JP2801913B2 - アップコンバージョンによってポンピングされたレーザ - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
関連出願の相互参照
連続的レイジング動作を提供する方法と題され同発明
者によって本出願と共に出願された米国特許出願869,27
0号 発明の背景 本発明は概して、レーザ技術に関し、より詳細には、
レイジング媒体としてアップコンバージョン用の材料を
使用するレーザに関する。 希土類イオンは、十分な濃度の不純物として適当な主
格子の中に組込まれたとき赤外線をいくつかの短波長に
アップコンバートすることが可能である。アップコンバ
ージョンすなわち、固体による補助放射なしの長波から
短波への変換は、いくつかの多光子メカニズムによって
達成される。しかしながら、共働的励起メカニズムのみ
が効率良く実用になるものと考えられている。後者のメ
カニズムは、いくつかの原子（イオン）の基底状態の電
子がそれぞれ１つの赤外光子を吸収する方法に従ってな
される。エネルギは続いて非放射プロセスによって単一
原子へ泳動して該単一原子をより高いエネルギ準位に励
起し続いて蛍光発光がおこる。 このメカニズムを光学的レーザポンピングに利用する
ことが少し前に“赤外線によってポンピングされた可視
レーザ”、L.F.Johnson、H.J.Guggenheim、Appl.Phys.L
ett.、Vol.19、No.2、pg.44、1971.の中で提唱された。
従来の光学的ポンピングを使用した場合、レイジング状
態の反転分布はレーザ活性媒体による放射線の吸収によ
って達成され、これによって準安定レイジング状態及び
その上方に位置するエネルギ状態になる。続いて、（も
し上方にあれば）前記エネルギは放射及び／又は非放射
遷移を介してレイジング状態に移動される。これとは対
照的に、アップコンバージョンによる光学的ポンピング
方法は、レーザ初期状態より下方に位置するエネルギ準
位に吸収される放射線のアップコンバージョンに基づい
ている。アップコンバートされた振動エネルギによる固
体赤外レーザのポンピングについては“固体振動レーザ
−KBr:CN-"、R.W.Tkatch、T.R.Gosnell、A.J.Sievers、
Optics Letters、Vol.10、No.4、pg.122、1984に報告さ
れている。 発明の摘要 本発明の一実施例によるレーザ装置はレーザ空洞部内
に配設されたレーザ媒体と前記レーザ媒体に励起エネル
ギを選択的に加えるポンピング手段とを組込んでいる。
前記レーザ媒体はアップコンバート材を含み、準安定な
初期レイジング状態より下方のエネルギ状態でのレイジ
ングイオンの電子間のエネルギ交換を可能にし、これに
よって前記交換電子のいくつかは準安定な初期レイジン
グ状態又はそれより上方のエネルギ状態にアップコンバ
ートされる。前記ポンピング手段は、ある状態より下方
のエネルギ準位から前記ある状態に十分な数の電子を上
昇させるべく適当な波長及び強度のエネルギを加えて実
質的なアップコンバージョンを持続させ結果としてレイ
ジングを持続させる。特定された実施例においては、フ
ッ化カルシウム結晶を主とするエルビウムイオンのロッ
ドを具備し、前記レーザ空洞部は2.8μｍに同調され、
前記ポンピング手段は1.54μｍの光子エネルギを供給
し、前記レイジングは4I 11/2のエネルギ状態と4I 13
/2のエネルギ状態との間で起こる。あるエネルギ状態が
前記レーザ媒体に対するレイジング遷移の最終状態であ
りアップコンバート材の濃度が、前記最終エネルギ状態
での電子間のエネルギ交換が前記初期及び最終レイジン
グ状態間での反転分布を維持するのに十分である本発明
の一面によれば連続的レイジング動作は前記ポンピング
手段による連続的励起に応答して持続される。 前述の4I 11/2から4I 13/2への遷移に関するエネル
ギ準位は第２図及び第11図に示される。２つの光子、２
つのイオンによるアップコンバージョンプロセスは次の
如くなされる。２つのEr3＋イオンが1.54μｍの光子を
吸収して前記4I 13/2の状態に励起する。この状態は約
20msec.の長い寿命を有しており前記4I 13/2から基底
状態への直接的電子緩和の確率は小さい。それゆえ、イ
オンは双極子同士の相互作用によりエネルギを交換す
る。この相互作用の結果、一方のイオンは第３の励起状
態、4I 9/2に励起され、他方のイオンは基底状態に緩
和される。非放射遷移によって電子は前記4I 9/2状態
から第２の4I 11/2状態に落下して前記4I 13/2状態に
対する分布を反転する。励起放射強度が十分高いとき前
記4I 11/2状態における反転分布は空洞ロスを克服すべ
く十分な準位に到達し、前記4I 11/2と前記4I 13/2の
状態の間にレーザ放射が起り結果的に2.8μｍの放射線
を放出する。今議論したレイジング方法において、選択
されたレーザエネルギバンド、例えば空洞ミラー間隔
（第13図を参照）のためポンピングエネルギは生成され
るレイジングエネルギ（2.8μｍ）よりもより短い波長
（1.54μｍ）である。しかしながら、前記レーザは、上
方レイジング状態4I 11/2（4I 9/2を介する）への遷
移が前記4I 13/2状態からのアップコンバージョンによ
るのと同じ方法でアップコンバージョンポンピングされ
る。 さらに開示された実施例によれば、薄いグラファイト
フォイルがレーザ空洞部のレイジング路に配設され、他
のソースから加えられたレーザエネルギによって前記フ
ォイルの一部を気化しレーザをＱスイッチする。 本発明の主な目的は新規でかつ改善されたレーザを提
供することにある。 本発明の他の目的はアップコンバージョンによってポ
ンピングされたレーザを提供することにある。 他の目的はアップコンバージョンによって光学的ポン
ピングを達成する固体レーザ装置を提供することにあ
る。 さらに他の目的は室温でかつ比較的低い入力エネルギ
でレーザ光線を発する固体レーザを提供することにあ
る。 図面の簡単な説明 本発明の特性を示すと思われる新規な特徴は、添附の
請求の範囲の中で詳細に述べられる。本発明の付加的な
目的及び利点さらに動作の構成及び方法は、同じ数字が
同じ部分を意味する付随の図面を参照して次の説明を読
むことにより良く理解される。 第１図は、CaF2（Er3＋が10％）の吸収及び放射バン
ドを示す。前記放射はアップコンバートされた1.5μｍ
の放射線によって励起される。前記放射バンドの相対的
強度は縮尺通りではない。 第２図は、Er3＋イオンのエネルギ準位の線図とアッ
プコンバージョンによる励起方法を示す。 第３図は、1.6μｍと0.9μｍの励起放射線の相対的強
度に対するアップコンバートされた主なバンドの相対的
強度を示す。 第４図は、CaF2内のEr3＋イオンの濃度に対するアッ
プコンバートされたバンドの相対的強度の依存性を示
す。 第５図は、1.5μｍの放射線の強度に対する可視バン
ドにおけるアップコンバージョン効率を示す。 第６図は、CaF2内のEr3＋イオンの濃度に対する4I 1
1/2と4I 13/2の室温での寿命を示す。 第７図は、室温における真空下でのCaF2（Er3＋）の4
I 11/2から4I 13/2へのレーザ遷移のスペクトル出力
を示す。 第８図は、室温かつ100mmHgのCO2におけるCaF2（Er3
＋）の4I 11/2から4I 13/2へのレーザ遷移のスペクト
ル出力を示す。 第９図は、2.75μｍ（下方掃引）と2.80μｍ（上方掃
引）の時間分解されたCaF2（Er3＋）のレーザ放射を示
す。 第10図は、CaF2内のEr3＋イオン濃度の関数であるし
きい値ポンピングエネルギ（底部曲線152）とアップコ
ンバートされた放射線（上方曲線150）の強度を示す。 第11図は、アップコンバージョンとレーザポンピング
に関連するCaF2（Er3＋）の4I 11/2から4I 13/2への
遷移に対するエネルギ準位を示す。 第12図は、室温にて、1msec.のキセノンフラッシュラ
ンプのパルスによって励起されたCaF2（Er3＋）の2.8μ
ｍのレーザ放射を示す。 第13図は、アップコンバージョンによってポンピング
された本発明によるレーザ装置の略図である。 第14図は、室温にてエルビウムガラスレーザ（下方掃
引）による1.54μｍの放射線によって励起された約2.8
μｍ（上方掃引）のCaF2（５％のEr3＋）レーザ放射を
示す。 第15図は、CaF2（Er3＋）レーザのＱスイッチング構
成の略線図である。 好ましい実施例の説明 多くの主格子内に不純物として含まれたエルビウム
は、増感剤の助けによりあるいは、その助けなしに1.5
μｍ及び980nmの放射線をアップコンバートすることが
可能である。いくつかの純粋なエルビウム、例えばErF3
もまたこの特性を表わす。放射線は吸収されるか又はEr
3＋イオンの4I 13/2及び／又は4I 11/2の状態に移動
され、いくつかの可視及び赤外バンドに変換される。
２、３モルパーセントのエルビウムでドーピングしたア
ルカリ土類フッ化物の結晶の大変効率の良いアップコン
バージョンの特性を持つ。 第１図に示すように、CaF2（Er3＋が10％）の1.5μｍ
の放射線の吸収は985から382nmの波長にわたる赤から紫
の７つのバンドを放射し放射バンドと吸収バンドは隣接
する。第２図は、Er3＋イオンのエネルギ準位線図とア
ップコンバートされた主なバンドに対する励起方法を示
す。第１図に示すバンドに加えて、約2.7及び2.0及び1.
15μｍの赤外領域の３つのバンドが示されている。これ
らのバンドはEr3＋の励起状態間の遷移、すなわち、そ
れぞれ4I 11/2から4I 13/2、4I 9/2から4I 11/2、
及び4I 9/2から4I 13/2によって生ずる。 検出器及びモノクロメータ感度に対して補正され、1.
65μｍの共振バンドの強度に対して規格化された2.0及
び1.25μｍの弱いバンドを除く相対バンドの強度は表Ｉ
によって与えられる。アップコンバートされた一番強い
放射は前記4I 11/2の状態から起こることがわかる。 Yb3＋の増感剤を使用しない場合、CaF2（Er3＋）の98
0nmのアップコンバージョンは弱い。671及び551nmのた
だ２つの放射バンドが検出可能である。しかしながら、
それらの強度は1.5μｍの放射線のアップコンバージョ
ンによって励起されたものよりも２オーダだけ弱い。 第２図に示された励起方法は、第３図に示された減衰
励起放射に対するアップコンバートされたバンドの相対
的強度の測定結果から得られる。プロットされた曲線の
勾配から励起放射線の強度が1.5μｍの時、671と551nm
のバンドの強度は３次の依存性を有し、985及び805nmの
バンドの強度は２次の依存性を有することがわかる。言
替えれば、最初かつ最後の２つのバンドはそれぞれ３つ
及び２つの光子アップコンバージョンプロセスの結果で
ある。 第４図は、CaF2内のEr3＋濃度に対するアップコンバ
ートされたバンドの相対的強度の依存性を示し、第５図
は入力パワー密度の関数である可視バンドの変換効率で
ある。第４図はEr3＋イオンの濃度が約10モルパーセン
トの時に一番強いアップコンバージョンが起こることを
示している。 CaF2内のEr3＋イオンの適当な濃度を選択するため
に、この遷移に関する様々な重要なパラメータが濃度の
関数として測定された。第６図は濃度の関数であり、初
期状態4I 11/2及び4I 13/2の室温にて測定された寿命
を示す。 測定はキセノンフラッシュランプによる短時間（20μ
sec）パルスのろ過された短波放射線によってサンプル
を励起することによって行われた。一般に、従来のフラ
ッシュランプ励起方法によって生成された蛍光バンドの
崩壊曲線は、アップコンバートされたIR短時間パルスに
よって励起された同様の放射バンドの崩壊曲線とは異な
る。前者においては、崩壊曲線の時定数は蛍光が起こる
励起状態の寿命を表わし、後者においては、時定数は4I
13/2などのような中間状態の寿命に関している。 第６図から、Er3＋イオン濃度が約20モルパーセント
までは上方の状態τ２の寿命は下方の状態τ１の寿命よ
りも短いことが分かる。不等式τ２＜τ１を満たす状態
間のレーザ遷移は一般に自己飽和である。自己飽和レー
ザを励起するとき遭遇する主な困難は動作準位間に十分
な反転分布を生成しなければならないことにある。過剰
濃度はレーザロッドの光学的品質即ちレーザ発光能力に
影響を及ぼすのでCaF2内に20モルパーセント濃度のEr3
＋を使用することは出来ない。 Er3＋及びTm3＋イオンでドーピングしたCaF2の前記4I
11/2から4I 13/2への遷移時のレーザ放射が“CaF2と
ErF3とTmF3との混合結晶におけるTm3＋の1.8μとEr3＋
の2.69μのレーザ放射の熱的スイッチング”、M.Robins
son、D.P.Devor、Applied Physics Letters、Vol.1
0、No.5、pg.167、1967に以前報告された。Tm3＋イオン
が添加されたのはEr3＋からTm3＋イオンへの非放射エネ
ルギ移動によって4I 13/2の状態の寿命を短くするため
である。そのような移動は、以前、“結晶内でのEr3＋
からTm3＋及びHo3＋イオンへのエネルギ移動”、phys.R
ev.、Vol.133、Number 2A、pg.A494、1964にJohnson等
によって報告された。レイジングは室温にて生成され、
しきい値はただの10ジュールと報告された。 その後、約３μｍにおいて起こる4I 11/2と4I 13/2
の状態間のEr3＋のレーザ放射が１ダース以上の異なる
母材において生成された。（A.A.Kaminskii、Laser Cr
ystals、Springer Series in Optical Sciences、E
ditor D.L.MacAdam、Vol.14、Springer−Verlag、Berl
in、Heidelbeg、New York、1981）。CaF2を含む多くの
母材においてEr＋イオンはイオン助剤を奪活することな
しにレーザ発光する。 大抵の３μｍのエルビウムレーザは次の共通な特性を
有する。（１）室温にて動作する。（２）低いポンプエ
ネルギに対して高いエルビウムイオン濃度を必要とす
る。（３）１より大きな最終状態／初期状態の寿命比率
を有する。いくつかの母材においてはこの比率は10を越
える。驚くべきことに、これらのレーザは室温にて低い
ポンピングエネルギでパルスモードで大変良く動作す
る。パルスレイジングを説明するために、4I 11/2と4I
13/2の励起状態のシュタルクスプリッチング（Stark
splitting）を考慮する仮説が提出された（A.A.Kamin
skii、Laser Crystals、Springer Series in Optic
al Sciences、Editor D.L.MacAdam、Vol.14、Springe
r−Varlag、Berlin、Heidlberg、New York、1981）。
それらは低い結晶対称の結晶内電場においてそれぞれ、
６つ及び７つのクラマースのダブレット要素に分離され
る。この仮説によれば、4I 11/2から4I 13/2へのレイ
ジングプロセスは次のごとくおこなわれる。キセノンフ
ラッシュランプの光学的ポンピング用短パルスは、（増
感剤の助けにより又はその助けなしに）上方の4I 11/2
の状態を優先的に分布し、最終的な4I 13/2の状態マニ
フォールドの準位を空か又はまばらに分布する。前記4I
11/2マニフォールドの準位で生成された反転分布は、
様々な準位の最終状態マニフォールドに対する自己飽和
レーザ遷移となる。下方準位の最終マニフォールドはよ
り速く飽和するので短波長のレーザ線はスペクトルから
直ぐに消える。上方準位で停止する遷移から起こる最も
長い波長のレーザ光線だけがより長く持続し末期のレー
ザスペクトルにおいて観察される。これは、自己飽和レ
ーザのスペクトル線の、いわゆる赤外偏移である。2.7
から2.8μｍのスペクトル領域において起こるCaF2内のE
r3＋の前記4I 11/2から4I 13/2のレーザ遷移はCO2及
びH2O分子の強い吸収領域に一致する。それゆえ、レー
ザ空洞部内のこれらの分子の存在はレーザスペクトルの
観察バンドの位置と数に影響を及ぼす。この効果を例示
するために第７図は、真空で生成された低解像度のスペ
クトルを示し、第８図はレーザ空洞部が100mm HgのCO2
で満たされたとき得られるスペクトルを示す。パルスレ
ーザが使用されるのでスペクトルは、モノクロメータダ
イヤルを一度にモノクロメータの解像限界である5nmだ
け進めることによって点ごとに記録される。 中位から高位の定数のレーザ励起準位において、出力
スペクトルすなわち記録されるバンドの外形は大体一定
であり１つの記録ランから次のランまで再生可能であ
り、低い励起準位においては、記録バンドの外部と内部
にかなりの量の“line hopping"が観察され、パルスご
とに異なるスペクトル出力及びバンド外形となる。この
観察によってバンド内にち密な構造が存在することが示
される。 第７図から、真空において放射は約2.75と2.80μｍを
中心とする２つのバンドで起こることが分かる。解像上
の限界によりこれらのバンドの細部を記録することが出
来なかった。しかしながら、これらは前記仮説された赤
方偏移の存在を検討する機会を与えてくれた。このた
め、レーザビームはビームスプリッタにより２つの要素
に分割された。前記要素それぞれは、InAs検出器を有す
るモノクロメータに供給された。１つのモノクロメータ
は2.75μｍに設定され他は2.80μｍに設定された。第９
図に示されるように、予言された赤方偏移が確かに観察
されたが、長波長の放射は最後まで続かなかった。いく
つかのメカニズムによって下方準位の最終マニフォール
ドが再び空になり末期的レーザスペクトルを支配する短
波長の放射が再度蓄えられた。 このメカニズムはエネルギ状態のアップコンバージョ
ンであると仮定された。この仮説は他の観察によって支
持された。CaF2のサンプルにおけるアップコンバートさ
れた放射線の相対的強度に対してプロットされかつレー
ザのしきい値エネルギが濃度に対して同じサンプルから
つくられるとき、第10図に示すように２つの隣接する曲
線が得られる。両者は類似しているが反転したEr3＋に
関する機能依存性を表わすことがわかる。濃度の増加と
共に低下するレーザロッドの光学的品質のため、５から
10モルパーセント濃度を越えて比較することができなか
った。 第13図に示された本発明の実施例において、1.54μｍ
で放射するエルビウムガラスレーザ20が2.8μｍで放射
するCaF2（Er3＋が５％）レーザ50をポンピングするの
に使用される。 選択されたCa2F（Er3＋が５モルパーセント）のレー
ザロッド52は、エネルギ出力効率および他のレーザ特性
を得るべく空気中で室温にて試験された。キセノンフラ
ッシュランプが90及び99.5パーセントの反射率（試験装
置において）を持つZnSeの誘電性凹状ミラー（半径1m）
とともに励起用として空洞内で使用された。ポンピング
エネルギのしきい値は約15ジュールだった。フラッシュ
ランプへの入力エネルギが150から200ジュールの時、パ
ルス当り0.5ジュールを越える出力エネルギ及び30ワッ
ト以上のピークパワーが0.3パーセントを越える勾配効
率とともに得られた。17msecの持続時間を持つスパイク
状レーザパルスが第12図に示される。上述のエネルギ及
びパワー出力値は、結合ミラーの変化する反射率によっ
て最適化されなかった。 ただ1msecだけ続くキセノンフラッシュランプのパル
スによって励起された異常に長いレイジング持続期間
は、励起エネルギが前記レーザロッド内でアップコンバ
ージョンによってリサイクルされる可能性を示してい
る。この結果は、最終状態の寿命すなわち20msecに等し
いアップコンバージョン励起による持続期間に対して上
限を設定する理論的解析と一致する。 再び主に第13図において、ポンピングレーザ20はエル
ビウムガラスロッド22とエンドミラー24及び26とフラッ
シュランプと関連する楕円形の反射器（図には示さない
がよく知られている技術）とを含む。他の適当なポンピ
ングレーザも使用される。 レーザ50（第13図）はCaF2（Er3＋）のロッド52とZnS
eの凹状エンドミラー54及び56を含む。前記ロッド52はO
ptovac、Inc.によって発展され、研削され艶出しされた
平行で平らな２つの端部を有し反射防止用の塗布は施さ
れていない。前記ロッド52はアライメント及び光学的パ
ワーを補充するためキセノンフラッシュランプ（図に示
さず）と共に、金めっきされた楕円状反射器内に組込ま
れる。前記ミラー54及び56は28μｍのエネルギに対して
99.5％だけ反射する。 レーザ50の前述する要素はCaF2の窓62を有する真空チ
ャンバ60内に密閉される。前記チャンバ60は2.8μｍで
のH2O及びCO2のＱスポイリング効果を減少させる。前記
チャンバ60と同じ目的を達成する他の方法としては、前
記レーザロッド52の端部に直接ミラー塗布剤を塗布する
ことである。 前記レーザ20からの1.54μｍのパワーは、パワーレベ
ルをモニタすべく前記反射器32によって検出器34に先導
され、2.8μｍのパワーは前記窓70からフィルタ72を通
して前記検出器74に反射される。 前記ミラーとレーザロッドは、予めHeNeレーザに整列
されその後、レーザは前記キセノンフラッシュランプ
（図に示さず）によるポンピングによって個々に微調整
された。このとき、前記レーザ50に対する前記フラッシ
ュランプは分離され前記レーザ50は1.54μｍの放射線の
みでポンピングされた。第14図は、1.54μｍのエネルギ
によるポンピングによって生成された2.8μｍレイジン
グ（上方の掃引）のオシロスコープの掃引を示す。前記
1.54μｍのポンピングパルス及び2.8μｍのアップコン
バージョン用レーザパルスは、それぞれ検出器34と74に
よって検出された。 すなわち、上方のレイジング状態より下方に位置する
エネルギ状態に吸収される放射線のアップコンバージョ
ンを基にしたポンピング方法を利用するアップコンバー
ジョンレーザが記載された。例えば、第11図において、
前記1.54μｍのエネルギは4I 15/2の基底状態を4I 13
/2の下方レイジング状態に上昇させ前記アップコンバー
ジョンは前記エネルギ準位を前記4I 9/2のエネルギ準
位に上昇させ、前記エネルギは続いて上方のレイジング
状態である4I 11/2に移動させる。前記4I 13/2状態へ
のレイジングに続いてアップコンバージョンは今述べた
サイクルによってエネルギを再循環させることができ
る。すなわち、開示された構成は、エルビウムイオンだ
けで増感イオンの助けなしにIR放射線のアップコンバー
ジョンが可能であり4I 11/2から4I 13/2へのレーザ遷
移をポンピングすることが可能である。 第15図は、CaF2（Er3＋）レーザにおける4I 11/2か
ら4I 13/2へのレーザ遷移の構成を示しており短くて大
きな振幅のパルスを生成すべくＱスイッチされる。第15
図のレーザ構成100において、CaF2（Er3＋）のロッド10
2は、前記ミラー104及び106の間でかつ2.8μｍのレイジ
ングの同調された前記レーザ空洞部内に配設される。10
0μｍの薄いグラファイトフォイル108がレイジング路に
配設される。レーザ100は、従来の方法でパワー源112及
びトリガユニット114と共に動作するフラッシュランプ1
12の広いバンドのポンピング源を含む。ロッド102及び
フラッシュランプ110を取囲む従来の楕円形反射器は第1
5図に示されていない。第15図に示された前記ポンピン
グ源は広いバンドであるが、レーザ118（第15図）から
の“スイッチング”エネルギの通路を可能にするエンク
ロージャ60（第13図）内の窓を例とする適当な変更をす
れば第13図に示すような狭いバンドのポンピング源を選
択することも可能である。 ユニット114（第15図）からのトリガ信号は前記ユニ
ット内で遅延され、そこからの出力信号がＱスイッチさ
れかつ前記ユニット120によってパワー供給されるNd:Ya
gレーザ118を動作させる。例えば20nsecのパルスのよう
な前記レーザ118からの出力放射線はレンズ124によって
フォイル108上に集束される。集束されたエネルギが前
記フォイル108の一部を破壊（破裂及び蒸発）させ、InA
s検出器126によって検出されるレーザ100からのジャイ
アント出力パルスを生成可能にする。 すなわち、記載されたのは上方のレーザ状態より下方
に位置するエネルギ状態に吸収される放射線のアップコ
ンバージョンを基にした新規の光学的ポンピング方法で
あり、例えば強力な赤外線を、レーザポンピングに使用
される強度の可視光線及び／又は紫外線に変換する巨大
なポテンシャルが得られる。 ここに開示されたのは特定されたアップコンバージョ
ン構成であるが本発明はそれに限定されない。よって、
熟練者によるどんな及び全ての変更、変化又は同等の構
成も次の請求の範囲で規定される本発明の範囲内に入る
ものと見なされる。
者によって本出願と共に出願された米国特許出願869,27
0号 発明の背景 本発明は概して、レーザ技術に関し、より詳細には、
レイジング媒体としてアップコンバージョン用の材料を
使用するレーザに関する。 希土類イオンは、十分な濃度の不純物として適当な主
格子の中に組込まれたとき赤外線をいくつかの短波長に
アップコンバートすることが可能である。アップコンバ
ージョンすなわち、固体による補助放射なしの長波から
短波への変換は、いくつかの多光子メカニズムによって
達成される。しかしながら、共働的励起メカニズムのみ
が効率良く実用になるものと考えられている。後者のメ
カニズムは、いくつかの原子（イオン）の基底状態の電
子がそれぞれ１つの赤外光子を吸収する方法に従ってな
される。エネルギは続いて非放射プロセスによって単一
原子へ泳動して該単一原子をより高いエネルギ準位に励
起し続いて蛍光発光がおこる。 このメカニズムを光学的レーザポンピングに利用する
ことが少し前に“赤外線によってポンピングされた可視
レーザ”、L.F.Johnson、H.J.Guggenheim、Appl.Phys.L
ett.、Vol.19、No.2、pg.44、1971.の中で提唱された。
従来の光学的ポンピングを使用した場合、レイジング状
態の反転分布はレーザ活性媒体による放射線の吸収によ
って達成され、これによって準安定レイジング状態及び
その上方に位置するエネルギ状態になる。続いて、（も
し上方にあれば）前記エネルギは放射及び／又は非放射
遷移を介してレイジング状態に移動される。これとは対
照的に、アップコンバージョンによる光学的ポンピング
方法は、レーザ初期状態より下方に位置するエネルギ準
位に吸収される放射線のアップコンバージョンに基づい
ている。アップコンバートされた振動エネルギによる固
体赤外レーザのポンピングについては“固体振動レーザ
−KBr:CN-"、R.W.Tkatch、T.R.Gosnell、A.J.Sievers、
Optics Letters、Vol.10、No.4、pg.122、1984に報告さ
れている。 発明の摘要 本発明の一実施例によるレーザ装置はレーザ空洞部内
に配設されたレーザ媒体と前記レーザ媒体に励起エネル
ギを選択的に加えるポンピング手段とを組込んでいる。
前記レーザ媒体はアップコンバート材を含み、準安定な
初期レイジング状態より下方のエネルギ状態でのレイジ
ングイオンの電子間のエネルギ交換を可能にし、これに
よって前記交換電子のいくつかは準安定な初期レイジン
グ状態又はそれより上方のエネルギ状態にアップコンバ
ートされる。前記ポンピング手段は、ある状態より下方
のエネルギ準位から前記ある状態に十分な数の電子を上
昇させるべく適当な波長及び強度のエネルギを加えて実
質的なアップコンバージョンを持続させ結果としてレイ
ジングを持続させる。特定された実施例においては、フ
ッ化カルシウム結晶を主とするエルビウムイオンのロッ
ドを具備し、前記レーザ空洞部は2.8μｍに同調され、
前記ポンピング手段は1.54μｍの光子エネルギを供給
し、前記レイジングは4I 11/2のエネルギ状態と4I 13
/2のエネルギ状態との間で起こる。あるエネルギ状態が
前記レーザ媒体に対するレイジング遷移の最終状態であ
りアップコンバート材の濃度が、前記最終エネルギ状態
での電子間のエネルギ交換が前記初期及び最終レイジン
グ状態間での反転分布を維持するのに十分である本発明
の一面によれば連続的レイジング動作は前記ポンピング
手段による連続的励起に応答して持続される。 前述の4I 11/2から4I 13/2への遷移に関するエネル
ギ準位は第２図及び第11図に示される。２つの光子、２
つのイオンによるアップコンバージョンプロセスは次の
如くなされる。２つのEr3＋イオンが1.54μｍの光子を
吸収して前記4I 13/2の状態に励起する。この状態は約
20msec.の長い寿命を有しており前記4I 13/2から基底
状態への直接的電子緩和の確率は小さい。それゆえ、イ
オンは双極子同士の相互作用によりエネルギを交換す
る。この相互作用の結果、一方のイオンは第３の励起状
態、4I 9/2に励起され、他方のイオンは基底状態に緩
和される。非放射遷移によって電子は前記4I 9/2状態
から第２の4I 11/2状態に落下して前記4I 13/2状態に
対する分布を反転する。励起放射強度が十分高いとき前
記4I 11/2状態における反転分布は空洞ロスを克服すべ
く十分な準位に到達し、前記4I 11/2と前記4I 13/2の
状態の間にレーザ放射が起り結果的に2.8μｍの放射線
を放出する。今議論したレイジング方法において、選択
されたレーザエネルギバンド、例えば空洞ミラー間隔
（第13図を参照）のためポンピングエネルギは生成され
るレイジングエネルギ（2.8μｍ）よりもより短い波長
（1.54μｍ）である。しかしながら、前記レーザは、上
方レイジング状態4I 11/2（4I 9/2を介する）への遷
移が前記4I 13/2状態からのアップコンバージョンによ
るのと同じ方法でアップコンバージョンポンピングされ
る。 さらに開示された実施例によれば、薄いグラファイト
フォイルがレーザ空洞部のレイジング路に配設され、他
のソースから加えられたレーザエネルギによって前記フ
ォイルの一部を気化しレーザをＱスイッチする。 本発明の主な目的は新規でかつ改善されたレーザを提
供することにある。 本発明の他の目的はアップコンバージョンによってポ
ンピングされたレーザを提供することにある。 他の目的はアップコンバージョンによって光学的ポン
ピングを達成する固体レーザ装置を提供することにあ
る。 さらに他の目的は室温でかつ比較的低い入力エネルギ
でレーザ光線を発する固体レーザを提供することにあ
る。 図面の簡単な説明 本発明の特性を示すと思われる新規な特徴は、添附の
請求の範囲の中で詳細に述べられる。本発明の付加的な
目的及び利点さらに動作の構成及び方法は、同じ数字が
同じ部分を意味する付随の図面を参照して次の説明を読
むことにより良く理解される。 第１図は、CaF2（Er3＋が10％）の吸収及び放射バン
ドを示す。前記放射はアップコンバートされた1.5μｍ
の放射線によって励起される。前記放射バンドの相対的
強度は縮尺通りではない。 第２図は、Er3＋イオンのエネルギ準位の線図とアッ
プコンバージョンによる励起方法を示す。 第３図は、1.6μｍと0.9μｍの励起放射線の相対的強
度に対するアップコンバートされた主なバンドの相対的
強度を示す。 第４図は、CaF2内のEr3＋イオンの濃度に対するアッ
プコンバートされたバンドの相対的強度の依存性を示
す。 第５図は、1.5μｍの放射線の強度に対する可視バン
ドにおけるアップコンバージョン効率を示す。 第６図は、CaF2内のEr3＋イオンの濃度に対する4I 1
1/2と4I 13/2の室温での寿命を示す。 第７図は、室温における真空下でのCaF2（Er3＋）の4
I 11/2から4I 13/2へのレーザ遷移のスペクトル出力
を示す。 第８図は、室温かつ100mmHgのCO2におけるCaF2（Er3
＋）の4I 11/2から4I 13/2へのレーザ遷移のスペクト
ル出力を示す。 第９図は、2.75μｍ（下方掃引）と2.80μｍ（上方掃
引）の時間分解されたCaF2（Er3＋）のレーザ放射を示
す。 第10図は、CaF2内のEr3＋イオン濃度の関数であるし
きい値ポンピングエネルギ（底部曲線152）とアップコ
ンバートされた放射線（上方曲線150）の強度を示す。 第11図は、アップコンバージョンとレーザポンピング
に関連するCaF2（Er3＋）の4I 11/2から4I 13/2への
遷移に対するエネルギ準位を示す。 第12図は、室温にて、1msec.のキセノンフラッシュラ
ンプのパルスによって励起されたCaF2（Er3＋）の2.8μ
ｍのレーザ放射を示す。 第13図は、アップコンバージョンによってポンピング
された本発明によるレーザ装置の略図である。 第14図は、室温にてエルビウムガラスレーザ（下方掃
引）による1.54μｍの放射線によって励起された約2.8
μｍ（上方掃引）のCaF2（５％のEr3＋）レーザ放射を
示す。 第15図は、CaF2（Er3＋）レーザのＱスイッチング構
成の略線図である。 好ましい実施例の説明 多くの主格子内に不純物として含まれたエルビウム
は、増感剤の助けによりあるいは、その助けなしに1.5
μｍ及び980nmの放射線をアップコンバートすることが
可能である。いくつかの純粋なエルビウム、例えばErF3
もまたこの特性を表わす。放射線は吸収されるか又はEr
3＋イオンの4I 13/2及び／又は4I 11/2の状態に移動
され、いくつかの可視及び赤外バンドに変換される。
２、３モルパーセントのエルビウムでドーピングしたア
ルカリ土類フッ化物の結晶の大変効率の良いアップコン
バージョンの特性を持つ。 第１図に示すように、CaF2（Er3＋が10％）の1.5μｍ
の放射線の吸収は985から382nmの波長にわたる赤から紫
の７つのバンドを放射し放射バンドと吸収バンドは隣接
する。第２図は、Er3＋イオンのエネルギ準位線図とア
ップコンバートされた主なバンドに対する励起方法を示
す。第１図に示すバンドに加えて、約2.7及び2.0及び1.
15μｍの赤外領域の３つのバンドが示されている。これ
らのバンドはEr3＋の励起状態間の遷移、すなわち、そ
れぞれ4I 11/2から4I 13/2、4I 9/2から4I 11/2、
及び4I 9/2から4I 13/2によって生ずる。 検出器及びモノクロメータ感度に対して補正され、1.
65μｍの共振バンドの強度に対して規格化された2.0及
び1.25μｍの弱いバンドを除く相対バンドの強度は表Ｉ
によって与えられる。アップコンバートされた一番強い
放射は前記4I 11/2の状態から起こることがわかる。 Yb3＋の増感剤を使用しない場合、CaF2（Er3＋）の98
0nmのアップコンバージョンは弱い。671及び551nmのた
だ２つの放射バンドが検出可能である。しかしながら、
それらの強度は1.5μｍの放射線のアップコンバージョ
ンによって励起されたものよりも２オーダだけ弱い。 第２図に示された励起方法は、第３図に示された減衰
励起放射に対するアップコンバートされたバンドの相対
的強度の測定結果から得られる。プロットされた曲線の
勾配から励起放射線の強度が1.5μｍの時、671と551nm
のバンドの強度は３次の依存性を有し、985及び805nmの
バンドの強度は２次の依存性を有することがわかる。言
替えれば、最初かつ最後の２つのバンドはそれぞれ３つ
及び２つの光子アップコンバージョンプロセスの結果で
ある。 第４図は、CaF2内のEr3＋濃度に対するアップコンバ
ートされたバンドの相対的強度の依存性を示し、第５図
は入力パワー密度の関数である可視バンドの変換効率で
ある。第４図はEr3＋イオンの濃度が約10モルパーセン
トの時に一番強いアップコンバージョンが起こることを
示している。 CaF2内のEr3＋イオンの適当な濃度を選択するため
に、この遷移に関する様々な重要なパラメータが濃度の
関数として測定された。第６図は濃度の関数であり、初
期状態4I 11/2及び4I 13/2の室温にて測定された寿命
を示す。 測定はキセノンフラッシュランプによる短時間（20μ
sec）パルスのろ過された短波放射線によってサンプル
を励起することによって行われた。一般に、従来のフラ
ッシュランプ励起方法によって生成された蛍光バンドの
崩壊曲線は、アップコンバートされたIR短時間パルスに
よって励起された同様の放射バンドの崩壊曲線とは異な
る。前者においては、崩壊曲線の時定数は蛍光が起こる
励起状態の寿命を表わし、後者においては、時定数は4I
13/2などのような中間状態の寿命に関している。 第６図から、Er3＋イオン濃度が約20モルパーセント
までは上方の状態τ２の寿命は下方の状態τ１の寿命よ
りも短いことが分かる。不等式τ２＜τ１を満たす状態
間のレーザ遷移は一般に自己飽和である。自己飽和レー
ザを励起するとき遭遇する主な困難は動作準位間に十分
な反転分布を生成しなければならないことにある。過剰
濃度はレーザロッドの光学的品質即ちレーザ発光能力に
影響を及ぼすのでCaF2内に20モルパーセント濃度のEr3
＋を使用することは出来ない。 Er3＋及びTm3＋イオンでドーピングしたCaF2の前記4I
11/2から4I 13/2への遷移時のレーザ放射が“CaF2と
ErF3とTmF3との混合結晶におけるTm3＋の1.8μとEr3＋
の2.69μのレーザ放射の熱的スイッチング”、M.Robins
son、D.P.Devor、Applied Physics Letters、Vol.1
0、No.5、pg.167、1967に以前報告された。Tm3＋イオン
が添加されたのはEr3＋からTm3＋イオンへの非放射エネ
ルギ移動によって4I 13/2の状態の寿命を短くするため
である。そのような移動は、以前、“結晶内でのEr3＋
からTm3＋及びHo3＋イオンへのエネルギ移動”、phys.R
ev.、Vol.133、Number 2A、pg.A494、1964にJohnson等
によって報告された。レイジングは室温にて生成され、
しきい値はただの10ジュールと報告された。 その後、約３μｍにおいて起こる4I 11/2と4I 13/2
の状態間のEr3＋のレーザ放射が１ダース以上の異なる
母材において生成された。（A.A.Kaminskii、Laser Cr
ystals、Springer Series in Optical Sciences、E
ditor D.L.MacAdam、Vol.14、Springer−Verlag、Berl
in、Heidelbeg、New York、1981）。CaF2を含む多くの
母材においてEr＋イオンはイオン助剤を奪活することな
しにレーザ発光する。 大抵の３μｍのエルビウムレーザは次の共通な特性を
有する。（１）室温にて動作する。（２）低いポンプエ
ネルギに対して高いエルビウムイオン濃度を必要とす
る。（３）１より大きな最終状態／初期状態の寿命比率
を有する。いくつかの母材においてはこの比率は10を越
える。驚くべきことに、これらのレーザは室温にて低い
ポンピングエネルギでパルスモードで大変良く動作す
る。パルスレイジングを説明するために、4I 11/2と4I
13/2の励起状態のシュタルクスプリッチング（Stark
splitting）を考慮する仮説が提出された（A.A.Kamin
skii、Laser Crystals、Springer Series in Optic
al Sciences、Editor D.L.MacAdam、Vol.14、Springe
r−Varlag、Berlin、Heidlberg、New York、1981）。
それらは低い結晶対称の結晶内電場においてそれぞれ、
６つ及び７つのクラマースのダブレット要素に分離され
る。この仮説によれば、4I 11/2から4I 13/2へのレイ
ジングプロセスは次のごとくおこなわれる。キセノンフ
ラッシュランプの光学的ポンピング用短パルスは、（増
感剤の助けにより又はその助けなしに）上方の4I 11/2
の状態を優先的に分布し、最終的な4I 13/2の状態マニ
フォールドの準位を空か又はまばらに分布する。前記4I
11/2マニフォールドの準位で生成された反転分布は、
様々な準位の最終状態マニフォールドに対する自己飽和
レーザ遷移となる。下方準位の最終マニフォールドはよ
り速く飽和するので短波長のレーザ線はスペクトルから
直ぐに消える。上方準位で停止する遷移から起こる最も
長い波長のレーザ光線だけがより長く持続し末期のレー
ザスペクトルにおいて観察される。これは、自己飽和レ
ーザのスペクトル線の、いわゆる赤外偏移である。2.7
から2.8μｍのスペクトル領域において起こるCaF2内のE
r3＋の前記4I 11/2から4I 13/2のレーザ遷移はCO2及
びH2O分子の強い吸収領域に一致する。それゆえ、レー
ザ空洞部内のこれらの分子の存在はレーザスペクトルの
観察バンドの位置と数に影響を及ぼす。この効果を例示
するために第７図は、真空で生成された低解像度のスペ
クトルを示し、第８図はレーザ空洞部が100mm HgのCO2
で満たされたとき得られるスペクトルを示す。パルスレ
ーザが使用されるのでスペクトルは、モノクロメータダ
イヤルを一度にモノクロメータの解像限界である5nmだ
け進めることによって点ごとに記録される。 中位から高位の定数のレーザ励起準位において、出力
スペクトルすなわち記録されるバンドの外形は大体一定
であり１つの記録ランから次のランまで再生可能であ
り、低い励起準位においては、記録バンドの外部と内部
にかなりの量の“line hopping"が観察され、パルスご
とに異なるスペクトル出力及びバンド外形となる。この
観察によってバンド内にち密な構造が存在することが示
される。 第７図から、真空において放射は約2.75と2.80μｍを
中心とする２つのバンドで起こることが分かる。解像上
の限界によりこれらのバンドの細部を記録することが出
来なかった。しかしながら、これらは前記仮説された赤
方偏移の存在を検討する機会を与えてくれた。このた
め、レーザビームはビームスプリッタにより２つの要素
に分割された。前記要素それぞれは、InAs検出器を有す
るモノクロメータに供給された。１つのモノクロメータ
は2.75μｍに設定され他は2.80μｍに設定された。第９
図に示されるように、予言された赤方偏移が確かに観察
されたが、長波長の放射は最後まで続かなかった。いく
つかのメカニズムによって下方準位の最終マニフォール
ドが再び空になり末期的レーザスペクトルを支配する短
波長の放射が再度蓄えられた。 このメカニズムはエネルギ状態のアップコンバージョ
ンであると仮定された。この仮説は他の観察によって支
持された。CaF2のサンプルにおけるアップコンバートさ
れた放射線の相対的強度に対してプロットされかつレー
ザのしきい値エネルギが濃度に対して同じサンプルから
つくられるとき、第10図に示すように２つの隣接する曲
線が得られる。両者は類似しているが反転したEr3＋に
関する機能依存性を表わすことがわかる。濃度の増加と
共に低下するレーザロッドの光学的品質のため、５から
10モルパーセント濃度を越えて比較することができなか
った。 第13図に示された本発明の実施例において、1.54μｍ
で放射するエルビウムガラスレーザ20が2.8μｍで放射
するCaF2（Er3＋が５％）レーザ50をポンピングするの
に使用される。 選択されたCa2F（Er3＋が５モルパーセント）のレー
ザロッド52は、エネルギ出力効率および他のレーザ特性
を得るべく空気中で室温にて試験された。キセノンフラ
ッシュランプが90及び99.5パーセントの反射率（試験装
置において）を持つZnSeの誘電性凹状ミラー（半径1m）
とともに励起用として空洞内で使用された。ポンピング
エネルギのしきい値は約15ジュールだった。フラッシュ
ランプへの入力エネルギが150から200ジュールの時、パ
ルス当り0.5ジュールを越える出力エネルギ及び30ワッ
ト以上のピークパワーが0.3パーセントを越える勾配効
率とともに得られた。17msecの持続時間を持つスパイク
状レーザパルスが第12図に示される。上述のエネルギ及
びパワー出力値は、結合ミラーの変化する反射率によっ
て最適化されなかった。 ただ1msecだけ続くキセノンフラッシュランプのパル
スによって励起された異常に長いレイジング持続期間
は、励起エネルギが前記レーザロッド内でアップコンバ
ージョンによってリサイクルされる可能性を示してい
る。この結果は、最終状態の寿命すなわち20msecに等し
いアップコンバージョン励起による持続期間に対して上
限を設定する理論的解析と一致する。 再び主に第13図において、ポンピングレーザ20はエル
ビウムガラスロッド22とエンドミラー24及び26とフラッ
シュランプと関連する楕円形の反射器（図には示さない
がよく知られている技術）とを含む。他の適当なポンピ
ングレーザも使用される。 レーザ50（第13図）はCaF2（Er3＋）のロッド52とZnS
eの凹状エンドミラー54及び56を含む。前記ロッド52はO
ptovac、Inc.によって発展され、研削され艶出しされた
平行で平らな２つの端部を有し反射防止用の塗布は施さ
れていない。前記ロッド52はアライメント及び光学的パ
ワーを補充するためキセノンフラッシュランプ（図に示
さず）と共に、金めっきされた楕円状反射器内に組込ま
れる。前記ミラー54及び56は28μｍのエネルギに対して
99.5％だけ反射する。 レーザ50の前述する要素はCaF2の窓62を有する真空チ
ャンバ60内に密閉される。前記チャンバ60は2.8μｍで
のH2O及びCO2のＱスポイリング効果を減少させる。前記
チャンバ60と同じ目的を達成する他の方法としては、前
記レーザロッド52の端部に直接ミラー塗布剤を塗布する
ことである。 前記レーザ20からの1.54μｍのパワーは、パワーレベ
ルをモニタすべく前記反射器32によって検出器34に先導
され、2.8μｍのパワーは前記窓70からフィルタ72を通
して前記検出器74に反射される。 前記ミラーとレーザロッドは、予めHeNeレーザに整列
されその後、レーザは前記キセノンフラッシュランプ
（図に示さず）によるポンピングによって個々に微調整
された。このとき、前記レーザ50に対する前記フラッシ
ュランプは分離され前記レーザ50は1.54μｍの放射線の
みでポンピングされた。第14図は、1.54μｍのエネルギ
によるポンピングによって生成された2.8μｍレイジン
グ（上方の掃引）のオシロスコープの掃引を示す。前記
1.54μｍのポンピングパルス及び2.8μｍのアップコン
バージョン用レーザパルスは、それぞれ検出器34と74に
よって検出された。 すなわち、上方のレイジング状態より下方に位置する
エネルギ状態に吸収される放射線のアップコンバージョ
ンを基にしたポンピング方法を利用するアップコンバー
ジョンレーザが記載された。例えば、第11図において、
前記1.54μｍのエネルギは4I 15/2の基底状態を4I 13
/2の下方レイジング状態に上昇させ前記アップコンバー
ジョンは前記エネルギ準位を前記4I 9/2のエネルギ準
位に上昇させ、前記エネルギは続いて上方のレイジング
状態である4I 11/2に移動させる。前記4I 13/2状態へ
のレイジングに続いてアップコンバージョンは今述べた
サイクルによってエネルギを再循環させることができ
る。すなわち、開示された構成は、エルビウムイオンだ
けで増感イオンの助けなしにIR放射線のアップコンバー
ジョンが可能であり4I 11/2から4I 13/2へのレーザ遷
移をポンピングすることが可能である。 第15図は、CaF2（Er3＋）レーザにおける4I 11/2か
ら4I 13/2へのレーザ遷移の構成を示しており短くて大
きな振幅のパルスを生成すべくＱスイッチされる。第15
図のレーザ構成100において、CaF2（Er3＋）のロッド10
2は、前記ミラー104及び106の間でかつ2.8μｍのレイジ
ングの同調された前記レーザ空洞部内に配設される。10
0μｍの薄いグラファイトフォイル108がレイジング路に
配設される。レーザ100は、従来の方法でパワー源112及
びトリガユニット114と共に動作するフラッシュランプ1
12の広いバンドのポンピング源を含む。ロッド102及び
フラッシュランプ110を取囲む従来の楕円形反射器は第1
5図に示されていない。第15図に示された前記ポンピン
グ源は広いバンドであるが、レーザ118（第15図）から
の“スイッチング”エネルギの通路を可能にするエンク
ロージャ60（第13図）内の窓を例とする適当な変更をす
れば第13図に示すような狭いバンドのポンピング源を選
択することも可能である。 ユニット114（第15図）からのトリガ信号は前記ユニ
ット内で遅延され、そこからの出力信号がＱスイッチさ
れかつ前記ユニット120によってパワー供給されるNd:Ya
gレーザ118を動作させる。例えば20nsecのパルスのよう
な前記レーザ118からの出力放射線はレンズ124によって
フォイル108上に集束される。集束されたエネルギが前
記フォイル108の一部を破壊（破裂及び蒸発）させ、InA
s検出器126によって検出されるレーザ100からのジャイ
アント出力パルスを生成可能にする。 すなわち、記載されたのは上方のレーザ状態より下方
に位置するエネルギ状態に吸収される放射線のアップコ
ンバージョンを基にした新規の光学的ポンピング方法で
あり、例えば強力な赤外線を、レーザポンピングに使用
される強度の可視光線及び／又は紫外線に変換する巨大
なポテンシャルが得られる。 ここに開示されたのは特定されたアップコンバージョ
ン構成であるが本発明はそれに限定されない。よって、
熟練者によるどんな及び全ての変更、変化又は同等の構
成も次の請求の範囲で規定される本発明の範囲内に入る
ものと見なされる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 チヤング，ダビツド・ビー
アメリカ合衆国 カリフオルニア州
92680，ツステイン，リビングストン
14212
(56)参考文献 米国特許3599109（ＵＳ，Ａ)
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖ
ｏｌ．19，Ｎｏ．２，15Ｊｕｌｙ
1971，Ｐ．44−47
Ｓｏｖ．Ｊ．，Ｑｕｅｎｔ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ．Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．12，Ｊｕ
ｎｅ 1975 ＰＰ．1469−1470
Ｓｏｖｉｅｔ Ｐｂｙｘｃｓ Ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，27
（３）（982−３），ＰＰ．333−334
Ｓｏｖｉｅｔ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ，13（９），（1983−９），ＰＰ.
1235−1237
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，17
（４），（1978−２−15），ＰＰ．635
−641
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H01S 3/00 - 4/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．レーザ装置であって、 レーザ共振器空洞部と、 前記レーザ共振器空洞部内に配設され、レイジングイオ
ンを組み込み、準安定の初期的レイジング状態より下方
の所定のエネルギ状態でのレイジングイオンの電子間の
エネルギ交換を可能にして、前記交換電子の一部を前記
準安定の初期的レイジング状態か又はそれより上のエネ
ルギ状態にアップコンバートするアップコンバート材を
含むレーザ媒体と、 前記レーザ媒体に動作可能に結合され、前記選択された
励起エネルギが、前記準安定の初期的レイジング状態と
前記所定のエネルギ状態間の前記レーザ媒体内における
実質的アップコンバージョンとレイジングとを支持すべ
く、前記準安定の初期的レイジング状態と基底状態との
エネルギ差に対応する波長よりも長い波長のみを有する
ポンピング手段と、 を具備し、前記アップコンバート材はエルビウムイオン
を含み、前記レーザ媒体はエルビウムイオンを主成分と
するフッ化カルシウム結晶を含み、前記ポンピング手段
と結果的に起こるアップコンバージョンとが前記レーザ
媒体をポンピングするための唯一の手段として機能する
レーザ装置。 ２．前記フッ化カルシウム結晶は５モルパーセントのエ
ルビウムイオンを含む請求の範囲第１項に記載のレーザ
装置。 ３．前記ポンピング手段は1.54μｍの励起エネルギを提
供し、レイジングは4I 11/2と4I 13/2との間のエネル
ギ状態で発生する請求の範囲第１項に記載のレーザ装
置。 ４．前記フッ化カルシウム結晶は５モルパーセントのエ
ルビウムイオンを含む請求の範囲第３項に記載のレーザ
装置。 ５．前記基底状態は4I 15/2であり、前記準安定の初期
的レイジング状態は4S 3/2であり、前記所定のエネル
ギ状態は4I 11/2または4I 13/2である請求の範囲第１
項に記載のレーザ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US86927086A | 1986-05-30 | 1986-05-30 | |
| US869,270 | 1986-05-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63503495A JPS63503495A (ja) | 1988-12-15 |
| JP2801913B2 true JP2801913B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=25353230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62503009A Expired - Lifetime JP2801913B2 (ja) | 1986-05-30 | 1987-05-01 | アップコンバージョンによってポンピングされたレーザ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0267942B1 (ja) |
| JP (1) | JP2801913B2 (ja) |
| DE (1) | DE3781094T2 (ja) |
| WO (1) | WO1987007447A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2661307B2 (ja) * | 1990-01-31 | 1997-10-08 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3599109A (en) | 1969-04-16 | 1971-08-10 | Bell Telephone Labor Inc | Second photon visible emitting phosphor and device utilizing same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3582820A (en) * | 1968-04-29 | 1971-06-01 | American Optical Corp | Erbium laser device |
-
1987
- 1987-05-01 WO PCT/US1987/000955 patent/WO1987007447A1/en active IP Right Grant
- 1987-05-01 DE DE8787903522T patent/DE3781094T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1987-05-01 JP JP62503009A patent/JP2801913B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1987-05-01 EP EP87903522A patent/EP0267942B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3599109A (en) | 1969-04-16 | 1971-08-10 | Bell Telephone Labor Inc | Second photon visible emitting phosphor and device utilizing same |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．２，１５Ｊｕｌｙ １９７１，Ｐ．４４−４７ |
| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，１７（４），（１９７８−２−１５），ＰＰ．６３５−６４１ |
| Ｓｏｖ．Ｊ．，Ｑｕｅｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．１２，Ｊｕｎｅ １９７５ ＰＰ．１４６９−１４７０ |
| Ｓｏｖｉｅｔ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１３（９），（１９８３−９），ＰＰ．１２３５−１２３７ |
| Ｓｏｖｉｅｔ Ｐｂｙｘｃｓ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２７（３）（９８２−３），ＰＰ．３３３−３３４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1987007447A1 (en) | 1987-12-03 |
| EP0267942B1 (en) | 1992-08-12 |
| EP0267942A1 (en) | 1988-05-25 |
| DE3781094T2 (de) | 1993-02-25 |
| DE3781094D1 (de) | 1992-09-17 |
| JPS63503495A (ja) | 1988-12-15 |
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