JP3169614B2 - 強い熱集束をもつ結晶を用いたダイオードポンピングレーザ - Google Patents
強い熱集束をもつ結晶を用いたダイオードポンピングレーザInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の属する技術分野 本発明は、一般にダイオードポンピングレーザに関
し、特に、強い熱レンズをもたらすレーザ結晶をポンピ
ングするためにダイオードソースを用いたレーザに関す
る。
し、特に、強い熱レンズをもたらすレーザ結晶をポンピ
ングするためにダイオードソースを用いたレーザに関す
る。
従来技術 単一空間モードのダイオード、ダイオードアレー、又
はダイオードバー等のダイオードレーザが、様々なレー
ザ結晶をポンピングするために利用されてきた。Baer等
による初期の研究によると、アレイ励起レーザが、多モ
ードダイオード励起光を、TEM00モードの径よりも小さ
い結晶の径に集束するエンド励起設計によって大幅に向
上される。結晶中のダイオード励起光の吸収長が、TEM
00モードボリューム内に多モードダイオード励起光のほ
とんどを限定するために十分に短いことが重要である。
例えば、米国特許第4,653,056及び4,656,635号を参照さ
れたい。この基本的な発明は、「モード整合」と呼ばれ
た。
はダイオードバー等のダイオードレーザが、様々なレー
ザ結晶をポンピングするために利用されてきた。Baer等
による初期の研究によると、アレイ励起レーザが、多モ
ードダイオード励起光を、TEM00モードの径よりも小さ
い結晶の径に集束するエンド励起設計によって大幅に向
上される。結晶中のダイオード励起光の吸収長が、TEM
00モードボリューム内に多モードダイオード励起光のほ
とんどを限定するために十分に短いことが重要である。
例えば、米国特許第4,653,056及び4,656,635号を参照さ
れたい。この基本的な発明は、「モード整合」と呼ばれ
た。
モード整合の効果は、レーザ共振器のTEM00モード
と、共振器内の結晶の励起ボリュームの間のカップリン
グを最大にすることである。また、光スロープ効率およ
び全体の光効率の両方が、与えられたポンプソースに対
して最大にされる。基本的なモード整合形状において、
TEM00モードの径の、ダイオードエンド励起Nd:YAGレー
ザ中の励起ビームの径に対する比Ｒが、通常は１よりも
大きい、例えば1.3となる。このことは、通常、縦励起
またはエンド励起構成で実現され、ダイオード励起ビー
ムの伝搬方向が、ダイオード励起レーザの結晶内の固有
モードの方向に表面上は平行となる。2Wのような低いダ
イオード励起パワーで、モード整合が、要求された効率
を実現し且つほとんど回折限界にあるガウスビームの生
成に非常に有効であることが証明された。典型的には、
これらのポンピングパワーで、ダイオードアレイを利用
するエンド励起レーザで用いられる通常のポンピングス
ポットサイズで、熱集束、レンズ又は熱収差が、エンド
励起モード整合システムの効率を減少させるにはかなり
不十分である。励起光分散の正確な形状が、これらのモ
ード整合低パワーシステムに重要ではないことは、当該
分野で知られている。モード整合構成においてNd:YAGレ
ーザをエンド励起する場合に、ダイオードアレイからの
多モードローブ（lobed）パターンが、TEM00動作を誘導
する。
と、共振器内の結晶の励起ボリュームの間のカップリン
グを最大にすることである。また、光スロープ効率およ
び全体の光効率の両方が、与えられたポンプソースに対
して最大にされる。基本的なモード整合形状において、
TEM00モードの径の、ダイオードエンド励起Nd:YAGレー
ザ中の励起ビームの径に対する比Ｒが、通常は１よりも
大きい、例えば1.3となる。このことは、通常、縦励起
またはエンド励起構成で実現され、ダイオード励起ビー
ムの伝搬方向が、ダイオード励起レーザの結晶内の固有
モードの方向に表面上は平行となる。2Wのような低いダ
イオード励起パワーで、モード整合が、要求された効率
を実現し且つほとんど回折限界にあるガウスビームの生
成に非常に有効であることが証明された。典型的には、
これらのポンピングパワーで、ダイオードアレイを利用
するエンド励起レーザで用いられる通常のポンピングス
ポットサイズで、熱集束、レンズ又は熱収差が、エンド
励起モード整合システムの効率を減少させるにはかなり
不十分である。励起光分散の正確な形状が、これらのモ
ード整合低パワーシステムに重要ではないことは、当該
分野で知られている。モード整合構成においてNd:YAGレ
ーザをエンド励起する場合に、ダイオードアレイからの
多モードローブ（lobed）パターンが、TEM00動作を誘導
する。
低い励起パワーで、縦モード整合法が、強い熱集束特
性を有する材料（例えば、Nd:YAG及びNd:YVO4）と、弱
い熱集束特性を有する材料（例えばNd:YLF）に対してう
まく作用する。これは、通常のポンピングスポットサイ
ズを伴うおよそ2Wよりも低いポンピングパワーが、通常
ダイオード励起レーザ共振器の特性を大きく変更するこ
とができる大きさの熱レンズを誘導するには小さ過ぎる
ポンピングパワー密度となるためである。これらのパワ
ーレベルは、ダイオードアレイから利用できる。最近で
は、高いパワーアレイが（〜4W、例えば、Spectra−Dio
de Labsから）入手できるようになった。10から20Wダイ
オードレーザバーより利用できる高いポンピングパワー
では、熱効果がエンド励起レーザ内で大きくなり、考慮
に入れなければならない。また、エンドポンピングは、
高効率のダイオード励起レーザシステムのもつポテンシ
ャルにより、魅力的である。
性を有する材料（例えば、Nd:YAG及びNd:YVO4）と、弱
い熱集束特性を有する材料（例えばNd:YLF）に対してう
まく作用する。これは、通常のポンピングスポットサイ
ズを伴うおよそ2Wよりも低いポンピングパワーが、通常
ダイオード励起レーザ共振器の特性を大きく変更するこ
とができる大きさの熱レンズを誘導するには小さ過ぎる
ポンピングパワー密度となるためである。これらのパワ
ーレベルは、ダイオードアレイから利用できる。最近で
は、高いパワーアレイが（〜4W、例えば、Spectra−Dio
de Labsから）入手できるようになった。10から20Wダイ
オードレーザバーより利用できる高いポンピングパワー
では、熱効果がエンド励起レーザ内で大きくなり、考慮
に入れなければならない。また、エンドポンピングは、
高効率のダイオード励起レーザシステムのもつポテンシ
ャルにより、魅力的である。
ダイオードバーの高いポンピングパワーで、かなりの
集束パワーの熱レンズが、特に縦励起が用いられると
き、ダイオード励起光によりレーザ結晶内で生成される
ことができる。これらの強い熱レンズに固有に関係する
収差が、高パワーダイオード励起レーザの効率を制限す
るものと考えられる。例えば、S.C.Tidwell,J.F.Seaman
s,M.S.Bowers,A.K.CousinsによるIEEE J.Quantum Elect
ron,24,997（1992）を参照されたい。
集束パワーの熱レンズが、特に縦励起が用いられると
き、ダイオード励起光によりレーザ結晶内で生成される
ことができる。これらの強い熱レンズに固有に関係する
収差が、高パワーダイオード励起レーザの効率を制限す
るものと考えられる。例えば、S.C.Tidwell,J.F.Seaman
s,M.S.Bowers,A.K.CousinsによるIEEE J.Quantum Elect
ron,24,997（1992）を参照されたい。
「強い」及び「弱い」熱集束すなわちレンズ化（lens
ing）は、以下のように定義することができる。「強い
熱レンズ」が生成されるとき、励起誘導熱レンズの集束
パワーは、レーザ共振器の別の光学素子のパワーと少な
くとも比較することができる。強い熱レンズは、レーザ
共振器内のレーザ共振器固有モードのサイズ及び発散度
を変える。「弱い熱レンズ」を用いると、励起誘導レン
ズの集束パワーが、ミラー及び通常のレンズのようなレ
ーザ共振器内の別の光学素子のパワーよりも実質的に低
くなる。レーザ共振器内の別の光学素子が共振器固有モ
ードのサイズ及び発散度を指示する場合に、熱レンズが
固有モード特性にほとんど影響を与えていない間、熱レ
ンズが弱いと考えられることができる。通常は、強い熱
集束すなわち強い熱レンズ化を示す材料が、従来技術の
レーザ性能に不利益を与えてきた強い収差を示す。
ing）は、以下のように定義することができる。「強い
熱レンズ」が生成されるとき、励起誘導熱レンズの集束
パワーは、レーザ共振器の別の光学素子のパワーと少な
くとも比較することができる。強い熱レンズは、レーザ
共振器内のレーザ共振器固有モードのサイズ及び発散度
を変える。「弱い熱レンズ」を用いると、励起誘導レン
ズの集束パワーが、ミラー及び通常のレンズのようなレ
ーザ共振器内の別の光学素子のパワーよりも実質的に低
くなる。レーザ共振器内の別の光学素子が共振器固有モ
ードのサイズ及び発散度を指示する場合に、熱レンズが
固有モード特性にほとんど影響を与えていない間、熱レ
ンズが弱いと考えられることができる。通常は、強い熱
集束すなわち強い熱レンズ化を示す材料が、従来技術の
レーザ性能に不利益を与えてきた強い収差を示す。
強い熱集束を示す材料が、それらをある用途に対して
適当に又は望ましくさせる別の特性を有することができ
る。Nb:YLFに関して、例えばNd:YVO4が、高いゲイン及
び短い上の状態の寿命（upper state lifetime）を示
す。Nd:YAGは、中間のゲイン及び中間の上の状態の寿命
を有する。これらの特性は、高パルスエネルギ又は高い
繰り返し頻度を有するＱスイッチレーザ、又は光フィー
ドバックに作用しないレーザを設計するときに、重要な
調節可能なパラメータをもたらす。さらに、Nd:YVO4の
ある特性は、ダイオード励起に対して魅力的であり、〜
809nmのダイオード励起波長の吸収係数が非常に高く、
ダイオード励起光をNd:YVO4結晶に効率よくカップリン
グすることを可能する。
適当に又は望ましくさせる別の特性を有することができ
る。Nb:YLFに関して、例えばNd:YVO4が、高いゲイン及
び短い上の状態の寿命（upper state lifetime）を示
す。Nd:YAGは、中間のゲイン及び中間の上の状態の寿命
を有する。これらの特性は、高パルスエネルギ又は高い
繰り返し頻度を有するＱスイッチレーザ、又は光フィー
ドバックに作用しないレーザを設計するときに、重要な
調節可能なパラメータをもたらす。さらに、Nd:YVO4の
ある特性は、ダイオード励起に対して魅力的であり、〜
809nmのダイオード励起波長の吸収係数が非常に高く、
ダイオード励起光をNd:YVO4結晶に効率よくカップリン
グすることを可能する。
Nd:YAG、Nd:YVO4及びNb:YLFの材料は、強い又は弱い
熱集束特性をもった材料の簡単な例であり、通常Nb:YLF
は弱いと分類される。強い熱レンズを示す材料の例は、
Nd:YAGとNd:YVO4である。励起誘導面ディストーション
は、熱レンズの大きさに寄与するが、Nd:YVO4又はNd:YA
Gの効果は、材料の局部温度（dn/dT）上の材料の屈折率
に強い存在性による。この依存性は、Nd:YAGとNd:YVO4
に対するよりも、Nb:YLFに対する方が、大きさの点で一
桁ほど小さく、Nb:YLFのような材料における熱レンズの
パワーの集束または集束させないことは、集束パワーが
別のキャビティ内光学素子のパワーと比較可能であるか
どうかをレーザを共振器内で考慮されなければならない
ことに気づかれたい。弱い熱レンズの例として、別のキ
ャビティ内光学素子よりも弱い集束パワーの熱レンズを
生成するように、Nb:YLFを用いてレーザ共振器を設計す
ることが通常は可能である。このタイプのレーザにおい
てNb:YLFの熱レンズの収差は、典型的には弱い。
熱集束特性をもった材料の簡単な例であり、通常Nb:YLF
は弱いと分類される。強い熱レンズを示す材料の例は、
Nd:YAGとNd:YVO4である。励起誘導面ディストーション
は、熱レンズの大きさに寄与するが、Nd:YVO4又はNd:YA
Gの効果は、材料の局部温度（dn/dT）上の材料の屈折率
に強い存在性による。この依存性は、Nd:YAGとNd:YVO4
に対するよりも、Nb:YLFに対する方が、大きさの点で一
桁ほど小さく、Nb:YLFのような材料における熱レンズの
パワーの集束または集束させないことは、集束パワーが
別のキャビティ内光学素子のパワーと比較可能であるか
どうかをレーザを共振器内で考慮されなければならない
ことに気づかれたい。弱い熱レンズの例として、別のキ
ャビティ内光学素子よりも弱い集束パワーの熱レンズを
生成するように、Nb:YLFを用いてレーザ共振器を設計す
ることが通常は可能である。このタイプのレーザにおい
てNb:YLFの熱レンズの収差は、典型的には弱い。
ダイオード励起誘導熱レンズは完全なレンズではな
く、むしろ収差をもったレンズであることを認識するこ
とが重要である。典型的な高パワーダイオード励起レー
ザの設計において、強い熱レンズは、本来的に収差をも
った熱レンズである。強い励起誘導熱レンズにおける収
差は、高パワーダイオードバー励起レーザの効率を制限
すると考えられている。例えば、S.C.Tidwell,J.F.Seam
ans,M.S.Bowers,A.K.CousinsによるIEEE J.Quantum Ele
ctron,24,997（1992）を参照されたい。これは、熱的に
誘導される収差が、従来のモード整合法が用いられる場
合には、大きな回折損失を共振器に与えるためである。
収差をもった熱レンズは、半径の関数としての光路差
（OPD）が単純な放物線に適切に合うことができないも
のとなる。仮に完全な熱レンズが、完全な放物線に適合
することができるOPDプロフィールを有したとする。通
常の収差をもった熱レンズに対して、半径の関数として
の光路差はその中心近くでほぼ放物線となるが、熱が励
起中心から離れて回りの結晶に流れるときには、その側
部（wings）で放物線から大きく外れる。例えば、J.Fra
uchiger,P.Albers,H.P.WeberによるIEEE J.Quantum Ele
ctron.24,1046（1992）を参照されたい。
く、むしろ収差をもったレンズであることを認識するこ
とが重要である。典型的な高パワーダイオード励起レー
ザの設計において、強い熱レンズは、本来的に収差をも
った熱レンズである。強い励起誘導熱レンズにおける収
差は、高パワーダイオードバー励起レーザの効率を制限
すると考えられている。例えば、S.C.Tidwell,J.F.Seam
ans,M.S.Bowers,A.K.CousinsによるIEEE J.Quantum Ele
ctron,24,997（1992）を参照されたい。これは、熱的に
誘導される収差が、従来のモード整合法が用いられる場
合には、大きな回折損失を共振器に与えるためである。
収差をもった熱レンズは、半径の関数としての光路差
（OPD）が単純な放物線に適切に合うことができないも
のとなる。仮に完全な熱レンズが、完全な放物線に適合
することができるOPDプロフィールを有したとする。通
常の収差をもった熱レンズに対して、半径の関数として
の光路差はその中心近くでほぼ放物線となるが、熱が励
起中心から離れて回りの結晶に流れるときには、その側
部（wings）で放物線から大きく外れる。例えば、J.Fra
uchiger,P.Albers,H.P.WeberによるIEEE J.Quantum Ele
ctron.24,1046（1992）を参照されたい。
収差をもつ熱レンズ化を伴うレーザシステムの効率
は、熱収差がレーザ共振器の損失に依存する励起パワー
として作用するために、収差をもった熱レンズ化のない
レーザシステムに関して低減されることが報告されてい
る。高いパワーの高効率のレーザに対して相対的に比較
をするために、特定の種類のダイオード励起レーザが基
準として用いられる。この基準レーザは、S.B.Hutchins
on,T.Baer,K.Cox,P.Gooding,D.Head,J.Hobbs,M.Keirste
adとG.Kintzによる“Advances of 3−10 Watt Average
Power Diode Pumped Lasers in Diode Pumping of Aver
age Power Solid State Lasers"G.F.Albrecht,R.J.Beac
h,S.P.Velsko,Editors,Proc.SPIE 1865,61−72に報告さ
れるダイオードバー励起Nb:YLFレーザである。著者は、
Nb:YLFの熱レンズが弱いと考えられるように設計され、
そのために弱い熱収差しか示さないダイオードバー励起
Nb:YLFレーザを報告した。このレーザは、Nb:YLFゲイン
媒体上の17Wのダイオードバー励起パワー入射（Pi）に
対して、M2＜1.1のTEM00モードにおいて6Wの偏光出力パ
ワー（Po）を供給した。このレーザの光効率（Po/Pi）
は、35％であり、一方で光スロープ効率（dPo/dPi）は
〜40％である。このレーザは、高効率の高パワーレーザ
であり、ほぼ回折限界にあるTEM00モードにおいて作動
する高パワーの高効率ダイオードバー励起レーザとして
の基準として考えることができる。ほぼ回折限界にある
TEM00モードにおいて比較可能なパワー及び光効率を有
するダイオードバー励折レーザは、そのため高効率で高
パワーのダイオードバー励起レーザと呼ばれることがで
きる。
は、熱収差がレーザ共振器の損失に依存する励起パワー
として作用するために、収差をもった熱レンズ化のない
レーザシステムに関して低減されることが報告されてい
る。高いパワーの高効率のレーザに対して相対的に比較
をするために、特定の種類のダイオード励起レーザが基
準として用いられる。この基準レーザは、S.B.Hutchins
on,T.Baer,K.Cox,P.Gooding,D.Head,J.Hobbs,M.Keirste
adとG.Kintzによる“Advances of 3−10 Watt Average
Power Diode Pumped Lasers in Diode Pumping of Aver
age Power Solid State Lasers"G.F.Albrecht,R.J.Beac
h,S.P.Velsko,Editors,Proc.SPIE 1865,61−72に報告さ
れるダイオードバー励起Nb:YLFレーザである。著者は、
Nb:YLFの熱レンズが弱いと考えられるように設計され、
そのために弱い熱収差しか示さないダイオードバー励起
Nb:YLFレーザを報告した。このレーザは、Nb:YLFゲイン
媒体上の17Wのダイオードバー励起パワー入射（Pi）に
対して、M2＜1.1のTEM00モードにおいて6Wの偏光出力パ
ワー（Po）を供給した。このレーザの光効率（Po/Pi）
は、35％であり、一方で光スロープ効率（dPo/dPi）は
〜40％である。このレーザは、高効率の高パワーレーザ
であり、ほぼ回折限界にあるTEM00モードにおいて作動
する高パワーの高効率ダイオードバー励起レーザとして
の基準として考えることができる。ほぼ回折限界にある
TEM00モードにおいて比較可能なパワー及び光効率を有
するダイオードバー励折レーザは、そのため高効率で高
パワーのダイオードバー励起レーザと呼ばれることがで
きる。
強い熱集束をもつ結晶を用いて作られた高パワーダイ
オードバー励起レーザは、この基準よりも効率が悪いも
のとして報告された。例えば、同じ解像力を用いると、
全体で僅かおよそ16％の光効率（dPo/dPi）が、6Wの出
力レベルでTEM00モードにおいて動作するダイオードバ
ーエンド励起Nd:YAGに対して報告された。Nd:YAGで実現
されるこの報告された多モード効率は高いが、多モード
ビームは多くの用途に対して有用ではない。例えば、S.
C.Tidwell,J.F.Seamans,M.S.Bowers,A.K.Cousinsによる
IEEE J.Quantum Electron,24,997（1992）を参照された
い。26％の光効率（Po/Pi）が、60WレベルでNd:YAGに対
して報告されているが、TEM00レーザビームの質は、M2
＜1.3のところで基準よりも悪く、ビームは偏光せず、
そして、レーザが、励起パワーの狭い範囲のみに作用す
る収差補償用に非球面光学素子を用いた。S.C.Tidwell
とJ.F.SeamansによるDiode Pumping of Average Power
Solid State Lasersにおける“60−W Near TEMOO cw Di
ode−End−Pumped Nd:YAG Laser",G.F.Albrecht,R.J.Be
ach,S.P.Velsko,Editors,Proc.SPIE 1865,85−92を参照
されたい。これ以降、「Tidwell等」と記載する。ある
レポートは、21.1Wの入射パワーを供給した38の個々の
偏光結合したファイバ結合ダイオードアレイによって励
起された7.6Wの出力レベルでTEM00Nd:YAGレーザに対し
て36％の光効率（Po/Pi）を示した。このシステムの重
大な欠点は、ダイオードバーが用いられず、38の個々の
偏光結合したファイバ結合ダイオードの、かなりの複雑
さ、コストと、低いコンセント効率（電気入力パワーに
よって割られたPo）を生じることである。このことは、
Y.Kaneda,M.Oka,H.Masuda及びS.Kubotaによる“7.6W of
cw Radiation in a TEM00 Mode From a Laser−Diode
−End−Pumped Nd:YAG Laser,Opt.Lett.17,1003（199
2）”（以下、“Kaneda等”と呼ぶ）に報告された。
オードバー励起レーザは、この基準よりも効率が悪いも
のとして報告された。例えば、同じ解像力を用いると、
全体で僅かおよそ16％の光効率（dPo/dPi）が、6Wの出
力レベルでTEM00モードにおいて動作するダイオードバ
ーエンド励起Nd:YAGに対して報告された。Nd:YAGで実現
されるこの報告された多モード効率は高いが、多モード
ビームは多くの用途に対して有用ではない。例えば、S.
C.Tidwell,J.F.Seamans,M.S.Bowers,A.K.Cousinsによる
IEEE J.Quantum Electron,24,997（1992）を参照された
い。26％の光効率（Po/Pi）が、60WレベルでNd:YAGに対
して報告されているが、TEM00レーザビームの質は、M2
＜1.3のところで基準よりも悪く、ビームは偏光せず、
そして、レーザが、励起パワーの狭い範囲のみに作用す
る収差補償用に非球面光学素子を用いた。S.C.Tidwell
とJ.F.SeamansによるDiode Pumping of Average Power
Solid State Lasersにおける“60−W Near TEMOO cw Di
ode−End−Pumped Nd:YAG Laser",G.F.Albrecht,R.J.Be
ach,S.P.Velsko,Editors,Proc.SPIE 1865,85−92を参照
されたい。これ以降、「Tidwell等」と記載する。ある
レポートは、21.1Wの入射パワーを供給した38の個々の
偏光結合したファイバ結合ダイオードアレイによって励
起された7.6Wの出力レベルでTEM00Nd:YAGレーザに対し
て36％の光効率（Po/Pi）を示した。このシステムの重
大な欠点は、ダイオードバーが用いられず、38の個々の
偏光結合したファイバ結合ダイオードの、かなりの複雑
さ、コストと、低いコンセント効率（電気入力パワーに
よって割られたPo）を生じることである。このことは、
Y.Kaneda,M.Oka,H.Masuda及びS.Kubotaによる“7.6W of
cw Radiation in a TEM00 Mode From a Laser−Diode
−End−Pumped Nd:YAG Laser,Opt.Lett.17,1003（199
2）”（以下、“Kaneda等”と呼ぶ）に報告された。
これらの全ての困難性にも関わらず、強い熱集束をも
つレーザ結晶材料を使用することができ、ほぼ回折限界
にあるTEM00モードにおいて高効率をもつ高パワーで作
動することができるダイオードバー励起レーザを開発す
ることが有用である。これは、強い熱集束をもつこれら
の材料のいくつかが、ある用途に対してこれらを所望と
する別の望ましい特性を有しているためである。Nb:YLF
に関して、Nd:YVO4は、高いゲインと短い上の状態の寿
命を有する。Nd:YAGは、中間のゲインと中間の上の状態
の寿命を有する。これらの特性は、高パルスエネルギ又
は高い反復頻度をもつＱスイッチレーザ又は光フィード
バックに反応しないCWレーザを設計するときに、重要な
調節可能なパラメータをもたらす。さらに、Nd:YVO4の
ある特性が、ダイオード励起に対して魅力的であり、〜
809nmのダイオード励起波長の吸収係数が非常に高く、
ダイオード励起光をNd:YVO4結晶に有効にカップリング
する。
つレーザ結晶材料を使用することができ、ほぼ回折限界
にあるTEM00モードにおいて高効率をもつ高パワーで作
動することができるダイオードバー励起レーザを開発す
ることが有用である。これは、強い熱集束をもつこれら
の材料のいくつかが、ある用途に対してこれらを所望と
する別の望ましい特性を有しているためである。Nb:YLF
に関して、Nd:YVO4は、高いゲインと短い上の状態の寿
命を有する。Nd:YAGは、中間のゲインと中間の上の状態
の寿命を有する。これらの特性は、高パルスエネルギ又
は高い反復頻度をもつＱスイッチレーザ又は光フィード
バックに反応しないCWレーザを設計するときに、重要な
調節可能なパラメータをもたらす。さらに、Nd:YVO4の
ある特性が、ダイオード励起に対して魅力的であり、〜
809nmのダイオード励起波長の吸収係数が非常に高く、
ダイオード励起光をNd:YVO4結晶に有効にカップリング
する。
Nd:YAG及びNd:YVO4のような強い熱集束特性をもつ材
料が、2Wよりも大きい励起パワーをもつレーザに使用さ
れてきた。しかしながら、強い、収差をもつ熱レンズ
は、エンド励起構成において生成される。さらに、強い
熱複屈折がYAGに見られる。これは主に、これらの材料
の屈折率が温度の強い関数であり（dn/dTが大きい）、
励起ビームによる熱が大きい熱勾配を誘導する。強い熱
集束すなわちレンズ化は、高いビーム質をもつ有効なレ
ーザの設計及び形成に邪魔であると考えられており、そ
のために、高効率の高パワーダイオードバー励起起レー
ザにおいて強い熱集束をもつ材料を利用して大きく成功
したことはなかった。
料が、2Wよりも大きい励起パワーをもつレーザに使用さ
れてきた。しかしながら、強い、収差をもつ熱レンズ
は、エンド励起構成において生成される。さらに、強い
熱複屈折がYAGに見られる。これは主に、これらの材料
の屈折率が温度の強い関数であり（dn/dTが大きい）、
励起ビームによる熱が大きい熱勾配を誘導する。強い熱
集束すなわちレンズ化は、高いビーム質をもつ有効なレ
ーザの設計及び形成に邪魔であると考えられており、そ
のために、高効率の高パワーダイオードバー励起起レー
ザにおいて強い熱集束をもつ材料を利用して大きく成功
したことはなかった。
励起誘導熱レンズの収差は、特別の形状の球面レンズ
又はレーザキャビティ内の球面結晶面で解消され又は補
正される。理想的には、励起誘導された収差が完全に補
正される場合には、TEM00モードの径と励起ビームの径
との好ましい比Ｒ（１よりも大きい）を利用することが
でき、光学係数は、大きな収差をもたない従来のモード
整合レーザの係数に近づくことができる。しかしなが
ら、これらの非ダイナミック補償機構にはいくつかの大
きな制約が課される。熱レンズの大きさ及びその収差が
励起及び空洞内パワーのダイナミック関数であるため
に、これらは励起パワーの範囲にわたってうまく作動し
ない。これらの設計は、ダイオード励起パワーの非常に
狭い範囲でしか作動しないために、魅力が少なかった。
しかしながら、これらは研究されてきた（Tidwell参
照）。
又はレーザキャビティ内の球面結晶面で解消され又は補
正される。理想的には、励起誘導された収差が完全に補
正される場合には、TEM00モードの径と励起ビームの径
との好ましい比Ｒ（１よりも大きい）を利用することが
でき、光学係数は、大きな収差をもたない従来のモード
整合レーザの係数に近づくことができる。しかしなが
ら、これらの非ダイナミック補償機構にはいくつかの大
きな制約が課される。熱レンズの大きさ及びその収差が
励起及び空洞内パワーのダイナミック関数であるため
に、これらは励起パワーの範囲にわたってうまく作動し
ない。これらの設計は、ダイオード励起パワーの非常に
狭い範囲でしか作動しないために、魅力が少なかった。
しかしながら、これらは研究されてきた（Tidwell参
照）。
Nd:YAGがレーザ媒体として用いられるとき、別の問題
が光パワーエンド励起幾何形状に生じる。この光は、熱
複屈折であって、ランプ励起Nd:YAGレーザにおいてよく
知られている（例えばKoechnerの“Solid−State Laser
Engineering,vol.3,p.393参照）。多くのレーザの応用
が、偏光ビームを必要とし、固有モードが空洞内キャビ
ティ偏光子を通るときに、熱複屈折がキャビティ内の固
有モードの部分の空間的に依存した偏光回転と、そのた
めの損失とを生じる。この損失は大きく、偏光レーザの
出力パワーを大きく制限する。例えば、Kaneda等とTidw
ell等を参照されたい。ある場合、多Nd:YAGレーザ結晶
が用いられるとき、偏光回転構成は、同様に励起された
Nd:YAGレーザ結晶の間の熱複屈折を打ち消すために用い
られることができる（Tidwell等参照）。しかしなが
ら、従来の技術は不完全であり、レーザ共振器に１つの
レーザ結晶のみが配置されるときには、実行するのが困
難である。エンド励起Nd:YAGレーザ結晶又は熱複屈折の
大きさが不利益である結晶における熱複屈折を最小にす
るのが好ましい。
が光パワーエンド励起幾何形状に生じる。この光は、熱
複屈折であって、ランプ励起Nd:YAGレーザにおいてよく
知られている（例えばKoechnerの“Solid−State Laser
Engineering,vol.3,p.393参照）。多くのレーザの応用
が、偏光ビームを必要とし、固有モードが空洞内キャビ
ティ偏光子を通るときに、熱複屈折がキャビティ内の固
有モードの部分の空間的に依存した偏光回転と、そのた
めの損失とを生じる。この損失は大きく、偏光レーザの
出力パワーを大きく制限する。例えば、Kaneda等とTidw
ell等を参照されたい。ある場合、多Nd:YAGレーザ結晶
が用いられるとき、偏光回転構成は、同様に励起された
Nd:YAGレーザ結晶の間の熱複屈折を打ち消すために用い
られることができる（Tidwell等参照）。しかしなが
ら、従来の技術は不完全であり、レーザ共振器に１つの
レーザ結晶のみが配置されるときには、実行するのが困
難である。エンド励起Nd:YAGレーザ結晶又は熱複屈折の
大きさが不利益である結晶における熱複屈折を最小にす
るのが好ましい。
高効率のレーザに対するニーズが存在する。効率の低
いレーザは、所望のレーザ出力パワーを実現するのに、
より多くのダイオード励起パワーを必要とする。特定の
ダイオードバーソースからの励起パワーを大きくするこ
とは、ダイオード接続の温度を増加し、ダイオードソー
スの寿命が、予測可能であるがかなり望ましくないよう
に損なわれる。これは、長い寿命を必要とする場合には
受け入れられない。効率の悪いレーザは、特定のレーザ
出力パワーを達成するために、別のダイオードソースの
使用を必要とする。このことは、コスト又は複雑性に影
響を受ける場合には受け入れられない。
いレーザは、所望のレーザ出力パワーを実現するのに、
より多くのダイオード励起パワーを必要とする。特定の
ダイオードバーソースからの励起パワーを大きくするこ
とは、ダイオード接続の温度を増加し、ダイオードソー
スの寿命が、予測可能であるがかなり望ましくないよう
に損なわれる。これは、長い寿命を必要とする場合には
受け入れられない。効率の悪いレーザは、特定のレーザ
出力パワーを達成するために、別のダイオードソースの
使用を必要とする。このことは、コスト又は複雑性に影
響を受ける場合には受け入れられない。
高効率で、高パワーの、強い熱集束特性をもつ材料を
用いるが、励起パワーの範囲にわたり高い質のビームを
もたらすレーザ設計に対するニーズが存在する。熱複屈
折を小さくした固体ダイオード励起レーザに対するニー
ズも存在する。さらに、１から10のレイリー範囲の共振
器長をもつ固体ダイオード励起レーザに対するニーズも
存在する。
用いるが、励起パワーの範囲にわたり高い質のビームを
もたらすレーザ設計に対するニーズが存在する。熱複屈
折を小さくした固体ダイオード励起レーザに対するニー
ズも存在する。さらに、１から10のレイリー範囲の共振
器長をもつ固体ダイオード励起レーザに対するニーズも
存在する。
発明の概要 従って、本発明の目的は、強い熱フォーカシングを有
する結晶を利用するダイオード励起レーザーを提供する
ことであり、このレーザーは、TEM00モードにおいて動
作し、偏光出力を生成する間非常に効率的である。
する結晶を利用するダイオード励起レーザーを提供する
ことであり、このレーザーは、TEM00モードにおいて動
作し、偏光出力を生成する間非常に効率的である。
本発明の他の目的は、非常に効率的なダイオード励起
レーザーを提供することであり、TEM00モードの直径と
レーザー結晶における励起ビームの直径の比が１より小
さい。
レーザーを提供することであり、TEM00モードの直径と
レーザー結晶における励起ビームの直径の比が１より小
さい。
本発明の他の目的は、Nd:YVO4又はNd:YAGレーザー結
晶を用いるダイオード励起レーザーを提供することであ
る。
晶を用いるダイオード励起レーザーを提供することであ
る。
本発明の更に他の目的は、ダイオードバー励起源によ
って、直接エンド励起され、或いは縦励起される場合、
TEM00モードにおいて動作するNd:YVO4又はNd:YAG結晶を
有する効率的なレーザーを提供することである。
って、直接エンド励起され、或いは縦励起される場合、
TEM00モードにおいて動作するNd:YVO4又はNd:YAG結晶を
有する効率的なレーザーを提供することである。
更に、本発明の他の目的は、熱複屈折が問題である場
合、Nd:YAG或いは他の他の材料の高出力ポンピングによ
って誘導される熱複屈折による損失を最小にすることで
ある。
合、Nd:YAG或いは他の他の材料の高出力ポンピングによ
って誘導される熱複屈折による損失を最小にすることで
ある。
更に、本発明の他の目的は、１−10のレイリー（Rayl
eigh）範囲の長さを有する共振器を有する効率的なレー
ザーを提供することである。
eigh）範囲の長さを有する共振器を有する効率的なレー
ザーを提供することである。
更に、本発明の他の目的は、ファイバー束の結合した
ダイオードバー励起源によってエンド励起された場合、
偏光されたTEM00モードにおいて動作するNd:YAGを有す
る効率的なレーザーを提供することである。
ダイオードバー励起源によってエンド励起された場合、
偏光されたTEM00モードにおいて動作するNd:YAGを有す
る効率的なレーザーを提供することである。
本発明のこれらの、及び他の目的は、共振器の光学軸
を有するレーザー共振器を規定する、共振器ミラーおよ
び出力結合器を含むダイオード励起レーザーにおて達成
される。TEM00モード直径を有する強い熱レンズレーザ
ー結晶が共振器の光軸に沿って共振器に取り付けられ
る。ダイオード励起源は、レーザー共振器におけるレー
ザー結晶に励起ビームを供給し、TEM00モード直径より
大きな直径を有する出力ビームを生成して、熱複屈折を
減少する。電源は電力をダイオード励起源に供給する。
偏光素子は開口ストップに沿って、共振器に配置され、
レーザー結晶はNd:YAGである。
を有するレーザー共振器を規定する、共振器ミラーおよ
び出力結合器を含むダイオード励起レーザーにおて達成
される。TEM00モード直径を有する強い熱レンズレーザ
ー結晶が共振器の光軸に沿って共振器に取り付けられ
る。ダイオード励起源は、レーザー共振器におけるレー
ザー結晶に励起ビームを供給し、TEM00モード直径より
大きな直径を有する出力ビームを生成して、熱複屈折を
減少する。電源は電力をダイオード励起源に供給する。
偏光素子は開口ストップに沿って、共振器に配置され、
レーザー結晶はNd:YAGである。
１つの実施の形態において、共振器は、１−10のレイ
リー範囲の長さを有する。
リー範囲の長さを有する。
他の実施の形態において、ｘ方向の焦点長さfx、ｙ方
向の焦点長さfyおよび所望のfx/fy比を有する励起誘導
熱レンズが、熱レンズの楕円率を制御するために与えら
れる。励起ビームと出力ビームが通過する対向する第１
と第２の端面を有する異方性結晶が含まれる。取付け装
置は結晶を支持し、所望のfx/fy比を生成する方向にお
いて結晶における熱の流れを指向する。非常に有効な比
はfx/fy〜１である。
向の焦点長さfyおよび所望のfx/fy比を有する励起誘導
熱レンズが、熱レンズの楕円率を制御するために与えら
れる。励起ビームと出力ビームが通過する対向する第１
と第２の端面を有する異方性結晶が含まれる。取付け装
置は結晶を支持し、所望のfx/fy比を生成する方向にお
いて結晶における熱の流れを指向する。非常に有効な比
はfx/fy〜１である。
Nd:YVO4は、好適なレーザー結晶の１つである。Nd:YA
Gも好適なレーザー結晶である。結晶の従来の楕円の熱
レンズ特性は、レーザーが円形ビームを生成するように
変更される。これは結晶の“c"軸に垂直な“c"軸結晶面
を通過する熱伝導を形成することによって達成される。
結晶の“a"軸に垂直な“a"軸結晶面は熱的に分離されて
いる。Nd:YVO4は、それが高い利得と上の状態（upper s
tate）の短い寿命を示すので、有用なレーザー結晶であ
る。これらの特性は、短いパルス、高い反復速度のＱス
イッチング及び光学的フィードバックへの鈍感さが重要
である応用において、特にレーザーを有用にする。上の
状態の寿命はNb:YLFのそれよりもほぼ５倍短いが、一方
誘導放出の断面はNb:YLFのそれよりもほぼ７倍大きい。
フィードバックによる発振は、高出力のNb:YLFレーザー
におけるよりも高出力のNb:YVO4にいて７倍のオーダー
早く減衰する。これはイメージの記録応用にとって重要
である。Nd:YVO4の追加の正特性は、〜809nmのダイオー
ド励起波長におけるその吸収率は極端に高く、Nd:YVO4
結晶へのダイオード励起光の効率的な結合が可能である
ことである。
Gも好適なレーザー結晶である。結晶の従来の楕円の熱
レンズ特性は、レーザーが円形ビームを生成するように
変更される。これは結晶の“c"軸に垂直な“c"軸結晶面
を通過する熱伝導を形成することによって達成される。
結晶の“a"軸に垂直な“a"軸結晶面は熱的に分離されて
いる。Nd:YVO4は、それが高い利得と上の状態（upper s
tate）の短い寿命を示すので、有用なレーザー結晶であ
る。これらの特性は、短いパルス、高い反復速度のＱス
イッチング及び光学的フィードバックへの鈍感さが重要
である応用において、特にレーザーを有用にする。上の
状態の寿命はNb:YLFのそれよりもほぼ５倍短いが、一方
誘導放出の断面はNb:YLFのそれよりもほぼ７倍大きい。
フィードバックによる発振は、高出力のNb:YLFレーザー
におけるよりも高出力のNb:YVO4にいて７倍のオーダー
早く減衰する。これはイメージの記録応用にとって重要
である。Nd:YVO4の追加の正特性は、〜809nmのダイオー
ド励起波長におけるその吸収率は極端に高く、Nd:YVO4
結晶へのダイオード励起光の効率的な結合が可能である
ことである。
結晶における熱の流れの管理は熱レンズに対する所望
のfx/fy比を生成し、従って熱レンズの楕円率が制御さ
れる。１つの実施の形態において、Nd:YVO4を用いて、
“c"結晶面に沿う熱伝導経路を形成することは実質的に
丸い熱レンズを生じる。TEM00モードの大きさと励起ビ
ームレンズの大きさの比は１以下であり、それは回折損
失を最小にするが、効率的でないTEM00レーザーに生じ
ると報告されている。束に集められた複数のファイバー
はダイオード励起光を案内するために用いられ、トップ
ハット（top hat）形の励起ビーム形状を形成する。TEM
00モードの大きさと励起ビームレンズの大きさの好まし
くない比にもかかわらず、レーザーは高電力の、偏光し
たTEM00モードにおいて、非常に効率的である。
のfx/fy比を生成し、従って熱レンズの楕円率が制御さ
れる。１つの実施の形態において、Nd:YVO4を用いて、
“c"結晶面に沿う熱伝導経路を形成することは実質的に
丸い熱レンズを生じる。TEM00モードの大きさと励起ビ
ームレンズの大きさの比は１以下であり、それは回折損
失を最小にするが、効率的でないTEM00レーザーに生じ
ると報告されている。束に集められた複数のファイバー
はダイオード励起光を案内するために用いられ、トップ
ハット（top hat）形の励起ビーム形状を形成する。TEM
00モードの大きさと励起ビームレンズの大きさの好まし
くない比にもかかわらず、レーザーは高電力の、偏光し
たTEM00モードにおいて、非常に効率的である。
TEM00モードにおけるレーザの光学傾斜効率は40％よ
り大きく、全体の光学効率は30％より大きい。例えば、
Nd:YVO4が用いられると、7Wの偏光した殆ど回折が制限
された出力は16Wの励折出力に対して発生される。多重
励起源の設計は50W以上の出力に匹敵する効率を生じ
る。TEM00モードの直径と近似のトップハット形の励起
ビームの比は1.2−約0.6の範囲にあり、好ましくは約0.
83である。実質的に円形の回折が制限されたガウスの出
力ビームが発生される。出力ビームのM2は一般的には約
1.2より小さく、1.05程度に低い。また、ビームプロフ
ィールの、ガウスからの最小二乗偏差は約10％より小さ
く、１％程度の低さである。ファイバーの束の結合され
たダイオード励起源と強い熱レンズ材料、高出力励起お
よびエンド励起の“非モード整合された（non−mode−m
atched）”形状の組み合わせは偏光された出力を生じる
高出力で、高効率のTEM00レーザーを生じる。本発明の
レーザーは如何なる収差補正機構のない励起出力の大き
な範囲を越えて良く動作する。
り大きく、全体の光学効率は30％より大きい。例えば、
Nd:YVO4が用いられると、7Wの偏光した殆ど回折が制限
された出力は16Wの励折出力に対して発生される。多重
励起源の設計は50W以上の出力に匹敵する効率を生じ
る。TEM00モードの直径と近似のトップハット形の励起
ビームの比は1.2−約0.6の範囲にあり、好ましくは約0.
83である。実質的に円形の回折が制限されたガウスの出
力ビームが発生される。出力ビームのM2は一般的には約
1.2より小さく、1.05程度に低い。また、ビームプロフ
ィールの、ガウスからの最小二乗偏差は約10％より小さ
く、１％程度の低さである。ファイバーの束の結合され
たダイオード励起源と強い熱レンズ材料、高出力励起お
よびエンド励起の“非モード整合された（non−mode−m
atched）”形状の組み合わせは偏光された出力を生じる
高出力で、高効率のTEM00レーザーを生じる。本発明の
レーザーは如何なる収差補正機構のない励起出力の大き
な範囲を越えて良く動作する。
同様な性能がレーザー媒体としてのNd:YAGで達成され
る。例えば、ブリュースター（Brewster）板のようなキ
ャビティ内の偏光子が良く偏光された出力を保証するた
めに必要である。Nd:YAGにおいて、熱レンズや熱収差ば
かりでなく熱複屈折も問題である。本発明にとって、結
晶におけるTEM00モードの直径が結晶における励起ビー
ムの直径より僅かに小さいと、これらの影響による損失
は著しく減少される。従来のモード整合に対する代表的
なモードサイズが用いられたとき、最も強い、デポーラ
リゼイション（depolarization:偏光された偏りをなく
す、或いは減じること）効果が見られる。もし、TEM00
モードの大きさが高出力励起ビームより大きいなら、TE
M00ビームの部分は熱複屈折領域、経験回転（experienc
e rotation）、及びキャビティ内の偏光子による排除ま
たは損失を通過する。逆に、本発明にとって、結晶にお
けるTEM00モードの直径より、やや大きい励起ビームの
大きさは複屈折による損失を最小にする。強い熱フォー
カシングを伴うレーザー結晶を内蔵するある型式のレー
ザー共振器は、熱レンズにおける非バラボラの位相収差
によって表される損失に殆ど敏感でない。これらの設計
は、多くの従来の励起ビームとモードの大きさの比が１
より小さい比におけるように用いられる場合でさえ、こ
の損失に敏感でない。これらの共振器は、代表的には、
10レイリー範囲のオーダー、好ましくは長さが２−４に
あるように形成される。レイリー範囲は共振器内のウエ
スト（waist）または共振器外の近くのウエストに対し
て計算される。
る。例えば、ブリュースター（Brewster）板のようなキ
ャビティ内の偏光子が良く偏光された出力を保証するた
めに必要である。Nd:YAGにおいて、熱レンズや熱収差ば
かりでなく熱複屈折も問題である。本発明にとって、結
晶におけるTEM00モードの直径が結晶における励起ビー
ムの直径より僅かに小さいと、これらの影響による損失
は著しく減少される。従来のモード整合に対する代表的
なモードサイズが用いられたとき、最も強い、デポーラ
リゼイション（depolarization:偏光された偏りをなく
す、或いは減じること）効果が見られる。もし、TEM00
モードの大きさが高出力励起ビームより大きいなら、TE
M00ビームの部分は熱複屈折領域、経験回転（experienc
e rotation）、及びキャビティ内の偏光子による排除ま
たは損失を通過する。逆に、本発明にとって、結晶にお
けるTEM00モードの直径より、やや大きい励起ビームの
大きさは複屈折による損失を最小にする。強い熱フォー
カシングを伴うレーザー結晶を内蔵するある型式のレー
ザー共振器は、熱レンズにおける非バラボラの位相収差
によって表される損失に殆ど敏感でない。これらの設計
は、多くの従来の励起ビームとモードの大きさの比が１
より小さい比におけるように用いられる場合でさえ、こ
の損失に敏感でない。これらの共振器は、代表的には、
10レイリー範囲のオーダー、好ましくは長さが２−４に
あるように形成される。レイリー範囲は共振器内のウエ
スト（waist）または共振器外の近くのウエストに対し
て計算される。
強い熱フォーカシングを示すレーザー結晶を有するダ
イオード励起レーザーが簡単で、信頼できるレーザー源
から高効率、高出力、および高品質の偏光ビームを必要
とする応用に対して用いられる。
イオード励起レーザーが簡単で、信頼できるレーザー源
から高効率、高出力、および高品質の偏光ビームを必要
とする応用に対して用いられる。
図面の簡単な説明 図１は、共振器内に配置された強いフォーカシング／
強い収差の結晶を有するダイオード励起レーザーの概略
図である。
強い収差の結晶を有するダイオード励起レーザーの概略
図である。
図２は、光終端面、即ち結晶の“c"軸に垂直な“c"軸
結晶面の１つ及び結晶の“a"軸に垂直な“a"軸結晶面の
１つを示す非円筒形状における強いフォーカシング／強
い収差の結晶の斜視図である。この結晶はNd:YVO4であ
る。
結晶面の１つ及び結晶の“a"軸に垂直な“a"軸結晶面の
１つを示す非円筒形状における強いフォーカシング／強
い収差の結晶の斜視図である。この結晶はNd:YVO4であ
る。
図３は、ヒートシンクに取り付けられた強いフォーカ
シングの結晶の断面図である。
シングの結晶の断面図である。
図４は、３つのレーザーの出力電力を示す。第１は弱
い熱レンズと低い収差を有するレーザー結晶を有し、第
２は強い熱レンズ、従って強い収差、高い収差を有する
レーザー結晶を有し、第３は、励起ビームの一部のみが
TEM00モードの直径上に焦点を結んだ場合の、本発明の
一つの実施形態である。
い熱レンズと低い収差を有するレーザー結晶を有し、第
２は強い熱レンズ、従って強い収差、高い収差を有する
レーザー結晶を有し、第３は、励起ビームの一部のみが
TEM00モードの直径上に焦点を結んだ場合の、本発明の
一つの実施形態である。
図５は、完全なレンズに対して半径の関数として光経
路差の、ポラボラとして示された、グラフであり、それ
を高い収差材料を有する代表的な非パラボラの位相歪み
を誘導する強い励起と比較している。
路差の、ポラボラとして示された、グラフであり、それ
を高い収差材料を有する代表的な非パラボラの位相歪み
を誘導する強い励起と比較している。
図６は、単一の光ファイバーを有するダイオード励起
源の代表的なガウスプロフィール出力を示す。
源の代表的なガウスプロフィール出力を示す。
図７は、多数の束にされたファイバーに関連するトッ
プハットのプロフィール出力を示す。
プハットのプロフィール出力を示す。
図８は、TEM00励起の直径と図７のトップハットのプ
ロフィール間の関係を示すグラフ的描写である。
ロフィール間の関係を示すグラフ的描写である。
図９は、偏光子と開口ストップを含むダイオード励起
のNd:YAG構成である。
のNd:YAG構成である。
図10は、強い熱レンズを有するダイオードエンド励起
固体レーザーにおけるモード直径の図である。
固体レーザーにおけるモード直径の図である。
詳細な説明 本発明は、略回折限界であり、高出力であり、エンド
ポンプされ（end−pumped）、高効率のポンプ型ダイオ
ードレーザである。このダイオードレーザは、少なくと
も一つの共振器ミラーと、一つの出力カプラを含んでい
る。これらは、共振器の光学軸でレーザ共振器を画定し
ている。強力な熱レンズのレーザ結晶が共振器に取り付
けられている。ダイオードポンプ源が、ポンプビームを
レーザ結晶に与えて、偏光した実質的に丸い出力ビーム
を発生している。
ポンプされ（end−pumped）、高効率のポンプ型ダイオ
ードレーザである。このダイオードレーザは、少なくと
も一つの共振器ミラーと、一つの出力カプラを含んでい
る。これらは、共振器の光学軸でレーザ共振器を画定し
ている。強力な熱レンズのレーザ結晶が共振器に取り付
けられている。ダイオードポンプ源が、ポンプビームを
レーザ結晶に与えて、偏光した実質的に丸い出力ビーム
を発生している。
レーザの光学効率は25％以上である。レーザの高出力
TEM00動作は、TEM00モードにおいて4W以上の出力ビーム
となる。M2が、実際の測定された共焦点のパラメータに
対する、エクストラキャビティのウエストの大きさによ
って予測されるビームの理論的な共焦点のパラメータと
して定義される場合、少なくとも全出力の95％が1.2以
下のM2の値として測定されるならば、その出力は、実質
的にTEM00であるか、又は略回折限界である。出力ビー
ムは、10％以下の理想的なガウスプロフィール（gaussi
an profile）からの略全ての実際のビームプロフィール
を含む最小二乗法偏差を有する。更に、出力ビームは、
偏光される。ある実施例においては、レーザはレーザ結
晶を使用する場合があり、そのレーザ結晶においては、
結晶におけるダイオードポンプにより誘起される熱レン
ズが、放物線プロフィールによって説明されない半径の
関数として光学経路を与える。
TEM00動作は、TEM00モードにおいて4W以上の出力ビーム
となる。M2が、実際の測定された共焦点のパラメータに
対する、エクストラキャビティのウエストの大きさによ
って予測されるビームの理論的な共焦点のパラメータと
して定義される場合、少なくとも全出力の95％が1.2以
下のM2の値として測定されるならば、その出力は、実質
的にTEM00であるか、又は略回折限界である。出力ビー
ムは、10％以下の理想的なガウスプロフィール（gaussi
an profile）からの略全ての実際のビームプロフィール
を含む最小二乗法偏差を有する。更に、出力ビームは、
偏光される。ある実施例においては、レーザはレーザ結
晶を使用する場合があり、そのレーザ結晶においては、
結晶におけるダイオードポンプにより誘起される熱レン
ズが、放物線プロフィールによって説明されない半径の
関数として光学経路を与える。
図１について説明する。ダイオードポンプレーザヘッ
ド10は、共振器ミラー12、出力カプラ14、及び共振器の
光学軸16によって定義される。ダイオード源18は、ポン
プビーム20を供給する。共振器ミラー12は、ダイオード
源18のダイオードポンプ波長で高効率で伝送作用を行
う。この標準的な光学コーティングはレーザ結晶の表面
になされる。複数の共振器ミラーが用いられている。ダ
イオード源18には、単一のダイオード、スペーシャルエ
ミッタ（spatial emitter）、ダイオードバー（diode b
ar）、又は複数のダイオード又はダイオードバーが該当
する。ダイオードバーが使用されるのは、高出力を与え
るからである。ダイオードバー源18は、カリフォルニア
州インダストリ市のオプトパワーコーポレション（Opto
Power Corporation）から入手可能である29WのモデルN
o.OPCP−A020−810−CSであるか、又B020という同様の
素子であることが望ましい。ダイオード源18の波長は、
780から815nmの範囲内にあることが望ましい。特定の結
晶のピーク吸収波長は、次の如くである。Tm:YAGについ
ては785nmであり、Nb:YLFについては797nmであり、Nd:Y
AG及びNd:YVO4については809nmである。ダイオードポン
プ源の波長は、温度調整されてレーザ結晶の吸収を最適
化する。
ド10は、共振器ミラー12、出力カプラ14、及び共振器の
光学軸16によって定義される。ダイオード源18は、ポン
プビーム20を供給する。共振器ミラー12は、ダイオード
源18のダイオードポンプ波長で高効率で伝送作用を行
う。この標準的な光学コーティングはレーザ結晶の表面
になされる。複数の共振器ミラーが用いられている。ダ
イオード源18には、単一のダイオード、スペーシャルエ
ミッタ（spatial emitter）、ダイオードバー（diode b
ar）、又は複数のダイオード又はダイオードバーが該当
する。ダイオードバーが使用されるのは、高出力を与え
るからである。ダイオードバー源18は、カリフォルニア
州インダストリ市のオプトパワーコーポレション（Opto
Power Corporation）から入手可能である29WのモデルN
o.OPCP−A020−810−CSであるか、又B020という同様の
素子であることが望ましい。ダイオード源18の波長は、
780から815nmの範囲内にあることが望ましい。特定の結
晶のピーク吸収波長は、次の如くである。Tm:YAGについ
ては785nmであり、Nb:YLFについては797nmであり、Nd:Y
AG及びNd:YVO4については809nmである。ダイオードポン
プ源の波長は、温度調整されてレーザ結晶の吸収を最適
化する。
ダイオード源18は、１又はそれ以上の光学ファイバ22
に結合される。一束の光学ファイバ22が用いられる。適
当な光学ファイバ22としては、シリカクラッディングの
付いたシリカコアを有するものが含まれるが、それに限
定はされない。結合は、米国特許第5,127,068号に記載
されているようになされる。好ましい実施例ではファイ
バ結合ダイオードバーが使用されるが、本発明の原理は
ファイバ結合されないダイオードにも適用されることに
留意すべきである。
に結合される。一束の光学ファイバ22が用いられる。適
当な光学ファイバ22としては、シリカクラッディングの
付いたシリカコアを有するものが含まれるが、それに限
定はされない。結合は、米国特許第5,127,068号に記載
されているようになされる。好ましい実施例ではファイ
バ結合ダイオードバーが使用されるが、本発明の原理は
ファイバ結合されないダイオードにも適用されることに
留意すべきである。
光学軸16に沿って配置されているのは、ヒートシンク
26に取り付けられた強い熱の焦点を合わせる性質を有す
るレーザ結晶24である。このレーザ結晶24の特徴は、特
に高出力のエンドポンプ構造においてその屈折率が温度
の関数として変化することである。約5W以上のポンプの
高出力では、熱によって誘起された位相収差（phase ab
erration）の効果は重大である。この屈折率の変化は、
Nd:YVO4の「ｃ」軸に対して平行に偏光した光に対して
約3x10-6/゜Kのオーダである。
26に取り付けられた強い熱の焦点を合わせる性質を有す
るレーザ結晶24である。このレーザ結晶24の特徴は、特
に高出力のエンドポンプ構造においてその屈折率が温度
の関数として変化することである。約5W以上のポンプの
高出力では、熱によって誘起された位相収差（phase ab
erration）の効果は重大である。この屈折率の変化は、
Nd:YVO4の「ｃ」軸に対して平行に偏光した光に対して
約3x10-6/゜Kのオーダである。
適切なレーザ結晶24としては、Nd:YVO4,Nd:GVO4,Nd:Y
PO4、Nd:BLE、Nd:YALO及びNd:LSBが含まれるが、それら
に限定されない。イントラキャビティ（intracavity）
偏光素子が存在するとき、Nd:YAGが使用される。レーザ
結晶24の材料は、Nd:YVO4であることが望ましく、ノー
スカロライナ州シャーロッテ市のリトン−エアトロン
（Litton−Airtron）から入手可能である。Ndの原子の
百分率は、0.5から0.3％の範囲内であり、約0.6から0.9
％であることが望ましい。望ましい一の実施例では0.7
原子％を使用するが、他の実施例では約0.5％のNd:YVO4
を使用する。
PO4、Nd:BLE、Nd:YALO及びNd:LSBが含まれるが、それら
に限定されない。イントラキャビティ（intracavity）
偏光素子が存在するとき、Nd:YAGが使用される。レーザ
結晶24の材料は、Nd:YVO4であることが望ましく、ノー
スカロライナ州シャーロッテ市のリトン−エアトロン
（Litton−Airtron）から入手可能である。Ndの原子の
百分率は、0.5から0.3％の範囲内であり、約0.6から0.9
％であることが望ましい。望ましい一の実施例では0.7
原子％を使用するが、他の実施例では約0.5％のNd:YVO4
を使用する。
Nb:YLFにおける熱収差（thermal aberration）は、ほ
ぼ、類似するエンドポンプ構造における収差の大きい物
質よりも小さいオーダであり、その理由は、dn/dTがNd:
YAG及びNd:YVO4に対するよりもずっと小さいからであ
る、ということが知られている。Nd:YVO4は魅力のある
物質であるが、その理由は、Nb:YLFと比較して利得が大
きく、上部状態の寿命が短いからである。Nd:YAGは、利
得が中間であり、上部状態の寿命が中間であるが、有用
である。Nd:YVO4もダイオードポンピングに適している
が、その理由は、809nmのダイオードポンプ波長での吸
収係数が極めて大きく、結晶24へのダイオードポンプビ
ーム20の効果的な結合が可能になるからである。
ぼ、類似するエンドポンプ構造における収差の大きい物
質よりも小さいオーダであり、その理由は、dn/dTがNd:
YAG及びNd:YVO4に対するよりもずっと小さいからであ
る、ということが知られている。Nd:YVO4は魅力のある
物質であるが、その理由は、Nb:YLFと比較して利得が大
きく、上部状態の寿命が短いからである。Nd:YAGは、利
得が中間であり、上部状態の寿命が中間であるが、有用
である。Nd:YVO4もダイオードポンピングに適している
が、その理由は、809nmのダイオードポンプ波長での吸
収係数が極めて大きく、結晶24へのダイオードポンプビ
ーム20の効果的な結合が可能になるからである。
これらの特質は、Ｑスイッチレーザ又は光学的なフィ
ードバックに不感であるＱスイッチレーザを設計すると
きに重要である。例えば、Nd:YVO4は、短パルス用、高
反復速度のＱスイッチ用に使用され、光学的なフィード
バックによる発振をNb:YLFよりも約７倍早く減衰させ
る。このことは、高速のイメージ記録にとっては重要で
ある。レーザヘッド10に選択的に含まれるのは、Ｑスイ
ッチ28である。Ｑスイッチ28は、フロリダ州メルボルン
市のNEOS Technologyから入手可能である。この音響−
光学Ｑスイッチは、SF10のように大きい指数グラス（in
dex glass）から成っているか、又は水晶から成ってい
る。その素子の回折効率は、キャビティを「スポイルす
る（spoil）」のに適しているか、又はレーザ発振を
「延ばす（hold off）」のに適している必要がある。更
に、その素子の音響波の立ち上がり時間及び立ち下がり
時間は、相当早く、レーザからの効率的なエネルギー抽
出を達成しなければならない。これらの要件は、当業者
に比較的に知られている。レーザヘッド10に含まれてい
るのは、開口絞り30であるが、TEM00出力ビーム32の発
生を改良するためである。
ードバックに不感であるＱスイッチレーザを設計すると
きに重要である。例えば、Nd:YVO4は、短パルス用、高
反復速度のＱスイッチ用に使用され、光学的なフィード
バックによる発振をNb:YLFよりも約７倍早く減衰させ
る。このことは、高速のイメージ記録にとっては重要で
ある。レーザヘッド10に選択的に含まれるのは、Ｑスイ
ッチ28である。Ｑスイッチ28は、フロリダ州メルボルン
市のNEOS Technologyから入手可能である。この音響−
光学Ｑスイッチは、SF10のように大きい指数グラス（in
dex glass）から成っているか、又は水晶から成ってい
る。その素子の回折効率は、キャビティを「スポイルす
る（spoil）」のに適しているか、又はレーザ発振を
「延ばす（hold off）」のに適している必要がある。更
に、その素子の音響波の立ち上がり時間及び立ち下がり
時間は、相当早く、レーザからの効率的なエネルギー抽
出を達成しなければならない。これらの要件は、当業者
に比較的に知られている。レーザヘッド10に含まれてい
るのは、開口絞り30であるが、TEM00出力ビーム32の発
生を改良するためである。
一体の球面レンズ34、36は、アーバイン市のメレスグ
リオット（Melles Griot）から入手可能であり、結晶24
の光学端部表面にポンプビーム20の一部をイメージ化
し、それをオーバーラップするのに使用される。球面レ
ンズ34、36は、ポンプビーム20の大きさを、ポンプビー
ムの大きさに対するTEM00モードの大きさの特定の比に
最適化し、そして、また、出力を増加する間結晶24の破
壊を回避するためにポンプビーム20の大きさを最適化す
る。最適な比Ｒは、10から15Wのオーダのポンプパワー
及び0.6から0.7mmまでのポンプスポットの直径に対して
は約0.83である。イメージ化を達成するために使用され
る他の素子としては、単一のレンズ又は反射性光学が含
まれるが、これに限定されない。当業者は、このポンプ
構造をエンドポンプ又は縦方向ポンプとして認識する。
ファイバー結合ダイオードバーがこれらの実施例に用い
られるが、その技術は、ファイバー結合されていないダ
イオードにも適用される。
リオット（Melles Griot）から入手可能であり、結晶24
の光学端部表面にポンプビーム20の一部をイメージ化
し、それをオーバーラップするのに使用される。球面レ
ンズ34、36は、ポンプビーム20の大きさを、ポンプビー
ムの大きさに対するTEM00モードの大きさの特定の比に
最適化し、そして、また、出力を増加する間結晶24の破
壊を回避するためにポンプビーム20の大きさを最適化す
る。最適な比Ｒは、10から15Wのオーダのポンプパワー
及び0.6から0.7mmまでのポンプスポットの直径に対して
は約0.83である。イメージ化を達成するために使用され
る他の素子としては、単一のレンズ又は反射性光学が含
まれるが、これに限定されない。当業者は、このポンプ
構造をエンドポンプ又は縦方向ポンプとして認識する。
ファイバー結合ダイオードバーがこれらの実施例に用い
られるが、その技術は、ファイバー結合されていないダ
イオードにも適用される。
レーザヘッド10で画定されるキャビティの長さは、変
更できる。適切な長さは、約３−30cmの範囲内である。
一実施例では、約10cmである。
更できる。適切な長さは、約３−30cmの範囲内である。
一実施例では、約10cmである。
図２について説明する。結晶24は、端部表面38、結晶
24の「ｃ」軸に垂直な「ｃ」軸結晶表面36、及び結晶24
の「ａ」軸に垂直な「ａ」軸結晶表面38を有するものと
して示されている。この用語は、Nd:YVO4のような単軸
の結晶を言及している。そのラベルはNd:YAGに適用され
ない。面38、40、42は対応する対向面（図示せず）を有
しており、それらの面は、略平行であるが、約１゜の楔
状になっている場合がある。
24の「ｃ」軸に垂直な「ｃ」軸結晶表面36、及び結晶24
の「ａ」軸に垂直な「ａ」軸結晶表面38を有するものと
して示されている。この用語は、Nd:YVO4のような単軸
の結晶を言及している。そのラベルはNd:YAGに適用され
ない。面38、40、42は対応する対向面（図示せず）を有
しており、それらの面は、略平行であるが、約１゜の楔
状になっている場合がある。
結晶24の構造は、変更できる。円柱状の構造が可能で
ある（例えば、Nd:YAG）が、非円柱状の構造が望まし
い。適当な構造は、立体的形状か又は直方対形状であ
る。結晶24の構造及び大きさは、重要な考慮事項であ
る。一実施例においては、結晶24は、1mm以上、望まし
くは約３−4mmの大きさの端部表面38を有する。結晶24
の長さは、端部表面38の寸法に相当する。更に、直方体
形状では、約１−10mmの長さが適当であり、約４−8mm
がもっと適当である。
ある（例えば、Nd:YAG）が、非円柱状の構造が望まし
い。適当な構造は、立体的形状か又は直方対形状であ
る。結晶24の構造及び大きさは、重要な考慮事項であ
る。一実施例においては、結晶24は、1mm以上、望まし
くは約３−4mmの大きさの端部表面38を有する。結晶24
の長さは、端部表面38の寸法に相当する。更に、直方体
形状では、約１−10mmの長さが適当であり、約４−8mm
がもっと適当である。
結晶24の実際の大きさは、重要である。もしその大き
さが無限に大きければ、熱の流れの管理が困難であり、
Nd:YVO4が使用されたとき楕円状の出力ビームが発生す
るのが一般的である。この場合、結晶24の外部表面は熱
勾配を有しており、その熱勾配はあまりに小さいので熱
の伝導経路を制御できない。しかし、熱の伝導の制御
は、より小さな結晶ではずっと容易であり、かつ、明ら
かである。この場合、レーザ結晶の開口の大きさは、結
晶のレーザのアイゲンモード（eigenmode）のTEM00モー
ドの大きさよりも多少大きく、結晶のポンプビームの大
きさよりも多少大きい。一例として、0.6−0.7mmのポン
プビームの大きさと、３−4mmの結晶の幅／高さは、う
まく作用する。
さが無限に大きければ、熱の流れの管理が困難であり、
Nd:YVO4が使用されたとき楕円状の出力ビームが発生す
るのが一般的である。この場合、結晶24の外部表面は熱
勾配を有しており、その熱勾配はあまりに小さいので熱
の伝導経路を制御できない。しかし、熱の伝導の制御
は、より小さな結晶ではずっと容易であり、かつ、明ら
かである。この場合、レーザ結晶の開口の大きさは、結
晶のレーザのアイゲンモード（eigenmode）のTEM00モー
ドの大きさよりも多少大きく、結晶のポンプビームの大
きさよりも多少大きい。一例として、0.6−0.7mmのポン
プビームの大きさと、３−4mmの結晶の幅／高さは、う
まく作用する。
Nd:YVO4の結晶24の光学適、熱的、及び機械的な特性
は、「ａ」軸及び「ｃ」軸に沿って異なる。「ａ」軸に
平行な方向における熱膨脹係数は、「ｃ」軸に平行な熱
膨脹係数より約2.5倍小さい。熱の関数としての屈折率
の変化は、「ａ」軸及び「ｃ」軸に沿って約2.8の係数
だけ異なる。Nd:YVO4は強い複屈折の性質を合するの
で、２つの結晶軸の屈折率間に10％以上の相違がある。
Nd:YVO4の軸がこの実施例で説明されているが、異なる
軸方向を有する他の結晶が同様な方法で取り付けられ
て、同様な効果が達成されることを理解すべきである。
これには、単一軸及び２軸の結晶が含まれる。
は、「ａ」軸及び「ｃ」軸に沿って異なる。「ａ」軸に
平行な方向における熱膨脹係数は、「ｃ」軸に平行な熱
膨脹係数より約2.5倍小さい。熱の関数としての屈折率
の変化は、「ａ」軸及び「ｃ」軸に沿って約2.8の係数
だけ異なる。Nd:YVO4は強い複屈折の性質を合するの
で、２つの結晶軸の屈折率間に10％以上の相違がある。
Nd:YVO4の軸がこの実施例で説明されているが、異なる
軸方向を有する他の結晶が同様な方法で取り付けられ
て、同様な効果が達成されることを理解すべきである。
これには、単一軸及び２軸の結晶が含まれる。
図３に示すように、結晶24は、ヒートシンク26に適切
に取り付けることによって、円状のように制御された楕
円率の熱レンズを有する。ヒートシンク26は銅で作られ
るが、他の適当な物質にはアルミニウム又はアルミナが
含まれる。ヒートシンク26は、セクション44、46で構成
される。半田48が「ｃ」軸の結晶面36、及びその対応す
る対向面に付着され（結晶がNd:YVO4の場合）、その面
とヒートシンク26との間の熱インピーダンスを減少す
る。半田は融点の低いものが適当であって、例えば、ニ
ューヨーク州ウティカ市のインジウムコーポレーション
（Indium Corporation of America）から入手可能なイ
ンジウム半田IEが該当する。別の半田は純粋のインジウ
ムであり、インジウムコーポレーションから入手可能で
ある。他の物質も可能性があり、マサチューセッツ州メ
ドフォード市のトラコンインク（TraCon Inc.）から入
手可能なトラボンド（Tra−Bond）2151のような熱伝導
性エポキシ樹脂が含まれ、またミシガン州ミッドランド
市のダウコーニングコーポレーション（Dow Corning Co
rporation）から入手可能なダウコーニング340を初めと
する熱グリースが含まれる。ヒートシンク26、及び各セ
クション44、46は、メッキをされ、半田への接着を向上
している。適当なメッキ材料としては、ニッケル又は銀
が含まれるが、これらに限定されない。空気ギャップ50
が、「ａ」軸の結晶面42及びその対応する対向面に形成
される。
に取り付けることによって、円状のように制御された楕
円率の熱レンズを有する。ヒートシンク26は銅で作られ
るが、他の適当な物質にはアルミニウム又はアルミナが
含まれる。ヒートシンク26は、セクション44、46で構成
される。半田48が「ｃ」軸の結晶面36、及びその対応す
る対向面に付着され（結晶がNd:YVO4の場合）、その面
とヒートシンク26との間の熱インピーダンスを減少す
る。半田は融点の低いものが適当であって、例えば、ニ
ューヨーク州ウティカ市のインジウムコーポレーション
（Indium Corporation of America）から入手可能なイ
ンジウム半田IEが該当する。別の半田は純粋のインジウ
ムであり、インジウムコーポレーションから入手可能で
ある。他の物質も可能性があり、マサチューセッツ州メ
ドフォード市のトラコンインク（TraCon Inc.）から入
手可能なトラボンド（Tra−Bond）2151のような熱伝導
性エポキシ樹脂が含まれ、またミシガン州ミッドランド
市のダウコーニングコーポレーション（Dow Corning Co
rporation）から入手可能なダウコーニング340を初めと
する熱グリースが含まれる。ヒートシンク26、及び各セ
クション44、46は、メッキをされ、半田への接着を向上
している。適当なメッキ材料としては、ニッケル又は銀
が含まれるが、これらに限定されない。空気ギャップ50
が、「ａ」軸の結晶面42及びその対応する対向面に形成
される。
セクション44、46は、結晶24と組み立てる前にインジ
ウムで「錫メッキされる（tinned）」。適切な場所に結
晶24を半田付けする技術は、１−５ミルの１又は２層で
それを包み、前もって錫メッキされたヒートシンク26の
セクション44、46間にそれを配置し、そして約175℃の
熱いプレートの上に組立体の全体を置くことである。こ
のことは、制御された環境、即ち、殆ど酸素のない環境
において行われる。更に、半田付けする表面は、半田付
けの前に金メッキされ得る。
ウムで「錫メッキされる（tinned）」。適切な場所に結
晶24を半田付けする技術は、１−５ミルの１又は２層で
それを包み、前もって錫メッキされたヒートシンク26の
セクション44、46間にそれを配置し、そして約175℃の
熱いプレートの上に組立体の全体を置くことである。こ
のことは、制御された環境、即ち、殆ど酸素のない環境
において行われる。更に、半田付けする表面は、半田付
けの前に金メッキされ得る。
本発明は、結晶24とヒートシンク26との間に一様なボ
ンディングを有する高出力であって、半導体ダイオード
ポンプ型レーザも提供する一様なボンディングとは、
（ｉ）ストレスが少ないこと（ii）長寿命で信頼性があ
ること（iii）熱伝導性が優れていることである。半田
付けは、制御された環境においてインジウムをベースと
した半田を用いて行われる。酸素は、ボンディングを一
様にしない酸素の発生を排除するために除去される。こ
の目的のため、酸素を除去するために水素をある程度含
ませることが有用である。
ンディングを有する高出力であって、半導体ダイオード
ポンプ型レーザも提供する一様なボンディングとは、
（ｉ）ストレスが少ないこと（ii）長寿命で信頼性があ
ること（iii）熱伝導性が優れていることである。半田
付けは、制御された環境においてインジウムをベースと
した半田を用いて行われる。酸素は、ボンディングを一
様にしない酸素の発生を排除するために除去される。こ
の目的のため、酸素を除去するために水素をある程度含
ませることが有用である。
空気ギャップ50は、「ａ」軸の結晶面とヒートシンク
26との間に熱の分離を形成する。又は、空気ギャップ50
は、「ａ」軸の結晶面とヒートシンク26との間に絶縁材
料を代用することによって除去できる。適切な絶縁材料
には、2135Dのようなエポキシ樹脂が含まれるが、これ
に限定されない。その2135Dは、マサチューセッツ州メ
ドフォード市のトランコンインク（Tra−Con Inc.）か
ら入手可能である。熱伝導経路は、図示していないが、
結晶24からの熱エネルギーを「ｃ」軸の結晶面まで伝え
る。このように熱の流れを管理することによって、円形
の、回折制限された出力ビーム32を発生する。この技術
は、例えば、Nd:YVO4に適用される。Nd:YAGが結晶とし
て使用されるとき、結晶の全ての面を冷却して、主要な
放射状の熱の流れを誘起することがより一般的である。
26との間に熱の分離を形成する。又は、空気ギャップ50
は、「ａ」軸の結晶面とヒートシンク26との間に絶縁材
料を代用することによって除去できる。適切な絶縁材料
には、2135Dのようなエポキシ樹脂が含まれるが、これ
に限定されない。その2135Dは、マサチューセッツ州メ
ドフォード市のトランコンインク（Tra−Con Inc.）か
ら入手可能である。熱伝導経路は、図示していないが、
結晶24からの熱エネルギーを「ｃ」軸の結晶面まで伝え
る。このように熱の流れを管理することによって、円形
の、回折制限された出力ビーム32を発生する。この技術
は、例えば、Nd:YVO4に適用される。Nd:YAGが結晶とし
て使用されるとき、結晶の全ての面を冷却して、主要な
放射状の熱の流れを誘起することがより一般的である。
図４に示すように、Nd:YVO4等の強い熱レンズと収差
材料がエンド励起されるとき、従来のモード整合配置の
エンド励起システム内の収差収束による回折損失が起こ
る。線52は、Nb:YLF等の材料を示し、熱レンズが弱いの
で、ここには熱収差損失は殆どない。Nd:YVO4で発生す
る熱レンズは、強く収差がある。従来のモード整合配置
にNd:YVO4を使うと、TEM00モードで大きな回折損失が起
こり、線54で示すように励起出力が増すと出力パワーが
落ちる。もし、励起ビーム20の中央部分のみがNd:YVO4
結晶24内のTEM00モードで重なると、損失として作用す
る熱収差の量は著しく減少する。TEM00モード直径と励
起ビームの比を１より少し小さい値に調整して最適化す
ると、「ノンモード整合」Nd:YVO4レーザーの性能は、
線56になりえる。それは、線52より優れていて、先行技
術には教示されていない。高出力、高効率のTEM00レー
ザーができる。これは、Nd:YAGについても言える。
材料がエンド励起されるとき、従来のモード整合配置の
エンド励起システム内の収差収束による回折損失が起こ
る。線52は、Nb:YLF等の材料を示し、熱レンズが弱いの
で、ここには熱収差損失は殆どない。Nd:YVO4で発生す
る熱レンズは、強く収差がある。従来のモード整合配置
にNd:YVO4を使うと、TEM00モードで大きな回折損失が起
こり、線54で示すように励起出力が増すと出力パワーが
落ちる。もし、励起ビーム20の中央部分のみがNd:YVO4
結晶24内のTEM00モードで重なると、損失として作用す
る熱収差の量は著しく減少する。TEM00モード直径と励
起ビームの比を１より少し小さい値に調整して最適化す
ると、「ノンモード整合」Nd:YVO4レーザーの性能は、
線56になりえる。それは、線52より優れていて、先行技
術には教示されていない。高出力、高効率のTEM00レー
ザーができる。これは、Nd:YAGについても言える。
Nd:YVO4は、Nd:YAGと同様熱レンズとして作用しう
る。図５に示すように、完全なレンズは、光路差を半径
の関数として与え、完全な放物線58になる。Nd:YAG又は
Nd:YVO4のような強い熱レンズと収差材料で、励起誘導
される非放物線フェーズのひずみが、TEM00モードでの
レーザー作動の効率を低下させる。完全な放物線58でな
く、結果としてのプロフィールは、歪んだ放物線60で示
される収差のあるウィングを有する。
る。図５に示すように、完全なレンズは、光路差を半径
の関数として与え、完全な放物線58になる。Nd:YAG又は
Nd:YVO4のような強い熱レンズと収差材料で、励起誘導
される非放物線フェーズのひずみが、TEM00モードでの
レーザー作動の効率を低下させる。完全な放物線58でな
く、結果としてのプロフィールは、歪んだ放物線60で示
される収差のあるウィングを有する。
単一の光学ファイバーは、図６に示すようなセミガウ
ス又はスーパーガウス形励起ビーム62になる。ファイバ
ーの束を使用すると、その組合せは明記したようなピー
ク強度を生じない。そうでなく、組合せは図７に示すよ
うに一般に「トップハット」形ビーム外形64と言われる
矩形又はスーパーガウス形を生じる。この好ましいトッ
プハット形即ち上面が平らなビームはまた、光学ファイ
バーでなく光学素子で達成することもできる。
ス又はスーパーガウス形励起ビーム62になる。ファイバ
ーの束を使用すると、その組合せは明記したようなピー
ク強度を生じない。そうでなく、組合せは図７に示すよ
うに一般に「トップハット」形ビーム外形64と言われる
矩形又はスーパーガウス形を生じる。この好ましいトッ
プハット形即ち上面が平らなビームはまた、光学ファイ
バーでなく光学素子で達成することもできる。
Nd:YAG又はNd:YVO4等のエンド励起誘導熱レンズの中
央部分は、収差のあるウィングより完全なレンズに近
い。この影響のため、１実施例では光学端部面38でTEM
00モードを重ね合わすのに、励起ビーム20の中央部分の
みが使用される。これは、励起ビーム20をレンズ34と36
で所望のサイズに集束させることにより達成される。励
起ビームの直径に体するTEM00モードの直径の好適な比
は、1.2から0.6までである。１実施例では0.83である。
央部分は、収差のあるウィングより完全なレンズに近
い。この影響のため、１実施例では光学端部面38でTEM
00モードを重ね合わすのに、励起ビーム20の中央部分の
みが使用される。これは、励起ビーム20をレンズ34と36
で所望のサイズに集束させることにより達成される。励
起ビームの直径に体するTEM00モードの直径の好適な比
は、1.2から0.6までである。１実施例では0.83である。
励起ビーム20の直径に対する結晶24のTEM00モードの
直径の比は、１実施例では１より小さい。ファイバーの
束が使用されると、ほぼトップハット形の励起ビーム20
の直径に対する結晶24のTEM00モードの直径の比は、１
より小さく、約0.83までである。１より小さい比は有効
でない従来の技術と対照的である。むしろ、このレーザ
ーは高出力で高効率である。個々の直径が図８に示さ
れ、TEM00の直径は62、トップハット形励起ビームの直
径は64であり、一方従来のモード整合TEM00の直径は66
で示す。
直径の比は、１実施例では１より小さい。ファイバーの
束が使用されると、ほぼトップハット形の励起ビーム20
の直径に対する結晶24のTEM00モードの直径の比は、１
より小さく、約0.83までである。１より小さい比は有効
でない従来の技術と対照的である。むしろ、このレーザ
ーは高出力で高効率である。個々の直径が図８に示さ
れ、TEM00の直径は62、トップハット形励起ビームの直
径は64であり、一方従来のモード整合TEM00の直径は66
で示す。
熱レンズを使用しない従来のモード整合では、励起ビ
ーム20の直径に対するTEM00モードの直径の比は、次式
に従って最適化される。
ーム20の直径に対するTEM00モードの直径の比は、次式
に従って最適化される。
Ｑ＝∫∫∫IO（r,z）Po（r,z）dV, ここに、Io（R,z）は結晶内のTEM00モードの正規化した
強度分布であり、Po（r,z）は結晶内で吸収された励起
光の正規化した分布である。
強度分布であり、Po（r,z）は結晶内で吸収された励起
光の正規化した分布である。
従来のモード整合は、レーザーのしきい値を最小に
し、傾斜効率を最大にするため、ファクターＱは最大に
するのがよかった。従来のモード整合では、結晶内の励
起ビームの直径がTEM00モードの直径より小さいとき、
この重なり合いファクターは、最大になる。結晶内の励
起ビームの直径に体するTEM00モードの直径の比R1が１
より大きいときこうなる。従来、結晶内のTEM00モード
の直径は、モード強度がそのピーク強度の1/e2（約13.5
％）のときの直径と定義された。従来、結晶内の励起ビ
ームの直径は、結晶内の像の直径と定義された。励起ビ
ームの強度分布は、「トップハット」に近い。結晶内の
励起ビーム直径に体するTEM00モードの直径の比Ｒは、
従来のモード整合レーザーでは１より大きい。本発明で
は、それは１より小さい。強い熱レンズと組み合わせ
て、この「非モード整合」構成は、高出力、高効率のTE
M00レーザーを生み出す。
し、傾斜効率を最大にするため、ファクターＱは最大に
するのがよかった。従来のモード整合では、結晶内の励
起ビームの直径がTEM00モードの直径より小さいとき、
この重なり合いファクターは、最大になる。結晶内の励
起ビームの直径に体するTEM00モードの直径の比R1が１
より大きいときこうなる。従来、結晶内のTEM00モード
の直径は、モード強度がそのピーク強度の1/e2（約13.5
％）のときの直径と定義された。従来、結晶内の励起ビ
ームの直径は、結晶内の像の直径と定義された。励起ビ
ームの強度分布は、「トップハット」に近い。結晶内の
励起ビーム直径に体するTEM00モードの直径の比Ｒは、
従来のモード整合レーザーでは１より大きい。本発明で
は、それは１より小さい。強い熱レンズと組み合わせ
て、この「非モード整合」構成は、高出力、高効率のTE
M00レーザーを生み出す。
従来の調査では、低又は高収差材料のいずれでも比Ｒ
が１より小さいと有効でないレーザーを生じることを示
したが、本発明では異なる結果となる。１実施例では、
Nd:YVO4等の強い熱レンズレーザー結晶24の結晶24の
「ｃ」結晶面を通る熱伝導を制御し、結晶内の励起ビー
ムの直径に対するTEM00モードの直径の比を１より小さ
くし、ファイバー結合ダイオードバー励起源18を使用し
て、励起出力の広い範囲でTEM00モード作動し、偏光し
た出力を出す高効率高出力レーザーとなる。Nd:YAGでも
同様の結果が得られるが、異なる出力結合を用いてであ
り、異なるレーザー材料が使用されるときは、再度最適
化される。
が１より小さいと有効でないレーザーを生じることを示
したが、本発明では異なる結果となる。１実施例では、
Nd:YVO4等の強い熱レンズレーザー結晶24の結晶24の
「ｃ」結晶面を通る熱伝導を制御し、結晶内の励起ビー
ムの直径に対するTEM00モードの直径の比を１より小さ
くし、ファイバー結合ダイオードバー励起源18を使用し
て、励起出力の広い範囲でTEM00モード作動し、偏光し
た出力を出す高効率高出力レーザーとなる。Nd:YAGでも
同様の結果が得られるが、異なる出力結合を用いてであ
り、異なるレーザー材料が使用されるときは、再度最適
化される。
Nd:YAG、Nd:YVO4について記述したのと同様に使用で
き、同様の結果が得られる。違いは、Nd:YAGは複屈折し
ないことである。偏光した出力を得るため、一般に図９
に示すブルースタープレート等の偏光要素を使用する。
高出力で使用したときのNd:YAGの別の問題は、熱による
複屈折である。これが熱レンズの収差による損失と結合
する。本発明では、結晶内の励起ビームの直径に対する
TEM00モードの直径の比を１より少し小さければ、両方
の効果による損失は、著しく減少することが分かった。
従来のモード整合の一般的なモードサイズを使用したと
き、最も強い偏光減少効果が見られる。もし、TEM00モ
ードサイズが高出力励起ビームより大きければ、TEM00
ビームの一部が複屈折領域を通過して回転し、内部空洞
偏光子により遮蔽される。本発明では、励起ビームサイ
ズが、レーザー結晶24のTEM00モードの直径より少し大
きいので、複屈折による損失が最小になる。これは、最
大回転領域が、公称円筒形に励起される体積の端部にあ
るからである。レーザー結晶の励起ビームより少し小さ
い固有モードを生じるようにレーザー空洞を設計するこ
とにより、熱による複屈折による損失は最小になる。従
来のモード整合即ちモードオーバーラップの効果と、熱
収差の熱による複屈折の不利な効果との間には兼ね合い
がある。本発明によれば、励起ビームサイズがTEM00の
直径に近いか少し小さいとき、最適の性能が得られる。
き、同様の結果が得られる。違いは、Nd:YAGは複屈折し
ないことである。偏光した出力を得るため、一般に図９
に示すブルースタープレート等の偏光要素を使用する。
高出力で使用したときのNd:YAGの別の問題は、熱による
複屈折である。これが熱レンズの収差による損失と結合
する。本発明では、結晶内の励起ビームの直径に対する
TEM00モードの直径の比を１より少し小さければ、両方
の効果による損失は、著しく減少することが分かった。
従来のモード整合の一般的なモードサイズを使用したと
き、最も強い偏光減少効果が見られる。もし、TEM00モ
ードサイズが高出力励起ビームより大きければ、TEM00
ビームの一部が複屈折領域を通過して回転し、内部空洞
偏光子により遮蔽される。本発明では、励起ビームサイ
ズが、レーザー結晶24のTEM00モードの直径より少し大
きいので、複屈折による損失が最小になる。これは、最
大回転領域が、公称円筒形に励起される体積の端部にあ
るからである。レーザー結晶の励起ビームより少し小さ
い固有モードを生じるようにレーザー空洞を設計するこ
とにより、熱による複屈折による損失は最小になる。従
来のモード整合即ちモードオーバーラップの効果と、熱
収差の熱による複屈折の不利な効果との間には兼ね合い
がある。本発明によれば、励起ビームサイズがTEM00の
直径に近いか少し小さいとき、最適の性能が得られる。
レーザー結晶の強い熱集束を組み込むある形のレーザ
ー共振器は、熱レンズの非放物線フェーズ収差により与
えられる損失に敏感でない。１より小さい比でなく従来
のモードサイズに対する励起ビームの比が使われる時で
も、これらの設計は、この損失により感度が低い。これ
らの共振器は、一般に長さが１から10レイリー範囲に構
成され、好ましくは１から５、より好ましくは２から４
であり、レイリー範囲の内部空洞のウェスト又は近くの
外部空洞のウェストについて計算される。図10は、この
形の共振器のモードサイズのプロットを示す。これらの
型の共振器は、他の型、例えば共振器のどこでもモード
サイズが大きい共振器よりフェーズ収差に感度が低い。
図10の例は、長さ約10cmの共振器で、空洞の一端に有効
焦点距離14cmの熱レンズを有し、平らな２色性反射器の
近くにある。この例では、出力カプラーは60cmのROCで
カーブしている。それは長さ約２レイリー範囲である。
励起サイズがTEM00モードサイズより少し小さいか少し
大きいサイズの励起には、この共振器の構成が非常に有
効である。この共振器の構成は、図10の平らな２色性を
対称面として使用し、この面について共振器を２重にす
ることにより、２つの大きな出力のファクターとするこ
とができる。この共振器は、空洞の中心近くに２つの焦
点距離14cmの熱レンズがある。位置の関数としてのモー
ドサイズもまた、２つの熱レンズの間の平面についてほ
ぼ反射される。この空洞は、長さ約４レイリー範囲であ
る。２つの熱レンズは、例えばファイバー結合したダイ
オード励起源と結像光学により生成できる。
ー共振器は、熱レンズの非放物線フェーズ収差により与
えられる損失に敏感でない。１より小さい比でなく従来
のモードサイズに対する励起ビームの比が使われる時で
も、これらの設計は、この損失により感度が低い。これ
らの共振器は、一般に長さが１から10レイリー範囲に構
成され、好ましくは１から５、より好ましくは２から４
であり、レイリー範囲の内部空洞のウェスト又は近くの
外部空洞のウェストについて計算される。図10は、この
形の共振器のモードサイズのプロットを示す。これらの
型の共振器は、他の型、例えば共振器のどこでもモード
サイズが大きい共振器よりフェーズ収差に感度が低い。
図10の例は、長さ約10cmの共振器で、空洞の一端に有効
焦点距離14cmの熱レンズを有し、平らな２色性反射器の
近くにある。この例では、出力カプラーは60cmのROCで
カーブしている。それは長さ約２レイリー範囲である。
励起サイズがTEM00モードサイズより少し小さいか少し
大きいサイズの励起には、この共振器の構成が非常に有
効である。この共振器の構成は、図10の平らな２色性を
対称面として使用し、この面について共振器を２重にす
ることにより、２つの大きな出力のファクターとするこ
とができる。この共振器は、空洞の中心近くに２つの焦
点距離14cmの熱レンズがある。位置の関数としてのモー
ドサイズもまた、２つの熱レンズの間の平面についてほ
ぼ反射される。この空洞は、長さ約４レイリー範囲であ
る。２つの熱レンズは、例えばファイバー結合したダイ
オード励起源と結像光学により生成できる。
本発明のレーザーは、次の特性を有することができ
る。出力範囲は約１から12W、全体光学効率は約25％よ
り大きく、TEM00モードの光学傾斜効率が約40％より大
きく、結晶内の励起ビームの直径に対するTEM00モード
の直径の比は、約1.2から0.8の範囲で、M2が1.2より小
さく、1.05より小さいのが好ましい、ガウスからのビー
ムプロファイルの偏差の２乗が約10％より小さく、約１
％が好ましい。
る。出力範囲は約１から12W、全体光学効率は約25％よ
り大きく、TEM00モードの光学傾斜効率が約40％より大
きく、結晶内の励起ビームの直径に対するTEM00モード
の直径の比は、約1.2から0.8の範囲で、M2が1.2より小
さく、1.05より小さいのが好ましい、ガウスからのビー
ムプロファイルの偏差の２乗が約10％より小さく、約１
％が好ましい。
１実施例では、レーザーヘッド10の長さは、約10cmで
ある。Nd:YVO4結晶24が、脱熱器26に取り付けられ、光
学軸16に沿って配置される。結晶24は、立方体形状で個
々の側面は4mmである。結晶24からの熱伝導は、「ｃ」
軸結晶面に沿って影響を及ぼし、「ａ」軸結晶面は、熱
的に隔離されている。Nd:YAGを使用するときは、結晶の
４面全てが冷却される、ロッドも使用することができ
る。光学ファイバーの束が、10〜20Wのダイオードバー1
8に結合し、トップハット形励起ビーム22を生じる。励
起ビーム22は、レンズ34と36により結晶24の光学端面38
上に結像し、励起した体積の中央部分のみを使用するよ
うにする。励起出力は結晶面で５から17Wであり、結果
としての熱レンズは焦点距離10から20cmで、Nd:YVO4又
はNd:YAGで13から15cmは共通である。トップハット形励
起ビーム22に対する結晶24のTEM00モードの直径の比
は、１より小さく、0.83までである。出力7Wの偏光した
丸い回折制御されたガウス出力ビーム32が生じる。出力
ビーム32は、約1.05より小さいM2を有する。最小のビー
ムプロファイルのガウスからの偏差の２乗が、１％より
小さい。レーザーヘッド10の光学傾斜効率は約50％で、
全体の効率は約37.5％である。これは非常に効率的で、
高出力である。もし、パルス作動を望むなら、Ｑスイッ
チをレーザー共振器に組み込むことができる。１つ以上
のダイオード励起源を使用する同様のレーザーは、高出
力高効率のTEM00レーザー出力を生じるため、同様のモ
ードサイズと励起サイズ技術を使用して、12Wを生じ
る。
ある。Nd:YVO4結晶24が、脱熱器26に取り付けられ、光
学軸16に沿って配置される。結晶24は、立方体形状で個
々の側面は4mmである。結晶24からの熱伝導は、「ｃ」
軸結晶面に沿って影響を及ぼし、「ａ」軸結晶面は、熱
的に隔離されている。Nd:YAGを使用するときは、結晶の
４面全てが冷却される、ロッドも使用することができ
る。光学ファイバーの束が、10〜20Wのダイオードバー1
8に結合し、トップハット形励起ビーム22を生じる。励
起ビーム22は、レンズ34と36により結晶24の光学端面38
上に結像し、励起した体積の中央部分のみを使用するよ
うにする。励起出力は結晶面で５から17Wであり、結果
としての熱レンズは焦点距離10から20cmで、Nd:YVO4又
はNd:YAGで13から15cmは共通である。トップハット形励
起ビーム22に対する結晶24のTEM00モードの直径の比
は、１より小さく、0.83までである。出力7Wの偏光した
丸い回折制御されたガウス出力ビーム32が生じる。出力
ビーム32は、約1.05より小さいM2を有する。最小のビー
ムプロファイルのガウスからの偏差の２乗が、１％より
小さい。レーザーヘッド10の光学傾斜効率は約50％で、
全体の効率は約37.5％である。これは非常に効率的で、
高出力である。もし、パルス作動を望むなら、Ｑスイッ
チをレーザー共振器に組み込むことができる。１つ以上
のダイオード励起源を使用する同様のレーザーは、高出
力高効率のTEM00レーザー出力を生じるため、同様のモ
ードサイズと励起サイズ技術を使用して、12Wを生じ
る。
レーザーは、材料の処理、医学治療の用途、計装、研
究、遠隔通信、光学記憶、娯楽、画像記録、検査、測
定、制御、バーコード走査と検知等の色々の用途に有用
である。
究、遠隔通信、光学記憶、娯楽、画像記録、検査、測
定、制御、バーコード走査と検知等の色々の用途に有用
である。
さらに、レーザーはＱスイッチで切り換え、又はモー
ドロックでき、調波を発生し、又は光学的パラメトリッ
クな発信器を励起するのに使用できる。
ドロックでき、調波を発生し、又は光学的パラメトリッ
クな発信器を励起するのに使用できる。
本発明の範囲から離れることなく、明細書に記述した
実施例の変化と改変を行うことができ、本発明の範囲は
請求の範囲のみによって制限される。
実施例の変化と改変を行うことができ、本発明の範囲は
請求の範囲のみによって制限される。
前述の好適な実施例に記述は、例示と記述のためであ
る。本発明を開示した通りの形式に制限することは意図
していない。多くの改変と変化は、当業者には明らかで
あろう。本発明の範囲は、請求の範囲とその均等範囲に
より定義される。
る。本発明を開示した通りの形式に制限することは意図
していない。多くの改変と変化は、当業者には明らかで
あろう。本発明の範囲は、請求の範囲とその均等範囲に
より定義される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニーガン ウィリアム エル ジュニア アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94025 メンロ パーク ウェーヴァリ ー ストリート 311−＃３ (72)発明者 キアスティード マーク エス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95148 サン ホセ スティーヴンス コート 3133 (56)参考文献 特開 平６−90044（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−508753（ＪＰ，Ａ) 米国特許5410559（ＵＳ，Ａ)
Claims (27)
- 【請求項１】共振器光学軸をもつレーザ共振器を形成す
る共振器ミラー及び出力カプラーと、 前記共振器光学軸に沿って前記共振器内に配置され、前
記共振器と組合せたものが、内部にTEM00モードの形を
持つ強い熱レンズレーザ結晶と、 前記共振器内に配置された偏光素子と、 熱複屈折に関連した損失を減少させるために、前記強い
熱レンズレーザ結晶内のTEM00モードより大きい径を持
ち、偏光出力ビームを形成するポンプビームを、前記共
振器内のレーザ結晶へ供給するためのダイードポンプ源
と、 前記ダイードポンプ源に電力を供給する電源と、 を備えたことを特徴とするダイオード励起レーザ装置。 - 【請求項２】レーザ結晶がNd:YAGである請求項１に記載
のレーザ装置。 - 【請求項３】TEM00モードにおけるレーザの光学スロー
プ効率が約40％よりも大きい請求項１に記載のレーザ装
置。 - 【請求項４】レーザの全効率が約25％よりも大きい請求
項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項５】結晶におけるポンプビームの直径に対する
TEM00モードの直径の比が約1.0−約0.83の範囲にある請
求項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項６】出力ビームが約1.2よりも小さいM2を有す
る請求項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項７】出力ビームが約1.05よりも小さいM2を有す
る請求項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項８】出力ビームが回折限界にあるガウスビーム
である請求項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項９】レーザが約１−約12ワットのパワーを持つ
出力ビームをつくる請求項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項１０】レーザが約４ワットよりも大きいパワー
を持つ出力ビームをつくる請求項１に記載のレーザ装
置。 - 【請求項１１】共振器内に配置したＱスチッチを備える
請求項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項１２】共振器内に配置した絞り開口を備える請
求項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項１３】１−10レイリー範囲の共振器長さと共振
器光学軸とを持つレーザ共振器を形成する共振器ミラー
及び出力カプラーと、 前記共振器光学軸に沿って前記共振器内に配置され、前
記共振器と組合せたものが内部にTEM00モードの径をも
つ強い熱レンズレーザ結晶と、 前記共振器内に配置された偏光素子と、 熱複屈折に関連した損失を減少させるために、前記強い
熱レンズレーザ結晶内のTEM00モードより大きい径を持
ち、偏光出力ビームを形成するポンプビームを、前記共
振器内のレーザ結晶へ供給するためのダイードポンプ源
と、 前記ダイードポンプ源に電力を供給する電源と、 を備えたことを特徴とするダイオード励起レーザ装置。 - 【請求項１４】共振器が２−４レイリー範囲の長さを有
する請求項13に記載のレーザ装置。 - 【請求項１５】共振器内に配置された偏光素子を備えた
請求項13に記載のレーザ装置。 - 【請求項１６】レーザ結晶がNd:YAGである請求項15に記
載のレーザ装置。 - 【請求項１７】TEM00モードにおけるレーザの光学スロ
ープ効率が約40％よりも大きい請求項13に記載のレーザ
装置。 - 【請求項１８】レーザの全効率が約25％よりも大きい請
求項13に記載のレーザ装置。 - 【請求項１９】結晶におけるポンプビームの直径に対す
るTEM00モードの直径の比が約1.0−約0.83の範囲にある
請求項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項２０】出力ビームが約1.2よりも小さいM2を有
する請求項13に記載のレーザ装置。 - 【請求項２１】出力ビームが約1.05よりも小さいM2を有
する請求項13に記載のレーザ装置。 - 【請求項２２】出力ビームが回折限界にあるガウスビー
ムである請求項13に記載のレーザ装置。 - 【請求項２３】レーザが約１−約12ワットのパワーを持
つ出力ビームをつくる請求項13に記載のレーザ装置。 - 【請求項２４】レーザが約４ワットよりも大きいパワー
を持つ出力ビームをつくる請求項13に記載のレーザ装
置。 - 【請求項２５】共振器内に配置したＱスチッチを備える
請求項13に記載のレーザ装置。 - 【請求項２６】共振器内に配置した開口ストップを備え
る請求項13に記載のレーザ装置。 - 【請求項２７】共振器光学軸をもつレーザ共振器を形成
する共振器ミラー及び出力カプラーと、 インジウムベースのハンダでヒートシンクに固定され、
前記共振器光学軸に沿って配置され、前記共振器と組合
せたものが内部にTEM00モードの径をもつ強い熱レンズ
レーザ結晶と、 前記共振器内に配置された偏光素子と、 熱複屈折に関連した損失を減少させるために、前記強い
熱レンズレーザ結晶内のTEM00モードより大きい径を持
ち、偏光出力ビームを形成するポンプビームを、前記共
振器内の前記レーザ結晶へ供給するダイードポンプ源
と、 前記ダイードポンプ源に電力を供給する電源と、 を備えたことを特徴とするダイオード励起レーザ装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US427,055 | 1995-04-24 | ||
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