JPH05206563A - 希土類酸化物イオンによって信号変換されるレーザ装置 - Google Patents
希土類酸化物イオンによって信号変換されるレーザ装置Info
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- JPH05206563A JPH05206563A JP4256644A JP25664492A JPH05206563A JP H05206563 A JPH05206563 A JP H05206563A JP 4256644 A JP4256644 A JP 4256644A JP 25664492 A JP25664492 A JP 25664492A JP H05206563 A JPH05206563 A JP H05206563A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 全体として固体要素を使用し、可視スペクト
ル内の青色領域若しくは緑色領域で作動するレーザ装置
の提供。 【構成】 信号変換レーザ装置２は、全体として固体構
成要素を使用し且つレーザ信号変換材料４のホスト材料
内の増感材と活性材との間の連続的なエネルギ遷移を用
いた連続的若しくは準連続的なポンピング源１２によっ
てレーザ発振動作を達成する。
ル内の青色領域若しくは緑色領域で作動するレーザ装置
の提供。 【構成】 信号変換レーザ装置２は、全体として固体構
成要素を使用し且つレーザ信号変換材料４のホスト材料
内の増感材と活性材との間の連続的なエネルギ遷移を用
いた連続的若しくは準連続的なポンピング源１２によっ
てレーザ発振動作を達成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ポンピングによる放射
線の波長よりも短い波長を有するコヒーレントな放射線
を作るレーザ装置に関し、より特別には、電磁波スペク
トルの青色部分、緑色部分、赤色部分及び赤外部分にお
いて信号変換されたレーザ放射線を提供するために、希
土類酸化物をドープした常温で固体のレーザ媒体を使用
するレーザに関する。
線の波長よりも短い波長を有するコヒーレントな放射線
を作るレーザ装置に関し、より特別には、電磁波スペク
トルの青色部分、緑色部分、赤色部分及び赤外部分にお
いて信号変換されたレーザ放射線を提供するために、希
土類酸化物をドープした常温で固体のレーザ媒体を使用
するレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】可視スペクトルの青色部分及び緑色部分
の波長を作るレーザ装置は、種々の用途において極めて
望ましいものである。これらの用途としては、レーザに
よるビデオディスプレイ装置や短い光波長によってもた
らされるより高い分解能が重要である光記憶装置のよう
な光学装置がある。
の波長を作るレーザ装置は、種々の用途において極めて
望ましいものである。これらの用途としては、レーザに
よるビデオディスプレイ装置や短い光波長によってもた
らされるより高い分解能が重要である光記憶装置のよう
な光学装置がある。
【０００３】可視スペクトルの青色部分及び緑色部分の
出力を生じるレーザ装置が開発されたけれども、このよ
うな装置の出力値は、コスト、臨界的なアライメント及
び高度のメンテナンスを含む１以上のファクタによって
減少する。例えば、希土類酸化物ガスイオンレーザは、
購入代金が高く且つ高度のメンテナンスも必要である。
非線形要素を採用する周波数二倍レーザ（frequency do
ubling laser）若しくは周波数加算レーザ（frequency
summing laser）は、臨界的アライメント及び高度のメ
ンテナンスを必要とする。
出力を生じるレーザ装置が開発されたけれども、このよ
うな装置の出力値は、コスト、臨界的なアライメント及
び高度のメンテナンスを含む１以上のファクタによって
減少する。例えば、希土類酸化物ガスイオンレーザは、
購入代金が高く且つ高度のメンテナンスも必要である。
非線形要素を採用する周波数二倍レーザ（frequency do
ubling laser）若しくは周波数加算レーザ（frequency
summing laser）は、臨界的アライメント及び高度のメ
ンテナンスを必要とする。
【０００４】全体として固体要素を使用し且つ単一のダ
イオードポンピング源を採用するレーザ装置は、低コス
トで低メンテナンスの装置に対して望ましい形状である
が、通常の常温作動状態で可視スペクトルの青色領域及
び緑色領域での作動を達成し得なかった。更に、従来技
術は連続的若しくは準連続的なポンピング源によってよ
ってこのような作動を達成し得たことがない。
イオードポンピング源を採用するレーザ装置は、低コス
トで低メンテナンスの装置に対して望ましい形状である
が、通常の常温作動状態で可視スペクトルの青色領域及
び緑色領域での作動を達成し得なかった。更に、従来技
術は連続的若しくは準連続的なポンピング源によってよ
ってこのような作動を達成し得たことがない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、全体として
固体要素を使用し、可視スペクトル内の青色領域若しく
は緑色領域で作動するレーザ装置を提供することを目的
とする。
固体要素を使用し、可視スペクトル内の青色領域若しく
は緑色領域で作動するレーザ装置を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は固体レーザ装置
からなり、このレーザ装置は、電磁波スペクトルの青色
領域、緑色領域、赤色領域及び赤外領域においてコヒー
レントな放射線を発する活性化物質と、単一周波数帯域
の赤外ポンピング源によって提供される赤外線によって
レーザ材料がポンピングされるのを可能にする増感材
と、をドープされたホスト（宿主）材料からなるレーザ
材料を備えている。赤外ポンピング源は、通常はレーザ
ダイオードのような固体赤外レーザ源からなる。
からなり、このレーザ装置は、電磁波スペクトルの青色
領域、緑色領域、赤色領域及び赤外領域においてコヒー
レントな放射線を発する活性化物質と、単一周波数帯域
の赤外ポンピング源によって提供される赤外線によって
レーザ材料がポンピングされるのを可能にする増感材
と、をドープされたホスト（宿主）材料からなるレーザ
材料を備えている。赤外ポンピング源は、通常はレーザ
ダイオードのような固体赤外レーザ源からなる。
【０００７】好ましい実施例においては、本発明は、ホ
スト材料と、前記単一周波数帯域赤外線よりも短い波長
を有するコヒーレントな放射線を発生するために前記ホ
スト材料内にある濃度で含まれた希土類酸化物イオンか
らなる活性材料と、前記赤外線に対する前記ホスト材料
内の前記活性材料を前記赤外線に対する感度を増すため
に前記ホスト材料内にある濃度で含まれた増感イオンか
らなる増感材料とを含む活性レーザ材料と、当該レーザ
材料によって発生された前記コヒーレントな放射線を共
振させるための光学キャビティと、少なくとも前記単一
周波数帯域の赤外線の準連続的な出力を有する前記レー
ザ材料をポンピングするためのポンピング源とからな
る。
スト材料と、前記単一周波数帯域赤外線よりも短い波長
を有するコヒーレントな放射線を発生するために前記ホ
スト材料内にある濃度で含まれた希土類酸化物イオンか
らなる活性材料と、前記赤外線に対する前記ホスト材料
内の前記活性材料を前記赤外線に対する感度を増すため
に前記ホスト材料内にある濃度で含まれた増感イオンか
らなる増感材料とを含む活性レーザ材料と、当該レーザ
材料によって発生された前記コヒーレントな放射線を共
振させるための光学キャビティと、少なくとも前記単一
周波数帯域の赤外線の準連続的な出力を有する前記レー
ザ材料をポンピングするためのポンピング源とからな
る。
【０００８】
【実施例】添付図面を通して同様若しくは対応する部品
は同じ参照番号が付されている。図１は、本発明を組み
入れるのに適したレーザ装置２の概略構成図である。レ
ーザ装置２は、反射鏡８と出力カプラ１０とによって形
成された光学キャビティ６内にレーザ材料４を含む。レ
ーザ材料４は、バリウム・イットリウム・弗化物のよう
な弗化物結晶のホスト材料からなる。さもなければ、レ
ーザ材料４は弗化物ガラスのホスト材料のようなガラス
のホスト材料から構成してもよい。
は同じ参照番号が付されている。図１は、本発明を組み
入れるのに適したレーザ装置２の概略構成図である。レ
ーザ装置２は、反射鏡８と出力カプラ１０とによって形
成された光学キャビティ６内にレーザ材料４を含む。レ
ーザ材料４は、バリウム・イットリウム・弗化物のよう
な弗化物結晶のホスト材料からなる。さもなければ、レ
ーザ材料４は弗化物ガラスのホスト材料のようなガラス
のホスト材料から構成してもよい。
【０００９】レーザ材料４はまた、ホスト材料内にドー
プするのが好ましいツリウムのような希土類酸化物活性
材料から構成してもよい。ホスト材料がバリウム・イッ
トリウム・弗化物からなる場合には、ホスト材料内にお
いて使用できる希土類酸化物のパーセンテージとしての
ツリウムの濃度は、０．１〜１０パーセント、好ましく
は０．１〜２パーセント、理想的には約０．５パーセン
トである。エルビウム若しくはホルミウムもホスト材料
内にドープしてもよい適当な活性材料である。レーザ材
料は更に、好ましくはホスト材料内にドープされるイッ
テルビウムのような増感材を含む。ホスト材料がバリウ
ム・イットリウム・弗化物である場合には、ホスト材料
内に使用できる希土類酸化物のパーセンテージとしての
イッテルビウムの濃度は、１〜９９．９パーセントの範
囲、好ましくは約５〜９９．９パーセント、理想的には
約５０パーセントである。
プするのが好ましいツリウムのような希土類酸化物活性
材料から構成してもよい。ホスト材料がバリウム・イッ
トリウム・弗化物からなる場合には、ホスト材料内にお
いて使用できる希土類酸化物のパーセンテージとしての
ツリウムの濃度は、０．１〜１０パーセント、好ましく
は０．１〜２パーセント、理想的には約０．５パーセン
トである。エルビウム若しくはホルミウムもホスト材料
内にドープしてもよい適当な活性材料である。レーザ材
料は更に、好ましくはホスト材料内にドープされるイッ
テルビウムのような増感材を含む。ホスト材料がバリウ
ム・イットリウム・弗化物である場合には、ホスト材料
内に使用できる希土類酸化物のパーセンテージとしての
イッテルビウムの濃度は、１〜９９．９パーセントの範
囲、好ましくは約５〜９９．９パーセント、理想的には
約５０パーセントである。
【００１０】レーザ装置２はまた、ほぼ単一周波数帯域
のポンピング源１２を含み、ポンピング源１２は、レー
ザ材料４をポンピングするのに適した少なくとも一つの
波長を有する少なくとも準連続的な光学的ポンピング放
射線の発生源からなり、この波長は電磁波スペクトルの
赤外領域にある。ポンピング源１２によって提供される
ポンピング放射線の波長は、８３０〜１１００ｎｍの範
囲、好ましくは約９２０〜１０００ｎｍ、理想的には約
９６０ｎｍである。
のポンピング源１２を含み、ポンピング源１２は、レー
ザ材料４をポンピングするのに適した少なくとも一つの
波長を有する少なくとも準連続的な光学的ポンピング放
射線の発生源からなり、この波長は電磁波スペクトルの
赤外領域にある。ポンピング源１２によって提供される
ポンピング放射線の波長は、８３０〜１１００ｎｍの範
囲、好ましくは約９２０〜１０００ｎｍ、理想的には約
９６０ｎｍである。
【００１１】ポンピング源１２は、上記のポンピング放
射線のための適当な出力波長範囲のためには、経済性及
び簡素さの点からレーザダイオードが最も有利であるけ
れども、８３０〜１１００ｎｍの範囲、好ましくは９２
０〜１０００ｎｍ、理想的には約９６０ｎｍの波長の単
一周波数帯域のコヒーレントな放射線を提供するチタン
・サファイア・レーザのような固体レーザによって構成
してもよい。
射線のための適当な出力波長範囲のためには、経済性及
び簡素さの点からレーザダイオードが最も有利であるけ
れども、８３０〜１１００ｎｍの範囲、好ましくは９２
０〜１０００ｎｍ、理想的には約９６０ｎｍの波長の単
一周波数帯域のコヒーレントな放射線を提供するチタン
・サファイア・レーザのような固体レーザによって構成
してもよい。
【００１２】ポンピング源１２によって発生されたポン
ピング放射線は、光学経路２０に沿って集束レンズ２２
を通過し反射鏡８を通って光学キャビティ６を貫通しレ
ーザ材料４の少なくとも一つの面に突き当たる。この目
的のために、反射鏡８はレーザ装置２がコヒーレントな
出力放射線を提供するように調整されたレーザ波長にお
いて反射率が高い。非共振ポンピングが望ましいなら
ば、例えばレーザ材料４がポンピング放射線を吸収する
力が弱く若しくは比較的薄い場合には、反射鏡８はポン
ピング放射線に対応する波長に対して十分な反射力があ
る。集束レンズ２２は、ポンピング源１２からのポンピ
ング放射線をレーザ材料４上に集光させるのに有用であ
る。
ピング放射線は、光学経路２０に沿って集束レンズ２２
を通過し反射鏡８を通って光学キャビティ６を貫通しレ
ーザ材料４の少なくとも一つの面に突き当たる。この目
的のために、反射鏡８はレーザ装置２がコヒーレントな
出力放射線を提供するように調整されたレーザ波長にお
いて反射率が高い。非共振ポンピングが望ましいなら
ば、例えばレーザ材料４がポンピング放射線を吸収する
力が弱く若しくは比較的薄い場合には、反射鏡８はポン
ピング放射線に対応する波長に対して十分な反射力があ
る。集束レンズ２２は、ポンピング源１２からのポンピ
ング放射線をレーザ材料４上に集光させるのに有用であ
る。
【００１３】図２は、本発明がどのようにしてイッテル
ビウム増感材イオンからレーザ材料４内にドープされた
ツリウム活性化材料イオンへの３つの一連のエネルギ遷
移によって信号変換動作を行うかを示すエネルギ準位の
状態図である。ポンピング源１２からの光学経路２０に
沿ったポンピング放射線の波長が８３０〜１１００ｎｍ
の範囲に調整されると、レーザ材料４内のイッテルビウ
ム増感材イオンの少なくともいくつかの量子エネルギ準
位が、ポンピング放射線を吸収することによってベクト
ル２４で示すように2Ｆ7/2状態から2Ｆ5/2へと上昇す
る。
ビウム増感材イオンからレーザ材料４内にドープされた
ツリウム活性化材料イオンへの３つの一連のエネルギ遷
移によって信号変換動作を行うかを示すエネルギ準位の
状態図である。ポンピング源１２からの光学経路２０に
沿ったポンピング放射線の波長が８３０〜１１００ｎｍ
の範囲に調整されると、レーザ材料４内のイッテルビウ
ム増感材イオンの少なくともいくつかの量子エネルギ準
位が、ポンピング放射線を吸収することによってベクト
ル２４で示すように2Ｆ7/2状態から2Ｆ5/2へと上昇す
る。
【００１４】2Ｆ5/2状態にあるイッテルビウムイオンの
量子エネルギ準位は次いで崩壊して2Ｆ7/2状態へと戻
る。増感材から活性材への第１のエネルギ遷移において
は、ツリウム活性材イオンの少なくともいくつかの量子
エネルギ準位は、イッテルビウム増感材イオンの量子エ
ネルギ準位が崩壊して2Ｆ5/2状態から2Ｆ7/2状態へと戻
るときに発生する実質的に放射線を伴わないエネルギ遷
移によって、破線２６によって示すように3Ｈ6状態から
3Ｈ5状態へと上昇する。3Ｈ5状態にあるツリウムイオン
の量子エネルギ準位は、次いで急激に実質的に放射線を
伴わないで崩壊してベクトル２８によって示すように3
Ｈ4状態へと遷移する。
量子エネルギ準位は次いで崩壊して2Ｆ7/2状態へと戻
る。増感材から活性材への第１のエネルギ遷移において
は、ツリウム活性材イオンの少なくともいくつかの量子
エネルギ準位は、イッテルビウム増感材イオンの量子エ
ネルギ準位が崩壊して2Ｆ5/2状態から2Ｆ7/2状態へと戻
るときに発生する実質的に放射線を伴わないエネルギ遷
移によって、破線２６によって示すように3Ｈ6状態から
3Ｈ5状態へと上昇する。3Ｈ5状態にあるツリウムイオン
の量子エネルギ準位は、次いで急激に実質的に放射線を
伴わないで崩壊してベクトル２８によって示すように3
Ｈ4状態へと遷移する。
【００１５】増感材から活性材への第２のエネルギ遷移
においては、破線３０によって示すように、ツリウム活
性材イオンの少なくともいくつかの量子エネルギ準位
が、イッテルビウム増感材イオンの2Ｆ5/2状態から2Ｆ
7/2状態へのイッテルビウム増感材イオンの量子エネル
ギ準位の連続して起こる崩壊によって発生する実質的に
放射線を伴わないエネルギ遷移によって、3Ｈ4状態から
3Ｆ2状態へと上昇する。3Ｆ2状態にあるツリウムイオン
の量子エネルギ準位は、次いで実質的に放射線を伴わな
いで急速に崩壊し、波状ベクトル３２によって示すよう
に、最初3Ｆ3状態に遷移し次いで3Ｆ4状態へと遷移す
る。
においては、破線３０によって示すように、ツリウム活
性材イオンの少なくともいくつかの量子エネルギ準位
が、イッテルビウム増感材イオンの2Ｆ5/2状態から2Ｆ
7/2状態へのイッテルビウム増感材イオンの量子エネル
ギ準位の連続して起こる崩壊によって発生する実質的に
放射線を伴わないエネルギ遷移によって、3Ｈ4状態から
3Ｆ2状態へと上昇する。3Ｆ2状態にあるツリウムイオン
の量子エネルギ準位は、次いで実質的に放射線を伴わな
いで急速に崩壊し、波状ベクトル３２によって示すよう
に、最初3Ｆ3状態に遷移し次いで3Ｆ4状態へと遷移す
る。
【００１６】増感材から活性材への第３のエネルギ遷移
においては、ツリウム活性材イオンの少なくともいくつ
かの量子エネルギ準位は、破線３４によって示すよう
に、2Ｆ5/2状態から2Ｆ7/2状態へのイッテルビウム増感
材イオンの量子エネルギ準位の連続して起こる崩壊によ
って発生する実質的に放射線を伴わないエネルギ遷移に
よって、3Ｆ4状態から1Ｇ4状態へと上昇する。1Ｇ4状態
にあるツリウムイオンの量子エネルギ準位は、ベクトル
３６によって示すように、次いで放射線を伴って崩壊し
て3Ｈ4状態へと遷移する。1Ｇ4状態にあるツリウムイオ
ンの3Ｈ4状態への崩壊によって放射されるエネルギの波
長は６４９ｎｍである。光学キャビティ６がこの波長に
対して共振するように作られ、反射鏡８がこの波長に対
して高い反射率を有し、出力カプラ１０がこの波長にお
いてレーザ発振動作を維持するのに十分な反射率を有す
るならば、増感材イオンと活性材イオンとの間における
３つの連続的なエネルギ遷移によって作動する信号変換
レーザ装置が確保される。
においては、ツリウム活性材イオンの少なくともいくつ
かの量子エネルギ準位は、破線３４によって示すよう
に、2Ｆ5/2状態から2Ｆ7/2状態へのイッテルビウム増感
材イオンの量子エネルギ準位の連続して起こる崩壊によ
って発生する実質的に放射線を伴わないエネルギ遷移に
よって、3Ｆ4状態から1Ｇ4状態へと上昇する。1Ｇ4状態
にあるツリウムイオンの量子エネルギ準位は、ベクトル
３６によって示すように、次いで放射線を伴って崩壊し
て3Ｈ4状態へと遷移する。1Ｇ4状態にあるツリウムイオ
ンの3Ｈ4状態への崩壊によって放射されるエネルギの波
長は６４９ｎｍである。光学キャビティ６がこの波長に
対して共振するように作られ、反射鏡８がこの波長に対
して高い反射率を有し、出力カプラ１０がこの波長にお
いてレーザ発振動作を維持するのに十分な反射率を有す
るならば、増感材イオンと活性材イオンとの間における
３つの連続的なエネルギ遷移によって作動する信号変換
レーザ装置が確保される。
【００１７】この信号変換装置によって他の波長でレー
ザを発生することができる。例えば、光学キャビティが
約４５５ｎｍの波長で共振するように作られ、反射鏡８
と出力カプラとの両方が約６４９ｎｍの波長に対して十
分な反射率を有するならば、約４５５ｎｍの波長におい
てレーザ発生動作を維持することができる。このレーザ
発振動作は、ツリウム活性材イオンへの３つの連続的な
エネルギ遷移の結果として起こる次のメカニズムのうち
の一つ若しくは両方によるものである。
ザを発生することができる。例えば、光学キャビティが
約４５５ｎｍの波長で共振するように作られ、反射鏡８
と出力カプラとの両方が約６４９ｎｍの波長に対して十
分な反射率を有するならば、約４５５ｎｍの波長におい
てレーザ発生動作を維持することができる。このレーザ
発振動作は、ツリウム活性材イオンへの３つの連続的な
エネルギ遷移の結果として起こる次のメカニズムのうち
の一つ若しくは両方によるものである。
【００１８】一のメカニズムは、ツリウム活性材の少な
くともいくつかが1Ｇ4状態から3Ｈ4状態へと量子エネル
ギ崩壊することによって発生される約６４９ｎｍの波長
を有する放射線の吸収である。この放射線は、上記した
ようなイッテルビウム増感材イオンからツリウム活性材
への第２のエネルギ遷移の結果として3Ｆ4状態の量子エ
ネルギ準位を有するツリウム活性材イオンの少なくとも
いくつかによって吸収される。
くともいくつかが1Ｇ4状態から3Ｈ4状態へと量子エネル
ギ崩壊することによって発生される約６４９ｎｍの波長
を有する放射線の吸収である。この放射線は、上記した
ようなイッテルビウム増感材イオンからツリウム活性材
への第２のエネルギ遷移の結果として3Ｆ4状態の量子エ
ネルギ準位を有するツリウム活性材イオンの少なくとも
いくつかによって吸収される。
【００１９】この放射線の吸収によって、破線３８によ
って示されるように、これらのイオンの量子エネルギ準
位が3Ｆ4状態から1Ｄ2状態へと上昇せしめられる。1Ｄ2
状態にあるツリウムの量子エネルギ準位は、次いでベク
トル４０によって示すように3Ｈ4状態へと放射線を伴っ
て崩壊する。1Ｄ2状態にあるツリウムイオンが3Ｈ4状態
へと崩壊することによって放射されるエネルギの波長は
約４５５ｎｍである。この場合に光学キャビティはこの
波長に対して共振するように作られているので、この機
構によって十分なエネルギ遷移が提供されるならばこの
波長でレーザ発振が起こる。
って示されるように、これらのイオンの量子エネルギ準
位が3Ｆ4状態から1Ｄ2状態へと上昇せしめられる。1Ｄ2
状態にあるツリウムの量子エネルギ準位は、次いでベク
トル４０によって示すように3Ｈ4状態へと放射線を伴っ
て崩壊する。1Ｄ2状態にあるツリウムイオンが3Ｈ4状態
へと崩壊することによって放射されるエネルギの波長は
約４５５ｎｍである。この場合に光学キャビティはこの
波長に対して共振するように作られているので、この機
構によって十分なエネルギ遷移が提供されるならばこの
波長でレーザ発振が起こる。
【００２０】約４５５ｎｍにおいて放射線を放射させる
もう一つのメカニズムは、上記したイッテルビウム増感
材イオンからツリウム活性材への第２のエネルギ遷移の
結果として3Ｆ3状態の量子エネルギ準位を占めるこれら
のツリウム活性材イオンの少なくともいくつかの間で起
こるイオンからイオンへのエネルギ遷移によるものであ
る。この場合には、イオンからイオンへのエネルギ遷移
によって、破線４２によって示されるように3Ｆ3状態の
量子エネルギ準位を有する一つのエネルギ放出ツリウム
活性材イオンが3Ｈ6状態に戻され、一つのエネルギ吸収
ツリウム活性材イオンが3Ｆ3状態から1Ｄ2状態に上昇し
た量子エネルギ準位を有する。
もう一つのメカニズムは、上記したイッテルビウム増感
材イオンからツリウム活性材への第２のエネルギ遷移の
結果として3Ｆ3状態の量子エネルギ準位を占めるこれら
のツリウム活性材イオンの少なくともいくつかの間で起
こるイオンからイオンへのエネルギ遷移によるものであ
る。この場合には、イオンからイオンへのエネルギ遷移
によって、破線４２によって示されるように3Ｆ3状態の
量子エネルギ準位を有する一つのエネルギ放出ツリウム
活性材イオンが3Ｈ6状態に戻され、一つのエネルギ吸収
ツリウム活性材イオンが3Ｆ3状態から1Ｄ2状態に上昇し
た量子エネルギ準位を有する。
【００２１】1Ｄ2状態にあるツリウムイオンの量子エネ
ルギ準位は、次いでベクトル４０によって示すように放
射線を放出して崩壊し3Ｈ4状態となる。1Ｄ2状態にある
ツリウムイオンが崩壊して3Ｈ4状態となることによって
放出されるエネルギの波長は約４５５ｎｍである。光学
キャビティ６はこの波長に対して共振するように作られ
ているので、このメカニズムによって十分なエネルギ遷
移が付与されると、この波長でレーザ発振が起こる。
ルギ準位は、次いでベクトル４０によって示すように放
射線を放出して崩壊し3Ｈ4状態となる。1Ｄ2状態にある
ツリウムイオンが崩壊して3Ｈ4状態となることによって
放出されるエネルギの波長は約４５５ｎｍである。光学
キャビティ６はこの波長に対して共振するように作られ
ているので、このメカニズムによって十分なエネルギ遷
移が付与されると、この波長でレーザ発振が起こる。
【００２２】少なくともいくつかのツリウム活性材の量
子エネルギ準位が1Ｄ2状態へと上昇するのと組み合わせ
られた上記の２つのメカニズムがたとえそれら単独では
約４５５ｎｍの波長においてレーザ発振を提供するのに
十分なエネルギを遷移させることができない場合にも、
この２つのメカニズムは、組み合わせることによって十
分なエネルギ遷移を提供するようにしてもよい。
子エネルギ準位が1Ｄ2状態へと上昇するのと組み合わせ
られた上記の２つのメカニズムがたとえそれら単独では
約４５５ｎｍの波長においてレーザ発振を提供するのに
十分なエネルギを遷移させることができない場合にも、
この２つのメカニズムは、組み合わせることによって十
分なエネルギ遷移を提供するようにしてもよい。
【００２３】同様に、上記したように本発明の信号変換
装置は、1Ｄ2状態にあるツリウム活性材の少なくともい
くつかの量子エネルギ準位から他のエネルギ状態への崩
壊に対応する更に別の波長を有するレーザ放射線を提供
することもできる。例えば、ベクトル４６によって示す
ように、1Ｄ2状態にあるツリウム活性材イオンの少なく
ともいくつかが3Ｈ5状態へと崩壊して約５１０ｎｍの波
長の放射線を放出するようにしてもよい。光学キャビテ
ィ６がほぼこの波長に対して共振するようになされ、十
分なエネルギ遷移が達成されるならば、この波長におい
てレーザ発振を起こすことができる。
装置は、1Ｄ2状態にあるツリウム活性材の少なくともい
くつかの量子エネルギ準位から他のエネルギ状態への崩
壊に対応する更に別の波長を有するレーザ放射線を提供
することもできる。例えば、ベクトル４６によって示す
ように、1Ｄ2状態にあるツリウム活性材イオンの少なく
ともいくつかが3Ｈ5状態へと崩壊して約５１０ｎｍの波
長の放射線を放出するようにしてもよい。光学キャビテ
ィ６がほぼこの波長に対して共振するようになされ、十
分なエネルギ遷移が達成されるならば、この波長におい
てレーザ発振を起こすことができる。
【００２４】同様に、上記した本発明の信号変換装置
は、1Ｇ4状態にあるツリウム活性材イオンの少なくとも
いくつかの量子エネルギ準位が別のエネルギ状態へと崩
壊するのに対応する更に別の波長を有するレーザ放射線
を放出することもできる。例えば、ベクトル４８によっ
て示すように、1Ｇ4状態にあるツリウム活性材イオンの
少なくともいくつかが3Ｈ5状態へと崩壊して約７９９ｎ
ｍの波長の放射線を放出する実質的な放射崩壊を提供す
るようにしてもよい。光学キャビティ６がほぼこの波長
に対して共振するようになされ、十分なエネルギ遷移が
達成されるならば、この波長においてレーザ発振を起こ
すことができる。
は、1Ｇ4状態にあるツリウム活性材イオンの少なくとも
いくつかの量子エネルギ準位が別のエネルギ状態へと崩
壊するのに対応する更に別の波長を有するレーザ放射線
を放出することもできる。例えば、ベクトル４８によっ
て示すように、1Ｇ4状態にあるツリウム活性材イオンの
少なくともいくつかが3Ｈ5状態へと崩壊して約７９９ｎ
ｍの波長の放射線を放出する実質的な放射崩壊を提供す
るようにしてもよい。光学キャビティ６がほぼこの波長
に対して共振するようになされ、十分なエネルギ遷移が
達成されるならば、この波長においてレーザ発振を起こ
すことができる。
【００２５】図１に示した信号変換装置２は、イッテル
ビウム増感材イオンの少なくともいくつかからツリウム
活性材イオンの少なくともいくつかへの２つだけのエネ
ルギ遷移によって更に別の波長でレーザ放射線を提供す
るように使用してもよい。この場合には、上記したよう
にイッテルビウム増感材イオンの少なくともいくつかか
らの第２のエネルギ遷移の結果として3Ｆ4状態へと上昇
した量子エネルギ準位を有するツリウム活性材イオンの
少なくともいくつかが3Ｈ4状態へと崩壊せしめられる。
ベクトル５０によって示すように、この遷移の結果、約
１．４８μｍの波長の放射線が放出される。光学キャビ
ティ６がほぼ１．４８μｍの波長に対して共振するよう
になされ、十分なエネルギ遷移が達成されるならば、こ
の波長においてレーザ発振を起こすことができる。
ビウム増感材イオンの少なくともいくつかからツリウム
活性材イオンの少なくともいくつかへの２つだけのエネ
ルギ遷移によって更に別の波長でレーザ放射線を提供す
るように使用してもよい。この場合には、上記したよう
にイッテルビウム増感材イオンの少なくともいくつかか
らの第２のエネルギ遷移の結果として3Ｆ4状態へと上昇
した量子エネルギ準位を有するツリウム活性材イオンの
少なくともいくつかが3Ｈ4状態へと崩壊せしめられる。
ベクトル５０によって示すように、この遷移の結果、約
１．４８μｍの波長の放射線が放出される。光学キャビ
ティ６がほぼ１．４８μｍの波長に対して共振するよう
になされ、十分なエネルギ遷移が達成されるならば、こ
の波長においてレーザ発振を起こすことができる。
【００２６】上記した本発明の特定の実施例において、
レーザ材料４はＢａＹ1．0Ｙｂ0．9 9Ｔｍ0．01Ｆ8から
なる。ポンピング源１２は典型的には１以上のレーザダ
イオードを含む。この場合には、ポンピング源１２は、
約９６０ｎｍの波長で約１００ｍＷの出力を供給する。
別の方法として、ポンピング源１２はチタンサファイヤ
レーザから構成してもよい。この場合には、ポンピング
源１２は、約９６０ｎｍの波長で約１Ｗの出力を供給す
る。ポンピング源１２の出力は、所望ならばレーザ材料
４のオーバーヒートを防止するためにチョッパーホイー
ルによって準連続的にしてもよい。さもなければ、レー
ザ材料４はオーバヒートすることのない適切な作動を確
保するために適当にヒートシンクするかまたは冷却して
もよい。
レーザ材料４はＢａＹ1．0Ｙｂ0．9 9Ｔｍ0．01Ｆ8から
なる。ポンピング源１２は典型的には１以上のレーザダ
イオードを含む。この場合には、ポンピング源１２は、
約９６０ｎｍの波長で約１００ｍＷの出力を供給する。
別の方法として、ポンピング源１２はチタンサファイヤ
レーザから構成してもよい。この場合には、ポンピング
源１２は、約９６０ｎｍの波長で約１Ｗの出力を供給す
る。ポンピング源１２の出力は、所望ならばレーザ材料
４のオーバーヒートを防止するためにチョッパーホイー
ルによって準連続的にしてもよい。さもなければ、レー
ザ材料４はオーバヒートすることのない適切な作動を確
保するために適当にヒートシンクするかまたは冷却して
もよい。
【００２７】本発明は、所望ならば図１に示すものとは
異なる他のレーザ装置内で使用することもできる。例え
ば、レーザ材料４は、別個のポンピング源１２によって
ポンピングする代わりにキャビティ内でポンピングして
もよい。このような場合には、レーザ材料４はポンピン
グ源１２の光学キャビティの一部分内に配置される。こ
のような構造は、より高いポンピング効率若しくはより
良好な経済性を達成するのには望ましいかもしれない。
本発明はまたリング状キャビティのレーザ装置において
使用してもよい。同様に、レーザ材料４は、光ファイバ
からなるホスト材料から構成してもよいし、また、光学
キャビティ６は、図１に示した反射鏡８と出力カプラ１
０の機能とほぼ等しい適当なファイバ光カップリングと
組み合わせて使用されるある長さの光ファイバのホスト
材料から構成してもよい。
異なる他のレーザ装置内で使用することもできる。例え
ば、レーザ材料４は、別個のポンピング源１２によって
ポンピングする代わりにキャビティ内でポンピングして
もよい。このような場合には、レーザ材料４はポンピン
グ源１２の光学キャビティの一部分内に配置される。こ
のような構造は、より高いポンピング効率若しくはより
良好な経済性を達成するのには望ましいかもしれない。
本発明はまたリング状キャビティのレーザ装置において
使用してもよい。同様に、レーザ材料４は、光ファイバ
からなるホスト材料から構成してもよいし、また、光学
キャビティ６は、図１に示した反射鏡８と出力カプラ１
０の機能とほぼ等しい適当なファイバ光カップリングと
組み合わせて使用されるある長さの光ファイバのホスト
材料から構成してもよい。
【００２８】以上、全体として固体構成要素を使用し且
つレーザ信号変換材料のホスト材料内の増感材と活性材
との間の連続的なエネルギ遷移を用いた連続的若しくは
準連続的なポンピング源によってこのような動作を達成
する信号変換レーザ装置を説明した。
つレーザ信号変換材料のホスト材料内の増感材と活性材
との間の連続的なエネルギ遷移を用いた連続的若しくは
準連続的なポンピング源によってこのような動作を達成
する信号変換レーザ装置を説明した。
【図１】本発明を組み入れるのに適したレーザ装置２の
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】本発明の第１の信号変換装置のためのエネルギ
状態図である。
状態図である。
２ レーザ装置、 ４ レーザ材料、 ６ 光学キ
ャビティ、８ 反射鏡、 １０ 出力カプラ、 １
２ ポンピング源、２２ 集束レンズ
ャビティ、８ 反射鏡、 １０ 出力カプラ、 １
２ ポンピング源、２２ 集束レンズ
Claims (10)
- 【請求項１】 比較的波長が長く且つ少なくとも準連続
的であるほぼ単一周波数帯域の赤外線を比較的波長が短
い光線に変換するための信号変換レーザ装置であって、 ホスト材料と、前記赤外線よりも波長が短いコヒーレン
トな放射線を放出することができる前記ホスト材料内に
含まれたある濃度の希土類酸化物の活性材イオンからな
る活性材と、前記活性材との間での少なくとも２つの連
続的なエネルギ遷移によって前記ホスト材料内の前記活
性材の前記赤外線に対する感度を増すために前記ホスト
材料内にある濃度で含まれた増感材イオンからなる増感
材とを含む活性レーザ材料と、 前記レーザ材料によって放出された前記コヒーレントな
放射線を共振させるための光学キャビティと、 少なくとも前記単一周波数帯域の赤外線の準連続的な出
力を有し、前記レーザ材料をポンピングするためのポン
ピング源と、からなるレーザ装置。 - 【請求項２】 前記活性材が、前記ホスト材料内にドー
プされたある濃度のツリウムからなる、請求項１に記載
のレーザ装置。 - 【請求項３】 前記増感材が、前記ホスト材料内にドー
プされたある濃度のイッテルビウムからなる、請求項２
に記載のレーザ装置。 - 【請求項４】 前記活性材がエルビウムからなる、請求
項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項５】 前記増感材がイッテルビウムからなる、
請求項４に記載のレーザ装置。 - 【請求項６】 前記活性材がホルミウムからなる、請求
項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項７】 前記増感材がイッテルビウムからなる、
請求項６に記載のレーザ装置。 - 【請求項８】 前記ホスト材料が弗化物の結晶からな
る、請求項１に記載のレーザ装置。 - 【請求項９】 前記ホスト材料がバリウム・イットリウ
ム・弗化物からなる、請求項８に記載のレーザ装置。 - 【請求項１０】 前記ホスト材料が弗化物ガラスからな
る、請求項１に記載のレーザ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US765381 | 1991-09-25 | ||
| US07/765,381 US5299215A (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | Rare earth ion upconversion laser system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05206563A true JPH05206563A (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=25073415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4256644A Pending JPH05206563A (ja) | 1991-09-25 | 1992-09-25 | 希土類酸化物イオンによって信号変換されるレーザ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5299215A (ja) |
| EP (1) | EP0534750A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05206563A (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5299215A (en) * | 1991-09-25 | 1994-03-29 | Amoco Corporation | Rare earth ion upconversion laser system |
| US5487080A (en) * | 1991-10-30 | 1996-01-23 | University Of New Mexico | Principle and applications of multiphoton pumped upconverted lasers |
| US5426656A (en) * | 1993-01-25 | 1995-06-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Laser element doped with rare earth ions, optical amplifier element doped with rare earth ions and rare-earth-ion-doped short-wavelength laser light source apparatus |
| US5754570A (en) * | 1993-05-19 | 1998-05-19 | Telstra Corporation Limited | Co-doped optical material emitting visible/IR light |
| AU669630B2 (en) * | 1993-05-19 | 1996-06-13 | Telstra Corporation Limited | Co-doped optical material emitting visible/IR light |
| US5436919A (en) * | 1994-01-25 | 1995-07-25 | Eastman Kodak Company | Multiwavelength upconversion waveguide laser |
| KR100243313B1 (ko) * | 1994-05-11 | 2000-02-01 | 윤종용 | 청록색 레이저 발진방법 및 소자 그리고 이를 적용한 장치 |
| US5659558A (en) * | 1995-03-06 | 1997-08-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Short-wavelength laser element doped with rare earth ions, optical amplifier doped with rare earth ions, and wavelength converter doped with rare earth ions |
| GB2302442B (en) * | 1995-06-02 | 1999-09-22 | Central Glass Co Ltd | Upconversion laser material |
| EP0878884A3 (de) * | 1997-05-16 | 1998-12-02 | Heinz Paul Prof. Dr. Weber | Dotierter Festkörper und dessen Beeinflussung transmittierter Strahlung |
| JP3344475B2 (ja) * | 1999-03-19 | 2002-11-11 | 日本電気株式会社 | レーザ発振器及びレーザ増幅器 |
| US6650677B1 (en) | 2000-04-11 | 2003-11-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Up-conversion laser |
| US6693942B2 (en) * | 2001-10-23 | 2004-02-17 | William F. Krupke | Diode-pumped visible wavelength alkali laser |
| ITMI20022190A1 (it) * | 2002-10-15 | 2004-04-16 | Marconi Comm Ltd | Fibre drogate con erbio. |
| CN104059668A (zh) * | 2013-03-21 | 2014-09-24 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 铽镱双掺杂碱土氟化钇盐上转换发光材料、制备方法及有机发光二极管 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3621340A (en) * | 1969-04-16 | 1971-11-16 | Bell Telephone Labor Inc | Gallium arsenide diode with up-converting phosphor coating |
| US3949319A (en) * | 1974-09-12 | 1976-04-06 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | High energy storage lasers employing perovskites containing rare earths |
| US5022040A (en) * | 1986-05-30 | 1991-06-04 | Hughes Aircraft Company | Upconversion pumped lasers |
| US4782494A (en) * | 1986-05-30 | 1988-11-01 | Hughes Aircraft Company | Method of providing continuous lasing operation |
| US5003547A (en) * | 1989-12-29 | 1991-03-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Room-temperature, flashpumped, 1.96 micron solid state laser |
| US5117437A (en) * | 1990-03-02 | 1992-05-26 | The University Of Michigan | Continuous-wave pair-pumped laser system |
| US5088103A (en) * | 1990-04-30 | 1992-02-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Room-temperature, flashpumped, 2.09 micron solid state laser |
| US5008890A (en) * | 1990-05-01 | 1991-04-16 | Hughes Aircraft Company | Red, green, blue upconversion laser pumped by single wavelength infrared laser source |
| FR2668464B1 (fr) * | 1990-10-25 | 1993-01-08 | Commissariat Energie Atomique | Silicates mixtes d'yttrium et de lanthanide et laser utilisant des monocristaux de ces silicates. |
| US5299215A (en) * | 1991-09-25 | 1994-03-29 | Amoco Corporation | Rare earth ion upconversion laser system |
| US5299210A (en) * | 1992-04-28 | 1994-03-29 | Rutgers University | Four-level multiply doped rare earth laser system |
-
1991
- 1991-09-25 US US07/765,381 patent/US5299215A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-09-24 EP EP92308700A patent/EP0534750A1/en not_active Withdrawn
- 1992-09-25 JP JP4256644A patent/JPH05206563A/ja active Pending
-
1994
- 1994-02-08 US US08/195,790 patent/US5488624A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0534750A1 (en) | 1993-03-31 |
| US5488624A (en) | 1996-01-30 |
| US5299215A (en) | 1994-03-29 |
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