閾値が低減されたレーザー装置
【課題】本発明の課題は、特に、三準位レーザーを効果的にポンピングすることにある。
【解決手段】
上記課題を達成するために、レーザーの空洞共振器内に、波長λｐのポンプビームによって励起可能で、ポンプ波長と三準位レーザーの波長λｓの間の中間波長λｉをエミットする第二のレイジング媒質をレーザーの空洞共振器内に収容させた。レーザーの空洞共振器のミラーが、波長λｉで最高反射率Ｒｍａｘを有することを確実にさせるための処置が取られている。好ましくは、レーザーλｓが直接的にポンピングされる場合に、レーザーλｉの閾値がレーザーλｓの閾値を下回る。更に、波長λｉは、好ましくは、三準位レイジング媒質によって吸収され、この吸収が空洞共振器のその他の損失を上回る。空洞共振器内には、偏光子、フィルター又は非線形クリスタルの如き他の素子を追加してもよい。本発明は、特に、母材に応じて波長が約９８０ｎｍのＩ’Ｙｂ３＋三準位遷移に適用される。これにより、約９８０ｎｍでエミットするレーザー、又は空洞共振器内周波数重複装置を含んでいる場合には、約４９０ｎｍでエミットするレーザーを作ることが可能となる。
【解決手段】
上記課題を達成するために、レーザーの空洞共振器内に、波長λｐのポンプビームによって励起可能で、ポンプ波長と三準位レーザーの波長λｓの間の中間波長λｉをエミットする第二のレイジング媒質をレーザーの空洞共振器内に収容させた。レーザーの空洞共振器のミラーが、波長λｉで最高反射率Ｒｍａｘを有することを確実にさせるための処置が取られている。好ましくは、レーザーλｓが直接的にポンピングされる場合に、レーザーλｉの閾値がレーザーλｓの閾値を下回る。更に、波長λｉは、好ましくは、三準位レイジング媒質によって吸収され、この吸収が空洞共振器のその他の損失を上回る。空洞共振器内には、偏光子、フィルター又は非線形クリスタルの如き他の素子を追加してもよい。本発明は、特に、母材に応じて波長が約９８０ｎｍのＩ’Ｙｂ３＋三準位遷移に適用される。これにより、約９８０ｎｍでエミットするレーザー、又は空洞共振器内周波数重複装置を含んでいる場合には、約４９０ｎｍでエミットするレーザーを作ることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー装置に関するものである。このレーザー装置は、限定されるものではないけれども、低い遷移準位（ｌｏｗ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ）が基底水準に対応する、有効な三準位遷移ポンピングにおいて特に有効に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に三準位レーザーは、レーザー遷移の低準位が基底水準であるレーザーである。媒質は、半分より多くのイオンが励起状態にある時にのみ増幅する。
【０００３】
励起のこのレベルを達成するのに必要な局所的なポンプパワーは、Ｐ＝ｈｖｐＡｐ／σａｐτであり、ｈｖｐはポンプ光子のエネルギー、Ａｐはポンプの横方向領域の面積、σａｐはポンプの有効吸収断面積、τは励起状態の寿命である。シングルエミッターダイオードは、数１０−８ｍ２の領域に焦点を合わせ、これにより、母材（ｈｏｓｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）の大半を占める三価形態の希土類元素の大部分で、約数Ｗ〜数十ＷのＰの値が生成される。一般にレーザーの閾値はＰより大きい。このことは、ダイオードポンプ型の三準位レーザーがいかに製造されていないかを明らかにしている。
【０００４】
準位は多様であることが多く、エネルギーの点で若干分けられるにすぎないため、現実は更により複雑である。サブ準位（ｓｕｂ−ｌｅｖｅｌ）の各々は、熱的に分布し、一般的にはボルツマン平衡（Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）にある。有効断面積は、絶対有効断面積にサブ準位の相対分布を掛け合わせたものである。こうして、有効発光と吸収断面積は、σａ≠σｅと異なる。低準位の遷移が高エネルギーのサブ準位であるとき、σａ＜＜σｅであり、レーザー作用は四準位レーザーの作用に近づく。これは、例えば、ネオジミウムヤグの９４６ｎｍ遷移（Ｎｄ：ＹＡＧ（４Ｆ３／２→４Ｉ９／２））の場合である。他方、例えば、準位４Ｉ９／２の基底サブ準位に対応する約８７５ｎｍの発光を実証した実験は知られておらず、この遷移は三準位レーザーに対応する。
【０００５】
特に、三価イッテルビウム（Ｙｂ）には二つの準位がある。その基底準位２Ｆ７／２には四つのサブ準位がある。励起レベル４Ｆ５／２には三つある。一般に、最大有効吸収断面積は、最も低い二つのサブ準位間における遷移に対応する。この遷移は、三準位レーザー（約９８０ｎｍ）の遷移であり、従って、この同じ三準位レーザーのポンピングには使用できない。これは、σａｐが低く、従ってレーザー閾値は必然的に高いことを意味している。これは、殆どの実験が例えば三準位Ｙｂレーザーの作用を実証していないことの理由である。
【０００６】
一例として挙げると、イッテルビウムの三準位遷移に基づくレーザーを実証した二つの注目すべき実験しかない。
【０００７】
その第一の実験は、９１５ｎｍで１８ＷをエミットするダイオードによってポンピングされるＹｂドープファイバーレーザー（Ｙｂ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｒｅ ｌａｓｅｒ）に関するものである。これは、９７７ｎｍで１Ｗの出力パワーを超える唯一のレーザーである。このタイプのレーザーは、以下の刊行物に記載されている。Ｋ．Ｈ． Ｙｌａ−Ｊａｒｋｋｏ， Ｒ． Ｓｅｌｖａｓ， Ｄ．Ｂ．Ｓ． Ｓｏｈ， Ｊ． Ｋ． Ｓａｈｕ， Ｃ．Ａ． Ｃｏｄｅｍａｒｄ， Ｊ． Ｎｉｌｓｓｏｎ， Ｓ．Ａ． Ａｌａｍ， Ａ．Ｂ． Ｇｒｕｄｉｎｉｎ共著の「Ａ ３．５−Ｗ ９７７−ｎｍ ｃｌａｄｄｉｎｇ−ｐｕｍｐｅｄ ｊａｃｋｅｔｅｄ ａｉｒ−ｃｌａｄ Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ」、Ｚａｙｈｏｗｓｋｉ， ＪＪ．編 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ２００３，Ｗａｈｉｎｇｔｏｎ ＤＣ，ＵＳＡ，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｓｅｒｉｅｓ（ＯＳＡ ＴＯＰＳ Ｖｏｌ ８３）。
【０００８】
この文献によれば、ポンプ領域を１０倍以上に削減させることの可能なファイバーの導波路構造及び高輝度｛こうきど｝ダイオードによって、閾値の低減を達成できるとしている。しかし、このようなファイバーレーザーでは、ポンプ注入効率は良好ではない。そのようなレーザーの工業的生産には、偏光を維持したファイバーを必要とする。結論的には、１０Ｗより少ないレーザーパワーでは、例えば、従来の非線形クリスタルによる良好な周波数重複効率が得られず、ポンプと（４８８ｎｍでの）青色発光との間の変換収率は低い。
【０００９】
第二の実験は、９８５ｍｎで２５０ｍＷをエミットするＹｂ：Ｓ−ＦＡＰレーザーに関するものである。このレーザーについては、Ｓ． Ｙｉｏｕ， Ｆ． Ｂａｌｅｍｂｏｉｓ， Ｋ． Ｓｃｈａｆｆｅｒｓ， Ｐ． Ｇｅｏｒｇｅｓ共著「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｌａｓｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ｙｂ： Ｓ−ＦＡＰ ｃｒｙｓｔａｌ ａｔ ９８５ ｎｍ」、 Ａｐｐｌ． Ｏｐｔ． ４２， ４８８３−４８８６ （２００３）の論文で解説されている。それは、９００ｎｍで１．４５ＷをエミットするＴｉ：サファイアレーザーによってポンピングされる。
【００１０】
閾値の低減は、積σａｐτを最大化させる材料（Ｓ−ＦＡＰ）の選択と、レーザーポンピングとによって確保され、それにより、ポンプ領域Ａを少なくとも１０倍削減することを可能にする。
【００１１】
約９８０ｎｍでエミットするＹｂレーザーの主な難点は二つある。一つは四準位発光と三準位発光との間の利得競合である。四準位発光の最大利得を三準位発光の閾値まで低減させるには、イッテルビウムのコンセントレーションＮと長さＬとの積（ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ Ｌ）を低減させなければならない。他方の難点は、ポンプの有効吸収断面積の寸法が小さいことと（９００〜９５０ｎｍ）、市販の半導体源での最大吸収波長が不十分であることに起因する。低いＮＬ積（ｌｏｗ ＮＬ ｐｒｏｄｕｃｔ）とポンプの小さな有効吸収断面積とが組み合わさって、レーザーにおけるポンプ吸収の低減を引き起こす。従って、これは、レーザー効率を低減させることとなる。
【００１２】
Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰクリスタルの選択は、Ｓ−ＦＡＰにおけるＹｂの有効吸収断面積の高い値のファンクションとして行った。Ｓ−ＦＡＰサプライヤーを欠いていることと、ポンプ波長（８９９ｎｍ）が市販のダイオードに対応していないことから二つの大きな問題が持ち上がっている。その他の公知のクリスタルは、より好ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、上述の欠点を改善すること、特に三準位レーザーの発光閾値を低減させることにある。本発明の別の課題は、より広い範囲の波長で励起可能な三準位レーザーを設計することにある。本発明の更なる課題は、極めて有効なコンパクトレーザーを提供することにある。本発明の最終的な目的は、（波長の利用不可能性又はポンプモードの空間適応性（ｓｐａｔｉａｌ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）の欠如に起因して）増幅媒質の励起をポンプダイオードによる直接的なポンピングによって実行することができない場合に対処したダイオードポンプ型レーザーを設計することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的のうちの少なくとも一つは、
出力波長λｓの第一の出力レーザービームを発することの可能な第一の増幅媒質と、
ポンプ波長λｐと波長λｓの間の中間波長λｉの第二のレーザービームを発することが可能で、前記ポンプ波長λｐでポンピングされることの可能な第二の増幅媒質と、
第一の増幅媒質と第二の増幅媒質とを含む単一レーザー空洞共振器を有し、その空洞共振器が、中間波長λｉで最大反射率を発揮する二つのミラーによって閉鎖されているレーザー装置によって達成される。
【００１５】
本発明による装置では、第二の増幅媒質のレーザー発光が、単一のレーザー空洞共振器内の第一の増幅媒質をポンピングするために使用される。こうして、本発明は、第一の増幅媒質がレーザー光を放射する（ｌａｓｅ）ことを許容するために用いられるポンプ波長の範囲を広げることを可能にする。換言すれば、ダイオードによって発せられる波長を通常は効果的に吸収しない何らかの増幅媒質をポンピングすることが可能となる。
【００１６】
第一の増幅媒質は三準位増幅媒質であるのが有益である。本発明は、特に、レーザー発光の閾値を大幅に低減させると同時に、三準位レーザーの効率を上昇させることを可能にする。特に、前記空洞共振器内でλｉとλｓの二つの異なるレーザー波長が生ずる。
【００１７】
本発明の有益な特徴によれば、第一の増幅媒質は、中間波長λｉのレーザービームを吸収する活性素子を含んでいる。特に、第一の増幅媒質における中間波長λｉのレーザービームの吸収は、中間波長λｉのこのレーザービームの非共振損失よりも大きい。
【００１８】
本発明の有益な構成要素を確保するために、後述する処置が執られる。
【００１９】
レーザーの閾値を超えて、ポンプパワーＰｐ，レーザーパワーＰ１及び励起イオンのフラクションｘと関係する式はほぼ次のように表現できる。
［式１］
【００２０】
Ａはポンプの断面積、Ｎ１はドーピングイオンの濃度、Ｌ１は増幅媒質の長さ、τ１は励起状態の寿命、Ｇはレーザー空洞共振器の損失ηを正確に補う利得、αｐ１（χ１）＝σａｐ１Ｎ１Ｌ１（１−Γχ１）は、反転分布の関数としてのポンプの線形吸収係数、Γは、励起イオンの横方向分布に亘るポンプのオーバーラップ係数である。ｘの値はＧ２（χ１）η＝１を解くことによって与えられる。閾値はＰ１＝０である場合に（１）の解であるＰｐの値である。
【００２１】
厳密な三準位レーザーでは、Ｘ１は約０．５以上であるが、四準位レーザーでは、ｘの値は０．０１程度に低くてもよい。（式の左側の部分に関連する）レーザー閾値を低減させるためには、積Ｎ１Ｌ１が最小限にさせなければならない。他方、レーザーへのポンプパワーの良好な伝達のためには、αｐｔ（ｘ１）Ｌ１＞＞１であることが要求される。有効吸収断面積σａｐ１が小さい場合には、それは、積Ｎ１Ｌ１は大きくなければならないことを意味する。
【００２２】
閾値の問題及びレーザーへのポンプパワーの伝達の問題を解決するために、本発明により新規なレーザーの設計が提案される。コンセントレーションＮ２，長さＬ２及びポンプ波長λｐを吸収する励起状態寿命τ２を有し、ポンプ波長とレーザー波長λｓの間の中間波長λｉで利得を有する第二の増幅媒質を追加することが提案される。波長λｉは、第一の増幅媒質によって吸収される。レーザーλｉの非共振損失η２を最小限に抑えるために、ミラーは波長λｉで高い反射率を有する。その損失は１％をかなり下回ることが可能である。第一の増幅媒質の吸収がη２をかなり上回る場合に（数％の吸収でも可能）、新規なレーザーは、以下の式によってほぼ表現される。
［式２］
【００２３】
第一の増幅媒質の励起イオンのフラクションｘ２は、波長λｉでのレーザー閾値を許容するフラクションである。第二の増幅媒質が適切に選択されれば、ｘ２の値はかなり低くなる（＜０．１）。
【００２４】
第二の増幅媒質を使用することにより、一般に、ポンプの吸収レベルを増加させつつ、積Ｎ１Ｌ１の値を１０倍低減させることを可能にする。レーザー閾値を大幅に削減するためには、項ＡＮ２Ｌ２ｘ２／τ２が項ＡＮ１Ｌ１ｘ１／τ１と比較してかなり低ければ十分である。
【００２５】
本発明の有益な実施形態によれば、空洞共振器はモノリシック共振線形タイプのものであり、別の素子を光学的に接触させることが可能である。
【００２６】
好ましくは、第一の増幅媒質が直接的にポンピングされる時に、波長λｉでの第二の増幅媒質の発光閾値は、波長λｓでの第一の増幅媒質の発光閾値を下回る。
【００２７】
一例を挙げれば、第一の増幅媒質は、出力波長が約９８０ｎｍである、三価イッテルビウムの三準位遷移に基づいている。このイッテルビウムは、イッテルビウム（Ｙｂ）でドープされたシリケートマトリックス（ｓｉｌｉｃａｔｅ ｍａｔｒｉｘ）中に含まれていてもよい。
【００２８】
第二の増幅媒質は、三価ネオジムＮｄの遷移４Ｆ３／２ → ４Ｉ９／２に基づくもので、そのネオジムは、ＹＡＧ，ＹＶＯ４，ＧｄＶＯ４，ＹＡＰ又はＹＬＦのいずれかの材料のマトリックス中に含まれているものであってよい。
【００２９】
本発明の有益な特徴によれば、例えば偏光子、フィルター、非線形クリスタルの如き素子、又はレーザー空洞共振器に挿入するのに好適なその他の素子を、本発明に従って空洞共振器内に挿入することができる。
【００３０】
特に、本発明による装置は、第一の増幅媒質が約９８０ｎｍにおいてエミットするイッテルビウムを含むようなものであってもよい。更に、共振器内周波数重複非線形クリスタル（ｉｎｔｒａ−ｃａｖｉｔｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ ｃｒｙｓｔａｌ）を使用することができる。この場合に、レーザー装置によって発せられる波長は、第一の増幅媒質の波長の半分である。
【００３１】
本発明のその他の利点及び特徴については、本発明を何ら限定するものではない実施形態に関する後述の詳細な説明及び添付の図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、三準位レーザーのエネルギー状態を示した図である。三つの異なった状態、即ち、状態１：基底エネルギー準位、状態２：励起エネルギー準位、状態３：ポンプ吸収エネルギー準位、に区別することができる。ある状態から別の状態への各遷移は物理的現象に関係している。状態１から状態３への移行は、光子の吸収での光学的なポンピングによって起こる。状態３から状態２への移行は、原子の緩和、即ち一般的な非放射及び急速な下方遷移により起こる。原子は、一定の持続時間に相当する一定時間の間、状態２に留まっている。状態２から状態１への移行は、レーザービームを形成する光子の発光によって起こる。
【００３３】
図２は、レーザーダイオード５によってポンピングされる本発明によるレーザー装置４を示している。このレーザー装置４は、モノリシック線形空洞共振器を形成する二つの増幅媒質６及び７を含んでいる。レーザーダイオード５によって発せられるレーザービームは、レーザー装置４と共線的である。
【００３４】
第一の増幅媒質６は活性三準位レーザー媒質で、第二の増幅媒質７の下流に配置されるが、順序は逆であってもよい。第二の増幅媒質７の発光波長λｉは、ポンプ５の発光波長λｐと第一の増幅媒質の発光波長λｓの間である。第二の増幅媒質は、ポンプ５によって励起される。この装置のレーザー空洞共振器は、波長λｉで最大反射率Ｒｍａｘを発揮するミラー８を含み、このミラーは第一の増幅媒質６の出力面に連結されている。また、この装置のレーザー空洞共振器は、波長λｉで最大反射率Ｒｍａｘを発揮するミラー９を含み、このミラーは第二の増幅媒質７の入力面に連結されている。
【００３５】
図３〜５は、本発明を約９８０ｎｍでエミットする三準位イッテルビウムＹｂレーザーに適用した場合に、本発明によってもたらされる利点を明らかにすることを可能にさせる図である。
【００３６】
Ｙｂ：ＹＡＧクリスタルは、１０３１ｎｍでの発光（四準位レーザー）のために頻繁に使用されている。ＹＡＧマトリックスでは、Ｙｂイオンは、波長９６８ｎｍで三準位遷移を有している。残念ながら、この波長では、σａ１＝７．１０−２５ｍ２＞σｅ１ ＝３．１０−２５ｍ２である。これは、発光レーザーの閾値が、７０％より多くのイオンの励起を必要とすることを意味する。この問題を克服するために、若干異なる結晶性マトリックス（ＧＧＧ）が選択されている。Ｙｂ：ＧＧＧの特徴は、三準位発光ピークが９７１ｎｍ，四準位発光ピークが１０３１ｎｍ，吸収帯域幅が９３０〜９４５ｎｍ，σａ１（９７１）＝６．６．１０−２５ｍ２，σａ１（９４０）＝４．１０−２５ｍ２，τ＝０．８ｍｓである。図３には、有効吸収及び発光断面積が示されている。即ち、２％Ｙｂでドープされたクリスタル（Ｎｙ＝２．５．１０２６ｍ−３）である。ポンプは１５０μｍの直径に亘って均一であるとみなす。例えば空洞共振器内周波数重複を考慮する場合に、Ｒｍａｘのミラーを備える空洞共振器を考慮して、ラウンドトリップ損失（ｒｏｕｎｄ−ｔｒｉｐ ｌｏｓｓ）が２％相当であるとみなして、９７１ｎｍのレーザーパワーが算出される。そのシミュレーションは、クリスタルの長さＬｙ＝５ｎｍが最適値に近いことを示している。この値を超えて、レーザー閾値は極めて高くなり、四準位レーザーの利得が多くなり過ぎてそれが発振することを防ぐことが困難となる。この長さを下回ると、ポンプは最早効率的に吸収されなくなる。５ｍｍの長さに対しては、レーザー閾値は１５Ｗである。１７．５Ｗのポンプパワーに対しては、レーザーパワーは、２０Ｗに達する（図４の右側の線を参照）。
【００３７】
本発明による効果は、第二の利得媒質としてＮｄ：ＹＡＧを使用することにより実証する。１．１％のＮｄでドープされて（ＮＮ＝１．５３．１０２６ｍ−３）、厚みがＬＮ＝２ｍｍのクリスタルを考慮する。Ｎｄイオンは８０８ｎｍでポンピングされ、９４６ｎｍの波長でエミットすることができる。励起状態の寿命はτ＝０．１９ｍｓ、σａ２（８０８）＝６．１５．１０−２４ｍ２で、σｅ２（９４６）＝３．９．１０−２４ｍ２、σａ２（９４６）＝４．５．１０−２６ｍ２である。上述したように、例えばＹｂ：ＧＧＧの厚みをＬｙ＝０．５ｍｍにまで大幅に削減することが可能である。これらの値で、レーザー閾値は、０．９Ｗを下回り、９７１ｎｍでのレーザーパワーは、図４の左側の線に一致して、ポンプパワー１．５５Ｗでは、２０Ｗに到達する。
【００３８】
こうして、ポンプの吸収及び変換効率を維持し、又は更に向上させることにより三準位レーザーの閾値を大幅に削減させることが可能であることが本発明によって実証された。特に本発明の意図するところは、限定されるものではないが、Ｙｂの三準位遷移から（周波数重複クリスタルを空洞共振器中に挿入することにより）約９８０ｎｍ又は約４９０ｎｍのレーザー源を作り出すことにある。９７６ｎｍでエミットするという利点を有するＹｂ：ＳｉＯ２（図５）を含む、母材の多くを考慮に入れることが可能である。重複周波数は、アルゴンレーザー（４８８ｎｍ）の主波長に厳密に対応する。
【００３９】
一般的な態様では、本発明は、三準位レーザーの効果的なポンピングを可能にする。その効果的なポンピングを実現するため、波長λｐのポンプで励起可能な第二のレーザー媒質をレーザー空洞共振器内に挿入した。この第二の媒質は、ポンプ波長と三準位レーザー波長λｓの間の中間波長λｉを発する。レーザー空洞共振器のミラーは、波長λｉでＲｍａｘ（最大反射率）を有することが保証された。レーザーが直接的にポンピングされる場合には、レーザー閾値λｉは、レーザー閾値λｓを下回ることが好ましい。更に、波長λｉは、三準位レーザー媒質によって吸収されるのが好ましく、この吸収は空洞共振器のその他の損失を上回る。空洞共振器内には、偏光子、フィルター又は非線形クリスタルの如き他の要素を追加することが可能である。本発明は、母材に応じて波長が約９８０ｎｍであるＹｂ３＋の三準位遷移に特に適用される。これにより、約９８０ｎｍでエミットするレーザー、又は空洞共振器内周波数重複装置が含まれている場合には、約４９０ｎｍでエミットするレーザーを作ることが可能になる。
【００４０】
勿論、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲でこれらの実施形態に多くの調整を加えることが可能である。実際、本発明は、例えば四準位増幅媒質の如き、三準位増幅媒質以外の増幅媒質に有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】三準位レーザーの概略図である。
【図２】レーザーダイオードによってポンピングされる、本発明によるレーザー装置の概略図である。
【図３】ＧＧＧマトリックスにおけるイッテルビウムの有効吸収及び発光断面積の曲線で示したグラフである。
【図４】従来のレーザーの特徴及び本発明によるレーザーの特徴を示すグラフである。
【図５】シリカマトリックスにおけるイッテルビウムの有効吸収及び発光断面積を曲線で示したグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー装置に関するものである。このレーザー装置は、限定されるものではないけれども、低い遷移準位（ｌｏｗ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ）が基底水準に対応する、有効な三準位遷移ポンピングにおいて特に有効に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に三準位レーザーは、レーザー遷移の低準位が基底水準であるレーザーである。媒質は、半分より多くのイオンが励起状態にある時にのみ増幅する。
【０００３】
励起のこのレベルを達成するのに必要な局所的なポンプパワーは、Ｐ＝ｈｖｐＡｐ／σａｐτであり、ｈｖｐはポンプ光子のエネルギー、Ａｐはポンプの横方向領域の面積、σａｐはポンプの有効吸収断面積、τは励起状態の寿命である。シングルエミッターダイオードは、数１０−８ｍ２の領域に焦点を合わせ、これにより、母材（ｈｏｓｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）の大半を占める三価形態の希土類元素の大部分で、約数Ｗ〜数十ＷのＰの値が生成される。一般にレーザーの閾値はＰより大きい。このことは、ダイオードポンプ型の三準位レーザーがいかに製造されていないかを明らかにしている。
【０００４】
準位は多様であることが多く、エネルギーの点で若干分けられるにすぎないため、現実は更により複雑である。サブ準位（ｓｕｂ−ｌｅｖｅｌ）の各々は、熱的に分布し、一般的にはボルツマン平衡（Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）にある。有効断面積は、絶対有効断面積にサブ準位の相対分布を掛け合わせたものである。こうして、有効発光と吸収断面積は、σａ≠σｅと異なる。低準位の遷移が高エネルギーのサブ準位であるとき、σａ＜＜σｅであり、レーザー作用は四準位レーザーの作用に近づく。これは、例えば、ネオジミウムヤグの９４６ｎｍ遷移（Ｎｄ：ＹＡＧ（４Ｆ３／２→４Ｉ９／２））の場合である。他方、例えば、準位４Ｉ９／２の基底サブ準位に対応する約８７５ｎｍの発光を実証した実験は知られておらず、この遷移は三準位レーザーに対応する。
【０００５】
特に、三価イッテルビウム（Ｙｂ）には二つの準位がある。その基底準位２Ｆ７／２には四つのサブ準位がある。励起レベル４Ｆ５／２には三つある。一般に、最大有効吸収断面積は、最も低い二つのサブ準位間における遷移に対応する。この遷移は、三準位レーザー（約９８０ｎｍ）の遷移であり、従って、この同じ三準位レーザーのポンピングには使用できない。これは、σａｐが低く、従ってレーザー閾値は必然的に高いことを意味している。これは、殆どの実験が例えば三準位Ｙｂレーザーの作用を実証していないことの理由である。
【０００６】
一例として挙げると、イッテルビウムの三準位遷移に基づくレーザーを実証した二つの注目すべき実験しかない。
【０００７】
その第一の実験は、９１５ｎｍで１８ＷをエミットするダイオードによってポンピングされるＹｂドープファイバーレーザー（Ｙｂ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｒｅ ｌａｓｅｒ）に関するものである。これは、９７７ｎｍで１Ｗの出力パワーを超える唯一のレーザーである。このタイプのレーザーは、以下の刊行物に記載されている。Ｋ．Ｈ． Ｙｌａ−Ｊａｒｋｋｏ， Ｒ． Ｓｅｌｖａｓ， Ｄ．Ｂ．Ｓ． Ｓｏｈ， Ｊ． Ｋ． Ｓａｈｕ， Ｃ．Ａ． Ｃｏｄｅｍａｒｄ， Ｊ． Ｎｉｌｓｓｏｎ， Ｓ．Ａ． Ａｌａｍ， Ａ．Ｂ． Ｇｒｕｄｉｎｉｎ共著の「Ａ ３．５−Ｗ ９７７−ｎｍ ｃｌａｄｄｉｎｇ−ｐｕｍｐｅｄ ｊａｃｋｅｔｅｄ ａｉｒ−ｃｌａｄ Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ」、Ｚａｙｈｏｗｓｋｉ， ＪＪ．編 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ２００３，Ｗａｈｉｎｇｔｏｎ ＤＣ，ＵＳＡ，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｓｅｒｉｅｓ（ＯＳＡ ＴＯＰＳ Ｖｏｌ ８３）。
【０００８】
この文献によれば、ポンプ領域を１０倍以上に削減させることの可能なファイバーの導波路構造及び高輝度｛こうきど｝ダイオードによって、閾値の低減を達成できるとしている。しかし、このようなファイバーレーザーでは、ポンプ注入効率は良好ではない。そのようなレーザーの工業的生産には、偏光を維持したファイバーを必要とする。結論的には、１０Ｗより少ないレーザーパワーでは、例えば、従来の非線形クリスタルによる良好な周波数重複効率が得られず、ポンプと（４８８ｎｍでの）青色発光との間の変換収率は低い。
【０００９】
第二の実験は、９８５ｍｎで２５０ｍＷをエミットするＹｂ：Ｓ−ＦＡＰレーザーに関するものである。このレーザーについては、Ｓ． Ｙｉｏｕ， Ｆ． Ｂａｌｅｍｂｏｉｓ， Ｋ． Ｓｃｈａｆｆｅｒｓ， Ｐ． Ｇｅｏｒｇｅｓ共著「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｌａｓｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ｙｂ： Ｓ−ＦＡＰ ｃｒｙｓｔａｌ ａｔ ９８５ ｎｍ」、 Ａｐｐｌ． Ｏｐｔ． ４２， ４８８３−４８８６ （２００３）の論文で解説されている。それは、９００ｎｍで１．４５ＷをエミットするＴｉ：サファイアレーザーによってポンピングされる。
【００１０】
閾値の低減は、積σａｐτを最大化させる材料（Ｓ−ＦＡＰ）の選択と、レーザーポンピングとによって確保され、それにより、ポンプ領域Ａを少なくとも１０倍削減することを可能にする。
【００１１】
約９８０ｎｍでエミットするＹｂレーザーの主な難点は二つある。一つは四準位発光と三準位発光との間の利得競合である。四準位発光の最大利得を三準位発光の閾値まで低減させるには、イッテルビウムのコンセントレーションＮと長さＬとの積（ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ Ｌ）を低減させなければならない。他方の難点は、ポンプの有効吸収断面積の寸法が小さいことと（９００〜９５０ｎｍ）、市販の半導体源での最大吸収波長が不十分であることに起因する。低いＮＬ積（ｌｏｗ ＮＬ ｐｒｏｄｕｃｔ）とポンプの小さな有効吸収断面積とが組み合わさって、レーザーにおけるポンプ吸収の低減を引き起こす。従って、これは、レーザー効率を低減させることとなる。
【００１２】
Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰクリスタルの選択は、Ｓ−ＦＡＰにおけるＹｂの有効吸収断面積の高い値のファンクションとして行った。Ｓ−ＦＡＰサプライヤーを欠いていることと、ポンプ波長（８９９ｎｍ）が市販のダイオードに対応していないことから二つの大きな問題が持ち上がっている。その他の公知のクリスタルは、より好ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、上述の欠点を改善すること、特に三準位レーザーの発光閾値を低減させることにある。本発明の別の課題は、より広い範囲の波長で励起可能な三準位レーザーを設計することにある。本発明の更なる課題は、極めて有効なコンパクトレーザーを提供することにある。本発明の最終的な目的は、（波長の利用不可能性又はポンプモードの空間適応性（ｓｐａｔｉａｌ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）の欠如に起因して）増幅媒質の励起をポンプダイオードによる直接的なポンピングによって実行することができない場合に対処したダイオードポンプ型レーザーを設計することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的のうちの少なくとも一つは、
出力波長λｓの第一の出力レーザービームを発することの可能な第一の増幅媒質と、
ポンプ波長λｐと波長λｓの間の中間波長λｉの第二のレーザービームを発することが可能で、前記ポンプ波長λｐでポンピングされることの可能な第二の増幅媒質と、
第一の増幅媒質と第二の増幅媒質とを含む単一レーザー空洞共振器を有し、その空洞共振器が、中間波長λｉで最大反射率を発揮する二つのミラーによって閉鎖されているレーザー装置によって達成される。
【００１５】
本発明による装置では、第二の増幅媒質のレーザー発光が、単一のレーザー空洞共振器内の第一の増幅媒質をポンピングするために使用される。こうして、本発明は、第一の増幅媒質がレーザー光を放射する（ｌａｓｅ）ことを許容するために用いられるポンプ波長の範囲を広げることを可能にする。換言すれば、ダイオードによって発せられる波長を通常は効果的に吸収しない何らかの増幅媒質をポンピングすることが可能となる。
【００１６】
第一の増幅媒質は三準位増幅媒質であるのが有益である。本発明は、特に、レーザー発光の閾値を大幅に低減させると同時に、三準位レーザーの効率を上昇させることを可能にする。特に、前記空洞共振器内でλｉとλｓの二つの異なるレーザー波長が生ずる。
【００１７】
本発明の有益な特徴によれば、第一の増幅媒質は、中間波長λｉのレーザービームを吸収する活性素子を含んでいる。特に、第一の増幅媒質における中間波長λｉのレーザービームの吸収は、中間波長λｉのこのレーザービームの非共振損失よりも大きい。
【００１８】
本発明の有益な構成要素を確保するために、後述する処置が執られる。
【００１９】
レーザーの閾値を超えて、ポンプパワーＰｐ，レーザーパワーＰ１及び励起イオンのフラクションｘと関係する式はほぼ次のように表現できる。
［式１］
【００２０】
Ａはポンプの断面積、Ｎ１はドーピングイオンの濃度、Ｌ１は増幅媒質の長さ、τ１は励起状態の寿命、Ｇはレーザー空洞共振器の損失ηを正確に補う利得、αｐ１（χ１）＝σａｐ１Ｎ１Ｌ１（１−Γχ１）は、反転分布の関数としてのポンプの線形吸収係数、Γは、励起イオンの横方向分布に亘るポンプのオーバーラップ係数である。ｘの値はＧ２（χ１）η＝１を解くことによって与えられる。閾値はＰ１＝０である場合に（１）の解であるＰｐの値である。
【００２１】
厳密な三準位レーザーでは、Ｘ１は約０．５以上であるが、四準位レーザーでは、ｘの値は０．０１程度に低くてもよい。（式の左側の部分に関連する）レーザー閾値を低減させるためには、積Ｎ１Ｌ１が最小限にさせなければならない。他方、レーザーへのポンプパワーの良好な伝達のためには、αｐｔ（ｘ１）Ｌ１＞＞１であることが要求される。有効吸収断面積σａｐ１が小さい場合には、それは、積Ｎ１Ｌ１は大きくなければならないことを意味する。
【００２２】
閾値の問題及びレーザーへのポンプパワーの伝達の問題を解決するために、本発明により新規なレーザーの設計が提案される。コンセントレーションＮ２，長さＬ２及びポンプ波長λｐを吸収する励起状態寿命τ２を有し、ポンプ波長とレーザー波長λｓの間の中間波長λｉで利得を有する第二の増幅媒質を追加することが提案される。波長λｉは、第一の増幅媒質によって吸収される。レーザーλｉの非共振損失η２を最小限に抑えるために、ミラーは波長λｉで高い反射率を有する。その損失は１％をかなり下回ることが可能である。第一の増幅媒質の吸収がη２をかなり上回る場合に（数％の吸収でも可能）、新規なレーザーは、以下の式によってほぼ表現される。
［式２］
【００２３】
第一の増幅媒質の励起イオンのフラクションｘ２は、波長λｉでのレーザー閾値を許容するフラクションである。第二の増幅媒質が適切に選択されれば、ｘ２の値はかなり低くなる（＜０．１）。
【００２４】
第二の増幅媒質を使用することにより、一般に、ポンプの吸収レベルを増加させつつ、積Ｎ１Ｌ１の値を１０倍低減させることを可能にする。レーザー閾値を大幅に削減するためには、項ＡＮ２Ｌ２ｘ２／τ２が項ＡＮ１Ｌ１ｘ１／τ１と比較してかなり低ければ十分である。
【００２５】
本発明の有益な実施形態によれば、空洞共振器はモノリシック共振線形タイプのものであり、別の素子を光学的に接触させることが可能である。
【００２６】
好ましくは、第一の増幅媒質が直接的にポンピングされる時に、波長λｉでの第二の増幅媒質の発光閾値は、波長λｓでの第一の増幅媒質の発光閾値を下回る。
【００２７】
一例を挙げれば、第一の増幅媒質は、出力波長が約９８０ｎｍである、三価イッテルビウムの三準位遷移に基づいている。このイッテルビウムは、イッテルビウム（Ｙｂ）でドープされたシリケートマトリックス（ｓｉｌｉｃａｔｅ ｍａｔｒｉｘ）中に含まれていてもよい。
【００２８】
第二の増幅媒質は、三価ネオジムＮｄの遷移４Ｆ３／２ → ４Ｉ９／２に基づくもので、そのネオジムは、ＹＡＧ，ＹＶＯ４，ＧｄＶＯ４，ＹＡＰ又はＹＬＦのいずれかの材料のマトリックス中に含まれているものであってよい。
【００２９】
本発明の有益な特徴によれば、例えば偏光子、フィルター、非線形クリスタルの如き素子、又はレーザー空洞共振器に挿入するのに好適なその他の素子を、本発明に従って空洞共振器内に挿入することができる。
【００３０】
特に、本発明による装置は、第一の増幅媒質が約９８０ｎｍにおいてエミットするイッテルビウムを含むようなものであってもよい。更に、共振器内周波数重複非線形クリスタル（ｉｎｔｒａ−ｃａｖｉｔｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ ｃｒｙｓｔａｌ）を使用することができる。この場合に、レーザー装置によって発せられる波長は、第一の増幅媒質の波長の半分である。
【００３１】
本発明のその他の利点及び特徴については、本発明を何ら限定するものではない実施形態に関する後述の詳細な説明及び添付の図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、三準位レーザーのエネルギー状態を示した図である。三つの異なった状態、即ち、状態１：基底エネルギー準位、状態２：励起エネルギー準位、状態３：ポンプ吸収エネルギー準位、に区別することができる。ある状態から別の状態への各遷移は物理的現象に関係している。状態１から状態３への移行は、光子の吸収での光学的なポンピングによって起こる。状態３から状態２への移行は、原子の緩和、即ち一般的な非放射及び急速な下方遷移により起こる。原子は、一定の持続時間に相当する一定時間の間、状態２に留まっている。状態２から状態１への移行は、レーザービームを形成する光子の発光によって起こる。
【００３３】
図２は、レーザーダイオード５によってポンピングされる本発明によるレーザー装置４を示している。このレーザー装置４は、モノリシック線形空洞共振器を形成する二つの増幅媒質６及び７を含んでいる。レーザーダイオード５によって発せられるレーザービームは、レーザー装置４と共線的である。
【００３４】
第一の増幅媒質６は活性三準位レーザー媒質で、第二の増幅媒質７の下流に配置されるが、順序は逆であってもよい。第二の増幅媒質７の発光波長λｉは、ポンプ５の発光波長λｐと第一の増幅媒質の発光波長λｓの間である。第二の増幅媒質は、ポンプ５によって励起される。この装置のレーザー空洞共振器は、波長λｉで最大反射率Ｒｍａｘを発揮するミラー８を含み、このミラーは第一の増幅媒質６の出力面に連結されている。また、この装置のレーザー空洞共振器は、波長λｉで最大反射率Ｒｍａｘを発揮するミラー９を含み、このミラーは第二の増幅媒質７の入力面に連結されている。
【００３５】
図３〜５は、本発明を約９８０ｎｍでエミットする三準位イッテルビウムＹｂレーザーに適用した場合に、本発明によってもたらされる利点を明らかにすることを可能にさせる図である。
【００３６】
Ｙｂ：ＹＡＧクリスタルは、１０３１ｎｍでの発光（四準位レーザー）のために頻繁に使用されている。ＹＡＧマトリックスでは、Ｙｂイオンは、波長９６８ｎｍで三準位遷移を有している。残念ながら、この波長では、σａ１＝７．１０−２５ｍ２＞σｅ１ ＝３．１０−２５ｍ２である。これは、発光レーザーの閾値が、７０％より多くのイオンの励起を必要とすることを意味する。この問題を克服するために、若干異なる結晶性マトリックス（ＧＧＧ）が選択されている。Ｙｂ：ＧＧＧの特徴は、三準位発光ピークが９７１ｎｍ，四準位発光ピークが１０３１ｎｍ，吸収帯域幅が９３０〜９４５ｎｍ，σａ１（９７１）＝６．６．１０−２５ｍ２，σａ１（９４０）＝４．１０−２５ｍ２，τ＝０．８ｍｓである。図３には、有効吸収及び発光断面積が示されている。即ち、２％Ｙｂでドープされたクリスタル（Ｎｙ＝２．５．１０２６ｍ−３）である。ポンプは１５０μｍの直径に亘って均一であるとみなす。例えば空洞共振器内周波数重複を考慮する場合に、Ｒｍａｘのミラーを備える空洞共振器を考慮して、ラウンドトリップ損失（ｒｏｕｎｄ−ｔｒｉｐ ｌｏｓｓ）が２％相当であるとみなして、９７１ｎｍのレーザーパワーが算出される。そのシミュレーションは、クリスタルの長さＬｙ＝５ｎｍが最適値に近いことを示している。この値を超えて、レーザー閾値は極めて高くなり、四準位レーザーの利得が多くなり過ぎてそれが発振することを防ぐことが困難となる。この長さを下回ると、ポンプは最早効率的に吸収されなくなる。５ｍｍの長さに対しては、レーザー閾値は１５Ｗである。１７．５Ｗのポンプパワーに対しては、レーザーパワーは、２０Ｗに達する（図４の右側の線を参照）。
【００３７】
本発明による効果は、第二の利得媒質としてＮｄ：ＹＡＧを使用することにより実証する。１．１％のＮｄでドープされて（ＮＮ＝１．５３．１０２６ｍ−３）、厚みがＬＮ＝２ｍｍのクリスタルを考慮する。Ｎｄイオンは８０８ｎｍでポンピングされ、９４６ｎｍの波長でエミットすることができる。励起状態の寿命はτ＝０．１９ｍｓ、σａ２（８０８）＝６．１５．１０−２４ｍ２で、σｅ２（９４６）＝３．９．１０−２４ｍ２、σａ２（９４６）＝４．５．１０−２６ｍ２である。上述したように、例えばＹｂ：ＧＧＧの厚みをＬｙ＝０．５ｍｍにまで大幅に削減することが可能である。これらの値で、レーザー閾値は、０．９Ｗを下回り、９７１ｎｍでのレーザーパワーは、図４の左側の線に一致して、ポンプパワー１．５５Ｗでは、２０Ｗに到達する。
【００３８】
こうして、ポンプの吸収及び変換効率を維持し、又は更に向上させることにより三準位レーザーの閾値を大幅に削減させることが可能であることが本発明によって実証された。特に本発明の意図するところは、限定されるものではないが、Ｙｂの三準位遷移から（周波数重複クリスタルを空洞共振器中に挿入することにより）約９８０ｎｍ又は約４９０ｎｍのレーザー源を作り出すことにある。９７６ｎｍでエミットするという利点を有するＹｂ：ＳｉＯ２（図５）を含む、母材の多くを考慮に入れることが可能である。重複周波数は、アルゴンレーザー（４８８ｎｍ）の主波長に厳密に対応する。
【００３９】
一般的な態様では、本発明は、三準位レーザーの効果的なポンピングを可能にする。その効果的なポンピングを実現するため、波長λｐのポンプで励起可能な第二のレーザー媒質をレーザー空洞共振器内に挿入した。この第二の媒質は、ポンプ波長と三準位レーザー波長λｓの間の中間波長λｉを発する。レーザー空洞共振器のミラーは、波長λｉでＲｍａｘ（最大反射率）を有することが保証された。レーザーが直接的にポンピングされる場合には、レーザー閾値λｉは、レーザー閾値λｓを下回ることが好ましい。更に、波長λｉは、三準位レーザー媒質によって吸収されるのが好ましく、この吸収は空洞共振器のその他の損失を上回る。空洞共振器内には、偏光子、フィルター又は非線形クリスタルの如き他の要素を追加することが可能である。本発明は、母材に応じて波長が約９８０ｎｍであるＹｂ３＋の三準位遷移に特に適用される。これにより、約９８０ｎｍでエミットするレーザー、又は空洞共振器内周波数重複装置が含まれている場合には、約４９０ｎｍでエミットするレーザーを作ることが可能になる。
【００４０】
勿論、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲でこれらの実施形態に多くの調整を加えることが可能である。実際、本発明は、例えば四準位増幅媒質の如き、三準位増幅媒質以外の増幅媒質に有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】三準位レーザーの概略図である。
【図２】レーザーダイオードによってポンピングされる、本発明によるレーザー装置の概略図である。
【図３】ＧＧＧマトリックスにおけるイッテルビウムの有効吸収及び発光断面積の曲線で示したグラフである。
【図４】従来のレーザーの特徴及び本発明によるレーザーの特徴を示すグラフである。
【図５】シリカマトリックスにおけるイッテルビウムの有効吸収及び発光断面積を曲線で示したグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力波長λｓの第一の出力レーザービームをエミットすることの可能な第一の増幅媒質と、
ポンプ波長λｐと波長λｓの間の中間波長λｉの第二のレーザービームをエミットすることが可能で、前記ポンプ波長λｐでポンピングされることの可能な第二の増幅媒質と、
前記第一の増幅媒質と前記第二の増幅媒質とを収容する単一レーザー空洞共振器を有し、
前記空洞共振器が、前記中間波長λｉで最大反射率を発揮する二つのミラーによって閉鎖されて、前記空洞共振器内で二つの異なるレーザー波長λｉ及びλｓが発生することを特徴とするレーザー装置。
【請求項２】
前記第一の増幅媒質が、前記中間波長λｉのレーザービームを吸収する活性素子を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のレーザー装置。
【請求項３】
前記第一の増幅媒質における中間波長λｉのレーザービームの吸収が、中間波長λｉの当該レーザービームの非共振損失を上回ることを特徴とする、請求項２に記載のレーザー装置。
【請求項４】
前記空洞共振器がモノリシック共振線形タイプの共振器であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項５】
前記第一の増幅媒質が直接的にポンピングされる場合に、波長λｉでの前記第二の増幅媒質の発光閾値が、波長λｓでの前記第一の増幅媒質の発光閾値を下回ることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項６】
前記第一の増幅媒質が、三価イッテルビウムの三準位遷移に基づいていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項７】
前記第一の増幅媒質が、イッテルビウム（Ｙｂ）でドープされたシリケートマトリックスを含んでいることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第二の増幅媒質が、三価ネオジムＮｄの遷移４Ｆ３／２ → ４Ｉ９／２に基づいていることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記三価Ｎｄが、ＹＡＧ，ＹＶＯ４，ＧｄＶＯ４，ＹＡＰ又はＹＬＦのいずれかの材料のマトリックス中に含まれていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記空洞共振器が偏光子を更に含んでいることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項１１】
前記空洞共振器がフィルターを更に含んでいることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項１２】
前記空洞共振器が非線形クリスタルを更に含んでいることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項１３】
前記第一の増幅媒質が、約９８０ｎｍでエミットするイッテルビウムを含み、空洞共振器内周波数重複非線形クリスタルを更に含んでいることを特徴とする、請求項１２に記載のレーザー装置。
【請求項１】
出力波長λｓの第一の出力レーザービームをエミットすることの可能な第一の増幅媒質と、
ポンプ波長λｐと波長λｓの間の中間波長λｉの第二のレーザービームをエミットすることが可能で、前記ポンプ波長λｐでポンピングされることの可能な第二の増幅媒質と、
前記第一の増幅媒質と前記第二の増幅媒質とを収容する単一レーザー空洞共振器を有し、
前記空洞共振器が、前記中間波長λｉで最大反射率を発揮する二つのミラーによって閉鎖されて、前記空洞共振器内で二つの異なるレーザー波長λｉ及びλｓが発生することを特徴とするレーザー装置。
【請求項２】
前記第一の増幅媒質が、前記中間波長λｉのレーザービームを吸収する活性素子を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のレーザー装置。
【請求項３】
前記第一の増幅媒質における中間波長λｉのレーザービームの吸収が、中間波長λｉの当該レーザービームの非共振損失を上回ることを特徴とする、請求項２に記載のレーザー装置。
【請求項４】
前記空洞共振器がモノリシック共振線形タイプの共振器であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項５】
前記第一の増幅媒質が直接的にポンピングされる場合に、波長λｉでの前記第二の増幅媒質の発光閾値が、波長λｓでの前記第一の増幅媒質の発光閾値を下回ることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項６】
前記第一の増幅媒質が、三価イッテルビウムの三準位遷移に基づいていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項７】
前記第一の増幅媒質が、イッテルビウム（Ｙｂ）でドープされたシリケートマトリックスを含んでいることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第二の増幅媒質が、三価ネオジムＮｄの遷移４Ｆ３／２ → ４Ｉ９／２に基づいていることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記三価Ｎｄが、ＹＡＧ，ＹＶＯ４，ＧｄＶＯ４，ＹＡＰ又はＹＬＦのいずれかの材料のマトリックス中に含まれていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記空洞共振器が偏光子を更に含んでいることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項１１】
前記空洞共振器がフィルターを更に含んでいることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項１２】
前記空洞共振器が非線形クリスタルを更に含んでいることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載のレーザー装置。
【請求項１３】
前記第一の増幅媒質が、約９８０ｎｍでエミットするイッテルビウムを含み、空洞共振器内周波数重複非線形クリスタルを更に含んでいることを特徴とする、請求項１２に記載のレーザー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００９−５２２７９９（Ｐ２００９−５２２７９９Ａ）
【公表日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４９０３９（Ｐ２００８−５４９０３９）
【出願日】平成１９年１月４日（２００７．１．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００７／０００００５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０７７３９２
【国際公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【出願人】（５０８２０２７４０）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月４日（２００７．１．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００７／０００００５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０７７３９２
【国際公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【出願人】（５０８２０２７４０）
【Ｆターム（参考）】
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