JPH04229677A - マイクロレーザ - Google Patents
マイクロレーザInfo
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- JPH04229677A JPH04229677A JP3125111A JP12511191A JPH04229677A JP H04229677 A JPH04229677 A JP H04229677A JP 3125111 A JP3125111 A JP 3125111A JP 12511191 A JP12511191 A JP 12511191A JP H04229677 A JPH04229677 A JP H04229677A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0627—Construction or shape of active medium the resonator being monolithic, e.g. microlaser
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
- H01S3/1095—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation self doubling, e.g. lasing and frequency doubling by the same active medium
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ一般に関し
、特に、高調波出力を内部空洞発生させるレーザポンプ
マイクロレーザに関する。
、特に、高調波出力を内部空洞発生させるレーザポンプ
マイクロレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロレーザは、その改良された効率
、信頼性及び小型であるという点で興味深いものである
。フィリップ・イー・チャンブレイ（Ｐｈｉｌｉｐ
Ｅ． Ｃｈｕｍｂｌｅｙ）は「Ｍｉｃｒｏｌａｓｅｒ
ｓ ｏｆｆｅｒ Ｎｅｗ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔ
ｙ ｆｏｒ Ｒ＆Ｄ」，Ｒｅｓｅｒｃｈ ａｎｄ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ（１９８９年６月）７２ペ
ージにおいて、内部空洞結晶を、通常赤外光を放射する
マイクロレーザが可視光を放射することを可能にするた
めに使用することができ、さらに、ブリュスター板（Ｂ
ｒｅｗｓｔｅｒ）を、強度損失が最小となる偏光出力を
提供するために空洞内部に加えることができることを示
唆した。しかし、チャンブレイの考えたマイクロレーザ
はかなり大型であり、ゲイン媒質と２倍化結晶との間に
内部空洞レンズが使用されている。
、信頼性及び小型であるという点で興味深いものである
。フィリップ・イー・チャンブレイ（Ｐｈｉｌｉｐ
Ｅ． Ｃｈｕｍｂｌｅｙ）は「Ｍｉｃｒｏｌａｓｅｒ
ｓ ｏｆｆｅｒ Ｎｅｗ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔ
ｙ ｆｏｒ Ｒ＆Ｄ」，Ｒｅｓｅｒｃｈ ａｎｄ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ（１９８９年６月）７２ペ
ージにおいて、内部空洞結晶を、通常赤外光を放射する
マイクロレーザが可視光を放射することを可能にするた
めに使用することができ、さらに、ブリュスター板（Ｂ
ｒｅｗｓｔｅｒ）を、強度損失が最小となる偏光出力を
提供するために空洞内部に加えることができることを示
唆した。しかし、チャンブレイの考えたマイクロレーザ
はかなり大型であり、ゲイン媒質と２倍化結晶との間に
内部空洞レンズが使用されている。
【０００３】米国特許第４，８４７，８５１号において
、ディクソン（Ｄｉｘｏｎ）は、コンパクトでダイオー
ドポンプされる固体レーザを示した。このダイオードポ
ンプは、５００ミクロンより短い波長の光ポンプ輻射の
６３％を吸収するレーザゲイン材に基部結合（ｂｕｔｔ
−ｃｏｕｐｌｉｎｇ）されている。このような素子では
、ダイオードポンプからの光ポンプ輻射の発散光線は、
ただ１つの伝送モードでレーザ作動をさせるために十分
に小さな伝送断面積を持ったゲイン媒質に直接注入され
る。光学レンズは結合のためには必要がない。
、ディクソン（Ｄｉｘｏｎ）は、コンパクトでダイオー
ドポンプされる固体レーザを示した。このダイオードポ
ンプは、５００ミクロンより短い波長の光ポンプ輻射の
６３％を吸収するレーザゲイン材に基部結合（ｂｕｔｔ
−ｃｏｕｐｌｉｎｇ）されている。このような素子では
、ダイオードポンプからの光ポンプ輻射の発散光線は、
ただ１つの伝送モードでレーザ作動をさせるために十分
に小さな伝送断面積を持ったゲイン媒質に直接注入され
る。光学レンズは結合のためには必要がない。
【０００４】ザイホウスキー（Ｊ．Ｊ．Ｚａｙｈｏｗｓ
ｋｉ）とムーラディアン（Ａ．Ｍｏｏｒａｄｉａｎ）は
「Ｓｉｎｇｌｅ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｃｒｏｃ
ｈｉｐＮｄ Ｌａｓｅｓ」， Ｏｐｔｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ １４巻Ｎｏ１の２２〜４６ページ（１
９８９年１月１日）において、単周波数マイクロチップ
レーザの構造について報告した。それは、小型でモノリ
ス的かつ両面が平らである固体空洞（たとえば、７３０
ミクロン長の空洞）を用いており、その固体空洞のモー
ドスペーシングはゲイン媒質のゲイン幅よりも大きい。 そして、このマイクロチップレーザは、近接的に結合さ
れたレーザダイオードの合焦しない出力により米国特許
第４，８６０，３４０号において、五燐酸ニオビウムの
ような化学量論的なレーザ材からなるゲイン媒質を採用
し、そして、１０〜１００ミクロンの範囲の空洞波長を
持ったマイクロレーザを示した。
ｋｉ）とムーラディアン（Ａ．Ｍｏｏｒａｄｉａｎ）は
「Ｓｉｎｇｌｅ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｃｒｏｃ
ｈｉｐＮｄ Ｌａｓｅｓ」， Ｏｐｔｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ １４巻Ｎｏ１の２２〜４６ページ（１
９８９年１月１日）において、単周波数マイクロチップ
レーザの構造について報告した。それは、小型でモノリ
ス的かつ両面が平らである固体空洞（たとえば、７３０
ミクロン長の空洞）を用いており、その固体空洞のモー
ドスペーシングはゲイン媒質のゲイン幅よりも大きい。 そして、このマイクロチップレーザは、近接的に結合さ
れたレーザダイオードの合焦しない出力により米国特許
第４，８６０，３４０号において、五燐酸ニオビウムの
ような化学量論的なレーザ材からなるゲイン媒質を採用
し、そして、１０〜１００ミクロンの範囲の空洞波長を
持ったマイクロレーザを示した。
【０００５】光学的空洞を含む非線形光学材との相互作
用により、ある周波数の光輻射を他の周波数の光輻射に
変換することについては、アントン（Ｄ．Ｗ．Ａｎｔｈ
ｏｎ）及びサイプス（Ｄ．Ｌ．Ｓｉｐｅｓ）の「Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ Ｏ
ｐｔｉｃａｌ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ」と題された特許
出願（出願日１９８９年５月１８日出願番号３５３，８
７０号）により示された。
用により、ある周波数の光輻射を他の周波数の光輻射に
変換することについては、アントン（Ｄ．Ｗ．Ａｎｔｈ
ｏｎ）及びサイプス（Ｄ．Ｌ．Ｓｉｐｅｓ）の「Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ Ｏ
ｐｔｉｃａｌ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ」と題された特許
出願（出願日１９８９年５月１８日出願番号３５３，８
７０号）により示された。
【０００６】高調波発生器を備えたダイオードポンプレ
ーザは、ロバート・バイヤー（Ｒｏｂｅｒｔ Ｂｙｅ
ｒ）、ディクソン及びケーン（Ｔ．Ｊ．Ｋａｎｅ）の米
国特許４，７３９，５０７号、及び、バイヤーの論文〔
「Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒ−Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｏｌ
ｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒｓ」，Ｓｃｉｅｎｃｅ
２３９巻７４５ページ（１９８８年２月１２日）〕
により示された。しかし、バイヤーの示したダイオード
ポンプレーザはかなり大型であり、レンズ１又は曲面鏡
が使用されている。
ーザは、ロバート・バイヤー（Ｒｏｂｅｒｔ Ｂｙｅ
ｒ）、ディクソン及びケーン（Ｔ．Ｊ．Ｋａｎｅ）の米
国特許４，７３９，５０７号、及び、バイヤーの論文〔
「Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒ−Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｏｌ
ｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒｓ」，Ｓｃｉｅｎｃｅ
２３９巻７４５ページ（１９８８年２月１２日）〕
により示された。しかし、バイヤーの示したダイオード
ポンプレーザはかなり大型であり、レンズ１又は曲面鏡
が使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする問題点】曲面鏡やレンズが必
要でなく、小型で、レーザ発振効率が良く、組み立て易
いという長所を有した固体レーザ共振器において高調波
変換を実現できる方法と装置とが望まれている。このよ
うなマイクロレーザは可視光の発生への広い応用だけで
なく、大量生産を可能にしコストを下げ、より多くの分
野において実用にされるであろう。
要でなく、小型で、レーザ発振効率が良く、組み立て易
いという長所を有した固体レーザ共振器において高調波
変換を実現できる方法と装置とが望まれている。このよ
うなマイクロレーザは可視光の発生への広い応用だけで
なく、大量生産を可能にしコストを下げ、より多くの分
野において実用にされるであろう。
【０００８】本発明のひとつの目的は、内部で周波数を
２倍にする組立空洞マイクロレーザを提供することであ
る。
２倍にする組立空洞マイクロレーザを提供することであ
る。
【０００９】本発明のひとつの目的は、光学的な結合を
用いることなしにレーザダイオードポンプ源と近接的に
結合させることのできる、平面部のみを有したマイクロ
レーザを提供することである。
用いることなしにレーザダイオードポンプ源と近接的に
結合させることのできる、平面部のみを有したマイクロ
レーザを提供することである。
【００１０】本発明のもうひとつの目的は、各部材の被
覆面を分離させ、かつ、マイクロレーザにおけるエタロ
ン面の平行性を保つ新しいスペーサー技術を提供するこ
とである。
覆面を分離させ、かつ、マイクロレーザにおけるエタロ
ン面の平行性を保つ新しいスペーサー技術を提供するこ
とである。
【００１１】本発明のもうひとつの目的は、化学量論的
ゲイン媒質を用い、かつ、ゲイン媒質の出力輻射の高調
波を出力する効率的なマイクロレーザを提供することで
ある。
ゲイン媒質を用い、かつ、ゲイン媒質の出力輻射の高調
波を出力する効率的なマイクロレーザを提供することで
ある。
【００１２】本発明のもうひとつの目的は、１ミリメー
トルよりも薄い厚さの小板から組み立てられる、組み立
て易いマイクロレーザを提供することである。
トルよりも薄い厚さの小板から組み立てられる、組み立
て易いマイクロレーザを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明のマイクロレーザは、光ポンプ輻射の源に近
接的に結合された面とその反対側の輻射面とを有するゲ
イン媒質と、このゲイン媒質の輻射面に近接して配置さ
れ基底波長のレーザ光に対して高い透過率及び高調波波
長のレーザ光に対して高い反射率を持った近接面と基準
波長のレーザ光に対して高い透過率及び高調波波長のレ
ーザ光に対して若干の透過率を持つ上記近接面の反対側
の面とを有する高調波変換手段と、この高調波変換手段
の上記近接面の反対側の面に近接して配置され高調波変
換を最大にし高調波波長の輻射を出力する位相制御手段
とを備える。
に、本発明のマイクロレーザは、光ポンプ輻射の源に近
接的に結合された面とその反対側の輻射面とを有するゲ
イン媒質と、このゲイン媒質の輻射面に近接して配置さ
れ基底波長のレーザ光に対して高い透過率及び高調波波
長のレーザ光に対して高い反射率を持った近接面と基準
波長のレーザ光に対して高い透過率及び高調波波長のレ
ーザ光に対して若干の透過率を持つ上記近接面の反対側
の面とを有する高調波変換手段と、この高調波変換手段
の上記近接面の反対側の面に近接して配置され高調波変
換を最大にし高調波波長の輻射を出力する位相制御手段
とを備える。
【００１４】ひとつの好ましい具体例として、本発明の
マイクロレーザは、１ミリメートル以下の厚さのカリウ
ムチタンホスフェート（ＫＴＰ）及び４分の１波長板を
エタロンとなるまで磨かれた２つの平行面を持つ化学量
論的ネオジムレーザ材の１ミリメートル以下の厚さの結
晶を備える。誘電体コーティングが、磨かれた面に直接
なされることによりレーザ共振器及び高調波副共振器が
形成される。マイクロレーザは、単一縦モード出力をす
ることができ、さらに、レーザダイオードアレイ（すな
わち、近接結合ポンピング幾何）のサブマウントに取り
付けることでポンプされる。
マイクロレーザは、１ミリメートル以下の厚さのカリウ
ムチタンホスフェート（ＫＴＰ）及び４分の１波長板を
エタロンとなるまで磨かれた２つの平行面を持つ化学量
論的ネオジムレーザ材の１ミリメートル以下の厚さの結
晶を備える。誘電体コーティングが、磨かれた面に直接
なされることによりレーザ共振器及び高調波副共振器が
形成される。マイクロレーザは、単一縦モード出力をす
ることができ、さらに、レーザダイオードアレイ（すな
わち、近接結合ポンピング幾何）のサブマウントに取り
付けることでポンプされる。
【００１５】
【作用】このときの主ないくつかの長所は、１ミリメー
トル以下のサイズ、近接結合ポンピング幾何により効率
的にレーザ発振すること、モードホッピングノイズ（ｍ
ｏｄｅ−ｈｏｐｐｉｎｇ ｎｏｉｓｅ）がないこと、
デザイン及び組み立ての簡単さ、平らな部材を使用する
ことによる大量生産可能性の高さなどである。加えるに
、縦モードスペクトルは制御が簡単である。言い換えれ
ば、縦モード拮抗ノイズ（ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ
ｎｏｉｓｅ）が存在しない。
トル以下のサイズ、近接結合ポンピング幾何により効率
的にレーザ発振すること、モードホッピングノイズ（ｍ
ｏｄｅ−ｈｏｐｐｉｎｇ ｎｏｉｓｅ）がないこと、
デザイン及び組み立ての簡単さ、平らな部材を使用する
ことによる大量生産可能性の高さなどである。加えるに
、縦モードスペクトルは制御が簡単である。言い換えれ
ば、縦モード拮抗ノイズ（ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ
ｎｏｉｓｅ）が存在しない。
【００１６】本発明の他の長所及び特徴は、以下の実施
例、図面及び前述の特許請求の範囲の記載からより明ら
かとなるであろう。
例、図面及び前述の特許請求の範囲の記載からより明ら
かとなるであろう。
【００１７】
【実施例】本発明は多用な形において実施することがで
きるが、以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する
。この実施例は本発明の一つの具体例であって、本発明
はこの実施例に制限されるものではない。
きるが、以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する
。この実施例は本発明の一つの具体例であって、本発明
はこの実施例に制限されるものではない。
【００１８】組立て空洞であり内部空洞で周波数を２倍
化するマイクロレーザ１０が図１に示されている。この
マイクロレーザ１０は、ゲイン媒質１４、高調波結晶２
２及び位相制御手段１８の３つの長方形をした小板を備
える
化するマイクロレーザ１０が図１に示されている。この
マイクロレーザ１０は、ゲイン媒質１４、高調波結晶２
２及び位相制御手段１８の３つの長方形をした小板を備
える
【００１９】ゲイン媒質１４は、発光ダイオード（ここ
では、スーパールミネセント（高輝度）ダイオード及び
スーパールミネセントダイオードアレイを含む）及びレ
ーザダイオード（ここでは、レーザダイオードアレイを
含む）を含む種々の源により光ポンプすなわち励起され
る。これらの源は当業者によく知られているものである
。たとえば、ネオジムをドープされたＹＡＧロッドを端
部ポンプ（ｅｎｄ−ｐｕｍｐ）するために１つ以上の発
光半導体ダイオードを使用することは、米国特許第３，
７５３，１４５号において示されている。さらに、ネオ
ジムをドープされたＹＡＧのような固体レーザ材を端部
ポンプするためにパルスレーザダイオードのアレイを使
用することは、米国特許第３，９８２，２０１号におい
て示されている。コンパクトで組立て易いものになると
いう点でレーザダイオードはポンピング源として好まし
いものである。
では、スーパールミネセント（高輝度）ダイオード及び
スーパールミネセントダイオードアレイを含む）及びレ
ーザダイオード（ここでは、レーザダイオードアレイを
含む）を含む種々の源により光ポンプすなわち励起され
る。これらの源は当業者によく知られているものである
。たとえば、ネオジムをドープされたＹＡＧロッドを端
部ポンプ（ｅｎｄ−ｐｕｍｐ）するために１つ以上の発
光半導体ダイオードを使用することは、米国特許第３，
７５３，１４５号において示されている。さらに、ネオ
ジムをドープされたＹＡＧのような固体レーザ材を端部
ポンプするためにパルスレーザダイオードのアレイを使
用することは、米国特許第３，９８２，２０１号におい
て示されている。コンパクトで組立て易いものになると
いう点でレーザダイオードはポンピング源として好まし
いものである。
【００２０】結晶性又はガラス性の基材に３価のネオジ
ムイオンのような活性材をドープした材を含む固体レー
ザに一般的に使用されるレーザ材も存在する。希土類（
Ｎｄ、Ｔｍ、Ｅｄなど）をドープされたＹ３ Ａｌ５
Ｏ１２（ＹＡＧ）、ＹＬｉＦ４ 、（ＹＬＦ）、及びＹ
ＶＯ４ と同様に、活性材がレーザ材（たとえば、ネオ
ジムアルミニウムボラート（ＮＡＢ）の化学量論的成分
である物質を含む固体レーザ材はより好ましい。このよ
うな化学量論的材は、たとえば、五リン酸ネオジム、四
リン酸リチウムネオジム（ＬＮＰ）及び四リン酸カリウ
ムネオジム（ＫＮＰ）を含む。より詳細な固体レーザ材
の従来技術は、ウェーバー（Ｍ．Ｊ．Ｗｅｂｅｒ）編集
によるＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｌａｓ
ｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ），Ｉ巻１９８２，７２〜１３５ページ、及び、
カミンスキー（Ａ．Ａ．Ｋａｍｉｎｓｋｉｉ）によるＬ
ａｓｅｒ Ｃｒｙｓｔａｌｓ，光学におけるシュプリ
ンガーシリーズの第１４巻、１９８１，にて記載されて
いる。
ムイオンのような活性材をドープした材を含む固体レー
ザに一般的に使用されるレーザ材も存在する。希土類（
Ｎｄ、Ｔｍ、Ｅｄなど）をドープされたＹ３ Ａｌ５
Ｏ１２（ＹＡＧ）、ＹＬｉＦ４ 、（ＹＬＦ）、及びＹ
ＶＯ４ と同様に、活性材がレーザ材（たとえば、ネオ
ジムアルミニウムボラート（ＮＡＢ）の化学量論的成分
である物質を含む固体レーザ材はより好ましい。このよ
うな化学量論的材は、たとえば、五リン酸ネオジム、四
リン酸リチウムネオジム（ＬＮＰ）及び四リン酸カリウ
ムネオジム（ＫＮＰ）を含む。より詳細な固体レーザ材
の従来技術は、ウェーバー（Ｍ．Ｊ．Ｗｅｂｅｒ）編集
によるＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｌａｓ
ｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ），Ｉ巻１９８２，７２〜１３５ページ、及び、
カミンスキー（Ａ．Ａ．Ｋａｍｉｎｓｋｉｉ）によるＬ
ａｓｅｒ Ｃｒｙｓｔａｌｓ，光学におけるシュプリ
ンガーシリーズの第１４巻、１９８１，にて記載されて
いる。
【００２１】レーザ１０の空洞は、ゲイン媒質１４の外
側面１２と４分の１波長板１８の外側面１６とにより形
成される。ゲイン媒質１４の外側面すなわちポンピング
面１２は、ゲイン媒質をレーザ発振させることにより生
じた基底波長（ゲイン媒介物がＮＡＢのとき１０６４ｎ
ｍ）に対して高い反射率、及び、ポンプ波長（ＮＡＢの
ポンプ源として、アルゴンイオン、レーザポンプＴｉ：
サファイアポンプが使用された場合は８００ｎｍ）に対
して高い透過率を持つように被覆されるのが好ましい。 ゲイン媒質１４の内側面２０は、基底波長に対して非反
射性を持つように被覆される。ゲイン媒質１４の２つの
面１２、２０は平坦に磨かれ、かつ、エタロンとなるよ
うに平行（たとえば、典型的には２アークカウント以下
の平行度）にされる。当業者にとっては、曲面に磨くこ
とよりも平坦面に磨くことの方が簡単であることは当然
のことである。厚さ１ミリメートル以下の小板を用いる
ことの１つの利点は、大量生産に適しており、組み立て
易いことである。よって、本発明は特に大量生産を行う
ときに有効である。
側面１２と４分の１波長板１８の外側面１６とにより形
成される。ゲイン媒質１４の外側面すなわちポンピング
面１２は、ゲイン媒質をレーザ発振させることにより生
じた基底波長（ゲイン媒介物がＮＡＢのとき１０６４ｎ
ｍ）に対して高い反射率、及び、ポンプ波長（ＮＡＢの
ポンプ源として、アルゴンイオン、レーザポンプＴｉ：
サファイアポンプが使用された場合は８００ｎｍ）に対
して高い透過率を持つように被覆されるのが好ましい。 ゲイン媒質１４の内側面２０は、基底波長に対して非反
射性を持つように被覆される。ゲイン媒質１４の２つの
面１２、２０は平坦に磨かれ、かつ、エタロンとなるよ
うに平行（たとえば、典型的には２アークカウント以下
の平行度）にされる。当業者にとっては、曲面に磨くこ
とよりも平坦面に磨くことの方が簡単であることは当然
のことである。厚さ１ミリメートル以下の小板を用いる
ことの１つの利点は、大量生産に適しており、組み立て
易いことである。よって、本発明は特に大量生産を行う
ときに有効である。
【００２２】高調波結晶２２もまた長方形の小板である
。そして、それは１ミリメートル以下の厚さを用い、エ
タロンとなるように磨かれるのが好ましい。結晶２２の
ゲイン媒質１４に近い方の面２４は、基底波長に対して
高い透過率（すなわち、９０％以上）、及び、高調波（
たとえば、ＮＡＢがゲイン媒質として使用されていると
きの第２高調波は５３２ｎｍ）に対して高い反射率を持
つように被覆される。その反対側の面２６は、基底波長
に対して高い透過率及び高調波に対して若干の透過率（
典型的には１％から２０％）を持つように被覆される。 高調波結晶２２は、高調波出力をするためにレーザ空洞
の内部に副共振器を形成する。
。そして、それは１ミリメートル以下の厚さを用い、エ
タロンとなるように磨かれるのが好ましい。結晶２２の
ゲイン媒質１４に近い方の面２４は、基底波長に対して
高い透過率（すなわち、９０％以上）、及び、高調波（
たとえば、ＮＡＢがゲイン媒質として使用されていると
きの第２高調波は５３２ｎｍ）に対して高い反射率を持
つように被覆される。その反対側の面２６は、基底波長
に対して高い透過率及び高調波に対して若干の透過率（
典型的には１％から２０％）を持つように被覆される。 高調波結晶２２は、高調波出力をするためにレーザ空洞
の内部に副共振器を形成する。
【００２３】高調整結晶２２として用いるのに好適な材
料は、非線形光学的特性を有する材料である。たとえば
、ビェーライン（Ｂｉｅｒｌｅｉｎ）他による米国特許
第３，９４９，３２３号（１９７６年４月６日）は、Ｍ
ＴｉＯ（ＸＯ４ ）という化学式（ＭはＫ、Ｐｂ、Ｔｌ
及びＮＨ４ のうちの少なくとも１つ、そして、ＸはＰ
及びＡｓのうちの少なくとも１つであるが、ＭとしてＮ
Ｈ４ が存在するときはＸはＰのみである）で表される
物質が非線形光学的特性を有することを示した。この一
般式は、特に有効な非線形材であるチタン酸リン酸カリ
ウム（ＫＴＰ）、すなわちＫＴｉＯＰＯ４ を含む。Ｋ
ＴＰの焦電素子への応用（特に第２高調波発生での）は
、米国特許第４，２３１，８３８号及び第４，３０５，
７７８号により明らかにされた。他の非線形光学材とし
ては、これに限られるものではないが、ＮＨ４ ＰＯ４
（ＫＤＰ），ＬｉＮｂＯ３ ，ＫＮｂＯ３ ，ｐ−Ｂ
ａＢ２ Ｏ４ （ＢＢＯ），Ｂａ２ ＮａＮｂ５ Ｏ１
５，ＬｉＩＯ３ ，ＨＩＯ３ ，ＫＢ５ Ｏ８ ・４Ｈ
２ Ｏ，ニオブ酸カリウムリチウム、尿素及び有機物の
非線形材などがある。多くの異なった単軸結晶の非線形
光学的特性については、Ｓｏｖ．Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１，１９７
７年１月、１〜１３ページに示された。その他にも、シ
ン（Ｓ．Ｓｉｎｇｈ）は、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ
ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩＩＩ巻１９８６，３〜２２８
ページにおいて非線形光学材について記載しているが、
一般的にいって、フェイズマッチングをすることができ
る非線形係数を有する材がより有効である。このような
物質では、結晶の対称性が非線形性（非線形テンソル成
分が大きい）に大きく影響する。
料は、非線形光学的特性を有する材料である。たとえば
、ビェーライン（Ｂｉｅｒｌｅｉｎ）他による米国特許
第３，９４９，３２３号（１９７６年４月６日）は、Ｍ
ＴｉＯ（ＸＯ４ ）という化学式（ＭはＫ、Ｐｂ、Ｔｌ
及びＮＨ４ のうちの少なくとも１つ、そして、ＸはＰ
及びＡｓのうちの少なくとも１つであるが、ＭとしてＮ
Ｈ４ が存在するときはＸはＰのみである）で表される
物質が非線形光学的特性を有することを示した。この一
般式は、特に有効な非線形材であるチタン酸リン酸カリ
ウム（ＫＴＰ）、すなわちＫＴｉＯＰＯ４ を含む。Ｋ
ＴＰの焦電素子への応用（特に第２高調波発生での）は
、米国特許第４，２３１，８３８号及び第４，３０５，
７７８号により明らかにされた。他の非線形光学材とし
ては、これに限られるものではないが、ＮＨ４ ＰＯ４
（ＫＤＰ），ＬｉＮｂＯ３ ，ＫＮｂＯ３ ，ｐ−Ｂ
ａＢ２ Ｏ４ （ＢＢＯ），Ｂａ２ ＮａＮｂ５ Ｏ１
５，ＬｉＩＯ３ ，ＨＩＯ３ ，ＫＢ５ Ｏ８ ・４Ｈ
２ Ｏ，ニオブ酸カリウムリチウム、尿素及び有機物の
非線形材などがある。多くの異なった単軸結晶の非線形
光学的特性については、Ｓｏｖ．Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１，１９７
７年１月、１〜１３ページに示された。その他にも、シ
ン（Ｓ．Ｓｉｎｇｈ）は、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ
ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩＩＩ巻１９８６，３〜２２８
ページにおいて非線形光学材について記載しているが、
一般的にいって、フェイズマッチングをすることができ
る非線形係数を有する材がより有効である。このような
物質では、結晶の対称性が非線形性（非線形テンソル成
分が大きい）に大きく影響する。
【００２５】非線形光学材との相互作用を通してのある
周波数の光輻射から他の周波数の光輻射への変換はよく
知られた概念であり、盛んに研究が行われた。このよう
な変換の例としては、高調整発生、光学的混合（ｏｐｔ
ｉｃａｌ ｍｉｘｉｎｇ）及びパラメトリック共振な
どがある。第２高調波発生、すなわち「周波数の２倍化
」は、非線形光学の最も一般的で最も重要な例である。 基本的には、非線形光学結晶中を伝播する角周波数ωの
光波のエネルギーの一部は、角周波数２ωの波のエネル
ギーに変換される。第２高調波発生については、ヤリフ
（Ａ．Ｙａｒｉｖ）のＱｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ２版（１９７５），４０７〜４３４ページ、
及び、ケーヒナー（Ｗ．Ｋｏｅｃｈｎｅｒ）のＳｏｌｉ
ｄ Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ（１９７６）、４９１〜５２４ページに記載され
ている。
周波数の光輻射から他の周波数の光輻射への変換はよく
知られた概念であり、盛んに研究が行われた。このよう
な変換の例としては、高調整発生、光学的混合（ｏｐｔ
ｉｃａｌ ｍｉｘｉｎｇ）及びパラメトリック共振な
どがある。第２高調波発生、すなわち「周波数の２倍化
」は、非線形光学の最も一般的で最も重要な例である。 基本的には、非線形光学結晶中を伝播する角周波数ωの
光波のエネルギーの一部は、角周波数２ωの波のエネル
ギーに変換される。第２高調波発生については、ヤリフ
（Ａ．Ｙａｒｉｖ）のＱｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ２版（１９７５），４０７〜４３４ページ、
及び、ケーヒナー（Ｗ．Ｋｏｅｃｈｎｅｒ）のＳｏｌｉ
ｄ Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ（１９７６）、４９１〜５２４ページに記載され
ている。
【００２６】効率を倍化する際の高調波共振の効果につ
いてもよく知られており、種々の文献に述べられている
（たとえば、アクマノフ（Ｓ．Ａ．Ａｋｈｍａｎｏｖ）
、コブリギン（Ａ．Ｉ．Ｋｏｖｒｙｇｉｎ）及びスコル
コフ（Ａ．Ｐ．Ｓｕｋｈｏｒｕｋｏｖ）による「Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎｄ Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅ
ｒｓ」，Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
１巻，ＰａｒｔＢ，１９７５）。
いてもよく知られており、種々の文献に述べられている
（たとえば、アクマノフ（Ｓ．Ａ．Ａｋｈｍａｎｏｖ）
、コブリギン（Ａ．Ｉ．Ｋｏｖｒｙｇｉｎ）及びスコル
コフ（Ａ．Ｐ．Ｓｕｋｈｏｒｕｋｏｖ）による「Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎｄ Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅ
ｒｓ」，Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
１巻，ＰａｒｔＢ，１９７５）。
【００２７】２鏡面において高調波反射率Ｒを有する対
称共振器の非線形結晶についての高調波変換効率は、共
振のない場合の１／（１−Ｒ）倍だけ増える。最適なガ
ウス焦点においては、これは非線形結晶の長さを１／（
１−Ｒ）だけ延ばすのと同じ効果がある。高調波結晶２
２の反射面は、レーザを小型に保ったまで高調波への変
換を可能にする。
称共振器の非線形結晶についての高調波変換効率は、共
振のない場合の１／（１−Ｒ）倍だけ増える。最適なガ
ウス焦点においては、これは非線形結晶の長さを１／（
１−Ｒ）だけ延ばすのと同じ効果がある。高調波結晶２
２の反射面は、レーザを小型に保ったまで高調波への変
換を可能にする。
【００２８】マイクロレーザの第３の成分、すなわち位
相制御手段１８は、基底状態へ戻る位相及び（等方ゲイ
ン媒質及び／又はタイプＩＩの２倍化の場合）高調波変
換を最大にする偏光の両方を制御する機能を有する。タ
イプＩＩのフェイズマッチングは、２つの偏光軸を有す
る高調波結晶２２（たとえば、ＫＴＰ）を用いたときに
効率よく周波数を２倍化する点で好ましい。このような
場合、４分の１波長板が位相制御手段として使用される
。ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ のようなその他の結晶におい
ては、タイプＩのフェイズマッチングのみが可能である
。どちらの場合においても、この第３の成分での分散す
なわち複屈折は、高調波変換を最大とするために往復で
正しく基底及び高調波に位相を合わすことができる。
相制御手段１８は、基底状態へ戻る位相及び（等方ゲイ
ン媒質及び／又はタイプＩＩの２倍化の場合）高調波変
換を最大にする偏光の両方を制御する機能を有する。タ
イプＩＩのフェイズマッチングは、２つの偏光軸を有す
る高調波結晶２２（たとえば、ＫＴＰ）を用いたときに
効率よく周波数を２倍化する点で好ましい。このような
場合、４分の１波長板が位相制御手段として使用される
。ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ のようなその他の結晶におい
ては、タイプＩのフェイズマッチングのみが可能である
。どちらの場合においても、この第３の成分での分散す
なわち複屈折は、高調波変換を最大とするために往復で
正しく基底及び高調波に位相を合わすことができる。
【００２９】４分の１波長板１８が使用された時には、
その板１８は、高調波結晶２２の２つの直交軸に沿って
等しい大きさの内部空洞場を生成する。ゲイン結晶１４
、結晶２２及び４分の１波長板１８の相対的な配置が図
１に示されている。４分の１波長板１８の２つの面１６
、２８はエタロンとなるように磨かれる。内側面２８は
、高調波及び基底波の両方に対して非反射性を持つよう
に被覆されることが望ましい。外側面１６は光学的空洞
の一端を形成し、基底波長に対して高反射率及び高調波
に対して高透過率を持つように被覆されることが好まし
い。
その板１８は、高調波結晶２２の２つの直交軸に沿って
等しい大きさの内部空洞場を生成する。ゲイン結晶１４
、結晶２２及び４分の１波長板１８の相対的な配置が図
１に示されている。４分の１波長板１８の２つの面１６
、２８はエタロンとなるように磨かれる。内側面２８は
、高調波及び基底波の両方に対して非反射性を持つよう
に被覆されることが望ましい。外側面１６は光学的空洞
の一端を形成し、基底波長に対して高反射率及び高調波
に対して高透過率を持つように被覆されることが好まし
い。
【００３０】一般的に用いられる化学量論的結晶（たと
えば、ＬＮＰ、ＫＮＰ、ＮＡＢなど）はすべてゲインの
点で異方性を有し、他の内部空洞複屈折要因がない場合
は偏光を発する。高調波結晶２２軸と化学量論的ゲイン
結晶１４軸（図１の矢印参照）をそろえること及び４分
の１波長板１８の軸をこのそろえられた軸に関して４５
°回転させることによって、空洞の内部に位置し、高調
波結晶２２の２つの直交軸に沿って等しい大きさの固有
モードが形成される。これは内部空洞場の最適な高調波
変換を確実にする。
えば、ＬＮＰ、ＫＮＰ、ＮＡＢなど）はすべてゲインの
点で異方性を有し、他の内部空洞複屈折要因がない場合
は偏光を発する。高調波結晶２２軸と化学量論的ゲイン
結晶１４軸（図１の矢印参照）をそろえること及び４分
の１波長板１８の軸をこのそろえられた軸に関して４５
°回転させることによって、空洞の内部に位置し、高調
波結晶２２の２つの直交軸に沿って等しい大きさの固有
モードが形成される。これは内部空洞場の最適な高調波
変換を確実にする。
【００３１】図２において、高調波結晶２２には、約１
〜２ミクロン厚であり２つの平行面２４、２６の外端部
に近接した場所に配置される。ｅ−線（ｅ−ｂｅａｍ）
で蒸発されたＡｌ２ Ｏ３ であるスペーサすなわち「
レール」３０，３２が取り付けられる。これらのレール
は、各小板１４、１８、２２の被覆された面を互いに分
離した状態にし、マイクロレーザ１０の配置を保持する
。
〜２ミクロン厚であり２つの平行面２４、２６の外端部
に近接した場所に配置される。ｅ−線（ｅ−ｂｅａｍ）
で蒸発されたＡｌ２ Ｏ３ であるスペーサすなわち「
レール」３０，３２が取り付けられる。これらのレール
は、各小板１４、１８、２２の被覆された面を互いに分
離した状態にし、マイクロレーザ１０の配置を保持する
。
【００３２】マイクロレーザ１０は、上述のように軸を
そろえられてから、３つの小板１４、１８、２２をプレ
スすることにより組み立てられる。組み立てられた空洞
の２端面１２、１６の平行性は、各部材の平行性及びレ
ールスペーサ３０、３２が各部材の被覆された面をわず
かに分離させてこれらの平行性を保つという事から保証
される。平行性が簡単に保持できるという事及び組み立
てが簡単であるということが、本発明を大量多量すると
きの２つの利点である。
そろえられてから、３つの小板１４、１８、２２をプレ
スすることにより組み立てられる。組み立てられた空洞
の２端面１２、１６の平行性は、各部材の平行性及びレ
ールスペーサ３０、３２が各部材の被覆された面をわず
かに分離させてこれらの平行性を保つという事から保証
される。平行性が簡単に保持できるという事及び組み立
てが簡単であるということが、本発明を大量多量すると
きの２つの利点である。
【００３３】実 験
本発明の１つの具体例として組み立て空洞マイクロレー
ザが製作及び試験された。０．５ｍｍ厚のＮＡＢエタロ
ンが、化学量論的ゲイン媒質１４として用いられた。高
調波結晶２２としては０．５ｍｍ厚のＫＴＯエタロンが
、さらには、０．２５ｍｍ厚の４分の１波長板１８が用
いられた。ＮＡＢエタロンの断面は円形であったが、他
の小板の断面は正方形であった。もし、すべての小板の
断面が正方形であったならば、組み立てられたマイクロ
レーザは立方体となったであろう。しかし、断面が正方
形である必要はなく、本質的なことは結晶の軸を上述の
ようにそろえることである。
ザが製作及び試験された。０．５ｍｍ厚のＮＡＢエタロ
ンが、化学量論的ゲイン媒質１４として用いられた。高
調波結晶２２としては０．５ｍｍ厚のＫＴＯエタロンが
、さらには、０．２５ｍｍ厚の４分の１波長板１８が用
いられた。ＮＡＢエタロンの断面は円形であったが、他
の小板の断面は正方形であった。もし、すべての小板の
断面が正方形であったならば、組み立てられたマイクロ
レーザは立方体となったであろう。しかし、断面が正方
形である必要はなく、本質的なことは結晶の軸を上述の
ようにそろえることである。
【００３４】３つの構成物１４、１８、２２は、銅とプ
ラスチックとの２枚の板の間に置かれた。Ａｌ２ Ｏ３
のスペーサレールが３つの構成物１４、１８、２２を
分離した。４つの螺旋軸がこれら構成物を組み立てる際
に利用された。マイクロレーザ１０は、２５ｍｍの焦点
距離を有するレンズによりゲイン媒質１４のポンプ面（
すなわち外側面）１２上に結像された、アルゴンイオン
、レーザポンプ、Ｔｉ：サファイアレーザの出力（図１
の矢印３４、たとえば、８００ｎｍのポンピング波長を
有する）によりポンプされた。１ｍＷのＣＷ出力（矢印
３６）は、ポンプ入力（矢印３４）が１４０ｍＷのとき
に観測された。８ｍＷの最大高調波出力は３７５ｍＷの
入力のときに記録された。その出力波長は５３２ｎｍで
あった。
ラスチックとの２枚の板の間に置かれた。Ａｌ２ Ｏ３
のスペーサレールが３つの構成物１４、１８、２２を
分離した。４つの螺旋軸がこれら構成物を組み立てる際
に利用された。マイクロレーザ１０は、２５ｍｍの焦点
距離を有するレンズによりゲイン媒質１４のポンプ面（
すなわち外側面）１２上に結像された、アルゴンイオン
、レーザポンプ、Ｔｉ：サファイアレーザの出力（図１
の矢印３４、たとえば、８００ｎｍのポンピング波長を
有する）によりポンプされた。１ｍＷのＣＷ出力（矢印
３６）は、ポンプ入力（矢印３４）が１４０ｍＷのとき
に観測された。８ｍＷの最大高調波出力は３７５ｍＷの
入力のときに記録された。その出力波長は５３２ｎｍで
あった。
【００３５】高調波出力は空洞の全長に大きく依存する
ことがわかった。ゲイン媒質１４はＫＴＰの共振波長の
正確に２倍の波長で稼動させるべきであるが、実験の結
果、波長の幅が広いほど高調波変換の効率がよくなるこ
とが明らかとなった。これはＫＴＰの厚さが１ミリメー
トル以下であることが原因であると考えられる。実験を
進めることによりこの現象は説明されることであろう。
ことがわかった。ゲイン媒質１４はＫＴＰの共振波長の
正確に２倍の波長で稼動させるべきであるが、実験の結
果、波長の幅が広いほど高調波変換の効率がよくなるこ
とが明らかとなった。これはＫＴＰの厚さが１ミリメー
トル以下であることが原因であると考えられる。実験を
進めることによりこの現象は説明されることであろう。
【００３６】共振器ミラーにわずかな傾きがあったとき
に、これを共振条件を充たすようにする最も簡単な方法
は、レーザ共振器１０をポンプに垂直にすることであっ
た。レーザの出力安定性は数秒間に渡り良好であったが
、空洞の構成物の発熱により、基底レーザ出力は数１０
秒間に渡って高調波結晶エタロンとの共振を妨げられた
。空間的なモードはすべての条件において高い空間的な
質であった。非線形のエタロンを使用することにより予
期された緑環が主出力の周りに存在した。しかし、この
緑環は、レーザ空洞から約３フィート離れた所から視覚
することはできなかった。所望であれば、この緑環は、
外部空洞の絞りにより除去できる。１ＧＨｚまでは出力
中に重大なノイズのピークは発見されなかった。加うる
に、この出力は、実質的に縦モード拮抗ノイズを免れて
いる。
に、これを共振条件を充たすようにする最も簡単な方法
は、レーザ共振器１０をポンプに垂直にすることであっ
た。レーザの出力安定性は数秒間に渡り良好であったが
、空洞の構成物の発熱により、基底レーザ出力は数１０
秒間に渡って高調波結晶エタロンとの共振を妨げられた
。空間的なモードはすべての条件において高い空間的な
質であった。非線形のエタロンを使用することにより予
期された緑環が主出力の周りに存在した。しかし、この
緑環は、レーザ空洞から約３フィート離れた所から視覚
することはできなかった。所望であれば、この緑環は、
外部空洞の絞りにより除去できる。１ＧＨｚまでは出力
中に重大なノイズのピークは発見されなかった。加うる
に、この出力は、実質的に縦モード拮抗ノイズを免れて
いる。
【００３７】マイクロレーザは高調波共振の増強により
より強い安定性を持った。緑色の出力は、３０分間にわ
たってわずか１０％の変動で観測されたが、これは、ポ
ンプ源の変動が数％であることを考えると良好であると
いえる。またいくつかの熱的な効果があった。マイクロ
レーザは、銅の基台近くの端部をポンプさせられたとき
に最も安定であった。よって、温度は効果的に下がって
いく。安定性は結晶の中央付近をポンプさせられたとき
に明白に下降する。それにもかかわらず、小型であるた
めに熱的な効果を最小にすることができる。これが本発
明のもうひとつの利点である。
より強い安定性を持った。緑色の出力は、３０分間にわ
たってわずか１０％の変動で観測されたが、これは、ポ
ンプ源の変動が数％であることを考えると良好であると
いえる。またいくつかの熱的な効果があった。マイクロ
レーザは、銅の基台近くの端部をポンプさせられたとき
に最も安定であった。よって、温度は効果的に下がって
いく。安定性は結晶の中央付近をポンプさせられたとき
に明白に下降する。それにもかかわらず、小型であるた
めに熱的な効果を最小にすることができる。これが本発
明のもうひとつの利点である。
【００３８】本発明のもうひとつの好ましい具体例は、
ゲイン媒質１４としてＬＮＰ、１０４７−カットのＫＴ
Ｐ結晶２２及びポンピングのためのレーザダイオードを
用いるものである。より好ましくは、組み立てられたレ
ーザ共振器は、レーザダイオードに近接している。端部
ポンピング（ｅｎｄ−ｐｕｍｐｉｎｇ）、すなわち、ダ
イオードレーザとレーザ空洞の基部基合は米国特許第４
，８４７，８５１号に述べられかつ図示されている。 基部結合とは、出力面１６から発し原則的に空洞の光軸
上に存在する光ポンピング輻射の発散光線が、本質的に
ただひとつの伝送モードでレーザ稼動をするために十分
に小さな伝送断面積を有するレーザ材中において１モー
ド量だけ光ポンプするほどに近い（たとえば、０．００
１インチより短い距離）結合を意味する。Ｎｄ：ＹＡＧ
を端部ポンプするため（ポンプ波長として８１０ｎｍを
使用）及び１０６４ｎｍの出力を発生させるための確実
に焦点合わせをされた半導体レーザダイオードアレイは
、サイプス（Ｄ．Ｌ．Ｓｉｐｅｓ）により明らかにされ
た（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，４７巻Ｎｏ
．２，１９８５，７４ページ）。その中である例として
近接的に結合したレーザダイオードが使用された。２０
０ｍＷのダイオード源のときは、２．０ｍＷから２．５
ｍＷまでの出力は５２３ｎｍで観測された。このような
、近接−結合−組み立て−空洞という特徴をもった立方
体レーザは、従来のレーザダイオードのパッケージに十
分収まるほどの小型であるという利点を有する。他の利
点としては、小型であるためにマイクロレーザの空洞の
熱の制御が容易であるということもあげられる。ダイオ
ードポンプマイクロレーザの空洞中の副共振器を効果的
に利用するという策は、当業者には明白であろう。
ゲイン媒質１４としてＬＮＰ、１０４７−カットのＫＴ
Ｐ結晶２２及びポンピングのためのレーザダイオードを
用いるものである。より好ましくは、組み立てられたレ
ーザ共振器は、レーザダイオードに近接している。端部
ポンピング（ｅｎｄ−ｐｕｍｐｉｎｇ）、すなわち、ダ
イオードレーザとレーザ空洞の基部基合は米国特許第４
，８４７，８５１号に述べられかつ図示されている。 基部結合とは、出力面１６から発し原則的に空洞の光軸
上に存在する光ポンピング輻射の発散光線が、本質的に
ただひとつの伝送モードでレーザ稼動をするために十分
に小さな伝送断面積を有するレーザ材中において１モー
ド量だけ光ポンプするほどに近い（たとえば、０．００
１インチより短い距離）結合を意味する。Ｎｄ：ＹＡＧ
を端部ポンプするため（ポンプ波長として８１０ｎｍを
使用）及び１０６４ｎｍの出力を発生させるための確実
に焦点合わせをされた半導体レーザダイオードアレイは
、サイプス（Ｄ．Ｌ．Ｓｉｐｅｓ）により明らかにされ
た（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，４７巻Ｎｏ
．２，１９８５，７４ページ）。その中である例として
近接的に結合したレーザダイオードが使用された。２０
０ｍＷのダイオード源のときは、２．０ｍＷから２．５
ｍＷまでの出力は５２３ｎｍで観測された。このような
、近接−結合−組み立て−空洞という特徴をもった立方
体レーザは、従来のレーザダイオードのパッケージに十
分収まるほどの小型であるという利点を有する。他の利
点としては、小型であるためにマイクロレーザの空洞の
熱の制御が容易であるということもあげられる。ダイオ
ードポンプマイクロレーザの空洞中の副共振器を効果的
に利用するという策は、当業者には明白であろう。
【００３９】以上の説明から、様々の設計偏光が当業者
には可能となろう。本記述は、当業者に本発明の主旨を
説明するためのものであるから、本発明は種々の変更が
可能である。たとえば、上述の原理は異なった周波数発
生、周波数和発生及びパラメトリック共振体にも応用で
きる。種々の、内部空洞を変更するための共振副空洞も
また示唆される。さらには、有機物及び非有機物の周波
数変換材も示唆される。ひとつのコヒーレント波長と同
じ厚さも示唆される。最後に、種々の理由（たとえば、
組み立ての容易さ）からすべての構成物は平坦面で形成
されることが望ましいが、本発明の複雑さを増すことが
なければ、曲面を含んでもよい。このような曲面は、レ
ーザビームを集めることにより変換率を増すために用い
られる。このようなすべての変更は、特許請求の範囲に
記載された事項に基づいてなされる。
には可能となろう。本記述は、当業者に本発明の主旨を
説明するためのものであるから、本発明は種々の変更が
可能である。たとえば、上述の原理は異なった周波数発
生、周波数和発生及びパラメトリック共振体にも応用で
きる。種々の、内部空洞を変更するための共振副空洞も
また示唆される。さらには、有機物及び非有機物の周波
数変換材も示唆される。ひとつのコヒーレント波長と同
じ厚さも示唆される。最後に、種々の理由（たとえば、
組み立ての容易さ）からすべての構成物は平坦面で形成
されることが望ましいが、本発明の複雑さを増すことが
なければ、曲面を含んでもよい。このような曲面は、レ
ーザビームを集めることにより変換率を増すために用い
られる。このようなすべての変更は、特許請求の範囲に
記載された事項に基づいてなされる。
【００４０】
【発明の効果】本発明により、曲面鏡やレンズが必要で
なく、小型で、レーザ発振効率が良く、組み立て易いマ
イクロレーザが提供できる。
なく、小型で、レーザ発振効率が良く、組み立て易いマ
イクロレーザが提供できる。
【図１】本発明のマイクロレーザの横断面図である。
【図２】図１の２−２線での断面図である。
１０ マイクロレーザ
１４ ゲイン媒質
１８ 位相制御手段
２２ 高調波結晶
Claims (13)
- 【請求項１】光ポンピング輻射の源に近接的に結合され
基底波長のレーザ光に対して高い反射率を持つ第１の面
と、その反対側の面であり上記基底波長のレーザ光をほ
とんど透過させる第２の面とを有するゲイン媒質と、上
記ゲイン媒質の第２の面に近接して配置され上記基底波
長のレーザ光に対して高い透過率及び上記基底波長のレ
ーザ光の高調波であるレーザ光に対して高い反射率を持
つ第３の面と、上記基底波長のレーザ光に対して高い透
過率及び上記高調波波長のレーザ光に対して若干の透過
率を持つ上記第３の面の反対側の面である第４の面とを
有する高調波変換手段と、上記第４の面に近接して配置
され、上記基底波長のレーザ光の位相を高調波への変換
が最大になるように調整し、上記高調波波長の光輻射を
出力し、かつ、上記基底波長のレーザ光を反射するため
の制御手段とを備えることを特徴とする内部空洞を有し
周波数を２倍化するマイクロレーザ。 - 【請求項２】上記ゲイン媒質が、エタロンとなるように
磨かれた１組の平行研磨面を有する厚さが１ミリメート
ル以下の化学量論的結晶を備えた請求項１記載のマイク
ロレーザ。 - 【請求項３】上記光ポンピング輻射の源がポンピング波
長を有し、かつ、上記第１の面が上記基底波長のレーザ
光に対して高い反射率及び上記源の上記ポンピング波長
に対して高い透過率を有する請求項２記載のマイクロレ
ーザ。 - 【請求項４】上記第３の面及び第４の面が互いに実質的
に平行である請求項１記載のマイクロレーザ。 - 【請求項５】上記第２及び第３の面の少なくとも１つに
備わっており、上記高調波変換手段と上記ゲイン媒質と
を分離する被覆されたスペーサレールをさらに含む請求
項１記載のマイクロレーザ。 - 【請求項６】上記被覆されたスペーサレール手段が、上
記高調波変換手段と上記ゲイン媒質とを分離するための
少なくも１片のｅ−線（ｅ−ｂｅａｍ）蒸発Ａｌ２ Ｏ
３ を備える請求項５記載のマイクロレーザ。 - 【請求項７】上記第３の面が、上記基底波長のレーザ光
に対して９０％を超える透過率を有することができるよ
うに被覆手段で覆われている請求項１記載のマイクロレ
ーザ。 - 【請求項８】上記第４の面が、上記高調波波長のレーザ
光に対しては反射率が透過率よりも実質的に高くなるよ
うに被覆手段で覆われている請求項１記載のマイクロレ
ーザ。 - 【請求項９】上記高調波変換手段が、１ミリメートル以
下の厚さの非線形光学材を備える請求項１記載のマイク
ロレーザ。 - 【請求項１０】上記高調波変換手段が２つの直交する偏
光軸を有し、かつ、上記ゲイン媒質が上記高調波変換手
段の上記偏光軸と同じ方向にそろえられた結晶軸を有す
る請求項１記載のマイクロレーザ。 - 【請求項１１】上記制御手段が４分の１波長板を備え、
この４分の１波長板の軸が、上記偏光軸に対して鋭角を
なし、かつ、一般的には、上記偏光軸に対して同一平面
上にある請求項１０記載のマイクロレーザ。 - 【請求項１２】１組の実質的に平行な第１及び第２の表
面を有し、光ポンピングに応答してレーザ出力を発生し
、上記１組の面の内いずれかの表面がレーザ光に対して
高い反射率を持っている、厚さが１ミリメートル以下の
レーザゲイン媒質と、高調波共振をさせるための被覆手
段を被覆された１組の実質的に平行な第３及び第４の面
を有しかつ上記ゲイン媒質の上記第２の面に近接した面
である第３の面を有する厚さが１ミリメートル以下の非
線形光学的結晶を備え、上記ゲイン媒質のレーザ出力を
高調波に変換する高調波副共振器手段と、上記第４の面
に近接して配置され、高調波への変換を最大にし、かつ
、上記ゲイン媒質の１つの上記表面に向けて光を反射さ
せる位相制御手段と、上記位相制御手段及び上記高調波
副共振器手段の内の少なくとも１つに被覆され、上記１
つの表面と上記１つの面とを分離し、かつ、これらの平
行性を保持するための保持手段とを備えることを特徴と
するレーザ。 - 【請求項１３】第１の所定波長のレーザ光に対して高い
反射率及びポンピング波長のレーザ光に対して高い透過
率を持った第１の被覆表面と、上記第１の所定波長のレ
ーザ光に対して非反射性となるように被覆をされた上記
第１の被覆表面の反対側の表面である第２の被覆表面と
を有する厚さが１ミリメートル以下の固体ゲイン媒質と
、上記ゲイン媒質の上記第２の被覆表面に近接して配置
され上記第１の所定波長のレーザ光に対して高い透過率
及び上記第１の所定波長の高調波である第２の所定波長
のレーザ光に対して高い反射率を持つように被覆された
第３の面と、この第３の面と互いに実質的に平行であり
、上記第１の所定波長のレーザ光に対して高い透過率を
持ちかつ上記第２の所定波長のレーザ光に対しては反射
率が透過率よりも実質的に高くなるように被覆された上
記第３の面の反対側の面である第４の面とを有する厚さ
が１ミリメートル以下の非線形光学的結晶手段と、上記
非線形光学的結晶手段の上記第４の面に近接して配置さ
れた上記第１の所定波長のレーザ光及び上記第２の所定
波長のレーザ光に対して非反射性となるように被覆され
た第５の表面と、上記第１の所定波長のレーザ光に対し
て高い反射率及び上記第２の所定波長のレーザ光に対し
て高い透過率を持つように被覆された上記第５の面の反
対側の面である第６の表面とを有する４分の１波長板手
段と、上記第２及び第３の面の少なくとも１つと、上記
第４及び第５の面の少なくとも１つとに備えられる複数
の蒸発金属酸化物片からなる、上記第２から第５までの
面の平行性を保持し、かつ、これらの面を分離する手段
とを備えることを特徴とする、レーザダイオード手段に
近接的に結合してこれによってポンプされる周波数を２
倍化するマイクロレーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US516,459 | 1983-07-22 | ||
| US07/516,459 US5063566A (en) | 1990-04-30 | 1990-04-30 | Internally-doubled, composite-cavity microlaser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229677A true JPH04229677A (ja) | 1992-08-19 |
Family
ID=24055693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3125111A Pending JPH04229677A (ja) | 1990-04-30 | 1991-04-26 | マイクロレーザ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5063566A (ja) |
| EP (1) | EP0455383A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04229677A (ja) |
Cited By (3)
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