JP2002528921A - キャビティー内の周波数変換された光学的ポンプ半導体レーザー - Google Patents

キャビティー内の周波数変換された光学的ポンプ半導体レーザー

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Abstract

(57)【要約】 本発明におけるキャビティー内の周波数倍加外部キャビティーの光学的ポンプ半導体レーザーは、ブラッグ鏡部と利得部を含むモノリシックの表面エミッティング半導体層構造を含む。外部鏡及びブラッグ鏡部は、半導体層構造の利得部を含むレーザー空胴共振器を画定する。複屈折フィルターは、半導体構造の利得帯域特性内のレーザー放射の周波数を選択するために空胴共振器内に位置される。光学的非線形結晶は、複屈折フィルターと外部鏡との間の空胴共振器内に位置され、レーザー放射の選択された周波数を２倍にするように配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の技術分野 本発明は、一般的に、外部キャビティーの半導体レーザーに関し、特に、周波
数倍加レーザーのような、外部キャビティーの、内部キャビティー（ＩＣ）周波
数変換された表面エミッティング半導体レーザーに関する。
【０００２】 背景技術の論述 内部キャビティー倍加半導体レーザーは、２つの種類の先行技術で知られてい
る。１つの種類は、エッジエミッティング半導体レーザー（ダイオードレーザー
）に基づき、他方は、電気的に電圧を加えられる、垂直キャビティー表面エミッ
ティングレーザー（ＶＣＳＥＬ）に基づく。各種類では、都合良くキャビティー
内倍加をもたらすために、半導体レーザーの空胴共振器は、光学的非線形結晶が
周波数を倍加するように配置され得る自由空間を残して、半導体デバイスを越え
て拡張されなければならない。これは、通常、（さもなければ、出力結合鏡とし
て提供される）半導体レーザーのエミッティング表面上に反射防止膜を供給する
ことによって、及び、同一の目的を提供するためにその表面に加えて間隔を空け
られた外部鏡を供給することによって、もたらされる。そのような配置は、通常
、外部キャビティー半導体レーザーと称される。
【０００３】 光学的非線形結晶の周波数変換の効率は、その結晶上に入射する基本周波数の
力（強度）にまさに比例する。変換が第２調和周波数、第３又はそれより高い奇
数の調和周波数を提供するための周波数混合、あるいは、光学的パラメーター励
振（ＯＰＯ）に倍加するか否かに関わらず、このことは事実である。このため、
例えば、有用なＩＣ倍加のために、ハイパワー（およそ２００ミリワット（ｍＷ
）又はそれ以上）の半導体レーザーが本質的に予め必要なものである。残念なが
ら、この目的のために先行技術で用いられた半導体レーザーの両種類では、パワ
ーを増加することは、光線質を低下することを犠牲にしてしまう。
【０００４】 レーザー光がその賦活又は利得領域を形成する層の平面内で共振するとき、例
えば、エッジエミッティング半導体レーザーは、本質的に高利得のデバイスであ
る。これらの利得領域層の高さ（厚さ）が電気的閉じ込め及び光学的閉じ込め要
件により拘束されるので、出力パワーは、利得領域の幅を増加することによって
増加されなければならない。利得領域の幅が（ハイパワーデバイスの高さを１０
０倍程度に）増加されるとき、より多くのモードが振動することができ、出力ビ
ームは、高度に非点収差を補正する。したがって、もし、不可能でないならば、
一般の光線質と同様に、光を光学的非線形結晶内につなぐための適切な共振器の
設計は、いっそう難しくなる。
【０００５】 レーザー放射が賦活又は利得領域を形成する層平面に垂直に共振するとき、Ｖ
ＣＳＥＬは、本質的に、比較的低い利得のデバイスである。比較的小さいビーム
直径、例えば、およそ５マイクロメーター（μｍ）以下のもののために、単一モ
ード操作と高光線質が達成され得る。利得と出力パワーは、利得媒体内の賦活層
の数を増加することによって一部改善され得る。これは、半導体構造を形成する
材料の特性の理由によって幾分制限される。しかしながら、パワーのさらなる増
加のために、エミッティング表面の領域が増加されなければならない。およそ５
μｍより大きい直径にエミッティング表面領域を増加することは、最初は、必然
的に多重モード操作に至る。電気的注入が側面に供給されなければならないので
、直径のさらなる増加は、レーザーにエネルギーを与えることにおいて問題とな
る。均等に、そして効率的にこれを行うために、レーザーを形成する半導体層の
電気抵抗は、ドーピングが増加されることによって増加されなければならない。
しかしながら、ドーピングの増加は、ドーピング増加の目的が激しく自滅的にな
るように、その光透過を減少し、共振器損失を増加する。
【０００６】 高光線質とともに、高い周波数変換出力パワーを供給し得るキャビティー内周
波数変換外部キャビティー半導体レーザーが必要とされる。
【０００７】 発明の概要 先行技術ＩＣ倍加外部キャビティー半導体レーザーの欠点は、光学的に、ハイ
ポンピングパワーを小さいビーム直径内に送るためにレーザーを電気的にポンピ
ングするよりもむしろ、その固有の良い光線質を利用する方法で、垂直表面エミ
ッティングレーザーを用いることによって本発明の一態様において克服される。
それによって、その光線質を犠牲にすることなく、高基本パワー、及び相応して
高周波数倍加パワーを供給する。
【０００８】 本発明における垂直キャビティー半導体レーザーの好ましい一実施の形態では
、エピタキシャル成長モノリシック半導体多層構造の構成は、ブラッグ鏡部と、
スペーサー層によって間隔を空けられた複数の賦活層を含む利得部とを含む。半
導体多層構造から分離された外部鏡は、モノリシック半導体多層のブラッグ鏡部
を持つレーザー空胴共振器を画定するように配置される。レーザー空胴共振器は
、モノリシック半導体多層の利得部を含む。
【０００９】 ポンプ放射源は、レーザー空胴共振器でレーザー放射を生成するために、モノ
リシック半導体多層構造の利得部にポンプ放射を送るように配置される。複屈折
フィルター（ＢＲＦ）、エタロン又は分散プリズムのような周波数選択（波長選
択）要素は、モノリシック半導体多層構造の利得部の構成の利得帯域幅特性内の
レーザー放射の周波数（波長）を選択するために、レーザー空胴共振器に位置さ
れる。光学的非線形結晶は、複屈折フィルターと外部鏡の間の空胴共振器に位置
され、レーザー放射の選択周波数を所望の変換周波数に変換するように配置され
る。
【００１０】 上述の実施の形態は、本発明のレーザーのための単一モードの操作を提供する
のに好ましい。しかしながら、周波数選択要素は、多重モード操作のために提供
することを除かれてもよい。その代わりに、光学的非線形結晶は、半導体層構造
の利得帯域幅内の基本波長で作動する単一モード外部キャビティー光学的ポンプ
表面エミッティング半導体レーザーを提供するために除かれてもよい。
【００１１】 好ましい実施の形態の詳細な記述 明細書の一部に含まれ、それを構成する添付図面は、本発明の好ましい実施の
形態を概略的に示し、上記の一般的記述及び以下の好ましい実施の形態の詳細な
記述とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１２】 同様な構成要素が同一の参照数字によって示される図において、図１は、本発
明における光学的ポンプＩＣ倍加垂直キャビティーレーザーの好ましい一実施の
形態１０を描写する。レーザー１０は、ブラッグ鏡部１４を含むエピタキシャル
成長モノリシック半導体（表面エミッティング）多層構造１２と、スペーサー層
（図示せず）によって分離された複数の賦活層（図示せず）を含む利得部１６と
を備える。ここで、この記述及び添付の特許請求の範囲の文脈における用語スペ
ーサー層が賦活層を分離する１以上の層に適用していることに注意されたい。そ
のような層の少なくとも一つは、光学的ポンプ放射を吸収する。その層の構成に
依存して、１以上の他の層がひずみ保証のために含まれてもよい。そのような配
置は、半導体レーザー技術の分野では周知であり、あらゆる配置が本発明の環境
に適用可能である。そのような配置の詳細な記述は、本発明の原理を理解するた
めに必要ではなく、したがって、ここでは示さない。
【００１３】 モノリック半導体多層構造１２は、基板又はヒートシンク１８に接着される。
モノリシック半導体多層構造１２は、利得領域１６の最外部表面（エミッティン
グ表面）上に反射防止膜（図示せず）を任意に含んでもよい。
【００１４】 外部鏡２０及び褶曲鏡２２は、外部鏡２２とモノリシック半導体多層構造１２
のブラッグ鏡部１４がレーザー空胴共振器２３を画定するように配置される。モ
ノリシック半導体多層１２の利得部１６は、それによって、レーザー空胴共振器
２３に組み込まれる。
【００１５】 ポンプ放射源２４は、レーザー空胴共振器２３でレーザー放射を生成するため
に、そのエミッティング表面を介してモノリシック半導体多層構造１２の利得部
１６にポンプ放射を送るために配置される。一つの矢によって示されるように、
そのように生成された基本放射は、（ここで、折り返す）共鳴機軸２６に沿って
レーザー空胴共振器２３内で循環する。ポンプ放射源２４は、好ましくは、エッ
ジエミッティング半導体ダイオードレーザー２８、あるいは、そのようなレーザ
ーの配列である。可干渉性又は非干渉性の他のポンプ光源は、本発明の精神及び
範囲から逸脱することなく、用いられ得る。簡単のため、ダイオードレーザー２
８からのポンプ放射２９は、モノリシック半導体多層構造１２の利得部１６上に
集束されるために、集束レンズ３０に直接衝突する発散光線として図１に描写さ
れる。レーザー１０の構成の利点は、ポンプ放射があらゆる他の空胴共振器の構
成要素を通り抜けることなく、半導体層構造１２の利得部１６に送られ得ること
である。レーザー１０の構成の他の利点は、矢印２９Ａによって図１に示される
ように、１以上の追加のポンプ放射源がモノリシック半導体多層構造１２の利得
部１６上に追加のポンプ放射を向けるように配置され得ることである。
【００１６】 レンズ３０は、簡単のため、単一の実像を結ぶ要素として図１に示される。当
業者は、レンズ３０が２以上の要素を含み得ることを認識し、また、１以上の円
筒形又はゆがみ形要素が光線２９に固有の非点収差のために補正される必要があ
ることを認識するだろう。当業者は、更に、さらなる例証なく、ダイオードレー
ザー２８からの光が集束され、光導波管又は光ファイバー配列によってレンズ３
０に送られることを認識するだろう。
【００１７】 光学的非線形結晶３２は、レーザー空胴共振器２３内に位置され、利得帯域幅
によって定義されたそのような周波数のスペクトルから選択された基本レーザー
放射の予め決められた周波数を倍加するように構成される。周波数倍加放射は、
二重矢によって示されるように、レーザー空胴共振器２３のアーム２３Ａ内だけ
で循環する。利得帯域幅は、モノリシック半導体多層１２の利得領域１６の構成
の特性を示す。周波数倍加放射は、褶曲鏡２２を介してレーザー空胴共振器２３
から抽出される。それは、基本波長における高反射力と第２調和（周波数倍加）
波長における高透過のためにコーティングされる。
【００１８】 複屈折フィルター３４は、レーザー放射の予め決められた周波数を選択するた
めに、レーザー空胴共振器２３のアーム２３Ｂに位置される。複屈折フィルター
３４、コーティングを施していないエタロン、又は分散プリズムのような周波数
（波長）選択要素は、とりわけ２つの理由のために、本発明のレーザーにおいて
有利である。
【００１９】 一方では、製造における制御許容誤差のため、モノリシック半導体多層１２の
利得領域１６の構成の変化は、基本周波数の対応する変化を供給することが期待
され得る。典型的に、この変化は、利得帯域幅を超えない。したがって、複屈折
フィルター３４は、半導体多層構造の製造誤差にも拘わらず、基本レーザー放射
が常に同一の周波数を有すことを保証する。これは、レーザーがキャビティー内
で倍加されるか否かに拘わらず、光学的ポンプ外部キャビティー半導体レーザー
製造品質と整合性の理由のために有利である。
【００２０】 他方、光学的非線形結晶は、典型的に、あらゆる瞬間にある特定の周波数を周
波数倍加するように構成される。倍加処理は、十分な利得帯域幅の利得媒体を与
えられるレーザー空胴共振器において損失を構成するので、その共振器は、損失
を避けるために、（いわゆる、「波長ホッピング」）倍加されるべき周波数以外
の周波数で振動しようと試みる。この結果は、もし周波数倍加出力の明白な損失
がないならば、制御されない調整又はノイズである。複屈折フィルター３４の包
含は、レーザー空胴共振器２３に倍加すべき選択された周波数でのみ共振するこ
とを余儀なくされ、それによって、波長ホッピングのために、周波数を倍加し、
及びノイズを除去するように強要する。
【００２１】 光学的ポンプは、高ポンプパワーがモノリシック半導体多層１２の利得部分１
６上の比較的小さい光線直径に送られることを可能にする。この場合、レーザー
空胴共振器２３のための適切な安定した共振器形状を与え、その共振器は、本質
的に、単一モードで作動する。１つのそのような空胴共振器は、以下で更に詳細
に議論される。単一モード作動は、高光線質を提供するのみならず、モードカッ
プリング、及び光学的非線形結晶３２の和周波発生のような制御されない多重モ
ード作動の出力ノイズ現象特性を排除する。したがって、ＢＲＦ３４によって波
長ホッピングの除去に結び付けられた高ポンプパワーにおける単一モード作動は
、ハイパワー、低ノイズの周波数倍加出力が高光線質において利用可能である。
【００２２】 本発明におけるＩＣ倍加光学的ポンプ半導体レーザーの好ましい一例では、半
導体多層構造１２は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）と砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ
）との互い違いの層から形成されるブラッグ鏡部１４と、インジウムガリウム砒
素リン化物（ＩｎＧａＡｓＰ）のスペーサー層によって間隔を空けられた、イン
ジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）の１５の賦活層を含む利得部１６とを備え
る。賦活層組成は、およそ９７６ｎｍの波長を名目上中心とする出力スペクトル
を有する基本レーザー放射を供給する。ポンプ光源２４は、およそ８０８ｎｍの
波長でポンプパワーの約１．０ワット（Ｗ）を半導体多層構造１２の利得部１６
に伝える。複屈折フィルター３４は、９７６ｎｍの基本放射を選択するように配
置される。光学的非線形結晶３２は、５ｍｍ長のＬＢＯ（三硼酸リチウム、Ｌｉ
Ｂ３Ｏ５）結晶であり、タイプＩ位相整合のために配置される。ここで、ＬＢＯ
が光学的線形結晶であるが、あらゆる他の光学的非線形結晶、例えば、ニオブ酸
カリウム（ＫＮｂＯ３）又はリン酸チタンカリウム（ＫＴＰ）が本発明の精神及
び範囲を逸脱することなく用いられ得ることに注意されたい。
【００２３】 外部鏡２０は、基本波長と半基本（調和）波長において高反射力のためにコー
ティングされた、平面鏡である。褶曲鏡２２は、２５．０ｍｍの曲率半径を有し
、外部鏡２０からおよそ１８ｍｍのところに位置される。褶曲鏡２２は、基本波
長において高い反射力のために、調和波長において高い透過力のために、コーテ
ィングされる。半導体多層構造１２は、褶曲鏡２２からおよそ２６ｍｍのところ
に位置される。この空胴共振器配置は、褶曲鏡２２と外部鏡２０との間のビーム
ウエストを提供する。光学的非線形結晶３２は、ビームウエストの最小半径に一
致する位置に配置される。ビームウエストは、１／ｅ２位置における直径でおよ
そ５０μｍである。この例では、およそ４８８ｎｍの波長で約５０．０ｍＷの出
力が得られる。
【００２４】 本発明におけるＩＣ倍加光学的ポンプ半導体レーザーが上記で例示された表面
エミッティング半導体多層構造の材料での使用に制限されないことに注意された
い。ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｇａ
Ａｓ、及びＩｎＧａＮ／Ａｌ２Ｏ２を含む、あらゆる表面エミッティング半導体
多層賦活層構造が用いられ得るが、これに制限されるわけではない。これらは、
それぞれ、およそ８５０〜１１００ｎｍ、７００〜８５０ｎｍ、６２０〜７００
ｎｍ、及び４２５〜５５０ｎｍの範囲の基本波長を供給する。したがって、本発
明における周波数倍加は、電磁スペクトルの緑色部分から紫外線部分までで変動
する出力波長を供給し得る。当業者は、前述の賦活層構造指示において、ストロ
ークの左手の混合物が賦活層材料を表し、ストロークの右手の混合物が半導体層
構造がエピタキシャル成長された基板を表すことを認識する。
【００２５】 本発明におけるＩＣ倍加光学的ポンプ半導体レーザーは、図１の折り返された
空胴共振器配置に制限されない。当業者は、本発明において利用され得るさらな
る例示をすることなく、他の空胴共振器配置を認識する。代わりの空胴共振器配
置の例は、図２において以下に示される。
【００２６】 本発明における光学的ポンプＩＣ倍加表面エミッティング半導体レーザーのも
う一つの実施の形態１１は、描写される。ここで、レーザー空胴共振器２１は、
基本波長と調和波長において高反射力のためにコーティングされた平面外部鏡２
０と、基本波長において最大反射力のためにコーティングされた凹外部鏡２２に
よって境界をなされる。空胴共振器の軸線２６は、半導体多層構造１２のブラッ
グ鏡部１４によって折り返される。ポンプ放射は、レーザー１０に参照で上述さ
れるように、半導体多層構造１２の利得部１６に提供される。
【００２７】 波長選択要素２４と光学的非線形結晶３２は、それぞれ、レーザー空胴共振器
２１のアーム２１Ｂ及び２１Ａに含まれる。周波数倍加放射は、調和波長におい
て高反射力、及び基本波長において高透過のためにコーティングされたビームス
プリッター２５によって空胴共振器２１から反射される。
【００２８】 上述のような褶曲鏡として半導体多層構造を用いることは、褶曲鏡として（「
Ｚ」、「Ｗ」又は一般にジグザグ方法で）２以上の半導体多層構造１２（それぞ
れ単独に光学的にポンピングされる）を用いて、２回以上共振器を折り返すこと
によって、本発明におけるレーザーの配置で追加のパワーを供給するために有利
に用いられてもよい。上に提供された記述から、そのような形状は、さらなる詳
細な記述又は例証なく、当業者にとって明白である。
【００２９】 図３において、本発明における光学的ポンプＩＣ倍加垂直キャビティーレーザ
ーのもう一つの実施の形態１３が描写される。レーザー１３は、半導体多層構造
１２のブラッグ鏡部１４と凹部鏡２２によって境界がなされる一直線の空胴共振
器１３を含む。それは、周波数倍加放射の出力を可能にするために、基本波長に
おいて高反射力、調和波長において高透過のためのコーティングをされる。空胴
共振器２５は、レーザー１０及び１１に参照で上述されるように機能して、光学
的非線形結晶３２と、波長選択要素３４とを含む。ポンプ放射は、レーザー１０
及び１１に参照で上述されるように、半導体多層構造１２の利得部１６に供給さ
れる。
【００３０】 レーザー１３は、上述のレーザー１０及び１１よりも形状が明らかに単純であ
るが、半導体多層構造１２に向かう方向に光学的非線形結晶３２を横切る基本放
射によって生成された（そして、基本放射と同一の方向に伝わる）周波数倍加放
射が、調和波長のために本質的に１００％である半導体多層構造内の吸収によっ
て本質的に完全に失うのと比較して、重大な不利益を有する。レーザー１０及び
１１は、数ある理由の中で、半導体層構造の調和放射の損失を避けるように構成
される。
【００３１】 上記の通り、外部キャビティー光学的ポンプ外部共振器表面エミッティング半
導体レーザー内への波長選択要素３４の包含は、それ自体、すなわち、キャビテ
ィー内光学的非線形結晶がないときでさえ、半導体プロセス制御において固有の
制限に許容できる不変の望ましい周波数のレーザーを供給できるので、有益であ
る。同じく、もし、鏡２０、２２、又は２３の少なくとも一つが反射モードで用
いられる高精巧なエタロンあるいは同種のもののような高選択バンドバスフィル
ターによって提供されるならば、別の波長選択要素が省略されてもよいことに注
意されたい。この場合、鏡自身は、利得帯域幅から特定の周波数を選択する事情
において波長選択要素と称されてもよい。
【００３２】 本発明におけるＩＣ周波数変換光学的ポンプ半導体レーザーがＩＣ周波数倍加
レーザーのように上述されるが、これは、本発明を制限するものとして解釈され
るべきではない。当業者は、さらなる詳細な記述又は例証なく、本発明の原理が
空胴共振器に１以上の追加のキャビティー内光学的非線形結晶を追加することに
よって、より高い調和周波数に変換するために等しく適用可能であることを理解
する。これは、例えば、既に周波数を倍加された放射の周波数を倍加し、それに
よって、第４調和放射を供給することを、あるいは、第３調和放射を供給するた
めに基本及び第２調和放射を混合することをなされてもよい。
【００３３】 本発明におけるＩＣ周波数変換光学的ポンプ半導体レーザーでは、光学的非線
形結晶３２は、また、パラメーター混合処理及び光学的パラメーター励振を提供
するために、選択され、配置されてもよい。非線形結晶内のパラメーター混合処
理は、基本周波数ωpumpにおけるポンプ放射を光学的出力（変換）周波数ωsign al （信号灯又は信号周波数）及びωidler（空き周波数）に変換することによっ
て、光学的利得を供給する。これらの周波数は、互いに非整数関係を有し、出力
周波数が信号灯である指示は任意である。
【００３４】 光学的空胴共振器は、持続振動又は信号灯の共振に至る増幅された信号灯のフ
ィードバック、及び使用可能な信号灯出力の生成物を提供する。その技術で周知
のように、信号周波数（及び対応する空き周波数）は、広範囲の周波数に渡って
連続的に整調される。整調することは、例えば、ポンプ光線に関して光学的非線
形結晶の角度を調整することによって果たされる。パラメーター混合のための一
つの好ましい光学的非線形結晶材料は、β−ホウ酸バリウム（ＢａＢＯ４）であ
る。
【００３５】 図４は、本発明におけるＩＣ変換光学的ポンプ半導体レーザーのなおもう一つ
の実施の形態１５を描写する。ここで、光学的非線形結晶３２は、光学的パラメ
ーター励振のために配置される。レーザー１５は、波長選択要素３４と光学的非
線形結晶３２を含む、直線レーザー空胴共振器２５を含み、図３のレーザー１３
のために上述されたように光学的にポンピングされる。
【００３６】 光学的パラメーター励振は、ここでは、別の空胴共振器３９が提供されるいわ
ゆる非共線的ポンプ配置において達成される。空胴共振器３９は、共振器２５の
共振器光軸２６へある角度で傾けられた共振軸４１を有し、鏡（反射鏡）４０及
び４２によって境界をなされる。角度は、例証の都合上、図５では幾分誇張され
ている。鏡４０は、変換周波数（信号灯波長）において大いに反射する。鏡４０
は、信号灯波長で特に反射力及び透過力があり、空胴共振器３９からの信号灯の
ための外部接続鏡としての役割を果たす。
【００３７】 光学的パラメーター励振は、また、いわゆる共線的ポンプ配置で可能であり、
信号灯及びポンプ灯は、ほぼ共通軸に沿って光学的非線形結晶を通して振動する
。図５は、レーザー１７のようなものを描写する。レーザー１７は、波長選択要
素３４及び光学的非線形結晶３２を含む、直線レーザー空胴共振器２５を含み、
図３のレーザー１３のために上述されたように光学的にポンピングされる。信号
灯波長において高反射力で、基本波長において高透過力であるためにコーティン
グされたビームスプリッター要素３７は、同じく共振器２５に含まれる。ビーム
スプリッター３７と、信号灯及び基本波長の両方において高反射力であるために
コーティングされた鏡２２と、信号波長において高反射力であるためにコーティ
ングされた鏡５２とが協同して、ＯＰＯ共振器５０を形成する。ＯＰＯ共振器５
０は、光学的非線形結晶３２内の共振器２５の軸２６に共線的である軸５６を有
する。
【００３８】 すべて上述される本発明におけるレーザーの実施の形態は、単一モード動作を
強制し、波長がホッピングするのを防ぐための波長選択要素を含む。ある実施例
では、光線質、単一モード動作、又はノイズはあまり重要ではなく、波長選択要
素は、単に除かれてもよい。
【００３９】 本発明は、好ましい及び他の実施の形態に関して記述され、描写された。しか
しながら、本発明は、記述され、描写された実施の形態に制限されない。むしろ
本発明は、ここに添付された特許請求の範囲によって画定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、周波数倍加のために配置された光学的非線形結晶を含む外部空胴共振
器を持つ、本発明における光学的ポンプ外部キャビティー表面エミッティング半
導体レーザーの好ましい一実施の形態を概略的に示す。
【図２】 図２は、周波数倍加のために配置された光学的非線形結晶を含む外部空胴共振
器を持つ、本発明における光学的ポンプ外部キャビティー表面エミッティング半
導体レーザーのもう一つの好ましい実施の形態を概略的に示す。
【図３】 図３は、周波数倍加のために配置された光学的非線形結晶を含む外部空胴共振
器を持つ、本発明における光学的ポンプ外部キャビティー表面エミッティング半
導体レーザーの更にもう一つの好ましい実施の形態を概略的に示す。
【図４】 図４は、非共線形ポンプ光学的パラメーター励振のために配置された光学的非
線形結晶を含む外部空胴共振器を持つ、本発明における光学的ポンプ外部キャビ
ティー表面エミッティング半導体レーザーのなおもう一つの好ましい実施の形態
を概略的に示す。
【図５】 図５は、非共線形ポンプ光学的パラメーター励振のために配置された光学的非
線形結晶を含む外部空胴共振器を持つ、本発明における光学的ポンプ外部キャビ
ティー表面エミッティング半導体レーザーのさらなる好ましい実施の形態を概略
的に示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１０月２７日（２０００．１０．２７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スピネリー、ルイス・エイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94086、サニーベール、シー・イースト・ マッキンリー 545 Ｆターム(参考） 2K002 AB12 CA02 HA20 5F073 AA67 AB16 AB21 AB25 CA05 CA07 CA13

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザーであって、 スペーサー層によって間隔を空けられた複数の賦活層を含む半導体多層表面エ
    ミッティング利得構造（１６）と、 共振器光軸を有し、第１及び第２の鏡（１４、２０）によって境界をなされる
    レーザー共振器であって、前記利得構造内に形成される前記レーザー共振器と、 前記レーザー共振器内でレーザー放射を生成するために、前記利得構造にポン
    プ放射を送るよう配置されたポンプ放射源（２４）と、 前記利得構造の構成の利得帯域幅内において前記レーザー放射の周波数を選択
    するために、前記レーザー共振器内に位置される波長選択装置（３４）と、 を備えることを特徴とするレーザー。
  2. 【請求項２】 前記波長選択装置は、複屈折フィルター、エタロン、及びプ
    リズムからなる波長選択装置のグループから選択されることを特徴とする請求項
    １記載のレーザー。
  3. 【請求項３】 前記レーザー共振器は、前記利得構造から間隔を空けられた
    前記第１の鏡（２０）とともに直線共振器として形成され、前記第２の鏡（１４
    ）は、前記利得構造によってその上に置かれたブラッグ鏡であることを特徴とす
    る請求項１記載のレーザー。
  4. 【請求項４】 前記レーザー共振器は、前記利得構造から間隔を空けられた
    前記第１及び第２の鏡とともに折り返された共振器として形成され、前記ブラッ
    グ鏡は、前記共振器光軸を折り曲げるためのホールド鏡としての役割を果たすこ
    とを特徴とする請求項１記載のレーザー。
  5. 【請求項５】 前記レーザー共振器内に位置され、レーザー放射の前記選択
    された周波数を少なくとも一つの異なる周波数に変換し、それによって周波数の
    変換された放射を供給するよう配置された光学的非線形結晶（３２）を更に備え
    ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のレーザー。
  6. 【請求項６】 前記レーザー共振器及びその中の構成要素は、レーザーが単
    一軸モードで動作するように配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいず
    れかに記載のレーザー。
  7. 【請求項７】 前記ポンプ放射源は、ダイオードレーザー（２８）を含むこ
    とを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のレーザー。
  8. 【請求項８】 レーザーであって、 スペーサー層によって間隔を空けられる複数の賦活層を含む半導体多層表面エ
    ミッティング利得構造（１６）と、 第１の共振器光軸を有し、第１及び第２の鏡（１４、２０）によって境界をな
    される第１のレーザー共振器であって、前記利得構造を含むよう形成された第１
    のレーザー共振器と、 前記第１のレーザー共振器内で基本周波数を有するレーザー放射を生成するた
    めに、ポンプ放射を前記利得構造に送るよう配置されたポンプ放射源（２４）と
    、 前記第１のレーザー共振器内に位置され、前記レーザー放射を少なくとも一つ
    の異なる周波数の光に変換し、それによって周波数の変換された放射を供給する
    ように配置された第１の光学的非線形結晶（３２）と、 を備えることを特徴とするレーザー。
  9. 【請求項９】 前記第１の光学的非線形結晶は、前記レーザー放射の前記基
    本周波数を倍加し、それによって周波数の変換された放射が第２調和放射である
    ように、選択、配置されることを特徴とする請求項８記載のレーザー。
  10. 【請求項１０】 前記第１のレーザー共振器は、前記第１及び第２の鏡の間
    に位置される第３の鏡によって第１及び第２の部分に折り返され、該第１の部分
    は、該第２及び第３の鏡の間にあり、該第２の部分は、該第１及び第３の鏡の間
    にあり、前記利得構造及び前記第１の光学的非線形結晶は、それぞれ、該第１の
    レーザー共振器の該第１及び第２の部分にあることを特徴とする請求項９記載の
    レーザー。
  11. 【請求項１１】 前記第１のレーザー共振器内に位置され、前記第２調和放
    射の周波数を倍加し、それによって第４調和放射を供給するように配置された第
    ２の光学的非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項９又は１０記載のレー
    ザー。
  12. 【請求項１２】 前記第１のレーザー共振器内に位置され、前記第２調和放
    射を放射の前記選択された周波数と混合し、それによって、第３調和放射を供給
    するよう配置された第２の光学的非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項
    ９又は１０記載のレーザー。
  13. 【請求項１３】 前記利得構造の利得帯域幅特性からレーザー放射の前記基
    本周波数を選択するために、前記第１のレーザー共振器内に位置される波長選択
    装置（３４）を更に含むことを特徴とする請求項１１又は１２記載のレーザー。
  14. 【請求項１４】 前記レーザー共振器は、前記第１及び第２の鏡の間に位置
    される第３の鏡（２２）によって第１及び第２の部分に折り返され、該第１の部
    分は、該第２及び第３の鏡の間にあり、該第２の部分は、該第１及び第３の鏡の
    間にあり、前記利得構造及び前記第１の光学的非線形結晶は、それぞれ、該第１
    のレーザー共振器の該第１及び第２の部分にあり、波長選択装置は、該利得構造
    の利得帯域特性からレ−ザー放射の前記基本周波数を選択するために、該第１の
    レーザー共振器の該第１の部分に位置されることを特徴とする請求項９記載のレ
    ーザー。
  15. 【請求項１５】 前記第１のレーザー共振器の前記第２の部分に位置され、
    前記第２調和放射の周波数を倍加し、それによって、第４調和放射を供給するよ
    う配置された第２の光学的非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項１４記
    載のレーザー。
  16. 【請求項１６】 前記第１のレーザー共振器内に位置され、前記第２調和放
    射を放射の前記選択された周波数と混合し、それによって、第３調和放射を供給
    するよう配置された第２の光学的非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項
    １４記載のレーザー。
  17. 【請求項１７】 前記第３の鏡は、前記第２調和放射を通過させ、そのため
    に出力結合鏡としての役を果たすことを特徴とする請求項１４記載のレーザー。
  18. 【請求項１８】 前記第１の光学的非線形結晶は、ＬＢＯ、ＫＮｂＯ３、Ｋ
    ＴＰ及びＢＢＯからなる光学的非線形材料のグループから選択された材料の結晶
    であることを特徴とする請求項８乃至１７のいずれかに記載のレーザー。
  19. 【請求項１９】 前記第１の光学的非線形結晶は、ＬＢＯ結晶であることを
    特徴とする請求項１８記載のレーザー。
  20. 【請求項２０】 前記第１の光学的非線形結晶は、ＢＢＯ結晶であることを
    特徴とする請求項１８記載のレーザー。
  21. 【請求項２１】 前記利得構造の前記賦活層は、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡ
    ｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、及びＩｎＧａＮからなる賦活層材料のグループから選択さ
    れた材料の層であることを特徴とする請求項８乃至１８のいずれかに記載のレー
    ザー。
  22. 【請求項２２】 前記周波数を変換された放射は、緑色部から紫外線部まで
    変化する電磁スペクトルの領域内の波長を有することを特徴とする請求項２１記
    載のレーザー。
  23. 【請求項２３】 前記周波数を変換された放射は、電磁スペクトルの紫外線
    部の波長を有することを特徴とする請求項２２記載のレーザー。
  24. 【請求項２４】 前記周波数を変換された放射は、電子スペクトルの緑色部
    の波長を有することを特徴とする請求項２２記載のレーザー。
  25. 【請求項２５】 前記利得構造の前記賦活層は、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡ
    ｓ、及びＩｎＧａＡｓＰからなる賦活層材料のグループから選択された材料の層
    であり、前記レーザー放射は、およそ６２０から１１００ナノメーターの範囲の
    波長を有することを特徴とする請求項８乃至１８記載のレーザー。
  26. 【請求項２６】 前記第１のレーザー共振器及びその中の構成要素は、レー
    ザーが単一軸モードで動作するように、配置さえることを特徴とする請求項８乃
    至１８、２１及び２５のいずれかに記載のレーザー。
  27. 【請求項２７】 前記ポンプ放射源は、ダイオードレーザーを含むことを特
    徴とする請求項項８乃至１８、２１、２５及び２６のいずれかに記載のレーザー
    。
  28. 【請求項２８】 前記光学的非線形結晶は、レーザー放射の前記基本周波数
    を第１及び第２の異なる周波数に変換するように選択、配置され、その一つの周
    波数が前記周波数の変換された光としての出力のために選択されることを特徴と
    する請求項８記載のレーザー。
  29. 【請求項２９】 第２の共振器光軸を有し、前記周波数の変換された光を前
    記光学的非線形結晶を通させるように形成された第２のレーザー共振器を更に含
    むことを特徴とする請求項８記載のレーザー。
  30. 【請求項３０】 前記第１及び第２の胸式光軸は、共線的であることを特徴
    とする請求項２９記載のレーザー。
  31. 【請求項３１】 前記第１及び第２の胸式光軸は、共線的でないことを特徴
    とする請求項２９記載のレーザー。
  32. 【請求項３２】 前記利得構造の前記賦活層は、ＩｎＧａＡｓの層であり、
    前記第２の鏡は、該利得構造の上に置かれたブラッグ鏡であり、前記第１のレー
    ザー共振器は、前記第１及び第２の鏡の間に位置される第３の鏡によって第１及
    び第２の部分に折り返され、該第１の部分は該第２及び第３の鏡の間にあり、該
    第２の部分は該第１及び第３の鏡の間にあり、該利得構造及び前記第１の光学的
    非線形結晶は、それぞれ、該第１の光学的非線形結晶の該第１及び第２の部分に
    あり、複屈折フィルターは、該第１のレーザー共振器の該第１の部分に位置され
    、およそ９７６ｎｍの前記レーザー放射の波長を選択するよう配置され、該第１
    の光学的非線形結晶は、レーザー放射の前記選択された波長の周波数を倍加し、
    それによって、およそ４８８ｎｍの波長を有する周波数を変換された放射を供給
    することを特徴とする請求項８記載のレーザー。
  33. 【請求項３３】 前記第３の鏡は、前記周波数の変換された放射を透過して
    、前記レーザー共振器から該周波数の変換された放射を送る役割を果たすことを
    特徴とする請求項３２記載のレーザー。
  34. 【請求項３４】 前記ポンプ放射源は、ダイオードレーザーを含むことを特
    徴とする請求項３２又は３３記載のレーザー。
  35. 【請求項３５】 ５５０ｎｍから３１０ｎｍ、あるいは２７５ｎｍから２１
    ５ｎｍまでの範囲内に落ちる予め選択された波長を有する光の生成方法であって
    、 （ａ） 半導体多層表面エミッティング利得構造（１６）を製作するステップで
    あって、該利得構造は複数の賦活層を含み、該賦活層は、１１００ｎｍから６２
    ０ｎｍあるいは５５０ｎｍから４２５ｎｍの領域内に落ちる特性レーザー放射エ
    ミッション波長を有し、該賦活層は、該特性レーザー放射エミッション波長の２
    倍、３倍、又は４倍の予め選択された波長の一つである、製作ステップと、 （ｂ） レーザー共振器（１４、２０）内に前記利得構造を配置するステップと
    、 （ｃ） レーザー共振器内に第１の光学的非線形要素（３２）を位置するステッ
    プと、 （ｄ） レーザー共振器外に位置されるダイオードレーザー（２８）で前記利得
    構造を光学的にポンプし、前記半導体多層構造の前記利得部分の吸収にマッチさ
    れる出力を有し、それによって、前記第１の光学的非線形結晶を通して、前記特
    性エミッション波長を有するレーザー放射を前記レーザー共振器内で循環させ、
    それによって、該レーザー放射は前記第１の光学的非線形要素によって倍加され
    る周波数であり、それによって、前記特性エミッション波長の１／２波長を有す
    る第２調和光を生成するステップと、 （ｅ） もし、予め選択された波長が前記第２調和光の波長であるならば、前記
    レーザー共振器から該第２調和光を送るステップと、 を有することを特徴とする生成方法。
  36. 【請求項３６】 前記特性レーザー放射エミッション波長は、予め選択され
    た波長の３倍であり、前記方法は、 （ｆ） 前記レーザー放射及び前記第２調和光がそこで混合されるように、第２
    の光学的非線形要素を前記レーザー共振器内に位置し、それによって、前記特性
    エミッション波長の１／３の波長を有する第３調和光を生成するステップと、 （ｇ） 前記レーザー共振器から前記第３調和光を送るステップと、 を有することを特徴とする請求項３５記載の方法。
  37. 【請求項３７】 前記特性レーザー放射エミッション波長は、予め選択され
    た波長の４倍であり、前記方法は、 （ｆ） 前記第２調和光がそこで倍加されるように、第２の光学的非線形要素を
    前記レーザー共振器内に位置し、それによって、前記特性エミッション波長の１
    ／４の波長を有する第４調和光を生成するステップと、 （ｇ） 前記レーザー共振器から前記第３調和光を送るステップと、 を有することを特徴とする請求項３５記載の方法。
  38. 【請求項３８】 （ｈ） 前記特性エミッション波長で前記循環レーザー放
    射を維持するために、前記レーザー共振器内に波長選択装置を位置するステップ
    、 を更に有することを特徴とする請求項３５乃至３７のいずれかに記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記賦活層は、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡ
    ｓＰ及びＩｎＧａＮからなる賦活層材料のグループから選択された材料の層であ
    り、該賦活層材料は、それぞれ、１１００ｎｍから８５０ｎｍ、８５０ｎｍから
    ７００ｎｍ、７００ｎｍから６２０ｎｍ及び５５０ｎｍから４２５ｎｍの領域内
    に落ちる特性出力波長を有することを特徴とする請求項３５乃至３８記載の方法
    。
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