JPH07183607A - 可飽和吸収体により受動スイッチングするレーザーキャビティ及びそのキャビティを有するレーザー - Google Patents

可飽和吸収体により受動スイッチングするレーザーキャビティ及びそのキャビティを有するレーザー

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体可飽和吸収体を用いたレーザーキャビテ
ィが有する問題点を解決した新規の構成のレーザーキャ
ビティを提供する。 【構成】 固体活性レーザー媒質、可飽和吸収体、入射
鏡及び出射鏡からなり、その可飽和吸収体が、前記固体
活性レーザー媒質上に直接堆積された薄膜状であるレー
ザーキャビテイ及びそのレーゼーキャビティとキャビテ
ィ励起手段を有するレーザー。 【効果】 可飽和吸収体の厚みが限定できるため、励起
エネルギーを低減できる。レーザーの微小化が達成さ
れ、種々の用途に応用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチングされたレ
ーザーの分野に関する。この種のレーザーの目的は、放
出されるピークパワーが、励起に使用されるものに比較
して高く、短い持続時間のコヒーレントな光パルスを製
造することにある。標準的な方法では、前記スイッチン
グを得るための２つの解決策があり、一方は能動的であ
り、他方は受動的であるが、本発明では後者が用いられ
る。
【０００２】
【従来の技術】特にレーザーキャビティのスイッチング
は、励起エネルギーがレーザーのゲイン(gain)材料の励
起レベルに貯蔵されている間はレーザー効果の発生を阻
止するような時間−変動性損失を、キャビティに加える
ことからなる。これらの損失は、ある決まった時間に突
然減少し、貯蔵されていたエネルギーは非常に短時間に
放出される（ジャイアントパルス）。従って、高いピー
クパワーエネルギーが得られる。
【０００３】能動的スイッチングの場合、その損失の値
は、（例えば、キャビティ回転鏡、ビームの経路または
その偏光状態を変えるキャビティ間の音響−光学または
電気−光学手段を用いて）使用者によって外部から制御
される。貯蔵時間、レーザー開放時間、及び反復速度
は、それぞれ独立に選択することができる。しかし、こ
れには、そのために調整されたエレクトロニクスを必要
とし、そのレーザー・システムをさらに複雑にする。
【０００４】受動的スイッチングの場合、変動する損失
は、可飽和吸収体即ちＳＡ材料の形でキャビティに導入
されるが、それは、レーザー波長における高度な吸収体
で低パワー密度であり、その密度がＳＡの飽和強度と呼
ばれるある臨界値を越えると実質的に透明になる。受動
的スイッチングの大きな利点は、制御用エレクトロニク
スを必要としないことである。
【０００５】周知の可飽和吸収体は、多くの場合、吸収
をもたらす有機分子を含んでいる。これらの材料は、一
般に液体またはプラスチックの形態であり、従って、光
学特性に劣り、非常に早く劣化し、レーザー・フラック
ス(raser flux)に対する耐性が乏しい。
【０００６】固体材料も可飽和吸収体として使用でき
る。例えば、１μｍ周辺で放出するレーザー（活性イオ
ンＮｄ3+またはＹｂ3+を含むＹＡＧ）に対しては、材料
のＳＡ挙動の原因となる着色された中心を有し、限られ
た寿命を持つＬｉＦ：Ｆ２の結晶、１μｍ周辺に可飽和
吸収を有するＣｒ4+をドープした固体結晶が使用でき
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の固体
可飽和吸収体では、吸収体イオン濃度が限られているた
め、使用する材料にかなりの厚さが必要とされ、ビーム
の強い集光即ち臨界値の上昇を妨げる。さらに、キャビ
ティ長さが約１ｍｍのマイクロレーザーの場合のよう
な、ソース(source)が極めてコンパクトでなければなら
ない分野への応用を妨げている。
【０００８】活性イオン及び吸収体イオンとともに、例
えばＮｄ3+及びＣｒ4+を共ドープした固体結晶で良い結
果が得られている。これらの自己−スイッチングレーザ
ー材料の利点は、スイッチングのためにいかなる他の材
料も導入されず、従って、さらなる損失が導入されない
ことである。それらの欠点は、活性イオン濃度が吸収体
イオンの濃度と連動してしまうことであり、それは、レ
ーザーの最適化を困難にする。よって、そのレーザーを
入手可能な励起パワーに合わせるためには、新たな固体
結晶の成長が必要とされる。
【０００９】１．５μｍ周辺で放出するレーザー（活性
イオン：Ｅｒ3+）に対しては、Ｅｒ3+が高濃度にドープ
された固体材料が存在し、それは１．５μｍ周辺に可飽
和吸収を有し、そのようなレーザーをスイッチングさせ
る。しかし、上記した固体材料の問題点に再度行き当た
ってしまう。
【００１０】前記可飽和吸収体によってスイッチングさ
れる周知のレーザーにおいては、使用されるＳＡによっ
て種々のスイッチングされるキャビティ製造法が存在す
る。
【００１１】１．第１の方法は図１（ａ）に示され、図
中、レーザーキャビティ１、固体活性レーザー材料２、
可飽和吸収体３、及びキャビティ出射鏡４及び入射鏡５
が示されている。その可飽和吸収体３と、キャビティ１
の他の要素との間には、いかなる接触もない。この種の
デバイスでは、キャビティ要素を光学的に配列させるこ
とが必要である。
【００１２】２．図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示した配
置では、可飽和吸収体３と、鏡４（図１（ｂ））または
活性レーザー材料２（図１（ｃ））との間が、光学接着
剤６によって確実に接触している。しかし、その接着剤
は、接着剤と接着された材料との界面に、剰余吸収率及
び屈折率の相違を導く。さらに、接着された要素間に起
こり得る平行のずれは、レーザーキャビティにおける損
失の原因になり得る。
【００１３】３．図１（ｄ）においても、符号４及び５
は鏡、符号２は活性レーザー材料を指し、第３の可能な
配置を示している。ここで、一方の鏡４は、可飽和吸収
体３上に直接堆積されている。しかし、これは、可飽和
吸収体３が、鏡を堆積するに先立って研磨操作を受ける
場合にのみ可能であり、それがガラスまたは結晶から製
造される必要がある場合ではない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】よって本発明は、固体活
性媒質を有し、前記した問題を解決することができる新
規な型のレーザーキャビティに関する。さらに本発明
は、前記レーザーキャビティの製造方法、及びそのキャ
ビティを取り入れたレーザーに関する。前記問題を解決
するために、本発明は、可飽和吸収体を基盤上の薄膜の
形で製造することを提案する。
【００１５】従って、本発明は、固体活性レーザー媒
質、基板、可飽和吸収体、入射または入力鏡及び出射ま
たは出力鏡を有し、その可飽和吸収体が可飽和吸収体材
料の薄膜からなることを特徴とするレーザーキャビティ
に関する。
【００１６】可飽和吸収体薄膜を形成することにより、
前記した固体状の可飽和吸収体に伴う問題を解決するこ
とができる。よって、従来の可飽和吸収体が固体状態に
あることによるキャビティの損失を最小化することがで
きる。また、異なった形状や次元を持つ基板上に膜を堆
積することが可能である。最後に、前記構造は、レーザ
ーキャビティにスペース・ゲイン(space gain)を達成す
ることを可能にする。
【００１７】好ましくは、前記キャビティは液相エピタ
キシーで得られる膜を有する。液相エピタキシーによっ
て薄膜堆積を製造することの利点は、この堆積方法は、
異なるレーザーへの適用の視点から、異種ドーピング及
び共ドーピングを実施するということにおいて、かなり
の柔軟性を持っていることである。もし必要ならば、他
の結晶成長方法よりも高い濃度を得ることにより、非常
に薄い膜（〜１００μｍ）が使用でき、よって、高度に
集光されたビームが使用できるようにする。さらに、そ
のようにして製造された膜は結晶性であるので破壊障壁
が高い。
【００１８】また、この方法は、レーザーの型に応じ
て、薄膜の厚さ及び濃度を非常に正確に制御する可能性
をもたらす。ひとたび製造された可飽和吸収体は、良好
な光学特性を持ち、必要な厚さが限られている（＜５０
０μｍ）ことにより、非常に小さなキャビティ内損失し
か生じさせない。
【００１９】本発明の好ましい実施態様によれば、可飽
和吸収体は活性な固体媒質上に直接堆積される。好まし
くは、その可飽和吸収体膜の屈折率は、固体活性媒質の
屈折率に調整される。その薄膜は、活性な固体媒質と同
一または類似の結晶構造を有する基礎材料(base materi
al)から形成され、その基礎材料には、エルビウム、ク
ロム、ツリウム、またはホルミウムイオンがドープされ
ている。
【００２０】また、本発明は、導波路構造を有するレー
ザーキャビティを製造する可能性を提供する。この導波
路の第１の実施態様によれば、可飽和吸収体膜は、２つ
の活性レーザー材料膜の間に配置される。その導波路の
第２の実施態様によれば、活性媒質及び可飽和吸収体は
単一膜をなす。これらすべての場合において、すべての
膜は液相エピタキシーによって得ることができる。
【００２１】一方、本発明によるレーザーは、上述した
レーザーキャビティ以外にキャビティ励起手段を有す
る。以下に、本発明を実施例及び添付した図面を参照し
てさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定され
るものではない。
【００２２】図２に示した本発明の第１の実施態様によ
れば、レーザーキャビティは活性レーザー媒質（固体）
７、基板９上に堆積された可飽和吸収体薄膜８からな
り、それら全ては入射鏡１４と出射鏡１５との間に配置
されている。
【００２３】活性媒質７の構成材料は、１．０６μｍ周
辺で放出するために、従来の方法でネオジム（Ｎｄ）が
ドープされていてもよい。この材料は、例えば、ＹＡＧ
（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）、ＬＭＡ（ＬａＭｇＡｌ11Ｏ19）、Ｙ
ＶＯ4，ＹＳＯ（Ｙ2ＳｉＯ5）、ＹＬＦ（ＹＬｉＦ4）、
ＧｄＶＯ、Ｃａ2Ａｌ2ＳｉＯ7、Ｃａ5（ＰＯ4）3Ｆの中
から選ばれる。この選択は、以下の基準によって条件づ
けられるが、その応用に応じても変わる。
【００２４】１．後述するように、レーザーキャビティ
は、好ましくはひとつまたはそれ以上のレーザーダイオ
ードで光励起される。よって、第１の基準は、限られた
材料厚さ（＜１μｍ）を維持したまま励起効率を向上さ
せるために、励起波長（例えば、８００ｎｍ周辺で放出
するＩＩＩ−Ｖレーザーダイオード）において高い吸収
係数を持つことである。
【００２５】２．レーザーダイオードの波長安定性の問
題を処理し、よって励起レーザーダイオードの選択と電
気制御を簡単化するために、励起波長、例えば８００ｎ
ｍ、において広い吸収帯を持つことである。
【００２６】３．高く、高効率の出力パワーを得るため
に、大きく有効な誘導放出断面を持つこと。
【００２７】４．単一周波数を容易に得るために限られ
た放出帯幅を持つこと、または逆に、周波数可変のレー
ザー放出を得るために広い放出帯を持つこと。
【００２８】５．材料の加工を簡単化し、励起の吸収に
よって生ずる熱（いわゆるレーザーのエネルギー効率に
基づく過剰な熱）の良好な散乱に不利な熱効果を抑制す
るために良好な加工熱的特性を持つこと。
【００２９】６．高いエネルギー貯蔵のために長寿命で
あること、または速いスイッチング速度のために短寿命
であること。
【００３０】一般に、周知の材料で、これらの基準をす
べて満たすものはない。しかし、周知の材料の中でレー
ザーの作動に最も適している（数百ミリセカンドの匹敵
する生存時間を持つ）のは、以下の通りである。ＹＶＯ
4は、良好な係数及び広い吸収帯を持つとともに、良好
な有効断面を持つが、熱伝導性に乏しい。ＹＡＧは、平
均的な誘導放出有効断面及び吸収係数、及び狭い吸収及
び放出帯を持つが、良好な熱伝導性をもち、ネオジム
（Ｎｄ）がドープされている。最も知られ、現在レーザ
ー材料として最も広く用いられている。ＬＭＡは、低吸
収係数及び有効断面を提供し、吸収及び放出帯は広く、
その熱伝導性は非常に良好である。
【００３１】レーザー媒質を構成する材料にドープされ
る活性イオンは、以下から選択できる。１．０６μｍ周
辺の放出のためのネオジム（Ｎｄ）、１．５μｍ周辺の
放出のためのエルビウム（Ｅｒ）またはイッテルビウム
（Ｙｂ）、２μｍ周辺の放出のためのツリウム（Ｔ
ｍ）。
【００３２】好ましい方法にあっては、薄膜は液相エピ
タキシー（ＬＰＥ）によって、または、より一般的な表
現では、ＬＰＥによって得られるものと同じ特性を有す
る膜を得ることを可能にする方法（例えば、気層成長
法）によって得られる。よって、その膜は、ＬＰＥで製
膜可能なものである。
【００３３】ＬＰＥ法は、後にさらに詳しく説明する
が、基板上に１から５００μｍの厚さの膜を得ることを
可能にする。それは、基板の基礎材料と同一の基礎材料
からなり（例えば、ＹＡＧ上のＹＡＧ）、または、基板
を構成する材料と同一もしくは類似の結晶構造（格子）
を有する。この基礎材料には、例えば、１．０６μｍで
のレーザー放出のためのＣｒ4+や、１．５μｍでのレー
ザー放出のためのＥｒ3+といった、可飽和吸収体の性質
を与えるイオンがドープされている。ツリウム（Ｔｍ）
やホルミウム（Ｈｏ）は、他の可能なドーパントであ
る。
【００３４】従って、ドーパントの種類は、スイッチン
グが望まれているレーザーに合わされ、エピタキシー成
長した膜は、前記レーザーの放出周波数において可飽和
吸収を有するようになる。よって、（活性レーザーイオ
ンと、可飽和吸収のためのイオンとの）以下の組み合わ
せが好適である。 活性レーザーイオン Ｎｄ Ｅｒ Ｔｍ Ｙｂ Ｔｍ ＳＡイオン Ｃｒ Ｅｒ Ｔｍ Ｃｒ Ｈｏ
【００３５】図２に示したデバイスの例を使用すれば、
可飽和吸収体膜８は、レーザー波長では不活性な基板９
上に製造される。例えば、活性レーザー材料にネオジム
をドープしたＹＡＧ棒７、非ドープのＹＡＧ基板９、及
びＣｒ4+をドープしたＹＡＧからなる可飽和吸収体膜８
を選択することができる。アセンブリ（８−９）は、従
来用いられていた固体可飽和吸収体に代わって、キャビ
ティ内に単に挿入しただけである。
【００３６】ここで述べた本発明による利点のうち、材
料の耐久性（レーザー材料と同等の寿命）、及び可飽和
吸収体でのビームをよりよく集光し、よってＳＡの飽和
に要するエネルギーを低下させることを可能にする良好
な耐フラックス性を挙げることができる。さらに、異な
った形状及び寸法を有する基板上に、ＳＡ膜を堆積させ
ることが可能である。最後に、必要とされるＳＡ膜厚が
限られている（典型的には１から５００μｍ）ため、可
飽和吸収体が存在することによってキャビティ内に誘起
される剰余損失をかなり減少させることが可能になる。
本発明の他の実施態様によれば、可飽和吸収体を活性レ
ーザー材料上に直接堆積させることが可能であり、その
場合には、後者は基板として働き、基板の代替となる。
【００３７】レーザーキャビティ構造の応用の型に応じ
て、いくつかのデバイスを考えつくことができる。２つ
の最も簡単なものが、従来のレーザー棒または単結晶薄
層のいずれかで構成されるマイクロレーザーの活性基板
としての使用に関連している。これらの異なる形状で
は、可飽和吸収体薄膜の屈折率は、固体活性媒質７の屈
折率に合わせておくのが好ましい。本発明は、ＳＡ膜に
適宜な共ドープ操作をすることにより、この要求を満た
すことを可能にする。
【００３８】従来のレーザー棒に堆積する場合を図３に
示す。図には、ＳＡ膜１３、レーザー棒１２、入射鏡１
４及び出射鏡１５、励起ビーム１６、及び放出されたレ
ーザービーム１７が示されている。ＳＡ膜１３は、棒１
２の研磨面に、エピタキシーバスの表面浸漬により直接
堆積されている（後述の製造法参照）。構造をよりコン
パクトにするように、出射鏡１５を薄膜１３上に直接堆
積させることもできる。
【００３９】棒１８の他方の表面を研磨して、仕上げら
れた適当な角度の湾曲を形成し、その上にキャビティ入
射鏡１４を堆積して図３に示すようなモノリシックとす
ることも考えられる。棒の長さ及び直径は、ＳＡ膜厚及
びドーピングと同様に、使用される励起の型、この場合
広範に変化するが、パルスまたは連続のランプ励起、連
続またはパルスの縦方向(longitudinal)または横方向(t
ransverse)のダイオード励起に適応されるべきである。
【００４０】この配置の利点は、アセンブリを構成する
棒１２とＳＡ１３とが、固体材料のように振る舞うこと
である。ＳＡ膜の屈折率を、レーザー材料のそれに合わ
せることは、膜１３にガドリニウム（Ｇａ）及びルテニ
ウム（Ｌｕ）をドープすることにより行われる。ガドリ
ニウムは、屈折率の調整をもたらす一方、結晶系の格子
を広げてしまうが、それはルテニウムの共ドープにより
補償される。この型のレーザーキャビティでは、配列の
悪さまたはフレスネル(Fresnel)反射による損失がキャ
ビティ内に導入されない。
【００４１】マイクロレーザー媒質上に堆積する場合
（図４参照）、ＳＡ膜１３（上述した共ドープを伴って
もよい）は、基板として用いる活性マイクロレーザー媒
質（厚さ０．１−２ｍｍ）の表面にエピタキシー成長す
る。符号１６及び１７は、図５におけるものと同じ意味
である。
【００４２】そのようなレーザーの集団的製造は、アセ
ンブリの単結晶構造を変えないＳＡ製造方法による連続
的マイクロレーザーのそれと実質的に同一である。２つ
のキャビティ鏡１４及び１５は、基板／膜構造の予め研
磨された表面に堆積され、約１×１ｍｍ2の平行六面体
に切り出され、多数のスイッチングされるマイクロレー
ザーが製造される。
【００４３】好ましくは、また本発明のすべての実施態
様によれば、これらの鏡は二色鏡である。
【００４４】本発明の第４の実施態様によれば、レーザ
ーは導波路構造を伴って製造される。その方法は、スイ
ッチングされるレーザー導波路を製造するために、非ド
ープの基板上に数種の異なるドープをしたエピタキシー
膜を積層することからなる。得られた積層膜を、励起及
びレーザーの製造されるべき型に適応させた長さの平行
六面体に切り出す。２つの側面を平行に研磨し、そこに
鏡を堆積し、すべてのものが、横方向または縦方向に励
起され得る特別な場合のモノリシックレーザーキャビテ
ィを形成する。
【００４５】よって、図５に示したように、例えば非ド
ープのＹＡＧ（例えば、ＬＭＡ（ＬａＭｇＡｌ
11Ｏ19）、ＹＶＯ4、ＹＳＯ（Ｙ2ＳｉＯ5）、ＹＬＦ
（ＹＬｉＦ4）、ＧｄＶＯ4、Ｃａ2Ａｌ2ＳｉＯ7、Ｃａ5
（ＰＯ4）3Ｆの中から選択されるたの材料も使用でき
る）からなる基板１９の上に、増幅媒質（活性レーザー
媒質）及び可飽和吸収体の両方として働く膜２１を製造
することができる。この目的のために、薄膜２１には２
種のイオンがドープされる。第１種は活性レーザー媒質
の特性を与え、第２種は可飽和吸収体の特性を与える。
符号２０は保護被覆を表し、これは基板１９と同じ性質
を有し、薄膜上に堆積されている。よって薄膜は、２つ
の非誘導保護被覆（１９、２０）の間に位置することに
なる。符号１６及び１７は、それぞれ（ダイオードによ
る）励起ビームと、放出されたレーザービームとを表し
ている。例としてＹＡＧを用いると、膜２１は、エピタ
キシー成長したＹＡＧ膜であり、例えばネオジム（増幅
媒質の特性を確保するイオン）をドープされ、クロムイ
オン（Ｃｒ4+）を共ドープされている。Ｇａ及びＬｕイ
オンを添加することも可能であり、これらは、上述した
ように、屈折率調整及び結晶構造補償機能を有してい
る。
【００４６】厚さ、屈折率、及び、Ｎｄイオン（または
Ｙｂ、ＥｒあるいはＴｍイオン）及びＣｒイオン（また
はＥｒ、ＴｍあるいはＨｏイオン）の濃度は、使用した
い励起の型、即ち横方向や縦方向、と同様に、製造した
いレーザーの型、即ち単一モードや多モードに合わせら
れる。
【００４７】図６は、本発明による他の導波路の例を示
し、符号１４、１５、１６及び１７は、図５におけるも
のと同様の意味を持つ。
【００４８】活性レーザー材料膜２１１（例えばＥｒを
弱くドープしたＹＡＧ）のエピタキシー成長は、非ドー
プのＹＡＧ基板１９上で起こり、続いて可飽和吸収体膜
２１２（例えばＥｒを強くドープしたＹＡＧ）がエピタ
キシー成長する。さらに、活性レーザー材料膜２１３
（例えばＥｒを弱くドープしたＹＡＧ）が再びエピタキ
シー成長し、最後に非ドープのＹＡＧ膜２０が堆積され
る。よって、膜は、２つの非誘導保護被覆または膜１
９、２０の間に位置する。３つのエピタキシー成長した
被覆は、活性膜（Ｅｒ弱ドープ）及びＳＡ膜（高Ｅｒド
ープ）中の誘導を最適化する屈折率の傾きを生じさせる
ためにＧａ、Ｌｕを共ドープされる。
【００４９】ＹＡＧ以外の材料も後者に換えることがで
きる（前述のリスト参照）。また、レーザー放出に求め
られる波長に応じて、他のドーピング（Ｎｄ、Ｙｂ、Ｔ
ｍ）を用いることができる。
【００５０】本発明のレーザーは、上述したようなキャ
ビティと同時に、その励起手段を取り入れている。好ま
しくは、これらの励起手段は、キャビティを（図３、
４、５及び６に示したような）縦方向に、または（図面
の面に垂直な）横方向に励起する少なくともひとつのラ
ンプまたはダイオードである。
【００５１】ここで、そのようなレーザーキャビティを
製造する方法を説明する。ＳＡ材料は、ドープされた単
結晶膜であり、同じ結晶構造を有する固体の単結晶材料
（基板）上にエピタキシー成長される。用いる方法は液
相エピタキシー（ＬＰＥ）である。結晶及びドーパント
の型は、スイッチングさせたいレーザーに合わせられ、
エピタキシー成長した膜が、そのレーザーの放出波長に
おいて良好な吸収を持つようにされる。エピタキシー
は、従来の固体結晶成長法より、高いドーパント濃度に
近づける結晶成長法である。前記他の方法と比較して、
これは、異なるイオンを共ドープされた結晶被覆の製造
をより簡単にするという利点をもたらす。さらにＬＰＥ
は、かなりの厚さ（＞１００μｍ）の層または膜を得る
ことのできる唯一のエピタキシー法である。
【００５２】製造すべきレーザーの型が、膜が堆積され
る基板の材料及びその膜のドーピングイオンを決定す
る。前記レーザーの作動の型が、基板が活性レーザー材
料から構成されなければならないか否かを、その形状及
び次元とともに決定する。
【００５３】基板の少なくとも一方の面は、配向され研
磨されている。最終的な研磨段階はメカノケミカル研磨
とし、エピタキシー成長の間に膜の厚さ方向に繁殖する
欠陥（混在物、ずれ，歪み、擦過傷等）がないようにし
なければならない。この研磨の質は、適宜の化学エッチ
ングにより制御される。実行されるべき方法は、従来の
エピタキシー法で用いられる基板に使用されるものと実
質的に同一である。
【００５４】ある種の作動（例えば導波路レーザー）に
対して、基板は、前記した研磨の質を持つ２つの平行な
面を持つことができる。以下、１つの研磨面あるいは２
つの研磨面を持つ基板について説明する。
【００５５】可飽和吸収体即ちＳＡ膜は、基板を、適宜
に選択された過飽和溶液に浸漬することにより製造され
る。この溶液即ちエピタキシーバスは、溶媒と最終的な
材料を形成する異なる要素からなる溶質の混合物であ
る。その基板と膜とは同じ結晶構造を有しており、膜の
結晶性及び光学特性に影響を与えるドーパントだけが異
なる。Ｎｄ、Ｅｒ、及びＹｂのような活性イオンは材料
を増幅させるが、他のイオン（Ｃｒ、Ｅｒ）はＳＡ特性
を与え、またある種のイオン（例えばＧａ、Ｇｅ、Ｌ
ｕ、等）は、材料の屈折率や結晶格子を変えるために用
いられる。よって、上述した導波路構造を有するレーザ
ーを製造する場合（図６）のように、製造される膜の特
性を制御することが可能であり、上記の方法によって、
ＳＡ膜だけでなく活性レーザー材料膜も堆積できる。
【００５６】この方法は、（基板を製造するための）単
結晶構造の任意の材料に適用可能であり、液相エピタキ
シーにより製造される。これは、活性レーザー媒質の基
礎材料として上述した材料、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ）、
Ｙ2ＳｉＯ5（ＹＳＯ）、ＹＶＯ4、ＹＬｉＦ4（ＹＬ
Ｆ）、ＧｄＶＯ4、の場合である。最適の結晶特性を有
する膜を得るために、バスの組成（溶媒及び置換体の選
択）、溶質中での異なる酸化物の濃度、及び実験的成長
条件（温度範囲、操作方法、等）は、それぞれの材料に
合わせられる。
【００５７】ガーネット（ＹＡＧ）の場合、選ばれた溶
媒はＰｂＯ／Ｂ2Ｏ3混合物であり、溶質は、ガーネット
相を安定させるために、Ａｌ2Ｏ3過剰からなる。溶質／
溶媒比率は、約１０００℃で成長が得られるように計算
される。
【００５８】バスの組成、温度、及び堆積時間の関数と
して、膜の厚さｅ（１＜ｅ＜２００μｍ）及び膜中のド
ーパント濃度を調整することができる。膜の成長は、一
定温度で行われるため、膜の厚さ方向で均一なドーパン
ト濃度が得られる。基板は、交互または一方向の回転運
動をするので、良好な厚さの均一性が導かれる。ひとつ
の研磨面を持つ基板は、バスの表面に浸漬されるが、一
方２つの研磨面を持つ基板はバスの内部に浸漬される。
【００５９】応用（例えば導波路レーザー）が要求する
ならば、異なるドーピングをされた材料を、続けてエピ
タキシー成長させることができ、よって、同じ結晶構造
を持つが光学特性の異なる膜の積層体を作り出すことが
できる。
【００６０】膜（非常に厚い膜）の表面状態がそれを必
要とさせる場合には、２つの引き続くエピタキシーの間
または工程の最後に（例えば反射または非反射二色被覆
の堆積に先立って）、最終的なＳＡ表面上にメカノケミ
カル研磨が行われる。
【００６１】方法の最終段階は、膜／膜−基板アセンブ
リを、望まれる応用に応じて条件付けすることからな
る。基板が活性な場合、切り出し、研磨、及び二色堆積
工程はＳＡを持たない活性材料の条件付けに用いられる
周知の方法と同様である。よって、本発明の範囲で製造
された材料は、モノリシックであり、同じ結晶構造であ
る。
【００６２】本発明は、レーザーの製造に適用すること
ができる。特に、集積光学、光ファイバ遠隔通信、及び
医療（微細手術）で使用されるマイクロレーザーの分野
での応用を有している。そのような応用においては、本
発明によるスペース・ゲインは非常に有利である。実際
の製造方法は、従来の方法（ＬＰＥ）の使用を必要とす
るだけである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の技術によるレーザーキャビティの、種
々の可能な配置を示した図である。
【図２】 本発明の第１の実施態様のレーザーキャビテ
ィを示す図である。
【図３】 本発明の第２の実施態様のレーザーキャビテ
ィを示す図である。
【図４】 本発明の第３の実施態様のマイクロレーザー
キャビティを示す図である。
【図５】 本発明の第４の実施態様の、導波路を有する
レーザーキャビティを示す図である。
【図６】 本発明の第５の実施態様の、導波路を有する
レーザーキャビティを示す図である。
【符号の説明】
１…従来のレーザーキャビティ、２…活性レーザー媒
質、３…可飽和吸収体、４…出射鏡、５…入射鏡、６…
光学接着剤、７…活性レーザー媒質、８…可飽和吸収体
膜、９…基板、１２…活性レーザー媒質、１３…可飽和
吸収体膜、１４…入射鏡、１５…出射鏡、１６…励起ビ
ーム、１７…レーザービーム、１９…基板、２０…保護
被覆、２２…活性レーザー媒質、２１１…活性レーザー
材料膜、２１２…可飽和吸収体膜、２１３…活性レーザ
ー材料膜。
フロントページの続き (72)発明者 デニ・ペレン フランス・38240・メイラン・アレ・ド ュ・マレー・４ (72)発明者 クリストフ・ヴヨン フランス・38000・グルノーブル・リュ・ ティエール・52

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体活性レーザー媒質、可飽和吸収体、
    入射鏡及び出射鏡からなり、前記可飽和吸収体が、前記
    固体活性レーザー媒質上に直接堆積された可飽和吸収体
    材料薄膜であることを特徴とするレーザーキャビティ。
  2. 【請求項２】 前記薄膜が、液相エピタキシーによって
    得られることを特徴とする請求項１記載のレーザーキャ
    ビティ。
  3. 【請求項３】 前記可飽和吸収体薄膜の屈折率が、前記
    固体活性レーザー媒質の屈折率に合わせられたことを特
    徴とする請求項１または２記載のレーザーキャビティ。
  4. 【請求項４】 前記薄膜が、前記固体活性レーザー媒質
    の結晶構造と同一または類似の結晶構造を有する基礎材
    料から形成され、その基礎材料が、エルビウム、クロ
    ム、ツリウムまたはホルミウムイオンをドープされたこ
    とを特徴とする請求項３記載のレーザーキャビティ。
  5. 【請求項５】 前記キャビティの出射鏡が、前記可飽和
    吸収体薄膜上に直接堆積されたことを特徴とする請求項
    １または２記載のレーザーキャビティ。
  6. 【請求項６】 前記入射鏡が、前記固体活性レーザー媒
    質上に直接堆積されたことを特徴とする請求項５記載の
    レーザーキャビティ。
  7. 【請求項７】 前記キャビティが、導波路構造を有する
    ことを特徴とする請求項１または２記載のレーザーキャ
    ビティ。
  8. 【請求項８】 前記活性レーザー材料が、第１の膜から
    なることを特徴とする請求項７記載のレーザーキャビテ
    ィ。
  9. 【請求項９】 前記可飽和吸収体薄膜が、前記第１の活
    性レーザー媒質膜と、第２の活性レーザー媒質膜との間
    に配置されたことを特徴とする請求項８記載のレーザー
    キャビティ。
  10. 【請求項１０】 前記２つの活性レーザー媒質膜が、液
    相エピタキシーにより堆積可能であることを特徴とする
    請求項９記載のレーザーキャビティ。
  11. 【請求項１１】 前記３つの薄膜が、誘導を最適化する
    ような屈折率の傾きを有することを特徴とする請求項９
    記載のレーザーキャビティ。
  12. 【請求項１２】 前記可飽和吸収体薄膜が、前記固体活
    性レーザー媒質の結晶構造と同一または類似の結晶構造
    を有する基礎材料から形成され、その基礎材料が、エル
    ビウム、クロム、ツリウムまたはホルミウムイオンをド
    ープされたことを特徴とする請求項１１記載のレーザー
    キャビティ。
  13. 【請求項１３】 固体活性レーザー媒質、可飽和吸収
    体、入射鏡及び出射鏡を有し、前記可飽和吸収体が可飽
    和吸収体薄膜であるレーザーキャビティであって、その
    キャビティが、導波路構造、及び単一膜を形成する活性
    媒質と可飽和吸収体とを有することを特徴とするレーザ
    ーキャビティ。
  14. 【請求項１４】 前記膜が液相エピタキシーによって得
    られることを特徴とする請求項１３記載のレーザーキャ
    ビティ。
  15. 【請求項１５】 前記単一膜が、２種のイオンをドープ
    された基礎材料によって構成され、第１のイオン種が活
    性レーザー媒質特性を与え、第２のイオン種が可飽和吸
    収体特性を与えることを特徴とする請求項１４記載のレ
    ーザーキャビティ。
  16. 【請求項１６】 前記膜の屈折率が、Ｇａドーピングに
    よって調整されたことを特徴とする請求項１５記載のレ
    ーザーキャビティ。
  17. 【請求項１７】 請求項１または２記載のレーザーキャ
    ビティと、キャビティ励起手段とを有するレーザー。
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