JPH07112082B2 - ソリッドステート・マイクロレーザー - Google Patents

ソリッドステート・マイクロレーザー

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JPH07112082B2
JPH07112082B2 JP1024745A JP2474589A JPH07112082B2 JP H07112082 B2 JPH07112082 B2 JP H07112082B2 JP 1024745 A JP1024745 A JP 1024745A JP 2474589 A JP2474589 A JP 2474589A JP H07112082 B2 JPH07112082 B2 JP H07112082B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 本発明は、光励起ソリッドステート・レーザーに関す
る。
光励起ソリッドステート・レーザーは、20年以上にわた
って有効なコヒーレント光源であることが立証されてき
た。例えば、半導体レーザーは、ネオジウム：イットリ
ウム−アルミニウム−ガーネット（Nd:YAG）の如きソリ
ッドステート結晶物質を励起するため使用されており、
今日市販されている。ほとんどのレーザー物質、特にソ
リッドステート結晶においては、特殊および（または）
空間的正孔バーニング（burning）の存在は、腔内モー
ド間隔が活性媒体の利得帯域巾より小さな素子において
振動する１つ以上の縦方向モードを生じることになる。
これらの公知の素子は、単一周波数作動即ちリング・キ
ャビティ形態における動作を達成するためにはレーザー
共振器におけるモード選択素子を必要とする。
〔発明の要約〕
ソリッドステート光励起マイクロレーザーは、２つのミ
ラー間に置かれたソリッドステート利得媒体を含み、ミ
ラー間距離、キャビティ長さは、利得媒体の利得帯域巾
がキャビティ・モードの周波数間隔よりも小さくなるよ
うに選択されている。望ましい実施態様においては、ミ
ラーは直接利得媒体上に析出されたコーティングの形態
を呈する。あるいはまた、ミラーは別個の素子でよく、
サンドイッチ形態に利得媒体に対して溶着することがで
きる。
キャビティの長さが活性利得媒体の帯域巾よりも大きな
腔内モード間隔を提供するように選択される故に、素子
が単一横方向モードで作動する時、唯１つの縦方向モー
ドが発振することになる。光励起は、半導体注入レーザ
ーまたはレーザー・アレイの如く適当なソースにより生
じることができる。
〔実施例〕
本発明が基礎とする理論については、第１図に関して次
に論述する。カーブ10は、Nd:YAGまたはネオジウム五燐
酸塩（Nd pentaphos−phate）の如きソリッドステート
の利得媒体における利得と周波数の関係グラフである。
カーブ10の利得帯域巾は、矢印12と14間の間隔として規
定される。また第１図に示されるのは、周波数の関数と
してのキャビティ・モード16〜24である。キャビティ・
モード16〜24の隣接するものの間の間隔は、式νｃ＝c/
2nlで与えられる。但し、ｃは光の速度、ｎは利得媒体
の屈折率、ｌは共振キャビティの長さである。当業者に
は明らかなように、もしキャビティモードの間隔νｃが
生じる帯域巾νｇよりも大きければ、発振器が単一横方
向モードで作動する時、単一縦方向モードが発振するこ
とになる。
第２図によれば、マイクロレーザー30は、１対のミラー
34と36間に置かれたソリッドステート利得媒体32を有す
る。第１図に関する上記の論議によれば、ミラー34と36
間のキャビティ長さｌは次の不等式を満たす。即ち、ｌ
＜c/2nνgo。但し、νｇは利得媒体の帯域巾である。適
当なソリッドステート利得媒体は、Nd:YAGおよびネオジ
ウム五燐酸塩である。レーザーのミラー34および36は、
レーザー利得媒体32の対向面上に直接析出するか、ある
いは薄いガラスまたは他の適当な材料を用いて形成しそ
の後サンドイッチ構造を形成するため利得媒体32に対し
て溶接されたコーティングのいずれでもよい。Nd:YAGの
如きレーザー利得媒体においては、キャビティ長さは略
々数百μｍであるが、ネオジウム五燐酸塩の如き化学量
論化合物レーザー物質の場合は、キャビティの長さは典
型的には10乃至100μｍの範囲内にある。
動作においては、マイクロレーザー30は、半導体注入レ
ーザーまたはレーザー・アレイの如き適当なソースによ
って励起される。ダイオード・レーザー・ポンプ38は第
２図に示される。ダイオード・レーザー・ポンプ38から
の励起ビーム40は、光学的な集束系42により集束され、
１つの空間モードで作動するようにマイクロレーザー30
を光励起する。マイクロレーザー30は、この時出力ビー
ム44を生成する。あるいはまた、ダイオード・レーザー
・ポンプ38は、第３図に示される如きマイクロレーザー
30のミラー34に対して直接溶着することができる。
励起レーザー光線の吸収長さがレーザー物質の長さより
も長い場合には、ポンプ・レーザーの吸収性は、レーザ
ー物質を励起レーザーの波長におけるファブリ・ペロー
（Fabry-Perot）の共振器の内側に設置することにより
強化することができる。例えば、第２図においては、両
方のレーザー・ミラー上の誘電性コーティングが、レー
ザー物質の波長において適正にコーティングを施すこと
に加えて、励起レーザー波長において高い反射率を呈し
よう。
マイクロレーザー30は、Ndの1.32μｍの遷移領域を含む
いくつかの波長において作動するように作ることがで
き、これは光ファイバ通信およびファイバ・センサに使
用可能である。更にまた、マイクロレーザー30の周波数
は、通信規格として充分に規定された搬送波周波数を提
供するように、原子または分子吸収の如き二次周波数基
準に固定することができる。多重通信システムは、周波
数を固定したマスター発振器から側波帯を生成すること
により作動させることができる。このようなシステム
は、どんな通信システムでも他のシステムと共用できる
が、これは各チャンネルが絶対的に識別し得る周波数を
有することになるためである。
マイクロレーザー30は、光キャビティの有効長さを変更
する等の多くの方法において同調が可能である。キャビ
ティの長さは、利得媒体あるいはレーザー・キャビティ
に含まれる他の物質の屈折率を変えることにより変更す
ることができる。屈折率を変更するための機構は、温度
に依存する屈折率効果あるいは電子光学的あるいは圧電
効果をそれぞれ利用することにより、熱的あるいは電子
的なものでよい。あるいはまた、レーザーの同調のため
レーザー・キャビティ・ミラーの１つを動かすために、
圧電その他の機械的素子を用いることもできる。
マイクロレーザー30は、半導体製造業において使用され
る如きものと類似するミクロ製造手法を用いて非常にコ
ンパクトかつ安定にすることができる。マイクロレーザ
ー30の設計は、悪い条件下で使用するため大きな衝撃に
耐えるようにすることを可能にする。マイクロレーザー
30装置の１つの用途は、狭い線巾の使用を必要とする光
ファイバ・ジャイロ用がある。
マイクロレーザー30はまた、低い温度（1.5°ケルビン
における液体ヘリウムの温度から室温より若干低い温
度）で作動させることもできる。このような作動は、安
定で正確な周波数出力を生じる。活性利得媒体における
スペクトル利得線長さは、低温において非常に狭く（あ
る場合には、100MHzより小さい）なり得る。公知の多く
の手法を用いてマイクロレーザー30をそれ自体の利得ピ
ークを固定することにより、僅かに数キロヘルツの精度
を以て絶対作動周波数を得ることができる。
本発明の修正および変更が当業者には明らかでありこと
が認められ、全てのかかる修正および変更は頭書の特許
請求の範囲内に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は周波数の関数としての利得帯域巾およびキャビ
ティ・モードのグラフ、第２図は本発明によるマイクロ
レーザーを示す斜視図、および第３図はダイオード・レ
ーザー・ポンプをレーザー・ミラーの１つに対して溶接
したマイクロレーザーの一実施態様に示す断面図であ
る。 30…マイクロレーザー、32…ソリッドステート利得媒
体、34、36…ミラー、38…ダイオード・レーザー・ポン
プ、40…励起ビーム、42…光学集束系、44…出力ビー
ム。
フロントページの続き (56)参考文献 Ｄｏｎａｌｄ Ｃ．Ｏ’ｓｈｅａ，外２ 名著、望月仁、外２名共訳「レーザーの基 礎と応用（Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏ ｎ ｔｏ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅ ｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」（昭 61−１−20）丸善Ｐ．108，109

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２つのミラー（34、36）間に配置されたソ
    リッドステート利得媒体（32）を含む光励起のソリッド
    ステートマイクロレーザであって、前記利得媒体の利得
    帯域巾がキャビティ・モードの周波数間隔よりも小さい
    ような前記ミラー間の距離であり、そして該ソリッドス
    テートマイクロレーザは単一横方向モードにおいて動作
    するために励起されることを特徴とする光励起ソリッド
    ステートマイクロレーザ。
  2. 【請求項２】前記ミラーが前記利得媒体の対向面上に直
    接析出されたコーティングの形態を呈することを特徴と
    する請求項１に記載のマイクロレーザ。
  3. 【請求項３】前記ミラーが、前記利得媒体の対向面に対
    して溶着された個々の素子であることを特徴とする請求
    項１に記載のマイクロレーザ。
  4. 【請求項４】前記利得媒体がネオジウム：イットリウム
    −アルミニウム−ガーネット（Nd:YAG）であることを特
    徴とする請求項１に記載のマイクロレーザ。
  5. 【請求項５】前記利得媒体がネオジウム五燐酸塩（Nd p
    entaphosphate）であることを特徴とする請求項１に記
    載のマイクロレーザ。
  6. 【請求項６】前記ミラー間の間隔は数百マイクロメータ
    の範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載のマイ
    クロレーザ。
  7. 【請求項７】前記ミラー間の間隔は10乃至100マイクロ
    メータの範囲内にあることを特徴とする請求項５に記載
    のマイクロレーザ。
  8. 【請求項８】マイクロレーザを光励起するため該マイク
    ロレーザに隣接する半導体ダイオード・レーザを更に設
    けることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載
    のマイクロレーザ。
  9. 【請求項９】前記マイクロレーザは半導体ダイオード・
    レーザに対して溶着されることを特徴とする請求項８に
    記載のマイクロレーザ。
  10. 【請求項１０】前記利得媒体およびミラーが、マイクロ
    レーザが光励起される周波数のファブリーペロー型共振
    器を形成することを特徴とする請求項１から９のいずれ
    かに記載のマイクロレーザ。
  11. 【請求項１１】前記コーティングが、利得媒体が光励起
    される波長において高い反射率を有することを特徴とす
    る請求項２または請求項２を引用する請求項８から10の
    いずれかに記載のマイクロレーザ。
  12. 【請求項１２】前記ミラーが半導体ダイオード励起レー
    ザ周波数において高い反射率を有する誘電性コーティン
    グを含むことを特徴とする請求項８または請求項８を引
    用する請求項９から11のいずれかに記載のマイクロレー
    ザ。
  13. 【請求項１３】更に単一縦方向モードが発振することを
    特徴とする請求項１から12のいずれかに記載のマイクロ
    レーザ。
JP1024745A 1988-02-02 1989-02-02 ソリッドステート・マイクロレーザー Expired - Lifetime JPH07112082B2 (ja)

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US07/151,396 US4860304A (en) 1988-02-02 1988-02-02 Solid state microlaser
US151396 1988-02-02

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JPH025490A JPH025490A (ja) 1990-01-10
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EP (2) EP0327310B1 (ja)
JP (1) JPH07112082B2 (ja)
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DE (1) DE68917610T2 (ja)
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