JP2008508561A - モード同期拡張キャビティ面発光半導体レーザの波長変換用装置、システム、および方法 - Google Patents

Abstract

キャビティ内周波数変換を備えたモード同期レーザが開示される。一実施形態では、基本波周波数のパルスと周波数シフトされた周波数のパルスとの間の時間的、空間的、または偏光のオーバーラップを低減させることによって、変換周波数が改善される。
【選択図】 図２

Description

発明の分野

[0001]本発明は一般に、周波数２倍化モード同期レーザに関する。より詳細には、本発明は、周波数２倍化モード同期拡張キャビティ面発光半導体レーザを対象とする。

発明の背景

[0002]モード同期レーザは、高いピークパワーを有する光パルスを発生するモード同期レーザの能力のため、さまざまな適用分野にとって重要である。モード同期レーザは一般に、レーザに強制的にレーザ共振器内の往復の通過時間に一致する周期性を有する短パルスを発生させるために、光共振器内で、能動変調器または受動の飽和性光吸収体を利用する。能動変調器を備えたモード同期レーザでは、モード同期レーザに強制的に短パルスを発生させるために、能動変調器の光損失が周期的に変更される。飽和性吸収体を備えたモード同期レーザでは、光共振器内の飽和性吸収体が、光強度の増大に伴って飽和する光損失を有する。飽和性の光損失は、短パルス列の発生に有利に働くように選択される。モード同期レーザは、多くの共振モードを有し、それらは同位相で結合される。したがって、モード同期レーザは、他の特性に加えて、連続波（ｃｗ）レーザに比べてスペクトル的にも広げられる。

[0003]モード同期レーザの出力を、周波数２倍化することができる。図１は、従来技術のモード同期レーザの構成を示す。ミラー１０５および１１０を有するレーザキャビティは、光学利得１１５を含む。モード同期を作り出すために、飽和性吸収体１２０が設けられる。レーザキャビティのモード同期パルス出力が、しばしば「第二高調波周波数」として知られる、基本波入力周波数の２倍で出力パルスを生成するように設計された結晶などの非線形周波数２倍化結晶（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｃｒｙｓｔａｌ）１２５に入力される。この構成は、基本波周波数の光１３０の各入力パルスが、対応する周波数２倍化パルス１３５を発生するのに、非線形周波数２倍化結晶１２５中を１度だけ通過する、シングルパス構成であることに留意されたい。

[0004]モード同期にとって重要なレーザの１つのタイプが、拡張キャビティ半導体レーザである。図２は、従来技術の拡張キャビティ面発光レーザ２００の例を示す。拡張キャビティ面発光半導体レーザは、端面発光半導体レーザまたは従来型の面発光レーザに勝るいくつかの利点を有する半導体レーザの部類である。拡張キャビティ面発光レーザは一般に、半導体利得素子内に配設された少なくとも１つの反射器を含む。例えば、量子井戸利得領域２１０の両側に成長させた、ブラッグミラー２０５（分布ブラッグ反射器またはＤＢＲとしても知られる）のキャビティ内積層体が、基本波レーザ波長の動作波長を規定するための、ファブリーペロー共振器を形成する。半導体利得素子から離隔された追加の外部反射器２１５が、光共振器の拡張キャビティを画定し、更なる波長の制御および安定性をもたらす。量子井戸利得領域２１０、ブラッグミラー２０５、および外部反射器２１５を適当に選択することによって、基本波波長を広い波長範囲内で選択することができる。次いで、所望の色で光を発生するために、キャビティ内周波数２倍化光学結晶２２０を含むことによって、基本波波長を周波数２倍化することができる。

[0005]カリフォルニア州サニーベールのＮｏｖａｌｕｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって開発された拡張キャビティ面発光半導体レーザは、光パワー出力が高いこと、動作寿命が長いこと、レーザ波長を正確に制御できること、空間光学モード（ｓｐａｔｉａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｄｅ）を制御できることを実証し、製造およびテストを都合良くできるようにする、面発光の利点をもたらし、光を赤色、緑色、および青色で発生するために、第二高調波周波数２倍器などの光周波数変換素子を含むように適合させることができる。Ｎｏｖａｌｕｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって開発された、個々の拡張キャビティ面発光半導体レーザおよび周波数２倍化面発光レーザについて記載した背景情報が、米国特許第６２４３４０７号、第６４０４７９７号、第６６１４８２７号、第６７７８５８２号、および第６８９８２２５号に記載されている。これらのそれぞれの内容をここに、参照により組み込む。拡張キャビティ面発光レーザの他の詳細が、米国特許出願第１０／７４５３４２号および第１０／７３４５５３号に記載されている。これらの内容は参照により本明細書に取り込まれる。

[0006]図３は、キャビティ内周波数２倍化を有する拡張キャビティ面発光レーザを、モード同期レーザとして機能するように改変することに関連するいくつかの問題を示す。そうした構成の基本的な問題が３つある。第１に、モード同期変調器２２５を、拡張キャビティ内に配置しなければならず、それにより、レーザのコストが増大する。第２に、モード同期変調器２２５は、第二高調波周波数に関して挿入損失を生じる傾向がある。第３に、周波数２倍化結晶の内部で光パルスが干渉する問題がある。例えば、ある初期時刻に、モード同期が始まるとする。基本波周波数の第１の光パルスが、周波数２倍化結晶に一方の結晶ファセットから入る場合、第１の光パルスは、周波数２倍化された対応するパルスを発生し、それが第１の光パルスと同じ時間位相で第２のファセットから外へ伝播する。したがって、（パワーレベルがわずかに低減された）基本波周波数の光パルス、および第二高調波周波数の光パルスが、周波数２倍化結晶２２０の他方のファセットから出てくる。外部ミラーからなどの、後続の反射を通じて、これらの光パルスが両方とも、周波数２倍化結晶に反射し戻される。したがって、基本波および第二高調波周波数の両方のパルスが、周波数２倍化結晶に再度入る。周波数２倍化結晶は、電界強度および適切な位相合せに強く依存する非線形光学効果を利用する。反射された第二高調波パルスは、それにより高調波周波数の光パルスが第二高調波周波数の追加の光を発生させることができる効率を低減させる、干渉効果およびディフェージング（ｄｅｐｈａｓｉｎｇ）効果を引き起こす恐れがある。

[0007]上述の問題に照らして、本発明の装置、方法、およびシステムが開発された。

発明の概要

[0008]モード同期光パルスが、キャビティ内周波数変換を使用して周波数変換される装置、システム、および方法が開示される。非線形光学材料内での有害な干渉を低減させるために、基本波周波数のパルスに対する、周波数シフトされたパルスの時間的、空間的、または偏光のオーバーラップを低減させるための素子が含まれる。

[0009]モード同期レーザの一実施形態は、光共振器と、光共振器内に配設された、基本波レーザ周波数付近に光学利得をもたらすためのレーザ利得素子と、光共振器内に配されたモード同期変調器と、基本波レーザ周波数の入力パルスが、基本波レーザ周波数のパワーが低減された出力パルスと高調波周波数の出力光パルスとに変換される光周波数変換を実施するための光共振器内に配設された非線形光学材料と、光共振器内に配され、高調波周波数の出力光パルスの、高調波周波数の光パルスとの空間的、時間的、または偏光のオーバーラップを少なくとも部分的に低減させ、それによって非線形光学材料内での高調波周波数の光パルスと基本波周波数の光パルスとの間の干渉が低減されるように構成された素子とを備える。

[0010]モード同期レーザを動作させる方法の一実施形態は、基本波周波数の光パルスを周波数変換するために、光共振器内に非線形光学材料を設けるステップと、光共振器内で基本波周波数のモード同期レーザパルスを生成するステップと、非線形光学材料を通る第１の通過において、高調波周波数の光パルスを生成して、高調波周波数の第１のパルスおよび前記基本波周波数の第２の光パルスを形成するステップと、第１のパルスおよび第２のパルスを非線形光学材料に再度結合するステップの前に、第１のパルスと第２のパルスの時間的、空間的、または偏光のオーバーラップを少なくとも部分的に低減させ、それによって、非線形光学材料内で干渉効果が低減されるステップとを含む。

[0011]本発明は、以下の詳細な説明に関して添付の図面と合わせてより完全に理解される。

[0026]同じ参照番号は、これらの図面のいくつかの図を通して対応する部分を表す。

発明の詳細な説明

[0027]図４は、本発明の一実施形態による、モード同期レーザシステム４００を示すブロック図である。２つ以上の反射器４０５が、光共振器に光学的フィードバックをもたらし、反射器４０５は、キャビティまたはリング構成で配置することができる。光学利得素子４１０が、基本波周波数付近に光学利得をもたらす。光学利得素子４１０は、固体、気体、液体、または半導体のレーザ利得媒質を含むことができる。

[0028]反射器４０５および光学利得素子４１０は、基本波周波数の光を発生するために選択される。動作の基本波周波数を選択するために、追加の周波数選択性素子（図示せず）を含んでよい。周波数変換後の光の少なくとも何分の一かを取り出すために、出力カプラ４２０が設けられる。基本波周波数の光パルスを、別の周波数の周波数シフトされたパルスに変換するために、非線形光学材料４２５が含まれる。一実施形態では、非線形光学材料４２５は、周波数２倍化をもたらす。しかし、より一般的には、非線形光学材料４２５は、光周波数変換の技術分野で知られる、周波数３倍化、４倍化、または波長下方変換など、どんなタイプの周波数変換も実施することができる。

[0029]モード同期変調器４３５が、基本波周波数のモード同期レーザパルスを生成するために使用される。モード同期変調器４３５は、例えば、受動飽和性吸収体または能動変調器を備えることができる。一実施形態では、モード同期変調器４３５は、キャビティ往復通過時間のハーモニックまたはサブハーモニックで変調される。

[0030]一実施形態では、レーザシステム４００は、基本波周波数の光パルスが、非線形光学材料４２５中を２回以上通過するのを可能にするように設計される。それによって周波数シフトされた追加の光が非線形光学材料４２５を通る追加の通過において発生される効率を増大させるために、１つまたは複数の特徴を含むことができる。周波数選択性時間遅延モジュール４３０が、基本波周波数のパルスの相対位置を、周波数シフトされたパルスから少なくとも部分的に隔てて時間的にシフトさせる、時間遅延動作を実施する。一実施形態では、周波数シフトされたパルスの空間プロファイルを、基本波周波数のパルスに対して変更するために、周波数選択性反射レンズ４１５などの周波数選択性ビーム整形素子が含まれる。一実施形態では、周波数シフトされたパルスの偏光を、基本波周波数のパルスに対して変更するために、周波数選択性偏光調整モジュール４３２が含まれる。

[0031]本発明によれば、周波数シフトされたパルスの属性を、周波数変換の後に通過する際に非線形光学材料内の干渉効果が低減されるように、基本波周波数のパルスに対して変更することによって、周波数変換過程が改善される。具体的には、後の周波数変換の通過のために非線形光学材料４２５に再度結合される基本波周波数のパルスと周波数シフトされたパルスの、時間的、空間的、または偏光のオーバーラップの少なくとも部分的な低減を実現することが望ましい。換言すれば、オーバーラップの低減は、空間的、時間的、または偏光のドメインにおいて行うことができる。時間的、空間的、または偏光のオーバーラップを低減させることによって、それによって基本波周波数のパルスが周波数シフトされた追加の光を第２の通過において発生することができる効率を低下させる干渉効果が低減される。説明のための一例として、基本波周波数で発生された光の初期パルスについて考えられたい。非線形光学材料４２５を通る第１の通過では、パルスの一部分が、基本波パルスとほぼ同じ空間プロファイル、同じ偏光を有し、同じ方向に同時に移動する、周波数シフトされた光のパルスに変換される。次いで、これらの２つのパルスが、周波数変換の第２の通過のために非線形光学材料４２５に反射し戻される場合、第２の通過において周波数変換過程の効率を低下させる恐れのある干渉効果が起こる可能性がある。非線形周波数変換は、電界と適切な位相の関係に強く依存する。したがって、周波数変換の第１の通過において発生された周波数シフトされた光は、第２の通過において、効率的な周波数変換と干渉する電界を生み出す可能性を有する。こうした干渉効果は、２つのパルスの時間的、空間的、または偏光のオーバーラップを、周波数選択性時間遅延モジュール４３０、周波数選択性反射レンズ４１５、または周波数選択性偏光調整モジュール４３２を使用して低減させることによって、ほぼ解消することができる。

[0032]図５は、本発明の一実施形態による、選択性時間遅延モジュール４３０の動作を示す。１つまたは複数の入力パルスが、非線形光学結晶４２５の第１のファセット４２７に入る。非線形光学結晶４２５は、入力光パルスの一部を周波数シフトされた周波数に変換するなどの周波数変換動作を実施する。一実施形態では、非線形光学材料は、周波数２倍化を実施するが、より一般には、変換過程は、光学の技術分野で知られる如何なる非線形光周波数変換動作でもよい。したがって、少なくとも２つの異なる周波数の光パルスが、非線形光学結晶の第２のファセット４２９から出てくる。

[0033]周波数選択性反射器５０５が、２つの異なる周波数に中心が置かれた第１のタイプのパルス５２０および第２のタイプのパルス５３０を、時間的に分離するのを可能にする。一例として、第１のタイプのパルス５２０を基本波周波数に中心を置くことができ、パルスの第２のタイプ５３０を周波数シフトされたパルスとすることができる。例えば、周波数選択性反射器は、１つまたは複数の周波数帯において高度に透過し、１つまたは複数の周波数帯において高度に反射することができる。結果として、選択された周波数のパルスだけが、時間遅延素子５１０に入り、反射器５１５によって反射し戻される。時間遅延素子５１０は、例えば、ある長さの低損失材料を備えることができる。したがって、第１のタイプおよび第２のタイプのパルス５２０および５３０が、非線形光学材料４２５の第２のファセット４２９に反射し戻される間に、２つのタイプの反射パルスの間に、非線形光学材料４２５内でのそれらの時間的なオーバーラップを低減させる時間遅延が導入される。このため、非線形周波数変換が行われる効率を減少させる干渉が低減される。一実施形態では、時間遅延は、第１のタイプ５２０および第２のタイプ５３０の反射パルスの、完全な時間的分離を実現するものが選択される。しかし、より一般には、非線形周波数変換過程の効率を改善するには、反射パルスの時間的オーバーラップのほんの一部分の低減しか必要とされないことが理解されよう。

[0034]図６は、基本波周波数のパルスが、モード同期変調器４３５に選択的に透過され、それによって、周波数変換後のパルス６０５に関する挿入損失が低減される、一実施形態を示す。周波数選択性フィルタ５０５が、周波数変換後のパルス（例えば、周波数２倍化された第二高調波パルス）を選択的に反射する。基本波周波数のパルス６１０が、モード同期変調器５０５に向かって前方に移動し、次いで、反射器５１５によって反射し戻される。その結果、基本波周波数のパルスだけが、モード同期変調器４３５の挿入損失を受ける。反射された基本波パルスを遅延させるために、時間遅延素子５１０をこの構成内に統合することもできる。

[0035]図７は、周波数選択性レンズ４１５を使用して、非線形光学結晶（図７には示されていない）に向かって反射し戻す前に、第２のタイプのパルス７１０を、第１のタイプのパルス７２０に対して空間的に広げることによって干渉が低減される一実施形態を示す。周波数選択性レンズ４１５は、パルスタイプ１付近に中心が置かれた周波数など、少なくとも１つの周波数帯を選択的に透過するように適合される。その結果、第１のタイプのパルスが、周波数が選択されたレンズ中を透過し、反射器によって反射し戻される。追加の光学素子を、周波数選択性反射レンズ４１５と反射器７０５の間に配置することができる。例えば、光学利得素子４１０を、周波数選択性反射レンズ４１５と反射器７０５の間に配設することができる。時間遅延素子５１０を、周波数選択性反射レンズ４１５と反射器７０５の間に配設することができる。一実施形態（図示せず）では、モード同期変調器も、周波数選択性反射レンズ４１５と反射器７０５の間に含まれる。

[0036]本発明のモード同期レーザの構成要素のうち１つまたは複数を、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、歪みＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＡｌＧａＡｓ、およびＧａＮなど、オプトエレクトロニクデバイスで使用される半導体材料中に実装することができる。更に、２つ以上の構成要素を、単一の半導体素子内に集積することができる。具体的には、本発明のモード同期レーザを、半導体材料をベースとした面発光レーザ構造と共に実施することができる。モード同期変調器を、例えば、飽和性吸収体を形成するためにその吸収特性が電界によって制御される、量子井戸吸収体から形成することができる。時間遅延素子を、材料中を透過する光の周波数に関して低光吸収性を有する、ある長さの半導体材料から形成することができる。一実施形態では、ブラッグミラーを使用して、１つまたは複数のミラーを形成する。飽和性吸収遅延構造が利得素子から分離されているデバイスの場合、この飽和性吸収体デバイスに関連付けられたブラッグミラーが、基本波波長においてほぼ１００％反射するように設計されるとともに、キャビティに面している表面が、基本波レーザ波長において透過し高調波波長において高度に反射する。別の実施形態では、２つのブラッグミラーが、単独の素子としての、または飽和性吸収材料として働くＧａＩｎＡｓ量子井戸などの量子井戸を含む、出力カプラとして働くことができる。この場合、この１対のミラーの共振帯域幅が、動作波長およびモード同期パルスのスペクトル幅を制御する働きをする。

[0037]図８は、モード同期レーザの拡張キャビティ面発光レーザ８００の図である。本発明の原理を示す目的で、レーザ８００は、高調波変換（例えば、第二高調波変換のための周波数２倍化）を実施するように記載されるが、レーザ８００を、他のタイプの非線形周波数変換を実施するように適合することができ、したがってレーザ８００を、赤外放射、可視放射、または紫外放射の発生で使用するように適合することができることが理解されよう。面発光利得素子８０５が、レーザキャビティの第１の端部付近に配置され、レーザのキャビティミラーの１つも形成する。面発光利得素子８０５は、例えば、第１の分布ブラッグ反射器８１５と第２の分布ブラッグ反射器８２０との間に配設された量子井戸利得領域８１０を含むことができる。面発光利得素子８０５は、基本波周波数付近に光学利得を発生し、キャビティミラーの１つを形成する。面発光利得素子８０５は、例えば、電気的に、光学的に、または電子ビームによりポンピングすることができる。一実施形態では、光を合焦するために、熱レンズ８０７が面発光利得素子８０５内に形成される。一実施形態では、利得領域８１０が、レーザの基本波周波数に応じて、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＩｎＡｓＰ材料系の半導体から形成される。

[0038]基本波波長において高度に透過し高調波周波数において高度に反射する、出力カプラ８２５が設けられる。すなわち、出力カプラ８２５は、高調波の光に関して比較的高い損失を、基本波周波数の光に関して比較的低い損失を発生する。一実施形態では、出力カプラ８２５は、レーザ光の経路に対してある角度、一般には便利なように４５°に配向された反射フィルタである。この構成要素は、基本波波長を偏光させる、また高調波放射にとっては出力カプラとして働くように動作することができる。一代替実施形態では、キャビティ内の、非線形光学材料８３２の両側に収容された２つのダイクロイックビームスプリッタを使用して、２つの別々のビームとしてではあるが、高調波放射を取り出すことができる。

[0039]高調波パルスを発生するために、非線形光学材料８３２（例えば、非線形結晶）が設けられる。非線形材料の例には、ニオブ酸チリウム、ＫＴＰ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムの周期分極結晶、およびニオブ酸リチウム、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＴＰなどの非分極バルク材料、またはそうした材料から形成された導波路がある。

[0040]半導体素子８３５が、レーザキャビティの第２の端部付近に配置され、レーザキャビティの第２のミラーを形成することもできる。一実施形態では、半導体素子８３５は、飽和性吸収体８４０を含む。一実施形態では、飽和性吸収体８４０は、レーザの基本波周波数に応じて、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓまたはＧａＮ材料系の量子井戸から製作される。基本波周波数において高度に透過し高調波周波数において高度に反射する光学的被覆８５５が、半導体素子８３５の出入口表面上に形成される。ある長さの材料８５０が、予め選択された時間遅延を発生するために含まれる。一実施形態では、ブラッグ反射器８４５を使用して、キャビティの第２のミラーを形成する。このキャビティミラーは、好ましくは、基本波波長において名目上１００％反射している。ＧａＩｎＡｓレーザの場合、一例として、キャビティミラーは、ＧａＡｌ_1―ｘＡｓ_ｘ／ＧａＡｌ_1―ｙＡｓ_ｙの交互する１／４波長層から構成されて、飽和性吸収体８４０に隣接して形成される１００％反射するブラッグミラー８４５を形成する。一実施形態では、ブラッグミラー８４５は、飽和性吸収体８４０に電界を印加することができるように、ドープされて飽和性吸収体８４０の付近にｐ−ｎ接合が形成される。

[0041]説明のための一例として、面発光利得素子８０５から半導体素子８３５に向かう方向に移動している基本波周波数の光の初期パルスを考えられたい。非線形結晶８３２が、基本波パルスの一部を高調波周波数のパルスに変換し、両方のパルスが、半導体素子８３５の光学的被覆８５５に到達する。高調波周波数のパルスが、光学的被覆８５５の表面から反射される。基本波周波数のパルスが、半導体素子８３５の中に移動する。材料８４０の通過時間によって、時間遅延が導入される。その結果、基本波パルスが半導体素子８３５から出てくるとき、それは高調波パルスから時間的に分離されている。図８に示すように、時間的な分離は、高調波周波数のパルス８６０が基本波パルス８６５と、非線形材料８３２内でオーバーラップしないようなものであることが好ましい。したがって、基本波ビームおよび高調波ビームは、同じレーザキャビティビーム経路内を移動するが、それらは、非線形材料中を再度移動するとき、互いに時間遅延されている。非線形結晶中を再度移動している戻り基本波ビームの減少しなかった部分を、第二高調波に更に効率的に変換し、それによって、変換全体の効率を増大させることができる。

[0042]図９は、モード同期および時間シフトを実施するための、半導体素子９３５の実施の例を示す。高調波周波数において高度に反射（ＨＲ）し基本波周波数において反射防止（ＡＲ）する、光学的被覆９０５が設けられる。ブラッグミラー９１０が、ドープＧａＡｌＡｓ層から形成される。ＧａＩｎＡｓ量子井戸領域９１５が、飽和性吸収体として働く。飽和性吸収体は、レーザ場と相互作用するように配置され、例えば、レーザ場の１つまたは複数のアンチノード（ａｎｔｉ−ｎｏｄｅ）のところに配置することができる。時間遅延素子として、ドープＧａＡｓ領域９２０を含むことができ、またそれは、ｐ−ｎ接合の一部として働くように、十分にドープされる。説明のための一例として、ＧａＡｓ領域９２０の厚さは、１００ミクロンのＧａＡｓに一致することができる。図９に示す構造は、飽和性吸収過程を最適化するために、逆バイアスをかけて量子井戸領域９１５の吸収を調整し、適当なエネルギー範囲にすることができる、ｐ−ｎ接合を有する。更に、レーザを変調するため、またデバイスをモード同期させるために、このバイアス電圧を変調することができる。具体的には、飽和性吸収体は、好ましくはレーザキャビティ応答時間に相当するレートでの変調を可能にするように設計される。逆バイアス接合において発生した電流を、モード同期レーザのパワーを監視するのに使用することもできる。一実施形態では、ｐ−ｎ接合によって飽和性吸収体に印加された電圧が、キャビティ往復通過時間のハーモニックまたはサブハーモニックで変調される。例えば、基本波レーザ出力から信号を選択し、往復キャビティ通過時間のハーモニックまたはサブハーモニックに調整された狭帯域電子増幅器を通じてフィードバックすることができる。

[0043]図１０は、図９の実施形態の場合の、基本波周波数パルスと第二高調波パルスとの間の時間遅延の計算について示す。この例では、ＧａＡｓは１００μｍの厚さを有する。時間遅延を、ＧａＡｓ内の経路長および光の速度から第一の主体より計算することができる。遅延時間は、Δｔ_１＝２ｎ_１ｌ_１／ｃであり、ただしｎ_１は、ＧａＡｓ中の屈折率であり、ｌ_１はＧａＡｓ材料の長さであり、ｃは自由空間での光の速度である。１００μｍ厚さのＧａＡｓ領域の場合、時間遅延は約２．３ピコ秒である。この時間遅延は、多くの拡張キャビティレーザ設計でのパルス幅よりも大きい。特定の適用例では、モード同期パルスのスペクトル幅を、特定のキャビティ長に関するモデリングまたは実験的測定によって決定することができる。次いで、基本波周波数および高調波周波数のパルスを時間的にシフトするために必要な材料の厚みの長さに、効率を改善するのに十分な時間遅延を実現するものであるとともに、基本波周波数に関して妥当な光損失の実現もするものを選択することができる。

[0044]図１１は、面発光利得素子１１００が、ブラッグ反射器１１０５、量子井戸利得領域１１１８、ｐ−ｎ接合内に配された量子井戸から形成された飽和性吸収体１１１５、および時間遅延領域１１２０を形成するために選択されたＧａＡｓの厚さを含む一実施形態を示す。面発光レーザ利得素子が、図１１に示す、電気伝導経路の１つとして働く厚いＧａＡｓ基板を有する場合、基本波モード同期パルス用のこの追加の経路が、そのパルスを第二高調波パルスに対して遅延させる。利得構造のこの実施形態では、ＧａＡｓ基板は一般に厚さ５０〜１００μｍであり、活性領域の直径を数十〜数百μｍにすることができる。このＧａＡｓ基板は、レーザキャビティ内に収容され、量子井戸利得領域は、底面上の名目上１００％反射するｐ−ミラーと１００％未満反射するｎ−ミラーとによって覆われる。あるいは、デバイスは、ｎ−ブラッグミラーなしで動作することもできる。光学的開口によって覆われていない領域内のＧａＡｓの上面が、基本波波長において高度に透過し第二高調波波長において高度に反射するように被覆される。

[0045]ＧａＡｓ基板１１２０の厚さが、横モードおよび有効光路長に影響を及ぼすことに留意されたい。したがって、ＧａＡｓ基板１１２０の厚さを、光パルスを分離するための時間遅延を実現するのに必要な最小厚さを超えて、例えば数百μｍよりも大きな厚さに更に増大させる、他の光学的な理由が場合によってはある。本発明のいくつかの実施形態では、より厚いＧａＡｓ基板を使用すること、あるいはＧａＡｓまたは何らかの他の高屈折率材料を基板に接着することが有利となり得る。例えば、１ｍｍの空隙（ａｉｒ ｓｐａｃｅ）をＧａＡｓスペーサで置き換えることが、いくつかの適用分野にとって望ましい場合がある。１ｍｍの空隙と同じ横モードを維持するのに必要なＧａＡｓの物理的な長さは、ｎ_ＧａＡｓＬ_ａｉｒ〜３．５ｍｍで与えられ、ただしｎ_ＧａＡｓは、ＧａＡｓの屈折率（すなわち３．５）であり、Ｌは、空気の厚さ（すなわち１ｍｍ）である。それと同時に、３．５ｍｍのＧａＡｓが、ｎ_ＧａＡｓＬ_ＧａＡｓ〜１２．２５ｍｍの有効光路長を画定する。したがって、空気のセグメントをＧａＡｓで置き換えることによって、そのセグメント内に約１２倍の有効光キャビティ長の増加を得ることが可能である。この増加は、繰返しレートがより低く、パワーレベルがより高いレーザの設計において有利となり得る。

[0046]飽和性吸収体が面発光利得素子１１００の一部として製作される場合、簡単な線形キャビティで十分である。後方移動している第二高調波放射が、前方に向かっている波に対して共直線性の形で、チップの表面から反射される。吸収量子井戸の空間的位置は、レーザ定在波のピークのところ、またはその付近である。

[0047]一実施形態では、ＧａＩｎＡｓ量子井戸レーザデバイスの場合、飽和性吸収体１１１５はＧａＩｎＡｓで製作される。吸収は、構造に逆バイアスをかけて、吸収量子井戸（ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）の光学バンドギャップを調節することによって調整される。量子井戸の飽和性吸収体に関する背景情報が、Ｑｉａｎｇ Ｚｈａｎｇ、Ｋｈａｌｉｌ Ｊａｓｍｉｎ、Ａ．Ｖ．Ｎｕｒｍｉｋｋｏ、Ｅｒｉｃｈ Ｉｐｐｅｎ、Ｇｌｅｎ Ｃａｒｅｙ、およびＷａｎｉｌｌ Ｈａによる「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｐａｓｓｉｖｅｌｙ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＩｎＧａＡｓ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌｕｍｅ １７、５２５〜５２７ページ、２００５年３月、ならびにＢ．Ｓｔｏｒｍｏｎｔ、Ｅ．Ｕ．Ｒａｆａｉｌｏｖ、Ｉ．Ｇ．Ｃｏｒｍａｃｋ、およびＷｉｌｓｏｎ Ｓｉｂｂｅｔｔによる、「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ−ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｌａｓｅｒ ａｓ ａｃｔｉｖｅ ｍｉｒｒｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ Ｔｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅｌａｓｅｒ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００４年６月１０日、Ｖｏｌ．４０、Ｎｏ．１２、７３２〜７３４ページ、という論文に記載されている。これらのそれぞれの内容をここに、参照により組み込む。

[0048]更に、飽和性吸収体１１１５は、好ましくは、飽和性吸収体構造に印加される逆バイアス電圧を変更することによって、レーザキャビティの応答時間によってのみ制限される高い速度で変調されるように設計される。この応答時間は一般に、１ｃｍ長さのキャビティの場合、１ｎｓ未満である。

[0049]図１２は、面発光利得素子１２００がレンズ１２０５を含む一実施形態を示す。光学的被覆１２１０が、レンズ１２０５の前面に配される。光学的被覆１２１０は、基本波周波数に対して高度に透過し高調波周波数において高度に反射する。レンズ１２０５の光学的性質に、高調波周波数の光パルスと基本波周波数の光パルスとの空間プロファイルの著しい差を、非線形結晶８３２内に実現するものを選択することができる。概略線１２８５によって示すように、高調波モード１２９５が例えば概略線１２７０によって示す基本波周波数のモード１２９０に対して発散することができる。その結果、２つのモード１２９０および１２９５は、非線形結晶８３２内に異なるモードプロファイルを有する。具体的には、第二高調波のモード１２９５が広がり、したがってそれは、非線形結晶８３２内に低減された電界を有する。その結果、周波数変換過程との干渉が低減される。

[0050]レンズ１２０５は、内部の熱レンズでも、単独の光学素子でもよい。例えば、安定したキャビティモードを形成するために、キャビティ内にレンズがあってよい。あるいは、利得素子構造内に形成された熱レンズを、キャビティを安定させるために使用することもでき、またはレンズを、文献で知られる技術によってＧａＡｓ基板上に直接エッチングすることができる。内部の熱レンズの場合、利得素子上の光学面が平坦であり、被覆１２１０から反射された第二高調波が、わずかに発散し続けるが、面発光利得素子１２００から出てくる基本波周波数の光パルスが収束する。いくつかの実装形態では、レンズ１２０５は、高調波光に関して凸面鏡として働くことに留意されたい。レンズ１２０５が平坦でない実装形態（例えば、独立した光学素子またはエッチングされたキャビティレンズ）の場合、レンズ１２０５は、一般に突出し、高調波周波数に関して反射する光学的被覆１２１０の効力によって、高調波周波数の光に関して凸面鏡を形成する。凸面鏡はまた、高調波パルスの発散を増大させる。このようにして、第二高調波の強度を大幅に低減させて、２つのビーム間の干渉を最小限に抑えながら、それらのビームの共直線性を維持することができる。

[0051]図１３は、基本波周波数のパルスの偏光および周波数シフトされた周波数のパルスの偏光が、互いに回転されて、偏光のオーバーラップの少なくとも部分的な低減が実現される一実施形態を示す。前述のとおり、基本波周波数のパルスが非線形結晶４２５内で周波数シフトされた光を生成するとき、周波数変換過程によって発生された周波数シフトされた光が、基本波周波数と同じ初期の偏光を伴って非線形結晶４２５から出てくる。基本波周波数のパルスの偏光を１度の通過ごとに周波数シフトされたパルスとは異なる量だけ回転させる周波数依存の波長板１３１０が、レーザ共振器内に含まれる。例えば、波長板１３１０を、基本波周波数において二分の一波長板として、また高調波周波数において四分の一波長板として動作するように設計することができる。反射器１３２０からの反射によって、２つのパルスが波長板１３１０中を二度通過する。二分の一波長板中を２度通過した後、基本波周波数のパルスの偏光状態がその元の値に戻る。しかし、四分の一波長板中を２度通過した後、高調波周波数のパルスは、その偏光が９０°位相外れに回転されている。図１４は、波長板１３１０が、波長板１３１０の表面上に配された、周波数シフトされた周波数において反射するが基本波周波数に対して透過する光学的被覆１４１０を更に含むことを除いて図１３に類似する一代替実施形態を示す。こうすることにより、周波数シフトされた光が、波長板１３１０中を２度通過するように強制されるとともに、基本波周波数のパルスが、光共振器内の他の光学素子に向かって移動することが可能になる。

[0052]周波数依存波長板は、さまざまな異なるベンダから入手することができる。このような波長板は、「２波長波長板」としてしばしば知られる。例えば、ニューメキシコ州アルバカーキのＣＶＩ Ｌａｓｅｒでは、２波長波長板を販売している。２波長波板の他のベンダには、カリフォルニア州サンフランシスコのＦａｂｒｉｎｅｔに買収された、Ｃａｓｉｘ社がある。

[0053]本発明の多くの変形形態が、本発明の範囲内にあることが理解されよう。一実施形態では、集積モード同期変調器を備えた面発光利得素子を、キャビティ内周波数変換を実施しないレーザシステムの一部として利用することができる。この実施形態では、周波数変換過程が、レーザキャビティに対して外部で実施され、モード同期レーザの他の光学特性を維持するために、非線形材料が、キャビティ内誘電体スペーサとしての線形材料で置き換えられる。この線形材料は、拡張ＧａＡｓスペーサでも、光学ガラスでも、所望の波長依存または波長非依存の透過率を備えた光学素子でもよい。波長依存透過率を備えた光学素子の一例が、外部の周波数変換用の波長を選択する際に有用となり得る、体積格子である。好ましい一実施形態では、レーザチップ、飽和性吸収体、および誘電体スペーサが、モノリシックに接着、または低コストパッケージ内のほぼ平坦なプラットフォーム上に配置される。非線形材料または周波数変換に使用する材料、および場合によっては、集束光学系（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ）が、レーザキャビティに対して外部に配置される。キャビティ内周波数変換を特徴としない一実施形態では、時間遅延素子を省略することができる。

[0054]一実施形態では、非線形結晶が、偏光制御をもたらすためにも使用される。偏光制御をもたらすために非線形結晶が使用される拡張キャビティ面発光レーザの詳細が、米国特許出願第１０／７４５３４２号および第１０／７３４５５３号に記載されている。それらの内容をここに、参照により組み込む。

[0055]本発明のモード同期レーザを、高ピークパルスパワー動作を容易にするための追加の特徴を含むように適合させることができる。一実施形態では、光パルスを取り出すために共振器内にキャビティダンパが含まれる。一実施形態では、モード同期レーザを利得スイッチモードで動作させる。半導体利得媒質をパルス化することもできる。

[0056]前述のとおり、飽和性吸収体を、モード同期往復時間、およびそのハーモニックまたはサブハーモニックに等しい繰返しレートでポンピングすることができる。電気的ポンピングに加えて、飽和性吸収体を光学的にポンピングすることもできる。更に、利得素子を、キャビティ往復時間のハーモニックまたはサブハーモニックで変調することができる。

[0057]本発明のモード同期レーザは、さまざまな適用例で使用することができる。一適用例では、モード同期面発光レーザが投射型ディスプレイ用光源として使用される。モード同期は、スペクトルバンド幅を増大させ、それは、投射型ディスプレイシステム内でスペックルを低減させるのに有益である。モード同期は、ピーク出力パワーを増大させるのにも有益である。

[0058]一実施形態では、モード同期レーザが、個々の半導体のダイが複数のレーザ用の構成要素を含むような、１次元アレイまたは２次元アレイとして製作されるように設計される。例えば、図１１の実施形態では、利得素子、変調器、および時間遅延素子を、レーザアレイ用の基板上に形成することができる。レーザアレイは、いくつかの光学素子を共有することができる。例えば、共通の非線形結晶をレーザアレイに使用することができる。好ましい一実施形態では、レーザアレイが、レーザチップと、飽和性吸収体と、透明な分散性材料のスペーサとの、モノリシックな組立体としてパッケージングされる。そうしたモード同期レーザの赤外出力ビームを、レーザキャビティの外側の非線形結晶で周波数２倍化することもできる。一実施形態では、レーザアレイを互いにインコヒーレントに動作させる。例えば、アレイ内の各レーザを、独立にアドレス可能にすることができる。

[0059]別の応用例は、光学照明用途向けの光源を提供することである。モード同期面発光レーザは、従来は他の光源を使用している応用分野向けに、高パワー光を提供することができる。例えば、モード同期レーザアレイを光ガイドに結合して、高パワーの可視光源を１つまたは複数の異なる色でもたらすことができる。これには、従来、比較的非効率であり複雑な光源（例えばネオン光）が使用されているさまざまな照明用途に、潜在的用途がある。

[0060]先の記述では、説明のため、本発明の完全な理解が可能になるように、特定の用語を使用した。しかし、本発明を実施するために特定の詳細は必要でないことが、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の特定の諸実施形態についての先の記述は、例示および説明のために提示されるものである。それらは、網羅的なもの、または本発明を開示された厳密な形式に限定するものではなく、上記の教示に鑑みて、多くの変更形態および変形形態が明らかに可能である。これらの実施形態は、本発明の原理およびその実際的な用途を最も良く説明するために選択され、説明されたものであり、企図される特定の使用に適したものではあるが、それによって当分野の他の技術者が本発明およびさまざまな変更形態を伴うさまざまな実施形態を最良に利用することが可能になる。添付の特許請求の範囲およびそれらに相当するものが、本発明の範囲を規定するものである。

従来技術のモード同期レーザを示す図である。 従来技術の拡張キャビティ面発光レーザを示す図である。 従来技術の拡張キャビティ面発光レーザを、モード同期パルスを発生するように改変することに関連する、いくつかの問題を示す図である。 本発明の一実施形態による、モード同期レーザのブロック図である。 本発明の一実施形態による、高調波パルスと基本波パルスの間に時間遅延を導入するための技術を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による、モード同期変調器の時間遅延素子との統合を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による、時間遅延素子と利得素子との統合を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による、モード同期レーザを示す図である。 本発明の一実施形態による、モード同期変調器と時間遅延素子とを集積している半導体素子を示す図である。 本発明の一実施形態による、パルスおよびそれらの時間遅延の例を示す図である。 利得素子、反射器、モード同期変調器、および時間遅延素子を集積している半導体構造を示す図である。 利得素子と、出てきた基本波周波数の光から高調波周波数の反射光が離れて広がるように選択されたレンズとを集積している半導体構造を示す図である。 本発明の一実施形態による、高調波パルスと基本波パルスの間に偏光差を導入するための技術を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による、高調波パルスと基本波パルスの間に偏光差を導入するための技術を示すブロック図である。

Claims (28)

1. マルチパス光周波数変換を有するモード同期レーザの効率を改善する装置であって、
   光パルスの透過を遅延させる時間遅延素子と、
   前記モード同期レーザの基本波周波数の光パルスに対して透過すると共に第２の周波数において反射するように構成された、前記時間遅延素子の出入口と、
   前記基本波周波数の光を、前記出入口に向かって反射し戻すための端部反射器と、を備え、
   前記時間遅延素子が、前記出入口から出てくる前記基本波周波数の光パルスと前記出入口から反射された前記第２の周波数の光パルスとの間に時間遅延を導入し、それによって、前記第２の周波数の光を発生するのに使用される後続の非線形光学材料内の干渉効果が低減される、装置。
2. 前記基本波周波数の利得を発生するための光学利得領域を更に備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記時間遅延素子が、前記基本波周波数の光に関して低光損失を有するある長さの半導体材料を備え、前記モード同期レーザ内で、光パルスのスペクトルバンド幅の少なくとも一部分に対応する時間遅延を導入し、それによって、前記基本波周波数の光パルスが、少なくとも部分的に、前記第２の周波数の光パルスから時間的に分離される、請求項１に記載の装置。
4. 前記出入口が、前記基本波周波数に対して透過し前記第２の周波数に対して反射する光学的被覆を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記第２の周波数の反射光が、前記出入口から前記基本波周波数で出てくる光に対して焦点がずれるように選択されたレンズを更に備える、請求項１に記載の装置。
6. 前記モード同期レーザ変調器が、飽和性量子井戸吸収体を備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記端部反射器が、半導体素子内に形成されたブラッグ反射器を備える、請求項１に記載の装置。
8. モード同期レーザ変調器を更に備える、請求項１に記載の装置。
9. マルチパスキャビティ内周波数２倍化を有するモード同期レーザの効率を改善するための半導体素子であって、
   前記半導体素子の第１の領域から形成された、光パルスの透過を遅延させるための時間遅延素子と、
   前記半導体素子の前面上に形成され、前記モード同期レーザの基本波周波数の光パルスに対して透過し高調波周波数において反射するように構成された光学的被覆と、
   前記半導体素子の第２の領域内に形成された飽和性量子井戸吸収体と、
   前記半導体素子の第３の領域内に形成された、前記基本波周波数の光を前記光出入口に向かって反射し戻すための端部反射器と、を備え、
   前記時間遅延素子が、非線形光学材料の方へ向けられた前記基本波周波数の光パルスと前記高調波周波数の光パルスとの間に時間遅延を導入し、それによって、前記非線形光学材料内の干渉効果が低減される、半導体素子。
10. 前記半導体素子の第４の領域内に配された、前記基本波周波数の利得を発生するための光学利得領域を更に備える、請求項９に記載の装置。
11. 前記高調波周波数の反射光が、前記出入口から前記基本波周波数で出てくる光に対して焦点がずれるように前記半導体素子内に形成されたレンズを更に備える、請求項９に記載の装置。
12. モード同期レーザを動作させる方法であって、
    基本波周波数の光パルスを周波数変換するために、光共振器内に非線形材料を設けるステップと、
    前記光共振器内で、前記基本波周波数のモード同期レーザパルスを生成するステップと、
    前記非線形材料を通る第１の通過において、高調波周波数の光パルスを生成して、高調波周波数の第１のパルスを形成するステップと、
    前記非線形材料から受け取った、一部減少した前記基本波周波数の光パルス出力を時間遅延させて、時間遅延された基本波パルスを生成するステップと、
    前記高調波周波数の前記第１のパルスと、前記時間遅延された基本波パルスとを、前記非線形材料に再度結合して、前記高調波周波数の第２のパルスを生成するステップと、
    を含む、方法。
13. モード同期レーザであって、
    光共振器と、
    前記光共振器内に配設された、基本波レーザ周波数付近に光学利得をもたらすためのレーザ利得素子と、
    前記光共振器内に配設されたモード同期変調器と、
    前記基本波レーザ周波数の入力パルスが、前記基本波レーザ周波数のパワーが低減された出力パルスと高調波周波数の出力光パルスとに変換される、光周波数変換を実施するための、前記光共振器内に配設された非線形光学材料と、
    前記光共振器内に配設された周波数選択性時間遅延素子であって、前記基本波レーザ周波数の光パルスと、前記第二高調波波長の光パルスとの間に時間遅延を導入し、それによって、前記非線形光学材料内での、前記高調波周波数の光パルスと前記基本波周波数の光パルスとの間の干渉が低減される、前記周波数選択性時間遅延素子と
    を備える、レーザ。
14. 前記モード同期変調器が、飽和性吸収体を備える、請求項１３に記載のレーザ。
15. 前記飽和性吸収体が、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓおよびＧａＩｎＡｓＰからなる材料の群から選択された量子井戸を備える、請求項１４に記載のレーザ。
16. 前記飽和性吸収体が、前記レーザ共振器内のミラーの１つとして働くＧａＡｌＡｓおよびＧａＡｓの交互層から構成された高度に反射する半導体ブラッグミラーに隣接して成長される、請求項１４に記載のレーザ。
17. 前記レーザ利得素子が、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰおよびＧａＩｎＡｓＰからなる半導体レーザ材料の群から選択される、請求項１３に記載のレーザ。
18. 前記飽和性吸収体が、半導体基板上に、前記利得素子を形成する利得媒質に隣接して成長される、請求項１３に記載のレーザ。
19. 前記飽和性吸収体は、前記飽和性吸収体の光損失を調整するために、少なくとも１つの量子井戸に逆バイアス電圧を印加するためのｐ−ｎ半導体接合内に配された前記少なくとも１つの量子井戸を備える、請求項１３に記載のレーザ。
20. 前記飽和性吸収体に印加される電圧が、前記レーザをオフおよびオンにして、変調された基本波および第二高調波のモード同期パルス列を発生させることができる、請求項１３に記載のレーザ。
21. 前記飽和性吸収体の電流が、レーザパワーを監視するために使用される、請求項１９に記載のレーザ。
22. レーザ利得媒質が、固体、気体、半導体、および液体のレーザ媒質からなる群から選択される、請求項１３に記載のレーザ。
23. 前記非線形材料が、分極ニオブ酸リチウム、分極ＫＴＰ、分極タンタル酸リチウム、分極ニオブ酸カリウム、非分極バルクニオブ酸リチウム、非分極バルクＢＢＯ、非分極ＬＢＯ、および非分極ＫＴＰからなる群から選択される、請求項１３に記載のレーザ。
24. 非線形変換が、周波数２倍化、周波数３倍化、周波数４倍化、および波長下方変換からなる周波数変換過程の群から選択される、請求項１３に記載のレーザ。
25. 独立にアドレス可能な、１次元または２次元のアレイとして配列された複数のデバイスがある、請求項１３に記載のレーザ。
26. 拡張キャビティ半導体レーザであって、
    量子井戸利得領域と、
    モード同期をもたらすための集積量子井戸飽和性吸収体と、を含む面発光半導体素子と、
    少なくとも１つのブラッグ反射器と、
    外部ミラーと
    を備える、レーザ。
27. モード同期レーザであって、
    光共振器と、
    前記光共振器内に配された、基本波レーザ周波数付近に光学利得をもたらすためのレーザ利得素子と、
    前記光共振器内に配されたモード同期変調器と、
    前記光共振器内に配された、前記基本波レーザ周波数の入力パルスが、前記基本波レーザ周波数におけるパワーが低減された出力パルスと、高調波周波数における出力光パルスとに変換される光周波数変換を実施するための非線形光学材料と、
    前記光共振器内に配され、前記高調波周波数の出力光パルスの、前記高調波周波数の光パルスとの空間的、時間的、または偏光のオーバーラップを少なくとも部分的に低減させ、それによって、前記高調波周波数の光パルスと、前記基本波周波数の光パルスとの間の、前記非線形光学材料内での干渉が低減されるように構成された素子と、
    を備える、レーザ。
28. モード同期レーザを動作させる方法であって、
    基本波周波数の光パルスを周波数変換するために、光共振器内に非線形光学材料を設けるステップと、
    前記光共振器内で、前記基本波周波数のモード同期レーザパルスを生成するステップと、
    前記非線形光学材料を通る第１の通過において、高調波周波数の光パルスを生成して、高調波周波数の第１のパルス、および前記基本波周波数の第２の光パルスを形成するステップと、
    前記第１のパルスと前記第２のパルスの時間的、空間的、または偏光のオーバーラップを、前記第１のパルスおよび前記第２のパルスを前記非線形光学材料に再度結合する前に少なくとも部分的に低減させ、それによって、前記非線形光学材料内で干渉効果が低減されるステップと
    を含む、方法。

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