(57)【要約】  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。
2013168587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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)【０００４】
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。【０００５】
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)。【０００６】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平６−２６２７３号公報(第４頁、第１図)
【特許文献２】特許第２９８０７８８号明細書(第２４頁、第１図)
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】W.Koechner著、”Solid-State Laser Engineering”、Sixth Revised and Updated Edition、P.528、Fig8.29、2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、
【００１８】
ΔφRMS＝１／４＞Δｎ×Ｌ／λ
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、
【００５３】
ΔφRMS＝１／４＞Δｎ×Ｌ／λ
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。、
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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】
【００９４】
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。
【符号の説明】
【００９５】
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。
【図１】
2013168587.tif 000003
【図２】
2013168587.tif 000004
【図３】
2013168587.tif 000005
【図４】
2013168587.tif 000006
【図５】
2013168587.tif 000007
【図６】
2013168587.tif 000008
【図７】
2013168587.tif 000009
【図８】
2013168587.tif 000010
【図９】
2013168587.tif 000011
【図１０】
2013168587.tif 000012
【図１１】
2013168587.tif 000013
【図１２】
2013168587.tif 000014
【図１３】
2013168587.tif 000015
【図１４】
2013168587.tif 000016
【図１５】
2013168587.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月18日(2014.4.18)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光が伝搬する円盤状または立方体の光学材料と、
前記光学材料の前記レーザ光の伝搬方向に垂直な方向の外周の一部に隣接して光学的に接合されている可飽和吸収体と、
を備えることを特徴とする受動Ｑスイッチ素子。
【請求項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。
【請求項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に記載の受動Ｑスイッチ素子。
【請求項４】
レーザ光が伝搬する円盤状または立方体のレーザ材料と、
前記レーザ材料の前記レーザ光の伝搬方向に垂直な方向に隣接して光学的に接合されている可飽和吸収体と、
を備えることを特徴とする受動Ｑスイッチ素子。
【請求項５】
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に記載の受動Ｑスイッチ素子。
【請求項６】
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に記載の受動Ｑスイッチ素子。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月25日(2014.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光が伝搬する円盤状または立方体の光学材料と、
前記光学材料の前記レーザ光の伝搬方向に垂直な方向の外周の一部に隣接して光学的に接合されている可飽和吸収体と、
を備えることを特徴とする受動Ｑスイッチ素子。
【請求項２】
前記光学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。
【請求項３】
前記光学材料と、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に記載の受動Ｑスイッチ素子。
【請求項４】
レーザ光が伝搬する円盤状または立方体のレーザ材料と、
前記レーザ材料の前記レーザ光の伝搬方向に垂直な方向に隣接して光学的に接合されている可飽和吸収体と、
を備えることを特徴とする受動Ｑスイッチ素子。
【請求項５】
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に記載の受動Ｑスイッチ素子。
【請求項６】
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に記載の受動Ｑスイッチ素子。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【国際調査報告】
2013168587.tif 000018
2013168587.tif 000019
2013168587.tif 000020
2013168587.tif 000021