JPH07112086B2 - 単一波長の赤外線レーザ源によってポンプされた上方変換レーザ - Google Patents

単一波長の赤外線レーザ源によってポンプされた上方変換レーザ

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JPH07112086B2
JPH07112086B2 JP3100198A JP10019891A JPH07112086B2 JP H07112086 B2 JPH07112086 B2 JP H07112086B2 JP 3100198 A JP3100198 A JP 3100198A JP 10019891 A JP10019891 A JP 10019891A JP H07112086 B2 JPH07112086 B2 JP H07112086B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ、特に単一の波長
ポンプ赤外線レーザから赤、緑および青色光を供給する
ことができる上方変換レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】通常の固体状態のレーザにおいて、光ポ
ンプは集合反転を行うために使用される。ポンプ光子の
吸収は、一般に最初のレーザレベルより上にある励起さ
れた状態のアクチブイオンを集群化する。
【０００３】可視的な放射線に赤外線を変換する上方変
換機構は、蛍光体の分野においてかなり以前から知られ
ている。レーザポンプレーザ動作の近年の報告はまたこ
れらの過程に基づいて行われている。例えば、Ｓ．Ａ．
ＰollackおよびＤ．Ｂ．Ｃhang両氏による文献（“Ｉon
−pair upconversion laser emission of Ｅｒ3+ ions
in ＹＡＧ，ＹＬＦ4 ，ＳｒＦ2 およびＣａＦ2 結晶”
Ｊ．Ａppl ．Ｐhys., Ｖol.64 ，2885頁，1988年）およ
びＡ．Ｊ．Ｓilversmith、Ｗ．ＬenthおよびＲ．Ｍ．Ｍ
acＦarlane氏による文献（“Ａn infrared pumpederbiu
m upconversion laser ”，Ａppl.Ｐhys.Ｌett., Ｖol.
51 ，1977頁，1987年）を参照されたい。赤外線ポンプ
を使用すると、レーザ放射は緑、赤色および赤外線で得
られる。短い波長におけるレーザ動作は単一の黄色ポン
プまたはＩＲの組合せのいずれか並びに550nm より短い
波長で動作する全てのレーザに対して黄色または赤色の
いずれかを必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】２つのポンプ波長励起
を使用するエネルギ付加はＵＶ／紫／青のレーザ出力に
関して報告されている。591nm および788nm で同時にポ
ンプされたＬａＦ3 ：Ｎｄ3+は、380 nmレーザ出力を生
成する（Ｒ．Ｍ．ＭacＦarlane、Ｆ．Ｔong 、Ａ．Ｊ．
Ｓilversmith およびＷ．Ｌenth氏による“Ｖiolet Ｃ
Ｗ neodymium upconversion laser”，Ａppl ．Ｐhys.
Ｌett., Ｖol.52 ，1300頁，1988年参照）。649nm およ
び781nm でポンプされたＹＬｉＦ4 ：Ｔｍ3+は、450nm
でパルス化された出力を生成する（Ｄ．Ｃ．Ｎguyen 、
Ｇ．Ｅ．ＦaulkerおよびＭ．Ｄullick氏による“Ｂlue
−green (450nm)upconversion Ｔｍ3+：ＹＬＦ laser
”，Ａppl.Ｏptics ，Ｖol.28 ，3553頁，1989年参
照）。黄色波長は、780mm のポンプ波長であるが半導体
ダイオードソースから利用不可能である。
【０００５】単一のポンプ実験は、820nm の励起でＹＬ
ｉＦ4 ：Ｅｒ3+において551nm レーザ動作を生じさせた
（“Ａn Ｉnfrared pumped erbium upconversion lase
r”）。413 、730 および1053nmにおけるレーザ動作は6
04nm でポンプされたＹＬｉＦ4 ：Ｎｄ3+に対して報告
されている（Ｆ．Ｔong 、Ｒ．Ｍ．Ｍacfarlane および
Ｗ．Ｌenth氏による“Ｌaser emission at 413 and 730
nm in upconversion-pumped ＹＬｉＦ4 ：Ｎｄ3+”，Ｔ
echnical Ｄigest of Ｃonference on Ｑuantum Ｅ
lectronics and Ｌaser Ｓcience，Ｏptical Ｓocie
ty of Ａmerica，Ｗashington ＤＣ 1989年，雑誌ＴＨ
ＫＫ４参照）。半導体ダイオードから得ることができる
800nm の付近における連続波励起に対して、551nmの１
つの可視出力波長だけが別の著者によって報告されてい
ることが知られている。
【０００６】希土類イオンを含む上方変換処理に関わる
運動力学は非常に複雑であり、完全に特徴付けられては
いない。
【０００７】効果的な小さい寸法のソースを使用した赤
・緑・青の多色ディスプレイは、訓練システムにおける
シミュレーション並びに全種類の自動車および、または
航空用ディスプレイのために必要である。半導体レーザ
ポンプシステムの改良された効果およびそれらが実現さ
れることができる小さい寸法は適用領域数を著しく拡大
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によると、可視的
な（青、緑および赤色の）レーザ動作は、低エネルギ赤
外線ポンプ光子の吸収、およびポンプ光子により直接ア
クセスされるレベルより上でイオンエネルギレベルの励
起を行なわせる上方変換処理の使用によって得られる。
半導体ダイオードレーザから得られることができ、希土
類ドープ結晶を励起する単一の波長のポンプソースは同
時にいくつかの波長でレーザ放射を行うことができる。
【０００９】好ましい実施例において、レーザ結晶ロッ
ドはレーザ動作中15乃至120 °Ｋにロッドを冷却する冷
却システム中に配置されたＹＬｉＦ4 ：Ｅｒ3+５％から
製造される。第１の上方変換レーザミラーは、ポンプエ
ネルギがレーザロッドを通過するレーザロッドの第１の
端部に隣接して配置される。第１のミラーは、ポンプエ
ネルギ波長の高い透過率および上方変換波長の高い反射
率によって特徴付けられる。第２の上方変換レーザミラ
ーはレーザロッドの第２の端部に隣接して取付けられ、
上方変換波長で１％乃至10％の範囲の透過率によって特
徴付けられる。レーザロッドは、可視光を発生させるた
めにこの例に対して約800nm のポンプビームによって励
起される。
【００１０】
【実施例】本発明によると、単一波長の赤外線レーザソ
ースによってポンプされた赤、緑、青色上方変換レーザ
が提供される。レーザは、主材料中の希土類イオンの特
定のエネルギレベルをレーザポンプソースにより光学的
に励起することによって動作する。
【００１１】図１を参照すると、本発明の１実施例の上
方変換レーザ20の簡単な概略的ブロック図が示されてい
る。レーザ20は、１つ以上の所望の出力波長で光学的に
反射するロッド35の球面42および47上の誘電性の被覆と
してレーザミラー40および45を含むモノリシック構造で
製造されたＹＬｉＦ4 ：Ｅｒ５％のレーザ結晶ロッド35
を含む。この実施例におけるレーザロッド35は５ミリメ
ータの長さ、５ミリメータの直径を有し、凸状球端面42
および47は３cmの半径を有する。
【００１２】レーザロッド35は、15乃至120 °Ｋの間に
おいて動作温度が変動されることを許すヘリウム冷却器
50中に取付けられている。ポンプエネルギは半導体赤外
線レーザ25、またはレーザ波長での高い反射およびポン
プ波長での高い透過を同時に行うように特別に設計され
ているレーザミラー40を通って約800nm で動作するダイ
レーザまたはチタンサファイヤレーザのような異なる種
類のレーザによって供給される。最適な効果を得るため
に、レンズ30はレーザモードと結晶35のポンプ領域の大
きさを一致させるようにポンプビームを集中するために
ポンプ路で使用される。内部レーザモードは破線55（図
１）によって示されている。
【００１３】誘電性の被覆40は、上方変換波長（669nm
、551nm および470nm ）で高い反射率およびポンプ波
長（780 乃至820nm ）で高い透過率を有するように製造
される。誘電性の被覆45は、レーザ20からレーザ光を出
力する手段を提供するように上方変換波長で１％乃至10
％の範囲の透過率を有するように製造される。このよう
な誘電性の被覆は技術的に良く知られており、このタイ
プの被覆は例えばフロリダ州Ｐort Ｒichey のＶirgo
Ｏptics 社およびニューメキシコ州ＡlbuquerqueのＣＶ
Ｉレーザ社により市販されている。
【００１４】上方変換レーザを励起するレーザポンプソ
ース25は、構造が上方変換レーザによって発生させられ
たアクチブモードに重なるようにロッド35のアクチブ空
洞の内側にポンプ放射線の通路を構成するように形成さ
れた場合、最も効果的に使用されることができる。これ
は、通常“モード整合”として知られている。このオー
バーラップを行うために、上方変換レーザ発振器のガウ
スモードパラメータ（ビームウエスト寸法および位置、
ミラースポット寸法および位相フロント曲線）は波長、
ミラー曲率、ミラー間隔（図１のレーザにおけるような
モノリシック構造に対するロッド長）および結晶ロッド
35を形成する材料の屈折率に基づいて計算される。この
情報は、上方変換レーザの入力ミラー面にポンプビーム
を伝送する伝送光学系の設計が行われることができるポ
ンプソースの既知のガウスビームパラメータと組合せら
れる。この光学システムは、必要ならばビームの拡大を
行う簡単な単一レンズまたは２つ以上のレンズの組合せ
であることができる。例えば、簡単な焦点長300 ミリメ
ータの簡単な平凸レンズがある特定の適用に対して使用
されている。振動上方変換レーザモードのトランスバー
スモード構造を制御するために示されたものよりもより
少し狭くポンプビームの焦点を実際に結ぶことが有効で
あることが多い。これは、好ましいＴＥＭ00モードを生
成するために軸上利得を高める伝播方向に対して横断方
向の平面において光ポンピングのピークを有する分布を
導入するという状態である。このトランスバースモード
が大部分の適用に望ましい。
【００１５】797nm で動作する半導体赤外線レーザはポ
ンプレーザソース25に適している。このような赤外線レ
ーザは市販されており、２つの例として、カリフォルニ
ア州サンジョーズのスペクトルダイオードラボラトリー
ズ社によって販売されているモデルＳＤＬ-3490-Ｓおよ
びモデルＳＤＬ-5412-Ｈ1 半導体レーザがある。
【００１６】図２はＹＬｉＦ4 主材料中のエルビウムイ
オンの相対的なレベルを示す。470 ，551 ，618 ，669
および702nm での放射が800nm に近い 4Ｉ9/2 レベルを
励起することによって生成される。後者の４つのレーザ
波長はまた980nm で 4Ｉ11/2エネルギレベルの励起によ
って得られることができる。このようなポンプソースは
チタンサファイヤレーザである、フロリダ州オーランド
のシュワルツエレクトロ−オプティクス社によって市販
されているモデルチタンＣＷによって提供され、このレ
ーザは700 乃至1050nmの範囲に対して調節可能である。
【００１７】表１は、797nm でポンプ励起されたいくつ
かのシステムに対する１組の動作特性を示す。
【００１８】 表１ ＹＬｉＦ4 Ｅｒ５％−レーザ転移 797nm 励起−2.1 Ｗポンプ 転移 波長 パワー出力 温度°Ｋ （オングストローム） 2 Ｐ3/2 − 4Ｉ11/2 4700.4 0.1 ｍＷ 20Ｋ 4 Ｓ3/2 − 4Ｉ15/2 5510.8，5513.5 430 ｍＷ 70Ｋ 4 Ｇ11/2− 4Ｉ11/2 6184.6 0.5 ｍＷ 41Ｋ 4 Ｆ9/2 − 4Ｉ15/2 6685. 26 ｍＷ 41Ｋ （３オングストローム幅） 2 Ｈ9/2 − 4Ｉ11/2 7015.4，7023.4 50ｍＷ 41Ｋ 4 Ｉ13/2− 4Ｉ15/2 16160. 167 ｍＷ 100 Ｋ Ｒ．Ａ．ＭacＦarlane氏による文献（“Ｄual waveleng
th visible upconversion laser ”，Ａppl.Ｐhys.Ｌet
t., Ｖol.54 ，2301頁，1989年）に記載されているよう
にロッド動作温度を変化することによって、レーザによ
る特定のカラー出力を変化することができる。
【００１９】レーザロッドを冷却するためにヘリウム冷
却器を使用する代わりに、冷却流体を消費しない閉サイ
クルクーラーのような別の手段が使用されてもよい。こ
のような装置の一例はモデル7020Ｈライナードライブク
ーラーとしてカリフォルニア州トーランスのヒューズエ
アクラフト社エレクトロンダイナミックスグループによ
り販売されている分割−操縦線形駆動クーラーである。
【００２０】波長選択はまた技術的に良く知られている
方法でレーザ空洞にプリズムのような発散素子を導入
し、その配向を調節することによっても可能である。別
の波長調節素子には回折格子および複屈折フィルタが含
まれ、それらもまた技術的に良く知られている。このよ
うな良く知られている波長選択または調節素子の使用は
一般に波長選択を行う温度制御の使用への実際的な適用
において好ましい。
【００２１】材料の純度に対する注意はアクチブイオン
から残留不純物へのエネルギ伝送に関連した全ての望ま
しくない損失機構を除去することが重要であるため、効
果的なレーザ結晶の発達において重要である。高い純度
の主材料を得る１つの好ましい技術は反応性雰囲気処理
として知られており、結晶成長段階で種々の回数望まし
い出発材料の処理および純化のために有効である。溶解
または沈澱された陰イオン不純物を除去することによっ
て、量子効率、ＩＲ透過性および機構的強度を含む結晶
の物理的特性は大きく改良されることができる。反応性
雰囲気処理は、本発明の出願人に譲渡された、米国特許
第3,826,817 号明細書、第3,932,597 号明細書、第3,93
5,302 号明細書、第3,969,491 号明細書、第4,076,574
号明細書、第4,128,589 号明細書、第4,190,640 号明細
書、第4,190,487 号明細書および第4,315,832号明細書
の各米国特許明細書に記載されている。
【００２２】フッ化物は本発明によるレーザ結晶ロッド
の製造のために選択される現在における好ましい材料で
ある。フッ化物は高い融点（1000乃至1600℃）、周囲の
環境における安定性および希土類ドーパントの十分特徴
付けられたスペクトルの利点を有する。結晶を処理する
１つの技術において、レーザ結晶は通常10乃至100ppmの
汚染レベルを特徴とする市販の最高の純度の酸化物から
処理される。主酸化物は、Ｏ2-に対するＦ- の交換反応
を使用してフッ化物に容易に変換されることができるド
ーパントおよび主材料の混合物を提供するように上昇さ
れた温度（700 ℃）でイオンの要求された酸化物の拡散
によってドープされる。無水ＨＦは交換開始剤として使
用されることができる。その代りとして、Ｆ- のソース
としてＨＦを使用することによって出発材料の高純度酸
化物または炭化物からフッ化物を直接処理することがで
きる。両方法はＣＦ4 のような反応性雰囲気を使用して
高温の炉において連続的に融解されることができる超高
純度フッ化物粉末を生成する。
【００２３】チョコラスキー成長過程は、均一にドープ
された試料を生成するために成長された結晶が融体の非
常に少量の部分だけを表した場合に使用される。チョコ
ラスキー法は成長している結晶の連続した観察を可能に
し、ランおよび再スタートを中断する機会が多結晶を形
成するか、または問題の拡大を制御させる。さらに、チ
ョコラスキー法によりアニール処理を必要としないレー
ザ高品質結晶が数日でなく数時間で迅速に生成される。
【００２４】重要なフッ化物のＣzochralski成長に対し
て、反応性雰囲気処理（ＲＡＰ）は無水ＨＦまたはＣＯ
に基づき、キャリアガスとしてヘリウムを使用してい
る。ＣＯは水素不純物のソースである揮発性のＣＯ2 お
よびＨ2 を生成するように化学反応によりガス排気する
ことによって生成されたＨ2 Ｏを実効的に回避する２次
的なＲＡＰ媒体である。
【００２５】希土類イオンによりドープされたフッ化物
結晶は上記のように処理されることができ、フッ化物へ
の次の変換のために主およびドーパント酸化物混合物に
よりスタートする。炉におけるプラチナるつぼ中の汚染
された出発材料を使用し、炉は室温で10-3トルに吸引さ
れ、２気圧のヘリウムで再充填される。結晶成長のため
に、以下の気体流状態が設定され、ランの間維持され
る。３リッタ／分（ＳＴＰ）のヘリウム流、0.2 リッタ
／分（ＳＴＰ）のＨＦ流および0.5 リッタ／分（ＳＴ
Ｐ）のＣＯ流。チャージの温度は４時間の期間にわたっ
て溶解温度まで上昇される。結晶引出し温度は約４mm／
ｈであり、0.5cm の均一な直径を有する５cm長の結晶を
得るために15rpm の引出しロッド回転速度を使用する。
【００２６】エルビウム（５％）によりドープされたＹ
ＬｉＦ4 レーザロッドはまた例えばリットン・エアトロ
ン・ディビジョン・リットン支社から市販されている。
【００２７】上方変換レーザの別の実施例は図３に示さ
れている。このレーザ100 は、レーザミラー110 および
115 がレーザロッド105 に対して外側であることを除き
図１のレーザ20に類似している。レーザロッドの端面は
反射防止ＡＲ被覆により被覆される。ＡＲ被覆120はポ
ンプ波長および上方変換レーザ波長（赤、青、緑）の両
方で低い反射率（0.1 ％程度）を提供する。ＡＲ被覆12
5 は上方変換波長で低い反射率を有する。レーザ20と同
様に、ミラー110 は上方変換波長で高い反射率およびポ
ンプ波長で高い透過率を有する。ミラー115 は上方変換
レーザ波長で１％乃至10％の範囲の透過率を有する。
【００２８】いくつかのレーザ転移に対して、その長い
放射期間のために可視波長での連続波動作に対して障害
（ボトルネック）を示す低いレーザレベルを減少させる
機構を提供するために縦続接続レーザ組合せを配置する
ことが有効である。例えば、図２に関して、そのレベル
で終端する転移上での可視レーザ動作中に 4Ｉ11/2をレ
ベルを減少するために 4Ｉ11/2− 4Ｉ13/2転移上で2.8
ミクロンでレーザ振動を許すロッドの端部にレーザミラ
ーを設けることが有効であり得る。
【００２９】縦続接続系の１形態は、レーザ動作を発生
させる一連の光転移におけるエネルギレベルの階段状の
関係と関連した２つの（またはそれ以上も可能）波長の
上方変換レーザの動作に関与する。これは青色レーザ転
移 2Ｐ3/2 − 4Ｉ11/2において例示され、ＩＲレーザ転
移 4Ｉ11/2− 4Ｉ13/2によって後続される。後者のプロ
セスは、そうでなければ 4Ｉ11/2における集合のボトル
ネックにより妨げられる連続波（自己終端しない）動作
を許すことができる第１のレーザ転移の低いレベルの集
群減少の機構を表す。この結果は、レーザ縦続接続動作
が発生する各所望の波長で適切な反射率を同時に提供す
るミラーをレーザロットの端部に設けることによって単
一のポンプ構造において実現されることができる。例え
ば、ほぼ800nm でポンプを使用して470nm でレーザを動
作するためにミラー40および45は以下の特性を備えるこ
とができる。
【００３０】 ミラー40：800 nmの高透過率 470 nmの高反射率 2.8 ミクロンの高反射率 ミラー45：470 nmの出力の透過（1-10％） 2.8 ミクロンでは、ゼロ出力の高反射率
または1-10％の出力透過 が選択されることが可能である。
【００３１】再び、二重波長出力は出力ミラーの送信を
制御することによって達成されることが可能である。
【００３２】全く異なる継続は、高温動作を許容するこ
とによって単一ＩＲポンプ波長によってポンプされた上
方交換レーザの動作を十分に改良することができること
を認識することが可能である。ここで、ＩＲポンプは１
つの結晶からのレーザ放射を駆動するために使用されて
おり、この１つのレーザ波長および残留透過ポンプエネ
ルギの両方は異なる主材料とドーパントとの組合せであ
る第２のレーザ結晶をポンプするように結合される。図
４はそのような継続した上方交換レーザ装置を示す。こ
こで、第１および第２のレーザロッド205 と210 はポン
プレーザ230 からのポンプビーム235 の軸に沿って配置
されている。第１のレーザロッド205 は例えばＮｄ：Ｙ
ＡＧであり、第２のレーザロッド210 は例えばＥｒ：Ｙ
ＬｉＦ4 である。ロッド205 の１端部207 はポンプ波長
の高透過率および第１のレーザ波長の高反射率を有する
ミラー207 を設けられた球端面を有する。例示の適用に
対するこれらの波長は800 nmで1.06ミクロンである。第
１のレーザロッド205 の他端部208 は例えばＮｄ：ＹＡ
Ｇの場合1.06ミクロンの長さである第１のレーザ波長の
１％乃至10％の透過率を特徴とするミラー209 を設けら
れた平面を有する。ポンプレーザ230 からの残留ポンプ
光を有する第１のレーザ205 からの出力光はロッド210
の平らな端面に設けられた平面ミラー211 を通過して第
２のレーザロッド210 に入る。レーザロッド210 の他端
部は第２のミラー213 を設けられた球面を有する。第１
のミラー207 はポンプおよび第１のレーザ波長の高透過
率および第２のレーザ波長の高反射率を特徴とする。ミ
ラー213 は第２のレーザ波長の１％乃至10％の透過率を
特徴とする。
【００３３】例えば、第１のレーザロッド205 を含むモ
ノリシックＹＡＧ：Ｎｄソースレーザからの1.06ミクロ
ンの放射を与えるポンプ源230 からの800 nmのポンプビ
ームは、上述のように、エルビウムの 4Ｉ9/2 レベルに
対する直接の励起を有するＥｒ：ＹＬｉＦ4 ロッド210
をポンプために結合できる。ＹＡＧ：Ｎｄレーザロッド
205 からの1.06ミクロンのレーザ放射はエルビウムの 4
Ｉ9/2 レベルを集群させるために長い寿命の準安定性レ
ベル 4Ｉ13/2に吸収されることが可能であるので、必要
な相対的放射およびレーザ動作に対する光子消勢速度を
達成するための冷却を必要せずに、レーザは赤色波長で
動作する。この手段によってレベル 4Ｉ9/2 に達した付
加的な集群は青の470 nm転移に対する上方レーザレベル
である 2Ｐ3/2 レベルの集群を生成するためにこのレベ
ルからの１対のプロセスによってポンプする別の上方変
換を生じさせることができる。一般に、イオンエネルギ
システムのこれらの高いレベルの全ての手段によるエネ
ルギの導入は赤、緑、青色波長の３つ全ての改良した動
作に影響を与えることができる。この例において、動作
は所望の各カラーに対する別々のレーザ結晶または結晶
対を使用することによって容易にされることが期待され
る。
【００３４】以上、例示した実施例は希土類イオンドー
パントとしてエルビウムを使用したが、他の希土類例え
ばネオジウム、イッテルビウム、テルビウム、ツリウ
ム、およびホルミウムもまた代りに使用されることがで
きる。これらの希土類はエネルギレベルが主材料にほと
んど依存しないという特性によって特徴付けられる。Ｙ
ＬｉＦ4 以外のレーザロッドの主材料もまた使用される
ことができる。特に魅力的な別の主材料の１つはＢａＹ
2 Ｆ8 である。レーザロッドの他の代りの主材料には酸
化およびハロゲン化ガラス、フロロジルコネートおよび
シリカガラスファイバが含まれる。
【００３５】上述の実施例は本発明の原理を示す特定の
実施例を例示したにすぎない。他の装置は本発明の技術
的範囲から逸脱することなく当業者によってこれらの原
理にしたがい容易に工夫されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用する上方変換レーザの簡単なブロ
ック図。
【図２】図１の上方変換レーザにおいて使用されるＹＬ
ｉＦ4 主材料におけるエルビウムイオンの相対レベルを
示したグラフ。
【図３】本発明を使用した上方変換レーザの別の実施例
の簡単なブロック図。
【図４】縦続接続されたレーザ構造において本発明を使
用した上方変換レーザの第２の別の実施例の簡単なブロ
ック図。

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 希土類イオンによりドープされた主材料
    から構成されたレーザロッドと、 実質的に単一の赤外線ポンプ波長でポンプビームを発生
    するポンプ用レーザ源と、前記レーザロッドの ポンプビームが入射する第１の端部
    に隣接して配置され、ポンプビーム波長において高い透
    過率を有し、かつ赤、緑および青色の上方変換波長にお
    いて高い反射率を有する第１の上方変換レーザミラー
    と、 レーザロッドの第２の端部に隣接して取付けられ、赤、
    緑および青色上方変換波長において１％乃至１０％の範
    囲の透過率を有する第２の上方変換レーザミラーとを具
    備していることを特徴とする単一のポンプレーザ源によ
    ってポンプされた上方変換レーザシステム。
  2. 【請求項２】 所望のカラーにおける上方変換レーザ動
    作を得るために波長調節手段を具備している請求項１記
    載の上方変換レーザシステム。
  3. 【請求項３】 前記調節手段は所望のカラーで上方変換
    レーザ動作を得るためにレーザロッドの温度を制御する
    手段を具備している請求項２記載の上方変換レーザシス
    テム。
  4. 【請求項４】 前記希土類イオンはエルビウム（Ｅｒ）
    を含み、前記ポンプ波長は７８０乃至８２０ｎｍの範囲
    である請求項３記載の上方変換レーザシステム。
  5. 【請求項５】 前記ポンプ波長は約７９７ｎｍであり、
    前記レーザシステムは２Ｐ３／２乃至４Ｉ１１／２の転
    移から約４７０ｎｍで青色レーザ出力を発生するように
    動作される請求項４記載の上方変換レーザシステム。
  6. 【請求項６】 前記ポンプ波長は約７９７ｎｍであり、
    前記レーザシステムは４Ｓ３／２乃至４Ｉ１５／２の転
    移から約５５１ｎｍでレーザ出力を発生するように動作
    される請求項４記載の上方変換レーザシステム。
  7. 【請求項７】 前記ポンプ波長は約７９７ｎｍであり、
    前記レーザシステムは４Ｇ１１／２乃至４Ｉ１１／２の
    転移から約６１８ｎｍでレーザ出力を発生するように動
    作される請求項４記載の上方変換レーザシステム。
  8. 【請求項８】 前記ポンプ波長は７８０乃至８２０ｎｍ
    の範囲であり、前記レーザシステムは４Ｆ９／２乃至４
    Ｉ１５／２の転移から約６６８ｎｍのレーザ出力を発生
    するように動作される請求項４記載の上方変換レーザシ
    ステム。
  9. 【請求項９】 前記ポンプ波長は約７９７ｎｍであり、
    前記レーザシステムは２Ｈ９／２乃至４Ｉ１１／２の転
    移部から約７０１ｎｍのレーザ出力を供給するように動
    作される請求項４記載の上方変換レーザシステム。
  10. 【請求項１０】 前記レーザロッドはＹＬｉＦ４：Ｅｒ
    ３＋５％から構成される請求項１記載の上方変換レーザ
    システム。
  11. 【請求項１１】 ＹＬｉＦ４：ＥｒおよびＢａＹ
    ２Ｒ８：Ｅｒからなる群から選択された材料から構成さ
    れた結晶レーザロッドと、 約８００ｎｍの実質的に単一のポンプ波長でポンプエネ
    ルギを発生するポンプ用レーザ源と、前記レーザロッドの ポンプエネルギが入射する第１の端
    部に隣接して配置され、ポンプエネルギ波長において高
    い透過率を有し、かつ上方変換波長において高い反射率
    を有している第１の上方変換レーザミラーと、 レーザロッドの第２の端部に隣接して取付けられ、赤、
    緑および青色の上方変換波長において１％乃至１０％の
    範囲の透過率を有する第２の上方変換レーザミラーと、 所望のカラーにおける上方変換レーザ動作を得る波長調
    節手段とを具備している単一のポンプレーザ源によって
    ポンプされる上方変換レーザ。
  12. 【請求項１２】 前記第１および第２のミラーはレーザ
    ロッドの球状端面に設けられた誘電性被覆を備え、それ
    によってモノリシックレーザロッドミラー構造を形成し
    ている請求項１１記載のレーザ。
  13. 【請求項１３】 前記ポンプレーザ源は半導体赤外線レ
    ーザを具備している請求項１２記載のレーザ。
  14. 【請求項１４】 所望のカラーにおける上方変換レーザ
    動作を得るために、レーザロッドの温度を制御する温度
    制御手段を具備している請求項１１記載のレーザ。
  15. 【請求項１５】 希土類イオンによりドープされた主材
    料から構成されたレーザロッドと、 実質的に単一の赤外線ポンプ波長でポンプビームを発生
    するポンプ用レーザ源と、前記レーザロッドの ポンプビームが入射する第１の端部
    に隣接して配置され、ポンプビーム波長において高い透
    過率を有し、かつ青色上方変換波長において高い反射率
    を有している第１の上方変換レーザミラーと、 レーザロッドの第２の端部に隣接して取付けられ、青色
    の上方変換波長において１％乃至１０％の範囲の透過率
    を有する第２の上方変換レーザミラーと、 青色上方変換波長における上方変換動作を得るためにレ
    ーザロッドの温度を制御する手段とを具備している単一
    のポンプレーザ源によってポンプされた上方変換レーザ
    システム。
  16. 【請求項１６】 前記第１および第２のミラーはレーザ
    ロッドの球状端面に設けられた誘電性被覆を備え、それ
    によってモノリシックレーザロッドミラー構造を形成し
    ている請求項１または１５記載の上方変換レーザシステ
    ム。
  17. 【請求項１７】 前記ポンプ波長は７８０乃至８２０ｎ
    ｍの範囲である請求項１５記載の上方変換レーザシステ
    ム。
  18. 【請求項１８】 前記ポンプ波長は約７９７ｎｍの範囲
    であり、前記レーザシステムは２Ｐ３／２乃至４Ｉ
    １１／２の転移から約４７０ｎｍで青色レーザ出力を発
    生するように動作される請求項１７記載の上方変換レー
    ザシステム。
  19. 【請求項１９】 前記主材料はＹＬｉＦ４：Ｅｒおよび
    ＢａＹ２Ｆ８を含む群から選択される請求項１または１
    ５記載の上方変換レーザシステム。
  20. 【請求項２０】 前記希土類はネオジム、エルビウム、
    イットリウム、テルビウム、ツリウムおよびホルミウム
    を含む群から選択される請求項１または１５記載の上方
    変換レーザシステム。
  21. 【請求項２１】 前記ポンプレーザ源は半導体赤外線レ
    ーザを具備している請求項１または１５記載の上方変換
    レーザシステム。
  22. 【請求項２２】 希土類イオンによりドープされた主材
    料から構成されたレーザロッドと、 実質的に単一の赤外線ポンプ波長でポンプビームを発生
    するポンプ用レーザ源と、前記レーザロッドの ポンプビームが入射する第１の端部
    に隣接して配置され、ポンプビーム波長において高い透
    過率を有し、かつ第１および第２の上方変換波長におい
    て高い反射率を有している第１の上方変換レーザミラー
    と、 レーザロッドの第２の端部に隣接して取付けられ、１つ
    以上の上方変換波長において１％乃至１０％の範囲の透
    過率を有する第２の上方変換レーザミラーと、 上方変換動作を得るためにレーザロッドの温度を制御す
    る手段とを具備し、 前記第１および第２の波長はレーザ動作を生じさせる一
    連の光転移部におけるドーパントイオンの階段関係のエ
    ネルギレベルと関連していることを特徴とする単一のポ
    ンプレーザ源によってポンプされ、縦続レーザ組合せを
    使用する上方変換レーザシステム。
  23. 【請求項２３】 前記希土類はエルビウムであり、前記
    第１の上方変換波長は約４７０ｎｍであり、青色レーザ
    転移２Ｐ３／２乃至４Ｉ１１／２から生じ、前記第２の
    上方変換波長は赤外線レーザ転移４Ｉ１１／２乃至４Ｉ
    １３／２から生じた約２．８ミクロンである請求項２２
    記載の上方変換レーザ。
  24. 【請求項２４】 前記レーザロッドはＹＬｉＦ４および
    ＢａＹ２Ｆ８を含む群から選択された材料から構成され
    ている請求項２２記載の上方変換レーザ。
  25. 【請求項２５】 実質的に単一の赤外線ポンプ波長でポ
    ンプビームを発生するポンプ用レーザ源と、 ポンプレーザからのビームの軸に沿って配列された第１
    のレーザロッドを具備している第１のレーザと、 希土類イオンによりドープされ、ポンプビームに沿って
    配置された結晶主材料から構成された第２のレーザロッ
    ドを含み、ポンプビームが第１のレーザロッドを通過
    し、第１のレーザを出た残りのポンプビームが第２のレ
    ーザに入射する第２のレーザとを具備し、 第１のレーザは、レーザビームが通過する第１のロッド
    の第１の端部に隣接して取付けられ、ポンプビーム波長
    において高い透過率を有し、かつ第１のレーザ波長にお
    いて高い反射率を有している第１のレーザミラーと、第
    １のレーザロッドの第２の端部に隣接して取付けられ、
    第１のレーザ波長において１％乃至１０％の透過率を有
    している第２のレーザミラーとを具備し、 第２のレーザは、第１のレーザからの出力光が通る第２
    のレーザロッドの第１の端部に隣接して取付けられ、ポ
    ンプおよび前記第１のレーザ周波数において高い透過率
    を有し、かつ第２のレーザ波長において高い反射率を有
    している第３のレーザミラーと、第２のロッドの第２の
    端部に隣接して取付けられ、第２のレーザ波長において
    １％乃至１０％の透過率を有している第４のレーザミラ
    ーとを具備していることを特徴とする縦続接続された上
    方変換レーザシステム。
  26. 【請求項２６】 前記第１のレーザロッドはＮｄ：ＹＡ
    Ｇから構成され、前記第１のレーザ波長は１．０６ミク
    ロンである請求項２５記載のレーザシステム。
  27. 【請求項２７】 前記第２のレーザロッドはＹＬｉ
    Ｆ４：Ｅｒから構成されている請求項２６記載のレーザ
    システム。
  28. 【請求項２８】 第１のレーザからの１．０６ミクロン
    の放射は４Ｉ９／２エネルギレベルのエルビウムへの直
    接的な励起により第２のレーザをポンプするようにポン
    プビームと結合し、１．０６ミクロンの放射線は４Ｆ
    ９／２レベルのエルビウムを集群させるために長寿命の
    準安定性４Ｉ１３／２で吸収され、したがって冷却の必
    要とせずに赤色可視光出力におけるレーザ動作を生成す
    る請求項２７記載のレーザシステム。
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