JPH03505948A - 突き合わせ連結された単横モード励起レーザ - Google Patents

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】 本発明は海軍研究所（Ｏｒｆｉｃｅ　ｏｆ’　Ｎａｖａｌ　Ｒｅ５ｅｒｅｈ）と の契約の実行によってなされたものであり、政府が一定の権利（ｃｅｒｔａｉｎ 　ｒｉｇｈｔ）を有する。

技術分野 本発明は一般的にダイオードでボンピング（ｐｕｍｐｅｄ）される固体レーザに 関し、とくにダイオードポンプがレーザゲイン物質（ｌａｓｅｒ　ｇａｉｎ　ｍ ａｔｅｒｉａｌ）に対して突き合わせ連結された（ｂｕｔｔ−ｃｕｐｐｌｅｄ） 改良レーザに関する。

背景技術 従来、ボンピング放射のレーザゲイン物質に対する効果的な連結のために、ロッ ドの端部にわずかに離して設けたレーザダイオード配列の出力ビームによってＮ ｄ　：　ＹＡＧレーザゲイン物質のロッドを端部励起（ｅｎｄ　ｐｕｍｐ）する ことが提案されている。また低いｆ値の集光レンズあるいはそのようなファイバ ー光学要素（Ｎｂｅｒ　ｏｐｔｉｃｓ）をダイオードポンプとロッドの端部との 間に設けてボンピング放射の集光とボンピング放射のロッドへの方向づけに役立 たせることが提案されている。

そのようなレーザは１９７６年９月２１日に発行された米国特許第３，９８２， ２０１号に開示されている。

この従来技術のレーザにおける問題の１つは、ダイオードポンプの出力面（ｏｕ ｔｐｕｔ　ｆａｃｅｔ）から出てくるボンピング放射が３０〜４０″の範囲内に ある発散円錐（ｃｏｎｅ　ｏｆｄ　ｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）を有することである。

しかしてダイオードの出力面とレーザゲイン物質への入力面との間に集光要素（ ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｅｌｅｌｌｅｎｔ）がないばあいは、ボンピング光がレーザ ゲイン材料 励起する。その従来技術のレーザにおいては、レーザロッドの側面はボンピング 放射をロッド内に戻すように磨かれており、それによりボンピング放射が長さ約 １インチのロッドの実質的に全体積を励起させる。そのような構成においでは、 ボンピングされたモード体積は、レーザ空洞（ｌａｓｅｒ　ｃａｖｉｔｙ）内に おける共振の、より高いオーダーの横モード（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｍｏｄｅ） を支えるために横断面積が充分大きい。

その結果、モード抑制技術がなければ、レーザ出力は単（ＳＩｎｇｌｅ）横モー ドとならず、高次のモードを含むことになる。基本のＴＥＭｏ。モードにおける 運転（ｏｐｅｒａｔ　ｔｏｎ）では単槽モードをうろことが望ましい。

他のものは励起されたモード体積を直径が１５０ミクロンのオーダーの導波ファ イバー（ｇｕｉｄｅｄ　ｗａｖｅ　ｆｌｂｅｒ）の小さい断面積内に閉じ込める ことを提案している。そのようなファイバーレーザにおいては、半導体ダイオー ドポンプをファイバーの端部に近接して配置し、ポンプ放射が導波媒体とゲイン 媒体とを通って伝播してファイバーによって閉じ込められるようにするのが望ま しい。

そのようなファイバーレーザはオプティックレター（Ｏｐｔｌｃ　Ｌｅｔｔｅｒ ）の１１巻７号の４１７〜４３９頁に表わされている「単一結晶（Ｍｏｎｏｌ　 Ｉｔｈｊｃ）Ｎｄ　：ＹＡＧファイバーレーザ」というタイトルの論説に開示さ れている。

前述の米国特許に開示されているように、ボンピングダイオードとレーザゲイン 媒体との間にイメージ要素を用いると、ダイオード励起レーザの複雑さを増大さ せる。

レーザ作用を生じさせるためには２つの直線配列が必要である。第１に、イメー ジングまたは集光要素がレーザダイオードの出力面に関して適切に一直線に配列 されていなければならず、第２に固体レーザゲイン媒体がダイオードとレンズの 組み合わせに対して適切に一直線に配列されていなければならない。それらの操 作の両方は直交三軸に沿った運動を要求する。直線配列の機構のコストと複雑さ をなくすことが望まれる。

ダイオード励起ファイバーレーザでは突き合わせ連結技術を利用できる。しかし ながらファイバーレーザの製作には、高度な複合結晶の成長および研磨の技術が 要求される。

発明の開示 本発明の基本的な目的は改良した単槽モードのダイオード励起レーザを提供する ことにある。

本発明の１つの形態においては、ダイオードポンプの出力面がレーザゲイン媒体 の入力面に（近接連結された）突き合わせ連結されており、レーザゲイン媒体は 光ボンピング放射のためにきわめて短い吸収長さ、すなわち５００　ミクロン以 下となるように選択されており、それにより充分に少体積のレーザゲイン物質が その物質中およびその物質を含む光学共振器中でレーザ発振の実質的に単槽モー ドだけで励起するようにボンピングされる。

本発明の他の態様では、ダイオードレーザポンプのための出力反射器および固体 レーザのための入力反射器が、ダイオードの出力面および固体レーザの入力面の うちのいずれかの共通の表面上にコーティングされており、それによって固体レ ーザの振幅および振動数の不安定性をもたらすかもしれない戻り反射がなくなる 。

本発明の他の態様では、ダイオードポンプの出力面がインデックスが合った（ｉ ｎｄｅｘ−ｍａｔｃｈｉｎｇ）光学的接着剤（ｏｐｔｉｃａｌ　ａｄｈｅｓｉｖ ｅ）によってレーザゲイン材料の入力面に突き合わせ連結させており、それによ り合成レーザ（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ　１ａｓｅｒ）の寸法および複雑さが実質的 に減少する。

本発明の他の態様では、レーザゲイン媒体が平行プラナ−（ｐｌａｎａｒ）の入 力および出力面を有し、その上に積層された反射コーティングを備えた出力面が 、レーザゲイン媒体を収容する光学発振器の出力ミラーを形成しており、それに よりレーザゲイン媒体がファプリーベロ空洞（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ　ｃａｖ ｉｔｙ）を有し、合成レーザが寸法と複雑さを減少させている。

本発明の他の態様では、光学的透明部材がレーザゲイン媒体に固着され、その光 学的透明部材の出力面がコーティングされてレーザゲイン媒体を収容するレーザ 空洞の反射器のうちの１つを形成しており、それによりレーザの寸法と構造が使 用にあたって減少している。

本発明の他の態様においては、光学的非線形部材がレーザゲイン媒体に固着され 、その光学的非線形物質の出力面がレーザ空洞の出力ミラーを構成するようにコ ーティングされており、それにより高調波発生器（ｈａｒｍｏｎｉｃｇｅｎｅｒ ａｔｏｒ）の寸法および複雑さが減少される。

本発明の他の態様においては、光学的透明部材がレーザゲイン媒体に固着され、 かつ反射コートでコーティングされてレーザ空洞の出力ミラーを構成している。

加えて光学的透明部材は、レーザゲイン媒体の符号（ｓｉｇｎ）の逆符号の、そ こを通る光学的バス長さくｐａｔｈ　＋　ｅｎｇｔｈ）の温度係数を有する物質 からつくられており、それによりレーザの出力振動のための温度係数の全体が使 用にあたって減少される。

したがって本発明は、以下に述べられる構成において例証される構成、要素の組 み合わせおよび部分の配列に関する態様を含んでおり、かつ本発明の範囲は請求 の範囲で述べられている。

図面の簡単な説明 本発明の本質および目的のより完全な理解のために、添付の図面と関連させつつ 以下詳細に説明する。

図１は本発明の特徴を示すダイオードポンプレーザの部分ブロック図形式の縦断 面図、 図２は図１の２−２線拡大断面図、 図３は図２の３−３線から見た拡大詳細図、図４は本発明の他の実施例を示す、 図３と同様の図、図５は本発明の他の実施例を示す、図４と同様の図、図６は本 発明の他のゲイン媒体の縦断面図、図７は本発明の他の実施例を図２と同様の図 である。

発明を実施するための最良の形態 まず図１〜２において、本発明の特徴を具体化しているダイオードポンプ固体レ ーザが全体として１１で示されている。入力および出力の広い面１３．１４を有 するレーザゲイン物質のスラブ（ｓｌａｂ）が、融解石英（Ｆｕｓｅｄ　ｑｕａ ｒｔｚ）のような光学的に透明な（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ　ｔｒａｎｓｐａｒｅｎ ｔ）ロッドに近接して取り付けられている。融解石英部材１５は人力面１６と出 力面１７とを有している。出力面は約１センチメータの曲率半径で湾曲しており 、鏡面１７と、レーザ波長において光学的に反射しうる同様のコーティングが施 されたレーザゲイン媒体１２の入力面１３との間で画される光学的共振器の出力 鏡を構成するように光学的コーティングが施されている。

光学的ポンピングダイオード１８は、レーザゲイン媒体の入力面１３と突合せ連 結関係になる出力面Ｉ９を有している。ここでいう「突合せ連結」とは、出力面 １９から放射され、かつ実質的にレーザ共振器の光学軸上にある光学ポンピング 放射の発散ビームが、実質的に重積モードレーザ運転、すなわちＴｅ１１　　モ ード運転を支えるように充分に小さい横断面積のモード体積をその媒体内で光学 的にポンピングするように充分に近接した、すなわち０．００１インチ未満まで 近接した連結と定義される。

これは、レーザゲイン媒体１２がポンピング放射のための比較的短い吸収長さ、 すなわち入力面１３を透過する光学ボンピング放射の８３％がレーザゲイン媒体 内の５００ミクロン未満のバス長さの範囲内で吸収されるときに達成される。吸 収長さとポンピングダイオード１８の出力面１９との間のスペースとは、ゲイン 媒体１２内でポンピングされたモード体積が単槽モード、すなわちＴｅ１１　　 モードにおけるレーザ共振を支えるように充分小さい横断面積を有するように選 択される。ポンピング放射の発散ローブ（ｄｌｖｅｒｇｅｎｔ　１ｏｂｅ）は、 鏡■３および１７の間で画される光学的共振器の光学軸と実質的に同心状に配置 されている。

光学的透明部材１５はゲイン媒体１２の出力面１４に適切な接着剤のビード２１ によって固着されている。

ダイオードポンプは銅製の取付部材２２に固着され、ついで取付部材２２は銅な どの取付ブロック２３にネジ止めあるいは固着されている。レーザゲイン媒体１ ２と光学的透明ロッド１５とは接着剤によってその取付ブロックに固着されてい る。熱電冷却器２４が取付ブロック２２および２３を所望の温度に維持する。熱 電冷却器２４の高温面は熱シンク（ｈｅａｔ　５ｉｎｋ）２５に熱交換しうるよ うに取り付けられている。サーミスタのような温度センサ２６が取付ブロック２ ３内に、その温度検知のために取り付けられている。その温度センサの出力に応 答する温度コントローラ２７が熱電冷却器２４の低温面を所望の温度に維持する 。ダイオードポンプ用の電源２８がダイオードポンプ１８に電流を供給する。

典型例において、ダイオードポンプ１８は５〜４０Ｉｌｖのレンジの出力を有す る、ゲインまたはインデックスがガイドされた単−縞（Ｓｉｎｇｌｅ　５ｔｒｉ ｐｅ）タイプのレーザダイオードである。ダイオードポンプ１８の出力周波数は 、それに供給される温度および（または）電流を変化させることにより、固体ゲ イン媒体１２における強力な吸収線（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　１ｉｎｅ＞に一致 （ｍａｔｃｈｅｄ　ｔｏ）させられる。ダイオードの電流は固体レーザ中で一定 値であってもよく、あるいは緩和（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）またはスパイクモー ド振動を生じさせるために変動されてもよい。

好ましいレーザダイオード１８の一例はサンホセ、カリフォルニア（Ｓａｎ　Ｊ ｏｓｅ、　Ｃａ１ｉｒｏｒｎｉａ）のスペクトラ・ダイオード・ラボ（Ｓｐｅｃ ｔｒａ　Ｄｉｏｄｅ　Ｌａｂｓ）製の５ＤＬ−１４００−Ｃである。好ましい温 度コントローラ２７がエレクトロニクス・デバイス・ニュース（Ｅｌｅｃｔｒｏ ｎｉｃｓ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｎｅｗｓ）　、　１９７７年６月２０日、９０ページ の図６に示されており、好ましい熱電冷却器２４は市販されているメルカーイン ダストリーズ（Ｍｅｌｃｏｒ　Ｉｎｄｕｃｔｒｉｅｓ）のフリッジチップ・モデ ル（Ｆｒｉｇｉｃｈｌｐ　ＭｏｄｅりＰＣ−０，８−３２−０８Ｌである。

レーザゲイン媒体１２の典型例は、ダイオードポンピング放射に対する７５ミク ロン未満の吸収長さを有しており、また典型的な空洞内レーザ光学（ｊｎｔｒａ −ｃａｎｉｔｙ　１ａｓｅｒｏｐｔｉｃｓ）の正確さで面１３および１４が平坦 かつ平行に研磨されたものである。ゲイン材料１２の厚さは０．１から２ミリメ ータまで変化させうる。

ダイオードボンピング放射を８５％よりも多く透過させ、かつゲイン媒体１２内 で放射するレーザ放射を９９．５％よりも多く反射する誘電性（ｄｊｅｌｅｃｔ ｒｉｃ）反射コーティングが入力面１３に施されている。ゲイン媒体１２の出力 面１４には、ゲイン媒体１２から放射されるレーザの（Ｉａｓａｎｔ）波長に対 して最適にされた誘電性の反射防止（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーテ ィングが施されている。出力面１４を透過する放射の伝達はその部材１２内で放 射するレーザの放射の９９．５％を超えるべきである。光学的透明部材１５もま た空洞内レーザ光学にとって典型的な公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅｓ）で研磨され ている。その入力面１６は平坦で、ゲイン媒体１２から放射されるレーザの波長 において９９．５％以上を伝達する反射防止コーティングが施されている。その 出力面１７は、５〜４０ミリメータの曲率半径で凸状に湾曲しており、ゲイン媒 体１２から放射されるレーザ放射の９８〜９９．８％を反射する誘電性コーティ ングが施されている。ゲイン媒体１２および光学的透明部材１５は共に剛性のあ るハウジングに固定されるか、または適切な接着剤によって２１の位置でたがい に接続されている。ゲイン媒体の出力面１４と光学的透明部材１５の入力軸１６ との間に幅が１０ミクロンを超えるギャップを設けてもよい。

典型的にレーザゲイン媒体１２はリチウム・ネオジム・テトラホスフェート結晶 （ｌｉｔｈｉｕｍ　ｎｅｏｄｙｌｕｉｔｅｔｒａｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｃｒｙｓ ｔａｌ）からなり、１ミリメータの厚さと２ミリメータ四方の断面を呈している 。平坦な面１３と１４とは１０秒（１０ａｒｃ　５ｅｃｏｎｄ）未満の平行度で ある。その表面は波長の１１１０より大きい研磨形状（ｐｏｌｉｓｈ　ｆｉｇｕ ｒｅ）に研磨される。入力面１３は８００ナノメータ、すなわちポンプ波長にお いて９０％より大きい透過率と、１．３２ミクロンにおいて９９．９％より大き い反対率を有している。ゲイン媒体１２の出力面１４には、１．３２ミクロンの 波長に対して反射を防止し、同一波長において９９．８％を超える透過率を有す るコーティングが施されている。光学的透明部材１５は長さが３ミリメータで断 面の直径が３ミリメータのロッドである。その入力面１６は平坦で、出力面１７ は曲率半径が１センチメータの凹部を有している。ロッド１５は波長の１／１０ より小さい仕上状態に研磨されている。入力面１６は１分より良い垂直度を存し 、出力面１７の湾曲部は３０ミクロンより良く芯合わせされている（　ｃｅｎｔ ｅｒｅｄ）。

入力面■６には１．３２ミクロンにおいて９９．８％を超える透過率を有するコ ーティングが施されている。出力面１７は１．３２ミクロンの波長のレーザの９ ９．７％を反射する反射コーティングが施されている。図１のレーザにおいて、 ダイオードポンプレーザのを効な、低いしきい値（Ｉｏｗ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ 　）の運転は、レーザゲイン媒体１２内における最大の強度のダイオードポンプ 放射およびレーザモード体積（Ｉａｓｉｎｇ　Ｉｍｏｄｅ　ｖｏｌｕｍｅ）と吸 収された放射とをオーバーラツプ（ｏｖｅｒｌａｐ　）することによってえられ る。

ダイオードポンプ１８の出力面１９と、ゲイン媒体の入力面１３との間にイメー ジ要素（ｉｍａｇｉｎｇ　ｅｌｅａ＋ｅｎｔ　）を備えることなく有効な運転を 行なうために、ボンピング放射はゲイン媒体１２内において、かつ入力面１３か ら小さい距離の範囲内で吸収されるべきである。そのようなばあい、エネルギは ポンプビームの重大な発散が発生する前にレーザゲイン媒体に伝達される。有効 な運転のために２つの条件が満足される必要がある。すなわち、（１）ダイオー ド出力面１９が固体媒体１２の入力面１３に近接していること（いわゆる突き合 せ接合）、そして（２）ゲイン媒体１２がポンピング放射の波長においてきわめ て強い吸収共振（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を生ずることで ある。

つぎに図３において、レーザゲイン媒体１２の入力面１３からのダイオードポン プ放射の戻り反射が３１で示されており、ゲイン媒体から出てダイオード出力面 １９から反射してくる固定レーザ放射の戻り反射が３２で示されている。

これらの２つの戻り反射の源は、３３で示す固体レーザの出力における振幅と振 動数の不安定の重大な原因である。

これらの振幅および振動数の不安定さは、ダイオードポンプの出力面１９へ戻り 反射される放射の強度と位相に依存する。半導体レーザダイオードポンプ１８は とくにこの種の高いゲインと大きい出力連結との組み合わせによる摂動に敏感で ある。ダイオード変動（ｒ　Ｉ　ｕｃｔｕａｔ　ｔｏｎｓ）は固体レーザ１２中 に緩和振動（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ　）をもたらし 、それは出力ビーム３３に正弦波曲線の変調として現われる。３２で示される固 体ゲイン媒体からの戻り反射は不安定性をもたらし、しかしその状況はいくらか すぐれており、ゲイン媒体の入力面１３がそのレーザの波長で高い反射器となる 。

図４には好ましくない戻り反射が除去された本発明の他の実施例が示されている 。図４の実施例では、とくにダイオードレーザ１８のための出力反射器とゲイン 媒体１２のための入力反射器とが、ダイオード面１９またはゲイン　。

媒体１２の入力面１３のいずれかの共通面上にコーティングされている。図４の 実施例においては、ダイオード出力面Ｉ９はその上に適用された誘電性のコーテ ィングを有しており、それはダイオードボンピング波長で０％と７０％の間の反 射率で、レーザゲイン媒体のレーザ波長（Ｉａｓａｎｔ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ 　）で９０−９９．９％である。ダイオード反射率の正確な値は用いられている 特有のダイオードのための最適値に依存する。固体ゲイン媒体１２の前面１３は 、両方の波長、すなわちポンプとレーザの波長に対して伝導率９９％を超えるよ うに反射防止コーティングが施されている。

図５の実施例においては、コーティングは図４のばあいとは逆にされている。と くに共通反射器はゲイン媒体の入力面１３上にコーティングされ、反射防止コー ティングがダイオード１８の出力面１９に施されている。反射率の値は図４の実 施例のばあいと同じであり、本実施例では出力面１９と入力面１３との距離は１ ０ミクロンよりも小さい。

図４および図５の両方の実施例においては、ポンピングダイオード１８の出力面 １９とレーザゲイン媒体１２の入力面１３同士が適切な光学接着剤で接着されて いてもよい。

好ましい実施例では、光学的接着剤はダイオードの屈折率とゲイン材料の屈折率 とをインデックス適合（ｉｎｄｅｘｍａｔｃｈｌｎｇ）させており、かつ両面１ ９および１３の間の空間を充填している。

インデックス適合した光学セメントが面１９および１３の間で用いられるばあい は、反射防止コーティングは除くことができる。この後者の実施例においては、 光学セメントを利用して、装置安定性の観点で優れているコンパクトな複合体構 造かえられる。加えて装置の寸法が減少される。

つぎに図６には、レーザゲイン媒体１２がファプリーベロ光学共振器を構成する 、１３および１４で示す媒体の対向する主面上に形成される反射器を存′する他 の実施例が示されている。ゲイン媒体の入力面１３は部材１５にレーザ放射を発 射するための高度な反射性を与え、かつ入力面１３を通過するポンプ放射を高度 に伝達するためにコーティングされている。出力面１４はゲイン媒体から発射さ れるレーザ放射の波長で９８〜９９．９％の反射率をつるようにコーティングさ れている。適切な変更として、図４および図５に関して説明したように入力面１ ３上およびダイオードの出力面上にコーティングを施してもよく、それにより図 ４〜５の共通ミラーの実施例が達成される。これらの後者の実施例では、レーザ ゲイン媒体が光学適合セメントによってダイオード１８の出力面１９に接着され ていると、ポンプダイオードそれ自体よりもそれほど大きくないレーザがえられ る。

高調波発生器を内蔵した本発明の態様が図７に示されている。とくに図７の構成 は、光学的透明部材が光学的非線形結晶３５によって置き換えられている以外は 、図２に関して前に説明したものと基本的に同じである。非線形結晶はゲイン媒 体１２中で生成されるレーザ発振の２倍の振動に位相合わせされている。

ＫＴＰまたはＭｇＯ：　　ＬｉＮｂＯ３が非線形クリスタルの典型例である。レ ーザゲイン媒体１２の入力面は１．０４８　ミクロンのレーザ波長に対して高い 伝達性を備えるようにコーティングされている。面１４および１６はそのレーザ 波長で高い伝達性を奏するようにコーティングされた反射防止物質であり、出力 面は高いレーザ波長をうるように、およびたとえば５２４ｎａの第２高調波振動 のような高調波振動に対する高い伝達性をうるようにコーティングされている。

図１〜２のレーザにおいては、光学的透明部材を、ゲイン媒体１２の係数に対し て逆符号の光学バス長さの温度係数を有する材料で作ることにより、レーザのた めの全体の温度係数が減少されている。この方法によれば、面１３および１７で 定められる光学共振器中の全体の光学パス長さはゼロに近い温度係数を有するよ うにつくることができる。このように温度係数が減少されると、レーザ出力の振 動数の温度変化に対する敏感さをきわめて低くすることができる。

タイオードポンプ１８はレーザダイオードとして述べられているが、このことは ダイオードポンプに要求されるものでなく、単にスーパールミネッセントダイオ ードであってもよい。スーパールミネッセントダイオードがポンプ１８として利 用されているばあいは、ボンピングビームの出カスベクトル幅が化学量論的にネ オジム材料中のボンピング放射の吸収の線幅、すなわち５〜１０ｎｉとほぼ同じ である。スーパールミネッセントダイオードは正確にはレーザでなく、そのため 戻り反射に敏感でない。ダイオードの出力面１９から発射される波長の放射の戻 り反射がいくらかの不安定性をもたらし、スーパールミネッセントダイオードを ポンプとして用いることにより、振動数および振幅の安定性の実質的な向上かえ られる。スーパールミネッセントダイオード１８がポンプであるばあいにおいて は、ダイオード１８の出力面１９は、特別なコーティングなしでレーザゲイン媒 体の入力面に対して突き合わせ連結される。加えて光学共振器への入力鏡はスー パールミネッセントダイオード１８の出力面１９上にコーティングできる。しか しながらそのようなコーティングはレーザゲイン媒体の波長で高い反射性を示し 、かつボンピング放射の波長で高い透過性（９９，７％）を示す。このような状 況のもとで、ダイオード１８はスーパールミネッセントダイオードとして作用す る。

ダイオードポンプ放射の高い吸収の要求に応するレーザゲイン材料には化学量論 的ネオジム化合物、高度にドープされたＮｄニガラス（Ｎｄ　：　Ｑｌａｓｓｅ ｓ）およびレージングイオンがＥ「、Ｈｏ、　ＴｍまたはＹｂである高濃度物質 とからなる。そのような媒質は１またはそれ以上の感光剤を含んでいてもよい。

低いレーザレベルの低減（ｄｅ−ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）における吸収または補 助を増加させる感光剤を含んでいてもよい。

化学量論的結晶は、ネオジムペンタホスフェート、ネオジムアルミニウムボレー ト、リチウムネオジムテトラホスフェート、その他ネオジムが結晶を形成してい る化学化合物の一部であるものがあげられる。そのような結晶はイー・カルディ ス（Ｅ、Ｋａｌｄｉｓ）編著、化オランダ（１９８０）のタイトル「カレント・ トピックス・イン・マテリアル・サイエンス（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｏｐｉｃｓ　 Ｉｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　５ｃｉｅｎｃｅ　Ｊのチクスト第４巻内のビー・アイ ・デンカ−（Ｂ、Ｉ。

Ｄｅｎｋｅｒ）により「ミニチュアネオジムレーザ」の章に記載されている。高 度にドープされたネオジムレーザガラスはソビエトのビー・アイ・デンカ−（Ｂ 、　１．Ｄｅｎｋｅｒ）他によるジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニ クス、第１１巻、第３号、２８９〜２９７頁（１９１！１年）の「凝縮ネオジム レーザガラス」に記載されている。ネオジムが活性イオンである物質では、レー ザ発光は０．９４０．１．０６．１．３２または１．８　ミクロン近辺の遷移上 で生ずる。高度にドープされたＥ「およびＨａ物質はエイ・エイ・カミンスキ− （Ａ、＾、Ｋａ１ｎｓｋ１１）による「レーザ結晶」め第７章３１９〜３５４頁 に記載されている〇 本発明の利点はレーザおよび高調波発生器を小さくし、単純化し、そて多くのば あい操作を一層安定にすることである。

前述した目的および前記の説明で述べたことが効果的に達成されることは理解さ れるだろう。さらに前述の構成は本発明の範囲から逸脱しないである種の変更が できるので、前記説明に含まれているすべての事項および添付図面に示されてい るすべての事項は異なる説明と解釈されるべきであり、限定するものと解釈して はならない。

以下の請求の範囲はここで述べた発明のすべての基本的および特徴的な態様およ び用語に関してそれらの間にあるかもしれない本発明の範囲のすべての記述を含 むものと理解されるべきである。

つぎに本発明を述べる。

国際調査報告

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザゲイン物質のダイオードポンピングされた体積部材の単横モードレー ザ発振をうるための方法であって、 レーザゲイン物質を通る光学軸を有する光学的共振器中で５００ミクロン未満の 光ポンピング放射のための吸収長さを有するレーザゲイン物質からなる部材を配 置し、 半導体ダイオードポンピング光源の出力面を前記レーザゲイン物質からなる部材 の面に突き合せ連結し、そしてレーザゲイン物質およびそれを含む光学的共振器 の中で実質的にレーザ放射の単機モードだけを励起するために一般に共振器の光 学軸上で、充分に小さいレーザゲイン物質の体積を光ポンピングするために、ダ イオードから放射される光ポンピング放射の発散ロープをレーザゲイン物質の体 積中へ向ける工程からなる方法。
2. ２．前記光学的共振器の入力側光反射器を構成するためにポンピングダイオード の出力面に光反射コーティングを施す工程を有しており、前記光反射コーティン グが、前記ダイオードから放射される光ポンピング放射を透過し、かつ前記レー ザゲイン媒体内から放射されるレーザ放射を高率で反射しうる請求項１記載の方 法。
3. ３．前記共振器の入力側光反射器を構成するために前記ゲイン物質の入力面に光 反射コーティングを設ける工程を有しており、前記光反射コーティングがダイオ ードから放射される光ポンピング放射を透過し、かつ前記レーザゲイン物質内か ら放射されるレーザ放射を高率で反射しうる請求項１記載の方法。
4. ４．前記レーザゲイン物質へ入射する光ポンピング放射が透過する前記レーザゲ イン物質の入力面に、反射防止コーティングを施す工程を有しており、前記反射 防止コーティングが光ポンピング放射およびレーザ放射の両方に対して反射を防 止しうる請求項２記載の方法。
5. ５．前記ポンピングダイオードの前記出力面に施された反射コーティングが、そ こを通過する光ポンピング放射の反射防止をもなしうる請求項４記載の方法。
6. ６．前記ポンピングダイオードの出力面に反射防止コーティングを施す工程を有 しており、前記反射防止コーティングが光ポンピング放射およびレーザ反射の両 方に対して反射防止しうる請求項３記載の方法。
7. ７．レーザゲイン物質の部材の面に前記ポンピングダイオードの出力面を突き合 せ連結する工程が、ダイオードの面と前記レーザゲイン物質の接合面との間に設 けられた接着剤の層によって、前記ポンピングダイオードの出力面を前記レーザ ゲイン物質の前記面に接着接合する工程を有してなる請求項１記載の方法。
8. ８．接着剤の層が、前記ダイオード面の屈折率を前記レーザゲイン物質の屈折率 に一致させるための屈折率を有する請求項７記載の方法。
9. ９．それらの間での光学的共振器を構成するために入力側光反射器と出力側光反 射器とを光学軸上に離間して配置する工程を有しており、前記入力側光反射器が 光ポンピング放射を透過し、かつレーザ放射を高率で反射し、前記出力側光反射 器がレーザ放射を高率で反射しうる請求項１記載の方法。
10. １０．前記レーザゲイン物質の面に、反射コーティングを施すことにより出力側 反射器を形成する工程を有する請求項９記載の方法。
11. １１．レーザゲイン部材に第２の光透過部材を固着し、該第２の光透過部材の面 に、反射コーティングを施すことにより出力側反射器を形成する工程を有する請 求項９記載の方法。
12. １２．光学的非線形物質からなる第２部材を形成し、前記レーザ放射の高調波放 射を発生させるためにレーザ放射を光学的非線形物質と相互作用させ、前記光学 的共振器から前記高調波放射を取りり出す工程を有する請求項１１記載の方法。
13. １３．光学的共振器を通る光学的パス長さの全体が、レーザ放射の波長の温度依 存変化を減少させるための小さい温度係数を有するように、前記レーザゲイン物 質の符号と逆符号の光学的パス長さの温度係数を有する物質からなる第２部材を 形成する工程を有する請求項１１記載の方法。
14. １４．その中でレーザ放射を共振させるため、および前記共振されたレーザ放射 の光学軸を構成するためのたがいに離間した一対の光反射器を有する光学的共振 手段と、 光ポンピング放射の吸収に応答してレーザ放射を発するために前記光学的共振器 内に設けられるレーザゲイン手段と、 光ポンピング放射の発散ビームを透過して発するための出力面を有する半導体ダ イオードを備えた光ポンピング手段と、 前記レーザゲイン手段が、５００ミクロン未満の吸収長さを光ポンピング放射に 対して有するレーザゲイン物質からなる、小面付固体部材を有しており、前記半 導体ダイオードの出力面を、レーザゲイン物質の前記小面付固体部材の入力面に 突合せるための、また前記レーザゲイン手段および前記光学的共振手段の中でレ ーザ放射の実質的に単機モードのみを励起するために、充分に小さい体積の前記 レーザゲイン物質を光ポンピングするように、光ポンピング放射の前記発散ビー ムを実質的に光学軸上でかつ前記レーザゲイン物質中に向けるための突合せ連結 手段 とからなるダイオードポンピング固体レーザ。
15. １５．前記突合せ連結手段が、前記光ポンピングダイオードの前記出力面をたが いに２５ミクロン未満離間させて前記レーザゲイン媒体の前記面に連結するよう に配置されてなる請求項１４記載のレーザ。
16. １６．レーザゲイン物質が化学量論的ネオジム化合物、高度にドープされたＮｄ ：ガラス、およびレージングイオンがＥｒ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂである高濃度 物質からなる群より選ばれたものである請求項１４記載のレーザ。
17. １７．前記光学的共振器の前記光反射器のうちの一方が、前記光ポンピング半導 体ダイオードの出力面に施された反射コーティングからなる請求項１４記載のレ ーザ。
18. １８．前記光学的共振手段の前記光反射器のうち一方が、前記光ポンピング半導 体ダイオードの出力面に対向する前記小面付レーザゲイン物質の面のうち一方に 施された反射コーティングからなる請求項１４記載のレーザ。
19. １９．前記突き合せ連結手段が、前記光ポンピングダイオードの前記出力面を前 記レーザゲイン媒体の前記入力面に接着的に接合するための光学的透過性接着剤 の層を有しており、前記接着剤層が前記接合された面の間に挿入され、かつ光ポ ンピング放射がその接着剤層を透過するように配置され、該接着剤層が前記ダイ オード面の屈折率と前記レーザゲイン物質の前記入力面の屈折率との間にある値 の屈折率を有してなる請求項１４記載のレーザ。
20. ２０．前記光学的共振手段の前記光反射器のうち一方が前記小面付レーザゲイン 物質の出力面上に施された反射コーティングからなる請求項１４記載のレーザ。
21. ２１．光学的に透明な小面付第２固体部材が前記光学的共振器内でかつ前記共振 手段の光学軸上に配置されており、前記第２部材がレーザーゲイン物質からなる 前記小面付部材に固着されてなるレーザであって、前記光学的共振手段の前記光 反射器のうち一方が、前記第２部材の出力面に施された反射コーティングからな る請求項１４記載のレーザ。
22. ２２．光学的に透明な前記小面付第２固体部材が前記レーザゲイン部材の符号と は逆符号の光吸収パス長さの温度係数を有しており、それによってレーザ放射の 波長の温度依存変化が減少されてなる請求項２１記載のレーザ。
23. ２３．前記小面付第２部材が、前記レーザ放射の高調波放射を発生させるための 前記光学的共振手段および該光学的共振手段から前記高調波放射を取り出すため の出力側連結手段の内部におけるレーザ放射との相互作用のために、光学的非線 形物質である請求項２１記載のレーザ。