JPH04229683A - 能動鏡を有する出力レーザ - Google Patents

能動鏡を有する出力レーザ

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JPH04229683A
JPH04229683A JP3128516A JP12851691A JPH04229683A JP H04229683 A JPH04229683 A JP H04229683A JP 3128516 A JP3128516 A JP 3128516A JP 12851691 A JP12851691 A JP 12851691A JP H04229683 A JPH04229683 A JP H04229683A
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JP
Japan
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laser
layer
alternating layers
photons
amplification medium
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Application number
JP3128516A
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English (en)
Inventor
Jean-Paul Pocholle
ジヤン・ポール・ポシヨル
Michel Papuchon
ミシエル・パピユシヨン
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Filing date
Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザに、特に出力レー
ザに係わる。
【０００２】図１によれば、レーザは一般的に１つの空
洞の中に入れられた１つの増幅媒質１０によって構成さ
れ、前記空洞の両端が鏡Ｍ１とＭ２とによって構成され
、前記鏡の一方（出力鏡Ｍ２）が、前記レーザによって
放出される波長に対して部分的に透明である。
【０００３】増幅媒質１０は、（補助光ポンピングレー
ザであることが多い）ポンピング源１２によって励起さ
れることが可能な活性イオンを有する。このポンピング
源は、活性イオンの電子を特定のエネルギ準位からより
高い準位へと励起し、これらの励起された電子は、所定
の波長又は所定の波長範囲において光子を放出しながら
、且つ位相干渉を伴って最初の準位に直接的に又は間接
的に再び戻るだろう。
【０００４】本発明の目的は、正確に決められた周波数
における放出を容易にするように、又は放出周波数を単
純な手段によって同調可能にするように、特に増幅媒質
が励起される方法に関して、レーザ製作の可能性を改善
することである。
【０００５】
【従来の技術】既存の出力レーザの欠点は、例えば、前
記出力レーザが複数の共振モードを有し、その結果とし
て前記レーザが複数の波長を放出する傾向があり、これ
らの波長の中には望ましくないものがあるという点を含
むということが指摘可能である。従って付属手段（複屈
折フィルタ、基準器等）がこれらの波長を除去するため
に必要とされるが、こうした付属手段は結果的に、前記
レーザの複雑性を増大させ、前記波長除去が濾波によっ
て行われる時には出力損失を引き起こす。
【０００６】同調可能なレーザ（出力レーザか否かに係
わらず）を得るためには、同調を行うために、温度調節
手段を有するフィルタを使用することが一般的に必要で
ある。これらのフィルタも、出力損失を生じさせる複雑
な手段である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、正確に決め
られた周波数における放出を容易にするように、又は放
出周波数を単純な手段によって同調可能にするように、
レーザの能力と性能特性とを改善することを可能にする
、新規性のあるレーザ構造を提案する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によって、１つの
増幅媒質と、前記増幅媒質を励起し且つ蛍光光子を発生
させる１つのポンピング源と、前記増幅媒質を収容する
空洞の範囲を限定する２つの鏡とを含み、前記２つの鏡
の少なくとも一方が、前記増幅媒質の蛍光光子による励
起に反応して、所定の１つの波長において光を発生させ
る能動鏡であるレーザが提案される。
【０００９】従って、前記増幅媒質が様々な波長で光子
を放出する傾向がある場合にさえ、好ましい誘導放出波
長があり、即ち前記能動鏡による放出に対応する誘導放
出波長があるだろう。
【００１０】好ましくは本発明によって、１）前記能動
鏡が、異なった光学屈折率と、望ましいレーザ放出波長
のための反射率ピークを前記能動鏡に対して垂直に確保
するように選択された厚さとを有する交互の層を、反復
的に積み重ねることによって作られたブラッグ反射器で
あり、２）前記交互層の少なくとも１つが、前記望まし
いレーザ放出波長に実質的に一致する放射遷移エネルギ
（実際には禁止帯エネルギであることが最も一般的だろ
う）と、前記増幅媒質によって放出される蛍光光子の一
部分を前記層が吸収するように前記蛍光光子のエネルギ
より小さいか又はそれに等しい禁止帯エネルギとを有す
る１つの半導体層である。
【００１１】このレーザ構造は、前記鏡の一方が言わば
非常に小さな半導体レーザとして形成される構造である
ことが不可欠であり、この半導体レーザの空洞はブラッ
グ反射器の層の積み重ねによって形成される。（非常に
短い空洞を有する）このレーザミニダイオードは、ポン
ピング源によって励起される増幅媒質から生じる蛍光光
子によって励起される。このミニダイオードは、使用さ
れる半導体の放射エネルギ遷移の固有周波数において放
出し、この周波数は、前記ブラッグ反射器の反射率ピー
ク内に正確に位置すると同時に、前記層の積み重ねによ
って作られた小さな空洞の共振区域内に正確に位置する
。従って、前記ブラック反射器自体によって、コヒーレ
ント光が、前記反射器に対し垂直な方向へ、従って増幅
媒質に向かって誘導放出され、更に増幅媒質自体も、前
記空洞の共振が最大となる波長において、即ち、前記ブ
ラッグ反射器の反射率ピークに一致する波長において誘
導放出を放出する。
【００１２】従って前記空洞の一方の端部で使用される
鏡は、能動鏡であって受動鏡ではない。この鏡は単に光
を反射するだけではなく、光自体を、更にはコヒーレン
ト光を放出する。
【００１３】ブラッグ反射器（この反射器は、鏡とレー
ザとの両方の機能を満たすが故に、本明細書では「鏡−
レーザ」と呼ばれることがある）が非常に薄いレーザ空
洞を構成するが故に、この空洞は１つのモードだけでし
か共振できない。従ってこの鏡−レーザは、単一周波数
コヒーレント源であり、主レーザの増幅媒質自体が単一
の周波数のみにおいて放出するだろう。
【００１４】本発明の主要な利点としては、次のような
利点を指摘することが可能だろう。
【００１５】−複数の縦共振モードを有するレーザの場
合でさえ、特に電子振動タイプの出力レーザの場合でさ
え、正確に決められた周波数における放出が容易である
こと、−後述されるように、前記「鏡−レーザ」の単純
な機械的移動によって狭い帯の中に同調可能なレーザを
有することが可能であること。
【００１６】本発明の他の特徴と利点とが、添付図面を
参照して行われる以下の詳細な説明から明らかになるだ
ろう。
【００１７】
【実施例】図２は本発明によるレーザの一般的な構造を
示す。レーザの空洞の範囲を限定する２つの鏡の一方、
即ちこの実施例では出力鏡ではない方の鏡Ｍ１が、１つ
のブラッグ反射器ＭＢによって置き換えられている。
【００１８】この反射器は、別々の光学屈折率ｎ１、ｎ
２と別々の厚さｅ１、ｅ２とを有する２つの層を交互に
積み重ねたものである。ｎ１、ｅ１とｎ２、ｅ２との交
互が多数回（例えば数１０回）に亙って繰り返され、そ
の頂点が少なくとも９０〜９５％の反射係数を示す反射
率ピークを得ることを可能にする。
【００１９】この反射率ピークが最大値となる波長Ｌｏ
は、次の通りである。
【００２０】Ｌｏ　＝　　２（ｎ１ｅ１　＋　ｎ２ｅ２
）前記厚さはブラッグ反射器の表面に対して垂直に測定
され、従って算出された波長は前記反射器に対し垂直な
反射率の最大値に相当する。
【００２１】場合によっては複数の別々の主反射率ピー
クが求められることもあり、この場合には、異なった屈
折率を有する層の交互が、単純な（ｎ１，ｅ１）／（ｎ
２，ｅ２）　交互よりも複雑であってもよいということ
が指摘されるだろう。例えば第３の層ｎ３，ｅ３　が、
前記交互層の間に時おり挿入されてもよい。又は前記交
互層が、規則的な３つの層（ｎ１，ｅ１）／（ｎ２，ｅ
２）／（ｎ３，ｅ３）　から構成される交互層等であっ
てもよい。
【００２２】しかし本説明の以下の部分は、単一の主反
射率ピークだけをもたらす単純な２つの層（ｎ１，ｅ１
）／（ｎ２，ｅ２）　の交互に関しての本発明の説明に
限定されるだろう。
【００２３】本発明によると、図３に拡大詳細図の形で
示されるブラッグ反射器の交互層は半導体材料で作られ
る。又は少なくとも前記交互層の一方が半導体材料で作
られている。実際には、製造の容易性の故に交互層の両
方の層が半導体層であり、この理由から、図３が第１の
半導体材料ＳＣ１（屈折率ｎ１、厚さｅ１）　と第２の
半導体材料ＳＣ２（屈折率ｎ２、厚さｅ２）　との規則
正しい交互を示す。半導体であることが必要な材料が材
料ＳＣ１　であると仮定しよう。
【００２４】図４は、各々にＧａ０．９　Ａｌ０．１　
Ａｓ（６０　ｎｍ）　とＧａ０．５５Ａｌ０．４５Ａｓ
（６２　ｎｍ）　との組成を有するガリウムとアルミニ
ウムとのヒ化物を主成分とする２つの層によって得られ
る反射率ピークを例示する。積み重ね周期の数は２０で
ある。得られる前記ピークは８３０ｎｍ　の波長を有し
且つ９４％に達する。
【００２５】積み重ね周期の数を増加させることによっ
て、前記ピークの数値が増大させられ、３０の周期の場
合には９８％に達する。
【００２６】半導体材料ＳＣ１　は、次の２つの基準に
合致する電子的構造を有する材料である。
【００２７】−先ず第１にこの構造は、レーザの増幅媒
質によって放出される蛍光光子によって電子がより高い
エネルギ準位に励起されることが可能であるような構造
である。このことは、従来的な半導体ＳＣ１　の場合に
は、一般的に価電子帯と伝導帯との間の禁止帯幅が、こ
れらの蛍光光子のエネルギよりも小さいということを意
味する。多重量子井戸を有する半導体材料の場合には、
その条件は異なった形で表わされることが可能であるが
、どんな場合にも、蛍光光子によって電子がより高いエ
ネルギ準位に励起されることが可能でなければならない
。
【００２８】−第２に前記半導体は、放射遷移によって
、即ち前記励起された電子が、この遷移のエネルギ準位
における差異に関係付けられた正確に決められた波長に
おいて光子を放出しながら、自然発生的に又は誘導され
る形でより低い準位に戻ることが可能であるような半導
体である。
【００２９】−第３に、前記半導体材料ＳＣ１　によっ
て放出されるこれらの光子の波長が、ブラッグ反射器の
反射率ピークの中に正確に位置付けられなければならな
い（必ずしも前記ピークの頂点に位置する必要はなく、
前記ピーク内に位置すればよい）。
【００３０】実際には、従来的な均一な塊状の半導体の
場合には、放射遷移は、ただ単に、電子が励起状態にあ
る伝導帯から価電子帯へと電子が戻ることにすぎす、こ
の場合には、放射遷移エネルギは、ただ単に禁止帯に対
応するエネルギにすぎない。しかし電子が戻る間の放射
遷移のエネルギが、禁止帯エネルギではない場合がある
（多重量子井戸半導体の場合）。
【００３１】前記第２の材料ＳＣ２　は、必ずしも半導
性である必要はない。必要なことは、前記第２の材料Ｓ
Ｃ２　が、半導体ＳＣ１　の電子を励起しに来る蛍光光
子の波長に対して透明でなければならないということと
、前記材料ＳＣ１　の光学屈折率とは異なった光学屈折
率を有さなければならないということだけである。これ
に加えて反射器ＭＢの最大反射係数は、光学屈折率の差
「ｎ２−ｎ１」が大きければ大きいほど高い。従って前
記差が十分に大きければ、前記交互層の積み重ねの空間
周期の数（例えば２０又は３０）が、中程度な数である
ことで十分である。
【００３２】更に、反射率ピークの中間高さにおけるス
ペクトル幅が（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）　に比例
するが故に、反射率ピークのスペクトル幅が前記光学屈
折率の差と共に増大するということが留意されるべきだ
ろう。
【００３３】レーザが周波数に関し同調可能でなければ
ならない場合には、反射率ピークが大きなスペクトル幅
を有することが重要である。この点については以下でよ
り詳細に説明されるだろう。図４の実施例では、この幅
（中間高さにおける反射率ピークのスペクトル幅）が約
５０ｎｍであることが見てとれる。
【００３４】主レーザが厳密に単一周波数レーザでなけ
ればならない場合には、より小さな帯幅を有することと
、従って光学屈折率の差「ｎ２−ｎ１」がより小さいこ
とと、前記反射器内の交互層の対の数がより多いことと
が、好ましいだろう。
【００３５】例えば紫外領域と可視領域と赤外領域との
ような非常に広範囲の波長範囲における非常に多数の事
例に対して本発明が適用可能であるという事実に留意し
つつ、以下では本発明によるレーザの働きの理解を容易
にするために、１つの特定の実施例が選択される。
【００３６】レーザがパルス出力レーザであり、このレ
ーザの増幅媒質が、三価のチタンでドープされたサファ
イア結晶（Ｔｉ３＋：Ａｌ２　Ｏ３　）であると仮定す
る。
【００３７】三価のイオンＴｉ３＋は、０．６５μｍ　
〜１．１　μｍ　の範囲の蛍光をパルスモードで放出す
るという特徴を有する。
【００３８】ブラッグ反射器を作るためには、２つの異
なったタイプの組成を有する２つの半導体材料ＳＣ１　
とＳＣ２　との交互層が選ばれる。ここでＳＣ１　はヒ
化ガリウムであり、ＳＣ２　はガリウムとアルミニウム
とのヒ化物である。
【００３９】ＳＣ１　：ＧａＡｓ、厚さｅ１＝　６４　
ｎｍ、ＳＣ２　：Ｇａ０．５５Ａｌ０．４５Ａｓ、厚さ
ｅ２＝６３　ｎｍ。
【００４０】これらの交互層の積み重ねにおける空間周
期は２５である。
【００４１】波長の関数としての反射率曲線が図５に示
されている。厚さｅ１とｅ２は、波長Ｌｏ＝　０．８７
μｍ　を中心とする１つのピークを得るように、前記材
料の光学屈折率に応じて選択されている。このピークの
最大値は１００　％に非常に近い。
【００４２】励起された半導体ＳＣ１　が、励起の間に
生じさせられる電子−正孔対の再結合によって０．８７
μｍ　に近い波長において自然放出することが可能であ
るが故に、このＬｏの選択が行われる。実際に、層ＳＣ
１　のヒ化ガリウムＧａＡｓの禁止帯の幅は１．４２４
ｅＶ　である。
【００４３】更に、前記ブラッグ反射器の第２の材料Ｓ
Ｃ２　は、この材料がイオンＴｉ３＋の蛍光放射の大部
分に対して透明であるように、且つこの材料が光学屈折
率ｎ１とは十分に異なった光学屈折率ｎ２を有するよう
に選択される。
【００４４】ガリウムとアルミニウムとのヒ化物のよう
な半導体材料の場合には、その光学屈折率が禁止帯幅に
関連されるが故に前記問題は容易に解決される。
【００４５】半導体材料ＳＣ１　の禁止帯幅よりも大き
な禁止帯幅を有する半導体材料ＳＣ２　を選択すること
によって、望ましい二重の結果が得られる。即ち光学屈
折率ｎ２が光学屈折率ｎ１とは異なっており（光学屈折
率ｎ２が光学屈折率ｎ１より小さい）、また材料ＳＣ２
　が材料ＳＣ１　によって吸収される波長（０．６５　
μｍ　〜０．８７μｍ）に対して透明である。実際に、
この実施例で選択された材料は、増幅媒質によって放出
される蛍光光子のスペクトルの概ね全体（０．６５　μ
ｍ　〜１．１　μｍ）に対して透明である。
【００４６】このレーザは次のように働く。ポンピング
源（一般的にはフラッシュランプ又はポンピングレーザ
）が三価のチタンイオンを励起し、これらのイオン自然
蛍光によっては０．６５〜１．１　μｍ　のスペクトル
帯において光子を放出する。
【００４７】これらの光子はガリウムとアルミニウムと
のヒ化物ＳＣ２　の透明層を通過する。これらの光子の
一部分は、ヒ化ガリウムＳＣ１　層をも通過する。これ
らは概ね０．９　〜１．１　μｍ　のスペクトル帯の光
子である。しかし０．６５〜０．８７μｍ　の間のスペ
クトル帯の放出光子は、ＳＣ１　層によって吸収される
。これらの放出光子は多量の電子−正孔対を生じさせる
。
【００４８】電子−正孔対がその中に捕捉された半導体
ＳＣ１　の禁止帯エネルギに０．８７μｍ　の波長が対
応するが故に、再結合によって、電子−正孔対がこの０
．８７μｍ　波長の付近で光子放出を生じさせる。
【００４９】この約０．８７μｍ　の波長の場合には、
この波長がブラッグ反射器の反射率のピークの中に完全
に位置するが故に、ブラッグ反射器の層の積み重ねが１
つの共振空洞を形成する。この場合は、図５の曲線の反
射率ピークによって決められる周波数において、誘導レ
ーザ放出がブラッグ反射器積み重ねの内部自体で生じる
。
【００５０】従って、増幅媒質の側から見た場合には、
ブラッグ反射器は０．８７μｍ　におけて選択的である
鏡として働くが、前記鏡の内側から見た場合には、この
ブラッグ反射器は、光学的に励起された半導体増幅媒質
と共に、前記周波数と同一の周波数においてレーザ空洞
として働く。
【００５１】従って、（鏡ＭＢと出力鏡との間の）レー
ザの主空洞がその周波数に対して共振（前記空洞の鏡の
一方の反射率ピークに起因する共振）することになる周
波数において、半導体ＳＣ１　層を有するブラッグ反射
器がミニレーザ（ｍｉｎｉ−ｌａｓｅｒ）として働く。
【００５２】ブラッグ反射器内で発生されるコヒーレン
ト光の光子の一部分が主増幅媒質１２に向かって進み、
この主増幅媒質１２の中で同一の波長のコヒーレント光
の放出を誘導する。
【００５３】留意されるべき重要点は、ブラッグ反射器
の非常に薄い厚さ（約３　μｍ　の厚さを与える、約６
０ｎｍの各層の交互層対の２５の積み重ね）が、複数の
共振モードが存在することを防止するということである
。従って１つの波長だけがブラッグ反射器から主増幅器
媒質に対して放出され、１つの波長だけが主増幅媒質の
中で誘導されることになる。
【００５４】従って、レーザ主空洞内に波長選択フィル
タを備えることはもはや不要である。
【００５５】実際にはレーザは、主空洞の中に組み込ま
れた１つの光変調器によってパルスモードで働かされる
だろう。図６に示される変調器１４は、一瞬の間だけレ
ーザビームの出力を遮断するために使用される。従って
増幅媒質１０の蛍光光子の全てが、ブラッグ反射器ＭＢ
の半導体材料ＳＣ１　の中で発生される電子−正孔対の
量を増大させることに寄与する。前記変調器が解除され
る時には、共振の条件が生じ、誘導放出の放出を可能に
する。例えば高出力レーザパルスが、ポンピング源１２
による励起の周期よりも短い周期に亙って与えられるこ
とが可能である（三価のチタンイオンの蛍光が緩和モー
ドにおいて生じるが故に、前記ポンピング源による励起
自体が一般的にパルス状である）。
【００５６】「鏡−レーザ」又は能動鏡ＭＢが主レーザ
空洞の出力鏡である場合、又は従来的なレーザの２つの
鏡Ｍ１とＭ２とが本発明による半導体ブラッグ鏡で置き
換えられる場合が検討されてもよい。
【００５７】出力鏡が半導体ブラッグ鏡である場合には
、このブラッグ鏡によって得られる反射率ピークが、レ
ーザビームの出力を可能にする許容可能な値（例えばこ
の反射率ピークの頂点において９５％）に相当すること
になるということが理解されるだろう。
【００５８】以上の説明は、ブラッグ鏡の中の半導体層
に関して行われてきた。この概念は、非均一な塊状の層
と特に多重量子井戸構造（その層の中に自然的には存在
せず且つ特別な遷移を可能にする電子のエネルギ準位を
生じさせるために、構造の局所的変化がその層の中に作
り出される）とを包括する。更に一般的には、この概念
は、（増幅媒質の蛍光光子によって）光学的に励起され
ることが可能であり且つ前記ブラッグ反射器の交互層の
反射率ピークに相当する波長において光子を放出するこ
とが可能である全ての層構造を包括するだろう。従って
、これらの光子を放出するために生じる再結合は、価電
子帯と伝導帯との間には位置せずに、むしろ価電子帯内
又は伝導帯内に位置する可能性が高い。
【００５９】当然のことながら、本発明は、主増幅媒質
のポンピング源が光学的なポンピング源以外である時に
も適用可能だろう。電流によって励起を引き起こす方法
（半導体レーザ）が知られており、この場合に、この電
気ポンピングの作用によって放出される光子が「蛍光光
子」ではなく「ルミネセンス光子」と呼ばれるが、この
場合にも本発明の原理が変更されることはない。
【００６０】図７は、レーザの主空洞が２つの鏡ではな
くて３つの鏡Ｍ１、Ｍ２、ＭＢを有し且つこれに加えて
半透明プレート１６を有する、１つの別の実施例を示す
。
【００６１】鏡Ｍ１とＭ２とは互いに対面し、増幅媒質
１０を収容するレーザの第１の空洞の範囲を限定する。
【００６２】従来的にはＭ１は（レーザ波長と放出可能
な蛍光の波長の全てとに関して）最大の反射係数を有す
る鏡である。Ｍ２は、Ｍ１より僅かに低い反射係数を有
する出力鏡である。互いに平行な鏡Ｍ１とＭ２との間の
光子経路内の分離プレート１６は、光子の一部分をブラ
ッグ反射器ＭＢに向けて導き、その結果として、増幅媒
質１０を収容する第２のレーザ空洞の範囲が限定される
。この空洞は鏡Ｍ１と分離プレート１６とを含み、反射
器ＭＢ内で終わる。
【００６３】この配置は、ブラッグ反射器が他の鏡から
切り離されることを可能にするが、その働きは全く同一
である。増幅媒質によって放出される蛍光光子の一部分
が前記プレート１６によってブラッグ反射器ＭＢに向け
て方向付けられ、このブラッグ反射器ＭＢの半導体層を
励起する。このブラッグ反射器ＭＢの半導体材料ＳＣ１
　によって規定される波長において、レーザ放出が鏡−
レーザＭＢ内で生じさせられる。この波長は、分離プレ
ート１６によって送り返され、前もって励起されている
増幅器媒質の中における同一波長の放出を誘導する。分
離プレート１６の反射係数と透過係数との間の比率が、
ブラッグ反射器ＭＢに対して送られるエネルギの量を調
節することを可能にする。
【００６４】本発明の更に別の実施例が図８と図９に示
される。
【００６５】図８の変形例は、互いに垂直な鏡Ｍ１と　
Ｍ′１　とにおいて各々に終端する別々の空洞の中の２
つの増幅媒質１０と１０′とを使用する。これらの２つ
の空洞のビームは、傾斜した半反射プレート１６を介し
て１つに集められる。この２重増幅は、そのレーザの全
出力を増大させることを可能にする。この変形例の場合
にも、Ｍ２は出力鏡である。この実施例では、ブラッグ
反射器は出力鏡Ｍ２に対して垂直に配置されるが、非常
に高い反射係数を有する従来的な鏡によって置き換えら
れることが可能であり、この場合には鏡Ｍ１又は　Ｍ′
１　が、半導体ブラッグ反射器によって置き換えられる
だろう。
【００６６】図９の変形例でも、図８の場合と同様に、
１つの半反射プレート１６によって結合された２つの共
鳴空洞が備えられる。前記空洞の一方が、２つの半導体
ブラッグ反射器ＭＢとＭＢ′によって範囲を限定され、
これと同時に前記空洞の他方が、従来的な鏡Ｍ１とＭ２
によって範囲を限定される。
【００６７】本発明によるレーザは、複雑なフィルタな
しに単一周波数の放出を得るために出力レーザに適用さ
れることが可能であるばかりでなく、周波数の同調が可
能なレーザを実現するためにも適用されることが可能で
ある。
【００６８】確かにレーザ放出波長が、ブラッグ反射器
の反射率条件に関連付けされるということと、前記反射
率のピークが式Ｌｏ＝２（ｎ１ｅ１　＋　ｎ２ｅ２）　
のような波長Ｌｏに位置するが故に、前記条件がブラッ
グ反射器の交互層の厚さｅ１とｅ２とによって大きく左
右されるということとが既に理解されている。
【００６９】従って、所望周波数に従って選択された１
つのブラッグ反射器によって主レーザ空洞を閉じるため
に、複数のブラッグ反射器を交換使用することが可能で
ある、レーザを製作することが可能である。前記周波数
は、選択されたブラッグ反射器の反射率ピークによって
決定され、この反射率ピークは層ＳＣ１とＳＣ２　の厚
さに関連付けされる。
【００７０】ブラッグ反射器が均一でない場合には、即
ちその層の厚さがブラッグ反射器の表面に沿って変化す
る場合には、連続的に同調可能なレーザを得ることも可
能である。これに加えて、半導体基板の上に層を蒸着す
る作業の間に前記基板の温度勾配を生じさせることによ
って、半導体層の蒸着物の厚さを極めて容易に変化させ
ることが可能である。この場合には、所望波長に反射率
ピークを有するブラッグ反射器部分が共振空洞の前に（
更に正確には、ポンピングレーザによって励起されてい
る増幅媒質部分の前に）来るように、ブラッグ反射器を
機械的に移動させることによってレーザが連続的に同調
されることが可能である。
【００７１】例えば、厚さと組成との両方において互い
に相違する２つの構造に関する波長は、次のように推定
される。
【００７２】Ａ）第１の層：ＧａＡｓ、厚さ６０ｎｍ、
第２の層：Ｇａ０．５５Ａｌ０．４５Ａｓ、厚さ６３ｎ
ｍの場合、禁止帯幅は１．４２４ｅＶ　であり、０．８
７μｍ　に相当する。
【００７３】Ｂ）第１の層：Ｇａ０．９５Ａｌ０．０５
Ａｓ、厚さ６１ｎｍ、 第２の層：Ｇａ０．５５Ａｌ０．４５Ａｓ、厚さ６０ｎ
ｍの場合、禁止帯幅は１．４８２ｅＶ　であり、その放
出は０．８３６　μｍ　の波長である。
【００７４】三価のチタンでドープされたサファイアで
作られた出力レーザの場合には、ブラッグ反射器の半導
体合金は、約０．７　〜０．８７μｍの放出波長に相当
する禁止帯幅を得ることを可能にする、様々な組成タイ
プのガリウムとアルミニウムのヒ化物を主成分とする化
合物であることが好ましいだろう。
【００７５】より短い波長（例えば０．６　〜０．７　
μｍ）が求められる場合には、ガリウムとアルミニウム
とのヒ化物とカルシウムとストロンチウムとのフッ化物
との交互層が使用可能である。こうしたフッ化物層は誘
電性であり、可視領域において透明である。カルシウム
とストロンチウムとのフッ化物の屈折率はガリウムとア
ルミニウムとのヒ化物の屈折率よりも遥かに小さく、そ
の選択性のピークのスペクトル幅は遥かに大きいだろう
。
【００７６】こうしたフッ素化合物は、希土類によって
ドープされることも可能である。これによって、２つの
波長において、例えばガリウムヒ化物に起因する０．８
７μｍ　の波長とネオジムによるドープに起因する１．
０６μｍ　の波長とにおいて同時に働くことが可能な「
鏡−レーザ」を作り出すことが可能になる。ドーパント
希土類は、例えばエルビウムであってもよい。
【００７７】紫外領域におけるレーザを作るためには、
能動ブラッグ反射器に使用される材料は、ＩＩ−ＶＩ族
化合物（例えばセレン化亜鉛又はセレン化カドミウム、
テルル化カドミウム、硫化亜鉛又は硫化カドミウム）で
あってよい。
【００７８】人間の目に対して危険ではない（１．５　
μｍ　領域の）レーザも、主レーザの活性イオンとして
エルビウムイオンを使用し、且つブラッグ反射器の半導
体層としてＧａＩｎＡｓとＩｎＰ　（ガリウムとインジ
ウムとのヒ化物とリン化インジウム）の交互層を使用す
ることによって、この方法で作られることが可能である
。主レーザはネオジムでドープされたＹＡＧ　レーザで
あってもよく、その放出は誘導ラマン効果によってより
長い波長において並進される。
【００７９】２　μｍ　で働く固体ＹＡＧ　レーザも、
本発明に従って、ＧａＩｎＡｓＳｂ／ＡｌＧａＡｓＳｂ
　化合物を使用する表面放出半導体レーザによって制御
されることが可能であり、その主レーザの活性イオンは
三価のホルミウムイオン（Ｈｏ３＋）である。
【００８０】最後に、ネオジムでドープされたＹＡＧ　
の１．０６４　μｍ　における放出は、Ｉｎｘ１Ｇａ１
−ｘ１Ａｓ／Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓタイプの半導体
層の積み重ねによって調整されることが可能である。
【００８１】Ｉｎｘ　Ｇａ１−ｘ　Ａｓ／ＧａＡｓ　　
タイプの材料で外界温度において形成される層の場合に
は、その禁止帯エネルギは次のような経験的な関係に従
う。
【００８２】Ｅｇ＝　１．４２４−１．６１５ｘ＋０．
５５５ｘ２　本発明によるブラッグ反射器の製作に適し
たインジウム組成は、三価のネオジム活性イオンの蛍光
放出のスペクトル位置によって規定される。Ｉｎ０．１
７Ｇａ０．８３Ａｓ層とＧａＡｓ層との交互の積み重ね
によって形成されたブラッグ反射器が採用されることが
好ましいだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来的なレーザの構造を示す概略図である。
【図２】本発明によるレーザの一般構造を示す概略図で
ある。
【図３】主レーザの空洞の一方の端部を閉じる「鏡−レ
ーザ」の構造を示す説明図である。
【図４】２つの異なったタイプのアルミニウムとガリウ
ムとのヒ化物を主成分とする交番半導体層を有するブラ
ッグ反射器の反射率曲線を示すグラフである。
【図５】反射率ピークが前記半導体層の一方の層の禁止
帯の遷移波長に非常に近接した波長に位置するように調
節された組成タイプの場合の、別の反射率曲線を示すグ
ラフである。
【図６】本発明の第２の実施例を示す説明図である。
【図７】本発明の第３の実施例を示す説明図である。
【図８】本発明の第４の実施例を示す説明図である。
【図９】本発明の第５の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０　　増幅媒質 １２　　ポンビング源 １４　　光変調器 １６　　半透明分離プレート Ｍ１、Ｍ２　　鏡 ＭＢ　　ブラッグ反射器 ＳＣ１　、ＳＣ２　　　半導体材料層 ｎ１、ｎ２　　半導体層光学屈折率 ｅ１、ｅ２　　半導体層厚さ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　１つの増幅媒質と、前記増幅媒質を励
    起し且つ蛍光光子を発生させる１つのポンピング源と、
    前記増幅媒質を収容する空洞の範囲を限定する２つの鏡
    とを含むレーザであって、前記２つの鏡の少なくとも一
    方が、前記増幅媒質の蛍光光子による励起に反応して、
    所定の１つの波長において光を発生させる能動鏡である
    ことを特徴とするレーザ。
  2. 【請求項２】　　前記能動鏡が、異なった光学屈折率と
    、所望のレーザ放出波長に実質的に等しい波長のための
    反射率ピークを前記能動鏡に対して垂直に確保するよう
    に選択された厚さとを有する交互層を、反復的に積み重
    ねることによって作られたブラッグ反射器であり、前記
    交互層の少なくとも１つが、前記所望のレーザ放出波長
    に実質的に一致する放射遷移エネルギと、前記増幅媒質
    によって放出される蛍光光子の一部分を前記層が吸収す
    るように前記蛍光光子のエネルギよりも小さいか又はそ
    れに等しい禁止帯エネルギとを有する１つの半導体層で
    あることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
  3. 【請求項３】　　前記交互層の各層が半導体層であり、
    前記蛍光光子の少なくとも一部分が前記交互層の第１の
    層によって吸収可能であるように、前記交互層の第２の
    層が、前記蛍光光子のエネルギよりも高い禁止帯エネル
    ギを有し、前記蛍光光子に対して透明であることを特徴
    とする請求項２に記載のレーザ。
  4. 【請求項４】　　前記半導体層が均一な塊状であること
    を特徴とする請求項２又は３に記載のレーザ。
  5. 【請求項５】　　前記半導体層が多重量子井戸を有する
    層であることを特徴とする請求項２又は３に記載のレー
    ザ。
  6. 【請求項６】　　前記交互層の第２の層が誘電性であり
    、前記第１の層によって吸収可能な光子の少なくとも一
    部分に対して透明であることを特徴とする請求項２に記
    載のレーザ。
  7. 【請求項７】　　前記交互層がガリウムヒ化物を主成分
    とする化合物であることを特徴とする請求項２に記載の
    レーザ。
  8. 【請求項８】　　前記交互層の一方がアルミニウム又は
    インジウム又はアンチモンを含むことを特徴とする請求
    項７に記載のレーザ。
  9. 【請求項９】　　前記交互層の第２の層がカルシウムと
    ストロンチウムとのフッ化物であることを特徴とする請
    求項２に記載のレーザ。
  10. 【請求項１０】　　前記半導体層がＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ
    、ＺｎＳ　、ＣｄＳ　、ＣｄＳｅのようなＩＩ−ＶＩ化
    合物であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ。
  11. 【請求項１１】　　前記増幅媒質がチタンでドープされ
    たサファイアであることを特徴とする請求項１から１０
    のいずれかに記載のレーザ。
  12. 【請求項１２】　　前記能動鏡が異なった波長に反射率
    ピークを有する異なった領域を含むことを特徴とする請
    求項１から１１のいずれかに記載のレーザ。
  13. 【請求項１３】　　２つの従来的な鏡と、前記増幅媒質
    によって放出される蛍光光子の一部分を前記能動鏡に対
    して送り返すための１つの半反射分離プレートとが備え
    られた１つの空洞を含むことを特徴とする請求項１から
    １２のいずれかに記載のレーザ。
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