JP2004253800A - レーザーパルス形成用レーザー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス持続時間がピコ秒領域またはフェムト秒領域となるレーザーパルス形成用レーザー装置を提供する。
【解決手段】レーザー装置の外部共振器に少なくとも１つのモードカプラが配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部共振器を有する光ポンピング半導体レーザーを備えたレーザーパルス形成用レーザー装置に関する。

光ポンピングレーザー装置は例えば国際公開第０１９３３８６号明細書から公知である。ここにはヴァーティカルエミッタを備えた半導体ボディが記載されており、これは内部のポンピング放射源、有利にはエッジ発光型レーザーによって光ポンピングされる。ヴァーティカルエミッタおよびポンピング放射源はここではモノリシックに組み込まれている。この文献の内容および独国出願第１０３０６９９７．６号明細書の内容は本願に関連している。

また外部のポンピング放射源によって光ポンピングされるヴァーティカルエミッタを備えた装置も周知である。内部および外部でポンピングされるヴァーティカルエミッタおよび半導体ディスクレーザーを以下ではまとめてディスクレーザーと称する。

レーザーパルスを形成するためにこの種のレーザーでは例えばポンピング放射源がパルス駆動される。またレーザーパルスを形成するために利得スイッチングやＱスイッチングなどのプロセスを用いることも知られている。こうして得られるパルスの持続時間は典型的にはマイクロ秒からナノ秒の領域であり、ピコ秒の範囲よりはずいぶん大きい。

より短いパルス持続時間を実現するために、色素レーザー、チタンサファイアレーザーまたはフラッシュランプでポンピングされるＮｄ：ＹＬＦレーザーなどの従来のレーザーではモードカップリングの原理が利用されている。

モードカップリングでは１つのレーザー共振器の複数のモードがフェーズロック結合され、結果として生じる電磁場が共振器内を走行する短いパルスに相応する。

ここでは能動のモードカップリングと受動のモードカップリングとが区別される。能動のモードカップリングは例えば共振器長さに合わせて励起される電気光学変調器を介した共振器損失の変調に基づいている。ただし能動のモードカップリングには適切な媒体のほか外部の高周波数制御部が必要であり、コストが高くなってしまう。

これに対して受動のモードカップリングでは共振器内部の電磁場そのものが共振器損失または他の共振器特性の変調を形成し、これらが再び共振器内部の放射場に作用する。受動のモードカップリングの一例として光カー効果モードカップリング（Kerrlinsen-Modenkopplung）やチタンサファイアレーザーにおける自己位相変調などが挙げられる。

このとき実現可能なパルス持続時間は特にレーザー媒体の増幅帯域幅および結合可能なモード数に依存している。

半導体レーザーは一般にモードカップリングなしで駆動される。これは特に共振器が半導体レーザーチップの側面から形成されることが多く、そのために個別のモードカプラを設けることが困難であったからである。また従来の半導体レーザーでは一般に受動のモードカップリングに対する増幅帯域幅および放射強度が充分ではなかった。
国際公開第０１９３３８６号明細書 独国出願第１０３０６９９７．６号明細書

したがって本発明の課題は、特にパルス持続時間がピコ秒領域またはフェムト秒領域となる冒頭に言及した形式のレーザーパルス形成用レーザー装置を提供することである。

この課題は、本発明により、外部共振器に少なくとも１つのモードカプラが配置されているレーザー装置を構成して解決される。

本発明の有利な実施形態は各従属請求項の対象となっている。

本発明では、光ポンピングされる半導体レーザーにおいて増幅帯域幅および放射強度は特に受動のモードカップリングが可能となる領域に存在する。

本発明のモードカプラは外部モードカプラとして半導体レーザーの外部に配置されるか、および／または内部モードカプラとして半導体ボディ内に組み込まれる。またこれを例えばモードカップリングを開始するための外部モードカプラと、パルスをさらに縮小しまたはモードカップリングを安定化するための内部モードカプラとを組み合わせた２段構造としても有利である。

有利には、外部の共振器によって光ポンピングされる半導体レーザーでは共振器の長さを広い領域から自由に選択することができ、外部モードカプラに対して充分な空間的余地が生じる。さらに有利には、共振器長さは増幅帯域幅内でモードカップリング動作に対して充分な数の共振器モードが生じるように選定される。

本発明によれば特にレーザーパルスの持続時間がピコ秒領域またはフェムト秒領域となる高効率の光源が実現される。この光源では付加的に良好なビーム品質も際立った特徴として得られる。さらに半導体素子の全部分が活用されるコンパクトな構造が得られる。

本発明の第１の実施形態では、半導体レーザーをポンピングする外部のポンピング放射源が設けられている。有利にはこのために従来のエッジ発光型ダイオードレーザーが使用される。この実施形態は半導体レーザーの構造が簡単になることが特徴である。また市販で容易に入手可能な素子をポンピング放射源として使用することができる。ポンピング放射源も光ポンピングされる半導体レーザーも容易に入手可能であり、コンポーネントの配置に広いバリエーションが考えられる。

本発明の第２の実施形態では、半導体レーザーは自身の内部にモノリシックに組み込まれたポンピング放射源によって光ポンピングされる。この実施形態ではレーザー装置は特に僅かなコンポーネントのみで形成され、実装やアライメントにかかるコストが低減されるので有利である。またこの実施形態はポンピング放射源および半導体レーザーがモノリシックに集積されているため高い安定性を有する点が際立っている。

有利にはモードカプラは受動モードカプラとして構成されている。本発明における前述の光ポンピングされる半導体レーザーでは、強度の高い共振器内部の放射場が形成され、受動のモードカップリングが可能となる。能動モードカプラに比べて受動モードカプラは外部の制御装置が必要ないという利点を有する。

有利にはモードカプラは可飽和吸収体であり、特には半導体材料から成る可飽和吸収体である。可飽和吸収体は他の受動モードカプラよりも小さな放射強度しか必要としない。このため一方では相対的に小さなポンピングパワーでモードカップリング動作が可能となってポンピング放射源への要求が低減され、また他方では可飽和吸収体を介してモードカップリング動作の開始が簡単となり、きわめて有利である。

モードカップリング動作が開始されると、レーザー装置は一般に典型的な放射強度での連続波動作から格段に高い強度での定常的なモードカップリング動作へ移行する。小さな放射強度しか要さないモードカプラを用いるとこの移行が容易になる。定常的なモードカップリング動作を他のモードカップリング機構、例えば光カー効果モードカップリング部、自己位相変調部、または交差位相変調部などによって支援したり安定化したりしてもよい。

また可飽和吸収体は有利にはモードカップリング動作と同時に発生する望ましくない連続波動作を抑圧するために用いられる。

ただし本発明においては可飽和吸収体なしでも連続波モードを抑圧することができる点に注意されたい。このために例えばモードカップリング動作と連続波動作とを区別する熱レンズ効果および／または光カー効果が用いられ、共振器内部の放射場をレーザー活性媒体に対してデフォーカシングすることが容易になる。

半導体ベースの可飽和吸収体は鏡、特に共振器ミラーと組み合わされる。これによりコンポーネントの数が低減され、ひいては実装やアライメントにかかるコストが低減される。またこのように鏡と可飽和吸収体とを組み合わせると場の強調（Feldueberhoehung）が発生し、受動のモードカップリングに必要な強度をさらに低減させることができる。こうしたモードカプラはＳＥＳＡＭ（SEmiconductor Saturable Absorber Mirror）として知られている。

これに代えてこうした可飽和吸収体を半導体レーザーの半導体ボディ内に組み込んでもよい。半導体ベースの可飽和吸収体は半導体レーザーと同様に一般に複数の半導体層から成っている。

例えば可飽和吸収体を量子井戸構造部として構成することができる。短いパルスまたは超短のパルスを形成する可飽和吸収体として使用するために、当該の量子井戸構造部のルミネセンス寿命はできる限り小さくなくてはならない。このことは一方では量子井戸構造部を表面近傍に配置し、迅速な表面での再結合を生じさせることによって達成され、他方では量子井戸構造部を比較的低い温度、例えば３００℃〜５００℃の領域で成長させることにより達成される。

鏡、例えばブラッグミラーを組み合わせる際に、有利には、可飽和吸収体の量子井戸構造部はパルスの入射成分が当該の領域で反射成分と重畳され、放射場の強調が生じるように鏡の近傍に配置される。

これらの半導体層が共通の１つの製造プロセスで成長されれば本発明のレーザー装置の製造にかかるコストが低減される。またこのようにすると、短いパルスを形成できるきわめてコンパクトなレーザー装置が実現される。

本発明の有利な別の実施形態では、外部共振器の内部に位相補償装置が設けられる。ピコ秒領域またはフェムト秒領域の超短パルスを形成するレーザー装置では、実現可能な最小のパルス持続時間はレーザー共振器の群速度分散に影響される。位相補償装置を用いればこの共振器の群速度分散が補償され、パルス持続時間が有利に低減される。特に本発明においてはピコ秒領域またはフェムト秒領域のパルス持続時間を達成することができる。

位相補償装置は例えば少なくとも１つのプリズム、格子、リニア式またはチャーピング式のミラー、レンズおよび／または光ファイバを有する。例えば４つのプリズムから成るプリズム区間を備えた位相補償装置の構造はチタンサファイアレーザーの分野で周知であるので、ここではこれ以上詳細には触れない。

また位相補償のためにチャーピングミラーを使用することもできる。チャーピングミラーは放射パルスを反射する際に同時にその周波数分布を変化させる。群速度分散により１つのパルスでも個別のスペクトル成分の伝搬時間が異なり、そのために周波数分布も変化するので、相応に適合化されたチャーピングミラーを用いてこの変化の除去すなわち位相補償を行う。ここで例えばチャーピングミラーはコンボリューション共振器ではチャーピングコンボリューションミラーとして使用される。

本発明の有利な別の実施形態では、共振器は基本波長λ_１のレーザーパルスを形成する第１の共振器分岐と基本波長λ_２のレーザーパルスを形成する第２の共振器分岐とを有する（２色レーザー）。この実施形態は本発明により連続波動作においても実現されることに注意されたい。有利には１つのレーザー装置により種々の波長のレーザーパルスが同時に形成される。

特に有利なのはこうした２色レーザーのモードカップリング動作である。２色レーザーでは波長λ_１，λ_２のレーザーパルスが相互作用するとフェーズロック結合が生じ、２つのパルスが時間的に同期される。

本発明の他の特徴、利点および態様を以下に図１〜図８を参照しながら７つの実施例に則して説明する。

図中対応する素子には対応する参照番号を付してある。

図１に示されているレーザー装置は半導体レーザー１を有しており、この半導体レーザーはヒートシンク２上に取り付けられている。半導体材料として例えばＩｎＧａＡｌＰ，ＩｎＡｌＧａＮ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＧａＳｂ，ＩｎＰなどが適している。

半導体レーザー１は外部のポンピング放射源３によって光ポンピングされるディスクレーザーとして構成されている。ポンピング放射２４はここでは有利には半導体レーザー１の出力結合側表面に斜めに入射する。

詳細には本発明の半導体レーザーは特に垂直発光型の量子井戸構造部を備えた活性層を有している。この量子井戸構造部は例えば導波体層のあいだおよび／または外套層のあいだに配置される。

半導体レーザーは活性層４のヒートシンク２に向かう側にさらに鏡面層５を有している。この鏡面層は有利にはブラッグミラーとして構成されている。

半導体レーザーの共振器は外部共振器として、ＳＥＳＡＭ６、出力結合鏡７、第１のコンボリューションミラー８、および第２のコンボリューションミラーとなる鏡面層５から成っている。

ＳＥＳＡＭ６は可飽和吸収体１０とミラー９とが組み合わされて成っている。可飽和吸収体１０はレーザー共振器のモードカプラとしても共振器の端部鏡としても用いられる。

駆動中、外部共振器内に形成される放射場がビーム軸線１１およびビーム径１２で示されている。ビーム径は例えばガウス光学系で近似されるビーム径である。

出力結合鏡およびコンボリューションミラーは凹面鏡であり、その曲率および配列状態はＳＥＳＡＭ６の領域と半導体レーザー１の領域とにそれぞれビームのくびれ部、つまり共振器の放射場の強度最大値が生じるように選定される。こうしたコンフィグレーションは可飽和吸収体を用いたモードカップリングおよびポンピング放射源のポンピング放射の効率的な相互作用に対して有利である。

駆動中、低いポンピングパワーでレーザー装置はまず連続波動作を開始する。充分に高いポンピングパワーが得られると外部の僅かな障害が共振器特性の短時間の変調に作用し、制御されないパルス駆動状態が生じる。ここで発生したレーザーパルスは連続波動作の放射場として高い強度を有しており、パルスの通過時に吸収体１０を連続波動作の放射場よりも強く飽和させる。すなわち吸収体の吸収度を相応の高い規模で低減する。これによりレーザーパルスの往復損失は結合されない連続波モードの場合よりも小さくなり、共振器での往復のたびに半導体レーザー１で優位に増幅され、ＳＥＳＡＭ６で定常的なモードカップリング駆動状態に達するまで結合される。

ここで達成可能なパルス持続時間はピコ秒領域以下であり、典型的には約１５ｐｓ〜５００ｆｓとなる。

図２には本発明の第２の実施例が示されている。この実施例は半導体レーザーがモノリシックに組み込まれたポンピング放射源３ａ，３ｂを有する点で第１の実施例と異なる。

詳細には半導体ボディ内に垂直発光型の量子井戸構造部を有する活性層４が設けられており、ここにラテラル方向でそれぞれ１つずつポンピング放射源３ａ，３ｂ、有利にはエッジ発光型レーザーが後置されている。ポンピング放射２４はこれにより側方で量子井戸構造部へ入射し、垂直方向で発光する。

ポンピング放射源３ａ，３ｂに給電するために、ヒートシンク２の表面側と裏面側とにコンタクト面２５が設けられている。本発明のこの実施例では特に外部のポンピング用レーザーに代えてポンピング放射源を組み込んだディスクレーザーが設けられている。

垂直発光型の量子井戸構造部は量子井戸を形成する複数の半導体層を有している。隣接する２つの半導体層のあいだにそれぞれ１つまたは複数の半導体層がバリアとして配置されている。

本発明では外部のポンピング放射源にも内部に組み込まれたポンピング放射源にも２つの異なるポンピングモードを設けることができる。

第１のポンピングモードではポンピング放射の波長が垂直発光型の量子井戸構造部に適合するように調整されており、ポンピング放射は主として量子井戸構造部を形成する半導体層内へ吸収される。このポンピングモードは特にポンピング放射源の組み込まれた半導体レーザーにとって有利である。なぜならヴァーティカルエミッタの発光領域を最大限まで均一にポンピングすることができるからである。

第２のポンピングモードではポンピング放射は主としてバリア内へ吸収され、これにより電荷担体の対が発生して、後にこれが量子井戸内で再結合される。

半導体レーザーをポンピング放射源の組み込まれたディスクレーザーとして構成すると、特に可飽和吸収体を半導体レーザー内に組み込む場合に有利である。このようにすればレーザーパルスを形成するモジュールとして最もコンパクトな構造が得られ、短いパルス持続時間と高い強度とが同時に達成される。さらに駆動に際して外部の共振器ミラーも１つしか必要とならない。

有利にはこの種の半導体レーザーは可飽和吸収体を形成する量子井戸構造部、例えば２つの量子井戸を有する構造部を有しており、その後方にヴァーティカルエミッタの活性層、すなわち垂直発光する量子井戸構造部を有しており、さらにその後方に鏡面層、例えばブラッグミラーを有している。

実現可能な最小のパルス持続時間は図１、図２に示されている実施例では特に共振器内での群速度分散によって制限される。

群速度は波束の重心がどれだけの速度で媒体中を運動するかを表している。群速度と周波数との依存関係を群速度分散と称する。

レーザー共振器では種々のコンポーネント、特に大きな光波長または侵入深さを有するコンポーネントの群速度分散により、パルスの種々のスペクトル成分に応じて共振器内に種々の伝搬時間を生じさせる。最小のパルス持続時間は駆動状態に応じて定まり、ここでパルスの短縮はモードカップリングにより補償され、パルスの拡張は群速度分散により補償される。

図３には図１に相応するレーザー装置で計算された群速度分散ＧＤＤおよび増幅度Ｖが波長に依存して示されている。

計算はλ_０＝９９５ｎｍの発光波長の量子井戸構造部が構成されている活性層４について行われた。増幅度Ｖは仮定の反射として換算され、ここで１００％の反射は１．００の増幅度に相応する。

群速度分散は発光波長λ_０の近傍領域に近似に線形の正の傾きの発光波長を有している。これは図中では破線Ａで示されている。

波長の大きいほうへ向かって、群速度分散は最大値が生じた後に低下している。群速度分散の特性はλ_０の近傍のゼロ交差を基準として近似に点対称であり、波長の小さいほうへ向かっては最小値以降再び上昇している。

発光波長λ_０の領域で近似に線形の波長依存性が形成されたレーザーパルスにおいて所定の周波数分布が生じることを線形のチャープと称する。群速度分散の最大値および最小値はそれぞれ非線形のチャープおよび高次のチャープに相応する。

全体では本発明の範囲で次のことが得られる。冒頭に言及した形式のディスクレーザーはフェムト秒のパルスを形成するのに充分な増幅帯域幅を有する。こうして図３に示されているような約１５ｎｍの増幅帯域幅ΔＶが生じる（ＦＷＨＭ）。フェムト秒の領域のものとして典型的なセクパルス（双曲線セカントのパルス）に対して、エネルギ‐時間関係のアンシャープネスから０．３１５の帯域幅の積が得られるので、前述の増幅帯域幅ΔＶには約７０ｆｓのパルス持続時間が相応する。

通常はできる限り大きな増幅帯域幅を得ようとする観点から半導体レーザーに相応の帯域幅の反射抑圧層を設けると有利である。こうした反射抑圧層は例えば誘電体層列またはエピタキシャル成長された層列から形成される。

種々の波長でそれぞれ異なる増幅度を有するように構成された種々の量子層により増幅帯域幅がさらに拡大される。

図３からわかるように、共振器１往復当たりの群速度分散は約３２００ｆｓ^２である。位相補償が行われなければパルス時間が延長され、モードカプラのみで実現可能なパルス持続時間は帯域幅の積と増幅帯域幅とから得られる最小パルス持続時間よりも格段に大きくなる。したがってパルス持続時間をさらに低減するには、特に線形のチャープを補償する必要がある。

このような位相補償装置を有するレーザー装置が図４に本発明の第３の実施例として示されている。図１に示した実施例のケースと同様に、外部のポンピング放射源３からポンピングされるディスクレーザー１が設けられており、その外部共振器はディスクレーザー内に組み込まれた鏡面層５および出力結合鏡７から形成されている。

共振器内には４つのプリズム１４，１５，１６，１７を有するプリズム区間が配置されている。このプリズム区間ではプリズムでの散乱に基づいて波長に依存して種々の光路または種々の伝搬時間が生じる。プリズム区間は種々の伝搬時間により群速度分散またはこれに起因する線形のチャープが補償されるように配置される。

図１に示されている実施例とは異なり、図４に示されている装置では可飽和吸収体ＳＥＳＡＭが設けられていない。ディスクレーザー１の半導体ボディは内部モードカプラ１０として光カー効果モードカップリングの原理にしたがって機能する。ここで光カー効果モードカップリングに対しては半導体レーザー１内の半導体材料の非線形の屈折率が利用される。

非線形の屈折率は屈折率が放射強度に依存することにより生じる。レーザーパルスは空間的および時間的に屈折率の変化を生じ、この変化は時間に依存するレンズ、いわゆる光カー効果に近似に相応する。光カー効果モードカップリングでは、レーザーパルスが自身で形成した光カー効果に基づいて特に小さな損失で往復するか、および／または特に良好なポンピング容積で重畳されるように共振器が構成される。場合により発生する熱レンズ効果はここではこの効果を支援したり、また共振器を安定化させる方向に働く。

これに代えてまたはこれに加えて内部モードカプラとして可飽和吸収体を半導体ボディ内へ組み込んでもよい。

図示のプリズム区間に代えて、本発明の範囲内で、他の位相補償装置を使用することもできる。高次の位相補償も有利である。特にこのために複数のチャーピングミラーを備えた装置、散乱性素子としての格子を備えた装置、レンズおよび鏡を有する装置、または光ファイバおよび格子を組み合わせた装置を使用してもよい。またこれらの装置を相互に位相補償のために設けることもできる。

これに代えてまたはこれに加えて共振器の後方に位相補償装置を配置することもできる。これにより出力結合されるレーザーパルスがこの装置で時間的に圧縮される。

本発明の別のバリエーションでは位相補償装置は有利にはチャーピングミラーのかたちで構成されており、半導体ボディ内に組み込まれている。

図５には本発明の第４の実施例が示されている。図４に示された実施例との相違点は、ここには位相補償のために２つのプリズム１４，１５から成るプリズム区間が設けられていることである。このプリズム区間は鏡面反射する端部鏡９と関連して機能する。モードカプラ１０として前述の実施例と同様に光カー効果モードカップリングの原理にしたがったディスクレーザー１の半導体ボディが用いられる。これに代えて端部鏡９をＳＥＳＡＭとして構成してもよいし、またディスクレーザー１内に組み込まれたＳＥＳＡＭを用いてもよい。図５に示された実施例は位相補償装置が僅かなコンポーネントのみで構成され、表面の数、ひいては表面での散乱損失が有利に低減されることが特徴である。このことにより共振器内での往復損失が小さくなる。

図６には本発明の第５の実施例が示されている。ここでのレーザー装置はほぼ図１に示された実施例の装置に相応しているが、コンボリューションミラー８と半導体レーザー１とのあいだで共振器がもう１回コンボリューションされている点が異なっている。

このコンボリューションは付加的なコンボリューションミラー１８とチャーピングミラー１９とによって行われる。チャーピングミラー１９は群速度分散に基づいて発生する線形チャープと場合によって発生する非線形チャープとを補償する。有利には位相補償のために特に僅かなコンポーネントしか必要ない。ここでは付加的にチャーピングミラー１９はきわめて良好な表面品質または表面での僅かな散乱損失を特徴としている。

図７には本発明の第６の実施例が示されている。これは同時に異なる基本波長で２つのレーザー放射を形成することのできる本発明の装置のバリエーションである。

半導体レーザー１はポンピング放射源を含めて従来の実施例に相応する。外部の共振器はダイクロイック素子または散乱性素子、例えばプリズム１４を介して端部鏡９ａまたは９ｂを有する２つの共振器分岐に分割されている。２つの共振器分岐でそれぞれの波長を形成するためにビーム軸線１１に対して横断方向にオフセットされたアパーチャ絞り２０またはブレードが用いられる。一方の分岐で形成された波長λ_１の放射と他方の分岐で形成された波長λ_２の放射とが共通に出力結合鏡７を介して出力結合される。

図８には本発明の第７の実施例が示されている。これは図５に示された実施例にほぼ相応するが、プリズム区間の第１のプリズム１４が２つの共振器分岐への共振器の分割のために設けられている点が前述のケースと異なる。２つの共振器分岐には第２のプリズム１５ａまたは１５ｂが配置されており、これらは第１のプリズム１４および端部鏡９ａまたは９ｂと共働してそれぞれ位相補償装置を形成している。

さらに前述の実施例のケースと同様に波長選択用のアパーチャ絞りまたはブレードを設けることもできる。ただしプリズム区間そのものがそれぞれ波長選択機能を有しているので、これらは必須の素子ではない。

また図７および図８に示されている２色レーザーにおいて他の分散素子、例えば格子を使用することもできる。

モードカップリングのために端部鏡１８ａ，１８ｂの一方または双方は前述の実施例と同様にＳＥＳＡＭとして構成されている。ここでも同様にこの装置は半導体レーザー１の光カー効果モードカップリングに適している。

本発明の有利な実施例では、異なる波長λ_１，λ_２を有する２つのパルスは相互に結合されている。例えばディスクレーザー１の半導体ボディ内で適切なオーバラップが行われる際に交差位相変調が行われる。これによりパルスはフェーズロック結合される。こうした同期は典型的には２ｆｓより小さい不正確性（ジッタ）を特徴としており有利である。この種の装置は簡単な外部での周波数コンバージョン（例えばＳＦＧ、ＤＦＧ）のために利用される。

上述の本発明のレーザー装置は有利にはレーザー発振器として構成される。本発明の範囲において当該のレーザー装置をレーザー増幅器として構成することもできる。このときにはレーザーパルスは外部から入力結合され、出力結合鏡またはオプティカルスイッチを介して増幅された状態で再び出力結合される。このようにして例えば本発明のレーザー装置を増幅媒体としてのディスクレーザーを備えたＣＰＡ増幅器（チャープドパルスアンプ）として構成することができる。本発明の他のバリエーションでは付加的にレーザー発振器としての上述の装置の１つに後置されたレーザー増幅器を含むものも考えられる。

さらに本発明は、効率的な外部での周波数コンバージョンまたは共振器内での周波数コンバージョンのために用いられる。例えば周波数の和／差形成や周波数２倍化を行ういわゆるχ^２プロセス、周波数３倍化やラマンプロセスを行ういわゆるχ^３プロセス、また非線形の光媒体での高調波形成や周波数４倍化を行ういわゆるχ^ｎプロセスが挙げられる。

非線形の光媒体として例えばＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＧａＡｓ表面およびＧａＮ表面などが適している。

０．０１Ｗ〜１０Ｗの範囲の典型的な放射パワーであれば、連続光形成すなわち水、ガラス、サファイアまたはＢａＦなどへの外部フおけるシングによるコンパクトな白色光源を実現することができる。また発光物質または燐光物資などのさらなるアップコンバータ物質またはダウンコンバータ物質を用いて別の波長を形成することもできる。

本発明は上述の実施例のみに限定されるものではない。ここでは特許請求の範囲に明示的に記載されている内容のみでなく、これまで説明した個々の特徴は全て単独でまたは組み合わせて本発明の対象となりうる。

本発明のレーザー装置の第１の実施例を示す図である。

本発明のレーザー装置の第２の実施例を示す図である。

本発明のレーザー装置の第１の実施例について波長に依存する群速度分散および増幅度を示すグラフである。

本発明のレーザー装置の第３の実施例を示す図である。

本発明のレーザー装置の第４の実施例を示す図である。

本発明のレーザー装置の第５の実施例を示す図である。

本発明のレーザー装置の第６の実施例を示す図である。

本発明のレーザー装置の第７の実施例を示す図である。

符号の説明

１ 半導体レーザー
２ ヒートシンク
３ ポンピング放射源
４ 活性層
５ 鏡面層
６ ＳＥＳＡＭ
７ 出力結合鏡
８ コンボリューションミラー
９ ミラー
１０ 半導体吸収体
１１ ビーム軸線
１２ ビーム径
２４ ポンピング放射

Claims (18)

1. 外部共振器を有する光ポンピング半導体レーザー（１）を備えた
   レーザーパルス形成用レーザー装置において
   外部共振器に少なくとも１つのモードカプラ（１０）が配置されている
   ことを特徴とするレーザーパルス形成用レーザー装置。
2. 半導体レーザー（１）は外部に配置されたポンピング放射源（３）により光ポンピングされる、請求項１記載の装置。
3. 半導体レーザー（１）は自身の内部にモノリシックに組み込まれたポンピング放射源（３ａ，３ｂ）によって光ポンピングされる、請求項１記載の装置。
4. モードカプラ（１０）は受動モードカプラである、請求項１記載の装置。
5. モードカプラ（１０）は可飽和吸収体である、請求項１記載の装置。
6. モードカプラ（１０）は半導体材料から成る可飽和吸収体である、請求項５記載の装置。
7. モードカプラ（１０）は半導体レーザー（１）内にモノリシックに組み込まれている、請求項１記載の装置。
8. モードカプラ（１０）は共振器ミラー（９）と組み合わされている、請求項１記載の装置。
9. 共振器は位相補償装置を有する、請求項１記載の装置。
10. 共振器に位相補償装置が後置されている、請求項１記載の装置。
11. 位相補償装置は少なくとも１つのプリズム（１４〜１７）、格子、リニアミラーまたはチャーピングミラー（１９）、レンズおよび／または光ファイバを有する、請求項９または１０記載の装置。
12. 共振器はチャーピングコンボリューションミラー（１９）を有する、請求項１１記載の装置。
13. 共振器は基本波長λ_１のレーザーパルスを形成する第１の共振器分岐と基本波長λ_２のレーザーパルスを形成する第２の共振器分岐とを有する、請求項１記載の装置。
14. 基本波長λ_１のレーザーパルスと基本波長λ_２のレーザーパルスとは相互にフェーズロック結合されている、請求項１３記載の装置。
15. レーザーパルスは１００ｐｓよりも小さいパルス持続時間を有しており、有利には２０ｐｓよりも小さいパルス持続時間を有しており、特に有利には１ｐｓよりも小さいパルス持続時間を有している、請求項１記載の装置。
16. 当該のレーザー装置はレーザー発振器である、請求項１記載の装置。
17. 当該のレーザー装置はレーザー増幅器である、請求項１記載の装置。
18. レーザー増幅器はＣＰＡ増幅器である、請求項１７記載の装置。

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