JP2000513155A

JP2000513155A - 単一モードレーザー

Info

Publication number: JP2000513155A
Application number: JP11500798A
Authority: JP
Inventors: ピンシー
Original assignee: ジェイディーエスユニフェイスコーポレイション
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2000-10-03
Also published as: CA2289695C; US5995523A; CA2289695A1; EP0985257A1; US5905748A; CN1258390A; WO1998054803A1; AU7595898A

Abstract

(57)【要約】単一モードレーザー装置および関連する方法が開示される。レーザー（１０）は空胴内２倍単一周波数レーザーを提供するための周波数逓倍材料を収容可能である。レーザー装置は入力ミラー（２０）および出力ミラー（２２）を含み、これらは、共振空胴および共振空胴内のミラー間の光通路を画定する。所要基本波長および生じうる不要な波長においてレーザー光を発生するためにレーザー用材料（２４）が光通路内に配置される。前記通路に沿って存在する異なる波長の光を異なる方向に屈折するために、第１複屈折部材（２６）も前記光通路内に配置される。更に、第１および第２複屈折部材が一緒に所要基本波長と不要波長とを弁別するように、第１複屈折部材と協調作動する第２複屈折（２８）部材も前記光通路内に配置され、その結果、所要基本波長の偏光にレーザー光を発生させる一方向に当該偏光が屈折され、同時に、全ての不要波長の偏光を消失させる他の方向に当該不要波長の或る部分が屈折される。

Description

【発明の詳細な説明】単一モードレーザー発明の背景本発明は全体的に単一モードレーザーに関し、更に詳細には空洞内２倍単一周波数レーザーを提供するための周波数逓倍材料を収容する単一モードレーザー実行体に関する。従来の技術により、様々な単一縦モード（以後ＳＬＭと称する）レーザが開発された。ＳＬＭレーザーに関心が持たれた一特殊理由は、レーザー空胴内に非線形材料を追加することによりＳＬＭレーザーを周波数２倍構成（コンフィギュレーション）に容易に変換できることにある。更に、すぐこの後で分かるように、ＳＬＭレーザー以外のタイプのレーザーを空胴内２倍周波数構成に変換しようとすると、幾つかの問題に遭遇した。可視および紫外スペクトル領域においてコヒーレント放射を生成するためには、従来技術における非線形周波数２倍技法がしばしば用いられた。受け入れ可能な光学変換効率はこの様式において達成された。ただし、これら周波数２倍レーザの多くは、多数の用途においてこの種レーザーの有用性を制限するいわゆる「グリーンノイズ」問題に悩まされた。更に明確には、グリーンノイズ問題は、レーザーの共振空胴内における長さ方向の基本的な１つのモード以外の追加的モードの存在と、各種モード間の非線形２倍化プロセスによる縦モードの結合現象との組み合わせによって導入される利得の競合に起因すると信じられている振幅ノイズ（即ち、２倍周波数における出力ビーム強度の変動）を導入する。「グリーンノイズ」問題の一般的な解決方法は、非線形材料を励振するレーザー光に含まれる追加モードを除去し（即ち、ＳＬＭレーザーの使用）、それによって、単−２倍出力周波数が得られるように、縦モード結合（カップリング）を除去することである。各種の空胴２倍単一縦モード（ＳＬＭ）レーザシステムが従来の技術において開発された。ＳＬＭ作動を達成する一方法においては、リングレーザージオメトリを使用する。リングレーザージオメトリにおける空間ホールバーニングは一定方向進行波によって除去される。従って、ＳＬＭ作動は均一な広がりレーザシステムにおいて達成される。空胴内２倍ＳＬＭレーザーの一例は、１９９１年１０月１日付けでＮｉｇｈｔｉｎｇａｌｅ等に発行された米国特許Ｎｏ．５，０５２，８１５に開示済みである。リングレーザー幾何形状配列を使用する際の主要な欠点の１つは配置構成と操作が困難なことである。更に、光学ダイオード及び相反減速度補償装置を使用するので、リングレーザーは簡単な線形空胴よりも全体的に複雑である。更に、リングレーザーのビーム指向安定性は一般に線形空胴を用いる場合ほど良好でない。それでも尚、進行波は全ての利用可能な利得を一様に抽出するので、リングレーザーは定在波線形空胴よりも効率的であると一般に信じられている。ただし、一定方向作動用リング空胴においてはより多くの空胴内エレメントが必要とされるという簡単な理由で、空胴内２倍レーザーの場合には、リングレーザーは必ずしも線形空胴より一層効率的であるとはかぎらない。空胴内２倍レーザーシステムは空胴損失に対して極度に敏感であるので、２倍周波数リング幾何形状配列におけるこれらの追加エレメントは、２倍周波数線形ジオメトリの場合と比較して、より多くの空胴内損失を生じる。損失が多くなれば２倍パワーが少なくなることは明白である。ＳＬＭレーザーを生成するための他の技法は１９９２年１１月１７日に発行された米国特許Ｎｏ．５，１６４，９４７にＬｕｋａｓ等によって開示されている。この特許開示において、ＳＬＭ作動を獲得するように空間ホールバーニングを除去するために、ねじれモード技法が用いられる。レーザー空胴は入力ミラー及び線形レーザー空胴を画定する出力カプラを有する。レーザー空胴内において、レーザー用ロッドが２つの四分の一波長板間に挿入される。基本波の偏光方向を画定し、基本波の周波数の２倍の周波数において出力放射を生成するために偏光子および非線形光学結晶もレーザー空胴内に含まれる。レーザーロッド内においてレーザーモードは円偏光にされ、その結果として定在波を生じる。前記定在波内においては利得媒体を貫いて電界ベクトルが回転し、利得媒体内には定在波ノードが存在しない。このようにして、空間バーニングが除去される。ただし、この方法にはそれ自体に限界があり、実現が困難な場合も多い。第１に、この方法は、空胴内部に２つの精密な四分の一波長板を備えることに依存する。第２に、レーザーロッドは非複屈折性でなくてはならない。この必要条件は当該レーザーを限られた個数のレーザーホストに制限する。更に、レーザー結晶は光学的に励振されるので、熱的に、および、応力によって誘起される複屈折性は利得媒体内に空間ホールバーニングを導入し、再び多重モード作動に帰着する。具体化の観点からすれば、このレーザー設計の複雑性がレーザーの寸法決定と動作を困難にする。１９９５年１月１０日付けでＷｅｄｅｋｉｎｄ等へ発行された最近の特許開示である米国特許Ｎｏ．５，３８１，４２１には、線形レーザー空胴においけるＳＬＭレーザー作動を達成する他の方法について記述している。この方法においては、ブルースター偏光子と複屈折材料によって、単一縦モード作動用周波数帯域幅を狭くするライオットフィルタを形成する。この方法の主要不便性はブルースター偏光を使用することにある。周知のように、一般にブルースター角度は４５度よりも大きく、従って、操作が不便である。更に、ブルースター偏光子は完全な偏光子でないので、弁別にための偏光用損失が僅かに約１６％である。従って、ブルースター偏光子は、基本モード以外の縦モードの抑制に十分なレベルに損失を供給できないこともあり得る。更に、ブルースター角度から僅かに偏向しただけで追加挿入損失を導入し、それによって、周波数２倍化および選択を妨害することもあり得る。同様に、１９９５年７月４日にＳｕｚｕｋｉ等へ発行された他の特許開示である米国特許Ｎｏ．５，４３０，７５４には、ＳＬＭ放射を生成するために、軸を外してカットしたＮｄ：ＹＶＯ₄と、ＫＴＰのような複屈折材料によって形成された複屈折（ライオット）フィルタについて開示されている。この方法の限界は、ポインティングベクトルウォークオフを強化するために強力複屈折性および長い結晶長さに依存することである。同様に好ましい作動モードであるＮｄ：ＹＶＯ₄の場合には、Ｎｄ：ＹＶＯ₄は劈開平面から４３度外れてカットされる。この種の軸を外れてカットされた結晶の作成はたやすくなく、一般に歩留りが低い。更に、これら両方の複屈折（ライオット）フィルタ技法において、複数の空胴内エレメントの表面は空胴軸に実質的に垂直である。これらの表面からの残留反射は、空胴内エタロン及び結合空胴効果へと先導し、結果的にモードホッピングを起こすことがあり得る。本発明は、上述の問題を排除し、かつ空胴内周波数２倍用としての使用に適したＳＬＭレーザーを作成するためのこれまでに無かった技法およびそれに関連した方法を提供する。発明の概要後で更に詳細に述べるように、ここでは、空胴内２倍単一周波数を提供するための周波数2倍材料を収容する単一モードレートの具体化例について開示する。関連する方法についても開示する。レーザー具体化例は入力ミラー、及び、共振空胴および共振空胴内のミラー間における光通路を画定する出力ミラーを有する。レーザー用材料は、所要基本波長および場合によっては他の不要な波長においてレーザー光を発生するように光通路内に配置される。第１の複屈折手段も同様に、通路に沿って存在する異なる波長の光を異なる方向に屈折するように、光通路内に配置される。同様に、第１と第２の複屈折手段が一緒になって所要基本波長と不要波長とを弁別するように、第１複屈折手段と協調作動する第２の複屈折手段も光通路内に配置され、その結果、所要基本波長は、当該基本波長にレーザー光を発生させる一方向に屈折されるが、不要な波長は、当該不要波長が消去される他の方向に屈折される。本発明の方法によれば、レーザー用材料または他の適当な光源によって生成される光は特殊構成された複屈折手段を通過し、その結果として、所要単一波長における光成分の偏光は所定の仕方で影響され、他の波長の光成分の偏光は他の仕方で影響される。その後で、これら他の特定光成分が他の波長を拒絶させる角度において屈折されるように光が屈折され、単一波長が、その単一波長を引き返させる角度で屈折され、それによってレーザー空胴内においてレーザー光が発生させる。本発明の一態様において、レーザーは光の単一縦モードを出力することができる。本発明の他の一態様において、非線形材料にレーザー内の単一基本光モードを照射することが可能であり、それによって、基本波の特定高調波が生成され、レーザーから出力される。図面の簡単な説明本発明は次に簡単に説明する図面と関連して以下の詳細な記述を参照することによって理解可能である。図１は本発明に従って作成されたレーザーの概略図であり、前記レーザーはＳＬＭレーザーとして作動するか、又は、非線形材料を追加することによって高調波的に逓倍された周波数を出力するように構成可能である。図２は、図１のレーザーのレーザー用材料から出力ミラーへ向かう光通路に沿った方向から見た概略図的表現であり、本発明に基づくレーザーの部分を形成する複屈折レーザー用ウェッジ部材および複屈折非線形部材の常軸と異常軸との間の関係を示す。図３はＳＬＭ作動を提供する仕方に関して本発明の周波数弁別構成の或る態様を示す図形的プロットである。図４は本発明に従って作成されたレーザーの更に別の実施例の概略図であり、高調波的逓倍構成に使用された複屈折レーザー用ウェッジ部材および複屈折非線形部材を示す。図５は本発明に従って作成されたレーザーの更に他の実施例の概略図であり、個別の入力ミラーおよび出力ミラーの必要性を排除するために特定構成要素に対する鏡被覆の使用を示す。図６は本発明に従って作成されたレーザーの更に他の実施例の概略図であり、双方向的に生成される高調波光周波数出力を提供する高調波的逓倍構成を示す。発明の詳細な説明図面において、種々の図面を通じて同様の構成要素には同様の参照番号を付記することとし、本発明に従って作成され、全体的に参照番号１０によって示されるレーザーの一実施例を示す図１に先ず注意を向けることとする。レーザー１０は所定波長の光１４を放出するポンピング光源１２を有する。光１４はレンズ１６を経て入力ミラー２０と出力ミラー２２の間に画定される共振空胴１８内を通過する。今後時宜を得てされに詳細に記述するように、本発明に基づき、レーザー用材料２４、複屈折ウェッジ２６、及び、複屈折結晶２８は空胴１８内に配置される。続けて図１を参照する。入力ミラー２０の面３０は周知の方法により光１４に対して高度の透過性をもつと同時に基本レイジング波長（即ち、レーザー用材料２４によって放出される光）に対しては高度の反射性をもつように被覆される。出力ミラー２２の面３２も同様に、レーザー発生光通路３３がレーザー１０の意図された用途に基づいて２つのミラー間で画定されるされるように被覆される。例えば、レーザーがＳＬＭレーザーとして用いられる場合には、出力ミラーに入射する基本レーザー発生波長光の比較的小さい部分（矢印３４により示す）が前記ミラーを通過するように出力ミラーの面３２に反射性被覆が部分的に施される。別の例として、周波数逓倍構成（後で述べる改変による）を必要とする出力波長を生成するためにレーザー１０を用いる場合には、後で時宜を得て述べるように、出力ミラーの面３２は、基本レーザー発生波長に対しては高度の反射性をもち、所要調波、例えば基本波長の第２高調波に対しては高度の透過性をもつように被覆される。Ｎｄ：ＹＶＯ₄は好ましいレーザー用材料であるが、他のレーザー用材料も同様に使用可能である。これらの他の材料には、制限的意味をもつことなく、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＳＦＡＰ、Ｎｄ：ＹＡＬＯ₃、Ｃｒ：ＬｉＳｒＦ₄、Ｃｒ：ＬｉＣａＦ₄，Ｃｒ：ＢｅＡｌＯ₃、及び、Ｃｒ：ＬｉＳｒＦ₄が含まれる。従って、基本波長および第２高調波波長は特定のレーザー用ホスト及び面３０と３２上の協調被覆に応じて変化可能である。説明を簡単にするために、今後残りの討論は基本波長が１０６４ｎｍおよび第２高調波波長が５３２ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ₄を使用する場合を対象とするものとする。ただし、以下に説明する原理の適用に際してＮｄ：ＹＶＯ₄以外のレーザー用材料を使用した場合は、当該技術分野における当業者にとって明白であるはずである。依然として図１を参照する。光源ソース１２から放出されるポンピング光線１４が入力ミラー１６に光学的に結合され、この入力ミラーを経てレーザー用材料２４へ向けられるようにポンピング光源１２が配置される。周知のように、生成または放出する光線１４の波長がレーザー材料に調和する所定の波長でありさえすれば、ポンピング光源１２は多種多様な異なる形で提供されても差し支えない。ポンピング光線１４は、レーザー用材料２４に向けられた場合、レーザー用材料によって吸収され、レーザー用材料をレイジングし、それによって、所定の基本波ならびに不要な波長を空胴１８内に注入する。一実施例において、ポンピング光源１２は、ちょうど又は約８０９ｎｍの波長の光を放出するレーザーダイオードである。当該技術分野において周知であるように、このタイプのレーザーダイオードは容易に入手可能である。本発明に基づき、複屈折ウェッジ２６および複屈折部材２８は、例えば、方解石、オルトバナジン酸塩、石英、または、あらゆる他の適当この種物質のような複屈折材料から形成されても差し支えない。当該技術分野において周知であるように、複屈折材料は常軸および異常軸を有する。図１において、ウェッジ２６の異常軸を矢印３６の方向に沿ったＥ_wとして示し、ウェッジ２６の常軸Ｏ_wは図の平面に垂直な方向に向き、図の平面に垂直な矢印を表す記号により参照番号３８として示す。Ｏ_wおよびＥ_w各々に沿った正および負方向は本教示においてさほど重要でないことに注意されたい。更に、ウェッジ２６は、Ｏ_wとＥ_wの平面内に所在し、全体的に光の通路３３に垂直な１つの面４０を有する。ウェッジの平らな面４２は全体的に面４０に対面する。説明を容易にするために、直線４４はウェッジ平面４２に垂直であるものとする。別の直線４６はＯ_wとＥ_wによって画定される平面に垂直であるものとすれば、両直線に間には角度θが形成される。図１に関連して図２を参照することとし、複屈折結晶部材２８は、その異常軸Ｅ_MがＥ_Wに対して４５度であることが好ましい角度βを以て光の通路３３に沿って配置される。その上、Ｏ_MとＥ_Mによって画定される平面は全体的に光通路３３に垂直である。図２に示す種々の軸はレーザー用材料２０から出力ミラー２２に向かって見た場合における光通路３３の長さを表すことに注意されたい。説明を容易にするために、図２における光通路３３は一直線であるものと仮定する。ただし、当該技術分野における当業者は、光通路３３はその長さに沿って種々の構成要素を通過する結果として実際には一直線でないことを認識するはずである（参照図１）。更に、既に言及したように、これらの軸に沿った方向の正および負はさほど重要ではないので、図２には示していない。角度βは４５°であることが好ましいが、時宜を得て後で更に詳細に説明するように、他の角度は適当な値であっても差し支えない。全体の関係による結合におけるウェッジ２６と複屈折部材２８の間の金体的な関係と関連するようにウェッジ２６を構成することにより、未だ説明していないが後でレーザー１０の動作と関連して記述する予定の方法により高度に有利な光通路３３に沿った周波数／波長の識別を可能にする。さて、既に述べたレーザー１０の基礎的な構成に基づき、続いて図１と２を参照しながら、本発明に従ったレーザーの動作について特定の具体化例に関して詳細に記述することとする。この具体化例においては、レーザー用材料２４としてドーパントＮｄ濃度１％、光通路３３に沿った長さ１ｍｍのＮｄ：ＹＶＯ₄が用いられる。基本波長は１０６４ｎｍである。このレーザーの動作は、空胴１８における往復期間中の基本波長の偏光について考察することによって最もよく理解される。先ず、基本波はレーザー用材料２４から出発し、ウェッジ２６のＥｗ軸に沿って偏向されるものと仮定する。基本波は、光通路３３上でウェッジ平面４２を通過すると、スネルの法則にしたがってウェッジ平面において屈折する。次に、基本波は、複屈折部材２８を経て進行し、出力ミラー２２により逆反射されて光通路３３に沿って戻る。複屈折部材２８のＥ_MはウェッジのＥｗ軸に対して β＝４５°であるので、戻り基本波は基本周波数における２つの偏光成分を有する。即ち、Ｅ_wに沿った一成分とＯ_wに沿ったもう１つの成分である。各成分の相対振幅は複屈折部材２８の遅れに依存する。例えば、部材２８が光通路３３に沿って半波長または全波長板から成る場合には、戻り基本波はウェッジ２６のＥ_w に沿って直線偏光にされ、その結果として特定の偏光配向をもつ。他方、部材２８が四分の一波長板から成る場合には、逆反射された基本波は依然として直線偏光とされるが、ウェッジ２６のＯ_wに沿って偏光されるので、結果的に異なる偏光配向となる。基本波がウェッジ２６に再入射する際に、Ｏ_wとＥ_wに沿った屈折率は互いに異るので、２つの偏光成分はスネルの法則に従い異なって屈折し、その結果として入力ミラー２０の表面３０上の異なる位置に到着する。Ｅ_w偏光された成分を逆反射するように入力ミラー２０が配列されている場合には、Ｏ_w偏光成分は配向不良となり、光通路３３外に至って拒絶されて１００％損失を生じる。このように拒絶された通路を図１に参照番号４７で示す。少し異なる方法で表現すれば、部材２８を介して半波または全波遅らされる基本波の一方の偏光成分は、複屈折部材２８を通過する１回の往復の結果として、その偏光に変化を生じないが、もう一方の偏光は変化を生じる。ウェッジ平面４２における屈折と入力ミラー３０の配列との協調作用により、この種の基本偏光（変化しない方）は、1回の往復周で最小損失を生じるように、光通路３３に沿って引き返す。Ｏ_w偏光成分は単に入力ミラー２０を調節するだけで選定可能であることを理解されたい。従って、レーザー１０の出力偏光は、特定の用途に適合するように容易に修正可能である。基本波長の偏光に関してレーザー１０の動作について説明したが、ここでは、不要波長モードについて考察することとする。前記の不要波長モードは基本波の場合とは異なるが、ある種の周波数弁別が存在しない場合には、空胴１８内での共振が可能である。この点に関して、複屈折部材２８は、通常、選定された基本波長において全波または半波遅れを提供するように選定されることを理解されたい。空胴１８内に現れるあらゆる不要（選定されなかった）モードの波長は、複屈折部材２８の通過に際して不要モードが半波または全波遅れされないような波長である。従って、部材２８を通過する１回の往復の結果として、これらの他の不要モードは偏光変化を生じ、ウェッジ２６の通過に際して屈折の程度／方向が異なる。従って、これらのモードは、それらの中の一構成成分（即ち、特定の偏光）が同じ光通路を引き返すことなく、それによって、各不要モードの全振幅を減少させるような仕方において、入力ミラー３０により反射される。従って、不要モードは、各往復毎にレーザー用材料によって提供される利得より高い実質的な累積損失の結果として消去される。換言すれば、不要モードの１つの偏光は、十分な往復によって最終的にミラー２０から「立ち去る」が、特定の一周波数の１つの偏光は、周波数選択または本発明のフィルタ構成を用いてレーザーを発生するように選択することが可能である。従って、単一モード動作は、比較的簡単かつ高度に有利な方法においてコストに比して効果的に達成される。図１において、不要周波数を弁別するために、１回の往復周の後における、複屈折ウェッジ２６による屈折に際して生じる表面３０における基本周波数の偏光成分間の変位が、ポンプ光線のウエスト（最も細い部分の直径）より大きくなるようにウェッジ角度θが選定される。この条件は概略次式で表すことができる。ここに、△ｎ_wはウェッジ２６の複屈折率であり、Ｌはレーザー空胴の長さであり、ωはレーザー用材料２４におけるポンプ光線の最も細い部分である。例えば、空胴長さ１０ｍｍ、ポンプ光線最細部５０ｕｍ、及び、△ｎ_w＝０．２１を用いたオルトバナジンイットリウムウェッジに対するθは約１．４°より大きい値として算定される。更に大きいウェッジ角度も同等に効果的であることを理解されたい。ただし、製造コストの観点からすれば、ウェッジ角度を更に小さくすることにより、複屈折ウェッジ部材２６を形成するために必要な比較的高価な材料の全使用量が有利に節減される。次に図３を参照する。ここに開示された周波数フィルタ構成（ウェッジ２６と部材２８の組合わせ）によって導入される損失は次のように表現すことができる。ここに、Δｎ_Mは複屈折部材２８の複屈折率、Ｌ_Mは光通路３３に沿った複屈折部材の長さ、νは基本波の周波数、ｃは光速である。複屈折部材として長さ５ｍｍのＫＴＰを使用し、基本波周波数または基本波周波数近傍において、方程式２から求められる百分率損失を周波数に対してプロットできる。図から分かるように、β＝４５°に対する図に示す周波数範囲全体に亙り百分率損失はゼロから１００％まで上下に変化する。本発明の周波数濾波構成の自由なスペクトル範囲（以後ＦＳＲと称する）は次式で決定される。上記の値を用いると、長さ５ｍｍのＫＴＰに関するＦＳＲは約３３０Ｇｈｚが得られる。Ｎｄ：ＹＶＯ₄の利得帯域幅は約２５０Ｇｈｚから３００Ｇｈｚ（〜５０％利得点）までの間に所在し、図３においては鎖線４８の間の「ｗ」として示される。単一モード作動を達成するためには、ただ１つの損失最小点がレーザー用材料の利得帯域幅ｗ内に所在することが望ましい。本発明の周波数濾波構成は特定の最小損失を可能にする。例えば、周波数ｆにおいて参照番号４９で示される上記の最小点は、ＦＳＲによって確立される最小点の間の周波数間隔に基づく利得帯域幅範囲ｗ内に移される。損失最小点４９の移行は、例えば、複屈折部材２８を温度調整するか、或いは、適当な手段を用いて光通路３３に対して傾斜可能に部材を支持することによって達成される。損失最小点４９が利得帯域幅ｗ内に一旦移行されると、空胴１８内においてｆのどちらかの側における比較的小さいＤｆ（図示せず）に共振可能な周波数範囲が制限される。同時に、空胴は、その利得帯域幅内における縦モードのただ１つの離散数だけをサポート可能である。例えば、長さ１ｍｍのＮｄ：ＹＶＯ₄および長さ５ｍｍのＫＴＰを含む長さ１０ｍｍの空胴の場合、各縦モード間のモード間隔は約１１Ｇｈｚである。従って、本例において、共振用単一モードの選択を容易にするためのＤｆは１１Ｇｈｚ未満でなくてはならない。部材２８を適切に傾斜させるか、又は、適切な温度調節を実施することにより、ただ１つの縦モードだけが最小損失を生じ、レーザ発生しきい値以上に留まるような単一モード作動の必要条件を満たすように、最小点４９を選定済みモードの周波数に移行することが可能であり、その内の最も近い１つを参照番号５０によって図に示す。方程式１によれば、隣接縦モード（図示せず、１１Ｇｈｚ離れる）は１．１％の損失を生じ、第２近傍モード（図示せず、２２Ｇｈｚ離れる）は４．３％の損失を生じ、第３近傍モード（図示せず、３３Ｇｈｚ離れる）は９．５３％の損失を生じる。第１隣接モードに関する損失は小さいように見えるが、レーザー発振をＳＬＭに限定するには十分である。例えば、空間的ホールバーニング及び他のこの種の周知の設計上の考察によって追加損失が提供されることもあり得る。本質的に、既に述べた手順は、例えば選定された縦モードだけがレーザー発光し、残りのモードは損失に因り消去されるように周波数濾波構成の損失最小点とレーザー用材料の利得ピークおよび共振空胴の選定済み縦モードとを重ね合わせることを意味する。図１から３までを参照する。βが４５°であることが好ましいことは既に述べたとおりである。βを変更した場合の結果は、β＝４５°に関してプロットした図３の損失曲線に対してｂの変更が及ぼす影響を考察することによって容易に理解される。前記角度において、１００％損失は曲線のピークにおいて発生する。 βを０°に向かって減少させると、不要なモードの損失が減少するように方程式２のｓｉｎ（２β）項に起因して曲線のピークが対応的に降下する。βが０°である場合に、曲線は一直線となって損失は０％となり、周波数は弁別されない。従って、βが４５°であることが有利であることは明白である。更に、複屈折部材２８およびウェッジ２６の常軸と異常軸との間の関係をｂが画定することを理解されたい。これらの軸の相対方向が本教示に基づいて適当なβを画定する限り、これらの軸が指し示す実際の方向は無制限に多くの任意の仕方で、変えることができる(即ち、図２の光通路３３のまわりの回転)。図１において、レーザー用材料２４が入力ミラー２０に隣接して配置されることを特記しておかねばならない。このように、空間的ホールバーニングは近傍モードに対して追加抑圧を提供する。周波数選択のために空間的ホールバーニングの利点を利用するためにミラー２０に接近してレーザー用材料を配置することが好ましいが、本発明の周波数濾波構成は一般に本教示に従って構成した場合に結果として単一モード作動が可能な周波数選択レベルを提供するので、その種の配置は必要条件ではない。既に述べたように、レーザー１０は、レーザー１０がレーザー発光する任意の特定基本波長の高調波の光を生成する方法において、容易に改変可能である。更に詳細には、非線形材料５１（鎖線で示す）が光通路３３内に配置される。一般に、基本レーザ周波数の二倍の周波数の光を生成することが望ましい。例えば、レーザー用材料Ｎｄ：ＹＶＯ₄であり、ポンピング光源１２の波長が８０９ｎｍに近い場合には、基本波長は１０６４ｎｍであり、第２高調波の波長は５３２ｎｍで緑色である。他の例として、基本波長が９１６ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ₄の第２高調波の波長は４５８ｎｍであって青色である。従って、選定した基本波長および入力ミラーの表面３０と出力ミラーの表面３２における特定の被覆設計に応じて、レーザーは緑色の５３２ｎｍ又は青色の４５８ｎｍのどちらかを生成できる。他のレーザー用材料の場合には、当該技術分野における当業者によって理解されているように、基本波長と第２高調波の波長は異なることがあり得る。周波数２倍構成の一実施例において、非線形材料５１には基本波入力１４に応答して矢印で示す第２高調波光５２を生成するチタン酸燐酸カリウム（ＫＴＰ）が含まれる。矢印５４で示すように光５２が出力ミラーの表面３２の鏡を通過するように、出力ミラーの表面３２の鏡が光５２に対して透明に設計可能である。この場合、前記出力ミラーは基本波長を完全に反射し、図１に矢印３４によって示される光の極く一部が出力ミラーを通過しないように設計されている。非線形材料はＫＴＰであるものとして記述されているが、これは必要条件ではない。本発明は、例えばＫＮ_bＯ₃、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＭｇＯ：ＬｉＮ_bＯ₃、ＫＤＰ、ＰＰＬＮのような他の非線形材料にも同等に適用される。次に、図４において、本発明の周波数濾波コンセプトに従って作成された周波数２倍レーザーの他の実施例を全体的に参照番号６０によって示す。レーザー６０は、前述された周波数２倍構成のレーザと、次に示す２点を除き、本質的に同じである。即ち、第１に、レーザー用材料２４およびウェッジ２６が複屈折レーザー用ウェッジ６２によって置き換えられていること、および、第２に、複屈折部材２８および非線形材料５１がタイプＩＩ位相整合用にカットされた複屈折２倍エレメント６４によって置き換えられていることである。例えば、エレメント６４がＫＴＰ製である場合には、光通路３３に沿ったその長さは５ｍｍである。ＫＴＰは、１０６４ｎｍにおけるタイプＩＩ位相整合用（θ＝９０°、φ＝２３．５°）にカットされ、そのｚ軸は当該技術分野において知られる仕方でレーザー用ウェッジ６２のＥ_wと４５°を形成し、線４６に対して９０°を形成する。レーザー用ウェッジ６２は、記述の方程式１によって決定されたウェッジ角度θ をもつように構成される。レーザー用ウェッジ６２の常軸と異常軸および複屈折２倍エレメント６４の全体的配向は、レーザー１０と比較して変わらず、図２に既に示した通りである。記述を簡潔にするために、これらの記述は繰り返さない。更に、レーザー６０の動作は２倍周波数構成におけるレーザー１０の動作と本質的に同じである。従って、読者はシステム１０の動作に関する前記の記述を参照されたい。ただし、構成要素数が少ないと言う観点から、レーザー６０の方がシステム１０よりも有利であることを注記しておく。当該技術分野における当業者は、本発明の周波数濾波構成が用いられているので、既に述べたレーザー１０のもつ利点の全てをレーザー６０が備えていることを理解するはずである。更に、システム６０の特定多機能構成要素(即ち、レーザー用ウェッジ６２及び複屈折非線形エレメント６４)、及び、この具体化例におけるそれらの配置構成は従来知られていないことも理解されたい。次に、本発明の周波数濾波コンセプトに基づいて作成され、全体的に参照番号７０によって示される周波数２倍レーザーの更に別の実施例を示す図５を参照することとする。レーザー用ウェッジ６２の表面７４に施された入力ミラー被覆７２および複屈折２倍エレメント６４の表面７８に施された出力ミラー被覆７６を使用することにより個別の入力および出力ミラーの必要性が除外されたということを除けば、レーザー７０は記述のレーザー６０と同じである。勿論、入力ミラー被覆７２は基本波長において高度に反射性をもち、同時に、出力ミラー被覆７６は２倍周波数において透明であり、かつ基本周波数において高度に反射性をもつので、光５４は第２高調波波長において出力被覆を通過する。ここで教示されるコンセプトに基づく動作および設計に関しては、レーザー７０はレーザー６０に本質的に同じである。以上の諸実施例については、それぞれ特定の配向をもつ種々の構成要素を用いて記述したが、本発明が、本発明の範囲から逸脱することなく、多種多様な位置と相互配向をもって種々の構成要素が配置される多種多様な特定構成を用いることが可能であることを理解されたい。例えば、以上に開示された任意の周波数２倍構成は、それらの非線形構成要素を除去し、それらのミラー透過被覆を適宜改変することによってＳＬＭレーザー構成に容易に変換可能であることを理解されたい。他の例として、上記の実施例において、本発明のレーザーは中央軸に沿って配置された構成要素によって配置構成されたものとして図示されたが、以下に説明するように、これは必要条件ではない。図６において、本発明に従って作成された周波数２倍レーザーの一代替実施例を参照番号８０によって示す。この実施例においては、それぞれ基本波長１０６４ｎｍおよび第２高調波波長５３２ｎｍの両方において高度の反射性をもつように被覆された第３のミラー８２が追加される。光通路８４は、鋭角αを形成するレーザー８０の空胴内に画定される。非線形材料５１は、１つの方向における基本波長に応答して２倍周波数光の一部５２ａを生成し、かつ反対方向における基本波長に応答して２倍周波数光の別の一部５２ｂを生成することを理解されたい。この構成において、ミラー８２は光の一部５２ｂを有利に反射して出力ミラー２２に向かって戻し、その結果、同位相の前方および後方第２高調波をもつ光放射が組合わされ、出力ミラーから光８６として出力される。レーザー８０の光学通路は、例えば「Ｌ」字形または他の適当な形状以外の形状を含んでも差し支えない。一変種として、非線形部材５１の表面に施した高度の反射性をもつ被覆（図示せず）によってミラー８２を置き換えても差し支えない。本発明の周波数弁別構成およびそれに関連した方法は、従来の技術と比較して、多数の異なる方式において高度に有利である。例えば、ブルースタープレートの使用が回避される。既に述べたように、ブルースタープレートにおいて必要とされる典型的な４５°の角度よりも非常に少ない値にθを保持できるので、本発明の複屈折ウェッジ又はレーザー用ウェッジ部材は最小量の材料を用いて作成可能である。更に、θの正確な値も、方程式（１）によって確立される所定値より大きくさえあれば、さほど重要でない。更に、この利点はアセンブリ全体を一層コンパクトにすることができる。別の例として、本発明の光出力は、ＳＬＭレーザー構成における基本波長または周波数逓倍構造における高調波波長において選択的な偏光である。即ち、出力偏光は、前述の教示に従って容易に改変可能である。結合空胴および空胴内エタロン効果を最小化するためには、全ての空胴内光学表面が空胴軸に対して法線方向から僅かに外れた小さな角度で傾斜することが好ましいことに注意されたい。ここに開示済みのレーザーアセンブリは様々な異なる構成において提供可能であり、かつ多数の異なる方法を用いて作成可能であるが、本発明は、本発明の精神または範囲から逸脱することなしに他の多くの特定形式において具体化可能であることを理解されたい。従って、これらの事例および方法は説明的であって、制限的な意味をもつものでなく、更に、本発明は、ここに提示された詳細のみに制限されることなく、添付特許請求の範囲内において改変可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年５月２８日（１９９９．５．２８）【補正内容】請求の範囲１．ａ）入力ミラー及び出力ミラーであって、共振空胴と共振空胴内の該ミラー間における光通路とを画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料と、ｃ）前記通路に沿って存在する波長の異なる光を異なる方向に屈折させるように前記光通路内に配置された１対の非平行表面を画定する構成を有する第１複屈折手段と、ｄ）前記光通路内に配置されて前記第１複屈折手段と協調作動する第２複屈折手段とを有し、第１と第２複屈折手段が一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の一偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させるレーザー。２．請求項１記載のレーザーであって、前記第１および第２複屈折手段がそれぞれ常軸および異常軸を有し、第１複屈折手段の常軸および異常軸が前記第２複屈折手段の常軸および異常軸に対して特定の配向をもって前記光通路に沿って配置構成され、結果として基本周波数をもつ選定された偏光だけがレーザー光を発生するレーザー。３．請求項２記載のレーザーであって、第１複屈折手段の常軸および異常軸が前記光通路に沿った第２複屈折手段の常軸および異常軸に対しては非平行であるレーザー。４．請求項１記載のレーザーであって、前記第２複屈折手段が少なくとも部分的に前記基本波長を確立するに足る厚さを前記光通路に沿って有する波長板として作用するレーザー。５．請求項４記載のレーザーであって、前記厚さが、前記第２複屈折手段が前記基本波長における全波長板であるような厚さであるレーザー。６．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料と、ｃ）前記通路に沿って存在する異なる波長の光を異なる方向に屈折させるために前記光通路内に配置された第１複屈折手段であって、前記第１複屈折手段がウェッジ部材の形に形成され、前記ウェッジ部材が前記光通路に実質的に垂直な１つの表面と前記一表面に対して鋭角を形成するウェッジ平面とを有し、その結果として前記ウェッジ平面が前記光通路に対して傾斜角度を形成する第１複屈折手段と、ｄ）前記光通路内に配置されて前記第１複屈折手段と協調作動する第２複屈折手段とを有し、第１と第２複屈折手段が一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別し、その結果として前記所要基本波長の偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させるレーザー。７．請求項６記載のレーザーであって、前記ウエッジ形複屈折部材が常軸および異常軸を有し、相互に直交して前記光通路が実質的に直角交差するような平面を画定するレーザー。８．請求項６記載のレーザーであって、前記複屈折ウェッジ部材の前記ウェッり大きく、ここに△ｎ_wは複屈折ウェッジ部材の複屈折率であり、Ｌはレーザー空胴の長さであり、ωはレーザー用材料における基本波のビームウエストであるレーザー。９．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料と、ｃ）前記通路に沿って存在する異なる波長の光を異なる方向に屈折させるために前記光通路内に配置された第１複屈折手段と、ｄ）前記光通路内に配置されて前記第１複屈折手段と協調作動する第２複屈折手段であって、第１と第２複屈折手段が一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別し、前記所要基本波長の偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させる第２複屈折手段と、ｅ）前記レーザー用材料によって前記基本波長において最初に生成された光を受け取り、かつ前記基本波長の特定高調波波長における光を生成するために前記光通路内に配置された非線形材料とを有するレーザー。１０．請求項９記載のレーザーであって、前記第２複屈折手段および前記非線形材料の両方として作用する単一エレメントを有するレーザー。１１．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料と、ｃ）前記通路に沿って存在する異なる波長の光を異なる方向に屈折させるために前記光通路内に配置された第１複屈折手段と、ｄ）前記光通路内に配置されて前記第１複屈折手段と協調作動する第２複屈折手段とを有し、第１と第２複屈折手段が一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させ、非線形材料として作用し、前記非線形材料を通過する前記所要基本波長の光が当該非線形材料に前記基本波長の特定の高調波を生成させるレーザー。１２．請求項１１記載のレーザーであって、前記第２複屈折手段がタイプＩＩ位相整合用にカットされているレーザー。１３．請求項１１記載のレーザーであって、前記第２複屈折手段がＫＴＰであるレーザー。１４．実質的に単一波長である光を生成する方法であって、ａ）共振空胴およびミラー間光通路を画定する入力ミラーと出力ミラーを提供するステップと、ｂ）前記共振空胴内に前記光通路に沿ってレーザー用材料を配置するステップと、ｃ）前記レーザー用材料が光を生成するように当該材料を光源で照射するステップと、ｄ）所要単一波長の前記光の一成分の偏光が所定の仕方で影響され、他の波長の前記光の他の全ての成分の或る偏光が他の仕方で影響されるように、１対の非平行表面を画定するように特殊構成された複屈折手段を前記光が通過するステップと、ｅ）前記幾らかの偏光が、他の波長の全ての偏光が拒絶される角度で屈折され、前記単一波長を引き返させる角度で当該単一波長の一偏光が屈折させ、これによって前記空胴内にレーザー光を発生させるステップとを含む方法。１５．請求項１４記載の方法であって、前記単一波長の前記成分が前記特殊構成された前記複屈折手段を通過した後で偏光が変化しないようにすることによって前記所定の仕方で影響され、前記光の他の全ての成分の前記或る偏光が前記複屈折手段を通過した後で偏光が変化することによって前記他の仕方で影響される方法。１６．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料であって、このレーザー用材料が複屈折性であり、かつ前記所要基本波長の光および前記通路に沿って存在する前記不要波長の光を異なる方向に屈折させるように構成されるレーザー材料と、ｃ）前記光通路内に配置された複屈折エレメントとを有し、複屈折レーザー用材料と複屈折エレメントが一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の偏光にそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させるレーザー。１７．請求項１６記載のレーザーであって、前記レーザー用材料が常軸および異常軸を有し、これら軸が相互に直交して前記光通路が実質的に直角交差するような平面を画定するレーザー。１８．請求項１６記載のレーザーであって、前記レーザー用材料および前記複屈折エレメントがそれぞれ常軸および異常軸を有し、前記レーザー用材料の常軸および異常軸が前記複屈折エレメントの常軸および異常軸に対して特定の配向をもって前記光通路に沿って配置構成され、結果として基本周波数をもつ選定された偏光だけがレーザー光を発生するレーザー。１９．請求項１８記載のレーザーであって、レーザー用材料の常軸および異常軸が前記光通路に沿った複屈折エレメントの常軸および異常軸に対しては非平行であるレーザー。２０．請求項１６記載のレーザーであって、前記複屈折エレメントが少なくとも部分的に前記基本波長を確立するに足る厚さを前記光通路に沿って有する波長板として作用するレーザー。２１．請求項２０記載のレーザーであって、前記厚さが、前記複屈折エレメントが前記基本波長における全波長板であるような厚さであるレーザー。２２．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内のミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料であって、前記レーザー用材料が複屈折性であり、かつ前記所要基本波長の光および前記通路に沿って存在する前記不要波長の光を異なる方向に屈折させるように構成され、前記レーザー用材料がウェッジの形に形成され、前記光通路に実質的に垂直な１つの表面と前記一表面に対して鋭角を形成するウェッジ平面とを有し、その結果として前記ウェッジ平面が前記光通路に対して傾斜角度を形成するレーザー材料と、ｃ）前記光通路内に配置された複屈折エレメントとを有し、複屈折レーザー用材料と複屈折エレメントが一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させるレーザー。２３．請求項２２記載のレーザーであって、前記レーザー用材料の前記ウェッり大きく、ここに△ｎ_wはレーザー用材料の複屈折率であり、Ｌはレーザー空胴の長さであり、ωはレーザー用材料における基本波のビームウエストであるレーザー。２４．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料であって、前記レーザー用材料が複屈折性であり、かつ前記所要基本波長の光および前記通路に沿って存在する前記不要波長の光を異なる方向に屈折させるように構成されたレーザー様材料と、ｃ）前記光通路内に配置された複屈折エレメントであり、複屈折レーザー用材料と複屈折エレメントが一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させる複屈折エレメント、ｄ）前記レーザー用材料によって前記基本波長において最初に生成された光を受け取り、かつ前記基本波長の特定高調波波長における光を生成するために前記光通路内に配置された非線形材料とを有するレーザー。２５．請求項２４記載のレーザーであって、前記複屈折手段および前記非線形材料の両方として作用する単一エレメントを有するレーザー。２６．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および場合によっては他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料であって、前記レーザー用材料が複屈折性であり、かつ前記所要基本波長の光および前記通路に沿って存在する前記不要波長の光を異なる方向に屈折させるように構成されたレーザー用材料と、ｃ）前記光通路内に配置された複屈折エレメントとを有し、複屈折レーザー用材料と複屈折エレメントが一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させ、前記複屈折エレメントが更に非線形材料として作用し、前記基本波長の光が前記複屈折エレメントを通過することにより前記複屈折エレメントに前記基本波長の前記特定高調波を生成させるレーザー。２７．請求項２６記載のレーザーであって、前記複屈折エレメントがタイプＩＩ位相整合用にカットされているレーザー。２８．請求項２６記載のレーザーであって、前記複屈折エレメントがＫＴＰであるレーザー。２９．請求項１６記載のレーザーであって、前記ミラーが、共振空胴を画定するために前記レーザー用材料および前記複屈折エレメントの所定表面への被覆の形で提供されるレーザ。３０．特定周波数の光の周波数を倍加する方法であって、ａ）共振空胴およびミラー間光通路を画定する入力ミラーと出力ミラーを提供するステップと、ｂ）前記共振空胴内に前記光通路に沿ってレーザー用材料を配置するステップと、ｃ）前記レーザー用材料が光を生成するように当該材料を光源で照射するするステップと、ｄ）所要単一波長の前記光の一成分の偏光が所定の仕方で影響され、他の波長の前記光の他の全ての成分の或る偏光が他の仕方で影響されるように特殊構成された複屈折手段を前記光が通過するステップと、ｅ）前記或る偏光が他の波長が拒絶される角度で屈折され、前記単一波長を引き返させることによって前記空胴内にレーザー光を発生させる角度で当該単一波長の一成分が屈折されるように前記光を屈折させるステップと、ｆ）前記特定の周波数の２倍の周波数において光が生成されるように前記通路に沿って非線形材料を配置するステップとを含む方法。３１．請求項３０記載の方法であって、偏光が不変状態を維持することによって前記単一波長の前記成分が前記所定の仕方で影響され、結果的に偏光が変化することによって前記光の他の全ての成分の前記或る偏光が前記の他の様式において影響される方法。３２．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生し、かつ前記通路に沿って存在する波長の異なる光を異なる方向に複屈折的に屈折させるために前記光通路内に配置された単一部材とを有し、ｃ）前記光通路内に配置されて前記部材と協調作動する屈折手段とを有し、前記部材と前記屈折手段が一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させるレーザー。３３．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長のレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料と、ｃ）前記通路に沿って存在する異なる波長の光を異なる方向に屈折させるために前記光通路内に配置された第１複屈折手段と、ｄ）常軸および異常軸をそなえる第２複屈折手段とを有し、選定された基本周波数の偏光のみがレーザー光を発生するように第１複屈折手段の常軸および異常軸を、前記光通に沿った第２複屈折手段の常軸および異常軸に対して４５度の角度で配列構成することによって、前記第１複屈折手段と協調作動するように前記第２複屈折手段が前記光通路内に配置され、不要波長の或る部分が前記不要波長の他の全ての偏光を消去するような他の方向に屈折されるように第１と第２複屈折手段が共同で不要波長を弁別するレーザー。３４．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料と、ｃ）前記通路に沿って存在する異なる波長の光を異なる方向に屈折させるために前記光通路内に配置された第１複屈折手段と、ｄ）前記光通路内に配置されて前記第１複屈折手段と協調作動する第２複屈折手段とを有し、第１と第２複屈折手段が一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させ、前記第２複屈折手段が前記光通路に沿って前記基本波長での半波長板として機能する厚さを有し、少なくとも部分的に前記基本波長を確立するレーザー。３５．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料であって、前記レーザー用材料が複屈折性であり、かつ前記所要基本波長の光および前記通路に沿って存在する前記不要波長の光を異なる方向に屈折させるように構成されたレーザー用材料と、ｃ）常軸および異常軸を備えた複屈折エレメントとを有し、前記複屈折エレメントの常軸および異常軸に対してレーザー用材料の常軸および異常軸が４５°の角度で配列構成されるように、前記複屈折エレメントが前記光通路内に配置され、その結果として前記複屈折性レーザー用材料と前記複屈折エレメントが共同で所要基本波長と不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の選定された偏光だけが当該偏光のみにレーザー光を発生させる一方向に屈折され、同時に、不要波長の他の部分が他の全ての不要波長の偏光を消去させる他の方向に屈折されるレーザー。３６．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴および共振空胴内の該ミラー間における光通路を画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長においてレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料であって、前記レーザー用材料が複屈折性であり、かつ前記所要基本波長の光および前記通路に沿って存在する前記不要波長の光を異なる方向に屈折させるように構成されたレーザー用材料、ｃ）前記光通路内に配置された複屈折エレメントとを有し、複屈折レーザー用材料と複屈折エレメントが一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記複屈折エレメントの前記光通路に沿った厚さが半波長板として機能する厚さを有し、少なくとも部分的に前記基本波長を確立し、前記所要基本波長の偏光にレーザー光を発生させる方向に当該偏光を屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させるレーザー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims

【特許請求の範囲】１．ａ）入力ミラーおよび出力ミラーであって、共振空胴と共振空胴内の該ミラー間における光通路とを画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長のレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料と、ｃ）前記通路に沿って存在する異なる波長の光を異なる方向に屈折させるために前記光通路内に配置された第１複屈折手段と、ｄ）前記光通路内に配置されて前記第１複屈折手段と協調作動する第２複屈折手段とを有し、第１と第２複屈折手段が一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別するように、前記所要基本波長の一偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の或る部分を別の方向に屈折させて前記不要波長の全ての偏光を消去させるレーザー。２．請求項１記載のレーザーであって、前記レーザー用材料および前記第１複屈折手段の両方として作用する単一部材を有するレーザー。３．請求項１記載のレーザーであって、前記第１複屈折手段がウェッジ部材の形に形成され、前記ウェッジ部材が前記光通路に実質的に垂直な１つの表面と前記一表面に対して鋭角を形成するウェッジ平面とを有し、その結果として前記ウェッジ平面が前記光通路に対して傾斜角度を形成するレーザー。４．請求項３記載のレーザーであって、前記ウエッジ形複屈折部材が、常軸および異常軸を有し、これらは互いに交差して前記光通路が実質的に直角交差するような平面を画定する常軸および異常軸を有するレーザー。５．請求項３記載のレーザーであって、ここに前記複屈折ウェッジ部材の前記ウェッジ平面に垂直な方向が前記光通路と傾斜角度を形成し、前記傾斜角度がレーザー空胴の長さであり、ωはレーザー用材料における基本波のビームウエストであるレーザー。６．請求項１記載のレーザーであって、前記レーザー用材料によって前記基本波長において最初に生成された光を受け取り、かつ前記基本波長の特定高調波波長の光を生成するために前記光通路内に配置された非線形材料を有するレーザー。７．請求項６記載のレーザーであって、前記第２複屈折手段および前記非線形材料の両方として作用する単一エレメントを有するレーザー。８．請求項１記載のレーザーであって、ここに前記第１および第２複屈折手段がそれぞれ常軸および異常軸を有し、ここに第１複屈折手段の常軸および異常軸が前記第２複屈折手段の常軸および異常軸に対して特定の配向をもって前記光通路に沿って配置構成され、結果として基本周波数をもつ選定された偏光だけがレーザー光を発生するレーザー。９．請求項８記載のレーザーであって、第１複屈折手段の常軸および異常軸が前記光通路に沿った第２複屈折手段の常軸および異常軸に対しては非平行であるレーザー。１０．請求項８記載のレーザーであって、第１複屈折手段の常軸および異常軸が第２複屈折手段の常軸および異常軸に対して４５°の角度をもって前記光通路に沿って配置構成されるレーザー。１１．請求項１記載のレーザーであって、前記第２複屈折手段が少なくとも部分的に前記基本波長を確立するに足る厚さを前記光通路に沿って有する波長板として作用するレーザー。１２．請求項１１記載のレーザーであって、前記厚さは、前記第２複屈折手段が前記基本波長における全波長板であるような厚さであるレーザー。１３．請求項１１記載のレーザーであって、前記厚さが、前記第２複屈折手段が前記基本波長における半波長板であるような厚さであるレーザー。１４．請求項１記載のレーザーであって、前記複屈折手段が非線形であり、非線形材料として作用し、その結果として前記非線形材料を通過する前記所要基本波長の光が、当該非線形材料に前記基本波長の特定の高調波を生成させるレーザー。１５．請求項１４記載のレーザーであって、前記第２複屈折手段がタイプＩＩ位相整合用にカットされているレーザー。１６．請求項１４記載のレーザーであって、前記第２複屈折手段がＫＴＰであるレーザー。１７．実質的に単一波長である光を生成する方法であって、ａ）共振空胴およびミラー間光通路を画定する入力ミラーと出力ミラーを提供するステップと、ｂ）前記共振空胴内に前記光通路に沿ってレーザー用材料を配置するステップと、ｃ）前記レーザー用材料が光を生成するように当該材料を光源で照射するステップと、ｄ）所要単一波長の前記光の一成分の偏光が所定の仕方で影響され、他の波長の前記光の他の全ての成分の或る偏光が他の仕方で影響されるように特殊構成された複屈折手段を前記光が通過するステップと、ｅ）前記或る偏光が他の波長の全ての偏光が拒絶される角度において屈折され、その結果として前記単一波長を引き返させることによって前記空胴内にレーザー光を発生させる角度で当該単一波長の一偏光が屈折されるように前記光を屈折させるステップとを含む方法。１８．請求項１７記載の方法であって、前記単一波長の前記成分が前記特殊構成された前記複屈折手段を通過した後で偏光を変化しないことによって前記所定の仕方で影響され、結果的に前記光の他の全ての成分の前記或る偏光が前記複屈折手段を通過した後で偏光が変化することによって前記他の仕方において影響される方法。１９．ａ）入力ミラー及び出力ミラーであって、共振空胴と共振空胴内の該ミラー間における光通路とを画定する入力ミラーおよび出力ミラーと、ｂ）所要基本波長および生じうる他の不要波長のレーザー光を発生するために前記光通路内に配置されたレーザー用材料であって、前記レーザー用材料が複屈折性であり、かつ前記所要基本波長の光および前記通路に沿って存在する前記不要波長の光を異なる方向に屈折させるように構成されたレーザー材料と、ｃ）前記光通路内に配置された複屈折エレメントとを有し、複屈折レーザー用材料と複屈折エレメントが一緒になって前記所要基本波長と前記不要波長とを弁別し、その結果として前記所要基本波長の一偏光をそれがレーザー光を発生させる方向に屈折させ、同時に前記不要波長の全ての偏光を消去させる別の方向に前記不要波長の或る部分を屈折させるレーザー。２０．請求項１９記載のレーザーであって、ここに前記レーザー用材料がウェッジの形に形成され、前記ウェッジが前記光通路に実質的に垂直な１つの表面と前記一表面に対して鋭角を形成するウェッジ平面とを有し、その結果として前記ウェッジ平面が前記光通路に対して傾斜角度を形成するレーザー。２１．請求項１９記載のレーザーであって、前記レーザー用材料が相互に直交する常軸および異常軸を有し、これら軸は前記光通路が実質的に直角交差するような平面を画定するレーザー。２２．請求項２０記載のレーザーであって、前記レーザー用材料の前記ウェッり大きく、ここに△ｎ_wはレーザー用材料の複屈折率であり、Ｌはレーザー空胴の長さであり、ωはレーザー用材料における基本波のビームウエストであるレーザー。２３．請求項１９記載のレーザーであって、前記レーザー用材料によって前記基本波長において最初に生成された光を受け取り、かつ前記基本波長の特定高調波波長の光を生成するために前記光通路内に配置された非線形材料を有するレーザー。２４．請求項２３記載のレーザーであって、前記複屈折手段および前記非線形材料の両方として作用する単一エレメントを有するレーザー。２５．請求項１９記載のレーザーであって、前記レーザー用材料および前記複屈折エレメントがそれぞれ常軸および異常軸を有し、ここに前記レーザー用材料の常軸および異常軸が前記複屈折エレメントの常軸および異常軸に対して特定の配向をもって前記光通路に沿って配置構成され、結果として基本周波数をもつ選定された偏光だけがレーザー光を発生するレーザー。２６．請求項２５記載のレーザーであって、レーザー用材料の常軸および異常軸が前記光通路に沿った複屈折エレメントの常軸および異常軸に対しては非平行であるレーザー。２７．請求項２５記載のレーザーであって、レーザー用材料の常軸および異常軸が複屈折エレメントの常軸および異常軸に対して４５度の角度をもって前記光通路に沿って配置構成されるレーザー。２８．請求項１９記載のレーザーであって、前記複屈折エレメントが少なくとも部分的に前記基本波長を確立するに足る厚さを前記光通路に沿って有する波長板として作用するレーザー。２９．請求項２８記載のレーザーであって、前記厚さが、前記複屈折エレメントが前記基本波長における全波長板であるような厚さであるレーザー。３０．請求項２８記載のレーザーであって、前記厚さが、前記複屈折エレメントが前記基本波長における半波長板であるような厚さであるレーザー。３１．請求項１９記載のレーザーであって、前記複屈折エレメントが非線形であり、非線形材料として作用し、その結果として前記非線形材料を通過する前記所要基本波長の光が、当該非線形材料に前記基本波長の特定の高調波を生成させるレーザー。３２．請求項３１記載のレーザーであって、前記複屈折エレメントがタイプＩＩ位相整合用にカットされているレーザー。３３．請求項３１記載のレーザーであって、前記複屈折エレメントがＫＴＰであるレーザー。３４．請求項１９記載のレーザーであって、前記ミラーが共振空胴を画定するために前記レーザー用材料および前記複屈折エレメントの所定表面への被覆の形で提供されるレーザ。３５．特定周波数の光の周波数を倍加する方法であって、ａ）共振空胴およびミラー間光通路を画定する入力ミラーと出力ミラーを提供するステップと、ｂ）前記共振空胴内に前記光通路に沿ってレーザー用材料を配置するステップと、ｃ）前記レーザー用材料が光を生成するように当該材料を光源で照射するステップと、ｄ）所要単一波長の前記光の一成分の偏光が所定の仕方で影響され、その結果として他の波長の前記光の他の全ての成分の或る偏光が他の仕方で影響されるように特殊構成された複屈折手段を前記光が通過するステップと、ｅ）前記或る偏光が他の波長が拒絶される角度で屈折され、その結果として前記単一波長を引き返させることによって前記空胴内にレーザー光を発生させる角度で当該単一波長の前記一成分が屈折されるように前記光を屈折させるステップと、ｆ）前記特定の周波数の２倍の周波数において光が生成されるように前記通路に沿って非線形材料を配置するステップとを含む方法。３６．請求項３５記載の方法であって、偏光を変化させないことによって前記単一波長の前記成分が前記所定の仕方によって影響され、偏光を変化することによって前記光の他の全ての成分の前記或る偏光が前記他の仕方によって影響される方法。