erõsítõközegen, annak a lámpák tengelyére merõleges oldalfelületén és a berendezésen történõ áthallást követõen egy 7 felerõsített nyalábként lép ki a berendezésbõl. A lámpák, amelyek például villanócsövek, egy 3 házban vannak elhelyezve. A háznak hármas funkciója van: Elõször is a ház, amelynek anyaga például szamáriumionokkal szennyezett kvarc/üveg, lehetõvé teszi a lámpák által kibocsátott UV sugárzás egészének vagy egy részének elnyelését. A ház tovább elnyeli a lámpák által kibocsátott olyan fotonokat is, amelyek spektruma egybeesik 1 2 3 40 4 0 60 az erõsítõközeg lézersugárzási frekvenciájával. Nd 3+ -ionokkal szennyezett YAG kerámia esetén például ez a sugárzás 64 nm hullámhosszú. Ez a funkció lehetõvé teszi annak megakadályozását, hogy a lámpák által gerjesztett kisugárzás révén a lézerközeg kiürüljön az Ox tengely mentén. A ház lehetõvé teszi a lámpák és az erõsítõközeg hûtésére szolgáló hûtõfolyadék megfelelõ sebességû átáramlását. A hûtõfolyadék lehetõvé teszi a lámpák sugárzása által elõidézett hõ nagy részének elvezetését. A 2 erõsítõközeg mindkét nagy felületén célszerûen egy nagy UV¹szûrõ van elhelyezve a ház és az erõsítõközeg között. Ez az UV¹szûrõ a ház szerepét tekintve redundáns funkciót lát el. Mindamellett ez a szûrõ a lámpák által kibocsátott UV sugárzás teljesítményétõl függõen opcionálisan használható. A szûrõ például az 1. ábrán látható. Az erõsítõközeg homogén pumpálást megvalósító eszközzel rendelkezik. Az erõsítõközeg pumpálásának egyenletessé tételére egy 1 optikai diffúziós közeget, nevezetesen egy diffúzort használunk. Az erõsítõközeg által elnyelt sugárzás a lámpák által közvetlenül kibocsátott sugárzás és a diffúzor által visszavert sugárzás összege. A diffúzor célja az erõsítõközegben a hasznos sugárzás lehetõ legegyenletesebb diffúziója a lámpák között. Az optikai diffúzor geometriája úgy van kialakítva, hogy egyenletesen szétossza az erõsítõközeg által fogadott sugárzást. Az egyes lámpák elhelyezhetõk például az optikai diffúzort megvalósító parabola fókuszpontjában. Ezenkívül a berendezés szimmetriája lehetõvé teszi a homogén pumpálást is az erõsítõközegben. A beesõ 6 lézernyaláb az Oxy síkot alkotó felület révén visszaverõdik az erõsítõközegbe. Egy részrõl a lézernyaláb Oz terjedési iránya merõleges a lámpák Oy tengelyére, másrészt a berendezésnek az Oyz síkra vonatkozó szimmetriája miatt a pumpálás az Oyz síkra szimmetrikus az erõsítõközegben. A pumpálás ezért rendkívül homogén módon valósul meg az Oyz síkban. Másrészt a berendezés szimmetriája további elõnnyel jár. Lehetõvé teszi ugyanis az erõsítõközeg bárminemû torzulásának kiküszöbölését. A 2. ábra az 1. ábrán látható berendezésnek az Oxz síkban vett metszetét szemlélteti. A lámpák által kibocsátott sugárzási teljesítmény azzal a hátránnyal jár, hogy melegíti az erõsítõközeget és hátrányosan befolyásolja annak optikai tulajdonságait. Ezért egy kettõs hûtõberendezést helyezünk el a szerkezetben. Egy hûtõfolyadékot vezetünk egyrészrõl a 2 erõsítõközegbe, és a hûtõfolyadékot annak nagyobbik oldalfelületei mentén keringetjük (az 1. ábrán látható Oyz sík mentén). Ily módon lehetõvé válik a pumpálóberendezés által termelt hõ egy részének szabályozása. Egy hûtõberendezés szintén elhelyezhetõ a 3 házban. Ez utóbbi különbözõ méretû nyílásokkal rendelkezik ahhoz, hogy szabályozni lehessen a hûtõfolyadék beáramlását a ház belsejébe. A hûtõfolyadék tehát az lámpákat körülvevõ ház belsejében, valamint a ház körül kering. Ez utóbbi hûtõberendezés lehetõvé teszi 4
1 2 3 40 4 0 60 a lámpák sugárzása által elõidézett hõ elszállítását és az erõsítõközeg hõjének korlátozását. A 3 házat az 1 diffúzor határolja. Az 1 diffúzort egy, a lámpák sugárzása szempontjából transzparens tartály alkotja, amely például préselt magnézium-oxid-porból van. Egy másik megvalósítási módnál az 1 diffúzor adott esetben lehet szennyezetlen kerámiából is. A lámpák által kibocsátott fényt szóró és azt visszaverõ közeg a formáját tekintve optimalizálható és a 2. ábrán látható formától eltérõen is kialakítható. Az 1 diffúzor, a hûtõfolyadék, a 3 ház és a 4 UV¹szûrõ egy, a hûtõfolyadék szempontjából szigetelõ 22 környezetben van elhelyezve. Ennek érdekében 21 kötéseket használunk az említett környezetnek a 2 erõsítõközeghez történõ rögzítésére. Az erõsítõközeg legnagyobb középfelületét alkotó Oyz alapsíkra nézve szimmetrikus berendezésben az említett közeg két oldalán egy olyan 22 környezet található, amely a fent említett elemeket tartalmazza. Egyrészt a pumpálóberendezés szimmetriája lényeges a homogén hûtés és az erõsítõközeg szimmetriája szempontjából, ami ily módon korlátozza az erõsítõközegnek a hõterhelés hatására fellépõ mechanikai deformációját. Másrészt a pumpálóberendezés szimmetriája miatt az erõsítõközegre ható termomechanikai igénybevétel következtében fellépõ kettõs törés alakul ki az Ox és Oy optikai tengelyek mentén. Ily módon az egyik tengely mentén polarizált és az erõsítõközegben felerõsített lézernyaláb továbbra is polarizált marad a nyaláb teljes keresztmetszete mentén. A berendezés a henger alakú lézerrúddal megvalósított pumpálószerkezetekhez képest azzal az elõnnyel jár, hogy nem idézi elõ a felerõsített nyaláb irányfüggõ depolarizálását. A 3. ábrán az erõsítõberendezés egy olyan változata látható, ami olyan folyadékcsatlakozókat tartalmaz, amelyek lehetõvé teszik a hûtõfolyadék bevezetését és kivezetését. A folyadék áramlásának szabályozása révén lehetõvé válik a pumpálóberendezés hõmérsékletének beállítása. A lámpák által elõidézett hõ nagyságát korlátozzuk, az erõsítõközeg élettartamát és deformációit az igényekhez igazítjuk. A beesõ lézernyaláb az A felületen lép be az erõsítõközegbe és felerõsítve a B felületen lép ki. Az erõsítõközeget alkotó, ionokkal (például ritkaföldfémionokkal) szennyezett kerámia lehetõvé teszi 2 cm 2 -nél jóval nagyobb A és B felületek megvalósítását, amely egyébként a maximális megvalósítható felületméret például az YAG egykristály esetén. Az erõsítõközegek mérete rendkívül nagy lehet a gyártási eljárás miatt, amely már nem a kristálynövesztésen, hanem a kerámiagyártáson alapul. Ezt a felületet nem korlátozza a lézerkerámia (például a ritkaföldfémionokkal szennyezett YAG kerámia). A nagy felületek tehát lehetõvé teszik a nyaláb több tíz joule energiájúra történõ felerõsítését impulzus üzemmódban, illetve mintegy több tíz kw teljesítményûre történõ felerõsítését folytonos üzemmódban. Az erõsítõközeg C és D oldalfelületei egy olyan eszközzel vannak ellátva, amely lehetõvé teszi az említett felületek közötti keresztirányú parazita lézersugárzás kialakulásának megakadályozását. Egy ilyen eszköz különbözõ természetû lehet: az erõsítõközeg lézerhullámhosszán tükrözõdésgátló bevonat; a C és D oldalak barázdálása; az említett oldalak fénytelenítése; vagy az említett felületekre egy vagy több abszorbens anyag felvitele. Ez utóbbi egy vagy több anyag a szennyezett kerámia lézersugárzási hullámhosszán abszorbens és lehetõvé teszi a lézerkerámia törésmutatójának beállítását. Az erõsítõközeg A és B oldalai olyan eszközzel vannak ellátva, amelyek lehetõvé teszik az említett oldalak közötti parazita lézeres elõsugárzás jelenségének megakadályozását. Ez az eszköz szintén többféle természetû lehet: az erõsítõközeg lézerhullámhosszán tükrözõdésgátló bevonat; és/vagy az A és B oldalak megdöntése néhány fokos szögben az Oy tengely körüli elforgatás révén. Ez utóbbi esetben az erõsítõközeg kvázi parallelepipedon alakúvá válik. Az lámpák száma, azok elhelyezése és a köztük lévõ távolság olyan paraméterek, amelyeket optimálisan választunk meg ahhoz, hogy a pumpa a lehetõ leghomogénebb módon legyen elhelyezve az erõsítõközegben. Ily módon az optikai diffúzor kiválasztása és annak alakja a lámpák beállításával együtt (vagyis a lámpák számával, azok közötti távolsággal és azok elhelyezésével) lehetõvé teszi a maximális erõsítés elérését a pumpa homogén elhelyezésével az erõsítõközegben. Az itt bemutatott nagy átlagos teljesítményû, újszerû erõsítõberendezés használata számos példaként szolgáló nem korlátozó értelmû alkalmazásban lehetséges: a femtoszekundumos lézerek területén a titán-zafír (Ti:Sa) erõsítõközegek vagy a frekvenciában eltérõ impulzusos paraméteres erõsítõk (OPC- PA) egyaránt használhatók. A rövid távú cél, hogy lehetõvé váljon olyan csúcsteljesítmény elõállítása, amely a petawatt nagyságrendbe esik, vagyis nagyságrendileg 1 W, és az ismétlési gyakoriság néhányszor Hz. Ennek érdekében a pumpálólézereknek nagyságrendileg 0 J energiát kell továbbítaniuk impulzusonként Hz¹es ismétlési gyakoriság mellett, a látható spektrum zöld színnek megfelelõ tartományában. Egy ilyen lézerrendszer, vagyis petawattos lézerpumpálásához rendszerint 1 villanólámpával pumpált erõsítõközegre van szükség, amely berendezések Nd:YAG egykristályt tartalmaznak. A találmány szerinti berendezésnek köszönhetõen a jövõben 2¹nél kevesebb erõsítõberendezés is elegendõ lesz erre a célra, amelyek Nd:YAG kerámiát tartalmaznak. A beszerzési és az üzemeltetési költségek jelentõsen lecsökkennek, a lézerlánc kapacitása jelentõsen megnövekedik és a szoftveres vezérlés jelentõsen leegyszerûsödik. Bizonyos fémek felületének mechanikai szilárdsága javítható lézeres kezeléssel egy olyan lézerrendszer segítségével, amely például Nd:YAG kerámia erõsítõt tartalmaz, és amely alkalmas
J¹nál nagyobb energiájú impulzusok továbbítására Hz¹nél nagyobb ismétlési gyakoriság mellett. Ez az alkalmazás különösen az ûrkutatásban tarthat érdeklõdésre számot. Az olyan alkalmazások, mint például a festés fényesítése, a lézeres eltávolítás, a mikromegmunkálás, az anyagok vágása vagy hegesztése a jelenleginél nagyobb sebességekkel mind-mind a találmány szerinti erõsítõberendezés lehetséges alkalmazási területei. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Erõsítõeszköz, amely tartalmaz egy parallelepipedon alakú erõsítõközeget (2), az erõsítõközeg és a lámpák hûtésére szolgáló eszközt, amely hûtõfolyadékot () keringetõ kört tartalmaz, továbbá olyan pumpálóeszközt, amely az erõsítésre szolgáló elsõ sugárzást és egy adott frekvenciatartományban az erõsítõanyag károsodását elõidézõ második sugárzást kibocsátó lámpákat () tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a lámpák egy házban (3) vannak elhelyezve, amely a második sugárzás legalább egy részét elnyeli és amely különbözõ méretû nyílásokat tartalmaz, amelyek lehetõvé teszik a hûtõfolyadék () keringetését. 2. Az 1. igénypont szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a lámpák villanócsövek. 3. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az erõsítõközeg lézerkerámiaalapú anyag. 4. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az erõsítõközeg Nd 3+ -ionokkal szennyezett YAG kerámia. 1 2. A 4. igénypont szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az erõsítõközeg Cr 3+ -ionokkal továbbszennyezett YAG kerámia. 6. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az eszköz az erõsítõközeg (2) által alkotott síkra (Oyz) szimmetrikusan van kialakítva. 7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy az erõsítõközeg (2) legalább két szemközti felülete meg van döntve egymáshoz képest néhány fokos szögben az Oy tengely körüli elforgatással és ebben az esetben az erõsítõközeg kvázi parallelepipedon alakú. 8. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a ház kvarc- vagy üvegalapú, szamáriumionokkal szennyezett anyagból van. 9. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a lámpák egy második UV sugárzást bocsátanak ki.. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a ház elnyeli azokat a fotonokat, amelyek spektruma egybeesik az erõsítõközeg lézeremissziós sugárzásával. 11. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a ház (3) és az erõsítõközeg (2) között egy UV¹szûrõ (4) van elhelyezve. 12. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a ház egy olyan optikai diffúziós anyaggal (1) van bevonva, amely az erõsítõközeg pumpálását egyenletessé teszi. 13. A 12. igénypont szerinti eszköz, azzal jellemezve, hogy a diffúziós anyag egy tartályban összetömörített magnézium-oxid-por vagy szennyezetlen kerámia. 6
HU 008 033 T2 Int. Cl.: H01S 3/092 7
HU 008 033 T2 Int. Cl.: H01S 3/092 Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest