JPH09508755A - 受動的ｑスイッチピコ秒マイクロレーザー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 極めて短い持続時間の高ピークパワー光パルスを生成するための受動的Ｑスイッチマイクロレーザー（１０）のための装置及び方法が、開示される。装置は、レーザー空洞（１６、１８）内の配設された利得媒体（１２）と可飽和吸収器（１４）を具備する。空洞（１６、１８）がポンピングされる時、可飽和吸収器（１４）は、空洞（１６、１８）内の反転密度が、臨界値に達するまで、レーザー発光の開始を防止する。空洞（１６、１８）の長さ、材料パラメータ、及び鏡（１６、１８）の反射率は、約１ｎｓよりも小さな持続時間で、約１０ｋＷを超えるピークパワーのパルスが、獲得される如く、選択される。発明は、高精度光レーダー、非線形光学系、ミクロ機械加工、顕微手術、ロボット視覚、及び極めて短い持続時間の高ピークパワーレーザーパルスを必要とする他の技術において応用を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 受動的Ｑスイッチピコ秒マイクロレーザー 発明の背景 この発明は、レーザーの分野に関する。多くの応用は、レーザーからの極めて 短い高ピークパワー光パルスの発生を必要とする。（この議論の目的のために、 極めて短いとは、約１ｎｓ以下のパルス持続時間を言う。高ピークパワーは、約 １０ｋＷ以上のピークパルスを言う。）極めて短いパルスを生成する一つの方法 は、レーザーをモード同期するものである。モード同期において、レーザーの縦 モードは、極めて短いパルスの周期列が生成される如く、同期される。パルス間 の周期は、一般に１０ｎｓのレーザー空洞における光の往復時間である。毎秒生 成される非常に多数のパルスのために、高平均パワー（１０ワット〜１００ワッ ト以上）のレーザーさえも、高ピークパワーのパルスを生成することができない 。 高ピークパワーパルスは、レーザーをＱスイッチングすることにより生成され る。Ｑスイッチングにおいて、レーザー空洞の「品質」又は「Ｑ」は、パルスを 発生するために変化される。従来のＱスイッチレーザーのサイズは、装置の物理 とともに、極めて短いパルスの生成を除外する。極めて短い高ピークパワーパル スは、Ｑスイッチモード同期レーザー又は増幅モード同期レーザーのいずれかか ら獲得される。これらの両方の接近方法は、大形（一般に数フィート長）の複雑 な（認定レーザー技術者による毎日の監視を必要とする）パワーを消費する（数 キロワットの電力）する高価な装置を必要とする。 最近、結合空洞Ｑスイッチマイクロレーザーは、２５ｋＷを超えるピークパワ ーを有する３００ｐｓよりも小さな持続時間のパルスを生成することが示された 。 Ｚａｙｈｏｗｓｋｉ，Ｊ．Ｊ．ａｎｄ Ｄｉｌｌ III，Ｃ．，”Ｄｉｏｄｅ −Ｐｕｍｐｅｄ Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｌａｓｅｒｓ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔ ｉｃａｌｌｙ Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ ａｔ Ｈｉｇｈ Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅ ｔｉｔｉｏｎ Ｒａｔｅｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１７， Ｎｏ．１７，１２０１−１２０３（Ａｐｒｉｌ ２３，１９９２） こうして、ピコ秒Ｑスイッチマイクロレーザーは、商業的に入手可能なＱスイ ッチシステムと同程度の高いピークパワーを有し、大形モード同期レーザーと同 程度の短い出力パルスを生成することができる。そして全体装置は、バッテリ電 力動作の可能性を有する標準ダイオードレーザーパッケージとほぼ同じ大きさの パッケージへ嵌まる。 結合空洞Ｑスイッチマイクロレーザーは、平均パワーを除いて、すべての点に おいて大形の従来の装置よりも性能が優れるが、なお改良の余地がある。結合空 洞マイクロレーザーの適正なＱスイッチングを獲得するために、高速、高電圧の 電子回路が、必要とされる。電子回路のサイズ、性能及び電力消費は、結合空洞 Ｑスイッチマイクロレーザーシステムのサイズ、性能及び電力効率を限定する。 さらに、結合空洞レーザーの性能は、２つの構成空洞の相対長さの干渉計使用制 御を維持し、装置の製造と使用中の装置の温度制御において緊密な公差を課する ことによる。 受動的Ｑスイッチマイクロレーザーは、切り換え電子回路を必要とせ ず、これにより、全システムのサイズと複雑さを低減させ、電力効率を改良する 。さらに、空洞次元の干渉計使用制御の必要性はなく、装置の生産を簡単化し、 使用中の装置の温度制御における公差を大きく緩和する。結果は、結合空洞Ｑス イッチマイクロレーザーに匹敵する性能を有する潜在的に安価で、小形、より頑 丈、かつより信頼性のあるＱスイッチシステムである。属性のこの組み合わせに より、受動的Ｑスイッチピコ秒マイクロレーザーは、ミクロ機械加工、顕微手術 、高精度レンジング、ロボット視覚、自動生産、環境監視、イオン化分光法、及 び非線形周波数発生を含む大応用範囲に対して、非常に魅力がある。 現行技術において、受動的Ｑスイッチレーザーは、一般に、数１０ナノ秒のパ ルス長を有するが、Ｚｈｏｕ，Ｓ．，ｅｔ．，”Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｓｅｌ ｆ−Ｑ−Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｃｒ，Ｎｄ：ＹＡＧ Ｌａｓｅｒ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．７，５１１−５１２，（Ａｐｒｉｌ １，１９９３）において記載された如く、最近、３．５ｎｓの持続時間のパルス が、可飽和吸収器として同時に作用する利得媒体から構成される小型レーザーを 使用して示された。 発明の要約 Ｚｈｏｕによって報告された装置は、空洞長、レーザー利得、空洞内可飽和損 失及び鏡の反射率が、（写本において報告された数値に基づいて）適正に選択さ れたならば獲得される値の３倍を超えるパルス幅を有した。結果として、（１Ｗ 連続波ポンプに対して３ｋＷよりも小さい）獲得されたピークパワーもまた、可 能であったよりも相当に小さかった。さらに、レーザーパラメータの相互作用の 完全な理解により、レーザー設計者は、パルス幅とピークパワーにおいて現行技 術の装置よりも桁ち がいに性能が優れるダイオードポンピング受動的Ｑスイッチ装置に対する材料と 構成要素を選択することができる。 本発明は、受動的Ｑスイッチレーザーシステムに対する構成要素の適正な選択 を通して、極めて短い持続時間のレーザー光の高ピークパワーパルスを獲得する ための装置及び方法に向けられる。発明の装置は、共振空洞内に配された利得媒 体と可飽和吸収器を具備する。適切にポンピングされた時、光パルスが形成され 始める。パルス発生の初期段階中、可飽和吸収器は、漂白され、共振器のＱを増 大させ、短い光パルスを生ずる。空洞長、レーザー利得、空洞内可飽和損失、及 び鏡の反射率は、約１ｎｓよりも短い持続時間のパルスが、ポンプパワーの１０ ，０００倍を超えるピークパワー（例えば、１Ｗポンプに対して１０ｋＷ）を発 生される如く選択される。 図面の簡単な説明 発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面において示された如く 、発明の好ましい実施態様の次の詳細な説明から明らかになるであろう。種々の 図面を通じて、同様の参照文字は、同様の部分を参照する。図面は、必ずしも等 尺ではなく、代わりに、発明の原理を示すことが強調される。 第１図は、本発明を具現する受動的Ｑスイッチピコ秒マイクロレーザーの斜視 図である。 第２図は、本発明の好ましい実施態様の斜視図であり、この場合、受動的Ｑス イッチピコ秒マイクロレーザーは、光ファイバーの非集束出力によってポンピン グされ、そしてレーザー出力周波数は、一対の周波数二倍化結晶によって４倍に される。 好ましい実施態様の詳細な説明 第１図を参照すると、受動的Ｑスイッチピコ秒マイクロレーザー１０の一つの 実施態様は、利得媒体１２の短片、例えば、Ｎｄ³⁺：ＹＡＧを可飽和吸収器結晶 １４、例えば、Ｃｒ⁴⁺：ＹＡＧ、に結合して成る。両材料は、光学軸Ａに垂直な ２つの面において平行かつ平坦に研磨される。利得媒体１２のポンプ側面１６は 、ポンプ光２２を透過させ、振動周波数ν₁において高反射性であるように、誘 電的に被覆される。利得媒体１２と可飽和吸収器結晶１４の間の界面２０におけ る切子面は、界面２０が振動周波数において完全に透過性であり、ポンプ２２の 周波数において高反射性である如く、誘電的に被覆される。可飽和吸収器１４の 出力面１８は、振動周波数（反射率Ｒ）において部分的に反射性であるように被 覆され、装置から光出力２４を設ける。 受動的Ｑスイッチマイクロレーザー１０の動作の背後の原理は、可飽和吸収器 １４が、空洞内の平均反転密度（Ｎ₀）が、 の値に達するまで、レーザー発光の開始を防止することである。ここで、σは、 振動周波数における発光断面であり、ｌ_rtは、空洞内の光の往復パス長であり、 γ_sat，_rt＝−ｌｎ（１−Γ_sat，_rt、）は、往復可飽和損失定数であり、Γ_sat ，_rtは、往復可飽和損失、γ_par，_rt＝−ｌｎ（１−Γ_par，_rt）は、往復不飽和 空洞内寄生損失定数、Γ_par，_rt、は、往復不飽和空洞内寄生損失、そしてγ_op ＝−ｌｎ（Ｒ）は、出力結合損失定数である。この点（発明の密度＝Ｎ₀）にお けるレーザー発光の開始は、損失の可飽和成分を急速に飽和させる高空洞内光場 を生成し、空洞Ｑを 増大させ、Ｑスイッチ出力パルスを生ずる。可飽和吸収器（σ_sat＝γ_sat，_rt／ Ｎ_satｌ_rt、ここで、Ｎ_satは、空洞内の可飽和吸収器部位の平均密度）の断面が 、レーザー発光遷移の断面よりもずっと大きいならば、空洞Ｑにおける変化は、 瞬時としてモデル化される。この場合、最小可能パルス幅、 ここで、ｔ_rtは、レーザー空洞内の光の往復時間である、は出力カプラーの反射 率が、 であるように選択される時、獲得される。ここで、κ＝０．４７である（２を超 える因子だけパルス幅を変化させることなく０．０〜１．５に変化する）。しき い値に達するために必要な吸収ポンプパワーの量は、 であり、ここで、ｒ_imは、レーザー発光モードの半径であり、ｈν_pは、ポンプ 放射の光子エネルギーであり、そしてγは、利得媒体１２の自然寿命である。い ったんしきい値に達したならば、発明は、ダイオードレーザー２２によってポン ピングされた時、パルス列を生成し、 によって与えられるパルスの時間間隔を有する。ここで、Ｐ_absは、レーザー発 光モード容積内に吸収されたポンプパワーの総量である。 マイクロレーザーから獲得可能な最小パルス幅を潜在的に限定する幾 つかの因子がある。利得媒体従属因子は、利用可能なポンプパワーに対して獲得 可能な最大反転密度（利得）と利得帯域幅である。空洞内損失の不飽和寄生成分 は、方程式３の実現を不可能にし、この場合、必要なレーザー効率は、出力カプ ラー（反射率Ｒ）の選択を指示する。最後に、大きなパルスは、利得媒体１２、 可飽和吸収器１４、界面層２０、又は鏡１６、１８を損傷することがある。しか し、これらの因子はいずれも、マイクロレーザーからの出力パルスの持続時間が 、数百ピコ秒より小さくなるまで、制限因子にならない。技術における当業者は 、受動的Ｑスイッチマイクロレーザーから最小パルス幅を獲得するために、これ らの付加制限下で方程式３を適用する方法を知る。 本発明の好ましい実施態様は、第２図において示され、この場合、例えば、Ｎ ｄ³⁺：ＹＡＧの利得媒体１２は、例えば、Ｃｒ⁴⁺：ＹＡＧの可飽和吸収器材料１ ４へ拡散結合される。光学軸Ａに垂直な組み合わせの面は、平坦かつ平行に研磨 される。利得媒体１２のポンプ側面１６は、ポンプ光４０を透過し、振動周波数 ν₁において高反射性であるように、誘電的に被覆される。可飽和吸収器１４の 出力面１８は、振動周波数（反射率Ｒ）において部分的に反射性であるように被 覆され、レーザー出力４２を設ける。可飽和吸収器１４と利得媒体１２の両方を 含むレーザーの共振空洞は、好ましくは、２ｍｍよりも小さい長さである。 光ファイバー３０の出力は、集束光学系の必要性なしに、レーザー４０がしき い値に達する（そして超過する）ために十分なポンプ強度４０を設ける。この実 施態様は、ファイバー透過低パワー連続波（ｃｗ）光の遠隔端において極めて短 い高ピークパワー光パルスの発生に役立つ。 周波数二倍化結晶３２、例えば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）、は振動 周波数の第２高調波において光４４を発生するためのに、レーザー出力ビーム４ ２のパスにおいて配設される。例えば、１．０６４μｍの赤外波長におけるレー ザー光は、周波数二倍化結晶によって、５３２ｎｍにおける緑色光へ変換される 。 周波数二倍化結晶は、レーザー出力４２の第４高調波である周波数において光 を発生するために積み重ねられる。第２結晶３４、例えば、ＢＢＯ（β−ＢａＢ₂ Ｏ₄）、は第１周波数二倍化結晶３２に隣接して配置される。レーザー出力４２ は、第１周波数二倍化結晶３２によって周波数二倍化される。第１周波数二倍化 結晶３２の出力４４は、第２周波数二倍化結晶３４を通過し、レーザー出力４２ の第４高調波における光４６へ変換される。この実施態様では、光ファイバー３ ０で伝達されたダイオード光５０は、受動的Ｑスイッチピコ秒マイクロレーザー １０によって、レーザー光４２へ変換され、続いて、周波数二倍化結晶３２と３ ４によって、紫外光４６へ周波数を４倍にされ、現在入手可能なファイバーを使 用して効率的に伝達できない。こうして、紫外光４６は、ファイバーオプティッ クケーブル３０の反対端において、ポンプダイオード５０から数キロメートル離 れて発生される。 可飽和吸収器材料１４と利得媒体１２は、Ｎｄ³⁺、Ｃｒ⁴⁺：ＹＡＧの場合にお ける如く、共通材料内に包含される。別の実施態様において、可飽和吸収器材料 １４と利得媒体１２は、Ｎｄ³⁺：ＹＡＧとＣｒ⁴⁺：ＹＡＧ（ここで、ＹＡＧは共 通ホストである）の如く、共通ホストにおいてドーパントを具備する２つの異な る結晶であり、拡散結合され、界面誘電体２０に対する必要性を除去する。さら に他の実施態様において、可飽和吸収器は、利得媒体上にエピタキシャル成長さ れ、又は利得媒体 は、可飽和吸収器上にエピタキシャル成長される。利得媒体はまた、Ｎｄ³⁺：Ｙ ＶＯ₄を具備するが、可飽和吸収器は、ＬｉＦ：Ｆ₂ ^-、半導体材料、又は半導体 ドープガラス材料を具備する。 ポンプ周波数において光非吸収性である可飽和吸収器材料１４が選択されるな らば、利得媒体１２と可飽和吸収器材料１４の配置は、利得媒体１２が、出力面 １８に隣接して配設され、可飽和吸収器材料が、ポンプ側面１６に隣接して配設 される如く反転される。 受動的Ｑスイッチマイクロレーザーの能力を示すために、５．７cm^-1の可飽和 吸収係数を有するＣｒ⁴⁺：ＹＡＧ（屈折率ｎ＝２．１４）から成る０．５ｍｍ長 可飽和吸収器１４へ結合されたＮｄ³⁺：ＹＡＧから成る利得媒体１２の０．５ｍ ｍ長断片（利得断面σ＝４.６ｘ１０^-19cm^-2、自然寿命γ＝２４０μｓ、屈折率 ｎ＝１．８２）を考える。１５０μｍのレーザー発光モード半径では、しきい値 は、吸収ポンプパワーの約０．６Ｗであり、そしてパルス幅は、約１００ｐｓで ある。１０パーセントの効率を保守的に仮定するならば、パルスエネルギーは、 １４μＪであり、（理論的パルス形状を使用して）１２４ｋＷのピークパワーと 、０．１７ＧＷ／ｃｍ²のピーク（非集束）出力強度を有する。受動的Ｑスイッ チマイクロレーザーをポンピングするために商業的に獲得されたｃｗレーザーダ イオードを使用する研究室実験は、すでに、２５ｋＷを超えるピークパワーを有 する３００ｐｓよりも小さなパルスを示した。出力強度は、レーザーの出力ビー ムを集束させることなく、適切な非線形結晶における効率的な非線形周波数発生 を生ずるために十分である。集束されたピークパワーは、多数の材料のイオン化 のために十分であり、ミクロ機械加工、顕微手術、及びイオン化分光法において 応用を有する。極 めて短いパルスは、高精度の光学レンジングに対して装置を魅力あるものにし、 ロボット視覚と自動生産において応用を有する。 この発明が、好ましい実施態様を参照して詳細に示され、記載されたが、技術 における当業者には、形態と詳細における多様な変形が、添付のクレイムによっ て記載された如く、発明の精神と範囲に反することなく為されることが理解され る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年２月７日 【補正内容】 であるように選択される時、獲得される。ここで、κ＝０．４７である（２を超 える因子だけパルス幅を変化させることなく０．０〜１．５に変化する）。しき い値に達するために必要な吸収ポンプパワーの量は、 であり、ここで、ｒ_imは、レーザー発光モードの半径であり、ｈν_pは、ポンプ 放射の光子エネルギーであり、そしてγは、利得媒体１２の自然寿命である。い ったんしきい値に達したならば、発明は、ダイオードレーザー２２によってポン ピングされた時、パルス列を生成し、 によって与えられるパルスの時間間隔を有する。ここで、Ｐ_absは、レーザー発 光モード容積内に吸収されたポンプパワーの総量である。 マイクロレーザーから獲得可能な最小パルス幅を潜在的に限定する幾つかの因 子がある。利得媒体従属因子は、利用可能なポンプパワーに対して獲得可能な最 大反転密度（利得）と利得帯域幅である。空洞内損失の不飽和寄生成分は、方程 式３の実現を不可能にし、この場合、必要なレーザー効率は、出力カプラー（反 射率Ｒ）の選択を指示する。最後に、大強度は、 利得媒体はまた、Ｎｄ³⁺：ＹＶＯ₄を具備するが、可飽和吸収器は、ＬｉＦ：Ｆ₂ ^- 、半導体材料、又は半導体ドープガラス材料を具備する。 ポンプ周波数において光非吸収性である可飽和吸収器材料１４が選択されるな らば、利得媒体１２と可飽和吸収器材料１４の配置は、利得媒体１２が、出力面 １８に隣接して配設され、可飽和吸収器材料が、ポンプ側面１６に隣接して配設 される如く反転される。 受動的Ｑスイッチマイクロレーザーの能力を示すために、５．７ｃｍ^-1の可飽 和吸収係数を有するＣｒ⁴⁺：ＹＡＧ（屈折率ｎ＝２．１４）から成る０．５ｍｍ 長可飽和吸収器１４へ結合されたＮｄ³⁺：ＹＡＧから成る利得媒体１２の０．５ ｍｍ長断片（利得断面σ＝４．６ｘ１０^-19ｃｍ^-2、自然寿命γ＝２４０μｓ、 屈折率ｎ＝１．８２）を考える。１５０μｍのレーザー発光モード半径では、し きい値は、吸収ポンプパワーの約０．６Ｗであり、そしてパルス幅は、約１００ ｐｓである。１０パーセントの効率を保守的に仮定するならば、パルスエネルギ ーは、１４μＪであり、（理論的パルス形状を使用して）１２４ｋＷのピークパ ワーと、０．１７ＧＷ／ｃｍ²のピーク（非集束）出力強度を有する。受動的Ｑ スイッチマイクロレーザーをポンピングするために商業的に獲得されたｃｗレー ザーダイオードを使用する研究室実験は、すでに、２５ｋＷを超えるピークパワ ーを有する３００ｐｓよりも小さなパルスを示した。出力強度は、レーザーの出 力ビームを集束させることなく、適切な非線形結晶における効率的な非線形周波 数発生を生ずるために十分である。集束されたピークパワーは、多数の材料のイ オン化のために十分であり、ミクロ機械加工、顕微手術、及びイオン化分光法に おいて応用を有する。極めて短いパルスは、高精度の光学レンジングに対して装 置を魅力あるものにし、ロボット視覚と自動生産において応用を有する。 この発明が、好ましい実施態様を参照して詳細に示され、記載されたが、技術 における当業者には、形態と詳細における多様な変形が、添付のクレイムによっ て記載された如く、発明の範囲に反することなく為されることが理解される。 請求の範囲 １．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に形成された共振空洞と、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に配設された利得媒体（１２） と、 ｃ）該利得媒体（１２）を付勢するためのポンプ源（２２）と、 ｄ）該共振空洞内に配設された可飽和吸収器（１４）とを具備し、該可飽和吸収 器（１４）、該第２鏡（１８）、及び該レーザー利得が、Ｑスイッチ出力パルス （２４）が発生され、該パルスは、約１ナノ秒よりも小さな持続時間を有する如 く選択されることを特徴とする受動的Ｑスイッチレーザー。 ２．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に形成された共振空洞と、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に配設された利得媒体（１２） と、 ｃ）該利得媒体（１２）を付勢するためのポンプ源（２２）と、 ｄ）該共振空洞内に配設された可飽和吸収器（１４）とを具備し、該可飽和吸収 器（１４）、該第２鏡（１８）、及び該レーザー利得が、Ｑスイッチ出力パルス （２４）が発生され、該パルスは、該ポンプ源（２２）パワーの約１０，０００ 倍よりも大きなピークパワーを有する如く選択されることを特徴とする受動的Ｑ スイッチレーザー。 ３．該第２鏡（１８）が、反射率Ｒを有する出力カプラーであり、ここで、 Ｒ＝ｅｘｐ（γ_par，_rt−κγ_sat，_rt） であり、κは、０．０〜１．５の範囲にあり、γ_sat，_rtは、往復空洞内可飽和 損失定数であり、そしてγ_par，_rtは、往復空洞内不飽和寄生損失定数である先 行する請求の範囲のいずれか一つに記載のレーザー。 ４．該利得媒体（１２）と該可飽和吸収器（１４）が、共通ホストにおけるド ーパントから成る２つの分離材料であり、この場合、該利得媒体（１２）と該可 飽和吸収器（１４）が、拡散結合によって接合される先行する請求の範囲のいず れか一つに記載のレーザー。 ５．該利得媒体（１２）と該可飽和吸収器（１４）が、同一結晶である先行す る請求の範囲のいずれか一つに記載のレーザー。 ６．該利得媒体（１２）が、該可飽和吸収器（１４）上にエピタキシャル成長 され、又は該可飽和吸収器（１４）が、該利得媒体（１２）上にエピタキシャル 成長される先行する請求の範囲のいずれか一つに記載のレーザー。 ７．該ポンプ源（２２）が、ポンプ光エネルギーを伝達するための光ファイバ ーを具備し、該光ファイバーが、該光エネルギーにより該利得媒体（１２）をポ ンピングするために該第１鏡（１６）へ光結合される先行する請求の範囲のいず れか一つに記載のレーザー。 ８．該レーザーによって発せられた該パルス（２４）の周波数変換のために、 該第２鏡（１８）に近接して配設された非線形光結晶をさらに具備する先行する 請求の範囲のいずれか一つに記載のレーザー。 ９．該共振空洞が、２ｍｍ長よりも小さい先行する請求の範囲のいずれか一つ に記載のレーザー。 １０．該可飽和吸収器（１４）が、該出力パルス（２４）波長において高透光 性で、かつ該ポンプ源（２２）によって発せられた光に高反射 性の界面（２０）において該利得媒体（１２）に隣接して配設される先行する請 求の範囲のいずれか一つに記載のレーザー。 １１．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に共振空洞を形成する段階と 、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に利得媒体（１２）を配設する 段階と、 ｃ）該利得媒体（１２）をポンプ源（２２）で付勢する段階と、 ｄ）該共振空洞内に可飽和吸収器（１４）を配設する段階とを具備し、該可飽和 吸収器（１４）、該第２鏡、及び該レーザー利得が、Ｑスイッチ出力パルス（２ ４）が発生され、該パルスは、約１ナノ秒よりも小さな持続時間を有する如く選 択されることを特徴とする受動的Ｑスイッチレーザーで光パルスを発生する方法 。 １２．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に共振空洞を形成する段階と 、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に利得媒体（１２）を配設する 段階と、 ｃ）該利得媒体（１２）をポンプ源（２２）で付勢する段階と、 ｄ）該共振空洞内に可飽和吸収器（１４）を配設する段階とを具備し、該可飽和 吸収器（１４）、該第２鏡、及び該レーザー利得が、Ｑスイッチ出力パルス（２ ４）が発生され、該パルスは、該ポンプ（２２）パワーの約１０，０００倍より も大きなピークパワーを有する如く選択されることを特徴とする受動的Ｑスイッ チレーザーで光パルスを発生する方法。 １３．該第２鏡（１８）が、反射率Ｒを有する出力カプラーであり、 ここで、 Ｒ＝ｅｘｐ（γ_par，_rt−κγ_sat，_rt） であり、κは、０．０〜１．５の範囲にあり、γ_sat，_rtは、往復空洞内可飽和 損失定数であり、そしてγ_par，_rtは、往復空洞内不飽和寄生損失定数である請 求の範囲１１〜１２のいずれか一つに記載の方法。 １４．該利得媒体（１２）と該可飽和吸収器（１４）を拡散結合する段階を具 備し、この場合、該利得媒体（１２）と該可飽和吸収器（１４）が、共通ホスト におけるドーパントから成る２つの分離材料である請求の範囲１１〜１３のいず れか一つに記載の方法。 １５．該利得媒体（１２）と該可飽和吸収器（１４）が、同一結晶である請求 の範囲１１〜１４のいずれか一つに記載の方法。 １６．該利得媒体（１２）を該可飽和吸収器（１４）上にエピタキシャル成長 するか、又は該可飽和吸収器（１４）を該利得媒体（１２）上にエピタキシャル 成長する段階をさらに具備する請求の範囲１１〜１５のいずれか一つに記載の方 法。 １７．該ポンプ源（２２）が、ポンプ源エネルギーを伝達するための光ファイ バーを具備し、該光ファイバーが、該光エネルギーにより該利得媒体（１２）を ポンピングするために該第１鏡（１６）へ光結合される請求の範囲１１〜１６の いずれか一つに記載の方法。 １８．該レーザーによって発せられた該パルス（２４）の周波数変換のために 、該第２鏡（１８）に近接して非線形光結晶を配設する段階をさらに具備する請 求の範囲１１〜１７のいずれか一つに記載の方法。 １９．該出力パルス（２４）波長において高透光性で、かつ該ポンプ源（２２ ）によって発せられた光に高反射性の界面（２０）において該 利得媒体（１２）に隣接して該可飽和吸収器（１４）を配設する段階をさらに具 備する請求の範囲１１〜１８のいずれか一つに記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＦＩ，ＪＰ，ＮＯ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に形成された共振空洞と、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に配設された利得媒体（１２） と、 ｃ）該利得媒体（１２）を付勢するためのポンプ源（２２）と、 ｄ）該共振空洞内に配設された可飽和吸収器（１４）とを具備し、該可飽和吸収 器（１４）、該第２鏡（１８）、及び該レーザー利得が、出力パルス（２４）が 発生され、該パルスは、約１ナノ秒よりも小さな持続時間を有する如く選択され ることを特徴とする受動的Ｑスイッチレーザー。 ２．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に形成された共振空洞と、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に配設された利得媒体（１２） と、 ｃ）該利得媒体（１２）を付勢するためのポンプ源（２２）と、 ｄ）該共振空洞内に配設された可飽和吸収器（１４）とを具備し、該可飽和吸収 器（１４）、該第２鏡（１８）、及び該レーザー利得が、出力パルス（２４）が 発生され、該パルスは、約１０キロワットよりも大きなピークパワーを有する如 く選択されることを特徴とする受動的Ｑスイッチレーザー。 ３．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に形成された共振空洞と、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に配設された利得媒体 （１２）と、 ｃ）該利得媒体（１２）を付勢するためのポンプ源（２２）と、 ｄ）該共振空洞内に配設された可飽和吸収器（１４）とを具備し、該可飽和吸収 器（１４）、該第２鏡（１８）、及び該レーザー利得が、出力パルス（２４）が 発生され、該パルスは、該ポンプ源（２２）パワーの約１０，０００倍よりも大 きなピークパワーを有する如く選択されることを特徴とする受動的Ｑスイッチレ ーザー。 ４．該第２鏡（１８）が、反射率Ｒを有する出力カプラーであり、ここで、 Ｒ＝ｅｘｐ（γ_par，_rt−κγ_sat，_rt） であり、κは、０．０〜１．５の範囲にあり、γ_sat，_rt、は、往復空洞内可飽 和損失定数であり、そしてγ_par，_rtは、往復空洞内不飽和寄生損失定数である 先行する請求の範囲のいずれか一つに記載のレーザー。 ５．該利得媒体（１２）と該可飽和吸収器（１４）が、共通ホストにおけるド ーパントから成る２つの分離材料であり、この場合、該利得媒体（１２）と該可 飽和吸収器（１４）が、拡散結合によって接合される先行する請求の範囲のいず れか一つに記載のレーザー。 ６．該利得媒体（１２）と該可飽和吸収器（１４）が、同一結晶である先行す る請求の範囲のいずれか一つに記載のレーザー。 ７．該利得媒体（１２）が、該可飽和吸収器（１４）上にエピタキシャル成長 され、又は該可飽和吸収器（１４）が、該利得媒体（１２）上にエピタキシャル 成長される先行する請求の範囲のいずれか一つに記載のレーザー。 ８．該ポンプ源（２２）が、ポンプ光エネルギーを伝達するための光 ファイバーを具備し、該光ファイバーが、該光エネルギーにより該利得媒体（１ ２）をポンピングするために該第１鏡（１６）へ光結合される先行する請求の範 囲のいずれか一つに記載のレーザー。 ９．該レーザーによって発せられた該パルス（２４）の周波数変換のために、 該第２鏡（１８）に近接して配設された非線形光結晶をさらに具備する先行する 請求の範囲のいずれか一つに記載のレーザー。 １０．該共振空洞が、２ｍｍ長よりも小さい先行する請求の範囲のいずれか一 つに記載のレーザー。 １１．該可飽和吸収器（１４）が、該出力パルス（２４）波長において高透光 性で、かつ該ポンプ源（２２）によって発せられた光に高反射性の界面（２０） において該利得媒体（１２）に隣接して配設される先行する請求の範囲のいずれ か一つに記載のレーザー。 １２．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に共振空洞を形成する段階と 、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に利得媒体（１２）を配設する 段階と、 ｃ）該利得媒体（１２）をポンプ源（２２）で付勢する段階と、 ｄ）該共振空洞内に可飽和吸収器（１４）を配設する段階とを具備し、該可飽和 吸収器（１４）、該第２鏡、及び該レーザー利得が、出力パルス（２４）が発生 され、該パルスは、約１ナノ秒よりも小さな持続時間を有する如く選択されるこ とを特徴とする受動的Ｑスイッチレーザーで光パルスを発生する方法。 １３．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に共振空洞を形成する段階と 、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に利得媒体（１２）を配設する 段階と、 ｃ）該利得媒体（１２）をポンプ源（２２）で付勢する段階と、 ｄ）該共振空洞内に可飽和吸収器（１４）を配設する段階とを具備し、該可飽和 吸収器（１４）、該第２鏡、及び該レーザー利得が、出力パルス（２４）が発生 され、該パルスは、約１０キロワットよりも大きなピークパワーを有する如く選 択されることを特徴とする受動的Ｑスイッチレーザーで光パルスを発生する方法 。 １４．ａ）第１鏡（１６）と第２鏡（１８）の間に共振空洞を形成する段階と 、 ｂ）レーザー利得を生成するために該共振空洞内に利得媒体（１２）を配設する 段階と、 ｃ）該利得媒体（１２）をポンプ源（２２）で付勢する段階と、 ｄ）該共振空洞内に可飽和吸収器（１４）を配設する段階とを具備し、該可飽和 吸収器（１４）、該第２鏡、及び該レーザー利得が、出力パルス（２４）が発生 され、該パルスは、該ポンプ（２２）パワーの約１０，０００倍よりも大きなピ ークパワーを有する如く選択されることを特徴とする受動的Ｑスイッチレーザー で光パルスを発生する方法。 １５．該第２鏡（１８）が、反射率Ｒを有する出力カプラーであり、ここで、 Ｒ＝ｅｘｐ（γ_par，_rt−κγ_sat，_rt） であり、κは、０．０〜１．５の範囲にあり、γ_sat，_rt、は、往復空洞内可飽 和損失定数であり、そしてγ_par，_rt、は、往復空洞内不飽和寄生損失定数であ る請求の範囲１２〜１４のいずれか一つに記載の方法。 １６．該利得媒体（１２）と該可飽和吸収器（１４）を拡散結合する段階を具 備し、この場合、該利得媒体（１２）と該可飽和吸収半（１４）が、共通ホスト におけるドーパントから成る２つの分離材料である請求の範囲１２〜１５のいず れか一つに記載の方法。 １７．該利得媒体（１２）と該可飽和吸収器（１４）が、同一結晶である請求 の範囲１２〜１６のいずれか一つに記載の方法。 １８．該利得媒体（１２）を該可飽和吸収器（１４）上にエピタキシャル成長 するか、又は該可飽和吸収器（１４）を該利得媒体（１２）上にエピタキシャル 成長する段階をさらに具備する請求の範囲１２〜１７のいずれか一つに記載の方 法。 １９．該ポンプ源（２２）が、ポンプ源エネルギーを伝達するための光ファイ バーを具備し、該光ファイバーが、該光エネルギーにより該利得媒体（１２）を ポンピングするために該第１鏡（１６）へ光結合される請求の範囲１２〜１８の いずれか一つに記載の方法。 ２０．該レーザーによって発せられた該パルス（２４）の周波数変換のために 、該第２鏡（１８）に近接して非線形光結晶を配設する段階をさらに具備する請 求の範囲１２〜１９のいずれか一つに記載の方法。 ２１．該出力パルス（２４）波長において高透光性で、かつ該ポンプ源（２２ ）によって発せられた光に高反射性の界面（２０）において該利得媒体（１２） に隣接して該可飽和吸収器（１４）を配設する段階をさらに具備する請求の範囲 １２〜２０のいずれか一つに記載の方法。