(57)【要約】パルス出力の間にモードビートノイズの顕著な低減を達成することによって、新規Ｑスイッチデバイスが、Ｑスイッチレーザーシステムに対する顕著な品質および価値の改善を可能にする。Ｑスイッチレーザーにおけるモードビートノイズの起源は、形成中の競合する定在波の高ゲイン有用性および増幅の結果であり、その光周波数は、ゲイン媒体における空間ホールバーニングによる自然選択の産物である。当該新規Ｑスイッチデバイスは、アクティブ電気光学または音響光学Ｑスイッチを、飽和性吸収体デバイスと組み合わせて利用し、光路の最適化されたソフト開口およびＱスイッチレーザーの制御されたタイミングを提供する。この新規な組み合わせは、アクティブ変調器単独で可能なものよりも、より大きな変調損を提供し、かつ、より高いゲインビルドアップエネルギー抽出効率を可能とする。特に、高い繰返し率（＞１０ｋＨｚ）での高ゲイン（小さな信号ゲイン＞１０）およびＱスイッチ動作について、低電圧変調器（＜１００Ｖ）を可能にするであろう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御されたレートにて光損失を生じさせ得るアクティブ変調器と、飽和性吸収体とを有する、Ｑスイッチデバイス。
【請求項２】
アクティブ変調器が電気光学変調器である、請求項１に記載のＱスイッチデバイス。
【請求項３】
アクティブ変調器が音響光学変調器である、請求項１に記載のＱスイッチデバイス。
【請求項４】
飽和性吸収体がＣｒ４＋：ＹＡＧである、請求項１〜３のいずれかに記載のＱスイッチデバイス。
【請求項５】
アクティブ変調器が、飽和性吸収体から間隔を置いて配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載のＱスイッチデバイス。
【請求項６】
Ｑスイッチ固体レーザーであって、
共振光学キャビティ内に入ったレーザー材料を有し、
Ｑスイッチデバイスを有し、該デバイスは、制御されたレートにて光損失を生じさせ得るアクティブ変調器と、該共振光学キャビティ内に入った飽和性吸収体とを有し、使用時にモードビートノイズを低減するよう該飽和性吸収体が選択されかつ配置されている、
前記Ｑスイッチ固体レーザー。
【請求項７】
焦点を合わせた光励起源によって、レーザー材料が、磨かれた平坦な側面において横励起され、該光励起源は、前記磨かれた面において、キャビティ内のレーザービームの意図したレーザーモード直径とほぼ等しいビーム高さを有し、
前記レーザー材料は、該焦点を合わせた光励起源に対して、意図したレーザーモードの半径とほぼ等しい吸収高さを有し、
前記焦点を合わせた光源は、該レーザー材料に入る際に先細の励起ビームを供給し、
共振キャビティ軸は、前記レーザー材料内で、内部反射によって折り返されており、折り返し角が、該励起された面の中心にて頂点を有し、かつ、２０度と１６０度との間の角度を有し、
前記横励起の幾何学的形状は、共振光学キャビティ軸に沿って統合されたトランスバースゲイン分布が、ほぼ円形のプロフィール対称性を有するような形状である、
請求項６に記載のレーザー。
【請求項８】
励起源をさらに有し、該励起源が、半導体レーザーアレイまたはレーザーバーである、請求項６または７に記載のレーザー。
【請求項９】
アクティブ変調器が電気光学変調器である、請求項７に記載のレーザー。
【請求項１０】
アクティブ変調器が音響光学変調器である、請求項６〜９のいずれかに記載のレーザー。
【請求項１１】
飽和性吸収体がＣｒ４＋：ＹＡＧである、請求項６〜１０のいずれかに記載のレーザー。
【請求項１２】
アクティブ変調器が飽和性吸収体から間隔を置いて配置されている、請求項６〜１１のいずれかに記載のレーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、ＱスイッチデバイスおよびＱスイッチレーザーに関するものであり、例えば、スケーラブルな横励起（side-pump）レーザーなど、ライダー(lidar)、医学、および他の用途のためのものである。提案するデバイスは、スムーズな時間プロフィールと、わずかにチャープなスペクトルプロフィールとを有して、費用効率の高い近単一モード動作を可能にし得る。
【背景技術】
【０００２】
２．関連する技術の説明
Siegmanは、レーザーと題された彼の研究論文（Anthony E. Siegman, スタンフォード大学, レーザー, University Science Books, 1986, ISBN 0-935702-11-3）において、Ｑスイッチ（ＱＳ）レーザーが、連続波（ｃｗ）またはロングパルスレーザーよりも、いくつかの縦モードおよび／または横モードでの発振がより起こり得ると述べている。レーザーダイナミックスの詳細は、この文献において後ほどさらに議論されているが、発振は、本質的に、密接に間隔を置いたそれぞれの周波数を有するいくらかのレーザーキャビティモードの発生に起因する。モード（複数）は、通常、典型的なＱＳレーザーのパルスの間に高いゲインを競う。これらのモード間の干渉は、モードビート(mode-beating)とも呼ばれ、パルス包絡線よりも高い周波数で、スパイク、即ち、インテンシティ変調を生じる。これらのスパイクは、実用的なレーザー（数ワットを超える出力）の長期の信頼性に対して有害である。なぜならは、これらのスパイクは、光学列の下流の光学デバイス、例えば、非線形光学デバイスまたは光ファイバ送達システムを、より低い損傷しきい値および／または減少した寿命に導くからである。さらに、これらのスパイクは、多数の用途に対して非常に問題となり得るものであって、例えば、高出力非線形光学変換プロセスの寿命または効率を制限し、ライダー測定技術の解像度またはノイズを制限し、または配列された分光学的な種の識別などの狭帯域レーザーの用途を制限する。
【０００３】
公知のシステム（例えば、Robert L. Byerの米国特許第４，４５５，６５７号）は、モードビートノイズ効果を最小限にするためにＱＳパルスレーザーおよび単一縦モード動作を制御することの問題に取り組んでいる。これらの公知のシステムは、外部シードインジェクション(seed-injection)レーザーに基づいている。当該提案する技術の重要性は、この公知の技術との比較によって最も良好に説明される。
【０００４】
シードインジェクション技術は、単一縦モードレーザー（シードレーザー）の使用に基づいており、該レーザーは、固定した周波数で維持されており、かつ、デフォルトによって信号を作り出すためにランダムな自然放出を残すのとは対照的に、パルスビルドアップの間に初期誘導放出プロセスを支配するためにメインＱＳ発振器キャビティに注入される。この方法は良好に働くが、比較的面倒で高価であり、アライメントが微妙であり、労働の投入率が高い。さらに、電子制御フィードバックは、発振器キャビティの長さを安定化させること、およびシードレーザーの周波数を整合させることを必要とする。
【０００５】
これに対して、本明細書に記載した新規Ｑスイッチデバイスは、追加の外部フィードバックを必要とせず、通常のＱＳレーザーキャビティに顕著な複雑さを追加しない。その導入は、単一または近単一縦モード（ＳＬＭ）での動作によって狭帯域スペクトル放射を生成する通常のＱＳレーザーに顕著なコストを追加しない。本発明の設計および導入における適切な事前対策によって、単一縦（ＴＥＭ００）を有する経済的なＱＳレーザーを製造することができる。
【０００６】
発明の要旨
モード競合（高ゲインＱＳレーザーにおいて一般に起きる）によって生じる振幅ノイズの抑制に用いるために、新規Ｑスイッチデバイスは、飽和性吸収体と組み合わせて使用されるアクティブ変調器を有する。これは、スパイクを最小限にすることによって、増強された時間パルス安定性を提供し得る。この新規Ｑスイッチデバイスは、適切な設計特性を有するレーザー、すなわち、合計のゲインが、飽和性吸収体についての損失とアクティブ変調器の最大損失との合計よりも小さいレーザーに組み込まれてもよい。
【０００７】
本発明の他の特徴および利点は、図面と連係して以下の説明を考察した後に明らかになるであろう。
【０００８】
図面の簡単な説明
図１は、本発明に従って、直線状のキャビティ内に入ったＱスイッチデバイスを有する、ＱＳレーザーの１つの可能な実施例の概略図である。
【０００９】
図２Ａおよび２Ｂは、それぞれモードビートノイズの抑制のためのソフトスイッチングを用いない場合および用いた場合の、ゲイン、損失および得られるパルス出力対時間のグラフであり、典型的なＱＳレーザー発振器におけるＱスイッチパルスの形成を示す。
【００１０】
図３Ａは、レーザーの概略図であり、ゲインボリュームがどのようにしてレージングしきい値を横切る第１の縦モードによって効率的に抽出されないかを示す。周期的領域が存在する物理的状態は、空間ホールバーニングと呼ばれ、該領域では、レージングしきい値を横切る第１の縦モードω１によって初期にはより効率的である抽出のせいで、貯蔵されたエネルギーは最初に使い果たされている。非抽出ゲインを有する残りの領域の周期性は、初期ω１モードに対して、良好に規定された相関係すなわちコヒーレンスを有する強力な第２のモードω２を生じる。
【００１１】
図３Ｂは、相互にコヒーレントなモードω１およびω２の２つの信号振幅がどのようにして干渉し、モードビートノイズを生じるかを示す。
【００１２】
図４は、屈折率対波長のグラフであり、小さな信号および完全に飽和した伝播の２つの極端な場合について、飽和性吸収体材料における屈折率の小さな変化を示す。パラメータΔｎは、Δｎ＝ｎ０−ｎＳとして定義され、ｎ０は小さな信号の屈折率であり、ｎＳは飽和屈折率である。Δｎの相対値は、図面の明瞭化のために誇張してあり、Δｎ／ｎ０の代表値は、１Ｅ−４から１Ｅ−３までのオーダーである。
【００１３】
図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、ＱＳレーザーパルスの間の、当該新規Ｑスイッチデバイスにおける吸収飽和の種々の物理的様相を示す。図５Ａは、例として用いたＣｒ４＋：ＹＡＧ飽和性吸収体に付随するキャビティ内インテンシティに対する、屈折率と透過のグラフである。キャビティ内インテンシティは、ＱＳパルスの間の数オーダーの範囲にわたっており、ほぼＱＳパルス立上り時間に沿ったＩ〜ＩＳＡＴであると考えられる。図５Ｂは、飽和性吸収体の小さな反射の変化によるキャビティ内光路の変化がどのようにして図５Ｃに示すキャビティ基本モード周波数の変化を生じるかを概略的に示している。
【００１４】
図６は、本発明の新規Ｑスイッチデバイスを用いたレーザーにおける使用に適したゲイン媒体の可能な実施態様を概略図で示している。
【００１５】
詳細な説明
提案した当該デバイスの原理は、（ｉ）アクティブＱスイッチ（電気光学または音響光学変調器デバイス）に基づいており、これは、レージング（lasing）媒体内における高エネルギー貯蔵と高ゲインのために、変調損の高コントラストを提供するものであり、かつ（ii）飽和性吸収体に基づいており、これは、さらなる損失コントラストに寄与しかつレージングモードの初期信号ビルドアップを遅くし、レーザーキャビティのソフトスイッチングを効率的に提供する。レーザーが主としてＴＥＭ００をサポートするように設計されるならば、当該新規ＱＳデバイスのアクティブ部分が開くと、キャビティ基本横モードおよび単一縦モードの動作を促進するように、かつ、この初期モードがレーザー放出を支配するのを助けるように、飽和性吸収体の線形不飽和吸収によって初期キャビティゲインが十分に低く維持される。
【００１６】
さらに、（iii）当該デバイスは、吸収体の飽和の間に分散の小さな非線形挙動を利用し得、これは、適切な設計について、吸収体飽和のプロセスの間に周波数チャープを生じるであろう。この小さな非線形挙動は、飽和の間の吸収の比較的大きな変化に対して、屈折率の微小の変化を生じる。屈折率の微小な変化は、単一縦モード（ＳＬＭ）キャビティ共振周波数の微小な変化に転換される。
【００１７】
当該新規ＱＳデバイスは、定められた特定のＱＳレーザー用途のために設計されてもよい。飽和性吸収体がＱＳパルス形成における立上がり時間の最初の半分の間にＩＳＡＴの値の付近でキャビティ内インテンシティの変化を経験するというようにしてである。このことが起きるときに、吸収飽和の非線形性による屈折率の小さいダイナミックな変化は、キャビティ内モード周波数の小さいダイナミックな変化（即ち、周波数チャープ）に転換されるであろう。システムパラメータの適切な値、および提案する当該新規Ｑスイッチのためには、基本モードの周波数チャープは、レーザー発振器の自由スペクトル範囲の数倍であろう。パルスの開始の間のこのような周波数チャープは、モードビートノイズを大いに低減させ、最終的には緩和し得る。理論的には、当該デバイスは、単一縦モードがキャビティ内に存在することを可能にするであろうが、そのモードの単一周波数は、吸収体飽和の間に変化するであろう。この動作モードは、一部は、飽和の間に吸収体において起こる非線形分散効果（屈折率の変化）によって可能となる。これは、空間ホールバーニングのメカニズムを回避することによって、ゲイン媒体中に貯蔵されたエネルギーの抽出効率を増強し得る。
【００１８】
提案した本発明の実施態様は、音響光学アクティブ変調器と、当該新規Ｑスイッチデバイスの適用としてのＣｒ４＋：ＹＡＧ飽和性吸収体、およびレーザーゲイン媒体としての、ダイオードレーザーアレイによって励起されるＮｄ３＋：ＹＡＧ結晶との組合せであってもよい。
【００１９】
補足的な注意に留意することで、この新規Ｑスイッチデバイスを用いた場合に、最適の性能が確保されるであろう。例えば、飽和レベルは高くなり過ぎないように選択されるべきである。なぜなら、設計によって予想される基底状態吸収飽和に加えて、いくつかの場合に励起状態吸収のブリーチングが起こり得ることが示されているからである。このような観察は、Jie Song, Cheng Li, Nam Seong KimおよびKen-ichi Ueda, Applied Optics, Vol. 39, No. 27 (2000) によって報告されている。時間−ドメイン分析に関して、基底状態から直接的にポピュレートした(populated)励起状態についての緩和時間定数は、Ｃｒ４＋：ＹＡＧについて数マイクロ秒であることに留意しなければならない。しかし、第２の励起状態（励起状態からの吸収によって励起された）は、わずか数ナノ秒の寿命を有する。従って、この速い応答時間は、モードロッキングを支持し得た。ゲインスイッチングの間のモードビートとモードロッキングとの間の境界は、シャープなものではない。むしろ、それは連続的な遷移である。従って、飽和性吸収体におけるあまりにも大きなインテンシティは、レーザーをモードロックされたＱスイッチ動作へと押進めることによって、モードビートノイズをおそらく増強することもできた。従って、インテンシティの最適範囲が、最高の動作性能のために存在し、これは、特定のゲイン媒体と飽和性吸収体材料との相関関係である。
【００２０】
図１は、モードビートノイズの抑制のための当該新規Ｑスイッチデバイスを有するパルスレーザー発振器の一例のエレメントを示す。例示のパルスレーザーシステムは、線形発振器キャビティ設計に基づいており、高逆反射鏡１と、部分反射出力カプラ２と、増幅レーザー材料３と、アクティブＱスイッチ４（およびその電子ドライバ、図示せず）からなるソフトスイッチと、飽和性吸収体５とを有する。パルスレーザー出力６は、フーリエ変換制限パルス包絡線を有するスムーズなパルスからなる。
【００２１】
パルスレーザーにおける実際の正味のダイナミックゲインは、レーザー発振器におけるダイナミックゲインと損失との間の差異に起因する。図２Ａは、パルス出力を安定化するための追加の手段を用いない、典型的なＱスイッチレーザーにおけるＱスイッチパルスの形成を示す。図２Ｂは、本発明の提案した新規Ｑスイッチレーザーを用いた比較を示す。図２Ａでは、損失が突然にスイッチオフされ、そしてその効果は高ゲインによって増幅され、この単純化された時間ベースの説明で言えば、リンギング変調のタイプが生じる。図２Ｂでは、新規Ｑスイッチデバイスは、アクティブスイッチと並列に、飽和性損失の付加を介してプロセスを遅らせることによって、損失の並はずれたスイッチオフを最小限にする。この効果は、電子回路における動力転送のためのインピーダンスの最適な整合と比較し得る。本発明の利点は、図２Ａ、２Ｂにおいて明確にされるが、それは、スパイクノイズの低減、それゆえより高い品質のレーザーである。これは、外部の単一モードレーザーインジェクションのより複雑な「伝統的な」技術を使用することなく達成される。典型的なＱスイッチレーザーからのスパイクパルスが、本発明に従って作製されたＱスイッチレーザーによって生じるスムーズな時間パルスと比較されることに留意して頂きたい。
【００２２】
Ｑスイッチレーザーにおけるモードビートノイズの起源は、競合する定在波形成の高ゲイン有用性および増幅の結果であり、その光周波数は、ゲイン媒体における空間ホールバーニングによる自然選択の産物である。図３Ａは、レーザーにおける空間ホールバーニング、および２つの密接に間隔を置いたコヒーレントな周波数ω１およびω２が、どのようにして生じるのかを示す。当業者によって理解されるように、用語「空間ホールバーニング」は、第１のモードω１の効果を指し、この第１のモードは、ゲイン媒体の周期的領域において貯蔵されたエネルギーの全てを除去するとは限らない。第１に、周波数ω１は、自然放出から成長し、それ自体をキャビティにおける主要な縦モードとして確立する。次いで、第２のモードω２が成長し始め、その周波数は、媒体のスペクトル帯域幅の最大ゲイン内で、残りのゲインとの最も良好な空間の重なりによって規定される。これは、２つの密接に間隔を置いたコヒーレントな周波数がどのようにして生じるかである。
【００２３】
図３Ｂでは、密接に間隔を置いた周波数ω１およびω２を有する２つのコヒーレントな振幅が、干渉して結集したモードのインテンシティを生じ、これは、２つのコヒーレントなモードがどのようにして振幅の揺らぎ即ちノイズ（レーザー科学の分野では「モードビート」と呼ばれる）を生じるかを示す。モードの間隔がキャリアよりもずっと小さいので、光キャリアは実際、直接検出されておらず、包絡線のみが検出されていること、図は例示の明瞭化のために周波数の非現実的な比を示すことに留意されたい。
【００２４】
本発明によって利用され得、またレーザー科学の分野において大多数の人によって見過ごされていた微細な点は、吸収飽和ダイナミックスを伴う屈折率の小さな非線形性の存在である。図４は、（ｉ）ｎ０（λ）で標識した曲線で表される小さな信号伝播、および（ii）ｎＳ（λ）で標識した曲線で表される完全に飽和した伝播の２つの極端な場合について、飽和性吸収体材料における屈折率の小さな変化を示す。屈折率の相対変化Δｎ／ｎ０は、非常に小さく、典型的にはほぼ１Ｅ−４〜１Ｅ−３のオーダーであり、Δｎ＝ｎＳ−ｎ０、ここで、ｎ０は小さな信号伝播係数であり、ｎＳは飽和伝播係数であることに留意されたい。結果として、１〜１０ｍｍの厚さのデバイスは、ホールバーニング効果を緩和するに十分な光路の変化を生じ得、かつ、狭い周波数のスムーズに変化するチャープ（スムーズな時間パルス出力を生じる）を提供し得る。
【００２５】
当業者によって理解されるように、飽和性吸収体のパラメータ、ゲイン媒体およびレーザーキャビティのパラメータは、Ｑスイッチパルスの立上がり時間の間に飽和性吸収体の透過（適切な飽和）の最速変化を確保するように最も良好に選択される。これは、エネルギー抽出プロセスの最も効率的な部分の間に主要な単一モードのダイナミック周波数変化、それゆえスムーズなパルス出力を確保するであろう。これは、空間ホールバーニングを回避するに十分に広いモード周波数のスキャンを効率的に生じるであろう。
【００２６】
図５Ａ〜５Ｃに示す当該新規Ｑスイッチデバイスの動作では、説明が一緒になる。図５Ａは、新規Ｑスイッチがどのようにして作動するかを示す。アクティブ変調器（図示せず）が開くと、誘導放出が作り出され、キャビティ内インテンシティが指数関数的に増大する。キャビティ内インテンシティはゲイン媒体１７中の連続通過によって作り出されるので、飽和性吸収体１８に入射するインテンシティは、ＩＳＡＴ（Ｃｒ：ＹＡＧ）に近づき、透過はＴ０からＴＳＡＴに増大し、屈折率はｎ０からｎＳＡＴに減少する。ゲイン媒体１７におけるゲイン密度および飽和性吸収体１８の光学濃度（optical density）は、パルス立上がり時間について、飽和性吸収体における飽和の最大レートに対応するよう選択されるべきである。これは、光放射の併発する周波数チャープがゲイン抽出について臨界時間の間に起こり、それゆえ空間ホールバーニングを回避するであろうことを保証するであろう。
【００２７】
図５Ｂは、周波数チャープがどのようにして吸収体飽和から生じるかを示している。飽和の間、屈折率の小さな減少Δｎの結果として、飽和性吸収体の光路は短くなる（架空の短縮した飽和性吸収体１８’および１８”によって示されるように）。図５Ｃは、縦キャビティモードがどのようにして各パルスの間に低い空間周波数から高い空間周波数に断熱的にシフトする周波数を有するかを示す。多くのマイクロ機械加工用途について、これは重要ではない。このチャープしたＱスイッチパルスは、注目すべきはラマンパルス圧縮技術およびライダー用途において、多数の用途を有し得る。この実際の周波数チャープ（周波数の小さなシフト）は、パルスインテンシティが飽和性吸収体材料における飽和インテンシティの範囲にわたって変化するので、レーザーパルスの間にパラメータ的に起こる。
【００２８】
図６は、前記新規Ｑスイッチデバイスと組み合わせて使用するのに適しているであろうゲイン媒体の例を示す。それは、少なくとも１つの（研磨された）平坦な励起面を有する固体レーザー材料１１と、光励起放出源１２（これは、レーザーアレイ、レーザーバーまたは他の適切な光励起源であってもよい）と、励起ビーム光学系１３とを有する。光学系（optics）１３は、励起ビームがレーザー材料に入射する際に先細（convergent）になるようにその焦点を合わせ、かつ、適切な反射、回折および／または偏光光学系を用いてビーム１４を操作し、意図したレーザーモードの直径とほぼ等しい高さを有するゲイン媒体ボリューム１５を作り出す。焦点を合わされる光源も、励起面に垂直な吸収長さを有し、この吸収長さは、意図したレーザーモードの半径とほぼ等しい。
【００２９】
ゲイン媒体は、レーザー共振器内で励起されたレーザー材料である。ゲイン媒体は、レーザーの光学軸１６が励起された面の中央にて内部反射によって対称に折り返されるように、かつ、反射ビームと平坦な励起面との間の角度が１０度よりも大きく８０度よりも小さいように、レーザー共振器内に配置される。その結果、レーザービームはゲイン媒体を通って進行し、かつ折り返し角度は１６０度よりも小さいので、レーザービームは高ゲインの領域を通って進行する。ゲイン媒体における吸収長さおよび対称光学軸の折り返し角度は、伝播したキャビティ軸に沿って統合されたトランスバース（横）ゲイン分布がほぼ円形の対称性を持つように選択される。
【００３０】
このゲイン媒体デザインは、横励起デザインの簡単さを特徴とするが、励起モードとレーザーモードとの間に良好な重なりを生成する能力もまた有し、それによって、端面励起型(end-pumped)デザインに匹敵する励起ビーム／レーザービームの重なり効率を提供する。これらの特性と良好な励起特性との組合せ、即ち、安定したパワーおよび適切に狭い波長は、説明した新規Ｑスイッチデバイスの用途にとって非常に望ましいレーザーとなる。
【００３１】
別の利点を、ここで明記する必要がある。高ゲイン（１０フォールド（fold）よりも大きい、小さな信号のゲイン）は、短いパルスＱスイッチレーザー（＜２ｎｓｅｃ）のために必要とされる。高ゲインレーザーをホールドオフするために、使用される典型的な変調器は電気光学変調器（ＥＯＭｓ）である。ＥＯＭｓは必要なコントラストを提供するが、高電圧（ＨＶ）を必要とし、数キロヘルツに制限される。音響光学変調器（ＡＯＭｓ）は、より高い範囲の繰返し率周波数にわたることができるが、制限されたコントラスト（典型的には＜１０）を有する。当該新規Ｑスイッチデバイスの顕著な利点は、ＨＶなしに高ゲインをスイッチすることができ、かつ高繰返し率でそのように行うことができる変調器デバイスを製造する可能性をも提供することである。
【００３２】
このように本発明を開示し、その代表的な実施態様を記載したが、当業者はさらなる変形例および改変例を思いつくであろう、そして、このような変形例および改変例は、本明細書に添付した請求の範囲によって規定されるように、本発明の範囲内であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明に従い直線状のキャビティ内に入ったＱスイッチデバイスを有する、ＱＳレーザーの１つの可能な実施例の概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、それぞれモードビートノイズの抑制のためのソフトスイッチングを用いない場合の、ゲイン、損失および得られるパルス出力対時間のグラフであり、典型的なＱＳレーザー発振器におけるＱスイッチパルスの形成を示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、それぞれモードビートノイズの抑制のためのソフトスイッチングを用いた場合の、ゲイン、損失および得られるパルス出力対時間のグラフであり、典型的なＱＳレーザー発振器におけるＱスイッチパルスの形成を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、レーザーの概略図であり、ゲインボリュームがどのようにしてレージングしきい値を横切る第１の縦モードによって効率的に抽出されないかを示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、相互にコヒーレントなモードω１およびω２の２つの信号振幅がどのようにして干渉し、モードビートノイズを生じるかを示している。
【図４】図４は、屈折率対波長のグラフであり、小さな信号および完全に飽和した伝播の２つの極端な場合について、飽和性吸収体材料における屈折率の小さな変化を示している。
【図５】図５Ａは、ＱＳレーザーパルスの間の、当該新規Ｑスイッチデバイスにおける吸収飽和の物理的様相を示す。図５Ａは、例として用いたＣｒ４＋：ＹＡＧ飽和性吸収体に付随するキャビティ内インテンシティに対する、屈折率と透過のグラフである。  図５Ｂは、飽和性吸収体の小さな反射の変化によるキャビティ内光路の変化がどのようにして図５Ｃに示すキャビティ基本モード周波数の変化を生じるかを概略的に示す。  図５Ｃは、ＱＳレーザーパルスの間の新規Ｑスイッチデバイスにおける吸収飽和の物理的様相を示している。
【図６】図６は、本発明の新規Ｑスイッチデバイスを用いたレーザーにおける使用に適したゲイン媒体の可能な実施態様を概略的に示している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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2005500705.tif 000013
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2005500705.tif 000027
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005500705.tif 000028
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005500705.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月29日(2003.12.29)
【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】
Ｑスイッチ固体レーザーであって、
共振光学キャビティ内に入ったレーザー材料を有し、
Ｑスイッチデバイスを有し、該デバイスは、制御されたレートにて光損失を生じさせ得るアクティブ変調器と、該共振光学キャビティ内に入った飽和性吸収体とを有し、
パルス立上がり時間の間の該飽和性吸収体の屈折率の変化が、モードビートノイズを低減するのに十分な、基本モードの周波数チャープとなるように、該飽和性吸収体が選択されかつ配置されている、
前記Ｑスイッチ固体レーザー。
【請求項２】
アクティブ変調器が電気光学変調器である、請求項１に記載のＱスイッチデバイス。
【請求項３】
アクティブ変調器が音響光学変調器である、請求項１に記載のＱスイッチデバイス。
【請求項４】
飽和性吸収体がＣｒ４＋：ＹＡＧである、請求項１〜３のいずれかに記載のＱスイッチデバイス。
【請求項５】
アクティブ変調器が、飽和性吸収体から間隔を置いて配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載のＱスイッチデバイス。
【請求項６】
Ｑスイッチ固体レーザーであって、
共振光学キャビティ内に入ったレーザー材料を有し、
Ｑスイッチデバイスを有し、該デバイスは、制御されたレートにて光損失を生じさせ得るアクティブ変調器と、該共振光学キャビティ内に入った飽和性吸収体とを有し、該飽和性吸収体は、使用時にモードビートノイズを低減するよう選択されかつ配置されている、
前記Ｑスイッチ固体レーザー。
【請求項７】
焦点を合わせた光励起源によって、レーザー材料が、磨かれた平坦な側面において横励起され、該光励起源は、前記磨かれた面において、キャビティ内のレーザービームの意図したレーザーモード直径とほぼ等しいビーム高さを有し、
前記レーザー材料は、該焦点を合わせた光励起源に対して、意図したレーザーモードの半径とほぼ等しい吸収高さを有し、
前記焦点を合わせた光源は、該レーザー材料に入る際に先細の励起ビームを供給し、
共振キャビティ軸は、前記レーザー材料内で、内部反射によって折り返されており、折り返し角が、該励起された面の中心にて頂点を有し、かつ、２０度と１６０度との間の角度を有し、
前記横励起の幾何学的形状は、共振光学キャビティ軸に沿って統合されたトランスバースゲイン分布が、ほぼ円形のプロフィール対称性を有するような形状である、
請求項６に記載のレーザー。
【請求項８】
励起源をさらに有し、該励起源が、半導体レーザーアレイまたはレーザーバーである、請求項６または７に記載のレーザー。
【請求項９】
アクティブ変調器が電気光学変調器である、請求項７に記載のレーザー。
【請求項１０】
アクティブ変調器が音響光学変調器である、請求項６〜９のいずれかに記載のレーザー。
【請求項１１】
飽和性吸収体がＣｒ４＋：ＹＡＧである、請求項６〜１０のいずれかに記載のレーザー。
【請求項１２】
アクティブ変調器が飽和性吸収体から間隔を置いて配置されている、請求項６〜１１のいずれかに記載のレーザー。
【請求項１３】
基本モードの周波数チャープが、共振光学キャビティの自由スペクトル範囲の少なくとも数倍のオーダーである、請求項１〜５のいずれかに記載のレーザー。
【請求項１４】
パルス立上がり時間の間の飽和性吸収体の屈折率の変化に、該飽和性吸収体の長さを掛けたものが、基本モードの波長の少なくとも４分の１の値を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のレーザー。
【請求項１５】
Ｑスイッチ固体レーザーであって、
共振光学キャビティ内に入ったレーザー材料を有し、
Ｑスイッチデバイスを有し、該デバイスは、制御されたレートにて光損失を生じさせ得るアクティブ変調器と、該共振光学キャビティ内に入った飽和性吸収体とを有し、パルス立上がり時間の間の該飽和性吸収体の屈折率の変化が、該共振光学キャビティの自由スペクトル範囲の少なくとも数倍のオーダーの基本モードの周波数チャープとなるように、該飽和性吸収体が選択されかつ配置されている、
前記Ｑスイッチ固体レーザー。
【請求項１６】
Ｑスイッチ固体レーザーであって、
共振光学キャビティ内に入ったレーザー材料を有し、
Ｑスイッチデバイスを有し、該デバイスは、制御されたレートにて光損失を生じさせ得るアクティブ変調器と、該共振光学キャビティ内に入った飽和性吸収体とを有し、パルス立上がり時間の間の該飽和性吸収体の屈折率の変化に、該飽和性吸収体の長さを掛けたものが、基本モードの波長の少なくとも４分の１の値を有するように、該飽和性吸収体が選択されかつ配置されている、
前記Ｑスイッチ固体レーザー。
【国際調査報告】
2005500705.tif 000030
2005500705.tif 000031
2005500705.tif 000032