JPH0575196A - 単一周波数の周波数２倍化レーザ及び単一周波数の緑色又は青色光を発生する方法 - Google Patents
単一周波数の周波数２倍化レーザ及び単一周波数の緑色又は青色光を発生する方法Info
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- JPH0575196A JPH0575196A JP4042304A JP4230492A JPH0575196A JP H0575196 A JPH0575196 A JP H0575196A JP 4042304 A JP4042304 A JP 4042304A JP 4230492 A JP4230492 A JP 4230492A JP H0575196 A JPH0575196 A JP H0575196A
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- light
- laser light
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- 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
- H01S3/04—Arrangements for thermal management
- H01S3/042—Arrangements for thermal management for solid state lasers
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- 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
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
Abstract
(57)【要約】
【構成】光ポンピング放射１２に反応し所定波長レーザ
光を発振するレーザ材１４と、入力ミラー１６と、高調
波レーザ光を透過する出力カプラ１８と、レーザ材１４
における空間的ホールバーニングを除去する除去手段
（４分の１波長板）２０、２２と、所定波長レーザ光を
受信し偏光する偏光手段２４と、偏光レーザ光を位相整
合させる方向を向いた光軸を有しており、偏光レーザ光
を高調波レーザ光に変換し、所定波長レーザ光の半波長
の整数倍の位相遅延を生じさせる長さの第２高調波発生
手段（ＫＴＰ：温度調節可能である）２６とを備えてい
るレーザ。 【効果】信頼性ある安定した緑色又は青色光を出力する
単一周波数の周波数２倍化レーザ１０を提供することが
できる。
光を発振するレーザ材１４と、入力ミラー１６と、高調
波レーザ光を透過する出力カプラ１８と、レーザ材１４
における空間的ホールバーニングを除去する除去手段
（４分の１波長板）２０、２２と、所定波長レーザ光を
受信し偏光する偏光手段２４と、偏光レーザ光を位相整
合させる方向を向いた光軸を有しており、偏光レーザ光
を高調波レーザ光に変換し、所定波長レーザ光の半波長
の整数倍の位相遅延を生じさせる長さの第２高調波発生
手段（ＫＴＰ：温度調節可能である）２６とを備えてい
るレーザ。 【効果】信頼性ある安定した緑色又は青色光を出力する
単一周波数の周波数２倍化レーザ１０を提供することが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ一般に関し、特
に、固体状態であってダイオードレーザでポンプされる
周波数２倍化レーザに関する。
に、固体状態であってダイオードレーザでポンプされる
周波数２倍化レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】２０年以上も前、緑色光の源（ソース）
として内部空洞２倍化Ｎｄ：ＹＡＧレーザが提案され、
その後数年に渡り多くのこのような装置が作られかつ解
析された。典型的には、この装置は、Ｎｄ：ＹＡＧロッ
ド、ブリュスター偏光子、及び、Ｂａ2 ＮａＮｂＯ15又
はＬｉＩＯ3 のようなタイプ１（ＴｙｐｅＩ）の位相整
合結晶からなっていた。このタイプの装置については、
ケヒナー（Koechner）による“Solid State Laser Engi
neering ”（スプリンガー社刊、第２版、１９８８年）
に、いくつかの例が記載されている。一般的に、これら
装置は、空洞内に非線形結晶があると、それがないとき
よりも不安定であることが観測された。モードビーティ
ング（mode-beating）又は熱効果を含んだいくつかの試
案が示唆されたが、決定的な研究はなされなかった。非
線形結晶は、既に非２倍化レーザにあるゆらぎ（fluctu
ations）の単なる非線形増幅器であると考えられること
があった。また、安定性だけがこれら装置にとっての唯
一の問題ではなかった。結晶ダメージ及び他の材料の問
題も、装置のパフォーマンスを制限する傾向があった。
として内部空洞２倍化Ｎｄ：ＹＡＧレーザが提案され、
その後数年に渡り多くのこのような装置が作られかつ解
析された。典型的には、この装置は、Ｎｄ：ＹＡＧロッ
ド、ブリュスター偏光子、及び、Ｂａ2 ＮａＮｂＯ15又
はＬｉＩＯ3 のようなタイプ１（ＴｙｐｅＩ）の位相整
合結晶からなっていた。このタイプの装置については、
ケヒナー（Koechner）による“Solid State Laser Engi
neering ”（スプリンガー社刊、第２版、１９８８年）
に、いくつかの例が記載されている。一般的に、これら
装置は、空洞内に非線形結晶があると、それがないとき
よりも不安定であることが観測された。モードビーティ
ング（mode-beating）又は熱効果を含んだいくつかの試
案が示唆されたが、決定的な研究はなされなかった。非
線形結晶は、既に非２倍化レーザにあるゆらぎ（fluctu
ations）の単なる非線形増幅器であると考えられること
があった。また、安定性だけがこれら装置にとっての唯
一の問題ではなかった。結晶ダメージ及び他の材料の問
題も、装置のパフォーマンスを制限する傾向があった。
【０００３】内部空洞２倍化レーザは、１９８０年代に
なって新しい非線形材及びレーザダイオードポンピング
技術が実現すると、再び興味を持たれるようになった。
新しい非線形材のひとつにＫＴｉＯＰＯ4 （カリウムチ
タニル燐酸塩：ＫＴＰ）があるが、この材は、非線形度
の高い材であって、早期の材を悩ました機械的、熱的及
び光学的問題を生じない材である。ＫＴＰにおける位相
整合はタイプ２（ＴｙｐｅＩＩ）であるから、早期の材
とともに用いられたブリュスター板偏光子は適当なもの
ではなかった。
なって新しい非線形材及びレーザダイオードポンピング
技術が実現すると、再び興味を持たれるようになった。
新しい非線形材のひとつにＫＴｉＯＰＯ4 （カリウムチ
タニル燐酸塩：ＫＴＰ）があるが、この材は、非線形度
の高い材であって、早期の材を悩ました機械的、熱的及
び光学的問題を生じない材である。ＫＴＰにおける位相
整合はタイプ２（ＴｙｐｅＩＩ）であるから、早期の材
とともに用いられたブリュスター板偏光子は適当なもの
ではなかった。
【０００４】ＫＴＰのようなタイプ２の非線形結晶を上
記内部空洞に用いると、第２高調波発生（ＳＨＧ）は偏
光に関したさまざまな問題を引き起こす。偏光されてい
ないレーザ空洞内に複屈折結晶を置くことは、光路長及
び損失の両方が一般には互いに異なるものである２つの
直交する偏光を結晶軸が定めるために、しばしば好まし
くない効果を発生させる。この光路長の違いは、突飛な
モードホッピング（mode-hopping）の振る舞い及び出力
ノイズをしばしば引き起こす共振空洞周波数の２つの弱
結合した組を発生させる。さらに、各偏光における損失
のわずかな違いも、レーザ出力を上記結晶の一つの軸に
沿って偏光したものにしてしまい易い。２つの結晶軸に
沿って偏光された放射はタイプ２の２倍化を必要とする
から、一つの軸のみに沿って偏光された出力放射は妨げ
られるか或いは少なくともＳＨＧ過程の効率が下げられ
るであろう。ここでは、遅延板が空洞内部の偏光を制御
するために用いられていた。また、ノイズ発生もなかっ
た。これについての、典型的な例は、コーエン（Cohen
）等の米国特許４，４１３，３４２号、バリー（Barry
）等の米国特許４，１２７，８２７号及び３，９７
５，６９３号、並びに、リウ（Liu ）の米国特許４，６
１７，６６６号、４，６３７，０２６号、４，０４８，
５１５号及び４，６１８，９５７号に示されている。
記内部空洞に用いると、第２高調波発生（ＳＨＧ）は偏
光に関したさまざまな問題を引き起こす。偏光されてい
ないレーザ空洞内に複屈折結晶を置くことは、光路長及
び損失の両方が一般には互いに異なるものである２つの
直交する偏光を結晶軸が定めるために、しばしば好まし
くない効果を発生させる。この光路長の違いは、突飛な
モードホッピング（mode-hopping）の振る舞い及び出力
ノイズをしばしば引き起こす共振空洞周波数の２つの弱
結合した組を発生させる。さらに、各偏光における損失
のわずかな違いも、レーザ出力を上記結晶の一つの軸に
沿って偏光したものにしてしまい易い。２つの結晶軸に
沿って偏光された放射はタイプ２の２倍化を必要とする
から、一つの軸のみに沿って偏光された出力放射は妨げ
られるか或いは少なくともＳＨＧ過程の効率が下げられ
るであろう。ここでは、遅延板が空洞内部の偏光を制御
するために用いられていた。また、ノイズ発生もなかっ
た。これについての、典型的な例は、コーエン（Cohen
）等の米国特許４，４１３，３４２号、バリー（Barry
）等の米国特許４，１２７，８２７号及び３，９７
５，６９３号、並びに、リウ（Liu ）の米国特許４，６
１７，６６６号、４，６３７，０２６号、４，０４８，
５１５号及び４，６１８，９５７号に示されている。
【０００５】バエール（Baer）は、ＫＴＰで内部空洞２
倍化されたダイオードレーザポンプＮｄ：ＹＡＧレーザ
を開発した最初の人物であろう（たとえば、米国特許
４，６５３，０５６号、４，６５６，６３５号、４，７
０１，９２９号、４，７５６，００３号及び４，８７
２，１７７号が参照される）。バエールの初期の空洞
は、端部ポンピングされるＮｄ：ＹＡＧロッド、ＫＴＰ
結晶及び曲面反射器からなっており、偏光制御素子を有
するものでなかった。バエールは、（１）内部空洞エタ
ロンなしで上記レーザを稼働すると、約１０キロヘルツ
から数１００キロヘルツの範囲の周波数の光ノイズを生
じ、（２）振動モード数を２に減らすためにエタロンを
付加すると、光パワーの明確な振動が観測され、（３）
上記レーザがエタロンを付加して単一モードで稼働され
ると、出力パワーは安定であるが非常に少量の緑色出力
しか発生しない、という結果を報告した。
倍化されたダイオードレーザポンプＮｄ：ＹＡＧレーザ
を開発した最初の人物であろう（たとえば、米国特許
４，６５３，０５６号、４，６５６，６３５号、４，７
０１，９２９号、４，７５６，００３号及び４，８７
２，１７７号が参照される）。バエールの初期の空洞
は、端部ポンピングされるＮｄ：ＹＡＧロッド、ＫＴＰ
結晶及び曲面反射器からなっており、偏光制御素子を有
するものでなかった。バエールは、（１）内部空洞エタ
ロンなしで上記レーザを稼働すると、約１０キロヘルツ
から数１００キロヘルツの範囲の周波数の光ノイズを生
じ、（２）振動モード数を２に減らすためにエタロンを
付加すると、光パワーの明確な振動が観測され、（３）
上記レーザがエタロンを付加して単一モードで稼働され
ると、出力パワーは安定であるが非常に少量の緑色出力
しか発生しない、という結果を報告した。
【０００６】バエールは、彼の得た上記の結果を和発生
（sum generation）及び相互飽和効果（cross saturati
on effects）の両方を含んだ反応速度式モデルによって
説明した。バエールは、２つの異なったタイムスケール
で作用する２つの非線形フィードバック機構をシステム
が有しているために、上記レーザの振幅ゆらぎが起こる
と考えた。彼は、内部空洞２倍化レーザのマルチモード
稼働を成功させるためには、上記振動が基本的障壁であ
ると結論した。
（sum generation）及び相互飽和効果（cross saturati
on effects）の両方を含んだ反応速度式モデルによって
説明した。バエールは、２つの異なったタイムスケール
で作用する２つの非線形フィードバック機構をシステム
が有しているために、上記レーザの振幅ゆらぎが起こる
と考えた。彼は、内部空洞２倍化レーザのマルチモード
稼働を成功させるためには、上記振動が基本的障壁であ
ると結論した。
【０００７】バエールによるその後の設計では、２つの
結晶偏光に同じパワーを供給するためにＫＴＰの軸から
４５゜の方向を向いたブリュスター板偏光子が付加され
た。しかし、この設計は、一般にブリュスター板と複屈
折結晶とが低損失光空洞内で結合不可能であるという事
実を被るものである。つまり、ブリュスター板を通過し
た直線偏光はＫＴＰによって楕円偏光に変換されるの
で、ブリュスター板を通過することによって重大な損失
を受けることになる。ただ、ＫＴＰが半整数波長板（ha
lf-integral waveplate ）のように機能する特別の場合
のみ（バエールには記載、議論されていない）、空洞損
失が低いものとなる。
結晶偏光に同じパワーを供給するためにＫＴＰの軸から
４５゜の方向を向いたブリュスター板偏光子が付加され
た。しかし、この設計は、一般にブリュスター板と複屈
折結晶とが低損失光空洞内で結合不可能であるという事
実を被るものである。つまり、ブリュスター板を通過し
た直線偏光はＫＴＰによって楕円偏光に変換されるの
で、ブリュスター板を通過することによって重大な損失
を受けることになる。ただ、ＫＴＰが半整数波長板（ha
lf-integral waveplate ）のように機能する特別の場合
のみ（バエールには記載、議論されていない）、空洞損
失が低いものとなる。
【０００８】ＫＴＰは強い複屈折性を有しているため、
温度依存屈折率を持つ典型的な数ミリメートル長のＫＴ
Ｐ２倍化結晶は、温度を変数とする多重度遅延板として
機能する。一般には、ブリュスター板及び複屈折素子を
含むレーザ空洞内に低損失固有モードが存在するために
は、上記複屈折素子は全又は半波長板でなければならな
い。つまり、ある与えられた波長における低損失光空洞
の形成の成否は、結晶長及び空洞温度の正確な制御に本
質的に依存するものである。すなわち、結晶長と空洞温
度と偏光損失との間には鋭敏な関係が存在するのであ
る。
温度依存屈折率を持つ典型的な数ミリメートル長のＫＴ
Ｐ２倍化結晶は、温度を変数とする多重度遅延板として
機能する。一般には、ブリュスター板及び複屈折素子を
含むレーザ空洞内に低損失固有モードが存在するために
は、上記複屈折素子は全又は半波長板でなければならな
い。つまり、ある与えられた波長における低損失光空洞
の形成の成否は、結晶長及び空洞温度の正確な制御に本
質的に依存するものである。すなわち、結晶長と空洞温
度と偏光損失との間には鋭敏な関係が存在するのであ
る。
【０００９】バエール以外の者も、第２高調波発生の原
理を用いて赤外光から緑色光を発生させるために非線形
結晶又はレーザ材を用いた固体レーザを作製する試みを
行っている。ゲウジック（Geusic）等の米国特許３，６
２４，５４９号、パラノス（Palanos）等の米国特許
３，７５０，６７０号、ゴドー（Godo）等の米国特許
３，６１９，６３７号及びヤノ（Yano）等の米国特許
４，８５６，００６号には、これら試みのいくつかが示
されている。
理を用いて赤外光から緑色光を発生させるために非線形
結晶又はレーザ材を用いた固体レーザを作製する試みを
行っている。ゲウジック（Geusic）等の米国特許３，６
２４，５４９号、パラノス（Palanos）等の米国特許
３，７５０，６７０号、ゴドー（Godo）等の米国特許
３，６１９，６３７号及びヤノ（Yano）等の米国特許
４，８５６，００６号には、これら試みのいくつかが示
されている。
【００１０】最近、アントン（Anton）等は、改善され
た振幅安定性を有する内部空洞周波数２倍化レーザ（米
国特許４，９３３，９４７号、アモココーポレーション
に譲渡されている）を開示した。このレーザは、レーザ
材での空間的ホールバーニング（spatial hole burnin
g）を実質的に除去すること、及び、光放射を実質的に
ノイズフリーに発生させる温度に上記レーザの光学的空
洞を維持することによって達成された。
た振幅安定性を有する内部空洞周波数２倍化レーザ（米
国特許４，９３３，９４７号、アモココーポレーション
に譲渡されている）を開示した。このレーザは、レーザ
材での空間的ホールバーニング（spatial hole burnin
g）を実質的に除去すること、及び、光放射を実質的に
ノイズフリーに発生させる温度に上記レーザの光学的空
洞を維持することによって達成された。
【００１１】周波数２倍過程の理論が完全に理解されて
いるにもかかわらず、信頼性高い固体であってダイオー
ドレーザでポンプされる周波数２倍化レーザは市場にお
いてまだ完全には受け入れられていない。このようなレ
ーザは、さまざまな問題に悩まされている。これら問題
には、スタート時のパワー出力の変動、出力パワーの温
度及び時間による変動、空洞温度の変動による再現性の
ない出力パワー、同時に起こる多重（たとえば、２又は
３）スペクトルモード、互いにいかなる整合関係もない
スペクトルモードの異なる偏光、明確でない赤外（Ｉ
Ｒ）偏光、レーザがタップされ又はわずかに振動された
ときに変化するスペクトルモード及び出力パワー、ポン
ピングダイオードレーザの特性に起こる通常の変化に過
度に鋭敏に見えるレーザ稼働（すなわち、出力パワー及
びスペクトルモード）といったものがある。信頼性が高
い単一周波数の周波数２倍化レーザが光学産業に歓迎さ
れることは明らかである。より重大なことは、もし固体
であって赤外光ポンピング放射のダイオードレーザ源が
用いられると、可視緑色光の小型の源が得られることで
ある。
いるにもかかわらず、信頼性高い固体であってダイオー
ドレーザでポンプされる周波数２倍化レーザは市場にお
いてまだ完全には受け入れられていない。このようなレ
ーザは、さまざまな問題に悩まされている。これら問題
には、スタート時のパワー出力の変動、出力パワーの温
度及び時間による変動、空洞温度の変動による再現性の
ない出力パワー、同時に起こる多重（たとえば、２又は
３）スペクトルモード、互いにいかなる整合関係もない
スペクトルモードの異なる偏光、明確でない赤外（Ｉ
Ｒ）偏光、レーザがタップされ又はわずかに振動された
ときに変化するスペクトルモード及び出力パワー、ポン
ピングダイオードレーザの特性に起こる通常の変化に過
度に鋭敏に見えるレーザ稼働（すなわち、出力パワー及
びスペクトルモード）といったものがある。信頼性が高
い単一周波数の周波数２倍化レーザが光学産業に歓迎さ
れることは明らかである。より重大なことは、もし固体
であって赤外光ポンピング放射のダイオードレーザ源が
用いられると、可視緑色光の小型の源が得られることで
ある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、本質的に単一周波数である周波数２倍化レーザ光の
信頼性ある源を提供することである。
は、本質的に単一周波数である周波数２倍化レーザ光の
信頼性ある源を提供することである。
【００１３】本発明の他の目的は、安定した信頼性ある
緑色光を発生するダイオードレーザポンプ固体レーザを
提供することである。
緑色光を発生するダイオードレーザポンプ固体レーザを
提供することである。
【００１４】本発明のさらなる他の目的は、レーザダイ
オード、希土類ドープ結晶及び周波数２倍化材を通常の
空洞内に用いた安定した緑色レーザを提供することであ
る。
オード、希土類ドープ結晶及び周波数２倍化材を通常の
空洞内に用いた安定した緑色レーザを提供することであ
る。
【００１５】本発明のさらなる他の目的は、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇ及びＫＴＰを用い、空間的ホールバーニングによって
生じる問題を有せず、単一周波数スペクトルモードの出
力を有する安定した信頼性ある固体ダイオードレーザポ
ンプレーザを提供することである。
Ｇ及びＫＴＰを用い、空間的ホールバーニングによって
生じる問題を有せず、単一周波数スペクトルモードの出
力を有する安定した信頼性ある固体ダイオードレーザポ
ンプレーザを提供することである。
【００１６】本発明のさらなる他の目的は、２倍化を保
証しかつ振動モードが競合する（compete ）稼働の偏光
モードを避ける空洞を有する周波数２倍化レーザシステ
ムを提供することである。
証しかつ振動モードが競合する（compete ）稼働の偏光
モードを避ける空洞を有する周波数２倍化レーザシステ
ムを提供することである。
【００１７】本発明のさらなる他の目的は、リオ（Lyo
t）フィルタの原理と第２高調波発生の原理とを結び付
けて、単一周波数の周波数２倍化レーザをつくることで
ある。
t）フィルタの原理と第２高調波発生の原理とを結び付
けて、単一周波数の周波数２倍化レーザをつくることで
ある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの観点によ
ると、本発明のレーザは、前端及び後端を有しかつ光ポ
ンピング放射に反応して所定波長でレーザ発振するレー
ザ材と、上記レーザ材の上記前端に向けてレーザ光を実
質的に反射する入力ミラーと、上記ミラーに向けて上記
レーザ光を実質的に反射し、かつ、上記所定波長の高調
波レーザ光の少なくとも一部を透過するための出力カプ
ラと、上記入力ミラーと上記出力カプラとの間にあっ
て、上記所定波長の上記レーザ光が発振している間の上
記レーザ材における空間的ホールバーニングを実質的に
除去する手段と、上記レーザ材からの上記所定波長の上
記レーザ光を受信してそれを偏光するように配置された
偏光手段と、上記偏光手段からの偏光レーザ光を受信す
るように配置されかつ上記偏光レーザ光と位相整合する
方向に向けられた光軸を有しており、上記偏光レーザ光
を上記所定波長の高調波に変換するための手段とを備え
ている。
ると、本発明のレーザは、前端及び後端を有しかつ光ポ
ンピング放射に反応して所定波長でレーザ発振するレー
ザ材と、上記レーザ材の上記前端に向けてレーザ光を実
質的に反射する入力ミラーと、上記ミラーに向けて上記
レーザ光を実質的に反射し、かつ、上記所定波長の高調
波レーザ光の少なくとも一部を透過するための出力カプ
ラと、上記入力ミラーと上記出力カプラとの間にあっ
て、上記所定波長の上記レーザ光が発振している間の上
記レーザ材における空間的ホールバーニングを実質的に
除去する手段と、上記レーザ材からの上記所定波長の上
記レーザ光を受信してそれを偏光するように配置された
偏光手段と、上記偏光手段からの偏光レーザ光を受信す
るように配置されかつ上記偏光レーザ光と位相整合する
方向に向けられた光軸を有しており、上記偏光レーザ光
を上記所定波長の高調波に変換するための手段とを備え
ている。
【００１９】上述のレーザシステムは、ＫＴＰが第２高
調波発生手段として用いられかつ近赤外光でポンプされ
たときに、緑色光の安定な源として機能する。本発明の
単一周波数レーザは、整合した偏光（consistent polar
ization）で明確な単一スペクトルモードで稼働するた
めに、貴重なパワー源であることがわかった。さらに、
パワーが大きく、空間的ホールバーニングを除去するこ
とができ、空洞温度の変動による出力パワー振動は再現
性があり、ＩＲ偏光は空洞温度及びモードによらず明確
である。加えて、レーザがわずかに振動してポンプモー
ドが変化したときにも、モード分配（mode distributio
n ）が変わらない。
調波発生手段として用いられかつ近赤外光でポンプされ
たときに、緑色光の安定な源として機能する。本発明の
単一周波数レーザは、整合した偏光（consistent polar
ization）で明確な単一スペクトルモードで稼働するた
めに、貴重なパワー源であることがわかった。さらに、
パワーが大きく、空間的ホールバーニングを除去するこ
とができ、空洞温度の変動による出力パワー振動は再現
性があり、ＩＲ偏光は空洞温度及びモードによらず明確
である。加えて、レーザがわずかに振動してポンプモー
ドが変化したときにも、モード分配（mode distributio
n ）が変わらない。
【００２０】本発明のその他の利点及び特徴は、以下の
実施例及び図面から明らかになるであろう。
実施例及び図面から明らかになるであろう。
【００２１】
【実施例】本発明は多くの形態で実施することが可能で
あるが、以下に３つの具体例をあげる。しかしながら、
本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
あるが、以下に３つの具体例をあげる。しかしながら、
本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００２２】図１には、光ポンピング放射の源１２、レ
ーザ材１４、入力ミラー１６、出力カプラ１８、２つの
４分の一波長板２０、２２、偏光素子２４、及び非線形
光学的高調波発生材である素子２６（周波数２倍器とい
われる）を備える単一周波数緑色レーザ１０が描かれて
いる。温度制御回路２８が、源１２のための熱電冷却子
３０及びレーザ空洞のためのヒータと冷却子３２、３３
を制御するために用いられる。
ーザ材１４、入力ミラー１６、出力カプラ１８、２つの
４分の一波長板２０、２２、偏光素子２４、及び非線形
光学的高調波発生材である素子２６（周波数２倍器とい
われる）を備える単一周波数緑色レーザ１０が描かれて
いる。温度制御回路２８が、源１２のための熱電冷却子
３０及びレーザ空洞のためのヒータと冷却子３２、３３
を制御するために用いられる。
【００２３】源１２はレーザ材１４に光ポンピング放射
を供給する。合焦手段すなわちレンズ１１（たとえば、
屈折率の変化するＧＲＩＮ光学的素子、ボールレンズ、
非球面レンズ、組み合わせレンズ等）が、源１２の出力
をレーザ材１４に合焦するために用いられる。この合焦
により、高いポンピング強度並びにレーザ材１４での高
いフォトン−フォトン変換効率が実現される。これら源
及びレーザ材は、いかなる数を組み合わせてももよい。
を供給する。合焦手段すなわちレンズ１１（たとえば、
屈折率の変化するＧＲＩＮ光学的素子、ボールレンズ、
非球面レンズ、組み合わせレンズ等）が、源１２の出力
をレーザ材１４に合焦するために用いられる。この合焦
により、高いポンピング強度並びにレーザ材１４での高
いフォトン−フォトン変換効率が実現される。これら源
及びレーザ材は、いかなる数を組み合わせてももよい。
【００２４】源１２はダイオードレーザ又はダイオード
レーザアレイのような発光半導体であることが好まし
く、レーザ材１４は、希土類、活性材（たとえば、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ）或いは結晶（希土類とレーザ基材（たとえ
ば、リチウムネオジムテトラ燐酸塩（ＬＮＰ）又はネオ
ジムペンタ燐酸塩（ＮＰＰ））の化学量論的成分である
活性材とを含む）をドープしたガーネットのような非複
屈折結晶であることが好ましい。
レーザアレイのような発光半導体であることが好まし
く、レーザ材１４は、希土類、活性材（たとえば、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ）或いは結晶（希土類とレーザ基材（たとえ
ば、リチウムネオジムテトラ燐酸塩（ＬＮＰ）又はネオ
ジムペンタ燐酸塩（ＮＰＰ））の化学量論的成分である
活性材とを含む）をドープしたガーネットのような非複
屈折結晶であることが好ましい。
【００２５】もし所望であれば、半導体光源１２の出力
面は、合焦手段１１を用いずにレーザ材１４の入力面と
近接結合すなわち基部結合（butt-coupling ）の関係に
置くこともできる。ここで、基部結合とは、半導体光源
１２からの光ポンピング放射の発散ビームが、本質的に
レーザ材１４内で一つの横モードレーザ稼働（すなわち
ＴＥＭ00モード稼働）のみをサポートさせるためにレー
ザ材１４のモード体積を十分に小さな断面積で光学的ポ
ンプするようなかなり近接した結合として定義される。
面は、合焦手段１１を用いずにレーザ材１４の入力面と
近接結合すなわち基部結合（butt-coupling ）の関係に
置くこともできる。ここで、基部結合とは、半導体光源
１２からの光ポンピング放射の発散ビームが、本質的に
レーザ材１４内で一つの横モードレーザ稼働（すなわち
ＴＥＭ00モード稼働）のみをサポートさせるためにレー
ザ材１４のモード体積を十分に小さな断面積で光学的ポ
ンプするようなかなり近接した結合として定義される。
【００２６】基部結合稼働のために高度に適したレーザ
材１４は、ネオジムドープＹＡＧすなわちＮｄ：ＹＡ
Ｇ、ガドリニウムガリウムガーネット（Ｇｄ3Ｇａ5 Ｏ
12）すなわちＧＧＧ、及び、ガドリニウムスカンジウム
ガリウムガーネット（Ｇｄ3 Ｓｃ2 Ｇａ3 Ｏ12）すなわ
ちＧＳＧＧ、そして特にＬＮＰ、ＮＰＰが含まれる。あ
る例によると、約８００ｎｍの波長を有する光を発生す
る光ポンピング手段（源１２）とともに用いられるレー
ザ材１４としては、ネオジムドープＹＡＧが高度に適当
である。この波長の光でポンプされると、ネオジムドー
プＹＡＧは約１０６４ｎｍの波長を有する光を発生する
ことができる。
材１４は、ネオジムドープＹＡＧすなわちＮｄ：ＹＡ
Ｇ、ガドリニウムガリウムガーネット（Ｇｄ3Ｇａ5 Ｏ
12）すなわちＧＧＧ、及び、ガドリニウムスカンジウム
ガリウムガーネット（Ｇｄ3 Ｓｃ2 Ｇａ3 Ｏ12）すなわ
ちＧＳＧＧ、そして特にＬＮＰ、ＮＰＰが含まれる。あ
る例によると、約８００ｎｍの波長を有する光を発生す
る光ポンピング手段（源１２）とともに用いられるレー
ザ材１４としては、ネオジムドープＹＡＧが高度に適当
である。この波長の光でポンプされると、ネオジムドー
プＹＡＧは約１０６４ｎｍの波長を有する光を発生する
ことができる。
【００２７】レーザ材１４の正確な形状は広範囲に変化
させることができる。たとえば、レーザ材１４は、ロッ
ド型或いは所望であれば菱面体でもよい。また、もし所
望であれば、レーザ材として端部ポンプファイバを用い
ることができる。この目的のために高度に適したファイ
バには、ネオジムのような希土類金属のイオンをドープ
したガラス光ファイバが含まれるが、これに限られるも
のではない。このようなファイバの長さは、光ポンピン
グ放射の全てを吸収するような長さに簡単に調節でき
る。もし非常に長いファイバが必要であれば、たとえば
スプールに巻き付けることによって、本発明の装置全体
の長さを最小にすることができる。
させることができる。たとえば、レーザ材１４は、ロッ
ド型或いは所望であれば菱面体でもよい。また、もし所
望であれば、レーザ材として端部ポンプファイバを用い
ることができる。この目的のために高度に適したファイ
バには、ネオジムのような希土類金属のイオンをドープ
したガラス光ファイバが含まれるが、これに限られるも
のではない。このようなファイバの長さは、光ポンピン
グ放射の全てを吸収するような長さに簡単に調節でき
る。もし非常に長いファイバが必要であれば、たとえば
スプールに巻き付けることによって、本発明の装置全体
の長さを最小にすることができる。
【００２８】光ポンピング放射に高度に適した源１２
は、ガリウムアルミニウムヒ化物レーザダイオードアレ
イを備えるものであって、約８００ｎｍの波長で発光
し、ヒートシンクに取り付けられる。このようなレーザ
ダイオードは、当業者にとって周知であり、おおくの製
造元（たとえば、Spectra-Diode Laboratories、ソニ
ー、Laser Diode Inc.、Siemens 等）から手に入れるこ
とができる。ヒートシンクは消極的な要素である。しか
しながら、ヒートシンクは、レーザダイオードアレイ１
２を一定温度に維持することを補助しかつ一定波長での
レーザダイオードアレイの最適稼働を保証するために熱
電冷却子３０を備えることができる。レーザダイオード
源１２の温度は制御回路２８によって調節されうる。源
１２及びポンプレーザ空洞の温度調節のために別々の制
御が用いられる。また、もちろん、源１２は、その稼働
の間に適当な電源に取り付けられることができる。レー
ザダイオードアレイ１２からの電気リードは図を簡単に
するために描かれていない。
は、ガリウムアルミニウムヒ化物レーザダイオードアレ
イを備えるものであって、約８００ｎｍの波長で発光
し、ヒートシンクに取り付けられる。このようなレーザ
ダイオードは、当業者にとって周知であり、おおくの製
造元（たとえば、Spectra-Diode Laboratories、ソニ
ー、Laser Diode Inc.、Siemens 等）から手に入れるこ
とができる。ヒートシンクは消極的な要素である。しか
しながら、ヒートシンクは、レーザダイオードアレイ１
２を一定温度に維持することを補助しかつ一定波長での
レーザダイオードアレイの最適稼働を保証するために熱
電冷却子３０を備えることができる。レーザダイオード
源１２の温度は制御回路２８によって調節されうる。源
１２及びポンプレーザ空洞の温度調節のために別々の制
御が用いられる。また、もちろん、源１２は、その稼働
の間に適当な電源に取り付けられることができる。レー
ザダイオードアレイ１２からの電気リードは図を簡単に
するために描かれていない。
【００２９】縦方向に伸延した軸３４は、入力ミラー１
６及び出力カプラ（ミラー）１８によって形成される。
両方のミラーは、レーザ材ロッド１４の波長（基底波長
λF 、たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧでは１０６４ｎｍ）を高
度に反射（ＨＲ）する（たとえば、９９％或いはそれ以
上）。入力ミラー１６は、源１２からの光（たとえば、
Ｎｄ：ＹＡＧでは８００ｎｍ）を透過し（たとえば、約
８５％或いはそれ以上の高度透過（ＨＴ））かつ基底波
長の光を高度に反射するように被覆されている。
６及び出力カプラ（ミラー）１８によって形成される。
両方のミラーは、レーザ材ロッド１４の波長（基底波長
λF 、たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧでは１０６４ｎｍ）を高
度に反射（ＨＲ）する（たとえば、９９％或いはそれ以
上）。入力ミラー１６は、源１２からの光（たとえば、
Ｎｄ：ＹＡＧでは８００ｎｍ）を透過し（たとえば、約
８５％或いはそれ以上の高度透過（ＨＴ））かつ基底波
長の光を高度に反射するように被覆されている。
【００３０】出力カプラ１８は、レーザ材（ロッド）１
４からの光の高調波波長（たとえば、１０６４ｎｍでレ
ーザ発振するＮｄ：ＹＡＧにおいては５３２ｎｍ（緑
色））に対しＨＴとなるように被覆されたミラーであ
る。出力ミラー１８及び入力ミラー１６としては、従来
の特性のものであって、適当な基板に好適な被覆を備え
たものでよい。
４からの光の高調波波長（たとえば、１０６４ｎｍでレ
ーザ発振するＮｄ：ＹＡＧにおいては５３２ｎｍ（緑
色））に対しＨＴとなるように被覆されたミラーであ
る。出力ミラー１８及び入力ミラー１６としては、従来
の特性のものであって、適当な基板に好適な被覆を備え
たものでよい。
【００３１】レーザ材（ロッド）１４からの光は非線形
光学材２６と相互作用して、レーザ材１４からの光の周
波数を２倍にする。非線形光学特性を有する材料は周知
である。たとえば、ビエライン（Bierlein）等による米
国特許３，９４９，３２３号は、化学式ＭＴｉＯ（ＸＯ
4 ）を有する材料が非線形光学特性を有していることを
開示している。ここで、ＭはＫ、Ｒｂ、Ｔｉ又はＮＨ4
の少なくともひとつであり、ＸはＰ又はＡｓの少なくと
もひとつである（ただし、ＭにＮＨ4 が含まれていると
きはＸはＰのみである）。この一般式には、特に有用な
非線形材であるカリウムチタニル燐酸塩（ＫＴＰ：ＫＴ
ｉＯＰＯ4 ）が含まれている。
光学材２６と相互作用して、レーザ材１４からの光の周
波数を２倍にする。非線形光学特性を有する材料は周知
である。たとえば、ビエライン（Bierlein）等による米
国特許３，９４９，３２３号は、化学式ＭＴｉＯ（ＸＯ
4 ）を有する材料が非線形光学特性を有していることを
開示している。ここで、ＭはＫ、Ｒｂ、Ｔｉ又はＮＨ4
の少なくともひとつであり、ＸはＰ又はＡｓの少なくと
もひとつである（ただし、ＭにＮＨ4 が含まれていると
きはＸはＰのみである）。この一般式には、特に有用な
非線形材であるカリウムチタニル燐酸塩（ＫＴＰ：ＫＴ
ｉＯＰＯ4 ）が含まれている。
【００３２】好ましい周波数２倍化材２６はＫＴＰであ
る。ＫＴＰは、もっとも高い非線形率を有する材のひと
つである。ＫＴＰは、タイプ２の位相整合のために好ま
しく配置された軸を有する２軸材である（たとえば、Ｚ
軸が、空洞の基準軸３４に垂直であって、基準軸３４に
沿った平面（すなわち、図面の平面及び偏光素子２４に
よって定められた偏光の方向と一致する平面）に対して
約４５゜の角度をなす）。
る。ＫＴＰは、もっとも高い非線形率を有する材のひと
つである。ＫＴＰは、タイプ２の位相整合のために好ま
しく配置された軸を有する２軸材である（たとえば、Ｚ
軸が、空洞の基準軸３４に垂直であって、基準軸３４に
沿った平面（すなわち、図面の平面及び偏光素子２４に
よって定められた偏光の方向と一致する平面）に対して
約４５゜の角度をなす）。
【００３３】ＫＴＰのような非線形光学材料は所定（基
底）波長の光を高調波の光に変換する能力を有している
（すなわち、周波数ωの光が第２高調波２ωに変換され
る、つまり、１０６４ｎｍ波長の近赤外光が５３２ｎｍ
波長の緑色光に変換される）。周波数２倍化のためのそ
の他の好適な非線形材料としては、ＫＨ2 ＰＯ4 （ＫＤ
Ｐ）、ＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ4 （ＡＤＰ）、ＮＨ4 Ｈ2 ＡｓＯ
4 （ＡＤＡ）、ＣｓＨ2 ＡｓＯ4 （ＣＤＡ）、β−Ｂａ
Ｂ2 Ｏ4 （ＢＢＯ）、ＬｉＢ3 Ｏ5 （ＬＢＯ）、ＫＴｉ
ＯＡｓＯ4 、ＬｉＩＯ3 （ＬＩＯ）、ＬｉＮｂＯ3 、Ｋ
ＮｂＯ3 、ＨＩＯ3 、ＫＢ5 Ｏ8 −４Ｈ2 Ｏ、ＫＬｉＮ
ｂＯ3 及び尿素を含む有機材がある。多数の異なった単
軸結晶の非線形光学特性については、Sov.J.Quantum El
ectron（第７巻、１号１〜１３頁、１９７７年１月）に
記載されている。また、シン（S.Singh ）は、CRC Hand
book of Laser Seience and Technology（第３巻、３〜
２２８頁、ウエバー（M.J.Weber ）編集、ＣＲＣ出版、
１９８６年）において非線形材について報告している。
底）波長の光を高調波の光に変換する能力を有している
（すなわち、周波数ωの光が第２高調波２ωに変換され
る、つまり、１０６４ｎｍ波長の近赤外光が５３２ｎｍ
波長の緑色光に変換される）。周波数２倍化のためのそ
の他の好適な非線形材料としては、ＫＨ2 ＰＯ4 （ＫＤ
Ｐ）、ＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ4 （ＡＤＰ）、ＮＨ4 Ｈ2 ＡｓＯ
4 （ＡＤＡ）、ＣｓＨ2 ＡｓＯ4 （ＣＤＡ）、β−Ｂａ
Ｂ2 Ｏ4 （ＢＢＯ）、ＬｉＢ3 Ｏ5 （ＬＢＯ）、ＫＴｉ
ＯＡｓＯ4 、ＬｉＩＯ3 （ＬＩＯ）、ＬｉＮｂＯ3 、Ｋ
ＮｂＯ3 、ＨＩＯ3 、ＫＢ5 Ｏ8 −４Ｈ2 Ｏ、ＫＬｉＮ
ｂＯ3 及び尿素を含む有機材がある。多数の異なった単
軸結晶の非線形光学特性については、Sov.J.Quantum El
ectron（第７巻、１号１〜１３頁、１９７７年１月）に
記載されている。また、シン（S.Singh ）は、CRC Hand
book of Laser Seience and Technology（第３巻、３〜
２２８頁、ウエバー（M.J.Weber ）編集、ＣＲＣ出版、
１９８６年）において非線形材について報告している。
【００３４】ある周波数の光放射を非線形光学材との相
互作用によって他の周波数の光放射に変換することは周
知であって多くの研究がされている。このような変換の
例としては高調波発生、光混合及びパラメトリック振動
がある。第２高調波発生すなわち周波数２倍化は、非線
形結晶内を伝播する角振動数ωの光波のエネルギの一部
が角振動数２ωの光波のエネルギに変換されるものであ
って、非線形光学の最も一般的で重要な例であろう。第
２高調波発生については、ヤリフ（A.Yariv）による“Q
uantum Electronics"（第２版、４０７〜４３４頁、Jho
n Wiley&Sons、ニューヨーク、１９７５年）及びケヒナ
ー（W.Koechner）による“Solid State Laser Engineer
ing"（４９１〜５２４頁、スプリンガー社、ニューヨー
ク、１９７６年）に記載されている。
互作用によって他の周波数の光放射に変換することは周
知であって多くの研究がされている。このような変換の
例としては高調波発生、光混合及びパラメトリック振動
がある。第２高調波発生すなわち周波数２倍化は、非線
形結晶内を伝播する角振動数ωの光波のエネルギの一部
が角振動数２ωの光波のエネルギに変換されるものであ
って、非線形光学の最も一般的で重要な例であろう。第
２高調波発生については、ヤリフ（A.Yariv）による“Q
uantum Electronics"（第２版、４０７〜４３４頁、Jho
n Wiley&Sons、ニューヨーク、１９７５年）及びケヒナ
ー（W.Koechner）による“Solid State Laser Engineer
ing"（４９１〜５２４頁、スプリンガー社、ニューヨー
ク、１９７６年）に記載されている。
【００３５】光の範囲での周波数を有し非線形結晶内を
伝播する電磁波は、その励起波の周波数の和及び差に等
しい周波数を有する偏光波を発生させると考えられてい
る。このような偏光波は、同じ周波数の電磁波にエネル
ギを遷移することができる。この遷移の効率は、（ａ）
偏光能力テンソル（polarizability tensor ）の２次の
オーダーの大きさ（このテンソル要素が偏光波の振幅を
決定するため）、及び、（ｂ）偏光波と放射された電磁
波とが十分に同じ位相にあることのできる距離、つまり
非線形変換過程での位相整合している距離、の関数であ
ることを当業者は知っている。
伝播する電磁波は、その励起波の周波数の和及び差に等
しい周波数を有する偏光波を発生させると考えられてい
る。このような偏光波は、同じ周波数の電磁波にエネル
ギを遷移することができる。この遷移の効率は、（ａ）
偏光能力テンソル（polarizability tensor ）の２次の
オーダーの大きさ（このテンソル要素が偏光波の振幅を
決定するため）、及び、（ｂ）偏光波と放射された電磁
波とが十分に同じ位相にあることのできる距離、つまり
非線形変換過程での位相整合している距離、の関数であ
ることを当業者は知っている。
【００３６】非線形光学材におけるこのような位相整合
を達成するための従来の方法は、分散（周波数に伴う屈
折率の変化）が単軸又は２軸結晶の自然複屈折を用いて
差し引かれるという事実を用いるものである。これらの
ような結晶は、ある与えられた伝播方向に対して２つの
屈折率（２つの許容された直交偏光された伝播モードに
対応する）を有している。したがって、偏光、伝播方向
及び結晶軸の向きを適当に選ぶことによって、複屈折非
線形光学材において位相整合を実現することがしばしば
可能である。ここでは、「位相整合軸」という語は、入
力放射から出力放射への実質的に位相整合されている変
換が少なくともこの入力放射のある偏光に対して可能で
ある非線形光学結晶を通過する線すなわち方向をいう。
タイプ１の位相整合では、非線形光学材内で相互作用し
ている入力波はすべて同じ偏光であることが要求され
る。タイプ２の位相整合では、非線形光学材内で相互作
用している入力波は直交偏光であることが要求される。
を達成するための従来の方法は、分散（周波数に伴う屈
折率の変化）が単軸又は２軸結晶の自然複屈折を用いて
差し引かれるという事実を用いるものである。これらの
ような結晶は、ある与えられた伝播方向に対して２つの
屈折率（２つの許容された直交偏光された伝播モードに
対応する）を有している。したがって、偏光、伝播方向
及び結晶軸の向きを適当に選ぶことによって、複屈折非
線形光学材において位相整合を実現することがしばしば
可能である。ここでは、「位相整合軸」という語は、入
力放射から出力放射への実質的に位相整合されている変
換が少なくともこの入力放射のある偏光に対して可能で
ある非線形光学結晶を通過する線すなわち方向をいう。
タイプ１の位相整合では、非線形光学材内で相互作用し
ている入力波はすべて同じ偏光であることが要求され
る。タイプ２の位相整合では、非線形光学材内で相互作
用している入力波は直交偏光であることが要求される。
【００３７】ＫＴＰは、タイプ２の位相整合をされる周
波数２倍化材である。このような材２６は、好ましくは
温度調整されるために、基底波長の半分の整数倍の有効
長を有するものである（たとえば、λF ／２、λF 、３
λF ／２等、ここでλF はレーザロッド１４がレーザ発
振する波長であって、λ2 を第２高調波の波長とすると
λ2 ＝λF ／２である）。ヒータ３２及び従来の制御回
路２８は、この目的のために用いられる。短い空洞にお
いては、レーザダイオード源１２の温度調整は、周波数
２倍化非線形光学材２６の影響を受ける。好ましくは、
温度傾斜が検出され維持される。レーザロッド１４に近
接するヒータ３３及び周波数２倍器２６に近接する素子
３２は、所望の温度傾斜を定めかつ維持するために用い
られる。温度センサの最適な選択及び配置によって、冷
却子３０とヒータ３２、３３との温度フィードバック及
び混信が最小になる。あるいは、周波数２倍化材２６
は、源１２から隔離するように封入されてもよい。周波
数２倍器２６を所定の長さに保つことによって、基底波
長の偏光は、周波数２倍器２６を通過する度に１８０゜
の整数倍の位相シフトを受ける。
波数２倍化材である。このような材２６は、好ましくは
温度調整されるために、基底波長の半分の整数倍の有効
長を有するものである（たとえば、λF ／２、λF 、３
λF ／２等、ここでλF はレーザロッド１４がレーザ発
振する波長であって、λ2 を第２高調波の波長とすると
λ2 ＝λF ／２である）。ヒータ３２及び従来の制御回
路２８は、この目的のために用いられる。短い空洞にお
いては、レーザダイオード源１２の温度調整は、周波数
２倍化非線形光学材２６の影響を受ける。好ましくは、
温度傾斜が検出され維持される。レーザロッド１４に近
接するヒータ３３及び周波数２倍器２６に近接する素子
３２は、所望の温度傾斜を定めかつ維持するために用い
られる。温度センサの最適な選択及び配置によって、冷
却子３０とヒータ３２、３３との温度フィードバック及
び混信が最小になる。あるいは、周波数２倍化材２６
は、源１２から隔離するように封入されてもよい。周波
数２倍器２６を所定の長さに保つことによって、基底波
長の偏光は、周波数２倍器２６を通過する度に１８０゜
の整数倍の位相シフトを受ける。
【００３８】２つの４分の一波長板２０、２２は、空洞
放射に円偏光を起こしそしてツイストモード（twisted
mode）の光学空洞を作り出すことによって、レーザ材１
４内の空間的ホールバーニング効果を実質的に除去する
ための手段として主に機能するものである。レーザ空洞
内に軸均一のエネルギ密度をつくるためのツイストモー
ド技術は、エブツホフ（V.Evtuhov ）等による“Appl.O
ptics ”（第４巻、１号、１４２〜１４３頁、１９６５
年）に述べられている。また、ドラエガート（Draeger
t）による“Efficient Single-Longitudinal-Mode Nd:Y
AG Laser ”（IEEE J.Quant.El.、ＱＥ−８、 ２３５、
１９７２年）にも記載がある。
放射に円偏光を起こしそしてツイストモード（twisted
mode）の光学空洞を作り出すことによって、レーザ材１
４内の空間的ホールバーニング効果を実質的に除去する
ための手段として主に機能するものである。レーザ空洞
内に軸均一のエネルギ密度をつくるためのツイストモー
ド技術は、エブツホフ（V.Evtuhov ）等による“Appl.O
ptics ”（第４巻、１号、１４２〜１４３頁、１９６５
年）に述べられている。また、ドラエガート（Draeger
t）による“Efficient Single-Longitudinal-Mode Nd:Y
AG Laser ”（IEEE J.Quant.El.、ＱＥ−８、 ２３５、
１９７２年）にも記載がある。
【００３９】レーザ材内の空間的ホールバーニングを実
質的に除去するための従来の手段は、いずれも本発明に
用いることができる。たとえば、空間的ホールバーニン
グは、進行波の使用、リング状光学空洞、機械的動作に
よって又は電光位相変調によって、除去することができ
る。ここで、偏光素子２４に隣接する４分の１波長板２
２は、そのひとつの軸（たとえば、速い軸（fast axi
s））が、基準軸３４に沿った偏光素子２４によって定
められた偏光の方向を含んだ平面から約４５゜の方向に
向いている。また、この４分の１波長板２２は、周波数
２倍器２６の光軸にあわせて配列される。
質的に除去するための従来の手段は、いずれも本発明に
用いることができる。たとえば、空間的ホールバーニン
グは、進行波の使用、リング状光学空洞、機械的動作に
よって又は電光位相変調によって、除去することができ
る。ここで、偏光素子２４に隣接する４分の１波長板２
２は、そのひとつの軸（たとえば、速い軸（fast axi
s））が、基準軸３４に沿った偏光素子２４によって定
められた偏光の方向を含んだ平面から約４５゜の方向に
向いている。また、この４分の１波長板２２は、周波数
２倍器２６の光軸にあわせて配列される。
【００４０】好ましくは上記波長板２０、２２は全く同
じものであって、これら波長板の対応する軸は、「交
差」すなわち対応する軸どうしと及び基準軸３４とが直
交するように配置される（たとえば、波長板２２の速い
軸は波長板２０の速い軸に垂直である）。これら波長板
としては、約１．０１ｍｍの厚さの水晶波長板２０、２
２が用いられる。４分の１波長板２０、２２は、レーザ
ロッド１４の両端に隣接して配置される。その結果、ミ
ラー１６、１８において直線偏光された定常波パターン
が空洞内に現れる。モードはレーザロッド１４内におい
て円偏光されており、このことが、電場ベクトルがゲイ
ン媒体（レーザロッド）において回転しかつこのゲイン
媒体内で節がない定常波を与えるものである。
じものであって、これら波長板の対応する軸は、「交
差」すなわち対応する軸どうしと及び基準軸３４とが直
交するように配置される（たとえば、波長板２２の速い
軸は波長板２０の速い軸に垂直である）。これら波長板
としては、約１．０１ｍｍの厚さの水晶波長板２０、２
２が用いられる。４分の１波長板２０、２２は、レーザ
ロッド１４の両端に隣接して配置される。その結果、ミ
ラー１６、１８において直線偏光された定常波パターン
が空洞内に現れる。モードはレーザロッド１４内におい
て円偏光されており、このことが、電場ベクトルがゲイ
ン媒体（レーザロッド）において回転しかつこのゲイン
媒体内で節がない定常波を与えるものである。
【００４１】入力ミラー１６の機能は、波長板２０に適
当な反射性被覆材を被覆することによっても得られる
（たとえば、片面に約８００ｎｍに対する非反射（Ａ
Ｒ）及び約１０６４ｎｍに対するＨＲ、もう片面に８０
０及び１０６４ｎｍに対するＡＲ）。これによって、構
成部品の数を減らして総合コストをも減少できる。
当な反射性被覆材を被覆することによっても得られる
（たとえば、片面に約８００ｎｍに対する非反射（Ａ
Ｒ）及び約１０６４ｎｍに対するＨＲ、もう片面に８０
０及び１０６４ｎｍに対するＡＲ）。これによって、構
成部品の数を減らして総合コストをも減少できる。
【００４２】レーザ１０のもうひとつの構成部品は、偏
光素子２４である。偏光素子２４はブリュスター板であ
って、その平面は基準軸３４に対してブリュスター角を
なしていることが好ましい。偏光素子２４は、図１の配
向方向では、図面の平面である、レーザ空洞内の偏光方
向を定めるものである。共振レーザ空洞の一端から他端
であると理解される２つの４分の１波長板２０、２２
は、非複屈折レーザ材（たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧ）と共
に、円偏光された光の場を形成する。また、偏光は、ミ
ラーへの被覆、誘電体偏光子又はその他の適当な偏光手
段によっても達成可能である。もし、４分の１波長板が
空間的ホールバーニングを制御するために必要でないの
であれば、レーザロッド１４の一端部はブリュスター角
を向いた表面にされる。
光素子２４である。偏光素子２４はブリュスター板であ
って、その平面は基準軸３４に対してブリュスター角を
なしていることが好ましい。偏光素子２４は、図１の配
向方向では、図面の平面である、レーザ空洞内の偏光方
向を定めるものである。共振レーザ空洞の一端から他端
であると理解される２つの４分の１波長板２０、２２
は、非複屈折レーザ材（たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧ）と共
に、円偏光された光の場を形成する。また、偏光は、ミ
ラーへの被覆、誘電体偏光子又はその他の適当な偏光手
段によっても達成可能である。もし、４分の１波長板が
空間的ホールバーニングを制御するために必要でないの
であれば、レーザロッド１４の一端部はブリュスター角
を向いた表面にされる。
【００４３】偏光素子２４及び周波数２倍化材２６（基
底波長の半分の整数倍の有効長を有する）の組み合わせ
は、空洞内を前後に反射するレーザ放射にとってリオフ
ィルタ（すなわち、リオ−オーマンフィルタ（Lyot-Ohm
an filter））と同じような機能を有する。リオフィル
タは単色偏光子である。空間的ホールバーニングは２つ
の４分の１波長板２０、２２によって制御されかつこれ
ら波長板２０、２２間の強度は偏光素子２４によって一
様にされるから、この空洞からの出力光は本質的に単一
周波数である。
底波長の半分の整数倍の有効長を有する）の組み合わせ
は、空洞内を前後に反射するレーザ放射にとってリオフ
ィルタ（すなわち、リオ−オーマンフィルタ（Lyot-Ohm
an filter））と同じような機能を有する。リオフィル
タは単色偏光子である。空間的ホールバーニングは２つ
の４分の１波長板２０、２２によって制御されかつこれ
ら波長板２０、２２間の強度は偏光素子２４によって一
様にされるから、この空洞からの出力光は本質的に単一
周波数である。
【００４４】振動の空間的モードの数を制限するために
（すなわち、ＴＥＭ00モードを維持するために）、有孔
ディスクＤが、レーザロッド１４と周波数２倍化素子２
６との間に挿入されてもよい。ある一つの具体例では、
周波数２倍器２６がＫＴＰであってその断面積が約１．
５ｍｍ2 であれば、ディスクＤの孔の直径は約０．０３
インチで用いられる。有孔ディスクＤは空洞内のどこに
でも配置することができ、その大きさはポンプ断面積、
ミラー半径及び空洞長の関数であることを当業者は理解
するであろう。
（すなわち、ＴＥＭ00モードを維持するために）、有孔
ディスクＤが、レーザロッド１４と周波数２倍化素子２
６との間に挿入されてもよい。ある一つの具体例では、
周波数２倍器２６がＫＴＰであってその断面積が約１．
５ｍｍ2 であれば、ディスクＤの孔の直径は約０．０３
インチで用いられる。有孔ディスクＤは空洞内のどこに
でも配置することができ、その大きさはポンプ断面積、
ミラー半径及び空洞長の関数であることを当業者は理解
するであろう。
【００４５】本発明に用いられる構成部品は、さまざま
な異なった方法で組み立てることができる。レーザは２
つのサブアセンブリ、特に上部サブアセンブリ（出力ミ
ラー１８、周波数２倍器２６、有孔ディスクＤ（所望の
とき）及び偏光素子２４を備える）と下部サブアセンブ
リ（ＧＲＩＮレンズ、２つの４分の１波長板２０、２２
及びレーザロッド１４を備える）とから製造される。こ
こで、各サブアセンブリは、ディスク状ホルダへの部品
の取り付け、ホルダの堆積、及び、ホルダの所定位置で
の固定によって形成される。上部サブアセンブリを形成
するにあたって、周波数２倍器２６の軸は、偏光素子２
４によって定められた偏光の方向に対し約４５゜の角度
とすることが好ましい。各サブアセンブリが形成された
後、２つのサブアセンブリは、上部サブアセンブリのＫ
ＴＰ（周波数２倍器）２６の（軸）主方向が、偏光素子
２４に近接する４分の１波長板２２（すなわち、下部サ
ブアセンブリにある）の軸に可能な限り近づくように
（たとえば、１゜或いはそれ以内）配向されて堆積され
固定される。
な異なった方法で組み立てることができる。レーザは２
つのサブアセンブリ、特に上部サブアセンブリ（出力ミ
ラー１８、周波数２倍器２６、有孔ディスクＤ（所望の
とき）及び偏光素子２４を備える）と下部サブアセンブ
リ（ＧＲＩＮレンズ、２つの４分の１波長板２０、２２
及びレーザロッド１４を備える）とから製造される。こ
こで、各サブアセンブリは、ディスク状ホルダへの部品
の取り付け、ホルダの堆積、及び、ホルダの所定位置で
の固定によって形成される。上部サブアセンブリを形成
するにあたって、周波数２倍器２６の軸は、偏光素子２
４によって定められた偏光の方向に対し約４５゜の角度
とすることが好ましい。各サブアセンブリが形成された
後、２つのサブアセンブリは、上部サブアセンブリのＫ
ＴＰ（周波数２倍器）２６の（軸）主方向が、偏光素子
２４に近接する４分の１波長板２２（すなわち、下部サ
ブアセンブリにある）の軸に可能な限り近づくように
（たとえば、１゜或いはそれ以内）配向されて堆積され
固定される。
【００４６】本発明の第２の実施例が図２に示されてい
る。偏光反射器すなわち曲げミラー（bending mirror）
４２が出力カプラとして用いられておりかつデュアルバ
ンドミラー（dual band mirror）４４がＬ型空洞を形成
すべく用いられている以外は、レーザ４０に用いられて
いる部品は図１のものと同じである。偏光反射器４２は
ある偏光の基底波長に対してはＨＲであり、高調波波長
に対しては透過性を有するものであるが、これは、図１
の偏光素子２４の代わりに置かれたものである。偏光反
射器４２は、入射放射の通路４８に垂直な通路４６に入
射した基底波長で光を反射する。これは、反射された第
２高調波光とで起こり得る破壊的な干渉効果を避ける一
方で、緑色出力を最大にするために行われる。
る。偏光反射器すなわち曲げミラー（bending mirror）
４２が出力カプラとして用いられておりかつデュアルバ
ンドミラー（dual band mirror）４４がＬ型空洞を形成
すべく用いられている以外は、レーザ４０に用いられて
いる部品は図１のものと同じである。偏光反射器４２は
ある偏光の基底波長に対してはＨＲであり、高調波波長
に対しては透過性を有するものであるが、これは、図１
の偏光素子２４の代わりに置かれたものである。偏光反
射器４２は、入射放射の通路４８に垂直な通路４６に入
射した基底波長で光を反射する。これは、反射された第
２高調波光とで起こり得る破壊的な干渉効果を避ける一
方で、緑色出力を最大にするために行われる。
【００４７】偏光反射器４２における緑色出力の強度
は、周波数２倍器２６の一端にあるデュアルバンドミラ
ー４４で反射された５３２ｎｍ第２高調波ビームと周波
数２倍器を２回目に通過するときに発生する５３２ｎｍ
ビームとの相対位相に依存するものである。もしこれら
が最適な位相であれば、出力は一回の通過での４倍にな
る。もし位相がずれていれば、これら２つの緑色出力は
消し合わされて、最終的な緑色出力は減少する。反射ビ
ームの位相は、デュアルバンドミラー４４の設計及びこ
のデュアルバンドミラーと周波数２倍器２６との間の距
離に依存するものである。後者の効果は空気の分散に因
るものである。デュアルバンドミラー４４を周波数２倍
器２６の一端に非常に近いところに置く、又は、周波数
２倍器２６の一端に直接反射性被覆材を被覆することに
よって、上記距離の効果は最小にできる。位相保存被覆
は当業者には周知であり、これ以上の説明は必要ないで
あろう。
は、周波数２倍器２６の一端にあるデュアルバンドミラ
ー４４で反射された５３２ｎｍ第２高調波ビームと周波
数２倍器を２回目に通過するときに発生する５３２ｎｍ
ビームとの相対位相に依存するものである。もしこれら
が最適な位相であれば、出力は一回の通過での４倍にな
る。もし位相がずれていれば、これら２つの緑色出力は
消し合わされて、最終的な緑色出力は減少する。反射ビ
ームの位相は、デュアルバンドミラー４４の設計及びこ
のデュアルバンドミラーと周波数２倍器２６との間の距
離に依存するものである。後者の効果は空気の分散に因
るものである。デュアルバンドミラー４４を周波数２倍
器２６の一端に非常に近いところに置く、又は、周波数
２倍器２６の一端に直接反射性被覆材を被覆することに
よって、上記距離の効果は最小にできる。位相保存被覆
は当業者には周知であり、これ以上の説明は必要ないで
あろう。
【００４８】周波数２倍器２６及び偏光反射器４２（又
は図１の素子２４のような好適な素子）を備えるリオフ
ィルタは、波長選択性の強い素子である。これら２つの
素子を基に計算された透過は、上記レーザが空間的ホー
ルバーニングの除去なしで単一周波数体勢で成功裏に稼
働し得るようなものであって、したがって、４分の１波
長板２０、２２は必要とされない。４分の１波長板２
０、２２の除去は、図１及び図２に示された設計がより
少数の部品で実現できることを示すものである。リオフ
ィルタのひとつの潜在的弱点は、その比較的狭いフリー
スペクトル範囲であって、たとえば、１０６４ｎｍ及び
１０６１ｎｍの両方で低損失モードをもつことが可能で
ある。しかしながら、この困難は少なくとも以下に示す
２つの方法で解決することができる。
は図１の素子２４のような好適な素子）を備えるリオフ
ィルタは、波長選択性の強い素子である。これら２つの
素子を基に計算された透過は、上記レーザが空間的ホー
ルバーニングの除去なしで単一周波数体勢で成功裏に稼
働し得るようなものであって、したがって、４分の１波
長板２０、２２は必要とされない。４分の１波長板２
０、２２の除去は、図１及び図２に示された設計がより
少数の部品で実現できることを示すものである。リオフ
ィルタのひとつの潜在的弱点は、その比較的狭いフリー
スペクトル範囲であって、たとえば、１０６４ｎｍ及び
１０６１ｎｍの両方で低損失モードをもつことが可能で
ある。しかしながら、この困難は少なくとも以下に示す
２つの方法で解決することができる。
【００４９】まず、第１の方法について説明する。４分
の１波長板２０、２２は空間的ホールバーニングの除去
の他にも機能をも有している。もしこれらが異なった厚
みであれば、又はこれらがその光軸の方向に向けられて
いれば、これらは空洞内で第２の複屈折素子を構成す
る。さらに、これらは周波数２倍器２６に対しては空洞
の反対側であるので、第２のリオフィルタを形成するも
のである。複屈折材の長さ又は厚みを適当に選択するこ
とによって、この第２のリオフィルタのフリースペクト
ル範囲は、空洞の他端にあるリオフィルタよりも大きな
ものとなる。これにより、レーザが稼働する特定のモー
ドを選択するという効果をＫＴＰリオフィルタが有し、
４分の１波長板リオフィルタは所望でないモードでの振
動（たとえば、１０６４ｎｍ及び１０７４ｎｍ）を妨げ
るように機能する。つまり、この方法では、低損失モー
ドがただ一つだけであるために、空間的ホールバーニン
グを直接的に特に除去する必要がないのである。同様の
効果は、もし２つの４分の１波長板の組み合わせが単一
の全波或いは半波長板に置き換わっても得られる。
の１波長板２０、２２は空間的ホールバーニングの除去
の他にも機能をも有している。もしこれらが異なった厚
みであれば、又はこれらがその光軸の方向に向けられて
いれば、これらは空洞内で第２の複屈折素子を構成す
る。さらに、これらは周波数２倍器２６に対しては空洞
の反対側であるので、第２のリオフィルタを形成するも
のである。複屈折材の長さ又は厚みを適当に選択するこ
とによって、この第２のリオフィルタのフリースペクト
ル範囲は、空洞の他端にあるリオフィルタよりも大きな
ものとなる。これにより、レーザが稼働する特定のモー
ドを選択するという効果をＫＴＰリオフィルタが有し、
４分の１波長板リオフィルタは所望でないモードでの振
動（たとえば、１０６４ｎｍ及び１０７４ｎｍ）を妨げ
るように機能する。つまり、この方法では、低損失モー
ドがただ一つだけであるために、空間的ホールバーニン
グを直接的に特に除去する必要がないのである。同様の
効果は、もし２つの４分の１波長板の組み合わせが単一
の全波或いは半波長板に置き換わっても得られる。
【００５０】次に第２の方法について説明する。上述の
第１の方法と同様の効果が、複屈折レーザ材１４を偏光
軸に対して４５゜の方向に向けたときに得られる。これ
により、ゲイン媒体の長さをベースとした第２のリオフ
ィルタが形成される。この第２のリオフィルタは、ＫＴ
Ｐを周波数２倍器として用いたのと同様のフリースペク
トル範囲を供給する。しかし、副尺原理（vernier prin
ciple ）を用いることによって、２つのフィルタを所望
の波長に一致させかつゲイン曲線の他の全てのレーザ発
振を抑制することが可能である。これは、上記定常波及
び２つの偏光の波長が異なるために、空間的ホールバー
ニングにとって重大な効果を有するものである。これは
２つの４分の１波長板程に残余ゲインを減少させるのに
効果的なものではないが、それを実質的に減少させかつ
自身を所望の稼働状態にするのには十分であろう。
第１の方法と同様の効果が、複屈折レーザ材１４を偏光
軸に対して４５゜の方向に向けたときに得られる。これ
により、ゲイン媒体の長さをベースとした第２のリオフ
ィルタが形成される。この第２のリオフィルタは、ＫＴ
Ｐを周波数２倍器として用いたのと同様のフリースペク
トル範囲を供給する。しかし、副尺原理（vernier prin
ciple ）を用いることによって、２つのフィルタを所望
の波長に一致させかつゲイン曲線の他の全てのレーザ発
振を抑制することが可能である。これは、上記定常波及
び２つの偏光の波長が異なるために、空間的ホールバー
ニングにとって重大な効果を有するものである。これは
２つの４分の１波長板程に残余ゲインを減少させるのに
効果的なものではないが、それを実質的に減少させかつ
自身を所望の稼働状態にするのには十分であろう。
【００５１】図３は、図２の装置に組み込むことのでき
る別設計の空洞５０を示す図である。ＫＴＰ周波数２倍
器２６は、リオフィルタを形成するように偏光反射器５
２に対して４５゜の方向に配置されている。位相の合っ
た反射器を形成する被覆４４は、周波数２倍器の図面下
側の面に被覆され、光路長にはあいまいな点がない。も
しＫＴＰ周波数２倍器の２端面が平行であればこれら面
は共にビームに対して垂直であり、損失が最小になって
いる。ここで、Ｎｄ：ＹＡＧであるレーザロッド１４は
その両方の端面が平面であって、ＫＴＰにされた被覆４
４のような被覆がレーザ空洞を形成すべくその一方の面
（図面左側の面）に被覆されている。ロッド１４の平行
性がＡＲ被覆面の垂直性を保つ。図２と違って、この空
洞５０は曲面偏光反射器５２を用いる。このような反射
器５２すなわちミラーを用いることの不利益の一つは、
楕円状のビームを発生することである。しかし、これに
より、簡単に自己配列する空洞が得られる。この偏光反
射器５２は、もしＮｄ：ＹＡＧロッド１４の入力面が特
定の曲面であれば、平面ミラーに置き換えることができ
る。半波長板或いは全波長板５４は、第２リオフィルタ
が必要であることが証明されているようなときに組み込
まれて用いられる。つまり、２つの４分の１波長板（図
１又は図２で用いられている）は、図３の設計では半波
長板又は全波長板５４に置き換えることができる。
る別設計の空洞５０を示す図である。ＫＴＰ周波数２倍
器２６は、リオフィルタを形成するように偏光反射器５
２に対して４５゜の方向に配置されている。位相の合っ
た反射器を形成する被覆４４は、周波数２倍器の図面下
側の面に被覆され、光路長にはあいまいな点がない。も
しＫＴＰ周波数２倍器の２端面が平行であればこれら面
は共にビームに対して垂直であり、損失が最小になって
いる。ここで、Ｎｄ：ＹＡＧであるレーザロッド１４は
その両方の端面が平面であって、ＫＴＰにされた被覆４
４のような被覆がレーザ空洞を形成すべくその一方の面
（図面左側の面）に被覆されている。ロッド１４の平行
性がＡＲ被覆面の垂直性を保つ。図２と違って、この空
洞５０は曲面偏光反射器５２を用いる。このような反射
器５２すなわちミラーを用いることの不利益の一つは、
楕円状のビームを発生することである。しかし、これに
より、簡単に自己配列する空洞が得られる。この偏光反
射器５２は、もしＮｄ：ＹＡＧロッド１４の入力面が特
定の曲面であれば、平面ミラーに置き換えることができ
る。半波長板或いは全波長板５４は、第２リオフィルタ
が必要であることが証明されているようなときに組み込
まれて用いられる。つまり、２つの４分の１波長板（図
１又は図２で用いられている）は、図３の設計では半波
長板又は全波長板５４に置き換えることができる。
【００５２】以上の記述から、当業者にとってはさまざ
まな設計変更が可能であろう。したがって、以上の記述
は、当業者に本発明を実施するやり方を教えることが目
的であると解釈される。材料等の種々の変更が本発明に
は可能である。たとえば、後方へ行く緑色光を制御する
ために手段（たとえば、図１のＤの位置に）を用いる
（たとえば、一方の面が１０６４ｎｍに対しＡＲに他方
の面が１０６４ｎｍに対しＡＲで約５３２ｎｍに対しＨ
Ｒに被覆された偏光手段２４と周波数２倍器２６との間
に位置されるミラー）ことによって、与えられる偏光は
方向依存性のものとなり、レーザパワーは単一光路素子
の４倍になる。
まな設計変更が可能であろう。したがって、以上の記述
は、当業者に本発明を実施するやり方を教えることが目
的であると解釈される。材料等の種々の変更が本発明に
は可能である。たとえば、後方へ行く緑色光を制御する
ために手段（たとえば、図１のＤの位置に）を用いる
（たとえば、一方の面が１０６４ｎｍに対しＡＲに他方
の面が１０６４ｎｍに対しＡＲで約５３２ｎｍに対しＨ
Ｒに被覆された偏光手段２４と周波数２倍器２６との間
に位置されるミラー）ことによって、与えられる偏光は
方向依存性のものとなり、レーザパワーは単一光路素子
の４倍になる。
【００５３】さらに、電光効果が、レーザを正確に調整
して最小の損失かつレーザ材ゲイン曲線の中心で稼働で
きるように、リオフィルタと共に用いられる。また、分
離したレーザ材及び周波数２倍器を用いる代わりに、自
己２倍化レーザ材（たとえば、Ｔｍ：ＬｉＮｂＯ3 又は
Ｎｄ：ＹＡＧ）をリオフィルタ手段と共に用いることも
示唆される。最後に、本発明は、緑色光同様に青色光を
も同じ原理で発生させるために用いることができる。つ
まり、数多くの設計変更が特許請求の範囲の精神から外
れることのない範囲で実施可能である。もちろん、特許
請求の範囲の記載は、このような設計変更を全て含んだ
ものである。
して最小の損失かつレーザ材ゲイン曲線の中心で稼働で
きるように、リオフィルタと共に用いられる。また、分
離したレーザ材及び周波数２倍器を用いる代わりに、自
己２倍化レーザ材（たとえば、Ｔｍ：ＬｉＮｂＯ3 又は
Ｎｄ：ＹＡＧ）をリオフィルタ手段と共に用いることも
示唆される。最後に、本発明は、緑色光同様に青色光を
も同じ原理で発生させるために用いることができる。つ
まり、数多くの設計変更が特許請求の範囲の精神から外
れることのない範囲で実施可能である。もちろん、特許
請求の範囲の記載は、このような設計変更を全て含んだ
ものである。
【００５４】
【発明の効果】信頼性ある安定した緑色又は青色光を出
力する単一周波数の周波数２倍化レーザを提供すること
ができる。
力する単一周波数の周波数２倍化レーザを提供すること
ができる。
【図１】本発明の第１の実施例である単一周波数緑色レ
ーザの概略図である。
ーザの概略図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す概略図である。
【図３】図２に示す本発明の第２の実施例の変形例を示
す概略図である。
す概略図である。
１０ レーザ １１ レンズ １２ ダイオードレーザ源 １４ レーザ材 １６ 入力ミラー １８ 出力カプラ ２０ ４分の１波長板 ２２ ４分の１波長板 ２４ 偏光素子 ２６ 周波数２倍器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダグラス・ウイリアム・アントン アメリカ合衆国イリノイ州60187ウイート ン・チエリー・ストリート925 (72)発明者 ドナルド・リー・サイプス・ジユニア アメリカ合衆国イリノイ州60532ライス ル・シユワルツ・アベニユー4505
Claims (20)
- 【請求項１】（ａ）前端及び後端を有しかつ光ポンピン
グ放射に反応して所定波長のレーザ光を発振するレーザ
材と、 （ｂ）上記所定波長のレーザ光を上記レーザ材の上記前
端に向けて実質的に反射する入力ミラーと、 （ｃ）上記所定波長のレーザ光を上記入力ミラーに向け
て実質的に反射しかつ上記所定波長のレーザ光の高調波
である高調波レーザ光の少なくとも一部を透過する出力
カプラと、 （ｄ）上記入力ミラーと上記出力カプラとの間にあっ
て、上記所定波長のレーザ光を発振している間の上記レ
ーザ材における空間的ホールバーニングを実質的に除去
する除去手段と、 （ｅ）上記レーザ材からの上記所定波長のレーザ光を受
信するように配置された偏光手段と、 （ｆ）上記偏光手段からの偏光レーザ光を受信するよう
に配置されかつ上記偏光レーザ光を位相整合させる方向
を向いた光軸を有しており、上記偏光レーザ光を上記高
調波レーザ光に変換するための手段であって、上記所定
波長のレーザ光の半波長の整数倍の位相遅延を生じさせ
る長さを有する第２高調波発生手段とを備えているレー
ザ。 - 【請求項２】上記第２高調波発生手段は、ＫＴＰから造
られたものであって、上記レーザ材の上記前端及び上記
後端を通る光学的基準軸に沿った平面に対して約４５゜
の角度をなしかつ上記光学的基準軸にほぼ垂直な平面内
に位置する光軸を有する請求項１のレーザ。 - 【請求項３】上記第２高調波発生手段の上記長さが、そ
の温度を制御することによって、上記所定波長に対する
半波長板として機能するように維持されている請求項１
のレーザ。 - 【請求項４】上記除去手段が２つの４分の１波長板を備
えており、これら４分の１波長板は、上記レーザ材の上
記前端及び上記後端にそれぞれ近接して配置され、上記
入力ミラー及び上記出力カプラによって形成される空洞
軸にほぼ垂直の光軸を有している請求項１のレーザ。 - 【請求項５】上記高調波レーザ光が後方から逃げること
を減少させる手段を含んでいる請求項１のレーザ。 - 【請求項６】（ａ）光学的基準軸によって共に貫かれる
相対向する端部を有しかつダイオードレーザ手段からの
光ポンピング放射に反応して所定波長のレーザ光を発振
するようにされたレーザ材と、 （ｂ）上記レーザ材の上記相対向する端部の一方の端部
と上記レーザダイオード手段との間に上記光学的基準軸
に沿って配置されており、上記光ポンピング放射の少な
くとも一部を上記レーザ材の上記一方の端部に透過し、
上記所定波長のレーザ光を上記レーザ材に向けて実質的
に反射する入力ミラーと、 （ｃ）上記レーザ材の上記相対向する端部の他方の端部
に近接しており、上記レーザ材からの上記所定波長のレ
ーザ光を偏光し、この偏光された偏光レーザ光を上記光
学的基準軸に対してある角度をなす光路に実質的に反射
し、上記所定波長のレーザ光の高調波である高調波レー
ザ光の少なくとも一部を透過する偏光反射手段と、 （ｄ）上記所定波長のレーザ光の半波長の整数倍の有効
長を有し、上記偏光反射手段からの上記偏光レーザ光を
受信してこの偏光レーザ光を上記高調波レーザ光に変換
する手段であって、ある所定の伝播方向に対し２つの屈
折率で特徴付けられる第２高調波発生手段と、 （ｅ）上記光路に沿って配置されており、上記第２高調
波発生手段からの上記高調波レーザ光を上記レーザ材か
らの上記所定波長のレーザ光と位相の整合した関係にし
て上記偏光反射手段に向けて反射するミラーとを備えて
いるレーザ。 - 【請求項７】上記ミラーが上記第２高調波発生手段の一
端の反射性被覆を備えている請求項６のレーザ。 - 【請求項８】上記偏光反射手段が曲面ミラーである請求
項６のレーザ。 - 【請求項９】上記光学的基準軸に沿った手段であって、
この光学的基準軸と直角をなす光軸を有する２つの複屈
折４分の１波長板と等価であり、リオフィルタを形成す
るための手段を含んでいる請求項７のレーザ。 - 【請求項１０】（ａ）光学的基準軸を定める相対向する
端部を有しかつ光ポンピング放射に反応して所定波長の
レーザ光を発振する非複屈折レーザロッド手段と、 （ｂ）上記光ポンピング放射の少なくとも一部を上記非
複屈折レーザロッド手段の上記相対向する端部の一方の
端部に透過し、上記所定波長のレーザ光を上記非複屈折
レーザロッド手段の上記一方の端部に向けて実質的に反
射する入力ミラーと、 （ｃ）上記光学的基準軸に沿って配置されており、上記
所定波長のレーザ光を偏光するブリュスター板手段と、 （ｄ）上記光学的基準軸に沿って配置されており、上記
ブリュスター板手段で偏光された偏光レーザ光を受信し
てこの偏光レーザ光を上記所定波長のレーザ光の高調波
である高調波レーザ光に変換する複屈折第２高調波発生
手段と、 （ｅ）上記非複屈折レーザロッド手段の上記相対向する
端部にそれぞれ近接して配置されており、上記ブリュス
ター板手段と共にリオフィルタとして機能するように互
いに関連をもって配向された光軸を有する２つの４分の
１波長板と、 （ｆ）上記ブリュスター板手段と共に第２リオフィルタ
として機能するように上記複屈折第２高調波発生手段の
温度を維持するための手段と、 （ｇ）上記光学的基準軸に沿って配置されており、上記
所定波長のレーザ光を上記ブリュスター板手段に向けて
実質的に反射しかつ上記高調波レーザ光の少なくとも一
部を透過する出力ミラーとを備えているレーザ。 - 【請求項１１】光ポンピング放射の源に反応して光学的
空洞内で基底波長のレーザ光を発振するようにされた非
複屈折レーザ材と、 上記非複屈折レーザ材の少なくとも一つの端部に近接し
て配置され、上記光学的空洞内の空間的ホールバーニン
グを実質的に除去する空間的ホールバーニング除去手段
と、 上記空洞内にあり、上記非複屈折レーザ材からの上記基
底波長のレーザ光を単色偏光し、この単色偏光された単
色偏光レーザ光の少なくとも一部を実質的にその高調波
である高調波レーザ光に変換するためのリオフィルタ手
段とを備えている単一周波数レーザ。 - 【請求項１２】上記空間的ホールバーニング除去手段
が、 上記非複屈折レーザ材の一つの端部に配置されかつ速い
軸を有する第１の４分の１波長板と、 上記非複屈折レーザ材の上記一つの端部と対向する端部
に配置されかつ上記第１の４分の１波長板の上記速い軸
に対してある角度をなす速い軸を有する実質的に上記第
１の４分の１波長板と同一である第２の４分の１波長板
とを備えている請求項１１の単一周波数レーザ。 - 【請求項１３】上記リオフィルタ手段が、上記非複屈折
レーザ材の上記対向する端部に近接している請求項１１
の単一周波数レーザ。 - 【請求項１４】上記リオフィルタ手段が、 上記非複屈折レーザ材からの上記基底波長のレーザ光を
ある偏光方向に沿って偏光する偏光手段と、 上記偏光手段によって定められた上記偏光方向に対して
鋭角をなす軸を有し、上記第１の４分の１波長板及び上
記第２の４分の１波長板の上記速い軸が上記偏光方向の
両側にあって、上記基底波長のレーザ光の半波長の整数
倍に等しい長さの位相整合複屈折周波数２倍化材とを備
えている請求項１２の単一周波数レーザ。 - 【請求項１５】上記位相整合複屈折周波数２倍化材が、
温度調節によって上記基底波長のレーザ光の半波長の整
数倍に等しい長さであるように機能する請求項１４の単
一周波数レーザ。 - 【請求項１６】上記光ポンピング放射の源がダイオード
レーザであって、上記位相整合複屈折周波数２倍化材の
温度を制御する手段と、上記ダイオードレーザの温度を
制御する手段とを含んでいる請求項１５の単一周波数レ
ーザ。 - 【請求項１７】上記ダイオードレーザの温度と上記位相
整合複屈折周波数２倍化材の温度とが独立に制御可能で
ある請求項１６の単一周波数レーザ。 - 【請求項１８】（ａ）２つのミラーによって形成されか
つ基準軸を定める光学的空洞内にレーザ材ロッドを配置
すること、 （ｂ）上記レーザ材ロッドの一つの端部をダイオードレ
ーザ手段でポンピングして、赤外又は近赤外波長の光を
発生すること、 （ｃ）上記レーザ材ロッドからの上記光をある偏光方向
に沿って偏光すること、 （ｄ）この偏光された光を上記レーザロッド材からの上
記光の波長の約半分の波長の光に変換するのに、上記偏
光方向に関する位相整合のために配向された光軸を有す
る周波数２倍化結晶を用いること、及び、 （ｅ）上記レーザロッド材からの上記偏光された光の波
長の約半分の波長の整数倍の位相のずれを生じるよう
に、上記周波数２倍化結晶の温度を維持すること、とい
う段階を備えている本質的に単一周波数の緑色又は青色
光を発生する方法。 - 【請求項１９】上記レーザ材ロッドの上記端部のそれぞ
れに近接して４分の１波長板を配置すること及びこれら
４分の１波長板を上記基準軸に対して直角に位置させる
ことによって、上記レーザ材ロッド内の空間的ホールバ
ーニングを除去することを含んでいる請求項１８の方
法。 - 【請求項２０】上記（ｃ）段階が、上記基準軸に対して
ブリュスター角をなす平面内にある透明板を用いること
によって行われる請求項１８の方法。
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