JP3452361B2 - レーザ装置 - Google Patents
レーザ装置Info
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- JP3452361B2 JP3452361B2 JP50387895A JP50387895A JP3452361B2 JP 3452361 B2 JP3452361 B2 JP 3452361B2 JP 50387895 A JP50387895 A JP 50387895A JP 50387895 A JP50387895 A JP 50387895A JP 3452361 B2 JP3452361 B2 JP 3452361B2
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- waveguide
- laser device
- radiation
- beam splitter
- reflecting means
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/0315—Waveguide lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4068—Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers
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- Electromagnetism (AREA)
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、レーザ装置に関する。
レーザは、従来技術において周知であり、1960年にT.
H.Maimanによって初めて発明された。レーザでは、電磁
放射が、励起エネルギー・レベルからより低いエネルギ
ー・レベルへの遷移を誘導する共鳴キャビティの２つの
端部間で反射し、その結果、同位相であり、誘導放射と
同じ方向に移動する更なる光子が生成される。キャビテ
ィの端部は、鏡で吸収または透過される放射の量が、こ
の誘導プロセスによって生成される放射の量以下になる
ように、十分な反射率を有するものでなければならな
い。従来技術のレーザは、多量の入射放射をキャビティ
内に反射し少量をレーザ・ビームとして透過させる部分
反射キャビティ鏡を構成中に含む。いくつかの誘電体層
を備える部分反射鏡は、製造費が比較的高価である。部
分反射鏡はまた、高出力応用例では損傷を受けやすい。
H.Maimanによって初めて発明された。レーザでは、電磁
放射が、励起エネルギー・レベルからより低いエネルギ
ー・レベルへの遷移を誘導する共鳴キャビティの２つの
端部間で反射し、その結果、同位相であり、誘導放射と
同じ方向に移動する更なる光子が生成される。キャビテ
ィの端部は、鏡で吸収または透過される放射の量が、こ
の誘導プロセスによって生成される放射の量以下になる
ように、十分な反射率を有するものでなければならな
い。従来技術のレーザは、多量の入射放射をキャビティ
内に反射し少量をレーザ・ビームとして透過させる部分
反射キャビティ鏡を構成中に含む。いくつかの誘電体層
を備える部分反射鏡は、製造費が比較的高価である。部
分反射鏡はまた、高出力応用例では損傷を受けやすい。
レーザ装置の一例は、1974年に米国マサチューセッツ
州のAddison−Wesley Publishing Company Incが発行し
たE.HechtおよびA.Zajac著“Optics"の486ページに記載
されたHe:Neガス充填レーザである。
州のAddison−Wesley Publishing Company Incが発行し
たE.HechtおよびA.Zajac著“Optics"の486ページに記載
されたHe:Neガス充填レーザである。
本発明は、導波手段と、共鳴キャビティを画定するよ
うに構成された第１および第２の反射手段とを含み、導
波手段が、第１の放射手段で放射強度マキシマ（radiat
ion inteusity maxima）を画定し、第２の反射手段で少
なくとも過渡的に強度マキシマを画定し、第１および第
２の反射手段から分離された出力で少なくとも過渡的に
強度マキシマを画定するように構成されたレーザ装置を
提供するものである。
うに構成された第１および第２の反射手段とを含み、導
波手段が、第１の放射手段で放射強度マキシマ（radiat
ion inteusity maxima）を画定し、第２の反射手段で少
なくとも過渡的に強度マキシマを画定し、第１および第
２の反射手段から分離された出力で少なくとも過渡的に
強度マキシマを画定するように構成されたレーザ装置を
提供するものである。
本発明は、部分反射出力鏡を必要としないという利点
を提供する。そのような鏡は、出力損傷を受けやすい。
これは特に、高出力二酸化炭素レーザでそうである。
を提供する。そのような鏡は、出力損傷を受けやすい。
これは特に、高出力二酸化炭素レーザでそうである。
レーザとして構成されたマルチモード伝搬ウェーブガ
イドを使用することは、PCT出願WO92/11550号に記載さ
れている。この出願は、部分反射鏡を備えるレーザを記
載している。PCT特許出願WO92/11554号は、マルチモー
ドウェーブガイドを強度分割装置として使用することを
記載している。
イドを使用することは、PCT出願WO92/11550号に記載さ
れている。この出願は、部分反射鏡を備えるレーザを記
載している。PCT特許出願WO92/11554号は、マルチモー
ドウェーブガイドを強度分割装置として使用することを
記載している。
本発明のレーザ装置は、第１の端部で２本の結合ウェ
ーブガイドに接続されたマルチモード・ビームスプリッ
タウェーブガイドを有することができ、このうちの一方
の結合ウェーブガイドは、反射結合ウェーブガイドであ
り、他方は出力結合ウェーブガイドである。放射結合ウ
ェーブガイドは、完全反射鏡で終わる。ビームスプリッ
タの第２の端部に反射手段が構成される。
ーブガイドに接続されたマルチモード・ビームスプリッ
タウェーブガイドを有することができ、このうちの一方
の結合ウェーブガイドは、反射結合ウェーブガイドであ
り、他方は出力結合ウェーブガイドである。放射結合ウ
ェーブガイドは、完全反射鏡で終わる。ビームスプリッ
タの第２の端部に反射手段が構成される。
この装置は、結合ウェーブガイドに結合された放射の
約85％が放射結合ウェーブガイドに結合され、残りの15
％が出力結合ウェーブガイドに結合されるように構成す
ることができる。
約85％が放射結合ウェーブガイドに結合され、残りの15
％が出力結合ウェーブガイドに結合されるように構成す
ることができる。
ビームスプリッタウェーブガイドの第２の端部にある
反射手段は、変調ウェーブガイドを含むことができる。
変調ウェーブガイドは、反射手段によって反射された放
射の位相制御を行うように構成することができる。変調
ウェーブガイド内に電気光学位相変調器を構成すること
ができる。このような位相変調器は、熱効果のための装
置の寸法の変化を補正するように構成することができ、
放射強度マキシマを結合ウェーブガイド間で切り換える
ことによって装置をＱスイッチ・モードで操作するよう
に構成することもできる。Ｑスイッチ・レーザ装置とし
て操作することによって、高強度パルス出力を生成する
ことができるという利点が与えられる。レーザ装置の出
力の強度は、位相変調器を制御することによって制御す
ることができる。
反射手段は、変調ウェーブガイドを含むことができる。
変調ウェーブガイドは、反射手段によって反射された放
射の位相制御を行うように構成することができる。変調
ウェーブガイド内に電気光学位相変調器を構成すること
ができる。このような位相変調器は、熱効果のための装
置の寸法の変化を補正するように構成することができ、
放射強度マキシマを結合ウェーブガイド間で切り換える
ことによって装置をＱスイッチ・モードで操作するよう
に構成することもできる。Ｑスイッチ・レーザ装置とし
て操作することによって、高強度パルス出力を生成する
ことができるという利点が与えられる。レーザ装置の出
力の強度は、位相変調器を制御することによって制御す
ることができる。
ビームスプリッタウェーブガイドの第２の端部にある
反射手段は、平坦な鏡でよく、２本の結合ウェーブガイ
ドに結合される放射強度マキシマは、等しい強度のもの
でよい。
反射手段は、平坦な鏡でよく、２本の結合ウェーブガイ
ドに結合される放射強度マキシマは、等しい強度のもの
でよい。
このレーザ装置は、中空のウェーブガイドを含むガス
・レーザでよい。ガスは、RF電極によってエネルギーが
媒体自体に結合される利得媒体を提供する。このレーザ
装置は、利得媒体として働く半導体材料系のリッジウェ
ーブガイドで形成することもできる。媒体は、装置中を
流れる電流によって励起することができる。
・レーザでよい。ガスは、RF電極によってエネルギーが
媒体自体に結合される利得媒体を提供する。このレーザ
装置は、利得媒体として働く半導体材料系のリッジウェ
ーブガイドで形成することもできる。媒体は、装置中を
流れる電流によって励起することができる。
このレーザ装置は、ビームスプリッタウェーブガイド
の両端部に出力結合ウェーブガイドを有することができ
る。これらの出力結合ウェーブガイドから放出される放
射出力ビームは、強度が等しく、相互の位相関係が一定
のものでよい。
の両端部に出力結合ウェーブガイドを有することができ
る。これらの出力結合ウェーブガイドから放出される放
射出力ビームは、強度が等しく、相互の位相関係が一定
のものでよい。
本発明をより完全に理解できるようにするために、次
に、本発明の実施例を添付の図面に関して一例としての
み説明する。
に、本発明の実施例を添付の図面に関して一例としての
み説明する。
第１図は、本発明のレーザ装置の横断面平面図であ
る。
る。
第２図は、第１図の線II−IIに沿った縦断面図であ
る。
る。
第３図は、第１図の線III−IIIに沿った縦断面図であ
る。
る。
第４図は、第１図のマルチモードウェーブガイドと同
じ断面のマルチモードウェーブガイドに沿った電界強度
分布を示す一群のグラフを示す図である。
じ断面のマルチモードウェーブガイドに沿った電界強度
分布を示す一群のグラフを示す図である。
第５図は、密封キャビティを備える本発明のレーザ装
置を示す図である。
置を示す図である。
第６図は、制御可能な位相変調器ウェーブガイドを備
える本発明のレーザ装置の断面図である。
える本発明のレーザ装置の断面図である。
第７図は、リッジウェーブガイドで形成された本発明
のレーザ装置の概略図である。
のレーザ装置の概略図である。
第８図は、第７図のVIII−VIIIに沿った縦断面図であ
る。
る。
第９図は、第７図のIX−IXに沿った縦断面図である。
第10図は、レーザ放射強度を２本の結合ウェーブガイ
ドのそれぞれと同様に結合するように構成された本発明
のレーザ装置の横断面平面図である。
ドのそれぞれと同様に結合するように構成された本発明
のレーザ装置の横断面平面図である。
第11図は、Ｑスイッチ操作向けに構成された本発明の
レーザ装置の横断面平面図である。
レーザ装置の横断面平面図である。
第12図は、２本の出力結合ウェーブガイドを備える本
発明のレーザ装置の横断面平面図である。
発明のレーザ装置の横断面平面図である。
第１図、第２図、第３図を参照すると、全体的に10で
示した本発明のレーザ装置の断面図が示されている。第
１図は、レーザ装置10の横断面図である。第２図および
第３図にはそれぞれ、第１図中の線II−IIおよびIII−I
II上の縦断面が示されている。
示した本発明のレーザ装置の断面図が示されている。第
１図は、レーザ装置10の横断面図である。第２図および
第３図にはそれぞれ、第１図中の線II−IIおよびIII−I
II上の縦断面が示されている。
レーザ装置10は、２枚のアルミナ、すなわち、ベース
・シート12とカバー・シート14を備える。シート12およ
び14は、表面が平面であり、互いに平行である。第２図
および第３図で、カバー・シート14とベース・シート12
の間の界面の位置は、破線16で示されている。
・シート12とカバー・シート14を備える。シート12およ
び14は、表面が平面であり、互いに平行である。第２図
および第３図で、カバー・シート14とベース・シート12
の間の界面の位置は、破線16で示されている。
ベース・シート12は、出力結合ウェーブガイド22と反
射結合ウェーブガイド24とを含むビームスプリッタウェ
ーブガイド20を形成するように１枚の固体アルミナから
フライス削りによって形成される。ウェーブガイド20、
22、24は、シート12をフライス削りすることによって形
成された平坦な表面で画定される側壁と下壁（図示せ
ず）とを有する。これらのウェーブガイドは、カバー・
シート14の下部表面14aによって与えられる上壁を有す
る。
射結合ウェーブガイド24とを含むビームスプリッタウェ
ーブガイド20を形成するように１枚の固体アルミナから
フライス削りによって形成される。ウェーブガイド20、
22、24は、シート12をフライス削りすることによって形
成された平坦な表面で画定される側壁と下壁（図示せ
ず）とを有する。これらのウェーブガイドは、カバー・
シート14の下部表面14aによって与えられる上壁を有す
る。
装置10は、高反射率銅製の再帰反射鏡26および27を備
える。鏡26は、３つの反射領域26a、26b、26cを画定す
る段形状を有する。
える。鏡26は、３つの反射領域26a、26b、26cを画定す
る段形状を有する。
無線周波数電極29は、ウェーブガイド内の利得媒体に
エネルギーを容量結合するためにビームスプリッタウェ
ーブガイド20の上方および下方に位置決めされる。
エネルギーを容量結合するためにビームスプリッタウェ
ーブガイド20の上方および下方に位置決めされる。
ビームスプリッタウェーブガイド20は、スケール30で
示した長さＬ、幅2b、高さ2aの矩形断面のものである。
ここで、Ｌ、ａ、ｂは、本発明のそれぞれの異なる実施
例ごとに異なるパラメータである。装置10では、ｂ＝6a
である。結合ウェーブガイド22および24は、辺2aの正方
形断面のものである。ビームスプリッタウェーブガイド
20の長さＬは、次式によって与えられる。
示した長さＬ、幅2b、高さ2aの矩形断面のものである。
ここで、Ｌ、ａ、ｂは、本発明のそれぞれの異なる実施
例ごとに異なるパラメータである。装置10では、ｂ＝6a
である。結合ウェーブガイド22および24は、辺2aの正方
形断面のものである。ビームスプリッタウェーブガイド
20の長さＬは、次式によって与えられる。
Ｌ＝2nb2/λ０ （1.1）
上式で、λ０は、装置10の自由空間動作波長であり、
ｎは、ビームスプリッタウェーブガイド20内の媒体の屈
折率である。n/λ０をλ、すなわち、ビームスプリッタ
ウェーブガイド中の伝搬波長に置き換えると、数式（1.
1）は次式のようになる。
ｎは、ビームスプリッタウェーブガイド20内の媒体の屈
折率である。n/λ０をλ、すなわち、ビームスプリッタ
ウェーブガイド中の伝搬波長に置き換えると、数式（1.
1）は次式のようになる。
Ｌ＝2b2/λ （1.2）
装置10で、動作波長λが10.59μｍである場合、2b＝4
mm、2a＝0.67mm、Ｌ＝0.755mmである。2bおよび2aの寸
法は、フライス削りに関連する製造公差とレーザ装置の
出力要件の影響を受けることがある。
mm、2a＝0.67mm、Ｌ＝0.755mmである。2bおよび2aの寸
法は、フライス削りに関連する製造公差とレーザ装置の
出力要件の影響を受けることがある。
ビームスプリッタウェーブガイド20は、破線で示した
中央長手方向軸32を有する。この軸32は、ウェーブガイ
ド20の側壁から距離ｂであり、ウェーブガイドの下壁か
ら距離ａである。結合ウェーブガイド22および24は、軸
32に平行であり、かつ軸32と同一平面に存在するそれぞ
れの中央長手方向軸34および36を有する。軸34および36
は、第１図中の最上スケール30で示したように、ビーム
スプリッタウェーブガイド20の横断面のそれぞれの半分
の中央に位置する。
中央長手方向軸32を有する。この軸32は、ウェーブガイ
ド20の側壁から距離ｂであり、ウェーブガイドの下壁か
ら距離ａである。結合ウェーブガイド22および24は、軸
32に平行であり、かつ軸32と同一平面に存在するそれぞ
れの中央長手方向軸34および36を有する。軸34および36
は、第１図中の最上スケール30で示したように、ビーム
スプリッタウェーブガイド20の横断面のそれぞれの半分
の中央に位置する。
装置10の動作を分析するために、ｙデカルト座標軸お
よびｚデカルト座標軸を38aに示し、ｘ軸およびｙ軸を3
8bに示す。ｚ軸は、装置の長手方向軸32に平行である。
ｘ軸とｙ軸はそれぞれ、横垂直および横水平である。長
手方向軸32は、ｘ＝０とｙ＝０とを含む。ｚの値は、鎖
線40で示した、結合ウェーブガイド22および24がビーム
スプリッタウェーブガイド20に組み合わされる平面では
零である。
よびｚデカルト座標軸を38aに示し、ｘ軸およびｙ軸を3
8bに示す。ｚ軸は、装置の長手方向軸32に平行である。
ｘ軸とｙ軸はそれぞれ、横垂直および横水平である。長
手方向軸32は、ｘ＝０とｙ＝０とを含む。ｚの値は、鎖
線40で示した、結合ウェーブガイド22および24がビーム
スプリッタウェーブガイド20に組み合わされる平面では
零である。
装置10は、真空排気され、制御される量の周知の組成
のCO2レーザ・ガスを裏込めされた真空チャンバ（図示
せず）内に含まれる。このガスは、ビームスプリッタウ
ェーブガイド20内の利得媒体として働く。真空チャンバ
は、装置によって生成される放射の波長では透過的であ
り、レーザ装置からの放射を透過する窓（図示せず）を
含む。真空チャンバは、RF電極29を電源（図示せず）に
接続する電気フィードスルー（図示せず）も含む。
のCO2レーザ・ガスを裏込めされた真空チャンバ（図示
せず）内に含まれる。このガスは、ビームスプリッタウ
ェーブガイド20内の利得媒体として働く。真空チャンバ
は、装置によって生成される放射の波長では透過的であ
り、レーザ装置からの放射を透過する窓（図示せず）を
含む。真空チャンバは、RF電極29を電源（図示せず）に
接続する電気フィードスルー（図示せず）も含む。
次に、一般的な矩形ウェーブガイドの理論伝搬特性を
分析する。このウェーブガイドが、高さ2a、幅2bであ
り、複素誘電率を有する均一な誘電体材料の壁によって
境界付けられると仮定する。また、この壁が、非常に反
射率が高く、伝搬ウェーブガイドモードをそれほど減衰
しないと仮定する。このウェーブガイドは、それぞれｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸に平行な高さ寸法と、幅寸法と、長さ寸
法とを有する。このウェーブガイドは、EHmnの種類の正
規化直線偏光モードを有する。点（x,y,z）での第mn番
モードEHmnの電界寄与率Emn（x,y,z）は、Laakmann等に
よってAppl.Opt.第15巻,1976年５月５日号,1334ページ
ないし1340ページで下記のように計算されている。
分析する。このウェーブガイドが、高さ2a、幅2bであ
り、複素誘電率を有する均一な誘電体材料の壁によって
境界付けられると仮定する。また、この壁が、非常に反
射率が高く、伝搬ウェーブガイドモードをそれほど減衰
しないと仮定する。このウェーブガイドは、それぞれｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸に平行な高さ寸法と、幅寸法と、長さ寸
法とを有する。このウェーブガイドは、EHmnの種類の正
規化直線偏光モードを有する。点（x,y,z）での第mn番
モードEHmnの電界寄与率Emn（x,y,z）は、Laakmann等に
よってAppl.Opt.第15巻,1976年５月５日号,1334ページ
ないし1340ページで下記のように計算されている。
上式で、
ｍは、ｘ軸に沿った電界依存性に関係するモード番号
である。
である。
ｎは、ｙ軸に沿った電界依存性に関係するモード番号
である。
である。
ｚは、ｚ軸に沿った距離である。
γmn＝（αmn＋ｉβmn）は、mn番目のモードの伝搬定
数である。βmnおよびαmnはそれぞれ、第mn番モードの
位相係数および減衰係数であり、 “cos"above“sin"は、前者が奇数モード番号（必要
に応じてｍまたはｎ）に適用され、後者が偶数モード番
号に適用されることを示す。
数である。βmnおよびαmnはそれぞれ、第mn番モードの
位相係数および減衰係数であり、 “cos"above“sin"は、前者が奇数モード番号（必要
に応じてｍまたはｎ）に適用され、後者が偶数モード番
号に適用されることを示す。
近似を良好なものにするために、位相係数βmnは次式
によって与えられる。
によって与えられる。
数式（3.1）中の括弧中の負の項が、１よりも小さ
く、すなわち、λ/aおよびλ/bが＜１であり、ｍおよび
ｎがロー・オーダー・モードである場合（これは実際に
満たされる）、二項定理を使用して数式（3.1）を次式
のように書き直すことができる。
く、すなわち、λ/aおよびλ/bが＜１であり、ｍおよび
ｎがロー・オーダー・モードである場合（これは実際に
満たされる）、二項定理を使用して数式（3.1）を次式
のように書き直すことができる。
上式で、ａ、ｂ、ｍ、ｎは、前に定義したとおりのも
のであり、λは、ウェーブガイド中で伝搬する放射の波
長である。
のであり、λは、ウェーブガイド中で伝搬する放射の波
長である。
数式（２）は、矩形ウェーブガイドのすべての直線偏
光モードから得ることができる電界寄与率を示すもので
ある。これは、各モードの電界寄与率がウェーブガイド
の側壁、すなわち、ｙ＝±ｂでは零であることに基づい
て算出される。このことは、反射壁を有するウェーブガ
イドの場合に満たされる。すべての矩形ウェーブガイド
モードが所与の入力によって励起されるわけではない。
入力を与えるように選択された正方形断面ウェーブガイ
ドは、基本オーダー・モードまたは最低オーダー・モー
ドEH11の形の励起を供給する。これは、矩形断面ウェー
ブガイドの様々なEHmnモードに結合される。したがっ
て、入力EH11モードは、それぞれの複素増倍係数Amnを
有するEHmnモードの線形組合せとして分解される。この
ことは、次式によって表される。
光モードから得ることができる電界寄与率を示すもので
ある。これは、各モードの電界寄与率がウェーブガイド
の側壁、すなわち、ｙ＝±ｂでは零であることに基づい
て算出される。このことは、反射壁を有するウェーブガ
イドの場合に満たされる。すべての矩形ウェーブガイド
モードが所与の入力によって励起されるわけではない。
入力を与えるように選択された正方形断面ウェーブガイ
ドは、基本オーダー・モードまたは最低オーダー・モー
ドEH11の形の励起を供給する。これは、矩形断面ウェー
ブガイドの様々なEHmnモードに結合される。したがっ
て、入力EH11モードは、それぞれの複素増倍係数Amnを
有するEHmnモードの線形組合せとして分解される。この
ことは、次式によって表される。
EH11＝ΣAmn・EHmn （４）
基本的に、Amn振幅結合係数は、関連する入力ウェー
ブガイドが矩形ウェーブガイドに組み合わされる入力ア
パーチャでの電界を表すフーリエ級数の係数である。EH
mnモードは、相互に直交し、したがって、係数Amnは、
次式の形の重なりの積分から算出することができる。
ブガイドが矩形ウェーブガイドに組み合わされる入力ア
パーチャでの電界を表すフーリエ級数の係数である。EH
mnモードは、相互に直交し、したがって、係数Amnは、
次式の形の重なりの積分から算出することができる。
次に第４図を参照すると、基準ウェーブガイド（図示
せず）を横切る、軸42aで示した位置ｙの関数としての
電界強度Ｉの、全体的に41で示した一群のグラフが示さ
れている。基準ウェーブガイドは、長さが2Lであること
を除いてウェーブガイド20に類似している。基準ウェー
ブガイドは、高さ2a、幅2bである、第３図に示したウェ
ーブガイド20の断面と同じ断面を有し、ウェーブガイド
20の長さ、高さ、幅に対して同じｘ軸配向、ｙ軸配向、
ｚ軸配向を有する。第４図のグラフは、スケール42bで
示したようにｚの増分値で算出される。基本モードで動
作するものとみなされる一辺2aの正方形入力ウェーブガ
イド（図示せず）は、ｙ＝−b/2を中心としｙ＝−b/2＋
ａを境界とする入力43を提供する。入力43では、励起す
べき基準ウェーブガイドの対称モードおよび非対称モー
ドが可能になる。
せず）を横切る、軸42aで示した位置ｙの関数としての
電界強度Ｉの、全体的に41で示した一群のグラフが示さ
れている。基準ウェーブガイドは、長さが2Lであること
を除いてウェーブガイド20に類似している。基準ウェー
ブガイドは、高さ2a、幅2bである、第３図に示したウェ
ーブガイド20の断面と同じ断面を有し、ウェーブガイド
20の長さ、高さ、幅に対して同じｘ軸配向、ｙ軸配向、
ｚ軸配向を有する。第４図のグラフは、スケール42bで
示したようにｚの増分値で算出される。基本モードで動
作するものとみなされる一辺2aの正方形入力ウェーブガ
イド（図示せず）は、ｙ＝−b/2を中心としｙ＝−b/2＋
ａを境界とする入力43を提供する。入力43では、励起す
べき基準ウェーブガイドの対称モードおよび非対称モー
ドが可能になる。
ｚ＝Ｌおよびｚ＝2Lでの位置の関数としての電界強度
をそれぞれ、線44および45で示す。線44は、電界強度が
ｚ＝Ｌで、３つのマキシマ46a、46b、46cを有すること
を示す。これらのマキシマの相対位相差はそれぞれ、＋
13pi/8ラジアン、０ラジアン、＋5pi/8ラジアンであ
る。線45で示したｚ＝2Lでは、電界強度は、ｙ＝±b/2
を中心として２つのマキシマ48aおよび48bを有する。強
度マキシマ48aは、ｙ＝＋b/2で入力43の約85％の強度を
有し、ｙ＝−b/2で入力43の約15％の強度を有する。マ
キシマ48aおよび48bの相対位相はそれぞれ、piラジアン
および０ラジアンである。
をそれぞれ、線44および45で示す。線44は、電界強度が
ｚ＝Ｌで、３つのマキシマ46a、46b、46cを有すること
を示す。これらのマキシマの相対位相差はそれぞれ、＋
13pi/8ラジアン、０ラジアン、＋5pi/8ラジアンであ
る。線45で示したｚ＝2Lでは、電界強度は、ｙ＝±b/2
を中心として２つのマキシマ48aおよび48bを有する。強
度マキシマ48aは、ｙ＝＋b/2で入力43の約85％の強度を
有し、ｙ＝−b/2で入力43の約15％の強度を有する。マ
キシマ48aおよび48bの相対位相はそれぞれ、piラジアン
および０ラジアンである。
再び第１図を参照すると、ビームスプリッタウェーブ
ガイド20は、前記で基準ウェーブガイドに関して説明し
た長さに等しい長さＬを有する。ウェーブガイド20の末
端にある鏡26は、ウェーブガイド20の光学特性を基準ウ
ェーブガイドの光学特性に等しくする効果を有する。軸
32に直交する平面鏡で鏡26を置き換える場合、放射結合
ウェーブガイド24から放出された放射は、マキシマ46
a、46b、46cに対応する鏡での放射強度マキシマに分割
される。これらのマキシマは反射され、放射は、放射強
度の85％が出力ウェーブガイド22に結合され、15％が反
射ウェーブガイド24に結合されるように分割される。鏡
26は、段形状を有する。鏡26の段形状は、領域26bおよ
び26cから反射した放射ではなく領域26aから反射した放
射の相対移相を導入する効果を有する。これは、これら
の領域から反射した放射の経路長の差によるものであ
る。この経路長の差は、動作波長での放射の波長の半分
に等しい。この経路差によって、領域26aから反射した
放射と26bおよび26cから反射した放射の間の、piラジア
ンの相対位相変化がもたらされる。鏡26の段形状を用い
た場合、結合ウェーブガイドに結合された放射の85％
は、反射結合ウェーブガイドに結合され、前記放射の15
％は、出力結合ウェーブガイドに結合される。
ガイド20は、前記で基準ウェーブガイドに関して説明し
た長さに等しい長さＬを有する。ウェーブガイド20の末
端にある鏡26は、ウェーブガイド20の光学特性を基準ウ
ェーブガイドの光学特性に等しくする効果を有する。軸
32に直交する平面鏡で鏡26を置き換える場合、放射結合
ウェーブガイド24から放出された放射は、マキシマ46
a、46b、46cに対応する鏡での放射強度マキシマに分割
される。これらのマキシマは反射され、放射は、放射強
度の85％が出力ウェーブガイド22に結合され、15％が反
射ウェーブガイド24に結合されるように分割される。鏡
26は、段形状を有する。鏡26の段形状は、領域26bおよ
び26cから反射した放射ではなく領域26aから反射した放
射の相対移相を導入する効果を有する。これは、これら
の領域から反射した放射の経路長の差によるものであ
る。この経路長の差は、動作波長での放射の波長の半分
に等しい。この経路差によって、領域26aから反射した
放射と26bおよび26cから反射した放射の間の、piラジア
ンの相対位相変化がもたらされる。鏡26の段形状を用い
た場合、結合ウェーブガイドに結合された放射の85％
は、反射結合ウェーブガイドに結合され、前記放射の15
％は、出力結合ウェーブガイドに結合される。
鏡26の反射領域26bおよび26はそれぞれ、マキシマ46a
および46cに対応する放射を反射するように構成され
る。領域26および26cは、これらの領域から反射した光
の光路長が、中央領域26aから反射した放射の経路長よ
りもλ/2だけ長くなるように構成される。中央領域26a
は、マキシマ46bに等しい強度マキシマの位置に対応
し、幅が4aである。中央領域26aは、領域26bおよび26c
からλ/4、あるいは10.59μｍで動作するCO2レーザ装置
では2.65μｍに等しい長さだけ突き出る。鏡26は、周知
の「リフトオフ」プロセスによって製造することができ
る。銅製基板を研磨して光学的に平坦で平滑な表面を与
える。領域26bおよび26cを光学リソグラフィ・プロセス
によって画定し、前記領域をフォトレジストで被覆す
る。次いで、領域26aおよびフォトレジストを厚さ2.65
μｍの高反射率金属で被覆するために真空チャンバ中で
基板上に銅を蒸着させる。次いで、適当な溶剤を使用し
てフォトレジストを溶解する。レジスト上に蒸着させた
金属が分離され、領域26aが領域26bおよび26cから2.65
μｍだけ突き出した状態で残る。
および46cに対応する放射を反射するように構成され
る。領域26および26cは、これらの領域から反射した光
の光路長が、中央領域26aから反射した放射の経路長よ
りもλ/2だけ長くなるように構成される。中央領域26a
は、マキシマ46bに等しい強度マキシマの位置に対応
し、幅が4aである。中央領域26aは、領域26bおよび26c
からλ/4、あるいは10.59μｍで動作するCO2レーザ装置
では2.65μｍに等しい長さだけ突き出る。鏡26は、周知
の「リフトオフ」プロセスによって製造することができ
る。銅製基板を研磨して光学的に平坦で平滑な表面を与
える。領域26bおよび26cを光学リソグラフィ・プロセス
によって画定し、前記領域をフォトレジストで被覆す
る。次いで、領域26aおよびフォトレジストを厚さ2.65
μｍの高反射率金属で被覆するために真空チャンバ中で
基板上に銅を蒸着させる。次いで、適当な溶剤を使用し
てフォトレジストを溶解する。レジスト上に蒸着させた
金属が分離され、領域26aが領域26bおよび26cから2.65
μｍだけ突き出した状態で残る。
次に、レーザ装置10の動作について説明する。真空チ
ャンバを排気し、利得媒体として働く比16:8:4:1の従来
型のCO2レーザ・ガス混合物He/CO2/N2/Xeを圧力約12KPa
で充填する。次いで、電極29を横切ってRF電位差を印加
する。この電位差は、エネルギーを利得媒体に結合し、
そのため、N2分子が活動状態になり、次いで、このエネ
ルギーは、衝突を介してCO2分子に移る。電極29に送ら
れる出力は、装置10の形状および必要な放射強度に依存
する。CO2レーザの当業者は、実験によって必要な出力
を求める。
ャンバを排気し、利得媒体として働く比16:8:4:1の従来
型のCO2レーザ・ガス混合物He/CO2/N2/Xeを圧力約12KPa
で充填する。次いで、電極29を横切ってRF電位差を印加
する。この電位差は、エネルギーを利得媒体に結合し、
そのため、N2分子が活動状態になり、次いで、このエネ
ルギーは、衝突を介してCO2分子に移る。電極29に送ら
れる出力は、装置10の形状および必要な放射強度に依存
する。CO2レーザの当業者は、実験によって必要な出力
を求める。
電磁放射は、活動CO2分子を自発的に低エネルギー状
態に緩和させることによって生成される。この自発緩和
によってウェーブガイド24からウェーブガイド20に進入
する基本モード電界が生成されると、第４図に示したの
と同様にビームスプリッティング動作が行われる。マキ
シマ48bに対応する放射の約15％が、出力結合ウェーブ
ガイド22に結合され、軸34に沿って出力ビームとして放
出され、マキシマ48aに対応する残りの85％が、ウェー
ブガイド24に沿って進む基本モードとして反射結合ウェ
ーブガイド24に結合される。この「ラウンドトリップ」
時に、次の分子緩和プロセスを誘導することによって放
射の強度を増大させる。ウェーブガイド24に沿って伝わ
る放射は、鏡27によってウェーブガイド24に沿って反射
され、ビームスプリッタウェーブガイド20に進入し、そ
こで、ビームスプリッティング・プロセスおよび増幅プ
ロセスが繰り返される。放射の強度は、損失を無視した
場合、出力ビームとしての出力結合ウェーブガイド中の
エネルギー損失率が、RF電極29によって利得媒体に注入
されるエネルギーに等しくなるまで増加し続ける。鏡27
は、軸32に平行に移動できるように調整することができ
る。この移動によって、反射結合ウェーブガイド24の長
さが変化し、装置10を共鳴キャビティを形成するように
調整することができる。
態に緩和させることによって生成される。この自発緩和
によってウェーブガイド24からウェーブガイド20に進入
する基本モード電界が生成されると、第４図に示したの
と同様にビームスプリッティング動作が行われる。マキ
シマ48bに対応する放射の約15％が、出力結合ウェーブ
ガイド22に結合され、軸34に沿って出力ビームとして放
出され、マキシマ48aに対応する残りの85％が、ウェー
ブガイド24に沿って進む基本モードとして反射結合ウェ
ーブガイド24に結合される。この「ラウンドトリップ」
時に、次の分子緩和プロセスを誘導することによって放
射の強度を増大させる。ウェーブガイド24に沿って伝わ
る放射は、鏡27によってウェーブガイド24に沿って反射
され、ビームスプリッタウェーブガイド20に進入し、そ
こで、ビームスプリッティング・プロセスおよび増幅プ
ロセスが繰り返される。放射の強度は、損失を無視した
場合、出力ビームとしての出力結合ウェーブガイド中の
エネルギー損失率が、RF電極29によって利得媒体に注入
されるエネルギーに等しくなるまで増加し続ける。鏡27
は、軸32に平行に移動できるように調整することができ
る。この移動によって、反射結合ウェーブガイド24の長
さが変化し、装置10を共鳴キャビティを形成するように
調整することができる。
次に、第５図を参照すると、全体的に50で示した密封
キャビティ・レーザ装置として構成された本発明の実施
例の横断面平面図が示されている。装置50は、ビームス
プリッタウェーブガイド54、反射結合ウェーブガイド5
6、出力結合ウェーブガイド58を形成するようにフライ
ス削りによって１枚の固体アルミナから形成されたベー
ス・シート52を有する。ウェーブガイド54、56、58はそ
れぞれ、ウェーブガイド20、24、22と同じ寸法を有す
る。平坦なアルミナ・シートを備えるカバー・シート
（図示せず）をベース・シート52に結合してシート間に
気密シールを形成する。これは、英国特許第2141655B号
に記載された方法を使用することによって行われる。鏡
26に類似の段鏡60および鏡27に類似の平面鏡62も装置50
に結合して気密シールを形成する。これは、表面メタラ
イゼーション・ロウ付けプロセスまたは装着によって行
うことができる。出力結合ウェーブガイド58の一端に
は、装置50との気密シールを形成するためにガス・ポン
ピング・ステム64が取り付けられる。このポンピング・
ステム64には、装置50の動作波長では透過的な窓66と、
装置を真空排気し、前述のCO2レーザ・ガス混合物を導
入する吐出管68が組み込まれる。窓66は、放射を透過さ
せるのに適当な角度で配向させた、窓自体の平面に電界
成分を含むブルースター窓でよい。RF電極（図示せず）
は、レーザ・ガスを容量励起するように構成される。
キャビティ・レーザ装置として構成された本発明の実施
例の横断面平面図が示されている。装置50は、ビームス
プリッタウェーブガイド54、反射結合ウェーブガイド5
6、出力結合ウェーブガイド58を形成するようにフライ
ス削りによって１枚の固体アルミナから形成されたベー
ス・シート52を有する。ウェーブガイド54、56、58はそ
れぞれ、ウェーブガイド20、24、22と同じ寸法を有す
る。平坦なアルミナ・シートを備えるカバー・シート
（図示せず）をベース・シート52に結合してシート間に
気密シールを形成する。これは、英国特許第2141655B号
に記載された方法を使用することによって行われる。鏡
26に類似の段鏡60および鏡27に類似の平面鏡62も装置50
に結合して気密シールを形成する。これは、表面メタラ
イゼーション・ロウ付けプロセスまたは装着によって行
うことができる。出力結合ウェーブガイド58の一端に
は、装置50との気密シールを形成するためにガス・ポン
ピング・ステム64が取り付けられる。このポンピング・
ステム64には、装置50の動作波長では透過的な窓66と、
装置を真空排気し、前述のCO2レーザ・ガス混合物を導
入する吐出管68が組み込まれる。窓66は、放射を透過さ
せるのに適当な角度で配向させた、窓自体の平面に電界
成分を含むブルースター窓でよい。RF電極（図示せず）
は、レーザ・ガスを容量励起するように構成される。
第６図は、全体的に70で示した、電気光学位相変調器
を備える本発明のレーザ装置の実施例の横断面図を示
す。装置70は、装置10のウェーブガイドと同様に形成さ
れたビームスプリッタウェーブガイド72と出力結合ウェ
ーブガイド74と反射結合ウェーブガイド76とを備える。
再帰反射鏡78は、ウェーブガイド76の末端に存在する。
装置70は、３本の変調ウェーブガイド82a、82b、82cも
備える。変調ウェーブガイド82aないし82cはそれぞれ、
辺2aの正方形断面ウェーブガイドと再帰反射鏡84aない
し84cを備える。装置10では、放射が、結合ウェーブガ
イド22および24とは逆のウェーブガイド20の端部にある
鏡26で反射されるが、装置70では、放射が、変調ウェー
ブガイド82aないし82cに結合され、鏡84aないし84cで反
射される。各変調ウェーブガイドは、光路長が変調器自
体を横切る電界を印加することによって制御される電気
光学位相変調器86aないし86cを備える。各変調器86aな
いし86cの光路長を変化させることによって、ビームス
プリッタウェーブガイド72に結合される反射放射の位相
が制御される。
を備える本発明のレーザ装置の実施例の横断面図を示
す。装置70は、装置10のウェーブガイドと同様に形成さ
れたビームスプリッタウェーブガイド72と出力結合ウェ
ーブガイド74と反射結合ウェーブガイド76とを備える。
再帰反射鏡78は、ウェーブガイド76の末端に存在する。
装置70は、３本の変調ウェーブガイド82a、82b、82cも
備える。変調ウェーブガイド82aないし82cはそれぞれ、
辺2aの正方形断面ウェーブガイドと再帰反射鏡84aない
し84cを備える。装置10では、放射が、結合ウェーブガ
イド22および24とは逆のウェーブガイド20の端部にある
鏡26で反射されるが、装置70では、放射が、変調ウェー
ブガイド82aないし82cに結合され、鏡84aないし84cで反
射される。各変調ウェーブガイドは、光路長が変調器自
体を横切る電界を印加することによって制御される電気
光学位相変調器86aないし86cを備える。各変調器86aな
いし86cの光路長を変化させることによって、ビームス
プリッタウェーブガイド72に結合される反射放射の位相
が制御される。
電気光学位相変調器86は、ニオブ酸リチウムで製であ
り、電極（図示せず）が取り付けられる。位相変調器
は、二水素リン酸、二水素リン酸カリウム、チタン酸バ
リウムを含む他の電気光学材料製のものでよい。
り、電極（図示せず）が取り付けられる。位相変調器
は、二水素リン酸、二水素リン酸カリウム、チタン酸バ
リウムを含む他の電気光学材料製のものでよい。
変調ウェーブガイド82内に位相変調器86を組み込むの
ではなく、変調ウェーブガイドの長さ自体を制御するこ
ともできる。これは、圧電マニピュレータ（図示せず）
上に鏡84を取り付けることによって行うことができる。
変調ウェーブガイド82の長さはそれぞれ、それぞれの各
圧電マニピュレータを横切って電位差を印加することに
よって制御される。
ではなく、変調ウェーブガイドの長さ自体を制御するこ
ともできる。これは、圧電マニピュレータ（図示せず）
上に鏡84を取り付けることによって行うことができる。
変調ウェーブガイド82の長さはそれぞれ、それぞれの各
圧電マニピュレータを横切って電位差を印加することに
よって制御される。
変調ウェーブガイド82の光路長の電子制御を使用し
て、変調ウェーブガイドから結合された放射の位相を
「トリム」し、したがって、熱膨張のための装置70の寸
法変化を防止することができる。レーザ装置70の出力強
度を制御するには、反射結合ウェーブガイド76および出
力結合ウェーブガイド74に、より非効率的に反射を結合
するように変調ウェーブガイド82の光路長を調整する。
この電子制御を使用して、装置70を「Ｑスイッチ」する
こともできる。Ｑスイッチ操作モードでは、変調ウェー
ブガイド82の光路長を故意に、装置70がレーザとして働
くのを妨げるように設定する。３本の変調ウェーブガイ
ドから結合された放射間の相対位相変化がなくなるよう
に、３本の位相変調器86との電気接点（図示せず）をア
ースに接続する。次いで、装置70は、「ロシー」状態に
なり、したがって、高密度の準安定活動状態CO2分子が
生成される。次いで、相対位相変化がレーザ放出動作に
必要な変化になるように、それぞれの電界を印加するこ
とによって、ウェーブガイド82aないし82c中の位相変調
器86aないし86cを調整する。ウェーブガイド82aないし8
2cから結合される放射の位相は、ウェーブガイド82bか
ら結合される放射の位相に対してpiラジアンだけ遅延す
る。次いで、高密度の活動状態分子のために、出力結合
ウェーブガイド74から放射バーストが放出される。この
放射は、位相変調器を横切るそれぞれの電界が維持され
る場合、しだいに減衰して定常状態に至る。装置70がレ
ーザ放出を開始するときに位相変調器86aないし86cとの
電気接点をアースに再接続した場合、装置70内の光の85
％が出力結合ウェーブガイド74に結合され、装置は、
「キャビティ・ダンプ」を受け、そのため、強い放射バ
ーストがもたらされ、その強度は迅速に零近くまで低下
する。このプロセスを繰り返してパルス出力を与えるこ
とができる。
て、変調ウェーブガイドから結合された放射の位相を
「トリム」し、したがって、熱膨張のための装置70の寸
法変化を防止することができる。レーザ装置70の出力強
度を制御するには、反射結合ウェーブガイド76および出
力結合ウェーブガイド74に、より非効率的に反射を結合
するように変調ウェーブガイド82の光路長を調整する。
この電子制御を使用して、装置70を「Ｑスイッチ」する
こともできる。Ｑスイッチ操作モードでは、変調ウェー
ブガイド82の光路長を故意に、装置70がレーザとして働
くのを妨げるように設定する。３本の変調ウェーブガイ
ドから結合された放射間の相対位相変化がなくなるよう
に、３本の位相変調器86との電気接点（図示せず）をア
ースに接続する。次いで、装置70は、「ロシー」状態に
なり、したがって、高密度の準安定活動状態CO2分子が
生成される。次いで、相対位相変化がレーザ放出動作に
必要な変化になるように、それぞれの電界を印加するこ
とによって、ウェーブガイド82aないし82c中の位相変調
器86aないし86cを調整する。ウェーブガイド82aないし8
2cから結合される放射の位相は、ウェーブガイド82bか
ら結合される放射の位相に対してpiラジアンだけ遅延す
る。次いで、高密度の活動状態分子のために、出力結合
ウェーブガイド74から放射バーストが放出される。この
放射は、位相変調器を横切るそれぞれの電界が維持され
る場合、しだいに減衰して定常状態に至る。装置70がレ
ーザ放出を開始するときに位相変調器86aないし86cとの
電気接点をアースに再接続した場合、装置70内の光の85
％が出力結合ウェーブガイド74に結合され、装置は、
「キャビティ・ダンプ」を受け、そのため、強い放射バ
ーストがもたらされ、その強度は迅速に零近くまで低下
する。このプロセスを繰り返してパルス出力を与えるこ
とができる。
次に、第７図、第８図、第９図を参照すると、全体的
に90で示した固体レーザ装置の形の本発明の他の実施例
が示されている。第７図は、横断面図であり、第８図お
よび第９図はそれぞれ、第７図中の線VIII−VIIIおよび
IX−IX上の縦断面図である。装置90は、固体ウェーブガ
イドを使用して構築されるという点で前の実施例とは異
なる。装置90は、標準半導体リソグラフィ技法を使用し
て製作される。レーザ装置90は、ｎ−ドープGaAs基板92
を備え、その上に、多層ウェーブガイド構造94が位置す
る。ウェーブガイド構造94は、複数のGa1-xAlxAs系層を
備え、その上に、95で示したメタライゼーション層が位
置する。ｎ−ドープAl0.3Ga0.7Asベース層95aは、厚さ
ｔのAl0.1Ga0.9As活性領域95bで覆われ、前記活性領域
は、ｐ−ドープAl0.3Ga0.7As層95cでドープされる。３
つの層95aないし95cは、pn接合を形成する。この３つの
層の上に、ｐ−ドープGaAs層95dが位置し、最後に金属
層95eが位置する。装置90との電気接続は、金属層95eと
基板92のベース上の金属層95fを介して行われる。
に90で示した固体レーザ装置の形の本発明の他の実施例
が示されている。第７図は、横断面図であり、第８図お
よび第９図はそれぞれ、第７図中の線VIII−VIIIおよび
IX−IX上の縦断面図である。装置90は、固体ウェーブガ
イドを使用して構築されるという点で前の実施例とは異
なる。装置90は、標準半導体リソグラフィ技法を使用し
て製作される。レーザ装置90は、ｎ−ドープGaAs基板92
を備え、その上に、多層ウェーブガイド構造94が位置す
る。ウェーブガイド構造94は、複数のGa1-xAlxAs系層を
備え、その上に、95で示したメタライゼーション層が位
置する。ｎ−ドープAl0.3Ga0.7Asベース層95aは、厚さ
ｔのAl0.1Ga0.9As活性領域95bで覆われ、前記活性領域
は、ｐ−ドープAl0.3Ga0.7As層95cでドープされる。３
つの層95aないし95cは、pn接合を形成する。この３つの
層の上に、ｐ−ドープGaAs層95dが位置し、最後に金属
層95eが位置する。装置90との電気接続は、金属層95eと
基板92のベース上の金属層95fを介して行われる。
第７図を参照すると、装置90は、出力結合ウェーブガ
イド96と、反射結合ウェーブガイド98と、ビームスプリ
ッタウェーブガイド100と、３本の変調ウェーブガイド1
01aないし101cとを備える。放射が生成され、層95b内に
閉じ込められる。したがって、第９図の層95bは、ビー
ムスプリッタウェーブガイド100を形成する。ビームス
プリッタウェーブガイドの厚さはｔであり、装置10の寸
法2aに等しい。結合ウェーブガイド96および98と変調ウ
ェーブガイド101は、第９図に示した構造に類似の層構
造を有するが、金属層は含まない。この層構造によっ
て、層95bに等しい層内にウェーブガイド特性がもたら
される。ウェーブガイド96、98、101の幅はｔに等し
い。ビームスプリッタウェーブガイド100は、長さＬ、
幅2b、高さｔである。長さＬは、数式（1.1）に従い、
屈折率ｎはAl0.1Ga0.9As領域95b中の値に等しく、自由
空間動作波長λ０は0.85μｍである。装置90は、それぞ
れウェーブガイド98、101aないし101cに取り付けられた
再帰反射端鏡102、104aなしい104cを備える。出力結合
ウェーブガイド96は、端部110に塗布された反射防止コ
ーティング108を有する。個別の変調ウェーブガイド101
aないし101cの長さは、リソグラフィ・プロセス中に、
装置10の場合と同様にビームスプリッタウェーブガイド
に結合される放射の相対位相変調が正しいものになるよ
うに制御される。したがって、ウェーブガイド101aおよ
び101cは、ウェーブガイド101bよりもλ/4だけ長い。装
置に電流を通じることによって、エネルギーが装置90に
結合され、電子が励起状態になる。
イド96と、反射結合ウェーブガイド98と、ビームスプリ
ッタウェーブガイド100と、３本の変調ウェーブガイド1
01aないし101cとを備える。放射が生成され、層95b内に
閉じ込められる。したがって、第９図の層95bは、ビー
ムスプリッタウェーブガイド100を形成する。ビームス
プリッタウェーブガイドの厚さはｔであり、装置10の寸
法2aに等しい。結合ウェーブガイド96および98と変調ウ
ェーブガイド101は、第９図に示した構造に類似の層構
造を有するが、金属層は含まない。この層構造によっ
て、層95bに等しい層内にウェーブガイド特性がもたら
される。ウェーブガイド96、98、101の幅はｔに等し
い。ビームスプリッタウェーブガイド100は、長さＬ、
幅2b、高さｔである。長さＬは、数式（1.1）に従い、
屈折率ｎはAl0.1Ga0.9As領域95b中の値に等しく、自由
空間動作波長λ０は0.85μｍである。装置90は、それぞ
れウェーブガイド98、101aないし101cに取り付けられた
再帰反射端鏡102、104aなしい104cを備える。出力結合
ウェーブガイド96は、端部110に塗布された反射防止コ
ーティング108を有する。個別の変調ウェーブガイド101
aないし101cの長さは、リソグラフィ・プロセス中に、
装置10の場合と同様にビームスプリッタウェーブガイド
に結合される放射の相対位相変調が正しいものになるよ
うに制御される。したがって、ウェーブガイド101aおよ
び101cは、ウェーブガイド101bよりもλ/4だけ長い。装
置に電流を通じることによって、エネルギーが装置90に
結合され、電子が励起状態になる。
次に、第10図を参照すると、全体的に120で示され、
装置10と同様に製造された対称的なビームスプリッティ
ングウェーブガイド122を備える本発明のレーザ装置が
横断面形で示されている。装置120は、装置10と同様に
製造されたビームスプリッタウェーブガイド122と出力
結合ウェーブガイド124と反射結合ウェーブガイド126と
を備える。ビームスプリッタウェーブガイド122は、長
さ2L（Ｌは数式（1.2）によって与えられる）、幅2b、
高さ（図示せず）2aである。結合ウェーブガイド124お
よび126は、一辺2aの正方形断面のものである。結合ウ
ェーブガイド124および126は、中央軸127のそれぞれの
側に対称的に位置決めされ、ｂだけ離隔される。装置12
0は、再帰反射鏡128および129も備える。放射ウェーブ
ガイド126から結合された放射は、第４図でマキシマ48a
および48bで示したように、鏡128で２つのマキシマに分
割される。放射は次いで、結合ウェーブガイド124およ
び126の方へ反射される。結合ウェーブガイドで、放射
は２つの等しいマキシマに分割される。放射の50％は反
射結合ウェーブガイド126に結合され、50％は出力結合
ウェーブガイド124に結合される。装置120は、その動作
のための鏡128での放射の位相変調を必要としない。
装置10と同様に製造された対称的なビームスプリッティ
ングウェーブガイド122を備える本発明のレーザ装置が
横断面形で示されている。装置120は、装置10と同様に
製造されたビームスプリッタウェーブガイド122と出力
結合ウェーブガイド124と反射結合ウェーブガイド126と
を備える。ビームスプリッタウェーブガイド122は、長
さ2L（Ｌは数式（1.2）によって与えられる）、幅2b、
高さ（図示せず）2aである。結合ウェーブガイド124お
よび126は、一辺2aの正方形断面のものである。結合ウ
ェーブガイド124および126は、中央軸127のそれぞれの
側に対称的に位置決めされ、ｂだけ離隔される。装置12
0は、再帰反射鏡128および129も備える。放射ウェーブ
ガイド126から結合された放射は、第４図でマキシマ48a
および48bで示したように、鏡128で２つのマキシマに分
割される。放射は次いで、結合ウェーブガイド124およ
び126の方へ反射される。結合ウェーブガイドで、放射
は２つの等しいマキシマに分割される。放射の50％は反
射結合ウェーブガイド126に結合され、50％は出力結合
ウェーブガイド124に結合される。装置120は、その動作
のための鏡128での放射の位相変調を必要としない。
第11図は、全体的に130で示した本発明のＱスイッチ
・レーザ装置を示す。装置130は、装置10と同様に製造
された、出力結合ウェーブガイド132と、完全反射鏡135
で終わる反射結合ウェーブガイド134と、ビームスプリ
ッタウェーブガイド136とを備える。ビームスプリッタ
ウェーブガイド136は、長さ4L（Ｌは数式（1.2）によっ
て与えられる）、幅2b、高さ2a（図示せず）である。結
合ウェーブガイド132および134はそれぞれ、点線で示さ
れ中央軸139から対称的にずれた位置に位置する中央軸1
38aおよび138bを有するように位置決めされる。装置130
は、それぞれ軸138aおよび138bと同軸の中央軸を有する
ように位置決めされた２本の位相変調ウェーブガイド14
0aおよび140bも備える。位相変調ウェーブガイド140aお
よび140bはそれぞれ、完全反射鏡141aおよび141bで終わ
る。ウェーブガイド140bには電気光学位相変調器142が
組み込まれる。位相変調器142は、（pi）電圧と呼ばれ
る、位相変調器142自体を横切る所定の電圧が印加され
た際に、鏡141bから反射されビームスプリッタウェーブ
ガイド136に結合される放射の相対位相を、ウェーブガ
イド140aから結合される放射の位相に対してpiラジアン
だけ遅延させるように構成される。装置130の上方およ
び下方のRF電極（図示せず）は、ウェーブガイド136、1
32、134、140a、140b内の利得媒体にエネルギーを容量
結合する。ウェーブガイド140aがないことがあり、その
場合、鏡141aは、ビームスプリッタウェーブガイド136
に隣接して位置決めされる。ただし、ビームスプリッタ
ウェーブガイドに結合される放射強度マキシマ間の関係
は維持されるものとする。
・レーザ装置を示す。装置130は、装置10と同様に製造
された、出力結合ウェーブガイド132と、完全反射鏡135
で終わる反射結合ウェーブガイド134と、ビームスプリ
ッタウェーブガイド136とを備える。ビームスプリッタ
ウェーブガイド136は、長さ4L（Ｌは数式（1.2）によっ
て与えられる）、幅2b、高さ2a（図示せず）である。結
合ウェーブガイド132および134はそれぞれ、点線で示さ
れ中央軸139から対称的にずれた位置に位置する中央軸1
38aおよび138bを有するように位置決めされる。装置130
は、それぞれ軸138aおよび138bと同軸の中央軸を有する
ように位置決めされた２本の位相変調ウェーブガイド14
0aおよび140bも備える。位相変調ウェーブガイド140aお
よび140bはそれぞれ、完全反射鏡141aおよび141bで終わ
る。ウェーブガイド140bには電気光学位相変調器142が
組み込まれる。位相変調器142は、（pi）電圧と呼ばれ
る、位相変調器142自体を横切る所定の電圧が印加され
た際に、鏡141bから反射されビームスプリッタウェーブ
ガイド136に結合される放射の相対位相を、ウェーブガ
イド140aから結合される放射の位相に対してpiラジアン
だけ遅延させるように構成される。装置130の上方およ
び下方のRF電極（図示せず）は、ウェーブガイド136、1
32、134、140a、140b内の利得媒体にエネルギーを容量
結合する。ウェーブガイド140aがないことがあり、その
場合、鏡141aは、ビームスプリッタウェーブガイド136
に隣接して位置決めされる。ただし、ビームスプリッタ
ウェーブガイドに結合される放射強度マキシマ間の関係
は維持されるものとする。
装置130は、下記のように動作する。（pi）電圧が位
相変調器142に印加され、放射結合ウェーブガイド134か
らのすべての放射が出力結合ウェーブガイド132に結合
され、したがって、誘導放出が効率的に発生できない高
損失キャビティが生成される。RFエネルギーがガス分子
を励起して上部レーザ・レベルにする。次いで、位相変
調器142が接地され、ウェーブガイド132に光を結合する
ことなく装置130内でレーザ放出動作を行うことがで
き、したがって、キャビティ内電界が迅速に増大する。
次いで、（pi）電圧が位相変調器142に再印加され、次
いで、すべての放射が短く強いパルスとしてウェーブガ
イド132に結合される。次いで、このプロセスが繰り返
され、パルス出力が与えられる。出力パルスの強度は、
位相変調器142を横切って印加される電圧を調整するこ
とによって調整することができる。印加された電圧が
（pi）電圧に等しくない場合、ウェーブガイド136内の
ある割合の放射は、出力結合ウェーブガイド132に結合
されず反射結合ウェーブガイド134に結合される。出力
強度と印加電圧の間の関係は、定期的で体系的な測定に
よって判定することができる。装置130は、位相変調器1
42に印加する電圧を制御することによって連続出力モー
ドとパルス出力モードで操作することができる。
相変調器142に印加され、放射結合ウェーブガイド134か
らのすべての放射が出力結合ウェーブガイド132に結合
され、したがって、誘導放出が効率的に発生できない高
損失キャビティが生成される。RFエネルギーがガス分子
を励起して上部レーザ・レベルにする。次いで、位相変
調器142が接地され、ウェーブガイド132に光を結合する
ことなく装置130内でレーザ放出動作を行うことがで
き、したがって、キャビティ内電界が迅速に増大する。
次いで、（pi）電圧が位相変調器142に再印加され、次
いで、すべての放射が短く強いパルスとしてウェーブガ
イド132に結合される。次いで、このプロセスが繰り返
され、パルス出力が与えられる。出力パルスの強度は、
位相変調器142を横切って印加される電圧を調整するこ
とによって調整することができる。印加された電圧が
（pi）電圧に等しくない場合、ウェーブガイド136内の
ある割合の放射は、出力結合ウェーブガイド132に結合
されず反射結合ウェーブガイド134に結合される。出力
強度と印加電圧の間の関係は、定期的で体系的な測定に
よって判定することができる。装置130は、位相変調器1
42に印加する電圧を制御することによって連続出力モー
ドとパルス出力モードで操作することができる。
ビームスプリッタウェーブガイド136の長さは4L/3で
よく、結合ウェーブガイド132および134と変調ウェーブ
ガイド140は、ｙが±b/3に等しい位置に位置する。
よく、結合ウェーブガイド132および134と変調ウェーブ
ガイド140は、ｙが±b/3に等しい位置に位置する。
第12図は、全体的に150で示した二重出力レーザ装置
の形の本発明の他の実施例を示す。装置150は、それぞ
れ完全反射鏡158および160で終わる２本の反射結合ウェ
ーブガイド154および156を含む、幅2b、高さ2a（図示せ
ず）、長さ2Lのビームスプリッタウェーブガイド152を
備える。装置150は、エネルギーを利得媒体に容量結合
するために装置の上方および下方に、２本の結合ウェー
ブガイド162および164と電極（図示せず）も備える。ウ
ェーブガイド154、156、162、164は、一辺2aの正方形断
面のものである。装置150は実際上、鏡26なしで端部間
で連結された２つの装置10である。ビームスプリッタウ
ェーブガイド152の第１の端部166にあるウェーブガイド
154および162はそれぞれ、ｙ＝＋b/2およびｙ＝−b/2に
位置決めされ、これに対して、ウェーブガイド152の第
２の端部168にあるウェーブガイド156および164はそれ
ぞれ、ｙ＝−b/2およびｙ＝＋b/2に位置決めされる。
の形の本発明の他の実施例を示す。装置150は、それぞ
れ完全反射鏡158および160で終わる２本の反射結合ウェ
ーブガイド154および156を含む、幅2b、高さ2a（図示せ
ず）、長さ2Lのビームスプリッタウェーブガイド152を
備える。装置150は、エネルギーを利得媒体に容量結合
するために装置の上方および下方に、２本の結合ウェー
ブガイド162および164と電極（図示せず）も備える。ウ
ェーブガイド154、156、162、164は、一辺2aの正方形断
面のものである。装置150は実際上、鏡26なしで端部間
で連結された２つの装置10である。ビームスプリッタウ
ェーブガイド152の第１の端部166にあるウェーブガイド
154および162はそれぞれ、ｙ＝＋b/2およびｙ＝−b/2に
位置決めされ、これに対して、ウェーブガイド152の第
２の端部168にあるウェーブガイド156および164はそれ
ぞれ、ｙ＝−b/2およびｙ＝＋b/2に位置決めされる。
装置150で、ウェーブガイド154からウェーブガイド15
2に結合された放射は、ウェーブガイド152を通過する際
に増幅され、第２の端部168で２つの強度マキシマに分
割される。総放射の約15％の強度マキシマが出力結合ウ
ェーブガイド164に結合され、残りの85％の強度マキシ
マが反射結合ウェーブガイド156に結合され、そこで反
射され、ウェーブガイド152に結合される。ウェーブガ
イド156から結合された放射はウェーブガイド152を通過
し、再び増幅され、第１の端部で２つのマキシマに分割
される。この場合も、総放射の15％が出力結合ウェーブ
ガイド162に結合され、85％が反射結合ウェーブガイド1
54に結合され、このプロセスが繰り返される。したがっ
て、装置150は、２本の出力ウェーブガイドを有し、動
作時には、装置が定常状態に達した後、この２つの出力
は、大きさが等しく、相互の位相関係が一定のものにな
る。この構成では、装置50を使用して、装置自体から放
出され、離れた物体から装置に反射される信号を増幅す
ることができる。
2に結合された放射は、ウェーブガイド152を通過する際
に増幅され、第２の端部168で２つの強度マキシマに分
割される。総放射の約15％の強度マキシマが出力結合ウ
ェーブガイド164に結合され、残りの85％の強度マキシ
マが反射結合ウェーブガイド156に結合され、そこで反
射され、ウェーブガイド152に結合される。ウェーブガ
イド156から結合された放射はウェーブガイド152を通過
し、再び増幅され、第１の端部で２つのマキシマに分割
される。この場合も、総放射の15％が出力結合ウェーブ
ガイド162に結合され、85％が反射結合ウェーブガイド1
54に結合され、このプロセスが繰り返される。したがっ
て、装置150は、２本の出力ウェーブガイドを有し、動
作時には、装置が定常状態に達した後、この２つの出力
は、大きさが等しく、相互の位相関係が一定のものにな
る。この構成では、装置50を使用して、装置自体から放
出され、離れた物体から装置に反射される信号を増幅す
ることができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−259271（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−233288（ＪＰ，Ａ)
国際公開92／011550（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 3/00 - 3/30
Claims (19)
- 【請求項１】第１の端部に第１の反射手段（26）を有
し、第２の端部に第２の反射手段（24、27）を有するマ
ルチモード・ビームスプリッタウェーブガイド（20）を
備える共鳴キャビティを具備するレーザ装置（10）であ
って、 （ｉ）前記第２の反射手段（24、27）は完全反射鏡（2
7）で終わる反射結合ウェーブガイド（24）を備え、 （ii）前記装置は前記第２の端部において、前記反射結
合ウェーブガイド（24）から分離された、装置出力部を
形成する出力結合ウェーブガイド（22）を備え、 （iii）前記マルチモード・ビームスプリッタウェーブ
ガイド（20）の寸法は、動作時に、 （ａ）前記第１の反射手段（26）において少なくとも一
つの放射強度マキシマが形成され、 （ｂ）前記反射結合ウェーブガイド（24）において少な
くとも過渡的に放射強度マキシマが形成され、 （ｃ）前記出力結合ウェーブガイド（22）において少な
くとも過渡的に放射強度マキシマが形成されるよう構成
されており、 （iv）前記ビームスプリッタウェーブガイド（20）は、
前記第１の反射手段（26）及び前記第２の反射手段（2
4、27）とともに、前記装置出力部に部分反射鏡を備え
ることなく、前記装置内におけるレーザ動作が励起され
うるよう構成されていることを特徴とするレーザ装置
（10）。 - 【請求項２】前記ビームスプリッタウェーブガイド（2
0）が矩形断面であることを特徴とする請求の範囲第１
項に記載のレーザ装置。 - 【請求項３】前記少なくとも一つの放射強度マキシマが
複数の放射強度マキシマであり、前記第１の反射手段
が、それが反射した放射強度マキシマ間に相対移相を導
入する移相手段（26a,26b,26c）を含むことを特徴とす
る請求の範囲第２項に記載のレーザ装置。 - 【請求項４】前記移相手段が、放射を基本モードとして
伝搬させるように構成された少なくとも１本の二次ウェ
ーブガイド（82a,82b,82c）を備えることを特徴とする
請求の範囲第３項に記載のレーザ装置。 - 【請求項５】前記少なくとも１本の二次ウェーブガイド
が、それぞれ、放射を基本モードとして伝搬させるよう
に構成され、それぞれの放射反射器（84a,84b,84c）で
終わる複数の二次ウェーブガイドであることを特徴とす
る請求の範囲第４項に記載のレーザ装置。 - 【請求項６】前記移相手段（86a,86b,86c）が電気光学
的なものであることを特徴とする請求の範囲第５項に記
載のレーザ装置。 - 【請求項７】前記ビームスプリッタウェーブガイド手段
（72）と前記第１の反射手段（82,84,86）が共に、前記
第２の反射手段（76,78）と前記出力結合ウェーブガイ
ド（74）に交互に放射強度マキシマを送るように構成さ
れることを特徴とする請求の範囲第６項に記載のレーザ
装置。 - 【請求項８】それぞれの放射反射器（84a,84b,84c）
が、放射伝搬方向に平行な方向に調整可能であることを
特徴とする請求の範囲第５項に記載のレーザ装置。 - 【請求項９】それぞれの放射反射器が、それぞれの移動
可能な圧電マウント上に取り付けられることを特徴とす
る請求の範囲第８項に記載のレーザ装置。 - 【請求項１０】前記反射結合ウェーブガイドでの放射強
度マキシマおよび前記出力結合ウェーブガイドでの放射
強度マキシマのうちの一方の強度が他方の強度よりも大
きく、この２つの放射強度マキシマの強度比がほぼ85:1
5に等しいことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の
レーザ装置。 - 【請求項１１】前記反射結合ウェーブガイドでの放射強
度マキシマの強度が、前記出力結合ウェーブガイドでの
強度よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第10項に
記載のレーザ装置。 - 【請求項１２】前記ビームスプリッタウェーブガイドと
前記第１の反射手段が共に、前記反射結合ウェーブガイ
ドと前記出力結合ウェーブガイドに交互に、より大きな
強度の放射強度マキシマを送るように構成されることを
特徴とする請求の範囲第10項に記載のレーザ装置。 - 【請求項１３】前記反射結合ウェーブガイドでの放射強
度マキシマの強度と前記出力結合ウェーブガイドでの放
射強度マキシマの強度がほぼ等しいことを特徴とする請
求の範囲第１項に記載のレーザ装置。 - 【請求項１４】前記レーザ装置が、前記第１および第２
の反射手段から分離された第２の出力結合ウェーブガイ
ドを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の
レーザ装置。 - 【請求項１５】前記ビームスプリッタウェーブガイドが
中空のウェーブガイドであることを特徴とする請求の範
囲第１項に記載のレーザ装置。 - 【請求項１６】前記中空のウェーブガイドがアルミナの
壁を有することを特徴とする請求の範囲第15項に記載の
レーザ装置。 - 【請求項１７】前記ビームスプリッタウェーブガイドが
固体ウェーブガイドであることを特徴とする請求の範囲
第１項に記載のレーザ装置。 - 【請求項１８】前記固体ウェーブガイドが半導体材料系
のものであることを特徴とする請求の範囲第17項に記載
のレーザ装置。 - 【請求項１９】前記半導体材料系がAlxGa1-xAsであるこ
とを特徴とする請求の範囲第18項に記載のレーザ装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB939313823A GB9313823D0 (en) | 1993-07-03 | 1993-07-03 | Laser device |
| GB9313823.8 | 1993-07-03 | ||
| PCT/GB1994/001286 WO1995002264A1 (en) | 1993-07-03 | 1994-06-15 | Laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08512429A JPH08512429A (ja) | 1996-12-24 |
| JP3452361B2 true JP3452361B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=10738283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50387895A Expired - Lifetime JP3452361B2 (ja) | 1993-07-03 | 1994-06-15 | レーザ装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5675603A (ja) |
| EP (1) | EP0707747B1 (ja) |
| JP (1) | JP3452361B2 (ja) |
| CN (1) | CN1061476C (ja) |
| CA (1) | CA2166471C (ja) |
| DE (1) | DE69408845T2 (ja) |
| GB (2) | GB9313823D0 (ja) |
| WO (1) | WO1995002264A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| SE521419C2 (sv) * | 2001-11-09 | 2003-10-28 | Ericsson Telefon Ab L M | MMI-baserad anordning |
| GB0201950D0 (en) * | 2002-01-29 | 2002-03-13 | Qinetiq Ltd | Multimode interference optical waveguide device |
| GB0201969D0 (en) * | 2002-01-29 | 2002-03-13 | Qinetiq Ltd | Integrated optics devices |
| JP4493967B2 (ja) * | 2003-10-01 | 2010-06-30 | 日立ビアメカニクス株式会社 | Ｃｏ２レーザ加工方法およびレーザ加工装置 |
| JP5250768B2 (ja) * | 2007-08-24 | 2013-07-31 | 国立大学法人九州大学 | 半導体レーザー及び半導体レーザー装置 |
| US7580595B1 (en) * | 2008-05-09 | 2009-08-25 | Technische Universitaet Berlin | Data transmission optoelectric device |
| JP6296927B2 (ja) * | 2014-07-03 | 2018-03-20 | キヤノン株式会社 | 被検体情報取得装置およびレーザー装置 |
| MX2022000009A (es) * | 2019-07-04 | 2022-02-23 | Lumus Ltd | Guia de ondas de imagenes con multiplicacion de haz simetrico. |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-07-03 GB GB939313823A patent/GB9313823D0/en active Pending
-
1994
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