JPH095810A - マイクロレーザーによりポンピングされる一体型光学的パラメトリック発振器 - Google Patents
マイクロレーザーによりポンピングされる一体型光学的パラメトリック発振器Info
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- JPH095810A JPH095810A JP8151471A JP15147196A JPH095810A JP H095810 A JPH095810 A JP H095810A JP 8151471 A JP8151471 A JP 8151471A JP 15147196 A JP15147196 A JP 15147196A JP H095810 A JPH095810 A JP H095810A
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- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1123—Q-switching
- H01S3/113—Q-switching using intracavity saturable absorbers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の光学的パラメトリック発振器は、製造
コストが高く、また、寸法の大きなものであった。 【解決手段】 光学的パラメトリック発振器非線形材料
１８と、この非線形材料１８の両側部に配置されるとと
もに、光学的パラメトリック発振器キャビティを形成す
る２つのミラー２６、２４と、光学的パラメトリック発
振器キャビティをポンピングするためのレーザービーム
を発生するためのスイッチ型マイクロレーザー（入力ミ
ラー２、活性レーザー媒質６、スイッチング手段８、出
力ミラー２６から構成される）とを具備する。
コストが高く、また、寸法の大きなものであった。 【解決手段】 光学的パラメトリック発振器非線形材料
１８と、この非線形材料１８の両側部に配置されるとと
もに、光学的パラメトリック発振器キャビティを形成す
る２つのミラー２６、２４と、光学的パラメトリック発
振器キャビティをポンピングするためのレーザービーム
を発生するためのスイッチ型マイクロレーザー（入力ミ
ラー２、活性レーザー媒質６、スイッチング手段８、出
力ミラー２６から構成される）とを具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学的パラメトリ
ック発振器の分野に関するものである。
ック発振器の分野に関するものである。
【０００２】光学的パラメトリック発振器（ＯＰＯ）
は、高パワー、レーザーポンピングビーム、および非線
形結晶の相互作用をもたらすことにより、レーザーの波
長よりも、より長い波長の放射を生成することができ、
その時間および空間特性は、ポンピングビームの時間お
よび空間特性に近いものである。結晶の回転あるいは温
度変化のいずれかによって、非線形結晶相のマッチング
条件を変調することにより、放出される放射波長を非常
に幅広い範囲にわたって連続的に変化させることができ
る。よって、今までは、従来のレーザーによってはアク
セスできなかった波長領域に到達することが可能であ
る。
は、高パワー、レーザーポンピングビーム、および非線
形結晶の相互作用をもたらすことにより、レーザーの波
長よりも、より長い波長の放射を生成することができ、
その時間および空間特性は、ポンピングビームの時間お
よび空間特性に近いものである。結晶の回転あるいは温
度変化のいずれかによって、非線形結晶相のマッチング
条件を変調することにより、放出される放射波長を非常
に幅広い範囲にわたって連続的に変化させることができ
る。よって、今までは、従来のレーザーによってはアク
セスできなかった波長領域に到達することが可能であ
る。
【０００３】さらに詳細には、可変波長放射を生成する
プロセスは、高い光学的パワー密度に関するある種の材
料において現れる非線形現象に基づいている。周波数が
ｖpであるポンピングフォトンは、２つのフォトンに崩
壊する。この２つのフォトンのうち、周波数がｖs であ
って周波数の高い方のフォトンは、”信号”フォトンと
称される。一方、周波数がｖi であって周波数の低い方
のフォトンは、”相補的”フォトン（”complimentar
y” photon）あるいはアイドラー（idler） と称され
る。エネルギー保存のために、ｖs＋ｖi＝ｖp の関係が
成立している。
プロセスは、高い光学的パワー密度に関するある種の材
料において現れる非線形現象に基づいている。周波数が
ｖpであるポンピングフォトンは、２つのフォトンに崩
壊する。この２つのフォトンのうち、周波数がｖs であ
って周波数の高い方のフォトンは、”信号”フォトンと
称される。一方、周波数がｖi であって周波数の低い方
のフォトンは、”相補的”フォトン（”complimentar
y” photon）あるいはアイドラー（idler） と称され
る。エネルギー保存のために、ｖs＋ｖi＝ｖp の関係が
成立している。
【０００４】ＯＰＯを得るために、最も広く使用されて
いる手段は、キャビティ内に非線形材料を配置すること
である。信号フォトンあるいはアイドラーに対して共振
キャビティである場合には、それは、共振すると言われ
る。ポンピングパワーがあるしきい値を超えると、ゲイ
ンが損失を超え、”信号”フォトンがキャビティにより
放出される。
いる手段は、キャビティ内に非線形材料を配置すること
である。信号フォトンあるいはアイドラーに対して共振
キャビティである場合には、それは、共振すると言われ
る。ポンピングパワーがあるしきい値を超えると、ゲイ
ンが損失を超え、”信号”フォトンがキャビティにより
放出される。
【０００５】ＯＰＯの動作しきい値を下げるために、ダ
ブル共振キャビティあるいはトリプル共振キャビティ
（信号、および、アイドラー、および／または、ポンピ
ングに対して共振するキャビティ）内に非線形材料を配
置することができる。その場合、しきい値は、ずっと低
いものであり、ＯＰＯを連続的に動作させることができ
る。しかしながら、そのようなキャビティの構築および
モードの安定化は、困難を引き起こし、また、コスト的
に技術課題をもたらす。
ブル共振キャビティあるいはトリプル共振キャビティ
（信号、および、アイドラー、および／または、ポンピ
ングに対して共振するキャビティ）内に非線形材料を配
置することができる。その場合、しきい値は、ずっと低
いものであり、ＯＰＯを連続的に動作させることができ
る。しかしながら、そのようなキャビティの構築および
モードの安定化は、困難を引き起こし、また、コスト的
に技術課題をもたらす。
【０００６】ＯＰＯは、レーザー遠隔計測、環境、科学
的および医学的器具、等のような分野において、応用を
有している。これらの応用においては、たいていの場
合、高ピーク出力パワーを備えたパルスモードにおける
ＯＰＯの動作が必要とされる。
的および医学的器具、等のような分野において、応用を
有している。これらの応用においては、たいていの場
合、高ピーク出力パワーを備えたパルスモードにおける
ＯＰＯの動作が必要とされる。
【０００７】
【従来の技術】ＯＰＯは、連続的に、あるいは、パルス
式に動作することができる。
式に動作することができる。
【０００８】連続動作の場合には、非線形材料は、共振
キャビティ中に配置され、ポンピングフォトンを、より
長い波長のフォトンへと変換する。良好な変換効率を得
るためには、高パワーレベルを有することが必要であ
る。これは、単純さを欠く面はあるものの、非線形材料
のパワー密度を増加させ得るダブル共振キャビティある
いはトリプル共振キャビティを利用して連続的に行うこ
とができる。
キャビティ中に配置され、ポンピングフォトンを、より
長い波長のフォトンへと変換する。良好な変換効率を得
るためには、高パワーレベルを有することが必要であ
る。これは、単純さを欠く面はあるものの、非線形材料
のパワー密度を増加させ得るダブル共振キャビティある
いはトリプル共振キャビティを利用して連続的に行うこ
とができる。
【０００９】パルス式動作の場合には、非線形材料は、
短い持続時間のパルスを放出しかつ高ピークパワーであ
るレーザーによりポンピングされる。変換効率は、結果
的に連続動作の場合よりもずっと高くなり、ただ１つの
共振キャビティという単純な構成を使用することができ
る。
短い持続時間のパルスを放出しかつ高ピークパワーであ
るレーザーによりポンピングされる。変換効率は、結果
的に連続動作の場合よりもずっと高くなり、ただ１つの
共振キャビティという単純な構成を使用することができ
る。
【００１０】パルス式動作を伴うＯＰＯの例は、Journa
l of Optical Society of America,B, vol.11, No.5, p
p758-769, 1994 における J.A.C.Terry氏他による”Low
threshold operation of an all-solid-state KTP opti
cal parametric oscil-lator” という文献中に記載さ
れている。
l of Optical Society of America,B, vol.11, No.5, p
p758-769, 1994 における J.A.C.Terry氏他による”Low
threshold operation of an all-solid-state KTP opti
cal parametric oscil-lator” という文献中に記載さ
れている。
【００１１】この文献中においては、スイッチ型レーザ
ーによりポンピングされるシングル共振ＯＰＯの動作が
記載されている。非線形材料は、２０ｍｍ長さのＫＴＰ
結晶である。ポンピングは、１．０４７μｍの波長で１
８ｎｓの幅のパルスを供給するＹＬＦ：Ｎｄスイッチ型
レーザーにより行われる。
ーによりポンピングされるシングル共振ＯＰＯの動作が
記載されている。非線形材料は、２０ｍｍ長さのＫＴＰ
結晶である。ポンピングは、１．０４７μｍの波長で１
８ｎｓの幅のパルスを供給するＹＬＦ：Ｎｄスイッチ型
レーザーにより行われる。
【００１２】ある構成においては、ＯＰＯの動作しきい
値は、２３０μｍのポンピングビーム半径において０．
７ｍＪである。すなわち、非線形材料中のパワー密度
は、２３ＭＷ／ｃｍ2 である。
値は、２３０μｍのポンピングビーム半径において０．
７ｍＪである。すなわち、非線形材料中のパワー密度
は、２３ＭＷ／ｃｍ2 である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記文献中において記
載されているＯＰＯのパワー密度のしきい値は、比較的
小さいけれども、エネルギーのしきい値は、長いパルス
持続時間（１８ｎｓ）および大きなビーム半径（２３０
μｍ）のために比較的大きなものである。そのようなエ
ネルギーを供給するポンピングレーザーは、コストがか
さむものであり、また、大きな寸法を有するものであ
る。しかも、ＯＰＯは、一体式ではなく、連続的に動作
させるためには位相の制御およびマッチングが必要とな
る。よって、信頼性を欠くものである。最後に、そのよ
うな構造は、低コストである大量生産には不向きであ
る。
載されているＯＰＯのパワー密度のしきい値は、比較的
小さいけれども、エネルギーのしきい値は、長いパルス
持続時間（１８ｎｓ）および大きなビーム半径（２３０
μｍ）のために比較的大きなものである。そのようなエ
ネルギーを供給するポンピングレーザーは、コストがか
さむものであり、また、大きな寸法を有するものであ
る。しかも、ＯＰＯは、一体式ではなく、連続的に動作
させるためには位相の制御およびマッチングが必要とな
る。よって、信頼性を欠くものである。最後に、そのよ
うな構造は、低コストである大量生産には不向きであ
る。
【００１４】一般的に言えば、現存のＯＰＯは、とりわ
け高パワーポンピングレーザーの存在のために、高価で
あり、寸法の大きなデバイスである。
け高パワーポンピングレーザーの存在のために、高価で
あり、寸法の大きなデバイスである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、スイッ
チ型レーザーによりポンピングされる光学的パラメトリ
ック発振器であって、この場合、スイッチ型レーザー
は、ＯＰＯの動作しきい値を低減し得ることにより、ま
た、ＯＰＯの全体寸法を低減し得ることにより、公知の
デバイスを改善し得るものである。
チ型レーザーによりポンピングされる光学的パラメトリ
ック発振器であって、この場合、スイッチ型レーザー
は、ＯＰＯの動作しきい値を低減し得ることにより、ま
た、ＯＰＯの全体寸法を低減し得ることにより、公知の
デバイスを改善し得るものである。
【００１６】ＯＰＯ寸法の低減は、非線形結晶の長さの
低減につながることになり、このことは、非線形結晶に
おける変換効率の低下を意味する。また、ＯＰＯの動作
しきい値の低減は、より小さなポンピングエネルギーで
の非線形結晶のポンピングにつながる。
低減につながることになり、このことは、非線形結晶に
おける変換効率の低下を意味する。また、ＯＰＯの動作
しきい値の低減は、より小さなポンピングエネルギーで
の非線形結晶のポンピングにつながる。
【００１７】ＯＰＯの出力信号は、ポンピングエネルギ
ーによる変換効率の積に比例する。したがって、上記２
つの課題を解決することを望むことは、不適当となる。
なぜなら、それらを同時に解決することは、ＯＰＯの出
力信号強度のかなりの低下につながるからである。しか
しながら、本発明においては、このような二重の課題を
解決し得る手段を提案する。
ーによる変換効率の積に比例する。したがって、上記２
つの課題を解決することを望むことは、不適当となる。
なぜなら、それらを同時に解決することは、ＯＰＯの出
力信号強度のかなりの低下につながるからである。しか
しながら、本発明においては、このような二重の課題を
解決し得る手段を提案する。
【００１８】この目標に対して、本発明は、光学的パラ
メトリック発振器非線形材料と；非線形材料の両側部に
配置されるとともに、キャビティを形成する２つのミラ
ーと；キャビティをポンピングするためのレーザービー
ムを発生するためのスイッチ型マイクロレーザーとを具
備することを特徴とする光学的パラメトリック発振器に
関するものである。
メトリック発振器非線形材料と；非線形材料の両側部に
配置されるとともに、キャビティを形成する２つのミラ
ーと；キャビティをポンピングするためのレーザービー
ムを発生するためのスイッチ型マイクロレーザーとを具
備することを特徴とする光学的パラメトリック発振器に
関するものである。
【００１９】固体マイクロレーザー（あるいは、レーザ
ーチップ）は、ダイオードによりポンピングされるもの
であり、また、コンパクトなものである（数ｃｍ3 ）。
異なるドーパントでドーピングされた異なるレーザー媒
質のポンピングに使用されるパワーを備えたIII−Vレー
ザーダイオードの開発により、１〜２ミクロンの間のか
なり幅広い波長領域にわたってマイクロレーザーを得る
ことができる。
ーチップ）は、ダイオードによりポンピングされるもの
であり、また、コンパクトなものである（数ｃｍ3 ）。
異なるドーパントでドーピングされた異なるレーザー媒
質のポンピングに使用されるパワーを備えたIII−Vレー
ザーダイオードの開発により、１〜２ミクロンの間のか
なり幅広い波長領域にわたってマイクロレーザーを得る
ことができる。
【００２０】マイクロレーザーは、多層積層構造を有し
ている。活性レーザー媒質は、１５０〜１０００ミクロ
ンの限られた厚さ、および、数ｍｍ2 の小さな寸法の材
料から構成される。そして、活性レーザー媒質上には、
キャビティ誘電性ミラーが直接的に成膜される。
ている。活性レーザー媒質は、１５０〜１０００ミクロ
ンの限られた厚さ、および、数ｍｍ2 の小さな寸法の材
料から構成される。そして、活性レーザー媒質上には、
キャビティ誘電性ミラーが直接的に成膜される。
【００２１】スイッチ型マイクロレーザーの限られたキ
ャビティ長さのために、スイッチ型マイクロレーザーの
パルス幅は短い（典型的には、１ｎｓより短く、最大で
も数ｎｓ）。同様に、ビームの寸法も小さい。これによ
り、高いポンピングパワー密度（とりわけ、上記文献中
の値と同等、あるいは、超える）を得ることができる。
一方、パルスエネルギーは小さい。したがって、エネル
ギーのしきい値が低減される。しかも、小さな断面積の
ビーム内に高パワー密度を有していることにより、ＯＰ
Ｏのサイズを低減することができる。
ャビティ長さのために、スイッチ型マイクロレーザーの
パルス幅は短い（典型的には、１ｎｓより短く、最大で
も数ｎｓ）。同様に、ビームの寸法も小さい。これによ
り、高いポンピングパワー密度（とりわけ、上記文献中
の値と同等、あるいは、超える）を得ることができる。
一方、パルスエネルギーは小さい。したがって、エネル
ギーのしきい値が低減される。しかも、小さな断面積の
ビーム内に高パワー密度を有していることにより、ＯＰ
Ｏのサイズを低減することができる。
【００２２】上記二重の課題を解決するための手段は、
したがって、ポンピング源として、スイッチ型マイクロ
レーザーを選択することである。
したがって、ポンピング源として、スイッチ型マイクロ
レーザーを選択することである。
【００２３】例えば、パルス幅が７５０ｐｓで５μＪの
パルスを放出するマイクロレーザーであってビーム半径
が６５μｍ（これらの数値は、現時点での典型的な数値
である）の場合には、マイクロレーザー出力のパワー密
度は、５０ＭＷ／ｃｍ2 であり、この値は、Terry 氏他
による上記文献中におけるＯＰＯのしきい値（２３ＭＷ
／ｃｍ2 ）を超えるものである。この場合、ＯＰＯ非線
形材料のサイズは、数ｍｍ、例えば約５ｍｍにまで低減
することができる。これは、上記文献中におけるＯＰＯ
のサイズ（２０ｍｍ）と比較して、全体寸法が４分の１
に低減され、かなりの低減である。より大きなエネルギ
ーのパルス（５０μＪまで）を放出するマイクロレーザ
ーを使用することにより、ＯＰＯの非線形材料のサイズ
をさらに低減することができる。
パルスを放出するマイクロレーザーであってビーム半径
が６５μｍ（これらの数値は、現時点での典型的な数値
である）の場合には、マイクロレーザー出力のパワー密
度は、５０ＭＷ／ｃｍ2 であり、この値は、Terry 氏他
による上記文献中におけるＯＰＯのしきい値（２３ＭＷ
／ｃｍ2 ）を超えるものである。この場合、ＯＰＯ非線
形材料のサイズは、数ｍｍ、例えば約５ｍｍにまで低減
することができる。これは、上記文献中におけるＯＰＯ
のサイズ（２０ｍｍ）と比較して、全体寸法が４分の１
に低減され、かなりの低減である。より大きなエネルギ
ーのパルス（５０μＪまで）を放出するマイクロレーザ
ーを使用することにより、ＯＰＯの非線形材料のサイズ
をさらに低減することができる。
【００２４】システムのコンパクトさは、ＯＰＯキャビ
ティを形成するミラーがＯＰＯ非線形材料上に直接的に
成膜されれば、向上することになる。
ティを形成するミラーがＯＰＯ非線形材料上に直接的に
成膜されれば、向上することになる。
【００２５】マイクロレーザーのキャビティが、入力ミ
ラーおよび出力ミラーを備え、この出力ミラーが、また
ＯＰＯキャビティの入力ミラーを形成しているような状
況で、マイクロレーザーを備える光学的パラメトリック
発振器を得ることもまた可能である。
ラーおよび出力ミラーを備え、この出力ミラーが、また
ＯＰＯキャビティの入力ミラーを形成しているような状
況で、マイクロレーザーを備える光学的パラメトリック
発振器を得ることもまた可能である。
【００２６】これは、マイクロエレクトロニクスにおけ
る方法を使用した大量生産に適合するコンパクトかつ一
体型デバイスをもたらす。
る方法を使用した大量生産に適合するコンパクトかつ一
体型デバイスをもたらす。
【００２７】他の実施形態においては、ＯＰＯキャビテ
ィの入力ミラーは、マイクロレーザーにより放出される
波長に対しては透明であることができ、ＯＰＯ結晶は、
マイクロレーザーキャビティ内に配置される。この場合
には、ＯＰＯキャビティの入力エネルギー密度（ポンピ
ングエネルギー）は、また高くなる。
ィの入力ミラーは、マイクロレーザーにより放出される
波長に対しては透明であることができ、ＯＰＯ結晶は、
マイクロレーザーキャビティ内に配置される。この場合
には、ＯＰＯキャビティの入力エネルギー密度（ポンピ
ングエネルギー）は、また高くなる。
【００２８】ダブル共振型のＯＰＯキャビティが得られ
れば、ＯＰＯの動作しきい値は、さらに低減される。
れば、ＯＰＯの動作しきい値は、さらに低減される。
【００２９】マイクロレーザーおよび／または非線形材
料の面上に凹面ミラーを形成して安定なキャビティを作
ることもまた可能である。安定化されたキャビティは、
より小さなしきい値、および、より良好な効率を有して
いる。非線形材料中におけるレーザービームのサイズを
調節することも、また可能である。
料の面上に凹面ミラーを形成して安定なキャビティを作
ることもまた可能である。安定化されたキャビティは、
より小さなしきい値、および、より良好な効率を有して
いる。非線形材料中におけるレーザービームのサイズを
調節することも、また可能である。
【００３０】本発明のある実施形態においては、マイク
ロレーザーキャビティは、可飽和吸収体（saturable ab
sorber）により受動的にスイッチングされる。
ロレーザーキャビティは、可飽和吸収体（saturable ab
sorber）により受動的にスイッチングされる。
【００３１】本発明の他の形態は、マイクロレーザーキ
ャビティ内における可飽和吸収体および活性媒質の相対
配置に関するものである。
ャビティ内における可飽和吸収体および活性媒質の相対
配置に関するものである。
【００３２】この実施形態においては、可飽和吸収体
は、マイクロレーザーキャビティの活性媒質上に薄膜の
形態で直接的に成膜されることができる。
は、マイクロレーザーキャビティの活性媒質上に薄膜の
形態で直接的に成膜されることができる。
【００３３】この実施形態における主な利点の１つは、
スイッチング形式とされたマイクロレーザーキャビティ
（あるいは、マイクロオプティクスと関連するマイクロ
レーザーを構成するレーザーマイクロシステム）の構造
であって、この構造は、フィルムまたは層の積み重ねか
ら構成され、低コスト大量生産の可能性を維持し得るも
のである。この多層構造は、単純であり、低コストであ
り、また、連続型マイクロレーザーのために開発されて
きたようなマイクロレーザーの大量生産プロセスが適用
できないわけではない。そして、極めて容易に作製で
き、自己軸合わせ型であり（光学系のセッティングが不
要）、一体式であり、受動的にスイッチングされるマイ
クロレーザーを作製することができる。この構造は、接
着あるいは固着操作が不要であって（可飽和吸収体を他
のマイクロレーザーキャビティエレメントに結合させる
という手段においては必要となる）、また、複雑な軸合
わせ操作も不要である（可飽和吸収体を、マイクロレー
ザーキャビティの他のエレメントには一切接触させない
という手段においては必要となる）。
スイッチング形式とされたマイクロレーザーキャビティ
（あるいは、マイクロオプティクスと関連するマイクロ
レーザーを構成するレーザーマイクロシステム）の構造
であって、この構造は、フィルムまたは層の積み重ねか
ら構成され、低コスト大量生産の可能性を維持し得るも
のである。この多層構造は、単純であり、低コストであ
り、また、連続型マイクロレーザーのために開発されて
きたようなマイクロレーザーの大量生産プロセスが適用
できないわけではない。そして、極めて容易に作製で
き、自己軸合わせ型であり（光学系のセッティングが不
要）、一体式であり、受動的にスイッチングされるマイ
クロレーザーを作製することができる。この構造は、接
着あるいは固着操作が不要であって（可飽和吸収体を他
のマイクロレーザーキャビティエレメントに結合させる
という手段においては必要となる）、また、複雑な軸合
わせ操作も不要である（可飽和吸収体を、マイクロレー
ザーキャビティの他のエレメントには一切接触させない
という手段においては必要となる）。
【００３４】”共ドーピング型”レーザー（同一の媒質
が、レーザー活性イオンと可飽和吸収体イオンとの両方
を含んでいる）と比較した場合の本発明のマイクロレー
ザーの他の利点は、活性媒質が可飽和吸収体から隔離さ
れていることであり、そして、これら２つの媒質の接着
が避けられているものの、一体式構造は、維持している
ことである。したがって、一方においては、（フィルム
の成膜時において、あるいは、フィルム成膜後の機械的
薄膜化により）厚さを独立に制御することができ、ま
た、２つの媒質内におけるイオンの濃度を独立に制御す
ることができる。他方においては、前記分離の結果とし
て、同一のイオン（例えば、Ｅｒ）が活性イオンとし
て、および、異なる濃度の可飽和吸収体イオンとして使
用されているスイッチング式のレーザーを得ることがで
きる。
が、レーザー活性イオンと可飽和吸収体イオンとの両方
を含んでいる）と比較した場合の本発明のマイクロレー
ザーの他の利点は、活性媒質が可飽和吸収体から隔離さ
れていることであり、そして、これら２つの媒質の接着
が避けられているものの、一体式構造は、維持している
ことである。したがって、一方においては、（フィルム
の成膜時において、あるいは、フィルム成膜後の機械的
薄膜化により）厚さを独立に制御することができ、ま
た、２つの媒質内におけるイオンの濃度を独立に制御す
ることができる。他方においては、前記分離の結果とし
て、同一のイオン（例えば、Ｅｒ）が活性イオンとし
て、および、異なる濃度の可飽和吸収体イオンとして使
用されているスイッチング式のレーザーを得ることがで
きる。
【００３５】本発明の他の形態においては、フィルム
は、ポリマー溶媒中に溶解された有機色素により形成さ
れることができる。変形形態として、フィルムは、液相
エピタキシーにより成膜されることができる。
は、ポリマー溶媒中に溶解された有機色素により形成さ
れることができる。変形形態として、フィルムは、液相
エピタキシーにより成膜されることができる。
【００３６】マイクロレーザーキャビティは、また、能
動的にスイッチングされることができる。マイクロレー
ザーの分野においては、能動的なスイッチング方法は、
J.J.Zayhowski 氏他によるOptics Letters, vol.17, N
o.17, pp1201-1203, 1992における”Diode-pumped micr
ochip lasers electro-optically Q-switched at highp
ulse repetition rates” と題する文献中に記載されて
いる。この方法は、本発明においても使用することがで
きる。
動的にスイッチングされることができる。マイクロレー
ザーの分野においては、能動的なスイッチング方法は、
J.J.Zayhowski 氏他によるOptics Letters, vol.17, N
o.17, pp1201-1203, 1992における”Diode-pumped micr
ochip lasers electro-optically Q-switched at highp
ulse repetition rates” と題する文献中に記載されて
いる。この方法は、本発明においても使用することがで
きる。
【００３７】この文献においては、スイッチングは、２
つの結合されたＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティの構
成において実現されている。長さがＬ1 である活性レー
ザー媒質は、入力ミラーおよび中間ミラーと共に、第１
Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを形成している。長
さがＬ2 であるスイッチング材料（電気光学材料、Ｌｉ
ＴａＯ3 ）は、中間ミラーおよび出力ミラーと共に、第
２Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを形成している。
スイッチングは、外部からの操作により、スイッチング
材料の光学長さを変化させることによりなされている。
スイッチング電極は、レーザービームの軸に直交するよ
うに、材料の両側に配置されている。これら電極間に電
圧Ｖが印加されたときには、電界Ｅは、ｅを電極間の距
離（電極間の距離は、電気光学材料の厚さに対応してい
る）とすると、Ｅ＝Ｖ／ｅで表され、電極から発生す
る。光学的インデックスｎ2 、および、結果としての電
気光学材料の光学長さｎ2Ｌ2は、電界Ｅの作用により変
化する。このことは、２つのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキ
ャビティの結合に影響を与え、レーザー媒質から見た中
間ミラーの反射率を変化させる。しかしながら、この方
法は、欠点を有している。
つの結合されたＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティの構
成において実現されている。長さがＬ1 である活性レー
ザー媒質は、入力ミラーおよび中間ミラーと共に、第１
Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを形成している。長
さがＬ2 であるスイッチング材料（電気光学材料、Ｌｉ
ＴａＯ3 ）は、中間ミラーおよび出力ミラーと共に、第
２Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを形成している。
スイッチングは、外部からの操作により、スイッチング
材料の光学長さを変化させることによりなされている。
スイッチング電極は、レーザービームの軸に直交するよ
うに、材料の両側に配置されている。これら電極間に電
圧Ｖが印加されたときには、電界Ｅは、ｅを電極間の距
離（電極間の距離は、電気光学材料の厚さに対応してい
る）とすると、Ｅ＝Ｖ／ｅで表され、電極から発生す
る。光学的インデックスｎ2 、および、結果としての電
気光学材料の光学長さｎ2Ｌ2は、電界Ｅの作用により変
化する。このことは、２つのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキ
ャビティの結合に影響を与え、レーザー媒質から見た中
間ミラーの反射率を変化させる。しかしながら、この方
法は、欠点を有している。
【００３８】まず、最初に、上記文献に記載されている
マイクロレーザーは、（予めカットされたフラグメント
どうしの互いの結合を利用して）手動プロセスにより作
製される。これは、幾何寸法に対して、特に電極間隔に
対して、下限を与えることになり、最小値は、１ｍｍ近
辺である。他の問題は、スイッチングに適した電界Ｅに
達する必要があることである。よって、２つの電極間
に、１ナノ秒よりも短いような非常に短い時間におい
て、約１ｍｍ3 の体積であるレーザーチップに対して、
約１０００Ｖの電圧を印加する必要がある。これは、実
用的な手段の観点からは非常に困難であり、マイクロレ
ーザーの単純化および低製造コストには適さない複雑な
エレクトロニクスを必要とする。
マイクロレーザーは、（予めカットされたフラグメント
どうしの互いの結合を利用して）手動プロセスにより作
製される。これは、幾何寸法に対して、特に電極間隔に
対して、下限を与えることになり、最小値は、１ｍｍ近
辺である。他の問題は、スイッチングに適した電界Ｅに
達する必要があることである。よって、２つの電極間
に、１ナノ秒よりも短いような非常に短い時間におい
て、約１ｍｍ3 の体積であるレーザーチップに対して、
約１０００Ｖの電圧を印加する必要がある。これは、実
用的な手段の観点からは非常に困難であり、マイクロレ
ーザーの単純化および低製造コストには適さない複雑な
エレクトロニクスを必要とする。
【００３９】上記課題を解決するために、本発明の実施
形態においては、活性レーザー媒質が、入力ミラーと中
間ミラーとの間に第１共振キャビティを形成し、第２材
料が、中間ミラーと出力ミラーとの間に第２共振キャビ
ティを形成し、前記材料の光学的インデックスは、外部
擾乱により変調可能であり、レーザービームサイズ縮小
手段が、第１共振キャビティの入力部分に配置され、２
つのキャビティの集合体およびレーザービームサイズ縮
小手段は、一体化されている。
形態においては、活性レーザー媒質が、入力ミラーと中
間ミラーとの間に第１共振キャビティを形成し、第２材
料が、中間ミラーと出力ミラーとの間に第２共振キャビ
ティを形成し、前記材料の光学的インデックスは、外部
擾乱により変調可能であり、レーザービームサイズ縮小
手段が、第１共振キャビティの入力部分に配置され、２
つのキャビティの集合体およびレーザービームサイズ縮
小手段は、一体化されている。
【００４０】よって、この実施形態においては、本発明
は、また、電極間に印加される電圧が高いという問題を
解決する。また、マイクロレーザーキャビティのしきい
値を下げることができる。よって、この構造に基づい
て、第２材料の厚さを約１００μｍとすることができ
る。これにより、電気光学材料の場合には、要求される
電圧を５０〜１００Ｖの範囲にまで制限することができ
る。マイクロレーザーのスイッチングのしきい値もま
た、数ミリワットの程度にまで低減される。最後に、こ
の構造は、大量生産プロセスに適しており、小さな試料
を製造し得るとともに、必要な製造コストを低減するこ
とができる。
は、また、電極間に印加される電圧が高いという問題を
解決する。また、マイクロレーザーキャビティのしきい
値を下げることができる。よって、この構造に基づい
て、第２材料の厚さを約１００μｍとすることができ
る。これにより、電気光学材料の場合には、要求される
電圧を５０〜１００Ｖの範囲にまで制限することができ
る。マイクロレーザーのスイッチングのしきい値もま
た、数ミリワットの程度にまで低減される。最後に、こ
の構造は、大量生産プロセスに適しており、小さな試料
を製造し得るとともに、必要な製造コストを低減するこ
とができる。
【００４１】レーザービームサイズ縮小手段は、ポンピ
ングビームが通過することになる活性レーザー媒質の面
上にマイクロミラーを備えて作製された凹面ミラーによ
り構成されることができる。出力ミラーは、第２材料の
出力面上にマイクロミラーを備えて作製された凹面ミラ
ーとすることができる。２つのキャビティは、光学的に
安定な状態に作ることができる。
ングビームが通過することになる活性レーザー媒質の面
上にマイクロミラーを備えて作製された凹面ミラーによ
り構成されることができる。出力ミラーは、第２材料の
出力面上にマイクロミラーを備えて作製された凹面ミラ
ーとすることができる。２つのキャビティは、光学的に
安定な状態に作ることができる。
【００４２】能動モードで動作しかつより単純な構造さ
えも有しているマイクロレーザーを得ることができる変
形形態においては、マイクロレーザーキャビティは、光
学的な安定限界にある。そして、マイクロレーザーに
は、光学的な不安定状態から光学的な安定状態へと移行
させるために、キャビティの光学長さを変化させる手段
が設けられている。
えも有しているマイクロレーザーを得ることができる変
形形態においては、マイクロレーザーキャビティは、光
学的な安定限界にある。そして、マイクロレーザーに
は、光学的な不安定状態から光学的な安定状態へと移行
させるために、キャビティの光学長さを変化させる手段
が設けられている。
【００４３】したがって、新しい能動スイッチング機構
が得られる。というのは、光学的な不安定状態は、光学
的な安定状態とは違って、キャビティ損失の大きな状態
であるからである。
が得られる。というのは、光学的な不安定状態は、光学
的な安定状態とは違って、キャビティ損失の大きな状態
であるからである。
【００４４】さらに、得られた構造は、例えばJ.J.Zayh
owski 氏による文献（前出）から公知であるような構造
とは、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティがただ１つで
あることにより、根本的に異なっている。
owski 氏による文献（前出）から公知であるような構造
とは、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティがただ１つで
あることにより、根本的に異なっている。
【００４５】キャビティは、半球状、共焦、同中心、あ
るいは、球状キャビティとすることができる。この場
合、キャビティ内におけるビームのサイズは、より小さ
いものであり、使用する材料の厚さを低減することがで
きる。したがって、マイクロレーザーのサイズは、結果
的に、さらに低減される。これにより、上記問題点の１
つを解決する手段を得ることができる。それは、特に、
第２材料が電気光学材料である場合には、印加すべき電
圧が高電圧となってしまうという問題点である。すなわ
ち、電気光学材料の厚さが減少した場合には、ｅを電極
間厚さとしたときに電界Ｅが次式で表されることからわ
かるように、より小さな電圧で、同じ電界を得ることが
できる。
るいは、球状キャビティとすることができる。この場
合、キャビティ内におけるビームのサイズは、より小さ
いものであり、使用する材料の厚さを低減することがで
きる。したがって、マイクロレーザーのサイズは、結果
的に、さらに低減される。これにより、上記問題点の１
つを解決する手段を得ることができる。それは、特に、
第２材料が電気光学材料である場合には、印加すべき電
圧が高電圧となってしまうという問題点である。すなわ
ち、電気光学材料の厚さが減少した場合には、ｅを電極
間厚さとしたときに電界Ｅが次式で表されることからわ
かるように、より小さな電圧で、同じ電界を得ることが
できる。
【数１】
【００４６】ある特別な実施形態においては、キャビテ
ィは、光学長さが可変である第２の材料を、活性レーザ
ー媒質から離間した状態で有している。しかしながら、
この場合、要求されるのは、２つのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒ
ｏｔキャビティではなく、ただ１つのＦａｂｒｙ−Ｐｅ
ｒｏｔキャビティである。
ィは、光学長さが可変である第２の材料を、活性レーザ
ー媒質から離間した状態で有している。しかしながら、
この場合、要求されるのは、２つのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒ
ｏｔキャビティではなく、ただ１つのＦａｂｒｙ−Ｐｅ
ｒｏｔキャビティである。
【００４７】このことは、非常にコンパクトであって、
一体化された構造をもたらすものである。
一体化された構造をもたらすものである。
【００４８】キャビティの光学長さを変化させる手段
は、第２材料の前記長さを変化させるための手段とする
ことができる。
は、第２材料の前記長さを変化させるための手段とする
ことができる。
【００４９】他の実施形態においては、活性レーザー媒
質および第２材料は、異なる光学的インデックスを有し
ており、キャビティの光学長さを変化させる手段は、第
２材料の光学的インデックスを変化させる手段を備えて
いる。第２材料は、電気光学材料とすることができる。
質および第２材料は、異なる光学的インデックスを有し
ており、キャビティの光学長さを変化させる手段は、第
２材料の光学的インデックスを変化させる手段を備えて
いる。第２材料は、電気光学材料とすることができる。
【００５０】よって、高損失かつ不安定な領域から低損
失かつ安定な領域へとキャビティを移行させるために光
学長さを変化させ、キャビティのスイッチングを可能と
するただ１つのマイクロレーザーキャビティが作製され
る。ただ１つのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを有
していることのみが必須である。たとえ、そのただ１つ
のＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティが、複数の材料
（活性レーザー材料、および、光学長さ可変材料）を含
有していてもである。
失かつ安定な領域へとキャビティを移行させるために光
学長さを変化させ、キャビティのスイッチングを可能と
するただ１つのマイクロレーザーキャビティが作製され
る。ただ１つのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを有
していることのみが必須である。たとえ、そのただ１つ
のＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティが、複数の材料
（活性レーザー材料、および、光学長さ可変材料）を含
有していてもである。
【００５１】複数の材料が並置、結合、あるいは、分子
接着により互いに接着されたときには、システムのコン
パクトさは、向上する。このことは、マイクロレーザー
の場合には非常に重要なことである。
接着により互いに接着されたときには、システムのコン
パクトさは、向上する。このことは、マイクロレーザー
の場合には非常に重要なことである。
【００５２】
【発明の実施の形態】本発明は、以下において、本発明
を何ら制限するものではない実施形態に関して、添付図
面を参照して、より詳細に説明される。
を何ら制限するものではない実施形態に関して、添付図
面を参照して、より詳細に説明される。
【００５３】図１ないし図３は、本発明の異なる実施形
態を示す図である。図４（ａ）〜図４（ｆ）は、本発明
のＯＰＯの製作工程を示す図である。図５ないし図１１
は、活性的にスイッチングされるマイクロレーザーを示
す図である。
態を示す図である。図４（ａ）〜図４（ｆ）は、本発明
のＯＰＯの製作工程を示す図である。図５ないし図１１
は、活性的にスイッチングされるマイクロレーザーを示
す図である。
【００５４】図１は、本発明の第１実施形態を示すもの
である。図には、マイクロレーザーキャビティの入力ミ
ラー２、および、出力ミラー４が示されている。また、
マイクロレーザーキャビティは、活性レーザー媒質６、
および、マイクロレーザーを能動モードあるいは受動モ
ードでスイッチングするためのスイッチング手段８を有
している。キャビティは、図示しないポンピング手段に
よりポンピングされることができ、ポンピングビームが
符号１０で示されている。キャビティは、レーザービー
ム１２を放出し、このレーザービームが、今度は、第２
キャビティあるいはＯＰＯキャビティをポンピングする
ことになる。ＯＰＯキャビティは、２つのミラー１４、
１６により画成されている。２つのミラー１４、１６の
間には、光学的パラメトリック発振キャビティの実現を
可能とする非線形材料１８（例えば、結晶）が配置され
ている。この場合、光学的パラメトリック発振キャビテ
ィが、今度は、ＯＰＯビーム２０を放出することにな
る。
である。図には、マイクロレーザーキャビティの入力ミ
ラー２、および、出力ミラー４が示されている。また、
マイクロレーザーキャビティは、活性レーザー媒質６、
および、マイクロレーザーを能動モードあるいは受動モ
ードでスイッチングするためのスイッチング手段８を有
している。キャビティは、図示しないポンピング手段に
よりポンピングされることができ、ポンピングビームが
符号１０で示されている。キャビティは、レーザービー
ム１２を放出し、このレーザービームが、今度は、第２
キャビティあるいはＯＰＯキャビティをポンピングする
ことになる。ＯＰＯキャビティは、２つのミラー１４、
１６により画成されている。２つのミラー１４、１６の
間には、光学的パラメトリック発振キャビティの実現を
可能とする非線形材料１８（例えば、結晶）が配置され
ている。この場合、光学的パラメトリック発振キャビテ
ィが、今度は、ＯＰＯビーム２０を放出することにな
る。
【００５５】媒質１８を構成する材料は、公知の非線形
材料、例えば、ＫＴｉＯＰＯ4 （ＫＴＰ）、ＭｇＯ：Ｌ
ｉＮｂＯ3 、β−ＢａＢ2Ｏ4、ＬｉＢ3Ｏ5、ＡｇＧａＳ
ｅの中から選ぶことができる。ＫＴＰ材料の性質は、例
えば、Terry 氏他による文献、すなわちJournal of Opt
ical Society of America, B., vol.11, pp758-769,199
4に記載されている。ＯＰＯを実現し得る他の非線形材
料の性質は、R.W.Boyd氏によるAcademic Press, 1992,
USA, ISBN 0-12-121680-2 における”Non-linear optic
s” と題する文献中に、特にその中のpp 85 ffに記載さ
れている。ＯＰＯキャビティの入力ミラーおよび出力ミ
ラーは、また、図１において一点鎖線で示すような配置
で設けることもできる。この場合、２つのミラー２２、
２４は、材料１８の入力面および出力面上に直接的に成
膜されている。この構成により、より大きなコンパクト
化がもたらされ、また、動作時の軸合わせが不要である
ことにより取扱いの容易なキャビティを得ることができ
る。
材料、例えば、ＫＴｉＯＰＯ4 （ＫＴＰ）、ＭｇＯ：Ｌ
ｉＮｂＯ3 、β−ＢａＢ2Ｏ4、ＬｉＢ3Ｏ5、ＡｇＧａＳ
ｅの中から選ぶことができる。ＫＴＰ材料の性質は、例
えば、Terry 氏他による文献、すなわちJournal of Opt
ical Society of America, B., vol.11, pp758-769,199
4に記載されている。ＯＰＯを実現し得る他の非線形材
料の性質は、R.W.Boyd氏によるAcademic Press, 1992,
USA, ISBN 0-12-121680-2 における”Non-linear optic
s” と題する文献中に、特にその中のpp 85 ffに記載さ
れている。ＯＰＯキャビティの入力ミラーおよび出力ミ
ラーは、また、図１において一点鎖線で示すような配置
で設けることもできる。この場合、２つのミラー２２、
２４は、材料１８の入力面および出力面上に直接的に成
膜されている。この構成により、より大きなコンパクト
化がもたらされ、また、動作時の軸合わせが不要である
ことにより取扱いの容易なキャビティを得ることができ
る。
【００５６】マイクロレーザーによるポンピングの結果
として、ＯＰＯキャビティのエネルギーしきい値を低減
し得るだけでなく、ＯＰＯの動作に必要な結晶１８の長
さを低減することができる。よって、上記Terry 氏他に
よる文献においては、結晶の長さが２０ｍｍと記載され
ていたけれども、本発明においては、数ｍｍ厚さ、例え
ば５ｍｍの厚さの材料を使用することができる。一般的
に言えば、レーザーにより放出されるビーム１２の性質
により、この結果（エネルギーのしきい値が低減される
こと、および、結晶の長さが低減されること）は、Terr
y 氏の文献中に記載されているＫＴＰ結晶だけではな
く、ＯＰＯキャビティを作製するために使用される他の
任意の結晶または非線形材料に対しても適用することが
できる。
として、ＯＰＯキャビティのエネルギーしきい値を低減
し得るだけでなく、ＯＰＯの動作に必要な結晶１８の長
さを低減することができる。よって、上記Terry 氏他に
よる文献においては、結晶の長さが２０ｍｍと記載され
ていたけれども、本発明においては、数ｍｍ厚さ、例え
ば５ｍｍの厚さの材料を使用することができる。一般的
に言えば、レーザーにより放出されるビーム１２の性質
により、この結果（エネルギーのしきい値が低減される
こと、および、結晶の長さが低減されること）は、Terr
y 氏の文献中に記載されているＫＴＰ結晶だけではな
く、ＯＰＯキャビティを作製するために使用される他の
任意の結晶または非線形材料に対しても適用することが
できる。
【００５７】システムのコンパクトさは、図２に示すよ
うに、ミラー４、１４を一致させることにより、さらに
向上される。ここで得られた構造は、極度にコンパクト
な構造である。図２においては、図１におけるエレメン
トと同じエレメントについては同じ符号で示している。
そして、符号２６は、マイクロレーザーキャビティとＯ
ＰＯキャビティとに共通な中間ミラーを示している。マ
イクロレーザーキャビティは、スイッチングエレメント
８を有しているにしても非常にコンパクトであるので、
したがって、ポンピング手段も含めて全体長さが断面積
１ｍｍ2 に対して６ｍｍを超えないような、すなわち全
体容積が６ｍｍ3 であるようなＯＰＯ発振器を得ること
ができる。
うに、ミラー４、１４を一致させることにより、さらに
向上される。ここで得られた構造は、極度にコンパクト
な構造である。図２においては、図１におけるエレメン
トと同じエレメントについては同じ符号で示している。
そして、符号２６は、マイクロレーザーキャビティとＯ
ＰＯキャビティとに共通な中間ミラーを示している。マ
イクロレーザーキャビティは、スイッチングエレメント
８を有しているにしても非常にコンパクトであるので、
したがって、ポンピング手段も含めて全体長さが断面積
１ｍｍ2 に対して６ｍｍを超えないような、すなわち全
体容積が６ｍｍ3 であるようなＯＰＯ発振器を得ること
ができる。
【００５８】さらに、上述のすべての構造は、また、マ
イクロレーザーの大量生産による利点を享受する。非線
形材料１８上に直接的に配置されるミラーの成膜は、ま
た、大量生産手段に適合し得るものであり、結果的に、
デバイス全体は、マイクロエレクトロニクスにおいて使
用されているような方法に適合し得るものである。した
がって、低コスト大量生産手段により作製することがで
きる。
イクロレーザーの大量生産による利点を享受する。非線
形材料１８上に直接的に配置されるミラーの成膜は、ま
た、大量生産手段に適合し得るものであり、結果的に、
デバイス全体は、マイクロエレクトロニクスにおいて使
用されているような方法に適合し得るものである。した
がって、低コスト大量生産手段により作製することがで
きる。
【００５９】活性媒質６の構成材料は、１．０６μｍ付
近においてレーザー発光するために、例えば、ネオジミ
ウム（Ｎｄ）がドーピングされている。この材料は、例
えば、以下の材料の中から１つを選択することができ
る。すなわち、ＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）、ＬＭＡ（Ｌａ
ＭｇＡｌ11Ｏ19）、ＹＶＯ4 、ＹＳＯ（Ｙ2ＳｉＯ5）、
ＹＬＦ（ＹＬｉＦ4） 、ＧｄＶＯ4 、等の中から選択
することができる。この選択は、以下の制限により条件
付けられるが、特別の応用に依存することは明らかであ
る。
近においてレーザー発光するために、例えば、ネオジミ
ウム（Ｎｄ）がドーピングされている。この材料は、例
えば、以下の材料の中から１つを選択することができ
る。すなわち、ＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）、ＬＭＡ（Ｌａ
ＭｇＡｌ11Ｏ19）、ＹＶＯ4 、ＹＳＯ（Ｙ2ＳｉＯ5）、
ＹＬＦ（ＹＬｉＦ4） 、ＧｄＶＯ4 、等の中から選択
することができる。この選択は、以下の制限により条件
付けられるが、特別の応用に依存することは明らかであ
る。
【００６０】レーザーキャビティが光学的にポンピング
される場合、好ましくは、１つあるいは複数のレーザー
ダイオードによりポンピングされる場合には、材料は、
厚さを小さく（＜１ｍｍ）維持したまま、ポンピング効
率を向上させるために、ポンピング波長（例えば、III
−Vレーザーダイオードの発光波長である約８００ｎ
ｍ）において高い吸収係数を有していなければならな
い。
される場合、好ましくは、１つあるいは複数のレーザー
ダイオードによりポンピングされる場合には、材料は、
厚さを小さく（＜１ｍｍ）維持したまま、ポンピング効
率を向上させるために、ポンピング波長（例えば、III
−Vレーザーダイオードの発光波長である約８００ｎ
ｍ）において高い吸収係数を有していなければならな
い。
【００６１】レーザーダイオードの波長を安定化させる
という課題を満足させることを目的として、例えば８０
０ｎｍといったようなポンピング波長における広い吸収
バンドが要求される。
という課題を満足させることを目的として、例えば８０
０ｎｍといったようなポンピング波長における広い吸収
バンドが要求される。
【００６２】高い効率および高い出力パワーレベルを得
るための大きな実効的な誘導放出断面積が要求される。
るための大きな実効的な誘導放出断面積が要求される。
【００６３】容易に単一周波数レーザーを得るために
は、狭い発光バンド幅が要求される。あるいは逆に、周
波数が可変であるチューナブル（frequency-tunable l
aser）レーザー発光をもたらすためには、広い発光バン
ドが要求される。
は、狭い発光バンド幅が要求される。あるいは逆に、周
波数が可変であるチューナブル（frequency-tunable l
aser）レーザー発光をもたらすためには、広い発光バン
ドが要求される。
【００６４】材料の機械加工を単純化するために、ま
た、ポンピング光の吸収により発生する熱を良好に放散
して不利な熱効果を制限するために、良好な熱化学的性
質が要求される。
た、ポンピング光の吸収により発生する熱を良好に放散
して不利な熱効果を制限するために、良好な熱化学的性
質が要求される。
【００６５】速いスイッチングレートのために、励起状
態における寿命の短さが要求される。
態における寿命の短さが要求される。
【００６６】レーザー単結晶を備えるマイクロレーザー
の可能な最大数が同時に生成され得るための（すなわ
ち、大量生産がなされるための）大きな寸法が要求され
る。
の可能な最大数が同時に生成され得るための（すなわ
ち、大量生産がなされるための）大きな寸法が要求され
る。
【００６７】公知の材料のうちで、マイクロレーザーの
動作にとって（数百マイクロ秒の寿命と比較して）最も
適切なものは、以下のものである。 −１つは、ＹＶＯ4 である。これは、良好な係数、広い
吸収バンドを有しており、良好な実効断面積も兼備して
いる。 −また、ＹＡＧである。これの吸収係数および実効誘導
放出断面積は、平均的なものであり、これの吸収および
発光バンド幅は、狭いものであり、そして、大きな寸法
の形態とすることができ、熱伝導率が良好である。 −また、ＬＭＡである。これは、小さな吸収係数および
実効断面積を呈し、吸収および発光バンド幅は、広いも
のであり、そして、これもまた大きな寸法の形態とする
ことができる。
動作にとって（数百マイクロ秒の寿命と比較して）最も
適切なものは、以下のものである。 −１つは、ＹＶＯ4 である。これは、良好な係数、広い
吸収バンドを有しており、良好な実効断面積も兼備して
いる。 −また、ＹＡＧである。これの吸収係数および実効誘導
放出断面積は、平均的なものであり、これの吸収および
発光バンド幅は、狭いものであり、そして、大きな寸法
の形態とすることができ、熱伝導率が良好である。 −また、ＬＭＡである。これは、小さな吸収係数および
実効断面積を呈し、吸収および発光バンド幅は、広いも
のであり、そして、これもまた大きな寸法の形態とする
ことができる。
【００６８】活性イオン（ドーパント）に関しては、通
常、次のものの中から選択される。 −１．０６μｍ付近の発光に対しては、Ｎｄ。 −１．５μｍ付近の発光に対しては、Ｅｒ。あるいは、
エルビウムおよびイッテルビウム（Ｅｒ＋Ｙｂ）のコド
ーピング（codoping）。−２μｍ付近の発光に対して
は、Ｔｍ。あるいは、Ｈｏ。あるいは、タリウムおよび
ホルミウムのコドーピング。
常、次のものの中から選択される。 −１．０６μｍ付近の発光に対しては、Ｎｄ。 −１．５μｍ付近の発光に対しては、Ｅｒ。あるいは、
エルビウムおよびイッテルビウム（Ｅｒ＋Ｙｂ）のコド
ーピング（codoping）。−２μｍ付近の発光に対して
は、Ｔｍ。あるいは、Ｈｏ。あるいは、タリウムおよび
ホルミウムのコドーピング。
【００６９】他のパラメータは、活性媒質６の厚さｅで
ある。厚さｅは、マイクロレーザーの特性を左右する。
すなわち、 −一方においては、厚さｅが増加するにつれて、ポンピ
ングビームの吸収がより大きくなることになる。 −他方においては、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティ
の縦モードの数は、厚さとともに増加する。そして、長
さ方向に単一モードであるレーザーを得たい場合には、
この厚さは、薄くなければならない。
ある。厚さｅは、マイクロレーザーの特性を左右する。
すなわち、 −一方においては、厚さｅが増加するにつれて、ポンピ
ングビームの吸収がより大きくなることになる。 −他方においては、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティ
の縦モードの数は、厚さとともに増加する。そして、長
さ方向に単一モードであるレーザーを得たい場合には、
この厚さは、薄くなければならない。
【００７０】ｄｇを材料のゲインバンド（レーザー発
光）の幅とすると、モード数Ｎは、次式により与えられ
る。 Ｎ＝ｄｇ／ｄｖ、そしてｄｖ＝Ｃ／（２ｎＬ） ここで、Ｃは光の速度、ｎは屈折率である。
光）の幅とすると、モード数Ｎは、次式により与えられ
る。 Ｎ＝ｄｇ／ｄｖ、そしてｄｖ＝Ｃ／（２ｎＬ） ここで、Ｃは光の速度、ｎは屈折率である。
【００７１】単一周波数レーザーに関しては、通常、Ｎ
＝１に対しての最小厚さが選ばれ、厚さは、＞１００μ
ｍとされる。単一モードを得るための典型的な厚さは、 −ＹＡＧ では、Ｌ＝７５０μｍである。 −ＹＶＯ4では、Ｌ＝５００μｍである。 −ＬＭＡ では、Ｌ＝１５０μｍである。
＝１に対しての最小厚さが選ばれ、厚さは、＞１００μ
ｍとされる。単一モードを得るための典型的な厚さは、 −ＹＡＧ では、Ｌ＝７５０μｍである。 −ＹＶＯ4では、Ｌ＝５００μｍである。 −ＬＭＡ では、Ｌ＝１５０μｍである。
【００７２】よって、実用的には、厚さｅは、１００μ
ｍ〜約１ｍｍの範囲で可変とされることになる。
ｍ〜約１ｍｍの範囲で可変とされることになる。
【００７３】完全なレーザキャビティを得るために、ス
イッチングエレメント８を備えた活性媒質は、２つのミ
ラー２、４間に（図１）、あるいは２つのミラー２、２
６間に（図２）位置している。公知方法により成膜され
た入力ミラー２は、レーザー波長において（できる限り
１００％に近い）最大反射を示し、かつ、ポンピングの
波長（一般的には、Ｎｄがドーピングされた材料に対し
ては８００ｎｍ、Ｅｒがドーピングされた材料に対して
は９８０ｎｍ、そして、Ｔｍがドーピングされた材料に
対しては７８０ｎｍ）において可能な限り高い透過（＞
８０％）を示すようなダイクロイックミラーであること
が好ましい。出力ミラー４、２６は、同様にダイクロイ
ックミラーであることが好ましいが、レーザービームの
数％の透過は許容する。
イッチングエレメント８を備えた活性媒質は、２つのミ
ラー２、４間に（図１）、あるいは２つのミラー２、２
６間に（図２）位置している。公知方法により成膜され
た入力ミラー２は、レーザー波長において（できる限り
１００％に近い）最大反射を示し、かつ、ポンピングの
波長（一般的には、Ｎｄがドーピングされた材料に対し
ては８００ｎｍ、Ｅｒがドーピングされた材料に対して
は９８０ｎｍ、そして、Ｔｍがドーピングされた材料に
対しては７８０ｎｍ）において可能な限り高い透過（＞
８０％）を示すようなダイクロイックミラーであること
が好ましい。出力ミラー４、２６は、同様にダイクロイ
ックミラーであることが好ましいが、レーザービームの
数％の透過は許容する。
【００７４】図２に示す場合においては、ミラー２６
は、また、ＯＰＯ信号ビームの波長において反射を示さ
なければならない。一方、ミラー１６は、前記波長を反
射する。シングル共振キャビティの場合には、ミラー２
６および１６は、アイドラービームの波長に対しては、
透明である。ダブル共振キャビティの場合には、ミラー
２６および１６は、この波長において反射を示す。
は、また、ＯＰＯ信号ビームの波長において反射を示さ
なければならない。一方、ミラー１６は、前記波長を反
射する。シングル共振キャビティの場合には、ミラー２
６および１６は、アイドラービームの波長に対しては、
透明である。ダブル共振キャビティの場合には、ミラー
２６および１６は、この波長において反射を示す。
【００７５】マイクロレーザーキャビティのポンピング
は、光学的ポンピングであることが好ましい。よって、
III−Vレーザーダイオードが、マイクロレーザーキャビ
ティのポンピングに特に適している。
は、光学的ポンピングであることが好ましい。よって、
III−Vレーザーダイオードが、マイクロレーザーキャビ
ティのポンピングに特に適している。
【００７６】付加的に、従来方法（A.EDA氏他による C
LEO'92, paper CWG33, p282（Conf.on Laser and Elect
ro-optics, Anaheim, USA, May 1992））により、レー
ザー媒質６の表面上に透明材料（例えば、シリカ）から
なるマイクロレンズアレイを作ることが可能である。典
型的なそのようなマイクロレンズの寸法は、直径が１０
０〜数百ミクロンであり、曲率半径が数百マイクロメー
トル〜数ミリメートルである。
LEO'92, paper CWG33, p282（Conf.on Laser and Elect
ro-optics, Anaheim, USA, May 1992））により、レー
ザー媒質６の表面上に透明材料（例えば、シリカ）から
なるマイクロレンズアレイを作ることが可能である。典
型的なそのようなマイクロレンズの寸法は、直径が１０
０〜数百ミクロンであり、曲率半径が数百マイクロメー
トル〜数ミリメートルである。
【００７７】このようなマイクロレンズは、平面−凹面
タイプからなる”安定な”キャビティ（”平面−平面”
キャビティは安定ではない）を作製するために使用され
る。光学的ポンピングの場合には、マイクロレンズは、
また、ポンピングビームを絞り込むことができ、そし
て、２つのキャビティ（マイクロレーザーおよびＯＰ
Ｏ）内におけるビームのサイズを低減することができ
る。
タイプからなる”安定な”キャビティ（”平面−平面”
キャビティは安定ではない）を作製するために使用され
る。光学的ポンピングの場合には、マイクロレンズは、
また、ポンピングビームを絞り込むことができ、そし
て、２つのキャビティ（マイクロレーザーおよびＯＰ
Ｏ）内におけるビームのサイズを低減することができ
る。
【００７８】上記方法は、また、ＯＰＯキャビティの出
力部分に作製することができる。これにより、両方のキ
ャビティ内におけるビームを絞り込むこともできる。
力部分に作製することができる。これにより、両方のキ
ャビティ内におけるビームを絞り込むこともできる。
【００７９】これらキャビティの安定化は、キャビティ
内の損失を低減することができ、キャビティの動作効率
を向上させることができる。
内の損失を低減することができ、キャビティの動作効率
を向上させることができる。
【００８０】ＯＰＯキャビティに関しては、非線形材料
１８の周囲にダブル共振キャビティを形成するように、
前記キャビティの入力および出力ミラー（図１において
は、１４，１６，２２，２４；図２においては、２６，
１６）の反射を調節することが可能である。入力ミラー
２６は、シングル共振キャビティに対してはλsignalに
おいて１００％に近い高反射を示し、ダブル共振キャビ
ティに対してはλidle r において１００％に近い高反射
を示さなければならない。出力ミラー１６は、シングル
共振キャビティに対してはλsignalにおいて９０％より
大きい反射を示し、ダブル共振キャビティに対してはλ
idler において９０％より大きい反射を示す。これによ
り、キャビティ１８の動作しきい値をさらに低減するこ
とができる。
１８の周囲にダブル共振キャビティを形成するように、
前記キャビティの入力および出力ミラー（図１において
は、１４，１６，２２，２４；図２においては、２６，
１６）の反射を調節することが可能である。入力ミラー
２６は、シングル共振キャビティに対してはλsignalに
おいて１００％に近い高反射を示し、ダブル共振キャビ
ティに対してはλidle r において１００％に近い高反射
を示さなければならない。出力ミラー１６は、シングル
共振キャビティに対してはλsignalにおいて９０％より
大きい反射を示し、ダブル共振キャビティに対してはλ
idler において９０％より大きい反射を示す。これによ
り、キャビティ１８の動作しきい値をさらに低減するこ
とができる。
【００８１】他の実施形態を図３に示す。この場合に
は、２つの分離したキャビティ（マイクロレーザーキャ
ビティおよびＯＰＯキャビティ）は、もはや存在せず、
代わりに、ＯＰＯキャビティを含有するただ１つのマイ
クロレーザーキャビティがある。マイクロレーザーキャ
ビティは、マイクロレーザーキャビティの入力ミラー３
２および出力ミラー３４により画成されている。マイク
ロレーザーキャビティは、活性レーザー媒質３６、キャ
ビティスイッチングエレメント３８、非線形結晶４０を
備えている。この場合、非線形結晶４０は、キャビティ
の中間ミラー４２および出力ミラー３４と共に、ＯＰ
Ｏ”サブキャビティ”を形成している。この目的のため
に、中間ミラー４２は、レーザービームの波長において
透明であり、ＯＰＯキャビティの信号ビームの波長にお
いて反射を示す。一方、中間ミラー４２は、シングル共
振キャビティに対してはλidler において透明であり、
ダブル共振キャビティに対してはλidler において反射
を示す。出力ミラー３４は、ＯＰＯキャビティの信号ビ
ームの波長において、ある程度透明である。この実施形
態においては、極度にコンパクトでありかつ一体式構造
であるという利点を維持したまま、ＯＰＯキャビティ内
において、より高いエネルギー密度を得ることさえも可
能である。
は、２つの分離したキャビティ（マイクロレーザーキャ
ビティおよびＯＰＯキャビティ）は、もはや存在せず、
代わりに、ＯＰＯキャビティを含有するただ１つのマイ
クロレーザーキャビティがある。マイクロレーザーキャ
ビティは、マイクロレーザーキャビティの入力ミラー３
２および出力ミラー３４により画成されている。マイク
ロレーザーキャビティは、活性レーザー媒質３６、キャ
ビティスイッチングエレメント３８、非線形結晶４０を
備えている。この場合、非線形結晶４０は、キャビティ
の中間ミラー４２および出力ミラー３４と共に、ＯＰ
Ｏ”サブキャビティ”を形成している。この目的のため
に、中間ミラー４２は、レーザービームの波長において
透明であり、ＯＰＯキャビティの信号ビームの波長にお
いて反射を示す。一方、中間ミラー４２は、シングル共
振キャビティに対してはλidler において透明であり、
ダブル共振キャビティに対してはλidler において反射
を示す。出力ミラー３４は、ＯＰＯキャビティの信号ビ
ームの波長において、ある程度透明である。この実施形
態においては、極度にコンパクトでありかつ一体式構造
であるという利点を維持したまま、ＯＰＯキャビティ内
において、より高いエネルギー密度を得ることさえも可
能である。
【００８２】ある実施形態においては、マイクロレーザ
ーキャビティは、受動的にスイッチングされる。この場
合には、スイッチングエレメント８、３８は、可飽和吸
収体エレメントである。
ーキャビティは、受動的にスイッチングされる。この場
合には、スイッチングエレメント８、３８は、可飽和吸
収体エレメントである。
【００８３】特別に有利な実施形態においては、可飽和
吸収体は、フィルムの形態である。特に、可飽和吸収体
フィルムを、レーザー増幅媒質上に直接的に成膜するこ
とが有利である。
吸収体は、フィルムの形態である。特に、可飽和吸収体
フィルムを、レーザー増幅媒質上に直接的に成膜するこ
とが有利である。
【００８４】２つのタイプの薄膜を使用することが可能
である。
である。
【００８５】１つは、可飽和吸収分子を含有するポリマ
ーである。典型的には１．０６μｍのマイクロレーザー
に対しては、可飽和吸収体として、有機色素を使用する
ことができる。有機色素は、例えば、クロロベンゼン中
に６％重量のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を
含有する溶液中のビス（４−ジエチルアミノジチオベン
ジル）ニッケル（bis(4-diethylaminodithiobenzyl)nic
kel, BDN, KODAK, CASNo. 51449-18-4）のようなものを
使用することができる。
ーである。典型的には１．０６μｍのマイクロレーザー
に対しては、可飽和吸収体として、有機色素を使用する
ことができる。有機色素は、例えば、クロロベンゼン中
に６％重量のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を
含有する溶液中のビス（４−ジエチルアミノジチオベン
ジル）ニッケル（bis(4-diethylaminodithiobenzyl)nic
kel, BDN, KODAK, CASNo. 51449-18-4）のようなものを
使用することができる。
【００８６】代替物は、作製プロセスと関連して以下に
おいて説明される。
おいて説明される。
【００８７】このタイプの溶液は、トラメル（trammme
l）によりレーザー材料上に直接的に成膜される（以下
の作製プロセスの記載を参照されたい）。この結果、フ
ィルムの厚さは、１〜５μｍ、例えば、２、３、４μｍ
となる。
l）によりレーザー材料上に直接的に成膜される（以下
の作製プロセスの記載を参照されたい）。この結果、フ
ィルムの厚さは、１〜５μｍ、例えば、２、３、４μｍ
となる。
【００８８】他のタイプのフィルムは、液相エピタキシ
ー（liquid phase epitaxy、ＬＰＥ）により、レーザー
材料上に直接的に得ることができる。あるいは、同じ成
膜（同じ材料、同じドーピング、同じ特性）を得ること
を可能とする他の任意のプロセスにより得ることができ
る。よって、フィルムは、一般的に言えば、ＬＰＥによ
り得ることができる。ＬＰＥによる作製プロセスは、以
下において記載され、固体活性媒質から構成される基体
上に、１μｍ〜５００μｍ（例えば、１００、２００、
３００、４００μｍ）のフィルム厚さでもって得ること
ができる。フィルムは、固体活性媒質（例えば、ＹＡ
Ｇ）の基本材料と同一の基本材料により構成される。し
かし、フィルムは、フィルムに可飽和吸収特性を与える
イオン、例えば、１．０６μｍのレーザーに対してはＣ
ｒ4+、あるいは、１．５μｍ付近のレーザーに対しては
Ｅｒ3+がドーピングされている。
ー（liquid phase epitaxy、ＬＰＥ）により、レーザー
材料上に直接的に得ることができる。あるいは、同じ成
膜（同じ材料、同じドーピング、同じ特性）を得ること
を可能とする他の任意のプロセスにより得ることができ
る。よって、フィルムは、一般的に言えば、ＬＰＥによ
り得ることができる。ＬＰＥによる作製プロセスは、以
下において記載され、固体活性媒質から構成される基体
上に、１μｍ〜５００μｍ（例えば、１００、２００、
３００、４００μｍ）のフィルム厚さでもって得ること
ができる。フィルムは、固体活性媒質（例えば、ＹＡ
Ｇ）の基本材料と同一の基本材料により構成される。し
かし、フィルムは、フィルムに可飽和吸収特性を与える
イオン、例えば、１．０６μｍのレーザーに対してはＣ
ｒ4+、あるいは、１．５μｍ付近のレーザーに対しては
Ｅｒ3+がドーピングされている。
【００８９】よって、スイッチングされるべきレーザー
に対しては、レーザーの発光波長においてエピタキシャ
ルフィルムが可飽和吸収を示すようなタイプのドーパン
トが適用されている。
に対しては、レーザーの発光波長においてエピタキシャ
ルフィルムが可飽和吸収を示すようなタイプのドーパン
トが適用されている。
【００９０】結果的に、この場合、活性レーザー材料お
よび可飽和吸収体フィルムは、同じ結晶構造を有してお
り、結晶に影響を与えかつこれら２つの媒質の光学特性
に影響を与えるドーパントにおいてのみ異なっている。
したがって、２つの場合におけるフィルムの性質は、大
きく異なっている。
よび可飽和吸収体フィルムは、同じ結晶構造を有してお
り、結晶に影響を与えかつこれら２つの媒質の光学特性
に影響を与えるドーパントにおいてのみ異なっている。
したがって、２つの場合におけるフィルムの性質は、大
きく異なっている。
【００９１】よって、各々のフィルムのタイプに対し
て、ダメージのしきい値が決められる。レーザーキャビ
ティ内に存在するパワー密度がある値を超えると、可飽
和吸収体フィルムを破壊し得るようになる。この限界パ
ワー密度は、ダメージしきい値と称され、有機色素含有
ポリマーの場合には、ＬＰＥ成膜フィルムの場合より
も、より低いものである。よって、有機色素含有ポリマ
ーの場合には、ＬＰＥ成膜フィルムの場合よりも、キャ
ビティ内においてより低いエネルギーレベルで動作させ
る必要がある。
て、ダメージのしきい値が決められる。レーザーキャビ
ティ内に存在するパワー密度がある値を超えると、可飽
和吸収体フィルムを破壊し得るようになる。この限界パ
ワー密度は、ダメージしきい値と称され、有機色素含有
ポリマーの場合には、ＬＰＥ成膜フィルムの場合より
も、より低いものである。よって、有機色素含有ポリマ
ーの場合には、ＬＰＥ成膜フィルムの場合よりも、キャ
ビティ内においてより低いエネルギーレベルで動作させ
る必要がある。
【００９２】さらに、ある場合には、レーザー材料とポ
リマーとの間のインデックスの違いは、これら２つの媒
質間の光学的境界面において現れる。他の場合には、Ｌ
ＰＥだけが、同じ材料（例えば、ＹＡＧ上にはＹＡＧで
あって、ドーピングだけが異なる）に対して可能であ
る。この場合には、エピタキシャルフィルムのインデッ
クスを、エピタキシャルの基体として機能している活性
レーザー媒質のインデックスに合わせることが可能であ
る。したがって、２つの媒質間における光学的境界面の
形成を阻止することができる。
リマーとの間のインデックスの違いは、これら２つの媒
質間の光学的境界面において現れる。他の場合には、Ｌ
ＰＥだけが、同じ材料（例えば、ＹＡＧ上にはＹＡＧで
あって、ドーピングだけが異なる）に対して可能であ
る。この場合には、エピタキシャルフィルムのインデッ
クスを、エピタキシャルの基体として機能している活性
レーザー媒質のインデックスに合わせることが可能であ
る。したがって、２つの媒質間における光学的境界面の
形成を阻止することができる。
【００９３】最後に、フィルムの性質は、レーザーパル
スのパルス形態またはパルス形状に影響を与えることに
なる。ポリマー中に溶解された有機色素の場合には、色
素の緩和時間は、非常に短く（〜１ｎｓ）、一方、イオ
ンが不純物（Ｃｒ4+、Ｅｒ3+）を構成しているエピタキ
シャルフィルムの場合には、緩和時間は、（数ナノ秒で
あって）少し長いものである。これらの性質は、意図し
た使用に応じて、フィルムの選択を明瞭に左右すること
になる。
スのパルス形態またはパルス形状に影響を与えることに
なる。ポリマー中に溶解された有機色素の場合には、色
素の緩和時間は、非常に短く（〜１ｎｓ）、一方、イオ
ンが不純物（Ｃｒ4+、Ｅｒ3+）を構成しているエピタキ
シャルフィルムの場合には、緩和時間は、（数ナノ秒で
あって）少し長いものである。これらの性質は、意図し
た使用に応じて、フィルムの選択を明瞭に左右すること
になる。
【００９４】上述の構造（活性レーザー媒質上にフィル
ムの形態で可飽和吸収体が直接成膜されている構造）に
より、軸合わせを必要とすることがなく、光学的接着剤
のような付随的なエレメントの導入を必要とすることが
なく、また、同じ基本媒質から活性レーザー媒質および
受動スイッチングエレメントを形成するための同じ基本
媒質のコドーピング（codoping）の必要性を避けること
ができるコンパクトなマイクロレーザーキャビティを得
ることができる。
ムの形態で可飽和吸収体が直接成膜されている構造）に
より、軸合わせを必要とすることがなく、光学的接着剤
のような付随的なエレメントの導入を必要とすることが
なく、また、同じ基本媒質から活性レーザー媒質および
受動スイッチングエレメントを形成するための同じ基本
媒質のコドーピング（codoping）の必要性を避けること
ができるコンパクトなマイクロレーザーキャビティを得
ることができる。
【００９５】次に、受動的にスイッチングされる形態の
マイクロレーザーを備えた本発明のＯＰＯの製造プロセ
スについて、図２に示すような構造を得る場合に対して
説明する。以下、各工程ごとに説明する。
マイクロレーザーを備えた本発明のＯＰＯの製造プロセ
スについて、図２に示すような構造を得る場合に対して
説明する。以下、各工程ごとに説明する。
【００９６】１）活性レーザー材料が選択され、調製さ
れる。すなわち、配向され、０．５〜５ｍｍの厚さのプ
レート４６にカットされる（図４（ａ））。その後、プ
レートは、研磨され、また仕上げ研磨される。その結
果、所望の最終厚さｅが得られる。
れる。すなわち、配向され、０．５〜５ｍｍの厚さのプ
レート４６にカットされる（図４（ａ））。その後、プ
レートは、研磨され、また仕上げ研磨される。その結
果、所望の最終厚さｅが得られる。
【００９７】２）この工程は、可飽和吸収体４８の作製
工程である（図４（ｂ））。
工程である（図４（ｂ））。
【００９８】２ａ）従来の可飽和吸収体の場合には、ス
イッチ型マイクロレーザーキャビティを得ることができ
る様々なプロセスが公知である。特に、活性レーザー媒
質の基本材料のコドーピングを行うことができ、これに
より、活性レーザー媒質および可飽和吸収体の性質を与
えることができる（例えば、ＹＡＧに対して、ネオジミ
ウムイオンＮｄ3+およびクロミウムイオンＣｒ4+をドー
ピングする）。
イッチ型マイクロレーザーキャビティを得ることができ
る様々なプロセスが公知である。特に、活性レーザー媒
質の基本材料のコドーピングを行うことができ、これに
より、活性レーザー媒質および可飽和吸収体の性質を与
えることができる（例えば、ＹＡＧに対して、ネオジミ
ウムイオンＮｄ3+およびクロミウムイオンＣｒ4+をドー
ピングする）。
【００９９】２ｂ）薄膜の形態で成膜された可飽和吸収
体の場合には、２つの成膜のタイプで得ることができ
る。
体の場合には、２つの成膜のタイプで得ることができ
る。
【０１００】２ｂ１）成膜の第１タイプ：ポリマー中に
溶解された可飽和吸収体有機色素の成膜。
溶解された可飽和吸収体有機色素の成膜。
【０１０１】典型的には、１．０６μｍのマイクロレー
ザーに対しては、可飽和吸収体として、ポリメチルメタ
クリレート（ＰＭＭＡ）溶液中のビス（４−ジエチルア
ミノジチオベンジル）ニッケル（BDN, KODAK, CAS No.
51449-18-4）のような有機色素を使用することができ
る。この目的のために、クロロベンゼン（Prolabo） 中
に、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、Polyscienc
e average weights） を６ｗｔ．％含有させて、２４時
間攪拌した溶液を調製する。この溶液に、０．２ｗｔ．
％のＢＤＮを加え、その後、２時間攪拌する。そして溶
液は、濾過された後、液滴を滴下して基体を回転させ遠
心分離により広げる方法で、基体の出口面上に成膜され
る。この”トラメル”成膜のためには、マイクロエレク
トロニクスの分野において、リソグラフ操作時に使用さ
れる樹脂の成膜のための装置のような標準装置を使用す
ることができる。基体は、前もって、仕上げ研磨操作に
起因する不純物のすべてのトレースに関してクリーニン
グされる。基体は、２０００ｒ．ｐ．ｍ．で２０秒間回
転（トラメル）され、その後、５０００ｒ．ｐ．ｍ．で
３０秒間回転（トラメル）される。その後、フィルム
は、オーブン中において、７０℃で２時間乾燥される。
ザーに対しては、可飽和吸収体として、ポリメチルメタ
クリレート（ＰＭＭＡ）溶液中のビス（４−ジエチルア
ミノジチオベンジル）ニッケル（BDN, KODAK, CAS No.
51449-18-4）のような有機色素を使用することができ
る。この目的のために、クロロベンゼン（Prolabo） 中
に、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、Polyscienc
e average weights） を６ｗｔ．％含有させて、２４時
間攪拌した溶液を調製する。この溶液に、０．２ｗｔ．
％のＢＤＮを加え、その後、２時間攪拌する。そして溶
液は、濾過された後、液滴を滴下して基体を回転させ遠
心分離により広げる方法で、基体の出口面上に成膜され
る。この”トラメル”成膜のためには、マイクロエレク
トロニクスの分野において、リソグラフ操作時に使用さ
れる樹脂の成膜のための装置のような標準装置を使用す
ることができる。基体は、前もって、仕上げ研磨操作に
起因する不純物のすべてのトレースに関してクリーニン
グされる。基体は、２０００ｒ．ｐ．ｍ．で２０秒間回
転（トラメル）され、その後、５０００ｒ．ｐ．ｍ．で
３０秒間回転（トラメル）される。その後、フィルム
は、オーブン中において、７０℃で２時間乾燥される。
【０１０２】これにより、１μｍ厚さであり、３％の活
性分子（ＢＤＮ）を含有し、また、飽和前の光学密度が
１．０６μｍ（７４％透過）において０．１３であるフ
ィルムが得られる。
性分子（ＢＤＮ）を含有し、また、飽和前の光学密度が
１．０６μｍ（７４％透過）において０．１３であるフ
ィルムが得られる。
【０１０３】ポリマーの濃度パラメータ、ポリマーの分
子量またはポリマーの溶媒、色素の比率、トラメルの回
転速度を変化させることにより、可飽和吸収体の達成特
性を調節することができる。得られた典型的な特性は、
以下のようである。 −フィルム厚さ ： １〜５μｍ（例えば、２、３、４μｍ） −分子の濃度 ： ５〜１０ｗｔ．％ −色素 ： ＢＤＮ、ｍｍ＝６８５ｇ −ガラス転移点 ： Ｔg＝７８℃ −１．０６μｍにおける吸収 ： １０〜７０％ −飽和レベル ： ９０％ −有効断面積 ： １０-16ｃｍ2 −飽和強度 ： ０．１〜１ＭＷ／ｃｍ2 −フィルムの非一様性 ： ＜５％（１ｃｍ2あたり） −減極レベル ： ＜１０-5 （depolarization level） −８００ｎｍにおける損失 ： ＜１％ −反復レート ： １０〜１０，０００Ｈｚ −光安定性 ： １０8ストローク −成膜方法 ： トラメル
子量またはポリマーの溶媒、色素の比率、トラメルの回
転速度を変化させることにより、可飽和吸収体の達成特
性を調節することができる。得られた典型的な特性は、
以下のようである。 −フィルム厚さ ： １〜５μｍ（例えば、２、３、４μｍ） −分子の濃度 ： ５〜１０ｗｔ．％ −色素 ： ＢＤＮ、ｍｍ＝６８５ｇ −ガラス転移点 ： Ｔg＝７８℃ −１．０６μｍにおける吸収 ： １０〜７０％ −飽和レベル ： ９０％ −有効断面積 ： １０-16ｃｍ2 −飽和強度 ： ０．１〜１ＭＷ／ｃｍ2 −フィルムの非一様性 ： ＜５％（１ｃｍ2あたり） −減極レベル ： ＜１０-5 （depolarization level） −８００ｎｍにおける損失 ： ＜１％ −反復レート ： １０〜１０，０００Ｈｚ −光安定性 ： １０8ストローク −成膜方法 ： トラメル
【０１０４】ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテ
ート、あるいは、ポリスチレンのような他のポリマー
は、ＰＭＭＡに代えて、それぞれに対して適切な溶媒を
使用して使用することができる。また、色素として、ビ
ス（４−ジメチルアミノジチオベンジル）ニッケル（bi
s(4-dimethylaminodithiobenzyl)nickel, BDN, KODAK,C
AS No. 38465-55-3）を使用することもできる。
ート、あるいは、ポリスチレンのような他のポリマー
は、ＰＭＭＡに代えて、それぞれに対して適切な溶媒を
使用して使用することができる。また、色素として、ビ
ス（４−ジメチルアミノジチオベンジル）ニッケル（bi
s(4-dimethylaminodithiobenzyl)nickel, BDN, KODAK,C
AS No. 38465-55-3）を使用することもできる。
【０１０５】色素は、また、シリカゲル内に組み込むこ
ともできるし、あるいは、ポリマーチェインにぶら下げ
ることもできる。
ともできるし、あるいは、ポリマーチェインにぶら下げ
ることもできる。
【０１０６】他のジチエン（dithiene）系金属錯体を、
他の波長に対する染料として使用することができる。こ
れに関しては、K.H.Drexhage氏他による Optics Commun
icaーtions 10(1), 19, 1974 、および、Mueller-Wester
hoff氏による Mol. Cryst.Liq. Cryst. 183, 291, 1990
による文献中に記載がある。
他の波長に対する染料として使用することができる。こ
れに関しては、K.H.Drexhage氏他による Optics Commun
icaーtions 10(1), 19, 1974 、および、Mueller-Wester
hoff氏による Mol. Cryst.Liq. Cryst. 183, 291, 1990
による文献中に記載がある。
【０１０７】この方法は、また、１．０６μｍ以外の波
長で動作するスイッチ型レーザーに対しても使用するこ
とができる。例えば、テトラエチルオクタハイドロテト
ラアザペンタフェン−ジチオルアト−ニッケル（tetrae
thyloctahydrotetraaza-pentaphene-dithiolat-nickel,
上記Mueller-Westerhoff氏による文献を参照されたい）
を備えて１．５μｍ付近で発光するＥｒまたはＥｒ＋Ｙ
ｂレーザー（ＥｒまたはＥｒ＋Ｙｂがドーピングされた
材料であって、活性イオンはＥｒである）においてスイ
ッチングが起こっても良い。
長で動作するスイッチ型レーザーに対しても使用するこ
とができる。例えば、テトラエチルオクタハイドロテト
ラアザペンタフェン−ジチオルアト−ニッケル（tetrae
thyloctahydrotetraaza-pentaphene-dithiolat-nickel,
上記Mueller-Westerhoff氏による文献を参照されたい）
を備えて１．５μｍ付近で発光するＥｒまたはＥｒ＋Ｙ
ｂレーザー（ＥｒまたはＥｒ＋Ｙｂがドーピングされた
材料であって、活性イオンはＥｒである）においてスイ
ッチングが起こっても良い。
【０１０８】２ｂ２）成膜の第２タイプ：液相エピタキ
シー（ＬＰＥ）によるフィルムの成膜。
シー（ＬＰＥ）によるフィルムの成膜。
【０１０９】可飽和吸収体（Ｓ．Ａ．）フィルムは、基
体の成膜される面が適切に選択された過飽和溶液に浸漬
される。この溶液またはエピタキシーバスは、溶媒と、
最終材料を形成するものとは異なるエレメントにより構
成されている溶質との混合体である。基体およびフィル
ムは、同じ結晶構造を有しており、フィルムの結晶性、
および、光学的性質に影響を与えるドーパントにおいて
のみ異なっている。Ｎｄ、Ｅｒ、Ｙｂのような活性イオ
ンは、材料を増幅することができ、他のイオン（Ｃｒ、
Ｅｒ）は、Ｓ．Ａ．特性を材料に与える。そして、さら
に他のイオン（例えば、Ｇａ、Ｇｅ、Ｌｕ、等）は、屈
折率を変化させるために、あるいは、結晶格子を変化さ
せるために使用することができる。
体の成膜される面が適切に選択された過飽和溶液に浸漬
される。この溶液またはエピタキシーバスは、溶媒と、
最終材料を形成するものとは異なるエレメントにより構
成されている溶質との混合体である。基体およびフィル
ムは、同じ結晶構造を有しており、フィルムの結晶性、
および、光学的性質に影響を与えるドーパントにおいて
のみ異なっている。Ｎｄ、Ｅｒ、Ｙｂのような活性イオ
ンは、材料を増幅することができ、他のイオン（Ｃｒ、
Ｅｒ）は、Ｓ．Ａ．特性を材料に与える。そして、さら
に他のイオン（例えば、Ｇａ、Ｇｅ、Ｌｕ、等）は、屈
折率を変化させるために、あるいは、結晶格子を変化さ
せるために使用することができる。
【０１１０】よって、得られるフィルムの性質を制御す
ることが可能となる。このプロセスは、（基体をなすた
めに）単結晶の形態をなすいかなる材料に対しても適用
することができ、また、液相エピタキシーにより作製す
ることができる。これは、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ）、Ｙ
2ＳｉＯ5（ＹＳＯ）、ＹＶＯ4 、ＹＬｉＦ4 （ＹＬ
Ｆ）、あるいは、ＧｄＶＯ4 のような活性レーザー媒質
の基本材料としての上記材料の場合である。バスの組成
（溶媒および置換基の選択）、異なる酸化物の溶質内に
おける濃度、実験的成長条件（温度範囲、操作手続、
等）は、最適の結晶性を有するフィルムを得るために、
各材料に応じて調節することができる。
ることが可能となる。このプロセスは、（基体をなすた
めに）単結晶の形態をなすいかなる材料に対しても適用
することができ、また、液相エピタキシーにより作製す
ることができる。これは、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ）、Ｙ
2ＳｉＯ5（ＹＳＯ）、ＹＶＯ4 、ＹＬｉＦ4 （ＹＬ
Ｆ）、あるいは、ＧｄＶＯ4 のような活性レーザー媒質
の基本材料としての上記材料の場合である。バスの組成
（溶媒および置換基の選択）、異なる酸化物の溶質内に
おける濃度、実験的成長条件（温度範囲、操作手続、
等）は、最適の結晶性を有するフィルムを得るために、
各材料に応じて調節することができる。
【０１１１】ガーネット（ＹＡＧ）の場合には、選択さ
れた溶媒は、ＰｂＯ／Ｂ2Ｏ3混合体であり、溶質は、ガ
ーネット相を安定化させる目的で、Ａｌ2Ｏ3を過剰に含
有している。溶質／溶媒比が、その後、１０００℃で成
長させるために計算される。
れた溶媒は、ＰｂＯ／Ｂ2Ｏ3混合体であり、溶質は、ガ
ーネット相を安定化させる目的で、Ａｌ2Ｏ3を過剰に含
有している。溶質／溶媒比が、その後、１０００℃で成
長させるために計算される。
【０１１２】バスの組成、温度、および、成膜時間の関
数として、厚さ（１≦ｅ≦２００μｍ、例えば、２５μ
ｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍ、１２５μｍ、１
５０μｍ、１７５μｍであって、ｅ≧２００μｍとする
ことも可能）、および、フィルム中のドーパント濃度を
調節することができる。フィルムの成長は、一定温度で
起こり、これにより、フィルム厚さにわたってのドーパ
ント濃度の一様性を得ることができる。基体は、等速あ
るいは回転運動され、これにより、良好な厚さの一様性
が得られる。
数として、厚さ（１≦ｅ≦２００μｍ、例えば、２５μ
ｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍ、１２５μｍ、１
５０μｍ、１７５μｍであって、ｅ≧２００μｍとする
ことも可能）、および、フィルム中のドーパント濃度を
調節することができる。フィルムの成長は、一定温度で
起こり、これにより、フィルム厚さにわたってのドーパ
ント濃度の一様性を得ることができる。基体は、等速あ
るいは回転運動され、これにより、良好な厚さの一様性
が得られる。
【０１１３】１つあるいは２つのＳ．Ａ．フィルムを備
えた基体は、活性レーザー媒質の１つの面の表面がバス
中に浸漬されるか、あるいは、活性レーザー媒質が完全
にバス中に浸漬されて両面に対してそれが起こるかのど
ちらを選択するかによって、製作することができる。
えた基体は、活性レーザー媒質の１つの面の表面がバス
中に浸漬されるか、あるいは、活性レーザー媒質が完全
にバス中に浸漬されて両面に対してそれが起こるかのど
ちらを選択するかによって、製作することができる。
【０１１４】得られた１つあるいは複数のエピタキシー
面は、エピタキシープロセスにより発生した可能性のあ
る表面粗さを除去するために、また、１つあるいは複数
のエピタキシーフィルムの厚さをマイクロレーザーの動
作に対して所望の厚さとするために再度研磨することが
できる。
面は、エピタキシープロセスにより発生した可能性のあ
る表面粗さを除去するために、また、１つあるいは複数
のエピタキシーフィルムの厚さをマイクロレーザーの動
作に対して所望の厚さとするために再度研磨することが
できる。
【０１１５】３）この工程は、マイクロレーザーキャビ
ティの出力ミラー５０を成膜する工程である。出力ミラ
ー５０は、誘電体多層成膜により得られるダイクロイッ
クミラーとすることができる。この成膜方法は、当業者
に対して公知であり、また商業的に利用可能な方法であ
る。図２に示す実施形態においては、出力ミラー５０
は、レーザーキャビティの出力側結合面として、かつ、
非線形材料を含む第２キャビティに対する入力ミラーと
して使用されている。
ティの出力ミラー５０を成膜する工程である。出力ミラ
ー５０は、誘電体多層成膜により得られるダイクロイッ
クミラーとすることができる。この成膜方法は、当業者
に対して公知であり、また商業的に利用可能な方法であ
る。図２に示す実施形態においては、出力ミラー５０
は、レーザーキャビティの出力側結合面として、かつ、
非線形材料を含む第２キャビティに対する入力ミラーと
して使用されている。
【０１１６】４）この工程は、非線形材料またはＯＰＯ
結晶５２を成膜する工程である（図４（ｄ））結晶の切
断方法、および、特に信号ビームに対する所望の波長の
関数として結晶に与えられるべき配向は、R.W.Boyd氏に
よる Academic Press, 1992,USA, ISBN 0-12-1216802に
おける”Non-linear optics” と題する文献中の pp85-
90 に記載されている。
結晶５２を成膜する工程である（図４（ｄ））結晶の切
断方法、および、特に信号ビームに対する所望の波長の
関数として結晶に与えられるべき配向は、R.W.Boyd氏に
よる Academic Press, 1992,USA, ISBN 0-12-1216802に
おける”Non-linear optics” と題する文献中の pp85-
90 に記載されている。
【０１１７】５）この工程は、集合体の２つの面上にミ
ラーを成膜する工程である（図４（ｅ）に示すものであ
って、入力側ダイクロイックミラー５４および出力ミラ
ー５６が成膜され、この場合、入力側ダイクロイックミ
ラー５４は、レーザー周波数において高反射を示し、か
つ、ポンピング用のレーザーダイオードの波長に対して
は高度に透明なものであり、出力ミラー５６は、ＯＰＯ
キャビティの出力側結合体である）。
ラーを成膜する工程である（図４（ｅ）に示すものであ
って、入力側ダイクロイックミラー５４および出力ミラ
ー５６が成膜され、この場合、入力側ダイクロイックミ
ラー５４は、レーザー周波数において高反射を示し、か
つ、ポンピング用のレーザーダイオードの波長に対して
は高度に透明なものであり、出力ミラー５６は、ＯＰＯ
キャビティの出力側結合体である）。
【０１１８】６）この工程は、マイクロレーザーのチッ
プを得るための、プレートをカットする工程である（図
４（ｆ））。
プを得るための、プレートをカットする工程である（図
４（ｆ））。
【０１１９】複数のミラー、可飽和吸収体、活性レーザ
ー媒質、ＯＰＯ結晶、および付加的にマイクロレンズを
有する小さなプレートは、マイクロエレクトロニクスの
分野においてＳｉチップをカットするために使用される
タイプのダイヤモンドソーを用いて、面積が数ｍｍ2 の
レーザーチップが得られるようカットされる。
ー媒質、ＯＰＯ結晶、および付加的にマイクロレンズを
有する小さなプレートは、マイクロエレクトロニクスの
分野においてＳｉチップをカットするために使用される
タイプのダイヤモンドソーを用いて、面積が数ｍｍ2 の
レーザーチップが得られるようカットされる。
【０１２０】例えば図１に示すような構造を得るに際し
ては、当業者は、上記工程の順序を変更することがで
き、同様のミラーを作る必要がある。図３に関連して説
明したような構造に対しては、上記において説明したよ
うに中間ミラー４２に対しては、特別の性質を付与する
必要がある。
ては、当業者は、上記工程の順序を変更することがで
き、同様のミラーを作る必要がある。図３に関連して説
明したような構造に対しては、上記において説明したよ
うに中間ミラー４２に対しては、特別の性質を付与する
必要がある。
【０１２１】本発明の他の実施形態においては、マイク
ロレーザーキャビティおよびマイクロレーザーは、能動
的にスイッチングされる。そのような構造の例が図５に
示されており（ＯＰＯキャビティは、図示において省略
されている）、図において、参照符号６２は、入力ミラ
ー６６と中間ミラー６８との間において、第１共振キャ
ビティを形成している活性レーザー媒質を示している。
第２共振キャビティは、中間ミラー６８と出力ミラー７
０との間において形成されている。第２共振キャビティ
は、エレメント７４を有しており、エレメント７４の光
学的インデックスは、外部からの擾乱により変調され得
るようになっている。特に、この材料は、電気光学材料
とすることができ、例えば、ＬｉＴａＯ3 により構成す
ることができる。外部制御電圧は、電極７２、７３に印
加することができ、そして、そのように印加された電圧
により、材料７４中に電界が発生し、材料のインデック
スの変調がもたらされる。この変調は、２つのキャビテ
ィの結合に影響を及ぼし、活性レーザー媒質から見た中
間ミラー６８の反射率を変調する。
ロレーザーキャビティおよびマイクロレーザーは、能動
的にスイッチングされる。そのような構造の例が図５に
示されており（ＯＰＯキャビティは、図示において省略
されている）、図において、参照符号６２は、入力ミラ
ー６６と中間ミラー６８との間において、第１共振キャ
ビティを形成している活性レーザー媒質を示している。
第２共振キャビティは、中間ミラー６８と出力ミラー７
０との間において形成されている。第２共振キャビティ
は、エレメント７４を有しており、エレメント７４の光
学的インデックスは、外部からの擾乱により変調され得
るようになっている。特に、この材料は、電気光学材料
とすることができ、例えば、ＬｉＴａＯ3 により構成す
ることができる。外部制御電圧は、電極７２、７３に印
加することができ、そして、そのように印加された電圧
により、材料７４中に電界が発生し、材料のインデック
スの変調がもたらされる。この変調は、２つのキャビテ
ィの結合に影響を及ぼし、活性レーザー媒質から見た中
間ミラー６８の反射率を変調する。
【０１２２】この実施形態は、レーザービームサイズ縮
小手段を付加することにより、さらに改良することがで
きる。レーザービームサイズ縮小手段は、第１共振キャ
ビティの入力部分に配置され、２つのキャビティおよび
レーザービームサイズ縮小手段の集合体は、一体化され
ている。この改良は、図６および図７に示されており、
図６、７においては、図５におけるものと同一または対
応するエレメントには、同じ参照符号が付されている。
レーザービームサイズ９０の縮小手段は、各々の場合に
おいて、参照符号８８により示されている。すなわち、
レーザービームサイズ縮小手段は、実際、ポンピングビ
ーム８０がまず最初に通過することになる活性レーザー
材料８２の表面上に形成されたマイクロミラー８８によ
り形成されている。
小手段を付加することにより、さらに改良することがで
きる。レーザービームサイズ縮小手段は、第１共振キャ
ビティの入力部分に配置され、２つのキャビティおよび
レーザービームサイズ縮小手段の集合体は、一体化され
ている。この改良は、図６および図７に示されており、
図６、７においては、図５におけるものと同一または対
応するエレメントには、同じ参照符号が付されている。
レーザービームサイズ９０の縮小手段は、各々の場合に
おいて、参照符号８８により示されている。すなわち、
レーザービームサイズ縮小手段は、実際、ポンピングビ
ーム８０がまず最初に通過することになる活性レーザー
材料８２の表面上に形成されたマイクロミラー８８によ
り形成されている。
【０１２３】この構成に基づいて、マイクロレーザーの
全体的な厚さ、特に、材料７４の厚さを約１００μｍ以
下にすることができる。電気光学材料７４の場合には、
これにより、電極７２、７３間に印加するのに必要な電
圧を５０〜１００Ｖに制限することができる。しかしな
がら、（すべてのミラーが平面状である）図５の実施形
態においては、キャビティのスイッチングのための適切
なインデックス変化を得るために、電極７２、７３間に
は、数百ボルトあるいは１０００Ｖといった高電圧を印
加しなければならない。キャビティにレーザービームサ
イズ縮小手段が設けられている場合には、マイクロレー
ザーのスイッチングのしきい値は、数ミリワットにまで
低減することができる。
全体的な厚さ、特に、材料７４の厚さを約１００μｍ以
下にすることができる。電気光学材料７４の場合には、
これにより、電極７２、７３間に印加するのに必要な電
圧を５０〜１００Ｖに制限することができる。しかしな
がら、（すべてのミラーが平面状である）図５の実施形
態においては、キャビティのスイッチングのための適切
なインデックス変化を得るために、電極７２、７３間に
は、数百ボルトあるいは１０００Ｖといった高電圧を印
加しなければならない。キャビティにレーザービームサ
イズ縮小手段が設けられている場合には、マイクロレー
ザーのスイッチングのしきい値は、数ミリワットにまで
低減することができる。
【０１２４】マイクロミラー８８の曲率半径は、マイク
ロレーザーの全体長さ（活性媒質８２の長さＬ1 ＋媒質
７４の長さＬ2 ）を超えることが好ましい。典型的に
は、曲率半径は、約１．５〜２ｍｍを超えることにな
る。この状況のもとでは、光学的に安定なキャビティが
得られ、レーザービーム９０の相対的に小さな直径φ
は、媒質７４内において起こり、（図５に示す実施形態
においては約１２０μｍであるのに対し）典型的には数
十マイクロメートルである。
ロレーザーの全体長さ（活性媒質８２の長さＬ1 ＋媒質
７４の長さＬ2 ）を超えることが好ましい。典型的に
は、曲率半径は、約１．５〜２ｍｍを超えることにな
る。この状況のもとでは、光学的に安定なキャビティが
得られ、レーザービーム９０の相対的に小さな直径φ
は、媒質７４内において起こり、（図５に示す実施形態
においては約１２０μｍであるのに対し）典型的には数
十マイクロメートルである。
【０１２５】図７に示すように、凹状のマイクロミラー
８９が第２キャビティの出力部分に設けられている構造
を作ることもまた可能である。さらに、マイクロミラー
８８、８９の各々の半径Ｒ1、Ｒ2は、２つの光学的に安
定なキャビティを得るために選択することができる。こ
の条件は、実際、Ｒ1≧Ｌ1かつＲ2≧Ｌ2により満たされ
る。図６の平凹キャビティの場合には、Ｒ2＝（無限
大）である。
８９が第２キャビティの出力部分に設けられている構造
を作ることもまた可能である。さらに、マイクロミラー
８８、８９の各々の半径Ｒ1、Ｒ2は、２つの光学的に安
定なキャビティを得るために選択することができる。こ
の条件は、実際、Ｒ1≧Ｌ1かつＲ2≧Ｌ2により満たされ
る。図６の平凹キャビティの場合には、Ｒ2＝（無限
大）である。
【０１２６】電気光学エレメント７４に代えて、インデ
ックスｎ2 が可変な媒質を使用することもまた可能であ
る。このような媒質は、−例えば近傍に配置された電磁
石を利用することによる外部磁界に対応してインデック
スｎ2 が変調されるような磁気光学材料であるか、ある
いは、−インデックスが外部から印加された温度変化ま
たは圧力変化の関数であるような材料であるかのいずれ
かである。
ックスｎ2 が可変な媒質を使用することもまた可能であ
る。このような媒質は、−例えば近傍に配置された電磁
石を利用することによる外部磁界に対応してインデック
スｎ2 が変調されるような磁気光学材料であるか、ある
いは、−インデックスが外部から印加された温度変化ま
たは圧力変化の関数であるような材料であるかのいずれ
かである。
【０１２７】上述のマイクロレーザーの構造は、図２、
３に関連して説明したように、ＯＰＯキャビティに結合
し得ることはもちろんである。
３に関連して説明したように、ＯＰＯキャビティに結合
し得ることはもちろんである。
【０１２８】次に、他の能動的にスイッチングされるレ
ーザーマイクロキャビティの構造について説明する。
ーザーマイクロキャビティの構造について説明する。
【０１２９】上記構造（図５〜図７に示す二重Ｆａｂｒ
ｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティ）と比較して、得られたレー
ザーマイクロキャビティの構造は、ずっと単純であり、
能動モードで動作する公知のマイクロレーザー構造の複
雑さの問題を解決するものである。加えて、得られた構
造は、図５、６に関連して説明した実施形態と同様に、
電気光学材料が適用される際に使用されるべき制御電圧
を低減することができる。
ｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティ）と比較して、得られたレー
ザーマイクロキャビティの構造は、ずっと単純であり、
能動モードで動作する公知のマイクロレーザー構造の複
雑さの問題を解決するものである。加えて、得られた構
造は、図５、６に関連して説明した実施形態と同様に、
電気光学材料が適用される際に使用されるべき制御電圧
を低減することができる。
【０１３０】この実施形態においては、マイクロレーザ
ーキャビティは、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを
形成する活性レーザー媒質および２つのマイクロミラー
を備えている。前記キャビティは、光学的安定限界にあ
り、キャビティには、マイクロレーザーキャビティを光
学的不安定状態から光学的安定状態へと変化させるため
に、マイクロレーザーキャビティの光学的長さを変化さ
せるための手段が設けられている。
ーキャビティは、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを
形成する活性レーザー媒質および２つのマイクロミラー
を備えている。前記キャビティは、光学的安定限界にあ
り、キャビティには、マイクロレーザーキャビティを光
学的不安定状態から光学的安定状態へと変化させるため
に、マイクロレーザーキャビティの光学的長さを変化さ
せるための手段が設けられている。
【０１３１】したがって、新しい能動スイッチングが導
入される。というのは、光学的に不安定な状態は、光学
的に安定な状態に対して、キャビティの損失が多い状態
であるからである。この構造は、ただ１つだけのＦａｂ
ｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを有していることにより、
公知の構造とは、根本的に異なっている。
入される。というのは、光学的に不安定な状態は、光学
的に安定な状態に対して、キャビティの損失が多い状態
であるからである。この構造は、ただ１つだけのＦａｂ
ｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを有していることにより、
公知の構造とは、根本的に異なっている。
【０１３２】この実施形態は、図８および図９に図示さ
れている。ここで、参照符号７２、７３、７４、８０
は、図５〜図７において同じ参照符号が与えられている
ものと、同一のエレメントを示している。参照符号９２
は、活性レーザー媒質を示している。参照符号９４、９
８は、レーザーマイクロキャビティの入力ミラーを示し
ている。参照符号９６、１００は、レーザーマイクロキ
ャビティの出力ミラーを示している。媒質９２および７
４は、互いに接触した状態とすることができ、無反射コ
ーティングを、９２−７４間の境界面に成膜することが
できる。図８に示すマイクロレーザーキャビティは、安
定限界にある半球状のキャビティである。レーザー材
料、および、外部制御電圧により光学的インデックスを
変化させ得る他の材料を備えて得られたただ１つのキャ
ビティが構成されている。図５〜図７に関して説明した
ような２つの結合されたキャビティの場合とは違って、
これらの材料は、ただ１つのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキ
ャビティを形成している。２つの材料９２および７４
は、固着（bonding） によりあるいは分子接着（molecu
-lar adhesion）により、接触させることができる。こ
れら２つの材料の接合部分においては、これら２つの材
料の光学的インデックスの違いにより、数パーセントの
限られた反射が起こり得る。しかし、この限られた反射
により、従来技術において説明したようなシステムの場
合には、２つのキャビティを共振状態に結合させるため
の適切な共振を得ることはできない。
れている。ここで、参照符号７２、７３、７４、８０
は、図５〜図７において同じ参照符号が与えられている
ものと、同一のエレメントを示している。参照符号９２
は、活性レーザー媒質を示している。参照符号９４、９
８は、レーザーマイクロキャビティの入力ミラーを示し
ている。参照符号９６、１００は、レーザーマイクロキ
ャビティの出力ミラーを示している。媒質９２および７
４は、互いに接触した状態とすることができ、無反射コ
ーティングを、９２−７４間の境界面に成膜することが
できる。図８に示すマイクロレーザーキャビティは、安
定限界にある半球状のキャビティである。レーザー材
料、および、外部制御電圧により光学的インデックスを
変化させ得る他の材料を備えて得られたただ１つのキャ
ビティが構成されている。図５〜図７に関して説明した
ような２つの結合されたキャビティの場合とは違って、
これらの材料は、ただ１つのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキ
ャビティを形成している。２つの材料９２および７４
は、固着（bonding） によりあるいは分子接着（molecu
-lar adhesion）により、接触させることができる。こ
れら２つの材料の接合部分においては、これら２つの材
料の光学的インデックスの違いにより、数パーセントの
限られた反射が起こり得る。しかし、この限られた反射
により、従来技術において説明したようなシステムの場
合には、２つのキャビティを共振状態に結合させるため
の適切な共振を得ることはできない。
【０１３３】図９に示す実施形態は、図８に示す実施形
態に対して、出力ミラー１００が曲率半径Ｒ2 を有する
凹面ミラーである点において相違している。
態に対して、出力ミラー１００が曲率半径Ｒ2 を有する
凹面ミラーである点において相違している。
【０１３４】例えば共焦（confocal）キャビティ（図９
に示すように２つの凹面ミラーを備えたキャビティ）、
あるいは、半球状キャビティ（図８に示すように平凹面
ミラーを備えたキャビティ）のようなキャビティを安定
限界で作るように、ミラーの特性を決定する必要があ
る。
に示すように２つの凹面ミラーを備えたキャビティ）、
あるいは、半球状キャビティ（図８に示すように平凹面
ミラーを備えたキャビティ）のようなキャビティを安定
限界で作るように、ミラーの特性を決定する必要があ
る。
【０１３５】半球状キャビティの場合には、安定性は、
次式により得られる。
次式により得られる。
【数２】 ここで、Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2である。
【０１３６】共焦キャビティの場合には、安定性は、次
式により得られる。
式により得られる。
【数３】
【数４】
【０１３７】最後に、同中心の、あるいは、球形キャビ
ティに対しては、安定性に関する条件は、次式となる。
ティに対しては、安定性に関する条件は、次式となる。
【数５】
【０１３８】各場合においては、キャビティを安定状態
にする目的で、対応する不等式を満足させるために、イ
ンデックスｎ2、インデックスｎ1、あるいは、長さ
Ｌ1、Ｌ2のうちの１つのいずれかを変化させることがで
きる。これらパラメータのうちの１つの変化は、外部制
御手段により得ることができる。キャビティの光学的安
定状態は、低損失状態に対応しており、また、キャビテ
ィの光学的不安定状態は、高損失状態に対応しているの
で、キャビティを能動的にスイッチングするための新規
な手段が設けられる。
にする目的で、対応する不等式を満足させるために、イ
ンデックスｎ2、インデックスｎ1、あるいは、長さ
Ｌ1、Ｌ2のうちの１つのいずれかを変化させることがで
きる。これらパラメータのうちの１つの変化は、外部制
御手段により得ることができる。キャビティの光学的安
定状態は、低損失状態に対応しており、また、キャビテ
ィの光学的不安定状態は、高損失状態に対応しているの
で、キャビティを能動的にスイッチングするための新規
な手段が設けられる。
【０１３９】図８および図９に示す実施形態の場合に
は、電気光学媒質のインデックスｎ2は、電界を印加す
ることにより変調される。
は、電気光学媒質のインデックスｎ2は、電界を印加す
ることにより変調される。
【０１４０】これに代えて、キャビティの光学長さを変
化させるために、電気光学材料７４を以下のものに置き
換えることができる。すなわち、−例えば近傍に配置さ
れた電磁石を利用することによる外部磁界に対応してイ
ンデックスが変調されるような磁気光学材料。−インデ
ックスｎ2 が圧力に依存し、インデックスの変化が圧力
変化により得られるような材料。
化させるために、電気光学材料７４を以下のものに置き
換えることができる。すなわち、−例えば近傍に配置さ
れた電磁石を利用することによる外部磁界に対応してイ
ンデックスが変調されるような磁気光学材料。−インデ
ックスｎ2 が圧力に依存し、インデックスの変化が圧力
変化により得られるような材料。
【０１４１】また、出力ミラーを圧電手段上に設けるこ
とにより、キャビティの全体幾何長さを変調することが
可能である。これにより、また、マイクロレーザーキャ
ビティの光学長さの制御された変化を得ることができ、
そして、マイクロレーザーキャビティの光学的不安定状
態から光学的安定状態への移行が可能とされる。
とにより、キャビティの全体幾何長さを変調することが
可能である。これにより、また、マイクロレーザーキャ
ビティの光学長さの制御された変化を得ることができ、
そして、マイクロレーザーキャビティの光学的不安定状
態から光学的安定状態への移行が可能とされる。
【０１４２】半球状、共焦、同中心、あるいは、球状キ
ャビティを使用することにより、電気光学材料７４が使
用されたときに、電気光学材料７４内におけるマイクロ
レーザービームの集中を可能とすることができる。マイ
クロレーザービームの断面積が低減されることにより、
インデックスがｎ2 である材料の厚さを低減させること
ができる。レーザー材料と共に単一キャビティを画成す
る電気光学材料が使用されたときには、結果的に、イン
デックスｎ2 の変調のために必要な電界Ｅを得るための
接触電極７２、７３間の所要距離を低減させることがで
きる。同じ電界Ｅを得るために電極に印加される電圧
は、同じだけ低減される。
ャビティを使用することにより、電気光学材料７４が使
用されたときに、電気光学材料７４内におけるマイクロ
レーザービームの集中を可能とすることができる。マイ
クロレーザービームの断面積が低減されることにより、
インデックスがｎ2 である材料の厚さを低減させること
ができる。レーザー材料と共に単一キャビティを画成す
る電気光学材料が使用されたときには、結果的に、イン
デックスｎ2 の変調のために必要な電界Ｅを得るための
接触電極７２、７３間の所要距離を低減させることがで
きる。同じ電界Ｅを得るために電極に印加される電圧
は、同じだけ低減される。
【０１４３】上述のマイクロレーザーの構造は、既に図
２、３に関連して説明したように、ＯＰＯキャビティに
結合し得ることはもちろんである。
２、３に関連して説明したように、ＯＰＯキャビティに
結合し得ることはもちろんである。
【０１４４】次に、能動的にスイッチングされるマイク
ロレーザーを備えた図２の構造に関して、ＯＰＯの製造
プロセスについて説明する。このプロセスは、可飽和吸
収体を備えたＯＰＯの作製に対して図４（ａ）ないし図
４（ｅ）に関連して説明した時の工程１および工程３〜
６と同じ工程を有している。相違点は、この場合、マイ
クロレーザーにおいて能動スイッチングを得ることが必
要であることにより、工程２である。
ロレーザーを備えた図２の構造に関して、ＯＰＯの製造
プロセスについて説明する。このプロセスは、可飽和吸
収体を備えたＯＰＯの作製に対して図４（ａ）ないし図
４（ｅ）に関連して説明した時の工程１および工程３〜
６と同じ工程を有している。相違点は、この場合、マイ
クロレーザーにおいて能動スイッチングを得ることが必
要であることにより、工程２である。
【０１４５】２つの結合されたＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ
キャビティを備えるマイクロレーザー構造（図５〜図
７）の場合には、レーザー材料１６２上に中間ミラー１
６８が成膜され（図１０（ａ））、その後、中間ミラー
１６８上に、インデックス可変材料、例えば、電気光学
材料（ＬｉＴａＯ3） が成膜される。
キャビティを備えるマイクロレーザー構造（図５〜図
７）の場合には、レーザー材料１６２上に中間ミラー１
６８が成膜され（図１０（ａ））、その後、中間ミラー
１６８上に、インデックス可変材料、例えば、電気光学
材料（ＬｉＴａＯ3） が成膜される。
【０１４６】その後、工程３の後、かつ、工程４の前に
おいて、制御電極７２、７３の形成を行う工程３’−１
〜３’−４が行われる。
おいて、制御電極７２、７３の形成を行う工程３’−１
〜３’−４が行われる。
【０１４７】３’−１）この工程においては、マイクロ
レーザーの出力面１１５が、樹脂膜１１７により保護さ
れる。
レーザーの出力面１１５が、樹脂膜１１７により保護さ
れる。
【０１４８】３’−２）この工程においては、電気光学
材料内に溝１１９の形成が行われる（図１０（ｂ））。
これは、後工程において所望の間隔で電極を作ることが
できるようになされるもので、マイクロエレクトロニク
スの分野において使用されるダイヤモンドソーが利用さ
れる。
材料内に溝１１９の形成が行われる（図１０（ｂ））。
これは、後工程において所望の間隔で電極を作ることが
できるようになされるもので、マイクロエレクトロニク
スの分野において使用されるダイヤモンドソーが利用さ
れる。
【０１４９】３’−３）引き続くこの工程においては、
蒸着により電気的コンタクトの成膜（例えば、樹脂膜１
１７および電気光学材料を覆うＣｒ−Ａｕコーティング
１２１の成膜）が行われる。
蒸着により電気的コンタクトの成膜（例えば、樹脂膜１
１７および電気光学材料を覆うＣｒ−Ａｕコーティング
１２１の成膜）が行われる。
【０１５０】３’−４）引き続くこの工程においては、
化学的エッチングが行われ、電気光学材料の両側に金属
領域が残される。
化学的エッチングが行われ、電気光学材料の両側に金属
領域が残される。
【０１５１】ただ１つのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビ
ティを備えるマイクロレーザー（図８および図９）の場
合には、中間ミラー１６８の成膜は、行われない。この
場合、無反射コーティングが、レーザー材料プレートと
電気光学材料プレートとの間の境界面に成膜されること
ができる。２つのプレートは、その後、光学的接着剤を
利用して固着される、あるいは、例えば分子接着のよう
な他の任意のプロセスにより一体化される。
ティを備えるマイクロレーザー（図８および図９）の場
合には、中間ミラー１６８の成膜は、行われない。この
場合、無反射コーティングが、レーザー材料プレートと
電気光学材料プレートとの間の境界面に成膜されること
ができる。２つのプレートは、その後、光学的接着剤を
利用して固着される、あるいは、例えば分子接着のよう
な他の任意のプロセスにより一体化される。
【０１５２】マイクロミラーを、キャビティの１つの面
上に形成しなければならないときには、フォトリソグラ
フィー（マスクを介してのＵＶ照射を利用した感光性樹
脂の露出、そして樹脂の化学的現像）、および、イオン
ビームによる加工が使用される。
上に形成しなければならないときには、フォトリソグラ
フィー（マスクを介してのＵＶ照射を利用した感光性樹
脂の露出、そして樹脂の化学的現像）、および、イオン
ビームによる加工が使用される。
【０１５３】上記２つの能動スイッチングの場合（二重
キャビティおよび単一キャビティ）においては、変形形
態として、密度可変マスクを用いてマイクロミラーを作
ることができる。また、図１１に示すように、平面また
は凹面マイクロミラー１２９、１３１を、レーザーの波
長に対して透明なガラスまたはシリカのような材料１３
３上に作ることができる。この場合、マイクロミラーを
備えたこれらの基体は、レーザー媒質の入力面１３５、
および、電気光学材料１３９の出力面１３７に結合する
ことができる。
キャビティおよび単一キャビティ）においては、変形形
態として、密度可変マスクを用いてマイクロミラーを作
ることができる。また、図１１に示すように、平面また
は凹面マイクロミラー１２９、１３１を、レーザーの波
長に対して透明なガラスまたはシリカのような材料１３
３上に作ることができる。この場合、マイクロミラーを
備えたこれらの基体は、レーザー媒質の入力面１３５、
および、電気光学材料１３９の出力面１３７に結合する
ことができる。
【０１５４】上述のすべての実施形態においては、スイ
ッチング方法、および、マイクロレーザーキャビティ−
ＯＰＯキャビティの構成にかかわらず、ＯＰＯの発光波
長は、非線形材料の温度を変化させることにより、連続
的に調節することができる。温度を制御するためのデバ
イスは、D.Lee 氏他によるJ. Opt. Soc. Am. B. vol.1
0, No.9, Sept.93, p1659-1667 における”Stabilizati
on and tuning of adoubly resonant OPO” という文献
中に記載されているように、Ｐｅｌｔｉｅｒ効果に基づ
いて操作することができる。
ッチング方法、および、マイクロレーザーキャビティ−
ＯＰＯキャビティの構成にかかわらず、ＯＰＯの発光波
長は、非線形材料の温度を変化させることにより、連続
的に調節することができる。温度を制御するためのデバ
イスは、D.Lee 氏他によるJ. Opt. Soc. Am. B. vol.1
0, No.9, Sept.93, p1659-1667 における”Stabilizati
on and tuning of adoubly resonant OPO” という文献
中に記載されているように、Ｐｅｌｔｉｅｒ効果に基づ
いて操作することができる。
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｆ）は、本発明のＯＰＯの
製作工程を示す図である。
製作工程を示す図である。
【図５】活性的にスイッチングされるマイクロレーザー
を示す図である。
を示す図である。
【図６】活性的にスイッチングされるマイクロレーザー
を示す図である。
を示す図である。
【図７】活性的にスイッチングされるマイクロレーザー
を示す図である。
を示す図である。
【図８】活性的にスイッチングされるマイクロレーザー
を示す図である。
を示す図である。
【図９】活性的にスイッチングされるマイクロレーザー
を示す図である。
を示す図である。
【図１０】活性的にスイッチングされるマイクロレーザ
ーを示す図である。
ーを示す図である。
【図１１】活性的にスイッチングされるマイクロレーザ
ーを示す図である。
ーを示す図である。
２ （マイクロレーザーキャビティの）入力ミラー ４ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー ６ 活性レーザー媒質、固体活性媒質 ８ スイッチング手段 １０ （マイクロレーザーキャビティの）ポンピングビ
ーム １２ （ＯＰＯキャビティをポンピングするための）レ
ーザービーム １４ （ＯＰＯキャビティの）入力ミラー １６ （ＯＰＯキャビティの）出力ミラー １８ 非線形材料、非線形結晶、光学的パラメトリック
発振器非線形材料 ２２ （ＯＰＯキャビティの）入力ミラー ２４ （ＯＰＯキャビティの）出力ミラー ２６ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー、
（ＯＰＯキャビティの）入力ミラー ３２ 入力ミラー ３４ 出力ミラー ３６ 活性レーザー媒質、固体活性媒質 ４０ 非線形結晶 ４２ 中間ミラー ４６ プレート（活性レーザー媒質） ４８ 可飽和吸収体 ５０ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー ５２ 非線形材料、非線形結晶、光学的パラメトリック
発振器非線形材料 ５４ （マイクロレーザーキャビティの）入力ミラー ５６ （ＯＰＯキャビティの）出力ミラー ６２ 活性レーザー媒質、固体活性媒質 ６６ （マイクロレーザーキャビティの）入力ミラー ６８ 中間ミラー ７０ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー ７４ 電気光学材料（第２材料） ８０ （マイクロレーザーキャビティの）ポンピングビ
ーム ８８ マイクロミラー（レーザービームサイズ縮小手
段） ９２ 活性レーザー媒質、固体活性媒質 ９４ （マイクロレーザーキャビティの）入力ミラー ９６ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー ９８ （マイクロレーザーキャビティの）入力ミラー １００ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー １６２ 活性レーザー媒質、固体活性媒質 １７４ 電気光学材料（第２材料）
ーム １２ （ＯＰＯキャビティをポンピングするための）レ
ーザービーム １４ （ＯＰＯキャビティの）入力ミラー １６ （ＯＰＯキャビティの）出力ミラー １８ 非線形材料、非線形結晶、光学的パラメトリック
発振器非線形材料 ２２ （ＯＰＯキャビティの）入力ミラー ２４ （ＯＰＯキャビティの）出力ミラー ２６ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー、
（ＯＰＯキャビティの）入力ミラー ３２ 入力ミラー ３４ 出力ミラー ３６ 活性レーザー媒質、固体活性媒質 ４０ 非線形結晶 ４２ 中間ミラー ４６ プレート（活性レーザー媒質） ４８ 可飽和吸収体 ５０ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー ５２ 非線形材料、非線形結晶、光学的パラメトリック
発振器非線形材料 ５４ （マイクロレーザーキャビティの）入力ミラー ５６ （ＯＰＯキャビティの）出力ミラー ６２ 活性レーザー媒質、固体活性媒質 ６６ （マイクロレーザーキャビティの）入力ミラー ６８ 中間ミラー ７０ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー ７４ 電気光学材料（第２材料） ８０ （マイクロレーザーキャビティの）ポンピングビ
ーム ８８ マイクロミラー（レーザービームサイズ縮小手
段） ９２ 活性レーザー媒質、固体活性媒質 ９４ （マイクロレーザーキャビティの）入力ミラー ９６ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー ９８ （マイクロレーザーキャビティの）入力ミラー １００ （マイクロレーザーキャビティの）出力ミラー １６２ 活性レーザー媒質、固体活性媒質 １７４ 電気光学材料（第２材料）
フロントページの続き (72)発明者 フィリップ・トニー フランス・38000・グレノーブル・ブール ヴァール・ガンベータ・22
Claims (24)
- 【請求項１】 光学的パラメトリック発振器非線形材料
と、 該非線形材料の両側部に配置されるとともに、光学的パ
ラメトリック発振器キャビティを形成する２つのミラー
と、 前記光学的パラメトリック発振器キャビティをポンピン
グするためのレーザービームを発生するためのスイッチ
型マイクロレーザーとを具備することを特徴とする光学
的パラメトリック発振器。 - 【請求項２】 前記光学的パラメトリック発振器キャビ
ティを形成する前記２つのミラーは、前記光学的パラメ
トリック発振器非線形材料上に直接的に成膜されること
を特徴とする請求項１記載の光学的パラメトリック発振
器。 - 【請求項３】 前記マイクロレーザーのキャビティは、
入力ミラーおよび出力ミラーを備え、 該出力ミラーは、また、前記光学的パラメトリック発振
器キャビティの入力ミラーを構成していることを特徴と
する請求項１または２記載の光学的パラメトリック発振
器。 - 【請求項４】 前記光学的パラメトリック発振器キャビ
ティの前記入力ミラーは、前記マイクロレーザーにより
放出される波長に対しては透明であり、前記光学的パラ
メトリック発振器非線形材料は、前記マイクロレーザー
キャビティ内に配置されていることを特徴とする請求項
１または２記載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項５】 前記光学的パラメトリック発振器キャビ
ティの前記複数のミラーの反射率は、ダブル共振キャビ
ティまたはトリプル共振キャビティを形成するよう調整
されていることを特徴とする請求項１または２記載の光
学的パラメトリック発振器。 - 【請求項６】 前記光学的パラメトリック発振器キャビ
ティは、安定化されていることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項７】 前記マイクロレーザーは、受動的にスイ
ッチングされることを特徴とする請求項１または２記載
の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項８】 前記マイクロレーザーキャビティは、固
体活性媒質、および、可飽和吸収体を有し、 該可飽和吸収体は、前記固体活性媒質上に直接的に成膜
された可飽和吸収体材料からなる薄膜の形態とされてい
ることを特徴とする請求項７記載の光学的パラメトリッ
ク発振器。 - 【請求項９】 前記フィルムは、ポリマー溶媒中に溶解
された有機色素により形成されていることを特徴とする
請求項８記載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項１０】 前記有機色素は、ビス（４−ジエチル
アミノジチオベンジル）ニッケル、または、ビス（４−
ジメチルアミノジチオベンジル）ニッケルの中から選択
され、前記溶媒は、ポリメチルメタクリレート、ポリビ
ニルアルコール、ポリビニルアセテート、あるいは、ポ
リスチレンの溶液であることを特徴とする請求項９記載
の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項１１】 前記フィルムは、液相エピタキシーに
より成膜可能であることを特徴とする請求項８記載の光
学的パラメトリック発振器。 - 【請求項１２】 前記フィルムは、前記固体活性媒質の
基本材料と同一の基本材料から形成され、Ｃｒ4+あるい
はＥｒ3+イオンでドーピングされていることを特徴とす
る請求項１１記載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項１３】 前記マイクロレーザーは、能動的にス
イッチングされることを特徴とする請求項１または２記
載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項１４】 前記レーザー活性媒質は、入力ミラー
と中間ミラーとの間に第１共振キャビティを形成し、第
２材料は、前記中間ミラーと出力ミラーとの間に第２共
振キャビティを形成し、前記第２材料の光学的インデッ
クスは、外部擾乱により変調可能であり、レーザービー
ムサイズ縮小手段が、前記第１共振キャビティの入力部
分に配置され、前記２つのキャビティおよび前記レーザ
ービームサイズ縮小手段の集合体は、一体化されている
ことを特徴とする請求項１３記載の光学的パラメトリッ
ク発振器。 - 【請求項１５】 前記縮小手段は、前記マイクロレーザ
ーのポンピングビームが通過することを意図された前記
活性レーザー媒質の面上にマイクロミラーを備えて作製
された凹面ミラーにより構成されていることを特徴とす
る請求項１４記載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項１６】 前記出力ミラーは、前記第２材料の出
力面上にマイクロミラーを備えて作製された凹面ミラー
であることを特徴とする請求項１４または１５記載の光
学的パラメトリック発振器。 - 【請求項１７】 前記活性レーザー媒質、および、２つ
のミラーは、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティを形成
し、該キャビティは、光学的安定限界にあり、前記キャ
ビティを光学的に不安定な状態から光学的に安定な状態
へと移行させるために、前記キャビティの光学長さを変
化させる手段が設けられていることを特徴とする請求項
１３記載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項１８】 前記キャビティは、半球状、共焦、同
中心、あるいは、球状キャビティであることを特徴とす
る請求項１７記載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項１９】 前記キャビティは、第２の光学長さ可
変材料を有していることを特徴とする請求項１７または
１８記載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項２０】 前記キャビティの光学長さを変化させ
る前記手段は、前記第２材料の前記長さを変化させるた
めの手段を備えていることを特徴とする請求項１９記載
の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項２１】 前記材料は、前記活性レーザー媒質、
および、異なる光学的インデックスを有する前記第２材
料から構成され、前記キャビティの光学長さを変化させ
る前記手段は、前記第２材料の光学的インデックスを変
化させる手段を備えていることを特徴とする請求項１９
記載の光学的パラメトリック発振器。 - 【請求項２２】 前記第２材料は、電気光学材料である
ことを特徴とする請求項１９または２１記載の光学的パ
ラメトリック発振器。 - 【請求項２３】 前記光学的パラメトリック発振器の発
光波長を変化させる手段が設けられていることを特徴と
する請求項１ないし２２のいずれかに記載の光学的パラ
メトリック発振器。 - 【請求項２４】 前記波長は、前記光学的パラメトリッ
ク発振器結晶の温度を変化させることにより調整される
ことを特徴とする請求項２３記載の光学的パラメトリッ
ク発振器。
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| FR9505654 | 1995-05-12 | ||
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