JPH1065258A - 高活性化イオン濃度を有するレーザ材料およびマイクロレーザキャビティならびにそれらの製造方法 - Google Patents

高活性化イオン濃度を有するレーザ材料およびマイクロレーザキャビティならびにそれらの製造方法

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JPH1065258A
JPH1065258A JP9187794A JP18779497A JPH1065258A JP H1065258 A JPH1065258 A JP H1065258A JP 9187794 A JP9187794 A JP 9187794A JP 18779497 A JP18779497 A JP 18779497A JP H1065258 A JPH1065258 A JP H1065258A
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ローラン フュルベール
Engin Molva
オンジャン モルヴァ
Bernard Ferrand
ベルナール フュラン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高濃度の活性化イオン、より具体的には少な
くとも２％以上の濃度でドープした活性レーザ材料、お
よびそれからマイクロレーザ（マイクロレーザキャビテ
ィ）およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上で液相エピタキシャル成長法によ
り活性媒質を生成し、次いで基板を除去してマイクロレ
ーザを製造する。マイクロレーザあるいはマイクロレー
ザキャビティは、反射鏡を備える。キャビティは、ポン
ピングビームを介して励起される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高活性化イオン
濃度を有するレーザ材料およびマイクロレーザキャビテ
ィならびにそれらの製造方法に関する。具体的には固体
レーザで活性材料として使用される材料の分野に関す
る。そのような材料は、レーザ特性を与えるイオンでド
ープされた基礎媒質（medium）を備える。
【０００２】この発明はまた具体的には、マイクロレー
ザおよびマイクロレーザキャビティの分野に関し、そこ
では活性媒質は固体である。マイクロレーザの構造は多
重の積層からなる。
【０００３】
【従来の技術】活性レーザ媒質は、ある範囲の厚さ（15
0 μｍと1000μｍの間）とサイズの小さい（数平方ｍ
ｍ）材料から構成され、その上に誘電キャビティ反射鏡
が堆積される。この活性媒質は、III-Ｖ族レーザダイオ
ードによりポンプ（高エネルギー状態へ励起）される。
そのダイオードは、直接マイクロレーザに接続される
か、または光ファイバを用いてマイクロレーザに接続さ
れる。マイクロエレクトロニクス手段を用いる大量生産
により、マイクロレーザを低コストで製造することが可
能となっている。
【０００４】マイクロレーザは、自動車、環境、科学機
器、遠隔測定などの様々な分野で多岐に応用されてい
る。
【０００５】固体レーザ材料、特にマイクロレーザに利
用されるものは通常、活性化イオンでドープされた基本
構造を備える。それらの活性媒質あるいはレーザ材料の
製造方法の１つとして、Czochralski の結晶成長法が知
られている。これは特に、ネオジム(Nd)でドープされる
レーザ材料YAG(YAG:Nd3+) を製造する手法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般的には、活性化イ
オンで基礎材料をドープするときは、1.1 から1.3 ％を
超えない範囲の濃度で行われる。Czochralski の成長法
による物理的限界（偏析の問題）の結果、特にネオジム
でドープされたYAG あるいはYLF レーザ結晶では、より
高い濃度を達成することが不可能であった。
【０００７】J.J. Zayhowskiほかによる論文 "Diode-pu
mped microchip lasers electro-optically Q-switched
at high pulse repetition rates"（Optics Letters出
版, vol. 17, No. 17, pp 1201-1203, September 1, 1
992)においてはドーピング率（ドープ濃度）1.8 ％のN
d:YAGレーザが開示されているが、前記したレーザ結晶
の生成方法は述べられていない。
【０００８】マイクロレーザは、固体レーザ材料の大型
基板から製造される。しかし、使用される基板には上記
の如く、濃度に限界がある。これは、結果的に、レーザ
材料の光ポンピングビームの波長においては吸収率の低
下をもたらす。
【０００９】特に、吸収パワーと入射パワーの比はη＝
１−ｅ-aL で与えられる。ここでａは吸収率、Ｌはマイ
クロレーザの共振器長である。一般的な吸収率は、 3.5
cm-1程度の値である。吸収長（ポンピングビームの63％
が吸収される長さ。吸収率の逆数に等しい）は2.8mm で
ある。例えば、縦方向の単一モードマイクロレーザを得
るときに良く用いられる、厚さ500 μｍのマイクロレー
ザであれば、ポンピングビームが通過する間は、マイク
ロレーザの吸収ポンピングパワーは入射パワーの16％に
過ぎない。残りは吸収されず、従ってレーザ効果には利
用されない。
【００１０】前述したように、現在の製造方法では、イ
オン濃度を増加することは不可能である。
【００１１】上記の問題点の解決手法の１つは、マイク
ロレーザの共振器長を増大することであろう。例えば、
吸収長を500 μｍから2.8mm に変更すると、吸収率は16
％から63％に増加する。しかしながら、2.8mm では、キ
ャビティのファブリ・ペローモードの幾つかが材料の周
波数帯域に生じてくるので、YAG:Ndマイクロレーザはも
はや単一モードの機能を有しない。更に、2.8mm のレー
ザキャビティはもはやマイクロレーザキャビティとは言
えず、平面−平面キャビティ構造であり、温度変化や変
形に対して不安定である。
【００１２】それ故に、レーザ共振器長を増加させる上
記の方法は、満足できるものではなかった。
【００１３】マイクロレーザの場合、特にYAG あるいは
YLFなどの活性媒質でネオジムでドープしたものの場
合、単一周波数動作と、ポンピング効率（ポンピングビ
ームの吸収率はドープ濃度に比例）を同時に改善するこ
とが望まれている。可飽和吸収体で能動スイッチするYA
G:Ndマイクロレーザ、特にYAG:Cr4+を例にとると、レー
ザ閾値を100mW 付近まで低下させることが意図されてい
る。
【００１４】上記問題点を鑑み、この発明は高濃度の活
性化イオンでドープした活性レーザ材料を製造する製造
方法を提供することを目的とする。
【００１５】更に、マイクロレーザの製造への応用を考
えると、この発明は、マイクロレーザを大量に製造する
製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段および作用】より具体的に
は、この発明によれば、基礎材料の液相エピタキシャル
成長の工程を備えた活性レーザ材料を製造する製造方法
であり、レーザ特性を与える活性化イオンを使用すると
共に、２％以上の活性化イオン濃度を達成するようにし
た活性レーザ材料の製造方法が提供される。
【００１７】更に、この発明によれば、基礎材料の液相
エピタキシャル成長の工程を備えた活性レーザ材料を製
造する製造方法であり、レーザ特性を与える活性化イオ
ンを使用すると共に、２％から12％の間の活性化イオン
濃度を達成するようにした活性レーザ材料の製造方法が
提供される。
【００１８】更に、この発明によれば、ネオジム（N
d3+）イオンにより、12％の濃度でドープされたYAG 基
礎材料の液相エピタキシャル成長の工程を備えた、活性
レーザ材料を製造する製造方法が提供される。
【００１９】液相エピタキシャル成長法は、結晶中での
活性化イオンの濃度を増加させることを可能とする。レ
ーザ媒質の吸収率も同程度増加する。従って高い生産性
で低閾値かつ厚さの制限された活性レーザ媒質を製造す
ることができる。故に、この発明に係る製造方法は、マ
イクロレーザ、特に単一モードのマイクロレーザの製造
に有効である。加えて、液相エピタキシャル成長法は、
マイクロエレクトロニクス手法を利用したマイクロレー
ザの大量生産をも可能とする。
【００２０】この発明によればまた、基礎材料での液相
エピタキシャル成長法によって、活性レーザ材質を生成
することを含む、マイクロレーザ素子の製造方法に関
し、基礎材料中の活性化イオンはレーザ特性を与えると
共に、活性化イオン濃度を２％以上に到達させ、可飽和
吸収体層薄膜を、前もって用意された活性レーザ媒質に
直接生成される方法が提供される。
【００２１】レーザ材料と可飽和吸収体の堆積工程は繰
り返し行われ、レーザ素材と可飽和吸収体が交互に堆積
される。その結果、可飽和吸収体をキャビティ内に位置
させる場所を選定することができる。これは、特に可飽
和吸収体がキャビティの中心に位置されるとき、モード
の選択を可能とする。
【００２２】これによって、受動スイッチマイクロレー
ザキャビティに基本素子を生み出し、２％を超える活性
イオン濃度の結果、低閾値で生産性の高い活性レーザ媒
質を得ることができる。
【００２３】特に好ましくは、可飽和吸収体薄膜は液相
エピタキシャル成長法で製造される。このように、マイ
クロレーザの２つの素子、即ち、活性レーザ媒質および
可飽和吸収体は、同一の製法から製造され、マイクロレ
ーザの大量生産に応用することができる。
【００２４】この発明によればまた、レーザ特性を与え
る活性化イオンでドープされた基礎材料を備える活性レ
ーザ材料が提供される。ここで、活性化イオン濃度は２
％以上であり、また、この濃度は特に、２％から12％で
ある。
【００２５】YAG:Nd3+材料（あるいはネオジムでドープ
したYLF ）の場合、上記の濃度は２％から15％、例えば
12％程度である。
【００２６】この発明によればまた、入射反射鏡、出力
反射鏡および前述の方法で用いた、活性レーザ材料で構
成されるレーザ媒質を備えるマイクロレーザキャビティ
が提供される。
【００２７】上記したように、この活性レーザ材料は液
相エピタキシャル成長法により得られる。液相エピタキ
シャル成長は、活性レーザ媒質の基礎材料と同一または
類似の結晶構造を持つ基板上で行われる。このように、
この発明によれば、マイクロレーザキャビティ自体が基
板を備え、その上に活性レーザ媒質の液相エピタキシャ
ル成長が行われるものが提供される。この基板は、除去
することも可能である。
【００２８】また、活性レーザ媒質に、能動あるいは受
動キャビティスイッチ手段を設けることもできる。
【００２９】受動キャビティスイッチ手段の場合、特に
興味深いのは、液相エピタキシャル成長法で直接活性媒
質上に可飽和吸収体を堆積できることである。
【００３０】受動スイッチ手段は、400 μｍあるいは50
0 μｍ以下の厚さの可飽和吸収体薄膜からなる。
【００３１】上記した特徴により、通常用いられるマイ
クロレーザのサイズでキャビティ内部の可飽和吸収体を
生成することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に即してこの発明
の実施の形態を説明する。
【００３３】図１はこの発明の第１の実施の形態に係る
マイクロレーザキャビティの構造を示す説明斜視図であ
る。この構造は、入、出力用の２つの反射鏡２，４、お
よび活性化イオン濃度が1.5 あるいは２％（重量％）の
高ドープ率の活性レーザ媒質６より構成される。活性レ
ーザ媒質６がエピタキシャル基板上で液相エピタキシャ
ル成長法により生成された場合、マイクロレーザキャビ
ティは、内部キャビティエピタキシャル基板８を備え
る。活性レーザ媒質６の基板８は、活性レーザ媒質の光
学特性に影響する不純物が異なる点でのみ相違する。
【００３４】ここで、エピタキシャル成長の後、例えば
研磨工程により、前記基板８を除去することができる。
その場合、この発明の第２の実施の形態を示す、図２に
表すようなマイクロレーザ構造となる。このマイクロレ
ーザは、キャビティの入、出力反射鏡２，４および高ド
ープの活性レーザ媒質６のみからなる。
【００３５】図１、図２において、符号１０はIII-Ｖ族
レーザダイオード型の、ポンピングビーム、例えば、ポ
ンピングダイオードによるビームを示す。
【００３６】ここで、活性レーザ材料（媒質）は本質的
には、活性化レーザイオンでドープされた基礎材料から
なる。
【００３７】この結晶性の基礎材料は、YAG(Y3Al5O12),
YVO4, YSO(Y2SiO5), YLF(YLiF4)あるいはGDVO4 などの
中から選択される。それらの１つまたはそれ以上の選択
基準は、EP-653 824(US-5 495 494)に開示されている。
その文献は、活性レーザ媒質の厚さｅ、特に単一モード
の活性レーザ媒質を得るに際しての選択に関する情報を
開示する。そこでは、典型的な活性レーザ媒質の厚さ
は、YAG 活性媒質についてはおおよそ 750μm であり、
YVO4活性媒質については 500μm と開示されている。
【００３８】一般的には、ドープイオンは1.06μm 付近
のレーザ発振では、ナジウムNdが選択される。また、1.
5 μm 周辺の発振については、エルビウムErのドープイ
オンか、あるいはエルビウムErとイッテルビウムYbの混
合ドープイオンが選択される。２μm 周辺の発振では、
ツリウムTm、ホルミウムHoまたは少量のツリウムTmとホ
ルミウムHoの混合ドープイオンが選択される。1.03μm
の発振ではイッテルビウムYbのドープイオンのみが供さ
れる。
【００３９】図３から図５は、この発明の第３ないし第
５の実施の形態に係るマイクロレーザキャビティ、即
ち、1.5 〜２％強の濃度でドープされた固体レーザ材料
の説明断面図である。より具体的には、図３はこの発明
の第３の実施の形態に係る、可飽和吸収体と内部キャビ
ティを備えるマイクロレーザキャビティの説明断面図、
図４はこの発明の第４の実施の形態に係る、キャビティ
を安定させるマイクロレンズを備えたマイクロレーザキ
ャビティの説明断面図、図５はこの発明の第５の実施の
形態に係る、キャビティの中心に可飽和吸収体を位置さ
せたマイクロレーザキャビティの説明断面図である。
【００４０】図示の３つの実施の形態の場合、エピタキ
シャル成長基板８は研磨工程により除去されている。そ
れ故、残っているのは、高濃度ドープ活性レーザ媒質
６，６−１，６−２、およびキャビティの入力反射鏡１
２，１４、出力反射鏡２２，２４のみである。
【００４１】マイクロレーザキャビティ内には、他の素
子、即ち、可飽和吸収体素子１６が存在する。特に望ま
しい実施の形態では、可飽和吸収体は、活性レーザ媒質
６の上に直接堆積された可飽和吸収体薄膜である。
【００４２】活性レーザ媒質６が液相エピタキシャル成
長法で生成される限り、特に興味を引くのは、吸収体薄
膜が、液相エピタキシャル成長で生成されることであ
る。この場合、吸収体薄膜（素子）１６は、レーザ媒質
６の基礎材料と同じ基礎材料からなり、可飽和吸収体特
性を与える、Cr4+やEr3+などのイオンでドープされる。
【００４３】従って、レーザ媒質上に直接堆積され、最
大厚さ 400μm の可飽和吸収体薄膜を得ることができ
る。このような可飽和吸収体薄膜の製造に必要な情報の
全ては、EP-653 824(US-5 495 494)に開示される。
【００４４】また、可飽和吸収体は活性レーザ媒質６の
両側に堆積可能であり、それによって活性レーザ媒質上
に堆積された２つの可飽和吸収体薄膜を備えたマイクロ
レーザキャビティを製造することができる。
【００４５】また、活性化レーザ媒質６の表面に、シリ
カなどの透明素材によるマイクロレンズ１８を形成する
ことも可能である。このマイクロレンズの製造に必要な
全ての情報もまた、EP-653 824に開示される。上記マイ
クロレンズは、マイクロレーザキャビティを安定させる
ことができる。
【００４６】図３から図５に示される構造は、内部キャ
ビティレーザ８（基板。図１に示す）を備えるように製
造することもできる。図示の基板は、液相エピタキシャ
ル成長法による可飽和吸収体１６の堆積にも利用でき
る。
【００４７】図５において、可飽和吸収体を空胴の中心
に位置させることで、キャビティモードの選択が容易と
なる。
【００４８】マイクロレーザキャビティの活性レーザ材
料は、キャビティ内の能動スイッチ手段を備えることが
できる。この発明の第６の実施の形態を表す、図６にそ
れを示す。同図で、符号６は従前の実施の形態と同様
に、高ドープ濃度の活性レーザ媒質を示す。図示の構造
では、キャビティは、活性レーザ媒質の入力反射鏡２６
および出力反射鏡２８内に限定される。
【００４９】その結果、反射鏡２７は２つのキャビティ
を規定する。第１の共振キャビティは活性レーザ媒質か
らなり、第２の共振キャビティは外乱により変化しやす
い特性の材料３０からなる。この材料３０は、例えばLi
TaO3のようなエレクトロオプティカル材料であり、それ
には２個の電極３２，３４を介して電位差が与えられ
る。
【００５０】ポンピングビーム３６が、入力反射鏡２６
に照射される。その凹状の入力反射鏡２６は、エレクト
ロオプティカル材料３０内のレーザビームの大きさを減
少させる。前記反射鏡の曲率に関する条件および図６の
構造、製造方法は、 FR-95 00767 (US-08-587 477)に開
示されている。
【００５１】図７から図１１は、この発明の第７の実施
の形態に係るマイクロレーザ（キャビティ）の製造方法
の説明図で、その製造工程を段階的に示すものである。
【００５２】第１工程（図７）では、２面の、研磨され
たレーザ材料基板４０が用意されている。この基板は活
性化イオンでドープしても、ドープしなくても良い。前
記基板は望ましくは、液相エピタキシャル成長法により
製造しようとする活性レーザ媒質の基礎材料と同一の材
料により構成される。つまり、活性レーザ媒質がYAG:Nd
3+型であれば、 YAG基板が用いられる。
【００５３】第２工程（図８）に進むと、高濃度でドー
プされた、レーザ材料４６が液相エピタキシャル成長さ
れる。それによって、活性化イオン濃度 1.5または２％
を超える、例えば 1.5％と15％の間、または２％と15％
（重量％) とすることができる。より具体的には、YAG:
Ndの場合、ネオジムNdの濃度を15％まで（例えば12％）
に近づけることができる。
【００５４】発明者達が研究所で実験した限りでは液相
エピタキシャル成長法により生成した場合、YLF:Ndの吸
収係数を５とすることで、Ndの濃度を増加させることが
できた。このとき、ネオジムNdの濃度はおおよそ５％で
ある。
【００５５】上記の場合のように、２〜15％のNdの濃度
を得ることが可能である。これらの全ての数値は、従来
用いられるCzochralski の成長法における濃度を十分上
回る。活性媒質４６の厚さは容易に調整することがで
き、例えば、単一モードのマイクロレーザキャビティを
得ることができる。単一モードのマイクロレーザキャビ
ティを製造するための活性材料またはマイクロレーザキ
ャビティの厚さに関する情報は、EP-653 824に開示され
ている。尚、得られたこの活性媒質は、研磨工程を経
る。
【００５６】液相エピタキシャル成長法は、溶液内で行
われる成長法である。さらに、結晶成長の間、溶液中で
異なる成分が溶解し、それが置換することにより、結晶
中の濃度に影響を与える。
【００５７】従来技術的な molten 浴槽型を用いた場
合、分離係数が非常に低く、高濃度の結晶、特にネオジ
ムNdを含む結晶を得ることは不可能である。それ故、極
弱量のドープ結晶（およそ 1.3％）を生成するために
は、大量のネオジムNdを浴槽内に投入することが必要と
なり、寄生相の限界を超えることになろう。
【００５８】液相エピタキシャル成長法においては、２
つの問題が生じる。最初の問題は、結晶よりも安定した
寄生相が形成されてしまうことである。結晶中の陽イオ
ン、例えば希土類のアルミン酸塩やけい酸塩の中のクロ
ミウム、バナジウム、あるいはコバルトなどの陽イオン
の置換が起こるとき、置換基の濃度が増えるにつれ、希
土類のバナジウム酸塩やクロム塩酸（溶剤PbO などをベ
ースにした浴槽の場合）などの寄生相が生成されてしま
う。
【００５９】液相エピタキシャル成長法のもう１つの問
題は、薄膜ないし基板間の格子条件に伴って生じる。即
ち、ある陽イオンとそれより大きい陽イオンによる置換
は薄膜の結晶格子の増加を引き起こし、それによって圧
縮されることである。この場合、微小の不活性陽イオン
によって補完的な置換が誘発される。尚、そのときの濃
度および量はVegardの法則の適用により算出可能であ
る。
【００６０】このように、ネオジムNdでドープされたYA
G(Y3Al5O12) の場合、液相エピタキシャル成長法では、
そのネオジムNd薄膜の濃度を15％まで増加させることが
できる。その場合、格子パラメータが非常に高くなる
が、それは、（４から５％のネオジムNdに) ルテチウム
Luのような不活性希土類の小陽イオンを加えることで調
節することができる。
【００６１】このように、YAG:Nd単結晶レーザで濃度が
固体結晶のそれを大きく上回るものは、液相エピタキシ
ャル法で製造されてきた。Cr4+でドープされた YAGの場
合、エピタキシャル薄膜により、１cm-1当たりにつき数
ダースの吸収体（吸収長1.06μm ）が生成され、可飽和
吸収体を得ている（通常の固体結晶では、１cm-1当たり
につき数本の吸収体しか得られない）。これらの薄膜は
高圧力下にあり、Lu基でYb基を置換することで格子条件
を再調整する。この場合、Cr4+の最大濃度は、PbCr5O8
型またはMgAl2O4 型の寄生相の出現により制限される。
【００６２】次に、第３工程（図９）では、可飽和吸収
体材料薄膜４８を堆積する。この堆積は液相エピタキシ
ャル成長法で行われる。薄膜４８の材料は基板４０のそ
れと同一で基礎材料により代用され、可飽和吸収体をも
たらすイオンでドープされる。薄膜４８は例えば、厚さ
400μm 以下とする。活性レーザ媒質（レーザ材料）４
６は具体的には、厚さ１mm以下、より具体的には500mm
以下とする。
【００６３】前記した第２、第３工程を繰り返し、レー
ザ材料と可飽和吸収体薄膜を交互に形成することができ
る。そのようにして、図５に示す構造を得ることができ
る。そこでは、可飽和吸収体１６は、２つのレーザ材料
薄膜６−１と６−２の間に位置している。
【００６４】次の第４工程（図１０）は、これまでの段
階で得られた素材の両面に入、出力反射鏡５０，５２を
堆積する工程である。それらは、公知で入手可能のよう
に、誘電体の多重層を堆積することで得られる一般的な
２色性の反射鏡である。
【００６５】図１１の第５工程で、得られた多重層の構
造は、次いで、マイクロレーザチップを作成するために
切断される。この切断加工は、ダイヤモンドカッタ（通
常シリコンチップを切断するために用いられるタイプの
もの）で行われる。それによりレーザチップ５３−１，
５３−２のような断面積数mm2 のチップが得られる。
【００６６】前述のとおり、得られた構造の一面か多面
上にマイクロレンズ構造を生成したい場合、補足的な工
程を設けることができる。マイクロレンズは望ましく
は、普通のマイクロエレクトロニクス手法を用い、レー
ザ材料上に直接エッチングされる。
【００６７】レーザ材料の液相エピタキシャル成長の後
に行われる研磨工程において、液相エピタキシャル成長
が行われた基板４０を除去することができる。その結
果、残るのは、高ドープの、液相エピタキシャル成長薄
膜である。
【００６８】どのような場合でも、得られた構造は、異
種の素子間の光学的アラインメントを必要としない。更
に、光学接着剤なども不要である。
【００６９】キャビティのポンピングは望ましくは、光
ポンピングである。従って、マイクロレーザキャビティ
のポンピングには、特にIII-Ｖ族レーザダイオードが適
している。
【００７０】この発明の第８の実施の形態を示す、図１
２に表すように、前述の工程で得られたマイクロレーザ
キャビティ５４は、機械的なボックス５６の中に配置さ
れ、さらにレーザポンピングダイオードも収容される。
ここで、符号６０は、得られた連続またはパルス波のレ
ーザビームを示す。
【００７１】図１３に示すこの発明の第９の実施の形態
においては、２個のボックス５６−１および５６−２が
用いられる。１つのボックス５６−２はマイクロレーザ
キャビティ５４を収容し、残りのボックス５６−１はレ
ーザポンピングダイオード５８を収容する。２つのボッ
クスは、両方のボックスに設けられたコネクタ６４−
１，６４−２を介して光ファイバ６２により接続され
る。
【００７２】この発明にかかるレーザ材料およびマイク
ロレーザの製造方法は、結晶基板中において高濃度（
1.5または２％を超える）の活性イオンを得ることを可
能とする。例えば、３，４，５，８，９，10および11％
に実質的に相当する濃度を得ることができる。しかしな
がら、濃度を12％あるいは13％を超える値まで増加させ
ることは必ずしも関心事ではない。
【００７３】マイクロレーザの微分効率（換言すれば、
入射ポンピングビームパワーに対して得られるレーザビ
ームパワーを決定する曲線の勾配）を考えると、レーザ
ビームパワーは吸収比η＝１−ｅ-aL （Ｌはレーザ吸収
媒質の共振器長、ａは吸収率）に直接比例する。この式
から、可能な最も高い濃度を選択することが重要である
ことが明らかとなろう。
【００７４】しかし、濃度が非常に高い場合、光の消滅
効果が、レーザ効果に関与する高レベルの活性化イオン
の寿命を短くする。しかし、レーザの閾値、即ち、レー
ザ効果が生じる吸収力は、レーザの寿命に逆比例する。
従って、入射パワーに関して論じると、閾値Ｐｓは、以
下の式で与えられる。
【００７５】Ｐｓ＝ｋ・１／τ（１−ｅ-aL ） ここで、τ，ａおよびＬは前述のとおりであり、ｋは比
例定数である。
【００７６】厚さ１mm以下のマイクロレーザでは、計算
結果から、最小の閾値は濃度２〜３％の濃度の間で得ら
れる。これは、従来技術のCzochralski の結晶成長法で
は得ることができない。
【００７７】あるポンピング力にとって、最大のレーザ
パワーは、３〜12％の濃度の間となる。この３％の濃度
が最小の閾値を決定し、12％の濃度が最良の微分効率を
決定する。
【００７８】特に、YAG:Ndレーザの場合、12％までのネ
オジムNd濃度を得ることができる。更に、発明者達が実
験した限りでは、液相エピタキシャル成長法による結晶
成長で、ネオジムNdドープの YLFの吸収係数を５にした
場合、Nd濃度を増加することが可能であった。これは、
約５％のネオジム濃度に相当し、前記した従来技術のCz
ochralski の手法で得られる１％の濃度をはるかに上回
る。
【００７９】上記した第１ないし第９の実施の形態にお
いては、活性レーザ材料は、結晶質の材料 YAGまたはYL
iF4 （６など）を備え、ネオジムイオンNd3+で２％と15
％の間の濃度でドープされると共に、液相エピタキシャ
ル成長法で生成される如く構成した。
【００８０】また、前記ネオジムイオン濃度が５％と15
％の間である如く構成した。
【００８１】また、マイクロレーザキャビティにあって
は、入力反射鏡（２，１２，２２，２６，５０）と、出
力反射鏡（４，１４，２４，２８，５２）と、ネオジム
イオンNd3+で２％と15％の間の濃度でドープされるYAG
結晶質の材料を備えると共に、液相エピタキシャル成長
法で生成される活性レーザ媒質（６，６−１，６−２，
４６）とからなる如く構成した。
【００８２】また、マイクロレーザキャビティにあって
は、入力反射鏡（２，１２，２２，２６，５０）と、出
力反射鏡（４，１４，２４，２８，５２）と、ネオジム
イオンNd3+で２％と15％の間の濃度でドープされる YLF
結晶質を備えると共に、液相エピタキシャル成長法で生
成される活性レーザ媒質（６，６−１，６−２，４６）
とからなる如く構成した。
【００８３】また、前記ネオジムイオン濃度が５％と15
％の間である如く構成した。
【００８４】また、更に、その上で前記活性化レーザ媒
質を液相エピタキシャル成長させることが可能である基
板（４０）を有する如く構成した。
【００８５】また、更に、受動キャビティスイッチ手段
を有する如く構成した。
【００８６】また、前記受動キャビティスイッチ手段
が、前記活性レーザ媒質（４６）の上か、あるいはその
上で前記活性レーザ媒質が液相エピタキシャル成長され
る基板（４０）の上に直接的に液相エピタキシャル成長
法で堆積可能な可飽和吸収体層（可飽和吸収体１６、可
飽和吸収体薄膜４８）を有する如く構成した。
【００８７】また、前記受動キャビティスイッチ手段
が、厚さ 400μm 以下の可飽和吸収体薄膜（４８）を備
える如く構成した。
【００８８】また、活性レーザ材料（６−１，６−２）
と可飽和吸収体（１６）の交互の層を備える如く構成し
た。
【００８９】また、第１の活性レーザ媒質層（６−１）
と、可飽和吸収体層（４８）と、第２の活性レーザ媒質
層（６−２）とを備え、前記可飽和吸収体層が前記マイ
クロレーザキャビティの中心または実質的な中心に位置
させられる如く構成した。
【００９０】また、能動マイクロレーザスイッチ手段を
備える如く構成した。
【００９１】また、前記キャビティが安定させられてい
る如く構成した。
【００９２】また、前記キャビティが単一モードである
如く構成した。
【００９３】また、活性レーザ材料の製造方法にあって
は、 YAGまたは YLFを基礎とする結晶質の液相エピタキ
シャル成長工程を含む、活性レーザ材料の製造方法であ
って、レーザ特性を与える活性ネオジムイオンNd3+が２
％と15％の間の濃度で含まれる如く構成した。
【００９４】また、前記ネオジムイオン濃度が５％と15
％の間である如く構成した。
【００９５】また、液相エピタキシャル成長により、前
記活性レーザ媒質の基礎材料と同一の材料を含む基板
（４０）上で行われる如く構成した。
【００９６】また、液相エピタキシャル成長により基板
上で行われ、次いで前記基板は除去される如く構成し
た。
【００９７】また、マイクロレーザキャビティ用の素子
の製造方法にあっては、 YAGまたはYLFを基礎とする結
晶質の液相エピタキシャル成長法によって活性レーザ材
料を製造する工程を含む、マイクロレーザキャビティ用
の素子の製造方法であって、レーザ特性を与える活性ネ
オジムイオンNd3+が２％と15％の間の濃度で導入される
工程と、生成された活性レーザ材料（４６）上に可飽和
吸収体薄膜（４８）を直接生成する工程とからなる如く
構成した。
【００９８】また、前記可飽和吸収体薄膜（４８）が、
液相エピタキシャル成長法で生成される如く構成した。
【００９９】また、前記活性レーザ材料と可飽和吸収体
の製造工程が交互に繰り返される如く構成した。
【０１００】また、前記マイクロレーザキャビティにあ
っては、前記活性レーザ媒質が１ｍｍ以下の厚さを備え
る如く構成した。
【０１０１】また、前記活性レーザ媒質が500 μｍ以下
の厚さを備える如く構成した。
【０１０２】また、前記マイクロレーザにあっては、前
記マイクロレーザキャビティと、キャビティポンピング
手段を備える如く構成した。
【０１０３】
【発明の効果】この発明は、高濃度の活性化イオンでド
ープした活性レーザ材料を製造することができる。マイ
クロレーザを大量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係るマイクロレ
ーザキャビティの構造を示す説明斜視図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態に係るマイクロレ
ーザキャビティの構造を示す説明斜視図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態に係るマイクロレ
ーザキャビティで、可飽和吸収体と内部キャビティを備
えるものを示す説明断面図である。
【図４】この発明の第４の実施の形態に係るマイクロレ
ーザキャビティで、キャビティを安定させるマイクロレ
ンズを備えるものを示す説明断面図である。
【図５】この発明の第５の実施の形態に係るマイクロレ
ーザキャビティで、キャビティの中心に可飽和吸収体を
位置させたものを示す説明断面図である。
【図６】この発明の第６の実施の形態に係る、能動スイ
ッチングを備えたマイクロレーザの構造を示す説明断面
図である。
【図７】この発明の第７の実施の形態に係るマイクロレ
ーザの製造方法の第１の工程を示す説明斜視図である。
【図８】この発明の第７の実施の形態に係るマイクロレ
ーザの製造方法の第２の工程を示す説明斜視図である。
【図９】この発明の第７の実施の形態に係るマイクロレ
ーザの製造方法の第３の工程を示す説明斜視図である。
【図１０】この発明の第７の実施の形態に係るマイクロ
レーザの製造方法の第４の工程を示す説明斜視図であ
る。
【図１１】この発明の第７の実施の形態に係るマイクロ
レーザの製造方法の第５の工程を示す説明斜視図であ
る。
【図１２】この発明の第８の実施の形態に係る、光ポン
ピング手段を備えたマイクロレーザを示す説明断面図で
ある。
【図１３】この発明の第９の実施の形態に係る、光ポン
ピング手段と種々の素子用のボックスなどを備えたマイ
クロレーザを示す説明断面図である。
【符号の説明】
２，１２，２２，２６，５０ 入力反射鏡 ４，１４，２４，２８，５２ 出力反射鏡 ６，６−１，６−２，４６ 活性レーザ媒質（レーザ材
料） ８，４０ 基板（内部キャビティレーザ） １０，３６ ポンビングビーム １６ 可飽和吸収体素子 ４８ 可飽和吸収体薄膜 ５４ マイクロレーザキャビティ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フュラン ベルナール フランス国38340ヴォレプ，リュ ドュ プラサロ，115

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶質の材料 YAGまたはYLiF4 を備え、
    ネオジムイオンNd3+で２％と15％の間の濃度でドープさ
    れると共に、液相エピタキシャル成長法で生成されるこ
    とを特徴とする活性レーザ材料。
  2. 【請求項２】 前記ネオジムイオン濃度が５％と15％の
    間であることを特徴とする請求項１項記載の活性レーザ
    材料。
  3. 【請求項３】 入力反射鏡と、出力反射鏡と、ネオジム
    イオンNd3+で２％と15％の間の濃度でドープされるYAG
    結晶質の材料を備えると共に、液相エピタキシャル成長
    法で生成される活性レーザ媒質とからなることを特徴と
    するマイクロレーザキャビティ。
  4. 【請求項４】 入力反射鏡と、出力反射鏡と、ネオジム
    イオンNd3+で２％と15％の間の濃度でドープされる YLF
    結晶質を備えると共に、液相エピタキシャル成長法で生
    成される活性レーザ媒質とからなることを特徴とするマ
    イクロレーザキャビティ。
  5. 【請求項５】 前記ネオジムイオン濃度が５％と15％の
    間であることを特徴とする請求項３項または４項記載の
    マイクロレーザキャビティ。
  6. 【請求項６】 更に、その上で前記活性化レーザ媒質を
    液相エピタキシャル成長させることが可能である基板を
    有することを特徴とする請求項３項または請求項４項記
    載のマイクロレーザキャビティ。
  7. 【請求項７】 更に、受動キャビティスイッチ手段を有
    することを特徴とする、請求項３項または請求項４項記
    載のマイクロレーザキャビティ。
  8. 【請求項８】 前記受動キャビティスイッチ手段が、前
    記活性レーザ媒質の上か、あるいはその上で前記活性レ
    ーザ媒質が液相エピタキシャル成長される基板の上に直
    接的に液相エピタキシャル成長法で堆積可能な可飽和吸
    収体層を有することを特徴とする請求項７項記載のマイ
    クロレーザキャビティ。
  9. 【請求項９】 前記受動キャビティスイッチ手段が、厚
    さ 400μm 以下の可飽和吸収体薄膜を備えることを特徴
    とする請求項７項記載のマイクロレーザキャビティ。
  10. 【請求項１０】 活性レーザ材料と可飽和吸収体の交互
    の層を備えることを特徴とする請求項３項または４項記
    載のマイクロレーザキャビティ。
  11. 【請求項１１】 第１の活性レーザ媒質層と、可飽和吸
    収体層と、第２の活性レーザ媒質層とを備え、前記可飽
    和吸収体層が前記マイクロレーザキャビティの中心また
    は実質的な中心に位置させられることを特徴とする請求
    項１０項記載のマイクロレーザキャビティ。
  12. 【請求項１２】 能動マイクロレーザスイッチ手段を備
    えることを特徴とする、請求項３項または４項記載のマ
    イクロレーザキャビティ。
  13. 【請求項１３】 前記キャビティが安定させられている
    ことを特徴とする請求項３項または４項記載のマイクロ
    レーザキャビティ。
  14. 【請求項１４】 前記キャビティが単一モードであるこ
    とを特徴とする請求項３項または４項記載のマイクロレ
    ーザキャビティ。
  15. 【請求項１５】 YAGまたは YLFを基礎とする結晶質の
    液相エピタキシャル成長工程を含む、活性レーザ材料の
    製造方法であって、レーザ特性を与える活性ネオジムイ
    オンNd3+が２％と15％の間の濃度で含まれることを特徴
    とする活性レーザ材料の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記ネオジムイオン濃度が５％と15％
    の間であることを特徴とする請求項１５項記載の活性レ
    ーザ材料の製造方法。
  17. 【請求項１７】 液相エピタキシャル成長により、前記
    活性レーザ媒質の基礎材料と同一の材料を含む基板上で
    行われることを特徴とする請求項１５項または１６項記
    載の活性レーザ材料の製造方法。
  18. 【請求項１８】 液相エピタキシャル成長により基板上
    で行われ、次いで前記基板は除去されることを特徴とす
    る、請求項１５項または１６項記載の活性レーザ材料の
    製造方法。
  19. 【請求項１９】 YAGまたは YLFを基礎とする結晶質の
    液相エピタキシャル成長法によって活性レーザ材料を製
    造する工程を含む、マイクロレーザキャビティ用の素子
    の製造方法であって、レーザ特性を与える活性ネオジム
    イオンNd3+が２％と15％の間の濃度で導入される工程
    と、生成された活性レーザ材料上に可飽和吸収体薄膜を
    直接生成する工程とからなることを特徴とするマイクロ
    レーザキャビティ用の素子の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記可飽和吸収体薄膜が、液相エピタ
    キシャル成長法で生成されることを特徴とする請求項１
    ９項記載の活性マイクロレーザレーザキャビティ用の素
    子の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記活性レーザ材料と可飽和吸収体の
    製造工程が交互に繰り返されることを特徴とする請求項
    １９項または２０項記載のマイクロレーザキャビティ用
    の素子の製造方法。
  22. 【請求項２２】 前記活性レーザ媒質が１ｍｍ以下の厚
    さを備えることを特徴とする請求項３項または４項記載
    のマイクロレーザキャビティ。
  23. 【請求項２３】 前記活性レーザ媒質が500 μｍ以下の
    厚さを備えることを特徴とする請求項２２項記載のマイ
    クロレーザキャビティ。
  24. 【請求項２４】 請求項３項または４項記載のマイクロ
    レーザキャビティとキャビティポンピング手段を備える
    マイクロレーザ。
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