JPH01122180A - 横方向ポンピングによる高能率のモード調和形固体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １１１Ｌ雌乳 本願出願は、１９８５年５月１日に出願された特許出願
Ｓｅｒ、Ｎｏ、７３０，００２、即ち１９８７年３月２
４日付で交付された現在の米国特許第４．６５３，０５
６号のＣＩＰである１９８５年１２月１９日出願の特許
出願Ｓｅｒ、Ｎｏ、８１１．５４６、即ち１９８７年４
月７日付で交付された現在の米国特許第４．６５６．６
３５号のＣＩＰとして１９８７年４月７日に出願された
特許出願Ｓｅｒ、Ｎｏ、０３５，５３０のＣＩＰである
。

及朋！口υＬ 本発明は、一般的には固体レーザの共振器空胴の設計に
係わり、より特定的にはダイオードでポンピングされる
固体レーザの共振器空胴の設計に係わる。

従来の光ポンピング式固体レーザは、広帯域アーク燈又
は閃光電球を用いて共振空胴内の固体レーザ媒質を側方
又は横方向でポンピングする。ポンピング方向は横方向
、即ち共振空胴の長手方向軸線と直交する方向である。

媒質のポンピングは、ボン１とレーザ空胴によって規定
されるＴＥＭｏｏモード体積との間に相応関係が余り存
在しないように全体的に行われる。動作はＴＥＭｏｏモ
ードが望ましい。エネルギの多くはレーザモードによっ
て占められる容量の外側の媒質領域内に与えられるため
、レーザ光線の増幅には寄与しない。

従ってポンピング効率は低い（通常は数％）。

レーザダイオードは効果的なポンピング源を構成し、様
々なタイプのレーザダイオード、特に、互いにフェーズ
ロックされた複数のエミッタを含む５ｐｅｃｔｒａ　Ｄ
ｉｏｄｅ　Ｌａｂｓ　Ｍｏｄｅｌ　Ｎｏ、２４１０　Ｇ
ａ＾１八Ｓレーザダイオードアレイのようなレーザダイ
オードアレイ、並びに５ｏｎｙ　Ｍｏｄｅｌ　Ｎｏｓ、
ＳＬＤ　３０１，３０２，３０３゜３０４　Ｖ／Ｈのよ
うな拡張エミッタレーザダイオードが使用可能であり、
又はこれまでに使用されてきた。米国特許第４，６５３
，０５６号及び第４，６５６，６３５号、並びに１９８
７年３月２４日出願の特許出願５ｅｒｉａｌ　Ｎｏ。

０２９．８３６及び１９８７年４月７日出願の５ｅｒｉ
ａｌ　Ｎｏ、０３５゜５３０には、レーザダイオード源
により先端で長手方向にポンピングされる固体レーザで
あって、ポンピング効率を最適化すべくポンプ容量を所
望のＴＥＭｏｏモード体積に調和させるようになってい
るレーザが開示されている。先端で長手方向にポンピン
グする構造ではポンピング方向が共振器空胴の長手方向
軸線と合致するため、この方向をレーザモード体積に調
和させることができる。１９８７年５月１２日に交付さ
れた米国特許第４，６８５，５２９号及び１９８７年５
月１２日出願の特許出願５ｅｒｉａｌ　Ｎｏ、０４８，
７１７には、レーザを先端で長手方にポンピングすると
共にモードを調和させるべく、レーザダイオード源が光
ファイバによってレーザロッドに結合される固体レーザ
ダイオードが開示されている。固体レーザは小型で廉価
で性能の高いものを製造するのが望ましい。

このように、共振器／ポンプ構造はレーザの設計及び性
能に関する重要な特徴の１つである。側方ポンピング構
造はモード調和が不可能であるため効果的ではない、レ
ーザダイオードを使用する先端ポンピング構造はモード
調和が可能であるため高い効率が得られる。しかしなが
ら、従来のレーザダイオードは出力が通常１−以下に限
定されることが多かった。また、出力のより高いレーザ
ダイオード源を用いても、先端ポンピング構造では使用
できるエネルギ量に限界があるためレーザの出力が限定
される。これは、利得媒質のポンプ領域の出力密度が高
くなり過ぎて、発生した熱を除去することができなくな
るためである。そこで、側方ポンピングはより多くのエ
ネルギを媒質中に送給することができ、モード調和はポ
ンプエネルギをより効果的に使用するという理由から、
横方向又は側方ポンプ構造と、ＴＥＭｏｏモード体積に
対するポンプ容量のモード調和とを組合わせて用いる共
振器構造の実現が望ましいということになる。

別のタイプのレーザダイオードとして、複数のレーザダ
イオードアレイを１つの多重素子バー構造状に構成した
ものがある。この種のレーザダイオードアレイバーは通
常、ｌａｍのバーの上に互いに間隔をおいて配置された
１０個の１−レーザダイオードアレイを含む。各アレイ
は互いにフェーズロックされた複数のエミッタを有する
。これらのアレイバーは固体レーザの先端ポンピングに
は不向きであるが、固体レーザを横方向又は側方でポン
ピングする場合には有用であり得る。しかしながら、こ
れらのバーをアーク燈の単なる代替物として使用しても
、利益は余りない。そこで、レーザダイオードアレイバ
ーの出力を固体レーザ材料中で所望のモード体積（ＴＥ
Ｍｏｏ）に合わせてモード調和できるようなレーザ共振
器／ポンプ構造を開発する必要がででくる。

ｌ乳些」ｉ 以上の理由から本発明は、レーザダイオードにより横方
向でポンピングされ且つモード調和が行われる固体レー
ザを提供することを目的とする。

本発明はまた、レーザダイオードアレイバーによってポ
ンピングされるモード調和形固体レーザを提供すること
も目的とする。

本発明の別の目的は、多重素子レーザダイオードポンプ
源によって効果的なモード調和ポンピングが行われる固
体レーザ共振器構造を提供することにある。

本発明は更に、利得媒質の側方からポンピングが行われ
るレーザダイオードポンピングモード調和形固体レーザ
を提供することも目的とする。

また、利得媒質の側面に沿って互いに間隔をおいて配置
された複数のレーザダイオードポンプ源がＴＥＭｏｏモ
ードに合わせてモード調和される固体レーザも本発明の
目的の１つである。

本発明は、レーザ材料ブロックの横断方向面又は側方面
に沿って配置され且つ共振器のモード体積に合わせてモ
ード調和される複数の不連続レーザダイオードポンプ源
によってポンピングされる固体レーザに係わる。ポンプ
源は、複数のレーザダイオードアレイを１つの多重素子
バー構造に構成したものが好ましい。この固体レーザの
効果的な光ポンピングは、固体レーザ材料中で、急な角
度で折曲げたジグザグ状の空胴構造内でアレイ出力をＴ
ＥＭｏｏモードにモード調和させることによって達成さ
れる。共振器を利得媒質の一対の横断方向面又は側面の
間で鋭角に折曲げたジグザグの形状に構成すると、ポン
プ放射線を長手方向でモード体積内に送ることができる
。即ち、横長手方向ポンプ構造が得られる。モード調和
は、空胴モード体積をレーザダイオード発光の拡散に調
和させることにより達成される。ダイオードの発光を１
つの方向くダイオードバー／レーザ利得媒質の接合部分
と直角な方向）で実質的に平行化させるためには、円柱
コリメータレンズ、好ましくは成る長さの光ファイバを
、精密スペーサ手段によってダイオードバーから平行に
間隔をおいて配置する。

前記ファイバの直径は、ポンプ領域がレーザモードの大
きさと調和するように選択する。もう一方の方向（共振
器の平面上）では、レーザダイオード発光の拡散（しば
しば２つのローブパターンを有する）を、固体レーザダ
イオード材料ブロックを通るＴＥＭｏｏビームのジグザ
グ軌道の折曲げ角度に調和させるようにする。

以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発明
をより詳細に説明する。

ＬＩえ制御 本発明は、平均出力の高いレーザダイオードバーを固体
レーザ能動媒質に効果的に結合する共振器／ポンプ構造
を有する固体レーザに係わる。本発明の固体レーザは、
レーザダイオード材料ブロックの横断方向面もしくは側
面に沿って配置したレーザダイオードバーを丁ＥＭｏｏ
モード体積に調和させることができるように、レーザ材
料ブロック内に鋭角なジグザグ構造を有するレーザ空胴
を使用する。この固体レーザ発振器では、レーザのＴＥ
Ｍｏ。

モードとダイオードバーによってポンピングされる領域
との間の重なりを、任意の簡単なコリメータ光学素子と
共振器空胴の折曲げ角度とによって最適化する。共振器
空胴をジグザグにすれば、共振器の長手方向軸線をレー
ザ材料ブロックの横断方向面又は側面に対して平行では
なくほぼ直角にすることができるため、共振器空胴のポ
ンピングを単に先端からだけではなく、側面に沿って複
数の間隔をおきながら長手方向に行うことができる。

第１図に示す固体レーザ１０はＮｄ：ＹＡＧブロック１
２又は他の固体レーザ材料で構成されている。ブロック
１２の周りには、ブロック１２内に延在するレーザ空胴
を形成すべく、レーザ空胴構成手段、例えばレーザ光線
反射率の高い鏡１４及びレーザ光線を部分的に透過する
出力結合鏡１６が配置される。鏡１４．１６はブロック
１２内の共振空胴ｉ造がブロック１２の一対の対向側面
２０．２２の間で所定の折曲げ角度で密に折曲げられた
ジグザグ１８になるように、ブロック１２に対して角度
をもって配置される。第１図では鏡１４．１６がブロッ
ク１２に対していずれも同じ側に位置しているが、これ
らの鏡は互いに反対の側に配置してもよい、側面２０．
２２は適当な反射防止（＾Ｒ）コーティングで被覆し、
レーザ光を反射してブロック１２に送り返す側面２０．
２２部分には高反射（Ｉ（Ｒ）コーティングを構成する
別のコーティング層も付与する。第１図ではレーザ光が
入る地点と出る地点との間の側面２０部分がＨＲココ−
ィングを有するが、側面２２全体をｌ（Ｒコーティング
で被覆してもよい。これらのコーティングについては後
で詳述する。側面２２に沿って配置されたダイオードバ
ー２４はポンピング源を構成する。このダイオードバー
２４はその長さに沿って互いに間隔をおいて配置された
複数の別個のレーザダイオードアレイ２６を含む。バー
２４のレーザダイオードアレイ２６からの発光は、ファ
イバレンズコリメータ２８を用いて、且つ共振器のジグ
ザグ部分１８の折曲げ角度を後述のようにダイオードア
レイ２６からの光の拡散に調和するように選択すること
によって、レーザ１０のモード体積に適合させる。後述
のように、空胴内素子３６も任意に使用し得る。場合に
よっては、コリメータ２８を省略してダイオードアレイ
２６をブロック１２に当接させてもよい。

この基本的具体例の一変形例として、固体レーザのポン
ピングに一対のダイオードバーを用いる構造を第２図に
示した。レーザ材料ブロック１２の各側面２０．２２に
沿って別個のダイオードバー２４を１つずつ配置し、ブ
ロック１２内の共振器のジグザグ部分１８をポンピング
するのである。高反射鏡１４及び出力結合器１６は共振
空胴を形成すべくブロック１２を挟んで互いに反対の側
に配置し、且つ所望の折曲げ角度が得られるように配向
する。各ダイオードバーは複数の別個のダイオードアレ
イ２６を含み、これらのダイオードアレイからの光はフ
ァイバレンズ２８によって平行化される。前述の基本的
具体例は他にも様々な変形が可能であり、例えば、ダイ
オードバーを１つ、２つ、３つ又はそれ以上用いて、そ
れらをレーザ材料ブロックの片側又は両側に配置するこ
ともできる。空胴形成鏡はブロックに対して総て同じ側
に配置するか、又は互いに反対の側に配置し得る。共振
器内の折曲げ部は全部をレーザダイオードアレイによっ
てポンピングすることもでき、又は１つおきもしくは３
つおき等のようにポンピングしてもよい、これらの折曲
げ部のポンピングは片側だけで又は両側から行い得る。

この共振器構造の大きな利点は、ポンプ体積を共振器の
モード体積に極めて良く調和させることができる点にあ
る。共振器のモード体積は鏡１４．１６の位置及び形状
によって決定される。ＴＥＨｏｏモードは単一ローブパ
ターンを有するために極めて望ましい。この共振器構造
では、複数の不連続ポンピング源、好ましくは１つの多
重素子ダイオードバーに沿って互いに間隔をおいて配置
された複数の別個のダイオードアレイを、１つの側面又
は一対の対向側面に沿って配置することができるため、
ポンピングされ得るレーザ利得媒質部分が大幅に増加し
、また総てのダイオードアレイのポンピング容量を共振
器の所望のモード体積に調和させることによって最大の
効率を得ることができる。

その結果、効率及び利得の極めて高い構造が得られる。

好ましい一具体例として、前記レーザダイオードバーは
１ｃＩＩｌのＧａＡｓ片上に配置された１０個の１−ダ
イオードアレイを含む。個々のアレイは幅が２００ミク
ロンであり、１ｍｍ間隔で配置される。このようなダイ
オードバーが好ましい理由は、（１）バー上の総てのダ
イオードレーザが同一の単一結晶ＧａＡｓ片上に製造さ
れることから、これらのダイオードレーザの波長が極め
てよく調和し、（２）ダイオードが１１間隔で配置され
るため基板の熱負荷が減少し、且つ（３）単一バー上に
多数のダイオードを組合わせて配置するため充填費用が
節減されると共に生産率が増加するという点にある。但
し、これとは異なるダイオードバー構成も可能であり、
例えば個々のアレイの個数又は相互間隔を変えてもよく
、あるいは、多数の別個のアレイを含むダイオードバー
の代わりに、複数の別個のダイオードアレイをブロック
の側面に沿って配置することもできる。ダイオードアレ
イはしばしば、バーの平面と直角の方向でより大きく拡
散しながら２つのローブパターンを有する。前記拡散は
典型的にはバーの平面上で７°の全角（ローブからロー
ブ）、即ち約０．１５の開口数（Ｎ、＾、）を有し、バ
ーと直角の平面上では約２８″、即ち０．６　Ｎ、＾、
を有する。従って、ポンプビームをバーの平面と直角の
方向でモード体積に調和させることはより困難であり、
幾つかの補足的光学手段を必要とする。

ダイオードバーの出力を平行化する好ましい方法の１つ
に、光ファイバを円柱レンズとして使用する方法がある
。典型的共振器構造は幅２００〜３００ミクロンのビー
ムを有するため、３００〜４００ミクロンの円柱レンズ
を使用すればよい、典型的マルチモード光ファイバは前
記程度の直径を有し、間隔をおいて配置された個々のア
レイの総てを平行化するように配置できさえすれば、廉
価なコリメータを構成する。このように、ファイバは単
一アレイの平行化には使用できるが、ここではバー全体
の平行化にファイバを使用するための手段が必要である
。第３Ａ図〜第３Ｅ図は、レーザアレイ２６の出力を光
ファイバ２８で平行化して固体レーザブロック１２内に
導入する方法を示している。ダイオードアレイ２６は直
径約２５０ミクロンのファイバ２８から夫々１．１０．
２０．３０及び５０ミクロンの間隔をおいて配置されて
いる。前記間隔が１．１０及び５０ミクロンの場合には
、ビームの平行化は十分ではない。

従って、ダイオードバー上のアレイの平行化に光ファイ
バを使用するためには、ファイバをバーの全長にわたっ
て３０±１０ミクロン（即ち約２０〜４０ミクロン）の
間隔で保持しなければならないことになる。

第４図に示すように光ファイバＺ８は、各レーザダイオ
ード２６からの出力を実質的に平行化して、ＹＡＧブロ
ック１２の側面２２に入射するポンプビーム３０にすべ
く、ダイオードバー２４から距離をおいて配置する。側
面２２は、ポンプ放射線（通常的８００ｎｍ）に対して
は大きな透過性を示すがレーザ放射線は反射するような
コーティングを有する。ファイバ２８の直径は、レーザ
ビーム３２の直径にほぼ適合する（該直径よりやや小さ
い）直径を有するポンプビーム３０が発生し、このポン
プビームが１つの方向（共振器の平面と直角の方向）で
モード体積にモード調和されるよう（こ遷択する。ダイ
オードバー２４に対するファイバ２８の配置は、精密ス
ペーサ手段２９、例えば銅製の段付きヒートシンクを使
用し、放射線が平行になるようにダイオードアレイ２６
に焦点を合わせて行う。精密スペーサ手段２９は、総て
のアレイ２６の出力を平行化して１つの光線にすべく、
ファイバ２８をバー２４の全長にわたってバー２４から
正確に平行な距離をおいた状態に保持する。

通常は、ダイオードバーとファイバとの間の間隔を約２
０〜４０ミクロン、ダイオードバーとＹＡＧブロックと
の間の間隔を約４５０ミクロンにする。光ファイバはビ
ームを分散させる球面収差を有するため完璧なコリメー
タではないが、ポンプエネルギは比較的短い距離でレー
ザ媒質中に吸収されるため（吸収長さ）、前記ビームの
分散は無視し得る程度である。また、光ファイバはここ
に記載の方法で正確に配置すれば、極めて効果的なコリ
メータとして機能する。このようなコリメータ付きレー
ザダイオードバー自体も本発明の一部分と見なされる。

ファイバを光学コリメータとして含むレーザダイオード
パー２４の好ましい一具体例を第５図に示した。スペー
サ手段２９は銅その他の多段式ヒートシンク３８からな
る。複数のアレイ２６を含むダイオードバー２４は段４
０の上に配置され、ファイバ２８はその下の段４２上に
配置される（例えばエポキシ樹脂で接着される）。段４
０及び４２は中間段４４によって分離され、ファイバ及
びダイオード間の正確な作動間隔（約３０ミクロン）を
パー２４の全長（約ｌａｍ）にわたって保持すべく、フ
ァイバ２８が前記中間段に当接して配置される。ファイ
バの直径は典型的には約２５０〜３５０ミクロンである
が、アレイを平行化すべくモード体積に応じて他の適当
なマルチモードファイバの直径を有し得る。第５図のコ
リメータ付きレーザダイオードパーの２つの具体例を第
６図及び第７図に示した。第６図ではファイバ２８を配
置するための段４２．４４がスペーサ２９（ヒートシン
ク３８）の全長にわたって形成されており、第７図では
段４２．４４がスペーサ２９の端部４６にのみ形成され
ている。ダイオードアレイ２６は段４０上に形成又は配
置されている。アレイ２６からのポンプビーム３０は１
つの方向では平行化されるが、もう一方の方向にはやは
り２つのローブ放散を有する。ファイバをダイオードパ
ーから正確な距離をおいて配置しておくための別の方法
として、ｕｖ硬化性エポキシを用いてダイオードバーと
ファイバとの間隔を調節し且つ平行化が可能になった時
点でＵＶを作用させる方法がある。パーの全長（１ｃｎ
＋）にわたって±１０ミクロンの誤差で端一端距離を維
持できるものであれば、どのような精密スペーサ又は調
整手段を使用してもよい。

ポンプビームは前述のごとく一方向でモード調和させた
ら他方向（共振器の平面上）でも調和させなければなら
ない、第８図に示すように、個々のダイオードアレイ２
６はダイオードパー２４上で相互間に距離ｄをおいて配
置される。この距離は好ましくは１＋＊ｍである。ポン
プビーム３０はファイバ２８により共振器の平面と直交
する方向で平行化されるため、この方向のポンプビーム
の幅はレーザビーム３２の幅よりやや小さくなる。共振
器の平面上では共振器の鋭角折曲げ部分のモード体積が
ダイオードアレイ２６の拡散に調和する。ダイオードア
レイはしばしば２つのローブ出力を発生させ、一方のロ
ーブが折曲げビームの■の各部°分に与えられる。モー
ド調和は折曲げ角度Ａの調整によって達成される。レー
ザビーム３２の直径は典型的には約３００ミクロンであ
る。共振器の幾何学的条件及びビームモード体積は、折
曲げ部分のビームが重なり合わないように、従ってレー
ザビームがブロック表面の高反射コーティングの端でレ
ーザ材料ブロックの外に出られるように考慮して決定す
る。折曲げ角度Ａは極めて鋭く、通常は５°である。

このような構造は、ジグザグがビームの内部全反射（Ｔ
ＩＲ）によって生じる従来のジグザグ状スラブレーザと
は全く異なる。本発明では折曲げ角度が鋭角過ぎてＴＩ
Ｒは生じない。レーザダイオードビームは、例えば５ｏ
ｎｙの拡張エミッタレーザダイオードによって生じるよ
うな単一ローブであり得る。

従って、ビーム３２がＶ間で重なり合うのを回避するよ
うなく即ち■の２つの部分が完全に分離する）距離が特
定レーザ媒質中でのポンプビーム放射の吸収長さに等し
いか又はそれ以上であるようなジグザグ構造を形成する
のが望ましいことになる。

この場合、折曲げ角度はダイオードアレイの相互間隔と
共振器のジグザグ部分からビームを除去する能力とに依
存する。ダイオードは折曲げ部を総てポンピングする必
要はなく、１つおきにポンピングしてもよい。折曲げ角
度は、特に単一ローブポンプビームの場合には、ポンプ
放射線が利得媒質に吸収されるレーザビーム領域で、ポ
ンプビーム方向がレーザビームの長手方向軸線と最大限
に合致するように極めて鋭角にし得る。折曲げ角度は、
ＴＥＭｏｏモードでポンプ源の強度分配を行い且つ重な
り合いを最大限にするように、空胴形成手段によって調
整する。

空胴の設計には、以下の好ましい具体例で明らかにされ
るように、様々な要因を考慮しなければならない。その
１つはレーザ材料ブロックである。

このブロックは例えば、全長にわたって波長の１７２の
厚みを持つように平たくした５ｍｍｘ５蒙論ｘ２０１の
バーで構成し得る。この場合、折曲げの長さく２つの側
面の間の距離）は通常的５ＭＩＩにする０次の要因はレ
ーザビームモード体積である。空胴形成鏡の半径は通常
１００ｃｍであり、これらの鏡はレーザブロックから約
２ｃｍ離して配置する。折曲げが１０個（ブロック全体
で２０個のバス）の場合には空胴の全長が約１５ｃｍに
なり、１／ｅ２ビーム直径が約３００ミクロンになる。

３００ミクロンのビームは、ダイオードアレイが２００
ミクロンであり且つ最大のポンピング効率を得るために
モード体積に調和できるという理由で望ましい、しかし
ながら、空胴（鏡の半径）を変えれば、例えば、直径１
００ミクロンの０．５−アレイを１０個有する０、５ｃ
糟のダイオードバーを（より狭い適当なファイバからな
るコリメータと共に）使用した場合には、別の具体例に
適した別の大きさのビームを発生させることができる。

ブロックからビームを除去するためには、ビームが非反
射領域（例えばへＲコーティング領域）を通り且つ高反
射性領域（ＨＲココ−ィング領域）をかすめるようにし
なければならない、原則として、大きな回折損を回避す
るためには、開口を１／ｅ２ビーム直径の約３倍にしな
ければならない。例えば、３００ミクロンのＴＥＭｏｏ
ビーム直径の場合には、最近値エツジを約５００ミクロ
ンにする必要がある。第８図に示すように、ビーム３２
は点４８で側面２０の外に出る。折曲げ相互間距離は約
１１である。従って、第１ダイオードアレイ２６の真正
面の地点５０は出口点４８から約５００ミクロン離れて
いる。そのためＨＲココ−ィングは、ビームが大きな回
折損を伴わずに外に出られるように、正確に点５０のと
ころで終わるようにしなければならない。

コーティングの形成にはバーの端から端までの長さに適
合する精密マスクを使用する。このマスクは、ビームが
大きな回折損を伴わずに出られるように切断エツジを鋭
くすべく、例えば２ミル（ｏ、ｏｏｚインチ）と極めて
薄い、コーティングは通常の光学コーティングである。

先ず両側面を＾Ｒココ−ィング、例えばＨＲココ−ィン
グの最初の２つの層も構成する２つの層で被覆する。出
口点がない側面は多重層（例えば２０層）の■Ｒココ−
ィングで完全に被覆し得る６次いでマスクを用いて残り
の側面の中央部分をＨＲ層で被覆する。

利得が高いために生じる潜在的問題の１つは、ダイオー
ドアレイからレーザ媒質ブロックを通って生じる、即ち
ジグザグ折曲の間に生じる寄生発振にある。これを解消
する方法の１つは、ジグザグ折曲げ部が表面と接触する
部分の表面コーティングには大きな反射性を与え、ダイ
オードアレイの真正面に位置する表面部分には共振を生
じない窓を形成すべくへＲコーティングだけを与えるよ
うに、ブロック表面を一連のＨＲストライプでコーティ
ングすることからなる。第８図に示す点５２（単び各折
曲げの類似の点）はアレイ２６の真正面に位置するため
、＾Ｒココ−ィングだけでＨＲココ−ィングはしないよ
うにする。この状態は、ＨＲココ−ィングのストライブ
をビームが反射する場所だけに形成し且つ点５２にはＨ
Ｒココ−ィングを形成しない（即ち＾Ｒココ−ィングだ
けにする）ようなコーティングマスクを用いて得ること
ができる（ＨＲココ−ィングはまた、出口点では点５０
からやや離すようにする）、あるいは、表面全体をＨＲ
ココ−ィングし、次いで点５２でＨＲココ−ィングのス
トライブを例えばレーザにより除去するようにしてもよ
い。更に別の方法として、同一レーザブロックの通常は
平行な対向側面を少しウェッジする（ｗｅｄｇｅ）方法
もある。しかしながらこの方法では、ダイオードの不均
一な間隔を補正する必要が生じ得る。

本発明のレーザは、所望のＴＥＨｏｏモード体積にモー
ド調和することによって、高出力ダイオードバーポンプ
源により固体レーザを効果的にポンピングできるという
利点を有する。これらのレーザは極めて小型に製造する
５とができ、且つ極めて高い性能特性を有する０本発明
のレーザはまた、極めて広い範囲に及ぶ任意の固体レー
ザ材料を使用し得る。特にＮｄ　：　ＹＡＧ及びＮｄニ
ガラスの２つは他の用途でも広く使用されている良く知
られた材料である。一般的に、能動媒質は大きなスロー
プ効率と、広いポンプ帯域と、大きな熱伝導率とを有し
ていなければならない、　Ｎｄ：ＹＡＧレーザはＩＲ内
では１．０６ミクロンで極めて強い線を有し、０．９４
６及び１．３ミクロンでは弱い線を有する。可視光線で
の操作の場合には、レーザ空胴に周波数二倍器を付加し
得る。この周波数二倍器は第１図に空胴内素子３６で表
されており、夫々５３２ｎ（４７３ｎ及び６５１ｒ＋ｎ
を発生させる。　ｔ、Ｏａミクロンでは３バーポンプ（
５３２ｎｍで５Ｍ）を用いることによって１咋の出力レ
ベルを得ることができる０本発明のレーザはＣＩ／４利
得も極めて高く、例えば各折曲げの利得が１０〜２０％
であれば、全体で約７〜８の利得を得ることができる。

操作はＣ１１１式、又は空胴内ｑ−スイッチの付加によ
るパルス式である。前記Ｑ−スイッチも第１図に空胴内
素子３６として示されている。熱散逸は、必要であれば
、第５図に示すようなヒートシンク又はその他の除熱手
段３８をブロック１２の上及び下表面に配置することに
よって制御し得る。本発明のレーザはまた、利得が高い
ことから、Ｎｄニガラスのような吸収率のより低いレー
ザ材料を使用することができる。この材料は吸収線がＮ
ｄ　：　ＹＡＧより遥かに広いため、ペルチェ冷却器を
もたないレーザダイオードポンプ源の使用が可能である
という利点を有する１本発明はこれらの極めて有利な結
果を、−見不可能と思われる横長手方向（ｔｒａｎｓｖ
ｅｒｓｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）ポンピング、即ち
レーザブロックに対して横断方向であり且つレーザ共振
器に対して長平方向であるポンピングの実現によっても
たらす。

尚、前述の特定具体例は特許請求の範囲によってのみ限
定される本発明の範囲内で様々に変形することができる
と理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイオードバーにより横方向でポンピングされ
るモード調和形固体レーザの上方平面図、第２図は一対
のレーザダイオードバーにより横方向でポンピングされ
るモード調和形固体レーザの上方平面図、第３八図〜第
３Ｅ図は光フアイバコリメータから様々な距離をおいて
配置されたレーザダイオードバーの平行化状態を示す光
束追跡グラフ、第４図は光フアイバコリメータを備えた
レーザダイオードの端面図、第５図は光ファイバコリメ
ータ付きレーザダイオードバーの端面図、第６図及び第
７図は光ファイバコリメータ付きレーザダイオードバー
の２つの具体例を示す斜視図、第８図は鋭角に折曲げた
ジグザグ状の構造を有する固体レーザ空胴内のモード体
積に合わせて調和させた複数のダイオードアレイの上方
平面図である。 １２・・・・・・レーザ材料ブロック、１４・・・・・
・高反射鏡、１６・・・・・・出力結合鏡、１８・・・
・・・ジグザグ部分、２８・・・・・・光ファイバ。 代理人弁理上　船　　山　　　　武 −一　１）

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイオードでポンピングされるモード調和形固体
   レーザであつて、 −一対の対向側面をもつレーザ材料ブロックと、−前記
   対向側面の間で所定の折曲げ角度で鋭角に折曲げられた
   ジグザグ状の共振器部分を有するレーザ空胴を前記ブロ
   ック内に規定すべく前記ブロックの周囲に配置される空
   胴形成手段と、−共振器の前記ジグザグ部分と実質的に
   一直線になるように、前記対向側面のうち一方の側面の
   近傍に配置された複数のレーザダイオードポンピング源
   とを含み、前記折曲げ角度がモード体積をポンプ源から
   のポンプ放射線に実質的に調和させるように選択される
   レーザ。
2. （２）空胴形成手段が高反射鏡と、部分的透過性出力結
   合鏡と、前記対向側面の一部分にわたつて形成された高
   反射コーティングとを含む請求項１に記載のレーザ。
3. （３）レーザダイオードポンピング源が複数の別個のレ
   ーザダイオードアレイを含むレーザダイオードバーであ
   る請求項１に記載のレーザ。
4. （４）円柱形コリメータ手段が光ファイバである請求項
   １に記載のレーザ。
5. （５）モード体積がＴＥＭｏｏである請求項１に記載の
   レーザ。
6. （６）レーザ材料がＮｄ：ＹＡＧである請求項１に記載
   のレーザ。
7. （７）空胴内に配置された周波数二倍器も含む請求項１
   に記載のレーザ。
8. （８）空胴内に配置されたＱ−スイッチも含む請求項１
   に記載のレーザ。
9. （９）ファイバをポンプ源から正確な距離をおいて保持
   するための精密スペーサ手段も含む請求項１に記載のレ
   ーザ。
10. （１０）前記ブロックの幅が約５ｍｍであり、モード体
    積の直径が約３００ミクロンであり、折曲げ角度が約５
    °である請求項１に記載のレーザ。
11. （１１）ポンピング源が幅２００ミクロンの１Ｗダイオ
    ードアレイを１０個含む長さ１ｃｍのレーザダイオード
    バーである請求項９に記載のレーザ。
12. （１２）複数のレーザダイオードポンピング源により固
    体レーザを効果的にポンピングする方法であって、 −２つの対向し合う側面をもつレーザ材料ブロックを形
    成し、 −前記対向側面の間で所定の折曲げ角度で鋭角に折曲げ
    られたジグザグ状の共振器部分をもつレーザ空胴を前記
    ブロック内に形成し、 −前記対向側面のうち一方の側面の近傍で前記共振器ジ
    グザグ部分とほぼ一直線になるようにポンピング源を配
    置し、 −前記折曲げ角度をモード体積がポンプ源からのポンプ
    放射線と実質的に調和するように選択することからなる
    方法。
13. （１３）複数の別個のレーザダイオードアレイを含むレ
    ーザダイオードバーからなるポンプ源を形成する請求項
    １２に記載の方法。
14. （１４）光ファイバによってポンプ放射線を平行化する
    請求項１２に記載の方法。
15. （１５）ポンプ放射線をＴＥＭｏｏモード体積に調和さ
    せる請求項１２に記載の方法。
16. （１６）レーザ出力の周波数を二倍にする操作も含む請
    求項１２に記載の方法。
17. （１７）レーザのＱ−スイッチングも含む請求項１２に
    記載の方法。
18. （１８）−互いに間隔をおいて配置された複数の別個の
    レーザダイオードアレイを有するレーザダイオードバー
    と、 −光ファイバと、 −前記ダイオードアレイの出力を実質的に平行化すべく
    これらダイオードアレイに焦点を合わせて前記ファイバ
    を前記ダイオードバーから正確な距離をおいて保持する
    ための精密スペーサ手段 とを含むコリメータ付きレーザダイオードバー。
19. （１９）精密スペーサ手段が前記ファイバを、ダイオー
    ドバーの全長にわたって該ダイオードバーから約２０〜
    ４０ミクロンの距離をおいた地点に保持する請求項１９
    に記載のコリメータ付きレーザダイオードバー。
20. （２０）精密スペーサ手段が多段形ヒートシンクである
    請求項１８に記載のコリメータ付きレーザダイオードバ
    ー。