JP2744798B2

JP2744798B2 - クロムをドープしたホーステライト単結晶レーザー

Info

Publication number: JP2744798B2
Application number: JP63307671A
Authority: JP
Inventors: アール．アルファノロバート
Original assignee: アール．アルファノロバート; ブラディミアーペトリセビック; スワペンケイ．ゲイエン
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: EP0319332B1; DE3888799D1; JPH022196A; EP0319332A3; EP0319332A2; DE3888799T2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、一般にレーザに関し、特にレーザー媒体
（laser medium）がクロムをドープしたオルト珪酸マグ
ネシウムホーステライト（forsterite,苦土カンラン
石）（Cr:Mg₂SiO₄）の単結晶であるレーザーに関する。

〔従来の技術〕

科学及び工業でレーザーは広く採用されており、用途
の種類は益々広がりつつある。レーザーは、距離測定装
置、光学的外科手術、光学的印刷機、光学的読み取り及
び金属削孔の如き広い範囲でその用途が見出だされてい
る。簡単に述べると、レーザーは輻射線の誘導放出によ
る光増幅の原理に基づいて作動し、極めて強い集中光を
生ずることができる。レーザー空洞共振器（cavity）で
生じたコーヒーレント光ビームはレーザー物質で増幅さ
れる。レーザーホスト（host）として用いられている
材料には、ガス、液体、ガラス及び単結晶固体が含まれ
る。

単結晶固体がレーザーで用いられる場合、それらの結
晶は一般に長い棒の形をしている。結晶材料の構造は非
常に完全に近いものでなければならない。何故なら光学
的不均質さはレーザービームの歪み及び散乱を起こし、
それによって輻射線の強度及びコーヒーレンスを減ずる
からである。レーザー発生性能に悪影響を与える結晶の
不完全性には、弾性歪み、結晶不整合、化学的濃度不均
質性、欠陥、含有物及び気泡が含まれる。

R.C.モリスその他による米国特許第3,997,853号明細
書には、ホストが、三価クロムイオンをドープしたアル
ミン酸ベリリウム（BeAl₂O₄）の単結晶で、結晶学的に
実質的にｂ軸から少なくとも30゜離れたａ−ｃ面に沿っ
て配向され、約0.005〜1.0原子％の範囲のクロムドープ
濃度を有する単結晶からなるレーザーが記載されてい
る。

J.C.ウォリングその他による米国特許第4,272,733号
明細書には、レーザー媒体としてクリソベリル（chryso
beryl）構造をもつクロムをドープしたアルミン酸ベリ
リウム（BeAl₂O₄:Cr³）の特別な単結晶、及びレーザー
媒体を励起するための手段、及びチューニング（tunin
g,同調）手段を具えた高電力で広い波長域でチューニン
グ可能なレーザー装置が記載されている。そのレーザー
は、低温から、上昇させた温度までの広い温度範囲に亘
って作動することができる。しかし、上昇させた温度が
好ましい。何故ならそれは一層大きなレーザー利得をも
たらすからである。赤から赤外のスペクトル範囲で放射
し、そのレーザーは、防衛、通信、アイソトープ分離、
光化学等々の分野で有用である。

W.D.ファウンティンによる米国特許第4,019,156号明
細書には、光学的空洞共振器内に同時的能動（電器光学
的）及び受動〔可飽和吸収体（saturable absober）〕
損失変調を用いたＱ−スイッチ／モードロックNd:YAGレ
ーザー発振器が記載されている。この「二重変調」発振
器は約30ピコ秒〜約ナノ秒の範囲の継続時間をもつトラ
ンスフォーム限定パルスを生ずることができ、他のモー
ドロック装置に比較して著しく改良された安定性を有す
る。この装置で生ずるパルスは、イントラパルス周波数
（intrapulse frequency）（このパルスはスパイクの全
くない綺麗な形状のパルスである。）又は振幅変調（am
plitude modulation）を欠いており、従って高エネルギ
ーへの増幅及び明確に定められたパルスが必要な他の用
途に対し、理想的に適している。またこの装置のパルス
は優れたインターパルス特性を有し、この場合、パルス
トレイン（pulse train,パルス列，連続パルス）の個々
のパルス間の光学的ノイズはそのトレインのピークパル
スの電力よりはるかに低い。

R.R.アルファノその他による米国特許第4,464,761号
明細書には、レーザー媒体がBe₃A₂（SiO₃）_６（エメラ
ルド）の単結晶であるレーザー装置が記載されている。
その材料は傾向帯域が広いので、10〜500ヘムト秒位の
短い継続時間をもつ高強度チューニング可能モードロッ
クパルスに適している。このレーザー媒体を有する多数
の異なったレーザー装置が記載されている。

Scientific American,Oct.,1980,Vol.243,No.4,pp.12
4−156に見られるカート・ナッソー（Kurt Nassau）に
よる“Color"と題する文献にはルビー、アレクサンドラ
イト（alexandrite）及びエメラルドの種々の性質が論
じられている。

〔本発明の要約〕本発明の目的は、新規で改良されたレーザーを与える
ことである。

本発明の他の目的は、新規で改良されたレーザー物質
を与えることである。

本発明の更に他の目的は、新規で改良されたクロムを
ドープしたレーザー物質を与えることである。

本発明の更に別の目的は、広範囲にチューニングする
ことができ、ピコ秒及びペムト秒の範囲の継続時間を有
する短いパルスを生ずることができる新規な改良された
固体レーザーを与えることである。

本発明の教示によれば、三価クロムイオンをドープし
たホーステライト（Cr³⁺;Mg₂SO₄）の単結晶の形のレー
ザー媒体、該レーザー媒体を励起してコーヒーレント輻
射線を放出させるための手段、及び前記レーザー媒体に
よって放出されたコーヒーレント輻射線を維持するため
の光学的共振空洞を具えたレーザーが与えられる。

本発明の一つの態様によれば、レーザーは光学的共振
空洞内に、ある範囲の周波数に亘ってレーザーをチュー
ニングするためのチューニング手段を有し、本発明の別
の態様によれば、レーザーはモードロッキング作動（mo
de locking operation）を行わせるためのモードロッキ
ング手段を有する。レーザー物質は、棒型或は円盤型の
いずれの形状に作ってもよい。クロムのドーピングは、
約0.01〜0.5原子％の範囲にある。

新規なレーザー物質を用いた多数の異なったレーザー
装置構造について記述する。

本発明をその目的及び他の目的と共に一層よく理解で
きるように付図に関連して次に記述する。本発明の範囲
は特許請求の範囲に記載されている。

〔好ましい態様についての詳細な記述〕

図中、同じ番号は同様な部品を示す。

本発明は、クロムをドープしたホーステライト、即ち
クロムをドープしたオルト珪酸マグネシウムが、チュー
ニング可能な固体レーザーのためのレーザー媒体として
働き、特にそのクロムをドープしたホーステライトがレ
ーザー光を発すると言う発見に基づいている。

行った実験では、クロムをドープしたホーステライト
レーザー装置の発光スペクトルは、500nmブレイズド（b
lazed）格子分光計と、1000nm以下の感度を有するｓ−
１光電子像倍管とを用いて取った。また、用いた結晶中
の不純物イオンによる850〜1150nmにわたる残留吸収の
ため、700〜1000nmのスペクトル範囲でレーザー作動を
得るように設計された空洞共振器はレーザ作用を全く示
さなかった。

しかし、その後で蛍光スペクトルを、1000nmブレイズ
ド格子及びゲルマニウム光ダイオードの組み合わせを具
えた分光計で700〜1350nmのスペクトル範囲を走査して
とって見ると、1150〜1350nmスペクトル範囲でレーザー
作用を示した。1150〜1350nmのスペクトル範囲に対し、
高反射率をもち、ポンプレーザーに対し532nmで大きな
透過性をもつ配列鏡を用いて、安定な空洞共振器がこれ
らの鏡と共に設計され、パルスレーザー作用が、Ｑ−ス
イッチNd:YAGレーザーからの532nm、10nsパルスを用い
て結晶の長手方向のポンピグにより容易に得られた。

アレクサンドライト及びエメラルドレーザーの広い波
長域でチューニング可能な室温作動の成功に鼓舞され、
チューニング可能な固体レーザーについての研究活動の
波は80年代に広まった。これらの研究活動の進行は二つ
の方向にあった。一つは、三価クロムイオンのための新
規なホスト材料を求めることであり、第二は一般に用い
られるホスト結晶でレーザー光を出す新しいイオンにつ
いての研究であった。これらの努力は、新しいレーザー
イオンである三価のチタン（Ti³⁺）及び二価のロジウム
（Rh²⁺）の発見及び二価遷移金属イオンNi²⁺、Co²⁺及び
V²⁺に基づくチューニング可能なフォノン終端（termina
ted）レーザーの再発見により、多数のホストで広域波
長のチューニング可能レーザー作動の成功によって報わ
れた。本発明は、ホーステライト（Mg₂SiO₄）中のCr³⁺
の最初の室温振動パルスレーザー作動に関する。

アレクサンドライトと同様にホーステライトは、かん
らん石系結晶の一つである。それは天然に産出する宝石
である。ホーステライトの単結晶は、チョクラルスキー
法により成長させることができる。ホーステライトの単
位胞は斜方晶系構造の空間群に四つの式単位pbnmを有す
る。単位胞の大きさは、ａ＝4.76Å、ｂ＝10.22Å及び
ｃ＝4.99Åである。Cr³⁺イオンが、二つの明確な八面体
配位点にあるMg²⁺イオンと置き代わっている：一つ（M
1）は逆対照（Ci）であり、他方（M2）は鏡面対照（C
s）である。Cr³⁺イオンによって占められる二つの点の
比は、M1:M2＝3:2である。

分光器及びレーザー作用測定のために用いられた（Cr
³⁺:Mg₂SiO₄）の単結晶はチョクラルスキー法によって成
長させた。結晶は9mm×9mm×45mm直方体で、その三つの
直交する辺は結晶軸ａ、ｂ及びｃに沿って配向してい
た。結晶は0.04〜１％のCr³⁺イオンを含み、それは6.9
×1018イオン/cm³のクロムイオン濃度に等しい。

E11b結晶軸についてのCr:Mg₂SiO₄の室温吸収及び蛍光
スペムトルを第1a図及び第1b図に示す。吸収スペクトル
は、パーキン・エルマーラムダーＩ分光光度計を用
い、試料の4.5mmの長さの辺に沿って測定した。それはC
r³⁺イオンの4A2→4T2及び4A2→4T1の吸収遷移に夫々起
因する＋40nm及び460nmに中心をもつ二つの広い吸収帯
を特徴とする。吸収スペクトルの形及び強度は、702nm
で鋭い線及び540〜575nmの間の３本の線が現れる点を除
き、液体窒素温度でたいして変化しない。702nmの線は
蛍光スペクトル中の顕著な特徴を示している。この後者
の特徴は、Cr³⁺の4A2→2E遷移に起因する。540〜575nm
の間の弱い鋭い線はスピン禁制4A2→2T2遷移に起因す
る。850〜1150nmの間の広くて弱い吸収帯は励起スペク
トルでは観察されない。このことはこの吸収の原因がCr
³⁺イオンの遷移にあるのではなく、例えば、ホスト結晶
中の或る他の不純物イオンによるものであることを示し
ている。このバックグラウンド吸収は、かなりの放出ス
ペクトル範囲と重複しており、その領域でのレーザー作
用を妨げることが第１図から明らかである。

Cr³⁺:Mg₂SiO₄の蛍光スペクトルはアルゴンイオンレー
ザーからの488nm輻射線によって励起され、1000nmブレ
イズド格子を具えた0.25_-m単色光器〔SPEXミニメイト
（minimate）〕の端に配置したゲルマニウム光ダイオー
ド検出器・ロッキング増幅器併用装置により記録した。
室温スペクトルは700〜1300nmの波長範囲を覆う広い帯
域である。液体窒素温度ではスペクトルは鋭い2E→4T2
零−ホノン線を示し、続いて精巧な構造の側波帯が75
0nmまで伸び、980nmにピークをもつ広い帯を示してい
る。その広い帯は4T2状態から4A2基準状態の振動水準へ
の遷移によるものであり、殆んど全蛍光はこの帯中へチ
ヤンネルされている。室温蛍光寿命は15usである。

Cr:Mg₂SiO₄系の吸収及び放出スペクトルの両方共、入
射光の偏光及び試料中の結晶軸の配向に強く依存する。
この偏光依存性は、On→D₂のCr点対称の減少及びそれに
付随する偏光選択規則によって説明することができるで
あろう。

Cr:Mg₂SiO₄のレーザー作用を研究するための実験装置
は、第２図に概略示されている。クロムをドープしたホ
ーステライト試料Ｓは、20cmの間隔を開けて配置した二
つの曲率半径30cmの鏡M₁及びM₂によって形成された安定
な共振器の中心に置かれている。鏡M₁及びM₂は532nmポ
ンプビームを透過し、1150〜1350nmのスペクトル範囲で
大きな反射率をもつように誘電体で被覆されていた。後
方鏡M₁の反射率は99.9％であるが、出力鏡M₂の反射率は
特定の波長範囲での通常の入射に対し98％である。この
スペクトル範囲は蛍光スヘクトルのピークに相当するも
のではないが、バックグラウンド吸収が最小になるよう
に選択されていることに注意すべきである。試料Ｓは、
10Hzの反復速度で作動するＱ−スイッチNd:YAGレーザー
〔カンダ・レイ（Quanda Ray）CDR−１〕Ｌからの周波
数２倍532nm、10−ns FWHM パルスにより、長手方向に
ポンピングした。ポンプパルスの空間形状は不安定な空
洞共振器に特徴的なドーナッツ型であった。試料Ｓの結
晶軸に沿って直線偏光されたポンプビームは、フイルタ
ーF₁によって波され、次に焦点距離25cmのレンズＥに
よって試料Ｓの前3cmの所に焦点を結ばせた。試料Ｓの
中心でのポンプビームの半径は、−600umである。レー
ザー空洞共振器の出力はフイルターF₂によって波し、
ゲルマニウム光ダイオード検出器Ｄによってモニターし
た。検出器Ｄの出力は高速オッシロスコープＯに表示し
た。

空洞共振器中には、散乱素子は入れてなく、レーザー
は自由な走査モードで作動させた。

2.2MJのレーザー発生閾値以上でポンピングすること
により、パルスレーザー作動も得られた。単一出力レー
ザーパルスが得られ、レーザー発生水準の寿命により短
いポンプパルス継続時間の結果であるゲイン・スイッチ
作動を暗示していた。レーザーパルスの振幅及び継続時
間は、ポンプレーザーのパルス毎のエネルギー変動から
予想されるように変動した。出力は、空洞共振器のわず
かな不整合に対してさえも、或はガラス板（損失８％）
を空洞共振器中に挿入することに対しても極めて鋭敏で
あった。

Cr:Mg₂SiO₄レーザーパルスの瞬間的波形は第３図に示
されている。出力レーザーパルスの瞬間的継続時間（FW
HM）は、閾値での200nsから閾値エネルギーの2.4倍での
100nsまで変化した。

ポンプパルスのピークとCr³⁺:Mg₂SiO₄レーザーパルス
のピークとの間の遅れも、閾値での700nsから閾値の2.4
倍での200nsへ、ポンプパルスエネルギーと共に予想通
り変化した。このことは、レーザー空洞共振器が極めて
損失が大きく、空洞共振器中にレーザー発振を確立する
のに数百回の往復走行（trip）が必要であることを示し
ている。

上述の実験で用いられるた空洞共振器についてレーザ
ースロープ効率が測定され、そのデーターを第４図に示
す。レーザー振動は2.2mjの吸収入力エネルギーで形成
され始める。測定された１％のスロープ効率はむしろ低
く、空洞共振器に大きな損失があることを示している。
これらの損失には被覆していない試料表面からの13％の
反射損失、結晶内の不均質性による散乱、及びポンプビ
ームの大きさと試料のCr:Mg₂SiO₄空洞共振器モードとの
間の大きな不整合が含まれる。

Cr:Mg₂SiO₄レーザーのスペクトルは、3.6mjの吸収ポ
ンピングエネルギーに対して第５図に示されている。ス
ペクトルは1216nmの所でピークをもち、21nmのFWHMを有
する。レーザー出力の帯域幅は吸収ポンプエネルギーと
共に変化する。しかし、スペクトル範囲は鏡透過率及び
不純物吸収により高エネルギー端が限定されているが、
低エネルギー端は鏡透過率及び蛍光強度の減少によって
限定される。レーザー作用は、Cr:Mg₂SiO₄蛍光帯の低エ
ネルギー端で狭いスペクトル範囲で観察されている。結
晶成長法の改良により蛍光帯の殆んどの所でのレーザー
作用を妨げる不純物吸収を除けるであろう。我々が予想
する一層良い結晶を用いることにより、Cr:Mg₂SiO₄レー
ザーに対し、800〜1250nmのニューニング範囲を予想す
ることができる。

第６図に関し、そこには本発明の教示により製造され
たレーザー装置の一例が示されており、全体的に番号11
で示されている。レーザー装置（11）はレーザー媒体
（13）、ポンピング光源（15）、反射率99.9％（即ち完
全反射）の端部曲面鏡（17）及び50〜99％反射率（部分
的透過性）の端部曲面鏡（19）から構成された光学的共
振空洞、レーザー媒体（13）と端部鏡（19）との間に配
置されたチューニング素子（21）、及び簡単に示すため
ブロック図で例示されているレーザー棒（13）温度調節
のための冷却系（23）を有する。

レーザー媒体（13）はクロムをドープしたホーステラ
イトCr:Mg₂SiO₄の単結晶からなり、クロムのドープ量は
約0.01〜05原子％の範囲になっている。結晶は長い棒の
形に作られており、その長手方向は結晶のｃ軸に沿って
いる。棒（13）の両端はブルースター角、平面又は６゜
の角度で切断されていてもよく、適当な誘電体反射防止
被覆で被覆されていてもよい。棒（13）の典型的な大き
さは1cm×4cmであろう。結晶はチョクラルスキー法によ
り成長させるのが便利であり、ポンピング源（15）はレ
ーザー媒体（13）を励起する非コーヒーレント又はコー
ヒーレント波、連続波又はパルス波の適当なポンピング
光源でよい。もしコーヒーレントポンピング源が用いら
れるならば、それは、Cr⁺ドープ剤の基状態状によって
吸収されるが、励起状態によっては過度に吸収されない
放出波長をもたなければならない。例えば、ポンピング
源（15）はキセノンランプ又はアルゴンレーザー又はダ
イオードレーザーでよい。レーザー媒体を励起するため
の手段として、パルスNd:YAGレーザー、パルス窒素レー
ザー、色素レーザー、CWアルゴンイオン及びクリプトン
イオンレーザー又はフラッシュランプを使用することが
できる。もしポンピング源（15）がレーザーであるなら
ば、それはレーザー媒体の周りに配置する（図示の如
く）か、又は端部鏡の一方の外側に空洞共振器の軸に沿
って配置してもよい。端部鏡（17）は約1150〜1350nmの
間の帯域幅に亘って最大反射率を示すように設計された
被覆を有する。端部鏡（19）は曲面をもち、端部鏡（1
7）と同じ帯域幅に亘って最大反射率を示すように成形
された同様な被覆を有する。1150〜1350nmの帯域幅はコ
ーヒーレント光が生ずる周波数範囲を覆う。

もしポンピング源（15）がレーザーで、空洞共振器の
軸に沿って空洞共振器の外側に配置されているならば、
ポンピング光が空洞共振器中へ入る時に通過する端部鏡
は、ポンピングレーザー放出周波数、即ちもしそれがN
d:YAGレーザーであるならば532nmが最大透過率を与える
ように設計されている。端部鏡（17）及び（19）は互い
に光学的共振空洞を形成するのに適切な距離だけ離され
ており、棒（13）は端部鏡の焦点に沿って配置されてい
る。端部鏡（17）及び（19）は約30cmの曲率半径をもっ
ている。矢印（25）で示されたレーザー装置（11）の出
力輻射線は端部鏡（19）からでる。もし望むならば、両
方の鏡を部分的反射性にしてもよい。冷却系（23）は流
体（図示されていない）を含み、それはレーザー取付け
ヘッド（図示されていない）とパイプを通して流通して
いるタンクに入れられた空気、水又は低温液体でよい。
チューニング素子（21）はプリズム又はDD1の如き可飽
和吸収体の入ったセル又はジェット流の形をしていても
よい。レーザー（11）は、慣用的なやり方で（固体レー
ザーとして）作動し、1215nmに中心をもち、20nmの帯域
幅をもつ周波数帯、及び1235nmに中心をもち、20nmの帯
域幅をもつ周波数帯の輻射線を放出する。

第７図に関し、そこには本発明に教示に従って作られ
た受動モードにロックしたレーザー装置（31）が例示さ
れており、全体的に参照番号（31）で示されている。レ
ーザー装置（31）には、レーザー媒体（33）、ポンピン
グ源（35）、端部鏡（39）と可飽和吸収体の入った色素
セル（41）と窓（43）を有する端部複合体（37）、端部
鏡（45）、有孔板（47）及び冷却系（49）を有する。

レーザー媒体（33）は棒（13）と同様であるが、但し
端部がブルースター角で切断されており、ｂ軸に沿って
偏光するように配列されており、棒自身は空洞共振器の
軸と平衡になるのではなくブルースター角に沿って配列
されている点が異なる。色素セル（41）の幅は約100μ
〜2mmでよい。色素セル（41）は可飽和色素吸収体（即
ち可飽和色素溶液）が入っており、それは受動モードロ
ッキング機構として働く。色素吸収体は可飽和シアナニ
ン色素であるのが好ましい。可飽和シアニン色素の例
は、1,1′−ジエチル−2,2′−ジカルボシアニンアイ
オダイドをメタノールに入れたもの、及び1,1′−ジエ
チル−2,4′−カルボシアニンアイオダイドをメタノ
ールに入れたものであり、それらはそれぞれ一般にDDI
及びDCIと呼ばれる。ポンピング源（35）、端部鏡（3
9）、端部鏡（45）、有孔板（47）及び冷却系（49）
は、レーザー装置（11）の対応する部材（15）、（1
7）、（19）、（21）及び（23）と夫々同じである。

第８図には、参照番号（51）によって示されたモード
をロックしたレーザー装置の別の態様が例示されてい
る。レーザー装置（51）はレーザー装置（31）と同様で
あり、異なっている点では、窓（43）がなく、音響変調
器（41）が端部鏡（57）とレーザー棒（33）との間に配
置されており、ほぼブルースター角に配向されており、
約1/2〜1cmの厚さ及び約5cmの直径を有し、99.9％反射
率の端部鏡（57）は平らではなく、１〜10mの曲率半径
をもって曲がっており、50〜98％反射率の出力鏡（59）
は、曲面ではなく対応する平坦楔型をしていることであ
る。別法として鏡（57）は平らにし、鏡（59）を曲面に
してもよい。

第９図には、本発明のモードロックレーザー装置（6
1）の別の態様が例示されており、この場合レーザー物
質（63）はルビーレーザーで用いられている如き環状空
洞共振器の中に配置されており、出力ビームがチューニ
ングされる。

レーザー装置（61）は、レーザー棒（63）、平坦楔型
99.9％反射率鏡（65）、平坦50〜98％反射率楔型鏡（6
7）、有孔板（69）、プリズムの形のチューニング手段
（71）、DDIの如き可飽和色素吸収体の入ったセル又は
ジェット流（73）、別の平坦99.9％反射率楔型鏡（7
5）、及びキセノンの如きフラッシュランプの形の光学
的ポンピングデバイス（77）を有する。レーザー棒（6
3）には、第５図のレーザー棒（33）と同様に作られ配
置されている。鏡（65）及び（75）は第８図の鏡（57）
と同様であり、鏡（69）は第６図の鏡（59）と同様であ
り、有孔板（69）は第５図の有効板（47）と同様であ
る。

第10図には、本発明による別のレーザー装置（81）が
示されている。装置（81）は、第１即ち出力鏡（83）、
第２鏡（85）、第３鏡（87）、クロムをドープしたホー
ステライト結晶レーザー媒体（88）、第４鏡（89）、第
５鏡（91）、第６鏡（93）、四つのチューニング素子
（95）、（97）、（99）及び（101）、モードロッキン
グ色素の入ったセル（103）及びポンピングレーザー（1
05）を有する。

第11図には、本発明による非点収差補正キャビティー
装置（201）が示されている。装置（201）は曲面の出力
鏡（203）、チューニング素子（205）、曲面のコリメー
ター鏡（207）、クロムをドープしたホーステライト
レーザー棒（209）、曲面の後方鏡（211）、及び焦点を
結ぶためのレンズ（213）を有する。本発明は、二価バ
ナジウムをドープしたホーステライト（V²⁺:Mg₂SiO₄）
のレーザー結晶からなるレーザーシステムを含む。

本発明は、また、1150〜1350nmの帯域に亘ってコヒー
レント輻射線を放出するレーザーにおいて、一つの鏡が
1150〜1350nmの範囲で95〜99％の反射率を持つ平面鏡で
ある三つの鏡を持つ多重非点収差補正済み空洞共振器
と、他の一つの鏡の曲率半径の所に配置されたCr:Mg₂Si
C₄結晶と、前記結晶から視準結晶の焦点距離の所に離し
て配置された前記視準鏡とから成り、然も、後者の二つ
の鏡の反射率が1150〜1350nmの範囲で99.9％である上記
レーザーを含む。

本発明は、更に、（ａ）三価クロムイオンでドープさ
れたホーステライト単結晶（Cr:Mg₂SiO₄）から成るレー
ザー媒体と、（ｂ）前記レーザー媒体を励起してコヒー
レント光輻射線を放出するための光学的手段と、（ｃ）
前記レーザー媒体により1150〜1350nmの帯域に亘って放
出されたコヒーレント光輻射線を維持するための光学的
共振空洞であって、チューニング素子として複屈折フィ
ルター又はエタロを有する光学的共振空洞とを具えたレ
ーザーを含む。

本発明の特別な具体例をここに記述し、例示してきた
が、当業者には修正及び変更が容易に思い付くことは認
められるであろう。従って、特許請求の範囲はそのよう
な修正及び同等のものを包含するものと解釈されるべき
である。

【図面の簡単な説明】

第1a図及び第1b図は、Cr:Mg₂SiO₄の室温吸収及び蛍光ス
ペクトルを夫々示すグラフである。第２図は、Cr:Mg₂SiO₄のレーザー作用を研究するのに用
いられた実験装置の概略的例示図である。第３図は、レーザーパルスの瞬間的波形のグラフであ
る。第４図は、第２図に示した空洞共振器のスロープ効率の
グラフである。第５図は、第２図に示したレーザー装置の出力スペクト
ルのグラフである。第６図は、本発明によりつくられたチューニング可能レ
ーザー装置を例示する概略的図である。第７図は、本発明によりつくられた別のレーザー装置を
例示する概略的図である。第８図は、本発明によりつくられた別のレーザー装置を
例示する概略的図である。第９図は、本発明によりつくられた別のレーザー装置を
例示する概略的図である。第10図は、本発明によりつくられた別のレーザー装置を
例示する概略的図である。第11図は、本発明によりつくられた別のレーザー装置を
例示する概略的図である。Ｌ……ポンピングレーザー、F₁……HA30フイルター、Ｅ
……レンズ、M₁、M₂……鏡、F₂……R61000フイルター、
Ｄ……ゲルマニウム検出器、Ｏ……オッシロスコープ、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 スワペンケイ．ゲイエンアメリカ合衆国ニューヨーク州，ブロンクス，ナンバー６ディー，スターティングアベニュー 2112 (72)発明者ロバートアール．アルファノアメリカ合衆国ニューヨーク州，ブロンクス，インデペンデンスアベニュー 3777 (56)参考文献特開昭61−240692（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】a. 三価クロムイオンでドープされたホー
ステライト単結晶（Cr:Mg₂SiO₄）からなるレーザー媒体
と、 b. 前記レーザー媒体を励起してコヒーレント光輻射線
を放出するための光学的手段と、 c. 前記レーザー媒体により1150〜1350nmの帯域に亘っ
て放出されたコヒーレント輻射線を維持するための光学
的共振空洞と、を具えたレーザー。
【請求項２】a. 約0.01〜0.5原子％の範囲の濃度で三
価クロムイオンでドープされたホーステライト単結晶
（Cr:Mg₂SiO₄）からなるレーザー媒体と、 b. 前記レーザー媒体を励起してコヒーレント輻射線を
放出するための手段と、 c. 前記レーザー媒体により1150〜1350nmの帯域に亘っ
て放出されたコヒーレント輻射線を維持するための光学
的共振空洞とを具えたレーザー。
【請求項３】レーザーのモードをロックするためのモー
ドロッキング手段を更に有する、請求項１に記載のレー
ザー。
【請求項４】モードロッキング手段が、光学的共振空洞
内に配置された可飽和吸収体からなる、請求項３に記載
のレーザー。
【請求項５】可飽和吸収体がシアニン色素である、請求
項４記載のレーザー。
【請求項６】レーザー媒体によって放出されたコヒーレ
ント輻射線をチューニングするためのチューニング手段
を更に有する、請求項１記載のレーザー。
【請求項７】チューニング手段が、光学的共振空洞内に
配置されたブルースタープリズムである請求項６記載の
レーザー。
【請求項８】レーザー媒体はCr:Mg₂SiO₄の長い棒からな
り；光学的共振空洞は複数の鏡からなり、前記鏡の一つ
は約1150〜1350nmの範囲でほぼ100％の反射率になるよ
うに設計されており、他の鏡は約1150〜1350nmの範囲で
約50％〜98％の反射率になるように設計されており；し
かも、励起手段はフラッシュランプである、請求項１記
載のレーザー。
【請求項９】光学的共振空洞内に配置された有孔板を更
に有する、請求項８記載のレーザー。
【請求項１０】光学的共振空洞内に配置されたモードロ
ッキング手段を更に有する、請求項８記載のレーザー。
【請求項１１】棒の両端がブルースター角度で切断され
ている、請求項８記載のレーザー。
【請求項１２】光学的共振空洞が、チューニングのため
のエタロンと環状型形状に配置された複数の鏡を具え
た、請求項８記載のレーザー。
【請求項１３】レーザー媒体が薄い円盤又は小板の形を
しており、光学的共振空洞が環状型形状に配置された複
数の鏡を具え、励起手段がポンピングレーザーであり、
前記空洞内にモードロッキング手段及びチューニング手
段を有し、円盤がブルースター角度で切断されている、
請求項１記載のレーザー。
【請求項１４】高電力ナノ秒パルスを発生させるためＱ
スイッチ作動のための可飽和吸収体又は音響・光学変調
器を更に有する、請求項１記載のレーザー。
【請求項１５】媒体を励起させるための手段が、パルス
NS:YAGレーザー、パルス窒素レーザー、色素レーザー、
CWアルゴンイオン及びクリプトンイオンレーザー又はフ
ラッシュランプである、請求項１記載のレーザー。
【請求項１６】光学的共振空洞が20cm隔てられた曲率半
径0.3mの二つの凹面鏡を具えている、請求項１記載のレ
ーザー。
【請求項１７】凹面鏡が、1150〜1350nmの範囲で大きな
反射率を示し、ポンプ波長で大きな透過性を示すように
被覆されている、請求項16記載のレーザー。
【請求項１８】光学的共振空洞が、YAGレーザーの第２
高調波の532nmのポンプ波長に対し構成されている、請
求項17記載のレーザー。
【請求項１９】光学的共振空洞が、アルゴンイオンレー
ザーの488及び5145nmのポンプ波長に対し構成されてい
る、請求項17記載のレーザー。
【請求項２０】光学的共振空洞が窒素レーザーの353nm
のポンプ波長に対し構成されている、請求項17記載のレ
ーザー。
【請求項２１】レーザー結晶は、1150〜1350nmの波長範
囲に対し、反射防止膜が被覆されている、請求項１記載
のレーザー。
【請求項２２】二価バナジウムをドープしたホーステラ
イト（V²⁺:Mg₂SiO₄）のレーザー結晶からなるレーザー
システム。
【請求項２３】1150〜1350nmの帯域に亘ってコヒーレン
ト輻射線を放出するレーザーにおいて、一つの鏡が1150
〜1350nmの範囲で95〜99％の反射率を持つ平面鏡である
三つの鏡を持つ多重非点収差補正済み空洞共振器と、他
の一つの鏡の曲率半径の所に配置されたCr:Mg₂SiO₄結晶
と、前記結晶から視準鏡の焦点距離の所に離して配置さ
れた前記視準鏡とから成り、然も、後者の二つの鏡の反
射率が1150〜1350nmの範囲で99.9％である上記レーザ
ー。
【請求項２４】チューニング素子として複屈折フィルタ
ー又はエタロンを更に有する、請求項１記載の光学的共
振空洞。
【請求項２５】a.クロムイオンでドープされたホーステ
ライト単結晶（Cr:Mg₂SiO₄）から成るレーザー媒体と、 b.前記レーザー媒体を励起してコヒーレント光輻射線を
放出するための光学的手段と、 c.前記レーザー媒体により1150〜1350nmの帯域に亘って
放出されるコヒーレント輻射線を維持するための光学的
共振空洞とから成るレーザー。