(57)【要約】  本発明は：基本波長レーザビーム（13）を生成することの可能な増幅媒質（1、7）と；高調波長レーザビーム（14）を生成するべく基本波長レーザビームの周波数を二逓倍するための非線形複屈折媒質（3、20、20）と；基本波長レーザビームの偏光を選択するための偏光媒質（1b、5、6、2、8、9、16、20）（この偏光媒質は、その出力における基本波がその入力における基本波に平行なまゝにとどまるようになっている）；とを備えたレーザ・デバイスに関する。本発明によれば、偏光媒質（1b、5、6、2、8、9、16、20）は、この偏光媒質から出力する基本波に垂直な出力面（2b）を備えている。増幅媒質と非線形複屈折媒質と偏光媒質とは、１つのモノリシック共振キャビティーを構成するべく互いに一体化されている。【選択図】  図１
2008536322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−基本波長レーザビーム（13）を生成することの可能な増幅媒質（1、7）と；
−高調波長レーザビーム（14）を生成するべく基本波長レーザビームの周波数を二逓倍するための、平行面を有する、非線形複屈折媒質（3、20、20）と；
−基本波長レーザビームの偏光を選択するための偏光媒質（1b、5、6、2、8、9、16、20）（この偏光媒質は、その出力における基本波がその入力における基本波に平行なまゝにとどまるようになっている）；
とを備えたレーザ・デバイスであって：
前記偏光媒質（1b、5、6、2、8、9、16、20）は、この偏光媒質から出る基本波に垂直な出力面（2b）を備え；増幅媒質と非線形複屈折媒質と偏光媒質とは１つのモノリシック共振キャビティーを構成するべく互いに一体化されていることを特徴とするレーザ・デバイス。
【請求項２】
前記非線形複屈折媒質はタイプＩの非線形結晶を有することを特徴とする請求項１に基づくデバイス。
【請求項３】
前記非線形複屈折媒質は、前記偏光媒質によって選択された偏光に対して複屈折軸がゼロでないモジュロπ／２ラジアンの角度をなすようになったタイプＩの非線形結晶で構成されており、もって、このデバイスがリオ・フィルターを構成することを特徴とする請求項１又は２に基づくデバイス。
【請求項４】
１つの複屈折結晶が、当該複屈折結晶の複屈折軸が前記非線形結晶の軸に平行にとどまるように前記非線形結晶に接合されていることを特徴とする請求項３に基づくデバイス。
【請求項５】
前記非線形複屈折媒質は、複屈折軸の１つが前記偏光媒質によって選択された偏光に対して平行になるようになったタイプＩの非線形結晶で構成されており；１つの複屈折結晶が、当該複屈折結晶の複屈折軸が前記偏光媒質によって選択された偏光に対してゼロでないモジュロπ／２ラジアンの角度をなすように、前記非線形結晶に接合されていて、もって、このデバイスがリオ・フィルターを構成しており；選択された前記偏光は基本波と高調波との間の位相の同調に適した偏光であることを特徴とする請求項１又は２に基づくデバイス。
【請求項６】
このデバイスは、フリー・スペクトル・バンド（FSB）が高調波長レーザビームの放出幅の０.５倍〜３倍であるようなリオ・フィルターを構成することを特徴とする請求項５に基づくデバイス。
【請求項７】
複屈折軸と選択された偏光との間の角度は実質的にπ／４ラジアンに等しいことを特徴とする請求項３から６のいづれかに基づくデバイス。
【請求項８】
前記複屈折結晶（19）はバナジン酸塩YVO4で構成されていることを特徴とする請求項４から７のいづれかに基づくデバイス。
【請求項９】
前記非線形結晶（3、18）はニオブ酸カリウム（KNbO3）で構成されていることを特徴とする請求項３から８のいづれかに基づくデバイス。
【請求項１０】
前記非線形結晶（18）は硼酸リチウムLBOで構成されていることを特徴とする請求項３から８のいづれかに基づくデバイス。
【請求項１１】
前記増幅媒質と偏光媒質と非線形複屈折媒質とは線形に接合されており；各媒質は互いに平行で他の媒質の他の面に平行な入力面および出力面を有し；これらの面は高調波長レーザビームの出力方向に直交することを特徴とする前記請求項のいづれかに基づくデバイス。
【請求項１２】
前記偏光媒質は、中間媒質（5、6、16）を従えた一次素子（1b、8）と、この一次素子の屈折率と実質的に同一の屈折率を有する二次素子（2、9）を有し、この一次素子の出力面と二次素子の入力面は平行であると共に基本波長についてのブリュースター角に沿ってカットされていることを特徴とする前記請求項のいづれかに基づくデバイス。
【請求項１３】
前記中間媒質は空気（5）で構成されていることを特徴とする請求項１２に基づくデバイス。
【請求項１４】
前記一次素子は動的接着剤（4、10）により二次素子に固定されていることを特徴とする請求項１３に基づくデバイス。
【請求項１５】
前記中間媒質はシリカ（6、16）で構成されていることを特徴とする請求項１２に基づくデバイス。
【請求項１６】
前記偏光媒質が増幅媒質と非線形複屈折媒質との間に配置されているので、前記一次素子は増幅媒質（1、1b）で構成されていることを特徴とする請求項１２から１５のいづれかに基づくデバイス。
【請求項１７】
前記増幅媒質はネオジムNdでドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネットYAG（1）で構成され；前記二次素子はドープされていないイットリウム・アルミニウム・ガーネットYAG（2）で構成されていることを特徴とする請求項１６に基づくデバイス。
【請求項１８】
前記一次素子および二次素子はドープされていないイットリウム・アルミニウム・ガーネットYAG（8、9）で構成されていることを特徴とする請求項１２から１５のいづれかに基づくデバイス。
【請求項１９】
前記一次素子および二次素子はシリカで構成されており、前記中間媒質はドープされていないイットリウム・アルミニウム・ガーネットYAGであることを特徴とする請求項２０から２１のいづれかに基づくデバイス。
【請求項２０】
前記偏光媒質は基本波長レーザビームの２つの偏光の間の“ウォーク・オフ”効果を呈するべくオフ軸でカットされた複屈折結晶（20）で構成され；共振キャビティーは平凹レンズによって閉鎖されていることを特徴とする請求項１から１０のいづれかに基づくデバイス。
【請求項２１】
前記請求項のいづれかに基づく固体レーザ・デバイスからなるポンピング手段（11）を備えたレーザ装置であって、前記ポンピング手段によって放出されたレーザビームは固体レーザ・デバイスの前記増幅媒質の入力面に対して直交する方向に沿って伝播することを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ・ダイオードによってポンピングされるモノリシック固体レーザ・デバイスに係り、より詳しくは、イントラキャビティー二逓倍（intracavity doubled）された単モード固体レーザに関する。本発明は、また、斯るデバイス内で使用される方法に関する。
本発明は青色又は緑色レーザ・ルミネセンスの生成の分野に特に（但し、非限定的に）有用な用途を有する。
【背景技術】
【０００２】
マルチモード・ダイオードを用いて、例えば473ｎｍの可視光における空間的かつスペクトル的に良好な品質のビームをレーザ放出することは、産業上、特に医療上の用途にとって非常に有意義である。高調波と呼ばれるこの波長は、ネオジムでドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Nd:YAG）からの946ｎｍの波長（基本波長と呼ばれる）のレーザ放出を周波数において二逓倍することにより得ることができる。
【０００３】
一般に、イントラキャビティー二逓倍されるレーザは、946ｎｍにおける増幅器を形成する固体レーザ（例えばNd:YAG）をポンピングするためのレーザ・ダイオードを備えている。二逓倍を行うためには、増幅器に非線形結晶を接続して、近赤外の基本信号を周波数二逓倍により可視信号に変換する（“周波数二逓倍”は、また、第２高調波生成（second harmonic generation）SHGとも呼ばれる）。こうして、基本波長を２で割ったものに等しい高調波長が得られる。増幅器と非線形結晶は１つのキャビティー内に収容されており、レーザビームの進路上で互いに対向するこのキャビティーの２つの両端表面はある種の波長に対して反射性である。
【０００４】
しかしながら、連続放出が望ましい場合には、基本波放出のパワーはレーザ・ダイオードのパワーよりも小さく、従って、周波数の二逓倍は非常に非効率である。
【０００５】
米国特許4,809,291（発明の名称「ダイオードでポンピングされるレーザおよび青色光を得るための二逓倍」）が知られており、その中でR. L. ByerとT. Y. Fanは、946ｎｍの基本波長のパワーを増大し、もって二逓倍の効率を向上させるために、イントラキャビティー二逓倍を提案している。
【０００６】
1988年発行のオプチックス・レター誌（13巻、137-139頁）の“イントラキャビティー二逓倍される946ｎｍNd:YAGレーザからの効率的青色発光”と題する記事において、Dixon等はイントラキャビティー二逓倍されるNd:YAGをベースとするマイクロレーザによる青色（473ｎｍ）の５mWの放出を提示している。Ndの濃度は１.１原子%である。二逓倍の効率は２％でしかない。
【０００７】
これらのイントラキャビティー二逓倍されるレーザの主な問題点は、軸方向モードおよびノイズ偏光が存在することであり、これらはレーザの効率を低下させると共に強い出力変動の原因となる。例えば、Matthews等は、記事“青色（473ｎｍ）Nd:YAG/KNbO3マイクロチップ・レーザにおけるダイオードポンピング”（CLEO’96、9巻、174頁）において、10％より大きな強度変動を伴いながら26.5mWの青色を生成している。
【０００８】
より正確には、イントラキャビティー周波数二逓倍は選択的な損失を惹起し、この損失は主レーザ放出のポンピングパワーと共に増大する。二逓倍の効率が増加する場合には、過剰な損失を補償するためキャビティーの平均反転分布を増加させなければならない。しかしながら、これは隣接モードおよび直交偏光放出がレーザ放出を開始するのを許容する。隣接モードについては、この効果は、隣接モードがレーザ放出するのを既に許容する“空間的ホール燃焼”の効果に追加される。
【０００９】
キャビティー内でレーザ放出する異なる複数のモードは、増幅用媒質内で結合される（ゲイン競合）と共に、周波数二逓倍媒質内で結合される（周波数追加）。これらの結合は非線形であって、複雑な非線形動力学に関係する。後者は強度の（即ち、無秩序の）出力変動を招く。
【００１０】
周波数二逓倍が“タイプＩ”のものである場合には、直交偏光モードは効果的な周波数二逓倍を受けることがない（基本波と高調波との間の位相の適合の欠如）。これらのモードはポンピング出力と共に増大しながら反転分布を安定化させる。これらは転換効率を低下させる（転換効率を大きくするには反転分布の増加を必要とする）。“空間的ホール燃焼”効果だけが、転換効率を僅かに大きくすることを可能にする。
【００１１】
レーザをモノモードにするための、或いは非線形結晶内で複数のモードをアンカップルするための、複数の方法が提供されている。それらは以下の３つのカテゴリに分類することができる：
ａ）第１の方法は、キャビティー内に楔を導入することである。この方法は、特にY.下地氏の米国特許5,838,713に開示されており、幾つかの問題を提起している。即ち、楔は、それがYAGの面および二逓倍用結晶の面によって形成されていない限り、キャビティー内に損失を生じさせる。YAGの面と二逓倍用結晶の面とによって楔を形成する場合には、工業的に達成しかつ安定化するのが困難な非常に高い位置決め精度（サブミクロン）を必要とする。この問題を解決する一方法は、接触面の一部にわたって角度を設けながら増幅用媒質を二逓倍用結晶に光学的に接触させることである。この角度は２つの材料の間に小さな空気スペースを生じさせる。この方法は接触、ひいてはモノリシック・レーザの一体性を弱化させると共に、接着剤による界面の保護を不可能にする。
【００１２】
ｂ）第２カテゴリーの方法は基本波の偏光に関連する。増幅用媒質は“空間的ホール燃焼”効果を回避するべく２枚の四分の一波長プレートの間に挿入することができる（特にHollemann等の「周波数安定化された、ダイオードポンピングされる、473ｎｍおよび237ｎｍの高調波をもった、946ｎｍのNd:YAGレーザ（Opt. Lett., 192頁, 1994年2月）」参照）。この方法の難点はキャビティー内に損失が導入されることである。
【００１３】
タイプＩの二逓倍とは、基本波長レーザ光が結晶の複数の光軸のうちのいづれか１つ（一般に、低速軸）の上を伝播し、高調波レーザ光が前記光軸に直交する結晶の他の光軸上を伝播するような実施態様を意味する。タイプＩの二逓倍は、基本波長に対する光軸の屈折率が高調波長に対する他の光軸の屈折率に等しくなるように結晶をカットすることができる場合に起こる。これはKNbO3の場合である。
【００１４】
タイプＩＩの二逓倍とは、基本波長レーザ光が２つの軸上の存在し、かつ、基本波長レーザの偏光がこれらの光軸に対して４５°を成す時に転換係数が最適化されるような実施態様を意味する。
【００１５】
ｃ）第３の方法はキャビティーの長さを低減することからなる。この方法はA. Mooradianによって1993年10月の米国特許5,256,164で提案されている。946ｎｍでの放出の１ｎｍのスペクトル線幅（1.064μｍでのスペクトル線の0.6ｎｍに相当）に対して、Mooradianの式は、YAGおよびKNbO3を通じて、300μｍより小さなキャビティー長さを必要とする。従来刊行され又は特許されているマイクロチップ中のNd濃度は、１.１原子%を超えない。これは808.4ｎｍにおける0.85ｍｍ−１の減衰に対応する（即ち、厚さ100μｍあたりポンプ出力8.1％が吸収され、かつ、200μｍあたりポンプ出力15.6％が吸収される）。他方、KNbO3の100又は200ｎｍは充分な変換効率をもたらさない。従って、Mooradianの不均等によるマイクロチップ・レーザは、レーザダイオードのポンプ出力１mWでもって、数mW以上の青色を放出できないように見受けられる。
【００１６】
平凹レンズと組み合わせたウォークオフの使用を記載した文献“オフ軸方向カットNd:YVO4を備えた、低ノイズ、ダイオードポンピング、イントラキャビティ二逓倍レーザ”（Opt. Lett. 19, p. 1624、K.鈴木外）が知られている。斯るデバイスは高い信頼性を提供するものではない。
【００１７】
更に、イントラキャビティ二逓倍されたレーザを単一周波数にするためにT. Y. FANによって提案された効果的な方法“単一・アキシャルモード、イントラキャビティ二逓倍されたNd:YAGレーザ”（IEEE Journal of Quantum Electronics, 27巻, 09.9.1991）が知られている。この方法では、増幅用媒質（Nd:YAG）は空気に対するブリュースター（Brewster）角でカットされている。複屈折性の非線形結晶は基本波長によって45°で攻撃される（タイプＩＩの二逓倍）。２つのブリュースター角は直交偏光に対して大きな損失を生じさせ、それがレーザ放出するのを阻害する。それらは、また、複屈折結晶によって偏光が回転せられたあらゆる波長に対して損失を生じさせる。波長に応じたこの損失変調はレーザをモノモードにすることができる。しかしながら、基本周波数の信号は原則として非線形結晶のいづれか１つの光軸上にあるので、この方法はタイプＩの二逓倍には適用されない。他方、二重屈折に因り、ブリュースター角でカットされた増幅用結晶を非線形結晶に接合することができない。即ち、二重屈折は、キャビティーの外面によって反射されたビームは増幅器内に戻った時に再結合することがないという位相効果をもたらす。最後に、FANによって提案された構成の大きな難点は、モードジャンプとその後の出力不安定を回避するために、数百ナノメータよりも高い精度でキャビティー合計長を維持することにある。即ち、キャビティー長をλ／４（即ち、約250ｎｍ）増加（或いは減少）させれば、モノモード作動はバイ（双）モード作動に変わる。長さを更にλ／４増加させれば、隣接モード上でモノモード作動に戻すことができる。
【発明の開示】
【００１８】
本発明は、サイズがコンパクトで、大きな作動安定性を呈し、タイプＩおよびタイプＩＩの周波数二逓倍を可能にするような、イントラキャビティー二逓倍された固体レーザを提供することにより、前述した難点の大部分を解消することを目的とするものである。本発明の他の目的は、モノモードで作動することの可能な、同調可能な固体レーザを提供することである。本発明は、更に、ポンピング用レーザダイオードの出力レベルが如何様であろうともパワフルな固体レーザを目的とするものである。本発明は、更に、高い信頼性を有する固体レーザを目的とするものである。
【００１９】
前記目的の少なくとも１つは、
−基本波長レーザビームを生成することの可能な増幅媒質と；
−高調波長レーザビームを生成するべく基本波長レーザビームの周波数を二逓倍するための、平行面を有する、非線形複屈折媒質と；
−基本波長レーザビームの偏光を選択するための偏光媒質（この偏光媒質は、その出力における基本波がその入力における基本波に平行なまゝにとどまるようになっている）；
とを備えたレーザ・デバイスによって達成される。
【００２０】
本発明によれば、偏光媒質は、この偏光媒質から出る基本波に垂直な出力面を備えている。更に、増幅媒質と非線形複屈折媒質と偏光媒質とは１つのモノリシック共振キャビティーを構成するべく互いに一体化されている。この偏光媒質は基本波ビームを絶対に偏向しないように選ばれている（即ち、偏光媒質の出力における基本波はこの媒質の入力における基本波に平行である）。従って、増幅媒質と偏光媒質と非線形媒質とを接合することにより、モノリシック共振キャビティーを形成することができる。
このキャビティーは好ましくは線形の形を有する。
【００２１】
本発明のデバイスによれば、異なる媒質を互いに一体化又は接合することができるので、モノリシック構造が得られる。偏光媒質は、基本波ビームを絶対に偏向しないので（後述するように二重偏向はブリュースター角内で起こり得る）、入力面と出力面とが平行になるような線形キャビティー（レーザビームがキャビティー内の殆ど何処でも軸に平行になるようなキャビティー）を得るのを可能にする。従って、本発明の固体レーザ・デバイスは製造が容易で大きな経時的安定性を有するので、本発明は信頼性の高い固体レーザ・デバイスを提供する。このデバイスを構成する種々の素子は独立に設計し、次いで光学的に結合することができる。キャビティーは機械的に強固である。
【００２２】
特に、増幅媒質と偏光媒質と非線形複屈折媒質とは線形に接合されており；各媒質は互いに平行で他の媒質の他の面に平行な入力面および出力面を有し；これらの面は高調波長レーザビームの出力方向に直交する。キャビティーは、一方において増幅媒質の入力面で終わっていると共に、他方において非線形複屈折媒質の出力面で終わっている。
【００２３】
選択は、基本波の偏光の減衰によって行われるか、或いは後述するようにミラーを用いた基本波の偏向によって行われる。基本波の偏光の選択は、実際、周波数二逓倍により青色を生じないような偏光の発振を阻害することからなる。これは、本発明の固体レーザは使用するポンプの出力レベルが如何様であろうとも強力な信号を発生することができることを意味する。これは、また、リオ・フィルターを形成することを可能にする。
【００２４】
本発明の有利な特徴によれば、非線形複屈折媒質はタイプＩの非線形結晶からなる。これは例えばFAN文献のケースではない。また、本発明では例えばタイプＩＩの非線形結晶を使用することができる。
【００２５】
本発明の有利な特徴によれば、非線形複屈折媒質はタイプＩの非線形結晶で構成されており、この結晶の複屈折軸は偏光媒質によって選択された偏光に対してゼロでないモジュロπ／２ラジアンの角度をなす。この非線形結晶はオフ軸（off-axis）に配置されていると言われる。このような配置によれば、このデバイスはリオ・フィルターを構成する。従って、本発明は、オフ軸のタイプＩの非線形結晶を使用した点で顕著であり、これは、一般的には、“異常”かつあまり効果的ではないやり方であると考えられる。即ち、タイプＩの二逓倍は、基本波の偏光が非線形結晶の複屈折軸の１つに平行である場合により効果的である。本発明の実施例は、リオ・フィルターにとって必要な非線形・複屈折機能のために唯一の結晶を使用するのを可能にする。FAN文献においては、キャビティーはモノリシックではなく、二逓倍はタイプＩＩである。もしFANの原理をタイプＩの二逓倍に直接に適用するならば、リオ・フィルターは最早存在しない。何故ならば、その場合には非線形結晶の軸は選択された偏光と整列するからである。
【００２６】
本発明の第２の有利な特徴によれば、非線形結晶はオフ軸配置されているので、この非線形結晶に１つの複屈折結晶を、当該複屈折結晶の複屈折軸が当該非線形結晶の軸に平行にとどまるように接合する。このような実施例の利点は、リオ・フィルターの要請のみが非線形結晶の長さに課されることがないということである。即ち、複屈折性の追加は、これらの要請の一部を補償するのを可能にし、従って、周波数二逓倍に適した非線形結晶の長さを可能にする。
【００２７】
本発明の第３の有利な特徴によれば、複屈折媒質は非線形結晶から独立している。この場合には、二逓倍の効率は、非線形結晶の軸（或いは、軸の１つ）を偏光媒質によって選択された偏光に対して平行に位置決めするよう教唆する。更に、１つの複屈折結晶は、当該複屈折結晶の複屈折軸が偏光媒質によって選択された偏光に対してゼロでないモジュロπ／２ラジアンの角度をなすように前記非線形結晶に接合されており、その結果、このデバイスはリオ・フィルターを構成する。
【００２８】
選択された前記偏光は、好ましくは、基本波と高調波との間の位相の同調に適した偏光である。
【００２９】
ブリュースター角の界面とオフ軸の複屈折結晶（一若しくは複数）とのこのような組合せは単一のモードを選択するのを可能にする。即ち、ブリュースター界面は直交偏光に対して選択的な損失を生じさせる。複屈折に起因する位相シフトが２πの倍数であるような波長のみが、ブリュースター界面において低損失で偏光を維持する。これは波長λｍ＝（Σδｎ１Ｉ１）／ｍ（ここで、δｎ１およびＩ１は、夫々、指数差（屈折率差）およびオフ軸複屈折素子の長さである）において最小限の損失を有する周期的フィルターを構成する。総和は本発明の第２の有利な特徴にしか適用されない。結晶の長さと指数差（屈折率差）は温度に依存するので、波長λｍは温度に依存する。従って、このフィルターは温度によって同調可能である。フィルターのフリー・スペクトル・バンド（即ち、２つの伝送ピークの間の波長の差）はFSB＝λ２／（Σδｎ１Ｉ１）（ここで、λはレーザ放出長）である。
【００３０】
このフィルターは、偏光媒質によって助長された偏光に対して複屈折軸が角度θ＝π／４ラジアン（モジュロπ／２）をなすときに、最も選択的である。
【００３１】
FSBとΔλｍとがほぼ２又は３の因数において同じ程度の大きさであるならば、特にオフ軸の複屈折結晶の長さを調節することにより、放出バンド（真中の高さにおける幅Δλｍ）内で単一モードしか選択しないことが可能である。好ましくは、複屈折結晶のパラメータは、フィルターのFSBが増幅媒質の真中の高さにおける放出幅（Δλｍ）の０.５倍〜３倍であるように選ばれる。
【００３２】
換言すれば、等方性媒質の指数と複屈折結晶の長さに関連する角度θはキャビティー内で単一モードしか許容しないように調節することができる。
【００３３】
本発明によれば、非線形結晶のカット角度は、結晶の（合理的範囲における）温度調節が基本波と周波数二逓倍波との間の位相の同調を許容するようなものである。非線形結晶は例えばニオブ酸カリウム（KNbO3）又は硼酸リチウム（LBO）で構成されている。複屈折結晶はバナジン酸塩（YVO4）で構成することができる。
【００３４】
本発明の第１の有利な変化形によれば、偏光媒質は、中間媒質を従えた一次素子と、この一次素子の屈折率と実質的に同一の屈折率を有する二次素子を有し；この一次素子の出力面と二次素子の入力面は平行であると共に基本波長についてのブリュースター角に沿ってカットされている。
【００３５】
中間媒質は空気で構成することができる。この場合には、一次素子は動的接着剤又は穴あきワッシャを有するラッチ接触手段により二次素子に固定される。中間媒質は、また、シリカで構成することができる。
【００３６】
この第１変化形においては、偏光媒質が増幅媒質と非線形複屈折媒質との間に配置されている場合には、一次素子は増幅媒質で構成することができる。より詳しくは、増幅媒質は、基本波の伝播方向に垂直な面をその入力に有すると共に、この基本波に対してブリュースター角でカットされた面をその出力に有する。好ましくは、増幅媒質はネオジムNdでドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネットYAG（Nd:YAG）で構成され；二次素子はドープされていないイットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG）で構成されている。Nd:YAG結晶は平面ミラーを形成する入力面を有する円筒形であることができる。
【００３７】
偏光媒質は、また、増幅媒質とは異別であることができる。この場合には、一次素子および二次素子はドープされていないイットリウム・アルミニウム・ガーネットYAGで構成することができる。或いは、一次素子および二次素子はシリカで構成することができ、中間媒質はドープされていないイットリウム・アルミニウム・ガーネットYAGである。
【００３８】
このようなデバイスを用いれば、一次素子と二次素子とが同じ角度を有するならば（それらが一緒に製造される場合にはこれは容易に実現される）、ブリュースター角を形成する際にあまりに高い精度（角度数分以下）を達成する必要はなく、これはより迅速且つ低コストの製造を可能にする。
【００３９】
ブリュースター角を使用しない場合には、本発明の第２変化形に従い、空間損失変調に関連するウォーク・オフ効果（又は二重屈折）を利用することができる。即ち、偏光媒質は基本波長レーザビームの２つの偏光の間で強力な“ウォーク・オフ”を呈するべくオフ軸にカットされた複屈折結晶で構成され；空間損失変調は平凹レンズによって共振キャビティーを閉鎖することにより得ることができる。
【００４０】
文献“オフ軸方向カットNd:YVO4を備えた、低ノイズ、ダイオードポンピング、イントラキャビティ二逓倍レーザ”（Opt. Lett. 19, p. 1624、K.鈴木外）はモノリシック結合を可能にしない平凹レンズの使用を記載している。他方、増幅媒質は偏光されるので、偏光の選択においてどのデバイス（偏光子か、偏光された放出か）が優勢であるかが明らかではない。
【００４１】
本発明の他の観点によれば、前述したような固体レーザ・デバイスからなるポンピング手段を備えたレーザ装置が提供される。好ましくは、このポンピング手段によって放出されたレーザビームは固体レーザ・デバイスの増幅媒質の入力面に対して直交する方向に沿って伝播する。
【００４２】
本発明の他の特徴や利点は非限定的な実施例の詳細な説明および添付図面から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
次に、946ｎｍで放出するNd:YAGレーザを備え、KNbO3結晶を用いて473ｎｍにイントラキャビティー二逓倍される、イントラキャビティー周波数二逓倍されるモノリシックレーザ装置を説明するが、勿論本発明はこれに限定されるものではない。
【００４４】
図１および図２を参照するに、ポンピング用レーザダイオード１１は３つの結晶１、２、３を組み合わせて構成されたキャビティーに向かって808ｎｍのレーザ光１２を発射する。増幅用結晶１はNd:YAGである。その屈折率は946ｎｍでｎ１＝1.82である。この結晶１の入力面１ａは平らなミラーを構成するように処理してある。その出力面１ｂは、屈折率ｎ１と媒質５又は６の屈折率ｎ５又はｎ６とに基づいて計算したブリュースター（Brewster）角でカットしてある。図１では媒質５は空気からなるが、図２では媒質６は平行なシリカ薄片からなる。この平行な薄片５又は６は、増幅用結晶１の出力面１ｂと、屈折率ｎ１のドープされていないイットリウム・アルミニウム・ガーネット（白色YAG）２からなる結晶２の入力面２ａとの間に楔入してある。この面２ｂもやはりブリュースター角に沿ってカットしてあると共に、面１ｂに平行に配置してある。好ましくは、２つの面１ｂおよび２ａは同時に研磨してあり、結合は盲式に行うことができる。このやり方はブリュースター角に沿ったカットの精度に関して非常に許容公差が大きく、これはこのような固体レーザの製造を容易にする。平行な薄片が空気である場合には、平行面を有するスペーサか、図１および図３に示したようにレーザによって制御された動的接着剤４又は１０を使用することができる。この接着は平行な薄片５の外周で行われる。これに対して、図２では、シリカの薄片６が使用してあり、これは平行な２つの面１ｂおよび２ａに接着してある。
【００４５】
出力面２ｂには、ニオブ酸カリウムKNbO3からなる複屈折性の周波数二逓倍用結晶３を接合してある。
３つの結晶１、２、３は線形の共振キャビティーを形成している。
【００４６】
Nd:YAG１の入力面１ａとKNbO3３の出力面３ｂは平行であり、共振キャビティーを構成するべく従来のやり方で処理してある。面３ｂから出るレーザビーム１５は946ｎｍ又は473ｎｍであり得る。
【００４７】
図１の模式図はNd:YAG内における946ｎｍの信号の垂直偏光に基づいている。垂直軸は同図の紙面内に位置しており、水平軸は紙面に垂直である。当業者は水平な又は任意の線形偏光向けにこの図を容易に適合し得るであろう。
【００４８】
図示したケースでは基本信号の偏光は垂直である。もしもニオブ酸カリウムの結晶の軸ｃが水平ならば、光軸は水平かつ垂直であろう。その場合には、基本信号は複屈折軸に沿って伝播するであろうし、その偏光は最早回転され得ないであろう。もしも軸ｃひいては複屈折軸が本ケースのように回転されているならば、基本信号は最早複屈折軸上になく、従ってその偏光は結晶内を伝播する際に回転せられる。こうして偏光の回転によるモードの選択が行われる。
【００４９】
KNbO3複屈折結晶内では、入力面３ａは、ｃ軸を含んでいると共に、308Kでの波長946ｎｍと波長473ｎｍとの間の位相の同調を得るべく、軸ｂに対する角度φ＝32°で面ａｂを切断している。当業者は位相を他の温度に適合させるべくこの角度を修正し得るであろう。946ｎｍでは、ｃ軸上の屈折率はｎ３ｆ＝2.127であり、直交軸上の屈折率はｎ３Ｓ＝2.238である。従って、複屈折はΔｎ３＝0.111によって特徴づけられる。一般に、本発明の装置は、複屈折結晶の軸がブリュースター界面に平行でないようなリオ・フィルターを構成することができる。
【００５０】
異なるレーザビームが進む光路に関しては、ポンプ１１が放出したレーザビーム１２は、入力面１ａに対する法線方向に沿って入力面１ａ上でNd:YAG結晶１に達する。こうして励起されたNd:YAG１は、レーザビーム１３を生成し、これはミラー面１ａと３ｂとの間で発振する。平行な薄片５、６を通過すると、レーザビーム１３は各面１ｂ、２ａで偏向を受けるので、平行な薄片５、６を出るレーザビーム１３は平行な薄片５、６に入るレーザビーム１３と平行である。白色YAG２と線形複屈折結晶KNbO3との間を通過することはレーザビーム１３を偏向させない。周波数二逓倍用はこのKNbO3結晶３の中で起こり、これは高調波長レーザビーム１４の生成をもたらし、後者は面３ｂを介してレーザから出る。
【００５１】
従って、キャビティーは互いに平行な入力面と出力面を有するが、これらの面はポンプから出るレーザビームおよび固体レーザから出るレーザビームに対して直交している。
【００５２】
図１および図２においては、増幅媒質はNd:YAG１によって構成されている。偏光媒質は、このNd:YAG結晶１（或いは、より正確には，この結晶１の出力面１ｂ）でもある一次素子と；平行な薄片５、６である中間媒質と；白色YAG結晶２である二次素子を有する。
【００５３】
これに対して、図３および図４においては、偏光媒質は、カットされていないNd:YAG結晶７からなる増幅媒質とは異別である。偏光媒質は一次素子８と二次素子９とを備え、これらは平行な薄片５、１６（これは動的接着剤１０による空気又はシリカ１６であることができる）と組合わされた白色（ドープされていない）YAGであることができる。これら２つの一次および二次素子は、また、平行な薄片が白色YAG又は空気である場合には、シリカであることができる。使用と作動は図１および図２を参照しながら前述したものと等価的である。
【００５４】
前述したところを特に補完するに、平行な薄片が接着されたシリカ薄片である場合には、レーザビームが通過する辺りに開口を形成し、レーザビームがシリカ内に進入することなく正に空気を横切るようにすることができる。
【００５５】
図５の実施例は、ブリュースター角を有しないという意味で特殊である。増幅媒質はやはり平行な壁７ａおよび７ｂを有するNd:YAG結晶７である。面７ｂには、２つの偏光の間のウォーク・オフを最大限にするようにカットされたYVO4複屈折結晶２３が接合してある。オフ軸に接合したKNbO3２０は、平凹レンズ１７と相俟って、キャビティーを閉じている。このレンズは異なる結晶の角度の欠陥を補正する。２つの偏光は、基本波長レーザビーム１３の偏光と、高調波長レーザビーム１４の偏光とである。レーザビーム１３はレンズ１７の凹部による反射によって共振キャビティーから放出される。
【００５６】
図１から図５においては、KNbO3結晶は非線形・複屈折素子として使用してあり、温度に対するその強い感応性は放出波長１４を同調させるのを可能にする。この結晶の軸は偏光素子の偏光軸に対して４５°に配置してある。非線形・複屈折素子としてLBOを使用してもよい。
【００５７】
しかしながら、図６に示したように、偏光子の軸と整列した軸を有するKNbO3又はLBO結晶１８を使用することにより、回転した軸を有するYVO4バナジン酸塩結晶１９を使用することにより、非線形機能を分離することができる。バナジン酸塩（YVO4）結晶１９はレーザキャビティーを閉じる。これは素子と界面を追加するが、利点はその軸上に非線形結晶１８を使用することであり、これは特にタイプＩの二逓倍器のために最大限の二逓倍効率を達成する。YVO4は、複屈折が強いので、複屈折結晶として推奨される。YVO4の屈折率は温度依存性が小さいので、レーザは同調性が少ないが、反対に、単周波数作動範囲は温度がより広い（即ち、オフ軸KNbO3を用いて得られるものの約２５倍大きい）。同調性が小さいことの結果は、リオ・フィルターのフリー・スペクトル・バンド（FSB）が好ましくはレーザ遷移の放出幅のオーダーであるということである。即ち、あまりに小さなFSBを使用すれば、複数のモードにわたってレーザ放出する危険がある。あまりに大きなFSBを使用すれば、放出バンド内にフィルターのピークが全くない危険がある。
【００５８】
図６には、また、オフ軸に配置したKNbO3非線形結晶２１を、やはりオフ軸に配置したYVO4複屈折結晶２２に接合した第３の実施例が示してある。この解決手段は、周波数二逓倍のために最適なKNbO3長さを確保しながらもFSBを調節することを可能にする。
【００５９】
勿論、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく上記実施例に種々の修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１はブリュースター角に沿ってカットされた増幅媒質を有する本発明の固体レーザの模式図であり、偏光媒質は空気の薄片からなる。
【図２】図２はブリュースター角に沿ってカットされた増幅媒質を有する本発明の固体レーザの模式図であり、偏光媒質はシリカの薄片からなる。
【図３】図３は偏光媒質がブリュースター角に沿ってカットされた２つの壁の間の空気の薄片からなる本発明の固体レーザの模式図である。
【図４】図４は偏光媒質がブリュースター角に沿ってカットされた２つの壁の間のシリカの薄片からなる本発明の固体レーザの模式図である。
【図５】図５は偏光媒質がウォークオフをもった複屈折結晶と平凹ミラーからなる本発明の固体レーザの模式図である。
【図６】図６は有効な非線形効果を保障しながら所望の濾過特性を達成するための複屈折性の３つの実施例を示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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