WO2013168587A1 - 受動ｑスイッチ素子および受動ｑスイッチレーザ装置 - Google Patents

受動ｑスイッチ素子および受動ｑスイッチレーザ装置 Download PDF

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saturable absorber
laser
switch element
refractive index
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陽介 秋野
平野　嘉仁
柳澤　隆行
秀則 深堀
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a passive Q switch element using a saturable absorber, particularly to provide a mode selection function.
  • a saturable absorber is a material whose transmittance varies depending on the amount of light absorption, and functions as a Q-switch device simply by being inserted into a laser resonator.
  • the laser oscillation is suppressed, but when the laser material is strongly excited and the gain becomes higher than the intracavity loss including the loss due to the absorption of the saturable absorber, the laser oscillation starts in the resonator.
  • the saturable absorber absorbs a strong laser beam, the absorption is saturated due to depletion of lower level ions, and the saturable absorber becomes sharply transparent to the laser beam.
  • the Q value of the resonator rises and Q switch oscillation occurs.
  • a passive Q-switched laser composed of a semiconductor laser and a coupling optical system, a slab type laser material, a total reflection mirror, an output mirror, and a saturable absorber has been reported (the following non-patent document).
  • Non-Patent Document 1 An ordinary solid-state pulse laser as disclosed in Non-Patent Document 1 below oscillates in many higher-order modes. Since the laser light oscillated in the higher order mode has a larger spatial spread than the laser light in the single mode, the oscillation of only the lower order mode can occur if a small aperture restriction is performed.
  • a laser device has been proposed in which a partial reflection coat is applied to the center of an output mirror and a non-reflection coat is applied to the outer periphery thereof to control the mode in the resonator (Patent Document). 2).
  • the conventional solid-state laser device disclosed in Patent Document 2 has a problem that the processing cost increases because the output mirror is provided with coatings having different reflectivities.
  • the processing cost increases because the output mirror is provided with coatings having different reflectivities.
  • An object of the present invention is to provide a passive Q switch element that can be applied to a waveguide type laser that cannot be mode-controlled spatially.
  • the present invention generally resides in a passive Q switch element in which a mode selection function is given to a passive Q switch element by combining a saturable absorber and a transparent material transparent to the laser oscillation wavelength.
  • a passive Q-switched laser device that oscillates in many higher-order modes, including a waveguide laser
  • a passive Q-switch element that can select a mode without increasing the number of components in the resonator. Can be provided.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a passive Q switch element 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a passive Q switch element 1 is composed of a ring-shaped saturable absorber 2 and a transparent material 3 having a disk shape (a circular cylinder whose cross section perpendicular to the laser beam propagation direction is the same).
  • the saturable absorber 2 is optically bonded on the circumference of the transparent material 3 (the same applies to the entire periphery of the laser beam propagation direction axis).
  • the transparent material 3 is a material that is transparent to the laser oscillation wavelength.
  • the saturable absorber 2 and the transparent material 3 are made of materials having substantially the same or the same refractive index and thermal expansion coefficient.
  • the transparent material 3 may be a host material (base material crystal) of the saturable absorber 2. If the refractive index difference between the saturable absorber 2 and the transparent material 3 is large, loss due to wavefront aberration increases. For example, in order to set the wavefront aberration to ⁇ / 4 or less (wavefront aberration loss 0.012) in the pv value, assuming that the wavelength is 1064 nm and the thickness of the passive Q switch element 1 is 1 mm, the saturable absorber 2 The refractive index difference of the transparent material 3 is
  • ⁇ RMS Wavefront aberration
  • ⁇ n Refractive index difference
  • L Thickness of passive Q switch element 1
  • ⁇ Wavelength.
  • the transparent material 3 has a refractive index (about 1.83) and a thermal expansion coefficient (about 7.8 ⁇ 10 ⁇ 6). It is recommended to use additive-free YAG that is close to / K).
  • Co Spinel
  • the transparent material 3 has an additive-free Spinel having a refractive index (about 1.70) and a thermal expansion coefficient (about 7.45 ⁇ 10 ⁇ 6 / K). Should be used.
  • the transparent material 3 When Co2 +: ZnSe or Cr2 +: ZnSe is used for the saturable absorber 2, the transparent material 3 has a refractive index (about 2.49) and a thermal expansion coefficient (about 7.6 ⁇ 10 ⁇ 6 / K). In the case where Co2 +: ZnS or Cr2 +: ZnS is used for the saturable absorber 2, the transparent material 3 has a refractive index (about 2.29) and a thermal expansion coefficient (about 6.5 ⁇ 10 ⁇ 6). / K) additive-free ZnS may be used.
  • the saturable absorber 2 and the transparent material 3 are optically connected.
  • the saturable absorber 2 and the transparent material 3 are integrally sintered with a ceramic material.
  • the saturable absorber 2 and the transparent material 3 are integrally bonded by diffusion bonding.
  • the saturable absorber 2 and the transparent material 3 are joined together by surface activation joining.
  • the saturable absorber 2 and the transparent material 3 are integrally joined by optical contact.
  • the saturable absorber 2 and the transparent material 3 are integrally bonded with an optical adhesive.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a passive Q switch laser device 11 using the passive Q switch element 1.
  • the passive Q switch laser device 11 includes a passive Q switch element 1, a semiconductor laser 12, an excitation optical system 13, a total reflection mirror 14, a laser material 15, and an output mirror 16.
  • AX indicates the propagation direction axis of the laser beam (the same applies hereinafter).
  • the semiconductor laser 12 is an excitation light source for the laser material 15, and the total reflection mirror 14 and the output mirror 16 constitute a spatial resonator.
  • AX represents the propagation direction axis of the laser beam.
  • the pumping light PL is output from the semiconductor laser 12, and the pumping light PL is shaped by the pumping optical system 13 to become parallel light in the laser material 15, passes through the total reflection mirror 14, and enters the laser material 15.
  • the laser material 15 is excited by the excitation light PL, and spontaneous emission light is generated. A part of the light is reciprocated between the total reflection mirror 14 and the output mirror 16, and is amplified each time it passes through the laser material 15.
  • the saturable absorber 2 When oscillating, the saturable absorber 2 becomes transparent by absorbing the laser light, so that the loss is reduced, and low-order mode Q-switch pulse light is efficiently generated, and a part of the light is output as the oscillation light OL. 16 is taken out.
  • the total reflection mirror 14 and the output mirror 16 can be miniaturized by providing a dielectric film on the end face of the laser material 15 and the end face of the passive Q switch element 1 and integrating them.
  • the transparent material 3 has a circular shape (disc shape), but the transparent material has a quadrangular shape (cube: the shape of the cross section perpendicular to the laser light propagation direction is a quadrangle, the same applies hereinafter), and the saturable absorber 2 is bonded to the periphery thereof. It may be. This is effective when the horizontal and vertical directions of the beam can be separated by making the shape of a cube.
  • the ring-shaped saturable absorber 2 is optically bonded on the circumference of the disk-shaped transparent material 3.
  • the passive Q switch element 1 has a mode selection function so that an efficient low-order mode Q switch pulse light can be obtained without changing the size of the laser device. Can do.
  • FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a planar waveguide passive Q switch element 21 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a planar waveguide passive Q switch element 21 includes a planar saturable absorber 22a (for example, a rectangular plate shape that is flat along the propagation direction of laser light; A second saturable absorber 22b and a planar transparent material 23 are included.
  • the first saturable absorber 22a and the second saturable absorber 22b are optically bonded to two opposing surfaces (main surface, hereinafter the same) of the transparent material 23, and the first saturable absorber 22a.
  • the second saturable absorber 22b facing the surface bonded to the transparent material 23 (outer main surface) facing the surface bonded to the transparent material 23 of the second saturable absorber 22b. And form a waveguide.
  • the transparent material 23 has a coefficient of thermal expansion of the first saturable absorber 22 a and the second saturable absorber 22 b in order to suppress cracking due to stress during bonding.
  • a material having an approximately equal or equal coefficient of thermal expansion is used.
  • the refractive index of the transparent material 23 is such that the first saturable absorber 22a and the second saturable absorber 22a have a refractive index in order to suppress reflection at the interface between the first saturable absorber 22a and the second saturable absorber 22b.
  • a material having a refractive index lower than that of the saturable absorber 22b is used.
  • the transparent material 23 has a refractive index (about 1.83), It is advisable to use additive-free YAG having a close thermal expansion coefficient (about 7.8 ⁇ 10 ⁇ 6 / K).
  • Co Spinel is used for the first saturable absorber 22a and the second saturable absorber 22b, the transparent material 23 has a refractive index (about 1.70) and a thermal expansion coefficient (about 7. 45 ⁇ 10 ⁇ 6 / K) additive-free Spinel is preferably used.
  • the transparent material 23 has a refractive index (about 2.49) and a thermal expansion coefficient.
  • additive-free ZnS having a refractive index (about 2.29) and a thermal expansion coefficient (about 6.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K) may be used.
  • the first saturable absorber 22a, the second saturable absorber 22b, and the transparent material 23 are optically connected.
  • the first saturable absorber 22a, the second saturable absorber, and the like There is a method in which the body 22b and the transparent material 23 are integrally sintered with a ceramic material.
  • the first saturable absorber 22a, the second saturable absorber 22b, and the transparent material 23 are joined together by diffusion joining.
  • the first saturable absorber 22a, the second saturable absorber 22b, and the transparent material 23 are joined together by surface activation joining.
  • first saturable absorber 22a, the second saturable absorber 22b, and the transparent material 23 are integrally joined by optical contact. Furthermore, there is a method in which the first saturable absorber 22a, the second saturable absorber 22b, and the transparent material 23 are integrally bonded with an optical adhesive.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a planar waveguide passive Q-switch laser device 31 using the planar waveguide passive Q-switch element 21.
  • a planar waveguide passive Q switch laser device 31 includes a planar waveguide passive Q switch element 21, a planar waveguide semiconductor laser 32, an excitation optical system 33, a total reflection mirror 34, and a laser material. 35 and an output mirror 36.
  • the semiconductor laser 32 is an excitation light source of the laser material 35, and the total reflection mirror 34 and the output mirror 36 constitute a planar waveguide type resonator.
  • the pumping light PL is output from the semiconductor laser 32, and the pumping optical system 33 causes the planar waveguide laser material 35 to have no loss in the vertical direction of the waveguide and to be parallel light in the horizontal direction of the waveguide. Then, the excitation light PL is shaped, passes through the total reflection mirror 34, and enters the planar waveguide laser material 35. The planar waveguide laser material 35 is excited by the excitation light PL, and spontaneous emission light is generated. A part of it is reciprocated between the total reflection mirror 34 and the output mirror 36, and passes through the planar waveguide laser material 35. Amplified every time.
  • the gain becomes higher than the intracavity loss including the loss due to the absorption of the first saturable absorber 22a and the second saturable absorber 22b laser oscillation starts in the resonator.
  • the resonant light CL is supplied by the planar waveguide type passive Q switch element 21 to the first saturable absorber 22 a provided outside the waveguide of the planar waveguide type passive Q switch element 21.
  • the component propagating through the second saturable absorber 22b is absorbed, and the component propagating through the transparent material 23 provided in the central portion of the passive Q switch element 21 is transmitted without loss. It becomes larger and only the low-order mode oscillates.
  • the first saturable absorber 22a and the second saturable absorber 22b become transparent by absorbing the laser beam, so that the loss is reduced, and the Q-switch pulse light in the low-order mode is efficiently generated, A part of the light is extracted from the output mirror 36 as the oscillation light OL.
  • the total reflection mirror 34 and the output mirror 36 are provided with a dielectric film on the end face of the planar waveguide laser material 35 and the end face of the planar waveguide passive Q switch element 21, respectively, so that the size of the apparatus can be reduced. I can plan.
  • the first saturable absorber 22a and the second saturable absorption are formed on the two opposing surfaces of the transparent material 23.
  • the body 22b is optically bonded to each other, the surface (outer principal surface) facing the surface bonded to the transparent material 23 of the first saturable absorber 22a, and the transparent of the second saturable absorber 22b. Since the waveguide is formed by the surface (outer principal surface) opposite to the surface bonded to the material 23, the planar waveguide passive Q switch element 21 has a mode other than the original Q switch function. By providing a selection function, it is possible to obtain an efficient low-order mode Q-switched pulse light without changing the size of the laser device. Further, the mode can be controlled even in a waveguide that cannot be mode-controlled spatially.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a planar waveguide passive Q switch element 41 according to the third embodiment of the present invention.
  • a planar waveguide passive Q switch element 41 includes a planar first saturable absorber 42a, a planar second saturable absorber 42b, a planar transparent material 43, and a first transparent material 43.
  • the first saturable absorber 42a and the second saturable absorber 42b are optically bonded to two opposing surfaces of the transparent material 43, respectively, and bonded to the transparent material 43 of the first saturable absorber 42a.
  • the first clad film 44a is provided on the surface facing the surface
  • the second clad film 44b is provided on the surface facing the surface bonded to the transparent material 43 of the second saturable absorber 42b.
  • the first saturable absorber 42a is bonded to the surface (outer principal surface) facing the surface bonded to the transparent material 43 and the transparent material 43 of the second saturable absorber 42b.
  • a waveguide is formed by the surface (outer principal surface) facing the surface.
  • the transparent material 43 has a coefficient of thermal expansion of the first saturable absorber 42a and the second saturable absorber 42b in order to suppress cracking due to stress during bonding.
  • a material having an approximately equal or equal coefficient of thermal expansion is used.
  • the refractive index of the transparent material 43 is such that the first saturable absorber 42a and the second saturable absorber 42a have a refractive index in order to suppress reflection at the interface with the first saturable absorber 42a and the second saturable absorber 42b.
  • a material having a refractive index lower than that of the saturable absorber 42b is used, and the first clad film 44a and the second clad film 44b are refracted by the first saturable absorber 42a and the second saturable absorber 42b, respectively.
  • a material having a lower refractive index than the refractive index is used.
  • the transparent material 43 has a refractive index (about 1.83)
  • Additive-free YAG which has a thermal expansion coefficient (about 7.8 ⁇ 10 ⁇ 6 / K)
  • SiO 2 reffractive index: about 1.405
  • Al 2 O. 3 reffractive index of about 1.61
  • M 2 reffractive index of about 1.62
  • M 3 refractive index of about 1.74
  • Y 2 O 3 refractive index of about 1.81
  • the transparent material 43 has a refractive index (about 1.70) and a thermal expansion coefficient (about 7. 45 ⁇ 10 ⁇ 6 / K) additive-free spinel
  • the first clad film 44a and the second clad film 44b are made of SiO 2 (refractive index of about 1.45) or Al 2 O 3 (refractive index of about 1.61). ) Or M 2 (refractive index of about 1.62) may be used.
  • the transparent material 43 has a refractive index (about 2.49) and a thermal expansion coefficient.
  • the first saturable absorber 42a, and the second saturable absorber 42b 43 is an additive-free ZnS having a refractive index (about 2.29) and a thermal expansion coefficient (about 6.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K), and the first cladding film 44a and the second cladding film 44b are made of SiO 2 ( Refractive index about 1.45), Al 2 O 3 (refractive index about 1.61), M 2 (refractive index about 1.62), M 3 (refractive index about 1.74), Y 2 O 3 (refractive index). About 1.81), HfO 3 (refractive index of about 1.90) or Ta 2 O 5 (refractive index of about 2.09) may be used.
  • the 1st saturable absorber 42a, the 2nd saturable absorber 42b, and the transparent material 43 are optically connected, for example, the 1st saturable absorber 42a, the 2nd saturable absorber.
  • the body 42b and the transparent material 43 are integrally sintered with a ceramic material.
  • the first saturable absorber 42a, the second saturable absorber 42b, and the transparent material 43 are joined together by diffusion joining.
  • the first saturable absorber 42a, the second saturable absorber 42b, and the transparent material 43 are joined together by surface activation joining.
  • first saturable absorber 42a, the second saturable absorber 42b, and the transparent material 43 are integrally joined by optical contact. Furthermore, there is a method in which the first saturable absorber 42a, the second saturable absorber 42b, and the transparent material 43 are integrally bonded with an optical adhesive.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a planar waveguide passive Q switch laser device 51 using the planar waveguide passive Q switch element 41.
  • a planar waveguide passive Q switch laser device 51 includes a planar waveguide passive Q switch element 41, a semiconductor laser 52, an excitation optical system 53, a total reflection mirror 54, and a planar waveguide laser material 55. And an output mirror 56.
  • the semiconductor laser 52 is an excitation light source for the laser material 55, and the total reflection mirror 54 and the output mirror 56 constitute a planar waveguide resonator.
  • the pumping light PL is output from the semiconductor laser 52, and the pumping optical system 53 causes the planar waveguide laser material 55 to be parallel light in the horizontal direction of the waveguide without loss in the vertical direction of the waveguide. Then, the excitation light PL is shaped, passes through the total reflection mirror 54, and enters the planar waveguide laser material 55. The planar waveguide laser material 55 is excited by the excitation light PL to generate spontaneously emitted light, part of which reciprocates between the total reflection mirror 54 and the output mirror 56 and passes through the planar waveguide laser material 55. Amplified every time.
  • the first saturable absorber 42a and the second saturable absorber 42b become transparent by absorbing the laser light, so that the loss is reduced, and the low-order mode Q switch pulse light is efficiently generated, Part of the light is extracted from the output mirror 56 as the oscillation light OL.
  • the total reflection mirror 54 and the output mirror 56 are each provided with a dielectric film on the end face of the planar waveguide type laser material 55 and the end face of the planar waveguide type passive Q switch element 41, so that the size of the apparatus can be reduced. I can plan.
  • FIG. 7 shows a simulation result by BPM (beam propagation method).
  • the transparent material 43 is additive-free YAG (refractive index 1.813) having a thickness of 100 ⁇ m
  • the first clad film 44a and the second clad film 44b have a beam diameter of 200 ⁇ m in order to assume high-order mode light in a waveguide composed of 0.4 ⁇ m thick Al 2 O 3 (refractive index 1.613).
  • the intensity distribution before and after transmission when a top-hat shaped beam is incident is shown.
  • (b) shows the intensity distribution before and after transmission when a Gaussian beam having a beam diameter of 200 ⁇ m (1 / e 2 ) is incident on the waveguide assuming low-order mode light.
  • the transmittance is estimated to be 0.33, whereas when the incident beam has a Gaussian shape (in the case of (b)), it is transmitted.
  • the rate was estimated to be 0.69, and it was found that the loss was higher in the higher-order mode light.
  • the vertical direction of the resonant light CL propagates in the waveguide, and the horizontal direction propagates in the radiation mode. It has been described that the lower mode can be achieved by providing the saturable absorbers (42a, 42b) in the vertical direction. However, the saturable absorber as in the ridge waveguide type Q switch element 121 shown in FIG. By providing 122 and the cladding films 124a to 124d over the entire circumference of the laser beam propagation direction axis of the laser material 123 corresponding to the transparent material, the lower-order mode can also be reduced in the horizontal direction.
  • a saturable absorber or a cladding film is provided.
  • the saturable absorber and the clad film may have any shape such as a combination of planar shapes and a ring shape.
  • the first saturable absorber 42a and the second saturable absorption are formed on the two opposing surfaces of the transparent material 43.
  • the body 42b is optically bonded to each other, the surface (outside main surface) facing the surface bonded to the transparent material 43 of the first saturable absorber 42a, and the transparent of the second saturable absorber 42b. Since the waveguide is formed by the surface (outer principal surface) opposite to the surface bonded to the material 43, the passive Q switch element 41 has a mode selection function in addition to the original Q switch function. Thus, it is possible to obtain an efficient low-order mode Q-switched pulse light without changing the size of the laser device. Further, the mode can be controlled even in a waveguide that cannot be mode-controlled spatially.
  • FIG. FIG. 8 is a block diagram showing a passive Q switch element 61 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the passive Q switch element 61 includes a ring-shaped saturable absorber 62 and a disk-shaped laser material 63, and the saturable absorber 62 is optically bonded on the circumference of the laser material 63. Yes.
  • the passive Q switch element 61 a material in which the refractive index and the thermal expansion coefficient of the saturable absorber 62 and the laser material 63 are approximately the same or equal is used. If the refractive index difference between the saturable absorber 62 and the laser material 63 is large, the loss due to wavefront aberration increases, so a smaller one is desirable. In order to set the wavefront aberration to ⁇ / 4 or less (wavefront aberration loss 0.012) in the pv value, assuming that the wavelength is 1064 nm and the thickness of the passive Q switch element 61 is 1 mm, the saturable absorber 62 and the laser material The refractive index difference of 63 is
  • ⁇ RMS Wavefront aberration
  • ⁇ n Refractive index difference
  • L Thickness of the passive Q switch element 61
  • ⁇ Wavelength.
  • the saturable absorber 62 has a refractive index (about 1.83) which is used as a passive Q switch material in the 0.9 to 1.3 ⁇ m band.
  • Cr 4+ : YAG or V 3+ : YAG having a close thermal expansion coefficient (about 7.8 ⁇ 10 ⁇ 6 / K) may be used.
  • the saturable absorber 62 and the laser material 63 are optically connected.
  • the saturable absorber 62 and the laser material 63 are integrally sintered with a ceramic material.
  • the saturable absorber 62 and the laser material 63 are joined together by diffusion joining.
  • the saturable absorber 62 and the laser material 63 are bonded together by surface activated bonding.
  • the saturable absorber 62 and the laser material 63 are joined together by optical contact.
  • the saturable absorber 62 and the laser material 63 are bonded together with an optical adhesive.
  • FIG. 9 is a block diagram of a passive Q switch laser device 71 using a passive Q switch element 61.
  • the passive Q switch laser device 71 includes a passive Q switch element 61, a semiconductor laser 72, an excitation optical system 73, a total reflection mirror 74, and an output mirror 75.
  • the semiconductor laser 72 is an excitation light source for the laser material 63 in the passive Q switch element 61, and the total reflection mirror 74 and the output mirror 75 constitute a spatial resonator.
  • Excitation light PL is output from the semiconductor laser 72, and the excitation light PL is shaped by the excitation optical system 73 so as to become parallel light in the laser material 63 in the passive Q switch element 61, passes through the total reflection mirror 74, The light enters the laser material 63 in the passive Q switch element 61.
  • the laser material 63 in the passive Q switch element 61 is excited by the excitation light PL and spontaneous emission light is generated.
  • a part of the laser material 63 reciprocates between the total reflection mirror 74 and the output mirror 75, Each time it passes through the laser material 63, it is amplified.
  • the total reflection mirror 74 and the output mirror 75 are each provided with a dielectric film on the end face of the passive Q switch element 61, and can be miniaturized by integrating them.
  • the laser material 63 has a circular shape (disc shape), but the laser material has a quadrangular shape (cube: a cross-sectional shape perpendicular to the propagation direction of the laser beam is a quadrangle, the same applies hereinafter), and a saturable absorber is bonded to the periphery thereof. May be. It becomes effective when the horizontal direction and the vertical direction of the beam can be separated by making the shape a cube.
  • the ring-shaped saturable absorber 62 is optically bonded on the circumference of the disk-shaped laser material 63.
  • the passive Q switch element 61 has a mode selection function in addition to the original Q switch function, so that an efficient low-order mode Q switch pulse light can be obtained without changing the size of the laser device. Can do. .
  • the laser device can be miniaturized.
  • FIG. FIG. 10 is a block diagram showing a planar waveguide passive Q switch element 81 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the planar waveguide passive Q switch element 81 includes a planar first saturable absorber 82 a, a planar second saturable absorber 82 b, and a planar laser material 83. Is done.
  • the first saturable absorber 82a and the second saturable absorber 82b are optically bonded to two opposing surfaces of the laser material 83, respectively, and bonded to the laser material 83 of the first saturable absorber 82a.
  • a waveguide is formed by a surface (outer main surface) opposite to the surface being connected and a surface (outer main surface) facing the surface joined to the laser material 83 of the second saturable absorber 82b.
  • the laser material 83 has a coefficient of thermal expansion of the first saturable absorber 82a and the second saturable absorber 82b in order to suppress cracking due to stress during bonding. Use approximately equal or equal materials.
  • the refractive index of the laser material 83 is such that the first saturable absorber 82a and the second saturable absorber 82a have a refractive index in order to suppress reflection at the interface with the first saturable absorber 82a and the second saturable absorber 82b.
  • a material having a refractive index lower than that of the saturable absorber 82b is used.
  • the first saturable absorber 82a and the second saturable absorber 82b have a passive Q switch in the 0.9 to 1.3 ⁇ m band.
  • Cr 4+ : YAG or V 3+ : YAG which are used as materials and have a refractive index (about 1.83) and a thermal expansion coefficient (about 7.8 ⁇ 10 ⁇ 6 / K), are preferably used.
  • Er glass (refractive index of 1.53) is used for the laser material 83
  • the first saturable absorber 82a and the second saturable absorber 82b are used as eye-safe band passive Q switch materials.
  • Co Spinel having a refractive index (about 1.70) and a thermal expansion coefficient (about 7.45 ⁇ 10 ⁇ 6 / K), a refractive index (about 2.49), a thermal expansion coefficient (about 7.6 ⁇ 10 -6 / K) Co2 +: ZnSe or Cr2 +: ZnSe, Co2 + having a refractive index (about 2.29) and a coefficient of thermal expansion (about 6.5 ⁇ 10 -6 / K): ZnS or Cr2 +: ZnS are used. Good.
  • the first saturable absorber 82a and the second saturable absorber 82b are used as eye-safe band passive Q switch materials.
  • 6.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K) of Co 2+: ZnS or Cr 2+: ZnS may be used.
  • the first saturable absorber 82a and the second saturable absorber 82b have eye-safety.
  • Co2 +: ZnS or Cr2 +: ZnS having a coefficient of thermal expansion (about 6.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K) may be used.
  • first saturable absorber 82a, the second saturable absorber 82b, and the laser material 83 are optically connected.
  • first saturable absorber 82a, the second saturable absorber 82a, and the second saturable absorber 82a There is a method in which the body 82b and the laser material 83 are integrally sintered with a ceramic material. Further, there is a method in which the first saturable absorber 82a, the second saturable absorber 82b, and the laser material 83 are integrally joined by diffusion joining.
  • first saturable absorber 82a, the second saturable absorber 82b, and the laser material 83 are integrally bonded by surface activated bonding. Further, there is a method in which the first saturable absorber 82a, the second saturable absorber 82b, and the laser material 83 are integrally joined by optical contact. Further, there is a method in which the first saturable absorber 82a, the second saturable absorber 82b, and the laser material 83 are integrally bonded with an optical adhesive.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a planar waveguide passive Q-switch laser device 91 using a planar waveguide passive Q-switch element 81.
  • a planar waveguide passive Q switch laser device 91 includes a planar waveguide passive Q switch element 81, a planar waveguide semiconductor laser 92, an excitation optical system 93, a total reflection mirror 94, and an output mirror. 95.
  • the semiconductor laser 92 is an excitation light source of the laser material 83 in the passive Q switch element 81, and the total reflection mirror 94 and the output mirror 95 constitute a planar waveguide type resonator.
  • the pumping light PL is output from the semiconductor laser 92, and the pumping optical system 93 causes no loss in the planar waveguide passive Q switch element 81 in the vertical direction of the waveguide, and parallel light in the horizontal direction of the waveguide.
  • the excitation light PL is shaped, passes through the total reflection mirror 94, and enters the planar waveguide passive Q switch element 81.
  • the laser material 83 in the planar waveguide passive Q switch element 81 is excited by the excitation light PL, and spontaneous emission light is generated. A part of the laser material 83 reciprocates between the total reflection mirror 94 and the output mirror 95, and the planar waveguide Each time it passes through the laser material 83 in the type passive Q switch element 81, it is amplified.
  • the first saturable absorber 82a and the second saturable absorber 82b become transparent by absorbing the laser light, so that the loss is reduced and the Q-switch pulse light in the lower order mode is efficiently generated. , A part of the light is extracted from the output mirror 95 as the oscillation light OL.
  • the total reflection mirror 94 and the output mirror 95 can be reduced in size by providing a dielectric film on both end faces of the planar waveguide passive Q switch element 81 and integrating them.
  • the first saturable absorber 82a and the second saturable absorption are provided on the two opposing surfaces of the laser material 83.
  • the body 82b is optically bonded to each other, the surface (outer main surface) facing the surface bonded to the laser material 83 of the first saturable absorber 82a, and the laser of the second saturable absorber 82b. Since the waveguide is formed by the surface (outer principal surface) opposite to the surface bonded to the material 83, the planar waveguide passive Q switch element 81 has a mode selection function in addition to the original Q switch function.
  • the mode can be controlled even in a waveguide where the mode cannot be spatially controlled.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a planar waveguide passive Q switch element 101 according to the sixth embodiment of the present invention.
  • a planar waveguide passive Q switch element 101 includes a planar first saturable absorber 102a, a planar second saturable absorber 102b, a planar laser material 103, a first The clad film 104a and the second clad film 104b.
  • the first saturable absorber 102a and the second saturable absorber 102b are optically bonded to two opposing surfaces of the laser material 103, respectively, and bonded to the laser material 103 of the first saturable absorber 102a.
  • the first clad film 104a is provided on the surface facing the surface of the second saturable absorber 102b
  • the second clad film 104b is provided on the surface of the second saturable absorber 102b facing the surface bonded to the laser material 103.
  • the first saturable absorber 102a is bonded to the laser material 103 of the second saturable absorber 102b and the surface (outer main surface) opposite to the surface bonded to the laser material 103 of the first saturable absorber 102a.
  • a waveguide is formed by the surface (outer principal surface) facing the surface.
  • the laser material 103 has a coefficient of thermal expansion of the first saturable absorber 102a and the second saturable absorber 102b in order to suppress cracking due to stress during bonding.
  • a material having an approximately equal or equal coefficient of thermal expansion is used.
  • the refractive index of the laser material 103 is such that the first saturable absorber 102a and the second saturable absorber 102a have a refractive index in order to suppress reflection at the interface with the first saturable absorber 102a and the second saturable absorber 102b.
  • a material having a refractive index lower than that of the saturable absorber 102b is used.
  • the first clad film 104a and the second clad film 104b are made of a material having a refractive index lower than that of the first saturable absorber 102a and the second saturable absorber 102b, respectively.
  • the first saturable absorber 102a and the second saturable absorber 102b have a passive Q switch in the 0.9 to 1.3 ⁇ m band.
  • the second cladding film 104b is made of SiO 2 (refractive index of about 1.45), Al 2 O 3 (refractive index of about 1.61), M 2 (refractive index of about 1.62), M 3 (refractive index of about 1). .74) or Y 2 O 3 (refractive index of about 1.81) may be used.
  • SiO 2 reffractive index of about 1.45
  • Al 2 O 3 reffractive index of about 1.61
  • M 2 reffractive index of about 1.62
  • M 3 refractive index of about 1). .74
  • Y 2 O 3 refractive index of about 1.81
  • Er glass (refractive index of 1.53)
  • the first saturable absorber 102a and the second saturable absorber 102b are used as passive Q switch materials in the eye-safe band.
  • Co Spinel having a refractive index (about 1.70) and a thermal expansion coefficient (about 7.45 ⁇ 10 ⁇ 6 / K), a refractive index (about 2.49), a thermal expansion coefficient (about 7.6 ⁇ 10 -6 / K) Co2 +: ZnSe or Cr2 +: ZnSe, Co2 + having a refractive index (about 2.29) and a coefficient of thermal expansion (about 6.5 ⁇ 10 -6 / K): ZnS or Cr2 +: ZnS are used.
  • the first saturable absorber 102a and the second saturable absorber 102b are made of Co: Spinel, the first cladding film 104a and the second cladding film 104b are made of SiO 2 (with a refractive index of about 1.45), Al 2 O 3 (refractive index of about 1.61), M 2 (refractive index of about 1.62). ) Is recommended.
  • the clad film 104b is made of SiO 2 (refractive index of about 1.45), Al 2 O 3 (refractive index of about 1.61), M 2 (refractive index of about 1.62), M 3 (refractive index of about 1.74), Y 2 O 3 (refractive index of about 1.81), HfO 3 (refractive index of about 1.90), or Ta 2 O 5 (refractive index of about 2.09) may be used.
  • first saturable absorber 102a, the second saturable absorber 102b, and the laser material 103 are optically connected.
  • first saturable absorber 102a, the second saturable absorber 102, and the second saturable absorber 102b There is a method in which the body 102b and the laser material 103 are integrally sintered with a ceramic material.
  • first saturable absorber 102a, the second saturable absorber 102b, and the laser material 103 are integrally bonded by diffusion bonding.
  • first saturable absorber 102a, the second saturable absorber 102b, and the laser material 103 are bonded together by surface activation bonding. Further, there is a method in which the first saturable absorber 102a, the second saturable absorber 102b, and the laser material 103 are integrally joined by optical contact. Further, there is a method in which the first saturable absorber 102a, the second saturable absorber 102b, and the laser material 103 are integrally bonded with an optical adhesive.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of a planar waveguide passive Q switch laser device 111 using the planar waveguide passive Q switch element 101.
  • the planar waveguide passive Q switch laser device 111 includes a planar waveguide passive Q switch element 101, a semiconductor laser 112, an excitation optical system 113, a total reflection mirror 114, and an output mirror 115.
  • the semiconductor laser 112 is an excitation light source for the laser material 103 in the passive Q switch element 101, and the total reflection mirror 114 and the output mirror 115 constitute a planar waveguide resonator.
  • the pumping light PL is output from the semiconductor laser 112, and the pumping optical system 113 causes the planar waveguide passive Q switch element 101 to have no loss in the vertical direction of the waveguide and parallel light in the horizontal direction of the waveguide.
  • the excitation light PL is shaped so that it passes through the total reflection mirror 114 and enters the planar waveguide type passive Q switch element 101.
  • the laser material 103 in the planar waveguide passive Q switch element 101 is excited by the excitation light PL, and spontaneous emission light is generated. A part of the laser material 103 reciprocates between the total reflection mirror 114 and the output mirror 115, and the planar waveguide Each time it passes through the laser material 103 in the type passive Q switch element 101, it is amplified.
  • the first saturable absorber 102a and the second saturable absorber 102b become transparent by absorbing the laser light, so that the loss is reduced and the Q-switch pulse light in the low-order mode is efficiently generated. A part of the light is extracted from the output mirror 115 as the oscillation light OL.
  • the total reflection mirror 114 and the output mirror 115 are each provided with a dielectric film on both end faces of the planar waveguide type passive Q switch element 101, and can be miniaturized by integrating them.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a ridge waveguide passive Q switch element 121 according to the seventh embodiment of the present invention.
  • a ridge waveguide passive Q switch element 121 includes a cubic saturable absorber 122 having a hollow center, a cubic laser material or transparent material 123, a first cladding film 124a, The second clad film 124b, the third clad film 124c, and the fourth clad film 124d.
  • the saturable absorber 122 is optically bonded to all surfaces parallel to the optical axis of the laser material 123, and on the surface facing the surface bonded to the laser material 123 of the saturable absorber 122, First to fourth clad films 124a to 124d are provided, and a waveguide is formed by the saturable absorber 122 and a surface (outer principal surface) facing the surface bonded to the laser material 123.
  • the laser material 123 uses a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to or equal to the thermal expansion coefficient of the saturable absorber 122 in order to suppress cracking due to stress during bonding.
  • a material whose refractive index is lower than that of the saturable absorber 122 is used in order to suppress reflection at the interface with the saturable absorber 122.
  • the first to fourth clad films 124 a to 124 d are made of a material having a refractive index lower than that of the saturable absorber 122.
  • the saturable absorber 122 is used as a passive Q-switch material in the 0.9 to 1.3 ⁇ m band and has a refractive index (about 1.83).
  • Cr 4+ : YAG or V 3+ : YAG having a thermal expansion coefficient (about 7.8 ⁇ 10 ⁇ 6 / K) is used, and the first to fourth cladding films 124a to 124d are made of SiO 2 ( Refractive index about 1.45), Al 2 O 3 (refractive index about 1.61), M 2 (refractive index about 1.62), M 3 (refractive index about 1.74), Y 2 O 3 (refractive index).
  • the saturable absorber 122 has a refractive index (about 1.70), heat, which is used as a passive Q switch material in the eye-safe band.
  • Co of expansion (about 7.45 ⁇ 10 -6 / K): Spinel and a refractive index (about 2.49), the thermal expansion coefficient (about 7.6 ⁇ 10 -6 / K) Co2 +: ZnSe or Cr2 + : ZnSe or Co2 +: ZnS or Cr2 +: ZnS having a refractive index (about 2.29) and a thermal expansion coefficient (about 6.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K) may be used, and the saturable absorber 122 may be made of Co: Spinel.
  • the first to fourth clad films 124a to 124d are made of SiO 2 (refractive index of about 1.45), Al 2 O 3 (refractive index of about 1.61), M 2 (refractive index of about 1). .62) may be used.
  • the first to fourth cladding films 124a to 124d have SiO 2 (refractive index of about 1.
  • Al 2 O 3 (refractive index of about 1.61), M 2 (refractive index of about 1.62), M 3 (refractive index of about 1.74), Y 2 O 3 (refractive index of about 1.81). HfO 3 (refractive index of about 1.90) or Ta 2 O 5 (refractive index of about 2.09) may be used.
  • the saturable absorber 122 and the laser material 123 are optically connected.
  • the saturable absorber 122 and the laser material 123 are integrally sintered with a ceramic material.
  • the saturable absorber 122 and the laser material 123 are integrally bonded by diffusion bonding.
  • the saturable absorber 122 and the laser material 123 are joined together by surface activated joining.
  • the saturable absorber 122 and the laser material 123 are joined together by optical contact.
  • the saturable absorber 122 and the laser material 123 are bonded together with an optical adhesive.
  • FIG. 15 is a configuration diagram of a ridge waveguide passive Q switch laser device 131 using a ridge waveguide passive Q switch element 121.
  • the ridge waveguide Q-switch laser device 131 includes a ridge waveguide passive Q switch element 121, a semiconductor laser 132, a total reflection film 134, and a partial reflection film 135.
  • the partial reflection film 135 constitutes a ridge waveguide type resonator.
  • the excitation light PL output from the semiconductor laser 132 passes through the total reflection film 134 and enters the ridge waveguide passive Q switch element 121.
  • the pumping light PL output from the semiconductor laser 132 spreads in the vertical direction and the horizontal direction, and the vertical component of the pumping light PL is the first cladding film 124a of the ridge waveguide passive Q switch element 121 and the second clad film 124a. It is confined by the clad film 124b and propagates in the waveguide. Further, the horizontal component of the excitation light PL is confined by the third cladding film 124c and the fourth cladding film 124d of the ridge waveguide passive Q switch element 121 and propagates in the waveguide.
  • the laser material 123 in the ridge waveguide passive Q switch element 121 is excited by the excitation light PL, and spontaneous emission light is generated. A part of the laser material 123 reciprocates between the total reflection film 134 and the partial reflection film 135, and the ridge guide Each time it passes through the laser material 123 in the waveguide passive Q switch element 121, it is amplified.
  • the saturable absorber 122 When oscillated, the saturable absorber 122 becomes transparent by absorbing the laser light, so that the loss is reduced, and the low-order mode Q-switched pulse light is efficiently generated, and a part of the light is the oscillation light, and the output light OL As shown in FIG.
  • the switch element 121 has a saturable absorber 122 inside the first clad film 124a, the second clad film 124b, the third clad film 124c, and the fourth clad film 124d. Light oscillated in the optical path is absorbed by the saturable absorber 121, and parasitic oscillation can be suppressed.
  • the saturable absorber 122 is optically applied to all surfaces parallel to the optical axis of the laser material 123. Since the first to fourth clad films 124a to 124d are provided on the surface that is bonded to the surface that is bonded to the laser material 123 of the saturable absorber, the ridge waveguide passive Q switch element 121 includes Since it has a mode selection function in addition to the original Q switch function, it is possible to obtain an efficient low-order mode Q switch pulsed light.
  • the laser device since it functions as a laser material, it is possible to reduce the size of the laser device and to suppress the coupling loss that normally occurs between the waveguide laser material and the waveguide Q switch element. Further, the mode can be controlled even in a waveguide where the mode cannot be spatially controlled.
  • the cladding is also provided in the horizontal direction and the vertical direction, no excitation optical system is required, and the laser device can be downsized. Furthermore, the parasitic oscillation which is a concern when the pumping light output is increased can be suppressed by the saturable absorber inside the cladding.
  • the present invention can be applied to passive Q switch elements, passive Q switch laser devices, and the like in various fields, and has similar effects.

Landscapes

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Abstract

　多くの高次モードで発振するＱスイッチパルスレーザ等において、共振器内の部品数を増加せずに、モード選択を可能とし、空間的にモード制御できない導波路型レーザにおいても適用可能な受動Ｑスイッチ素子等を提供する。可飽和吸収体(２)とレーザ発振波長に対して透明な透明材料(３)を組み合わせる等して、受動Ｑスイッチ素子にモード選択機能を持たせた受動Ｑスイッチ素子、受動Ｑスイッチレーザ装置、および平面導波路型の受動Ｑスイッチ素子、受動Ｑスイッチレーザ装置とした。

Description

受動Ｑスイッチ素子および受動Ｑスイッチレーザ装置
　この発明は、可飽和吸収体を用いた受動Ｑスイッチ素子、特にモード選択機能を持たせること等に関する。
　可飽和吸収体は、光の吸収量によって透過率が変化する材料で、レーザ共振器内に挿入するだけで、Ｑスイッチ装置として機能することが知られている。弱い励起状態では、レーザ発振を抑制するが、レーザ材料が強く励起され、可飽和吸収体の吸収による損失を含む共振器内損失より利得が高くなると、共振器内でレーザ発振が開始する。ここで、可飽和吸収体は、強いレーザ光を吸収すると、下準位イオンの枯渇により吸収が飽和し、レーザ光に対して急峻に透明になる。この動作により、共振器のＱ値が上昇し、Ｑスイッチ発振が発生する。
　受動Ｑスイッチレーザの一例として、半導体レーザと結合光学系、スラブ型のレーザ材料、全反射ミラーと出力鏡と可飽和吸収体で構成された受動Ｑスイッチレーザが報告されている(下記非特許文献１)
　下記非特許文献１で開示されているような通常の固体パルスレーザでは多くの高次モードで発振する。高次モードで発振したレーザ光はシングルモードのレーザ光より空間的に大きな広がりを持つため、小さな開口制限を行えば、低次モードのみの発振が起こりうる。
　このため、従来のレーザ装置では、共振器内に横モード選択素子として微小穴を持つ遮蔽板によって周辺の不要なモードの発振を抑制するレーザ装置が提案されている(下記特許文献１参照)。
　また、従来の固体レーザ装置の一例として、出力鏡の中心部に部分反射コートを、その外周部に無反射コートを施し、共振器内のモードを制御するレーザ装置が提案されている(特許文献２参照)。
特公平６－２６２７３号公報(第４頁、第１図) 特許第２９８０７８８号明細書(第２４頁、第１図)
W.Koechner著、"Solid-State Laser Engineering"、Sixth Revised and Updated Edition、P.528、Fig8.29、2006
　上記特許文献１に開示された従来の固体レーザ装置の微小穴を持つ遮蔽板をＱスイッチパルスレーザの共振器内に挿入した場合、遮蔽板の穴のエッジ部による回折によって、局所的に共振器内のレーザパワーが増加し、共振器内の光学部品に焼損が発生するという課題があった。また、共振器内の部品点数が増加し、遮蔽板の光軸調整が必要となり、レーザ装置の大型化、コスト高、工数の増加という課題があった。さらに、空間的にモード制御できない導波路型レーザには適用できないという課題があった。
　上記特許文献２に開示された従来の固体レーザ装置は出力鏡内に反射率の異なるコーティングを施すため、加工費が増大するという課題があった。また、一般的に導波路厚が数～１００μｍの導波路レーザにおいて、この領域内にコーティングで反射率に分布を施すことは困難で、導波路型レーザには適用できないという課題があった。
　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、多くの高次モードで発振するＱスイッチパルスレーザ等において、共振器内の部品数を増加せずに、モード選択を可能とし、空間的にモード制御できない導波路型レーザにおいても適用可能な受動Ｑスイッチ素子等を提供することを目的としている。
　この発明は概して、可飽和吸収体とレーザ発振波長に対して透明な透明材料を組み合わせて、受動Ｑスイッチ素子にモード選択機能を持たせた受動Ｑスイッチ素子等にある。
　この発明によれば、導波路型レーザを含む、多くの高次モードで発振する受動Ｑスイッチレーザ装置において、共振器内の部品数を増やさずに、モード選択させることができる受動Ｑスイッチ素子等を提供することができる。
この発明の実施の形態１による受動Ｑスイッチ素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による受動Ｑスイッチ素子を用いた受動Ｑスイッチレーザ装置の構成図である。 この発明の実施の形態２による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子を用いた平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置の構成図である。 この発明の実施の形態３による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子を用いた平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置の構成図である。 この発明の実施の形態３による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子のＢＰＭ(ビーム伝搬法)によるシミュレーション結果を示す図である。 この発明の実施の形態４による受動Ｑスイッチ素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による受動Ｑスイッチ素子を用いた受動Ｑスイッチレーザ装置の構成図である。 この発明の実施の形態５による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子を用いた平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置の構成図である。 この発明の実施の形態６による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態６による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子を用いた平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置の構成図である。 この発明の実施の形態７によるリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態７によるリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子を用いたリッジ導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置の構成図である。
　以下、この発明による受動Ｑスイッチ素子等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１による受動Ｑスイッチ素子１を示す構成図である。図１において受動Ｑスイッチ素子１はリング形状の可飽和吸収体２と円盤形状(レーザ光の伝搬方向に垂直な断面の形状が円形の円柱形、以下同様)の透明材料３と、で構成され、透明材料３の円周上に(レーザ光の伝搬方向軸の周囲全体に亘って、以下同様)可飽和吸収体２が光学的に接合されている。透明材料３はレーザ発振波長に対して透明な材料である。
　受動Ｑスイッチ素子１において、可飽和吸収体２と透明材料３は、屈折率と熱膨張率がほぼ等しいまたは等しい材料を用いる。例えば、透明材料３は、可飽和吸収体２のホスト材料(母材結晶)を用いると良い。可飽和吸収体２と透明材料３の屈折率差が大きいと波面収差による損失が増加するため、小さい方が望ましい。例えば、波面収差がｐ－ｖ値でλ／４以下(波面収差損失０．０１２)にするためには、波長１０６４ｎｍ、受動Ｑスイッチ素子１の厚さを１ｍｍとすると、可飽和吸収体２と透明材料３の屈折率差は、
　　ΔφRMS＝１／４＞Δｎ×Ｌ／λ
　より、０．０００２６６以下にする必要があると見積もられる。
　ここで、
　ΔφRMS：波面収差
　Δｎ：屈折率差
　Ｌ：受動Ｑスイッチ素子１の厚さ
　λ：波長
を示す。
　例えば、可飽和吸収体２にＣｒ4+：ＹＡＧやＶ3+：ＹＡＧを用いる場合は、透明材料３は、屈折率(約１．８３)、熱膨張率(約７．８×１０-6／Ｋ)が近い無添加ＹＡＧを用いるとよい。
　また、可飽和吸収体２にＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌを用いた場合は、透明材料３は、屈折率(約１．７０)、熱膨張率(約７．４５×１０-6／Ｋ)の無添加Ｓｐｉｎｅｌを用いるとよい。
　また、可飽和吸収体２にＣｏ２＋：ＺｎＳｅやＣｒ２＋：ＺｎＳｅを用いた場合は、透明材料３は、屈折率(約２．４９)、熱膨張率(約７．６×１０-6／Ｋ)の無添加ＺｎＳｅ、可飽和吸収体２にＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いた場合は、透明材料３は、屈折率(約２．２９)、熱膨張率(約６．５×１０-6／Ｋ)の無添加ＺｎＳを用いるとよい。
　また、可飽和吸収体２と透明材料３は、光学的に接続されており、例えば、可飽和吸収体２と透明材料３はセラミクス材料により一体に焼結させる方法がある。
　また、可飽和吸収体２と透明材料３は拡散接合により一体に接合させる方法がある。
　また、可飽和吸収体２と透明材料３は表面活性化接合により一体に接合させる方法がある。
　さらに、可飽和吸収体２と透明材料３はオプティカルコンタクトにより一体に接合させる方法がある。
　さらに、可飽和吸収体２と透明材料３は光学接着剤により一体に接着させる方法がある。
　次に動作について説明する。図２は受動Ｑスイッチ素子１を用いた受動Ｑスイッチレーザ装置１１の構成図である。図２において受動Ｑスイッチレーザ装置１１は、受動Ｑスイッチ素子１と、半導体レーザ１２と、励起光学系１３と、全反射ミラー１４と、レーザ材料１５と、出力鏡１６によって構成される。ＡＸはレーザ光の伝搬方向軸を示す(以下同様)。
　なお、半導体レーザ１２はレーザ材料１５の励起光源で、全反射ミラー１４と出力鏡１６が空間型の共振器を構成する。ＡＸはレーザ光の伝搬方向軸を示す。
　半導体レーザ１２から励起光ＰＬが出力され、励起光学系１３によって、レーザ材料１５内で平行光になるように励起光ＰＬは整形され、全反射ミラー１４を通過し、レーザ材料１５に入射する。励起光ＰＬによってレーザ材料１５は励起され、自然放出光が発生し、その一部は、全反射ミラー１４と出力鏡１６間を往復し、レーザ材料１５を通過する度に増幅される。
　可飽和吸収体２の吸収による損失を含む共振器内損失より利得が高くなると、共振器内でレーザ発振が開始する。レーザ発振が発生する周回時に、共振光ＣＬは、受動Ｑスイッチ素子１によって、受動Ｑスイッチ素子１の外側にある可飽和吸収体２を伝搬する成分は吸収され、受動Ｑスイッチ素子１の中心部にある透明材料３を伝搬する成分は損失なく透過するため、高次モード光の損失が大きくなり、低次モードのみが発振する。発振するとレーザ光を吸収して可飽和吸収体２は透明になるので、損失は小さくなり、低次モードのＱスイッチパルス光を効率良く発生させ、その一部の光が発振光ＯＬとして出力鏡１６から取り出される。
　全反射ミラー１４と出力鏡１６は、それぞれレーザ材料１５の端面と受動Ｑスイッチ素子１の端面に誘電体膜を設け、一体化することによって、装置の小型化が図れる。
　透明材料３は、円形(円盤形状)としたが、透明材料は四角形(立方体：レーザ光の伝搬方向に垂直な断面の形状が四角形、以下同様)でその周囲に可飽和吸収体２が接合されていてもよい。形状を立方体にすることによって、ビームの水平方向と垂直方向が分離できる場合に有効となる。
　以上のように、この発明の実施の形態１による受動Ｑスイッチ素子１においては、円盤形状の透明材料３の円周上にリング形状の可飽和吸収体２を光学的に接合するようにしたので、受動Ｑスイッチ素子１に本来のＱスイッチ機能の他にモード選択機能を持たせ、効率のよい低次モードのＱスイッチパルス光をレーザ装置の大きさを変えることなく、得られるようにすることができる。
　実施の形態２．
　図３は、この発明の実施の形態２による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１を示す構成図である。図３において平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１は、平面状(レーザ光の伝搬方向に沿って平らな例えば四角形の板形状、以下同様)の第１の可飽和吸収体２２ａと、平面状の第２の可飽和吸収体２２ｂと、平面状の透明材料２３と、で構成される。
　第１の可飽和吸収体２２ａと第２の可飽和吸収体２２ｂはそれぞれ透明材料２３の対向する２つの面(主面、以下同様)に光学的に接合され、第１の可飽和吸収体２２ａの透明材料２３に接合されている面と対向する面(外側の主面)と、第２の可飽和吸収体２２ｂの透明材料２３に接合されている面と対向する面(外側の主面)とで、導波路を形成する。
　平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１において、透明材料２３は、接合時の応力による割れを抑制するために、第１の可飽和吸収体２２ａおよび第２の可飽和吸収体２２ｂの熱膨張率とほぼ等しいまたは等しい熱膨張率の材料を用いる。また、透明材料２３の屈折率は、第１の可飽和吸収体２２ａおよび第２の可飽和吸収体２２ｂとの界面での反射を抑制するために、第１の可飽和吸収体２２ａおよび第２の可飽和吸収体２２ｂの屈折率より低い材料を用いる。
　例えば、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂにＣｒ4+：ＹＡＧやＶ3+：ＹＡＧを用いる場合は、透明材料２３は、屈折率(約１．８３)、熱膨張率(約７．８×１０-6／Ｋ)が近い無添加ＹＡＧを用いるとよい。
　また、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂにＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌを用いた場合は、透明材料２３は、屈折率(約１．７０)、熱膨張率(約７．４５×１０-6／Ｋ)の無添加Ｓｐｉｎｅｌを用いるとよい。
　また、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂにＣｏ２＋：ＺｎＳｅまたはＣｒ２＋：ＺｎＳｅを用いた場合は、透明材料２３は、屈折率(約２．４９)、熱膨張率(約７．６×１０-6／Ｋ)の無添加ＺｎＳｅ、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂにＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いた場合は、透明材料２３は、屈折率(約２．２９)、熱膨張率(約６．５×１０-6／Ｋ)の無添加ＺｎＳを用いるとよい。
　また、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂと透明材料２３は、光学的に接続されており、例えば、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂと透明材料２３はセラミクス材料により一体に焼結させる方法がある。
　また、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂと透明材料２３は拡散接合により一体に接合させる方法がある。
　また、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂと透明材料２３は表面活性化接合により一体に接合させる方法がある。
　さらに、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂと透明材料２３はオプティカルコンタクトにより一体に接合させる方法がある。
　さらに、第１の可飽和吸収体２２ａ、第２の可飽和吸収体２２ｂと透明材料２３は光学接着剤により一体に接着させる方法がある。
　次に動作について説明する。図４は平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１を用いた平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置３１の構成図である。図４において平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置３１は、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１と、平面導波路型の半導体レーザ３２と、励起光学系３３と、全反射ミラー３４と、レーザ材料３５と、出力鏡３６によって構成される。
　なお、半導体レーザ３２は、レーザ材料３５の励起光源で、全反射ミラー３４と出力鏡３６が平面導波路型の共振器を構成する。
　半導体レーザ３２から励起光ＰＬが出力され、励起光学系３３によって、平面導波路型レーザ材料３５内に導波路垂直方向に対しては損失なく、導波路水平方向に対しては平行光になるように励起光ＰＬは整形され、全反射ミラー３４を通過し、平面導波路型レーザ材料３５に入射する。励起光ＰＬによって平面導波路型レーザ材料３５は励起され、自然放出光が発生し、その一部は、全反射ミラー３４と出力鏡３６間を往復し、平面導波路型レーザ材料３５を通過する度に増幅される。
　第１の可飽和吸収体２２ａおよび第２の可飽和吸収体２２ｂの吸収による損失を含む共振器内損失より利得が高くなると、共振器内でレーザ発振が開始する。レーザ発振が発生する周回時に、共振光ＣＬは、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１によって、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１の導波路外側に設けられた、第１の可飽和吸収体２２ａおよび第２の可飽和吸収体２２ｂを伝搬する成分は吸収され、受動Ｑスイッチ素子２１の中心部に設けられた透明材料２３を伝搬する成分は損失なく透過するため、高次モード光の損失が大きくなり、低次モードのみが発振する。発振するとレーザ光を吸収して第１の可飽和吸収体２２ａおよび第２の可飽和吸収体２２ｂは透明になるので、損失は小さくなり、低次モードのＱスイッチパルス光を効率良く発生させ、その一部の光が発振光ＯＬとして出力鏡３６から取り出される。
　全反射ミラー３４と出力鏡３６は、それぞれ平面導波路型レーザ材料３５の端面と平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１の端面に誘電体膜を設け、一体化することによって、装置の小型化が図れる。
　以上のように、この発明の実施の形態２による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１においては、透明材料２３の対向する２つの面に第１の可飽和吸収体２２ａと第２の可飽和吸収体２２ｂをそれぞれ光学的に接合させ、第１の可飽和吸収体２２ａの透明材料２３に接合されている面と対向する面(外側の主面)と、第２の可飽和吸収体２２ｂの透明材料２３に接合されている面と対向する面(外側の主面)とで、導波路を形成するようにしたので、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子２１に本来のＱスイッチ機能の他にモード選択機能を持たせ、効率のよい低次モードのＱスイッチパルス光をレーザ装置の大きさを変えることなく、得られるようにすることができる。また、空間的にモード制御できない導波路においてもモードの制御が可能になる。
　実施の形態３．
　図５は、この発明の実施の形態３による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子４１を示す構成図である。図５において平面導波路型受動Ｑスイッチ素子４１は、平面状の第１の可飽和吸収体４２ａと、平面状の第２の可飽和吸収体４２ｂと、平面状の透明材料４３と、第１のクラッド膜４４ａと、第２のクラッド膜４４ｂと、で構成される。
　第１の可飽和吸収体４２ａと第２の可飽和吸収体４２ｂはそれぞれ透明材料４３の対向する２つの面に光学的に接合され、第１の可飽和吸収体４２ａの透明材料４３に接合されている面と対向する面には第１のクラッド膜４４ａが、第２の可飽和吸収体４２ｂの透明材料４３に接合されている面と対向する面には第２のクラッド膜４４ｂが、設けられており、第１の可飽和吸収体４２ａの透明材料４３に接合されている面と対向する面(外側の主面)と、第２の可飽和吸収体４２ｂの透明材料４３に接合されている面と対向する面(外側の主面)とで、導波路を形成する。
　平面導波路型受動Ｑスイッチ素子４１において、透明材料４３は、接合時の応力による割れを抑制するために、第１の可飽和吸収体４２ａおよび第２の可飽和吸収体４２ｂの熱膨張率とほぼ等しいまたは等しい熱膨張率の材料を用いる。また、透明材料４３の屈折率は、第１の可飽和吸収体４２ａや第２の可飽和吸収体４２ｂとの界面での反射を抑制するために、第１の可飽和吸収体４２ａおよび第２の可飽和吸収体４２ｂの屈折率より低い材料を用い、第１のクラッド膜４４ａおよび第２のクラッド膜４４ｂは、それぞれ第１の可飽和吸収体４２ａおよび第２の可飽和吸収体４２ｂの屈折率と比べて屈折率が低い材料を用いる。
　例えば、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂにＣｒ4+：ＹＡＧやＶ3+：ＹＡＧを用いる場合は、透明材料４３は、屈折率(約１．８３)、熱膨張率(約７．８×１０-6／Ｋ)が近い無添加ＹＡＧを、第１のクラッド膜４４ａ、第２のクラッド膜４４ｂはＳｉＯ2(屈折率約１．４５)やＡｌ2Ｏ3(屈折率約１．６１)やＭ2(屈折率約１．６２)やＭ3(屈折率約１．７４)やＹ2Ｏ3(屈折率約１．８１)を用いるとよい。
　また、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂにＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌを用いた場合は、透明材料４３は、屈折率(約１．７０)、熱膨張率(約７．４５×１０-6／Ｋ)の無添加Ｓｐｉｎｅｌを、第１のクラッド膜４４ａ、第２のクラッド膜４４ｂはＳｉＯ2(屈折率約１．４５)やＡｌ2Ｏ3(屈折率約１．６１)やＭ2(屈折率約１．６２)を用いるとよい。
　また、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂにＣｏ２＋：ＺｎＳｅやＣｒ２＋：ＺｎＳｅを用いた場合は、透明材料４３は、屈折率(約２．４９)、熱膨張率(約７．６×１０-6／Ｋ)の無添加ＺｎＳｅ、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂにＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いた場合は、透明材料４３は、屈折率(約２．２９)、熱膨張率(約６．５×１０-6／Ｋ)の無添加ＺｎＳを、第１のクラッド膜４４ａ、第２のクラッド膜４４ｂはＳｉＯ2(屈折率約１．４５)やＡｌ2Ｏ3(屈折率約１．６１)やＭ2(屈折率約１．６２)やＭ3(屈折率約１．７４)やＹ2Ｏ3(屈折率約１．８１)やＨｆＯ3(屈折率約１．９０)やＴａ2Ｏ5(屈折率約２．０９)を用いるとよい。
　また、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂと透明材料４３は、光学的に接続されており、例えば、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂと透明材料４３はセラミクス材料により一体に焼結させる方法がある。
　また、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂと透明材料４３は拡散接合により一体に接合させる方法がある。
　また、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂと透明材料４３は表面活性化接合により一体に接合させる方法がある。
　さらに、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂと透明材料４３はオプティカルコンタクトにより一体に接合させる方法がある。
　さらに、第１の可飽和吸収体４２ａ、第２の可飽和吸収体４２ｂと透明材料４３は光学接着剤により一体に接着させる方法がある。
　次に動作について説明する。図６は平面導波路型受動Ｑスイッチ素子４１を用いた平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置５１の構成図である。図６において平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置５１は、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子４１と、半導体レーザ５２と、励起光学系５３と、全反射ミラー５４と、平面導波路型レーザ材料５５と、出力鏡５６によって構成される。
　なお、半導体レーザ５２はレーザ材料５５の励起光源で、全反射ミラー５４と出力鏡５６が平面導波路型の共振器を構成する。
　半導体レーザ５２から励起光ＰＬが出力され、励起光学系５３によって、平面導波路型レーザ材料５５内に導波路垂直方向に対しては損失なく、導波路水平方向に対しては平行光になるように励起光ＰＬは整形され、全反射ミラー５４を通過し、平面導波路型レーザ材料５５に入射する。励起光ＰＬによって平面導波路型レーザ材料５５は励起され、自然放出光が発生し、その一部は、全反射ミラー５４と出力鏡５６間を往復し、平面導波路型レーザ材料５５を通過する度に増幅される。
　第１の可飽和吸収体４２ａおよび第２の可飽和吸収体４２ｂの吸収による損失を含む共振器内損失より利得が高くなると、共振器内でレーザ発振が開始する。レーザ発振が発生する周回時に、共振光ＣＬは、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子４１によって、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子４１の導波路の外側にある第１の可飽和吸収体４２ａおよび第２の可飽和吸収体４２ｂを伝搬する成分は吸収され、受動Ｑスイッチ素子４１の中心部にある透明材料４３を伝搬する成分は損失なく透過するため、高次モード光の損失が大きくなり、低次モードのみが発振する。発振するとレーザ光を吸収して第１の可飽和吸収体４２ａおよび第２の可飽和吸収体４２ｂは透明になるので、損失は小さくなり、低次モードのＱスイッチパルス光を効率良く発生させ、その一部の光が発振光ＯＬとして出力鏡５６から取り出される。
　全反射ミラー５４と出力鏡５６は、それぞれ平面導波路型レーザ材料５５の端面と平面導波路型受動Ｑスイッチ素子４１の端面に誘電体膜を設け、一体化することによって、装置の小型化が図れる。
　次にシミュレーション例を示す。図７に、ＢＰＭ(ビーム伝搬法)によるシミュレーション結果を示す。
　(ａ)は、
　第１の可飽和吸収体４２ａと第２の可飽和吸収体４２ｂは、厚さ５０ｕｍ(＝μｍ)のＣｒ4+：ＹＡＧ(屈折率１．８１３、減衰係数４．２×１０-5(吸収係数５ｃｍ-1相当))、
　透明材料４３は、厚さ１００μｍの無添加ＹＡＧ(屈折率１．８１３)、
　第１のクラッド膜４４ａと第２のクラッド膜４４ｂは、厚さ０．４ｕｍのＡｌ2Ｏ3(屈折率１．６１３)で
　構成した導波路に高次モード光を想定するためにビーム径２００μｍのトップハット形状のビームを入射した時の透過前後の強度分布を示す。
　(ｂ)は、前記の導波路に低次モード光を想定して、ビーム径２００μｍ(１／ｅ2)のガウシアンビームを入射した時の透過前後の強度分布を示す。
　その結果、入射ビームがトップハット形状の場合((ａ)の場合)、透過率は０．３３と見積もられるのに対して、入射ビームがガウシアン形状の場合((ｂ)の場合)は、透過率は０．６９と見積もられ、高次モード光の方が損失は大きくなることがわかった。
　共振光ＣＬの垂直方向は導波路伝搬し、水平方向は放射モード伝搬する。垂直方向に対して、可飽和吸収体(４２ａ，４２ｂ)を設けることで、低次モード化ができることを述べたが、図１４に示すリッジ導波路型Ｑスイッチ素子１２１のように可飽和吸収体１２２およびクラッド膜１２４ａ～１２４ｄを透明材料に相当するレーザ材料１２３のレーザ光の伝搬方向軸の周囲全体に亘って設けることによって、水平方向も低次モード化が可能である。
　平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置の場合でも、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子の透明材料またはレーザ材料の垂直方向のみならず水平方向にも(レーザ光の伝搬方向軸の周囲全体に亘って)可飽和吸収体、あるいはさらにクラッド膜を設けるようにする。可飽和吸収体およびクラッド膜の形状は、平面状のものを組み合わせたもの、リング形状のもの等、どのようなものでもよい。
　以上のように、この発明の実施の形態３による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子４１においては、透明材料４３の対向する２つの面に第１の可飽和吸収体４２ａと第２の可飽和吸収体４２ｂをそれぞれ光学的に接合させ、第１の可飽和吸収体４２ａの透明材料４３に接合されている面と対向する面(外側の主面)と、第２の可飽和吸収体４２ｂの透明材料４３に接合されている面と対向する面(外側の主面)とで、導波路を形成するようにしたので、受動Ｑスイッチ素子４１に本来のＱスイッチ機能の他にモード選択機能を持たせ、効率のよい低次モードのＱスイッチパルス光をレーザ装置の大きさを変えることなく、得られるようにすることができる。また、空間的にモード制御できない導波路においてもモードの制御が可能になる。
　実施の形態４．
　図８は、この発明の実施の形態４による受動Ｑスイッチ素子６１を示す構成図である。図８において受動Ｑスイッチ素子６１はリング形状の可飽和吸収体６２と円盤形状のレーザ材料６３と、で構成され、レーザ材料６３の円周上に可飽和吸収体６２が光学的に接合されている。
　受動Ｑスイッチ素子６１において、可飽和吸収体６２とレーザ材料６３の屈折率と熱膨張率はほぼ等しいまたは等しい材料を用いる。可飽和吸収体６２とレーザ材料６３の屈折率差が大きいと波面収差による損失が増加するため、小さい方が望ましい。波面収差がｐ－ｖ値でλ／４以下(波面収差損失０．０１２)にするためには、波長１０６４ｎｍ、受動Ｑスイッチ素子６１の厚さを１ｍｍとすると、可飽和吸収体６２とレーザ材料６３の屈折率差は、
　　ΔφRMS＝１／４＞Δｎ×Ｌ／λ
　より、０．０００２６６以下にする必要があるとと見積もられる。
　ここで、
　ΔφRMS：波面収差
　Δｎ：屈折率差
　Ｌ：受動Ｑスイッチ素子６１の厚さ
　λ：波長
を示す。
　例えば、レーザ材料６３にＮｄ：ＹＡＧやＹｂ：ＹＡＧを用いた場合、可飽和吸収体６２には、０．９～１．３μｍ帯の受動Ｑスイッチ材料として用いられる、屈折率(約１．８３)、熱膨張率(約７．８×１０-6／Ｋ)が近いＣｒ4+：ＹＡＧやＶ3+：ＹＡＧを用いるとよい。
　また、可飽和吸収体６２とレーザ材料６３は、光学的に接続されており、例えば、可飽和吸収体６２とレーザ材料６３はセラミクス材料により一体に焼結させる方法がある。
　また、可飽和吸収体６２とレーザ材料６３は拡散接合により一体に接合させる方法がある。
　また、可飽和吸収体６２とレーザ材料６３は表面活性化接合により一体に接合させる方法がある。
　さらに、可飽和吸収体６２とレーザ材料６３はオプティカルコンタクトにより一体に接合させる方法がある。
　さらに、可飽和吸収体６２とレーザ材料６３は光学接着剤により一体に接着させる方法がある。
　次に動作について説明する。図９は受動Ｑスイッチ素子６１を用いた受動Ｑスイッチレーザ装置７１の構成図である。図９において受動Ｑスイッチレーザ装置７１は、受動Ｑスイッチ素子６１と、半導体レーザ７２と、励起光学系７３と、全反射ミラー７４と、出力鏡７５によって構成される。
　なお、半導体レーザ７２は受動Ｑスイッチ素子６１内のレーザ材料６３の励起光源で、全反射ミラー７４と出力鏡７５が空間型の共振器を構成する。、
　半導体レーザ７２から励起光ＰＬが出力され、励起光学系７３によって、受動Ｑスイッチ素子６１内のレーザ材料６３内で平行光になるように励起光ＰＬは整形され、全反射ミラー７４を通過し、受動Ｑスイッチ素子６１内のレーザ材料６３に入射する。励起光ＰＬによって受動Ｑスイッチ素子６１内のレーザ材料６３は励起され、自然放出光が発生し、その一部は、全反射ミラー７４と出力鏡７５間を往復し、受動Ｑスイッチ素子６１内のレーザ材料６３を通過する度に増幅される。
　受動Ｑスイッチ素子６１内の可飽和吸収体６２の吸収による損失を含む共振器内損失より利得が高くなると、共振器内でレーザ発振が開始する。レーザ発振が発生する周回時に、共振光ＣＬは、受動Ｑスイッチ素子６１によって、受動Ｑスイッチ素子６１の外側にある可飽和吸収体６２を伝搬する成分は吸収され、受動Ｑスイッチ素子６１内のレーザ材料６３を伝搬する成分は損失なく透過するため、高次モード光の損失が大きくなり、低次モードのみが発振する。発振するとレーザ光を吸収して可飽和吸収体６２は透明になるので、損失は小さくなり、低次モードのＱスイッチパルス光を効率良く発生させ、その一部の光が発振光ＯＬとして出力鏡７５から取り出される。
　全反射ミラー７４と出力鏡７５は、それぞれ受動Ｑスイッチ素子６１の端面に誘電体膜を設け、一体化することによって、装置の小型化が図れる。
　レーザ材料６３は、円形(円盤形状)としたが、レーザ材料は四角形(立方体：レーザ光の伝搬方向に垂直な断面の形状が四角形、以下同様)でその周囲に可飽和吸収体が接合されていてもよい。形状を立方体にすることによって、ビームの水平方向と垂直方向が分離できる場合に有効でなる。
　以上のように、この発明の実施の形態４による受動Ｑスイッチ素子６１においては、円盤形状のレーザ材料６３の円周上にリング形状の可飽和吸収体６２を光学的に接合するようにしたので、受動Ｑスイッチ素子６１に本来のＱスイッチ機能の他にモード選択機能を持たせ、効率のよい低次モードのＱスイッチパルス光をレーザ装置の大きさを変えることなく、得られるようにすることができる。。また、レーザ材料としても機能するために、レーザ装置の小型化が図れる。
　実施の形態５．
　図１０は、この発明の実施の形態５による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１を示す構成図である。図１０において平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１は、平面状の第１の可飽和吸収体８２ａと、平面状の第２の可飽和吸収体８２ｂと、平面状のレーザ材料８３と、で構成される。
　第１の可飽和吸収体８２ａと第２の可飽和吸収体８２ｂはそれぞれレーザ材料８３の対向する２つの面に光学的に接合され、第１の可飽和吸収体８２ａのレーザ材料８３に接合されている面と対向する面(外側の主面)と、第２の可飽和吸収体８２ｂのレーザ材料８３に接合されている面と対向する面(外側の主面)とで、導波路を形成する。
　平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１において、レーザ材料８３は、接合時の応力による割れを抑制するために、第１の可飽和吸収体８２ａおよび第２の可飽和吸収体８２ｂの熱膨張率がほぼ等しいまたは等しい材料を用いる。また、レーザ材料８３の屈折率は、第１の可飽和吸収体８２ａや第２の可飽和吸収体８２ｂとの界面での反射を抑制するために、第１の可飽和吸収体８２ａおよび第２の可飽和吸収体８２ｂの屈折率より低い材料を用いる。
　例えば、レーザ材料８３にＮｄ：ＹＡＧやＹｂ：ＹＡＧを用いた場合、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂには、０．９～１．３μｍ帯の受動Ｑスイッチ材料として用いられ屈折率(約１．８３)、熱膨張率(約７．８×１０-6／Ｋ)が近い、Ｃｒ4+：ＹＡＧやＶ3+：ＹＡＧを用いるとよい。
　例えば、レーザ材料８３にＥｒ：ｇｌａｓｓ(屈折率１．５３)を用いた場合、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂには、アイセーフ帯の受動Ｑスイッチ材料として用いられる、屈折率(約１．７０)、熱膨張率(約７．４５×１０-6／Ｋ)のＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌや、屈折率(約２．４９)、熱膨張率(約７．６×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳｅやＣｒ２＋：ＺｎＳｅや、屈折率(約２．２９)、熱膨張率(約６．５×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いるとよい。
　また、レーザ材料８３にＥｒ：ＹＡＧ(屈折率１．８１３)を用いた場合、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂには、アイセーフ帯の受動Ｑスイッチ材料として用いられる、屈折率(約２．４９)、熱膨張率(約７．６×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳｅやＣｒ２＋：ＺｎＳｅや、屈折率(約２．２９)、熱膨張率(約６．５×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いるとよい。
　レーザ材料８３にＥｒ：ＹＶＯ４(常屈折率約１．９８、異常屈折率約２．１８)を用いた場合、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂには、アイセーフ帯の受動Ｑスイッチ材料として用いられる、屈折率(約２．４９)、熱膨張率(約７．６×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳｅやＣｒ２＋：ＺｎＳｅや、屈折率(約２．２９)、熱膨張率(約６．５×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いるとよい。
　また、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂとレーザ材料８３は、光学的に接続されており、例えば、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂとレーザ材料８３はセラミクス材料により一体に焼結させる方法がある。
　また、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂとレーザ材料８３は拡散接合により一体に接合させる方法がある。
　また、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂとレーザ材料８３は表面活性化接合により一体に接合させる方法がある。
　さらに、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂとレーザ材料８３はオプティカルコンタクトにより一体に接合させる方法がある。
　さらに、第１の可飽和吸収体８２ａ、第２の可飽和吸収体８２ｂとレーザ材料８３は光学接着剤により一体に接着させる方法がある。
　次に動作について説明する。図１１は平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１を用いた平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置９１の構成図である。図１１において平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置９１は、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１と、平面導波路型の半導体レーザ９２と、励起光学系９３と、全反射ミラー９４と、出力鏡９５によって構成される。
　なお、半導体レーザ９２は受動Ｑスイッチ素子８１内のレーザ材料８３の励起光源で、全反射ミラー９４と出力鏡９５が平面導波路型の共振器を構成する。
　半導体レーザ９２から励起光ＰＬが出力され、励起光学系９３によって、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１内に導波路垂直方向に対しては損失なく、導波路水平方向に対しては平行光になるように励起光ＰＬは整形され、全反射ミラー９４を通過し、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１に入射する。励起光ＰＬによって平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１内のレーザ材料８３は励起され、自然放出光が発生し、その一部は、全反射ミラー９４と出力鏡９５間を往復し、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１内のレーザ材料８３を通過する度に増幅される。
　第１の可飽和吸収体８２ａおよび第２の可飽和吸収体８２ｂの吸収による損失を含む共振器内損失より利得が高くなると、共振器内でレーザ発振が開始する。レーザ発振が発生する周回時に、共振光ＣＬは、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１によって、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１の導波路の外側にある第１の可飽和吸収体８２ａ、および第２の可飽和吸収体８２ｂを伝搬する成分は吸収され、受動Ｑスイッチ素子８１の中心部にあるレーザ材料８３を伝搬する成分は損失なく透過するため、高次モード光の損失が大きくなり、低次モードのみが発振する。発振するとレーザ光を吸収して第１の可飽和吸収体８２ａ、および第２の可飽和吸収体８２ｂは透明になるので、損失は小さくなり、低次モードのＱスイッチパルス光を効率良く発生させ、その一部の光が発振光ＯＬとして出力鏡９５から取り出される。
　全反射ミラー９４と出力鏡９５は、それぞれ平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１の両端面に誘電体膜を設け、一体化することによって、装置の小型化が図れる。
　以上のように、この発明の実施の形態５による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１においては、レーザ材料８３の対向する２つの面に第１の可飽和吸収体８２ａと第２の可飽和吸収体８２ｂをそれぞれ光学的に接合させ、第１の可飽和吸収体８２ａのレーザ材料８３に接合されている面と対向する面(外側の主面)と、第２の可飽和吸収体８２ｂのレーザ材料８３に接合されている面と対向する面(外側の主面)で導波路を形成するので、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子８１に本来のＱスイッチ機能の他にモード選択機能を持たせたので、効率がよい低次モードのＱスイッチパルス光を得られるようにすることができる。また、レーザ材料としても機能するために、レーザ装置の小型化や、通常、導波路型レーザ材料と導波路型Ｑスイッチ素子間で発生する結合損失が抑制できる。さらに、空間的にモード制御できない導波路においてもモードの制御が可能になる。
　実施の形態６．
　図１２は、この発明の実施の形態６による平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１を示す構成図である。図１２において平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１は、平面状の第１の可飽和吸収体１０２ａと、平面状の第２の可飽和吸収体１０２ｂと、平面状のレーザ材料１０３と、第１のクラッド膜１０４ａと、第２のクラッド膜１０４ｂと、で構成される。
　第１の可飽和吸収体１０２ａと第２の可飽和吸収体１０２ｂはそれぞれレーザ材料１０３の対向する２つの面に光学的に接合され、第１の可飽和吸収体１０２ａのレーザ材料１０３に接合されている面と対向する面には第１のクラッド膜１０４ａが、第２の可飽和吸収体１０２ｂのレーザ材料１０３に接合されている面と対向する面には第２のクラッド膜１０４ｂが、設けられており、第１の可飽和吸収体１０２ａのレーザ材料１０３に接合されている面と対向する面(外側の主面)と、第２の可飽和吸収体１０２ｂのレーザ材料１０３に接合されている面と対向する面(外側の主面)とで、導波路を形成する。
　平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１において、レーザ材料１０３は、接合時の応力による割れを抑制するために、第１の可飽和吸収体１０２ａおよび第２の可飽和吸収体１０２ｂの熱膨張率とほぼ等しいまたは等しい熱膨張率の材料を用いる。また、レーザ材料１０３の屈折率は、第１の可飽和吸収体１０２ａや第２の可飽和吸収体１０２ｂとの界面での反射を抑制するために、第１の可飽和吸収体１０２ａおよび第２の可飽和吸収体１０２ｂの屈折率より低い材料を用いる。第１のクラッド膜１０４ａおよび第２のクラッド膜１０４ｂは、それぞれ第１の可飽和吸収体１０２ａおよび第２の可飽和吸収体１０２ｂの屈折率と比べて屈折率が低い材料を用いる。
　例えば、レーザ材料１０３にＮｄ：ＹＡＧやＹｂ：ＹＡＧを用いた場合、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂには、０．９～１．３μｍ帯の受動Ｑスイッチ材料として用いられ、屈折率(約１．８３)、熱膨張率(約７．８×１０-6／Ｋ)が近いＣｒ4+：ＹＡＧやＶ3+：ＹＡＧを、第１のクラッド膜１０４ａ、第２のクラッド膜１０４ｂがＳｉＯ2(屈折率約１．４５)やＡｌ2Ｏ3(屈折率約１．６１)やＭ2(屈折率約１．６２)やＭ3(屈折率約１．７４)やＹ2　Ｏ3　(屈折率約１．８１)を用いるとよい。
　例えば、レーザ材料１０３にＥｒ：ｇｌａｓｓ(屈折率１．５３)を用いた場合、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂには、アイセーフ帯の受動Ｑスイッチ材料として用いられる、屈折率(約１．７０)、熱膨張率(約７．４５×１０-6／Ｋ)のＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌや、屈折率(約２．４９)、熱膨張率(約７．６×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳｅやＣｒ２＋：ＺｎＳｅや、屈折率(約２．２９)、熱膨張率(約６．５×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いると良く、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂにＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌを用いた時の、第１のクラッド膜１０４ａ、第２のクラッド膜１０４ｂはＳｉＯ2(屈折率約１．４５)やＡｌ2Ｏ3(屈折率約１．６１)やＭ2(屈折率約１．６２)を用いるとよい。また、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂにＣｏ２＋：ＺｎＳｅやＣｒ２＋：ＺｎＳｅやＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いる場合は、第１のクラッド膜１０４ａ、第２のクラッド膜１０４ｂはＳｉＯ2(屈折率約１．４５)やＡｌ2Ｏ3(屈折率約１．６１)やＭ2(屈折率約１．６２)やＭ3(屈折率約１．７４)やＹ2Ｏ3(屈折率約１．８１)やＨｆＯ3(屈折率約１．９０)やＴａ2Ｏ5(屈折率約２．０９)を用いるとよい。
　また、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂとレーザ材料１０３は、光学的に接続されており、例えば、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂとレーザ材料１０３はセラミクス材料により一体に焼結させる方法がある。
　また、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂとレーザ材料１０３は拡散接合により一体に接合させる方法がある。
　また、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂとレーザ材料１０３は表面活性化接合により一体に接合させる方法がある。
　さらに、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂとレーザ材料１０３はオプティカルコンタクトにより一体に接合させる方法がある。
　さらに、第１の可飽和吸収体１０２ａ、第２の可飽和吸収体１０２ｂとレーザ材料１０３は光学接着剤により一体に接着させる方法がある。
　次に動作について説明する。図１３は平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１を用いた平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置１１１の構成図である。図１３において平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置１１１は平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１と、半導体レーザ１１２と、励起光学系１１３と、全反射ミラー１１４と、出力鏡１１５によって構成される。
　なお、半導体レーザ１１２は受動Ｑスイッチ素子１０１内のレーザ材料１０３の励起光源で、全反射ミラー１１４と出力鏡１１５が平面導波路型の共振器を構成する。
　半導体レーザ１１２から励起光ＰＬが出力され、励起光学系１１３によって、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１内に導波路垂直方向に対しては損失なく、導波路水平方向に対しては平行光になるように励起光ＰＬは整形され、全反射ミラー１１４を通過し、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１に入射する。励起光ＰＬによって平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１内のレーザ材料１０３は励起され、自然放出光が発生し、その一部は、全反射ミラー１１４と出力鏡１１５間を往復し、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１内のレーザ材料１０３を通過する度に増幅される。
　第１の可飽和吸収体１０２ａおよび第２の可飽和吸収体１０２ｂの吸収による損失を含む共振器内損失より利得が高くなると、共振器内でレーザ発振が開始する。レーザ発振が発生する周回時に、共振光ＣＬは、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１によって、平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１の導波路の外側にある第１の可飽和吸収体１０２ａおよび第２の可飽和吸収体１０２ｂを伝搬する成分は吸収され、受動Ｑスイッチ素子１０１の中心部にあるレーザ材料１０３を伝搬する成分は損失なく透過するため、高次モード光の損失が大きくなり、低次モードのみが発振する。発振するとレーザ光を吸収して第１の可飽和吸収体１０２ａおよび第２の可飽和吸収体１０２ｂは透明になるので、損失は小さくなり、低次モードのＱスイッチパルス光を効率良く発生させその一部の光が発振光ＯＬとして出力鏡１１５から取り出される。
　全反射ミラー１１４と出力鏡１１５は、それぞれ平面導波路型受動Ｑスイッチ素子１０１の両端面に誘電体膜を設け、一体化することによって、装置の小型化が図れる。
　実施の形態７．
　図１４は、この発明の実施の形態７によるリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１を示す構成図である。図１４においてリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１は、中央が空洞になっている立方体形状の可飽和吸収体１２２と、立方体のレーザ材料または透明材料１２３と、第１のクラッド膜１２４ａと、第２のクラッド膜１２４ｂと、第３のクラッド膜１２４ｃと、第４のクラッド膜１２４ｄによって構成される。
　可飽和吸収体１２２は、レーザ材料１２３の光軸に対して平行なすべての面に光学的に接合され、可飽和吸収体１２２のレーザ材料１２３に接合されている面と対向する面には、第１～第４のクラッド膜１２４ａ～１２４ｄが設けられおり、可飽和吸収体１２２とレーザ材料１２３に接合されている面と対向する面(外側の主面)とで、導波路を形成する。
　リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１において、レーザ材料１２３は、接合時の応力による割れを抑制するために、可飽和吸収体１２２の熱膨張率とほぼ等しいまたは等しい熱膨張率の材料を用いる。また、レーザ材料１２３の屈折率は、可飽和吸収体１２２との界面での反射を抑制するために、可飽和吸収体１２２の屈折率より低い材料を用いる。第１～第４のクラッド膜１２４ａ～１２４ｄは、それぞれ可飽和吸収体１２２の屈折率と比べて屈折率が低い材料を用いる。
　例えば、レーザ材料１２３にＮｄ：ＹＡＧやＹｂ：ＹＡＧを用いた場合、可飽和吸収体１２２には、０．９～１．３μｍ帯の受動Ｑスイッチ材料として用いられ、屈折率(約１．８３)、熱膨張率(約７．８×１０-6／Ｋ)が近いＣｒ4+：ＹＡＧやＶ3+：ＹＡＧを用い、第１～第４のクラッド膜１２４ａ～１２４ｄには、ＳｉＯ2(屈折率約１．４５)やＡｌ2Ｏ3(屈折率約１．６１)やＭ2(屈折率約１．６２)やＭ3(屈折率約１．７４)やＹ2Ｏ3(屈折率約１．８１)を用いるとよい。
　例えば、レーザ材料１２３にＥｒ：ｇｌａｓｓ(屈折率１．５３)を用いた場合、可飽和吸収体１２２には、アイセーフ帯の受動Ｑスイッチ材料として用いられる、屈折率(約１．７０)、熱膨張率(約７．４５×１０-6／Ｋ)のＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌや、屈折率(約２．４９)、熱膨張率(約７．６×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳｅやＣｒ２＋：ＺｎＳｅや、屈折率(約２．２９)、熱膨張率(約６．５×１０-6／Ｋ)のＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いると良く、可飽和吸収体１２２にＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌを用いた時の、第１～第４のクラッド膜１２４ａ～１２４ｄは、ＳｉＯ2(屈折率約１．４５)やＡｌ2Ｏ3(屈折率約１．６１)やＭ2(屈折率約１．６２)を用いるとよい。また、可飽和吸収体１２２にＣｏ２＋：ＺｎＳｅやＣｒ２＋：ＺｎＳｅやＣｏ２＋：ＺｎＳやＣｒ２＋：ＺｎＳを用いる場合は、第１～第４のクラッド膜１２４ａ～１２４ｄには、ＳｉＯ2(屈折率約１．４５)やＡｌ2Ｏ3(屈折率約１．６１)やＭ2(屈折率約１．６２)やＭ3(屈折率約１．７４)やＹ2Ｏ3(屈折率約１．８１)やＨｆＯ3(屈折率約１．９０)やＴａ2Ｏ5(屈折率約２．０９)を用いるとよい。
　また、可飽和吸収体１２２とレーザ材料１２３は、光学的に接続されており、例えば、可飽和吸収体１２２とレーザ材料１２３はセラミクス材料により一体に焼結させる方法がある。
　また、可飽和吸収体１２２とレーザ材料１２３は拡散接合により一体に接合させる方法がある。
　また、可飽和吸収体１２２とレーザ材料１２３は表面活性化接合により一体に接合させる方法がある。
　さらに、可飽和吸収体１２２とレーザ材料１２３はオプティカルコンタクトにより一体に接合させる方法がある。
　さらに、可飽和吸収体１２２とレーザ材料１２３は光学接着剤により一体に接着させる方法がある。
　次に動作について説明する。図１５はリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１を用いたリッジ導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置１３１の構成図である。図１５においては、リッジ導波路型Ｑスイッチレーザ装置１３１は、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１と、半導体レーザ１３２と、全反射膜１３４と、部分反射膜１３５によって構成され、全反射膜１３４と、部分反射膜１３５がリッジ導波路型の共振器を構成する。
　半導体レーザ１３２から出力した励起光ＰＬは、全反射膜１３４を通過し、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１に入射する。半導体レーザ１３２から出力した励起光ＰＬは、垂直方向および水平方向に広がりを持ち、励起光ＰＬの垂直方向成分は、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１の第１のクラッド膜１２４ａと第２のクラッド膜１２４ｂによって閉じ込められ、導波路内を伝搬する。また、、励起光ＰＬの水平方向成分は、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１の第３のクラッド膜１２４ｃと第４のクラッド膜１２４ｄによって閉じ込められ、導波路内を伝搬する。
　励起光ＰＬによってリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１内のレーザ材料１２３は励起され、自然放出光が発生し、その一部は、全反射膜１３４と部分反射膜１３５間を往復し、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１内のレーザ材料１２３を通過する度に増幅される。
　可飽和吸収体１２２の吸収による損失を含む共振器内損失より利得が高くなると、共振器内でレーザ発振が開始する。レーザ発振が発生する周回時に、共振光ＣＬは、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１によって、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１の導波路の外周にある可飽和吸収体１２２を伝搬する成分は吸収され、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１の中心部にあるレーザ材料１２３を伝搬する成分は損失なく透過するため、高次モード光の損失が大きくなり、低次モードのみが発振する。発振するとレーザ光を吸収して可飽和吸収体１２２は透明になるので、損失は小さくなり、低次モードのＱスイッチパルス光を効率良く発生させその一部の光が発振光であり出力光ＯＬとして部分反射膜１３５から取り出される。
　リッジ導波路型レーザにおいては、垂直方向および水平方向ともに光を閉じ込めるため、励起光出力を増加させた場合に発振光以外の光路で発振する寄生発振が懸念されるが、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１は、可飽和吸収体１２２が、第１のクラッド膜１２４ａと第２のクラッド膜１２４ｂと第３のクラッド膜１２４ｃと第４のクラッド膜１２４ｄの内側にあるため、出力光ＯＬ以外の光路で発振する光は、可飽和吸収体１２１によって吸収され、寄生発振を抑制できる。
　以上のように、この発明の実施の形態７によるリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１においては、可飽和吸収体１２２が、レーザ材料１２３の光軸に対して平行なすべての面に光学的に接合され、可飽和吸収体のレーザ材料１２３に接合されている面と対向する面には、第１～第４のクラッド膜１２４ａ～１２４ｄを設けたので、リッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子１２１は本来のＱスイッチ機能の他にモード選択機能を併せ持つので、効率がよい低次モードのＱスイッチパルス光を得られるようにすることができる。また、レーザ材料としても機能するために、レーザ装置の小型化や、通常、導波路型レーザ材料と導波路型Ｑスイッチ素子間で発生する結合損失が抑制できる。さらに、空間的にモード制御できない導波路においてもモードの制御が可能になる。また、水平方向および垂直方向にもクラッドを設けたので、励起光学系が不要で、レーザ装置の小型化がはかれる。さらに、励起光出力を増加させた場合に懸念される寄生発振は、クラッドの内部にある可飽和吸収体によって抑制することができる。
　なおこの発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
産業上の利用の可能性
　この発明は種々の分野の受動Ｑスイッチ素子および受動Ｑスイッチレーザ装置等に適用することができ、同様な効果を奏する。
　１，６１　受動Ｑスイッチ素子、２，６２　可飽和吸収体、３，２３，４３　透明材料、１１，７１　受動Ｑスイッチレーザ装置、１２，３２，５２，７２，９２，１１２，１３２　半導体レーザ、１３，３３，５３，７３，９３，１１３　励起光学系、１４，３４，５４，７４，９４，１１４　全反射ミラー、１３４　全反射膜、１５，３５，５５，６３，８３，１０３，１２３　レーザ材料、１６，３６，５６，７５，９５，１１５　出力鏡、１３５　部分反射膜、２１，４１，６１，８１，１０１　平面導波路型Ｑスイッチ素子、１２１　リッジ導波路型Ｑスイッチ素子、２２ａ，４２ａ，８２ａ，１０２ａ　第１の可飽和吸収体、２２ｂ，４２ｂ，８２ｂ，１０２ｂ　第２の可飽和吸収体、１２２　可飽和吸収体、２３，４３　透明材料、３１，５１，７１，９１，１１１　平面導波路型Ｑスイッチレーザ装置、１３１　リッジ導波路型Ｑスイッチレーザ装置、４４ａ，１０４ａ，１２４ａ　第１のクラッド膜、４４ｂ，１０４ｂ，１２４ｂ　第２のクラッド膜、１２４ｃ　第３のクラッド膜、１２４ｄ　第４のクラッド膜、ＰＬ　励起光、ＣＬ　共振光、ＯＬ　出力光、ＡＸ　伝搬方向軸。

Claims (29)

  1. 　円盤状または立方体の透明材料と、
    　前記透明材料とほぼ等しい屈折率を持つ可飽和吸収体と、
    　を備え、
    　前記透明材料に隣接して前記可飽和吸収体が光学的に接合されていることを特徴とする受動Ｑスイッチ素子。
  2. 　前記透明材料は前記可飽和吸収体のホスト材料であることを特徴とする請求項１に記載の受動Ｑスイッチ素子。
  3. 　前記透明材料と、前記可飽和吸収体は、セラミクス材料により一体に焼結されたもの、拡散接合により一体に接合されたもの、表面活性化接合により一体に接合されたもの、のいずれかからなることを特徴とする請求項１または２に記載の受動Ｑスイッチ素子。
  4. 　円盤状または立方体のレーザ材料と、
    　前記レーザ材料とほぼ等しい屈折率を持つ可飽和吸収体と、
    　を備え
    　前記レーザ材料に隣接して前記可飽和吸収体が光学的に接合されていることを特徴とする受動Ｑスイッチ素子。
  5. 　前記レーザ材料と、前記可飽和吸収体は、セラミクス材料により一体に焼結されたもの、拡散接合により一体に接合されたもの、表面活性化接合により一体に接合されたもの、のいずれか１つからなることを特徴とする請求項４に記載の受動Ｑスイッチ素子。
  6. 　前記レーザ材料は、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＹｂ：ＹＡＧからなり、
    　前記可飽和吸収体は、Ｃｒ4+：ＹＡＧまたはＶ3+：ＹＡＧからなることを特徴とする請求項４または５に記載の受動Ｑスイッチ素子。
  7. 　前記レーザ材料は、Ｅｒ：ｇｌａｓｓまたはＥｒ：ＹＡＧまたはＥｒ：ＹＶＯ４からなり、
    　前記可飽和吸収体は、Ｃｏ：ＳＰＩＮＥＬまたはＣｏ２＋：ＺｎＳｅまたはＣｏ２＋：ＺｎＳまたはＣｒ２＋：ＺｎＳｅまたはＣｒ２＋：ＺｎＳからなることを特徴とする請求項４または５に記載の受動Ｑスイッチ素子。
  8. 　平面状の透明材料と、
    　前記透明材料より大きい屈折率を持つ平面状の２枚の可飽和吸収体と、
    　を備え、
    　前記透明材料の２つの面に前記２枚の可飽和吸収体の面がそれぞれ光学的に接合されていることを特徴とする平面導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  9. 　平面状の透明材料と、
    　前記透明材料より大きい屈折率を持つ平面状の２枚の可飽和吸収体と、
    　前記２枚の可飽和吸収体より小さい屈折率を持つ２枚のクラッド膜と、
    　を備え、
    　前記透明材料の２つの面に前記２枚の可飽和吸収体の面がそれぞれ光学的に接合され、
    　前記２枚の可飽和吸収体の前記透明材料と接合された面に対向する面に前記２枚のクラッド膜がそれぞれ光学的に接合されていることを特徴とする平面導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  10. 　前記透明材料は前記可飽和吸収体のホスト材料であることを特徴とする請求項８または９に記載の平面導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  11. 　前記透明材料と、前記可飽和吸収体は、セラミクス材料により一体に焼結されたもの、拡散接合により一体に接合されたもの、表面活性化接合により一体に接合されたもの、のいずれか１つからなることを特徴とする請求項８から１０までのいずれか１項に記載の平面導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  12. 　立方体形状の透明材料と、
    　前記透明材料より大きい屈折率を持つ可飽和吸収体と、
    　前記可飽和吸収体より小さい屈折率を持つクラッド膜と、
    　を備え、
    　前記透明材料の外周上に前記可飽和吸収体が光学的に接合され、前記可飽和吸収体の前記透明材料と接合された面と対向する面に前記クラッド膜が光学的に接合されていることを特徴とするリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  13. 　前記透明材料は前記可飽和吸収体のホスト材料であることを特徴とする請求項１２に記載のリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  14. 　前記透明材料と、前記可飽和吸収体は、セラミクス材料により一体に焼結されたもの、拡散接合により一体に接合されたもの、表面活性化接合により一体に接合されたもの、のいずれか１つからなることを特徴とする請求項１２または１３に記載のリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  15. 　平面状のレーザ材料と、
    　前記レーザ材料より大きい屈折率を持つ平面状の２枚の可飽和吸収体と、
    　を備え、
    　前記レーザ材料の２つの面に前記２枚の可飽和吸収体の面がそれぞれ光学的に接合されていることを特徴とする平面導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  16. 　平面状のレーザ材料と、
    　前記レーザ材料より大きな屈折率を持つ平面状の２枚の可飽和吸収体と、
    　前記２枚の可飽和吸収体より小さい屈折率を持つ２枚のクラッド膜と、
    　を備え、
    　前記レーザ材料の２つの面に前記２枚の可飽和吸収体の面がそれぞれ光学的に接合され、
    　前記２枚の可飽和吸収体の前記レーザ材料と接合された面に対向する面に前記２枚のクラッド膜がそれぞれ光学的に接合されていることを特徴とする平面導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  17. 　前記レーザ材料と、前記可飽和吸収体は、セラミクス材料により一体に焼結されたもの、拡散接合により一体に接合されたもの、表面活性化接合により一体に接合されたもの、のいずれ１つからなることを特徴とする請求項１５または１６に記載の平面導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  18. 　前記レーザ材料は、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＹｂ：ＹＡＧからなり、
    　前記可飽和吸収体は、Ｃｒ4+：ＹＡＧまたはＶ3+：ＹＡＧからなることを特徴とする請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の平面導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  19. 　前記レーザ材料は、Ｅｒ：ｇｌａｓｓまたはＥｒ：ＹＡＧまたはＥｒ：ＹＶＯ４からなり、
    　前記可飽和吸収体は、Ｃｏ：ＳＰＩＮＥＬまたはＣｏ２＋：ＺｎＳｅまたはＣｏ２＋：ＺｎＳまたはＣｒ２＋：ＺｎＳｅまたはＣｒ２＋：ＺｎＳからなることを特徴とする請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の平面導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  20. 　立方体形状のレーザ材料と、
    　前記レーザ材料より大きい屈折率を持つ可飽和吸収体と、
    　前記可飽和吸収体より小さい屈折率を持つクラッド膜と、
    　を備え、
    　前記透明材料の外周上に前記可飽和吸収体が光学的に接合され、前記可飽和吸収体の前記透明材料と接合された面と対向する面に前記クラッド膜が光学的に接合されていることを特徴とするリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  21. 　前記レーザ材料と、前記可飽和吸収体は、セラミクス材料により一体に焼結されたもの、拡散接合により一体に接合されたもの、表面活性化接合により一体に接合されたもの、のいずれか１つからなることを特徴とする請求項２０に記載のリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  22. 　前記レーザ材料は、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＹｂ：ＹＡＧからなり、
    　前記可飽和吸収体は、Ｃｒ4+：ＹＡＧまたはＶ3+：ＹＡＧからなることを特徴とする請求項２０または２１に記載のリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  23. 　前記レーザ材料は、Ｅｒ：ｇｌａｓｓまたはＥｒ：ＹＡＧまたはＥｒ：ＹＶＯ４からなり、
    　前記可飽和吸収体は、Ｃｏ：ＳＰＩＮＥＬまたはＣｏ２＋：ＺｎＳｅまたはＣｏ２＋：ＺｎＳまたはＣｒ２＋：ＺｎＳｅまたはＣｒ２＋：ＺｎＳからなることを特徴とする請求項２０または２１に記載のリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子。
  24. 　レーザ光の伝搬方向軸に沿って設けられた、
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の受動Ｑスイッチ素子と、
    　レーザ材料と、
    　空間型の共振器と、
    　前記レーザ材料を光励起する励起光を出力する励起光源と、
    　を備えたことを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
  25. 　レーザ光の伝搬方向軸に沿って設けられた、
    　請求項４から７までのいずれか１項に記載の受動Ｑスイッチ素子と、
    　空間型の共振器と、
    　前記レーザ材料を光励起する励起光を出力する励起光源と、
    　を備えたことを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
  26. 　レーザ光の伝搬方向軸に沿って設けられた、
    　請求項８から１１までのいずれか１項に記載の平面導波路型受動Ｑスイッチ素子と、
    　平面導波路型のレーザ材料と、
    　平面導波路型の共振器と、
    　前記平面導波路型のレーザ材料を光励起する励起光を出力する励起光源と、
    　を備えたことを特徴とする平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置。
  27. 　レーザ光の伝搬方向軸に沿って設けられた、
    　請求項１２から１４までのいずれか１項に記載のリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子と、
    　平面導波路型のレーザ材料と、
    　平面導波路型の共振器と、
    　前記平面導波路型のレーザ材料を光励起する励起光を出力する励起光源と、
    　を備えたことを特徴とするリッジ導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置。
  28. 　レーザ光の伝搬方向軸に沿って設けられた、
    　請求項１５から１９までのいずれか１項に記載の平面導波路型受動Ｑスイッチ素子と、
    　平面導波路型の共振器と、
    　前記平面導波路型のレーザ材料を光励起する励起光を出力する励起光源と、
    　を備えたことを特徴とする平面導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置。
  29. 　レーザ光の伝搬方向軸に沿って設けられた、
    　請求項２０から２３までのいずれか１項に記載のリッジ導波路型受動Ｑスイッチ素子と、
    　リッジ導波路型の共振器と、
    　前記リッジ導波路型のレーザ材料を光励起する励起光を出力する励起光源と、
    　を備えたことを特徴とするリッジ導波路型受動Ｑスイッチレーザ装置。
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