JP2000101178A

JP2000101178A - 固体レーザ材料及び固体レーザ素子

Info

Publication number: JP2000101178A
Application number: JP10265975A
Authority: JP
Inventors: Hikari Kouda; 光古宇田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ発振中に固体レーザ材料に発生する熱
を低減して熱レンズ効果を抑制し、高品質なレーザビー
ムを安定して出力することの出来る固体レーザ材料を提
供する。【解決手段】本Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッドは、本発明
に係る固体レーザ材料の一つであって、活性元素である
Ｎｄを１．０％の濃度で添加して形成したＹＡＧ結晶か
らなるレーザロッド本体１と、それぞれ、レーザロッド
本体１のＮｄ濃度よりも低い、０．７５％、０．５％、
及び０．２５％濃度でＮｄを含む、３層のＮｄドープ・
ＹＡＧ結晶膜２と、Ｎｄノンドープ・ＹＡＧ結晶膜から
なる最外膜３とを有して、レーザロッド本体の周りに成
膜された多層膜とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザロッド及び
ディスク型固体レーザ材料に関し、更に詳細には、レー
ザ発振中にレーザ材料に発生する熱を効率良く除去し、
熱レンズ効果を抑制して高品質なレーザビームを出力す
ることが出来るレーザロッド、及びディスク型固体レー
ザ材料及びその作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固体レーザは、母体である結晶、ガラス
などの中に、増幅媒体となる希土類イオン、遷移金属イ
オン等をドープしたレーザで、光ポンピングにより励起
される。即ち、固体レーザ材料にドープされたレーザ活
性元素は、フラッシュランプ又はレーザダイオード等で
励起されて発光し、発光したレーザ光を共振器で共振さ
せることにより、レーザ発振が生じる。レーザ発振中、
レーザ活性元素が吸収する光のエネルギーは、全てレー
ザ光のエネルギーにはならず、一部は熱となる。そのた
め、レーザ材料は、レーザ発振中に発熱し、温度が上昇
する。レーザ材料の温度は、発振に寄与している中心部
分が一番高くなり、その周りに向かって温度は低くな
る。

【０００３】温度によって屈折率が変化するので、温度
差が生じると、レーザ材料中に屈折率分布が生じ、レー
ザ材料中を進行するレーザ光は、直進出来ない。これを
熱レンズ効果と呼んでいる。この熱レンズ効果を抑制す
るためには、レーザ材料を極力均一に冷却する必要があ
る。冷却手段としては空冷、水冷、電子冷却が用いられ
ているが、これらだけでは十分で無いため、熱レンズ効
果をさらに抑制する方法が必要である。

【０００４】この抑制方法として、いくつかの提案が報
告されている。例えば、活性元素を添加（ドープ）した
レーザロッドの回りに活性元素を含まない（ノンドー
プ）層を設け、レーザ材料中に励起光源によって熱が発
生しない層を設けることにより、ドープ層の熱を効率良
く除去しようとする方法（特開昭６２−１４０４８３号
公報）が提案されている。

【０００５】また、レーザ材料中に金属元素をあらかじ
めドープ又は拡散させて屈折率分布を持たせ、熱の発生
で生じた屈折率分布を補償しようとする発明も提案され
ている（特開平５−１０２５９３号公報）。また、活性
元素を添加したレーザ材料と添加しないレーザ材料を張
り合わせたり、又は熱圧着したりして得た複合材料を使
用し、効率良く結晶を冷却する方法も発明されている
（U.S.Patent Nos. 5,441,803 and 5,563,899、実開平
５−６９９６３号公報）。

【０００６】また、ファイバーレーザ用のレーザ材料で
は、ノンドープ結晶中に穴を開けてコアとなるドープ結
晶を挿入して一体化する方法（特願昭６３−０８５１５
２号）、また、この一体化したファイバーレーザ材料を
部分的に融解し、そこから引上げ育成することにより、
クラッドコアの形状を持つ単結晶ファイバを製造する方
法（特願平３−１４９５０４号）が提案されている。さ
らに、レーザロッド中に活性元素の濃度勾配を設けて熱
レンズ効果を低減する方法が提案されており（特開昭５
９−２２７１７６号公報）、濃度勾配をつける方法とし
ては、ガラスレーザ材料の場合はゾルゲル法を用いた作
製方法（特開平６−１４０６９６号公報）がある。

【０００７】ＹＡＧレーザロッドの場合は、２重坩堝に
よる引上げ法により育成した結晶を熱拡散させる方法
（特開平７−３０７５０８号公報）、また、レーザロッ
ドを濃度の違う中空のレーザロッドに挿入することを繰
り返して濃度勾配を実現する方法（特開平９−１７２２
１７号公報）が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した提案
を含めて従来の技術には、以下に挙げる種々の問題があ
った。第１の問題点は、活性元素をドープした固体レー
ザロッドの回りにノンドープ結晶を液層エピタキシャル
法で成長させただけでは、界面での活性元素濃度差が急
峻なため、格子歪みが大きく、レーザ発振中結晶に熱が
発生すると、界面歪みやクラックが生じてしまうことで
ある。

【０００９】第２の問題点は、レーザ材料中の屈折率分
布を変化させて熱レンズ効果を補償する方法は、あらか
じめレーザ材料に発生する熱を測定し、それを補償する
ための屈折率変化を持つ結晶を育成しなければならず、
レーザ材料の設計および作製行程が非常に困難なことで
ある。また、屈折率を変化させることが困難な結晶も多
いため、実現性が難しいレーザ材料が多い。

【００１０】第３の問題点は、熱圧着又は接着材で接合
されたドープ材料とノンドープレーザ材料とは、低レー
ザ出力では冷却効果に対して有効に作用するが、数十Ｗ
級以上の高出力レーザの場合には、問題点１と同様に、
界面での熱の発生が大きく歪み、クラックが生じてしま
うということである。

【００１１】第４の問題点は、提案されているノンドー
プクラッド層とドープコア層のファイバーレーザ材料で
も、問題点１、２と同様の界面歪みの問題があり、また
Ｗ級以上のレーザ出力を実現することは困難であるとい
うことである。

【００１２】第５の問題点は、濃度勾配を持つレーザロ
ッドの作製方法に関し、ゾルゲル法では単結晶の作製を
行うことが出来ないということである。また、２重坩堝
による引上げ法により２種類の融液から結晶を育成する
ことは、融点等が違うため、現実的には不可能である。
また、中空のロッド中に挿入する方法は、ロッド内壁の
面を光学研磨することが非常に困難であり、また、挿入
させるためには、穴径を挿入ロッドより大きくすること
が必要であり、従って、中空ロッドの内壁と挿入ロッド
の外壁を完全に密着させることは出来ないということで
ある。

【００１３】第６の問題点は、ドープ層とノンドープ層
の２層に熱を加えて拡散させて、活性元素の濃度勾配を
実現する方法では、活性元素の拡散スピードが、非常に
遅く、現実的には、拡散する層は、１mm以下に限られて
おり、ロッド全体を適当な濃度勾配にすることは難しい
ということである。

【００１４】第７の問題点は、近年注目されているＹｂ
ドープのレーザダイオード励起用のディスク型レーザ材
料では、０．２〜１mm程度の厚さの結晶又はその結晶に
ノンドープの結晶を熱圧着した結晶が用いられているも
のの、さらに結晶の厚さを薄くし、かつ熱レンズ効果を
抑制できるレーザ材料が望まれていて、その際には、研
磨では厚さ１００ μm 程度に加工するのが限界である
ということである。

【００１５】上述のように、従来発明されている固体レ
ーザ材料の作製方法では、問題が多く、これらのレーザ
材料を用いても、発振時に十分にレーザ材料を冷却する
ことが出来ないため、効率良く熱レンズ効果を低減でき
ることができなかった。そこで、効率良く熱レンズ効果
を低減できる固体レーザ材料の開発が強く望まれてい
た。

【００１６】そこで、本発明の目的は、レーザ発振中に
固体レーザ材料に発生する熱を低減して熱レンズ効果を
抑制し、高品質なレーザビームを安定して出力すること
の出来る固体レーザ材料及び固体レーザ素子を提供する
ことである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】ガーネット構造を持つ単
結晶は、固体レーザ材料の母結晶として非常に優れてい
る。この結晶には、最大で１．２％のＮｄ活性元素をド
ープすることができる。そこで、本発明に係るレーザロ
ッド（以下、第１の発明と言う）は、ガーネット構造を
持つレーザ母結晶に、活性元素であるＮｄを１．２原子
％以下０．１原子％以上の濃度で添加して形成したレー
ザロッド本体と、レーザロッド本体のＮｄ濃度よりも低
い濃度でＮｄを含む、少なくとも２層のＮｄドープ・ガ
ーネット結晶膜と、Ｎｄノンドープ・ガーネット結晶膜
からなる最外膜とを有して、レーザロッド本体の周りに
成膜された多層膜とを有することを特徴としている。

【００１８】ガーネット構造を持つレーザ母結晶に活性
元素を１．２％以下の濃度でドープした固体レーザロッ
ドの回りに活性元素濃度が徐々に低くなる膜を１層以上
厚さ５００μm 以下５０μm 以上になるように液相エピ
タキシャル方法で成長し、最外の冷却媒体と接触する膜
はノンドープ層とする。このようにして作製した固体レ
ーザ材料は、層界面において、活性元素濃度差が小さい
ので、結晶中の格子不整合等による結晶欠陥が少なく、
熱膨張率差も小さい。そのため、レーザ発振中に界面で
のクラック発生やカラーセンターによる着色、熱歪みが
生じることが無いため冷却効果が大きく、熱レンズ効果
を抑制することが出来る。

【００１９】ガーネット構造をもつレーザ結晶にＹｂを
活性元素として添加したディスク型レーザ材料は高効率
発振用レーザ材料として着目されている。この材料は発
振時にディスク全体を効率良く冷却するために極力薄い
ものが求められている。また、Ｙｂ元素はガーネット結
晶に最大で２０％ドープさせることが出来る。そこで、
本発明に係るディスク型固体レーザ材料（以下、第２の
発明と言う）は、活性元素を添加していないノンドープ
のガーネット構造を持つレーザ母結晶からなる基板と、
濃度が膜毎に徐々に高くなるように活性元素であるＹｂ
を添加して、基板の上に設けられた、少なくとも２層の
ガーネット結晶膜とを有することを特徴としている。

【００２０】本発明ではノンドープのガーネット基板に
液相エピタキシャル成長でＹｂを添加した１００μm 以
下の薄膜を形成することが可能であり、さらに薄膜中の
活性元素に濃度勾配を持たせることで各層界面の格子歪
みが小さく、熱が生じた場合のクラックの発生等を抑制
することができる。

【００２１】このディスク型結晶は、励起光が活性元素
をドープした層だけに吸収されて、ノンドープ層からは
効率良く冷却することが可能となるため、熱レンズ効果
を抑制することが可能となる。

【００２２】これらの液相エピタキシャル法で異なる活
性元素濃度の膜を数層成長したレーザロッドおよびディ
スク型レーザ材料を熱処理することにより、活性元素が
熱拡散してステップ状の濃度勾配を滑らかな勾配に移行
させることが可能となる。この場合は、濃度差による格
子歪みがさらに緩和されるため、ステップ状の濃度勾配
を持ったレーザ材料よりも冷却効率が向上し、熱レンズ
効果を抑制することが出来る。

【００２３】よって、本発明に係るレーザロッドの作製
方法は、レーザロッドを熱処理して、液相エピタキシャ
ル成長させた多層膜の膜同士の界面で活性元素濃度を熱
拡散させる工程を備え、ステップ状であった活性元素濃
度の濃度勾配を緩やかにすることを特徴とし、また、本
発明に係るディスク型固体レーザ材料の作製方法は、デ
ィスク型固体レーザ材料を熱処理して、液相エピタキシ
ャル成長させたガーネット結晶膜同士の界面で活性元素
濃度を熱拡散させる工程を備え、ステップ状であった活
性元素濃度の濃度勾配を緩やかにすることを特徴とす
る。

【００２４】レーザ発振中のレーザ材料を効率良く冷却
し、熱レンズ効果を抑制する手段として活性元素を添加
（ドープ）した固体レーザロッドの回りに活性元素を含
まない（ノンドープ）結晶を保持する固体レーザ材料方
法が提案されていた。しかし、ドープ結晶とノンドープ
結晶の界面は格子不整合が大きいため歪みが残存し、熱
を持つと歪みは大きくなってレーザモードが歪み、発振
レーザ出力が大きい場合は界面にクラックが生じてしま
うという課題があった。また径方向に活性元素濃度差の
ある層を有する方法が提案されていたが、現実的に濃度
差のある層を作製することが非常に困難であった。本発
明では、ロッド型レーザ材料の周りおよびディスク型レ
ーザ材料の面上に活性元素に濃度差のある膜を液相エピ
タキシャル法で数層成長し、最後の層は活性元素を含ま
ないノンドープ層とすることで、ドープ、ノンドープ部
分の境界の歪みを除去することが可能となる。このレー
ザ材料は励起光の吸収によって発熱される部分の温度勾
配を緩和し、高出力領域のレーザ光発生時においても効
率良く結晶を冷却することが可能となり、熱レンズ効果
を抑制して高品質のレーザビームを長期間安定して出力
することができる。

【００２５】以上のことにより、即ち、本発明により作
製したレーザ材料は発振中に発生する熱を効率良く冷却
できる構造を有するため熱レンズ効果を抑制することが
出来、安定して高品質のレーザ光を出力することが可能
となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。尚、以下の文中で、％表示は、特に断らな
い限り、原子％で表示さている。図面中の％表示につい
ても同様である。実施形態例１本実施形態例は、第１の発明に係るレーザロッドの実施
形態の一例である。図１は、本実施形態例のＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザロッドの斜視図である。本実施形態例のＮｄ：
ＹＡＧレーザロッドは、図１に示すように、活性元素で
あるＮｄを１．０％の濃度で添加して形成したＹＡＧ結
晶からなるレーザロッド本体１と、それぞれ、レーザロ
ッド本体１のＮｄ濃度よりも低い、０．７５％、０．５
％、及び０．２５％濃度でＮｄを含む、３層のＮｄドー
プ・ＹＡＧ結晶膜２と、Ｎｄノンドープ・ＹＡＧ結晶膜
からなる最外膜３とを有して、レーザロッド本体の周り
に成膜された多層膜とを有する。

【００２７】本実施形態例のＮｄ：ＹＡＧレーザロッド
を作製するには、まず、Ｎｄを１％ドープした径７mm、
長さ２００mmのＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・
ガーネット；Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂）レーザロッド１の周りに
Ｎｄが０．７５％ドープされたＹＡＧ膜をＬＰＥ法で
厚さ１００μm 成長させる。成長後、更に、このレーザ
ロッドの周りに、Ｎｄが０．５％ドープされたＹＡＧ膜
をＬＰＥ法で１００μm 成長させる。さらに、Ｎｄ濃度
が０．２５％のＹＡＧ膜を１００μm 成長させ、３種類
の異なるＮｄ濃度を持つＹＡＧ膜２を設ける。最後にノ
ンドープのＹＡＧ膜３を２００μm 成長させることによ
り、Ｎｄ濃度差を設けたＬＰＥ成長多層膜を有するＮ
ｄ：ＹＡＧレーザロッドを作製することが出来る。

【００２８】また、図１では、中間組成層２は、３層で
あるが、層数を増やして層間の活性元素の濃度差を小さ
く、層厚を薄くすることで、さらに熱レンズ効果を抑制
した固体レーザ材料を作製することができる。

【００２９】実施形態例２本実施形態例は、第２の発明のディスク型固体レーザ材
料の実施形態の一例であって、図２は本実施形態例のの
斜視図である。本実施形態例のＹＡＧディスク型レーザ
材料は、図２に示すように、活性元素を添加していない
ＹＡＧ結晶からなる基板４と、濃度がそれぞれ２、４、
６、及び８％となるように活性元素であるＹｂを添加し
て、ＬＰＥ法により成膜された４層の膜厚約５μm のＹ
ＡＧ結晶膜５と、Ｙｂを１０％ドープさせたＹＡＧ結晶
膜６とを備えている。

【００３０】本実施形態例のＹＡＧディスク型レーザ材
料を作製するには、先ず、直径２０mm、厚さ１００μm
のＹＡＧノンドープ基板４の上にＹｂ濃度が２、４、
６、８％となるように、ＬＰＥ法で約５μm の４層の膜
５を成長し、最後に、Ｙｂ濃度が１０％のＹＡＧ６を２
０μm 成長させる。これにより、活性元素をドープした
層の厚さをトータルで４０μm にすることが可能とな
る。４０μm の厚さのディスク型レーザ材料を研磨して
得ることは非常に困難であるため、本発明によるディス
ク型レーザ材料は、薄膜化に非常に有効となる。

【００３１】また、高出力レーザ領域の応用において
も、効果的に熱レンズ効果を抑制することが出来る。Ｙ
ｂは、Ｙとイオン半径が近いため濃度差が２％程度あっ
ても、格子不整合量は小さく、界面での歪みは生じ難
い。図２の例では、最大１０％のＹｂで２％おきに膜
を形成しているが、ＹＡＧは最大２０％までＹｂを含有
することができ、また、層数を多くして、層間の濃度差
が小さくなる程、界面での歪みが小さくなるので、効率
的に冷却でき熱レンズ効果を抑制することが出来る。

【００３２】実施形態例３本実施形態例は、第１の発明のレーザロッドの実施形態
の別の例であって、図３はＹＡＧ固体レーザ材料の斜視
図である。本実施形態例のレーザロッドは、実施形態例
１のレーザロッドに熱処理を施したものであって、図１
のＮｄのステップ状の濃度変化を持つＹＡＧレーザロッ
ドをＹＡＧの融点である１９３０℃よりも２００℃低い
１７３０℃で５０時間加熱することにより、図３に示す
Ｎｄ元素の濃度勾配を持つＹＡＧレーザロッドを作製す
ることができる。このロッド８の半径方向のＮｄ濃度勾
配を調べたところ、図４（ａ）に示すように、膜を成長
させた部分の半径方向のＮｄ濃度は、１％から０％まで
滑らかに変化していることがわかった。

【００３３】このレーザロッドをフラッシュランプ励起
でサイドから励起し、結晶の側面は約２５℃の水で冷却
した。発振波長１０６４ｎｍレーザ光約１ｋＷ出力され
た場合の結晶の断面方向の温度勾配は図４（ｂ）のよう
になり、中心から外側までの温度差は３０℃であった。
発振したレーザ光のビームプロファイルは、ガウシアン
ライクでビーム径は約４ mm 、熱レンズ効果によるビー
ム広がり角は１００ｍｒａｄであった。１００時間の
連続運転を行っても、レーザの出力は±５％以内で安定
し、ビームのモードも変化はなかった。

【００３４】比較例１本比較例は、実施形態例３のレーザロッドの比較例であ
って、Ｎｄを１％ドープしたＹＡＧ９の上にＬＰＥ法で
ノンドープＹＡＧ１０を５００μm 成長させたレーザロ
ッドのＮｄの濃度勾配を図５（ａ）に示す。１％のＮｄ
濃度は、界面を境に０％に急峻に変化している。熱処理
せずに図４と同様の発振実験を行った場合の断面の温度
勾配を図５（ｂ）に示す。１ｋＷ出力時の半径方向の温
度勾配は、ドープ層とノンドープ層の界面で急峻になっ
ており、中心温度は周囲と８０℃違っていた。また、ビ
ームプロファイルは、中心の強度分布にふらつきのある
トップハット形状となり、熱レンズ効果のために、ビー
ム広がり角は２５０ｍｒａｄであった。また、１００時
間出力を継続したところ、ドープ−ノンドープの境界面
にクラックが生じてしまい、レーザ材料は使用不可能に
なった。

【００３５】実施形態例４本実施形態例は、実施形態例２のディスク型固体レーザ
材料に熱処理を施したものであって、図２のステップ状
のＹｂ濃度勾配をもつＹＡＧディスク型レーザ材料を、
約１８００℃で５０時間加熱してＹｂイオンを拡散させ
ることにより、図６に示すように、Ｙｂ濃度が１０〜０
％まで徐々に変化するディスク型のレーザ材料１１を作
製することが出来る。

【００３６】ノンドープの冷却面１２をペルチエ素子で
約−５０℃に冷却し、レーザダイオード（ＬＤ）で励起
面１３を励起して、アクティブミラー方式で発振実験を
試みたところ、図７に示すように、発振しきい値は１０
Ｗで、そこから入力するレーザダイオードの出力に比例
し、１００Ｗ入力で５０Ｗの発振出力が得られた。ま
た、５０Ｗ出力時もビームモードはＴＥＭ₀₀であり、熱
レンズ効果によるビーム品質の劣化は無く、ビーム広が
り角も各出力で５ｍｒａｄを保っていた。

【００３７】比較例２本比較例は、実施形態例４のディスク型固体レーザ材料
の比較例であって、Ｙｂが活性元素として１０％ドープ
されている直径２０mm、研磨で得られる最も薄い厚さの
１００μm のＹＡＧ結晶を用いて、実施形態例４と同様
のアクティブミラー方式での発振実験を試みたところ、
図８に示すように、５０Ｗの入力から出力特性が飽和す
る傾向が見られ、８０Ｗ入力時に、２５Ｗの出力がピー
クであった。２５Ｗ出力時の発振はマルチモードでビー
ム広がり角は２０ｍｒａｄであり、熱レンズ効果でビー
ム品質が劣化していることがわかった。

【００３８】

【発明の効果】第１の発明によれば、レーザロッド本体
のＮｄ濃度よりも低い濃度でＮｄを含み、かつ膜厚５０
０μm 以下の少なくとも２層のＮｄドープ膜と、Ｎｄノ
ンドープの最外膜とを有する多層膜をレーザロッド本体
の周りに設けることにより、レーザ発振中の固体レーザ
材料に発生する熱を効率良く冷却することが出来る。ま
た、レーザ材料中の温度勾配を抑制するため熱レンズ効
果によるビーム広がり角、発振するレーザビームの品質
が向上し、安定した高出力レーザを発振することができ
る。また、第２の発明によれば、活性元素を添加してい
ないガーネット構造を持つレーザ母結晶の基板と、濃度
が相互とに徐々に高くなるように活性元素であるＹｂを
添加して基板の上に設けられた、少なくとも２層のガー
ネット結晶膜とでディスク型固体レーザ材料を構成する
ことにより、レーザ発振中の固体レーザ材料に発生する
熱を効率良く冷却することが出来るレーザ材料を実現し
ている。また、レーザ材料中の温度勾配を抑制するため
熱レンズ効果によるビーム広がり角、発振するレーザビ
ームの品質が向上し、安定した高出力レーザを発振する
ことができるレーザ材料を実現している。本発明に係る
レーザロッド又はディスク型固体レーザ材料を使用する
ことにより、レーザ加工や光造形等に最適なレーザ装置
を実現し、産業の発展に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】濃度差を設けてＬＰＥ成長した多層膜を有する
Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッドの斜視図である。

【図２】Ｙｂ濃度勾配を有するＹＡＧディスク型レーザ
材料の斜視図である。

【図３】ＬＰＥ成長後、熱処理して活性元素を熱拡散さ
せたＮｄの濃度勾配を有するＹＡＧ固体レーザ材料の作
製方法を説明する図である。

【図４】Ｎｄの濃度勾配を有するＹＡＧレーザロッドの
半径方向のＮｄ濃度と発振時の温度を示す図である。

【図５】Ｎｄ：ＹＡＧ上にノンドープＹＡＧ層を有する
レーザロッドの半径方向のＮｄ濃度と発振時の温度プロ
ファイルである。

【図６】熱処理によりＹｂ元素を拡散させたＹｂの濃度
勾配を有するＹＡＧディスク型レーザ材料を示す斜視図
である。

【図７】０〜１０％の濃度勾配を有したＹｂ：ＬｕＡＧ
ディスク型レーザ材料のアクティブミラー方式レーザの
出力特性を示すグラフである。

【図８】Ｙｂ１０％ドープのＹｂ：ＬｕＡＧディスク型
レーザ材料のアクティブミラー方式レーザの出力特性を
示すグラフである。

【符号の説明】

１ＹＡＧにＮｄを１％ドープした固体レーザロッド２Ｎｄ濃度を０．７５、０．５、０．２５％と変
化させてＬＰＥ成長させたＹＡＧレーザ結晶３ＬＰＥ法で成長させたノンドープＹＡＧ結晶４ノンドープのＹＡＧ基板５徐々にＹｂ濃度を変化させてＬＰＥ成長させたＹＡ
Ｇ膜６Ｙｂを１０％ドープしたＹＡＧ膜７Ｎｄ活性元素０〜１％の濃度勾配を持つ部分８Ｎｄの濃度勾配を持つＹＡＧレーザロッド９Ｎｄを１％ドープしたＹＡＧレーザロッド１０ＬＰＥ法で成長したノンドープＹＡＧ１１Ｙｂが１０％から０％まで変化している部分１２冷却面１３励起面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガーネット構造を持つレーザ母結晶に、
活性元素であるＮｄを１．２原子％以下０．１原子％以
上の濃度で添加して形成したレーザロッド本体と、レーザロッド本体のＮｄ濃度よりも低い濃度でＮｄを含
む、少なくとも２層のＮｄドープ・ガーネット結晶膜
と、Ｎｄノンドープ・ガーネット結晶膜からなる最外膜
とを有し、レーザロッド本体の周りに成膜された多層膜
とを有することを特徴とする固体レーザロッド。
【請求項２】多層膜中のＮｄドープ・ガーネット結晶
膜のＮｄ濃度は、レーザロッド本体から外方に向けて膜
毎に順次Ｎｄの濃度が低くなることを特徴とする請求項
１に記載の固体レーザロッド。
【請求項３】多層膜中のＮｄドープ・ガーネット結晶
膜の各々は、液相エピタキシャル法によりレーザロッド
本体の周りに成長させた膜厚５００μm 以下５０μm 以
上の膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
固体レーザロッド。
【請求項４】請求項１から３のうちのいずれか１項に
記載の固体レーザロッドを備えることを特徴とする固体
レーザ素子。
【請求項５】活性元素を添加していないノンドープの
ガーネット構造を持つレーザ母結晶からなる基板と、濃度が膜毎に徐々に高くなるように活性元素であるＹｂ
を添加して、基板の上に設けられた、少なくとも２層の
ガーネット結晶膜とを有することを特徴とするディスク
型固体レーザ材料。
【請求項６】ガーネット結晶膜は、液相エピタキシャ
ル法を用いて成長させた膜厚５００μm 以下５０μm 以
上の膜であることを特徴とする請求項５に記載のディス
ク型固体レーザ材料。
【請求項７】請求項５又は６に記載のディスク型固体
レーザ材料でレーザ母体が構成されていることを特徴と
する固体レーザ素子。
【請求項８】請求項１から３のうちのいずれか１項に
記載のレーザロッドの作製方法であって、レーザロッドを熱処理して、液相エピタキシャル成長さ
せた多層膜の膜同士の界面で活性元素濃度を熱拡散させ
る工程を備え、ステップ状であった活性元素濃度の濃度勾配を緩やかに
することを特徴とするレーザロッドの作製方法。
【請求項９】請求項５又は６に記載のディスク型固体
レーザ材料の作製方法であって、ディスク型固体レーザ材料を熱処理して、液相エピタキ
シャル成長させたガーネット結晶膜同士の界面で活性元
素濃度を熱拡散させる工程を備え、ステップ状であった活性元素濃度の濃度勾配を緩やかに
することを特徴とするディスク型固体レーザ材料の作製
方法。