JPH08236839A - 最適化された効率を有する固体マイクロレーザのためのキャビティとそれを用いたマイクロレーザ - Google Patents
最適化された効率を有する固体マイクロレーザのためのキャビティとそれを用いたマイクロレーザInfo
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- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1123—Q-switching
- H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の製造方法に適合して作成され、マイク
ロレーザの動作効率の向上を可能にする、マイクロレー
ザに対するキャビティ構造を提案することであり、特に
比較的低い性能の材料での、及び／又は、低いパワーポ
ンピング手段でのマイクロレーザの製造を可能とする。 【解決手段】 この発明は、活性レーザ媒質と、キャビ
ティの入口及び出口に設けられた反射手段とを有するマ
イクロレーザキャビティであって、前記反射手段は前記
活性媒質中でのポンピングビームの寸法が前記キャビテ
ィによって放射されたレーザビームの寸法以下となるよ
う設定されていることを特徴とする。
ロレーザの動作効率の向上を可能にする、マイクロレー
ザに対するキャビティ構造を提案することであり、特に
比較的低い性能の材料での、及び／又は、低いパワーポ
ンピング手段でのマイクロレーザの製造を可能とする。 【解決手段】 この発明は、活性レーザ媒質と、キャビ
ティの入口及び出口に設けられた反射手段とを有するマ
イクロレーザキャビティであって、前記反射手段は前記
活性媒質中でのポンピングビームの寸法が前記キャビテ
ィによって放射されたレーザビームの寸法以下となるよ
う設定されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体の光学的なポ
ンピングマイクロレーザの分野に関する。マイクロレー
ザ（microlaser）は、レーザ材料が固体であるレーザで
ある。レーザキャビティ（laser cavity）の増幅器を形
成する固体は、光源（光学的ポンピング；optical pump
ing）によって励起される。それは、結晶（ドープされ
た酸化物結晶、半導体結晶、その他）又はアモルファス
（ガラス）であり得る。ポンピング光子は、不純物の形
でドープすることによって固体の中に導入された、又は
固体の構成要素である活性レーザ中心に吸収される。マ
イクロレーザにおいては、レーザ媒質は、縦方向にポン
ピングされる。すなわち、ポンピンング源は、レーザの
軸上に配され、ポンピングビームの軸は、レーザビーム
の軸と同じである。
ンピングマイクロレーザの分野に関する。マイクロレー
ザ（microlaser）は、レーザ材料が固体であるレーザで
ある。レーザキャビティ（laser cavity）の増幅器を形
成する固体は、光源（光学的ポンピング；optical pump
ing）によって励起される。それは、結晶（ドープされ
た酸化物結晶、半導体結晶、その他）又はアモルファス
（ガラス）であり得る。ポンピング光子は、不純物の形
でドープすることによって固体の中に導入された、又は
固体の構成要素である活性レーザ中心に吸収される。マ
イクロレーザにおいては、レーザ媒質は、縦方向にポン
ピングされる。すなわち、ポンピンング源は、レーザの
軸上に配され、ポンピングビームの軸は、レーザビーム
の軸と同じである。
【０００２】マイクロレーザは、小さな寸法の単一のブ
ロックであり、占有容積は、約１［ｍｍ3］あるいはそ
れ以下である。この小さな寸法により、コヒーレントな
光源として多数のシステムの中に集積することが可能で
ある。マイクロレーザの全ての部品は、単一のモノリシ
ックな部品を形成するような種々の方法で組み立てられ
る。このモノリシックな構造により、マイクロレーザ
は、小さく、強固で、簡単な光源であり、非常に信頼性
がある。
ロックであり、占有容積は、約１［ｍｍ3］あるいはそ
れ以下である。この小さな寸法により、コヒーレントな
光源として多数のシステムの中に集積することが可能で
ある。マイクロレーザの全ての部品は、単一のモノリシ
ックな部品を形成するような種々の方法で組み立てられ
る。このモノリシックな構造により、マイクロレーザ
は、小さく、強固で、簡単な光源であり、非常に信頼性
がある。
【０００３】マイクロレーザの重要な特徴の１つは、製
造コストが低いことである。マイクロレーザは容易に大
量生産できるので、安価な光源である。マイクロレーザ
は、異なる複数の工程に従って、異なる厚さ及び種類の
複数の層を重ね合わせて組み立てたものである。レーザ
材料は基板を構成し得る。プレーナ製造方法を用いて、
小さな、薄いプレートが処理され、非常に多くの単体に
切断される。このように、数百ミクロン及び直径が数イ
ンチのプレートにより、数千のレーザが提供される。単
一のレーザ材料インゴットを用いると、数万のマイクロ
レーザを得ることが可能である。この大量生産により非
常に低コストになり、これはマイクロレーザの一つの特
徴である。さらに、このコストにポンピング光源のコス
トが加えられなければならない。
造コストが低いことである。マイクロレーザは容易に大
量生産できるので、安価な光源である。マイクロレーザ
は、異なる複数の工程に従って、異なる厚さ及び種類の
複数の層を重ね合わせて組み立てたものである。レーザ
材料は基板を構成し得る。プレーナ製造方法を用いて、
小さな、薄いプレートが処理され、非常に多くの単体に
切断される。このように、数百ミクロン及び直径が数イ
ンチのプレートにより、数千のレーザが提供される。単
一のレーザ材料インゴットを用いると、数万のマイクロ
レーザを得ることが可能である。この大量生産により非
常に低コストになり、これはマイクロレーザの一つの特
徴である。さらに、このコストにポンピング光源のコス
トが加えられなければならない。
【０００４】
【従来の技術】２枚の平面鏡を備えた共振キャビティを
用いたマイクロレーザが知られており、マイクロレーザ
の２つの磨かれた端面を形成する。この構造の問題は、
２枚の平面鏡を備えたキャビティが幾何学的に不安定で
あるということである。安定性は表れるが、これは温度
に対する材料の指標の変化の影響、及び、温度と材料の
利得による影響とに関して増加する、圧力に関する指標
の変化の影響による。これらの全ての影響は、ポンピン
グビームの軸に沿って発生する。最初の２つの影響は、
レーザ材料の加熱に関連付けられており、材料の指標の
局所的な上昇により、光学的ガイドを形成せしめ得る。
半導体レーザにおいて勝っている第３のものは、ポンピ
ングレーザを充分ガイドし得る。これら全ての影響の問
題の一つは、それらを制御するのが困難であるというこ
とである。
用いたマイクロレーザが知られており、マイクロレーザ
の２つの磨かれた端面を形成する。この構造の問題は、
２枚の平面鏡を備えたキャビティが幾何学的に不安定で
あるということである。安定性は表れるが、これは温度
に対する材料の指標の変化の影響、及び、温度と材料の
利得による影響とに関して増加する、圧力に関する指標
の変化の影響による。これらの全ての影響は、ポンピン
グビームの軸に沿って発生する。最初の２つの影響は、
レーザ材料の加熱に関連付けられており、材料の指標の
局所的な上昇により、光学的ガイドを形成せしめ得る。
半導体レーザにおいて勝っている第３のものは、ポンピ
ングレーザを充分ガイドし得る。これら全ての影響の問
題の一つは、それらを制御するのが困難であるというこ
とである。
【０００５】図８に示されているように、マイクロレー
ザ上に凸面を入口あるいは出口の一方に作ることによ
り、安定なキャビティを形成することも可能である。２
はマイクロレーザの活性媒質、６は出力ミラー、４は凹
面の入力ミラーを示している。ミラーはレーザ材料の研
磨面の上に誘電体を堆積することにより得られる。ポン
ピングビーム８は、凸面を有する側からレーザ媒質に入
り、レーザビーム１０は、レーザ媒質の平らな面から取
り出される。凸面はマイクロレーザの大量生産では制御
するのが困難な研磨により、あるいは、大量生産でより
容易に実行可能なエッチングにより得られる。これらの
半球型キャビティを用いて測定されたレーザ動作閾値
は、平面−平面型キャビティのマイクロレーザの場合よ
りも低い。半球型キャビティを用いることにより、より
よい変換効率を有し、連続動作するマイクロレーザを得
ることが可能である。
ザ上に凸面を入口あるいは出口の一方に作ることによ
り、安定なキャビティを形成することも可能である。２
はマイクロレーザの活性媒質、６は出力ミラー、４は凹
面の入力ミラーを示している。ミラーはレーザ材料の研
磨面の上に誘電体を堆積することにより得られる。ポン
ピングビーム８は、凸面を有する側からレーザ媒質に入
り、レーザビーム１０は、レーザ媒質の平らな面から取
り出される。凸面はマイクロレーザの大量生産では制御
するのが困難な研磨により、あるいは、大量生産でより
容易に実行可能なエッチングにより得られる。これらの
半球型キャビティを用いて測定されたレーザ動作閾値
は、平面−平面型キャビティのマイクロレーザの場合よ
りも低い。半球型キャビティを用いることにより、より
よい変換効率を有し、連続動作するマイクロレーザを得
ることが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一面が平らでもう一面
が凹面であるキャビティによって生ずる問題は、この構
造において比較的低い性能の材料及び／又は低いパワー
ポンピング手段を用いた場合、マイクロレーザの製造が
可能でないということである。一般的に、一面が平らで
もう一面が凹面であるキャビティによって得られる効率
レベルは不十分である。
が凹面であるキャビティによって生ずる問題は、この構
造において比較的低い性能の材料及び／又は低いパワー
ポンピング手段を用いた場合、マイクロレーザの製造が
可能でないということである。一般的に、一面が平らで
もう一面が凹面であるキャビティによって得られる効率
レベルは不十分である。
【０００７】本発明の目的は、マイクロレーザの動作効
率の向上を可能にする、マイクロレーザに対するキャビ
ティ構造を提案することであり、特に比較的低い性能の
材料での、及び／又は、低いパワーポンピング手段での
マイクロレーザの製造を可能とすることである。さら
に、この構造は、大量生産、すなわち、マイクロレーザ
に関連して知られている低いコストの製造工程に適合す
るものでなければならない。
率の向上を可能にする、マイクロレーザに対するキャビ
ティ構造を提案することであり、特に比較的低い性能の
材料での、及び／又は、低いパワーポンピング手段での
マイクロレーザの製造を可能とすることである。さら
に、この構造は、大量生産、すなわち、マイクロレーザ
に関連して知られている低いコストの製造工程に適合す
るものでなければならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
キャビティの入口と出口とに活性レーザ媒質と反射手段
とを有するマイクロレーザキャビティに関し、反射手段
は活性媒体において、ポンピングビームの寸法がレーザ
ビームの寸法以下であることを特徴とする。このよう
に、ポンピングビームとレーザビームとを熱効果に無関
係に、形成することを可能にする構造が得られ、それ
は、キャビティを安定化し、レーザ材料の中のレーザビ
ームの有効な容積の中のポンピングビームの吸収の観点
からマイクロレーザの動作効率を最適化することができ
る。このことは、ポンピングビームとレーザビームとの
重畳に関連する抽出効率の向上を導く。
キャビティの入口と出口とに活性レーザ媒質と反射手段
とを有するマイクロレーザキャビティに関し、反射手段
は活性媒体において、ポンピングビームの寸法がレーザ
ビームの寸法以下であることを特徴とする。このよう
に、ポンピングビームとレーザビームとを熱効果に無関
係に、形成することを可能にする構造が得られ、それ
は、キャビティを安定化し、レーザ材料の中のレーザビ
ームの有効な容積の中のポンピングビームの吸収の観点
からマイクロレーザの動作効率を最適化することができ
る。このことは、ポンピングビームとレーザビームとの
重畳に関連する抽出効率の向上を導く。
【０００９】ポンピングビーム吸収効率を向上させるた
め、したがってさらに装置の効率を改良するために、出
口の反射手段はポンピングビームの波長においては最大
の反射係数を有するという具合に処理され、入口の反射
手段は、ポンピングビームの波長においては最大の透過
係数を有するとともに、レーザビームの波長においては
最大の反射係数を有するという具合に処理され得る。し
たがって、吸収される総光量は、さらに増加される。
め、したがってさらに装置の効率を改良するために、出
口の反射手段はポンピングビームの波長においては最大
の反射係数を有するという具合に処理され、入口の反射
手段は、ポンピングビームの波長においては最大の透過
係数を有するとともに、レーザビームの波長においては
最大の反射係数を有するという具合に処理され得る。し
たがって、吸収される総光量は、さらに増加される。
【００１０】本発明の実施形態によれば、前記反射手段
は、球面のミラー（それの曲率半径は、ポンピングビー
ムの寸法が、活性媒体の中のレーザビームの寸法以下に
なるという具合に計算される）である。本発明によって
解かれる第２の問題は、球面ミラー型の光学的な部品
が、曲率半径に依存するのみである焦点特性を有してい
るということである。波長の関数として反射手段の焦点
距離を変更できるということは、所定の場合には有利と
なり得る。この問題は、反射手段としてフレネル型の回
折ミラーあるいはホログラフミラーを用いることによっ
て解決される。追加の問題は、能動あるいは受動の切り
換えられたモードキャビティ(an active or passive sw
itched mode cavity)であり得る。
は、球面のミラー（それの曲率半径は、ポンピングビー
ムの寸法が、活性媒体の中のレーザビームの寸法以下に
なるという具合に計算される）である。本発明によって
解かれる第２の問題は、球面ミラー型の光学的な部品
が、曲率半径に依存するのみである焦点特性を有してい
るということである。波長の関数として反射手段の焦点
距離を変更できるということは、所定の場合には有利と
なり得る。この問題は、反射手段としてフレネル型の回
折ミラーあるいはホログラフミラーを用いることによっ
て解決される。追加の問題は、能動あるいは受動の切り
換えられたモードキャビティ(an active or passive sw
itched mode cavity)であり得る。
【００１１】したがって、上述され、しかし能動の切り
換えられたモードで動作する型のキャビティを作成する
ために、上記キャビティは、電気−光学的な取り外し部
あるいは解除部(trip or release)を一体化することも
できる。そのような取り外し部あるいは解除部は、マイ
クロレーザに関連して知られているが、それらは、約１
０００ボルトの高い動作電圧で動作する。本発明による
マイクロレーザにおいて用いられるときには、動作電圧
は、約１００ボルトに低減することができる。
換えられたモードで動作する型のキャビティを作成する
ために、上記キャビティは、電気−光学的な取り外し部
あるいは解除部(trip or release)を一体化することも
できる。そのような取り外し部あるいは解除部は、マイ
クロレーザに関連して知られているが、それらは、約１
０００ボルトの高い動作電圧で動作する。本発明による
マイクロレーザにおいて用いられるときには、動作電圧
は、約１００ボルトに低減することができる。
【００１２】活性レーザ媒質は、４準位型であり得る。
それは、また、３準位型であり得て、キャビティの反射
手段は、ポンピングビームの寸法が活性媒質の中のレー
ザビームの寸法に実質的に等しいという具合に寸法を与
えられる。本発明の利点の一つは、ポンピングビーム方
向に制限された厚み（≦３００［μｍ］）の活性媒体を
具備するマイクロレーザの製造を可能にするということ
である。
それは、また、３準位型であり得て、キャビティの反射
手段は、ポンピングビームの寸法が活性媒質の中のレー
ザビームの寸法に実質的に等しいという具合に寸法を与
えられる。本発明の利点の一つは、ポンピングビーム方
向に制限された厚み（≦３００［μｍ］）の活性媒体を
具備するマイクロレーザの製造を可能にするということ
である。
【００１３】最後に、本発明は、前述のようなキャビテ
ィと、前記キャビティのためのポンピング手段とを具備
するマイクロレーザにも関連する。本発明の特徴と利点
は、非制限的な実施形態の次の記載に照らし、付属の図
面を参照して、より明かとなろう。
ィと、前記キャビティのためのポンピング手段とを具備
するマイクロレーザにも関連する。本発明の特徴と利点
は、非制限的な実施形態の次の記載に照らし、付属の図
面を参照して、より明かとなろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図１を
参照して説明する。図１において、１２はマイクロレー
ザの活性媒質、１４，１６はそれの入口面と出口面とを
示している。１８はポンピングビーム（pumping beam）
であり、２０はレーザビームである。入口面１４及び出
口面１６は凸形であり、誘電体被覆を堆積することによ
り、上記入口と出口との面のそれぞれの上に球面のミラ
ーを形成することができる。
参照して説明する。図１において、１２はマイクロレー
ザの活性媒質、１４，１６はそれの入口面と出口面とを
示している。１８はポンピングビーム（pumping beam）
であり、２０はレーザビームである。入口面１４及び出
口面１６は凸形であり、誘電体被覆を堆積することによ
り、上記入口と出口との面のそれぞれの上に球面のミラ
ーを形成することができる。
【００１５】得られたミラーはポンピングビーム１８と
レーザビーム２０との波長において、異なる反射特性と
透過特性とを有する２色性ミラー（dichroic mirrors）
であることが好ましい。入力及び出力ミラー各々は、活
性材料１２の中のポンピングビームの寸法が、同じ材料
中のレーザビームの寸法以下になる（いわゆる重複条
件;so-called overlap condition）ように決定される曲
率半径を有する。
レーザビーム２０との波長において、異なる反射特性と
透過特性とを有する２色性ミラー（dichroic mirrors）
であることが好ましい。入力及び出力ミラー各々は、活
性材料１２の中のポンピングビームの寸法が、同じ材料
中のレーザビームの寸法以下になる（いわゆる重複条
件;so-called overlap condition）ように決定される曲
率半径を有する。
【００１６】マイクロレーザの変換効率の要因の一つで
ある、吸収ポンピングエネルギ量は、幾つかの影響によ
って決定される。すなわち、レーザ材料の吸収特性及び
ポンピングビームによって横断される材料長である。吸
収されるポンピングエネルギ量は、αがレーザ材料の吸
収係数であり、ｌが横断材料長であるとき、ｅｘｐ（−
αｌ）に比例する。
ある、吸収ポンピングエネルギ量は、幾つかの影響によ
って決定される。すなわち、レーザ材料の吸収特性及び
ポンピングビームによって横断される材料長である。吸
収されるポンピングエネルギ量は、αがレーザ材料の吸
収係数であり、ｌが横断材料長であるとき、ｅｘｐ（−
αｌ）に比例する。
【００１７】固定された材料に対しては、長さｌが長け
れば長いほど、吸収効率はより良くなる。しかしなが
ら、長さが極めて長い場合は意味がない。なぜならば、
ある点から、エネルギは既にほとんど全部吸収されてい
るので、長さが長くなっても、吸収は無視できる。レー
ザモードとポンピングビームとの重複の作用は、レーザ
の型、３又は４準位、あるいは中間のレーザシステムの
作用と同じような重要性を有していない。
れば長いほど、吸収効率はより良くなる。しかしなが
ら、長さが極めて長い場合は意味がない。なぜならば、
ある点から、エネルギは既にほとんど全部吸収されてい
るので、長さが長くなっても、吸収は無視できる。レー
ザモードとポンピングビームとの重複の作用は、レーザ
の型、３又は４準位、あるいは中間のレーザシステムの
作用と同じような重要性を有していない。
【００１８】図２に示されるように、ある材料は、レー
ザ動作原理において４スペクトルエネルギ準位（four s
pectroscopic energy levels）、すなわち、基本準位
０、及び３つの励起準位１，２，３を伴っている。ポン
ピング光子は、基本準位と最高励起準位（３）との間で
吸収される。この準位に励起された活性中心は、直下の
準位（２）に下方遷移される。誘導放出による活性中心
の放射性の下方遷移の結果として、この準位と基本準位
の上の準位（１）との間でレーザ効果が生ずる。したが
って、吸収現象に対する２つの準位（０及び３）と、誘
導放出現象に対する２つの準位（１及び２）とは独立で
ある。ポンプ（pump）の吸収とレーザ放射は、相互作用
しない。
ザ動作原理において４スペクトルエネルギ準位（four s
pectroscopic energy levels）、すなわち、基本準位
０、及び３つの励起準位１，２，３を伴っている。ポン
ピング光子は、基本準位と最高励起準位（３）との間で
吸収される。この準位に励起された活性中心は、直下の
準位（２）に下方遷移される。誘導放出による活性中心
の放射性の下方遷移の結果として、この準位と基本準位
の上の準位（１）との間でレーザ効果が生ずる。したが
って、吸収現象に対する２つの準位（０及び３）と、誘
導放出現象に対する２つの準位（１及び２）とは独立で
ある。ポンプ（pump）の吸収とレーザ放射は、相互作用
しない。
【００１９】図３（ａ），３（ｂ）に示されるように、
ポンピングビーム２２が、完全にレーザモード２４に含
まれている（“良い”重複）ときには、全てのポンピン
グエネルギは、レーザの有効体積の中に吸収される。利
得による導波効果とポンピングビームによる加熱による
寄生熱効果を無視できる時からある程度まで、このエネ
ルギは、それがレーザビームの中に吸収されるやいなや
レーザ効果に有効に関与する。図３（ｃ），３（ｄ）に
ビームの重複が悪い状況が示されている。この場合、ポ
ンピングビーム２５の寸法がレーザビーム２７のそれよ
りも大である。これらの図面中の斜線部分がポンピング
エネルギの損失を表している。
ポンピングビーム２２が、完全にレーザモード２４に含
まれている（“良い”重複）ときには、全てのポンピン
グエネルギは、レーザの有効体積の中に吸収される。利
得による導波効果とポンピングビームによる加熱による
寄生熱効果を無視できる時からある程度まで、このエネ
ルギは、それがレーザビームの中に吸収されるやいなや
レーザ効果に有効に関与する。図３（ｃ），３（ｄ）に
ビームの重複が悪い状況が示されている。この場合、ポ
ンピングビーム２５の寸法がレーザビーム２７のそれよ
りも大である。これらの図面中の斜線部分がポンピング
エネルギの損失を表している。
【００２０】図４に示されるように、ある材料はレーザ
動作のための３つのエネルギ準位が用いられる。活性中
心は最高の励起準位（２）にポンプの吸収によって励起
され、次に直下の準位（１）に緩和される。活性中心が
下方遷移されるときに、光子の誘導放出によるレーザ効
果が生ずるのは、後者の準位と基本準位（０）との間で
ある。さらに、このことは、レーザ材料が、基本準位
と、追加の損失を生成するより高いレーザレベル（１）
との間で光子を吸収する、レーザ光子が再吸収されると
いうことを意味している。さらに、誘導放出を得るため
に、より高いレーザ準位（１）が到着準位以上の分布を
有していることが必要である。このことは、基本準位が
希薄になるということを意味している。ポンプの吸収は
低減される。
動作のための３つのエネルギ準位が用いられる。活性中
心は最高の励起準位（２）にポンプの吸収によって励起
され、次に直下の準位（１）に緩和される。活性中心が
下方遷移されるときに、光子の誘導放出によるレーザ効
果が生ずるのは、後者の準位と基本準位（０）との間で
ある。さらに、このことは、レーザ材料が、基本準位
と、追加の損失を生成するより高いレーザレベル（１）
との間で光子を吸収する、レーザ光子が再吸収されると
いうことを意味している。さらに、誘導放出を得るため
に、より高いレーザ準位（１）が到着準位以上の分布を
有していることが必要である。このことは、基本準位が
希薄になるということを意味している。ポンプの吸収は
低減される。
【００２１】要するに、４準位レーザの動作と比較し
て、２つの不利な現象が生ずる。すなわち、レーザキャ
ビティ内での高い損失、及び、ポンピング光吸収効率の
低減を導くポンプの吸収飽和に通じる放射された光子の
再吸収である。図５（ｃ），５（ｄ）に見られるよう
に、もしも、ポンピングビーム２６が完全にレーザモー
ド２８の中にないようなビームの重複であるなら、レー
ザモードの外で吸収されるエネルギは有用でない。
て、２つの不利な現象が生ずる。すなわち、レーザキャ
ビティ内での高い損失、及び、ポンピング光吸収効率の
低減を導くポンプの吸収飽和に通じる放射された光子の
再吸収である。図５（ｃ），５（ｄ）に見られるよう
に、もしも、ポンピングビーム２６が完全にレーザモー
ド２８の中にないようなビームの重複であるなら、レー
ザモードの外で吸収されるエネルギは有用でない。
【００２２】それは、レーザビームの通路上に利得を確
立することに関与せず、このことは、レーザ材料の再吸
収による有義な損失の場合にそれだけ多く不利な立場に
おくこととなる。しかしながら、図５（ａ），５（ｂ）
に示されるように、仮に、ポンピングビーム２７が、完
全にレーザモード２９の中にあり、レーザモードのそれ
よりも十分に小さい寸法であるならば、２つの予め決め
られた要因を考慮しなければならない。
立することに関与せず、このことは、レーザ材料の再吸
収による有義な損失の場合にそれだけ多く不利な立場に
おくこととなる。しかしながら、図５（ａ），５（ｂ）
に示されるように、仮に、ポンピングビーム２７が、完
全にレーザモード２９の中にあり、レーザモードのそれ
よりも十分に小さい寸法であるならば、２つの予め決め
られた要因を考慮しなければならない。
【００２３】すなわち、吸収されるポンプがないレーザ
モードの領域は、追加の損失領域であり、ポンプの吸収
の飽和に注意を払わなければならない。故に、３準位の
みのシステムは困難である。なぜならば、レーザモード
におけるどのランダムな点においてもポンプを吸収する
のが充分でないからである。さらに、ポンピングビーム
の寸法は、レーザビームの寸法に等しいか、あるいは、
ほぼ等しいことが必要である。
モードの領域は、追加の損失領域であり、ポンプの吸収
の飽和に注意を払わなければならない。故に、３準位の
みのシステムは困難である。なぜならば、レーザモード
におけるどのランダムな点においてもポンプを吸収する
のが充分でないからである。さらに、ポンピングビーム
の寸法は、レーザビームの寸法に等しいか、あるいは、
ほぼ等しいことが必要である。
【００２４】図６は本発明による最適化された効率のマ
イクロレーザの設計のための一般的な図面である。図６
において、ポンピング源３４によって照射される２つの
球面ミラー３０，３２を有するマイクロレーザの特定の
場合が示されているが、この設計は他の反射手段（後に
説明されるようなフレネルミラーあるいはホログラフミ
ラーのようなもの）のために用いることができる。
イクロレーザの設計のための一般的な図面である。図６
において、ポンピング源３４によって照射される２つの
球面ミラー３０，３２を有するマイクロレーザの特定の
場合が示されているが、この設計は他の反射手段（後に
説明されるようなフレネルミラーあるいはホログラフミ
ラーのようなもの）のために用いることができる。
【００２５】ポンピング源は、振幅がｆ0（ｘ，ｙ，
ｚ）で示される光波を放射する。この波は入口面を通る
ことによって変化し、その振幅はｆ1（ｘ，ｙ，ｚ）と
なる。指数ｎのマイクロレーザ中を伝搬した後、その波
は出口面によって反射され、ポンピング波の振幅はｆ2
（ｘ，ｙ，ｚ）となる。レーザキャビティ中において、
コヒーレントな光波は２つのミラー３０，３２の間で発
振し、その振幅はｇ（ｘ，ｙ，ｚ）となる。
ｚ）で示される光波を放射する。この波は入口面を通る
ことによって変化し、その振幅はｆ1（ｘ，ｙ，ｚ）と
なる。指数ｎのマイクロレーザ中を伝搬した後、その波
は出口面によって反射され、ポンピング波の振幅はｆ2
（ｘ，ｙ，ｚ）となる。レーザキャビティ中において、
コヒーレントな光波は２つのミラー３０，３２の間で発
振し、その振幅はｇ（ｘ，ｙ，ｚ）となる。
【００２６】マイクロレーザの利得媒質（gain mediu
m）中においては、２つの波（ポンプとレーザ）の振幅
と位相とを決定することは可能である。計算は、２つの
波の間の第１の単純な重複積分Ｒを伴い、マイクロレー
ザの中に存在する２つの波、すなわち、レーザ波ｇ
（ｘ，ｙ，ｚ）と、外向きの経路上のポンピング波ｆ1
（ｘ，ｙ，ｚ）及び戻り経路上のポンピング波ｆ
2（ｘ，ｙ，ｚ）との積の和として書かれる。
m）中においては、２つの波（ポンプとレーザ）の振幅
と位相とを決定することは可能である。計算は、２つの
波の間の第１の単純な重複積分Ｒを伴い、マイクロレー
ザの中に存在する２つの波、すなわち、レーザ波ｇ
（ｘ，ｙ，ｚ）と、外向きの経路上のポンピング波ｆ1
（ｘ，ｙ，ｚ）及び戻り経路上のポンピング波ｆ
2（ｘ，ｙ，ｚ）との積の和として書かれる。
【００２７】
【数１】
【００２８】３次反射及びより高次の反射の結果として
生じる他のポンピング波は考慮されていない。なぜなら
ば、ポンピングビームの外向き及び戻り経路上には実質
的に完全な吸収が存在するからである。
生じる他のポンピング波は考慮されていない。なぜなら
ば、ポンピングビームの外向き及び戻り経路上には実質
的に完全な吸収が存在するからである。
【００２９】ポンピングビームの振幅の伝搬の計算及び
マイクロキャビティにおいて発振するレーザビームの計
算は、異なる理論を適用することにより行われる。解決
方法は、例えば、電磁気学、回折又はガウスビーム伝搬
式（Gaussian beam propagation equations）から得ら
れる。
マイクロキャビティにおいて発振するレーザビームの計
算は、異なる理論を適用することにより行われる。解決
方法は、例えば、電磁気学、回折又はガウスビーム伝搬
式（Gaussian beam propagation equations）から得ら
れる。
【００３０】ガウスビームの伝搬を用いたマイクロレー
ザキャビティの特性の計算に対する一つの方法が与えら
れる。ガウスビームは単一横モードを有するレーザの特
徴である。図７（ａ），７（ｂ）にそのようなビームの
プロファイル及び伝搬がそれぞれ示される。ガウスビー
ムは、その波長λと、軸Ｏz上のビームのくびれの位置
ｄと、ビームの半径ｗとによって特徴づけられ、伝搬軸
Ｏzに沿って次式で表される。
ザキャビティの特性の計算に対する一つの方法が与えら
れる。ガウスビームは単一横モードを有するレーザの特
徴である。図７（ａ），７（ｂ）にそのようなビームの
プロファイル及び伝搬がそれぞれ示される。ガウスビー
ムは、その波長λと、軸Ｏz上のビームのくびれの位置
ｄと、ビームの半径ｗとによって特徴づけられ、伝搬軸
Ｏzに沿って次式で表される。
【００３１】
【数２】
【００３２】３つの仮定された同軸ビーム各々に対する
伝搬軸に沿った直径を表す関数Ｚiは、次式で示され
る。 − レーザビーム：Ｚl（ｚ） − 外向きの経路上のポンピングビーム：Ｚa（ｚ） − 戻りの経路上のポンピングビーム：Ｚr（ｚ）
伝搬軸に沿った直径を表す関数Ｚiは、次式で示され
る。 − レーザビーム：Ｚl（ｚ） − 外向きの経路上のポンピングビーム：Ｚa（ｚ） − 戻りの経路上のポンピングビーム：Ｚr（ｚ）
【００３３】したがって、これらの３つの関数は、軸ｚ
の座標上の２次多項式（second degree polymomials）
である。これらの多項式の係数は、実数であり、マイク
ロレーザのキャビティの幾何学的な特徴とポンピングビ
ームとによって決定される。それらを得るために、よく
知られたガウスビーム伝搬計算方法が用いられる。この
方法は、ＡＢＣＤマトリックス方法として知られている
（例えば、Anaviev著“光学的共振器とレーザ放射の発
散問題”（"Optical resonators and divergenceproble
ms of the laser radiation"），Mir Publications， M
oscow， 1982に記載されている）。次のことが分かる。
の座標上の２次多項式（second degree polymomials）
である。これらの多項式の係数は、実数であり、マイク
ロレーザのキャビティの幾何学的な特徴とポンピングビ
ームとによって決定される。それらを得るために、よく
知られたガウスビーム伝搬計算方法が用いられる。この
方法は、ＡＢＣＤマトリックス方法として知られている
（例えば、Anaviev著“光学的共振器とレーザ放射の発
散問題”（"Optical resonators and divergenceproble
ms of the laser radiation"），Mir Publications， M
oscow， 1982に記載されている）。次のことが分かる。
【００３４】− Ｚl（ｚ）は、レーザ波長（ｆ1及びｆ
2）におけるマイクロミラーの焦点距離及びマイクロレ
ーザの厚さ（ｅ）に依存し、 − Ｚa（ｚ）は、ポンプ（f′1）に対する入力成分の
焦点距離と同様に、入射するポンピングビームの特徴
（ポンピング源の寸法と位置）に依存し、 − Ｚr（ｚ）は、入射するポンピングビームと、ポン
プ（f′1）に対する入力成分の焦点距離と、マイクロレ
ーザの厚さ（ｅ）と、ポンプ（f′2）の反射成分の焦点
距離に依存する。 次の２つの多項式は、それぞれ外向き及び戻り経路の上
のレーザビームの寸法とポンピングビームの寸法との間
の軸の各点における差をそれぞれ表している。
2）におけるマイクロミラーの焦点距離及びマイクロレ
ーザの厚さ（ｅ）に依存し、 − Ｚa（ｚ）は、ポンプ（f′1）に対する入力成分の
焦点距離と同様に、入射するポンピングビームの特徴
（ポンピング源の寸法と位置）に依存し、 − Ｚr（ｚ）は、入射するポンピングビームと、ポン
プ（f′1）に対する入力成分の焦点距離と、マイクロレ
ーザの厚さ（ｅ）と、ポンプ（f′2）の反射成分の焦点
距離に依存する。 次の２つの多項式は、それぞれ外向き及び戻り経路の上
のレーザビームの寸法とポンピングビームの寸法との間
の軸の各点における差をそれぞれ表している。
【００３５】
【数３】
【００３６】レーザビームとポンピングビームとの相対
位置を評価する図３（ａ）〜３（ｄ）と、図５（ａ）〜
５（ｄ）とを比較すると、これら２つの多項式はレーザ
ビーム及びポンピングビームの位置を表しているという
ことが見て取れる。もしも、上式が正であるならば、ポ
ンピングビームがレーザビームの中にあることを意味
し、これは、４エネルギ準位（図２及び図３（ａ）〜３
（ｄ））を有するレーザの場合の第１近似において十分
である。
位置を評価する図３（ａ）〜３（ｄ）と、図５（ａ）〜
５（ｄ）とを比較すると、これら２つの多項式はレーザ
ビーム及びポンピングビームの位置を表しているという
ことが見て取れる。もしも、上式が正であるならば、ポ
ンピングビームがレーザビームの中にあることを意味
し、これは、４エネルギ準位（図２及び図３（ａ）〜３
（ｄ））を有するレーザの場合の第１近似において十分
である。
【００３７】３準位（図４及び図５（ａ）〜５（ｄ））
を有するレーザの場合には、２つの多項式の値が、軸に
沿ってできるだけ低いことが必要である。したがって、
ポンピングビームよりも大きなレーザビームに対して、
ポンピングビームとレーザビームとの間の空間は追加の
損失源であり、不適切なポンピングビーム寸法と、それ
による２つのビームの間の有意な差により、吸収が飽和
することがある。
を有するレーザの場合には、２つの多項式の値が、軸に
沿ってできるだけ低いことが必要である。したがって、
ポンピングビームよりも大きなレーザビームに対して、
ポンピングビームとレーザビームとの間の空間は追加の
損失源であり、不適切なポンピングビーム寸法と、それ
による２つのビームの間の有意な差により、吸収が飽和
することがある。
【００３８】このことは次の数学的基準によって説明さ
れ得る。ここで、ａ及びｂはマイクロミラー、又は、よ
り一般的には、ビームの軸ｚ上の反射手段の位置であ
る。 − ４準位基準：レーザビーム中の局部的な吸収： ａ＜ｚ＜ｂに対して、Ｐa（ｚ）＞０及びＰr（ｚ）＞０ − ３準位基準：ａ＜ｚ＜ｂに対して、Ｐa（ｚ）＞０
及びＰr（ｚ）＞０、 並びに、吸収の最少の追加及び飽和損失：
れ得る。ここで、ａ及びｂはマイクロミラー、又は、よ
り一般的には、ビームの軸ｚ上の反射手段の位置であ
る。 − ４準位基準：レーザビーム中の局部的な吸収： ａ＜ｚ＜ｂに対して、Ｐa（ｚ）＞０及びＰr（ｚ）＞０ − ３準位基準：ａ＜ｚ＜ｂに対して、Ｐa（ｚ）＞０
及びＰr（ｚ）＞０、 並びに、吸収の最少の追加及び飽和損失：
【００３９】
【数４】
【００４０】これらの基準を用いて、最も可能性のある
妥協が、マイクロレーザの特性に対してなされ得る。一
般に、他を考慮することにより、所定のパラメータが課
せられる。例えば、予想された適用に関連した強制は、
マイクロレーザの厚み（もしも、単一周波数の放射が要
求されているならば、最大値が課せられ、３準位マイク
ロレーザの場合には、利得と損失とを平衡させる最適な
長さが存在する）、あるいは、マイクロレーザに関する
ポンピング源の位置が課せられる（もしも、マイクロレ
ーザが、ポンピング源に結合されているならば、むき出
しのレーザダイオードあるいは光ファイバ）。
妥協が、マイクロレーザの特性に対してなされ得る。一
般に、他を考慮することにより、所定のパラメータが課
せられる。例えば、予想された適用に関連した強制は、
マイクロレーザの厚み（もしも、単一周波数の放射が要
求されているならば、最大値が課せられ、３準位マイク
ロレーザの場合には、利得と損失とを平衡させる最適な
長さが存在する）、あるいは、マイクロレーザに関する
ポンピング源の位置が課せられる（もしも、マイクロレ
ーザが、ポンピング源に結合されているならば、むき出
しのレーザダイオードあるいは光ファイバ）。
【００４１】したがって、決定されるべき変数は以下の
通りである。 − 入力マイクロミラー（あるいは、より一般的には入
口における反射手段）の焦点距離ｆ1及びｆ′1、 − 出力ミラー（あるいは、より一般的には出口におけ
る反射手段）の焦点距離ｆ2，ｆ′2、 − ポンピング源の寸法、 − ポンピング源がマイクロレーザに近接している範囲
でのポンピング源の位置。 決定（寸法、位置）されたポンピング源に関しては、マ
イクロミラーの製造上の特性を扱うことが必要である。
通りである。 − 入力マイクロミラー（あるいは、より一般的には入
口における反射手段）の焦点距離ｆ1及びｆ′1、 − 出力ミラー（あるいは、より一般的には出口におけ
る反射手段）の焦点距離ｆ2，ｆ′2、 − ポンピング源の寸法、 − ポンピング源がマイクロレーザに近接している範囲
でのポンピング源の位置。 決定（寸法、位置）されたポンピング源に関しては、マ
イクロミラーの製造上の特性を扱うことが必要である。
【００４２】もしも、ｆ1＝ｆ′1及びｆ2＝ｆ′2を課す
ることにより、問題を解くことができるならば、単純な
マイクロミラーが使用できるということを意味してい
る。したがって、決定されるべき変数は、入力マイクロ
ミラーの曲率半径（Ｒ1）と出力マイクロミラーの曲率
半径（Ｒ2）とである。これらの半径は、焦点距離から
直接求められる。
ることにより、問題を解くことができるならば、単純な
マイクロミラーが使用できるということを意味してい
る。したがって、決定されるべき変数は、入力マイクロ
ミラーの曲率半径（Ｒ1）と出力マイクロミラーの曲率
半径（Ｒ2）とである。これらの半径は、焦点距離から
直接求められる。
【００４３】予想される数値の範囲は、曲率半径に対し
ては数ミリメータである（０．５［ｍｍ］から５［ｍ
ｍ］まで）。ポンピング源の寸法に対しては、数十マイ
クロメータ（５［μｍ］から５０［μｍ］までの半径）
であり、キャビティ長に対しては数百マイクロメータ
（３００［μｍ］から１０００［μｍ］まで）である。
ポンピング源はマイクロレーザに結合されているか、あ
るいはそこに焦点を合わされていると考えられる。
ては数ミリメータである（０．５［ｍｍ］から５［ｍ
ｍ］まで）。ポンピング源の寸法に対しては、数十マイ
クロメータ（５［μｍ］から５０［μｍ］までの半径）
であり、キャビティ長に対しては数百マイクロメータ
（３００［μｍ］から１０００［μｍ］まで）である。
ポンピング源はマイクロレーザに結合されているか、あ
るいはそこに焦点を合わされていると考えられる。
【００４４】本発明によるキャビティの入口あるいは入
力面１４（図１）は、ポンピングビームを結晶（crysta
l）の中に集光する。したがって、入口面はレーザモー
ドとポンピングビームとに対する２つの分離した機能を
有する。それは２色性の誘電体処理によって覆われてい
るという有益性である（例えば、ポンプの波長における
最大透過係数、及びレーザ波長における最大反射係
数）。
力面１４（図１）は、ポンピングビームを結晶（crysta
l）の中に集光する。したがって、入口面はレーザモー
ドとポンピングビームとに対する２つの分離した機能を
有する。それは２色性の誘電体処理によって覆われてい
るという有益性である（例えば、ポンプの波長における
最大透過係数、及びレーザ波長における最大反射係
数）。
【００４５】さらに、マイクロレーザの出口あるいは出
力面は、レーザモード及びポンプのそれぞれに対する２
つの機能を果たす。レーザキャビティの第２のミラーを
形成することはさておき、一回の通過後に吸収されなか
ったポンピングビームのエネルギが結晶の中に反射され
再び焦点が合う。また、２色性の処理（ポンピング波長
における最大反射及び選択的にレーザ波長における最大
透過）によって覆われているという有益性を有する。
力面は、レーザモード及びポンプのそれぞれに対する２
つの機能を果たす。レーザキャビティの第２のミラーを
形成することはさておき、一回の通過後に吸収されなか
ったポンピングビームのエネルギが結晶の中に反射され
再び焦点が合う。また、２色性の処理（ポンピング波長
における最大反射及び選択的にレーザ波長における最大
透過）によって覆われているという有益性を有する。
【００４６】入口及び出口において従来のミラーの代わ
りに回折用部品を用いることは有益であるかもしれな
い。なぜならば、これらの部品は、波長とともに重要に
変化する光学的特性、例えば、顕著な色収差を有してい
るからである。例えば、従来のミラーは曲率半径に依存
するのみである焦点距離を変化させないのに対して、フ
レネルレンズ又はホログラフミラーの焦点距離は、波長
とともに直接に変化する。したがって、レーザ及びポン
プに対する反射係数及び透過係数が変化するのみでな
く、前記２つのビームに対する焦点合わせ特性が変化す
る部品を得ることが可能である。
りに回折用部品を用いることは有益であるかもしれな
い。なぜならば、これらの部品は、波長とともに重要に
変化する光学的特性、例えば、顕著な色収差を有してい
るからである。例えば、従来のミラーは曲率半径に依存
するのみである焦点距離を変化させないのに対して、フ
レネルレンズ又はホログラフミラーの焦点距離は、波長
とともに直接に変化する。したがって、レーザ及びポン
プに対する反射係数及び透過係数が変化するのみでな
く、前記２つのビームに対する焦点合わせ特性が変化す
る部品を得ることが可能である。
【００４７】したがって、フレネルレンズは、一つ置き
に明るいリング（最大透過）が設けられた一連の暗いリ
ング（ゼロ透過）を設けて透明なプレートの上に作られ
る。連続するリングの半径は以下の式によって与えられ
る。
に明るいリング（最大透過）が設けられた一連の暗いリ
ング（ゼロ透過）を設けて透明なプレートの上に作られ
る。連続するリングの半径は以下の式によって与えられ
る。
【００４８】
【数５】
【００４９】この場合、ｎは整数、λは入射ビームの波
長、ｆはレンズの焦点距離である。したがって、上述の
ように与えられた計算は直接に適用可能である。なぜな
らば、ミラーの焦点距離の決定が一旦行われれば、連続
するリングの半径は決定されるからである。この方法で
定義された第１の円形領域は、暗くも明るくもあり得
る。それの半径はａである。したがって、√ｎ（ｎの平
方根を√ｎと表す）の進行とともにそれを取り囲むリン
グが存在する。そのようなレンズの主焦点距離は、次式
で与えられる。
長、ｆはレンズの焦点距離である。したがって、上述の
ように与えられた計算は直接に適用可能である。なぜな
らば、ミラーの焦点距離の決定が一旦行われれば、連続
するリングの半径は決定されるからである。この方法で
定義された第１の円形領域は、暗くも明るくもあり得
る。それの半径はａである。したがって、√ｎ（ｎの平
方根を√ｎと表す）の進行とともにそれを取り囲むリン
グが存在する。そのようなレンズの主焦点距離は、次式
で与えられる。
【００５０】
【数６】
【００５１】従って、この式において、焦点距離のはっ
きりした波長依存性がある。同じ型（フレネル）のミラ
ーが、反射リングと非反射リング（すなわち、最大透過
又は最大吸収、あるいは最大拡散）とを１つおきに用い
て得られる。ホログラフの要素は、非常によく開発され
た光学的部品である。さらに、それの焦点距離は１／λ
であり、したがって、焦点距離の値に基づいて、それら
の特性を決定することが可能である。それらは、２つの
手段、主として、２つのコヒーレントな光ビームの間の
複雑な干渉像又はパターンの実験的な記録と、干渉パタ
ーンのシミュレーション及び透明プレートの上への様々
な手段による書き込みあるいは記録によって得られる。
きりした波長依存性がある。同じ型（フレネル）のミラ
ーが、反射リングと非反射リング（すなわち、最大透過
又は最大吸収、あるいは最大拡散）とを１つおきに用い
て得られる。ホログラフの要素は、非常によく開発され
た光学的部品である。さらに、それの焦点距離は１／λ
であり、したがって、焦点距離の値に基づいて、それら
の特性を決定することが可能である。それらは、２つの
手段、主として、２つのコヒーレントな光ビームの間の
複雑な干渉像又はパターンの実験的な記録と、干渉パタ
ーンのシミュレーション及び透明プレートの上への様々
な手段による書き込みあるいは記録によって得られる。
【００５２】両方の場合において、プレートは、変化に
富むグレーレベル、すなわち、変化に富む透過値を有す
る非常に複雑なパターンとともに得られる。パターンの
寸法は、シミュレーション計算あるいは記録に用いられ
る波長とほぼ同じである。これらのホログラムは、振幅
ホログラムと呼ばれ、一般的には限度のある全体的な透
過度（固有の黒の領域により）を有し、数次に回折す
る。
富むグレーレベル、すなわち、変化に富む透過値を有す
る非常に複雑なパターンとともに得られる。パターンの
寸法は、シミュレーション計算あるいは記録に用いられ
る波長とほぼ同じである。これらのホログラムは、振幅
ホログラムと呼ばれ、一般的には限度のある全体的な透
過度（固有の黒の領域により）を有し、数次に回折す
る。
【００５３】位相ホログラムを得ることも可能である。
それらは透明である。なぜなら、そのパターンはそのエ
ネルギではなく、入射波の位相を劣悪化させるパターン
であるからである。このため、変調されるものは、もは
やプレートの透明性でなく、その厚みである。これらの
ホログラムは、誘電体堆積のような屈折性ミラーで覆わ
れ得る。さらに、いわゆるブラッグホログラムを用いる
ことが可能である。主回折次数（main diffraction ord
er）は、最大光エネルギを集中させ、実質的には可視で
ある唯一のものであり、他の次数は非常に弱い。このタ
イプのホログラムは最大効率条件を有する。
それらは透明である。なぜなら、そのパターンはそのエ
ネルギではなく、入射波の位相を劣悪化させるパターン
であるからである。このため、変調されるものは、もは
やプレートの透明性でなく、その厚みである。これらの
ホログラムは、誘電体堆積のような屈折性ミラーで覆わ
れ得る。さらに、いわゆるブラッグホログラムを用いる
ことが可能である。主回折次数（main diffraction ord
er）は、最大光エネルギを集中させ、実質的には可視で
ある唯一のものであり、他の次数は非常に弱い。このタ
イプのホログラムは最大効率条件を有する。
【００５４】本発明によるレーザキャビティの効果（重
畳状態を実現させる）は、エネルギ平衡の観点から観察
し得る。エネルギの立場から、レーザ源はレーザ動作閾
値によって特徴づけられる。このレーザ動作閾値はレー
ザ効果（laser effect;Ｐs）及び微分効率（differenti
al efficiency;η）を得るための最少ポンピングパワー
又はエネルギを表し、閾値を超えるポンピングパワーあ
るいはエネルギの関数としてレーザパワーあるいはエネ
ルギを与える。全体の効率は、キャビティの全損失、レ
ーザ材料のレーザスペクトル特性（laser spectroscopi
c characteristics）、レーザビームの有効容積、及び
ポンピング光子の値に依存する閾値におけるポンピング
パワーを考慮したものである。全体の効率は、下式のよ
うに表される。
畳状態を実現させる）は、エネルギ平衡の観点から観察
し得る。エネルギの立場から、レーザ源はレーザ動作閾
値によって特徴づけられる。このレーザ動作閾値はレー
ザ効果（laser effect;Ｐs）及び微分効率（differenti
al efficiency;η）を得るための最少ポンピングパワー
又はエネルギを表し、閾値を超えるポンピングパワーあ
るいはエネルギの関数としてレーザパワーあるいはエネ
ルギを与える。全体の効率は、キャビティの全損失、レ
ーザ材料のレーザスペクトル特性（laser spectroscopi
c characteristics）、レーザビームの有効容積、及び
ポンピング光子の値に依存する閾値におけるポンピング
パワーを考慮したものである。全体の効率は、下式のよ
うに表される。
【００５５】
【数７】
【００５６】したがって、達成され得る全体の最大効率
は微分効率に等しい。ポンピングパワー又はエネルギが
閾値におけるそれらの値に比較して高くなるとき、この
値は近づきつつある。レーザの微分効率は、幾つかの要
因の積である。
は微分効率に等しい。ポンピングパワー又はエネルギが
閾値におけるそれらの値に比較して高くなるとき、この
値は近づきつつある。レーザの微分効率は、幾つかの要
因の積である。
【００５７】
【数８】
【００５８】この場合、 − ｈν1/ｈνpはレーザとポンプとの光子のエネルギ
の比（ポンプとレーザとの波長の比）である。 − ηquantはポンピング光子の吸収に対応するより高
いエネルギ準位へのイオンの励起と、レーザ移行（この
過程は、寄生エネルギ準位を有する移行によって劣質化
されることがある）の開始準位への前記イオンの下方遷
移との間の量子効率（quantum efficiency）である。 − ηabsは全体の基台の上でレーザ材料を通って吸収
されたポンピングエネルギ量に対応するポンピング光吸
収効率である。 − ηextは吸収されたエネルギの一部に対応し、レー
ザビームを増幅するために実際に用いられるポンプとレ
ーザとのビームの間の重畳に関連した抽出効率である。 − ηlossesはレーザキャビティの有効及び無効な損失
に関連した要因である。
の比（ポンプとレーザとの波長の比）である。 − ηquantはポンピング光子の吸収に対応するより高
いエネルギ準位へのイオンの励起と、レーザ移行（この
過程は、寄生エネルギ準位を有する移行によって劣質化
されることがある）の開始準位への前記イオンの下方遷
移との間の量子効率（quantum efficiency）である。 − ηabsは全体の基台の上でレーザ材料を通って吸収
されたポンピングエネルギ量に対応するポンピング光吸
収効率である。 − ηextは吸収されたエネルギの一部に対応し、レー
ザビームを増幅するために実際に用いられるポンプとレ
ーザとのビームの間の重畳に関連した抽出効率である。 − ηlossesはレーザキャビティの有効及び無効な損失
に関連した要因である。
【００５９】既知のマイクロレーザにおいては、特に一
面が平らでもう一面が凹面である構造においては、理想
化されるのは、値ηabsである。しかしながら、本発明
によるマイクロレーザは、異なる要因、すなわち、η
extを考慮に入れる。このことにより、マイクロレーザ
のエネルギ効率を最適化することが可能となる。全ての
場合において、本発明において提案されている解決は、
２つのビームの重畳と、それによってポンピング効率を
最適化するように、独立した方法でレーザビームとポン
ピングビームとの寸法を決定することを可能にする。マ
イクロレーザの形状を変えるために事実２つのパラメー
タ（例えば、球面の入力／出力ミラーの場合の２つの曲
率半径）がある。
面が平らでもう一面が凹面である構造においては、理想
化されるのは、値ηabsである。しかしながら、本発明
によるマイクロレーザは、異なる要因、すなわち、η
extを考慮に入れる。このことにより、マイクロレーザ
のエネルギ効率を最適化することが可能となる。全ての
場合において、本発明において提案されている解決は、
２つのビームの重畳と、それによってポンピング効率を
最適化するように、独立した方法でレーザビームとポン
ピングビームとの寸法を決定することを可能にする。マ
イクロレーザの形状を変えるために事実２つのパラメー
タ（例えば、球面の入力／出力ミラーの場合の２つの曲
率半径）がある。
【００６０】キャビティの中に、動作電圧が低い電気−
光学的な解除部あるいは取り外し部（electro-optical
release or trip）、あるいは無効にされた全反射によ
る解除部あるいは取り外し部に対する、全反射によって
ビームを反射するためのプレート、あるいは小型の音響
−光学的な解除部あるいは取り外し部のような、追加的
な要素を組み込むマイクロレーザの製造に対しては、前
記要素におけるビームの寸法を制御することは有益であ
る。さらに、２つの曲面は、キャビティの要素において
平行あるいは集光されたビームを有することを可能にす
る。これは、その回折効率が平行なビームに対して最適
な準位にある音響−光学的効果による解除部の場合にお
いて有用である。
光学的な解除部あるいは取り外し部（electro-optical
release or trip）、あるいは無効にされた全反射によ
る解除部あるいは取り外し部に対する、全反射によって
ビームを反射するためのプレート、あるいは小型の音響
−光学的な解除部あるいは取り外し部のような、追加的
な要素を組み込むマイクロレーザの製造に対しては、前
記要素におけるビームの寸法を制御することは有益であ
る。さらに、２つの曲面は、キャビティの要素において
平行あるいは集光されたビームを有することを可能にす
る。これは、その回折効率が平行なビームに対して最適
な準位にある音響−光学的効果による解除部の場合にお
いて有用である。
【００６１】電気−光学的な解除部の場合において、そ
のような要素は、J.J.Zayhowski等による論文（題名“D
iode-pumped microchip lasers electro-optically Q s
witched at high pulse repetition rate”in Optics L
etters， vol. 17， No. 17， pp1201-1203， 1992.）
からのマイクロレーザに関連して知られている。しかし
ながら、この型の装置は、約１［ｍｍ］の内部電極間隔
により数百ボルトの電圧（実践の際には約１００
［Ｖ］）で動作する。
のような要素は、J.J.Zayhowski等による論文（題名“D
iode-pumped microchip lasers electro-optically Q s
witched at high pulse repetition rate”in Optics L
etters， vol. 17， No. 17， pp1201-1203， 1992.）
からのマイクロレーザに関連して知られている。しかし
ながら、この型の装置は、約１［ｍｍ］の内部電極間隔
により数百ボルトの電圧（実践の際には約１００
［Ｖ］）で動作する。
【００６２】本発明による装置に関して、レーザ媒質内
のビームの寸法が小さくされており、そのことは、例え
ば、近接した電極を有するLiTaO3からなり、約１００
［Ｖ］の電圧を印加することが必要であるのみである、
電気−光学的セルを用いることを可能にしている。この
装置に関するコスト利益は、非常に有利である。なぜな
らば、複雑な電子技術は、電気−光学的な媒質の解除部
に対して、もはや必要ではないからである。
のビームの寸法が小さくされており、そのことは、例え
ば、近接した電極を有するLiTaO3からなり、約１００
［Ｖ］の電圧を印加することが必要であるのみである、
電気−光学的セルを用いることを可能にしている。この
装置に関するコスト利益は、非常に有利である。なぜな
らば、複雑な電子技術は、電気−光学的な媒質の解除部
に対して、もはや必要ではないからである。
【００６３】本発明によるマイクロレーザの構成は、ポ
ンピングビームと、同時に、相当の自由範囲をもつレー
ザビームの形成を可能にしている。従って、適切な方法
で、マイクロレーザの端面のそれぞれの曲率半径、より
一般的には、キャビティ入口及び出口における反射手段
（フレネルあるいはホログラフのミラー）の特性を定義
することによって、マイクロレーザの所望の特徴の関数
として２つのビームのそれぞれを修正することが可能で
ある。２つのビームの重畳量を増加させることにより、
本発明に従って、レーザ動作閾値を低減させ、ポンプの
吸収効率、及びそれによるマイクロレーザの変換効率を
向上させることが可能である。
ンピングビームと、同時に、相当の自由範囲をもつレー
ザビームの形成を可能にしている。従って、適切な方法
で、マイクロレーザの端面のそれぞれの曲率半径、より
一般的には、キャビティ入口及び出口における反射手段
（フレネルあるいはホログラフのミラー）の特性を定義
することによって、マイクロレーザの所望の特徴の関数
として２つのビームのそれぞれを修正することが可能で
ある。２つのビームの重畳量を増加させることにより、
本発明に従って、レーザ動作閾値を低減させ、ポンプの
吸収効率、及びそれによるマイクロレーザの変換効率を
向上させることが可能である。
【００６４】本発明によるマイクロレーザは、レーザシ
ステムが安価であることを確実にする大量生産原理に依
然として適合している。この面は、本発明によるマイク
ロレーザの製造工程の記載に関連して、以降に発展させ
られる。本発明によるマイクロレーザの形状（すなわ
ち、重畳条件を満足する）は、エネルギ効率の観点から
満足すべきレーザ特性がいっそう少ないが、特別の有利
性を有する結晶を使用することを可能にする。
ステムが安価であることを確実にする大量生産原理に依
然として適合している。この面は、本発明によるマイク
ロレーザの製造工程の記載に関連して、以降に発展させ
られる。本発明によるマイクロレーザの形状（すなわ
ち、重畳条件を満足する）は、エネルギ効率の観点から
満足すべきレーザ特性がいっそう少ないが、特別の有利
性を有する結晶を使用することを可能にする。
【００６５】したがって、実現するのが困難であるレー
ザ装置が、本発明による幾何学的な形状で得られる。最
適化された形状により、レーザ材料の劣悪な特性からも
たらされる、初期の高いレーザ動作閾値の値が低減され
る。したがって、非常に制限された厚さ（例えば、３０
０あるいは５００［μｍ］以下）のマイクロレーザを動
作させること、ポンピング波長に対して低吸収材料を用
いること、レーザ材料の吸収に対して特に適切でないポ
ンピング源を用いること、又は３つのエネルギ準位を有
する又はレーザ波長において再吸収性を有するレーザシ
ステムを用いることが可能である。
ザ装置が、本発明による幾何学的な形状で得られる。最
適化された形状により、レーザ材料の劣悪な特性からも
たらされる、初期の高いレーザ動作閾値の値が低減され
る。したがって、非常に制限された厚さ（例えば、３０
０あるいは５００［μｍ］以下）のマイクロレーザを動
作させること、ポンピング波長に対して低吸収材料を用
いること、レーザ材料の吸収に対して特に適切でないポ
ンピング源を用いること、又は３つのエネルギ準位を有
する又はレーザ波長において再吸収性を有するレーザシ
ステムを用いることが可能である。
【００６６】例えば、ツリウム（Tm）がドープされたマ
イクロレーザは、高い閾値の平面−平面キャビティを有
する部品である。これらのマイクロレーザは、ほとんど
常に平面／球面キャビティを伴って製造され、本発明に
よるキャビティを伴って有利に動作し得る。さらなる例
においては、あるパワーのポンピングダイオードが提供
され、このパワーがマイクロレーザの動作閾値に到達す
るのに充分でないならば、最良の可能性のあるポンピン
グ効率を得ること、及び前記マイクロレーザの動作をも
たらすことが可能な本発明（満足のいく重畳条件）によ
って最適化されたキャビティを用いることが可能であ
る。
イクロレーザは、高い閾値の平面−平面キャビティを有
する部品である。これらのマイクロレーザは、ほとんど
常に平面／球面キャビティを伴って製造され、本発明に
よるキャビティを伴って有利に動作し得る。さらなる例
においては、あるパワーのポンピングダイオードが提供
され、このパワーがマイクロレーザの動作閾値に到達す
るのに充分でないならば、最良の可能性のあるポンピン
グ効率を得ること、及び前記マイクロレーザの動作をも
たらすことが可能な本発明（満足のいく重畳条件）によ
って最適化されたキャビティを用いることが可能であ
る。
【００６７】一般に、総ポンピング効率に対してなされ
る改善は、およそ２である。３準位を有するレーザの特
定の場合においては、レーザの微分効率が倍にされるだ
けでなく、レーザ動作閾値が半分の高さのパワーによっ
て到達される。このことは、この閾値が３準位のシステ
ムでは非常に高いので、なによりも重要である。したが
って、閾値に到達するのに用いられるポンピングパワー
は倍の効率を有するレーザエネルギを発生させるのに半
分で充分である。
る改善は、およそ２である。３準位を有するレーザの特
定の場合においては、レーザの微分効率が倍にされるだ
けでなく、レーザ動作閾値が半分の高さのパワーによっ
て到達される。このことは、この閾値が３準位のシステ
ムでは非常に高いので、なによりも重要である。したが
って、閾値に到達するのに用いられるポンピングパワー
は倍の効率を有するレーザエネルギを発生させるのに半
分で充分である。
【００６８】次に、本発明によるマイクロレーザの製造
方法を説明する。マイクロレーザの製造方法は、プレー
ナマイクロリソグラフ方法（planar microlithography
methods）を用いる。この方法は大量のユニットに適用
できる。この大量生産は、低い製造コストでマイクロレ
ーザを得ることが可能である。２つの球面のマイクロミ
ラー、２つのフレネルミラー、又は２つのホログラフミ
ラーを備えたマイクロレーザを製造するために、この低
コストの製造の考えを採用しなければならない。
方法を説明する。マイクロレーザの製造方法は、プレー
ナマイクロリソグラフ方法（planar microlithography
methods）を用いる。この方法は大量のユニットに適用
できる。この大量生産は、低い製造コストでマイクロレ
ーザを得ることが可能である。２つの球面のマイクロミ
ラー、２つのフレネルミラー、又は２つのホログラフミ
ラーを備えたマイクロレーザを製造するために、この低
コストの製造の考えを採用しなければならない。
【００６９】上記工程は、以下の段階１から８までを有
する。 １）マイクロレーザを作成する基板と構造との選択。マ
イクロレーザは一個体として形成され、後に２面でエッ
チングされなければならない。その代わりに、マイクロ
レーザは、数個の個体あるいはブロックとして作成さ
れ、その後に組み立てられる。この場合、マイクロレー
ザの終端のブロックあるいは個体の単一の面がエッチン
グされる。
する。 １）マイクロレーザを作成する基板と構造との選択。マ
イクロレーザは一個体として形成され、後に２面でエッ
チングされなければならない。その代わりに、マイクロ
レーザは、数個の個体あるいはブロックとして作成さ
れ、その後に組み立てられる。この場合、マイクロレー
ザの終端のブロックあるいは個体の単一の面がエッチン
グされる。
【００７０】燐酸ガラス、結晶（YAG，LMA，YVO4，YL
F，SYS，CYS，SPF，CPF，CaSiO，ASN，・・・）の非常
に多様なレーザ材料が用いられ、異なるイオン（Nd，E
r，Yb，Tm，Ho，Cr）でドープされる。さらに、化学量
論的な材料（stoichiometric materials）があり、それ
らは、母材（LNP，NdPP，・・）の成分として活性イオ
ンを組み込んでいる。このことは、幾つかの波長、すな
わち、１［μｍ］（マーキングのために充分なパワーを
もったレーザ）、１．５及び２［μｍ］（レーザ遠隔伝
送のための視覚器官に安全な波長）において放射するマ
イクロレーザを作ることを可能とする。さらに、無水珪
酸は、マイクロミラーを作成するために使用されうる。
電気光学的／音響光学的な結晶は、それの変調（modula
tion）を得るためにマイクロレーザの中に結合されうる
（パルス型のマイクロレーザ解除部、距離と速度との検
出のための周波数変調）。
F，SYS，CYS，SPF，CPF，CaSiO，ASN，・・・）の非常
に多様なレーザ材料が用いられ、異なるイオン（Nd，E
r，Yb，Tm，Ho，Cr）でドープされる。さらに、化学量
論的な材料（stoichiometric materials）があり、それ
らは、母材（LNP，NdPP，・・）の成分として活性イオ
ンを組み込んでいる。このことは、幾つかの波長、すな
わち、１［μｍ］（マーキングのために充分なパワーを
もったレーザ）、１．５及び２［μｍ］（レーザ遠隔伝
送のための視覚器官に安全な波長）において放射するマ
イクロレーザを作ることを可能とする。さらに、無水珪
酸は、マイクロミラーを作成するために使用されうる。
電気光学的／音響光学的な結晶は、それの変調（modula
tion）を得るためにマイクロレーザの中に結合されうる
（パルス型のマイクロレーザ解除部、距離と速度との検
出のための周波数変調）。
【００７１】２）マイクロレーザキャビティは上述の方
法に従って設計される。球面のミラーに対しては、その
曲率半径、直径、上記要素のキャビティの長さが決定さ
れる。従来の方法を用いて他のパラメータの計算が行わ
れる（反射／透過係数）。その値はマイクロレーザ源に
対しての適用内容と、予想される装置に従って得られ
る。
法に従って設計される。球面のミラーに対しては、その
曲率半径、直径、上記要素のキャビティの長さが決定さ
れる。従来の方法を用いて他のパラメータの計算が行わ
れる（反射／透過係数）。その値はマイクロレーザ源に
対しての適用内容と、予想される装置に従って得られ
る。
【００７２】３）レーザ材料は、一般にインゴットの形
であり、複数の部分に切断される。これらの部分の厚み
は、マイクロキャビティの中の材料の長さ（典型的には
１００［μｍ］から５［ｍｍ］まで）に対応する。この
部分の大きさ（直径又は辺）は、残りの工程において用
いられる機械に適合していなければならない（例えば、
直径２インチ）。これらの部分は、両面が研磨される。
であり、複数の部分に切断される。これらの部分の厚み
は、マイクロキャビティの中の材料の長さ（典型的には
１００［μｍ］から５［ｍｍ］まで）に対応する。この
部分の大きさ（直径又は辺）は、残りの工程において用
いられる機械に適合していなければならない（例えば、
直径２インチ）。これらの部分は、両面が研磨される。
【００７３】４）キャビティは、設計によって与えられ
る仕様に従って、２つの端面を機械加工することによっ
て製造される。この機械加工は、下記の幾つかの部分工
程（以降、４．１から４．５まで番号が付けられる）を
有する。機械加工（machining）は、同一材料の２つの
面に行われるか、又は、以降に組み立てられる２つの材
料の一方の面に行われる。この後に、第１のミラーの製
造が続く。
る仕様に従って、２つの端面を機械加工することによっ
て製造される。この機械加工は、下記の幾つかの部分工
程（以降、４．１から４．５まで番号が付けられる）を
有する。機械加工（machining）は、同一材料の２つの
面に行われるか、又は、以降に組み立てられる２つの材
料の一方の面に行われる。この後に、第１のミラーの製
造が続く。
【００７４】４．１．最初に、所望のミラー形状を獲得
するのを可能にするマスクの定義が行われる。黒及び白
の２つのレベルを備えたマスク、あるいは可変濃度灰色
マスクが使用可能である。マスクは開口、焦点距離、及
びマイクロミラーに対する全ての所望のパラメータの関
数として計算され設計される。 ４．２．正しく選択された樹脂が旋回器具を用いて基板
の上に広げられる。 ４．３．次に、樹脂がマスクを通して照射される（紫外
線）。 ４．４．これに続いて樹脂の現像が行われ、その形と配
置とがマスクによって定義されていたものに対応する樹
脂の浮き彫りが残される。もしも、マスクが可変濃度マ
スクであるならば、所望のミラー形状は、樹脂の層の中
に再現される。もしも、マスクが２値を有するものなら
ば、同じ高さの隔離されたプレートの形の浮き彫りが得
られる。次に、基板を所定の温度に上昇させ、樹脂の点
は溶け始める。溶けた樹脂の表面張力は、その点に半球
の形をもたらす。この形は、基板が冷却されるとき、堅
くなり固定される。
するのを可能にするマスクの定義が行われる。黒及び白
の２つのレベルを備えたマスク、あるいは可変濃度灰色
マスクが使用可能である。マスクは開口、焦点距離、及
びマイクロミラーに対する全ての所望のパラメータの関
数として計算され設計される。 ４．２．正しく選択された樹脂が旋回器具を用いて基板
の上に広げられる。 ４．３．次に、樹脂がマスクを通して照射される（紫外
線）。 ４．４．これに続いて樹脂の現像が行われ、その形と配
置とがマスクによって定義されていたものに対応する樹
脂の浮き彫りが残される。もしも、マスクが可変濃度マ
スクであるならば、所望のミラー形状は、樹脂の層の中
に再現される。もしも、マスクが２値を有するものなら
ば、同じ高さの隔離されたプレートの形の浮き彫りが得
られる。次に、基板を所定の温度に上昇させ、樹脂の点
は溶け始める。溶けた樹脂の表面張力は、その点に半球
の形をもたらす。この形は、基板が冷却されるとき、堅
くなり固定される。
【００７５】４．５．上記記プレートをエッチングする
ことにより樹脂の形が基板に移行される。エッチング方
法は、基板の機能として適用される（イオンエッチン
グ、反応性エッチング、ドライエッチング、その他）。
樹脂と基板材料との間のエッチングの選択性により、樹
脂の浮き彫りの形が修正される。 同様な工程により第２のミラーが作成される。もしも、
第２のミラーの機械加工が第１のミラーと同じ部分に行
われるならば、第２のミラーのマスクを、第１のミラー
によって得られたパターンに合わせなければならない。
このマスク合わせは、ほとんどのマスク機械において行
われる。もし、第２のミラーが、第１のミラーの基板と
は異なる基板上で作られるならば、前記合わせは、組み
立て段階で行われる。
ことにより樹脂の形が基板に移行される。エッチング方
法は、基板の機能として適用される（イオンエッチン
グ、反応性エッチング、ドライエッチング、その他）。
樹脂と基板材料との間のエッチングの選択性により、樹
脂の浮き彫りの形が修正される。 同様な工程により第２のミラーが作成される。もしも、
第２のミラーの機械加工が第１のミラーと同じ部分に行
われるならば、第２のミラーのマスクを、第１のミラー
によって得られたパターンに合わせなければならない。
このマスク合わせは、ほとんどのマスク機械において行
われる。もし、第２のミラーが、第１のミラーの基板と
は異なる基板上で作られるならば、前記合わせは、組み
立て段階で行われる。
【００７６】マイクロレンズ又はマイクロミラーは、レ
ーザ結晶において、あるいは、一般的に、レーザキャビ
ティを閉塞あるいは封止している終端部品において、直
接エッチングされ得る。もしも、材料のエッチングが困
難すぎるならば、エッチングを可能にさせる基板（例え
ば、無水珪酸；シリカ）の上にマイクロミラーを作成し
た後に、マイクロミラーをレーザ結晶あるいは終端部品
に結合させることが常に可能である。
ーザ結晶において、あるいは、一般的に、レーザキャビ
ティを閉塞あるいは封止している終端部品において、直
接エッチングされ得る。もしも、材料のエッチングが困
難すぎるならば、エッチングを可能にさせる基板（例え
ば、無水珪酸；シリカ）の上にマイクロミラーを作成し
た後に、マイクロミラーをレーザ結晶あるいは終端部品
に結合させることが常に可能である。
【００７７】このように、２つの球面ミラーがマイクロ
レーザのために作られる。ミラーは、マイクロレーザポ
ンピング源を装着するのを簡単にする同じ軸の上に整列
されるのが好ましいが、レーザの実際の動作に対しては
必要でない。マイクロレンズが直接的にエッチングで作
られる場合には、上記整列は、フォトグラフ段階の間に
マスクを調整することにより効果的に実行される。もし
も、そうでなければ、調整は光学的方法を用いて、レー
ザ材料のプレート等の上にマイクロミラーのプレートを
装着する、あるいは同様の際に実行されるであろう。こ
の場合、参照マークを、例えば、それらを顕微鏡で合わ
せることができるように、プレートの上に設けることが
必要である。
レーザのために作られる。ミラーは、マイクロレーザポ
ンピング源を装着するのを簡単にする同じ軸の上に整列
されるのが好ましいが、レーザの実際の動作に対しては
必要でない。マイクロレンズが直接的にエッチングで作
られる場合には、上記整列は、フォトグラフ段階の間に
マスクを調整することにより効果的に実行される。もし
も、そうでなければ、調整は光学的方法を用いて、レー
ザ材料のプレート等の上にマイクロミラーのプレートを
装着する、あるいは同様の際に実行されるであろう。こ
の場合、参照マークを、例えば、それらを顕微鏡で合わ
せることができるように、プレートの上に設けることが
必要である。
【００７８】５）キャビティを形成しているミラーは、
今や所望の形を有しており、ポンピング波長とレーザ波
長における所望の反射係数と透過係数とをミラー面に与
えるために、真空反射処理が用いられ、実行される。 ６）もしも、マイクロレーザが数個の要素から形成され
ているならば、プレートは光学的な接着剤を用いて接着
されるか、あるいは他の工程によって組み立てられる。
要素の調整、特に２つのマイクロミラーに関する調整に
注意することが必要である。 ７）最後に、得られたプレートは、ダイヤモンドブレー
ドあるいはワイヤソーをもちいて個々のレーザチップに
切断する段階に送られる。チップの典型的な寸法は、１
×１［ｍｍ2］である。
今や所望の形を有しており、ポンピング波長とレーザ波
長における所望の反射係数と透過係数とをミラー面に与
えるために、真空反射処理が用いられ、実行される。 ６）もしも、マイクロレーザが数個の要素から形成され
ているならば、プレートは光学的な接着剤を用いて接着
されるか、あるいは他の工程によって組み立てられる。
要素の調整、特に２つのマイクロミラーに関する調整に
注意することが必要である。 ７）最後に、得られたプレートは、ダイヤモンドブレー
ドあるいはワイヤソーをもちいて個々のレーザチップに
切断する段階に送られる。チップの典型的な寸法は、１
×１［ｍｍ2］である。
【００７９】８）レーザチップあるいはマイクロレーザ
は、光ファイバの端末に装着され、むきだしのレーザダ
イオードに接着されるか、機械的な部品に装着される。
全ては、密封されたケースの中に封入され得る。装着さ
れたマイクロレーザは設計段階で決定されたポンピング
状態の下で試験される。前述の段階は本発明によるマイ
クロレーザの製造に関係し、反射手段は球面のマイクロ
ミラーを定義する。
は、光ファイバの端末に装着され、むきだしのレーザダ
イオードに接着されるか、機械的な部品に装着される。
全ては、密封されたケースの中に封入され得る。装着さ
れたマイクロレーザは設計段階で決定されたポンピング
状態の下で試験される。前述の段階は本発明によるマイ
クロレーザの製造に関係し、反射手段は球面のマイクロ
ミラーを定義する。
【００８０】回折要素（フレネルあるいはホログラフミ
ラー）が用いられる場合には、相変わらず主たる段階１
〜３及び６〜８が適用される。回折要素は、C.LIEGOIS
による論文（題名“Les optiques holographiques”，
published in Opto， No. 67， May/June 1992， pp28-
34）に記載の工程の一つに従って作られ得る。フレネル
ミラーは、例えば、マイクロレンズのエッチングと同じ
方法でマイクロレーザの終端の平面の直接エッチングに
よって作られ得る。
ラー）が用いられる場合には、相変わらず主たる段階１
〜３及び６〜８が適用される。回折要素は、C.LIEGOIS
による論文（題名“Les optiques holographiques”，
published in Opto， No. 67， May/June 1992， pp28-
34）に記載の工程の一つに従って作られ得る。フレネル
ミラーは、例えば、マイクロレンズのエッチングと同じ
方法でマイクロレーザの終端の平面の直接エッチングに
よって作られ得る。
【００８１】ホログラフの部品は、既存のコード（exis
ting codes）に従って設計されたマスクによって作られ
得る（例えば、A.Bruel等による論文（題名“Calcul di
gital d'holograms”， published in Nouvelle Revue
d'Optique Appliquee， 1970， vol. 1， No. 5， pp 3
25-332）。そして次に、例えば、感光性の乳剤のコーテ
ィングを堆積し、ホログラムの書き込みあるいは記録を
行い（露光）、そのホログラムの現像を行う（例えば、
ホトグラフ型）。
ting codes）に従って設計されたマスクによって作られ
得る（例えば、A.Bruel等による論文（題名“Calcul di
gital d'holograms”， published in Nouvelle Revue
d'Optique Appliquee， 1970， vol. 1， No. 5， pp 3
25-332）。そして次に、例えば、感光性の乳剤のコーテ
ィングを堆積し、ホログラムの書き込みあるいは記録を
行い（露光）、そのホログラムの現像を行う（例えば、
ホトグラフ型）。
【００８２】この新しい最適化されたマイクロレーザの
適用は、現存のマイクロレーザのそれと少なくとも同じ
である。次のリストは全てというわけではない。 − レーザシステムの中へのパワー注入 − 化学的な種類の検出：ガス、汚染物質、その他 − ヘリウム磁気測定 − 遠隔測定：車に対する障害物の検出、携帯型の遠隔
測定器、その他 − マイクロライダー（microlidar） − 工業部品のマイクロマーキング
適用は、現存のマイクロレーザのそれと少なくとも同じ
である。次のリストは全てというわけではない。 − レーザシステムの中へのパワー注入 − 化学的な種類の検出：ガス、汚染物質、その他 − ヘリウム磁気測定 − 遠隔測定：車に対する障害物の検出、携帯型の遠隔
測定器、その他 − マイクロライダー（microlidar） − 工業部品のマイクロマーキング
【００８３】この最適化されたマイクロレーザの適用の
分野は、より良い性能特性を有する全ての型のレーザ材
料を用いてキャビティが作成できる可能性の結果として
より広くなる。 − 例えば、視覚の安全性を有するエルビウムドープレ
ーザのような一般に３準位をもつレーザ（レーザ波長に
おける再吸収を有するレーザシステム） − 一般的に、小さく有効な誘導放出断面を有するが、
可変光源（tunablesources）の製造を可能にする広い放
射帯を有するレーザ材料 同様な具合に、ファブリ・ペロー共振器の形状を完全に
決定することにより、遠隔測定や工業用マーキング等の
数多くの適用において重要な利点であるレーザビームの
形状の所定の制御が可能になる。
分野は、より良い性能特性を有する全ての型のレーザ材
料を用いてキャビティが作成できる可能性の結果として
より広くなる。 − 例えば、視覚の安全性を有するエルビウムドープレ
ーザのような一般に３準位をもつレーザ（レーザ波長に
おける再吸収を有するレーザシステム） − 一般的に、小さく有効な誘導放出断面を有するが、
可変光源（tunablesources）の製造を可能にする広い放
射帯を有するレーザ材料 同様な具合に、ファブリ・ペロー共振器の形状を完全に
決定することにより、遠隔測定や工業用マーキング等の
数多くの適用において重要な利点であるレーザビームの
形状の所定の制御が可能になる。
【図１】本発明によるマイクロレーザキャビティを示し
ている。
ている。
【図２】４準位を有するレーザの動作原理を示してい
る。
る。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、４準位を有するレーザにお
けるビームの重なりの問題を示している。
けるビームの重なりの問題を示している。
【図４】３準位レーザの動作原理を示している。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、３準位を有するレーザにお
けるビームの重なりの問題を示している。
けるビームの重なりの問題を示している。
【図６】本発明によるマイクロレーザに対する最適化原
理を示している。
理を示している。
【図７】（ａ），（ｂ）は、ガウスビームの形状と伝搬
とをそれぞれ示している。
とをそれぞれ示している。
【図８】一面が平らでもう一面が凹面であるマイクロレ
ーザの従来例を示している。
ーザの従来例を示している。
１２ 活性媒質 １４ 入口面 １６ 出口面 １８，２５，２６ ポンピングビーム ２０，２２，２７，２９ レーザビーム ２４，２８ レーザモード
Claims (11)
- 【請求項１】 活性レーザ媒質と、キャビティの入口及
び出口に設けられた反射手段とを有するマイクロレーザ
キャビティであって、 前記反射手段は前記活性媒質中でのポンピングビームの
寸法が前記キャビティによって放射されたレーザビーム
の寸法以下となるよう設定されていることを特徴とする
マイクロレーザキャビティ。 - 【請求項２】 前記キャビティの入口の反射手段は、ポ
ンピング波長では最大の透過係数を有し、レーザビーム
波長では最大の反射係数を有するよう処理されているこ
とを特徴とする請求項１記載のマイクロレーザキャビテ
ィ。 - 【請求項３】 前記キャビティの出口の反射手段は、ポ
ンピングビーム波長では最大の反射係数を有するよう処
理されていることを特徴とする請求項１又は２記載のマ
イクロレーザキャビティ。 - 【請求項４】 前記反射手段は球面のミラーであること
を特徴とする請求項１又は２記載のマイクロレーザキャ
ビティ。 - 【請求項５】 前記反射手段はフレネルミラーであるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロレーザキ
ャビティ。 - 【請求項６】 前記反射手段はホログラフミラーである
ことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロレーザ
キャビティ。 - 【請求項７】 低動作電圧の電気−光学的な解除要素を
さらに具備することを特徴とする請求項１又は２記載の
マイクロレーザキャビティ。 - 【請求項８】 前記活性レーザ媒質は４準位媒質である
ことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロレーザ
キャビティ。 - 【請求項９】 前記活性レーザ媒質は３準位媒質であ
り、前記反射手段は、ポンピングビームの寸法が前記活
性媒質中のレーザビームの寸法に実質的に等しいことを
特徴とする請求項１又は２記載のマイクロレーザキャビ
ティ。 - 【請求項１０】 前記活性レーザ媒質はポンピングビー
ムの方向に３００μｍ以下の厚さを有することを特徴と
する請求項１又は２記載のマイクロレーザキャビティ。 - 【請求項１１】 請求項１又は２記載のマイクロレーザ
キャビティと、該キャビティをポンピングする手段とを
具備することを特徴とするマイクロレーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9500766 | 1995-01-24 | ||
| FR9500766 | 1995-01-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236839A true JPH08236839A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3798053B2 JP3798053B2 (ja) | 2006-07-19 |
Family
ID=9475424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01046796A Expired - Fee Related JP3798053B2 (ja) | 1995-01-24 | 1996-01-24 | 最適化された効率を有する固体マイクロレーザのためのキャビティとそれを用いたマイクロレーザ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5732100A (ja) |
| EP (1) | EP0724315B1 (ja) |
| JP (1) | JP3798053B2 (ja) |
| DE (1) | DE69600544T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2004296706A (ja) * | 2003-03-26 | 2004-10-21 | Sony Corp | 光共振器及びレーザ発振器 |
| JP2006139287A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Samsung Electro Mech Co Ltd | マイクロミラーアレイ及びその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2729797A1 (fr) * | 1995-01-24 | 1996-07-26 | Commissariat Energie Atomique | Laser et microlaser a declenchement actif |
| JPH10256638A (ja) * | 1997-03-13 | 1998-09-25 | Ricoh Co Ltd | 固体レーザ装置 |
| US5838713A (en) * | 1997-04-21 | 1998-11-17 | Shimoji; Yutaka | Continuously tunable blue microchip laser |
| US6377593B1 (en) | 1999-06-21 | 2002-04-23 | Northrop Grumman Corporation | Side pumped Q-switched microlaser and associated fabrication method |
| US6813285B2 (en) | 1999-06-21 | 2004-11-02 | Litton Systems, Inc. | Q-switched microlaser |
| US6219361B1 (en) | 1999-06-21 | 2001-04-17 | Litton Systems, Inc. | Side pumped, Q-switched microlaser |
| US6501772B1 (en) | 2000-08-11 | 2002-12-31 | Litton Systems, Inc. | Microlaser assembly having a microresonator and aligned electro-optic components |
| DE10119618A1 (de) * | 2001-04-21 | 2002-10-24 | Univ Konstanz | Optischer Mikro-Gassensor |
| US6512630B1 (en) * | 2001-07-13 | 2003-01-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Miniature laser/amplifier system |
| US7315562B2 (en) * | 2004-06-22 | 2008-01-01 | Ksy Corporation | Stable/unstable optical cavity resonator for laser |
| CN103840360B (zh) * | 2014-03-26 | 2017-02-08 | 四川大学 | 薄透镜激光器 |
| JP6771442B2 (ja) * | 2017-09-20 | 2020-10-21 | 株式会社東芝 | 光学素子 |
| US11881676B2 (en) * | 2019-01-31 | 2024-01-23 | L3Harris Technologies, Inc. | End-pumped Q-switched laser |
| KR102604749B1 (ko) * | 2020-09-08 | 2023-11-20 | 트라이아이 엘티디. | 신규한 수동 q 스위치 레이저 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2071598C (en) * | 1991-06-21 | 1999-01-19 | Akira Eda | Optical device and method of manufacturing the same |
| US5268920A (en) * | 1991-11-06 | 1993-12-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | System for end-pumping a solid state laser using a large aperture laser diode bar |
| US5249189A (en) * | 1992-05-28 | 1993-09-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Tunable lasers pumped by visible laser diodes |
| FR2712742B1 (fr) * | 1993-11-15 | 1995-12-15 | Commissariat Energie Atomique | Microlaser solide, monolithique, autoaligné, à déclenchement passif par absorbant saturable et son procédé de fabrication. |
| FR2712743B1 (fr) * | 1993-11-15 | 1995-12-15 | Commissariat Energie Atomique | Cavité laser à déclenchement passif par absorbant saturable et laser incorporant cette cavité. |
| FR2715514B1 (fr) * | 1994-01-21 | 1996-02-16 | Commissariat Energie Atomique | Laser à direction de faisceau controlable. |
-
1996
- 1996-01-17 US US08/587,484 patent/US5732100A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-01-22 DE DE69600544T patent/DE69600544T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-01-22 EP EP96400140A patent/EP0724315B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1996-01-24 JP JP01046796A patent/JP3798053B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2004296706A (ja) * | 2003-03-26 | 2004-10-21 | Sony Corp | 光共振器及びレーザ発振器 |
| JP2006139287A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Samsung Electro Mech Co Ltd | マイクロミラーアレイ及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3798053B2 (ja) | 2006-07-19 |
| DE69600544T2 (de) | 1999-04-01 |
| DE69600544D1 (de) | 1998-10-01 |
| EP0724315A1 (fr) | 1996-07-31 |
| US5732100A (en) | 1998-03-24 |
| EP0724315B1 (fr) | 1998-08-26 |
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