JPH025490A - ソリッドステート・マイクロレーザー - Google Patents

ソリッドステート・マイクロレーザー

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JPH025490A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 本発明は、光励起ソリッドステート・レーザーに関する
。
光励起ソリッドステート・レーザーは、２０年以上にわ
たって有効なコヒーレント光源であることが立証されて
きた。例えば、半導体レーザーは、ネオジウム：イット
リウム−アルミニウム−ガーネット（Ｎｄ　：　ＹＡＧ
）の如きソリッドステート結晶物質を励起するため使用
されており、今日市販されている。はとんどのレーザー
物質、特にソリッドステート結晶においては、特殊およ
び（または）空間的正孔バーニング（ｂｕｒｎｉｎｇ）
の存在は、腔内モード間隔が活性媒体の利得帯＠１１１
より小さな素子において振動する１つ以上の縦方向モー
ドを生じることになる。
これらの公知の素子は、単一周波数作動即ちリング・キ
ャビティ形態における動作を達成るためにはレーザー共
振器におけるモード選択素子を必要とする。
〔発明の要約〕
ソリッドステート光励起マイクロレーザーは、２つのミ
ラー間に置かれたソリッドステート利得媒体を含み、ミ
ラー間距離、キャビティ長さは、利得媒体の利得帯域巾
がキャビティ・モードの周波数間隔よりも小さくなるよ
うに選択されている。望ましい実施態様においては、ミ
ラーは直接利得媒体上に析出されたコーティングの形態
を呈する。あるいはまた、ミラーは別個の素子でよく、
サンドイッチ形態に利得媒体に対して溶着することがで
きる。
キャビティの長さが活性利得媒体の帯域ｒｊｊよりも大
きな腔内モード間隔を提供するように選択される故に、
素子が１つの横方向モードで作動する時、唯１つの縦方
向モードが発１辰することになる。光励起は、半導体注
入レーザーまたはレーザー・アレイの如く適当なソース
により生じることができる。
〔実施例〕
本発明が基礎とする理論については、第１図に関して次
に論述する。カーブＩＯは、Ｎｄ：ＹＡＧまたはネオジ
ウム五燐酸塩（Ｎ　ｄ　　ｐｅｎｔ、ａｐｈｏｓ　−ｐ
ｈａＬｅ）の如きソリッドステートの利得媒体における
利得と周波数の関係グラフである。カーブ１０の利得帯
域１］は、矢印１２と１４間の間隔として規定される。
また第１図に示されるのは、周波数の関数としての腔内
モード１６〜２４である。キャビティ長・モード１６〜
２４の隣接するものの間の間隔は、式υ。＝　ｃ　／　
２　ｎ　ｆｌで与えられる。但し、Ｃは光の速度、ｎは
利得媒体の屈折率、又は共振キャビティの長さである。
当条者には明らかなように、もしキャビティモードの間
隔ν。か生じる帯域［１１シロよりも大きければ、発振
器が１つの横方向モードで作動する時、唯１つの縦方向
モードが発振することになる。
第２図によれば、マイクロレーザー３０は、１対のミラ
ー３４と３６間に置かれたソリッドステート利得媒体３
２を有する。第１図に関する上記の論請によれば、ミラ
ー３４と３６間のキャビティ長さ込は次の不等式を満た
す。即ち、、Ｑ〈ｃ７’２ｎｖｇ、、１Ｌ１１．、νｇ
は利得媒体の帯域。１１ｌである。適当なソリッドステ
ート用得媒体は、Ｎｄ：ＹＡＧおよびネオジウム１１燐
酸塩である。
レーザーのミラー３４および３６は、レーザー利得媒体
３２の対向面上に直接析出するか、あるいは薄いガラス
または他の適当な材料を用いて形成しその後サンドイッ
チ構造を形成′１−るため利得媒体３２に対して溶接さ
れたコーティングのいずれでもよい。Ｎｄ：ＹＡＧの如
きレーザー利得媒体においては、キャビティ長さは略々
数百μｍであるが、ネオジウム五燐酸塩の如き化学ｍ論
比合物レーザー物質の場合は、キャビテでの長さは典型
的には１０乃至　ｌ１１０μｍの範囲内にある。
動作においては、フィクロレーザー３０は、半導体注入
レーザーまたはレーザー・アレイの如き適当なソースに
よって励起される。ダイオード・レーザー・ポンプ３８
は第２図に示される。
ダイオード・レーザー・ポンプ３８からの励起ビーム４
０は、光学的な集束系４２により集束され、１つの空間
モードで作動するようにマイクロレーザー３０を光励起
する。マイクロレーザー３０は、この時出力ビーム４４
を生成する。
あるいはまた、ダイオード・レーザー・ポンプ３８は、
第３図に示される如きマイクロレーザー：ｌＯのミラー
３４に対し°ｒ直接溶着することができる。
励起レーザー光線の吸収長さがレーザー物質の長さより
も長い場合には、ポンプ・レーザーの吸収性は、レーザ
ー物質を励起レーザーの波長におけるファブリ・べｃｙ
　−（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｌ；）の共振器の内側に設
置することにより強化することができる。例えば、第２
図においては、両方のレーザー・ミラー上の８電性コー
ティングが、レーザー物質の波長においＣｉ！ｉ　ｉｌ
Ｅにコーティングを施すことに加えて、励起レーザー波
長において高い反射率を呈しよう。
マイクロレーザー３０は、Ｎｄの１．３２μｍの遷移領
域を含むいくつかの波長において作動するように作るこ
とができ、これは光フアイバ通信およびファイバ・セン
サに使用可能である。
更にまた、マイクロレーザー３０の周波数は、通信規格
として充分に規定された搬送波周波数を提供するように
、原子または分子吸収の如き二次周波数基準に固定する
ことができる。多重通信システムは、周波数を固定した
マスター発振器から側波帯を生成することにより作動さ
せることができる。このようなシステムは、どんな通信
システムでも他のシステムと共用できるが、これは各チ
ャネルが絶対的に識別し得る周波数を有することになる
ためである。
マイクロレーザー３０は、光キャビティの有効長さを変
更する等の多くの方法において同調が可能である。キャ
ビティの長さは、利得媒体あるいはレーザー・キャビテ
ィに含まれる他の物質の屈折率を変えることにより変更
することができる。屈折率を変更するだめの機構は、温
度に依存する屈折率効果あるいは電子光学的あるいは圧
電効果をそれぞれ利用することにより、熱的あるいは電
子的なものでよい。あるいはまた、レーザーの同調のた
めレーザー・キャビティ・ミラーの１つを動かずために
、圧電その他の機械的素子を用いることもできる。
マイクロレーザー３０は、半導体製造業において使用さ
れる如きものと類似するミクロ製造手法を用いて非常に
コンパクトかつ安定にすることができる。マイクロレー
ザー３０の設計は、悪い条件下で使用するため大きな衝
撃に耐えるようにすることを可能にする。マイクロレー
ザー３０装置の１つの用途は、狭い線１１１の使用を必
要とする光ファイバ・ジャイロ用がある。
マイクロレーザー３０はまた、低い温度ｌ，５゜ケルビ
ンにおける液体ヘリウムの温度から室温より若干低い温
度）で作動させることもできる。このような作動は、安
定で正確な周波数出力を生じる。活性利得媒体における
スペクトル利得線長さは、低温において非常に狭く（あ
る場合には、１００ＭＩＩｚより小さい）なり得る。公
知の多くの手法を用いてマイクロレーザー３０をそれ自
体の利得ピークを固定することにより、僅かに数キロヘ
ルツの精度を以て絶対作動周波数を得ることができる。
本発明の修正および変更が当業者には明らかでありこと
が認められ、全てのかかる修正および変更は頭ｉ！ｔの
特許請求の範囲内に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は周波数の関数としての利得帯域ｒＩＪおよびキ
ャビティ・モードのグラフ、第２図は本発明によるマイ
クロレーザーを示す斜視図、および第３図はダイオード
・レーザー・ポンプをレーザー・ミラーの１つに対して
溶接したマイクロレーザーの一実旅態様を示す断面図で
ある。 ３０・・・マイクロレーザー、３２・・・ソリッドステ
ート利得媒体、３４．３６・・・ミラー、３８−・・ダ
イオード・レーザー・ポンプ、４０・・・励起ビーム、
４２・・・光学集束系、４４・・・出力ビーム。 ＦＩＧ、１ 凹面の浄書（内容に変更なし） ｌＳＩ迎紋 （外４名） ＦＩＧ、３ 手続補正書 １゜ ２゜ 事件の表示 平成１年特許願第２４７４５号 発明の名称 ソリッドステート・マイクロレーザー ３、補正をする考 １１件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　マサチューセッツφインステチュート・オブ
・テクノロジー ４゜

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、２つのミラー間に配置されたソリッドステート利得
    媒体を設け、該ミラー間の距離は、前記利得媒体の利得
    帯域巾がキャビティ・モードの周波数間隔よりも小さな
    ように選択されることを特徴とする光励起ソリッドステ
    ート・マイクロレーザー。 ２、ミラー間の距離ｌが下式を満たすことを特徴とする
    請求項１記載のマイクロレーザー。即ち、 ｌ＜ｃ／２ｎν＿ｇ 但し、ｃは光速度、ｎは利得媒体の屈折率、およびν＿
    ｇは利得媒体の利得帯域巾である。 ３、前記ミラーが前記利得媒体の対向面上に直接析出さ
    れたコーティングの形態を呈することを特徴とする請求
    項１記載のマイクロレーザー。 ４、前記ミラーが、前記利得媒体の対向面に対して溶着
    された個々の素子であることを特徴とする請求項１記載
    のマイクロレーザー。 ５、前記利得媒体がネオジウム：イットリウム−アルミ
    ニウム−ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）であることを特徴
    とする請求項１記載のマイクロレーザー。 ６、前記利得媒体がネオジウム五燐酸塩（Ｎｄｐｅｎｔ
    ａｐｈｏｓｐｈａｔｅ）であることを特徴とする請求項
    １記載のマイクロレーザー。 ７、前記利得媒体がネオジウム：イットリウム−アルミ
    ニウム−ガーネットであり、ミラー間の間隔が数百μｍ
    の範囲内にあることを特徴とする請求項１記載のマイク
    ロレーザー。 ８、前記利得媒体がネオジウム五燐酸塩であり、前記ミ
    ラー間の間隔が１０乃至１００μｍの範囲内にあること
    を特徴とする請求項１記載のマイクロレーザー。 ９、マイクロレーザーを光励起するため該マイクロレー
    ザーに隣接する半導体ダイオード・レーザーを更に設け
    ることを特徴とする請求項１記載のマイクロレーザー。 １０、半導体ダイオード・レーザーに対して溶着される
    ことを特徴とする請求項９記載のマイクロレーザー。 １１、前記利得媒体およびミラーが、マイクロレーザー
    が光励起される周波数のファブリーペロー型共振器を形
    成することを特徴とする。 請求項１記載のマイクロレーザー。 １２、前記コーティングが、利得媒体が光励起される波
    長において高い反射率を有することを特徴とする請求項
    ３記載のマイクロレーザー。 １３、前記ミラーが、半導体ダイオード励起レーザー周
    波数において高い反射率を有する誘電性コーティングを
    含むことを特徴とする請求項９記載のマイクロレーザー
    。
JP1024745A 1988-02-02 1989-02-02 ソリッドステート・マイクロレーザー Expired - Lifetime JPH07112082B2 (ja)

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US07/151,396 US4860304A (en) 1988-02-02 1988-02-02 Solid state microlaser

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EP (2) EP0571051A1 (ja)
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