JPH09508753A - 強熱レンズ結晶を備えたダイオードポンプ型レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 偏光した円形で回折限界のガウス形ビームを生成する高出力高効率レーザが開示される。楕円率が調整された強熱レンズレーザ結晶（２４）は、レーザヘッド（１０）に搭載されたファイバの束（２２）に連結されたダイオード光源（18）によって光をポンピングされる。結晶内のポンプビームの直径は結晶のＴＥＭ₀₀モードの直径よりも大きい。レーザは広い範囲のポンプパワーでうまく動作する。ＴＥＭ₀₀モードの傾斜効率は４０％より大きく、総合効率は２５％より大きい。使用されるレーザ用結晶の一つはネオジムＹＶＯ₄である。この物質は高い利得と短い上準位寿命とを示す。これらの特性から、ネオジムＹＶＯ₄はＱスイッチレーザや光学的帰還に反応しないレーザの構成に好都合である。

Description

【発明の詳細な説明】 強熱レンズ結晶を備えたダイオードポンプ型レーザ 関連出願の相互参照 即時出願の代理人に与えられ発明家 Mark K．Kierstead、William L．Nighan, Jr.およびThomas M．Baerにより１９９４年２月４日に提出された米国特許出願 第08／191,654 号「調整楕円率の熱レンズ」が本書にて参照される。 発明の分野 本発明は広義にはダイオードポンプ型レーザに係わる。更に具体的には、ダイ オード光源を用いて強熱レンズを提供するレーザ結晶（クリスタル）に光をポン ピングするレーザに係わる。 発明の背景 ダイオードレーザは、独立したダイオードであれダイオード列であれダイオー ド棒であれ、種々の結晶に光をポンピングするために利用されてきた。Baerらに よる初期の研究によって、ＴＥＭ₀₀モードの直径よりも直径が小さい結晶にダイ オードポンプ光を集束させるという構成によって端面ポンピング式レーザの効率 が大いに向上することが立証された。例えば、米国特許第4,653,056 号と4,656, 635 号とを参照する。この優れた発見は「モード整合」と呼ばれている。 モード整合の効果は、レーザ共振器のＴＥＭ₀₀モードと共振器内の結晶におけ る励起量との間の結合を最大にすることである。すなわち、光学傾斜効率と総合 光学効率の両方が最大限に強化される。典型的なモード整合形態においては、Ｔ ＥＭ₀₀モードの直径のダイオード端面ポンピング式ネオジムＹＡＧレーザ内のポ ンプビームの直径に対する比率Ｒは普通およそ1.3以上である。２Ｗといった低 ポンプバワーでは、必要な効率を達成しほぼ回折限界のガウス形ビームを生成す るのにモード整合が好都合であることが判明している。 低ポンプパワーでは、モード整合手法が、強熱レンズ特性をもつ物質（例えば ネオジムＹＡＧとネオジムＹＶＯ₄）と弱熱特性をもつ物質（例えばＮｄ：YLF） の両方に対してうまく作用する。これは、およそ２Ｗを下回るポンプパワーは普 通低すぎて典型的なダイオードポンプ型レーザ共振器の特性を顕著に変化させら れるくらいの度合の熱レンズを発生させることはできないからである。１０〜２ ０Ｗダイオードレーザ棒で得られるくらいの高ポンプパワーでは、熱効果が端面 ポンピング式レーザで顕著になる。 ダイオード棒による高ポンプパワーでは、ダイオードポンプ光によって相当な 集束力の熱レンズをレーザ結晶内に発生させることができる。これら強熱レンズ に本質的に関連する収差は、高出力のダイオードポンプ型レーザの効率を制限す ると考えられる。例えばS．C．Tidwell、J．P．Seamans、M．S．BowersおよびA ．K．Cousinによる「量子電子」（米国電気電子技術者協会機関誌第２４巻997 頁（１９９２年））を参照すること。 「強」熱レンズ形成と「弱」熱レンズ形成とについて述べる。「強熱レンズ」 の場合、ポンピングによる熱レンズの集束力は、少なくともレーザ共振器内の他 の光学素子のそれに匹敵する。強熱レンズは、レーザ共振器内でのレーザ共振器 の固有モードの大きさと発散量とを著しく変化させる。「弱熱レンズ」の場合、 ポンピングによるレンズの集束力は、鏡や典型的なレンズなどのようなレーザ共 振器内の他の光学素子より僅かに低い。熱レンズは、レーザ共振器内の他の光学 素子が共振器の固有モードの大きさと発散量とを左右する場合は低いと考えられ る。一方、熱レンズが固有モード特性が与える影響は僅かである。 高収差物質にはある用途に適するという物質特性がある。ネオジムＹＬＦに対 してネオジムＹＶＯ₄は高い利得と短い上準位寿命とを示す。これらの特性から 、高いパルスエネルギーや高い繰り返し率をもつＱスイッチレーザや光学的帰還 に反応しないレーザを構成する時に重要な調整可能パラメータが得られる。加え て、ネオジムＹＶＯ₄のもつある特性からネオジムＹＶＯ₄はダイオードポンピン グに好都合である。すなわち、最高８０９nmのダイオードポンプ波長での吸収係 数が極めて高いので、ダイオードポンプ光をネオジムＹＶＯ₄結晶へ効率的に伝 達できる。 強熱レンズ特性と弱熱レンズ特性とを持合わせた物質については既にいくつか の例が挙げられている。例えば、強熱レンズを実現する傾向にある物質はネオジ ムＹＡＧとネオジムＹＶＯ₄とである。ポンピングによる表面歪が熱レンズの度 合に貢献するが、その効果は基本的には、物質の屈折率の物質の局部温度への強 い依存性によるものである。この依存性がネオジムＹＡＧとネオジムＹＶＯ₄と に対するものよりネオジムＹＬＦに対するものの方が一階級くらい小さい場合、 ネオジムＹＬＦなどの物質における熱レンズの集束力（あるいは集束解除力）に ついては、集束力が他の空洞内光学素子のものに匹敵するくらいならば、レーザ 共振器に関して考慮しなければならない点であることに留意する。弱熱レンズの 一つの例として、ネオジムＹＬＦを使ってレーザ共振器を構成して他の空洞内光 学素子よりも集束力の弱い熱レンズを実現することは可能である。 ダイオードポンピングによる熱レンズは完璧なレンズではなくむしろ異常型の レンズである点に留意することが大切である。典型的な高出力ダイオードポンプ 型レーザの構成においては、強熱レンズは本質的に異常型の熱レンズである。強 いポンピングによる熱レンズの収差は高出力ダイオード棒ポンプ型レーザの効率 を制限すると考えられる。例えば、S．C．Tidwell、J．F．Seamans、M．S．Bowe rsおよびA．K．Cousinによる「量子電子」（米国電気電子技術者協会機関誌第２ ４巻９９７頁（１９９２年））を参照する。これは、従来のモード整合手法を用 いた場合、熱による収差が著しい回折損失を共振器にもたらすからである。光路 によって半径関数が異なるレンズのような異常型の熱レンズは、単純な放物線に よっては適切な近似が行えない。推測に基づく完璧な熱レンズは、完璧な放物線 で近似できるような半径関数としての光路のずれがある。典型的な異常型熱レン ズの場合、半径関数としての光路のずれは、その中心部においてはほぼ放物線状 であるが翼部においては熱がポンピングの中心から周囲の結晶へと流出するので 放物線から大きく逸脱する。例えば、J．Frauchiger、P．Albers およびH．P．W eber による「量子電子」（米国電気電子技術者協会機関誌第２４巻1046頁（１ ９９２年））を参照する。 異常型熱レンズ形成を伴うレーザシステムの効率は、熱収差がレーザ共振器内 じポンプパワーに依存した損失として作用するので異常型熱レンズ形成を伴わな いレーザシステムに比べて低いことが報告されている。高出力高効率レーザとの 相対的な比較を行うために、ダイオードポンプ型レーザの具体的なモデルを基準 とレーザして使用する。基準レーザは、S．B．Hutchinson、T．Baer、K．Cox、P ．Gooding、D．Head、J．Hobbs、M．XeirsteadおよびG．Kintzによる平均的出 力の固体レーザのダイオードポンピングにおける「３〜１０ワットの平均的出力 のダイオードポンプ型レーザの進歩」（編集発行人…G．F．Albrecht、R．J．Be achおよびS．P．Velsko。会報。PIBi８６５。６１〜７２頁）で報告されている ようにダイオード棒ポンプ型ネオジムＹＬＦレーザである。この著書たちは、ネ オジムＹＬＦの熱レンズは弱いと考えられるので弱い熱収差を示すだけであろう という風に考えて構成したダイオード棒ポンプ型ネオジムＹＬＦレーザについて 報告している。このレーザは、ネオジムＹＬＦ利得媒体へ入射する１７Ｗのダイ オード棒ポンプパワーに対してＭ²＜1.1のＴＥＭ₀₀モードでの６Ｗの偏光出力パ ワー（ＰＯ）を提供する。このレーザの光学効率(Po／Pi)は最高３５％である。 一方、光学傾斜効率(dPo／dPi)は最高４０％である。このレーザは、高効率高出 力レーザでありほぼ回折限界のＴＥＭ₀₀モードで動作する高出力高効率ダイオー ド棒ポンプ型レーザとしての基準をなすと考えられる。従って、ほぼ回折限界の ＴＥＭ₀₀モードで対応する出力と光学効率とを示すダイオード棒ポンプ型レーザ を高効率高出力ダイオード棒ポンプ型レーザと呼ぶ。 強熱レンズを提供する結晶を用いて構築された高出力ダイオード棒ポンプ型レ ーザは、上記の基準レーザより効率が劣ると報告されている。例えば、６Ｗの出 力レベルでＴＥＭ₀₀モードで動作する端面ポンピング式ネオジムＹＡＧに対する 総合光学効率(Po／Pi)はおよそ１６％に過ぎないことが報告されている。ネオジ ムＹＡＧによって達成された多モード効率は報告によるとそれより高い。しかし 、多モードビームが多くの用途に有用であるとは限らない。例えば、S．C．Tidw ell、J．F．Seamans、M．S．BowersおよびA．K．Cousins による「量子電子」（ 米国電気電子技術者協会機関誌第２４巻９９７頁（１９９２年））を参照する。 光学効率(Po／Pi)２６％が６０ＷレベルでのネオジムＹＡＧレーザに対して報告 された。しかし、ＴＥＭ₀₀レーザビームの光質は、Ｍ²＜1.3では基準レーザより 劣っていた。ただし、ビームは偏光していなかったし、レーザには狭いポンプパ ワー範囲でしか作用しない収差補償用の非球面光学素子を使用した。例えば、S ．C．TidwellとJ．F．Seamans とによる平均的出力の固体レーザのダイオードポ ンピングにおける「６０Ｗ近ＴＥＭ₀₀連続波ダイオード端面ポンピング式ネオジ ムＹＡＧレーザ」（編集発行人…G．F．Albrecht、R．J．Beach およ びS．P．Velsko。会報。ＳＰＩＥ１８６５。８５〜９２頁）を参照する。我々の 報告でも、出力レベルが7.6Ｗであって入射パワーが21.1Ｗである３８個の別々 の偏光結合式ファイバ連結型ダイオードでポンピングした場合、ＴＥＭ₀₀ネオジ ムＹＡＧレーザの光学効率(Po／Pi)は３６％であった。このシステムの重大な欠 点は、ダイオード棒を使用していないために、３８個の別々の偏光結合式ファイ バ連結型ダイオードが極めて複雑で経費がかかり壁に詰め込んだコンセクトの効 率がわるい（Po÷入力パワー）ことである。これは、「レーザダイオード端面ポ ンピング式ネオジムＹＡＧレーザからのＴＥＭ₀₀モードの7.6Ｗ連続波放射」（O pt，Lett.１７巻。１００３頁（１９９２年））においてY．Kaneda、M．Oka、H ．Masuda およびS．Kubota によって報告された。 これらの障害にも係わらず、強熱レンズ物質を利用することができほぼ回折限 界のＴＥＭ₀₀モードで効率良く高出力で動作することができるダイオード棒ポン プ型レーザを開発することは非常に有意義なことである。なぜなら、強熱レンズ 物質の中にはある用途に望ましい物質とする望ましい特性を持つものがあるから である。ネオジムＹＬＦに対して、、ネオジムＹＶＯ₄は高い利得と短い上準位 寿命とを示す。これらの特性から、高パルスエネルギーあるいは高繰り返し率を もつＱスイッチレーザあるいは光学的帰還に反応しない連続波レーザを構成する ときに重要な調整可能パラメータが得られる。加えて、ネオジムＹＶＯ₄のある 特性からネオジムＹＶＯ₄はダイオードポンピングに好都合である。ダイオード ポンプ波長が最高８０９nmのときの吸収係数は極めて高いので、ネオジムＹＶＯ₄ 結晶へダイオードポンプ光を効率よく伝達できる。 ネオジムＹＡＧやネオジムＹＶＯ₄などのような強熱レンズ物質は、２Ｗ以上 のポンプパワーをもつある種のレーザに用いられている。しかし、強くて異常型 の熱レンズが端面ポンピング式構成で発生するのである。これは、基本的には、 これらの物質の屈折率が強い温度関数であり、ポンプビームによる熱の堆積が大 きな熱勾配を引き起こすからである。一般的に、強熱レンズ形成は、高ビーム質 の効率によいレーザを設計し構築する際に障害になると考えられてきた。このた め、高効率高出力のダイオード棒ポンプ型レーザに強熱レンズ物質を使用しても 良い成果が得られなかった。 ポンピング式熱レンズの収差については、レーザ空洞内の特別な形状をした非 球面レンズあるいは非球面結晶面によって相殺あるいは補正することができる。 ポンピングによる収差が完全に補正されさえすれば、ＴＥＭ₀₀モードの直径のポ ンプビームの直径に対する比率Ｒを好ましい値（１以上）に設定でき、光学効率 を著しい収差をもたない従来のモード整合型レーザのに近付けることができると したら理想的である。しかし、非動的補償方式のものには重要な意味を持つ限界 がある。熱レンズの度合とその収差とがポンプパワーと空洞内パワーとの動的な 関数であるため、あるポンプパワー範囲ではうまく働かないのである。これらの 構成は、非常に小さなダイオードポンプパワー範囲でしか作用しないわけだから 、魅力に乏しい。 高効率レーザが求められている。低効率レーザは、所望のレーザ出力パワーを 達成するためにより多くのダイオードポンプパワーを必要とする。特定のダイオ ード棒光源からのポンプパワーを増加させることは、ダイオード接合部の温度を 増加させることになり、ダイオード光源の寿命が予想可能な非常に望ましくない 仕方で短縮される。長い寿命を必要とする用途には受け入れがたい点である。低 効率レーザでは、特定のレーザ出力パワーを達成するためには別のダイオードの 追加使用を必要とする場合もある。これも、経費や複雑さに敏感な用途には受け 入れがたい点である。 強熱レンズ物質を使用し高質ビームをあるポンプパワー範囲に亘って提供でき る高効率高出力レーザ構成も求められている。更に、Ｑスイッチモードで効率よ く動作できる、あるいは、光学的帰還に反応しない連続波モードで動作できる強 熱レンズ物質を用いたダイオードポンプ型レーザの提供が望まれている。 最後に、経費や複雑さに敏感な用途にも受け入れられるレーザが求められてい る。 ネオジムＹＡＧやネオジムＹＶＯ₄などの高い熱による位相収差を伴うレーザ 結晶が、２Ｗ以上の出力パワーをもつ高出力ダイオードポンプ型レーザ用に検討 されてきた。しかし、ネオジムＹＡＧやネオジムＹＶＯ₄の熱レンズの度合は、 これらの物質の屈折率の温度の関数としての変動が大きいので高出力端面ポンピ ング式形態においては非常に大きなものとなる。熱レンズの大きな集束力に付随 するのが高収差である。大きな収差は、極めて異常型の物質を使用する高出力シ ステムの効率を制限する。低収差の物質であるネオジムＹＬＦにおける熱収差は 、dn／dtがネオジムＹＡＧあるいはネオジムＹＶＯ₄のより僅かに小さいから、 同様の端面ポンピング式軽快におけるものよりは一階級くらい小さい。一般的に 、強熱レンズ形成は高ビーム質の効率のよいレーザを設計し構築する際に障害に なると考えられている。このため、高ポンプパワーで高収差の物質を使用するこ とには限度があった。 ポンピング式熱レンズの収差は、レーザ空洞内の非球面結晶面としての特別な 形状をした非球面レンズを用いることで相殺あるいは補正される。ポンピングに よる収差が完全に補正されさえすれば、ＴＥＭ₀₀モードの直径のポンプビームの 直径に対する１より大きい好適な比率を用いることができ、光学傾斜効率を顕著 な収差をもたない従来のモード整合式レーザのものに近付けることができるとし たら理想的である。しかし、このような非動的補正方式には重要な意味を持つ限 界がある。熱レンズの度合とその収差とがポンプパワーと空洞内パワーとの動的 な関数なのであるポンプパワー範囲では旨く働かないのである。これらの構成は 、非常に小さなポンプパワー範囲でしか作用しないのだから、魅力に乏しい。 発明の概要 本発明の目的は、ＴＥＭ₀₀モードで動作しながらも非常に効率がよく偏光出力 を生成する強熱レンズを備えたダイオードポンプ型レーザを提供することである 。 本発明の別の目的は、広いポンプパワー範囲に亘ってＴＥＭ₀₀モードで動作し ながらも非常に効率がよく偏光出力を生成する強熱レンズを備えたダイオードポ ンプ型レーザを提供することである。 本発明の別の目的は、高出力偏光パワーのＴＥＭ₀₀モードで動作しながらも非 常に効率のよい強熱レンズ結晶を備えたダイオード棒ポンプ型レーザを提供する ことである。 本発明の別の目的は、ＴＥＭ₀₀モードで動作しながらも非常に効率がよく、お よそ1.2より小さいＭ²値でほぼ回折限界となる偏光出力ビームを生成するダイオ ードポンプ型レーザを提供することである。 本発明の更なる目的は、非常に効率がよくＴＥＭ₀₀モードの直径のレーザ結晶 におけるポンプビームの直径に対する比率が１未満であり偏光出力を生成するダ イオードポンプ型レーザを提供することである。 本発明の更に別の目的は、Ｑスイッチモードで効率よく作動し偏光出力を生成 するダイオードポンプ型レーザを提供することである。 本発明の別な目的は、ネオジムＹＶＯ₄レーザ結晶を用いたダイオードポンプ 型レーザを提供することである。 本発明の更なる目的は、ファイバの束に連結されたダイオード棒ポンプ光源に よって光をポンピングされたときにＴＥＭ₀₀モードで動作するネオジムＹＶＯ₄ 結晶を備えた効率のよいレーザを提供することである。 本発明の上記の目的およびその他の目的は、共振器光軸をもつレーザ共振器を 構成する共振器鏡と出力カップラとを有するほぼ回折限界の高効率ダイオードポ ンプ型レーザで達成される。ＴＥＭ₀₀モードの直径をもつ強熱レンズレーザ結晶 は、共振器の光軸に沿って共振器に搭載される。ダイオードポンプ光源は、ポン プビームを結晶へ供給して偏光されたほぼ球状の出力ビームを生成する。電源は ダイオードポンプ光源へ電力を供給する。更に、ＴＥＭ₀₀モードの直径よりも直 径の大きい結晶内のポンプビームへポンプビームの一部を集束させるために画像 装置を設けることもできる。 一つの実施例においては、熱レンズの楕円率を調整するために、ｘ軸方向の焦 点距離がfxでｙ軸方向の焦点距離がfyで所望のfx／fy率をもつポンピング式熱レ ンズを提供する。これには、ポンプビームと出力ビームとが通過する第一と第二 の端面を対向させた異方性結晶が設けられている。取付け台が結晶を支持し結晶 内の熱流を所望のfx／fy率を実現する方向を向ける。 ネオジムＹＶＯ₄は好適なレーザ結晶の一つである。その結晶の典型的な楕円 形熱レンズの特性を変更して、レーザが球形のビームを生成するようにする。こ れは、結晶の「ｃ」軸に対して垂直な「ｃ」軸結晶面を通過する熱伝導路を形成 することによって達成される。結晶の「ａ」軸に垂直な結晶の「ａ」面は熱から 絶縁される。ネオジムＹＶＯ₄は、高い利得と短い上準位寿命とを示すことから 有用なレーザ結晶である。これらの特性によって、短パルス高繰り返し率のＱス イッチ方式や光学的帰還に反応しないことが重要な用途に特に有用なレーザとな る。上準位寿命はネオジムＹＬＦより約５倍も短い。また、誘導放出の横断面は ネオジムＹＬＦより約７倍も大きい。帰還による振動は、高出力ネオジムＹＬＦ レーザよりも高出力ネオジムＹＶＯ₄レーザの方が７倍程度速く減衰する。これ は、画像記録に重大な要因である。ネオジムＹＶＯ₄の別のプラスの属性は、そ の吸収係数がダイオードポンプ波長が最高８０９nmのとき非常に高くなるため、 ネオジムＹＶＯ₄結晶へダイオードポンプ光を効率よく伝達できることである。 結晶内の熱流を管理することで、熱レンズに所望のfx／fy率を実現でき、これ によって、熱レンズの楕円率を調整できる。一つの実施例においては、「ｃ」結 晶面に沿って熱伝導路を形成することによって略球状の熱レンズを生成している 。ＴＥＭ₀₀モードの大きさのポンプビームの大きさに対する比率は１より小さい 。これによって、回折損失は低減されるが効率のよくないＴＥＭ₀₀レーザとなっ てしまうことが知られている。束ねられた複数のファイバを使用して、ダイオー ドポンプ光を導出してシルクハットのような外形のポンプビームを作成する。Ｔ ＥＭ₀₀モードの大きさのポンプビームの大きさに対する比率は好ましくないけれ ども、このレーザは高出力ＴＥＭ₀₀モードで非常に効率のよいものとなる。 ＴＥＭ₀₀モードにおけるレーザの光学傾斜効率は４０％を上回る。総合光学効 率は３０％を上回る。例えば、７Ｗの偏光したほぼ回折限界の出力が１６Ｗのポ ンプパワーで発生する。多重ポンプ光源構成は５０Ｗの出力に見合った効率をも たらす。ＴＥＭ₀₀モードの直径のほぼシルクハット形のポンプビームの直径に対 する比率は1.2〜およそ0.6であり、好適にはおよそ0.83である。回折限界のガウ ス形出力ビームが発生する。これは略球状である。出力ビームのＭ²は一般的に はおよそ1.2を下回り、1.05くらいの低さである。ビームプロフィールのガウス 曲線からの最小自乗偏差はおよそ１０％を下回り１７くらいの低さである。強熱 レンズ物質と高出力ポンピングと非モード整合形態とをファイバ束連結型ダイオ ードポンプ光源に組合せることによって、偏光出力を生成する高出力高効率ＴＥ Ｍ₀₀レーザを実現できる。 非動的補償方式を用いてポンピング式熱レンズの収差を補正しているが、この ような方式はある一定のポンプパワー範囲ではうまく作用しない。動的な方式が 提案されたがよい成果を挙げていない。本発明のレーザは、収差補償方式をとる ことなく広いポンプパワー範囲でうまく作用する。 いま、高効率と高出力と簡単で信頼のおけるレーザ光源からの高質ビームとを 必要とする用途に対して強熱レンズレーザ結晶を備えたダイオードポンプ型レー ザが使用可能になる。 図面の詳細な説明 図１は、共振器内に配置された高収差結晶を備えたダイオードポンプ型レーザ の概略図である。 図２は、非円柱形の高収差結晶の透視図であり、光学端面と結晶の「ｃ」軸に 垂直な「ｃ」軸結晶面の一つと結晶の「ａ」軸に垂直な「ａ」軸結晶面の一つと を示す。 図３は熱流し内に搭載された高収差結晶の断面図である。 図４は三つのレーザの出力パワーを示すグラフである。第一のレーザは弱熱レ ンズ形成機能と低収差特性とをもつレーザ結晶を備え、第二のレーザは強熱レン ズ形成機能と高収差特性とをもつレーザ結晶を用いており、第三のレーザは、ポ ンプビームの一部だげがＴＥＭ₀₀モードの直径に集束されるという本発明の一つ の実施例のレーザである。 図５は、完璧なレンズに対する半径の関数としての光路のずれを表す放物線の グラフであり、高収差物質に特有な強ポンピングによる非放物線状位相歪との比 較で示す。 図６は単一の光ファイバを備えたダイオードポンプ光源に特有なガウスプロフ ィール状出力を示す。 図７は多量ファイバ束に関するシルクハット形プロフィール状出力を示す。 図８は、ＴＥＭ₀₀ポンプ光の直径と図７のシルクハット形のプロフィールとの 関係を示すグラフである。 実施例の詳細な説明 本発明はほぼ回折限界の高出力高効率ダイオードポンプ型レーザである。少な くとも一つの共振器鏡と出力カップラとから成る。これらは共振器光軸をもつレ ーザ共振器を構成する。強熱レンズレーザ結晶が共振器内に搭載される。ダイオ ードポンプ光源はレーザ結晶へポンプビームを供給して偏光した略球状の出力ビ ームを生成する。 レーザの光学効率は２５％より大きい。レーザの高出力ＴＥＭ₀₀動作はTEM₀₀ モードで４Ｗを上回る出力ビームを発生させる。この出力は実質的にＴＥＭ₀₀か ほぼ回折限界のものである。但し、全出力ビームの少なくとも９５％はＭ²値が1 .2より小さい。ここでＭ²は、空洞外でのビームのくびれ部分の大きさから推測 されるビームの理論上の共焦パラメータの実際に測定される共焦パラメータに対 する比率として定義される。出力ビームは、実際のビームのプロフィールほぼ全 部の理想的なガウスプロフィールからの最小自乗偏差が１０％より小さい。更に 、出力ビームは偏光されている。ある実施例では、レーザは、結晶内のダイオー ドポンプによる熱レンズが、放物線状のプロフィールによっては表されない半径 関数としての光路のずれを示すレーザ結晶を使用する。 図１において、ダイオードポンプ型レーザヘッド１０は、共振器鏡１２と出力 ガップラ１４と共振器光軸１６とによって構成される。ダイオード光源１８はポ ンプビーム２０を供給する。共振器鏡１２はダイオード光源１８のダイオードポ ンピング波長で高い透過率を示す。この標準的な光学的コートはレーザ結晶の表 面に施される。共振器鏡を複数個使用することもできる。ダイオード光源１８は 、単一のダイオード、空間エミッタ、ダイオード棒あるいは複数のダイオードか ダイオード棒である。好適には、ダイオード棒が高出力なので用いられる。最適 な２０Ｗダイオード棒光源１８は、オプトパワー(OptoPower)社（カリフォルニ ア州産業都市（City of Industry））製型式ＯＰＣ−Ａ０２０−８１０−ＣＳで ある。ダイオード光源１８の好適な波長は７８０〜８１５nmである。特定の結晶 の波長は次の通りである。すなわち、ツリウムＹＡＧが７８５nm、ネオジムＹＬ Ｆが７９７nm、ネオジムＹＡＧとネオジムＹＶとが８０９nmである。ダイオード ポンプ光源の波長は温度で調整されて、レーザ結晶における吸収率を最適化する 。 ダイオード光源１８は一つ以上の光ファイバ２２に連結される。好適には、光 ファイバ２２の束を利用する。最適なファイバ２２は、けい石きせ金法によって けい石製の芯が形成されたものであるが、これに限定されるものではない。連結 は、米国特許第5,127,068 号に記載されているように行われる。 光軸１６上に熱流し２６に搭載された強熱レンズレーザ結晶２４が配置される 。 レーザ結晶２４の特性は、特に高出力端面ポンピング形態の場合に屈折率が温度 の関数として変化することである。ポンプパワーが高くなりおよそ５Ｗを上回る と、熱による位相収差の結果が顕著になる。この屈折率の変動は、ネオジムYVO₄ の「ｃ」軸に平行に偏光した光に対しておよそ３×１０−６／°Ｋ程度である。 最適な結晶２４物質は、ネオジムＹＶＯ₄、ネオジムＧＶＯ₄、ネオジムYPO₄、 ネオジムＢＥＬ、ネオジムＹＡＬ０およびネオジムＬＳＢであるが、これらに限 定されるものではない。空洞内偏光素子がある場合にはネオジムＹＡＧも使用可 能である。好適な結晶２４物質は、リットンエアトロン（Litton-Airtron）社（ ノースキャロライナ州シャートッテ市）製のネオジムＹＶＯ₄である。ネオジム 原子の百分率は、0.5〜3.0％で好適にはおよそ0.6〜0.9％更に好適にはおよそ0. 8％である。 ネオジムＹＬＦの熱収差は、dn／dTがネオジムＹＡＧとネオジムＹＶＯ₄との より僅かに小さいから、同様な端面ポンピング形態における高収差物質のより約 一階級小さいことが知られている。ネオジムＹＶＯ₄は、利得が高く上準位寿命 が短いので、ネオジムＹＬＦと比べると魅力的な物質である。ネオジムＹＡＧは 、利得も上準位寿命も中くらいでありやはり有用である。ネオジムＹＶＯ₄も、 ダイオードポンプの波長が最高８０９nmのときの吸収係数が極めて高くてダイオ ードポンプビーム２０を結晶２４へ効率よく伝達できるので、ダイオードポンピ ングには最適である。 これらの特性は、Ｑスイッチレーザあるいは光学的帰還に反応しないレーザを 設計するときに重要である。例えば、ネオジムＹＶＯ₄は、短パルス幅高繰り返 し率のＱスイッチ方式に用いられ、光学的帰還による振動をネオジムＹＬＦのお よそ７倍の速さで減衰させる。これは、高速画像記録では重大な意味を持つ。レ ーザヘッド１０にはオプションでＱスイッチ２８が設けられる。最適なＱスイッ チ２８はネオステクノロジース(NEOS Technologies)社（フロリダ州メルボルン 市）製のものである。また、レーザヘッド１０にはＴＥＭ₀₀出力ビーム３２の発 生を促進するために開口絞り３０が設けられる。 一対の標準的なメレスグリオット（Melles Griot）社（Irvine市）製の球面レ ンズ３４と３６を使用して、ポンプビーム２０の一部を画像化して結晶２４の光 学端面に重ね合わせる。レンズ３４と３６は、ポンプビーム２０の大きさを最適 化してＴＥＭ₀₀モードの大きさのポンプビームの大きさに対する比率が特定の比 率Ｒになるようにする。また、ポンプビーム２０の大きさを最適化することで出 力パワーを増加させながらも結晶２４の破砕を回避している。最適な比率Ｒとは およそ0.83である。画像形成を達成するために使用される他の素子は、レンズ単 体と反射光学素子であるが、これらに限定されるものではない。 レーザヘッド１０内に形成される空洞の長さは可変である。最適な長さは３〜 ３０cmである。一つの実施例においてはおよそ１０cmである。 図２において、結晶２４には端面３８と結晶２４の「ｃ」軸に垂直な「ｃ」軸 結晶面３６と結晶２４の「ａ」軸に垂直な「ａ」結晶面３８とがある。この用語 は単軸結晶に引用されるものである。これらの標識はネオジムＹＡＧには適用さ れない。表面３８、４０および４２には各々図示しない対向面がある。対向面は 平坦で概ね平行であるが、それらをおよそ１°の楔状にしてもよい。 結晶２４の外形は可変である。円柱形も可能であるが、非円柱形も好適である 。最適な外形は立方体か矩形である。結晶２４の外形と大きさとは重要な観点と なる。一つの実施例においては、結晶２４は端面３８の寸法が１mmより大きく好 適にはおよそ３〜４mmである。結晶２４の長さは端面３８の寸法に対応する。更 に、外形が矩形の場合、およそ１〜１０mmの長さが適当である。より好適にはお よそ４〜８mmである。 結晶２４の実際の大きさは重要である。無制限に大きければ、熱流を管理しに くなり楕円形出力ビームが発生する。この場合、結晶２４の外面は、低すぎて熱 伝導径路を調整できないくらいの熱勾配を示す。しかし、熱伝導の制御は、結晶 が小さい場合にずっと容易で明白である。 ネオジムＹＶＯ₄結晶２４の光学特性と熱特性と機械的特性とは、「ａ」軸方 向と「ｃ」軸方向とで異なる。「ａ」軸に平行な方向の熱膨張係数は「ｃ」軸に 平行な方向のよりおよそ2.5倍も小さい。温度の関数としての屈折率の変動は、 「ａ」軸方向と「ｃ」軸方向とでおよそ2.8の因数だけ異なる。ネオジムＹＶＯ₄ は強度に複屈折するので、二つの結晶学上の軸の間の屈折率の差異は１０％を上 回る。 図３に示すように、結晶２４は、熱流し２６に適切に実装されれば、円形の熱 レンズなどの調整楕円率の熱レンズを生成することができる。熱流し２６につい ては、銅で形成することができるが、他の最適な物質にはアルミニウムとアルミ ナとがある。熱流し２６を二つの部分４４と４６で構成することができる。半田 ４８を「ｃ」軸結晶面３６およびその対向面上に施して、表面と熱流し２６との 間の熱インピーダンスを減少させる。最適な半田は、融点温度が低いものでアメ リカインジウム(Indium Corporation of America)社（ニューヨーク州ウチカ(Ut ica)市）製のインジウム半田１Ｂなどである。他の物質も考えられ、トラコン(T ra-Con)社（マサチューセッツ州メドフォード(Medford)市）製のトラボンド(Tra -Bond)２１５１などの熱伝導性エポキシ樹脂や、ダウコーニング社(Dow Corning Corporation)（ミシガン州ミッドランド市）製のダウコーニング３４０を始め とする熱製油脂が考えられる。熱流し２６とその各部分４４と４６とにメッキを 施して半田への付着力を向上させてもよい。メッキ物質としては、ニッケルや銀 が良いがこれらに限定されるものではない。間隙５０が「ａ」軸結晶面４２とそ の対向面との外側に形成される。 二つの部分４４と４６とを、それらが結晶２４と組立てられる前にインジウム で「すずメッキ」することもできる。結晶２４を適所に半田づけする手法の一つ は、１〜２ミリのインジウム箔層一枚か二枚で結晶を包み、予めすずメッキした 熱流し２６の部分４４と４６の間に配置し、およそ１７５℃の高熱板上に組立た ものを設置するというものである。 間隙６０は、「a」軸結晶面と熱流し２６との間に熱絶縁体を形成する。ある いは、熱流し２６と「ａ」軸結晶面との間の絶縁物質を代用することによって間 隙５０を削除することもできる。最適な絶縁物質は、トラコン社（マサチューセ ッツ州メッドフォード市）製の２１３５Ｄなどのエポキシ樹脂であるがこれに限 定されるものではない。熱伝導径路は、図示されていないが熱エネルギーを結晶 ２４から「ｃ」軸結晶面経由で伝導する。このように熱の流れを管理することに よって、球状の回折限界の出力ビーム３２が生成される。 図４に示すように、典型的なモード整合形態の端面ポンピング式システムにお ける異常型レンズ形成による回折損失は、ネオジムＹＶＯ₄などの強熱レンズ収 差物質が端面で光をポンピングされたときに生じる。線５２は、熱レンズが弱い ために熱収差損失がほとんどないネオジムＹＬＦなどの物質を示す。ネオジムＹ ＶＯ₄で発生する熱レンズは強力で収差を起こす。ネオジムＹＶＯ₄の場合、典型 的なモード整合形態を用いると、重大な回折損失がＴＥＭ₀₀モードに発生し、ポ ンプパワーが増加しても出力パワーは線５４で示すように停滞したままとなる。 ポンプビーム２０の最良の部分がネオジムＹＶＯ₄結晶２４に重なると、損失と して作用する熱収差の量が大きく減少する。ＴＥＭ₀₀モードの直径のポンプビー ムの直径に対する比率を調節して１より少ない値にすることによって最適化した 場合、非モード整合ネオジムＹＶＯ₄レーザの性能は線５６で示されるようにな る。この性能は線５２で表されるものよりも優れている。これについては先行例 で教示されている。こうして高出力高効率ＴＥＭ₀₀レーザが実現する。 ネオジムＹＶＯ₄は熱レンズとし作用する。図５に示すように、完璧なレンズ は、光路のずれが完璧な放物線５８で表される半径関数として与えられる。ネオ ジムＹＶＯ₄などの強熱レンズ強収差物質の場合、ポンピングによる非放物線状 の位相歪は、ＴＥＭ₀₀モードで作動するレーザの効率を低下させる。その結果、 プロフィールは、完璧な放物線５８ではなく異常な翼部が形成された歪んだ放物 線６０で示される。 単一の光ファイバは強度のピークを示すため、図６に示すように準ガウス形ビ ーム６２が作成される。ファイバの束を使用する場合、明白な強度のピークを作 らない。その代わり、方形波形状すなわち図７に示すような「シルクハット」形 のビーム外形６４をもたらす。 ネオジムＹＶＯ₄などの端面ポンピング式熱レンズの性能放物線の中央部は、 異常を示す翼部より完璧なレンズのものに近似している。この影響によって、一 つの実施例においては、ポンプビーム２０の中央部だけを用いて光学端面３８上 でＴＥＭ₀₀モードに重ね合わせる。これは、ポンプビーム２０をレンズ３４と３ ６を介して所望の大きさに集束させることによって達成される。ＴＥＭ₀₀モード の直径のポンプビームの直径に対する最適な比率は1.2〜0.6である。一つの実施 例においては0.83である。 結晶２４内のＴＥＭ₀₀モードの直径のポンプビーム２０の直径に対する比率は 一つの実施例では１より小さい。ファイバの束を利用する場合、結晶２４のＴＥ Ｍ₀₀モードの直径のほぼシルクハット形のポンプビーム２０の直径に対する比率 は１未満〜およそ0.83である。これが、１未満の比率では無効累であるとした先 行例の教示内容に反する点である。各々の直径を図８に示す。ＴＥＭ₀₀の直径は ６２でシルクハット形ポンプビームの直径は６４である。一方、従来のモード整 合ＴＥＭ₀₀の直径を６６で示す。 熱レンズ形成がないときの従来のモード整合は、ＴＥＭ₀₀モードの直径のポン プビーム２０の直径に対する比率を次の式に従って最適化することである。 Ｑ≡∫∫∫Io(r,z)Po(r,z)dV ここで、Io(R,z)は結晶内のＴＥＭ₀₀モードの正規化強度分布であり、Po(r,z)は 結晶内の吸収されたポンプ光の正規化分布である。 従来のモード整合の場合、Ｑ因子を最大にしてレーザの閾値を最低にし傾斜効 率を最大限に向上させる。従来のモード整合の場合、結晶内のポンプビームの直 径が結晶内のＴＥＭ₀₀モードの直径よりも小さいときに、この重ね合わせＱ因子 を最大にする。これは、ＴＥＭ₀₀モードの直径の結晶内のポンプビームの直径に 対する比率Ｒ₁が１より大きいときに行われる。結晶内のＴＥＭ₀₀モードの直径 は、普通、モードの強度がピーク値の１／ｅ²（〜13.5％）になるときの直径と 定義される。結晶内のポンプビームの直径は、結晶内のポンプビームの画像の直 径と定義される。ポンプビームの強度分布は「シルクハット」形プロフィールに 近くなる。ＴＥＭ₀₀モードの直径の結晶内のポンプビームの直径に対する比率は 従来のモード整合型レーザの場合１より大きい。本発明では１より小さい。強熱 レンズと組み合わせる場合、非モード整合構成は高出力高効率ＴＥＭ₀₀レーザを 実現させる。 先行例の研究者たちによれば、比率Ｒが１より小さいとレーザは低収差物質に 対しても高収差物質に対しても効率が良くない。しかし、本発明は異なる結果を もたらす。一つの実施例においては、ネオジムＹＶＯ₄などの強熱レンズレーザ 結晶２４を組合せ、「ｃ」結晶面を介しての結晶２４の熱伝導を管理し、TEM₀₀ モードの直径の結晶内のポンプビームの直径に対する比率を１より小さくし、フ ァイバ連結型ダイオード棒ポンプ光源１８を使用することによって、広いポンプ パワー範囲に亘ってＴＥＭ₀₀モードで動作し偏光出力を生成する非常に効率の良 い高出力レーザが実現する。 本発明のレーザは次の特性を持ち合わせている。すなわち、およそ１〜１２Ｗ の出力パワー、２５％を上回る総合光学効率、４０％を上回るＴＥＭ₀₀モードの 光学傾斜効率、1.2〜0.8好適には1.0未満〜0.83のＴＥＭ₀₀モードの直径の結晶 内のポンプビームの直径に対する比率、1.2未満好適にはおよそ1.05未満のＭ²値 、及びおよそ１０％未満好適にはおよそ１％のガウス曲線からのビームプロフィ ールの最小自乗偏差。 一つの実施例では、レーザヘッド１０は長さがおよそ１０cmである。ネオジム ＹＶＯ₄結晶２４は熱流し２６に搭載されて光学軸１６上に配置される。結晶２ ４は外形が立方体で一辺が４nmである。結晶２４からの熱伝導は「ｃ」軸結晶面 上で影響を受ける。また「ａ」軸結晶面は熱から絶縁される。光ファイバの束は 、１６Ｗのダイオード棒１８に連結されシルクハット形のポンプビーム２２を生 成する。ポンプビーム２２は、レンズ３４と３６によって結晶２４の光学端面３ ８上に画像形成されて、ポンピングされた光の中央部だけが利用される。結晶２ ４のＴＥＭ₀₀モードの直径のシルクハット形ポンプビーム２２の直径に対する比 率は１未満で0.83という低さである。偏光された球状の回折限界のガウス形出力 ビーム３２が出力７Ｗで生成される。出力ビーム３２はＭ²値が1.05より小さい 。ビームプロフィールのガウス曲線からの最小自乗偏差は１％より小さい。レー ザヘッド１０の光学傾斜効率はおよそ５０％であり、総合効率はおよそ37.5％で ある。このように非常に効率がよく高出力である。ポンピングポンプ光源を一つ 以上使用する同様のレーザは１２Ｗもの出力を提供する。このように、同じ様な モードの大きさとポンプの大きさで高出力高効率のＴＥＭ₀₀モード出力を提供で きる。 レーザは、物質の加工、医学的な治療、計測器の考案、研究、遠距離通信、光 学記憶、娯楽、画像記録、点検、測定と制御およびバーコード走査と検知を始め とする様々な用途に有用である。 加えて、レーザをＱスイッチモードあるいはモード固定で使用して、高調波を 発生させたり光学パラメトリック発振器に光をポンピンクしたりすることができ る。 本発明の範囲を逸脱することなく、具体的に説明した実施例に変更や修正を加 えることは可能である。本発明は添付の請求の範囲によってのみ制限される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．共振器光軸をもつレーザ共振器を構成する共振器鏡と出力カップラと、 共振器光軸に沿って共振器に搭載された複屈折性強熱レンズレーザ結晶と、 レーザ共振器内のレーザ結晶へポンプビームを供給し、レーザ結晶内のTEM₀₀ モードより直径が大きいポンプビームを発生させ、偏光したほぼ回折限界の出力 ビームを非常に効率よく生成するダイオードポンプ光源と、 ダイオードポンプ光源へ電力を供給する電源と、 で構成される高出力ダイオードポンプ型レーザ。 ２．前記レーザはＴＥＭ₀₀モードの光学傾斜効率がおよそ４０％より大きいこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ。 ３．前記レーザは総合効率がおよそ２５％より大きいことを特徴とする請求の 範囲第１項に記載のレーザ。 ４．前記ＴＥＭ₀₀モードの直径の結晶内のポンプビームの直径に対する比率は およそ1.0未満〜0.83であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ 。 ５．前記出力ビームはＭ²値がおよそ1.2未満であることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載のレーザ。 ６．前記出力ビームはＭ²値がおよそ1.05未満であることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載のレーザ。 ７．前記出力ビームはビームプロフィールのガウス曲線からの最小自乗偏差が およそ１０％未満であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ。 ８．前記レーザはパワーがおよそ１〜１２Ｗの出力ビームを生成することを特 徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ。 ９．前記レーザはパワーがおよそ４Ｗより大きい出力ビームを生成することを 特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ。 10．前記共振器は長さがおよそ１０cmであることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載のレーザ。 11．前記結晶はネオジムＹＶＯ₄であることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載のレーザ。 12．前記結晶内のネオジムの百分率はおよそ0.5〜3.0％であることを特徴とす る請求の範囲第１１項に記載のレーザ。 13．更に、前記共振器光軸に沿って前記共振器鏡と出力カップラとの間の共振 器内に配置された開口絞りで構成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載のレーザ。 14．更に、共振器にＱスイッチを設けたことを特徴とする請求の範囲第１項に 記載のレーザ。 15．前記ダイオードポンプ光源はダイオード棒であることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載のレーザ。 16．前記ダイオードポンプ光源は複数のダイオード棒であることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載のレーザ。 17．前記ダイオードポンプ光源は複数の光ファイバから成ることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載のレーザ。 18．前記ダイオードポンプ光源は複数のファイバの束から成ることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載のレーザ。 19．前記ポンプビームは外形がほぼシルクハットのような形であることを特徴 とする請求の範囲第１７項に記載のレーザ。 20．前記結晶は外形が非円柱形であることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載のレーザ。 21．前記結晶は外形が立方体であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載 のレーザ。 22．前記結晶は外形が矩形であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の レーザ。 23．共振器光軸をもつレーザ共振器を構成する高度反射器と出力カップラと、 異方性の強熱レンズと、 レーザ結晶内で発生した熱を略全部レーザ結晶から遠くへ伝導させるための熱 流しを備えたレーザ結晶用熱流し取付け台と、 レーザ共振器内のレーザ結晶へポンプビームを供給し、レーザ結晶内のTEM₀₀ モードより直径が大きいポンプビームを発生させ、略円形でほぼ回折限界の出力 ビームを非常に効率よく生成するダイオードポンプ光源と、 で構成される高効率ダイオードポンプ型レーザ。 24．前記レーザは複数の高度反射器を備えていることを特徴とする請求の範囲 第２３項に記載のレーザ。 25．前記レーザはＴＥＭ₀₀モードの光学傾斜効率が４０％より大きいことを特 徴とする請求の範囲第２３項に記載のレーザ。 26．前記レーザは総合効率が２５％より大きいことを特徴とする請求の範囲第 ２３項に記載のレーザ。 27．前記ＴＥＭ₀₀モードの直径の結晶内のポンプビームの直径に対する比率は およそ1.0未満〜0.83であることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のレー ザ。 28．前記出力ビームはＭ²値が1.2未満であることを特徴とする請求の範囲第２ ３項に記載のレーザ。 29．前記出力ビームは略ガウス形ビームプロフィールを表すことを特徴とする 請求の範囲第２３項に記載のレーザ。 30．前記レーザは出力パワーがおよそ１〜１２Ｗの出力ビームを生成すること を特徴とする請求の範囲第２３項に記載のレーザ。 31．前記レーザは出力パワーがおよそ４Ｗより大きい出力ビームを生成するこ とを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のレーザ。 32．前記共振器は長さがおよそ１０cmであることを特徴とする請求の範囲第２ ３項に記載のレーザ。 33．前記結晶はネオジムＹＶＯ₄であることを特徴とする請求の範囲第２３項 に記載のレーザ。 34．前記結晶内のネオジムの百分率はおよそ0.5〜3.0％であることを特徴とす る請求の範囲第３３項に記載のレーザ。 35．更に、前記共振器光軸に沿って前記高度反射器と出力カップラとの間の共 振器内に配置された開口絞りを備えていることを特徴とする請求の範囲第２３項 に記載のレーザ。 36．更に、前記共振内にＱスイッチを備えていることを特徴とする請求の範囲 第２３項に記載のレーザ。 37．前記ダイオードポンプ光源はダイオード棒であることを特徴とする請求の 範囲第２３項に記載のレーザ。 38．前記ダイオードポンプ光源は複数のダイオード棒であることを特徴とする 請求の範囲第２３項に記載のレーザ。 39．前記ダイオードポンプ光源は複数の光ファイバから成ることを特徴とする 請求の範囲第２３項に記載のレーザ。 40．前記ダイオードポンプ光源は複数の光ファイバの束から成ることを特徴と する請求の範囲第２３項に記載のレーザ。 41．前記ポンプビームは外形がほぼシルクハットのような形であることを特徴 とする請求の範囲第３９項に記載のレーザ。 42．前記結晶は外形が非円柱形であることを特徴とする請求の範囲第２３項に 記載のレーザ。 43．前記結晶は外形が立方体であることを特徴とする請求の範囲第２３項に記 載のレーザ。 44．前記結晶は外形が矩形であることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載 のレーザ。 45．前記レーザは複数の高度反射器を備えていることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載のレーザ。 46．共振器光軸をもつレーザ共振器を構成する共振器鏡と出力カップラと、 共振器光軸に沿って共振器内に搭載された非複屈折性の強熱レンズレーザ結晶 と、 前記共振器鏡と出力カップラとの間の共振器内に配置された偏光素子と、 レーザ共振器内のレーザ結晶へポンプビームを供給し、レーザ結晶内のTEM₀₀ モードよりも直径が大きいポンプビームを発生させ、偏光したほぼ回折限界の出 力ビームを非常に効率よく生成するダイオードポンプ光源と、 前記ダイオードポンプ光源へ電力を供給する電源と で構成される高効率ダイオードポンプ型レーザ。 47．共振器光軸をもつレーザ共振器を構成する共振器鏡と出力カップラと、 前記共振器光軸に沿って共振器内に搭載された複屈折性の強熱レンズレーザ結 晶と、 レーザ共振器内のレーザ結晶へポンプビームを供給し、レーザ結晶内のTEM₀₀ モードより直径が大きいポンプビームを発生させ、偏光したほぼ回折限界の出力 ビームを非常に効率良く生成するダイオードポンプ光源と、 前記共振器光軸に沿って前記共振器鏡と出力カップラとの間の共振器内に配置 された開口絞りと、 前記共振器内のＱスイッチと、 前記ダイオードポンプ光源へ電力を供給する電源と で構成される高出力ダイオードポンプ型レーザ。 48．共振器光軸をもつレーザ共振器を構成する共振器鏡と出力カップラと、 前記共振器光軸に沿って共振器内に搭載された非複屈折性強熱レンズレーザ結 晶と、 前記共振器鏡と出力カップラとの間に共振器内に配置された偏光素子と、 前記レーザ共振器内のレーザ結晶へポンプビームを供給し、前記レーザ結晶内 のＴＥＭ₀₀モードより直径が大きいポンプビームを発生させ、偏光したほぼ回折 限界の出力ビームを非常に効率よく生成するダイオードポンプ光源と、 前記共振器光軸に沿って前記共振器鏡と出力カップラとの間に共振器内に配置 された開口絞りと、 前記共振器内のＱスイッチと、 前記ダイオードポンプ光源へ電力を供給する電源と で構成される高出力ダイオードポンプ型レーザ。