【手続補正書】
【提出日】平成27年4月3日(2015.4.3)
【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】
レーザ装置であって、
共振器長を有するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器内に位置する少なくとも１つの面放出複層半導体利得構造であって、前記少なくとも１つの利得構造および任意の他の利得構造は、スペーサ層によって離間された複数の活性層を含み、前記活性層の材料の励起状態寿命特性を有する、利得構造と、
前記利得構造にエネルギーを与え、それによって、前記利得構造の前記活性層の基本波長特性を有する放射を前記レーザ共振器内で循環させるための手段と、
前記レーザ共振器内に位置するモード同期手段であって、前記モード同期手段は、前記共振器長によって決定された所定のパルス繰り返し周波数において、モード同期パルスのシーケンスとして、前記循環放射を循環させる、モード同期手段と、
前記レーザ共振器内における前記循環放射の各往復の間、前記循環放射に、少なくとも４回の利得構造入射をもたらさせるための光学配列であって、利得構造入射間の所定の時間が前記利得構造の励起状態寿命の２倍未満である、光学配列と
を備える、装置。
【請求項２】
前記共振器長は、前記パルス繰り返し周波数が約５０メガヘルツ〜１５０メガヘルツであるように選択され、前記少なくとも１つの利得構造および任意の他の利得構造の前記励起状態寿命は、約１０ナノ秒未満である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
１つのみの面放出複層半導体利得構造が、前記レーザ共振器内に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
複数の面放出複層半導体利得構造が、前記レーザ共振器内に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記利得構造にエネルギーを与えるための手段は、光ポンプ放射の源である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ポンプ放射は、前記レーザ共振器内で循環する前記モード同期レーザ放射のパルス繰り返し周波数と同一のパルス繰り返し周波数において、繰り返しパルス放射される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記モード同期手段は、可飽和吸収ミラーである、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記レーザ共振器は、定常波レーザ共振器であり、第１および第２のミラーによって終端され、前記可飽和吸収ミラーは、前記第１のミラーである、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第２のミラーは、前記レーザ共振器の出力結合ミラーである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
利得構造入射間の前記時間は、およそ前記利得構造の励起状態寿命以下である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
モード同期外部共振器型光ポンプ半導体レーザであって、
共振器長を有するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器内に位置する面放出複層半導体利得構造であって、前記利得構造は、スペーサ層によって離間された複数の活性層を含み、前記活性層の材料の励起状態寿命特性を有する、利得構造と、
前記利得構造に光学的に作用し、それによって、前記利得構造の前記活性層の基本波長特性を有する放射を前記レーザ共振器内で循環させるための手段と、
前記レーザ共振器内に位置するモード同期手段であって、前記モード手段は、所定のパルス繰り返し周波数において、モード同期パルスのシーケンスとして、前記循環放射を循環させ、前記共振器長は、前記パルス繰り返し周波数が約５０メガヘルツ〜約１５０メガヘルツであるように選択されている、手段と、
前記レーザ共振器内における前記循環放射の各往復の間、前記循環放射に、前記利得構造に対する少なくとも４回の入射をもたらさせるための光学配列と
を備える、レーザ。
【請求項１２】
前記モード同期手段は、可飽和吸収ミラーである、請求項１１に記載のレーザ。
【請求項１３】
前記レーザ共振器は、定常波レーザ共振器であり、第１および第２のミラーによって終端され、前記可飽和吸収ミラーは、前記第１のミラーである、請求項１２に記載のレーザ。
【請求項１４】
前記第２のミラーは、前記レーザ共振器の出力結合ミラーである、請求項１３に記載のレーザ。
【請求項１５】
前記循環放射に、前記利得構造に対する少なくとも４回の入射をもたらさせるための前記光学配列は、連続する入射間の時間が、ほぼ同一であるように構成されている、請求項１１に記載のレーザ。
【請求項１６】
前記連続する入射間の時間は、約１０ナノ秒未満である、請求項１５に記載のレーザ。
【請求項１７】
モード同期外部共振器型光ポンプ半導体レーザであって、
共振器長を有するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器内に位置する複数の面放出複層半導体利得構造であって、前記利得構造のそれぞれは、スペーサ層によって離間された複数の活性層を含み、前記活性層の材料の励起状態寿命特性を有する、利得構造と、
前記利得構造に光学的に作用し、それによって、前記利得構造の前記活性層の基本波長特性を有する放射を前記レーザ共振器内で循環させるための手段と、
前記レーザ共振器内に位置するモード同期手段であって、前記モード同期手段は、所定のパルス繰り返し周波数において、モード同期パルスのシーケンスとして、前記循環放射を循環させ、前記共振器長は、前記パルス繰り返し周波数が約５０メガヘルツ〜約１５０メガヘルツであるように選択されている、手段と、
前記レーザ共振器内における前記循環放射の各往復の間、前記循環放射に、前記利得構造のそれぞれに対する少なくとも４回の入射をもたらさせるための光学配列と
を備える、レーザ。
【請求項１８】
前記モード同期手段は、可飽和吸収ミラーである、請求項１７に記載のレーザ。
【請求項１９】
前記レーザ共振器は、定常波レーザ共振器であり、第１および第２のミラーによって終端され、前記可飽和吸収ミラーは、前記第１のミラーである、請求項１８に記載のレーザ。
【請求項２０】
前記循環放射に、前記利得構造のそれぞれに対する少なくとも４回の入射をもたらせるための前記光学配列は、連続する入射間の時間が、ほぼ同一であるように構成されている、請求項１７に記載のレーザ。
【請求項２１】
前記パルスは、約２００フェムト秒以下の持続時間を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記パルスは、約２００フェムト秒以下の持続時間を有する、請求項１１に記載のレーザ。
【請求項２３】
前記パルスは、約２００フェムト秒以下の持続時間を有する、請求項１７に記載のレーザ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本配列は、本発明の装置によって出力されるモード同期パルスのＰＲＦが、先行技術の固体モード同期レーザのものと匹敵するように選択され得ることを提供すると同時に、循環パルスが、励起状態寿命の２倍未満の入射間の周期で、１つ以上の利得構造に複数回の入射をもたらし、それによって、パルスエネルギーの共振蓄積を可能にし得ることを提供する。本発明の好ましい実施形態では、共振器長は、パルス繰り返し周波数が約５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚであって、共振器内において、往復あたり少なくとも４回の利得構造入射が存在するように選択される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
レーザ装置であって、
共振器長を有するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器内に位置する少なくとも１つの面放出複層半導体利得構造であって、前記少なくとも１つの利得構造および任意の他の利得構造は、スペーサ層によって離間された複数の活性層を含み、前記活性層の材料の励起状態寿命特性を有する、利得構造と、
前記利得構造にエネルギーを与え、それによって、前記利得構造の前記活性層の基本波長特性を有する放射を前記レーザ共振器内で循環させるための手段と、
前記レーザ共振器内に位置するモード同期手段であって、前記モード同期手段は、前記共振器長によって決定された所定のパルス繰り返し周波数において、モード同期パルスのシーケンスとして、前記循環放射を循環させる、モード同期手段と、
前記レーザ共振器内における前記循環放射の各往復の間、前記循環放射に、所定の複数回の利得構造入射をもたらさせるための光学配列であって、利得構造入射間の所定の時間が前記利得構造の励起状態寿命の２倍未満である、光学配列と
を備える、装置。
（項目２）
前記共振器長は、前記パルス繰り返し周波数が約５０メガヘルツ〜１５０メガヘルツであるように選択され、前記少なくとも１つの利得構造および任意の他の利得構造の前記励起状態寿命は、約１０ナノ秒未満である、項目１に記載の装置。
（項目３）
往復あたり、少なくとも４回の利得構造入射が存在する、項目１に記載の装置。
（項目４）
１つのみの面放出複層半導体利得構造が、前記レーザ共振器内に位置する、項目３に記載の装置。
（項目５）
複数の面放出複層半導体利得構造が、前記レーザ共振器内に位置する、項目３に記載の装置。
（項目６）
前記利得構造にエネルギーを与えるための手段は、光ポンプ放射の源である、項目１に記載の装置。
（項目７）
前記ポンプ放射は、前記レーザ共振器内で循環する前記モード同期レーザ放射のパルス繰り返し周波数と同一のパルス繰り返し周波数において、繰り返しパルス放射される、項目６に記載の装置。
（項目８）
前記モード同期手段は、可飽和吸収ミラーである、項目１に記載の装置。
（項目９）
前記レーザ共振器は、定常波レーザ共振器であり、第１および第２のミラーによって終端され、前記可飽和吸収ミラーは、前記第１のミラーである、項目８に記載の装置。
（項目１０）
前記第２のミラーは、前記レーザ共振器の出力結合ミラーである、項目９に記載の装置。
（項目１１）
利得構造入射間の前記時間は、およそ前記利得構造の励起状態寿命以下である、項目１に記載の装置。
（項目１２）
モード同期外部共振器型光ポンプ半導体レーザであって、
共振器長を有するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器内に位置する面放出複層半導体利得構造であって、前記利得構造は、スペーサ層によって離間された複数の活性層を含み、前記活性層の材料の励起状態寿命特性を有する、利得構造と、
前記利得構造に光学的に作用し、それによって、前記利得構造の前記活性層の基本波長特性を有する放射を前記レーザ共振器内で循環させるための手段と、
前記レーザ共振器内に位置するモード同期手段であって、前記モード手段は、所定のパルス繰り返し周波数において、モード同期パルスのシーケンスとして、前記循環放射を循環させ、前記共振器長は、前記パルス繰り返し周波数が約１５０メガヘルツ〜約８０メガヘルツであるように選択されている、手段と、
前記レーザ共振器内における前記循環放射の各往復の間、前記循環放射に、前記利得構造に対する少なくとも４回の入射をもたらさせるための光学配列と
を備える、レーザ。
（項目１３）
前記モード同期手段は、可飽和吸収ミラーである、項目１２に記載のレーザ。
（項目１４）
前記レーザ共振器は、定常波レーザ共振器であり、第１および第２のミラーによって終端され、前記可飽和吸収ミラーは、前記第１のミラーである、項目１３に記載のレーザ。
（項目１５）
前記第２のミラーは、前記レーザ共振器の出力結合ミラーである、項目１４に記載のレーザ。
（項目１６）
前記循環放射に、前記利得構造に対する少なくとも４回の入射をもたらさせるための前記光学配列は、連続する入射間の時間が、ほぼ同一であるように構成されている、項目１２に記載のレーザ。
（項目１７）
前記連続する入射間の時間は、約１０ナノ秒未満である、項目１６に記載のレーザ。
（項目１８）
モード同期外部共振器型光ポンプ半導体レーザであって、
共振器長を有するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器内に位置する複数の面放出複層半導体利得構造であって、前記利得構造のそれぞれは、スペーサ層によって離間された複数の活性層を含み、前記活性層の材料の励起状態寿命特性を有する、利得構造と、
前記利得構造に光学的に作用し、それによって、前記利得構造の前記活性層の基本波長特性を有する放射を前記レーザ共振器内で循環させるための手段と、
前記レーザ共振器内に位置するモード同期手段であって、前記モード同期手段は、所定のパルス繰り返し周波数において、モード同期パルスのシーケンスとして、前記循環放射を循環させ、前記共振器長は、前記パルス繰り返し周波数が約１５０メガヘルツ〜約８０メガヘルツであるように選択されている、手段と、
前記レーザ共振器内における前記循環放射の各往復の間、前記循環放射に、前記利得構造のそれぞれに対する少なくとも４回の入射をもたらさせるための光学配列と、
を備える、レーザ。
（項目１９）
前記モード同期手段は、可飽和吸収ミラーである、項目１８に記載のレーザ。
（項目２０）
前記レーザ共振器は、定常波レーザ共振器であり、第１および第２のミラーによって終端され、前記可飽和吸収ミラーは、前記第１のミラーである、項目１９に記載の装置。
（項目２１）
前記循環放射に、前記利得構造のそれぞれに対する少なくとも４回の入射をもたらせるための前記光学配列は、連続する入射間の時間が、ほぼ同一であるように構成されている、項目１８に記載の装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する、付随の図面は、本発明の好ましい実施形態を図式的に図示し、上記に与えられた一般的説明および下記に与えられる好ましい実施形態の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図１】図１は、本発明による、モード同期ＯＰＳレーザの一つの好ましい実施形態を図式的に図示し、これは、出力ＰＲＦ約８０ＭＨｚを提供するように選択された総長を有する共振器と、光ポンプＯＰＳ利得構造を含む利得モジュールとを含み、共振器内を循環する放射が、共振器内の各往復の間、利得構造に８回の入射をもたらすように構成され、連続する入射間の時間は、ＯＰＳ利得構造の励起状態寿命の２倍未満である。
【図２】図２は、本発明による、モード同期ＯＰＳレーザの別の好ましい実施形態を図式的に図示し、これは、図１のレーザに類似するが、ＯＰＳ利得構造の同期パルス光ポンプのための配列をさらに含む。
【図３】図３は、本発明による、モード同期ＯＰＳレーザの実施例における、ＯＰＳ構造への種々の入射回数に対するモード同期周波数の関数として、平均モード同期出力電力と基礎ＣＷ電力との計算比を図式的に図示するグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、図３の実施例における、８０ＭＨｚのモード同期周波数でのＯＰＳ構造への入射回数の関数として、計算されたモード同期出力電力を図式的に図示するグラフである。
【図４】図４は、本発明による、モード同期ＯＰＳレーザのさらに別の好ましい実施形態を図式的に図示し、これは、図１のレーザに類似するが、共振器内に２つのＯＰＳ構造が存在し、共振器内を循環する放射は、共振器内の各往復の間、各利得構造に４回の入射をもたらす。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
ビームは、次いで、ミラー２８Ａから反射され、第３の入射をＯＰＳチップの利得構造にもたらす。ミラー構造２０は、第３の入射ビームをミラー２８Ｂ上へ反射させ、そこから、第３の入射ビームは、再び、再帰反射器３０のミラー３０Ｂ上へ反射される。ミラー３０Ｂは、ビームをミラー３０Ａ上へ反射させ、ミラー３０Ａは、ビームをミラー２８Ｂ上へ逆反射させる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
出力結合パーセンテージ（共振器１１内では、ミラー１４の透過パーセンテージである）は、計算された各入射回数に対して最適化された。入射回数は、各対応する曲線上に示される。点線曲線は、共振器内の往復あたり、ＯＰＳチップ上に１回のみの入射が存在するように、ＯＰＳチップのミラー構造によって終端された、先行技術のＯＰＳレーザ共振器に対して得られる、計算された性能を示す。図３のグラフ内に差し込まれた表１は、各入射回数に対して、計算された最適出力結合パーセンテージおよび実際の計算されたＣＷ電力を提供する。ここでは、先行技術のモード同期レーザの典型的な８０ＭＨｚＰＲＦでは、往復あたり１回のみの入射を伴うモード同期平均電力は、利用可能なＣＷ電力の３５％未満であることに留意されたい。ＯＰＳ構造のミラー構造によって折り畳まれた先行技術のＯＰＳレーザ共振器内で達成され得るような、往復あたりＯＰＳチップ上への２回の入射では、モード同期ＯＰＳ電力は、利用可能なＣＷ電力のわずか約５４％まで上昇する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
パルス持続時間に関して、約２００フェムト秒（ｆｓ）以下のパルス持続時間が、本発明による装置内で取得することができると考えられる。前述の共振器内のフォールドミラーのいずれも、ＯＰＳ構造内で生じ得る、いかなるパルス持続時間延長正分散も補償するために、負分散（ＮＧＤＤミラー）を提供するミラーでコーティングされることができる。また、ＯＰＳチップまたはＳＥＳＡＭ１２の層厚の好適な配列によって、ＯＰＳチップまたはＳＥＳＡＭ１２内に分散補償を設計することも可能である。ＮＧＤＤミラー設計の原理は、米国特許第６，０８１，３７９号および第６，１５４，３１８号に詳細に説明され、それぞれ、本発明の譲受人に譲渡されており、その全部の開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる。説明された原理に従って、ＮＧＧＤミラーコーティングを自動的に設計可能にするソフトウェアは、光学薄膜設計ソフトウェアの２社以上の供給者から市販されている。さらに、ＮＧＤＤミラーコーティングは、光学コーティングの２社以上の供給者から市販されている。