JPH07505979A - レーザ媒質中に高密度の励起イオンを発生させ用いる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザ媒質中に高畜度の励起イオンを発生させ用いる方法及び装置技術分野 本発明はレーザ、特にＱスイッチレーザの固体レーザ媒質中に高宙度の励起した イオンを発生させて広い範囲の繰返周波数に亘って相当大きな高いピークパワー のパルスを発生させる方法及び装置に関するものである。

発明の背景 背景技術の説明として、半導体レーザを用いて固体ダイオードレーザをボンピン グする方法を例にして説明する。例えば、ローゼンクランツ等の米国特許第３９ ８２２０１号明細書には、レーザロッドか端部結合された単一のダイオード又は ダイオードアレイによってボンピングされる固体レーザについて記載されている 。このダイオードレーザアレイの出力波長はその温度の関数となるため、このダ イオードレーザは低いデユーティサイクルのパルスモードで動作し、その出力波 長か固体レーザロッドの吸収帯域に整合するようにダイオードレーザアレイが十 分に低い温度に維持されている。このレーザ装置の出力パワー特性は、ダイオー ドレーザの出力と固体レーザロッドのモード領域との間の比較的不十分な整合性 により制限されている。

１９７９年１２月１日に発行された雑誌“アプライド　オプティックス２に記載 された文献“エフィシエント　ＬｉＮｄＰ＋Ｏｕ　レーブス　ボンブト　ウィズ 　ア　レーザ　ダイオード（［！ｆｆ１ｃｉｅｎＬ　ＬｉＮｄＰ、Ｏ＋ｘ　Ｌａ ５ｅｒｓ　Ｐｕａ＋ｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｌａ５ｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）”には、 ２個の顕微鏡コンデンサレンズのような通常のレンズを用いてグイオートレーザ の出射光を集光すると共に拡大した出射光を集束させる周知の技術か記載されて いる。この方法は、ダイオードレーザの放出幅及び発散性が小さい用途に良好に 適合する。しかしながら、放出寸法及びビーム発散度が増大すると、コリメータ 　レンズを用いて出射ビームを効率よく集光することか極めて困難になる。また 、拡大したビームを十分な集束深さで固体レーザ結晶体中に集束させてボンピン グビームをレーザ媒質中の共振モード空間に亘って十分に重畳させることも一層 困難である。

サイブス　ジュニアの米国特許第４７１０’１４０号明細書には、ダイオードレ ーザアレイ又は偏光ビームスプリッタを用いて結合された２個のダイオードレー ザアレイによって端部ボンピンクされる不オノウム、イノトリウムアルミニウム ガーネソ１−（Ｎｃｌ：ＹＡＧ）の固体レーザについて記載されている。このサ イプス　ジュニアの特許公報には、１９８１年５月１０に発行された雑誌“アプ ライド　オブティクス′第２０巻　第１５７９頁〜第１５８３頁に記載された文 献“オブティマム　モード　サイズ　クリテリア　フォー　ロー　ゲイン　レー ブス′についての解析か引用されており、”全てのボンピング光か共振器モード 内に入ｒＡｔする限りボンピング光の形状は重要でない”ことを示唆している。

しかし、このサイプス　ジュニアの特許公報では、上記文献の解析はガウンアン ビームの発散特性について説明されていない旨記載され、従って必要な場合ボン ピングビームはノリノドリ力ルレンズを用いることにより変形できる指示唆して いる。

ベアの米国特許第４７６１７８６号明細書には、端部からダイオードレーザ又は ダイオードレーザアレイによってボンピングされるＱスイッチ固体レーザが記載 されている。ボンピング源からの出射光は、コリメータレンズによって集光され フォー力ノンクルンズによりレーザロットに入射させている。この米国特許には 、゛非台収差を補正する他のレンズをコリメータレンズとフォー力ソングレンズ との間に配置できる”旨記載されている。また、この特許には、遠く離れて配置 されたダイオードレーザボンピング源を用いて、このボンピング源を光ファイバ を介して結合し、その出射光をレンズを介してレーザロッドに集束させる変形例 か記載されている。

７フレス等の米国特許第４７６３９７５号明細書には、Ｎｄ：ＹＡＧのような固 体レーザをボンピングすることを倉む種々の用途のために出射光を発散させる２ 個の先学装置か記載されている。この特許には、複数のダイオードレーザを用い 、品ダイオードレーザをそれぞれファイバ先導波路に結合する光学装置か記載さ れている。これら先導波路はバンドルを構成するように配置され、ノくンドルは グイオートレーザ源から発生した光をこのハンドルの出射端に導いている。レン ズのようなレンズ素子を用いてこの光を固体レーザ媒質に集束させることかでき る。又は、このファイババンドルをレーザロッドにバット結合（端部結合及びレ ーザロッドに対して極めて接近し又は接触させる）することもできる。

上記ンフレスの特許は、ダイオードレーザバー、広い面積のレーザ又は他の伸長 状の光源を用いて固体レーザをボンピングする別の光学装置について記載してい る。このグイオートレーザバーからの出射光は入射端を有するファイバ先導波路 に結合されている。この入射端は、伸長状に形成され、レーザバーの放出面積並 びに横方向及び縦方向の発散角にそれぞれ対応するコア面積並びに横方向及び縦 方向の開口数を有している。ファイバ先導波路からの出射光は、レンズを用いて 固体レーザロッドの端部に集束され又はレーザロッドにバット結合される。この 特許では、ファイバ先導波路のいずれかの端部が湾曲され得る旨記載されている 。これらの方法はファイバ先導波路からの出射光を固体レーザの共振空間モート に対して整合するように試みられているが、光フアイバ先導波路によって集光及 び案内される光源の開口数によって効率の点において制限されてしまう。

上述したレーザ装置のような固体レーザは、電子材料のような基板の検査又は微 細加工処理を含む種々の産業的用途に用いることかできる。半導体メモリ装置の 補修処理中にリンク処理用に用いられるＱスイッチレーザ、ダイオードポンプレ ーザ、固体レーザについて一例として以下の説明を行なうことにする。

例えば、ダイナミック　ランダム　アクセス　メモリ（ＤＲＡＭ）を補修する場 合、第１のレーザパルスを用いてＤＲＡＭ装置の欠陥のあるメモリセルにつなが る導電性の接続部を除去し、次に第２のレーザパルスを用いて余分なメモリセル への抵抗性接続部を除去して欠陥のあるメモリセルを置き換える。接続部の除去 を必要とする欠陥あるメモリセルはランダムに位置するので、このようなレーザ による補修処理は、典型的には一定のパルス繰り返し周波数ではなく広い範囲に 亘たるパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）で行なわれる。この製造技術は、“オン 　ザ　フライ（ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｌｙ）　”　（ＯＴＦ）リンク処理と称せられ ており、所定のウェファの接続部を補修する速度の効率を一層高めることができ 、これによりＤ　Ｒ／’Ｉ　Ｍの全体の製造処理の効率を改善することができる 。

レーザの業界では、ネオジウム添加結晶体のような固体物を用いるＱスイッチレ ーザ、ダイオードボンピングレーザ（ＤＰＬ）を用いてＤＲＡＭメモリの補修処 理か行なわれている。これらの処理を行なう場合、ＤＰＬは通常のアークボンピ ングＮｄ・ＹＡＧレーザよりも好適である。この理由は、ＤＰＬはそのボンピン グ源の寿命が一層長いためである。ダイオードボンピングレーザの場合故障が生 ずる典型的な平均時間（ＭＴＢＦ）は１００００時間以上であり、これに対して アークボンピングレーザの場合１０００時間以下である。さらに、ＤＰＬは、ア ークボンピングレーザに必要な水冷装置か不要であり、依ってクリーンルーム中 で動作させるのに一層好適である。前述したベアのレーザ装置は、このようなレ ーザ装置を表わしている。

パルス当りのレーザエネルギーは典型的な場合ＰＲＦか増加するに従って低下し パルス間隔時間（レーザから放出されるパルス間の時間長）に反比例し、結晶体 すなわちレーザ媒質中の励起したドーパントすなわち活性イオンの準安定状態の 有効蛍光寿命に依存する。Ｑスイッチされる固体レーザの場合、レーザパルスの エネルギーは、パルス間隔時間か減少するに従って特有のロールオフが生ずる。

このパルスロールオフ当りのエネルギーは多くのレーザのメモリ補修処理につい て上限ＰＲＦの範囲を制限する。エビタキ／ヤル成長技術、材料の選択、及びレ ーザ装置の設計の各組み合ゼは、許容できるずれの範囲、すなわちリンク処理を 効率よく行なうパルスエネルギーに対する“プロセスウィンドウ”を決定する。

多くのメモリ装置の場合、“プロセスウィンドウ”はレーザパルスエネルギーか 選択したエネルギー値から５％以下の範囲で変化することか必要である。

ダイオードボンピングレーザ、特にネオジウム　イツトリウムリチウム蛍光体（ Ｎｄ　：　ＹＬＦ）レーザ媒質を用いるレーザは、ＹＬＦレーザ媒質中において 励起したネオンラムイオンの聖女定状態からの蛍光寿命か比較的長いため、ＰＲ Ｆ＞１ｏ００Ｈｚの場Ｄパルスエネルギーロールオフを５％以下に制限すること ができない。しかしながら、ＤＲＡＭメモリ補修の用途では、Ｎｄ：ＹＡＧのよ うな有用なレーザ媒質材料をレーザダイオードを用いて安定してボンピングする ことか困難でありパルスエネルギーか不安定になるため、一般的にはＮｄ：ＹＬ Ｆレーザ媒質か用いられている。パルスエネルギーが不安定なことは、有用な高 いパワーのスペクトラムライン幅と、ゲイン−ガイプツト型アルミニウム　ガリ ウム砒素（ＡＩＧａＡｓ）グイオートレーザと、最も効率の高いレーザ媒質の吸 収帯域幅との間のミスマツチにより生ずる。高パワーのゲイン−ガイデッドＡｌ ＧａＡｓグイオートレーザの場合半最大スペクトル帯域の全幅の典型的な値は約 ４ｎｍである。従って、Ｎｄ　：ＹＡＧは８１０μｍにおいて約２ｎｍの吸収帯 域を有しているか、Ｎｄ：ＹＬＦは？！１８ｎｍにおいて約４ｎｍの一層近似し た整合吸収帯域を有している。

ＡｌＧａＡｓダイオードレーザでボンピングすることができる別のレーザ媒質と してネオジウム、イツトリウム　バナデート（Ｎｄ　：　ＹＶＯ４）がある。し かしながら、Ｎｄ　：　ＹＶＯ，は比較的低い単一のイオン蛍光寿命（一般的に は、１００μ秒以下）を有しているため、ＱスイッチＮｄ：ＹＶＱ４レーザから 取り出されるパルス当りのエネルギーか大幅に制限されてしまう。このパルス当 りのエネルギーは、同様なボンピングパワー励起レベルでのＮｄ：ＹＬＦで得ら れるパルス当りのエネルギーよりもはるかに小さい。ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ， レーザのパルス当りのエネルギーが制限されることは、ビーム成形レーザ光学系 又は他の低透過性レーザ光学系を用いてレーザビームを例えばＤＲＡＭ装置の金 属の導電性接続部に入射させる場合大きな欠点となる。１９９０年に発行された “５ＰＩＥソリッド−ステート　レーブスの第１２２３巻、第２９１頁〜２９３ 頁に記載されているジエー　ソイ−。ディクス及びエル　ニス、リングベイによ る文献“フローズーカノプルト　ボンピング　オブ　アン　インクラキャビティ ーダブルト　リチウム　ネオジウム　テトラフォスフェート　レーザに記載され ているように、リチウム　ネオジウム　テトラフォスフェート（ＬＮＰ）のよう な数個のネオジウムを含む化学量論性固体レーザ媒質はＡｌＧａＡｓダイオード レーザでボンピングすることかできる。化学量論性ネオジウム化合物は１０”Ｎ ｄ／ｃｍ”程度の極めて高いネオジウム濃度を含有腰従って極めて高い吸収係数 を有している。ネオジウムイオンでイツトリウムイオンを置換した不純物として 存在するＹＬＦのような固体レーザ結晶体は、一般的にはｌ　Ｏ”Ｎｄ／ｃｍ” 程度のより低いネオジウム濃度を有している。

ディクソン及びリングヘイは、０．４ｍｍの厚さのダイーオドボンピングＬＮＰ レーザとしてより高い吸収係数のＬ　Ｎ　Ｐを用い、ＬＮＰレーザ結晶体を位相 ロックダイオードレーザアレイ　Ｍｏｄｅｌ　２２４０−Ｈ（スペクトラ　ダイ オードラボラトリズ社製）のサブマウントに直接取り付けている。この装置によ れば、ＬＮＰレーザ媒質を熱電気的に冷却してＬＮＰのような化学量論性ネオジ ウムレーザ媒質化合物によって生ずるレーザ媒質損失及びレーザ準安定状態から のエネルギー伝達返還を低減することかできる。Ｎｄ：ＹＬＦのような非化学量 論性ネオ／ラムレーザ化合物は一般的にこれらの不具合な現象は生しない。また 、ディクソン及びリングヘイによって記載された装置はＱスイッチを含まずダイ オードレーザの出力を光学系を介して集光する試みもなされていない。ダイオー ドレーザの出力はＬＮＰレーザ媒質結晶体に直接結合されている。

Ｎｄ：ＹＬＦはＯＴＦ処理の用途におけるＰＲＦについて上限か課せられている か、上述した理由により、Ｎｄ＋ＹＬＦはＤ　ＲＡ　Ｍメモリの補修及びシリコ ンの整形処理において産業的に好適なレーザ媒質である。

レーザ媒質によって吸収されるパワーは、一般的に以下のように表わされる。

Ｐ、−Ｐ、ｅ−”　・＝　（１） ここで、Ｐ、はレーザ媒質によって吸収されるパワーであり、Ｐｏはレーザ媒質 に入射するボンピングパワーであり、αはα＝４πに／λて規定される吸収係数 であり、ｋは吸光係数であり、λはボンピング波長であり、Ｌはレーザ媒質の長 さである。通常のレーザ装置において、Ｌはレーザ媒質の吸収深さＩ／αに等し いか又はそれ以上である。レーザ媒質のモード領域中で励起した活性イオンの全 割合はほぼレーザ媒質の長さの関数として減少するが、通常の非化学量論性のレ ーザ媒質は、ボンピング源からのエネルギーの大部分のエネルギーを吸収するの に十分な長さを有するように製造されている。

図１はＱスイッチ固体レーザのパルス当りのエネルギーのＰＲＦ及び有効蛍光寿 命の効果を示す。図１に示すデータは、１９６３年７月に発行された雑誌“ジャ ーナル　オブ　アプライド　フィンクス′第３４巻　第２０４０頁〜第２０４６ 頁に記載されているウィリアム　ンー、ワーグナー及びベラ　ニー、レンンエル による文献“エボルーンヨン　オブ　ザ　ジャイアント　パルス　イン　レーザ 並びに１０７０年１２月に発行された雑誌“プロン−ディンゲス　オブ　ザアイ イーイーイー”の第５８巻　第１８９９頁〜１９１４頁に記載されているアール ・ビー・ケスラ及びエム・エイ・カールによる文献“アン　エキスベリメンタル 　アント　セオリテカル　スタディ　オブ　ハイ　リピティション　レート　Ｑ スイッチド　Ｎｄ：ＹＡＧレーザの理論に基いて決定した。

パルス当りのエネルギーのＰＲＦに対する依存性を取り出す数式的事項は以下の 考えに基くものとする。

（１）励起したイオンの全数はレーザ媒質中の活性イオンの全数よりもはるかに 少ない。

（２）自発励起放射により励起したイオンに有用な減少機構だけが生ずる。

これらの関係は以下のように表わされる。

Ｅ＋　＝Ｅ−（ｌ　ｅ−”　）　・・・・（２）ここで、Ｅｏは極めて低いＰＲ Ｆ　（＜Ｉ　０Ｈｚ）におけるパルス当りのエネルギーを表わし、Ｅｌは所定の ＰＲＦにおけるパルス間隔の逆数で与えられるパルス当りのエネルギーを表わし 、パラメータａ＝（＋／ｒ＋＋ω、）であり、ｒ。

はレーザ媒質中の活性イオンの単一イオン準安定状態の身命であり、ω、はボン ピングレートである。このボンピングレートの効果は低いボンピングレートの場 合無視できる。パラメータａの逆数は準安定状態のを効蛍光寿命を示す。

発明の概要 励起した活性イオン密度及び消滅機構について基礎をなす仮定は理論的及び経験 的に決定されたものであり、本発明のレーザ装置の性能を一層正確に表わすため の変更か必要である。このレーザ装置は、高いパワーのボンピング源をボンピン グ期間中レーザ媒質中の励起した活性イオンのパーセントすなわち密度を最大に するように適切に選択されたレーザ媒質のモード領域に結合するための有効な手 段を用いる。このような変更は、非結像性集束素子を介してレーザ媒質に結合さ れた高パワーのダイオードレーザによって長手方向から端部ボンピングされる薄 いプレート状又は短いファイバの形態で高い不純物濃度の固体レーザ媒質を用い るレーザ装置の性能を説明するために特に有用である。非結像性集束素子は、高 パワーのダイオードレーザから放出されたボンピングパワーをレーザ媒質中に含 まれるモード領域部分に供給し、レーザ媒質の構造はレーザ媒質のモード領域全 体に亘って極めて高い密度の励起したイオンを維持するように最適化する。

レーザ媒質中に高密度の励起した活性イオンを発生させる本発明のレーザ装置の 場合、ＰＲＦに刻するパルス当りのエネルギーの依存性を決定するのに有用な速 度式は、励起した活性イオンの準安定状岬を消滅させるイオン−イオン相互作用 及び２７才トン吸収機構のようなオージェすなわち反ストークス機構並びにボン ピングレートに対する別の明日な依存性を含んでいる。これらの因子は励起した 活性イオンの全数か活性イオンの全数の１％を超えた場合だけ顕著になり、これ らの因子を考慮すればＰＲＦに対するパルス当りのエネルギーの依存性に対する 解析結果を変更することに到達する。依って、式（２）の／々ラメータａの値（ ま以下のように一層正確に表わされる。

ａ”　（］／ｒ＋　＋ωｐ　＋Ｂ）　・−（３）ここで、Ｂはイオン−イオン相 互間作用及び２フオトン吸収を含むがこれ１こ限定さねないオージェ機構又は他 の消滅機構を表わす。実験結果によれば式（３）の有効性か確認され、ＰＲＦの 増加に伴なう通常のノ々ルス当りのエネルギーの減少はボンピングレートを増加 することにより及びイオン−イオン相互作用、２−フォトン吸収又は他の消滅機 構を起こさせることにより低減する。

レーザ媒質中の励起したイオンの割合を最大にするため、本発明は好ましくは薄 いプレート状又は短い長さのファイア＜状のレーザ媒質構造を用いる。この型式 のレーザ媒質構造）ま、レーザ媒質のモート領域全体に亘って瓶めて高（へ畜産 の励起したイオンを維持する方法を達成する長さを有するように選択される。こ れとは反対に、通常のレーザ装置に用いられるように選択されたレーザ媒質の長 さ（よ、主として励起した活性イオンの畜産か考慮されず主としてボンピングビ ーム力１らの先パワーの最大量を吸収することに基いて選択されて（Ａる。さら ；こ、本発明は、ボンピング源から放出されたパワーをレー→］゛媒質中に含ま れるモート領域中に効率よく結合する非結像性集束素子を用いることにより励起 した活性イオンの割合を最大にする。

従って、本発明の目的は、極めて高い畜産の励起したイオンをＱスイ・ノチレー ザの固体レーザ媒質中に含まれる共振器モート領域の部分中に発生させて広（Ｉ ＰＲＦの範囲に亘って相当大きな高いピークパワー！（ルスを発生させる方法及 び装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、レーザ媒質のモート領域中に極めて高（Ｉａ度の活性イオ ノを含み、比較的短く端部からポツピングされる固体レーザ媒質を用いる方法及 び装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、ポツピング源に結合された非結像性集束素子を用い てレーザ媒質中に３まれるモート領域部分中での高畜産の励起したイオンの発生 を促進させる方法及び装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、Ｄ　ＲＡ　ＭのＯＴＦ接続部処理を一層高いスルー ブツトレートで行なうことができる方法及び装置を提供することにある。

さらに別の本発明の目的は、非結像性集束素子を用いて単一放射器のグイオート レーザ又は単一放射器のレーザダイオードアレイからの高いパワーの光出力を固 体レーザ媒質の端部に極めて効率よく結合でき、小型で集積化されたダイオード ポンプ型の固体レーザ装置か得られる方法及び装置を操供することにある。

上述したレーザ装置の実施例によれば、ＰＲＦの増加に伴ないパルス当りのエネ ルギーのロールオフを顕著に低減することかでき、従って有用なＱスイッチＤＰ Ｌを１０００１（ｚを超えるＰＲＦで用いることかできる。

本発明の別の目的及び作用効果は添付した以下の好適実施例の詳細な説明により 明確にする。

図面の簡単な説明 １２１１は従来技術から既知のパルス当りのエネルギーに対するＰＲＦ及び有効 蛍光ノ子命の効果を示すグラフである。

図２は本発明による非結像性集束素子及び長さの短いレーザ媒質か組み込まれて いるレーザ装置の好適実施例を示す線図的平面図である。

図３は図２のレーザ装置の一部を除いて示す線図的側面図である。

図４は図２のレーザ装置に用いるレーザ媒質に結合した非結像性集束素子を含む 共振器ハウジングを拡大して示す線図的平面図である。

図５は本発明の屈折率１．７４の非結像性集束素子の開口数をクラッド層の屈折 率の関数として示すグラフである。

図６八及び６Ｂはボンピングビームとレーザ媒質のモード領域との間の有効な重 り合いを示す本発明のレーザ媒質に結合した非結像性集束素子の互い直交する断 面を示す拡大図である。

好適実施例の説明 図２は本発明のレーザ装置１０の好適実施例の線区的平面図であり、図３は一部 を示す側面図である。図２及び図３を整時するに、レーザ装置１１０は、長さ７ ５ｍｍ、高さ４０ｍｍ、幅５０ｍｍの寸法を有する共振器空間１４内に位置決め された固体１ノーサ媒質１２を倉む。レーザ媒質から出射した光は光軸１６に沿 って伝播する。

レーザ媒質１２は、例えばＮｄ：”１’ＬＦのようなネオジウムが添加された結 晶体とする。好ましくは、Ｎｄ：　ＹＬＦ結晶体は、長さ１．２５ｍｍ以下で３ ｍｍＸ４ｍｍの矩形断面を有する平板状に形成する。レーザ媒質１２を共振器空 間１４内に整列させるため、Ｎｄ・Ｙ　Ｌ　Ｆ結晶体をその端部がそのπ及びρ 結晶軸と整列するように選択的に切断する。本発明て用いたＮｄ：ＹＬＦレーザ 媒質の好ましいドーパ／トレベルは約１０〜５．ＯＯｏ原子の範囲にある。結晶 体の長さ及びドーバントレベルは準安定状態の有効蛍光寿命について有益な値か 得られるのに十分な量の励起活性イオン畜産をレーザ媒質中で得るために共同的 に選択される２個のパラメータであると当業者に理解される。また、Ｎｄ：ＹＬ Ｆ結晶体の１・−バノトレベルか高くなればなる程良好な品質が得られるので、 この結晶体プレートの長さを最小にして励起したイオンの畜産を最適にすること かできる。

好適実施例において、例えば７９Ｂｎｍのようｔｌ予しめ選択したレーザダイオ ードポンプ波長に対して高い透過性を有すると共に１１０４７ｎのような予じめ 選択したレーザ放射波長において高い反射性を有するグイクロイックコート層１ ８をレーザ媒質１２の後側表面２０に形成して共振器空間１４の入射端を形成す る（図４）。又は１．Ｏｍの曲率半径を有するグイクロイックミラーを用いて共 振器空間１４の入ｑ４端を形成することもできる。レーザ放射波長において部分 的透過性であり、好ましくは４００ｍｍの曲率半径を有する結合ミラー２２か反 対側のすなわち共振器空間１４の出射端を構成する。結合ミラー２２は結合部材 ２３に固定し、この結合部材は位置決め部材２５を介して位置決めすることかで きる。結合ミラー２２はグイクロイックコート層１８と共働して共振器空間１４ 内での共振フィートバックすなわち増幅を行なう。

共振器空間１４は、光軸１Ｇに沿ってレーザ媒質１２と結合ミラー２２との間に 配置した変調器２４も含む。変調器２４は、音響光学媒体２６を有する８０ＭＨ ｚのＱスイッチとしく図４）、この音響光学媒体は音響波変換器（図示せず）か 結合された溶融ノリ力又はＴ　ｅ　Ｏ２のような許容された形態ををする水晶、 ５Ｆ−５７ガラス又は池の媒体で構成する。音響波トランスジューサはインビダ ンス整合したＲＦ増幅器３４からＲＦ倍信号受信し内部制御ユニ・ノド（図示せ ず）から供給される信号に応答する。

制御ユニットは、可変又は予じめ選択された周波数を有し処理ユニ・ノド３６ｊ こより決定されたパワーレベルまで増幅された連続波信号を発生するＲＦ信号発 振器を含む。この処理ユニット３６は、後述するダイオードレーザ４０を起動さ せる電源３８に供給される信号のパワーレベル及び／＜ルス期間も決定する。

ＲＦ倍信号存在のもとで、トランスジューサは、共＠器１４中の光軸１６と直交 する方向に音響光学媒体を伝播する音響波を発生する。この音響波は、共８電空 間１４中での光学損失を大幅に増大し、レーザ発振を有効に阻止しエネルギーを レーザ媒質４２中に蓄積する回折格子として機能する。トランスジューサに供給 されるＲＦ倍信号中断されると、回折格子は消滅し共振器４中の光学損失も消滅 する。この方法を利用することにより、本発明のレーザ装置は典型的には５００ 秒の期間以下の短く高いパワーの光パルスを発生することができる。

共ＷＬＲｄ４は、電源３８からの電流か供給され金光出カッくワーが３．ＯＷ又 はそれ以上の高パワーのダレイデツドーインデ・ノクス型分離閉じ込めヘテロ構 造（ＧＲＩＮＳＣＨ）のＡｌＧａＡｓ単一放射器ダイオードレーザ４０又は複数 の単一放射器のレーザダイオードアレイによりポンプすることが好ましい。グイ オートレーザ４０はヒートシンク４２に装着され共振器空間１４に接近して位置 決めする。ダイオードレーザ４０は、その放射開口４４（図４）から光軸１６に 沿ってほぼ平行に伝播する°ボンピングビーム４５を放出する（図６Ａ及び６Ｂ ）。ダイオードレーザ４０がゲイン−ガイデッド型の場合、ボンピングビーム４ ５は典型的な非点収差を有し非円形の放射パターンを有している。高いＡワーの ゲイン−ガイデッド型ダイオードレーザは高いパワーのインデックスーガイデ・ ノド型のダイオードレーザよりも装置が容易であり、従って広く入手可能であり 一層安価であり、本発明に好適である。

図４は共振器ハウジング５４を拡大して示す線図的平面図である。この共振器ハ ウジング５４はレーザ媒質１２に結合された非結像性集束素子５８を収納する。

図３及び図４を参照するに、精密機械的連結ステージ５６及び位置決めのステー ジ連結器５７を共振器ハウジング５４に装着して非結像性集束素子５８の整列性 を促進しダイオードレーザ４０とレーザ媒質１２との光学的結合を一層精密に行 なう。連結ステージ５６により、レーザ媒質１２に対して非結像性集束素子５８ を１０μｍ以下の微少なエアギャップを以って密封端部連結することが好ましい 。連結ステージ５６はレーザ媒質１２の微少な方向調整を行なうことができ、従 ってレーザ媒質１２のπ及びρ結晶軸を光軸１６に対して適切に整列させること かできる。好ましくは、エポキシ又は半田を連結ステージ点５９及び孔６１に被 着して非結像性集束素子とレーザ環！＋２を連結ステージ５６に固着する。

非結像性集束素子５８は理想的な複合放射状集束素子に対して最良に適合する直 線状のテーパををする円筒状とすることか好ましく、この集束素子はサファイヤ 又は他の高屈折率の結晶性誘電性材料で構成される。サファイヤのような結晶性 材料は、光フアイバ導波路用に用いられるような非晶質材料とは異なり容易につ ぶれたすせずサフレス等によって述べられているような伸長状の素子を形成する ことができる。好ましくは、非結像性集束素子５８はその入射開口６２に形成し たマイクロンリントリカルレンズ６０を含み、ボンピングビーム４５の一般的に 横方向の発散角よりも大きい縦方向の５１ｉ￥敗角を減少させてダイオードレー ザ４０からのボンピングビームを共ｒＪＡ器空間１４中のレーザ媒質モート領域 ６４（レーザ媒質１２中に含まれる共ＦｒＪ’ｉモート空間の一部）に効率よく 結合させることかできる。

図５は屈折率１．７４の非結像性集束素子５８の開口数をクラッドの屈折率の関 数として示すグラフである。図５は非結像性集束素子のテーパの傾斜角について は補正されていない。この傾斜角は一般的に微少である。図５は、空気中で屈折 率１．７．１の非結像性集束素子は界面で反射しない全ての光線を集光すること を示している。マイクロンリントリカルレンズ６２及び非結像性集束素子５８の 出射開口６６に反Ｑ４防止コート層を形成してこれらの界面での反射を大幅に減 少させることかできる。この構成は、ノフレス等の米国特許第４６７３９７５号 に記載されているような単一モード又はマルチモード光ファイバ導波路を用いる 装置を顕著に改善することができる。さらに、シフレス等の装置の場合、透明コ アとクラッド材料との間の屈折率差か相対的に小さい光フアイバ導波路の場合、 開口数か顕著に制限されてしまう。

好ましく、非結像性集束素子５８は、ダイオードレーザ４ｏの活性放射領域４４ の幅よりも大きくダイオードレーザ４ｏから放出されたほぼ全ての放射が入射す るのに十分な寸法を有する入射開口６２を有している。さらに、非結像性集束素 子５８はレーザ媒質モード空間６４の直径よりも小さい出射開口６Ｇを有してい る。ボンピングビーム４５を高パワーダイオードレーザがらレーザ媒質モード空 間６４へ非結像性結合させることにより、ボンピングビーム４５とレーザ媒質モ ート部分６４とか効率よく重なり合い、この結果ボンピングビームかレーザ媒質 モード領域外へ発散することによって生ずる損失か最小になる。

図６Ａ及び図６Ｂはレーザ媒質１２に結合された非結像性集束素子５８の光線追 跡／ユミレーションにより拡大して示す互いに直交する断面図であり、本発明に よりボンピングビーム４５かレーザ媒質のモード領域６４と良好に重なり合って いることを示す。図６Ａは高パワーダイオードレーザ４０のエピタキシャル層と 直交し光軸１６に沿う断面を示し、図６Ｂはエピタキシャル層と平行な光軸を含 む断面を示す。レーザ媒質を屈折率１．　４で長さ１．０ｍｍのプレート状Ｎｄ ：’ｌ’ＬＦとし、非結像性集束素子５８を直径かそれぞれ６２μｍ及び６６μ ｍの入射開口及び出射開口を有する実施例において優れた重なり合いが達成され る。

図６Ａ及び６Ｂは、ボンピングビーム４５かレーザ媒質モード領域６４において 互いに直交する方向について僅かであってほとんど等しい発散性を有するように することかできることを明瞭に示している。非結像性集束素子５８とレーザ媒質 １２との間の約ＩＯμｍのエアギャップは図６Ａ及び図６Ｂには図示されていな い。

変形例として、マイクロンリントリカルレンズ６ｏは、サファイヤ又は同程度の 屈折率材料で作られた非結像性集束素子５８とダイオードレーザ４ｏとの間に位 置決めされた個別の素子とすることかできる。ボンピングビーム４５をレーザダ イオード４０からレーザ媒質モード領域へ非結像性結合することによりボンピン グビーム４５かレーザ媒質モート領域６４へ効率よく重なり合わされ、ボンピン グの発散性によりレーザ媒質モート領域６４の外部に伝播することによる損失か 最小になる。

実験によれば、上述した好適実施例の結合プロセスによりマイクロンリントリカ ルレンズ６０及び出射開口６６に反射防止膜かない場合６７％の結合効率が達成 された。反射防止膜を形成すれば８１５８以上の結合効率を期待することができ る。この結合効率により、レーザ媒質モート領域６４中において極めて高い励起 イオン密度すなわち１％をはるかに超える励起活性性イオンを発生させることか できる。

レーザ媒質モード領域６４中の励起した活性イオンの高畜産性は、励起した活性 イオンの準安定励起状態からの遷移を増強させるイオン−イオン相互作用及び２ −フォトン吸収機構のようなオージェ機構や反ストークス機構を誘導し、これに よりレーザ媒質モート領域６４中の励起した活性イオンの有効蛍光寿命が減少さ れる。

本発明によるレーザ媒質モード領域６４中の励起した活性イオンの有効蛍光寿命 の低下により、ＰＲＦの増加に従ってパルスエネルギーのロール−オフを減少さ せることかできる。従って、本発明のＱスイッチレーザ装置は、広い範囲のパル ス繰り返し周波数に亘って相当大きな高いピークパワーを発生させることかでき る。さらに本発明のＱスイッチレーザ装置は、パルス当りのエネルギーの顕著な ロール−オフを生ずることなく通常のＤＲＡＭ処理装置のＰＲＦの２倍以上で動 作することかできる。さらに、ダイオードレーザ４０によって生ずるボンピング ビームの高い発散性及び非屯収差性にも拘わらず、本発明の好適実施例によれば ２００μｍ以下のモード半径を達成できる。

本発明の変形例において、レーザ媒質１２は、例えばレーザ加熱ペデスタル成長 法のような方法によってファイバ状に成長され、直径か５００μｍ以下に等しい か又はそれ以下で長さか１．２５ｍｍ以下のＮｄ：ＹＬＦとする。この実施例に おいて、レーザ環！＋２はＴＥＭｏ、モート動作を維持するモード選択素子とし て作用する。

」二連した本発明の実施例の細部については、本発明の原理から逸脱することな く種々の変形か可能であることは当業者に自明である。例えば、非結像性集束素 子５８は、線形のテーパのへりに複合放物テーパを形成することができる。或い は、非結像性集束素子の入射開口及びテーパは、ダイオードレーザからの出力パ ワーを２００μｍ又はそれ以上の放射直径で有効に結合するように変更すること かできる。

非結像性集束素子５８はボンピングビーム４５をレーザ媒質モード領域６４に結 合させる好適な方法であるか、２０Ｗ又はそれ以上の出力であって２００μｍ又 はそれ以下の放射直径のダイオードレーザからの出力をコリメータレンズで集光 し第２のレンズを用いてレーザ媒質モード領域６４に集束させて励起した活性イ オンの十分な密度を発生させることもできる。さらに、本発明の実施例を利用し て連続波モードで動作させることもできることは当業者に理解されることである 。従って、本発明の範囲は添付した請求の範囲によって決定されるべきである。

ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　５ ＣＬＡＤＤＩＮＧＩＮＤＥＸ αフ 平成　６年１０月２４日 生−ｙ許庁長官　高嵩　章　殿 ２、発明の名称 ３特許出願人 名　称　エレクトロ　サイエンティフィック　インダストリーズ４、代　理　人 ５　補正書の提出年月日 請求の範囲 １．レーザ媒質モード領域中に、準安定励起状態の有効蛍光寿命ををする極めて 高密度の励起した活性イオンを発生させる方法であって、レーザ媒質モード領域 中の励起した活性イオンの密度を増強するように予め選択した幾何学的構造、モ ード領域及び高濃度活性イオンを有するレーザ媒質を光学的にボンピングし、こ れにより準安定励起状態の活性イオンの有効蛍光身命を減少させるレーザ媒質中 に高密度励起イオンを発生させる方法。

２、前記レーザ媒質モード領域か、光ボンピング中に大幅に減少する基底状態の 活性イオン群を含む請求項１に記載の方法。

３　前記レーザ媒質モード領域中の高密度の励起した活性イオンが準安定励起状 態からの遷移を誘導する請求項１に記載の方法。

４　前記レーザ媒質モート領域中の励起した活性イオン密度かレーザ媒質領域中 の活性イオンの約１％を超える請求項１に記載の方法。

５　さらに、Ｑスイッチを用いて広い範囲の繰り返し周波数に亘って相当に大き な極めて高いピークパワーパルスを発生させる請求項１に記載の方法。

６　前記光ボンピング源程において、約ＩＷ以上のパワーを発生するダイオード レーザを用いる請求項１に記載の方法。

７　前記先ボンピング工程において、ボンピング源から発生した光を前記レーザ 媒質モート領域へ効率よく結合する請求項１に記載の方法。

８　前記レーザ媒質を固体材料とした請求項１に記載の方法。

９　前記レーザ媒質が非化学量論性化合物を含む請求項１に記載の方法。

ｌＯ前記レーザ媒質かＮ、・ＹＬＦをａむ請求項１記載の方法。

Ｉｌ、前記レーザ媒質を、約０．　５〜５ｍｍの長さを有するロンドで構成した 請求項１に記載の方法。

１２、前記レーザ媒質を、プレート体で構成した請求項１に記載の方法。

＋３．前記光ボンピング工程において、非結像性集束素子を用いてボンピング源 で発生した光を前記レーザ媒質モード領域に結合する請求項１に記載の方法。

１４、前記非結像性集束素子を前記レーザ媒質に端部結合した請求項１３に記載 の方法。

１５、前記非結像性集束素子か高屈折率で結晶性の誘導性材料を含む請求項１３ に記載の方法。

１６　前記非結像性集束素子かその入射開口に設けたシリンドリカルレンズを有 する請求項１３に記載の方法。

１７、前記非結像性集束素子か、はぼ放物状のテーパををする請求項１３に記載 の方法。

１８、レーザ媒質モード領域中に、有効蛍光寿命を有し準安定励起状態にある高 密度の励起した活性イオンを発生させるレーザ装置であって、光を発生させる高 いパワーのボンピング源と、レーザ媒質モート領域中の励起した活性イオンの密 度を増強するように予め選択した構造、モード領域及び高１度の活性イオンを有 するレーザ媒質と、前記ボンピング源で発生した光を前記レーザ媒質モート領域 に結合して、レーザ媒質モード領域に高密度の励起した活性イオンを発生させ、 前記率安定状籾の活性イオンの有効蛍光寿命を低下させる光結合素子とを具える レーザ装置。

１９　前記レーザ媒質中の高密度の励起した活性イオンか、準安定状聾からの遷 移を誘導する請求項１８に記載のレーザ装置。

２０　前記レーザ媒質モート領域の励起した活性イオンの密度か、レーザ媒質領 域中の活性イオンの約１％を超える請求項１８に記載のレーザ装置。

２１　前記ボンピング源を、ｌＷ以上のパワーを発生するダイオードレーザで構 成した請求項１８に記載のレーザ装置。

２２゜前記レーザ媒質を固体材料とすると共に非化学量論性化合物を含む請求項 １８に記載のレーザ装置。

２３　前記レーザ媒質をＮｄ：ＹＬＦで構成した請求項１８に記載のレーザ装置 。

２４　前記レーザ媒質をプレート体で構成した請求項１８に記載のレーザ装置。

２５　前記光結合手段を非結像性集束素子まで構成した請求項１８に記載のレー ザ装置。

２６　前記非結像性集束素子を前記レーザ媒質に端部結合した請求項２５に記載 のレーザ装置。

２７、前記非結像性集束素子を、高屈折率の結晶性誘電体材料で構成した請求項 ２５に記載のレーザ装置。

２８、前記非結像性集束素子が、その入射開口に設けたシリンドリカルレンズを 有する請求項２５に記載のレーザ装置。

２９、前記非結像集束素子をほぼ直線状のテーパを有するほぼ円錐形にした請求 項２５に記載のレーザ装置。

３０、前記レーザ媒質か共振２；空間内に配置され、このレーザ装置が、前記共 振器空間内に位置決めされ、広い範囲のパルス繰り返し周波数に亘って高いビー クパワーのパルスを発生させるＱスイッチを有する請求項２５に記載のレーザ装 置。

３１　前記パルス繰り返し周波数がｌ　ＯＯＯＨｚを超える請求項３ｏに記載の レーザ装置。

３２　前記レーサバルスが、極めて高いＰＲＦにおけるＤＲＡＭのＯＴＦの補修 １こ好適である請求項３０に記載のレーザ装置。

３３、連続波モードで動作する請求項３０に記載のレーザ装置。

３４、大きなボンピング源及びレーザ媒質と、これらボンピング源とレーザ媒質 との間に位置決めされ、高屈折率で結晶性の誘導性材料から成る非結像集束素子 とを具え、前記ボンピング源から発生した光をレーザ媒質に効率よく結合するよ うに構成したレーザ装置。

３５、前記非結像集束素子を前記レーザ媒質に端部結合した請求項３４に記載の レーザ装置。

３６、前記非結像集束素子が、その入射開口に形成されたシリンドリカルレンズ の形態をした部分を有する請求項３４に記載のレーザ装置。

３７、前記非結像集束素子が、はぼ放物状のテーパを有する請求項３４に記載の レーザ装置。

３８　レーザ媒質モード領域に、準安定励起状態の有効蛍光寿命を有する極めて 高い密度の励起した活性イオンを発生させる請求項３４に記載のレーザ装置であ って、 レーザ媒質か、レーザ媒質モード領域中の励起した活性イオンの密度を増強する ように予め選択した幾何学構造、モード領域及び高１度の活性イオンを有し、準 安定励起状態のｆ１効蛍光ノｉ命を低下させるように構成したレーザ装置。

３９　広い範囲のパルス繰り返し周波数に亘って相当大きな高いビークパワーの パルスを発生させるＱスイッチを有する請求項３８に記載のレーザ装置。

４０　広い範囲のパルス繰り返し周波数に亘って相当に大きな極めて高いビーク パワーのパルスを発生させるＱスイッチレーザ装置であって、共振器空間内に配 置され、レーザ媒質のモート領域中の励起した活性イオンのｒ度を増強させるよ うに予め選択した幾何学的構造、モード領域及び高濃度の活性イオンを有するレ ーザ媒質の吸収帯域内の波長の光を発生させる極めて高いパワーのボンピング源 と、 前記ボンビッグ源で発生した光を前記レーザ媒質に含まれるモード領域に効率よ く結合する非結像性集束素子とを具え、前記レーザ媒質のモード領域中に極めて 高い密度の励起した活性イオンを励起させ、広い範囲のパルス繰り返し周波数に 亘ってパルス当りのロールオフエネルギーを大幅に除去するように構成したＱス イッチレーザ装置。

札前記非結像性集束素子か、はぼ直線状のテープ部を有するほぼ円錐形を有する 請求項３４に記載のレーザ装置。

４２、　ｉ？ｉ記ボンピング源をある寸法の活性放出部を有するダイオードレー ザで構成し、前記非結像性集束素子か前記活性放出部の寸法よりも大きい寸法の 入射開口を有する請求項３４に記載のレーザ装置。

４３　前記レーザ媒質かある寸法の入射部を有するモード領域を含み、前記非結 像性集束素子が前記入射部の寸法よりも小さい寸法の出射開口を有する請求項３ ４に記載のレーザ装置。

４４、前記ボンピング源で発生した光の結合を効率よく行なう請求項３４に記載 のレーザ装置。

４５、さらにＱスイッチを有する請求項３４に記載のレーザ装置。

４６、前記ボンピング源か、約１ワツト以上のパワーを発生するダイオードレー ザを有する請求項３４に記載のレーザ装置。

４７　前記ボンピング源が、３ワット以上のパワーを発生するダイオードレーザ を有する請求項３４に記載のレーザ装置。

４８、前記ボンピング源か、高パワーのグレイデソドインデフタス光閉じ込めヘ テロ構造のＡｌＧａＡｓ単一放射ダイオードレーザを有する請求項３４のレーザ 装置。

４９、前記ボンピング源が、約２００μｍ以上の放出寸法を有するダイオードレ ーザを有する請求項３４のレーザ装置。

５０、前記レーザ媒質を固体のレーザ媒質とした請求項３４のレーザ装置。

５１　前記レーザ媒質をプレート状のレーザ媒質とした請求項３４のレーザ装置 。

５２、前記レーザ媒質を非化学量論性化合物で構成した請求項３４のレーザ装置 。

５３、前記レーザ媒質をＮ１）ＩＹＩ−Ｆて構成した請求項３４のレーザ装置。

５４、前記レーザ媒質を、約０．５〜５ｍｍの長さを有するロッド状体で構成し た請求項３４のレーザ装置。

５５　前記レーザ媒質か高濃度に不純物が添加されている請求項３４のレーザ装 置。

５６　前記レーザ媒質かプレート状をなず請求項３４のレーザ装置。

５７、前記非結像性集束素子をレーザ媒質に端部を結合した請求項５６に記載の レーザ装置。

５８、前記レーザ媒質か高濃度に不純物か添加されている請求項５７に記載のレ ーザ装置。

５９、前記レーザ媒質をＮｄ　：ＹＬＦて構成した請求項５８に記載のレーザ装 置。

６０、ボンビッグ源と、 レーザ媒質と、 前記ボンピング源とレーザ媒質との間に配置され、ボンピング源で発生した光を レーザ媒質に結合する非結像性集束素子と、前記ボンピング源と処理されるへき 物体との間に配置したＱスイッチとを具える物体を処理するレーザ装置。

６１　前記ボンピング源か非太陽放ｑ１を放出する請求項６に記載の物体を処理 するレーザ装置。

６２、前記非結像性集束素子を高屈折率の結晶性誘電性材料で構成した請求項６ ０に記載の物体を処理するレーザ装置。

６３、前記ボンピング源が大きな放出」法を有する請求項６ｏに記載の物体を処 理するレーザ装置。

６４　前記レーザ媒質かプレート状をなし、前記ボンピング源か１ワット以上の パワーを発生さす請求項６２に記載の物体を処理するレーザ装置。

６５、レーザ放射を発生させるに際し、ボンピング源とレーザ媒質との間に高屈 折率の結晶性誘電性材料から成る非結像性誘電集束素子を配置し、前記ボンピン グ源からの光ボンピングパワーを非結像性集束素子を経てレーザ媒質に入射させ 、前記レーザ媒質からレーザ放射を発生させるレーザ放射を発生させる方法。

６６、さらにＱスイッチを用いてレーザ放射を成形する請求項６５に記載の方法 。

６７、約ｌワット以上の先ボンピングパワーを用いる請求項６５に記載の方法。

６８、前記レーザ媒質がプレート状をなす請求項６５に記載の方法。

６９、前記ボンピングパワーを非太陽放射とした請求項６５に記載の方法。

７０、前記非結像性集束素子をレーザ媒質に端部結合した請求項６５に記載の方 法。

７１、レーザ放射を発生させるに際し、光ボンピングパワーを非結像集束素子を 経てレーザ媒質に入射させ、前記レーザ媒質からレーザ放射を発生させ、Ｑスイ ッチを用いてレーザ放射を成形するレーザ放射を発生させる方法。

７２前記ボンピング源が非太陽放射を放出する請求項７１に記載の方法。

７３．前記非結像性集束素子を高屈折率の結晶性誘電性材料で構成した請求項７ ２に記載の方法。

７４、約ｌワット以上の光ボンピングパワーを用いる請求項７２に記載の方法。

７５、前記レーザ媒質がプレート状をなす請求項７２に記載の方法。

７６、前記非結像性集束素子を前記レーザ媒質に端部結合した請求項７２に記載 の方法。

７７、前記レーザ装置の共ＦＡ器内にＱスイッチを配置した請求項４５に記載の レーザ装置。

７８、前記レーザ装置の共ｔＪＡ’ｌｓ内にＱスイッチを配置した請求項６０に 記載のレーザ装置。

国際調査報告　ＰＣＴ／ＬＩＳ　９３１０３６６３ＰＣＴ／ＵＳ　９３１０３６ ６３ フロントページの続き （８１）指定間　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ。

ＣＨ，ＣＺ、　ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ 、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　ＮＯ，ＮＺ、　 ＰＬ、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ。

ＳＫ、ＵＡ （７２）発明者　デフリーズ　リチャードアメリカ合衆国　オレゴン州　９７１ ２３　ヒルスポロ　サウスイースト　ヘムロックストリート４１３６ （７２）発明者　サン　ユンロン アメリカ合衆国　オレゴン州　９７２２９　ポートランド　ノースウェスト　ヮ ンハンド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．レーザ媒質モード領域中に、準安定励起状態の有効蛍光寿命を有する極めて 高密度の励起した活性イオンを発生させる方法であって、レーザ媒質モード領域 中の励起した活性イオンの密度を増強するように予め選択した幾何学的構造、モ ード領域及び高濃度活性イオンを有するレーザ媒質を光学的にポンピングし、こ れにより準安定励起状態の活性イオンの有効蛍光寿命を減少させるレーザ媒質中 に高密度励起イオンを発生させる方法。 ２．前記レーザ媒質モード領域が、光ポンピング中に大幅に減少する基底状態の 活性イオン群を含む請求項１に記載の方法。 ３．前記レーザ媒質モード領域中の高密度の励起した活性イオンが準安定励起状 態からの遷移を誘導する請求項１に記載の方法。 ４．前記レーザ媒質モード領域中の励起した活性イオン密度がレーザ媒質領域中 の活性イオンの約１％を超える請求項１に記載の方法。 ５．さらに、Ｑスイッチを用いて広い範囲の繰り返し周波数に亘って相当に大き な極めて高いピークパワーパルスを発生させる請求項１に記載の方法。 ６．前記光ポンピング工程において、約１Ｗ以上のパワーを発生するダイオード レーザを用いる請求項１に記載の方法。 ７．前記光ポンピング工程において、ポンピング源から発生した光を前記レーザ 媒質モード領域へ効率よく結合する請求項１に記載の方法。 ８．前記レーザ媒質を固体材料とした請求項１に記載の方法。 ９．前記レーザ媒質が非化学量論性化合物を含む請求項１に記載の方法。 １０．前記レーザ媒質がＮ■：ＹＬＦを含む請求項１記載の方法。 １１．前記レーザ媒質を、約０．５〜５ｍｍの長さを有するロッドで構成した請 求項１に記載の方法。 １２．前記レーザ媒質を、ブレート体で構成した請求項１に記載の方法。 １３．前記光ポンピング工程において、非結像性集束素子を用いてポンピング源 で発生した光を前記レーザ媒質モード領域に結合する請求項１に記載の方法。 １４．前記非結像性集束素子を前記レーザ媒質に端部結合した請求項１３に記載 の方法。 １５．前記声結像性集束素子が高屈折率で結晶性の誘導性材料を含む請求項１３ に記載の方法。 １６．前記非結像性集束素子がその入射開口に設けたシリンドリカルレンズを有 する請求項１３に記載の方法。 １７．前記非結像性集束素子が、ほぼ放物状のテーパを有する請求項１３に記載 の方法。 １８．レーザ媒質モード領域中に、有効蛍光寿命を有し準安定励起状態にある高 密度の励起した活性イオンを発生させるレーザ装置であって、光を発生させる高 いパワーのポンピング源と、レーザ媒質モード領域中の励起した活性イオンの密 度を増強するように予め選択した構造、モード領域及び高濃度の活性イオンを有 するレーザ媒質と、前記ポンピング源で発生した光を前記レーザ媒質モード領域 に結合して、レーザ媒質モード領域に高密度の励起した活性イオンを発生させ、 前記準安定状態の活性イオンの有効蛍光寿命を低下させる光結合素子とを具える レーザ装置。 １９．前記レーザ媒質中の高密度の励起した活性イオンが、準安定状態からの遷 移を誘導する請求項１８に記載のレーザ装置。 ２０．前記レーザ媒質モード領域の励起した活性イオンの密度が、レーザ媒質領 域中の活性イオンの約１％を超える請求項１８に記載のレーザ装置。 ２１．前記ポンピング源を、１Ｗ以上のパワーを発生するダイオードレーザで構 成した請求項１８に記載のレーザ装置。 ２２．前記レーザ媒質を固体材料とすると共に非化学量論性化合物を含む請求項 １８に記載のレーザ装置。 ２３．前記レーザ媒質をＮｄ：ＹＬＦで構成した請求項１８に記載のレーザ装置 。 ２４．前記レーザ媒質をプレート体で構成した請求項１８に記載のレーザ装置。 ２５．前記光結合手段を非結像性集束素子まで構成した請求項１８に記載のレー ザ装置。 ２６．前記非結像性集束素子を前記レーザ媒質に端部結合した請求項２５に記載 のレーザ装置。 幻．前記非結像性集束素子を、高屈折率の結晶性誘電体材料で構成した請求項２ ５に記載のレーザ装置。 ２８．前記非結像性集束素子が、その入射開口に設けたシリンドリカルレンズを 有する請求項２５に記載のレーザ装置。 ２９．前記非結像集束素子をほぼ直線状のテーパを有するほぼ円錐形にした請求 項２５に記載のレーザ装置。 ３０．前記レーザ媒質が共振器空間内に配置され、このレーザ装置が、前記共振 器空間内に位置決めされ、広い範囲のパルス繰り返し周波数に亘って高いピーク パワーのパルスを発生させるＱスイッチを有する請求項２５に記載のレーザ装置 。 ３１．前記パルス繰り返し周波数が１０００Ｈｚを超える請求項３０に記載のレ ーザ装置。 ３２．前記レーザパルスが、極めて高いＰＲＦにおけるＤＲＡＭのＯＴＦの補修 に好適である請求項３０に記載のレーザ装置。 ３３．連続波モードで動作する請求項３０に記載のレーザ装置。 ３４．大きなポンピング源及びレーザ媒質と、これらポンピング源とレーザ媒質 との間に位置決めされ、高屈折率で結晶性の誘導性材料から成る非結像集束素子 とを具え、前記ポンピング源から発生した光をレーザ媒質に効率よく結合するよ うに構成したレーザ装置。 ３５．前記非結像集束素子を前記レーザ媒質に端部結合した請求項３４に記載の レーザ装置。 ３６．前記非結像集束素子が、その入射開口に形成されたシリンドリカルレンズ の形態をした部分を有する請求項３４に記載のレーザ装置。 ３７．前記非結像集束素子が、ほぼ放物状のテーパを有する請求項３４に記載の レーザ装置。 ３８．レーザ媒質モード領域に、準安定励起状態の有効蛍光寿命を有する極めて 高い密度の励起した活性イオンを発生させる請求項３４に記載のレーザ装置であ って、 レーザ媒質が、レーザ媒質モード領域中の励起した活性イオンの密度を増強する ように予め選択した幾何学構造、モード領域及び高濃度の活性イオンを有し、準 安定励起状態の有効蛍光寿命を低下させるように構成したレーザ装置。 ３９．広い範囲のパルス撮り返し周波数に亘って相当大きな高いピークパワーの パルスを発生させるＱスイッチを有する請求項３８に記載のレーザ装置。 ４０．広い範囲のパルス繰り返し周波数に亘って相当に大きな極めて高いピーク パワーのパルスを発生させるＱスイッチレーザ装置であって、共振器空間内に配 置され、レーザ媒質のモード領域中の励起した活性イオンの密度を増強させるよ うに予め選択した幾何学的構造、モード領域及び高濃度の活性イオンを有するレ ーザ媒質の吸収帯域内の波長の光を発生させる極めて高いパワーのポンピング源 と、 前記ポンピング源で発生した光を前記レーザ媒質に含まれるモード領域に効率よ く結合する非結像性集束素子とを具え、前記レーザ媒質のモード領域中に極めて 高い密度の励起した活性イオンを励起させ、広い範囲のパルス繰り返し周波数に 亘ってパルス当りのロールオフエネルギーを大幅に除去するように構成したＱス イッチレーザ装置。