JP2657078B2 - 横方向ポンピングによる高能率のモード調和形固体レーザ - Google Patents

横方向ポンピングによる高能率のモード調和形固体レーザ

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JP2657078B2 JP63240633A JP24063388A JP2657078B2 JP 2657078 B2 JP2657078 B2 JP 2657078B2 JP 63240633 A JP63240633 A JP 63240633A JP 24063388 A JP24063388 A JP 24063388A JP 2657078 B2 JP2657078 B2 JP 2657078B2
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Description

【発明の詳細な説明】 関連特許出願 本願出願は、1985年５月１日に出願された特許出願Se
r.No.730,002、即ち1987年３月24日付で交付された現在
の米国特許第4,653,056号のCIPである1985年12月19日出
願の特許出願Ser.No.811,546、即ち1987年４月７日付で
交付された現在の米国特許第4,656,635号のCIPとして19
87年４月７日に出願された特許出願Ser.No.035,530のCI
Pである。
発明の背景 本発明は、一般的には固体レーザの共振器空胴の設計
に係わり、より特定的にはダイオードでポンピングされ
る固体レーザの共振器空胴の設計に係わる。
従来の光ポンピング式固体レーザは、広帯域アーク燈
又は閃光電球を用いて共振空胴内の固体レーザ媒質を側
方又は横方向でポンピングする。ポンピング方向は横方
向、即ち共振空胴の長手方向軸線と直交する方向であ
る。媒質のポンピングは、ポンプ体積とレーザ空胴によ
って規定されるTEMooモード体積との間に相応関係が余
り存在しないように全体的に行われる。動作はTEMooモ
ードが望ましい。エネルギの多くはレーザモードによっ
て占められる容量の外側の媒質領域内に与えられるた
め、レーザ光線の増幅には寄与しない。従ってポンピン
グ効率は低い（通常は数％）。
レーザダイオードは効果的なポンピング源を構成し、
様々なタイプのレーザダイオード、特に、互いにフェー
ズロックされた複数のエミッタを含むSpectra Diode La
bs Model No.2410 GaAlAsレーザダイオードアレイのよ
うなレーザダイオードアレイ、並びにSony Model Nos.S
LD 301,302,303,304 V/Wのような拡張エミッタレーザダ
イオードが作用可能であり、又はこれまでに使用されて
きた。米国特許第4,653,056号及び第4,656,635号、並び
に1987年３月24日出願の特許出願Serial No.029,836及
び1987年４月７日出願のSerial No.035,530には、レー
ザダイオード源により先端で長手方向にポンピングされ
る固体レーザであって、ポンピング効率を最適化すべく
ポンプ容量を所望のTEMooモード体積に調和させるよう
になっているレーザが開示されている。先端で長手方向
にポンピングする構造ではポンピング方向が共振器空胴
の長手方向軸線と合致するため、この方向をレーザモー
ド体積に調和させることができる。1987年５月12日に交
付された米国特許第4,665,529号及び1987年５月12日出
願の特許出願Serial No.048,717には、レーザを先端で
長手方向にポンピングすると共にモードを調和させるべ
く、レーザダイオード源が光ファイバによってレーザロ
ッドに結合される固体レーザダイオードが開示されてい
る。固体レーザは小型で廉価で性能の高いものを製造す
るのが望ましい。
このように、共振器／ポンプ構造はレーザの設計及び
性能に関する重要な特徴の１つである。側方ポンピング
構造はモード調和が不可能であるため効果的ではない。
レーザダイオードを使用する先端ポンピング構造はモー
ド調和が可能であるため高い効率が得られる。しかしな
がら、従来のレーザダイオードは出力が通常1W以下に限
定されることが多かった。また、出力のより高いレーザ
ダイオード源を用いても、先端ポンピング構造では使用
できるエネルギ量に限界があるためレーザの出力が限定
される。これは、利得媒質のポンプ領域の出力密度が高
くなり過ぎて、発生した熱を除去することができなくな
るためである。そこで、側方ポンピングはより多くのエ
ネルギを媒質中に送給することができ、モード調和はポ
ンプエネルギをより効果的に使用するという理由から、
横方向又は側方ポンプ構造と、TEMooモード体積に対す
るポンプ容量のモード調和とを組合わせて用いる共振器
構造の実現が望ましいということになる。
別のタイプのレーザダイオードとして、複数のレーザ
ダイオードアレイを１つの多重素子バー構造状に構成し
たものがある。この種のレーザダイオードアレイバーは
通常、1cmのバーの上に互いに間隔をおいて配置された1
0個の1Wレーザダイオードアレイを含む。各アレイは互
いにフェーズロックされた複数のエミッタを有する。こ
れらのアレイバーは固体レーザの先端ポンピングには不
向きであるが、固体レーザを横方向又は側方でポンピン
グする場合には有用であり得る。しかしながら、これら
のバーをアーク燈の単なる代替物として使用しても、利
益は余りない。そこで、レーザダイオードアレイバーの
出力を固体レーザ材料中で所望のモード体積（TEMoo）
に合わせてモード調和できるようなレーザ共振器／ポン
プ構造を開発する必要がてでくる。
発明の概要 以上の理由から本発明は、レーザダイオードにより横
方向でポンピングされ且つモード調和が行われる固体レ
ーザを提供することを目的とする。
本発明はまた、レーザダイオードアレイバーによって
ポンピングされるモード調和固体レーザを提供すること
も目的とする。
本発明の別の目的は、多重素子レーザダイオードポン
プ源によって効果的なモード調和ポンピングが行われる
固体レーザ共振器構造を提供することにある。
本発明は更に、利得媒質の側方からポンピングが行わ
れるレーザダイオードポンピングモード調和形固体レー
ザを提供することも目的とする。
また、利得媒質の側面に沿って互いに間隔をおいて配
置された複数のレーザダイオードポンプ源がTEMooモー
ドに合わせてモード調和される固体レーザも本発明の目
的の１つである。
本発明は、レーザ材料ブロックの横断方向面又は側方
面に沿って配置され且つ共振器のモード体積に合わせて
モード調和される複数の不連続レーザダイオードポンプ
源によってポンピングされる固体レーザに係わる。ポン
プ源は、複数のレーザダイオードアレイを１つの多重素
子バー構造に構成したものが好ましい。この固体レーザ
の効果的な光ポンピングは、固体レーザ材料中で、急な
角度で折曲げたジグザグ状の空胴構造内でアレイ出力を
TEMooモードにモード調和させることによって達成され
る。共振器を利得媒質の一対の横断方向面又は側面の間
で鋭角に折曲げたジグザグの形状に構成すると、ポンプ
放射線を長手方向でモード体積内に送ることができる。
即ち、横長手方向ポンプ構造が得られる。モード調和
は、空胴モード体積をレーザダイオード発光の拡散に調
和させることにより達成される。ダイオードの発光を１
つの方向（ダイオードバー／レーザ利得媒質の接合部分
と直角な方向）で実質的に平行化させるためには、円柱
コリメータレンズ、好ましくは或る長さの光ファイバ
を、精密スペーサ手段によってダイオードバーから平行
に間隔をおいて配置する。前記ファイバの直径は、ポン
プ領域がレーザモードの大きさと調和するように選択す
る。もう一方の方向（共振器の平面上）では、レーザダ
イオード発光の拡散（しばしば２つのローブパターンを
有する）を、固体レーザダイオード材料ブロックを通る
TEMooビームのジグザグ軌道の折曲げ角度に調和させる
ようにする。
以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発
明をより詳細に説明する。
好適具体例 本発明は、平均出力の高いレーザダイオードバーを固
体レーザ能動媒質に効果的に結合する共振器／ポンプ構
造を有する固体レーザに係わる。本発明の固体レーザ
は、レーザダイオード材料ブロックの横断方向面もしく
は側面に沿って配置したレーザダイオードバーをTEMoo
モード体積に調和させることができるように、レーザ材
料ブロック内に鋭角なジグザグ構造を有するレーザ空胴
を使用する。この固体レーザ発振器では、レーザのTEMo
oモードとダイオードバーによってポンピングされる領
域との間の重なりを、任意の簡単なコリメータ光学素子
と共振器空胴の折曲げ角度とによって最適化する。共振
器空洞をジグザグにすれば、共振器の長手方向軸線をレ
ーザ材料ブロックの横断方向面又は側面に対して平行で
はなくほぼ直角にすることができるため、共振器空胴の
ポンピングを単に先端からだけではなく、側面に沿って
複数の間隔をおきながら長手方向に行うことができる。
第１図に示す固体レーザ10はNd:YAGブロック12又は他
の固体レーザ材料で構成されている。ブロック12の周り
には、ブロック12内に延在するレーザ空胴を形成すべ
く、レーザ空洞構成手段、例えばレーザ光線反射率の高
い鏡14及びレーザ光線を部分的に透過する出力結合鏡16
が配置される。鏡14、16はブロック12内の共振空洞構造
がブロック12の一対の対向側面20、22の間で所定の折曲
げ角度で密に折曲げられたジグザグ18になるように、ブ
ロック12に対して角度をもって配置される。第１図では
鏡14、16がブロック12に対していずれも同じ側に位置し
ているが、これらの鏡は互いに反対の側に配置してもよ
い。側面20、22は適当な反射防止（AR）コーティングで
被覆し、レーザ光を反射してブロック12に送り返す側面
20、22部分には高反射（HR）コーティングを構成する別
のコーティング層も付与する。第１図ではレーザ光が入
る地点と出る地点との間の側面20部分がHRコーティング
を有するが、側面22全体をHRコーティングで被覆しても
よい。これらのコーティングについては後で詳述する。
側面22に沿って配置されたダイオードバー24はポンピン
グ源を構成する。このダイオードバー24はその長さに沿
って互いに間隔をおいて配置された複数の別個のレーザ
ダイオードアレイ26を含む。バー24のレーザダイオード
アレイ26からの発光は、ファイバレンズコリメータ28を
用いて、且つ共振器のジグザグ部分18の折曲げ角度を後
述のようにダイオードアレイ26からの光の拡散に調和す
るように選択することによって、レーザ10のモード体積
に適合させる。後述のように、空胴内素子36も任意に使
用し得る。場合によっては、コリメータ28を省略してダ
イオードアレイ26をブロック12に当接させてもよい。
この基本的具体例の一変形例として、固体レーザのポ
ンピングに一対のダイオードバーを用いる構造を第２図
に示した。レーザ材料ブロック12の各側面20、22に沿っ
て別個のダイオードバー24を１つずつ配置し、ブロック
12内の共振器のジグザグ部分18をポンピングするのであ
る。高反射鏡14及び出力結合器16は共振空胴を形成すべ
くブロック12を挟んで互いに反対の側に配置し、且つ所
望の折曲げ角度が得られるように配向する。各ダイオー
ドバーは複数の別個のダイオードアレイ26を含み、これ
らのダイオードアレイからの光はファイバレンズ28によ
って平行化される。前述の基本的具体例は他にも様々な
変形が可能であり、例えば、ダイオードバーを１つ、２
つ、３つ又はそれ以上用いて、それらをレーザ材料ブロ
ックの片側又は両側に配置することもできる。空胴形成
鏡はブロックに対して総て同じ側に配置するか、又は互
いに反対の側に配置し得る。共振器内の折曲げ部は全部
をレーザダイオードアレイによってポンピングすること
もでき、又は１つおきもしくは３つおき等のようにポン
ピングしてもよい。これらの折曲げ部のポンピングは片
側でけで又は両側から行い得る。
この共振器構造の大きな利点は、ポンプ体積を共振器
のモード体積に極めて良く調和させることができる点に
ある。共振器のモード体積は鏡14、16の位置及び形状に
よって決定される。TEMooモードは単一ローブパターン
を有するために極めて望ましい。この共振器構造では、
複数の不連続ポンピング源、好ましくは１つの多重素子
ダイオードに沿って互いに間隔をおいて配置された複数
の別個のダイオードアレイを、１つの側面又は一対の対
向側面に沿って配置することができるため、ポンピング
され得るレーザ利得媒質部分が大幅に増加し、また総て
のダイオードアレイのポンピング容量を共振器の所望の
モード体積に調和させることによって最大の効率を得る
ことができる。その結果、効率及び利得の極めて高い構
造が得られる。
好ましい一具体例として、前記レーザダイオードバー
は1cmのGaAs片上に配置された10個の1Wダイオードアレ
イを含む。個々のアレイは幅が200ミクロンであり、1mm
間隔で配置される。このようなダイオードバーが好まし
い理由は、（１）バー上の総てのダイオードレーザが同
一の単一結晶GaAs片上に製造されることから、これらの
ダイオードレーザの波長が極めてよく調和し、（２）ダ
イオードが1mm間隔で配置されるため基板の熱負荷が減
少し、且つ（３）単一バー上に多数のダイオードを組合
わせて配置するため充填費用が節減されると共に生産率
が増加するという点にある。但し、これとは異なるダイ
オードバー構成も可能であり、例えば個々のアレイの個
数又は相互間隔を変えてもよく、あるいは、多数の別個
のアレイを含むダイオードバーの代わりに、複数の別個
のダイオードアレイをブロック側面に沿って配置するこ
ともできる。ダイオードアレイはしばしば、バーの平面
と直角の方向でより大きく拡散しながら２つのローブパ
ターンを有する。前記拡散は典型的にはバーの平面上で
７゜の全角（ローブからローブ）、即ち約0.15の開口数
（N.A.）を有し、バーと直角の平面上では約28゜、即ち
0.6N.A.を有する。従って、ポンプビームをバーの平面
と直角の方向でモード体積に調和させることはより困難
であり、幾つかの補足的光学手段を必要とする。
ダイオードバーの出力を平行化する好ましい方法の１
つに、光ファイバを円柱レンズとして使用する方法があ
る。典型的共振器構造は幅200〜300ミクロンのビームを
有するため、300〜400ミクロンの円柱レンズを使用すれ
ばよい。典型的マルチモード光ファイバは前記程度の直
径を有し、間隔をおいて配置された個々のアレイの総て
を平行化するように配置できさえすれば、廉価なコリメ
ータを構成する。このように、ファイバは単一アレイの
平行化には使用できるが、ここではバー全体の平行化に
ファイバを使用するための手段が必要である。第3A図〜
第3E図は、レーザアレイ26の出力を光ファイバ28で平行
化して固体レーザブロック12内に導入する方法を示して
いる。ダイオードアレイ26は直径約250ミクロンのファ
イバ28から夫々１、10、20、30及び50ミクロンの間隔を
おいて配置されている。前記間隔が１、10及び50ミクロ
ンの場合には、ビームの平行化は十分ではない。従っ
て、ダイオードバー上のアレイの平行化に光ファイバを
使用するためには、ファイバをバーの全長にわたって30
±10ミクロン（即ち約20〜40ミクロン）の間隔で保持し
なければならないことになる。
第４図に示すように光ファイバ28は、各レーザダイオ
ード26からの出力を実質的に平行化して、YAGブロック1
2の側面22に入射するポンプビーム30にすべく、ダイオ
ードバー24から距離をおいて配置する。側面22は、ポン
プ放射線（通常約800nm）に対しては大きな透過性を示
すがレーザ放射線は反射するようなコーティングを有す
る。ファイバ28の直径は、レーザビーム32の直径にほぼ
適合する（該直径よりやや小さい）直径を有するポンプ
ビーム30が発生し、このポンプビームが１つの方向（共
振器の平面と直角の方向）でモード体積にモード調和さ
れるように選択する。ダイオードバー24に対するファイ
バ28の配置は、精密スペーサ手段29、例えば銅製の段付
きヒートシンクを使用し、放射線が平行になるようにダ
イオードアレイ26に焦点を合わせて行う。精密スペーサ
手段29は、総てのアレイ26の出力を平行化して１つの光
線にすべく、ファイバ28をバー24の全長にわたってバー
24から正確に平行な距離をおいた状態に保持する。通常
は、ダイオードバーとファイバとの間の間隔を約20〜40
ミクロン、ダイオードバーとYAGブロックとの間の間隔
を約450ミクロンにする。光ファイバはビームを分散さ
せる球面収差を有するため完璧なコリメータではない
が、ポンプエネルギは比較的短い距離でレーザ媒質中に
吸収されるため（吸収長さ）、前記ビームの分散は無視
し得る程度である。また、光ファイバはここに記載の方
法で正確に配置すれば、極めて効果的なコリメータとし
て機能する。このようなコリメータ付きレーザダイオー
ドバー自体も本発明の一部分と見なされる。
ファイバを光学コリメータとして含むレーザダイオー
ドバー24の好ましい一具体例を第５図に示した。スペー
サ手段29は銅その他の多段式ヒートシンク38からなる。
複数のアレイ26を含むダイオードバー24は段40の上に配
置され、ファイバ28はその下の段42上に配置される（例
えばエポキシ樹脂で接着される）。段40及び42は中間段
44によって分離され、ファイバ及びダイオード間の正確
な作動間隔（約30ミクロン）をバー24の全長（約1cm）
にわたって保持すべく、ファイバ28が前記中間段に当接
して配置される。ファイバの直径は典型的には約250〜3
50ミクロンであるが、アレイを平行化すべくモード体積
に応じて他の適当なマルチモードファイバの直径を有し
得る。第５図のコリメータ付きレーザダイオードバーの
２つの具体例を第６図及び第７図に示した。第６図では
ファイバ28を配置するための段42、44がスペーサ29（ヒ
ートシンク38）の全長にわたって形成されており、第７
図では段42、44がスペーサ29の端部46にのみ形成されて
いる。ダイオードアレイ26は段40上に形成又は配置され
ている。アレイ26からのポンプビーム30は１つの方向で
は平行化されるが、もう一方の方向にはやはり２つのロ
ーブ放散を有する。ファイバをダイオードバーから正確
な距離をおいて配置しておくための別の方法として、UV
硬化性エポキシを用いてダイオードバーとファイバとの
間隔を調節し且つ平行化が可能になった時点でUVを作用
させる方法がある。バーの全長（1cm）にわたって±10
ミクロンの誤差で端−端距離を維持できるものであれ
ば、どのような精密スペーサ又は調整手段を使用しても
よい。
ポンプビームは前述のごとく一方向でモード調和させ
たら他方向（共振器の平面上）でも調和させなければな
らない。第８図に示すように、個々のダイオードアレイ
26はダイオードバー24上で相互間に距離ｄをおいて配置
される。この距離は好ましくは1mmである。ポンプビー
ム30はファイバ28により共振器の平面と直交する方向で
平行化されるため、この方向のポンプビームの幅はレー
ザビーム32の幅よりやや小さくなる。共振器の平面上で
は共振器の鋭角折曲げ部分のモード体積がダイオードア
レイ26の拡散に調和する。ダイオードアレイはしばしば
２つのローブ出力を発生させ、一方のローブが折曲げビ
ームのＶの各部分に与えられる。モード調和は折曲げ角
度Ａの調整によって達成される。レーザビーム32の直径
は典型的には約300ミクロンである。共振器の幾何学的
条件及びビームモード体積は、折曲げ部分のビームが重
なり合わないように、従ってレーザビームがブロック表
面の高反射コーティングの端でレーザ材料ブロックの外
に出られるように考慮して決定する。折曲げ角度Ａは極
めて鋭く、通常は５゜である。このような構造は、ジグ
ザグがビームの内部全反射（TIR）によって生じる従来
のジグザグ状スラブレーザとは全く異なる。本発明では
折曲げ角度が鋭角過ぎてTIRは生じない。レーザダイオ
ードビームは、例えばSonyの拡張エミッタレーザダイオ
ードによって生じるような単一ローブであり得る。従っ
て、ビーム32がＶ間で重なり合うのを回避するような
（即ちＶの２つの部分が完全に分離する）距離が特定レ
ーザ媒質中のポンプビーム放射の吸収長さに等しいか又
はそれ以上であるようなジグザグ構造を形成するのが望
ましいことになる。この場合、折曲げ角度はダイオード
アレイの相互間隔と共振器のジグザグ部分からビームを
除去する能力とに依存する。ダイオードは折曲げ部を総
てポンピングする必要はなく、１つおきにポンピングし
てもよい。折曲げ角度は、特に単一ローブポンプビーム
の場合には、ポンプ放射線が利得媒質に吸収されるレー
ザビーム領域で、ポンプビーム方向がレーザビームの長
手方向軸線と最大限に合致するように極めて鋭角にし得
る。折曲げ角度は、TEMooモードでポンプ源の強度分配
を行い且つ重なり合いを最大限にするように、空胴形成
手段によって調整する。
空胴の設計には、以下の好ましい具体例で明らかにさ
れるように、様々な要因を考慮しなけらばならない。そ
の１つはレーザ材料ブロックである。このブロックは例
えば、全長にわたって波長の1/2の厚みを持つように平
たくした5mmx5mmx20mmのバーで構成し得る。この場合、
折曲げの長さ（２つの側面の間の距離）は通常約5mmに
する。次の要因はレーザビームモード体積である。空胴
形成の鏡の半径は通常100cmであり、これらの鏡はレー
ザブロックから約2cm離して配置する。折曲げが10個
（ブロック全体で20個のパス）の場合には空胴の全長が
約15cmになり、1/e2ビーム直径が約300ミクロンにな
る。300ミクロンのビームは、ダイオードアレイが200ミ
クロンであり且つ最大のポンピング効率を得るためにモ
ード体積に調和できるという理由で望ましい。しかしな
がら、空胴（鏡の半径）を変えれば、例えば、直径100
ミクロンの0.5Wアレイを10個有する0.5cmのダイオード
バーを（より狭い適当なファイバからなるコリメータと
共に）使用した場合には、別の具体例に適した別の大き
さのビームを発生させることができる。
ブロックからビームを除去するためには、ビームが非
反射領域（例えばARコーティング領域）を通り且つ高反
射性領域（HRコーティング領域）をかすめるようにしな
ければならない。原則として、大きな回折損を回避する
ためには、開口を1/e2ビーム直径の約３倍にしなければ
ならない。例えば、300ミクロンのTEMooビーム直径の場
合には、最近傍エッジを約500ミクロンにする必要があ
る。第８図に示すように、ビーム32は点48で側面20の外
に出る。折曲げ相互間距離は約1mmである。従って、第
１ダイオードアレイ26の真正面の地点50は出口点48から
約500ミクロン離れている。そのためHRコーティング
は、ビームが大きな回折損を伴わずに外に出られるよう
に、正確に点50のところで終わるようにしなければなら
ない。
コーティングの形成にはバーの端から端までの長さに
適合する精密マスクを使用する。このマスクは、ビーム
が大きな回折損を伴わずに出られるように切断エッジを
鋭くすべく、例えば２ミル（0.002インチ）と極めて薄
い。コーティングは通常の光学コーティングである。先
ず両側面をARコーティング、例えばHRコーティングの最
初の２つの層も構成する２つの層で被覆する。出口点が
ない側面は多重層（例えば20層）のHRコーティングで完
全に被覆し得る。次いでマスクを用いて残りの側面の中
央部分をHR層で被覆する。
利得が高いために生じる潜在的問題の１つは、ダイオ
ードアレイからレーザ媒質ブロックを通って生じる、即
ちジグザグ折曲の間に生じる寄生発振にある。これを解
消する方法の１つは、ジグザグ折曲げ部が表面と接触す
る部分の表面コーティングには大きな反射性を与え、ダ
イオードアレイの真正面に位置する表面部分には共振を
生じない窓を形成すべくARコーティングだけを与えるよ
うに、ブロック表面を一連のHRストライプでコーティン
グすることからなる。第８図に示す点52（及び各折曲げ
の類似の点）はアレイ26の真正面に位置するため、ARコ
ーティングだけでHRコーティングはしないようにする。
この状態は、HRコーティングのストライプをビームが反
射する場所だけに形成し且つ点52にはHRコーティングを
形成しない（即ちARコーティングだけにする）ようなコ
ーティングマスクを用いて得ることができる（HRコーテ
ィングはまた、出口点では点50からやや離すようにす
る）。あるいは、表面全体をHRコーティングし、次いで
点52でHRコーティングのストライプを例えばレーザによ
り除去するようにしてもよい。更に別の方法として、同
一レーザブロックの通常は平行な対向側面を少しウエッ
ジする（wedge）方法もある。しかしながらこの方法で
は、ダイオードの不均一な間隔を補正する必要が生じ得
る。
本発明のレーザは、所望のTEMooモード体積にモード
調和することによって、高出力ダイオードバーポンプ源
により固体レーザを効果的にポンピングできるという利
点を有する。これらのレーザは極めて小型に製造するこ
とができ、且つ極めて高い性能特性を有する。本発明の
レーザはまた、極めて広い範囲に及び任意の固体レーザ
材料を使用し得る。特にNd:YAG及びNd:ガラスの２つは
他の用途でも広く使用されている良く知られた材料であ
る。一般的に、能動媒質は大きなスロープ効率と、広い
ポンプ帯域と、大きな熱伝導率とを有していなければな
らない。Nd:YAGレーザはIR内では1.06ミクロンで極めて
強い線を有し、0.946及び1.3ミクロンでは弱い線を有す
る。可視光線での操作の場合には、レーザ空胴に周波数
二倍器を付加し得る。この周波数二倍器は第１図に空胴
内素子36で表されており、夫々532nm、473n及び651nmを
発生させる。1.06ミクロンでは３バーポンプ（532nmで5
W）を用いることによって10Wの出力レベルを得ることが
できる。本発明のレーザはCW利得も極めて高く、例えば
各折曲げの利得が10〜20％であれば、全体で約７〜８の
利得を得ることができる。操作はCW式、又は空胴内Ｑ−
スイッチの付加によるパルス式である。前記Ｑ−スイッ
チも第１図に空胴内素子36として示されている。熱散逸
は、必要であれば、第５図に示すようなヒートシンク又
はその他の除熱手段38をブロック12の上及び下表面に配
置することによって制御し得る。本発明のレーザはま
た、利得が高いことから、Nd:ガラスのような吸収率の
より低いレーザ材料を使用することができる。この材料
は吸収線がNd:YAGより遥かに広いため、ペンチエ冷却器
をもたないレーザダイオードポンプ源の使用が可能であ
るという利点を有する。本発明はこれらの極めて有利な
結果を、一見不可能と思われる横長手方向（transverse
longitudinal）ポンピング、即ちレーザブロックに対し
て横断方向であり且つレーザ共振器に対して長手方向で
あるポンピングの実現によってもたらす。
尚、前述の特定具体例は特許請求の範囲によってのみ
限定される本発明の範囲内で様々に変形することができ
ると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図はダイオードバーにより横方向でポンピングされ
るモード調和形固体レーザの上方平面図、第２図は一対
のレーザダイオードバーにより横方向でポンピングされ
るモード調和形固体レーザの上方平面図、第3A図〜第3E
図は光ファイバコリメータから様々な距離をおいて配置
されたレーザダイオードバーの平行化状態を示す光束追
跡グラフ、第４図は光ファィバコリメータを備えたレー
ザダイオードの端面図、第５図は光ファィバコリメータ
付きレーザダイオードバーの端面図、第６図及び第７図
は光ファィバコリメータ付きレーザダイオードバーの２
つの具体例を示す斜視図、第８図は鋭角に折曲げたジグ
ザグ状の構造を有する固体レーザ空胴内のモード体積に
合わせて調和させた複数のダイオードアレイの上方平面
図である。 12……レーザ材料ブロック、14……高反射鏡、16……出
力結合鏡、18……ジグザグ部分、28……光ファイバ。

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ダイオードでポンピングされるモード調和
    形固体レーザであって、 − 一対の対向側面をもつレーザ材料ブロックと、 − 前記対向側面の間で所定の折曲げ角度で鋭角に折曲
    げられたジグザグ状の共振器部分を有するレーザ空胴を
    前記ブロック内に規定すべく前記ブロックの周囲に配置
    される空胴形成手段と、 − 共振器の前記ジグザグ部分と実質的に一直線になる
    ように、前記対向側面のうち一方の側面の近傍に配置さ
    れた複数のレーザダイオードポンピング源 とを含み、前記折曲げ角度がモード体積をポンプ源から
    のポンプ放射線に実質的に調和させるように選択される
    レーザ。
  2. 【請求項２】空胴形成手段が高反射鏡と、部分的透過性
    出力結合鏡と、前記対向側面の一部分にわたって形成さ
    れた高反射コーティングとを含む請求項１に記載のレー
    ザ。
  3. 【請求項３】レーザダイオードポンピング源が複数の別
    個のレーザダイオードアレイを含むレーザダイオードバ
    ーである請求項１に記載のレーザ。
  4. 【請求項４】円柱形コリメータ手段が光ファイバである
    請求項１に記載のレーザ。
  5. 【請求項５】モード体積がTEMooである請求項１に記載
    のレーザ。
  6. 【請求項６】レーザ材料がNd:YAGである請求項１に記載
    のレーザ。
  7. 【請求項７】空胴内に配置された周波数二倍器も含む請
    求項１に記載のレーザ。
  8. 【請求項８】空胴内に配置されたＱ−スイッチも含む請
    求項１に記載のレーザ。
  9. 【請求項９】ファイバをポンプ源から正確な距離をおい
    て保持するための精密スペーサ手段も含む請求項１に記
    載のレーザ。
  10. 【請求項１０】前記ブロックの幅が約5mmであり、モー
    ド体積の直径が約300ミクロンであり、折曲げ角度が約
    ５゜である請求項１に記載のレーザ。
  11. 【請求項１１】ポンピング源が幅200ミクロンの1Wダイ
    オードアレイを10個含む長さ1cmのレーザダイオードバ
    ーである請求項９に記載のレーザ。
  12. 【請求項１２】複数のレーザダイオードポンピング源に
    より固体レーザを効果的にポンピングする方法であっ
    て、 − ２つの対向し合う側面をもつレーザ材料ブロックを
    形成し、 − 前記対向側面の間で所定の折曲げ角度で鋭角に折曲
    げられたジグザグ状の共振器部分をもつレーザ空胴を前
    記ブロック内に形成し、 − 前記対向側面のうち一方の側面の近傍で前記共振器
    ジグザグ部分とほぼ一直線になるようにポンピング源を
    配置し、 − 前記折曲げ角度をモード体積がポンプ源からのポン
    プ放射線と実質的に調和するように選択することからな
    る方法。
  13. 【請求項１３】複数の別個のレーザダイオードアレイを
    含むレーザダイオードバーからなるポンプ源を形成する
    請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項１４】光ファイバによってポンプ放射線を平行
    化する請求項12に記載の方法。
  15. 【請求項１５】ポンプ放射線をTEMooモード体積に調和
    させる請求項12に記載の方法。
  16. 【請求項１６】レーザ出力の周波数を二倍にする操作も
    含む請求項12に記載の方法。
  17. 【請求項１７】レーザのＱ−スイッチングも含む請求項
    12に記載の方法。
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