JP2001036171A - 側面ポンピングされたｑスイッチで切り換えられるマイクロレーザ - Google Patents
側面ポンピングされたｑスイッチで切り換えられるマイクロレーザInfo
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/1123—Q-switching
- H01S3/113—Q-switching using intracavity saturable absorbers
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 マイクロ共振子とマイクロ共振子を側面ポン
ピングするためのポンプ源を持つマイクロレーザを提供
する。 【解決手段】 マイクロ共振子は、能動的利得媒体とマ
イクロ共振子の対向端面の間を縦方向に延びるＱスイッ
チを含む。それ故、上記ポンプ源は、上記能動的利得媒
体に隣接していて、この能動的利得媒体により形成され
ている側面を通して、マイクロ共振子内にポンプ信号を
導入する。
ピングするためのポンプ源を持つマイクロレーザを提供
する。 【解決手段】 マイクロ共振子は、能動的利得媒体とマ
イクロ共振子の対向端面の間を縦方向に延びるＱスイッ
チを含む。それ故、上記ポンプ源は、上記能動的利得媒
体に隣接していて、この能動的利得媒体により形成され
ている側面を通して、マイクロ共振子内にポンプ信号を
導入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して、マイクロ
レーザに関し、特にマイクロ共振子の空洞を形成するた
めに、その上に一組の反射面を含むモノリシック材料素
子内に能動的利得媒体と受動Ｑスイッチ媒体を備える側
面ポンピングを使用するマイクロレーザに関する。
レーザに関し、特にマイクロ共振子の空洞を形成するた
めに、その上に一組の反射面を含むモノリシック材料素
子内に能動的利得媒体と受動Ｑスイッチ媒体を備える側
面ポンピングを使用するマイクロレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】現代の電気光学用途は、一連の輪郭がハ
ッキリしている出力パルスを発生することができる、比
較的安価で、小型のレーザを必要とする。それ故、マイ
クロ共振子、およびその間に共振空洞を形成するため
に、上記マイクロ共振子の両端部に位置する一組の少な
くとも部分的に反射するミラーを含む種々のマイクロレ
ーザが開発されてきた。ある有利なマイクロレーザのマ
イクロ共振子は、能動的利得媒体、およびＱスイッチの
働きをする可飽和アブソーバを含む。例えば、１９９５
年２月２８日付の、ジョン Ｊ．ザイホウスキの米国特
許第５，３９４，４１３号を参照されたい。上記米国特
許の全文は、本明細書の記載に援用する。レーザ・ダイ
オードのような能動的利得媒体を適当にポンピングする
と、マイクロ共振子は、予め定めた波長、パルス幅およ
びパルス・エネルギーを持つ一連のパルスを放出する。
ッキリしている出力パルスを発生することができる、比
較的安価で、小型のレーザを必要とする。それ故、マイ
クロ共振子、およびその間に共振空洞を形成するため
に、上記マイクロ共振子の両端部に位置する一組の少な
くとも部分的に反射するミラーを含む種々のマイクロレ
ーザが開発されてきた。ある有利なマイクロレーザのマ
イクロ共振子は、能動的利得媒体、およびＱスイッチの
働きをする可飽和アブソーバを含む。例えば、１９９５
年２月２８日付の、ジョン Ｊ．ザイホウスキの米国特
許第５，３９４，４１３号を参照されたい。上記米国特
許の全文は、本明細書の記載に援用する。レーザ・ダイ
オードのような能動的利得媒体を適当にポンピングする
と、マイクロ共振子は、予め定めた波長、パルス幅およ
びパルス・エネルギーを持つ一連のパルスを放出する。
【０００３】当業者であれば周知のように、マイクロレ
ーザが放出するパルスのエネルギーは、能動的利得媒体
および可飽和アブソーバを形成している材料、および光
学的にポンピングされる容積の長さおよび幅により異な
る。他のすべての要因が同じであるなら、マイクロ共振
子の空洞が長ければ長いほど、またその幅が広ければ広
いほど、結果として得られるレーザ・パルスのパルス・
エネルギーおよび平均電力は大きくなる。
ーザが放出するパルスのエネルギーは、能動的利得媒体
および可飽和アブソーバを形成している材料、および光
学的にポンピングされる容積の長さおよび幅により異な
る。他のすべての要因が同じであるなら、マイクロ共振
子の空洞が長ければ長いほど、またその幅が広ければ広
いほど、結果として得られるレーザ・パルスのパルス・
エネルギーおよび平均電力は大きくなる。
【０００４】米国特許第５，３９４，４１３号が開示し
ているような従来のマイクロレーザは、共振子の空洞の
縦ビーム軸に平行な方向に端部ポンピングされる。その
場合、共振子の空洞の縦軸は、共振子の空洞を通って縦
方向に延び、共振子の空洞の両端部を形成している一組
の少なくとも一部が反射するミラーと直交するような方
向を向いている。それ故、従来のマイクロレーザは、ポ
ンプ源が、共振子の空洞の両端部を形成する少なくとも
一部が反射するミラーに垂直な方向にポンプ入力を提供
するように構成されている。それ故、共振子の空洞の有
効な長さは、共振子を備えるモノリシックな媒体の厚さ
に等しい。
ているような従来のマイクロレーザは、共振子の空洞の
縦ビーム軸に平行な方向に端部ポンピングされる。その
場合、共振子の空洞の縦軸は、共振子の空洞を通って縦
方向に延び、共振子の空洞の両端部を形成している一組
の少なくとも一部が反射するミラーと直交するような方
向を向いている。それ故、従来のマイクロレーザは、ポ
ンプ源が、共振子の空洞の両端部を形成する少なくとも
一部が反射するミラーに垂直な方向にポンプ入力を提供
するように構成されている。それ故、共振子の空洞の有
効な長さは、共振子を備えるモノリシックな媒体の厚さ
に等しい。
【０００５】マイクロレーザは、共振子の空洞が異なる
長さを持つように製造することができるが、通常、多数
の要因により、共振子の空洞の許容できる長さは制限さ
れる。例えば、可飽和アブソーバおよび利得媒体の両方
を含む共振子の空洞の長さは、好適には、２ミリ以下で
あることが好ましいと開示している、米国特許第５，３
９４，４１３号を参照されたい。特に、多数の電気光学
用途は、非常に小型のマイクロレーザを必要としてい
る。それ故、共振子の空洞の長さを長くすると、これら
の用途に使用するのが非常に困難になる。何故なら、マ
イクロ共振子の空洞の長さが、上記のように長くなる
と、それにつれて、マイクロレーザ全体の大きさも大き
くなるからである。さらに、長さが数ミリメートル以上
のモノリシックなマイクロレーザを製造するのは困難で
ある。何故なら、その場合、材料の成長プロセスにおい
て、優れた発散をし、スペクトルが純粋な効率的な出力
を供給するために必要な、十分均質な光学媒体を作るこ
とができないという制限があるからである。
長さを持つように製造することができるが、通常、多数
の要因により、共振子の空洞の許容できる長さは制限さ
れる。例えば、可飽和アブソーバおよび利得媒体の両方
を含む共振子の空洞の長さは、好適には、２ミリ以下で
あることが好ましいと開示している、米国特許第５，３
９４，４１３号を参照されたい。特に、多数の電気光学
用途は、非常に小型のマイクロレーザを必要としてい
る。それ故、共振子の空洞の長さを長くすると、これら
の用途に使用するのが非常に困難になる。何故なら、マ
イクロ共振子の空洞の長さが、上記のように長くなる
と、それにつれて、マイクロレーザ全体の大きさも大き
くなるからである。さらに、長さが数ミリメートル以上
のモノリシックなマイクロレーザを製造するのは困難で
ある。何故なら、その場合、材料の成長プロセスにおい
て、優れた発散をし、スペクトルが純粋な効率的な出力
を供給するために必要な、十分均質な光学媒体を作るこ
とができないという制限があるからである。
【０００６】ポンプ源を、マイクロ共振子のもっと大き
な点に焦点を結ばせればできることだが、そのようにし
て、マイクロ共振子の空洞の幅を広くすることも、同様
に、非常に望ましくない。何故なら、出力が大きく分散
してしまうからである。このような望ましくない結果と
なるのは、幅を広くすると、それにつれて、共振子のフ
レネル数が増大し、そのため、複数の横モードを発振し
てしまうからである。
な点に焦点を結ばせればできることだが、そのようにし
て、マイクロ共振子の空洞の幅を広くすることも、同様
に、非常に望ましくない。何故なら、出力が大きく分散
してしまうからである。このような望ましくない結果と
なるのは、幅を広くすると、それにつれて、共振子のフ
レネル数が増大し、そのため、複数の横モードを発振し
てしまうからである。
【０００７】比較的小型の従来のマイクロレーザも、そ
れにより、ポンプ・ダイオード放射の吸収により発生す
る熱を除去することができる効率を低下させてしまう。
ある例の場合には、マイクロレーザ内で発生した熱は、
ヒートシンク、または他の熱除去装置の熱容量を超えて
しまい、それにより、媒体を歪めてしまう恐れがあり、
出力ビームの電力または品質を許容できないくらい劣化
させてしまう恐れがある。
れにより、ポンプ・ダイオード放射の吸収により発生す
る熱を除去することができる効率を低下させてしまう。
ある例の場合には、マイクロレーザ内で発生した熱は、
ヒートシンク、または他の熱除去装置の熱容量を超えて
しまい、それにより、媒体を歪めてしまう恐れがあり、
出力ビームの電力または品質を許容できないくらい劣化
させてしまう恐れがある。
【０００８】共振子の空洞の長さに対する実際の制限の
上記の例は、従来のマイクロレーザが出力するパルス
の、パルス・エネルギーおよび平均電力を、望ましくな
い方法で制限してしまう。マイクロレーザの放射するパ
ルスのパルス・エネルギーおよび平均電力も、能動的利
得媒体がポンピングを受ける電力レベルにより、すなわ
ち、ポンプ入力が与える電力により異なる。従来のマイ
クロレーザは、端部ポンピングを使用していたので、単
一ストライプ・レーザ・ダイオードが、通常、ポンプ源
として使用されていた。何故なら、単一ストライプ・レ
ーザ・ダイオードが発生するポンプ入力は、通常、比較
的小さなマイクロレーザのモードの直径を満たすからで
ある。都合の悪いことに、単一ストライプ・レーザ・ダ
イオードが供給する電力は、通常、約１〜３ワットに制
限され、そのため、従来のマイクロレーザが出力するパ
ルスのパルス・エネルギーおよび平均電力も、それに応
じて制限される。さらに、多重ストライプ・レーザ・ダ
イオードは、通常、従来のマイクロレーザを端部ポンピ
ングするのには使用されない。何故なら、多重ストライ
プ・ダイオードは焦点をうまく結ばないので、単一モー
ドのマイクロレーザ出力を発生するの十分な、小さな点
を形成するには、複雑な光学系を必要とするからであ
る。
上記の例は、従来のマイクロレーザが出力するパルス
の、パルス・エネルギーおよび平均電力を、望ましくな
い方法で制限してしまう。マイクロレーザの放射するパ
ルスのパルス・エネルギーおよび平均電力も、能動的利
得媒体がポンピングを受ける電力レベルにより、すなわ
ち、ポンプ入力が与える電力により異なる。従来のマイ
クロレーザは、端部ポンピングを使用していたので、単
一ストライプ・レーザ・ダイオードが、通常、ポンプ源
として使用されていた。何故なら、単一ストライプ・レ
ーザ・ダイオードが発生するポンプ入力は、通常、比較
的小さなマイクロレーザのモードの直径を満たすからで
ある。都合の悪いことに、単一ストライプ・レーザ・ダ
イオードが供給する電力は、通常、約１〜３ワットに制
限され、そのため、従来のマイクロレーザが出力するパ
ルスのパルス・エネルギーおよび平均電力も、それに応
じて制限される。さらに、多重ストライプ・レーザ・ダ
イオードは、通常、従来のマイクロレーザを端部ポンピ
ングするのには使用されない。何故なら、多重ストライ
プ・ダイオードは焦点をうまく結ばないので、単一モー
ドのマイクロレーザ出力を発生するの十分な、小さな点
を形成するには、複雑な光学系を必要とするからであ
る。
【０００９】対照的に、ある種の現在の電気光学用途
は、１ナノ秒より長いパルス幅のような、またある場合
には、最高１０ナノ秒までの、より長いパルス幅を持つ
パルスを放射するマイクロレーザを必要とするようにな
ってきていて、また約１０マイクロジュールから約１０
０マイクロジュールのような、もっと大きなパルス・エ
ネルギーを持つパルス、および０．１ワットから１ワッ
トのような、もっと大きい平均電力を持つパルスを必要
とするようになってきている。共振子の空洞の長さに対
する上記制限、および従来のマイクロレーザが出力する
パルスのパルス幅、パルス・エネルギーおよび平均電力
に対する対応する制限があるので、従来のマイクロレー
ザは、これらの厳しくなる要件を満たすことができな
い。
は、１ナノ秒より長いパルス幅のような、またある場合
には、最高１０ナノ秒までの、より長いパルス幅を持つ
パルスを放射するマイクロレーザを必要とするようにな
ってきていて、また約１０マイクロジュールから約１０
０マイクロジュールのような、もっと大きなパルス・エ
ネルギーを持つパルス、および０．１ワットから１ワッ
トのような、もっと大きい平均電力を持つパルスを必要
とするようになってきている。共振子の空洞の長さに対
する上記制限、および従来のマイクロレーザが出力する
パルスのパルス幅、パルス・エネルギーおよび平均電力
に対する対応する制限があるので、従来のマイクロレー
ザは、これらの厳しくなる要件を満たすことができな
い。
【００１０】
【課題を解決するための手段】それ故、本発明の一実施
形態は、従来のマイクロレーザが供給するパルスと比較
すると、もっと大きなパルス・エネルギーと、もっと大
きな平均電力レベルを持つ一連のパルスを発生するため
に、側面ポンピングされる能動的利得媒体を持つマイク
ロレーザを提供する。さらに、この実施形態のマイクロ
レーザは、類似のサイズの従来のマイクロレーザが供給
するパルスよりも、もっと広いパルス幅を持つパルスを
発生することができる。それ故、本発明のマイクロレー
ザは、通常、従来の端部ポンピングを使用するマイクロ
レーザが供給するパルスと比較すると、もっと広いパル
ス幅を持つパルス、およびもっと大きなパルス・エネル
ギー、およびもっと大きな平均電力を持つパルスを必要
とする、もっと要求の厳しい用途に使用することができ
る。
形態は、従来のマイクロレーザが供給するパルスと比較
すると、もっと大きなパルス・エネルギーと、もっと大
きな平均電力レベルを持つ一連のパルスを発生するため
に、側面ポンピングされる能動的利得媒体を持つマイク
ロレーザを提供する。さらに、この実施形態のマイクロ
レーザは、類似のサイズの従来のマイクロレーザが供給
するパルスよりも、もっと広いパルス幅を持つパルスを
発生することができる。それ故、本発明のマイクロレー
ザは、通常、従来の端部ポンピングを使用するマイクロ
レーザが供給するパルスと比較すると、もっと広いパル
ス幅を持つパルス、およびもっと大きなパルス・エネル
ギー、およびもっと大きな平均電力を持つパルスを必要
とする、もっと要求の厳しい用途に使用することができ
る。
【００１１】本発明の場合には、マイクロレーザは、能
動的利得媒体、およびＱスイッチを備えるモノリシック
な材料素子を持つマイクロ共振子含む。このマイクロ共
振子は、対向端面の間を縦方向に延びていて、上記対向
端面の間を延びる複数の反射側面を持つ。マイクロレー
ザは、またその間にマイクロ共振子の空洞を形成するた
めに、両方の対向端面のところに、第一および第二の反
射面を含む。通常、第一および第二の反射面は、マイク
ロ共振子の対向端面上にコーティングすることができ
る。しかし、本発明の他の実施形態の場合には、その内
部において、第一および第二の反射面が、対向端面から
間隔をおいて設置されたミラーにより形成されるマイク
ロレーザを形成することもできる。
動的利得媒体、およびＱスイッチを備えるモノリシック
な材料素子を持つマイクロ共振子含む。このマイクロ共
振子は、対向端面の間を縦方向に延びていて、上記対向
端面の間を延びる複数の反射側面を持つ。マイクロレー
ザは、またその間にマイクロ共振子の空洞を形成するた
めに、両方の対向端面のところに、第一および第二の反
射面を含む。通常、第一および第二の反射面は、マイク
ロ共振子の対向端面上にコーティングすることができ
る。しかし、本発明の他の実施形態の場合には、その内
部において、第一および第二の反射面が、対向端面から
間隔をおいて設置されたミラーにより形成されるマイク
ロレーザを形成することもできる。
【００１２】マイクロレーザは、また、マイクロ共振子
を側面ポンピングするために、マイクロ共振子の側面の
うちの一つを通して、多重素子レーザ・ポンプ・ダイオ
ードから能動的利得媒体にポンプ信号を導入し、そうす
ることにより、本発明のマイクロレーザが、より長く、
より幅の広いマイクロ共振子を持つことができ、全体の
サイズが同じ従来のマイクロレーザが、通常、放射する
パルスと比較した場合、もっと広いパルス幅、もっと大
きなパルス・エネルギー、およびもっと大きな平均電力
レベルを持つパルスを放射することができるようにする
ポンプ源を含むことができる。もっと長い長さと小さな
モードの直径とを組合せることにより、マイクロ共振子
のフレネル数を低く維持して、低次の横モード出力を確
実に行うことができる。
を側面ポンピングするために、マイクロ共振子の側面の
うちの一つを通して、多重素子レーザ・ポンプ・ダイオ
ードから能動的利得媒体にポンプ信号を導入し、そうす
ることにより、本発明のマイクロレーザが、より長く、
より幅の広いマイクロ共振子を持つことができ、全体の
サイズが同じ従来のマイクロレーザが、通常、放射する
パルスと比較した場合、もっと広いパルス幅、もっと大
きなパルス・エネルギー、およびもっと大きな平均電力
レベルを持つパルスを放射することができるようにする
ポンプ源を含むことができる。もっと長い長さと小さな
モードの直径とを組合せることにより、マイクロ共振子
のフレネル数を低く維持して、低次の横モード出力を確
実に行うことができる。
【００１３】本発明の場合、Ｑスイッチは、マイクロ共
振子の側面のうちの一つに沿って縦方向に延びる。好適
には、Ｑスイッチは、そこを通してポンプ信号が導入さ
れ、それにより、能動的利得媒体のポンピングを容易に
する、側面に対向するマイクロ共振子の側面に沿って縦
方向に延びることが好ましい。
振子の側面のうちの一つに沿って縦方向に延びる。好適
には、Ｑスイッチは、そこを通してポンプ信号が導入さ
れ、それにより、能動的利得媒体のポンピングを容易に
する、側面に対向するマイクロ共振子の側面に沿って縦
方向に延びることが好ましい。
【００１４】能動的利得媒体が、第一の側面からの反射
を起こさないで、ポンプ信号を受信することができるよ
うにするために、また、マイクロレーザは、予め定めた
範囲の波長を持つポンプ信号が、能動的利得媒体に入る
ことができるようにするために、そこを通してポンプ信
号が導入される側面上に反射防止コーティングを含むこ
とができる。この実施形態のマイクロレーザは、さら
に、ポンプ信号を内部で反射させ、それにより、能動的
利得媒体に入ったポンプ信号が、確実に、能動的利得媒
体内に保持されるようにするために、そこを通してＱス
イッチが延びるマイクロ共振子の側面上に配置されてい
る反射コーティング含むことができる。別の方法として
は、側面からの全内反射は、必要な反射を行うことがで
きる。
を起こさないで、ポンプ信号を受信することができるよ
うにするために、また、マイクロレーザは、予め定めた
範囲の波長を持つポンプ信号が、能動的利得媒体に入る
ことができるようにするために、そこを通してポンプ信
号が導入される側面上に反射防止コーティングを含むこ
とができる。この実施形態のマイクロレーザは、さら
に、ポンプ信号を内部で反射させ、それにより、能動的
利得媒体に入ったポンプ信号が、確実に、能動的利得媒
体内に保持されるようにするために、そこを通してＱス
イッチが延びるマイクロ共振子の側面上に配置されてい
る反射コーティング含むことができる。別の方法として
は、側面からの全内反射は、必要な反射を行うことがで
きる。
【００１５】マイクロレーザが対向端面の中の一つを通
して、予め定めたレーザ放射波長の信号を放射すること
ができるようにするために、好適には、第一の反射面
が、予め定めたレーザ放射波長を持つレーザ信号をより
多く反射するようにすることが好ましい。対照的に、好
適には、第二の反射面を、予め定めたレーザ放射波長を
持つレーザ信号を部分的にしか反射しないようにするこ
とが好ましい。それ故、マイクロレーザは、第二の反射
面により、予め定めたレーザ放射波長を持つレーザ・パ
ルスを放射することができる。
して、予め定めたレーザ放射波長の信号を放射すること
ができるようにするために、好適には、第一の反射面
が、予め定めたレーザ放射波長を持つレーザ信号をより
多く反射するようにすることが好ましい。対照的に、好
適には、第二の反射面を、予め定めたレーザ放射波長を
持つレーザ信号を部分的にしか反射しないようにするこ
とが好ましい。それ故、マイクロレーザは、第二の反射
面により、予め定めたレーザ放射波長を持つレーザ・パ
ルスを放射することができる。
【００１６】ある好適な実施形態の場合には、対向端面
は、それぞれ、マイクロ共振子により形成され、対向端
面の間を延びる縦軸に対して直角でない角度αで配置さ
れている。通常、対向端部面は、それぞれ、縦軸に対し
て直角でない同じ角度αで配置されている。マイクロ共
振子の空洞が形成する縦軸に対して、対向端部面が直角
でない角度を持っているので、この実施形態のマイクロ
レーザは、能動的利得媒体への側面ポンピングに応じ
て、ジグザグ共振パターンをサポートすることができ
る。この場合、各反射は、ビーム・ラインがマイクロレ
ーザ媒体の横の面から跳ね返るときに、全内反射を使用
する。
は、それぞれ、マイクロ共振子により形成され、対向端
面の間を延びる縦軸に対して直角でない角度αで配置さ
れている。通常、対向端部面は、それぞれ、縦軸に対し
て直角でない同じ角度αで配置されている。マイクロ共
振子の空洞が形成する縦軸に対して、対向端部面が直角
でない角度を持っているので、この実施形態のマイクロ
レーザは、能動的利得媒体への側面ポンピングに応じ
て、ジグザグ共振パターンをサポートすることができ
る。この場合、各反射は、ビーム・ラインがマイクロレ
ーザ媒体の横の面から跳ね返るときに、全内反射を使用
する。
【００１７】ジグザグ共振パターンをサポートすること
によって、ほぼ同じ物理的サイズの従来のマイクロレー
ザと比較すると、マイクロ共振子の空洞の有効な長さが
増大する。この場合、本実施形態のマイクロ共振子の空
洞の有効な長さは、マイクロレーザが形成するジグザグ
な共振経路の長さとなり、この長さは、共振子の空洞の
縦軸に平行に延びる従来のマイクロレーザが形成する直
線的な共振経路よりかなり長い。それ故、本発明のマイ
クロレーザは、同じ物理的サイズの従来のマイクロレー
ザが放射するパルスと比較すると、より長いパルス幅、
および対応するより大きなパルス・エネルギー、および
平行電力レベルを持つパルスを放射することができる。
マイクロレーザの媒体の長さももっと長く、幅ももっと
広いので、デバイスから容易に熱を除去することができ
る。
によって、ほぼ同じ物理的サイズの従来のマイクロレー
ザと比較すると、マイクロ共振子の空洞の有効な長さが
増大する。この場合、本実施形態のマイクロ共振子の空
洞の有効な長さは、マイクロレーザが形成するジグザグ
な共振経路の長さとなり、この長さは、共振子の空洞の
縦軸に平行に延びる従来のマイクロレーザが形成する直
線的な共振経路よりかなり長い。それ故、本発明のマイ
クロレーザは、同じ物理的サイズの従来のマイクロレー
ザが放射するパルスと比較すると、より長いパルス幅、
および対応するより大きなパルス・エネルギー、および
平行電力レベルを持つパルスを放射することができる。
マイクロレーザの媒体の長さももっと長く、幅ももっと
広いので、デバイスから容易に熱を除去することができ
る。
【００１８】
【発明の実施の態様】本発明の好適な実施形態を図示し
ている添付の図面を参照しながら、以下に本発明をより
詳細に説明する。しかし、多くの異なる形で実行するこ
とができるので、本発明は、本明細書に記載する実施形
態に制限されるものでなない。それどころか、これらの
実施形態は、本明細書を完全なものにするためのもので
あり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるためのもの
に過ぎない。すべての図面において、類似の素子には類
似の番号がつけてある。
ている添付の図面を参照しながら、以下に本発明をより
詳細に説明する。しかし、多くの異なる形で実行するこ
とができるので、本発明は、本明細書に記載する実施形
態に制限されるものでなない。それどころか、これらの
実施形態は、本明細書を完全なものにするためのもので
あり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるためのもの
に過ぎない。すべての図面において、類似の素子には類
似の番号がつけてある。
【００１９】図１について説明すると、この図は、本発
明の好適な実施形態のマイクロレーザ１０を示す。上記
マイクロレーザは、能動的利得媒体１２、および上記能
動的利得媒体に直接隣接するＱスイッチ１４を持つマイ
クロ共振子を含む。能動的利得媒体とＱスイッチは、異
なるサイズを持つことができるが、ある実施形態のマイ
クロ共振子は、２〜３ミリメートルの厚さＴと、４〜１
０ミリメートルの長さＬとを持つ。この実施形態の場合
には、好適には、能動的利得媒体は、約１〜２ミリメー
トルの厚さを持つことが好ましく、好適には、Ｑスイッ
チは、約１ミリメートルの厚さを持つことが好ましい。
明の好適な実施形態のマイクロレーザ１０を示す。上記
マイクロレーザは、能動的利得媒体１２、および上記能
動的利得媒体に直接隣接するＱスイッチ１４を持つマイ
クロ共振子を含む。能動的利得媒体とＱスイッチは、異
なるサイズを持つことができるが、ある実施形態のマイ
クロ共振子は、２〜３ミリメートルの厚さＴと、４〜１
０ミリメートルの長さＬとを持つ。この実施形態の場合
には、好適には、能動的利得媒体は、約１〜２ミリメー
トルの厚さを持つことが好ましく、好適には、Ｑスイッ
チは、約１ミリメートルの厚さを持つことが好ましい。
【００２０】Ｑスイッチ１４も能動的利得媒体１２も、
適当にドーピングされた主材料から形成される。通常、
主材料は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット
（ＹＡＧ）であるが、バナジン酸イットリウム（ＹＶＯ
4）およびフツ化イットリウム・リチウム（ＹＬＦ）の
ような材料も使用することができる。さらに、種々のド
ーパントも使用することができるが、能動的利得媒体
は、通常、ネオジム（Ｎｄ）でドーピングされ、可飽和
アブソーバは、通常、四価クロームでドーピングされ
る。能動的利得媒体を、Ｑスイッチ材料上で、エピタキ
シ法により成長させる一実施形態の場合には、チョクラ
ルスキー技術により成長する、ある種の従来のマイクロ
レーザの能動的利得媒体と比較すると、もっと高い濃度
で、能動的利得媒体をドーピングすることができる。例
えば、ＹＡＧからできている能動的利得媒体を、結果と
して得られるマイクロ共振子が、従来の方法でドーピン
グしたマイクロレーザと比較した場合、もっと高い利得
を供給するように、約２〜３原子％のネオジムでドーピ
ングすることができる。この実施形態の場合には、Ｑス
イッチまたは可飽和アブソーバは、四価のクロームでド
ーピングされ、０．０３〜０．１の光学的密度を持つＹ
ＡＧから作ることができる。しかし、容易に理解できる
ように、能動的利得媒体および可飽和アブソーバは、異
なる原子百分率および異なるタイプのドーパントでもド
ーピングすることができ、これらの能動的利得媒体およ
び可飽和アブソーバも、本発明の精神および範囲内に含
まれる。
適当にドーピングされた主材料から形成される。通常、
主材料は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット
（ＹＡＧ）であるが、バナジン酸イットリウム（ＹＶＯ
4）およびフツ化イットリウム・リチウム（ＹＬＦ）の
ような材料も使用することができる。さらに、種々のド
ーパントも使用することができるが、能動的利得媒体
は、通常、ネオジム（Ｎｄ）でドーピングされ、可飽和
アブソーバは、通常、四価クロームでドーピングされ
る。能動的利得媒体を、Ｑスイッチ材料上で、エピタキ
シ法により成長させる一実施形態の場合には、チョクラ
ルスキー技術により成長する、ある種の従来のマイクロ
レーザの能動的利得媒体と比較すると、もっと高い濃度
で、能動的利得媒体をドーピングすることができる。例
えば、ＹＡＧからできている能動的利得媒体を、結果と
して得られるマイクロ共振子が、従来の方法でドーピン
グしたマイクロレーザと比較した場合、もっと高い利得
を供給するように、約２〜３原子％のネオジムでドーピ
ングすることができる。この実施形態の場合には、Ｑス
イッチまたは可飽和アブソーバは、四価のクロームでド
ーピングされ、０．０３〜０．１の光学的密度を持つＹ
ＡＧから作ることができる。しかし、容易に理解できる
ように、能動的利得媒体および可飽和アブソーバは、異
なる原子百分率および異なるタイプのドーパントでもド
ーピングすることができ、これらの能動的利得媒体およ
び可飽和アブソーバも、本発明の精神および範囲内に含
まれる。
【００２１】ある好適な実施形態のマイクロ共振子は、
種々の方法で製造することができる。例えば、能動的利
得媒体は、本願と同時に出願された、「側面ポンピング
を使用し、Ｑスイッチで切り換えられるマイクロレーザ
およびその製造方法」という名称の米国特許出願＿＿＿
＿＿＿に記載されているように、液相エピタキシのよう
な方法により、Ｑスイッチ上にエピタキシ法により成長
させることができる。上記米国特許出願の全文は、本明
細書の記載に援用する。同様に、Ｑスイッチを能動的利
得媒体上にエピタキシ法で成長させることもできる。し
かし、どちらの場合も、結果として得られるマイクロ共
振子はモノリシックな構造を持つ。さらに、その内部
で、能動的利得媒体とＱスイッチが、ファンデルワール
ス力のような、コヒーレントな力で引きつけ合う拡散結
合または光学的接合により、能動的利得媒体およびＱス
イッチを結合することができる。拡散結合または光学的
接合により、能動的利得媒体とＱスイッチとをしっかり
と結合させるために、能動的利得媒体とＱスイッチの突
合せ面は、極度にクリーンで平らな面にしなければなら
ない。
種々の方法で製造することができる。例えば、能動的利
得媒体は、本願と同時に出願された、「側面ポンピング
を使用し、Ｑスイッチで切り換えられるマイクロレーザ
およびその製造方法」という名称の米国特許出願＿＿＿
＿＿＿に記載されているように、液相エピタキシのよう
な方法により、Ｑスイッチ上にエピタキシ法により成長
させることができる。上記米国特許出願の全文は、本明
細書の記載に援用する。同様に、Ｑスイッチを能動的利
得媒体上にエピタキシ法で成長させることもできる。し
かし、どちらの場合も、結果として得られるマイクロ共
振子はモノリシックな構造を持つ。さらに、その内部
で、能動的利得媒体とＱスイッチが、ファンデルワール
ス力のような、コヒーレントな力で引きつけ合う拡散結
合または光学的接合により、能動的利得媒体およびＱス
イッチを結合することができる。拡散結合または光学的
接合により、能動的利得媒体とＱスイッチとをしっかり
と結合させるために、能動的利得媒体とＱスイッチの突
合せ面は、極度にクリーンで平らな面にしなければなら
ない。
【００２２】どのような材料およびどのような製造方法
を選択した場合でも、可飽和アブソーバは、マイクロ共
振子内の反転密度が十分高くなるまで、すなわち、予め
定めたしきい値以上になるまで、レーザ放射の開始を防
止するための、受動Ｑスイッチとしての働きをする。し
かし、レーザ放射が開始すると、マイクロ共振子は、予
め定めた波長、すなわち、レーザ放射波長を持つ一連の
パルスを発生する。ただし、その予め定めたパルス幅
は、従来のマイクロレーザが発生するレーザのパルス幅
より広い。
を選択した場合でも、可飽和アブソーバは、マイクロ共
振子内の反転密度が十分高くなるまで、すなわち、予め
定めたしきい値以上になるまで、レーザ放射の開始を防
止するための、受動Ｑスイッチとしての働きをする。し
かし、レーザ放射が開始すると、マイクロ共振子は、予
め定めた波長、すなわち、レーザ放射波長を持つ一連の
パルスを発生する。ただし、その予め定めたパルス幅
は、従来のマイクロレーザが発生するレーザのパルス幅
より広い。
【００２３】マイクロ共振子は、通常、ほぼ長方形の断
面を持つ細長いバーであるので、マイクロ共振子は、対
向端面１６の間を延びる複数の側面を含む。本発明の場
合には、能動的利得媒体１２およびＱスイッチ１４は、
対向端面の間を縦方向に延びる。それ故、能動的利得媒
体は、マイクロ共振子の側面のうちの一つに隣接してい
て、上記側面により形成される。一方、Ｑスイッチは、
対向側面に隣接していて、その側面により形成される。
面を持つ細長いバーであるので、マイクロ共振子は、対
向端面１６の間を延びる複数の側面を含む。本発明の場
合には、能動的利得媒体１２およびＱスイッチ１４は、
対向端面の間を縦方向に延びる。それ故、能動的利得媒
体は、マイクロ共振子の側面のうちの一つに隣接してい
て、上記側面により形成される。一方、Ｑスイッチは、
対向側面に隣接していて、その側面により形成される。
【００２４】マイクロレーザ１０は、またその間にマイ
クロ共振子の空洞を形成するために、各対向端面１６の
近くに配置されている、第一および第二の反射面１８、
２０を含む。図１に示すように、第一および第二の反射
面は、対向端面上に塗布される多重層の誘電体コーティ
ングにより形成することができる。マイクロレーザに対
向するように、ミニレーザが形成されている他の実施形
態の場合には、第一および第二の反射面は、図２に示す
ように、各対向端面の近くに、しかし、間隔をおいて設
置されている第一および第二のダイクロイック・ミラー
により形成することもできる。
クロ共振子の空洞を形成するために、各対向端面１６の
近くに配置されている、第一および第二の反射面１８、
２０を含む。図１に示すように、第一および第二の反射
面は、対向端面上に塗布される多重層の誘電体コーティ
ングにより形成することができる。マイクロレーザに対
向するように、ミニレーザが形成されている他の実施形
態の場合には、第一および第二の反射面は、図２に示す
ように、各対向端面の近くに、しかし、間隔をおいて設
置されている第一および第二のダイクロイック・ミラー
により形成することもできる。
【００２５】どちらの実施形態の場合も、第一の反射面
１８は、ネオジムでドーピングされたＹＡＧから作られ
ている、能動的利得媒体を持つマイクロレーザの１．０
６４ナノメートルのような、予め定めたレーザ放射波長
を持つ信号に対して、９９．５％以上の反射率のような
高い反射率を持つ。さらに、第二の反射面は、予め定め
たレーザ放射波長を持つ信号に対して、通常、８５〜９
０％の反射率を持つ、部分的反射装置である。マイクロ
レーザのマイクロ共振子の空洞を形成する一組のミラー
について詳細に記載している、米国特許第５，３９４，
４１３号を参照されたい。マイクロ共振子内の反転密度
が、予め定めたしきい値以上になるように、能動的利得
媒体１２がポンピングされると、受動Ｑスイッチ１４に
より、一連のパルスは放出できるようになる。その結
果、第二の反射面２０の部分的な反射により、一連のパ
ルスが、第二の反射面を通して放射される。
１８は、ネオジムでドーピングされたＹＡＧから作られ
ている、能動的利得媒体を持つマイクロレーザの１．０
６４ナノメートルのような、予め定めたレーザ放射波長
を持つ信号に対して、９９．５％以上の反射率のような
高い反射率を持つ。さらに、第二の反射面は、予め定め
たレーザ放射波長を持つ信号に対して、通常、８５〜９
０％の反射率を持つ、部分的反射装置である。マイクロ
レーザのマイクロ共振子の空洞を形成する一組のミラー
について詳細に記載している、米国特許第５，３９４，
４１３号を参照されたい。マイクロ共振子内の反転密度
が、予め定めたしきい値以上になるように、能動的利得
媒体１２がポンピングされると、受動Ｑスイッチ１４に
より、一連のパルスは放出できるようになる。その結
果、第二の反射面２０の部分的な反射により、一連のパ
ルスが、第二の反射面を通して放射される。
【００２６】マイクロレーザ１０は、また、能動的利得
媒体１２を、ポンプ信号でポンピングするためのポンプ
源２２も含む。従来の端部ポンピングを使用するマイク
ロレーザとは対照的に、本発明のマイクロレーザは、側
面からポンピングを行う。この場合、マイクロ共振子
は、能動的利得媒体に隣接していて、この能動的利得媒
体により形成されている対向端面１６の間を延びる第一
の側面２４を持つ。ポンプ信号が、マイクロ共振子の第
一の側面を通して供給されるように、ポンプ源を配置す
ることにより、能動的利得媒体に対して、効率的に側面
からポンピングを行うことができる。
媒体１２を、ポンプ信号でポンピングするためのポンプ
源２２も含む。従来の端部ポンピングを使用するマイク
ロレーザとは対照的に、本発明のマイクロレーザは、側
面からポンピングを行う。この場合、マイクロ共振子
は、能動的利得媒体に隣接していて、この能動的利得媒
体により形成されている対向端面１６の間を延びる第一
の側面２４を持つ。ポンプ信号が、マイクロ共振子の第
一の側面を通して供給されるように、ポンプ源を配置す
ることにより、能動的利得媒体に対して、効率的に側面
からポンピングを行うことができる。
【００２７】ポンプ信号の波長は、能動的利得媒体１２
を含む特定の材料に合わせて、調整することができるけ
れども、ネオジムでドーピングトしたＹＡＧからできて
いる能動的利得媒体は、通常、８０８＋／−３ナノメー
トルの波長を持つ、ポンプ信号によりポンピングされ
る。能動的利得媒体が、ポンプ信号を、第一の側面２４
から反射させないで、受信することができるようにする
ために、また、マイクロレーザは、好適には、ポンプ信
号の波長を持つ信号が、ほとんど反射を起こさないで、
マイクロ共振子の空洞内に入ることができるようにする
ために、第一の側面上に反射防止コーティング２６を含
む。
を含む特定の材料に合わせて、調整することができるけ
れども、ネオジムでドーピングトしたＹＡＧからできて
いる能動的利得媒体は、通常、８０８＋／−３ナノメー
トルの波長を持つ、ポンプ信号によりポンピングされ
る。能動的利得媒体が、ポンプ信号を、第一の側面２４
から反射させないで、受信することができるようにする
ために、また、マイクロレーザは、好適には、ポンプ信
号の波長を持つ信号が、ほとんど反射を起こさないで、
マイクロ共振子の空洞内に入ることができるようにする
ために、第一の側面上に反射防止コーティング２６を含
む。
【００２８】マイクロレーザ１０は、種々のポンプ源２
２を含むことができるけれども、ある好適な実施形態の
マイクロレーザは、その縦軸２８に沿って測定した場
合、その全長が、マイクロ共振子の長さより長くなく、
通常、若干短い、一つまたはそれ以上の線形レーザ・ダ
イオード・ポンプ・アレーを使用する。レーザ・ダイオ
ード・ポンプ・アレーを使用することにより、ポンプ信
号により運ばれたエネルギーは、従来のマイクロレーザ
を端部からポンピングするために、通常、使用される一
つのストライプ・レーザ・ダイオードのポンプ信号が供
給するエネルギーと比較すると劇的に増大する。例え
ば、約１センチメートルの長さの線形レーザ・ダイオー
ド・アレーは、通常、一つのストライプ・レーザ・ダイ
オードのポンプ信号が供給する１〜３ワットの平均電力
と比較すると、１５〜４０ワットの平均電力を持つポン
プ信号を供給する。それ故、本発明のマイクロレーザ
は、従来の端部ポンピングを使用するマイクロレーザと
比較すると、もっと多くのパルス・エネルギー、および
もっと多くの平均電力を持つ、パルスを発生することが
できる。
２を含むことができるけれども、ある好適な実施形態の
マイクロレーザは、その縦軸２８に沿って測定した場
合、その全長が、マイクロ共振子の長さより長くなく、
通常、若干短い、一つまたはそれ以上の線形レーザ・ダ
イオード・ポンプ・アレーを使用する。レーザ・ダイオ
ード・ポンプ・アレーを使用することにより、ポンプ信
号により運ばれたエネルギーは、従来のマイクロレーザ
を端部からポンピングするために、通常、使用される一
つのストライプ・レーザ・ダイオードのポンプ信号が供
給するエネルギーと比較すると劇的に増大する。例え
ば、約１センチメートルの長さの線形レーザ・ダイオー
ド・アレーは、通常、一つのストライプ・レーザ・ダイ
オードのポンプ信号が供給する１〜３ワットの平均電力
と比較すると、１５〜４０ワットの平均電力を持つポン
プ信号を供給する。それ故、本発明のマイクロレーザ
は、従来の端部ポンピングを使用するマイクロレーザと
比較すると、もっと多くのパルス・エネルギー、および
もっと多くの平均電力を持つ、パルスを発生することが
できる。
【００２９】マイクロレーザ１０の側面ポンピングを容
易に行うことができるようにするために、Ｑスイッチ１
４に隣接していて、上記Ｑスイッチにより形成されるマ
イクロレーザの側面は、好適には、ポンプ信号の波長を
持つ信号に対して、９９．５％以上の反射率のような、
高い反射率を持つ反射コーティング２２でコーティング
することが好ましい。ポンプ源が、８０８＋／−３ナノ
メートルの波長を持つ、ポンプ信号を供給する実施形態
の場合には、例えば、好適には、反射コーティングは、
８０８＋／−３ナノメートルの波長を持つ信号に対し
て、高い反射率を持つように設計することが好ましい。
図１および図２に示すように、Ｑスイッチは、好適に
は、そこを通してポンプ信号を受信する第一の側面２４
に対向する、マイクロ共振子の第二の側面３０に隣接し
ていて、それを形成することが好ましい。それ故、反射
コーティングも、マイクロ共振子の第二の側面上に形成
することが好ましい。第二側面上にコーティングされて
いる反射コーティング、および第一側面上にコーティン
グされてる反射防止コーティング２６は、種々の方法で
形成することができるが、反射コーティングおよび反射
防止コーティングは、通常、当業者であれば周知の適当
な反射率特性を供給するように調整される、各屈折率を
持つ複数の誘電体の層を蒸着することにより形成され
る。
易に行うことができるようにするために、Ｑスイッチ１
４に隣接していて、上記Ｑスイッチにより形成されるマ
イクロレーザの側面は、好適には、ポンプ信号の波長を
持つ信号に対して、９９．５％以上の反射率のような、
高い反射率を持つ反射コーティング２２でコーティング
することが好ましい。ポンプ源が、８０８＋／−３ナノ
メートルの波長を持つ、ポンプ信号を供給する実施形態
の場合には、例えば、好適には、反射コーティングは、
８０８＋／−３ナノメートルの波長を持つ信号に対し
て、高い反射率を持つように設計することが好ましい。
図１および図２に示すように、Ｑスイッチは、好適に
は、そこを通してポンプ信号を受信する第一の側面２４
に対向する、マイクロ共振子の第二の側面３０に隣接し
ていて、それを形成することが好ましい。それ故、反射
コーティングも、マイクロ共振子の第二の側面上に形成
することが好ましい。第二側面上にコーティングされて
いる反射コーティング、および第一側面上にコーティン
グされてる反射防止コーティング２６は、種々の方法で
形成することができるが、反射コーティングおよび反射
防止コーティングは、通常、当業者であれば周知の適当
な反射率特性を供給するように調整される、各屈折率を
持つ複数の誘電体の層を蒸着することにより形成され
る。
【００３０】図１に一点鎖線で示すように、都合のよい
ことに、マイクロレーザは、ジグザグの共振パターンを
サポートする。ジグザグな共振パターンは、通常、マイ
クロ共振子の空洞の全長に沿って、数カ所でＱスイッチ
と交わるので、すなわち、交差するので、本発明のマイ
クロ共振子は、マイクロ共振子内の反転密度が、十分高
くなるまで、すなわち、予め定めたしきい値以上になる
まで、レーザ放射の開始を防止する各Ｑスイッチに直列
に配置されている複数の交互に位置する利得領域および
可飽和ロス領域と見なすことができる。
ことに、マイクロレーザは、ジグザグの共振パターンを
サポートする。ジグザグな共振パターンは、通常、マイ
クロ共振子の空洞の全長に沿って、数カ所でＱスイッチ
と交わるので、すなわち、交差するので、本発明のマイ
クロ共振子は、マイクロ共振子内の反転密度が、十分高
くなるまで、すなわち、予め定めたしきい値以上になる
まで、レーザ放射の開始を防止する各Ｑスイッチに直列
に配置されている複数の交互に位置する利得領域および
可飽和ロス領域と見なすことができる。
【００３１】好適には、対向端面は、縦軸に対して直角
でない角度αで配置することが好ましい。対向端面は、
縦軸に対して直角でない種々の角度αで配置することが
できるが、一方、対向端面は、通常、縦軸に対して約３
０度から約３５度の間のある角度αで配置されるが、約
３０．９度という角度がもっと頻繁に使用される。
でない角度αで配置することが好ましい。対向端面は、
縦軸に対して直角でない種々の角度αで配置することが
できるが、一方、対向端面は、通常、縦軸に対して約３
０度から約３５度の間のある角度αで配置されるが、約
３０．９度という角度がもっと頻繁に使用される。
【００３２】対向端面１６は、それぞれ、マイクロ共振
子の空洞が形成する縦軸２８に対して直角でない同じ角
度αで配置される。対向端面は、相互に平行になるよう
に同じ方向を向けることもできるが、そうする代わり
に、図１に示すように、マイクロ共振子の空洞が形成す
る縦軸に対して直角でない同じ角度αで反対方向に向け
ることもできる。図に示すように、どちらの場合でも、
結果として得られるマイクロ共振子は、ジグザグの共振
パターンをサポートする。
子の空洞が形成する縦軸２８に対して直角でない同じ角
度αで配置される。対向端面は、相互に平行になるよう
に同じ方向を向けることもできるが、そうする代わり
に、図１に示すように、マイクロ共振子の空洞が形成す
る縦軸に対して直角でない同じ角度αで反対方向に向け
ることもできる。図に示すように、どちらの場合でも、
結果として得られるマイクロ共振子は、ジグザグの共振
パターンをサポートする。
【００３３】マイクロ共振子の空洞内で、ジグザグの共
振パターンをサポートすることによって、共振パターン
の有効な長さは、縦軸２８に沿って測定したマイクロ共
振子の空洞の物理的な長さよりかなり長くなる。この場
合、共振パターンの有効な長さは、信号がマイクロ共振
子の対向側面から交互に跳ね返る時の、信号の経路によ
り形成される。マイクロ共振子の対向側面から、信号が
４回反射または跳ね返るように設計されたマイクロレー
ザ１０の場合には、ジグザグの共振パターンの長さは、
縦軸に沿って測定したマイクロ共振子の空洞の、物理的
な長さより約３〜４倍長い。共振パターンの長さおよび
共振子の空洞の物理的な長さは、従来の端部ポンピング
を使用するマイクロレーザと等しいので、都合のよいこ
とに、本発明のマイクロレーザは、マイクロ共振子の物
理的な大きさ増大しなくても、遥かに長い共振パターン
を供給する。
振パターンをサポートすることによって、共振パターン
の有効な長さは、縦軸２８に沿って測定したマイクロ共
振子の空洞の物理的な長さよりかなり長くなる。この場
合、共振パターンの有効な長さは、信号がマイクロ共振
子の対向側面から交互に跳ね返る時の、信号の経路によ
り形成される。マイクロ共振子の対向側面から、信号が
４回反射または跳ね返るように設計されたマイクロレー
ザ１０の場合には、ジグザグの共振パターンの長さは、
縦軸に沿って測定したマイクロ共振子の空洞の、物理的
な長さより約３〜４倍長い。共振パターンの長さおよび
共振子の空洞の物理的な長さは、従来の端部ポンピング
を使用するマイクロレーザと等しいので、都合のよいこ
とに、本発明のマイクロレーザは、マイクロ共振子の物
理的な大きさ増大しなくても、遥かに長い共振パターン
を供給する。
【００３４】共振パターンの長さが長くなったので、同
じ大きさの従来のマイクロレーザが出力するパルスのパ
ルスと比較した場合、マイクロレーザ１０が出力するパ
ルスのパルス・エネルギーおよびパルス持続時間は長く
なる。例えば、ナノ秒以下のパルス幅を持つ、同じ大き
さの従来の端部ポンピングを使用するマイクロレーザが
出力するパルスと比較した場合、本発明のマイクロレー
ザが出力するパルスは、１〜１０ナノ秒、通常は、約２
〜５ナノ秒のパルス幅を持つことが予想される。本発明
のマイクロレーザが放射するパルスのパルス幅が広くな
ったために、また、マイクロレーザを、もっと大きな平
均電力レベルを持つポンプ信号でポンピングすることが
できるようになったために、本発明のマイクロレーザが
出力するパルスが供給するエネルギーは、同じサイズの
従来の端部ポンピングを使用するマイクロレーザが出力
するパルスが供給するエネルギーより、かなり大きくな
る。この場合、同じサイズの従来の端部ポンピングを使
用するマイクロレーザが出力するパルスが供給する、約
３５マイクロジュール以下のパルス・エネルギーと比較
すると、本発明のマイクロレーザは、最高約１００マイ
クロジュールまでのエネルギーを持つパルスを放出する
と予想される。従って、通常、０．１ワット以下である
従来の端部ポンピングを使用するマイクロレーザの平均
電力と比較した場合、本発明のマイクロレーザが放射す
るパルスは、０．１〜１ワットのような、遥かに大きな
平均電力を放射するものと予想される。
じ大きさの従来のマイクロレーザが出力するパルスのパ
ルスと比較した場合、マイクロレーザ１０が出力するパ
ルスのパルス・エネルギーおよびパルス持続時間は長く
なる。例えば、ナノ秒以下のパルス幅を持つ、同じ大き
さの従来の端部ポンピングを使用するマイクロレーザが
出力するパルスと比較した場合、本発明のマイクロレー
ザが出力するパルスは、１〜１０ナノ秒、通常は、約２
〜５ナノ秒のパルス幅を持つことが予想される。本発明
のマイクロレーザが放射するパルスのパルス幅が広くな
ったために、また、マイクロレーザを、もっと大きな平
均電力レベルを持つポンプ信号でポンピングすることが
できるようになったために、本発明のマイクロレーザが
出力するパルスが供給するエネルギーは、同じサイズの
従来の端部ポンピングを使用するマイクロレーザが出力
するパルスが供給するエネルギーより、かなり大きくな
る。この場合、同じサイズの従来の端部ポンピングを使
用するマイクロレーザが出力するパルスが供給する、約
３５マイクロジュール以下のパルス・エネルギーと比較
すると、本発明のマイクロレーザは、最高約１００マイ
クロジュールまでのエネルギーを持つパルスを放出する
と予想される。従って、通常、０．１ワット以下である
従来の端部ポンピングを使用するマイクロレーザの平均
電力と比較した場合、本発明のマイクロレーザが放射す
るパルスは、０．１〜１ワットのような、遥かに大きな
平均電力を放射するものと予想される。
【００３５】本発明のマイクロレーザ１０は、種々の方
法で装着し、パッケージすることができるが、マイクロ
レーザは、通常、さらに、その上にマイクロ共振子が装
着されているヒート・シンク３５を含む。図１に示すよ
うに、マイクロレーザは、好適には、Ｑスイッチ１４に
隣接していて、Ｑスイッチ１４により形成されている第
二の側面３０が、ヒートシンクの方を向くように、ヒー
トシンクの上に装着することが好ましい。そうすること
により、そこを通ってポンプ信号が導入される第一の側
面は、ヒートシンクの陰にならない。種々の能動的およ
び受動的ヒートシンクを使用することができるが、ある
好適な実施形態のヒートシンクは、ＹＡＧクリスタルか
ら作られている。ヒート・シンクのタイプが何であって
も、好適には、マイクロ共振子は、酸化アルミニウムが
充填されている、または銀が充填されているエポキシの
ような、熱的に整合しているエポキシにより、または、
インジウム金属、ヒートシンク・グリース等の熱伝達材
料と一緒に、機械的な装着方法によりヒート・シンクに
取り付けることが好ましい。「側面ポンピングを使用
し、Ｑスイッチにより切り替えられる、マイクロレー
ザ、およびその製造方法」という名称の米国特許出願＿
＿＿＿＿＿に記載されているように、マイクロレーザ
は、また、その内部にマイクロ共振子およびポンプ源２
２が配置されているハウジングを含む。それ故、ポンプ
源を、マイクロ共振子の第一側面２４に対して正しく位
置させることができ、環境および他の有害な条件からマ
イクロ共振子およびポンプ源の両方を保護することがで
きる。
法で装着し、パッケージすることができるが、マイクロ
レーザは、通常、さらに、その上にマイクロ共振子が装
着されているヒート・シンク３５を含む。図１に示すよ
うに、マイクロレーザは、好適には、Ｑスイッチ１４に
隣接していて、Ｑスイッチ１４により形成されている第
二の側面３０が、ヒートシンクの方を向くように、ヒー
トシンクの上に装着することが好ましい。そうすること
により、そこを通ってポンプ信号が導入される第一の側
面は、ヒートシンクの陰にならない。種々の能動的およ
び受動的ヒートシンクを使用することができるが、ある
好適な実施形態のヒートシンクは、ＹＡＧクリスタルか
ら作られている。ヒート・シンクのタイプが何であって
も、好適には、マイクロ共振子は、酸化アルミニウムが
充填されている、または銀が充填されているエポキシの
ような、熱的に整合しているエポキシにより、または、
インジウム金属、ヒートシンク・グリース等の熱伝達材
料と一緒に、機械的な装着方法によりヒート・シンクに
取り付けることが好ましい。「側面ポンピングを使用
し、Ｑスイッチにより切り替えられる、マイクロレー
ザ、およびその製造方法」という名称の米国特許出願＿
＿＿＿＿＿に記載されているように、マイクロレーザ
は、また、その内部にマイクロ共振子およびポンプ源２
２が配置されているハウジングを含む。それ故、ポンプ
源を、マイクロ共振子の第一側面２４に対して正しく位
置させることができ、環境および他の有害な条件からマ
イクロ共振子およびポンプ源の両方を保護することがで
きる。
【００３６】当業者であればすぐ理解することができる
と思われるが、本発明のマイクロレーザ１０は、ほぼ同
じサイズの従来の端部ポンピングを使用するマイクロレ
ーザが供給するパルスと比較すると、もっと広いパルス
幅、およびもっと大きなパルス・エネルギーを持つパル
スを供給することができるので非常に有利である。それ
故、本発明のマイクロレーザは、マーキング、ミクロ機
械加工、ＬＩＤＡＲおよびその他のレンジング用途を含
む種々の用途に対して有利に使用することができる。
と思われるが、本発明のマイクロレーザ１０は、ほぼ同
じサイズの従来の端部ポンピングを使用するマイクロレ
ーザが供給するパルスと比較すると、もっと広いパルス
幅、およびもっと大きなパルス・エネルギーを持つパル
スを供給することができるので非常に有利である。それ
故、本発明のマイクロレーザは、マーキング、ミクロ機
械加工、ＬＩＤＡＲおよびその他のレンジング用途を含
む種々の用途に対して有利に使用することができる。
【００３７】本発明に関連する当業者であれば、本明細
書に記載し、添付の図面に図示内容の利点を持つ、本発
明の多くの修正および他の実施形態を思いつくだろう。
それ故、本発明は、開示の特定の実施形態に限定される
ものではないこと、および種々の修正および他の実施形
態も、添付の特許請求の範囲に含まれることを理解され
たい。本明細書には、特定の用語を使用しているが、そ
れらの用語は一般的な意味で、説明の目的だけに使用さ
れていて、本発明を制限するものではない。
書に記載し、添付の図面に図示内容の利点を持つ、本発
明の多くの修正および他の実施形態を思いつくだろう。
それ故、本発明は、開示の特定の実施形態に限定される
ものではないこと、および種々の修正および他の実施形
態も、添付の特許請求の範囲に含まれることを理解され
たい。本明細書には、特定の用語を使用しているが、そ
れらの用語は一般的な意味で、説明の目的だけに使用さ
れていて、本発明を制限するものではない。
【図１】ジグザグな共振パターンをサポートするため
の、ある角度を持っている対向端部面を持つ、本発明の
一実施形態のマイクロレーザの側部立面図である。
の、ある角度を持っている対向端部面を持つ、本発明の
一実施形態のマイクロレーザの側部立面図である。
【図２】本発明の他の好適な実施形態のミニレーザの側
部立面図である。
部立面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ エル．ストーンサイファー アメリカ合衆国 32792 フロリダ，ウイ ンター パーク，パース レーン 381
Claims (24)
- 【請求項１】 マイクロレーザであって、 能動的利得媒体とＱスイッチとを備え、対向端面の間を
縦方向に延びていて、前記対向端面の間を延びる複数の
側面を持つマイクロ共振子と、 その間にマイクロ共振子の空洞を形成するために、前記
各対向端面の近くに配置されている第一および第二の反
射面と、 前記マイクロ共振子の前記側面のうちの一つを通して、
前記能動的利得媒体内にポンプ信号を導入するためのポ
ンプ源とを備え、 前記Ｑスイッチが、前記マイクロ共振子のもう一つの側
面に沿って延びていて、それにより、前記能動的利得媒
体の側面ポンピングを容易にするマイクロレーザ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のマイクロレーザにおい
て、それに沿って前記Ｑスイッチが延びる前記マイクロ
共振子の前記側面が、そこを通して前記ポンプ信号が導
入される前記側面に対向しているマイクロレーザ。 - 【請求項３】 請求項１に記載のマイクロレーザにおい
て、前記ポンプ源が、予め定めた範囲の波長のうちの一
つの波長を持つポンプ信号を導入し、前記マイクロレー
ザが、さらに、前記側面から反射を起こさないで、前記
能動的利得媒体が、前記ポンプ信号を受信することがで
きるように、そこを通して、前記ポンプ信号が導入され
る前記側面上に反射防止コーティングを備えるマイクロ
レーザ。 - 【請求項４】 請求項３に記載のマイクロレーザにおい
て、さらに、それに沿って前記ポンプ信号を内反射する
ために、前記Ｑスイッチが延びる前記マイクロ共振子の
前記側面上に反射コーティングを備えるマイクロレー
ザ。 - 【請求項５】 請求項４に記載のマイクロレーザにおい
て、前記反射コーティングでコーティングされている前
記マイクロ共振子の前記側面が、そこを通って前記ポン
プ信号が導入される前記側面に対向しているマイクロレ
ーザ。 - 【請求項６】 請求項１に記載のマイクロレーザにおい
て、前記マイクロ共振子が、予め定めた波長のレーザ信
号を発生することができ、前記第一の反射面が、前記の
予め定めた波長を持つレーザ信号に対して高い反射率を
持ち、一方、前記第二の反射面が、予め定めた波長を持
つレーザ信号の一部しか反射しないで、それによりマイ
クロレーザが、前記第二の反射面を通してレーザ信号を
放射することができるマイクロレーザ。 - 【請求項７】 請求項１に記載のマイクロレーザにおい
て、前記マイクロ共振子の前記各対向端面が、前記マイ
クロ共振子の空洞が形成する縦軸に対して直角でない角
度αで配置されているマイクロレーザ。 - 【請求項８】 請求項７に記載のマイクロレーザにおい
て、前記各対向端面が、前記マイクロ共振子の空洞が形
成する縦軸に対して直角でない同じ角度αで配置されて
いるマイクロレーザ。 - 【請求項９】 請求項１に記載のマイクロレーザにおい
て、前記ポンプ源が、少なくとも一つのレーザ・ダイオ
ード・アレーを備えるマイクロレーザ。 - 【請求項１０】 請求項１に記載のマイクロレーザにお
いて、前記マイクロ共振子が、モノリシックであるマイ
クロレーザ。 - 【請求項１１】 請求項１に記載のマイクロレーザにお
いて、前記Ｑスイッチが受動的であるマイクロレーザ。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載のマイクロレーザに
おいて、前記能動的利得媒体は、ネオジムでドーピング
されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡ
Ｇ）でできていて、前記Ｑスイッチが、四価のクローム
でドーピングしたＹＡＧでできているマイクロレーザ。 - 【請求項１３】 ミニレーザであって、 能動的利得媒体とＱスイッチとを備え、対向端面の間を
縦方向に延びていて、前記対向端面の間を延びる複数の
側面を持つマイクロ共振子と、 その間にマイクロ共振子の空洞を形成するために、前記
各対向端面の近くに配置されている第一および第二の反
射面と、 前記反射防止コーティングでコーティングされている前
記側面を通して、前記能動的利得媒体が、予め定めた範
囲の波長を持つポンプ信号を受信することができるよう
にするために、前記側面のうちの一つの上の反射防止コ
ーティングとを備え、 前記Ｑスイッチが、前記マイクロ共振子のもう一つの側
面に沿って延びていて、それにより、前記能動的利得媒
体の側面ポンピングを容易にするミニレーザ。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載のミニレーザにおい
て、それに沿って前記Ｑスイッチが延びる前記マイクロ
共振子の前記側面が、そこを通して前記ポンプ信号が導
入される前記側面に対向しているミニレーザ。 - 【請求項１５】 請求項１３に記載のミニレーザにおい
て、さらに、前記反射防止コーティングでコーティング
されている前記マイクロ共振子の前記側面を通してポン
プ信号を前記能動的利得媒体内に導入するためのポンプ
源を備えるミニレーザ。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載のミニレーザにおい
て、前記ポンプ源が、少なくとも一つのレーザ・ダイオ
ード・アレーを備えるミニレーザ。 - 【請求項１７】 請求項１３に記載のミニレーザにおい
て、さらに、それに沿って前記ポンプ信号を内反射する
ために、前記Ｑスイッチが延びる前記マイクロ共振子の
前記側面上に反射コーティングを備えるミニレーザ。 - 【請求項１８】 請求項１７に記載のミニレーザにおい
て、前記反射コーティングでコーティングされている、
前記マイクロ共振子の前記側面が、そこを通って前記ポ
ンプ信号が導入される前記側面に対向しているミニレー
ザ。 - 【請求項１９】 請求項１３に記載のミニレーザにおい
て、前記マイクロ共振子が、予め定めた波長のレーザ信
号を発生することができ、前記第一の反射面が、前記の
予め定めた波長を持つレーザに対して高い反射率を持
ち、一方、前記第二の反射面が、予め定めた波長を持つ
レーザ信号の一部しか反射しないで、それにより、ミニ
レーザが、前記第二の反射面を通してレーザ信号を放射
することができるミニレーザ。 - 【請求項２０】 請求項１３に記載のミニレーザにおい
て、前記マイクロ共振子の前記各対向端面が、前記マイ
クロ共振子の空洞が形成する縦軸に対して直角でない角
度αで配置されているミニレーザ。 - 【請求項２１】 請求項２０に記載のミニレーザにおい
て、前記各対向端面が、前記マイクロ共振子の空洞が形
成する縦軸に対して直角でない同じ角度αで配置されて
いるミニレーザ。 - 【請求項２２】 請求項１３に記載のミニレーザにおい
て、前記マイクロ共振子が、モノリシックであるミニレ
ーザ。 - 【請求項２３】 請求項１３に記載のミニレーザにおい
て、前記Ｑスイッチが受動的であるミニレーザ。 - 【請求項２４】 請求項２３に記載のミニレーザにおい
て、前記能動的利得媒体は、ネオジムでドーピングされ
たイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）
でできていて、前記Ｑスイッチが、四価のクロームでド
ーピングしたＹＡＧでできているミニレーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/337,716 US6219361B1 (en) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | Side pumped, Q-switched microlaser |
| US09/337716 | 1999-06-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001036171A true JP2001036171A (ja) | 2001-02-09 |
Family
ID=23321712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000184230A Pending JP2001036171A (ja) | 1999-06-21 | 2000-06-20 | 側面ポンピングされたｑスイッチで切り換えられるマイクロレーザ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6219361B1 (ja) |
| EP (1) | EP1063740B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001036171A (ja) |
| AU (1) | AU4254900A (ja) |
| CA (1) | CA2311982A1 (ja) |
| DE (1) | DE60037294T2 (ja) |
| IL (1) | IL136710A (ja) |
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| US10732265B1 (en) | 2019-04-11 | 2020-08-04 | Analog Devices, Inc. | Optical illuminator module and related techniques |
| CN114824998B (zh) * | 2022-06-30 | 2022-10-18 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种高交叠效率分布反射式直接液冷激光增益装置 |
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