JP2002528920A

JP2002528920A - 長パルスを送出可能な固体レーザ、特にマイクロレーザ

Info

Publication number: JP2002528920A
Application number: JP2000578882A
Authority: JP
Inventors: フィリップ・トニー; エリック・ラヴァストル
Original assignee: コミツサリアタレネルジーアトミーク
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2002-09-03
Also published as: FR2785099A1; FR2785099B1; EP1125348A1; WO2000025397A1

Abstract

(57)【要約】長パルスの放出が可能な固体レーザ、特にマイクロレーザ。このレーザは、増幅媒質の光ポンピング後に光パルスを生成するために、共振空洞と、この空洞内に増幅媒質２２と損失変調器２４とを備え、光屈折効果により、パルスを延長させる手段２８をさらに備える。医療および非破壊的テストへの応用が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、固体レーザに関し、特に、光パルスを放出するためのマイクロレー
ザに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】

固体レーザとは、増幅媒質が固体のレーザである。増幅媒質は、ドープ処理ま
たは非ドープ処理された単結晶、ガラスであることが多く、または極稀にポリマ
ーである。このような固体は、光ポンピング用に、ランプ、フラッシュ、レーザ
ダイオード、または発光ダイオードなどの光源により励起されることが多い。

【０００３】増幅媒質は、共振空洞内に配置される。共振空洞にはいくつかのタイプがあり
、最も頻繁に使用されるものは、２つのミラーを備えたファブリ−ペロー型空洞
、または３つまたは４つのミラーを備えたリング型空洞である。使用するミラー
は、平坦または球状であってよい。これらのミラーをプリズムで置き換えること
もある。レンズまたは反射ミラーが空洞に使用されてもよい。このアセンブリは
、精密機械据付具を使用して整列される。ミラーのうちの１つが、出力カプラを
形成することが多く、このミラーが部分的に反射を行うことで、レーザビームが
抽出される。他の出力結合システムも存在する。

【０００４】マイクロレーザとは、ある特定の固体レーザである。この増幅媒質は、小さく
薄いレーザ材料（通常、厚みが１５０〜２０００μｍのオーダーで、面積が数平
方ミリメートルのもの）からなる。共振空洞内のミラーは、通常、レーザ材料の
研磨処理を施した光学面上に直接設けられる。さらに、マイクロレーザは、一般
に、マイクロレーザ上に直接混成されるか、または光ファイバを介してマイクロ
レーザに結合されるレーザダイオードによりポンピングされる。

【０００５】マイクロレーザがいくつかの構成部品からなれば、これらの構成部品はすべて
異なる方法で組み立てられて、単一のモノリシック要素を形成する。マイクロレ
ーザは、２つの端面上で研磨される（これらの２つの端面は、レーザの中心線に
対して垂直である）。共振空洞を形成するミラーは、薄層の形で研磨端面上に直
接設けられる。これらの端面の一方の最大反射率は、ほぼ１００％であり、他方
は、光の一部を空洞の外側に伝送する半反射のものである。

【０００６】増幅媒質は、マイクロレーザの基材を形成することがある。寸法が大きい（数
センチメートル）薄板（数百マイクロメートル）が処理されて、マイクロエレク
トロニクスの製造および機械加工技術を用いて、多数のユニットに切断されてよ
い。

【０００７】固体レーザ（またはマイクロレーザ）は、空洞内に損失変調器を導入すること
により、言い換えれば、この空洞の過電圧値（「Ｑ値」）を変調する手段を導入
することにより、能動的または受動的にＱスイッチが行われてよい。

【０００８】能動的起動の場合、空洞（共振器）内に入力される損失値は、例えば、共振器
の外部に光を回折させる音響光学変調器や、この共振器にあるレーザビームの偏
向を切り換える電子光学変調器により、外部制御される。このタイプの変調器を
用いると、音響光学変調器では高周波信号を、または電子光学変調器では高電圧
信号を出力可能な電子制御手段が必要となる。

【０００９】図１は、電子光学変調器により受動的に起動される公知のマイクロレーザを略
図的に示す。

【００１０】このマイクロレーザは、入力ミラー２、増幅媒質４、中間ミラー６、２つの側
面制御電極８および９が設けられた電子光学変調器７、および出力ミラー１０と
をこの順番に備える。増幅媒質４は、光接着剤または樹脂の細片１２により中間
ミラー６に固着される。例えば、レーザダイオード（図示せず）から出力され、
入力ミラー２を介して増幅媒質４を励起させるための光ポンピングビーム１４も
示されている。そこから生じ、ミラー１０を介してマイクロレーザから出力され
るパルスレーザビーム１６も示されている。これらのビーム１４および１６は、
同じＸ軸に沿って伝播する。

【００１１】以下の記載は、能動的に起動するこのタイプのレーザに関する。最初に、増幅媒質の利得はゼロであり、変調器による損失は最大であるため、
しきい値は非常に高く、レーザは発振しない。

【００１２】このレーザがポンピングされると、増幅媒質に蓄積されるエネルギーが増加す
る。ポンピングレベルおよびその損失は、レーザが発振しない程度である。

【００１３】変調器が生じる損失レベルは、急激に低減される。この結果、増幅媒質の利得
が、全損失に対して非常に大きくなるため、レーザ空洞の純利得が非常に高い。
蓄積エネルギーは、非常に短い時間でジャイアント光パルスの形で放出される。

【００１４】利得が使い果たされると、パルスは終了する。レーザ発振は停止し、初期状態
が回復する。

【００１５】受動的起動の場合、外部電源を設けずに非線形変調器が使用され、さらに正確
に言えば、低電力密度ビームで照射される場合は強力に吸収し、この密度が所与
のしきい値（飽和強度と呼ばれる）を超える場合はほとんど透明になる材料であ
る飽和吸収体が使用される。

【００１６】図２は、受動的に起動される公知のマイクロレーザを略図的に示す。

【００１７】このマイクロレーザは、入力ミラー２、増幅媒質４、飽和吸収体１８、および
出力ミラー１０をこの順番に備える。ポンピングビーム１４およびマイクロレー
ザにより生成されるレーザビーム１６も示されている。例えば、飽和吸収体１８
は、ゾル・ゲルまたは半導性層、または活性イオンがドープされた塊状の材料で
あってよい。

【００１８】以下の記載は、受動的に起動するこのタイプのレーザの動作に関する。

【００１９】最初に、増幅媒質の利得はゼロであり、飽和吸収体による損失（吸収）は最大
であるため、このしきい値は高く、レーザは発振しない。

【００２０】このレーザがポンピングされると、利得が損失を補償するまで反転分布が増大
する。その後、レーザ作用が開始するが、空洞の純利得（すなわち、利得から損
失を引いたもの）が実質的にゼロであるため、非常に低レベルで開始する。

【００２１】空洞にある少量のレーザフォトンは、飽和吸収体により吸収されると、吸収体
を介した透過が僅かに増大するため、損失が低減する。この結果、純利得が増加
するため、空洞内のフォトン数が増加する。このような「ループ」動作が次第に
増幅する。吸収体は急速に飽和され、損失はそれらの最大値に到達する。空洞内
の純利得は非常に高い。蓄積エネルギーは、非常に短い時間でジャイアント光パ
ルスの形で放出される。

【００２２】利得が使い果たされると、パルスは終了する。レーザ発振が停止し、飽和吸収
体は次第に再度不透明になる。飽和吸収体が完全に励起されない状態になると、
初期状態が回復する。

【００２３】飽和吸収体材料は、各レーザ波長で作用するものである必要がある。例えば、
参照され、本願明細書の最後で後述する他の文献と共に記載される文献［１１］
では、異なる飽和吸収体材料が与えられている。

【００２４】数多くのレーザ用途では、１００ナノ秒〜１ミリ秒のオーダーの持続時間で、
無視できない最大出力（１ワットを超える）をもつパルスが必要となる。

【００２５】低い最大電力を発生する連続レーザの時間的チョッピングは、このタイプの用
途では使用できない。

【００２６】しかしながら、単一のレーザから、さまざまな方法を用いてかなり長い持続時
間パルスを得ることは可能である。例えば、 −「リラックスモード」または「ノーマル」モードとも呼ばれるパルスポンピ
ング −光ファイバなどを使用した非常に長い空洞（数メートル（文献［１］を参照
））における起動（トリガー） −実時間で制御される損失変調器を使用した能動的起動（文献［２］を参照） −利得スイッチ変調−文献［３］を参照 −この共振空洞の末端ミラーの１つの代わりに、共振空洞に位相共役ミラーを
使用−文献［４］を参照

【００２７】リラックスモードの場合、増幅媒質は、ポンピング源から出力される光パルス
によりポンピングされる。次に、レーザは、一過性のレーザ開始状態に対応する
一連の減衰光パルスを放出する。この現象は、長パルス（すなわち、持続時間が
長いパルス）が必要な場合に望ましくない。しかしながら、この技術を改良する
方法がいくつかある。例えば、 −変調器を使用してパルスの選択を行うリラックスモード（時間的チョッピン
グ）−文献［５］を参照 −全放出パルスの電力を平均化するレーザ空洞内の非線形吸収体を備えたリラ
ックスモード（獲得したパルスが発振状態のままであることが説明されている文
献［６］および文献［７］を参照）

【００２８】公知の固体レーザは、５００Ｈｚに等しいかまたはそれ以上の環境または高周
波数での長パルス（１００ｎｓ〜１ｎｓまたはそれ以上のオーダーのもの）の放
出に適していない。

【００２９】特に、公知のマイクロレーザの中に、１００ナノ秒よりも長い持続時間でパル
スを放出できるものはない。

【００３０】

【課題を解決するための手段】

本発明の目的は、これらの欠点を解消することである。

【００３１】本発明の目的を達成する物体は、増幅媒質の光ポンピング後に光パルスを生成
するために、共振空洞と、この空洞内に増幅媒質と損失変調器とを備え、レーザ
波長を変化させない非線形光学効果である光屈折要素により、空洞内に光パルス
の持続時間を延長させる手段をさらに備えることを特徴とする固体レーザである
。

【００３２】本発明の一つの特定の実施形態によれば、この持続時間を延長させる手段と増
幅媒質（または損失変調器）は、同じ材料から形成される。

【００３３】別の特定の実施形態によれば、持続時間を延長させる手段、増幅媒質、および
損失変調器は、異なる材料から形成される。

【００３４】本発明によるレーザの一つの好適な実施形態によれば、このレーザはマイクロ
レーザである。例えば、光パルスの持続時間を延長する手段が、光屈折特性を備えた半導性結晶
、酸化物結晶、およびポリマーから選択される材料からなる少なくとも１つの層
を備える要素であってよい。

【００３５】例えば、光屈折特性に関して公知のこのタイプの要素は、以下の構成材料から
形成されてよい（文献［９］を参照）。 −鉄がドープされたリン化インジウム（ＩｎＰ：Ｆｅ）、ヒ化ガリウム（Ａｓ
Ｇａ）、バナジウムまたはチタニウムがドープされたテルル化カドミウム（Ｃｄ
Ｔｅ：ＶまたはＣｄＴｅ：Ｔｉ）、またはそれらの光屈折特性に関して公知の他
の半導体などの半導性半絶縁性結晶、または −ＢａＴｉＯ₃、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀、ＬｉＮｂＯ₃：Ｆｅなどの酸化物材料から形
成された結晶、または −１つまたはいくつかの薄層の形で堆積され、例えば、色素含有ポリマーおよ
びポリマーマトリックスに形成された伝導性ポリマーとの混合物（文献［１０］
を参照）であるポリマー。

【００３６】電極に電圧が印加されると、空洞に生成される光パルスの伝播軸に平行な電界
を発生するようにされた２つの電極間に、要素が含まれてよい。

【００３７】本発明によるレーザの第１の特定の実施形態によれば、損失変調器は飽和吸収
体媒質であるため、レーザが受動的に起動される。

【００３８】例えば、この飽和吸収体媒質は、 −飽和吸収体イオンがドープされた結晶、単結晶層、およびゾル・ゲル層と、 −レーザ放出周波数に近い禁止帯幅を得るように組成が調節された三元半導体
または四元半導体と、 −レーザ波長に適応させた幅をもつ１つまたはいくつかの量子井戸を備える半
導体とを含む群から選択されてよい。

【００３９】増幅媒質（レーザ材料）が単結晶であれば、飽和吸収体媒質を形成する単結晶
層が、液相エピタキシーによりこの増幅媒質上に堆積されてよく、結晶網の点か
ら増幅媒質に一致させられるか、または応力を加えられてよい。

【００４０】飽和吸収体媒質を形成する三元半導体または四元半導体は、分子線エピタキシ
ーにより、または増幅媒質と組み合わされる半導性基材上の有機金属化学気相堆
積により堆積されることが好ましい。

【００４１】さらに、四元半導体の場合、この半導体の組成は、結晶網の点から対応する基
材にある材料に一致され、したがって応力を加えられない材料を得るように調節
されることも好ましい。

【００４２】例えば、上述した量子井戸は、増幅媒質と組み立てられた半導性基材上に形成
されてよい。

【００４３】本発明によるレーザの第２の特定の実施形態によれば、損失変調器は、電圧制
御変調器であるため、レーザが能動的に起動される。

【００４４】本発明によるレーザの特定の実施形態によれば、損失変調器（特に飽和吸収体
の場合）と光パルスの持続時間を延長する手段は、 −光接着剤を用いたアセンブリと、 −樹脂の細片を用いたアセンブリと、 −少なくとも１つの薄層の形での堆積と、 −増幅媒質とは異なる基材上での堆積の後、この増幅媒質を用いたこの基材の
アセンブリとからなる群から選択されたプロセスにより、増幅媒質と関連付けさ
れる。

【００４５】文献［８］は、樹脂の細片を用いたアセンブリに関する情報を含む。

【００４６】例えば、薄層は、ゾル・ゲル層または飽和吸収体イオンがドープされたエピタ
キシー層であってよい。

【００４７】基材はその後取り除かれてよいが、基材が適所に残された場合に共振空洞から
出力ミラーを形成するミラーをすでに含むものであってよい。

【００４８】本発明の一つの特定の実施形態によれば、共振空洞は、入力ミラーおよび出力
ミラーにより画定され、光パルスの持続時間を延長させる手段が、損失変調器お
よび出力ミラーの間、または損失変調器および増幅媒質の間に配置される。

【００４９】本発明において、特に関心のある基本波長は、０．９４６μｍ、１．０６μｍ
、１．３μｍ、１．５５μｍ、および２μｍである。これらの基本波長（例えば
、４７３ｎｍ、５３２ｎｍ、４６６ｎｍ）の調和を得るために、または例えば、
光パラメトリック発振（ＯＰＯ）または光パラメトリック増幅（ＯＰＡ）により
、より長い波長を生成するために、非線形光学要素を用いて他の波長を得ること
ができる。

【００５０】適切な波長をもつ飽和吸収体（例えば、半導性材料）が、すべての基本波長で
見受けられる。

【００５１】さらに、ほとんどの波長では、光屈折特性をもつ材料（例えば、０．８５〜１
．６μｍの半絶縁性ＩｎＰ、０．８〜１．８μｍの半絶縁性ＡｓＧａ、および０
．４〜０．９μｍのＢａＴｉＯ₃）を見つけることが可能である。ＫＴＰ、ＢＢ
Ｏ、ＬｉＩＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃、およびＣｄＳなどの他の公知の非線形固体材料が
使用可能である。

【００５２】以下、本発明のいくつかの利点について述べる。

【００５３】本発明によるマイクロレーザは、連続またはトリガータイプのマイクロレーザ
の利点（小型、低コスト、集合生産、そのモノリシックで調節可能な特性による
信頼性、低維持費、マイクロ光学構成部品による光学マイクロシステムのデザイ
ン）を維持している。

【００５４】また、他の利点もある。

【００５５】発生したパルスは長く、起動および利得切換を備えた公知の固体レーザが解決
策を提供しないすべての応用を満足させる（以下の「産業上の利用」を参照）。

【００５６】起動された（トリガーをかけられた）固体レーザは、短い光パルスを発生する
ことが多く、結果的に、高い最高出力を有する。これにより、使用されるときに
これらのパルスにより影響される表面が損傷または破壊される。本発明により得
られる長パルスは、時間的に同じエネルギーを分配し、危険な出力のピークを防
ぐ。

【００５７】本発明によれば、飽和吸収体（受動起動の場合）のパラメータおよびパルスを
延長させるための非線形要素パラメータは、放出されるパルスの形状を修正し、
例えば、三角パルスまたはガウスパルスを作るために調節可能である。

【００５８】長パルスが、時間的に変調されてよい。例えば、レーザ空洞の外側に変調器を
使用することで、コードがレーザにより放出される各パルスと関連付けされてよ
い。

【００５９】本発明に適合する能動起動を備えるレーザの場合、損失変調材料が光屈折性の
ものであることも可能である。一つの例は、ＬｉＮｂＯ₃の場合であり、これは
、レーザの能動起動に使用可能な電子光学材料である。この材料は、鉄がドープ
される場合光屈折性のものになる。

【００６０】いずれの場合においても、光屈折材料は、通常、無視できない電子光学係数を
有する。したがって、電極に与えられる場合、本発明によるレーザの能動起動に
対して電圧制御式変調器として作用し得る。

【００６１】本発明は、添付の図面を参照しながら、参考のためのみに制限することなく示
した例示的実施形態の以下の詳細な記載を読むことにより、さらに深く理解され
よう。

【００６２】

【発明の実施の形態】

図３Ａの長手断面図に略図的に示された本発明によるマイクロレーザは、入力
ミラー２０、増幅媒質または利得媒質２２、２つの異なる材料間の各境界での反
射率および透過率を制御するために使用され、例えば、ＳｉＯ₂およびＴｉＯ₂が
交互に並ぶ層により形成された２つの中間層２６および２７の間にある飽和吸収
体２４、光屈折要素２８、および出力ミラー３０とをこの順番に備える。

【００６３】この図はまた、入力ミラーを介してＸ軸に沿って増幅媒質に入力される増幅媒
質の光ポンピングビーム３２と、このように励起された増幅媒質により生成され
、Ｘ軸に沿って伝播するパルスレーザビームまたはレーザパルス３４を示す。

【００６４】図３Ｂの長手断面図に略図的に示された本発明による固体レーザは、入力ミラ
ー３５、増幅媒質３６、飽和吸収体３８、光屈折要素４０、および出力ミラー４
２をこの順番で備える。増幅媒質３６のポンピングビーム４４または４５および
ビーム４４として同じＸ軸に沿って伝播される生成されたパルスレーザビーム４
６も示されている（このビーム４４は長手方向のポンピングに対応し、ビーム４
５は長手方向に対して直角のポンピングに対応する）。

【００６５】図３Ｂに示す固体レーザでは、構成要素３５、３６、３８、４０、４２は、互
いに間隔をおいて設けられているのに対して、図３Ａのマイクロレーザの構成部
品は、互いに接触した状態である（さらに、同じことが図４および図５のマイク
ロレーザに当てはまる）。

【００６６】図４の長手断面図として略図的に示された本発明によるマイクロレーザは、入
力ミラー４８、増幅媒質５０、飽和吸収体の薄層５２、光屈折基材５４、および
出力ミラー５６をこの順番で備える。

【００６７】反射防止層５８（例えば、ＭｇＦ₂から形成）または一組の反射防止層（例え
ば、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂から形成）が、増幅媒体と薄層５２間に挿入されてよい。

【００６８】基材５４は、半導性のもの（例えば、ＦｅがドープされたＩｎＰ、ドープ処理
されていないＡｓＧａ、またはＶやＴｉがドープされたＣｄＴｅから形成）であ
り、半導性のものである薄層５２は、基材上に堆積される。

【００６９】増幅媒質５０は、樹脂の細片６０により、または光接着剤を塗布することによ
り、層５２（または存在すれば層５８）に固着される。

【００７０】増幅媒質のポンピングビーム６２と、同じＸ軸に沿って伝播される生成された
パルスレーザビーム６４も示されている。

【００７１】図５の長手断面図として略図的に示された本発明によるマイクロレーザは、入
力ミラー６６、増幅媒質６８、光屈折層７０、飽和吸収体７２、および出力ミラ
ー７４をこの順番に備える。増幅媒質の光ポンピングビーム７６と、同じＸ軸に
沿って伝播される生成されたパルスレーザビーム７８も示されている。

【００７２】２つの電極８０および８２の間に光屈折層７０が配置されて、電極間に適切な
電圧（直流または交流）を印加することにより、Ｘ軸に対して平行の電界（直流
または交流）を発生してよい。この電界により、光屈折効果の効率が調節される
。例えば、ＩＴＯ透明電極が使用可能である。

【００７３】図３Ａ、図３Ｂ、図４および図５のそれぞれの固体レーザにおいて、飽和吸収
体（例えば、図３Ａでは参照番号２４または図３Ｂでは参照番号３８）は、電子
光学変調器（図３Ａでは参照番号２５および図３Ｂでは参照番号３９）で置き換
えられて、能動的に起動するパルスレーザを形成してもよい。

【００７４】本発明によるマイクロレーザの例示的製造プロセスを以下に記載する。

【００７５】このマイクロレーザの空洞において３つの機能が組み合わされ、異なる可能な
技術を用いて組み立て可能な材料により達成されることに留意されたい。

【００７６】このマイクロレーザは、以下のステップにより製造され、それらのすべては集
合生産に適したものである。１）可能であれば、異方性結晶材料の結晶軸の関数として、レーザ材料を、例
えば、２５ｍｍ直径のウェーハに切断する。ダイヤモンド刃のこが使用されてよ
い。２）各ウェーハの２つの面を研ぎ、研磨して、平坦で平行な面を得る。レーザ
材料の厚みは、このステップで調整される。３）光屈折基材を準備する（切断、研磨、清浄）。このタイプの基材は、市販
のものである（特に、ＩｎＰ：Ｆｅに関しては、例えば、Ｉｎｐａｃｔ社（フラ
ンス）から入手可能）。４）この基材上に飽和吸収体を堆積する。分子線エピタキシー技術（ＭＢＥ）
または有機金属化学気相堆積技術（ＭＯＣＶＤ）が半導性材料用に使用可能であ
る。５）光屈折基材・飽和吸収体アセンブリを清浄および研磨する。研磨処理は、
光屈折基材の面にのみ施される。６）レーザ材料上に入力ミラーを、可能であれば、レーザ材料上または光屈折
基材・飽和吸収体アセンブリ上に反射防止層を、および光屈折基材上に出力ミラ
ーを設ける。次に、２つの要素間に反射防止層が配置され、レーザ波長で動作す
る。７）例えば、プレスで接合することにより、または文献［８］で得られる情報
により、レーザ材料のウェーハと、光屈折基材・飽和吸収体アセンブリとを組み
立てる。ミラーはアセンブリの外側に配置される。８）ダイヤモンド丸のこ（マイクロエレクトロニクスで使用されるものと同一
のもの）でマイクロチップレーザを切断する９）光ポンピングダイオードを各マイクロレーザに接続する。

【００７７】本発明によるマイクロレーザは、各材料の小さなサンプル（数ミリメートル）
を組み立てることにより個別に形成することも可能である。

【００７８】例えば、エルビウムとイッテルビウムがドープされたガラス、コバルトがドー
プされたＬＭＡ結晶（文献［１１］を参照）、および鉄がドープされた半絶縁性
ＩｎＰの結晶を用いて、本発明によるレーザが形成可能である。

【００７９】酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）が０．８重量％までドープされ、さらに酸化イッ
テルビウム（Ｙｂ₂Ｏ₃）が２０重量％までドープされたリン酸ガラスからなる利
得媒質を用いて、これまでマイクロレーザが形成されてきた。このタイプのガラ
ス（Ｅｒ、Ｙｂ）は、米国にあるＫｉｇｒｅ社から市販されている。これは、１
．５５μｍマイクロレーザの動作に特に適したＥｒおよびＹｂの組成を有する。
２つの平坦かつ平行な面を得るように研磨された、０．７５ｍｍまたは１ｍｍ厚
のガラススライドが使用される。

【００８０】飽和吸収体は、半導性材料の層により適所に保持され、この材料の禁止帯幅は
、必要な波長（１．５５μｍ）で固定される。飽和吸収体の層は、厚みを強調し
たＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＧａＡｌＡｓ層、または９ｎｍのＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＡｌＡｓ障壁から形成されたいくつかの量子井戸をもつ構造である。

【００８１】入力ミラーは、ガラススライド（Ｅｒ、Ｙｂ）の片面上に設けられる。これは
、イオンスパッタリングにより作られたＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂層からなる積層体であ
る。同様に、例えば、反射防止層は、ガラススライドの他面上に配置され、出力
ミラーは、半導体上に配置される。半導性材料の薄膜は、ガラス薄膜（Ｅｒ、Ｙ
ｂ）で機械的に組み立てられる。

【００８２】空洞には、約９７４ｎｍで放出するレーザダイオード（米国のＳｐｅｃｔｒａ
ＤｉｏｄｅＬａｂｓから市販）によりポンピングされる。

【００８３】以下の表に、このタイプのマイクロレーザで得られる一般的な値を示す。

【表１】

【００８４】パルスを広げるために使用するＩｎｐ：Ｆｅ基材上に吸収体層として使用可能
な半導性材料のより明確な例を示す。 −５０ｎｍの厚みを強調した層である３５０μｍ厚Ｉｎｐ：Ｆｅ基材（１０¹⁷ 〜１０¹⁸原子／ｃｍ³でＦｅをドープ）上のＩｎ_0.48Ｇａ_0.52Ａｓ半導体 −すべてが網状に一致して強調されない（組成を固定する）２０ｎｍのＩｎＡ
ｌＡｓ障壁間にある４または７つの９ｎｍ厚ＩｎＧａＡｓ量子井戸を備えた４０
０μｍ厚のＩｎＰ：Ｆｅ基材（１０¹⁶〜１０¹⁷原子／ｃｍ³でＦｅをドープ）上
のＩｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ／Ｉｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ半導体

【００８５】４００μｍ厚のＩｎＰ：Ｆｅ薄膜で作られ、それ自体が１ｍｍ厚のＥｒ、Ｙｂ
ガラス薄膜で作られ、０．３％までドープされたＬＭＡ：Ｃから形成された別の
７５０μｍ厚の飽和吸収体材料を使用して、表に示したものと同様の結果を達成
した。

【００８６】産業上の利用本発明によるマイクロレーザは、高い発生頻度で高エネルギーの長パルスを出
力するために使用可能であり、多くの応用にとって興味深い。１）短パルスおよび長パルスを用いた超音波の生成および検出（超音波により
非破壊的なテストに応用するための符号化パルスストリーム）２）多数の医療応用・例えば、血管新生部分、傷跡および刺青などの皮膚色の異常を除去するため
の約５００ミリ秒間のレーザパルス・胆石の砕石または破壊・高繰り返し率のパルスを用いた潰瘍の治療３）例えば、車やミサイル用の測距送信機において、または流体速度を測定す
るための、例えば、擬似２進コードを用いた符号化長パルスの使用４）パルス持続時間の変調に基づく応用・レーザプリンティング・パルスの時間およびエネルギーに依存して、壊死を切除し、焼灼し、加熱し
、または引き起こすレーザメス・データを消去し、書き込み、または読み出すように決定された長パルスを利
用するデータの光記憶装置５）例えば、レーザアブレーション、表面治療およびマイクロエレクトロニク
スで使用される絶縁体により得られる沈着物の質を高めるための、いくつかの工
業プロセスでの長パルスの使用６）例えば、ガソリンエンジン用、または核融合で使用する増幅システム用の
レーザによる点火７）固体レーザをポンピングするための長パルスの使用

【００８７】現時点では、レーザダイオードによりのみポンピング可能な固体レーザ（例え
ば、増幅媒質がチタニウムがドープされたサファイアであるレーザ）がいくつか
ある。レーザダイオードによりポンピングされ、これらのダイオードの効率的な
ポンピングを得るのに十分な長パルスを放出する固体レーザを使用することが、
コスト効率を良好にする一つの解決策である。

【００８８】以下の文献は、本願明細書において参照される。［１］Ｊａｎｉ、Ｂａｒｎｅｓ、Ｍｕｒｒａｙ、ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃ
ｓ、ｖｏｌ．３６、Ｎｏ．１５、ｐｐ３３５７−３３６２［２］Ｐａｎａｒｅｌｌａ、Ｂｒａｄｌｅｙ、ＩＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆ
ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．５、ｐｐ
１８１−１８５［３］Ｆｕｌｂｅｒｔ、Ｋｒａｍｅｒ、Ｒａｂａｒｏｔ、Ｍｏｌｖａ、ＩＣＦ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ１９９８、ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＳＰＩＥ、“Ｍ
ｉｃｒｏｃｈｉｐｌａｓｅｒｓｆｏｒｔｈｅＬＭＪｆｒｏｎｔｅｎ
ｄ” ［４］Ｒｕｓｓｅｌ、米国特許出願第７２７６９８１号、１９８９年６月６日
、Ｓ．Ｄ．Ｒｕｓｓｅｌ［５］Ｈａｒｒｉｓｏｎ、Ｒｉｎｅｓ、Ｍｏｕｌｔｏｎ、ＩＥＥＥＪｏｕｒ
ｎａｌｏｆＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．２４、Ｎｏ
．６、ｐｐ１１８１−１１８７［６］Ｓｃｈｗａｒｚ、Ｎａｉｍａｎ、Ｃｈａｎｇ、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙ
ｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．７、ｐｐ２４２−２４４［７］Ｐｉｎｔｏ、Ｅｓｔｅｒｏｗｉｔｚ、ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆ
ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．１、ｐｐ
１６７−１６９［８］フランス特許出願第９６０８９４３号、１９９６年７月１７日−欧州特
許出願公開第０８２０１２８号も参照［９］Ｂｏｙｄ、“Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｃｓ”、ｃｈａｐｔｅｒｓ
１０．４〜１０．７、ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ、１９９２［１０］Ｍｅｅｒｈｏｌｚ、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｐｔｉｃａｌＳｏｃ
ｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ、Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．７、ｐ．２１１４、１
９９８［１１］フランス特許出願第９７０１０１０号、１９９７年１月３０日−欧州
特許出願公開第０８５６９２４号も参照［１２］米国特許第５、８０５、６２２号［１３］米国特許５、３２１、７０９号

【００８９】米国特許第５、３２１、７０９号および米国特許第５、８０５、６２２号は、
パルス延長装置を備えたトリガーレーザに関する。両方の文献において、この装
置は、非線形光周波数変換材料（周波数倍増、周波数加算）を備える。

【００９０】この発明では、レーザ周波数を変換することが必要とされない。このような望
ましくない周波数変化は問題である。本発明による技術は、レーザ周波数および
波長を維持する手段である。

【００９１】以下は、非線形周波数変換タイプの効果と光屈折効果について想起させる記載
である。

【００９２】非線形周波数変換タイプの効果光周波数（例えば、一方が他方の２倍のもの、または一方が２つの他の異なる
周波数の和であるもの）の間に単純な関係があるいくつかの材料におけるコヒー
レント波間に相互作用がある。この相互作用は、例えば、Ｎ₂と呼ばれる係数に
よりモデリングされる。この係数の増加に伴い、非線形効果はより効率的になる
。別の条件が必要であり、すなわち、コヒーレント波が同じ波長をもたないため
、波間で位相関係が考慮されなければならない。この条件は、位相整合として知
られている。この条件が満たされる場合、実際に、周波数変換、例えば、周波数
増倍がある。この条件を満たすために、結晶は、材料指数の楕円の軸に沿って配
向されなければならず、例えば、結晶は、Ｘ光線を用いて配向された後、位相整
合関係を考慮する正確な角度で切断されなければならず、そして結晶は、ビーム
上に配置されなければならず、その配向は、機械的および熱的に調節することに
より改良されなければならない。

【００９３】光屈折効果光屈折効果は、少なくとも２つの波が伝播している材料で得られる。これらの
２つの波は、材料に干渉を発生させるためにコヒーレントなものでなければなら
ない。これは、必然的に、２つの波が同じ波長または光周波数をもつ場合にのみ
可能である。これらの干渉は、空中で光強度を調整することからなる。強く照明
される領域もあれば、なんら放射を受けない領域もある。照明領域では、材料の
自由キャリアを励起するために光が使用されてよい。これらの励起キャリアは移
動し、材料に捕捉される。この変位現象により、材料指数が局所的に修正される
。したがって、干渉縞の場所と適合する指数網が、材料に形成される。この網は
、材料を通過する第３のビームを（同じ波長で）回折させる。この場合、光屈折
結晶は、結晶配向に関係なく作用する。

【００９４】結論として、これらの効果は、２つの点で容易に区別できる。すなわち、等し
い波長か、等しくない波長か（例えば、和の関係などにおいて倍増、３倍増）、
そしてビーム軸に対して非線形要素を配向させる必要性（光屈折要素では存在し
ない）である。

【００９５】ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）が非線形および光屈折性のものであるとい
う特別な場合がある。上記基準を考慮すると、この結晶が周波数変換器または光
屈折材料として使用されるかを知ることが可能である。実際、米国特許第５、３
２１、７０９号では、ニオブ酸リチウムは、位相整合構造のものである。さらに
、「ＳＨＧ」（第２高調波発生）、すなわち周波数倍増について数回記載されて
いる。「ＳＦＭ」（和周波数混合）、すなわち波の混合による周波数加算につい
ても数回記載されている。したがって、米国特許第５、３２１、７０９号の著者
は、ＬｉＮｂＯ₃を周波数変換器として使用していることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】すでに上述した公知の能動的に起動されるマイクロレーザの略図
的長手断面図である。

【図２】すでに上述した公知の受動的に起動されるマイクロレーザの略図
的長手断面図である。

【図３】（Ａ）飽和吸収体と光屈折要素を備える本発明によるマイクロレー
ザの略図的長手断面図である。（Ｂ）飽和吸収体と光屈折要素を備える本発明
の固体レーザの略図的長手断面図である。

【図４】薄層に設けられた飽和吸収体を備える本発明による別のマイクロ
レーザの略図的長手断面図である。

【図５】２つの電極間に光屈折要素を備える本発明による別のマイクロレ
ーザの略図的長手断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】増幅媒質の光ポンピング後に光パルスを生成するために、共
振空洞と、前記空洞内に増幅媒質（２２、３６、５０、６８）と損失変調器（２
４、２５、３８、３９、５２、７２）とを備え、光屈折要素（２８、４０、５４
、７０）により空洞内に光パルスの持続時間を延長させる手段をさらに備えるこ
とを特徴とする固体レーザ。
【請求項２】前記レーザが、マイクロレーザであることを特徴とする請求
項１に記載のレーザ。
【請求項３】光パルスの持続時間を延長する手段が、光屈折特性を備えた
半導性結晶、光屈折特性を備えた酸化物結晶、および光屈折特性を備えたポリマ
ーから選択される材料からなる少なくとも１つの層を備える要素であることを特
徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ。
【請求項４】電極に電圧が印加されると、空洞に生成される光パルスの伝
播軸に平行な電界を発生するようにされた２つの電極（８０、８２）間に、前記
要素が含まれることを特徴とする請求項３に記載のレーザ。
【請求項５】損失変調器が、飽和吸収体媒質（２４、３８、５２、７２）
であるため、レーザが受動的に起動されることを特徴とする請求項１乃至請求項
４のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項６】飽和吸収体媒質が、 −飽和吸収体イオンがドープされた結晶、単結晶層、およびゾル・ゲル層と、 −レーザ放出周波数に近い禁止帯幅を得るように組成が調節された三元半導体
または四元半導体と、 −レーザ波長に適応させた幅をもつ１つまたはいくつかの量子井戸を備える半
導体とを含む群から選択されることを特徴とする請求項５に記載のレーザ。
【請求項７】損失変調器が、電圧制御変調器（２５、３９）であるため、
レーザが能動的に起動されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
１項に記載のレーザ。
【請求項８】損失変調器と光パルスの持続時間を延長する手段が、 −光接着剤を用いたアセンブリと、 −樹脂細片（６０）を用いたアセンブリと、 −少なくとも１つの薄層の形での堆積と、 −増幅媒質とは異なる基材上での堆積の後、前記増幅媒質を用いた前記基材の
アセンブリとからなる群から選択されたプロセスにより、増幅媒質と関連付けさ
れることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項９】共振空洞が、入力ミラー（２０、３５、４８、６６）および
出力ミラー（３０、４２、５６、７４）により画定され、光パルスの持続時間を
延長させる手段が、損失変調器および出力ミラーの間、または損失変調器および
増幅媒質の間に配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記
載のレーザ。