(57)【要約】レーザ（１０）は、光ポンプ半導体ＯＰＳ利得構造（１６）を含む。本装置は、レーザに、モード同期パルスを送達させるためのモード同期デバイスを含む、レーザ共振器（１１）を有する。共振器は、モード同期パルスが、約１００ＭＨｚのパルス繰返し周波数で送達されるように選択された、総長を有する。共振器内の光学配列は、共振器内で循環する放射が、ＯＰＳ利得構造上に複数の入射をもたらすことを提供し、連続する入射間の時間は、利得構造の励起状態寿命未満である。
2014523130.tif 000002
【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、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。
【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】
往復あたり、少なくとも４回の利得構造入射が存在する、請求項１に記載の装置。
【請求項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、請求項３に記載の装置。
【請求項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、請求項３に記載の装置。
【請求項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、請求項１に記載の装置。
【請求項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、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
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、請求項８に記載の装置。
【請求項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、請求項９に記載の装置。
【請求項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、請求項１に記載の装置。
【請求項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。
【請求項１３】
前記モード同期手段は、可飽和吸収ミラーである、請求項１２に記載のレーザ。
【請求項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、請求項１３に記載のレーザ。
【請求項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、請求項１４に記載のレーザ。
【請求項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、請求項１２に記載のレーザ。
【請求項１７】
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１６に記載のレーザ。
【請求項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。
【請求項１９】
前記モード同期手段は、可飽和吸収ミラーである、請求項１８に記載のレーザ。
【請求項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、請求項１９に記載の装置。
【請求項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、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、外部共振器型面放出光ポンプ半導体（ＯＰＳ）レーザに関する。本発明は、特に、モード同期ＯＰＳレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体利得媒質を含むモード同期レーザは、比較的に高いパルス繰り返し数で非常に短いパルスを提供する。典型的なモード同期レーザは、約５０〜１５０ＭＨｚメガヘルツ（ＭＨｚ）（典型的には、８０ＭＨｚ）のパルス繰り返し周波数で動作する。利得媒質に応じて、パルスは、約１００ピコ秒以下のＦＷＨＭ持続時間を有し得る。ほとんどの市販のモード同期レーザは、比較的に広い利得帯域幅を有する固体利得媒質を採用する。最も一般的な固体利得媒質は、チタンドープアルミニウム酸化物（Ｔｉ：サファイアまたはＴｉ：Ａｌ２Ｏ３）であって、利得に、約７００ナノメートル〜９００ナノメートルの基本波長範囲内において調整可能な限定範囲を提供し得る。そのようなレーザの波長範囲は、基本波長を有する出力放射の周波数変換によって拡張され得る。
【０００３】
モード同期レーザパルスの一般的用途は、多光子顕微鏡法における蛍光体励起のためのものである。本願は、波長が特定の蛍光体に対して調整され得る、モード同期パルスの利用可能性から利益を享受する。
【０００４】
ＯＰＳレーザは、スペーサ層によって離間された活性層または量子井戸（Ｑ-Ｗ）層を有する、複層半導体面放出利得構造を含む。そのようなレーザの出力波長は、活性層の半導体材料の適切な組成物を選択することによって、特定の値に「調整」され得る。これは、少なくとも理論上、電磁スペクトルの紫外線スペクトル領域から中赤外線領域までの基本波長を提供し得る。半導体利得媒質の特性は、そのような利得媒質の励起状態寿命が、固体利得媒質の場合の１ミリ秒以上と比較して、比較的に非常に短い（例えば、約１０ナノ秒（ｎｓ）以下である）ことである。本理由から、半導体レーザにおけるモード同期は、対応する非常に高いパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）（例えば、数ギガヘルツ（ＧＨｚ））において、非常に短い共振器を用いてのみ達成されている。これは、共振器における複数回の往復が、半導体利得媒質の励起状態寿命内で達成され得ることを提供する。残念ながら、多光子顕微鏡法用途には、そのような高ＰＲＦで達成可能なパルスエネルギーは、低過ぎ、そのＰＲＦは、高過ぎる。多光子顕微鏡法用途における特定の蛍光体の応答を最適化するために、ＯＰＳレーザの本欠陥を克服し、その波長選択利点を利用可能にする必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一側面では、本発明による装置は、共振器長を有するレーザ共振器を備える。少なくとも１つの面放出複層半導体利得構造が、レーザ共振器内に位置する。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、活性層の材料の励起状態寿命特性を有する。利得構造にエネルギーを与え、それによって、利得構造の活性層の基本波長特性を有する放射をレーザ共振器内で循環させるための手段が、提供される。モード同期手段は、レーザ共振器内に位置し、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、循環放射を循環させる。光学配列が、循環放射に、レーザ共振器内におけるその各往復の間、所定の複数回の利得構造入射をもたらさせるために提供され、利得構造入射間の所定の時間は、利得構造の励起状態寿命の２倍未満である。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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１８０ＭＨｚ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。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、図面を参照すると、類似構成要素は、類似参照番号によって指定されるが、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１０を図式的に図示する。レーザ１０は、部分反射および部分透過ミラー１４と、可飽和ブラッグ反射器（ＳＢＲ）または半導体可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ）等の可飽和吸収部を含むミラー１２との間に形成された、定常波レーザ共振器１１を含む。ミラー１２は、レーザ共振器のモード同期を提供する。ミラー１４は、レーザ共振器の出力結合ミラーとしての役割を果たす。
【０００９】
レーザ共振器内の光学利得は、ミラー構造２０の上にある複層半導体利得構造１８を含む、ＯＰＳ構造（ＯＰＳチップ）１６によって提供される。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、活性層の材料の励起状態寿命特性を有する。利得構造は、示されるように、光ポンプ放射によってエネルギーを与えられ、以下にさらに詳細に説明される様式において、レーザ放射を共振器１１内で循環させる。ポンプ放射は、好ましくは、ダイオードレーザまたはダイオードレーザアレイ（図示せず）によって提供される。ＯＰＳチップは、ヒートシンク２２との熱伝達状態に維持される。そのようなＯＰＳ構造の詳細な説明は、本発明の原理を理解するために必要ではなく、故に、本明細書には提示されない。着目すべきは、そのような利得構造の励起状態寿命が、前述のように、約３ｎｓであることである。ＯＰＳ構造の成長、組成物、材料、および例示的利得波長の詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，０９７，７４２号において提供され、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。
【００１０】
レーザ共振器１１内に含まれるのは、放射を循環させる共振器内の各往復の間、利得構造に共振器内を循環する放射の複数回の入射を生じさせるための配列であり、連続する入射間の時間は、好ましくは、ＯＰＳ利得構造１８の励起状態寿命の約２倍未満、より好ましくは、およそ励起状態寿命以下である。ここでは、複数回の入射配列は、再帰反射ミラー対３０および３２ならびにＯＰＳ構造１６のミラー構造２０と協働する、凹面ミラー２８Ａおよび２８Ｂを含む。
【００１１】
ミラー１２から離れるビーム（中実矢印ＦＯｕｔによって示される）を追跡すると、ビームは、凹面ミラー２４に入射して、ミラー２４から平面ミラー２６へ反射されて、ミラー２６から凹面ミラー２８Ａ上へ反射される。ビームは、ミラー２８Ａから反射され、第１の入射（前方へおよび反射されて通過）をＯＰＳチップの利得構造にもたらす。ミラー構造２０は、第１の入射ビームをミラー２８Ｂ上へ反射させ、そこから、第１の入射ビームは、再帰反射器３０のミラー３０Ａ上へ反射される。ミラー３０Ａは、ビームをミラー３０Ｂ上へ反射させ、ビームをミラー２８Ｂ上へ逆反射させる。
【００１２】
ミラー２８Ｂは、ビームをＯＰＳチップ１８上へ逆反射し、第２の入射をＯＰＳ利得構造にもたらす。ビームは、次いで、ミラー構造２０によって、ミラー２８Ａ上へ反射される。ミラー２８Ａは、ビームを再帰反射器３０のミラー３２Ａ上へ反射させる。ミラー３２Ａは、ビームを反射器のミラー３２Ｂ上へ反射させ、ミラー３２Ｂは、ビームをミラー２８Ａ上へ逆反射させる。
【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３０Ａ上へ反射される。ミラー３０Ａは、ビームをミラー３０Ｂ上へ反射させ、ミラー３０Ｂは、ビームをミラー２８Ｂ上へ逆反射させる。
【００１４】
ミラー２８Ｂは、ビームをＯＰＳチップ１８上へ逆反射させ、第４の入射をＯＰＳ利得構造にもたらす。ビームは、次いで、ミラー構造２０によって、ミラー２８Ａ上へ反射される。ミラー２８Ａは、今度は、ビームを共振器１１の平面ミラー３４上へ反射させる。ミラー３４は、ビームを凹面ミラー３６上へ反射させる。ミラー３６は、ビームを出力結合ミラー１４上へ反射させる。この時点で、ビームは、共振器１１内において、往復の半分を完了し、ビームは、ＯＰＳチップに対する４回の入射を経験した。ミラー１４は、次いで、中空印ＦＢａｃｋによって示されるように、入射経路に沿って、ビームを逆反射させる。ビームは、次いで、前述の元の経路を再追跡することによって、往復を完了し、それによって、共振器１１内における往復を完了する前に、利得構造１８にさらなる４回の入射（通過）をもたらす。ここで特に着目すべき点は、ビームが、ＯＰＳチップに対するビームの各入射において、ほぼ同一の高さを有するように、ＯＰＳチップ１６が、ミラー２８Ａおよび２８Ｂのほぼ焦点に位置することである。
【００１５】
また、高変調度が、モード同期を提供するために、可飽和吸収反射器に要求されることが留意されるべきである。装置１０では、凹面ミラー２４および３６を含む、フォールドミラー配列は、循環放射をＳＥＳＡＭ１２上に集中させ、変調度を最大限にするように構成される。代替として、可飽和吸収ミラーは、放射が、往復あたり２回以上、可飽和吸収ミラーの上に入射する位置において、共振器内に含まれ得る。共振器１１では、これは、例えば、ミラー３０Ａおよび３０Ｂのうちの１つ上であり得る。さらに、可飽和吸収機能をＯＰＳチップ１６のミラー構造２０内に構築することも可能である。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これらのモード同期配列を使用し得るか、または他のモード同期配列を考案し得る。
【００１６】
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のレーザと類似するが、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。ピックオフミラー４０は、出力結合ミラー１４から、変調可能ポンプ放射源４６と電気連通するフォトダイオード４２に、パルス出力の一部を指向する。フォトダイオードの出力は、レーザ１０の瞬間出力ＰＲＦの測定値を提供する。これは、同期パルスポンプＰＲＦが、共振器長の若干の変化による、出力の周波数ドリフトを考慮するように調節されることを可能にする。ＯＰＳレーザの同期ポンプに関する付加的情報は、共同所有の米国特許出願公開第２００９／０２９０６０６号に見出され得、その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００１７】
同期ポンプは、パルスが発生および送達されていないとき、ＯＰＳ構造へのポンプ放射の送達を遮断することによって、ＯＰＳ構造上への熱負荷を低減させる。しかしながら、同期ポンプは、ダイオードレーザのための高駆動電流のパルス変調における困難点と、電流パルスの一時的形状に追従する光学出力を生成する際のダイオードレーザの困難点とのため、周波数約１００ＭＨｚでは、困難となる。可能な代替は、ポンプ放射源を正弦波変調電流等のアナログ変調電流を用いて駆動することである。
【００１８】
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（モード同期比）を図式的に図示するグラフである。計算上、共振器には、１％の固定損失に加えて、０．２％とＯＰＳチップ上への入射回数とを掛けた付加的損失が存在すると仮定され、ステアリングミラー内の損失は、そのような入射の回数に伴って線形に増加するという事実を考慮する。さらに、ＯＰＳ利得構造の励起状態寿命は、３．０ｎｓであり、入射あたりの不飽和利得は、８％であり、飽和強度は、１００ｋＷ／ｃｍ２であり、ビームサイズは、４００ｕｍ（１／ｅ２半径）であり、対応する飽和電力は、２５１Ｗであり、パルスに対する対応する飽和フルエンスは、７５４ナノジュール（ｎＪ）であると仮定される。
【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０．５４％まで上昇する。
【００２０】
ここでは、いわゆる「シン・ディスク」レーザにおいて使用される固体利得媒質は、ＯＰＳ利得構造の励起状態寿命をはるかに上回る励起状態寿命を有することが指摘される。一例として、イッテルビウ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（Ｙｂ：ＹＡＧ）は、１ミリ秒に近い励起状態寿命を有する。このため、モード同期固体レーザの通常ＰＲＦ範囲では、そのような利得媒質上への入射回数へのモード同期比のいかなる依存も示唆されない。
【００２１】
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構造上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。グラフ上の計算された点をつなぐ破線は、単に、傾向表示のためのものである。図３Ａのグラフから、モード同期出力における劇的増加は、共振器内の往復あたりのＯＰＳチップ上への最低約４回の入射を要求することが明白である。共振器内を循環する放射に対して、約１２．５ｎｓの往復時間を前提とすると、これは、放射の入射間の時間が、好ましくは、約３ｎｓを上回らない、すなわち、半導体利得構造のほぼ励起状態寿命を上回らないことを含意する。図３Ａ内に差し込まれた表２は、本発明の８０ＭＨｚモード同期共振器内の２、４、８、および２０回の入射に対する入射間の概算時間および入射周波数を示す。本発明の配列は、往復あたり４回以上のＯＰＳチップ入射が存在し、ＯＰＳ利得構造の励起状態寿命の約２倍未満の入射間の周期を提供するときのみ、実際に有用となる。
【００２２】
８回の入射〜２０回の入射間のモード同期電力の増加は、比較的にわずかであるが、付加的入射は、共振器内の１つ以上の損失性要素（例えば、分散補償デバイス）の要素に対応するために、より高い出力結合を利用する必要性がある場合、正当化され得る。しかしながら、実際的な留意上、どれだけ多くの入射が生じようとも、ＯＰＳチップは、可能な限り平坦にパッケージ化されなければならない。平坦性からのいかなる逸脱（特に、曲率）も、入射回数の分だけ悪化され、当然ながら、ポンプ放射との相互作用を最大限にするために要求される、循環ビームをＯＰＳチップ上の同一点に繰り返し映し出す（振動モードを整合させる）能力を損なわせる。好ましくは、４回の少ない入射の場合さえ、ＯＰＳチップは、正または負であっても、約１０．０メートル未満の曲率半径も有するべきではなく、そうでなければ、モード不整合となり、故に、モード同期電力出力は、損なわれ得る。
【００２３】
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５０を図式的に図示し、これは、図１のレーザに機能が類似するが、単一のＯＰＳチップ１６は、装置５０内において、２つのＯＰＳチップ１６Ａおよび１６Ｂと置換され、これは、同一のまたは異なるピーク利得波長を有することができる。さらに、付加的ＯＰＳチップのため、図１の装置のモードイメージングミラー２８Ａおよび２８Ｂは、装置５０内において、３つのミラー５２Ａ、５２Ｂ、および５４と置換される。１つのみのコーナー（再帰）反射器、すなわち、ミラー５６Ａおよび５６Ｂを有する再帰反射器５６が存在する。
【００２４】
装置５０の共振器１５内の往復は、図１の装置内の往復を描写するために使用されたように、中実矢印（複数の入射配列を通しての第１の通過）および中空矢印（複数の入射配列を通しての第２の通過）によって描写される。装置５０では、各ＯＰＳチップ上に循環放射の４回の入射が存在することが分かる。これは、図１の装置の共振器１１におけるように、往復あたり８回の「利得入射」または「ＯＰＳチップ入射」を提供する。当業者は、さらなる例証または詳細な説明を伴わずに、ＯＰＳ５０と同様に配列される装置が、少なくとも理論上、往復あたり１２回の利得入射をもたらす３つのＯＰＳチップ、往復あたり１６回の利得入射をもたらす４つのＯＰＳチップ等を含むように拡張され得ることを認識する。
【００２５】
図４を継続して参照すると、ＯＰＳチップ１６Ａおよび１６Ｂの利得帯域幅が、整合される場合、装置５０の性能は、図３および図３Ａのグラフから予測され得る。実際は、それらのグラフの計算において仮定される利得入射あたりの損失は、各入射を提供する際に関与する反射器が少ないため、装置１０内より装置５０において少なくなり得る。
【００２６】
ＯＰＳチップ１６Ａの利得帯域幅は、共振器内の複数のＯＰＳチップの総利得帯域幅を拡張させるために、意図的に不整合にされ得ることが可能である。これは、例えば、（共振器内で調整可能な波長選択的要素を使用して）調整可能な限定範囲を提供するために、またはモード同期パルスの持続時間を短縮するために行われ得る。一例として、約９００ｎｍの公称レージング波長の場合、実際は、約４５ｎｍの正味利得帯域幅（ＦＷＨＭ）は、約３０ｎｍの典型的な利得帯域幅を有する複数のＯＰＳチップを用いて達成することができ、単一のＯＰＳチップによるピーク利得を約４０％上回るピーク総利得を伴うと考えられる。
【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６，１５４，１３８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。
【００２８】
ここでは、前述の本発明のレーザ共振器では、ＯＰＳチップへの複数の入射ビーム経路を説明および描写する便宜上、ＯＰＳチップまたは複数のチップ上への放射の入射角は、誇張されていることが留意される。実際は、他の理由の中でもとりわけ、複数の入射からの総利得を最適化するために、これらの入射角を最小限にすることが好ましい。図１の共振器１０では、イメージングミラー２８Ａおよび２８Ｂは、ポンプ放射が送達され得る中心開口を有する、単一の放物面ミラーと置換され得る。半導体利得構造の光ポンプ（エネルギーを与えること）が、好ましいが、利得構造は、例えば、米国特許第６，２４３，４０７号に説明されるように、電気的に励起され得、その全部の開示が、参照することによって組み込まれる。当業者は、本発明の真の範囲から逸脱することなく、本発明の共振器のこれらおよび他の修正を行い得る。
【００２９】
また、図１および２の「単チップ」実施形態または図４のマルチチップ実施形態のいずれかでは、共振器は、往復における連続する利得入射間の時間が、ほぼ同一であるように構成されることが望ましいことが留意されるべきである。これは、１対１のイメージングを達成することができるイメージングミラーの焦点距離の実質的な選択の自由がある限り、連続する入射に対して、１対１のイメージング配列によって促進される。
【００３０】
結論として、本発明は、１５０ＭＨｚ以下のモード同期ＰＲＦを提供するように選択された長さを有する共振器を提供すると同時に、共振器内を循環する放射のＯＰＳチップ入射の有意に高い往復周波数を提供することによって、先行技術のモード同期ＯＰＳレーザの前述の欠点を克服する。往復ＯＰＳチップ入射の周波数は、これらの入射間の周期が、往復におけるパルスエネルギーの効果的蓄積を助長するために十分に短いように選択される。
【００３１】
本発明は、好ましいおよび他の実施形態を参照して前述された。しかしながら、本発明は、本明細書に説明および描写された実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、本明細書に添付の請求項によって定義される。
【図１】
2014523130.tif 000003
【図２】
2014523130.tif 000004
【図３】
2014523130.tif 000005
【図３Ａ】
2014523130.tif 000006
【図４】
2014523130.tif 000007
【国際調査報告】
2014523130.tif 000008
2014523130.tif 000009
2014523130.tif 000010