JPH09510836A

JPH09510836A - ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザ

Info

Publication number: JPH09510836A
Application number: JP8535081A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムエルジュニアナイアン; ジョンコール
Original assignee: スペクトラ−フィジックスレイザーズインコーポレイテッド
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 1997-10-28
Anticipated expiration: 2016-05-17
Also published as: JP3199120B2; DE19680463T1; GB2305293B; GB9920931D0; GB2305293A; GB9627141D0; US5638388A; WO1996037022A1; EP0771482A1

Abstract

(57)【要約】ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザ共振器が、高い振幅安定度を有する。このことは、２倍型出力ビームパワーのパーセント二乗平均平方根ノイズ（％ＲＭＳ）が低いことを意味している。ダイオードポンピング源が、共振器空洞内に配置されるレーザ結晶にポンピングビームを供給し、共振器空洞内に配置された２倍結晶に入射する多軸モード赤外ビームを生成する。周波数２倍型出力ビームは、３％より低い、ある場合には 0.2％よりも小さいＲＭＳノイズを有する。このレーザは、非常に効率的であって、高出力パワーを提供し、その出力ビームは、空間的に優れた質を有する。

Description

【発明の詳細な説明】ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザ発明の背景発明の属する技術分野本発明は、一般にダイオード励起空洞内(intracavity)周波数２倍型レーザに関し、特に、高い振幅安定度を示す多軸モードレーザである、連続波ダイオード励起空洞内周波数２倍型レーザに関する。従来の技術連続波イオンレーザは、振幅ノイズが小さく、比較的信頼性の高い連続波緑色レーザ光源であり、広い範囲のワットレベルで出力パワーを提供する。これらの装置は、僅か１％の効率で、電気パワーを光パワーに変換する。広い範囲のワットレベルで高い振幅安定度を有する、効率のよい、低コストのダイオード励起連続波固体緑色、青色、赤色、近赤外またはＵＶレーザ源を開発することは、多くの応用に対して有益である。空洞内周波数２倍型固体レーザに関する基本的な難題は、Baerによる初期の研究において発見され、また数多くのモデル化が行われた。例えば、T.Baerによる J.Opt.Soc.Am.B．のVol.3,No.9の1175〜1180ページ(1986)、及び米国特許第4,65 6,635号、第4,701,929号を参照されたい。KTP のような周波数２倍型結晶が、別の振幅安定多軸モードのダイオード励起Nd:YAGレーザに組み込まれるとき、大きな振幅の変動が緑色出力ビーム及び空洞内赤外レーザビームに観測されることが、報告され、公開された。また、適当なエタロンを、単一軸モードの発振を強制的に行うレーザ空洞共振器内に配置するとき、緑色出力ビーム上の大きい振幅ノイズが消失することが報告された。２〜４のモードが発振している多軸モードのケースにおいて、緑色出力パワーが、100％変調深さまで変動するのが示された。Baerによる実験研究および理論的モデルは、この多軸モードレーザに周波数２倍型結晶を挿入することが、和周波発生を経て、赤外軸モード損失の非線形結合を生じることを示した。１軸モードの高いピークパワーは、別の軸モードに対する高い非線形損失を誘導し、予期できない、望ましくないパルス効果を生じさせた。 Baerにより示された効果の例として、２つの赤外軸モードを有するレーザが、３つの緑色周波数を生成し、そのうちの２つは２倍型モードであって、残りは和周波数モードであった。和周波数プロセスは、２つの赤外軸モードを、それらが順次的にオンとオフを切り換えられるように結合する。このモード結合の典型的な周期は、非線形変換の振幅の関数であることが見出された。弱い変換に対しては、周期は短く、モードの変調は最小限にされた。強い変換に対しては、モード結合周期は長く、モードが、半周期で互いに位相を完全に異にして、高いピークパワーのパルスにおいてオンとオフを切り換えた。このようなレーザのノイズスペクトルは、緑または赤外のいずれかに関して、10から何百KHz の範囲で通常は実際のピークを示し、かなりの振幅変動に相当した。このタイプの振幅変調を伴う源は、一般に、低い振幅ノイズ、つまりは高い振幅安定度を有するものとして有用ではない。例えば、網膜光凝固法のような眼科学における用途に関して、振幅安定度は、治療効果の正確な制御に対する典型的な露出期間のタイムスケールにおいて要求される。別の例として、色素すなわち Ti:Al₂O₃レーザのような第２レーザに対して、緑色レーザをポンプとして使用する。ある周波数での深い振幅変調が、第２レーザの出力に望ましくない振幅変調を生じさせる。ダイオード励起固体レーザの空洞内周波数２倍型出力を安定させる多くの方法が、これまでに開示され、証明されてきた。最も共通の材料は、レーザ媒質としてNd:YAGであり、非線形の２倍型媒質としてKTP である。このために、最も共通した位相整合は、タイプIIである。このようなシステムから周波数２倍型出力を安定にするために用いられた技術の１つが、空洞内の四分の一波長板を挿入することを含む（M.Oka とS.Kubota,Opt.Lett.13,805(1988)参照）。Oka の四分の一波長技術が、和周波発生によっては結合されてない２つの直交する偏光赤外固有モードを結果として生じる。Oka の構成は、一定の状況下で振幅を安定させるものとして示された。しかしながら、より高い出力パワーに対して、この構成は、エタロンを付加することを必要とする（M.Oka 等,1993 Advanced Solid State L aser Conference，論文AMG1）。このシステムは、一回につき、わずか数時間だけ安定になることができたと報告されている。KTP を温度制御することは、この技術に関して絶対に必要である。空洞内２倍型固体レーザの出力を安定にするために用いられる別の技術が、光キャビティ温度制御を行い（1989年11月28日にAn thon等に発行された米国特許第 4,884,277号参照）、単一周波数動作を強制的に行わせる（1992年11月17日にG.J.Lukas 等に発行された米国特許第 5,164,947号およびW.Weichmann 等による1995年のAdvanced Solid State Laser Conference, 論文TuD4とWD4 参照）。低ノイズの動作を達成する別の方法は、単一周波数の動作に基づいており、J. Nightingale 等が、ダイオード励起されるNd:YAG及びKTP を備えた空洞内２倍型単向性リングレーザを開発した（米国特許第 5,052,815号、 5,136,597号、第5, 170,409 号および1994年のCompact Blue Green Laser Conference，Post-deadli ne論文 PD6）。これらの技術の全てが、周波数２倍型出力が低振幅ノイズを有することを測定される動作の形態を示してきたが、全ての場合において、これらの技術は、温度のような環境の変化に対して弾性があり、低コストで信頼性の高くなるように実行するのが困難である。典型的に利用される技術は、本来的に振幅が不安定なシステムを、システムが安定する狭い範囲のパラメータスペース内に維持しなければならない。単一周波数空洞内２倍型システムは、望ましくない不連続な出力パワーを生じるモードホップを受ける。これを回避するために、単一周波数システムが、このようなモードホップを阻止するように設計されなければならない。また、現在利用可能なシステムを、より高いパワーにスケーリングする電位が、制限されてもよい。能動的な安定化または単一軸モード動作を必要としない、本来的に振幅が安定な空洞内周波数２倍型固体レーザを提供することが非常に好ましい。また、周囲温度の変化のような環境状態にわたり安定なタイプのレーザに対する必要性が存在する。単一周波数システムに関して、出力パワーの不連続性を示さない空洞内周波数２倍型レーザが必要である。また、より高いパワーに対してスケーリングできる振幅の安定な空洞内周波数２倍型レーザも必要である。同様の周波数３倍型システムもまた有用である。発明の概要本発明の目的は、振幅の高い安定度を有する、連続波（ＣＷ）ダイオード励起多軸モードの空洞内周波数２倍型固体レーザを提供することである。本発明の別の目的は、広い範囲の動作パラメータにわたり、およそ0.5 ％よりも小さいパーセント２乗平均ノイズ（％ＲＭＳ）を有するＣＷダイオード励起多軸モードの空洞内周波数２倍型レーザを提供することである。本発明の更なる別の目的は、Nd:YVO₄とLBO の組み合わせ、Nd:YVO₄と別の非線形結晶の組み合わせ、又はLBO と別の利得媒質の組み合わせを利用する、広い範囲の動作パラメータにわたり、およそ0.5 ％よりも小さいパーセント２乗平均ノイズ（％ＲＭＳ）を有するＣＷダイオード励起多軸モードの空洞内周波数２倍型レーザを提供することである。本発明の更なる別の目的は、１ワット又はそれ以上の２倍にされた出力パワーを生成する、Nd:YVO₄を有するＣＷダイオード励起空洞内周波数２倍型固体レーザを提供することである。また、本発明の別の目的は、ダイオードバーを利用するダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザを提供することである。本発明の別の目的は、ファイバ結合されたダイオードポンピング源を利用する、ダイオード励起多軸モードの空洞内周波数２倍型レーザを提供することである。本発明の更なる目的は、強い熱集束特性を有するレーザ結晶を利用する、ダイオード励起多軸モードの空洞内周波数２倍型レーザを提供することである。また、本発明の目的は、レーザ結晶のTEM₀₀モードサイズよりも大きいレーザ結晶のポンピングビームスポットを利用する、ダイオード励起多軸モードの空洞内周波数２倍型レーザを提供することである。更に、本発明の目的は、青色または紫外出力を生成する、高い振幅安定度を有するＣＷダイオード励起多軸モードの空洞内周波数２倍型レーザおよび空洞内周波数３倍型レーザを提供することである。また、本発明の目的は、ＣＷダイオード励起多軸モードの空洞内非線形変換レーザを提供することであり、非線形変換機構が、空洞内調波発生、光パラメトリック発振、光パラメトリック発生及び／又は周波数混光を含む。本発明の以上の及びその他の目的は、高い振幅安定度を有するＣＷダイオード励起多軸モードの空洞内周波数２倍型レーザにおいて達成される。このレーザは、共振器空洞を形成する少なくとも２つの共振器ミラーを含む。レーザ結晶および２倍型結晶が、共振器空洞内に配置される。ダイオードポンピング源が、レーザ結晶にポンピングビームを供給し、複数の軸モードを有するレーザ結晶ビームを生成する。軸モードは、２倍型結晶に入射し、％ＲＭＳノイズが１％よりも小さい周波数２倍型出力ビームを生成する。本発明の周波数２倍型レーザは、Nd:YVO₄レーザ結晶、及びLBO ２倍型結晶を有することができる。このレーザの出力パワーは、１ワットを超えることができる。本発明の周波数変換レーザは、(i) 共振器空洞内に配置される２倍型結晶、(i i)共振器空洞内に配置される３倍型結晶、(iii) 共振器空洞内に配置される非線形変換装置、(iv) 0.5％より小さい％ＲＭＳノイズ、(v)0.2％より小さい％ＲＭＳノイズ、(vi) 0.1％より小さい％ＲＭＳノイズ、(vii) １つのダイオードバー又は複数のダイオードバーであるポンピング源、及び／又は(viii)ファイバ結合されたダイオードポンピング源を有することができる。また、本発明の周波数２倍型レーザは、第２レーザ用のポンピング源であってよく、また眼科の用途に対して用いられることができる。多軸モードの装置は、限定するわけではないが、空洞内調和発生、光パラメトリック発生及び／又は周波数混光を含んだ、空洞内非線形変換の別の形態で用いられることができる。本発明に関して、およそ10から 200、好ましくは 100の多くの軸モードが、発振する。この構成においては、各軸モードの相対的なパワーが、２〜４の軸モードの場合よりも小さい。そのため、軸モードの非線形結合の相対的な振幅は、小さくされる。しかしながら、モードの数が増えるために、和周波発生を経て１つのモードを別のモードに結合する統計的な蓋然性が高くなる。本発明に関しては、Baerの初期の研究で観測されたように、特徴的なスパイク作用が、発振している多くの軸モードのいずれにおいても見られない。このことは、本発明を利用すると、１つの軸モードも高いピークパワーに達することができず、他の軸モードに対して高い非線形損失を誘導しないことを示す。従って、本発明は、多軸モードの発振を行い、かなり振幅の安定した出力ビームを生じさせる。それぞれの軸モードが、高い振幅安定度を示さないが、多くの２倍にされた及び足された軸モードを重ね合わせた合成出力ビームは、非常に高い振幅の安定度を示す。前述のように、ＲＭＳノイズを、 0.5％よりも小さくすることができ、 0.1％程度にさえできる。ある場合においては、本発明のＲＭＳノイズは、同じ出力パワーレベルで、標準アルゴンイオンレーザに対して測定された値よりも小さくされることができる。１つの実施例において、ファイバ束結合されたダイオードバーが、結晶あたり９ＷまでNd:YLF結晶を縦励起するために用いられる。ダイオードバーの速軸発散度は、Baerに発行された米国特許第 4,785,459号の円柱マイクロレンズにより低減され、バーの各発光アレイが、多モード光ファイバに結合される。非常に明るいポンピング源が、1992年６月30日にBaer等に発行された米国特許第 5,127,068 号に開示される。出力パワーが、空洞内周波数を２倍することによりレーザ共振器から引き出される。非線形結晶は、リチウムトリボレート(triborate)またはL BO であってよく、タイプＩの非制限的位相整合（ＮＣＰＭ）が用いられる。出力パワーは、単一の20Ｗ、ＣＷの797 nmダイオードレーザバーからの16Ｗの入射ダイオードポンピング光に関して、通常はおよそ２Ｗまたはそれ以上である。これは、およそ12.5％の光効率(P_out /P_incident)に相当する。85％のファイバ束伝達効率と、40％のダイオード電気パワー−光効率を含んで、Nd:YLFを利用する空洞内周波数２倍型レーザの電気ダイオードパワー−光効率は、およそ4.25％である。この値は、緑色イオンレーザ源に典型的な僅か１％と比較すると大きい。別の実施例においては、パワースケーリングが、１つのNd:YVO₄レーザ結晶または複数のNd:YVO₄レーザ結晶をポンピングするために用いる２つのファイバ束結合型ダイオードバーを使用することによって達成される。さらに、１Ｗより大きい２倍型出力と、ほとんど回折限界の出力をもつ空洞内２倍型Nd:YVO₄レーザが生成される。高パワーのNd:YVO₄具体例においては、レーザ結晶中のポンピングビームサイズが、レーザ結晶のTEM₀₀モードのサイズよりも僅かに大きいときに、典型的には最適な性能が実現される。このことは、ポンピングビームサイズがTEM₀₀モードのサイズよりも典型的にはいくらか小さい、というダイオード励起固体レーザの基本的なモード整合の教示とは逆である。モードサイズは、ポンピングビームサイズのほぼ0.8 倍となることができる。この比は、Nd:YVO₄のサーマルレンズにおける強い収差のために最適である。高パワーNd:YVO₄の具体例においては、およその26Ｗ全ポンピングパワーが、結晶の各端部に13Ｗで入射してレーザ結晶を励起するために用いられる。多重レーザ結晶が用いられてよい。LBO 結晶は、レーザ結晶により放出される空洞内赤外ビームの周波数を２倍にするために用いられる。出力パワーは、TEM₀₀モードの緑色の６Ｗであり、これは、およそ23％の光間効率(P_out/P_incident)に相当する。85％のファイバ束伝達効率と、40％のダイオード電気パワー−光パワー効率を伴って、空洞内周波数２倍型レーザの電気ダイオードパワー−光出力パワー効率は、およそ16％までである。TEM₀₀モードが要求されず、またはノイズを非常に小さくすることが必要とされない場合には、８Ｗまでの532nm 出力が、まだ高い効率を示して、同一の26Ｗのポンピングパワーに対して得られる。アパーチャが、典型的にはTEM₀₀動作に対して必要である。ノイズを低く最適化すると、すなわち振幅安定度を高くするとき、ＲＭＳノイズが、６Ｗ周波数２倍型出力に対して 0.5％よりも小さくされる。通常、出力ビームは、この場合は実質的にTEM₀ ₀ である。振動または水冷却に関連して音響ノイズを取り除くように注意をする場合、およそ 0.2％またはそれ以下のＲＭＳノイズを達成することができる。振幅の非常に安定したこれらのレーザの出力は、温度のような環境パラメータの影響を比較的受けない。本発明のこれらの具体例においては、タイプＩの非制限的位相整合（ＮＣＰＭ）が利用され、当業者であれば認識するように、大きい受光角をもたらし、ウォークオフを最小にするために、緑色すなわち２倍型出力ビームが実質的に円形になる。「複光路構造」を利用するとき、このことは非常に役立つ。KTP のようなウォークオフがゼロでない非線形結晶が用いられる場合、複光路構造が、第１光路において生成される第１ビームと第２光路において生成される第２ビームの２つの２倍型ビームの間に不完全なオーバーラップを生じさせる。非線形結晶リチウムトリボレートLB0 が用いられる。 155℃が1064nmから 532nm調波の変換の代表値である、 145から 175℃の近傍に結晶温度を最適にすることによって、位相整合および２倍効率が、最適化される。ある具体例においては、緑色ビームおよび赤外ビームが、ほぼ回折限界にされ、ＲＦノイズスペクトルが、およそ 140MHz の一次c/2Lピーク以外のヘテロダインピークを示さない。このことは、レーザが、最低次空間モードで発振することを示している。ノイズが３％ＲＭＳより低ければ有用ではあるが、10Hzから10MHz のＲＭＳノイズは、 0.5％より小さく、更には 0.1％以下にすることができる。Nd:YVO₄の具体例においては、通常アパーチャが、振幅安定度の高いTEM₀₀動作を保証するために利用される。非線形結晶KTP が、本発明の多軸モード技術に関連して、空洞内周波数を２倍にするために用いられることができる。Nightingale 等およびWiechmann 等により確認されたように、位相整合および適切な偏光回転を保証することに注意が払われる。これらの技術と本発明の多軸モードを２倍にすることとを組み合わせることが、頑丈で低ノイズの２倍型出力ビームを実現する。１つの具体例においては、２つのファイバ結合されたダイオードバーから26ＷのダイオードポンピングパワーでポンピングされるNd:YVO₄と、LBO で使用される構成と同様の共振器構成を用いて、 532nmでおよそ５ＷのTEM₀₀出力が、およそ 0.5％のＲＭＳノイズを伴って生成される。KTP 結晶の向き、角度および温度が、空洞の１回の往復運動で固有モードの偏光を保護するタイプIIの空洞内相互干渉に対して最適化されなければならない。図面の簡単な説明図１は、高い振幅安定度を有する、多ポート、ダイオード励起多軸モード空洞内２倍型レーザ共振器の線図である。図２は、図１に示されたレーザ共振器の入射光入力パワーの関数として、周波数２倍型出力パワーを示したグラフである。図３は、高い振幅安定度を有する、単一ポート、ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザの線図である。図４は、生成された周波数２倍光の一部を損失した、高い振幅安定度を有する、単一ポート、ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザの線図である。図５は、Nd:YVO₄およびLBO を利用する２ポート、ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザの線図である。図６は、図５のレーザよりもミラーおよび光学素子を少なくした、Nd:YVO₄およびLBO を利用する２ポート、ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザの線図である。図７は、更に、周波数を３倍にする結晶を含んだ、Nd:YVO₄およびLBO を利用する２ポート、ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザの線図である。図８は、Ti:Al₂O₃等の別のレーザ用のポンピング源として使用される、ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザの線図である。図９は、レーザ源として用いられるダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザを組み込んだ、網膜光凝固システムの線図である。詳細な説明本発明を以下に説明するために、以下の定義を用いる。「高パワー」周波数２倍型出力は、１ワット以上の出力パワー(P_out)として用いる。「高い光効率」は、５％より大きい光間効率(P_out/P_{incident,diode})として用いる。(P_{incident,diode})は、レーザ結晶上に入射するレーザダイオードからの光ポンピングパワーである。ファイバ結合されたダイオードポンピング源である場合には、(P_{incident,diode})の値は、ファイバから放出されるパワーである。ダイオード励起空洞内周波数２倍型レーザに対する「高い電気−光効率」は、１％を超える効率(P_out/P_{electrical,diode})として用いられる。(P_electrical,d _iode )の値は、動作電流と、レーザダイオードにわたる電圧降下の積の形態の、ダイオードに与えられた電気パワーの値である。20Ｗダイオードバーに関する(P_{electrical,diode} )の値は、典型的にはダイオードバーの光出力パワーの値の 2. 5倍であり、これらのバーは、典型的には40％の効率である。高い電気効率のこの評価に対して、ダイオードを冷却するのに必要なパワー量は含まれておらず、ある場合においては、このパワーを評価することが必要なこともある。「多軸」モード空洞内周波数２倍型レーザは、およそ３又はそれ以上の軸モードが、レーザ共振器の基本赤外波長で発振しているレーザとして用いる。その数は、およそ100〜200になることもある。「非常に振幅の安定した」空洞内周波数２倍型レーザ、すなわち「高い振幅安定度」を有するレーザは、出力ビームが、３％より小さい10Hzから10MHz のパーセント２乗平均平方根（％ＲＭＳ）ノイズを示すレーザとして用いる。好適な具体例においては、このノイズレベルは、0.2 ％程度に小さくされ、高い振幅安定度が、低い振幅ノイズに同等とみなされる。本発明のダイオード励起多軸モード空洞内２倍型レーザが、少なくとも１つのレーザ結晶および少なくとも１つの２倍結晶を共振器空洞内に備える。このレーザは、非常に振幅の安定したものであり、周波数２倍型出力ビームは、高パワーである。ダイオードポンピング源が、ポンピングビームをレーザ結晶に供給し、複数の軸モードの周波数２倍型出力ビームを生成する２倍結晶に入射する空洞内赤外レーザ結晶ビームを、複数の光周波数で入射する。この出力ビームは、非常に振幅の安定したものであって、すなわち、％ＲＭＳノイズが１％よりも小さく、好ましくは 0.5％よりも小さく、また更に好ましくは 0.2％よりも小さく、最良には 0.1％よりも小さい。このレーザは、５％、好ましくは12％よりも大きい光効率を有し、好適なNd:YVO₄の具体例ではおよそ23％の高い光効率を有する。このレーザは、１％、好ましくは４％よりも大きい電気−光効率を有し、好適な Nd:YVO₄の具体例ではおよそ８％の高い電気−光効率を有する。このシステムは、典型的には良質のビームをもたらすように構成され、出力パワーの実質的な部分は、ほぼ回折限界であって、実質的にTEM₀₀であることを意味する。図１においては、1053nmのバウンド定在波共振器１０が例示されている。共振器１０は、マルチポートであって、各々が独自の光軸を有する４つのアームでダイオードポンピングされる。第１アームは、高レフレクタ１２、及び高レフレクタ１４により形成され、レフレクタ１２は、1053nmで大きく反射し、 797nmのポンピング波長で高い透過性を示し、レフレクタ１４は、1053nmで大きく反射し、 797nmで高い透過性を示す。レフレクタ１２と１４の距離は、Ｌ１である。共振器１０の第２アームは、高レフレクタ１６と出力カプラ１８により形成され、レフレクタ１６は、1053nmで大きく反射し、 527nmで大きく反射し、出力カプラ１８は、1053nmで大きく反射し、 527nmで大きな透過性を示す。この長さは、Ｌ２である。長さＬ３を有する第３アームは、高レフレクタ１４と高レフレクタ２０により形成され、レフレクタ２０は、1053nmで大きく反射する。高いレフレクタ２０は、本質的にひだ(fold)ミラーである。長さＬ４を有する第４アームは、高いレフレクタ２０と出力カプラ１８により形成される。オポション的なブルースタープレート３４が、このアーム内に配置されることができる。この具体例における光学素子は、1053nm、 797nmおよび 527nmに対して特別であるが、ポンピング源、レーザ結晶および２倍結晶に依存して、光学素子が別の透過および反射特性を有することも可能であることに気付かれたい。共振器１０の長さはＬであり、それは、４つのアームの全長に等しい。この共振器の光路長は、Ｌに非常に近い。良く知られるように、空洞共振器内の光学濃度の高い材料のみにより、Ｌは、４つのアーム長の合計とは異なる。例えば、任意の波長で、長さＬ_c および屈折率ｎ_c のレーザ結晶は、その波長でｎ_c Ｌ_c の光路長を有し、これは当業者に良く知られている。１つ以上のレーザ結晶２２が、その光軸に沿って第１アームに配置される。適切な結晶は、限定するわけではないが、Nd:YLF、Nd:YAG、Nd:YVO₄、Nd:GVO₄、Nd :YPO₄、Nd:BEL、Nd:YALO 、およびNd:LSBとNd:YVO₄を含む。図３から７に特に例示されるように、好適な結晶材料はNd:YVO₄である。１対のレンズ２４及び２６が、望遠鏡の構成で、レフレクタ１２と１４に隣接して配置される。ファイバ結合されたダイオードポンピング源２８の出力が、レンズ２４および２６により所望のサイズに集束されるポンピングビーム３０を生成する。望遠鏡の配置は、ダイオード源２８からのポンピングビーム３０を集束する。ポンピングビームのサイズは、レンズ２４及び２６で最適にされ、有用なポンピングパワーを増加させながら、結晶２２の入射面が破砕するのを阻止する。レーザ結晶における赤外ビームのTEM₀₀モードの径サイズは、ND:YLFを利用する例においては約１mmで、Nd: YVO₄を利用する例においては約 0.5mmである。いずれの例においても、ポンピングビーム径は、0.6 〜0.7 mmである。このポンピング構造は、当業者に認識されているように、縦ポンピングまたはエンドポンピングである。振幅の安定な多軸モード空洞内２倍型レーザが、ファイバ結合されたダイオードを利用しない横ポンピングシステム又は直接ポンピングシステムに拡張する。ダイオードポンピング源が、単一のダイオード、空間エミッタ、ダイオードバー、複数のダイオード又は速軸発散度の小さい複数のダイオードバーであってよい。適切なダイオード源２８は、カリフォルニア州 City of Industry の OPtoP ower Corporationより販売されているモデルNo.OPC-A020-797-CSである。別の適切なダイオードは、B020として表されている。ダイオードポンピング源２８の好ましい波長は、795 〜815nm の範囲である。特定のレーザ結晶２２のピーク吸収波長は、およそTm:YAG-785nm、Nd:YLF-797nm、Nd:YAGおよびNd:YVO₄-809nm である。809nm の波長が望ましいときには、OptoPower 製品番号の“797”を示すところが、“809”となる。この分野において知られているように、GaAlAsベースのダイオード等の出力波長が、ダイオードの温度を調節することによって同調される。同調比は、およそ0.3nm/℃であることが知られている。図１の具体例において、２つのレーザ結晶２２が、縦ポンピングされ、又はエンドポンピングされる。図５〜７に示すように、１つの結晶のみを含んで、両端部をポンピングすることも可能であり、また、図３および４に示すように、単一結晶２２の片側だけをポンピングすることも可能である。図１に示されるように、単一のダイオードポンピング源２８が用いられる。別のポンピング源が、共振器１０の第１アームの各端部に用いられてもよいし、また、図５〜７の共振器に用いられてもよい。安定な多軸モード空洞内周波数を２倍にする原理が、横励起レーザまたはサイド励起レーザにも拡張する。ダイオードポンピング源２８が、１つ以上の光ファイバ３２に結合される。好ましくは、光ファイバ束３２が用いられる。適切なファイバは、制限するわけではないが、シリカクラッディングを有するシリカコアを備えたものである。１つの具体例において、ファイバ束結合されたダイオードバーが、Nd:YLF結晶を、結晶あたり９Ｗまで縦ポンピングするために用いられる。ダイオードバーの速軸発散度が、Baerに発行された米国特許第 4,785,459号の円柱マイクロレンズにより小さくされ、バーの各発光アレイが、多モード光ファイバに結合される。輝度の高いポンピング源が、1992年6月30日にBaer等に発行された米国特許第 5, 127,068号に開示される。出力パワーが、空洞内周波数を２倍にすることによって、レーザ共振器から取り出される。非線形結晶が、リチウムトリボレートまたはLBO であってよく、タイプＩの非制限位相整合（ＮＣＰＭ）が用いられる。出力パワーは、20Ｗの単一ＣＷ797nm ダイオードレーザバーによる16Ｗの入射ダイオードポンピング光に関して、通常はおよそ２Ｗ又はそれ以上である。これは、およそ12.5％の光効率(P_out/P_incident)に相当する。85％のファイバ束伝達効率と、40％のダイオード電気パワー−光効率とを有して、空洞内周波数２倍型レーザの電気ダイオードパワー−光効率が、およそ4.25％となる。これは、イオンレーザ源に対して一般的である僅か１％の値と比較すると、大きい数値である。ブルースタープレート３４又は別の偏光装置がオプション的に共振器１０内に備えられ、特定の偏光の動作を保証するために用いられる。このことは、Nd:YAG が利得媒質として用いられるときに、特に有用である。ブルースタープレート３４は、第３または第４アームのいずれかの光軸に沿って配置されることができる。２倍結晶３６は、第２アームに配置される。１つの具体例においては、２倍結晶はLBO である。別の適切な２倍結晶が、KTP 、KDP 、BBO 、LBO 、LiNbO₃、及びKNbO₃ を含む。LBO が用いられるとき、加熱素子３８が含まれる。適切な加熱素子３８は、Melcor，Trenton，NJ08648より販売されるような抵抗加熱器または熱電装置である。 LBO ２倍結晶３６は、タイプＩの非制限位相整合（ＮＣＰＭ）構造において用いられ、波長を 1.053〜1.064 μｍから 527〜532nm に、すなわち周波数を２倍にするとき、位相整合が、通常は約 145〜175 ℃の温度で制御される。代表的な温度は155 ℃である。LBO ２倍結晶３６における非制限位相整合（ＮＣＰＭ）の高い受光角は、共振器１０が、良質のビームと、ほぼTEM₀₀動作を生成するように調整されることを可能にする。位相整合の別のタイプは、密に集束するビーム質を維持できず、多空間モード作用、または楕円２倍型ビームを生じさせる。本発明のこれらの具体例においては、タイプＩの非制限位相整合（ＮＣＰＭ）が利用され、当業者に認識されるように、受光角が大きくなり、ウォークオフが最小にされるため、緑色すなわち２倍型出力ビームが、実質的に丸くなる。このことは、「複光路構造」を利用するとき、非常に役立つ。KTPのようなウォークオフがゼロでない非線形結晶が用いられる場合、複光路構造は、１つが第１光路で生成され、もう１つが第２光路で生成される２つの２倍型ビームの間で不完全にオーバーラップすることになる。非線形結晶リチウムトリボレートLBO が用いられる。位相整合および２倍効率は、145 〜175 ℃の近傍に結晶温度を制御することによって最適にされ、155 ℃が、1064nmから532nm 調波に変換するのに代表的である。 Nd:YLFがレーザ結晶２２として用いられ、結晶２２内にポンピングビーム３０のサイズが最適化されるとき、実質的にTEM₀₀の出力ビームが、空洞内アパーチャのない場合であっても生成される。しかしながら、別の利得媒質が用いられるとき、TEM₀₀動作が望ましいならば、アパーチャが用いられなければならない場合もある。別の具体例においては、パワースケーリングが、Nd:YVO₄レーザ結晶をポンピングするのに使用するファイバ束結合されたダイオードバーを２つ使用することによって実現される。さらに、１Ｗより大きい出力と、ほぼ回折限界の出力を有する空洞内２倍型Nd:YVO₄レーザが生成される。高パワーNd:YVO₄の具体例においては、レーザ結晶のポンピングビームサイズがレーザ結晶のTEM₀₀モードのサイズよりも僅かに大きいときには、通常は最適な性能が実現される。ポンピングビームサイズが、通常はTEM₀₀モードのサイズよりもいくらか小さい、という従来のダイオード励起固体レーザのモード整合の教示に対して、このことは逆である。モードサイズは、ポンピングビームサイズの0.8 倍程の大きさである。この構成は、エンド励起レーザ結晶の強い熱収差のために最適である。制限するわけではないが、Nd:YAGを含む、強い熱集束特性を有する別の材料に対しても、このことは当てはまる。出力パワーは、通常はおよそTEM₀₀モードの緑色の６Ｗであり、およそ23％の光効率(P_out/P_incident)に相当する。85％のファイバ束伝達効率と、40％のダイオード電気パワー−光効率を有して、空洞内周波数２倍型レーザの電気ダイオードパワー−光効率が、およそ８％となる。TEM₀₀が望ましくない場合、又は、ノイズを非常に小さくすることが必要とされない場合には、532nm の８Ｗまでの出力が、同じ26Ｗのポンピングパワーに関して得られることができ、より高い効率を示す。低ノイズ、すなわち高い振幅安定度に関して最適にされるとき、ＲＭＳノイズは、６Ｗの周波数２倍型出力に関する0.5 ％よりも小さくされる。通常この具体例においては、出力ビームは、実質的にTEM₀₀である。振動または水冷却に関して音響ノイズを低減することに注意が払われる場合、およそ0.2 ％またはそれよりも小さいＲＭＳノイズが実現される。これらのレーザの振幅安定度の高い出力は、温度のような環境パラメータの影響を比較的受けない。ある具体例においては、緑色ビーム及び赤外ビームが、ほぼ回折限界にされ、ＲＦノイズスペクトルが、約140MHzの一次c/2Lピーク以外のヘテロダインピークを示さない。このことは、レーザが最低次の空間モードで発振することを示している。３％ＲＭＳより低いノイズが有用であるにも関わらず、10Hzから10MHz のＲＭＳノイズが、0.5 ％、更には0.1 ％またはそれより小さくされることができる。アパーチャは、通常は、Nd:YVO₄の具体例において高い振幅安定度を有するT EM₀₀動作を保証するために用いられる。高い振幅安定度が維持され、LBO 結晶を垂直のいずれかの側に傾け、LBO ２倍結晶３６及び／又は高レフレクタ１６のＺ位置を翻訳して、また最適温度の＋／ −３℃にLBO を温度同調する。これらの調節は、共振器１０の有用な出力パワーを僅かに犠牲にする。好適な実施例において、LBO 結晶３６の両端部が切断されて、磨かれて、互いに非並行にされ、LBO 結晶３６を通る赤外空洞内ビーム伝搬方向に非垂直にされる。エンドミラー１６に達するLBO 結晶３６表面からの不要の反射が、２倍型出力ビームの振幅安定度を劣化させる。これらの不要のビームは、エンドミラーに達し、空洞の主ビームに戻って一緒になり、望ましくない性能の劣化を生じさせる。これらの不要なビームが、空洞内の主ビームと一緒になることを阻止することが重要である。この機能を行うために、結晶３６とエンドミラー１６の間にアパーチャを利用することができる。ポンピングビーム３０は、レーザ結晶２２を通り、空洞内赤外レーザ結晶ビームが生成される。レーザ結晶ビームは、LBO 結晶３６の面に入射する。図１のレーザにおいて、LBO 結晶３６内に非常に高い強度の赤外ビームを生成するために、およそ50μｍ径の小さいウェスト(waist)が、LBO ２倍結晶３６の内部に生成されるのが好ましい。赤外の緑への変換が、赤外線強度とともに非線形（直角に）増加するために、高い強度が必要とされる。LBO 結晶３６は、空洞内２倍型レーザには通例であるように、反射防止膜を、赤外と２倍された波長の部分に付けられる。これらの膜をつけた結晶は、中国のFujian-Castechにより販売されている。LBO 結晶３６上の膜は、1.064 μｍで、１％よりも小さい、好適には0.1 ％よりも小さい、非常に低い反射率を提供しなければならない。またこの膜は、532n m で、１％よりも小さい又はそれよりも優れた比較的低い反射率を提供するべきである。さらに、この膜は、レーザ内の高平均パワー密度を処理しなければならない。赤外レーザ結晶ビームは、出力カプラ１８とLBO ２倍結晶の間にレンズ４０を備え、集束能を有する高レフレクタ１６を用いることによって、非常に小さいウェスト径に集束される。最適なレンズ４０は、赤外および２倍波長のところで反射防止膜を付けられ、30から50mmの焦点長をもつ。高レフレクタ１６は、およそ100 mmの曲率半径Ｒ１を有する。赤外レーザ結晶ビーム（Nd:YLFに関しては、波長が1053nmであり、Nd:YVO₄に関しては、波長が1064nmである）が、共振器１０の第４アームで２つの方向に進む。このビームは、出力カプラ１８からレンズ４０及びLBO ２倍結晶３６を通って高レフレクタ１６に進み、高レフレクタ１６から反射されて２倍結晶に戻る。 LBO 結晶３６を二重に通る結果、527-532nm の出力ビームが生成される。出力カプラ１８が、527-532nm で高い透過性を示すために、527-532nm の出力ビーム４２が共振器１０により生成される。第４アームにおいて、527-532nm 光が、LBO ２倍結晶３６に関して、左手方向と右手方向の２方向に生成される。527-532nm 光が両方の方向で生成されるために、出力カプラ１８と高レフレクタ１６の間の第４アームにおけるLBO ２倍結晶３６の配置が、複光路構造を生成し、出力ビーム４２が、これらのビームの和となる。1.053-1.064 μｍビームと、527-532nm ビームの相対的な位相は重要であり、２つのビームは、結晶３６とミラー１６の間の空中の２倍の光路だけ、互いに位相シフトされる。ミラー１６上の膜は、更なる位相シフトを加える。この効果は、該分野において知られており、例えばKo echnerによるSolid State Laser Engineering，Vol.3，534 頁を参照されたい。1.053 μｍ(1.064)ビームと527-532nm ビームが、２倍結晶３６を通る第２行程に対して同位相となるように、正味の位相シフトは、この往復行程の後、理想的には２πの倍数となる。完全に２πの倍数でない場合には、２倍結晶３６の温度を調節することによって、補償することができる。このことは、1.053 μ ｍビームと527nm ビームの間の全体の位相整合を効果的に最適にする。この技術は、同様に別の波長の対に対しても拡張できることが明らかである（すなわち、 1.064 μｍを 532nmに、1.34μｍを 670nmに、 1.047μｍを 523nmに等である）。図１の共振器１０を用いる１つの具体例においては、ファイバ束結合されたダイオードバーが、ダイオード源２８用に用いられ、Nd:YLF結晶当たり８Ｗまで、 Nd:YLFレーザ結晶を縦励起（ポンピング）する。有用な出力パワーは、空洞内周波数を２倍にして引き出され、20Ｗの単一ＣＷダイオードレーザバーからの16Ｗの入射ポンピング光に関して、527nm で２Ｗ以上の出力パワーを生じる。出力ビーム４２は、実質的に丸まり、優れた質を有する。２倍効率は、約 140〜 175℃ の好適な温度からLBO ２倍結晶３６温度を変化することによって細かく同調されることができる。527nm の出力ビーム４２と、赤外レーザ結晶ビームの両方が、ほぼ回折限界の状態である。ＲＦスペクトルは、ある状況下において、ほぼ140M Hzのc/2Lピーク以外のヘテロダインピークが実質的に存在しないことを示し、共振器１０が、その最低次の空間モード上で発振していることを示す。Nd:YLFがレーザ結晶２２として用いられるとき、このことは、通常、アパーチャなしで達成されるが、Nd:YVO₄が用いられるときには、通常、標準的なアパーチャがTEM₀₀を保証するために必要とされる場合もある。この具体例においては、共振器１０が、約１ｍの長さＬを有する。Ｌは、共振器全体の光路長である。Ｌは、公称上、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４の和に等しい。さらに、共振器アライメント、LBO ２倍結晶３６の角度、およびLBO ２倍結晶３６の温度が、ＲＦスペクトル中にc/2L周波数の単一ピークを主として生じるように調節されるとき、共振器１０が最低の振幅ノイズを示す。LBO ２倍結晶３６が、この効果のために、空洞モードに関して垂直のインシデンスから僅かに外れることができる。この状態において、％ＲＭＳノイズが、10Hzから10MHz の範囲にわたって標準ＲＭＳメータにより測定した場合に、３％よりも小さく、好ましくは２％よりも小さくされ、また最良には約１％よりも小さくされる。また、この具体例においては、527nm 出力ビームと1053nmレーザ結晶ビームの両方の共振器光スペクトルが、通常少なくとも10の軸モードが一時に発振しており、また100 以上の軸モードが発振していることを示す。空洞内赤外レーザビームの帯域幅は、527nm が生成されている間は、約35GHz であって、100 〜200 の軸モードが発振できることを示し、一定のアライメント構成に関しては、光スペクトルが、LBO ２倍結晶３６がエタロンのように作用していることを示す構造を有している。LBO ２倍結晶３６が取り除かれる場合、赤外軸モードスペクトルが、約10の軸モードを発振し、約30MHz の帯域幅を有して安定となる。c/2Lモードのスペーシングが、１ｍ長の共振器空洞１０に関して約150MHzである。527nm 出力ビーム４２が、約70GHz よりも大きい帯域幅を有する。レーザ結晶２２から、より大きい赤外パワーが生成されると、より大きい周波数の２倍型出力パワーが得られる。ポンピングポートおよびポンピング源、又は Nd:YVO₄のような別のレーザ結晶を付加することが、スケーリングを容易にする。Nd:YAGが、通常は空洞内偏光装置に関連して用いられる。高い振幅安定度を実現するために、多くの赤外軸モードが発振しなければならないことを我々は知っている。Nd:YLFを能動媒質として用いると、このことが、１ｍ長空洞で実現された。従来技術の空洞内周波数を２倍にするダイオード励起共振器の空洞長（すなわち共振器長）は、非常に短く、通常は10cmより小さかった。短い長さは、c/2L 軸モードスペーシングを増加させ、そのために、通常は、レーザ結晶の有用な帯域幅内で発振できる軸モードの数が現象する。帯域幅を広くする別の技術が、Nd :LMAのような広帯域幅材料を利用する。長い共振器長と、多くの軸モードを提供する別の共振器構造が、光ファイバを含んだ共振器構造となる。非常に小さいc/ 2Lスペーシングは、適切な結合光学素子で空洞内に配置される長いファイバで実現可能である。図３に示される共振器４４は、図１の共振器１０よりも単純な構造を有する。共振器４４は、高レフレクタ４４と出力カプラ４６により形成される第１アームを有する。第１アームの光軸に沿って、レーザ結晶２２が配置される。ダイオードポンピング源２８は、ポンピングビーム３０を光ファイバ３２、又はファイバ束に送る。レンズ２４および２６は、ポンピングビーム３０を集束し、それはレーザ結晶２２に入射して、レーザ結晶ビームが生成される。共振器４４の第２アームが、出力カプラ４６と高レフレクタ４８により形成される。共振器４４は、第１および第２アームの全長に等しい長さＬを有する。第２アームの光軸に沿って、２倍結晶３６が配置される。オプションのブルースタープレート３４又は偏光装置が、例えば第１アームにおいて共振器４４内に配置されることができる。ブルースタープレート３４又は別の偏光装置を備えることは、Nd:YAGが利用されるときに、特に望ましい。レーザ結晶ビームは、出力カプラ４６から反射され、２倍結晶３６に入射する。第２アームは、周波数２倍型出力ビーム４２の生成に関する複光路構造を提供する。LBO が２倍結晶３６として用いられる場合、図示していないが、加熱素子が必要となる。さらに、２倍結晶３６と出力カプラ４６の間に、図３においては示していないが、レンズが配置される。レンズを備えることは、使用される２倍結晶３６のタイプ、高共振器４８及び出力カプラ４６の曲率半径および集束能に依存する。図４に示されるように、共振器５２は、ひだアームを有しない。共振器５２は、２倍結晶３６を通る赤外ビームの複光路構造を備えず、周波数２倍型出力ビーム４２の一部を共振器５２内で失う。また、２倍結晶３６を通じて、周波数２倍型出力ビーム４２は、両方向において生成される。しかしながら、共振器５２に関しては、２倍結晶の左に進行する周波数２倍型出力ビーム４２の一部が失われる。図５に示されるように、パワー源が備えられ、ダイオードモジュール２８に結合される。各ダイオードモジュール２８は、OptoPower から商業的に販売される 20ワットのダイオードバーであってよい。ダイオードモジュール２８は、ファイバ束３２に結合される。各ファイバ束３２は、クイックディスコネクトにより共振器に接続される。このクイックディスコネクトはレンズ２４及び２６の近傍にあり、各ファイバ束３２の出力をNd:YVO₄結晶５６に像形成する。この像形成は、ポンピング窓５８及び６０を通じて実現され、これらの窓は、標準的なオプティカルコートでコーティングされ、およそ809nm のポンピング波長に高い透過性を有するが、1.064 μｍの空洞内波長には高い反射性を有する。標準多層絶縁コーティングが用いられ、それは、カリフォルニア州 Mountain Viewの Components and Accessories Group of Spectra-Physics Lasersから商業化されている。ポンピング源２８は、公称上、Nd:YVO₄結晶の縦軸に沿ってポンピングする。この共振器のNd:YVO₄結晶の回りの領域は、“Ｚ”形状の構成をしており、ミラー２８は、共振器の赤外セクションの端に配置される。装置６８は、共振器の最低次の空間モードにおける動作を保証するために利用される。ミラー６２は、106 で高反射性であり、およそ60cmの曲率を有してよい。ミラー５８と６０は平坦であり、５８、６０及び６２により形成されるＺ構成は、出力カプラが取り除かれた赤外モジュール６７または赤外レーザの形態をとることができる。赤外モジュール６７は、より大きいレーザに挿入される。しかしながら、別の赤外モジュール６７が必要でないことに気付かれたい。代わりのミラー５８、６０及び６２が、より大きいレーザに組み込まれてもよい。ビーム路に従って、それはミラー６４に達し、ミラー６４は、曲率を有していても、平坦であってもよい。ミラー６４は、106 で高い反射性を有する。空洞内赤外ビームは、ミラー６８に伝搬する。ミラー６８は、コーティングされており、緑色に高い透過性を示し、1.064 μｍで高い反射性を示す。ビームはそれからレンズ７２を通り、空洞内赤外ビームをLBO 結晶３６に密に集束する。 LBO ３６はヒータ３８に配置され、LBO 結晶内部に高いパワー密度を生成する。 LBO 又は別の２倍結晶は、通常は楔型か、及び／又は傾けられており、その表面から反射されるビームの望ましくないフィードバックを阻止する。このことは、振幅安定に空洞内周波数を２倍にすることに対して好ましい。非常に小さいウェストを有する赤外ビームが、LBO 結晶３６を通過し、ミラー７０に達し、ミラー７０は、532nm と1.064 μｍで高い反射性を有するデュアルレフレクタである。それから赤外ビームは、送られてきた右方向に逆戻りし、レーザ共振器を形成する。それは、LBO 結晶３６を最初に通過したときに生成された緑を反射しかえす。この緑は、レンズ７２、出力カプラ６８を通って空洞共振器の外に送られ、出力ビーム４２となる。出力ビーム４２は、およそ６ワット、５ワット、４ワット、２ワット又は１ワットであってよい。図５は、赤外ビームがLBO 結晶３６を通って左および右を通過する複光路構成を例示し、結果として緑を生成する。ミラー７０は、左に行く緑を反射し、それから右に行く緑を反射して、その両方がビーム４２として共振器４４から出る。図６を参照すると、Nd:YVO₄およびLBO を利用する２ポートのダイオードポンピングされる多軸モード空洞内共振器２倍型レーザが例示される。図６のレーザは、(i)図５の共振器よりも、例えば約0.6 ｍと短くてよく、(ii)より単純である。このレーザは、ミラーが１つ少なく、レンズが１つ少ない。図５のレンズ７２及びミラー６４は、図６では備えられていない。出力ビーム４２は、出力カプラ７４を通る別の方向に向けられる。出力カプラ７４は、かなり大きい曲率を有し、緑に対して大きな透過性を示し、赤外に対して大きな反射性を示す。図５のように、ミラー５８、６０及び６２が、別の赤外モジュール６７に組み込まれることが可能である。位相整合と適切な偏光回転効率の両方を保証することに注意が向けられる場合には、非線形結晶KTP ３６が、本発明に関して有効的に用いられることができる。基本赤外ビームの偏光回転が、KTP の複屈折のために生じ、この分野において知られているように、KTPが多次波プレートとして作用する。これらの効果は、K TPが用いられるときに、効率的で安定な空洞内周波数を２倍にするために制御されなければならず、例えばNightingale 等またはWeichmann 等を参照されたい。このことは、ある向きにKTP 結晶を回転することによって実現され、最適なタイプIIで２倍にし、最大周波数変換に関して角度同調を行い、レーザ空洞共振器の固有モードを、形成された偏光状態に整合する、単一または複光路偏光回転に関してKTP 結晶３６を温度制御する。例えば、固有モードが、レーザ結晶媒質内に形成された偏光状態を有する場合、KTP 結晶および別の空洞内素子の単一または複光路が、レーザ空洞共振器の１往復毎に同じ偏光状態を提供するように構成されるべきである。偏光が利得媒質内で線形（すなわち垂直または水平）である場合、別の偏光状態が、Oka 等が開示するように、利用されることができる。これらの同一の技術が、多軸モードのケースに応用できるが、振幅安定な出力を生成する高い多軸モード２倍技術を使用することは、今まで提供されてこなかった。本発明の具体例においては、２つのファイバ結合されたダイオードバーによる26Ｗのダイオードポンピングパワーで励起されるNd:YVO₄と、図５および６の構成に近似した共振器構成を用いて、およそ0.5 ％ＲＭＳノイズを有するおよそ５ＷのTEM₀₀出力が生成される。図７は、Nd:YVO₄とLBO を用いた２ポートのダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザの線図であって、更に周波数３倍結晶８０を備える。３倍結晶８０は、ヒータ８２上に置かれ、LBO 結晶３６に密接して配置される。ミラー７６は、三色性を示し、1.064 μｍで高い反射性を有し、532nm と355nm で高い透過性を有している。対向するミラー７８は、３波長高レフレクタであって、例えば、1.064 μｍでの高レフレクタであって、532nm および355nm で高い反射性を有する。図７の具体例に関して、出力ビーム４２は、ＵＶビームである。別の構成においては、２又はそれ以上のＵＶビームが生成されることができる。３倍結晶８０は、LBO であってよく、また別の材料でもよいことを理解されたい。結晶８０は、別のタイプの位相整合を実現するために、LBO 結晶３６の角度とは異なる角度で切断される。すなわち、それは、1064nmから532nm に周波数を２倍にする位相整合を行わない。代わりに、それは、355nm のＵＶビームを最適に生成するために、1064nmと532nm の和を位相整合する。LBO 結晶３６と結晶８０は、モードが最低次の状態であるために、非常に近接した関係で配置される。非線形３倍プロセスを向上するために、緑および赤外の両方に高い強度を生成するのが望ましい。図８を参照すると、多軸モード空洞内２倍型レーザが、限定するわけではないがTi:Al₂O₃レーザを含んだ第２レーザに対するポンプとして用いられる。図８に例示されるレーザは、パワー供給部８４、ダイオードポンピング源８８、多軸モード空洞内２倍型レーザ９０、２倍型出力ビーム９２、オプションの光学素子９４、及び所望の出力ビーム９８を生成する第２レーザ９６を含む。図９を参照すると、網膜光凝固器システムが、パワー供給およびシステムコントローラ１００、パワー供給部１０２、ダイオードポンピング源１０４、多軸モード空洞内２倍型レーザ１０６、光学素子１０８、制限するわけではないが光ファイバを含んだビーム送出装置１１０、付加的な光学素子１１２、医者用の拡大鏡／光学システム１１４、スリットランプ１１６、またミラーのような別の光学素子を備える。本発明は、低い振幅ノイズを有するダイオード励起多軸モード空洞内２倍型レーザである。これは、例えば10の、ある場合においては100 の複数の軸モードを発振することによって生成される。ある具体例においては、長い共振器構造が、多軸モードを生成する。共振器長は、 0.3ｍから２ｍの範囲である。別の技術が、多軸モード動作を保証するために用いられることが可能である。例えば、レーザ結晶２２は、可能な限り共振器の１端に近接して配置されることができ、レーザ結晶２２が端部近くに動かされるときに最大となる空間ホールバーニングの効果を利用する。また、高反射コーティングが、レーザ結晶２２上にされる。およそ数百GHz の広帯域幅を有するレーザ結晶２２材料が、多くの軸モードを生成するために用いられる。緑出力ビームについて説明されてきたが、レーザおよび２倍結晶の選択により青、赤、近赤外、また別の波長のビームについても可能である。特に説明した具体例における変更および修正は、特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲を逸脱することなく実行することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１．ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザであって、共振器空洞を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、共振器空洞内に配置されるレーザ結晶と、共振器空洞内に配置される２倍結晶と、レーザ結晶にポンピングビームを供給し、周波数２倍型出力ビームを生成するために、２倍結晶に入射する10以上の軸モードを有するレーザ結晶ビームを生成するダイオードポンピング源と、ダイオードポンピング源にパワーを供給するパワー供給部とを有し、共振器空洞が、発振する10以上の軸モードを提供し、周波数２倍型出力ビームが、１％より小さい％ＲＭＳノイズを有する、空洞内周波数２倍型レーザ。２．前記２倍型出力ビームが、 0.5％より小さい％ＲＭＳノイズを有する請求項１に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。３．前記２倍型出力ビームが、 0.2％より小さい％ＲＭＳノイズを有する請求項１に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。４．前記２倍型出力ビームが、 0.1％より小さい％ＲＭＳノイズを有する請求項１に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。５．前記ダイオードポンピング源が、１つ以上のダイオードバーである請求項１に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。６．前記ダイオードポンピング源が、ファイバ結合される請求項１に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。７．前記レーザ結晶が、縦励起される請求項１に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。８．前記レーザ結晶が、強い熱集束特性を有する請求項１に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。９．前記レーザ結晶が、Nd:YVO₄である請求項１に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 10．前記レーザ結晶が、Nd:YAGまたはNd:YLFである請求項１に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 11．前記２倍結晶が、LBO である請求項９または１０に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 12．前記２倍結晶が、KTP である請求項９または１０に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 13．空洞内アパーチャを有する請求項１ないし１０又は１２のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 14．前記２倍型出力ビームが、ほぼ回折限界である請求項１ないし１０のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 15．ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザであって、共振器空洞を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、共振器空洞内に配置されるNd:YVO₄レーザ結晶と、共振器空洞内に配置される２倍結晶と、レーザ結晶にポンピングビームを供給し、１ワットより大きい出力パワーを有する周波数２倍型出力ビームを生成するために、２倍結晶に入射する10以上の軸モードを有するレーザ結晶ビームを生成するダイオードポンピング源と、ダイオードポンピング源にパワーを供給するパワー供給部、とを有する空洞内周波数２倍型レーザ。 16．前記出力パワーが２ワットより大きい請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 17．前記出力パワーが３ワットより大きい請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 18．前記出力パワーが４ワットより大きい請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 19．前記出力パワーが５ワットより大きい請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 20．前記出力パワーが６ワットより大きい請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 21．前記２倍結晶がLBO である請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 22．前記２倍結晶がKTP である請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 23．前記２倍型出力ビームが、 0.5％より小さい％ＲＭＳノイズを有する請求項１５ないし２０のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 24．前記２倍型出力ビームが、 0.3％より小さい％ＲＭＳノイズを有する請求項１５ないし２０のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 25．前記２倍型出力ビームが、 0.2％より小さい％ＲＭＳノイズを有する請求項１５ないし２０のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 26．前記２倍型出力ビームが、 0.1％より小さい％ＲＭＳノイズを有する請求項１５ないし２０のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 27．前記ダイオードポンピング源が、１つ以上のダイオードバーである請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 28．前記ダイオードポンピング源が、ファイバ結合される請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 29．前記レーザ結晶が、強い熱集束特性を有する請求項１５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 30．前記レーザ結晶のTEM₀₀モードサイズが、前記レーザ結晶のポンピングビーム径よりも小さい請求項１５ないし２０のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 31．空洞内アパーチャを有する請求項１５ないし２９のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 32．前記２倍型出力ビームが、ほぼ回折限界である請求項１５ないし２９のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 33．ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザであって、共振器空洞を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、共振器空洞内に配置されるNd:YV0₄レーザ結晶と、共振器空洞内に配置される２倍結晶と、レーザ結晶にポンピングビームを供給し、周波数２倍型出力ビームを生成するために、２倍結晶に入射する10以上の軸モードを有するレーザ結晶ビームを生成するダイオードポンピング源と、ダイオードポンピング源にパワーを供給するパワー供給部とを有し、共振器空洞が、発振する10以上の軸モードを提供し、周波数２倍型出力ビームが、３％より小さい％ＲＭＳノイズを有する、空洞内周波数２倍型レーザ。 34．前記２倍結晶が、LBO である請求項３３に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 35．前記２倍結晶が、KTP である請求項３３に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 36．空洞内アパーチャを有する請求項３４又は３５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 37．前記２倍型出力ビームが、ほぼ回折限界である請求項３４又は３５に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 38．ダイオード励起空洞内周波数２倍型レーザであって、共振器空洞を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、共振器空洞内に配置されるNd:YVO₄レーザ結晶と、共振器空洞内に配置される２倍結晶と、レーザ結晶にポンピングビームを供給し、周波数２倍型出力ビームを生成するために、２倍結晶に入射する10以上の軸モードを有するレーザ結晶ビームを生成するダイオードポンピング源と、ダイオードポンピング源にパワーを供給するパワー供給部とを有し、２倍型出力ビームが、１ワットより大きい出力パワーを有する空洞内周波数２倍型レーザ。 39．前記２倍型出力ビームが、 1.5ワットより大きい出力パワーを有する請求項３８に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 40．前記２倍型出力ビームが、２ワットより大きい出力パワーを有する請求項３８に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 41．前記２倍型出力ビームが、ほぼ回折限界である請求項３８ないし４０のいずれかに記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 42．ダイオード励起多軸モード空洞内周波数２倍型レーザであって、共振器空洞を形成する少なくとも２つの共振器ミラーと、共振器空洞内に配置されるレーザ結晶と、共振器空洞内に配置される２倍結晶と、レーザ結晶にポンピングビームを供給し、周波数２倍型出力ビームを生成するために、２倍結晶に入射する10以上の軸モードを有するレーザ結晶ビームを生成するダイオードポンピング源とを有し、共振器空洞が、発振する10以上の軸モードを提供し、周波数２倍型出力ビームが、３％より小さい％ＲＭＳノイズを有しており、２倍結晶が、その面より反射されるビームの所望でない共振を阻止するように構成される空洞内周波数２倍型レーザ。 43．％ＲＭＳノイズが１％より小さい請求項４２に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 44．前記２倍結晶の光学面が、互いに楔形である請求項４２又は４３に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 45．空洞内アパーチャを有する請求項４２又は４３に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。 46．空洞内アパーチャを有して、TEM₀₀動作を実質的に保証する請求項４２又は４３に記載の空洞内周波数２倍型レーザ。