JPH02154488A - 横方向のポンピングを用いたモード整合型固体レーザ - Google Patents

横方向のポンピングを用いたモード整合型固体レーザ

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JPH02154488A
JPH02154488A JP1209499A JP20949989A JPH02154488A JP H02154488 A JPH02154488 A JP H02154488A JP 1209499 A JP1209499 A JP 1209499A JP 20949989 A JP20949989 A JP 20949989A JP H02154488 A JPH02154488 A JP H02154488A
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diode
pumping
block
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Thomas M Baer
トーマス・マイケル・バエル
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、モード整合型固体レーザに関し、より詳しく
は、横方向のポンピングを用いたモード整合型固体レー
ザに関する。
［従来の技術及び発明か解決しようとする課題］従来の
光学的にポンピングされた固体レーザは、共振器空洞に
おける固体レーザメディアを縦方向に又は横方向にポン
ピングするために、広帯域のアークランプ又は閃光ラン
プを利用している。ポンピングの方向は、共振器空洞の
長軸に対して横切って又は直交している。全体のレーザ
メディアは、ポンピングの容量とレーザ空洞によって画
成されるＴＥＭ００モードの容量かはとんと一致しない
ようにポンピングされ、ここで、ＴＥＭａｏモトにおけ
る動作が所望される。多くのエネルギー所望されるＴＥ
Ｍ００モードの容量に整合しているレーザダイオード源
によって長手方向の端部でポンピングされる固体レーザ
が記述されている。この長手方向の端部におけるポンピ
ングの形状では、ポンピングの方向が共振器空洞の長軸
に一致し、従って、レーザモードの容量に整合させるこ
とができる。１９８７年５月１２日に付与された米国特
許第４，６６５，５２９号及び１９８７年５月１２日に
出願された米国特許出願第０４８　７１７号において、
レーザを長手方向の端部でポンピングしかつモード整合
させるために、レーザダイオードのポンピング源が光フ
ァイバの手段によってレーザのロッドに結合された固体
レーザが記述されている。小型でかつ安価であり高性能
な固体レーザを実現することが所望される。
このように、共振器／ポンピングの形状は、レザの設計
及び性能に対して重要な要素である。
縦方向のポンピングの方法はモード整合を行うことがで
きないので、非効率的である。レーザダイオードを用い
た端部でのポンピングの方法はモド整合を行うことがで
きるので、効率的である。
しかしなから、予め利用できるレーザダイオードの電力
はしばしば、通常ＩＷ以下に制限されている。ざらに、
高電力のレーザダイオードのポンピング源を用いた場合
であっても、この端部でポンピングされる形状は使用可
能なエネルギー量を制限し、これによって、レーザの電
力を制限する。
なぜならば、利得メディアのポンピング領域におする電
力密度が非常に高く、かつ生成された熱を取り除くこと
ができないからである。従って、モード整合がより効率
的にポンピングエネルギーを用いているとき、縦方向の
ポンピングはより大きなエネルギーが上記メディアに入
力することを可能にするので、横方向又は縦方向のポン
ピングの幾何学的構造を、ポンピングの容量のＴ　Ｅ　
Ｍｏ、七ドに対するモード整合に結合する共振器の形状
を提供することが所望される。
もう１つのタイプのレーザダイオードは、多エレメント
バー構造に構成された複数のレーザダイオードアレーで
ある。これらのレーザダイオードさらに、本発明のさら
なる目的は、多エレメントのレーザダイオードのポンピ
ング源によって、効率的なモード整合されたポンピング
を提供する固体レーザの共振器の形状を提供することに
ある。
またさらに、本発明のもう１つの目的は、利得メディア
の縦方向の側面からポンピングされるモト整合されたレ
ーザダイオードでポンピングされた固体レーザを提供す
ることにある。
また、本発明の目的は、利得メディアの縦方向の側面に
沿って所定の間隔が置かれた複数のレーザダイオードの
ポンピング源がＴ　Ｅ　Ｍｏ、にモード整合された固体
レーザを提供することにある。
［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、共振
器モードの容量にモード整合されたレーザ材料の横方向
又は縦方向の面に沿って延在している複数の分離された
レーザダイオードのポンピング源によってポンピングさ
れる固体レーザである。好ましくは、ポンピング源は、
多ニレメンＩ・のバー構造に構成された複数のレーザダ
イオードアレーである。固体レーザの効率的な光アレー
バーは典型的には、１ｃｍのバーに沿って所定の間隔が
置かれた１０個のＩＷレーザダイオードアレーを備え、
各アレーはともに位相同期された多数のエミッタを有す
る。これらのアレーバは、固体レーザを端部でポンピン
グさせるために適当ではないが、固体レーザを横方向で
又は縦方向でポンピングするために有用である。しかし
ながら、もし複数のバーが単にアークランプの代わりに
用いられるならば、はとんど利点を得ることかできない
であろう。従って、レーザダイオードアレーバーの出力
を固定レーザ材料の中で所望のモードの容量（ＴＥＭ０
０）にモード整合させることができるレーザ共振器／ポ
ンピングの形状を改善する必要がある。
従って、本発明の目的は、モード整合されレーザダイオ
ードで横方向にポンピングされた固体レザを提供するこ
とにある。
また、本発明の別の目的は、レーザダイオードアレーバ
ーによってポンピングされモード整合された固体レーザ
を提供することにある。
学的ポンピングは、しっかりと折り曲けられたジグザグ
状の空洞形状において、固体レーザ祠料の中でアレー出
力をＴＥＭ００モードにモード整合させることによって
実現することができる。共振器を、利得メディアの１対
の横方向又は縦方向の側面の間でしっかりと折り曲げら
れたジグザグ形状とすることによって、ポンピングの放
射を長手方向でモードの容量に方向付けすることができ
、すなわち、横方向であって長手方向のポンピングのス
キームを実現することができる。モード整合は、空洞の
モードの容量をレーザダイオードの放射の発散に整合さ
せることによって実現できる。円筒形状のコリメートレ
ンズ、好ましくは所定長の光ファイバが、ダイオードバ
ーレーザの利得メディアの接合面に対して垂直である１
方向で実質的にダイオードの放射をコリメートするため
に、精密なスペーサ手段によって、ダイオードバーに対
して平行であってかつ所定の間隔が置かれた関係で設け
られる。ファイバの直径は、ポンピングされる領域かレ
ーザのモードの大きさに整合するように選択される。共
振器平面における他の方向において、レーザダイオード
の放射の発散（しばしば２つのローブパターン）は、固
体レーザ材料のブロックを通過するＴＥＭｏ、ビームの
ジグザグ状のパスの折り曲げ角度に整合される。
［実施例］ 本発明に係る一実施例は、複数の高い平均電力のレーザ
ダイオードバーを固体レーザの能動メディアに有効的に
結合させる共振器／ポンピングの幾何学的構造を有する
固体レーザである。この固体レーザは、レーザ材料のブ
ロックの横方向又は縦方向の面に沿って置かれたレーザ
ダイオードバーをＴＥＭ００モードの容量にモード整合
することができるように、レーザ材料のブロックの中で
しっかりと折り曲げられたジグザグ形状を有するレザ空
洞を利用する。この固体レーザの発振器は、オプショナ
ルであって簡単なコリメート光学装置と共振器空洞の折
り曲げ角度を用いて、レーザのＴ　Ｅ　Ｍ　ｏ　ｏモー
ドとダイオードバーによってポンピングされた複数の領
域との重なりを最適化する。
０ツク１２に対して所定角度で置かれる。第１図に示す
ように、ミラー１４．１６はブロック１２の同じ側面に
位置しているが、また、対向する両側面に設けることが
できる。
２つの側面２０．２２の表面は好適な非反射（ＡＲ）被
覆で被覆され、高い反射率を有する（ＨＲ）被覆を形成
する別の被覆層が、レーザビームが反射されブロック１
２に戻される側面２０．２２の部分上で形成される。第
１図に示すように、レザビームの入射点と出射点の間の
側面２０の領域はＨＲ被被覆有しており、一方、側面２
２の全面はＨＲ被被覆有することが可能である。これら
の被覆は詳細後述される。側面２２に沿って置かれたダ
イオードバー２４は、ポンピング源を形成する。ダイオ
ードパー２４は、その長さ方向に沿って所定間隔置かれ
た複数の分離されたレザーダイオードアレー２６を備え
る。ファイバーレンズのコリメータ２ａの手段によって
、並びに詳細後述するようにダイオードアレー２６の発
散を整合させるように共振器のジグザグ部分１８の折り
曲げ共振器空洞を折り曲げることによって、両側面に対
して平行とする代わりに、共振器の長軸をレザ材料のブ
ロックの横方向又は縦方向の側面に対して実質的に垂直
であるようにすることができ、この結果、共振器空洞を
、単に端部からポンピングする代わりに、両側面に沿っ
て所定間隔たけ置かれた多数の間隔で、長手方向でポン
ピングすることができる。
第１図に示された固体レーザ１０は、Ｎｄ：ＹＡＧ又は
他の固体レーザ材料にてなるブロック１２で形成される
。レーザの放射光を高い反射率で反射する、例えばミラ
ー１４のようなレーザ空洞形成手段と、レーザの放射光
の一部を透過させる出力力ップラーミラー１６か、ブロ
ック１２の回りに設けられ、これによって、ブロック１
２内で延在するレーザ空洞を形成する。ブロック１２内
の共振器空洞の形状がブロック１２の１対の対向する縦
方向の９４２０．２２の間に予め選択された折り曲げ角
度でしっかりと折り曲げられるジグザグ部１８であるよ
うに、ミラー１４．１６は、プロ 角度を選択することによって、バー２４上のレザーダイ
オードアレー２６からの発光をレーザｌＯのモード容量
に整合させる。オプショナルの内部空洞エレメント３４
をまた、後述するように備えてもよい。幾つかの場合に
おいて、コリメータ２８は不必要であるかもしれない。
ダイオードアレー２６をブロック１２に突き当たるよう
に設けてもよい。
上記固体レーザをポンピングするために１対のダイオー
ドバーを用いる基礎的な実施例の変形例を、第２図に示
す。分離したダイオードパー２４が、ブロック１２内で
共振器のジグザグ部分Ｉ８をポンピングするために、レ
ーザ材料のブロック１２の各側面２０．２２に沿って置
かれる。高い反射率を有するミラー１４と出力力ップラ
ミラ−１６は、共振器空洞を形成するために、ブロック
１２の対向する両側に置かれ、所望の折り曲げ角度が生
じるように向けられる。各ダイオードバーは、ファイバ
レンズ２８によってコリメートされる複数の分離された
ダイオードアレー２６を有す基本的なエレメントについ
ては多くの異なった変形例が可能であり、レーザ祠料の
ブロックの一方の側面又は両側面に置かれる複数のバー
とともに、１個、２個、３個、又はそれ以上のダイオー
ドバーを用いることができる。空洞を形成するミラーを
ブロックの同じ側面又は対向する側面に設けることがで
きる。共振器における各折り曲げ部をレーザダイオード
アレーによってポンピングすることができ、もしくは、
ただ他の折り曲げ部毎に、又は第３の折り曲げ部毎に、
ポンピングすることができ、これらの折り曲げ部をただ
一方の側面から又は両側面からポンピングすることがで
きる。
この共振器形状の大きな利点は、ポンピングの容量を共
振器におけるモード容量に非常に近づけて整合させるこ
とができることである。ミラー１４．１６の位置及び形
状は、共振器内のモード容量を決定するであろう。ＴＥ
Ｍ００モードは、その１つのローブパターンを何するた
めに、非常に所上におけるすべてのダイオードレーザの
波長が厳密に整合されるであろうこと。
（２）複数のダイオードをそれぞれ１ｍｍだけ離れるよ
うに置くことによって、基板の熱負荷が軽減されること
。
（３）多くのダイオードを１つのバー上で結合すること
によって、パッケージ工程のコストが軽減され、歩留ま
りが改善されること。
しかしながら、例えば、異なった数の個々のアレーを設
け、又は別々のアレーを所定間隔だけ離れて設けるなど
、ダイオードアレーの異なった配置を利用することがで
きる。とって代わって、多くの分離された複数のアレー
を備えるダイオードアレーの代わりに、複数の分離され
た個々のダイオードアレーを、ブロックの側面に沿って
設けることができる。複数のダイオードアレーはしばし
ば、バーの平面に対して垂直な方向でより大きな発散を
何するとともに、２つのローブパターンを何する。その
発散は典型的には、バーの平面において（ローブからロ
ーブまでの）約７°の全角、望される。この共振器の形
状は、多ニレメン１〜のダイオードバーに沿って所定間
隔置かれた複数の分離されたポンピング源、好ましくは
分離したダイオードアレーを、レーザの利得メディアの
大部分をポンピングすることができるように、縦方向の
側面又は１対の対向する縦方向の両側面に沿って置くこ
とを可能にするとともに、すべてのダイオードアレーの
ポンピング容量を共振器の所望されるモード容量に整合
することによって、効率を最大にすることを可能にする
。その結果、非常に高い効率と非常に高い利得を有する
形状を得ることができる。
レーザダイオードバーの好ましい実施例は、ＧａＡｓに
てなるＩｃｍ基板片上に置かれた、１０個のＩＷダイオ
ードアレーを有する。個々のアレーは２００ミクロンの
幅を有し、１ｍｍの間隔で離れて置かれている。これら
のダイオードバーは次の３つの理由のために好適である
。
（１）ダイオードレーザがＧａＡｓにてなる同のモノリ
シック基板片上に形成されるため、バ２０〜 又は約０．１５の開口角（Ｎ、Ａ、　）を有し、もしく
はバーに対して垂直な平面において２８°の全角、又は
約０．１５のＮ、Ａ、を有する。従って、ポンピングの
ビームをバーの平面に対して垂直な方向でモード容量を
整合することは非常に難しく、幾つかの付加的な光学装
置を必要とする。
ダイオードバーの出力をコリメー１−するための好まし
い実施例は、円筒レンズのＪ：うな光ファイバを用いる
。典型的な共振器の形状は、２００乃至３００ミクロン
の幅のビームを有する。従って、３００乃至４００ミク
ロンの円筒レンズが好適である。典型的なマルチモード
光ファイバはこの直径を有し、すべての所定間隔置かれ
た個々のアレーをコリメートするという方法で光ファイ
バを設けられるならば、良好であって低コストのコリメ
タを形成するであろう。従って、１本のファイバを１個
のアレーをコリメートするために用いることができるが
、全体のバーをコリメートするために、１本のファイバ
を用いるための手段を提供する必要がある。
第３図（Ａ）乃至（Ｅ）は、固体レーザブロック１２に
対して光ファイバ２８によって行われる、レーザダイオ
ードアレー２６の出力のコリメーションを示している。
複数のダイオードアレー２６は、約２５０ミクロンの直
径を有するファイバ２８からそれぞれ、１．１０，２０
，３０．及び５０ミクロンの距離だけ離れて設けられる
。ｌ、１０゜及び５０ミクロンの距離だけ離して設けた
場合においては、ビームか十分にコリメートされない。
従って、ダイオードバー上で複数のアレーをコリメート
するために光ファイバを用いるためには、ファイバを全
体のバーに沿って、３０±ｌＯミクロン（すなわち、約
２０乃至４０ミクロン）の距離だけ離してダイオードア
レー２６を保持しなければならない。
第４図に示すように、各レーザダイオード２６からの出
力が実質的にコリメートされてＹＡＧブロック１２の縦
方向の側面２２に入射するポンピングビーム３０となる
ように、光ファイバ２８がダイオードバー２４と所定の
間隔だけ離れた関係０ミクロンであり、ダイオードバー
とＹＡＧブロックとの間の距離は約４５０ミクロンであ
る。１本の光ファイバはビームを広げる球状の収差のた
めに完全なコリメータではないが、その広がりを無視す
ることかでき、かつ光ファイバか記述した方法で正確に
位置させるときその光ファイバが非常に有効なコリメー
タとなるように、ポンビングエ不ルギーは、（吸収波長
において）レーザメディア内の比較的短い距離の間で吸
収されるであろう。
それ自身におけるこのコリメートされたレーザダイオー
ドはまた、本発明の一部分であると考えられる。
光ファイバでコリメートされたレーザダイオードバー３
１の好ましい実施例を第４図に示す。スペーサ手段２９
は、複数のステップを有し銅又は他の材料にてなるヒー
トシンク３８で形成される。
複数のアレー２６を備えるダイオードパー２４は、１つ
のステップ４０に設けられ、一方、ファイバ２８はより
低いステップ４２に（例えばエポキシ樹脂の接着剤を用
いて）設けられる。ステップ４で設けられる。側面２２
は、典型的には約８００ｎｍの波長を有するポンピング
の放射光に対して高い透過率を有するか、レーザの放射
光を反射する被覆を有する。ファイバ２８の直径は、レ
ーザビーム３２の直径（よりも少し小さく）実質的に同
一である直径を有するポンピングビーム３０を生成する
ように選択され、これによって、ポンピングビームを、
共振器の平面に対して垂直である１つの方向でモード容
量をモード整合する。ファイバ２８は、焦点に設けられ
るダイオードアレ２６とともに、例えは複数のステップ
を有する銅製のヒートシンクのような精密なスペーサ手
段２９によってダイオードバー２４に対して相対的に設
けられ、これによって、放射光がコリメートされるであ
ろう。精密なスペーサ手段２９は、ずへてのアレー２６
を線状の光にコリメートするために、その全体の長さに
沿ってバー２４に対して精確に平行でありかつ所定間隔
離れた関係で、ファイバ２８を保持している。典型的に
は、ダイオドとファイバとの間のギャップは、約２０乃
至４０と４２は、中間のステップ４４によって分離され
、この中間のステップ４４に対してファイバ２８は、（
約１ｃｍの）バー２４の長さ方向に沿って、（約３０ミ
クロンの）ファイバとダイオードの間の正確な動作距離
を保持するように設けられる。このファイバの直径は典
型的には、複数のアレーをコリメートするために、約２
５０乃至３５０ミクロンであり、もしくはモード容量に
依存して他の好適なマルチモード型ファイバの直径であ
る。
第５図に示されたコリメートされたレーザダイオードバ
ーの１対の実施例を、第６図及び第７図に示す。第６図
において、ファイバ２８を装着するためのステップ４２
．４４はスペーサ２９（ヒトンンク３８）の全体の長さ
に沿って形成され、方、第７図において、ステップ４２
，４４はただスペーサ２９の端部４６にのみ形成される
。複数のダイオードアレー２６はステップ４０上に形成
され、又は装着される。複数のアレー２６からのポンピ
ングビーム３０は１つの方向でコリメ１・されるか、ま
た他の方向で２つのローブ形状の発散を有している。ダ
イオードバーからファイバを精確に所定の間隔だけ離す
ための１つの代替方法では、ファイバを所定の間隔だけ
離ずためにＵＶ硬硬化エポン／樹脂用い、コリメーショ
ンが受容できるときＵＶ硬硬化エキキン樹脂つける。バ
の長さ（１ｃｍ）に沿う端部から端部までの変動を、±
１０ミクロン以内に保持することができる任意の精密な
スペーサ又は調整手段を用いることができる。
ポンピングのビームか上述したように１つの方向でモー
ド整合されれば、ポンピングのビームはまた、共振器の
平面において他の方向で整合するにちがいない。第８図
に示すように、個々のダイオードアレー２６は、ダイオ
ードパー２４」二において、好ましくは１ｍｍの距離ｄ
だけ離れている。
ポンピングビーム３０は共振器の平面に対して垂直であ
る方向でファイバ２８によってコリメートされ、従って
、その方向でポンピングのビーム幅はレーザビーム３２
の幅よりも少し狭くなる。共ドのビームは、例えばソニ
ー製の拡張されたエミッタレーザダイオードによって生
成されるような、１本のローブであってもよい。従って
、ビーム３２かＶの間において重ならない（すなわち、
■の２つの部分が完全に分離している）部分の距離りが
特定のレーザメディアにおいてポンピングビームの放射
の吸収に等しいか又は長くなるような折り曲げられたジ
グザグ形状を生成する。従って、この折り曲げ角度は、
ダイオードアレーのスベーンング及び共振器のジグザグ
部分からビームを取り除くための能力に依存するであろ
う。ダイオードは、１つの折り曲げ都銀にポンピングす
る必要はないが、他の折り曲げ都銀にポンピングするよ
うにしてもよい。特に１本のローブのポンピングビーム
の場合においては、この折り曲げ部を非常に急勾配にす
ることかでき、その結果、ポンピングビームの方向は、
ポンピングの放射光が利得メディアによって吸収される
レーザビームの領域においてレーザビームの長軸に厳密
に一致する。
ポンピング源の密度分布をＴＥＭ、、モードで最後振器
の平面において、共振器のしっかりど折り曲げられた部
分１８におけるモード容量は、タイオドアレー２６の発
散に整合される。しはしは、ダイオードアレーは２つの
ローブの出力を生成し、その結果、１つのローブは折り
曲げられたビームにおけるＶの各部分に入射する。モー
ドの整合は、折り曲げ角度Ａを制御することによって実
現できる。レーザビーム３２の直径は典型的には、約３
００ミクロンである。共振器の幾何学的構造及びビーム
のモード容量は、折り曲げ部における複数のビームが重
ならないように設定しなければならず、その結果、レー
ザビームは、プロ／り表面上の高い反射率を有する被覆
のエツジにおいてレザ材料のブロックに出射することが
できる。この折り曲げ角度Δは非常に急勾配であって、
典型的には５°である。形状は、ジグザグ部がビームの
全体の内部反射（ＴＩＲ）によって生成される従来のジ
グザグスラブレーザとはまったく異なっており、本実施
例において、この折り曲げ角度（ま′■゛ＴＲに対して
非常に急勾配である。レーザダイ第まで実行し、重なり
を最大にするために、折り曲げ角度が空洞形成手段によ
って、折り曲げ角度か調整される。
次の好ましい実施例によって図示されるように、空洞を
設計するために、多くの異なった７アクタを考慮しなけ
れはならない。第１の７アクタは、レーザ材料のブロッ
クである。５ｍｍＸ５ｍｍｘ２０ｍｍのＹＡＧバーを生
成することができ、全体の長さにわたって波長の半分と
なるように平坦に形成することができる。従って、折り
曲げ部の長さ（２つの縦方向の側面の間の距離）は典型
的には、約５ｍｍとなるであろう。第２の７アクタは、
レーザビームのモード容量である。ミラーを形成する空
洞の半径は典型的にはｌｏＯｃｍであり、複数のミラー
がレーザブロックから約２ｃｍだけ離れて置かれる。１
０個の折り曲げ部（ブロックを横切る２０本のバス）に
対して、全体の空洞の長さは約１５ｃｍであり、約３０
０ミクロンの１／ｅ２ビームの直径を有する。複数のダ
イオドアレーは２００ミクロンであり、そのダイオ−ド
アレーを最大のポンピング効率に対するモード容量に整
合させることができるので、３００ミクロンのビームが
所望される。しかしながら、例えはもし０．５ｃｍのダ
イオードバーか、１００ミクロンの直径を有する１０個
の０．５Ｗアレーとともに（また好適なより狭いファイ
バコリメータとともに）用いられるなら１ま、空洞（ミ
ラーの半径）を変化することによって、他の実施例にお
いて好適である他のビームザイスを生成することができ
る。
ブロックからビームを取り除くために、そのビムは反射
しない（すなわら、ただＡＲ被被覆みか被覆された）領
域を通過し、非常に高い反射率を有する（　Ｉ（Ｒ被覆
か被覆された）領域のそばをかずって通過するにちかい
ない。一般的なルールとして、重要な回折損失を回避す
るために、その開口は、およそ１／ｅ３ビームの直径の
３倍である必要がある。従って、２００ミクロンのＴＩ
ＥＭ。。モードのビームの直径に対して、最も近いエツ
ジは約５００ミクロンである必要かある。第８図高利得
のためのポテンシャルの問題は、タイオドアレーからレ
ーザメディアのブロックの間において、すなわちジグザ
グの折り曲げ部の間において、垂直な方向で寄生振動か
生じることである。
１つの解は、一連のＨＲストライブにおいてブロック表
面を被覆することてあり、これにより、ジグザグ状の折
り曲げ部か表面に接触しているところの表面被覆は非常
に高い反射率を有するが、ダイオードアレーから直接に
横切る表面は、共振を生しない窓を形成するために、Ａ
Ｒ被被覆みで被覆される。アレー２６から直接に横切る
第８図に示された点５２（及び各折り曲げ部における同
様の点はＨＲ被覆で被覆すべきでないが、ＡＲ被被覆み
で被覆すべきである。このことは、ビームが点５２のＨ
Ｒ被被覆すなわち、ただ単にＡＲ被被覆におけるギャッ
プを反射し離れるところのみおいて、ストライブ形状の
ＨＲ被被覆形成する被覆マスクを用いることによって達
成することかできる。
（ＨＲ被被覆また出射点における点５０から少しに示す
ように、ビーム３２は、点４８において側面２０を出射
する。隣接する折り曲げ部の間の距離は約１ｍｍである
。従って、第１のダイオードアレー２６から直接に横切
る点５０は、出射点４８から５００ミクロンである。こ
れにより、ＨＲ被被覆、点５０において鋭く終端する必
要かあり、従って、そのビームは大きな回折損失なしに
出射することができる。
被覆方法はバーの端部から端部までの長さ全整合させる
ために、精密なマスクを用いる。このマスクは、鋭いカ
ットオフ又は急勾配のエツジに対して、例えば２ミル（
０，００２インチ）のように非常に薄く、従って、ビー
ムは大きな回折損失なしに出射する。これらの被覆は、
従来の光学的な被覆である。両側面は最初にＡＲ被被覆
被覆され、例えばＦ（Ｒ，被覆の第１の２つの層をまた
形成側る２つの層である。出射点か存在しない任意の側
面を、（例えは２０の層の）多重層のＨＲ被被覆完全に
被覆することができる。次いで、他の側面の中心部分は
マスクを用いてＨＲ層で被覆され動かせられる。）とっ
て代わって、マスクの下の全体の表面をＨＲ被被覆被覆
し、次いで、ス［−ライブ形状のＨＲ被被覆、例えばレ
ーザによって、点５２において取り除くことかできる。
もう１つの解は、１つのレーザのブロックの通常平行で
あって対向している両側面を軽くクザヒで留めることで
ある。しかしながら、このことは、補１賞するために、
ダイオードの不均一なスペーンングを必要とするかもし
れない。
本発明に係るレーザは、所望のＴＥＭ、、モードの容量
にモー１〜整合させることによって、高電力のダイオー
ドバーのポンピングを用いて固体レーザを有効的にポン
ピングするための能力において大きな改善を有している
。これらのレーザを極めてコンパクトにすることかでき
、また、非常に高い性能特性を有することかできる。任
意の広範囲な種々の固体レーザ材料を用いることができ
る。
特に、Ｎｄ：ＹＡＧ及びＮｄニガラスは、他のアプリケ
ーションのために広く用いられている２つの公知の材料
である。一般に、能動メディアは高；（４ いスロープ効率、広いポンピング帯域、並びに良好な熱
伝導性を有する必要かある。Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザは
、ＩＲにおけるずへてにおいて、１．０６ミクロンで非
常に強いラインスペクトラムを有し、また０、９４６及
び１．３ミクロンでより弱いラインスペクトラムを有す
る。可視波長領域における動作に対して、麹波数２逓倍
器を、それぞれ波長５３２ｎｍ、４７３ｎｍ、及び６５
１ｎｍのスペクトラムを生成し、第１図における内部空
洞エレメント３４によって表されたレーザ空洞に付加す
ることが可能である。１．０６ミクロンにおいてＩＯＷ
の電力レベルは、３つのバーのポンピングとともに、達
成できる（波長５３２ｎｍにおいて５Ｗである）。レー
ザは非常に高い搬送波（ＣＷ）利得を有する。例えば、
もし各折り曲げ部における利得が１０乃至２０％であれ
ば、約７乃至８の全体の利得を達成することができる。
第１図における内部空洞エレメント３４によってまた表
される内部空洞Ｑスイッチを付加することによって、こ
のレーザはＣＷ（搬送波モード）又はオードバーでポン
ピングされモード整合された固体レーザの平面図、 第２図はｌ対のレーザダイオードバーによって横方向で
ポンピングされ、モード整合された固体レーザの平面図
、 第３図（Ａ）乃至（Ｅ）は光ファイバのコリメタから種
々の距離で置かれたレーザダイオードバーにおけるコリ
メートされた光線の軌跡を示す図、 第４図は光フアイバフリメータを有するレーザダイオー
ドバーの端部を示す図、 第５図は光ファイバでコリメートされるレーザダイオー
ドバーの端部を示す側面図、 第６図及び第７図は光ファイバでコリメートされるレー
ザダイオードバーの２つの実施例の斜視図、 第８図はしっかりと折り曲げられたジグザグ形状を有す
る固体レーザ空洞においてモード容量に整合された複数
のダイオードアレーの平面図である。
パルスモードで動作する。もし必要であれはブロック１
２の上面及び下面上に第５図において図示されたピー１
−ンンク又は他の熱除去手段３６を置くことによって、
熱の消失を制御することかできる。
高い利得は、吸収線がＮｄ：ＹＡＧよりもより広くなる
という利点を有する、例えばＮｄ　　ガラスのようなよ
り低い吸収レーザ材料を用いることを可能にしており、
これによって、ペルチェ冷却器なしでレーザダイオード
のポンピング源を用いることができる。これらの非常に
有効な結果は、レーザのブロックに対して横方向で、か
つレーザ共振器に対して長手方向で行う一横方向であっ
て長手方向のポンピングを適当に行うことによって、本
発明により得ることができる。
具体的に記述された実施例における変更及び変形を、添
付した特許請求の範囲の範囲によってのみ限定されるべ
き本発明の範囲から逸脱することなく、行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例である横方向のグイ１０・・
・固体レーザ、 １２・・レーザ材料のブロック、１４・・・ミラー１６
・・出力力ンブラーミラ １８・・・共振器のジグザグ部分、 ２０２２・・・縦方向の側面、 ２４・・・ダイオードバー ２６・・・ダイオードアレ ２８・・・光ファイバのコリメータ、 ２９・・・精密なスペーサ手段、 ３０・・・ポンピングビーム、 ３１・・・光ファイバでコリメートされたレーザダイオ
ードバー、３２・・・レーザビーム、３４・・光学的な
内部空洞エレメント、３８・・・ヒートシンク、 ４０．４２．４／ｌ・・・ステップ、 ４６・・・スペーサの端部。 特許出願人　スペクトラ・フィジックス・インコーボレ
イテソド 代理人　弁理士　青白　葆はか１名 αノ　ψ へ　へ ｕ、＋ｑノ Ｃ％Ｊ　Ｎ ｕＪ　　　（） Ｃ％Ｊ　　へ ＬＬ１％Ｊノ へ　　へ ％ＪＪ（Ｊ− へ　　へ １５４４８８　（１，３）

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）１対の対向する側面を有するレーザ材料のブロッ
    クと、 予め選択された折り曲げ角度で複数の頂点を有する上記
    対向する両側面の間のブロック内にしっかりと折り曲げ
    られたジグザグ状の共振器部を有するレーザ空洞を画成
    するために上記ブロックの回りに位置する空洞形成手段
    と、上記折り曲げ角度はモード容量をポンピング源から
    のポンピング放射と実質的に整合するように選択され、 上記対向する両側面の少なくとも１つに隣接して位置さ
    れかつ共振器のジグザグ状の部分の複数の頂点と実質的
    に一直線に配列される複数のレーザダイオードのポンピ
    ング源とを備えたことを特徴とするモード整合されたダ
    イオードでポンピングされた固体レーザ。
  2. （２）上記空洞形成手段は、高い反射率を有するミラー
    と、放射の一部を透過させる出力カップラミラーと、上
    記対向する両側面の一部分に沿って被覆され高い反射率
    を有する被覆とを備えたことを特徴とする請求項１記載
    のレーザ。
  3. （３）上記レーザダイオードのポンピング源は複数の分
    離されたレーザダイオードアレーを備えるレーザダイオ
    ードバーであることを特徴とする請求項１記載のレーザ
    。
  4. （４）上記レーザはさらに、上記レーザダイオードのポ
    ンピング源の出力をコリメートするためのコリメート手
    段を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ。
  5. （５）上記コリメート手段は、光ファイバであることを
    特徴とする請求項４記載のレーザ。
  6. （６）上記モード容量はＴＥＭ＿０＿０であることを特
    徴とする請求項１記載のレーザ。
  7. （７）上記レーザ材料はＮｄ：ＹＡＧであることを特徴
    とする請求項１記載のレーザ。
  8. （８）上記レーザはさらに、上記空洞において設けられ
    る周波数２逓倍器を備えたことを特徴とする請求項１記
    載のレーザ。
  9. （９）上記レーザはさらに、上記空洞内に設けられるＱ
    スイッチを備えたことを特徴とする請求項１記載のレー
    ザ。
  10. （１０）上記レーザはさらに、上記ポンピング源に対し
    て精密に所定間隔離れた関係で上記ファイバを保持する
    ための精密なスペーサ手段を備えたことを特徴とする請
    求項１記載のレーザ。
  11. （１１）上記ブロックは約５ｍｍの幅を有し、上記モー
    ド容量の直径は約３００ミクロンであり、上記折り曲げ
    角度は約５°であることを特徴とする請求項１記載のレ
    ーザ。
  12. （１２）上記ポンピング源は、それぞれ２００ミクロン
    の幅を有する１０個の１Ｗダイオードアレーを備えた、
    １ｃｍの長さを有するレーザダイオードバーであること
    を特徴とする請求項１０記載のレーザ。
  13. （１３）複数のレーザダイオードのポンピング源によっ
    て固体レーザを有効的にポンピングするための方法であ
    って、 ２つの対向する側面を有するレーザ材料のブロックを形
    成することと、 予め選択された折り曲げ角度で複数の頂点を有する上記
    対向する両側面の間のブロック内にしっかりと折り曲げ
    られたジグザグ状の共振器部分を有するレーザ空洞を形
    成することと、 上記複数のポンピング源を、上記対向する両側面の少な
    くとも１つに隣接して、上記ジグザグ状の共振器部分の
    複数の頂点に対して実質的に一直線に配列するように位
    置させることと、 上記モード容量を上記ポンピング源からのポンピング放
    射に実質的に整合させるように上記折り曲げ角度を選択
    することを含む方法。
  14. （１４）上記方法は、複数の分離されたレーザダイオー
    ドを備えるレーザダイオードバーのポンピング源を形成
    することを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法
    。
  15. （１５）上記方法は、光ファイバによるポンピング放射
    をコリメートすることを含むことを特徴とする請求項１
    ３記載の方法。
  16. （１６）上記方法は、ポンピング放射をＴＥＭ＿０＿０
    モード容量に整合させることを含むことを特徴とする請
    求項１３記載の方法。
  17. （１７）上記方法はさらに、上記レーザ出力の周波数を
    ２逓倍することを含むことを特徴とする請求項１３記載
    の方法。
  18. （１８）上記方法はさらに、上記レーザをＱスイッチン
    グすることを含むことを特徴とする請求項１３記載の方
    法。
  19. （１９）レーザダイオードバー上に所定の間隔離れて置
    かれた複数の分離したレーザダイオードを有するレーザ
    ダイオードバーと、 光ファイバと、 上記ダイオードの出力を実質的にコリメートするために
    、焦点においてダイオードを有するダイオードバーに対
    して精密に所定間隔離れた関係で上記ファイバを保持す
    るための精密なスペーサ手段とを備えたことを特徴とす
    るコリメートされたレーザダイオードバー。
  20. （２０）上記精密なスペーサ手段は、上記ダイオードバ
    ーの長さ方向に沿って約２０乃至４０ミクロンの間のあ
    る距離で上記ファイバを保持することを特徴とする請求
    項１９記載のコリメートされたレーザダイオードバー。
  21. （２１）上記精密なスペーサ手段は複数のステップを有
    するヒートシンクであることを特徴とする請求項１９記
    載のコリメートされたレーザダイオードバー。
  22. （２２）１対の対向する側面を有するレーザ材料のブロ
    ックと、 予め選択された折り曲げ角度で複数の頂点を有する上記
    対向する両側面の間のブロック内の部分に、上記ブロッ
    クの回りに位置される空洞形成手段と、上記折り曲げ角
    度は上記モード容量を上記ポンピング源からのポンピン
    グ放射と実質的に整合させるように選択され、 上記対向する両側面の少なくとも１つに隣接し、かつ上
    記共振器のジグザグ状の部分の複数の頂点に対して実質
    的に一直線に配列するように位置される複数のレーザダ
    イオードのポンピング源と、上記１対の対向する側面の
    間に生じる寄生振動を防止するための手段とを備えたこ
    とを特徴とするモード整合されたダイオードでポンピン
    グされた固体レーザ。
  23. （２３）上記寄生振動を防止する手段は、互いに平行で
    ないレーザ材料の上記ブロックの上記１対の対向する側
    面を備えることを特徴とする請求項２２記載のモード整
    合されたダイオードでポンピングされた固体レーザ。
  24. （２４）上記寄生振動を防止する手段は、上記レーザダ
    イオードのポンピング源に隣接した側面に対向するレー
    ザ材料の上記ブロックの上記１対の対向する側面の１つ
    の表面上に、減少された反射率を有する領域を備え、上
    記減少された反射率を有する領域は上記レーザダイオー
    ドのポンピング源のそれぞれから上記ブロックを横切っ
    て直接に上記側面の領域に設けられることを特徴とする
    請求項２２記載のモード整合されたダイオードでポンピ
    ングされた固体レーザ。
  25. （２５）上記減少された反射率を有する領域は、非反射
    の被覆を備えたことを特徴とする請求項２４記載のモー
    ド整合されたダイオードでポンピングされた固体レーザ
    。
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