效率下的非常高功率束，至多达经由HEM方法生长的所示范 增益材料的功率处置限制。激光束的横截面扩大，因此此架构呈现大表面积板条，以供束与 之交互。头部的大小仅受产生晶锭的HEM炉的大小限制，板条晶体从所述晶锭切割。举例 来说，如果利用-15cmX15cm的束横截面，在Icm厚的15cm高乘30cm长的活动板条中进 行此配置，那么将在简单且相对较小的装置中产生具有大量峰值和平均功率的束。
[0080] 然而，即使经由例如扩散接合等所描述的方法来组合较大的板条放大器晶体，最 佳泵灯大小也可能限于-15cm的长度，或6mm直径2mm键孔封套的6千瓦功率。此限制归 因于电极中所沉积的20%的热量（如果在AC波形输入上操作，那么对应于每一端10% )。 充当阳极的电极获得热量沉积，其在每一半循环上发生。可在具有较长寿命的6_直径石 英管中管理此热负载。不同尺寸将具有不同的热移除特性，且因此不同的寿命。如果选择此 泵灯功率和长度来与较大板条晶体一起使用，那么灯将构造有电极部分，其以90度进入， 以简写的"U"形配置装备其间的15cm弧形部分。这种类型的灯将穿过后反射体安装在错 列的并行插口中，使得图11中所示的行将被阵列取代。所述布置可例如用来实现结合变石 (水银灯）或钛蓝宝石（碘化铊灯）激光板条使用的碘化铊或水银弧光灯的均匀泵光强度。
[0081] 替代材料
[0082] 上述设计的变化是使用碘化铊以及水银作为弧光灯中的填充物（这改变了泵光 的光谱，参考以引用的方式并入的专利7, 061，182,其如果修改成包含冷却能力且具有较高 的功率负载，那么可用作泵光源来以较低效率为代价提供较长的寿命）。另一选择是使用 碘化铊作为以钛掺杂蓝宝石（Ti=Al2O3)作为激光板条增益媒介的蓝宝石灯内部的填充物。 在使用碘化铊灯的情况下，将腔滤光片用作产生UV光的灯也将是合乎需要的。此（Hg/Ar+ 碘化铊）配置可避免腔滤光片，因为所述灯在主要535nm下具有71%的输出。这是几乎处 于Ti=Al2O3吸收带的峰值的带。
[0083]虽然此配置将可能不支持用作振荡器，此配置将适合于用作实际放大器。此配置 仍将比变石放大器低效，因为在180摄氏度的温度下，荧光衰减时间在变石中与钛蓝宝石 增益材料相比长大约二十五倍（例如，75微秒对3. 2微秒）。然而，如果设计者需要以比变 石长的频率操作，那么Ti=Al2O3系统将能够这么做。
[0084]应用
[0085] 高功率激光器的若干重要用途之一是在经脉冲激光沉积（PLD)中。如果高重复率 Q切换脉冲（使用应用于本公开中所论述的实例激光器的若干市售外部切换装置中的一者 来创建这些脉冲）指向溅镀靶材，接着可将任何原子种类或化合物的离散层转移到衬底， 从而形成结构化微层装置。对甚至高功率PLD的改进将为在PLD的目标气化使用中使用此 激光器的两个版本。在此实例中，可使用最高平均功率激光器（例如，在大约13, 333Hz下 产生高辐射率Q切换脉冲的变石）来以高速率移除目标材料。来自作为超快激光器操作的 钛激光器的处于较高重复率（例如，312. 5kHz)的第二束指向离子原子沉积材料的在途羽 状物。此双重激光使用将大大改进所产生的膜的质量，因为任何所射出的微粒物质将由第 二激光器完全转换为原子电离物质。
[0086] 这表不一系列制造技术，其在一端处称为加性制造，其中发生沉积，且在另一端 处，发生移除或碱性制造，其中组合构成了完整的过程。大规模实例将为将外来且先前较难 (如果不是不可制造）的化合物（例如铪钽碳化物）（地球上的最高熔点材料）PLD等离子 体喷射到膨胀匹配材料上，例如铁镍合金附接短突部分，例如柯伐合金，以建立具有或不具 有可能用于冷却的结构化内部架构的特定形状，接着移除特定量以实现净定形部分。此装 置将适合交通工具的翼部上或排气装置的等离子体羽状物中的极超音速交通工具控制表 面。此相同技术和材料的扩展将为可再用隔热交通工具皮肤材料，其将比当前材料组合轻 且结实。处于此相同技术的微观水平的将是通过后续移除特定区域且通过后续沉积其它半 导体材料来PLD沉积半导体材料层，以制作装置。作为一个实例，说明性实例将为制造二极 管激光晶锭，用其来制作便宜的二极管激光器。这将代表微电子电路或微机电装置或MEM， 因为当结合频率或谐波转换装置使用时，此高功率脉冲激光技术将准许以频谱的短频率部 分产生先前听不到的功率水平，从而准许指导微电子装置制造。作为另一实例，此技术将对 制造类金刚石碳（DCL)-微电子装置特别有用。另一实例是作为用于半导体热控制的散热 器材料的砷化硼材料的沉积。在此应用领域中，此激光器还可用作极高速度分子束外延制 造机器的增强型离子发射器。这将补充或替代市售机器中的高压离子源枪。在此实例申请 中，将Q切换源和模式锁定源（利用纳秒长度脉冲以及甚至皮秒或更小脉冲长度作用于离 子源，接着作用于离子束的选项）用于超原子化将实现束电流，所述束电流将仅受使所沉 积的离子加速到可用结构中的目标装置晶锭能力限制，而不是固有的沉积厚度限制，例如1 到10微米每小时到毫米或厘米每小时厚度。
[0087]一个实例将为使用所述激光器或双重激光器将类金刚石碳（DLC)涂层沉积（或将 实际金刚石涂层沉积）到任何金属机械衬底上。DLC层具有至少四个特征，使其对商业应用 来说很重要。第一，DLC具有合乎需要的极其硬的特征，且涂覆有DLC的表面将实际上永不 显示任何磨损。第二，DLC层具有非常高的导热性（比铜高若干倍），这使得其对于用作将 热量从其所附接到的任何表面移除的均热器来说是理想的。第三，DLC层是电绝缘的，且具 有非常高的击穿电压（-10000伏每微米厚度）。第四，DLC具有非常低的热膨胀系数，从而 允许其用作制造具有极高操作功率的集成电路和微电子装置的衬底，因为DLC将把操作热 量传导离开紧凑的单片堆叠电路结构。因此，它们可用于提供与用于许多高压或在其它方 面高电场密度应用中的相对较薄的层或较厚晶片/板条以及堆叠单片架构块的有效电绝 缘，所述应用包含用于能量储存的电容器。
[0088]应用于各种产品的制造中所使用的铜或铝线的DLC绝缘将准许经DLC绝缘的装置 在比对于聚合物绝缘材料来说可能的温度高的温度下操作。常规聚合体绝缘线装置的操作 温度限制大约为200摄氏度。通过比较，DLC涂层将至多在其石墨化温度下起作用，所述石 墨化温度在400摄氏度附近开始。DLC的导热性、非常低的热膨胀系数以及电压绝缘的组合 准许建造物理大小比其聚合物绝缘对应物小若干倍且仍将以相同功率水平下操作的装置。
[0089] 通过经脉冲激光沉积（PLD)(其中溅镀靶材为石墨或纯碳）形成的DLC涂层已在 小样本上演示，但对较大型商业应用的障碍已为缺乏如本文所公开的板条激光器等低成本 较高功率激光器的可用性。一个实现方式是使用变石和/或钛激光器，例如具有本文所公 开的设计，来产生指向供体溅镀靶材的高平均功率Q开关和/或超快脉冲，其中同时使用钛 蓝宝石版本产生约312, 500KHz或以上的脉冲速度，且在其向衬底飞行时指向羽状物（因此 超级粉化、原子化和离子化所述羽状物）。此方法可用于任何溅镀靶材，且不限于石墨作为 源材料。
[0090] 另一有用的商业应用是在通过PLD生产低成本太阳能电池或集成电路中。实际 上，可通过原子量大或小的所沉积材料的计算机控制的沉积和移除，将任何材料以任何次 序和厚度沉积在任何衬底上。对商业应用的障碍已为低成本高功率激光源的可用性。本 文所公开的激光器中的任一者可用于实现高效率多层PV(光伏）膜的经济高速产生，所述 膜例如为硅、锗、锗上的砷化镓、氮化镓、镓铟氮化物、磷化镓或任何其它镓合金，包含以下 要求，当前存在的已通过溅镀、化学蒸气或离子沉积在任何衬底材料上产生的任何现存半 导体合金均可用所描述的激光系统或双激光系统产生。此技术将包含石墨烯的高速大面积 制造，石墨烯为生长到特定形状的零件中的单层或多层配置中的厚度为一个原子的碳原子 片。
[0091] 由于PLD具有最低沉积温度，因此现在PV膜有可能可在合适的热塑性织物或箔表 面上生长。这与常规MOCVD(金属有机化学气相沉积）方法相比，将以较低的制造成本为柔 性PV阵列提供路径。
[0092] 高功率激光器在焊接和/或切割领域具有许多应用。Q切换版本的板条激光器将 准许以加速的速度来切割数英寸到数十英寸厚的钢板。20kW0)2激光器当前正用于船坞 中，但IOOkW激光器是罕见且非常昂贵的。这将不可能是如本文所公开的板条激光器系统 的情况，所述系统可更经济地制作。与其它兆瓦类激光系统相比，一种由一系列激光放大器 (例如本公开中所提供的实例）组成的系统可以减少得多的操作成本递送若干量值的此功 率。
[0093] 还可使用单一或组合激光源来进行隧穿和/或地下挖掘，所述激光源例如为所描 述的联合作为高功率激光系统而使用的脉冲和/或连续波（例如，由8,220,0965示范）。作 为组合式架构的连续和/或Q切换脉冲训练书的使用将准许将目标挖掘的岩石面切割成较 厚的垂直板条。如果切片下方的矩形部分将被挖掘以供使用铰接式传送带材料移除系统， 且接着在每一垂直切片上的此空间上方若干英尺水平引导切割束，接着在制成水平切片之 后，岩石板条的重量在某一点处将使岩石碎裂，从而落到铰接式传送带系统上。借助于在大 约一秒内将1英寸直径的孔气化到22英尺的岩石中，1兆瓦束有可能在一小时左右内，结合 传送带岩石清理系统移除10米乘10米乘一米的岩石"面板"。在重型卡车安装的架构中， 紧凑式5兆瓦系统是可行的。这将表示25到50倍的隧穿速度改进。
[0094] 激光的脉冲长度对其应用可为重要的。激光的脉冲长度越长，正气化的材料将越 可能在羽状物中含有不合需要的颗粒。这甚至可对长度为若干十亿分之一或纳秒的脉冲发 生。然而，当接近长度为一秒的脉冲的万亿分之一时，接近原子松弛时间，且这趋向于限制 材料将热量转移给邻近原子的能力，因此土块趋向于不够冷，从而无法准许吸积，且这增强 了原子化并减少了颗粒污染。这是爆炸物可加工有超快系统且不具有Q切换系统的一个原 因，使用超短或超快脉冲，气化的热量留给羽状物。
[0095] 因此，对比1皮秒短且称为超快的脉冲感兴趣。来自钛蓝宝石系统的典型脉冲长 度为100飞秒，且此类系统已产生长度短至100阿秒的脉冲。
[0096] 当用较短的激光脉冲来使物质气化时，设计者将处理较少的颗粒，这产生较好的 薄膜和较简单的过程。此特征是这些MOPA设计将在集成电路和微电子机械系统制造中有 用的原因。尤其有趣的是，DLC衬底和金刚石半导体集成电路制造使用这些激光设计。 [0097] 制造这些短脉冲的问题在于，对于横越增益材料的此短脉冲，1)所述短脉冲不花 费足够的时间来与已充电原子交互，以诱导其放弃许多所储存能量；2)用于产生此些超快 脉冲的系统通常需要一个较大（20mm直径乘6mm长）的晶体，其使短脉冲改向穿过其大约 8到20次，以实际上获得来自其的所要能量；以及3)当获得所要能量时，亮度相当高，这可 能毁坏光学器件的表面。考虑长度为一秒的一万亿分之一的1焦耳脉冲的发亮度，这将产 生一万亿分之一瓦的发亮度。针对损坏阈值的功率比例法则是脉冲长度差的1/4幂或平 方根，在此基础上，Ins长度的脉冲的5GW/cm光亮度水平将承受例如1皮秒长度的脉冲的 156MW。此脉冲长度例如大约短1000倍，因此为1000的平方根=31. 62,实例光亮度和能量 水平将为例如1焦耳下的一万亿瓦，因此新的损坏阈值将为例如1/31. 62 = 0. 03162焦耳。
[0098] 这是为何在传统超快系统中，实际脉冲长度为大约1/4纳秒长且被压缩成光栅对 以便发出啾啾生或在频谱上与频谱分量重叠的原因。这为超快放大器带来另一问题：在大 多数光学材料中，光速通常针对不同色彩而不同，这导致"色散"，其中脉冲本身的500皮秒 的蓝色部分比500皮秒的红色部分行进得慢。这是大多数系统的平均功率输出针对超快系 统受限且通常在100瓦之下提供的最重要原因之一。实例最新系统要价$300k，是用液氮来 冷却的，且需要Q切换频率双泵激光器，其要强大5倍以获得100瓦来驱动它，因此产生例 如大约$500k的系统。相反，在撰写本文时，从所公开的Ti蓝宝石放大器获得3600瓦所需 的费用例如大约为$100, 〇〇〇制造商制作所描述的100瓦超快系统的理由是其确实生产科 学，能制成所关注的膜，而金属