JP2010027971A - コンパクトで効率のよいマイクロチップレーザ - Google Patents

Abstract

【課題】周期的に分極された非線形結晶を用いて、効率よく非線形キャビティ内周波数を所望の周波数に変換するために設計された、コンパクトで光学的にポンピングされた固体レーザを提供する。
【解決手段】これらの結晶は、ＭｇＯまたはＺｎＯのようなドーパントを含み、かつ／または高い信頼性を確実にする特定の程度のストイキオメトリを有する。レーザは、Ｎｄ：ＹＶＯ₄のような、レーザの偏光制御をももたらす固体ゲイン媒体チップと、基本波近赤外レーザビームを効率よく周波数倍増して可視波長範囲にするためのＰＰＭｇＯＬＮまたはＰＰＺｎＯＬＴのような周期的に分極された非線形結晶チップとを含む。説明される設計は、低コストの緑色および青色レーザ光源を得るのに特に有利である。
【選択図】図１

Description

発明の背景
可視および紫外スペクトル領域においてコンパクトで効率がよく低コストであるレーザ光源が、さまざまな用途のために長きにわたり所望されてきた。これらの用途には、レーザに基づく投射型ディスプレイ、光学式記憶装置、生物分析器具、半導体検査、および分光学が含まれる。低コストでコンパクトで効率のよいプラットフォームを提供するものである半導体レーザは、近赤外スペクトル領域において最も効率よくレーザ光を発するＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐのような材料系に依拠する。〜６５０ｎｍ（赤色）までの動作が、深刻な技術的挑戦もなく可能であって、いくつかの半導体レーザ設計は、効率および信頼性は低下するものの、〜６３５ｎｍまでの拡張が可能である。可視領域の短波長側において、近年ＧａＮ系が開発されており、紫色レーザ（〜４００ｎｍから〜４４５ｎｍ）スペクトル範囲におけるレーザが商業化されている。しかしながら、効率よく信頼性のある態様で＞４７０ｎｍの波長を達成することは、ほとんど克服不可能な挑戦を意味する。こうして、可視スペクトルの大部分（すなわち、〜４７０ｎｍ青色から〜６３５ｎｍ赤色まで）には、現在では効率のよい半導体レーザ解決策がない。

これらの色彩（波長）のうち、緑色がないことはおそらく最も注目すべきことであろう。なぜならば、この色は人間の目の最大感度に対応するからである。実際のところ、緑色半導体レーザに対する直接的な解決策は現在利用可能ではない。１９９０年代から商業化されている間接的な解決策は、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ₄のようなネオジム（Ｎｄ）ベースの固体レーザの非線形周波数倍増（第２高調波発生すなわちＳＨＧとしても公知である）に基づいている。これらの固体ゲイン材料は、赤外半導体レーザによって（たとえば〜８０８ｎｍで）ポンピングされることが可能であり、〜１０６４ｎｍ波長でレーザ放射を発生する。この１０６４ｎｍ放射は、次いで、チタンリン酸カリウム（ＫＴＰ）またはホウ酸リチウム（ＬＢＯ）のような非線形結晶を用いて緑色５３２ｎｍ波長に周波数倍増され得る。同様の技術を用いて、９４６ｎｍ固体レーザを周波数倍増することによって、たとえば４３７ｎｍである青色が得られる。そのようなアプローチの考察は、以下の書籍に見出される。Ｗ・Ｐ・リスク、Ｔ・Ｒ・ゴスネルおよびＡ・Ｖ・ナーミッコ「コンパクトな青緑色レーザ」（W. P. Risk, T. R. Gosnell and A. V. Nurmikko,“Compact
Blue-Green Lasers”, Cambridge University Press (2003)）。さらに、低コストであるプラットフォームは、ゲインチップと非線形結晶とを結合してモノリシックなレーザキャビティを形成する、いわゆるマイクロチップ技術を用いることにより得られる。マイクロチップ概念は、最初にムーラディアン（Mooradian）（米国特許第５，３６５，５３９号）によって提案されたようである。

しかしながら、現在利用可能なマイクロチップレーザは、多くの用途において要求される、特にたとえば数百ミリワットから数ワットまでの高電力レベルで要求される、効率性と柔軟性とを欠く。これは主に、ＫＴＰのような従来の非線形材料の周波数変換の非効率性によるものである。ＫＴＰベースのマイクロチップレーザから数百ミリワットの緑色を得るためには、基本波赤外レーザのために相当の電力マージンを提供することが必要であるが、これは全体的なレーザシステム設計に温度、寸法およびコストについての限定を課す。さらに、ＫＴＰのような従来のバルクの非線形材料は、その周波数変換範囲が制限されている。たとえば、ＫＴＰは緑色への周波数倍増のために用いられているが青色への周波数倍増には実用化できないので、効率性、信頼性およびコストについてそれぞれ限定されている異なった非線形材料を探さなければならない。

ローレル（Laurell）（米国特許第６，２５９，７１１号）は、周期的に分極された非
線形結晶を用いることにより、そのような多くの限定を克服できると提案した。これらの結晶は、所望の変換波長について高い非線形性をもたらすように設計可能である。したがって、マイクロチップアーキテクチャにおいて実現されたそのようなレーザ設計は、従来のバルクの非線形材料に付随する限定の多くに対処可能である。

しかしながら、その発明の実施例は深刻に限定が課されている。それは、我々の知る限り、このプラットフォームの商業化を妨げ、今日に至るまで、可視波長マイクロチップレーザはＫＴＰおよびＫＮｂＯ₃のようなバルクの非線形材料に依拠し続けている。後者の材料は青色を発生するのに用いられている（たとえば国際特許出願ＷＯ２００５／０３６，７０３号参照）。そのような限定は、ローレル発明において提案されている周期的に分極された非線形結晶の選択、すなわちＫＴｉＯＰＯ₄（ＫＴＰ）、ＬｉＮｂＯ₃（ＬＮ）、およびＬｉＴａＯ₃（ＬＴ）、から生じている。これらの材料は高い非線形性を有し、周波数倍増のための周期的構造へと容易に分極可能である。しかしながら、これらの材料の実用的用途は非常に限定されている。バルクＫＴＰのように、周期的に分極されたＫＴＰは低パワーレベルでしかうまく動作せず（数ミリワット、またはそれどころか可視において数十ミリワット）、高パワーレベルにおいては受動的および誘起吸収（「グレートラッキング」）を被るものである。さらに、ＫＴＰ結晶生成は、家庭用電子ディスプレイのような用途において要求される、低コストでの大量生産の量に対し容易にスケーラブルではない。ＬｉＮｂＯ₃およびＬｉＴａＯ₃は大量生産に対してスケーラブルであり容易に周期的に分極可能であるが、これらの結晶を用いて数ミリワットの可視光線でさえも深刻な劣化なしには発生させることを不可能にするものである、可視光線により誘起された劣化（「光屈折率損傷」）を被る。光屈折率損傷は高温下で（＞１５０℃）低減可能である。しかしながら、これは非線形結晶を高温に保つためのオーブンの使用を必要とする。そのようなオーブンは、特にマイクロチップジオメトリにおいて、低コストで効率のよいレーザ製作とは両立できない。こうして、ローレルが記載するレーザ設計は、高パワーで低コストのコンパクトで効率のよいアーキテクチャにおいて実現できない。同様に、ブラウン（Brown）（米国公開特許出願第２００５／０，０６３，４４１号）は、低コスト用途に好適であるように思われるコンパクトなレーザパッケージのための設計を提案した。しかしながら、ブラウン教示は依然としてＫＴＰおよびＬＢＯのような従来の非線形材料に集中している。ＰＰＬＮおよびＰＰＫＴＰの活用可能性について触れてはいるが、どのようにこれらの結晶の限定を、特にそれらの上述の信頼性における限定を克服できるかについては教示していない。

コングルエントなＬｉＮｂＯ₃およびＬｉＴａＯ₃が可視光線による光屈折率損傷を被ることは公知であり、この問題を克服するためのいくつかの方法が提案されている。上述の高温での動作はこの問題を一部解決するが、ほとんどの用途に対して好適ではない。別の提案された解決策は、コングルエントな材料を結晶成長の間にドープして、光屈折率損傷メカニズムを抑制することである（Ｔ・ヴォルク、Ｎ・ルビニナ、Ｗ・ウォーレック「ニオブ酸リチウムにおける耐光損傷不純物」）（T. Volk, N. Rubinina, M. Wohlecke,“Optical-damage-resistant impurities in lithium niobate,”Journal of the Optical Society of America B, vol. 11, p.1681 (1994)）。高度なストイキオメトリでバルク結晶を成長させることが、光屈折率損傷を抑制する別の方法として提案されている（Ｙ・フルカワ、Ｋ・キタムラ、Ｓ・タケカワ、Ｋ・ニワ、Ｈ・ハタノ「非線形光学素子のための有効な材料としてのストイキオメトリックＭｇ：ＬｉＮｂＯ₃」（Y. Furukawa, K. Kitamura, S. Takekawa, K. Niwa, H. Hatano,“Stoichiometric Mg:LiNbO₃as an effective material for nonlinear optics,”Optics Letters, vol. 23, p. 1892 (1998)）。

しかしながら、先行技術の研究者たちは、低コストで大量生産可能な設計において緑色および青色光を発生させるのに好適である、高出力パワーで安定しており、周囲温度で動作可能である周波数倍増レーザを得るための手段を教示していない。我々は、もし周期的
に分極されたＬｉＮｂＯ₃またはＬｉＴａＯ₃結晶が０．０５％のストイキオメトリの範囲にあれば、それらは最大５００ｍＷの高出力パワーで安定であるためにドーパントを何ら必要としないことを見出した。ストイキオメトリが０．６％以内である結晶については、約０．１から約０．６モル％のＺｎＯまたはＭｇＯでのドーピングが、ストイキオメトリックな周期的に分極されたＬｉＮｂＯ₃またはＬｉＴａＯ₃によって得られるのと実質的に同様の有利な結果を達成する。この発明は、ドーパントとしてＭｇＯまたはＺｎＯを含むか、および／またはこれらの材料に対する高い信頼性を確実にする特定の程度のストイキオメトリを有する、周期的に分極された材料に基づく、コンパクトで効率がよく低コストである周波数倍増レーザを教示する。ＺｎＯまたはＭｇＯでドープされたストイキオメトリックなＬｉＮｂＯ₃およびＬｉＴａＯ₃は、それらのコングルエントな対応物とは非常に異なった材料であり、これら材料の変化した強誘電特性は、これら材料が可視スペクトル範囲への周波数変換に要求される短周期の数ミクロン長さ領域へと分極することを非常に困難にしている。周期的に分極され、ＺｎＯまたはＭｇＯでドープされてストイキオメトリックであるＬｉＮｂＯ₃およびＬｉＴａＯ₃を生成することにおける技術的挑戦は、最近になって克服され、これらの新しい材料が製造可能であることが示されている。青色、緑色およびより長い波長領域にレーザ変換するのに好適である長周期を有する結晶が生成されており、そのような生成プロセスは同時係属中の同じ譲受人に譲渡されている公開米国特許出願第２００５／０，１３３，４７７号に記載されており、その開示を引用によりここに援用する。
Ａ・ムーラディアン「マイクロチップレーザ」米国特許第５，３６５，５３９号 Ｆ・ローレル「レーザ」米国特許第６，２５９，７１１号 Ｔ・ジョージス（T. Georges）「レーザダイオードポンピングされたモノリシックな固体レーザ装置および該装置の適用方法）（“Laser diode-pumped monolithic solid-state laser device and method of application of said device”)、国際特許出願ＷＯ２００５／０３６，７０３号 Ｄ・Ｃ・ブラウン「ダイオードポンピングされたマイクロレーザのための高密度方法」（“High-density methods for producing diode-pumped microlasers”）米国特許出願第２００５／０，０６３，４４１号 ステパン・エサイアン「周期的に分極されたニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの非線形光学素子の製造方法」（“Method for the fabrication of periodically poled lithium niobate and lithium tantalite nonlinear optical components”）米国特許出願第２００５／０，１３３，４７７号 Ｗ・Ｐ・リスク、Ｔ・Ｒ・ゴスネルおよびＡ・Ｖ・ナーミッコ「コンパクトな青緑レーザ」Cambridge University Press (2003) Ｔ・ヴォルク、Ｎ・ルビニナ、Ｗ・ウォーレック「ニオブ酸リチウムにおける耐光損傷不純物」、Journal of the Optical Society of America B, vol. 11, p.1681 (1994) Ｙ・フルカワ、Ｋ・キタムラ、Ｓ・タケカワ、Ｋ・ニワ、Ｈ・ハタノ「非線形光学素子のための有効な材料としてのストイキオメトリックＭｇ：ＬｉＮｂＯ3」、Optics Letters, vol. 23, p. 1892 (1998) Ｙ・フルカワ、Ｋ・キタムラ、Ａ・アレクサンドロフスキ、Ｒ・Ｋ・ルート、Ｍ・Ｍ・フェイジャ、Ｇ・ファウロン「ＭｇＯドープされたＬｉＮｂＯ3における緑色誘起赤外吸収」、Applied Physics Letters, vol. 78, p. 1970 (2001) Ｒ・スミス「キャビティ内光学第２高調波発生」、IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 6, p. 215, (1970) Ｃ・マイアット、Ｎ・トラッジスよびＫ・デソー「光接触はよりロバストになる」"、Laser Focus World, January 2005, p. 95） Ｌ・グレボフ「ダイオードレーザスペクトルパラメータの最適化および安定化」、Photonics Spectra, January 2005 Ｒ・パショッタおよびＵ・ケラー「モードロックレーザからのいっそう高いパワー」、Optics and Photonics News, p. 50, May 2003） Ｄ−Ｈ・リー他「キャビティ内倍増されたセルフＱスイッチングされたＮｄ，Ｃｒ：ＹＡＧ ９４６／４７３ｎｍマイクロチップレーザ」Chinese Physics Letters, vol. 19, p. 504 (2002) Ｊ・Ｊ・ザイホウスキ「受動Ｑスイッチングされたマイクロチップレーザおよび用途」Rev. Laser Eng., vol. 26, p. 841 (1998) Ｙ・Ｈ・チェン、Ｙ・Ｃ・フアン、Ｙ・Ｙ・リン、およびＹ・Ｆ・チェン「超低電圧レーザＱスイッチングおよび高効率波長変換のためのキャビティ内ＰＰＬＮ結晶」、Applied Physics B:Lasers and Optics, vol. 80, p. 889 (2005)

要約すると、公知の技術的アプローチは、信頼性のある費用効率が高いコンパクトな周波数変換レーザを提供できない。この発明はこの問題を解決し、ＭｇＯまたはＺｎＯのようなドーパントを含み、および／またはこれらの材料に対する高い信頼性を確実にする特定の程度のストイキオメトリを有する、周期的に分極されたＬｉＮｂＯ₃またはＬｉＴａＯ₃ベースの、低コストで効率がよく信頼性のある固体レーザアーキテクチャを開示する。この発明はまた、ダイレクト半導体レーザによっては利用可能ではなかった波長範囲、すなわち青色、緑色、黄色、橙色および近紫外波長領域、すなわち約２７５ｎｍから６３５ｎｍの波長へと周波数変換される、コンパクトで効率がよく信頼性のある低コストな固体レーザを記載する。この発明は、既存の技術では達成できないレベルである、少なくとも数百ミリワット以上の出力パワーレベルを有する、コンパクトで効率のよい可視または近紫外レーザ光源を製造する方法を教示する。

発明の詳細な説明
図１は、この発明の好ましい実施例を示す。ポンプダイオードレーザ１は、ゲイン材料（素子）８による効率のよい吸収のために、ビーム２をたとえば８００から９００ｎｍの間の波長で、たとえば〜８０８ｎｍまたは８８５ｎｍの波長で放出する。ビーム２はしばしば非点収差を有し、ポンプビーム２をビーム４に変換するのにビーム整形光学素子３が有利に用いられて、ビーム４はゲイン媒体８の表面７上に所望の直径の円形の断面を形成する。この種のポンピング構成は当該技術分野において公知であって、これはゲイン素子におけるポンプ領域を、効率のよい非線形周波数倍増のために単一空間モード（またはＴＥＭ₀₀）でなければならないものである、キャビティ内（intracavity）循環ビームに効率よくオーバーラップさせることができる。ゲイン素子８上のポンプスポットについての好適な直径は、１００から３００ミクロンの範囲内である。ビーム整形光学素子はマイクロレンズ、屈折率分布型レンズ、またはそのような光学素子の組合せであってもよい。単純性およびコンパクト性を優先して効率性を犠牲にできる場合は、ビーム整形光学素子３をなくしてもよい。アセンブリ３の別の部分はダイオードレーザ１のスペクトル放出を狭めるのに用いられる体積ブラッググレーティングであり得る。ポンプレーザのスペクトル出力を狭めることは、レーザシステムの効率性にとって有利である。そのようなスペクトルを狭めるための方法は、たとえば以下の論文に記載されている。Ｌ・グレボフ「ダイオードレーザスペクトルパラメータの最適化および安定化」（L. Glebov.“Optimizing and
Stabilizing Diode Laser Spectral Parameters,”Photonics Spectra, January 2005）。

しかしながら、高いレーザ光源効率をもたらすことはこの発明の主要な利点である。効率性を最大化するために、我々は、サファイア、ドープされていないＹＶＯ₄またはドープされていないＹＡＧのような高い熱伝導性を有する透明光学材料６を用いる。こうして
、素子６はゲイン素子８に結合されてヒートシンクとして作用する。表面５および７はたとえば８０８ｎｍのポンプレーザ波長での高い透過率のためにコーティングされる。表面７のコーティングはまた、１０６４ｎｍのような基本波レーザ波長での高い反射率をも提供し、固体レーザキャビティの第１のミラーとして作用する。コーティングは、固体材料８によりサポートされる所望の波長で、たとえば１３４２ｎｍで、レーザ光を発するよう選択されてもよい。この例においては、このミラー７または第２のキャビティミラー１２のレーザ遷移主波長（Ｎｄ：ＹＶＯ₄ポンプレーザの場合においては１０６４ｎｍ）での反射率を低減するよう注意しなければならない。素子６として用いるのに好適である光学的に透明なヒートシンク材料のいくつかの例は、サファイア、ドープされていないＹＶＯ₄およびドープされていないＹＡＧを含む。これらの素子のうち、サファイアは、その高い熱伝導率と、Ｎｄ：ＹＶＯ₄に対する良好な熱膨張率の適合とにより、最も効率的である。このレーザ設計の低パワーバージョン（＜１Ｗの吸収ポンプパワー）においては、ゲイン素子を銅または別の高い熱伝導率を有する金属の搭載部上に搭載することなどの、従来的なヒートシンク方法も受入可能であって、この発明の範囲に含まれる。

ゲイン媒体８は好ましくは、素子８がレーザキャビティに対してゲイン制御および偏光制御の両方をもたらすように、ＮｄＹＢＯ₄またはＮｄＧｄＶＯ₄のような、一方軸のほうがゲインが高い、Ｎｄでドープされた素子である。この発明においてレーザの効率性を最大化するためのＮｄドーピングのレベルは、典型的には０．５％から３％ａｔｍ（原子％）の範囲内にある。素子８はまた、ゲイン誘導および熱レンズ効果により、そうでなければフラット−フラット（flat-flat）レーザキャビティとなるキャビティにおいて、横モードの制御をも提供する。

非線形結晶１０は、基本波長（すなわち近赤外）および第２高調波波長（典型的には可視）の両方で信頼性のある結晶動作を確実にするドープされているかまたはストイキオメトリックな非線形材料の族に属する周期的に分極された非線形結晶である。特定的には、これらの材料は、ＰＰＭｇＯＬＮ（周期的に分極されたＭｇＯでドープされたＬｉＮｂＯ₃）、ＰＰＭｇＯＬＴ（周期的に分極されたＭｇＯでドープされたＬｉＴａＯ₃）、ＰＰＺｎＯＬＮ（周期的に分極されたＺｎＯでドープされたＬｉＮｂＯ₃）、ＰＰＺｎＯＬＴ（周期的に分極されたＺｎＯでドープされたＬｉＴａＯ₃）、ＰＰＳＬＮ（周期的に分極されたストイキオメトリックなニオブ酸リチウム）、またはＰＰＳＬＴ（周期的に分極されたストイキオメトリックなタンタル酸リチウム）を含む。ドーピングおよびストイキオメトリのレベルは、光屈折率損傷および可視光線誘起近赤外吸収（緑色および青色光のそれぞれについてＧＲＩＩＲＡおよびＢＬＩＩＲＡとしても公知である）のような光劣化効果を抑制するよう選択される。この主題についての最近の議論は以下の論文に見出される。Ｙ・フルカワ、Ｋ・キタムラ、Ａ・アレクサンドロフスキ、Ｒ・Ｋ・ルート、Ｍ・Ｍ・フェイジャ、Ｇ・ファウロン「ＭｇＯドープされたＬｉＮｂＯ₃における緑色誘起赤外吸収」（Y. Furukawa, K. Kitamura, A. Alexandrovski, R. K. Route, M. M. Fejer, G. Foulon,“Green-induced infrared absorption in MgO doped LiNbO₃”Applied Physics Letters, vol. 78, p. 1970 (2001)）。そのような周期的に分極された結晶を大量生産するための方法は、この発明の共同発明者のうちの１人であるステパン・エサイアン（S. Essaian）により、本願と同じ譲受人に譲渡された公開米国特許出願第２００５／０，１３３，４７７号に開示されている。

非線形結晶１０の分極周期は、基本波ビームの第２高調波発生の効率を最大化するよう選択される。たとえば、１０６４ｎｍを５３２ｎｍに周波数倍増するためのＰＰＭｇＯＬＮの分極周期は、約７ミクロンである。そのような材料に対する効果的な非線形係数は約１６ｐｍ／Ｖであり、完全なグレーティング構造および材料のストイキオメトリックな均一性が達成された場合には、２０ｐｍ／Ｖまで高くてもよい。非線形結晶の高い非線形性および高い信頼性は、この発明のレーザシステムの主要な利点である。非線形変換の効率
性が非線形係数の二乗でスケーリングするので、ＫＴＰ（緑色波長への変換には〜３．５ｐｍ／Ｖ）またはＬＢＯ（〜１ｐｍ／Ｖ）のような従来的な材料の代わりにＰＰＭｇＯＬＮのような材料を使用すると、従来的なバルク材料を使用した場合よりも、コンパクトで消費電力が少なく高いパワー出力のシステムを構築することが可能になる。たとえばＫＴＰと比較して周期的に分極された材料を使用することのさらなる利点は、第２高調波発生プロセスのために基本波ビームの偏光が１回しか必要でないことである。（ＳＨＧを緑色波長範囲に変換するために最も広く用いられている結晶である）ＫＴＰにおいては、結晶において基本波長で２つの直交する偏光が励起されなければならない（これはいわゆるタイプＩＩ位相整合ＳＨＧを構成する）。これはキャビティ内レーザビームの偏光解消のおそれ、したがってパワーと効率との両方が失われるおそれをもたらす。

高い信頼性に対して最適なドーピングおよびストイキオメトリを使用することは、劣化を抑制するために非線形結晶を加熱するための高価で空間を占有するオーブンを必要とすることなく、信頼性のあるレーザ製品を製造することを可能にする。最後に、この発明の実施において有用であるＰＰＭｇＯＬＮおよび他の結晶の大量生産可能性は、家庭用電子製品の大きな市場のために、コンパクトな可視レーザを大量生産することを可能にする。ダイレクト半導体ダイオードレーザによっては利用可能ではない色彩がこうして得られることを指摘することは重要である。

非周期的（チャープ）または非平行（ファンアウト）分極パターンを有する非線形結晶の使用もまたこの発明の範囲内にある。ＰＰＭｇＯＬＮのようなこの発明の材料の高い効率性によって得られる別の利点とは、それらが設計に余裕をもたらすことである。これは、発生された第２高調波パワーに重大なペナルティを課すことなく、第２高調波発生のための温度または角度の許容可能帯域幅のような他のパラメータのために、有効非線形性を犠牲にできることを意味する。この理由とは、キャビティ内第２高調波発生が、レーザが基本波長で放出可能であるパワーの最大量によって限定されているからである。これは以下の文献に記載されている。Ｒ・スミス「キャビティ内光学第２高調波発生」（R. Smith,“Theory of intracavity optical second-harmonic generation”, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 6, p. 215, (1970)）。レーザ限界に到達した後で、結晶の非線形性、長さ、またはビームの焦点絞りを増大させると、第２高調波パワーをそれ以上増大させないことができる。従来のバルクの非線形結晶が、連続波レーザ動作においてはこのレジーム（regime）に典型的には到達し得ないのに対し、この発明の、高度な非線形性を有し、周期的に分極された結晶はそれに到達する。この結果、全アセンブリが全体として制御される場合であっても、非線形結晶長さを縮小し、分極パターンを修正し、そして特に固有の温度勾配のためにいくらか効率性が限定される低コストであるモノリシックなマイクロチップレーザキャビティアセンブリを用いることにより、レーザコストおよび性能を向上させることが可能になる。こうして、好ましい実施例においては、非線形結晶１０は、たとえば化学的に活性化された直接ボンディングによって、レーザゲイン素子８に結合される。非線形結晶の入力表面９は、基本波長での高い透過率と、第２高調波波長での高い反射率とを確実にするコーティングを有する。この構成はまた、レーザ動作にとって不利であり得る、発生された可視光線がゲイン素子へ入ることを防止する。この発明において好ましいことであるエポキシ不使用のボンディングは、近年顕著な進歩を遂げており、したがってここで開示されるモノリシックなアセンブリが容易に製造可能であることに留意されたい。直接ボンディング技術の考察は以下の論文に見出すことができる。Ｃ・マイアット、Ｎ・トラッジスよびＫ・デソー「光接触はよりロバストになる」（C. Myatt, N. Traggis, and K. Dessau,“Optical contacting grows more robust”, Laser Focus World, January 2005, p. 95）。この開示をここに引用により援用する。

非線形結晶の出力表面１２は、キャビティの第２のミラーとして作用する。したがって、それは基本波レーザ波長での高い反射率のために、そして第２高調波波長での高い透過
率のために、コーティングされることが好ましい。説明される配置の縦および横ダイメンションは、レーザ設計の分野において公知であるように高い効率性のために最適化される。我々は、５３２ｎｍ（緑色）波長で数百ミリワットのパワーを得るために、非線形結晶長さが５ｍｍを超える必要がないことを見出した。光ビーム１１は、基本波長でのキャビティ内レーザビームを示す。ビームは、ゲイン素子８から遠ざかる方向に伝搬するキャビティモードを図示する。後方に伝搬するキャビティモードは、この前向きに伝搬するビームとオーバーラップするので、図示されていない。同様に、第２高調波ビームは前方向と後ろ方向との両方において発生される。後ろ向きに発生される第２高調波ビームは光学表面９で反射されて、前向きに発生される第２高調波ビームと再び合成され、単一のビーム１３がレーザキャビティから出射する。

前向きに発生される第２高調波と後ろ向きに発生される第２高調波との両方が互いに対してコヒーレントであるので（すなわち、明確に限定された位相関係を有する）、それらが互いに光学的に干渉していくらか非線形変換の効率性を減じ得ることに留意されたい。この発明の実施において、この問題を克服するためにいくつかの方法を用いることができる。１つの方法は、結晶温度を制御することである（できるだけ建設的干渉に近づけるように干渉を最大化することと非線形変換効率を最大化することとの間の最適ポイント）。好適な温度範囲は約２０℃から約８０℃であり、非線形結晶の下に位置決めされる低コストの抵抗ヒータ素子を利用して容易に達成することができる。レーザキャビティが多数の縦モードで動作するのに十分長い場合には、別の方法とは、いくつかの縦モードが（部分的な）相殺的干渉で互いを打消し合う一方で、他のモードが建設的干渉によって全体の第２高調波出力を向上させることに依拠することである。多数の縦モードレーザにおいては、建設的干渉において有利であるモードが最も効率的に出力結合する（outcoupled）ので、これは自動的に達成される。

この発明のマイクロチップアセンブリのさらなる利点とは、容易に扱いかつ他の結晶にボンディングするのに十分に厚みのある周期的に分極された結晶を用いることができることである。最近まで、一般的に認められていた意見では、ＰＰＭｇＯＬＮのような材料は青緑色への変換についてはせいぜい薄いウェハ（０．５ｍｍ厚さ以下）での分極しか可能ではなく、実稼働の非研究目的環境においては全く分極しないとされていた。今や、公開米国特許出願第２００５／０，１３３，４７７号においてステパン・エサイアンによって記載された方法を用いることにより、高い歩留まりで１ｍｍもの厚さの結晶を製造することが可能になった。これは、マイクロチップレーザの構築において顕著な利点である。こうして、この最近の結晶技術における成果を用いることにより、性能、すなわちパワー、効率性、信頼性およびコストが既存のプラットフォームに勝る、新しいレーザプラットフォームを得ることが可能になる。

図２以降に示されるこの発明の実施例について、多くの素子およびそれらの機能は図１に示される実施例のものと本質的に同様である。したがって、これらの実施例の以下の説明においては相違点だけを強調するが、同様の点は図１の説明から理解されるであろう。

図２の実施例は、ゲイン媒体（図２における素子１５）がより高いゲインを与えるための偏光について好ましい方向を有しない場合に特に有用である。そのようなゲイン媒体の周知の例はＮｄ：ＹＡＧである。Ｎｄ：ＹＡＧを用いる１つの利点は、それがＮｄ：ＹＶＯ₄またはＮｄ：ＧｄＶＯ₄では利用可能ではないレーザ波長、たとえば９４６ｎｍを提供し得ることである。これは、非線形周波数変換によって他の色を得るために、たとえば４３７ｎｍ波長での青色を得るために、望ましい。ゲイン材料はまた、Ｙｂ：ガラスまたはＮｄ：ガラス、Ｙｂ：ＹＡＧガラスならびに、他の同様なものをベースとする結晶およびガラスであってもよい。

図１の実施例において説明してきた多くの素子および技術方法が図２に当てはまるが、図２の設計は、ゲイン媒体とは異なった手段によって偏光制御を提供する。偏光制御はレーザ設計において必要な部分であるが、なぜならば第２高調波発生プロセスは偏光に感応するからである。この発明の低コストでコンパクトな設計コンセプトを維持するために、この発明の好ましい実施例は、さらなる複屈折素子１６を用いる。素子１６は複屈折結晶であって、キャビティ内レーザ設計に好適であり、この結晶がサポートする２つの偏光の間の大きなウォークオフを提供する角度で切断される。素子１６として用いるのに好適である材料の例は、ドープされないイットリウムバナレート（ＹＶＯ₄）である。結晶１６におけるウォークオフは、たとえば不所望なほうの偏光により大きな損失を与えるアパーチャ１８を用いることにより、２つの偏光同士を判別するために用い得る。図２は別々の素子１５（ゲイン結晶）、１６（ウォークオフを生成するための偏光制御結晶）、１８（アパーチャ）、および１９（非線形結晶）を示すが、これらはモノリシックなアセンブリになるよう接合することも可能である。この場合、アパーチャが受動的に、すなわちレーザがオンされる前に、整列するように、顕著なウォークオフを設計し得る。

２つの偏光同士を判別するための別の方法は、非線形結晶（図示せず）の右側に湾曲したミラーまたはレンズを用いることであって、それにより、偏光のうちの１つが、一方側のレンズまたはミラーと他方側のゲインアパーチャとによって規定される光軸に対して、整列からウォークアウトする。このコンセプトは、不所望なほうの偏光により大きな損失を与える点で、アパーチャを備えた実施例と本質的に同様である。図２に示される実施例における他の素子およびコーティングは、図１に示されるものと同様である。

図３の設計は、ゲイン媒体（図２における素子１５）が、より高いゲインでの偏光について好ましい方向を有しない場合に特に有用であるという点で、図２の設計と同様である。効率的な非線形周波数倍増のためにレーザ偏光を制御するために、この設計は、コーティングされないままであってもよいキャビティ内ブルースター表面５２に依拠する。さらなる素子を追加せずにキャビティ内にブルースター表面を得るための１つの方法は、ゲイン結晶５１をブルースター角度で切断することである。ブルースター表面はＰ偏光に対して高い透過率を有し、Ｓ偏光に対して低い透過率を有する。このことを利用してゲイン結晶を適切な角度で傾斜させ、レーザキャビティを形成することが可能である。図３に示す結晶は他の図においてよりも薄く見える。これは、周期的に分極された結晶のより薄い（ウェハ）断面が、ブルースター表面が存在する場合には典型的には図面の平面に存在することを図示するためである。図３に示すものと同様の設計は過去にも用いられているが（たとえば国際特許出願ＷＯ２００５／０３６，７０３号を参照）、この発明において教示される高い信頼性を有する周期的に分極された結晶を活用していない。

図３は、キャビティ内ブルースター表面を備えた部品構成の可能なシナリオの１つだけを示すことを理解されたい。図１に示されるように、この設計は、たとえば非線形結晶１０の表面５４をある角度で切断してゲイン素子と非線形結晶とを接合することにより、モノリシックに構成されてもよい。この場合、ブルースター角度切断は、インターフェイスが光学材料５１と光学材料１０との間に位置するが、これらの材料のいずれかと空気との間には位置しないように設計される。

図４に示す実施例は、第２高調波パワー抽出の最適化を図示しそれに対処する。図１についての説明で論じたように、第２高調波光は２つの対向する伝搬方向において発生される。多くの場合において、後ろ向きに発生されるビームは、後ろ向きに発生されるビームに対して高反射率のミラーコーティングを介して、前向きに発生されるビームと再合成され、これら２つのビームの間に生じ得る相殺的干渉は、多数縦モード動作を用いることによる熱的な調節によって防ぐことができる。しかしながら、ある場合においては、図４に示す設計を用いることのほうが効率的である。

素子２３は、基本波および第２高調波ビームの双方の偏光を回転させる（たとえば石英からなる）波長板である。この設計において、波長板は基本波ビームの偏光が１回の通過後に９０°回転し、第２高調波ビームが１回の通過後に４５°回転するように選択される。このタイプの波長板は２波長用波長板と呼ばれ、商業的に入手可能である。表面２３は、基本波および第２高調波ビームの双方に対して抗反射コーティングされる。表面２２は、基本波ビームに対して抗反射コーティングされ、第２高調波ビームに対して高反射コーティングされる。基本波光がキャビティを１往復する間に波長板を２回横断するので、その偏光は変化せず、こうして波長板は基本波レーザの動作を妨げない。しかしながら、波長板をやはり２回横断する第２高調波光は、その偏光を直交偏光へと変化させ、前向きに発生される第２高調波ビームと干渉せずに、非線形結晶１０を通って戻る（ここで表面２４は基本波および第２高調波ビームの双方に対して抗反射コーティングされている）。この設計は特に、出力第２高調波ビームの偏光が重要ではない用途において特に有用である。そのような用途の１つは、この発明のレーザを、デジタル光処理技術に基づく投射型ディスプレイのために使用することである。

図５の実施例は、波長板の使用が望ましくない場合に、後ろ向きに発生される第２高調波ビームを抽出する別の方法を図示する。ここで抽出は、第２高調波光に対して高反射率を有し基本波光に対して高透過率を有する、コーティングされたチューニング（tuning）ミラー２８を介して行なわれる。図５の反射（turning）ミラー設計が図４の波長板設計よりも好ましい１つの例とは、レーザ偏光がゲイン素子６によってロックされない場合、たとえばＮｄ：ＹＡＧが用いられる場合である。この場合、偏光区別を素子２８のコーティングに設計して、レーザが所望の偏光においてのみ動作して、効率のよい第２高調波変換をもたらすようにすることも可能である。向きを改められた、後ろ向きに発生された第２高調波ビーム３０は、前向きに発生された第２高調波ビームと同じ方向に伝搬するように、別のミラーによって再び向きを改められてもよい。図４の設計とは異なって、この設計は直線偏光した第２高調波ビームを発生する。これは、ＬＣＤまたはＬＣＯＳのような液晶空間光変調器に基づく、投射型ディスプレイのためのレーザを使用するような用途に望ましいものである。

図６の実施例は、前向きに発生されるビームを非線形結晶３６の表面３７から反射することにより、前向きに発生される第２高調波ビームと後ろ向きに発生される第２高調波ビームとを合成する。コーティングされたガラス板３５は、好ましくはゲイン結晶表面に対して４５°の角度で配向され、基本波レーザ波長での高い反射率および第２高調波波長での高い透過率のためにコーティングされる。単一の、直線偏光した第２高調波ビーム３９は、表面３５から出力結合する。上述のように、キャビティ内に傾斜した表面を有することは、偏光選択性コーティングを設計することによって偏光を区別することを容易にする。これは、Ｎｄ：ＹＡＧゲイン結晶のようなレーザ偏光方向を規定しないゲイン結晶について有利である。この発明の他の実施例のように、この設計はモジュラ型であり、他の実施例において図示された概念、たとえば、第２高調波ビームの偏光を回転するよう構成される図４の「波長板設計」と、組合せることが可能である。１つの実施例は、表面３６の下のキャビティを完成させるために波長板を用いることであるが、これはこの場合には好適にデュアルバンド抗反射コーティングされるであろう。

図７に示す構成は、図１に示す設計に類似しており、図２から図６に示す設計と組合せることが可能である。この実施例における異なった素子は湾曲ミラー１３であり、これは基本波レーザ波長での高い反射率と、第２高調波波長での高い透過率とを有する。この設計は、図示される他の設計よりもいくらかコストが高いが、キャビティ横モードの熱的レンズ安定性が、より低いパワーレベルで低効率になった場合に、より高いパワーの用途に用いることができる。湾曲ミラーは、非モノリシックな構成において、キャビティの別の
側においても用い得ることに留意されたい。

図１から図７の発明の実施例は、連続波（ｃｗ）動作のための低コストでコンパクトなレーザ設計を図示する。図８から明らかなように、パルス（受動Ｑスイッチングされたまたは受動モードロックされた）動作のためのコンパクトで低コストな設計もまた、本発明において説明される非線形結晶のすべての利点を享受しながら得ることができる。図８は、可飽和吸収体７１での動作に対して修正された図５の設計を示す。素子７１は、好ましくは固体または半導体可飽和吸収体である。固体可飽和吸収体の例は、Ｃｒ⁴⁺：ＹＡＧ（クロムでドープされたイットリウムアルミニウムガーネット）、このおよび他の可飽和吸収結晶である（Ｖ³⁺：ＹＡＧ、Ｃｏ²⁺：ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）。半導体ベースの可飽和吸収体の例は、エピタキシャル成長された単一のまたは複数の量子井戸である（たとえばＩｎＧａＡｓ材料構造ベースの）。量子井戸吸収体は、分散ブラッグ反射器すなわちＤＢＲとしても公知であるエピタキシャルミラー積層体とともに成長させてもよい。同様に、固体可飽和吸収体結晶もまた、ミラーでコーティングされて、第２のキャビティミラーを規定する。受動Ｑスイッチングおよびモードロッキングの方法はレーザ設計分野において公知であり、たとえば以下の文献において開示されている。Ｒ・パショッタおよびＵ・ケラー「モードロックレーザからのいっそう高いパワー」（R. Paschotta and U. Keller,“Ever higher power from mode-locked lasers”, Optics and Photonics News, p. 50, May 2003）、Ｄ−Ｈ・リー他「キャビティ内倍増されたセルフＱスイッチングされたＮｄ，Ｃｒ：ＹＡＧ ９４６／４７３ｎｍマイクロチップレーザ」（D-H Lee et al. “Intracavity-doubled self-Q-switched Nd, Cr:YAG 946/473 nm microchip laser”, Chinese Physics Letters, vol. 19, p. 504 (2002)）、Ｊ・Ｊ・ザイホウスキ「受動Ｑスイッチングされたマイクロチップレーザおよび用途」（J. J. Zayhowski,“Passively Q-switched microchip lasers and applications”, Rev. Laser Eng., vol. 26, p. 841 (1998)）。さらに、可飽和吸収体およびゲイン素子は、たとえばＹＡＧ結晶をＮｄおよびＣｒでコドーピングすることにより、単一の素子２６において組合せることが可能である。パルス実施例は、ｃｗ動作が要求されない用途において有利であろう。パルスレーザ構成のさらなる利点は、基本波長での平均パワーと比較して、パルスにおけるより高いピークパワーである。これは、第２高調波発生の効率をさらに向上させ、周期的に分極された非線形結晶における温度許容度を緩和するのを可能にする。

さらに、キャビティのコストおよび複雑性を顕著に増大させることなく、能動Ｑスイッチングでの設計を実現することも可能である。コングルエントな周期的に分極されたニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）およびタンタル酸リチウム（ＰＰＬＴ）を、電気光学的なＱスイッチ素子として用いることが公知である。この主題に対する最近の議論は、以下の文献に見出すことができる。Ｙ・Ｈ・チェン、Ｙ・Ｃ・フアン、Ｙ・Ｙ・リン、およびＹ・Ｆ・チェン「超低電圧レーザＱスイッチングおよび高効率波長変換のためのキャビティ内ＰＰＬＮ結晶」（Y. H. Chen, Y. C. Huang, Y. Y. Ling, and Y. F. Chen,“Intracavity PPLN crystals for ultra-low-voltage laser Q-switching and high-efficiency wavelength conversion”, Applied Physics B:Lasers and Optics, vol. 80, p. 889 (2005)）。繰返すが、信頼性の高い効率的な商業的レーザ製品が依拠可能である最適化されたドーピングまたはストイキオメトリを備えた周期的に分極された非線形材料を用いることは、この発明の好ましく有利な実施例である。図８は、コンパクトで効率のよく信頼性のある能動Ｑスイッチングされたレーザを示し、ここでは素子７１は電気光学的ポッケルスセル素子、すなわち電気光学的Ｑスイッチとして用いられる、別の周期的に分極された非線形結晶である。以下の文献の教示が、ここに引用により援用される。

１． Ｗ・Ｐ・リスク、Ｔ・Ｒ・ゴスネルおよびＡ・Ｖ・ナーミッコ「コンパクトな青緑レーザ」Cambridge University Press (2003)。

２． Ａ・ムーラディアン「マイクロチップレーザ」米国特許第５，３６５，５３９号。

３． Ｆ・ローレル「レーザ」米国特許第６，２５９，７１１号。
４． Ｔ・ジョージス（T. Georges）「レーザダイオードポンピングされたモノリシックな固体レーザ装置および該装置の適用方法）（“Laser diode-pumped monolithic solid-state laser device and method of application of said device”)、国際特許出願ＷＯ２００５／０３６，７０３号。

５． Ｔ・ヴォルク、Ｎ・ルビニナ、Ｗ・ウォーレック「ニオブ酸リチウムにおける耐光損傷不純物」、Journal of the Optical Society of America B, vol. 11, p.1681 (1994)。

６． Ｙ・フルカワ、Ｋ・キタムラ、Ｓ・タケカワ、Ｋ・ニワ、Ｈ・ハタノ「非線形光学素子のための有効な材料としてのストイキオメトリックＭｇ：ＬｉＮｂＯ₃」、Optics Letters, vol. 23, p. 1892 (1998)。

７． Ｄ・Ｃ・ブラウン「ダイオードポンピングされたマイクロレーザのための高密度方法」（“High-density methods for producing diode-pumped microlasers”）米国特許出願第２００５／０，０６３，４４１号。

８． スペクトラルス・コーポレイションのウェブサイト：http:www.spectralus.com
９． ステパン・エサイアン「周期的に分極されたニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの非線形光学素子の製造方法」（“Method for the fabrication of periodically poled lithium niobate and lithium tantalite nonlinear optical components”）米国特許出願第２００５／０，１３３，４７７号。

１０． Ｙ・フルカワ、Ｋ・キタムラ、Ａ・アレクサンドロフスキ、Ｒ・Ｋ・ルート、Ｍ・Ｍ・フェイジャ、Ｇ・ファウロン「ＭｇＯドープされたＬｉＮｂＯ₃における緑色誘起赤外吸収」、Applied Physics Letters, vol. 78, p. 1970 (2001)。

１１． Ｒ・スミス「キャビティ内光学第２高調波発生」、IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 6, p. 215, (1970)。

１２． Ｃ・マイアット、Ｎ・トラッジスよびＫ・デソー「光接触はよりロバストになる」”、Laser Focus World, January 2005, p. 95）。

１３． Ｌ・グレボフ「ダイオードレーザスペクトルパラメータの最適化および安定化」、Photonics Spectra, January 2005。

１４． Ｒ・パショッタおよびＵ・ケラー「モードロックレーザからのいっそう高いパワー」、Optics and Photonics News, p. 50, May 2003）。

１５． Ｄ−Ｈ・リー他「キャビティ内倍増されたセルフＱスイッチングされたＮｄ，Ｃｒ：ＹＡＧ ９４６／４７３ｎｍマイクロチップレーザ」Chinese Physics Letters, vol. 19, p. 504 (2002)。

１６． Ｊ・Ｊ・ザイホウスキ「受動Ｑスイッチングされたマイクロチップレーザおよび用途」Rev. Laser Eng., vol. 26, p. 841 (1998)。

１７． Ｙ・Ｈ・チェン、Ｙ・Ｃ・フアン、Ｙ・Ｙ・リン、およびＹ・Ｆ・チェン「超低電圧レーザＱスイッチングおよび高効率波長変換のためのキャビティ内ＰＰＬＮ結晶」、Applied Physics B:Lasers and Optics, vol. 80, p. 889 (2005)。

この発明のマイクロチップ実施例を示す図である。 好ましい偏極を有しないゲイン媒体と、複屈折率ウォークオフを備えた結晶とを備えた、この発明の実施例を示す図である。 好ましい偏極を有しないゲイン媒体と、キャビティ内ブルースター表面とを備えた、この発明の実施例を示す図である。 好ましい偏光を有するゲイン媒体と、後ろ向きに伝搬する第２高調波ビームの偏光を回転するための波長板とを備えた、この発明の実施例を示す図である。 反射ミラーを介した後ろ向きに伝搬する第２高調波の回収を備えた、この発明の実施例を示す図である。 折返しキャビティを備えたこの発明の実施例を示す図である。 キャビティのいずれかの側に湾曲ミラーを備えたこの発明の実施例を示す図である。 可飽和吸収体を備えたこの発明の実施例を示す図である。

Claims (29)

1. 周波数倍増された可視または近紫外出力をもたらすコンパクトで効率のよいマイクロチップレーザであって、選択された波長でのポンプビームを提供するポンプレーザと、レーザキャビティの形成におけるレーザマイクロチップとを含み、マイクロチップレーザはさらに、
   ａ） コーティングされた表面によって規定される２つのミラーと、
   ｂ） 半導体ダイオードレーザによってポンピングされ、前記２つのミラーの間に配置される固体ゲイン素子と、
   ｃ） やはり２つのミラーの間に配置される、バルクの周期的に分極された非線形周波数倍増結晶とを含み、前記結晶は、ＰＰＭｇＯＬＮ、ＰＰＭｇＯＬＴ、ＰＰＺｎＯＬＮ、ＰＰＺｎＯＬＴ、ストイキオメトリックなＰＰＳＬＮ、またはストイキオメトリックなＰＰＳＬＴを含む、レーザ。
2. 前記ゲイン素子は、その結晶軸の１つに沿って、より大きなゲインを有する結晶である、請求項１に記載のレーザ。
3. 前記ゲイン素子は、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：ＧｄＶＯ₄、またはＮｄ：ＹＧｄＶＯ₄、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ガラス、Ｙｂ：ＹＡＧ、またはＮｄ：ガラスである、請求項１に記載のレーザ。
4. 前記ポンプビームは、マイクロレンズまたは傾斜屈折率レンズを介してゲイン素子に与えられる、請求項１に記載のレーザ。
5. 前記ポンプビームは、ビーム整形光学素子を用いることなくゲイン素子に直接与えられる、請求項１に記載のレーザ。
6. ポンプレーザは、体積ブラッググレーティングを利用してスペクトル的に狭められる、請求項１に記載のレーザ。
7. 前記非線形結晶は、ＰＰＭｇＯＬＮ、ＰＰＭｇＯＬＴ、ＰＰＭｇＯＳＬＮ、ＰＰＭｇＯＳＬＴ、ＰＰＺｎＯＬＮ、ＰＰＺｎＯＳＬＮまたはＰＰＺｎＯＬＴ、ＰＰＺｎＯＳＬＴであり、ＭｇＯまたはＺｎＯドーパントは、０．１から７モル％の量で存在し、ＬＮおよびＬＴはコングルエントであるか、または０．６％以内のストイキオメトリである、請求項１に記載のレーザ。
8. 前記周期的に分極された非線形結晶は、ストイキオメトリックなＬＴ（ＰＰＳＬＴ）またはＬＮ（ＰＰＳＬＮ）である、請求項１に記載のレーザ。
9. レーザキャビティ構成要素は、別々の素子を接着剤を用いずに化学的に活性化された直接的ボンディングすることにより得られるモノリシックなアセンブリの形態である、請求項１に記載のレーザ。
10. 単一周波数の５３２ｎｍまたは４７３ｎｍ放射発生のための短いキャビティを形成するために、前記周期的に分極された非線形結晶は≦１ｍｍの長さを有し、前記レーザマイクロチップは１．３ｍｍ未満の長さを有する、請求項９に記載のレーザ。
11. 前記レーザキャビティ構成要素は空間的に分離され、共通のプラットフォームに搭載される、請求項１に記載のレーザ。
12. 前記非線形結晶の出力面はレーザキャビティの端部ミラーを形成し、基本波波長での高い反射率と、その第２高調波波長での高い透過率とのためにコーティングされる、請求項１に記載のレーザ。
13. 前記非線形結晶の入力面および／またはゲイン素子の入力面は、第２高調波波長での高い反射率のためにコーティングされ、それにより後ろ向きに発生される第２高調波ビームを集光する、請求項１に記載のレーザ。
14. 前記ゲイン素子は、高い熱伝導率を有する光学的に透明な材料上に搭載される、請求項１に記載のレーザ。
15. 前記光学的に透明な材料はサファイア、ドープされないＹＶＯ₄、またはドープされないＹＡＧである、請求項１４に記載のレーザキャビティ。
16. 所望の偏光軸における偏光制御は、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：ＧｄＶＯ₄またはＮｄ：ＹＧｄＶＯ₄を含むゲイン媒体を用いることにより達成される、請求項１に記載のレーザ。
17. 請求項１に記載のレーザであって、
    ｉ） ２つのサポートされる偏光のうちの１つとの間に、より大きな空間的ウォークオフを有する複屈折素子と、
    ii） より高い損失を不所望の偏光に与えるアパーチャ、湾曲ミラーまたはレンズとをさらに含む、請求項１に記載のレーザ。
18. 偏光制御は、前記ゲイン素子または前記周期的に分極された非線形結晶のいずれかまたはその両方の一部として、キャビティ内ブルースター表面を用いることにより達成される、請求項１に記載のレーザ。
19. ２波長用波長板が設けられ、前記２波長用波長板は、キャビティ内の往復において基本波ビーム偏光を変化しないままにさせ、後ろ向きに発生される第２高調波ビームの偏光を９０°回転させ、この第２高調波ビームを反射させてこの第２高調波ビームと前向きに発生される第２高調波ビームとを合成する、請求項１に記載のレーザ。
20. キャビティ内の傾斜されコーティングされたプレートが、後ろ向きに発生される第２高調波ビームを抽出するよう設けられる、請求項１に記載のレーザ。
21. キャビティ内の傾斜されコーティングされたプレートが、第２高調波波長でのポンプレーザの偏光をロックするよう設けられる、請求項２０に記載のレーザ。
22. キャビティ構成は、偏光制御と、チューニングミラーを介した第２高調波ビームの抽出とのために折返される、請求項１に記載のレーザ。
23. 第２高調波光は、前記周期的に分極された非線形結晶の傾斜表面から抽出される、請求項２２に記載のレーザ。
24. キャビティのミラーのうち少なくとも１つは湾曲している、請求項１に記載のレーザ。
25. 前記ポンプレーザは連続波またはパルスレーザである、請求項１に記載のレーザ。
26. 前記レーザキャビティはパルスレジームにおいて動作され、受動Ｑスイッチングまたは受動モードロッキングにより得られ、キャビティ内に可飽和吸収体をさらに含む、請求項
    １に記載のレーザ。
27. 前記可飽和吸収体はＣｒ⁴⁺：ＹＡＧ、Ｖ³⁺：ＹＡＧまたはＣｏ²⁺：ＭｇＡｌ₂Ｏ₄である、請求項２６に記載のレーザ。
28. 前記可飽和吸収体は、エピタキシャル成長された半導体構造である、請求項２６に記載のレーザ。
29. 前記レーザキャビティは、電気光学ポッケルスセルを介して能動Ｑスイッチングされたレジームにおいて動作される、請求項１に記載のレーザ。

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