JP2002057388A

JP2002057388A - 固体レーザ発振器

Info

Publication number: JP2002057388A
Application number: JP2000243610A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Shimoji; 豊下地; Kazuyoshi Yokogawa; 一義横川
Original assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Current assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】新規な多結晶質セラミック複合レーザ媒質を
用いて小型化、低エネルギー消費かつ低製造コスト等の
産業上のメリットをいかんなく発揮できるレーザ発振器
の提供。【解決手段】活性元素をドープした多結晶質透明セラ
ミック部分２の少なくとも一つの端部が、活性元素を含
まない多結晶質透明セラミック部分１と接合され、この
結合された複合レーザ媒質の光学研摩された両端面は、
表面の反射ロスを極小化するための誘電体多層膜６、７
で被覆される。また、この複合レーザ媒質の外周部およ
び両端面の一部はレーザ動作時における発熱を消散させ
るために熱伝導率の大きい金属のヒート・シンク１３と
接触させる放熱構造となっている。このように構成され
た固体レーザ発振器は、ポンプ用レーザ手段４によって
部分１または２の何れかの方向からポンピングされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶複合媒質を
用いた固体レーザ発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｉｋｅｓｕｅらは「Ｆａｂｒｉｃａｔｉ
ｏｎ・・・ｏｆＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＮ
ｄ：ＹＡＧＣｅｒａｍｉｃｓｆｏｒ・・Ｌａ
ｓｅｒｓ」をＪ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，Ｖ
ｏｌ．７８（４），ｐ．１０３３〜４０（１９９５）で
開示している。Ｇｒｅｓｋｏｖｉｃｈらは、米国特許第
３８９７３５８号で多結晶質レーザ材料をプレス成形
し、焼結する方法について開示している。Ｔａｉｒａ、
Ｉｋｅｓｕｅ、およびＹｏｓｈｉｄａは、ＣＬＥＯ‘９
９ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ，ｐ．１３６
（５／１９９５）の「ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＮ
ｄ−ｄｏｐｅｄＹＡＧＣｅｒａｍｉｃＭｉｃｒｏｃ
ｈｉｐＬａｓｅｒｓ」で、Ｎｄ：ＹＡＧ多結晶質セラ
ミック・マイクロチップの効率のよいレーザ発振器を開
示した。

【０００３】この新しい多結晶質セラミックは、純度９
９重量％以上のＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３の適切な粒度の原
料粉末を使用し、これに発光元素や増感元素となるラン
タニド元素およびＣｒ、Ｔｉ元素を１種または複数種活
性元素としてドープし、適正な条件下で成形（ホットプ
レス）し焼結することによって得られ、Ｎｄ：ＹＡＧ単
結晶よりも高いドーピングを可能にし、励起エネルギー
の吸収効率向上により最大出力はＮｄ：ＹＡＧ単結晶よ
りも4倍大きいことが報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の高度にドープされた多結晶質セラミックは吸収係数が
高いので、従来技術のレーザ励起だけでは過度の熱が発
生し、強励起時においては熱レンズ効果に伴うビーム品
質の低下や出力低下、さらにはこの多結晶質セラミック
（以下、レーザ媒質ともいう。）の破壊を伴うことが容
易に推定できる。このため、長期間に亘り信頼性のある
レーザ動作を可能にするためには、レーザ動作中に発生
する熱を効果的に消散することのできるレーザ媒質の設
計とその作製、更にはその媒質を利用したレーザ発振器
の存在が不可欠である。

【０００５】本発明の目的は、長期のレーザ使用期間
中、レーザ共振器を形成する光学的被覆の完全性を維持
するために、効果的に熱を消散する手段を有する多結晶
質レーザ媒質の設計およびその媒質をレーザ発振器に利
用することである。更に、従来にない構造のレーザ媒質
とその媒質を最大限に生かす励起技術を導入することに
より、小型化、低エネルギー消費かつ低製造コスト等の
産業上のメリットをいかんなく発揮できるレーザ発振器
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の上記その他の目
的は、活性元素をドープした多結晶質透明セラミック
を、それをドープしない多結晶質透明セラミックに隣接
させた多結晶質セラミック複合レーザ媒質によって達成
される。活性元素をドープしない多結晶質透明セラミッ
ク部分は、レーザ動作の間にドープされた多結晶質透明
セラミック中に発生した熱を効果的に消散するように機
能する。多結晶質透明セラミックはより活性元素の高濃
度添加が許容されるため、ドープした多結晶質透明セラ
ミックはより大きいエネルギー吸収が可能となり、ポン
ピングレーザの低エネルギー消費がもたらされる。

【０００７】この多結晶質セラミック複合レーザ媒質
は、一方の多結晶質透明セラミックからレーザの高いゲ
インを得ると共に、もう一方の多結晶質透明セラミック
にヒートシンク機能を持たせるという機能分担を実現す
ることによって、新しいレーザ媒質の設計とレーザの技
術的および経済的効果を極大化する固体レーザ発振器を
可能にするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、多結晶質透明セラミッ
クを用いた固体レーザ発振器に関するものであり、この
多結晶質透明セラミックは単結晶より高いドーバント濃
度とすることが特徴の一つである。高濃度のＮｄ：ＹＡ
Ｇ多結晶体によって可能となる、例えば単結晶体と比べ
て極めて大きなポンピングレーザのエネルギーの効率的
吸収および高いレーザの取出し効率を効果的に応用する
ものである。大きな励起エネルギーの吸収による発熱
は、レーザ共振器を形成する光学的被覆、即ち誘電体多
層膜を劣化させるために重大な問題である。そのため、
本発明においては、活性元素を含まない（ドープしな
い）純粋な多結晶質透明セラミックのヒートシンクを、
活性元素をドープした多結晶質透明セラミックと接触
（接合）することによりこの問題を解決した。

【０００９】以下、図を参照して本発明の実施形態につ
き詳述する。図１乃至図６に示した全ての好ましい実施
形態において、本発明の固体レーザ発振器に適用する多
結晶質セラミック複合レーザ媒質は、少なくとも１つの
活性元素たる蛍光元素を含む多結晶質透明セラミック２
と、少なくとも１つの蛍光元素を含まない多結晶質透明
セラミック１から構成されるものである。蛍光元素を含
む多結晶質透明セラミック２を作製するには、例えばN
d:YAGの場合、Y2O3,Al2O3,Nd2O3粉末、さらに少量のSiO
2等の焼結助材をブレンドしてガーネット組成になるよ
うにする。これらの混合粉末をプレス成形して、１７０
０〜１８００℃の温度範囲で焼結して透明体を得る。ま
た、蛍光元素を含まない多結晶質透明セラミック１は、
上記の組成系ではNdを除いて同様のプロセスで作製す
る。

【００１０】次いで、蛍光元素を含む多結晶質透明セラ
ミック２と蛍光元素を含まない多結晶質透明セラミック
１の双方の接合面を光学研摩（平坦度λ/4程度以下、表
面平均粗度0.3nm程度以下）する。光学研摩した透明多
結晶質透明セラミック２および１の接合面を接触させた
状態で、ホットプレス装置に入れ、1000kg/cm2以下の圧
力範囲、1500〜1800℃の温度範囲で熱処理して接合を行
う。この熱処理を施した多結晶質透明セラミック２およ
び１は、接触を介して双方のセラミックを構成する元素
が相互拡散するので、この面を光学レベルにまで接合す
ることができる。

【００１１】上述の多結晶質セラミック複合レーザ媒質
は、蛍光元素を含む多結晶質透明セラミック２と蛍光元
素を含まない多結晶質透明セラミック１の双方の接合面
を光学研摩して接合したが、接合方法はこれに限らな
い。即ち、上述のごとくガーネット組成にした蛍光元素
を含む多結晶質透明セラミックおよび蛍光元素を含まな
い多結晶質透明セラミックの混合粉末を所望形状にプレ
ス成形した後、両者の接合面を接触させた状態でホット
プレス装置に入れ、１７００〜１８００℃の温度範囲で
焼結して蛍光元素を含む多結晶質透明セラミック２と蛍
光元素を含まない多結晶質透明セラミック１が接合され
た透明の多結晶質セラミック複合レーザ媒質を得ること
ができる。この場合においても、多結晶質透明セラミッ
ク２および１は、双方のセラミックを構成する元素が相
互に拡散することによって接合されるので、この面を光
学レベルにまで接合することができる。

【００１２】蛍光元素をドープされた（含む）多結晶質
透明セラミック２中のドーパント濃度は、励起波長に対
する光吸収係数が少なくとも１５ｃｍ-1となるように設
定しなければ、本発明の価値は失われる。好ましい実施
例としては、多結晶質ＹＡＧは、吸収係数が3５ｃｍ-
1、すなわちＮｄ濃度に換算すれば５原子％程度に設定
する。ＹＡＧ単結晶の場合、Nd濃度が５原子％に達する
と濃度消光が起るのは当然であるが、過度の成長縞(Nd
の濃度ムラ)の形成やインクリュージョン(Nd化合物)の
析出が起こるため、光散乱が著しく生じレーザ媒質とし
て不適（レーザ発振不能）なものとなる。

【００１３】蛍光元素をドープされた多結晶質透明セラ
ミック２は、蛍光元素を含まない（以下、非ドープとも
いう。）多結晶質透明セラミック１に隣接し、同一のセ
ラミックから作製される。これらの多結晶質透明セラミ
ック２および１は、YAG(Y3Al5O12)、GGG(Gd3Ga5O12)、G
SGG(Gd3(ScGa)5O12、等のガーネットを含む立方晶の結
晶構造からなる群から選択される任意の１つであり、ド
ーパントはＮｄ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔ
ｍ、およびＰｒからなる群から選択される一種以上の元
素から構成される。

【００１４】レーザ共振器はミラーを形成する少なくと
も２つの適切な誘電体多層膜の間に存在し、少なくとも
蛍光元素をドープした多結晶質透明セラミック２を含
む。非ドープの多結晶質透明セラミック１は、ドープさ
れた部分２の発熱を効率的に取り除くことができる。ド
ープされた部分２は、少なくとも１つのポンプソースた
るポンプ用レーザ手段４、好ましくはダイオード・レー
ザから放出された少なくとも１つのポンプレーザ光３に
よって励起される。ドープされた部分２は、ポンプレー
ザ光３により励起された場合、ポンプレーザ光３とは異
なる波長の少なくとも１つの出射レーザ光５を放出す
る。

【００１５】図１Ａにおいては、蛍光元素をドープした
多結晶質透明セラミック部分２の少なくとも一つの端部
が蛍光元素を含まない多結晶質透明セラミック部分１と
接合された構造をもつ複合レーザ媒質が、部分１または
２の何れかの方向からポンピング（ポンプレーザ光軸に
平行な２面間におけるポンピング）される固体レーザ発
振器を示す。レーザ出射方向の部分１と部分２の光学研
摩された両端面には、表面の反射ロスを極小化するため
の誘電体多層膜６、７が施されている。非ドープ部分1
とドープされた部分２の複合レーザ媒質は、レーザ動作
時における発熱の問題をより効果的に解消するために、
その複合レーザ媒質の外周部および両端面の一部を、例
えば銅、アルミニュームなどの熱伝導率の大きい金属の
ヒート・シンク１３と接触させる放熱構造となってい
る。

【００１６】図１Ｂにおいては、蛍光元素をドープした
多結晶質透明セラミック部分２の対向する両端面に、蛍
光元素を含まない多結晶質透明セラミック１、１がそれ
ぞれ配置された複合レーザ媒質において、この媒質のレ
ーザ出射方向の多結晶質透明セラミック部分１と他方の
多結晶質透明セラミック部分１の光学研摩された両端面
に、表面の反射ロスを極小化するための誘電体多層膜
６、７が施された固体レーザ発振器を示す。このように
構成された複合レーザ媒質は上記実施例と同様に金属の
ヒート・シンク１３と熱的に接触されている。

【００１７】図１Ｃは、ＫＮbＯ３、ＬＢＯ、ＫＴＰ等
の第２高調波用媒質を波長整合方向に切り出しかつ光学
研磨を施した非線形光学結晶８が、出射レーザ光５側に
配置された蛍光元素を含まない多結晶質透明セラミック
１の外側端面に光学的に接触され、入力誘電体多層膜９
および出力誘電体多層膜１０で形成されるレーザ共振器
の内側に挿入されている点を除いては、図１Ｂと同じ固
体レーザ発振器を示す。非線形光学結晶８は、出射レー
ザ光５の波長をドープした多結晶質透明セラミック部分
２によって放出される光線の２分の１まで減少させる。

【００１８】ポンプ用レーザ手段４側の蛍光元素を含ま
ない多結晶質透明セラミック１の端面は、ドープされた
部分２によって放出される波長を高度に反射し、ポンプ
レーザ光３の波長を高度に透過する入力誘電体多層膜９
で被覆される。また、非線形光学結晶８の出射レーザ光
５側の端面は、ドープされた部分２によって放出される
波長で高度に反射し、非線形光学結晶８によって放出さ
れる２分の１の波長を高度に透過する出力誘電体多層膜
１０で被覆される。

【００１９】図２は、蛍光元素をドープした多結晶質透
明セラミック部分２を２つに分割し、波長整合方向に切
り出しかつ光学研磨を施した非線形光学結晶８をその間
に配置する点を除いては、図１Ｂと同じ固体レーザ発振
器を示す。出射レーザ光５側に位置する蛍光元素を含ま
ない多結晶質透明セラミック部分１の端面は、このセラ
ミック１に結合されているドープされた部分２によって
放出される波長を高度に反射し、非線形光学結晶８によ
って放出される２分の１の波長を高度に透過する出力誘
電体多層膜1０で被覆されている。また、非線形光学結
晶８を挟んで前記の蛍光元素を含まない多結晶質透明セ
ラミック部分１に対向する他方の蛍光元素を含まない多
結晶質透明セラミック部分１の端面は、このセラミック
１に結合されているドープされた部分２によって放出さ
れる波長を高度に反射し、ボンプレーザ光３の波長で高
度に透過する入力誘電体多層膜９で被覆されている。

【００２０】更に、非線形光学結晶８と一対のドープさ
れた部分２との間隙に対面する少なくとも任意の一方の
側面は、デュアル・バンド反射防止用誘電体多層膜１５
でそれぞれ被覆される（図２では間隙の両側面を被覆し
ている）。このように構成された固体レーザ発振器のボ
ンピングは両端から行われ、出射レーザ光５の進路に
は、ボンプレーザ光３の波長を高度に透過し、出射レー
ザ光５を高度に反射する出力反射用誘電体多層膜１６で
被覆されたハーフミラー１１が配置されている。なお、
本実施形態のごとくポンピングをレーザ発振器の両端か
ら行う場合は、ポンプレーザ光３の吸収を完璧に行うた
めに、複合レーザ媒質１および２の厚さをポンプレーザ
光３に合わせて最適に選定する必要がある。

【００２１】図３は、スラブ（Ｓｌａｂ）状に形成した
蛍光元素を含まない多結晶質透明セラミック１内部に、
蛍光元素をドープした多結晶質透明セラミック２を納め
た端部ボンピング固体レーザ発振器を示す。スラブ状の
蛍光元素を含まない多結晶質透明セラミック１の互いに
対向する一対の端面は、それぞれ表面反射防止用誘電体
多層膜６および７で被覆され、両多層膜の間にレーザ共
振器を形成している。

【００２２】図４Ａは、蛍光元素をドープした多結晶質
透明セラミック２の側部を、ポンプ用レーザ手段４のア
レイによってボンピングする側部ボンピング（ポンプレ
ーザ光軸に直交する２面間におけるポンピング）型の固
体レーザ発振器を示す。この固体レーザ発振器は、扇状
に形成した蛍光元素を含まない多結晶質透明セラミック
１の基部と活性元素をドープした多結晶質透明セラミッ
ク２とを互いに結合し、ポンプレーザ光３の光軸に直交
する方向に部分２と間隙を設けてハーフミラー１１およ
び全反射ミラー１２を配置している。ハーフミラー１１
および全反射ミラー１２には、出射レーザ光５の反射ロ
スを極小化するための誘電体多層膜６および７が施され
ている。また、ハーフミラー１１および全反射ミラー１
２に対向するドープされた部分２の両端面は、適切な反
射防止用誘電体多層膜１４でそれぞれ被覆されている。

【００２３】図４Ｂは、図４Ａに示した固体レーザ発振
器を、金属、例えば銅、アルミニウムなどからなるヒー
ト・シンク１３と熱的に接触させた態様の側面を示す図
であり、ポンプ用レーザ手段４のアレイをヒート・シン
ク１３の表面に接触させると共に、固体レーザ発振器
を、該発振器の蛍光元素を含まない多結晶質透明セラミ
ック１の扇状端面をポンプ用レーザ手段４に対向させた
状態で略サンドイッチ状にヒート・シンク１３中に納め
たものである。この態様において、図４Ａにおけるハー
フミラー１１および全反射ミラー１２は、固体レーザ発
振器を納めたヒート・シンク１３の両側（紙面に垂直方
向）に配置される。

【００２４】図４Ｃは、レーザ共振器を形成する誘電体
多層膜６および７が、蛍光元素をドープした多結晶質透
明セラミック部分２上に直接被覆された点を除いては、
図４Ａに示したものと略同一の固体レーザ発振器を示し
ている。この態様においては、図４Ａにおけるハーフミ
ラー１１および全反射ミラー１２は不要である。

【００２５】図５は、図１Ｂに示した固体レーザ発振器
の側部ポンピング版の態様を示す。即ち、蛍光元素をド
ープした多結晶質透明セラミック部分２は蛍光元素を含
まない多結晶質透明セラミック部分１の間に配置されて
おり、ポンピングは蛍光元素を含まない多結晶質透明セ
ラミック部分１、１の両側に配置された一対のポンプ用
レーザ手段４のアレイによって行われる。ドープされた
部分２の前記ポンピング方向に直交する両端面側には、
所定の間隙を置いてそれぞれの端面に対向させたハーフ
ミラー１１および全反射ミラー１２が配置されている。

【００２６】ハーフミラー１１および全反射ミラー１２
には、出射レーザ光５の反射ロスを極小化するための誘
電体多層膜６および７が施されている。また、ハーフミ
ラー１１および全反射ミラー１２に対向するドープされ
た部分２の両端面は、適切な反射防止用誘電体多層膜１
４でそれぞれ被覆されている。なお、本実施形態のごと
くポンピングをレーザ発振器の両端から行う場合は、ポ
ンプレーザ光３の吸収を完璧に行うために、複合レーザ
媒質１および２の厚さをポンプレーザ光３に合わせて最
適に選定する必要がある。

【００２７】図６は、蛍光元素を含まない多結晶質透明
セラミック１および蛍光元素をドープした多結晶質透明
セラミック２を円柱状に形成し、蛍光元素を含まない多
結晶質透明セラミック１内にドープされた部分２を納め
たロッド型固体レーザ発振器の態様を示す。ドープされ
た部分２からなる中心ロッドの内周面は、出力されたレ
ーザ光５の波長を高度に反射する誘電体多層膜７で被覆
されている。ドープされた部分２は、蛍光元素を含まな
い部分１からなる円柱状ロッドの外周面に放射状に複数
配置されたポンプ用レーザ手段４のアレイによって、側
部ポンピングされる。このロッド型固体レーザ発振器の
出射レーザ光５は、円柱状ロッドに平行に出力される。

【００２８】

【実施例】活性元素をドープした多結晶質透明セラミッ
クとして、平均粒子サイズが約５０μｍであり、０．５
％cm−１の散乱係数の媒質性能を有するＹＡＧセラミッ
クを用い、この媒質に２．３原子％（実施例１），５．
１原子％（実施例２），８．８原子％（実施例３）のＮ
dを添加した３種類の活性媒質を作製した。また、活性
元素を含まない多結晶質透明セラミックとして、前記の
ＹＡＧセラミックのみからなる媒質を作製し、この活性
元素を添加しない媒質たる非活性媒質（純粋な多結晶質
透明ＹＡＧセラミック）と前記活性媒質との接合面を、
平坦度λ／１０（λ＝６３３ｎｍ）、表面平均粗度Ｒａ
＝０．２ｎｍの精度で光学研磨した。高精度に研磨した
両媒質を１７００℃にて熱間接合して、Ｎｄ：ＹＡＧ−
ＹＡＧの多結晶質複合レーザ媒質を形成した。このレー
ザ媒質を直径８ｍｍに外周加工し、活性媒質と非活性媒
質の厚さを調整したうえで両端面を光学研磨した。光学
研磨したレーザ媒質の両端面には誘電体多層膜を施し
た。レーザ媒質周辺は銅を用いてヒートシンクを構成
し、レーザ媒質を冷却した。また、励起光源としては波
長８０８ｎｍの半導体レーザを用い、出射した波長１０
６４ｎｍのレーザ光はパワーメーターで計測した。

【００２９】

【比較例】比較試料としては、活性層の厚さを変化させ
チョクラルスキー法で育成したＮｄ：ＹＡＧ単結晶を用
い、この活性媒質の厚さを１．２ｍｍ（比較例１）と
５．０ｍｍ（比較例２）に調整したうえで、米国オニキ
ス（Ｏｎｙｘ）社の拡散接合技術にて２種類のＮｄ：Ｙ
ＡＧ−ＹＡＧ単結晶の複合レーザ媒質を形成し、また複
合構造を形成しない厚さ１０．０ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ単
結晶のレーザ媒質（比較例３）のものとを用意した。こ
れらの試料の外周サイズは実施例と同様とし、試料両端
面の加工精度と表面処理も実施例と同様の条件にした。
また、媒質の冷却、励起光源、レーザ光の計測も実施例
と同様に行った。

【００３０】これらのレーザ媒質の比較結果を表１に示
す。

【表１】

【００３１】表中、レーザ発振（１）は、試料両端面を
表面平均粗度Ｒａ＝０．２ｎｍ、平坦度λ／１０、平行
度１０ｓｅｃの条件に光学研磨した。試料表面には、誘
電体多層膜による反射防止処理を施し、励起光源には波
長８０８ｎｍの半導体レーザによる端面励起を行った。
試料片側に全反射ミラー、もう一方にハーフミラー（透
過率３％）を設置し、出力鏡から放出されるレーザ光を
パワーメーターで計測した。

【００３２】レーザ発振（２）は、レーザ発振（１）と
同一試料を用いた。励起光源には波長８０８ｎｍの半導
体レーザによる端面励起を行った。試料片側に全反射ミ
ラー、もう一方にハーフミラー（透過率５％）を設置
し、レーザ共振器長（反射鏡と出力鏡の距離）を３０ｍ
ｍとし、同じく波長８０８ｎｍの半導体レーザによる端
面励起を行った。出力鏡から放出されるレーザ光の出力
はパワーメーターで、発振スペクトルはスキャニングフ
ァブリーペロー干渉計で測定した。比較例２および３は
発振することはできたが、発振モードが劣悪であるた
め、共振器内部にエタロン板を挿入してモード調整を行
った。

【００３３】表１から明らかなように、本発明になる固
体レーザ発振器はレーザ発振の閾値が低く、発振した後
のレーザ発振効率（スロープ効率）が従来技術の比較例
１乃至３に比べ、格段に優れている。コヒーレンス性の
高い縦モード発振も容易で、かつその発振効率は従来技
術を圧倒している。従来技術では縦モード発振を実現す
るために、レーザ発振器内部にエタロン板が不可欠であ
るのに対し、本発明ではエタロン板無しでも容易に縦モ
ードを実現することができる。また、セラミックからな
る複合レーザ媒質を用いる本発明のレーザ発振器では、
セラミックがＮｄの高濃度化を達成できるため、活性媒
質厚さを薄くできるので、レーザ動作時の活性媒質内部
の発熱を効果的に除去することができる。このため、レ
ーザの高出力化（最大出力の向上）で圧倒的優位性を維
持することができる。

【００３４】以上、本発明を特定の実施形態に基づいて
詳述したが、基礎となる本発明の技術思想の主旨および
範囲から逸脱することなく修正を加えうることは、当業
者には明らかであろう。本発明は、特許請求の範囲によ
ることを除き、示され記述された特定の形に限定される
ものでないことを付言しておく。

【００３５】

【発明の効果】本発明になる固体レーザ発振器は、活性
元素をドープした多結晶質透明セラミックを、活性元素
を含まない多結晶質透明セラミックに結合させた多結晶
質セラミック複合レーザ媒質を用いるので、活性元素を
ドープした多結晶質透明セラミック部分によってレーザ
の高いゲインを得ることができると共に、活性元素を含
まない多結晶質透明セラミック部分によってレーザ光の
出力中にドープされた多結晶質セラミック中に発生した
熱を効果的に消散（ヒートシンク機能）させることがで
きる。また、多結晶質セラミックは活性元素の高濃度
添加が許容されるため、ドープした多結晶質セラミック
は単結晶のレーザ媒質より大きいエネルギー吸収が可能
となり、ポンプレーザのエネルギー消費を大幅に低減す
ることができる。

【００３６】更に、活性元素を含まない多結晶質透明セ
ラミック部分のヒートシンク機能は、長期のレーザ使用
においてもレーザ共振器を形成する誘電体多層膜を正常
に維持することができる。従って、本発明は、新規なレ
ーザ媒質とその媒質を最大限に生かす励起技術によっ
て、小型化、低エネルギー消費かつ低製造コスト等の産
業上のメリットをいかんなく発揮できるレーザ発振器を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】レーザ共振器中にドープされた多結晶質層お
よび非ドープ多結晶質層を有する端部ボンピング・レー
ザを示す図である。

【図１Ｂ】レーザ共振器中のドープされた多結晶質層が
２つの非ドープ多結晶質層の間にある端部ボンピング・
レーザを示す図である。

【図１Ｃ】レーザ共振器の内側に非線形光学結晶を有す
る図１Ｂのレーザを示す図である。

【図２】２つに分割したドープされた多結晶質層の間に
非線形光学結晶を配置した図１Ｂのレーザを示す図であ
る。

【図３】ドープされた多結晶質セラミックが非ドープ多
結晶質セラミックのスラブ中に包含されている端部ボン
ピング・レーザを示す図である。

【図４Ａ】扇状に形成した非ドープ多結晶質セラミック
の基部にドープされた多結晶質セラミックを結合すると
共に、ドープされたセラミックの両端から空間的に離れ
たレーザ共振器を持つ側部ボンピング・レーザを示す図
である。

【図４Ｂ】ヒート・シンク中に納められた図４Ａのレー
ザを示す側面図である。

【図４Ｃ】ドープされた多結晶質セラミックの両端とレ
ーザ共振器の間に空間的な分離の全くない図４Ａのレー
ザを示す図である。

【図５】２つの非ドープ多結晶質層の間にドープされた
多結晶質層を配置し、ドープされた層の側面から空間的
に離れたレーザ共振器を持つ両側部ボンピング・レーザ
を示す図である。

【図６】非ドープ多結晶質セラミックの円柱状ロッド中
にドープされた多結晶質セラミックが包含された、放射
状側部ボンピング・レーザを示す図である。

【符号の説明】

１活性元素を含まない多結晶質透明セラミック２活性元素をドープした多結晶質透明セラミック３ポンプレーザ光４ポンプ用レーザ手段５出射レーザ光６、７表面反射防止用誘電体多層膜８非線形光学結晶９入力誘電体多層膜１０出力誘電体多層膜１１ハーフミラー１２全反射ミラー１３ヒート・シンク１４反射防止用誘電体多層膜１５デュアル・バンド反射防止用誘電体多層膜１６出力反射用誘電体多層膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 3/109 Ｈ０１Ｓ 3/109 3/16 3/16 (71)出願人 599070868 2125 ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＣｔ．，Ｃｌｅａｒｗａｔｅｒ，Ｆｌｏｒｉｄａ 34624 ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ (72)発明者下地豊アメリカ合衆国・34624・フロリダ州・クリアウォーター・ユニバーシティコート・2125 (72)発明者横川一義東京都港区西新橋３丁目20番１号日本アビオニクス株式会社内Ｆターム(参考） 2K002 AB12 CA02 DA01 EA01 HA20 4H001 CA02 CA04 CC04 XA08 XA13 XA21 XA31 XA39 XA64 YA24 YA58 YA59 YA60 YA67 YA68 YA69 YA70 5F072 AB02 AK01 AK03 FF08 JJ01 JJ04 KK12 QQ02 TT22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性元素を含まない多結晶質透明セラミ
ックと、活性元素をドープした多結晶質透明セラミック
の接合面を光学研摩し、互いを結合した多結晶質セラミ
ック複合レーザ媒質を有することを特徴とする固体レー
ザ発振器。
【請求項２】活性元素を含まないセラミック粉末を所
定形状に成形した多結晶質セラミックと、活性元素をド
ープしたセラミック粉末を所定形状に成形した多結晶質
セラミックを重畳し、この両者を拡散接合により結合し
た多結晶質セラミック複合レーザ媒質を有することを特
徴とする固体レーザ発振器。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の多結晶質
セラミック複合レーザ媒質に関して、扇状に形成した前
記活性元素を含まない多結晶質透明セラミックの基部
と、前記活性元素をドープした多結晶質透明セラミック
とを同様に結合したことを特徴とする固体レーザ発振
器。
【請求項４】請求項１または請求項２記載の多結晶質
セラミック複合レーザ媒質に関して、スラブ状に形成し
た前記活性元素を含まない多結晶質透明セラミック内部
に、前記活性元素をドープした多結晶質透明セラミック
を納めたことを特徴とする固体レーザ発振器。
【請求項５】請求項１または請求項２記載の多結晶質
セラミック複合レーザ媒質に関して、円柱状に形成した
前記活性元素を含まない多結晶質透明セラミック内部
に、円柱形状を有する前記活性元素をドープした多結晶
質透明セラミックを納めロッド型レーザ媒質としたこと
を特徴とする固体レーザ発振器。
【請求項６】請求項１または請求項２記載の多結晶質
セラミック複合レーザ媒質に関して、ディスク状に形成
した前記活性元素をドープした多結晶質透明セラミック
の両端に、前記活性元素を含まない多結晶質透明セラミ
ックを配置しサンドイッチ型レーザ媒質としたことを特
徴とする固体レーザ発振器。
【請求項７】請求項６記載の固体レーザ発振器に関し
て、レーザ出射方向に位置する前記活性元素を含まない
多結晶質透明セラミックの外側に、非線形光学結晶を配
置し基本波の２〜７倍波を発生させることを特徴とする
固体レーザ発振器。
【請求項８】請求項１または請求項２記載の多結晶質
セラミック複合レーザ媒質に関して、非線形光学結晶
と、活性元素を含まない多結晶質透明セラミックと活性
元素をドープした透明な多結晶質透明セラミックを結合
した一対の多結晶質セラミック複合レーザ媒質とを有
し、前記非線形光学結晶の両端に前記活性元素をドープ
した多結晶質透明セラミックを対向させて前記多結晶質
セラミック複合レーザ媒質をそれぞれ配置したことを特
徴とする固体レーザ発振器。
【請求項９】請求項１乃至請求項８記載のいずれかの
多結晶質セラミック複合レーザ媒質に関して、前記活性
元素を含まない多結晶質透明セラミックと前記活性元素
をドープした多結晶質透明セラミックが同一の組成およ
び同一の結晶構造から構成されることを特徴とする固体
レーザ発振器。
【請求項１０】特許請求項９記載の多結晶質セラミッ
ク複合レーザ媒質に関して、前記活性元素を含まない多
結晶質透明セラミックは、YAG(Y3Al5O12)、GGG(Gd3Ga5O
12)、GSGG(Gd3(ScGa)5O12等のガーネットを含む立方晶
の結晶構造であり、前記活性元素をドープした多結晶質
透明セラミックは、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈ
ｏ、Ｔｍ、およびＰｒからなる群から選択された一種以
上の活性元素を含み、励起光の吸収係数が少なくとも１
５ｃｍ−１以上を有する濃度に達していることを特徴と
する固体レーザ発振器。