JP2007527616A - レーザー発光特性調整のためのボリューム・ブラッグ・グレーティングの使用 - Google Patents

Abstract

【解決手段】発光装置の１若しくはそれ以上のスペクトル的、空間的、および時間的特性を変更するための装置および方法を開示する。全般的に、そのような装置は、発光装置によって発生する入力光を受光し、前記入力光の１若しくはそれ以上の特性を調整し、前記調整済みの光の前記１若しくはそれ以上の特性を前記発光装置に有する光を発生させるボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）を含むものである。
【選択図】 図１Ａ

Description

本出願は、米国特許法第１９９条（ｅ）項に基づき、２００３年７月３日付け米国仮特許出願第６０／４８４，８５７号明細書および２００４年４月２６日付け第６０／５６４，５２６号明細書に対して利益を主張するものである。上記の各特許出願の各開示は、この参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書で開示および主張される対象は、２００３年３月１７日付け米国特許出願第１０／３９０，５２１号明細書で開示および主張された対象に関するもので、前記明細書の開示は、この参照により本明細書に組み込まれるものである。

本発明は、一般的にレーザー、レーザーダイオード、発光ダイオード、極発光レーザーダイオードなどの発光装置に関する。特に、本発明は、そのような装置の１若しくはそれ以上の出力特性を修正（または調整）する、１若しくはそれ以上のボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子の使用を提供するものである。

レーザー空洞共振器または共振器は、如何に複雑であれ、通常、光線が一定方向に伝搬するための閉光路を形成する、２若しくはそれ以上のミラーまたは他の反射装置を含む。前記光路を形成するミラーおよび／または他の反射装置を含む閉光路内に配置された光学素子を「空洞内」（素子）と呼び、前記共振器を出射した光路内配置された光学素子を「空洞外」素子と呼ぶ場合がある。

通常であればマルチモードのレーザーに、単一縦モードの動作を達成する目的で、単一レーザー空洞共振器と伴に空洞外部分反射器をフィードバック素子として使用する試みが行われてきた。しかしながら、そのような反射器は、波長が選択できる装置ではなかった。前記設計は、「結合空洞型」アプローチとも呼ばれる。この方法では、前記フィードバックの前記非選択的な性質によって、不安定性が生じた。

別の先行方法では、半導体レーザーの狭帯域または単一縦モードの動作を誘導するために、空洞外または空洞内波長選択装置として、表面回折格子などの分散素子が用いられた。この方法は、実験室では成功を収めたが、かなり大型の装置が必要となり、実地的に配列および維持することが困難である。

単一横モード半導体レーザーの狭帯域動作を誘導する、ある程度より実践的な方法は、通常空洞外素子として機能するファイバー・ブラッグ・グレーティングであることが判明した。この装置は、光ファイバー導波路でのみ機能する狭帯域の反射器である。従って、固体レーザー、レーザー・ダイオード・アレイ、およびファイバー結合型如何に関わらず、恐らく、マルチモード（横）広域高出力単一発光レーザーダイオードでさえも、適用不可能である。

ボリューム・ブラッグ・グレーティング素子の使用が、単一横モードレーザーダイオードの単一縦モード（単一周波数とも呼ばれる）動作を誘導するための空洞内素子として示唆されてきた。この方法においては、前記ボリューム・ブラッグ・グレーティング素子が、空洞外単一空間モード半導体レーザーダイオードの外部ブラッグミラーを形成する。しかしながら、本発明者等が認識する限りでは、ＶＢＧ素子を空洞外狭帯域フィードバックに使用する可能性、単一横モード半導体レーザーダイオードの狭帯域動作を達成するための実践的装置のいずれも先行開示されていなかったものである。さらに、本発明者等が認識する限りでは、ＶＢＧ素子を多重横モード、広域レーザーダイオード、レーザー・ダイオード・アレイに適用する可能性、または、レーザー発光の他の特質（空間モードおよび時間的プロファイルなど）を調整する可能性さえも、先行開示されていなかったものである。

本発明者等が認識する限りでは、現在当該市場では、ボリューム・ブラッグ・グレーティングをレーザー特性の調整のために用いる装置も、レーザーアレイの出力特性を改良するために上記の方法のいずれかを使用して成功を収めた、いかなる装置も存在ていない。

本発明は、先行技術で知られている前記問題を克服可能な方法および装置を提供する。本発明は、レーザーおよび他の発光装置の前記出力特性のいずれ若しくは全てを調整するためのＶＢＧ素子の使用に関する実践的な実施形態をいくつか提供する。

本発明者等は、光屈折性材料に記録された、特に、無機の屈折ガラス（ＰＲＧ）に記録されたボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）が、固体レーザー、半導体レーザーダイオード、ガスレーザーおよびイオンレーザーなどの発光装置の１若しくはそれ以上の特性を改良することができる数々の特性を有することを発見した。ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子は、ａ）そのバルクに定期的に変化する屈折率を有し（その定屈折率を有する表面の形状は、滑らかな形状、平面、または曲面のいずれかである可能性がある）、ｂ）通常、動作状態のスペクトル領域では透明であり、ｃ）光が伝搬する方向において、０．０５ｍｍ若しくはそれ以上の厚さを有する、いかなる構造である可能性がある。

光屈折性材料には、一定の波長域（複数可）の光による照明の後に屈折率を変化させる能力を有するいかなる材料が含まれる可能性がある。光で照明した直後、若しくは化学的処理、熱処理などの処理工程を問わず、２次的な処理工程または複数の工程の結果として、屈折率におけるそのような変化が、前記材料に起こることがある。また、そのような材料は、通常、その光感受性を有する前記スペクトル領域において透明である。すなわち、記録波長での前記光が、過度に吸収されることなく（>９０％）、前記材料に十分深く貫通する（>０．１ｍｍ）能力を有する場合がある。さらに、前記材料が、不定形で、通常等方的である場合もある。

本明細書で記載される前記実施形態は、レーザー装置の特定の実施例を対象とするが、当然のことながら、本発明の前記原理は、他の発光装置にも同様に適用されるものである。例えば、本発明の適用は、高出力レーザー、半導体レーザー、固体レーザー、イオンレーザーおよびガスレーザー、発光ダイオードおよび極発光レーザーダイオード、医療診断機器、治療機器および外科手術用の器具、環境センサー、計測機器、工業および防衛への適用を含む（これに限定されるものではない）。

ＶＢＧ素子の特性およびＶＢＧ素子の製造方法については、既述済みである（例えば、２００３年３月１７付け米国特許出願第１０／３９０，５２１号明細書を参照）。

一般に、本発明の前記技術を使用することによって改良が可能な、レーザー装置の前記出力の際立った特性が少なくとも３つある。すなわち、１）発光スペクトル（例えば、前記レーザー発光のピーク波長およびそのスペクトル幅）、２）空間／角ビーム特性（例えば、出力レーザービームの角度の発散およびその空間モード構成）および、３）レーザーパルスの時間的プロファイル（例えば、前記レーザーパルスの幅、その時間的位相変化またはチャープなど）である。本明細書では、スペクトル調整、空間調整、または時間的調整とは、前記の各特性のいずれかに影響を及ぼすことに言及するものである。

本発明者等は、適切な材料、特にＰＲＧに永久的に記録されたＶＢＧ素子は、１若しくはそれ以上の上記の特性を改良するために利用することができる数々の特性を有することを発見した。それらの特性には、１）余分な通過帯域のない単一スペクトル通過帯域、２）前記ＶＢＧフィルター通過帯域のスペクトル幅を制御する能力、３）ＶＢＧフィルターの振幅エンベロープおよび位相エンベロープを制御する能力、４）狭受光角範囲、他では視界とも呼ばれる、５）前記狭受光角範囲および前記視界を制御する能力、６）前記材料の同一体積中の２つ以上のフィルターを多重化する能力、７）適切な材料、特にＰＲＧで製造された前記ＶＢＧ素子の高損傷閾値、８）十分に広い開口部を有するバルク光学素子に成形が可能なこと、９）前記材料の前記体積全域に分布する反射率、が含まれる（これに限定されるものではない）。

本発明は、前記ＶＢＧ特性を上記のレーザー特性の改良に適用するための装置および方法を提供するものである。

概要
ＶＢＧ素子を発光装置の特性を調整するために使用する一般的な方法は、少なくとも２つある。すなわち、ａ）前記レーザー空洞共振器の外側（空洞外）にあるＶＢＧを使用する方法、およびｂ）前記レーザー空洞共振器の内側（空洞内）にあるＶＢＧを使用する方法である。

上記で説明したように、レーザー共振器は、ミラー間および／または他の光反射素子間で形成された閉光路と見なされる場合がある。そのような閉光路は、通常、発振発生の必要条件である。このため、誘導放出による発光が妨害されることを避けるため、前記共振器に付加された空洞内素子によって、この条件が変更されないことが望ましい。空洞内素子とは対照的に、空洞外素子には、そのような制限がない場合もある。さらに、その発光効率は、通常、非線形的に単一通過型の空洞損失によって決まる。従って、レーザー出力調整のために使用される空洞内素子による損失は全て、最小限に留めることも望ましい。これには、前記素子自体内での損失、さらに、前記素子に光を投射し、逆投射するために使用される光伝達システム内での損失が含まれる。これとは対照的に、レーザー出力調整のために使用される空洞外素子は、前記損失要因に対してより耐性がある。

空洞内素子がレーザーの出力スペクトルを狭めるために使用される場合、同空洞内素子は、波長選択的損失を提供し、それにより、一部の空洞モードを除いて全てのモードの発振閾値が上がる。それとは対照的に、空洞外の波長選択的素子からの前記フィードバックは、極僅かの空洞モードの発振閾値を下げ、それらのモードに好ましい発振条件を生じさせるものである。次に、それらのモードは、殆どまたは全ての利用可能なレーザー利得を消費し、他のモードが発振することを妨げる。空洞内および空洞外素子が空間モードの調整に使用される場合も、類似した工程が前記レーザーの前記空間モードの形成に影響を及ぼすものである。

光伝達システムは、例えば、レンズ、ミラー、プリズムなどの光学素子の集体として見なされる場合がある。同集体は、前記レーザー空洞共振器の特定の開口から放出する光の一部または全てを集光し、この光の一部または全てをＶＢＧ素子またはそのシステムに投射し、次に、前記ＶＢＧ素子から反射される前記光の一部または全てを集光し、前記光をレーザー空洞共振器の前記開口に逆投射するものである。

ＶＢＧ素子の前記空洞内での使用を検討する場合、前記レーザーの前記好ましい縦モードおよび横モードを達成するために、考慮すべき設計要因は、前記ＶＢＧ素子、さらに前記光伝達システムの総損失を減少させることである。これと比較すると、レーザー出力調整のための空洞外システムの設計は、より複雑である場合がある。望ましい特性を有する安定した出力を達成するためには、以下の要因のいずれかまたは全てを最適化することが望ましい。１）空洞の長さ、前記空洞ミラーの反射率、閾値、差分効率（これら全ては、その利得媒質の特性に依存する場合がある）などを含む（これに限定されるものではない）単一空洞共振器の設計、２）前記ＶＢＧ素子の固有の反射率および損失、３）前記ＶＢＧ素子のスペクトル帯域幅、４）前記ＶＢＧ素子のファセットの反射率、５）前記ボリューム・ブラッグ・グレーティング平面と前記素子の前記外部ファセットの間の相対角度、６）前記単一レーザー空洞共振器へ逆投射する際の総結合効率、前記外部空洞の長さ、前記ＶＢＧへ入射する前記光の発散度（両方向で）、および前記単一空洞共振器の出力カプラなどを含む（これに限定されるものではない）、前記ＶＢＧ素子に光を投射し、且つ前記ＶＢＧ素子から逆投射を受ける前記外部光伝達システムの設計。

例えば、ファイバー・ブラッグ・グレーティングによって安定化された単一横モード・レーザー・ダイオードにおいては、所謂、コヒーレンス崩壊型の動作を誘導するために、前記レーザーダイオードのチップからかなり離れた位置（通常約１メートル）にそのようなファイバー・ブラッグ・グレーティングを配置する場合がある。そのような条件が安定したレーザー出力を達成するために必要であることもある。しかしながら、ＶＢＧ素子が前記ファイバー・ブラッグ・グレーティングの自由空間での単なる代替素子として使用された場合、結果的に、前記光ファイバーが本来提供し得る、コイリングまたはフォールディングの容易さの利点のない、１．５ｍ長の装置となる可能性がある。しかし、そのような装置は、実際的でない恐れがあり、それ故に、ＶＢＧ素子をレーザ出力の調整のために使用する装置に対しては、上記パラメータの最適化の結果である、別の安定した動作条件が望ましい可能性がある。

ＶＢＧ素子の空洞外での使用
ＶＢＧ素子が、発光装置から受信した光をスペクトル的、空間的および／または時間的に調整するために空洞外で使用される場合がある。それにより、少なくとも調整された光の一部が、前記レーザー空洞共振器にフィードバックされる。その工程において、前記レーザーから放出された前記光は、前記ＶＢＧによって調整された前記光の特性を帯びるものである。ＶＢＧ素子のそのような空洞外での使用の実施形態例は、図１〜図９において図示されている。前記ＶＢＧが空洞外の設定で使用される場合、前記レーザー装置は前記ＶＢＧ素子からの光フィードバックが無く、閾値を超えた状態で動作していることに注目されたい。

１実施形態例において、ＶＢＧ素子および出力カプラは、共役面に配置されている場合がある。前記光が、前記出力カプラを通過して前記レーザー空洞共振器を出射した後の光路中に、１若しくはそれ以上のレンズを含む光学システムが配置されることもある。そのような光学システムは、前記レーザー空洞共振器の外側の空間の特定の位置に前記出力カプラの像を形成する。ＶＢＧ素子は、その特定位置の面に配置され、その結果、前記ＶＢＧ素子は、同素子への入射光線を反射し、前記反射光線は、前記結像光学システムを通過して、前記出力カプラの面に像を形成するものである。この場合、前記出力カプラおよび前記ＶＢＧは、前記結像光学システムの共役面に配置されていると言えるであろう。この設定の特徴は、前記外部素子（この場合前記ＶＢＧ素子）から前記レーザー空洞共振器へ戻る際に前記結合効率が最大化され、実質的に、両横方向において、前記共振器のモードパターンに整合されることである。そのような実施形態は、例えば、半導体レーザーダイオードのように、前記レーザー空洞共振器が導波路である場合に望ましい。

別の実施形態例では、導波路のレーザー空洞共振器の出力（例えば、半導体レーザーダイオード）が、円柱レンズによって、一方の軸（例えば、速軸）にほぼ平行にされる場合がある。また、前記レーザー出力の他方の軸（例えば、遅軸）は、自由に発散することが可能なこともある。前記ＶＢＧ素子は、前記円柱レンズの背後の前記レーザー出力の光路に配置され、前記レーザー光線の一部を前記レーザー空洞共振器に反射するように配列されている。この実施形態においては、前記ＶＢＧから前記レーザー空洞共振器へ戻る際の前記光伝達システム（例えば、前記円柱レンズ）の結合効率は非常に低く、よって前記システムは、空洞内素子としての使用には望ましくないものとなる。しかしながら、そのようなシステムは、空洞外の設定では安定した動作を行うように設計されている場合もある。前記システムは、前記レーザーダイオードの波長的に安定した狭スペクトルの動作を誘導する。この設定においては、レーザーが、広域多重横モードの半導体レーザーダイオードの場合、付加的な光学素子を使用せずに前記非平行レーザー軸（前記遅軸）の発散も減少することが可能である。また、この設定では、直線配列の半導体レーザー全体を単一の円柱レンズおよび単一のＶＢＧ素子で調整することが可能である。

１実施形態例においては、５０μｍ以上の放射開口を有し、円柱速軸レンズを伴う前記空洞外ＶＢＧによって出力が調整される、広域、高出力の半導体レーザーも開示されている。前記レーザーの前記出力は、前記ＶＢＧの反射率が比較的高い（３０％）という事実にも関わらず、僅かしか変化しない。前記出力の僅かな減少は、高出力レーザーダイオードを使用する実践的なシステムの設計における１つの要因であり、本発明によって提供される場合もある。

広域半導体レーザーダイオードの安定した動作のための設計パラメータ例は、以下を含む場合がある。レーザー空洞：１〜３ｍｍ長、放射開口：１００〜５００μｍ、裏面ファセットの反射率：０．９またはそれ以上、正面ファセットの反射率：０．５〜２０％、ＦＡＣレンズの有効焦点距離（ＥＦＬ）：５０〜２０００μｍ、ＦＡＣレンズ型：グレーデッド・インデックス円柱型または平凸非球面円柱型、ＦＡＣの反射防止（ＡＲ）膜：全ファセット<２％、ＶＢＧ反射率：５〜６０％、ＶＢＧの厚さ：０．２〜３ｍｍ、ＦＡＣレンズ背後のＶＢＧの配置：０〜１０ｍｍ、および前記ＶＢＧ平面のファセットに対する角度：０〜５度。

光伝達システムを全く伴わない（例えば、いかなるレンズも伴わない）空洞外ＶＢＧの１実施形態例も開示されている。この実施形態においては、ＶＢＧ素子は、前記出力カプラ（例えば、前記レーザーダイオードの正面ファセット）背後の光の光路に、前記出力カプラとの中間にいかなる外部光学素子（例えば、レンズ）も伴わずに配置されている場合がある。半導体レーザーダイオードの場合のように、導波路の空洞共振器においては、総レーザー出力の極僅かの量のみしか前記ＶＢＧによって前記レーザー空洞共振器に逆投射されない可能性がある。しかしながら、適切なレーザー空洞共振器およびＶＢＧの設計によって、一連の動作条件において、前記出力波長のスペクトルを狭め、安定させることが可能である。

このような１実施形態の設計パラメータ例は、以下を含む場合がある。レーザー空洞長：１〜３ｍｍ、放射開口：１００〜５００μｍ、裏面ファセットの反射率：０．９またはそれ以上、正面ファセットの反射率：０．２〜５％、ＶＢＧ反射率：３０〜９９％、ＶＢＧの厚さ：０．０５〜３ｍｍ、前記レーザー正面のＶＢＧの位置：０〜５ｍｍ、および前記ＶＢＧ平面のファセットに対する角度：０〜５度。

本明細書に記載する実施形態の一部は、レーザーダイオード、レーザー・ダイオード・バー、またはスタックの前記出力のスベクトル的および／または空間的な修正方法を実施例によって示すものである。このような実施形態における前記ＶＢＧ素子の効果には、レーザーまたはレーザーアレイの輝線スペクトルを狭めること、レーザーまたはレーザーアレイのピーク発光波長を安定化すること、およびレーザーまたはレーザーアレイの前記遅軸の前記発散を減少することが含まれる。

前記ＶＢＧの前記開口部を通過して前記レーザーが伝送する前記高出力の総量（レーザー・ダイオード・アレイの場合>２０Ｗ）、前記ＶＢＧ素子上での高出力密度（>４０Ｗ／ｃｍ^２）、さらに、そのような素子に生じる高温サイクル（ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｘｃｕｒｓｉｏｎｓ）（温度>１００Ｃ）によって、ＶＢＧの実装に適した材料の選択が制限される可能性があることに注目されたい。それでもなお、本発明者等は、上記の条件下でＰＲＧ材料に実装された場合の、ＶＢＧ素材の動作を実証することに成功した。

例えば、図８は、単一のＶＢＧを使用して、レーザーの全アレイの出力を単一のターゲットに向けて結合するために、これら双方の特性を如何に利用できるかについて実施例によって示したものである。その実施形態においては、前記ＶＢＧ素子は、位置依存性の可変周期を有するグレーティングを含む。発光体のアレイの正面に適切に配置された場合、そのようなグレーティングは、個々の発光体がその配置位置に従って異なるピーク波長で動作することを強制し、レーザーアレイに波長シフトを生じさせる。そのようなアレイの出力は、次に、周知の多数の波長多重技術のうちの１つを利用して、前記全アレイの強度と実質的に同等の強度、および１個の発光体の空間的大きさと実質的に同等の空間的大きさを有するより光輝度の高い点に結合されるものである。

レーザー・ダイオード・アレイのスペクトル出力を波長マルチプレクサを通過する外部フィードバックによって結合するための１実施形態も開示されている。この実施形態においては、波長マルチプレクサは、発光体アレイの出力光の光路、および光伝達システムの背後に配置されている場合がある。全発光体がそのようなマルチプレクサの適切な入力チャネルと整合する波長で動作する場合、同マルチプレクサは、全発光体からの前記出力を１つのビームに結合するように設計されることもある。外部フィードバックが、前記波長マルチプレクサ背後の光路に配置された部分反射器から前記発光体に提供される場合、そのような状態に自動的に達することもある。この設定においては、前記反射光は、前記マルチプレクサを通過して逆伝搬し、波長の異なる多重チャネルに分離する。その結果、前記アレイの各発光体は、前記マルチプレクサの対応チャネルの波長と整合する波長でフィードバックを受信する。そのようなフィードバックによって、各発光体が適切な波長で動作することが強制され、それにより、同発光体の出力は効果的に結合されるものである。

他の適用例には、極発光レーザーダイオード、発光ダイオード、固体レーザー、ガスレーザーおよびイオンレーザーの安定化、電気通信、検出、計測学、材料加工、他の工業への適用および防衛電子機器で使用されるソースの波長の安定化、上記の適用範囲のいずれかで使用するための多波長発光体および発光体アレイ、および波長が調整可能な発光体、が含まれる（これに限定されるものではない）。

ＶＢＧ素子の空洞内での使用
ＶＢＧ素子が、直接レーザー出力に影響を与えるために、外部フィードバックを通してではなく、レーザー空洞共振器の内部で使用される場合もある。ＶＢＧ素子の空洞内での使用の実施形態例は図１０〜図１６で提供されている。

ＶＢＧは、レーザーの単一縦モードでの動作を強制するために使用される場合がある。ＶＢＧ反射器の高度に選択的な反射率によって、１つの縦モードのみが前記発振閾値を超える利得を有するようになる。従来、モノリシック構造のエタロンまたは間隔を置いて配列されたエタロンが、固体レーザー（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ）の単一縦モードを選択するために使用されている。非常に多くの場合、狭域利得帯域幅の媒質の場合でさえも、単一周波数の動作を達成するために、付加的な素子（例えば、薄膜エタロンまたは複屈折フィルター、またはその両方）が用いられる。前記空洞共振器内で波長選択的損失を提供する、これらの素子は、継続的で、中断のない波長調整を提供するために、各自同期するよう調整、さらに、前記主空洞共振器の長さに合わせて調整されることが望ましい。

下記に記載する実施形態の一部を使用して、単一縦モード（または、単一周波数）の動作を達成する方法は数々ある。１実施形態においては、反射性のＶＢＧ素子が、レーザー共振器の出力カプラまたは高強度の反射器として使用される場合がある。前記波長がブラッグの条件からデチューンされたときに、その反射率が急速に低下するように前記ＶＢＧ素子の長さが選択されることもある。その結果、共振器の１モードのみが、発振閾値に達するものである。

別の実施形態においては、２つのＶＢＧ素子が、一方は前記レーザー共振器の前記高強度の反射器として、また他方は出力カプラとして、用いられる場合がある。前記ＶＢＧ素子は、僅かにシフトしたピーク反射率の波長を有し、それにより、波長に対して空洞損失のより急速な変化が起こる。これによって、より短く、より非選択的なＶＢＧ素子および／または、より長いレーザー共振器の使用が可能になるものである。

さらに別の実施形態においては、前記ＶＢＧが分布帰還型（ＤＦＢ）素子の機能を果たし、共振器の両ミラーを代替する場合もある。そのような素子は、モノリシックであることもあり、前記ブラッググレーティングの左右中間部で適切な位相シフトを行う。この実施形態においては、活性媒質は、前記ＶＢＧ自体の場合もあり、そのような状態には、活性イオンを適切にドーピングすることで達成可能である。若しくは前記活性媒質を前記ブラッググレーティングの部分長または全長に沿って、前記ＶＢＧ素子に取り付けることが可能である。

レーザー出力が、１つの（例えば、最低の）空間モードのみを含むことが望ましい。前記モードは、自由空間用の共振器に指定ＴＥＭ_００を有する。このモードは、なだらかな強度プロファイルを有し、角度の発散は可能な限り低い。しかしながら、単一通過型高利得を有する、高出レーザーにおいてはそのようなＴＥＭ_００モードの動作を達成することは、通常、かなり困難である。ＴＥＭ_００動作を達成するための技術は、通常、位置依存性損失（開口）または角度依存性損失を伴う素子、若しくは複数素子を導入することによって生じる、前記ＴＥＭ_００および高次モードにおける空間プロファイルおよび角度プロファイルの差異に依存する。ＶＢＧは、いずれの機能を果たすことにも非常に適している。

Ｇｌｅｂｏｖ他は、角度依存性空洞損失を提供するために、固体レーザー空洞共振器内部で透過型ＶＢＧを使用する方法を開示した。しかしながら、その方法では、ＶＢＧが空洞内フォールディング素子（ｆｏｌｄｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）として使用されており、同素子は、角感度が非常に高く、微妙で、非常に正確な配列が必要とされる。そのようなフォールディング素子の配列に乱れが起きた場合、前記レーザーの発生は止まるため、この方法は望ましくないものとなる。好ましい方法は、それ自体に厳密な配列を必要とせず、乱れが起きたとき、レーザーの動作を中断ぜずに、最大限で、高次空間モードが発振閾値に達成することを許容する、モード形成素子を使用することであろう。この方法には、ＴＥＭ_００モードに対して低損失であり、他の全高次モードに対しては高損失であり、且つ前記ＴＥＭ_００モードの光路を変更しない素子または複数素子を必要とする。この部類の空洞内モード形成素子を「非フォールディング（ｎｏｎ−ｆｏｌｄｉｎｇ）」モード形成素子、またはモード除去（ｍｏｄｅ−ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）素子という。

当然のことながら、ＶＢＧ素子の回折効率はある波長の光の入射角に依存する。このため、前記ＶＢＧ素子は、前記レーザー空洞共振器に、角度依存性利得／損失プロファイルを生じさせる。そのような利得プロファイルは、ＴＥＭ_００モードと比べ、より高次の空間モードに対してはより高い損失を引き起こすため、前記レーザー共振器における高次空間モードを抑制するために使用することが可能で（「モード除去」）、その結果、前記レーザーの純粋なＴＥＭ_００出力を得るものである。

空間モード除去装置として機能するために、ＶＢＧ素子が、様々な回折効率の角度プロファイルを有する場合がある。そのようなプロファイルは、図１２に関連して下記に提供および記載されている。当然のことながら、ＶＢＧ素子の、実効可能な別のタイプの回折効率の角度プロファイルによって、前記レーザー出力に前記望ましい効果を生じさせることが可能である。また、当然のことながら、反射型および透過型ＶＢＧ素子、さらにハイブリッド素子も前記望ましい効果を達成するために利用されることもある。本発明の原理は、限定されることなく、これらの場合のいずれか、または全てに適用される可能性がある。

非フォールディング、モード形成素子の１実施形態例は、ガウスまたは超ガウス型反射率プロファイルを伴うＶＢＧミラーである。この実施形態においては、反射性のＶＢＧ素子が、好ましくは、超ガウス形状に続いて、前記反射率のなだらかな動径変化を伴う軸対称の反射率プロファイルを有する。そのような素子は、前記レーザー空洞共振器の出力カプラまたは前記高強度の反射器のいずれとして使用された場合、前記共振器内の特定の位置でＴＥＭ_００モードと空間的に重なり合うように設計されているが、前記共振器の高次モードに対しては全て高損失となる。ソフトアパーチャーを伴うそのようなＶＢＧ素子は、平行なブラッグ平面（例えば、光出力ゼロのＶＢＧ素子）、または特定の曲率を有するように設計されたブラッグ平面（例えば、限定された光出力と伴うＶＢＧ素子）のいずれかを有する場合がある。

別の実施形態は、共振器の高次モードを同共振器の光軸から回折するための、透過型、非フォールディングＶＢＧ素子の使用を含む。この方法は、前記透過型ＶＢＧの高度な角度選択性に依存し、且つ前記ＴＥＭ_００モードが回折されずに、すなわち、損失が殆どまたは全くない状態で、そのような素子を通過して透過するような反射率の角度プロファイルをもって行われることもある。ＴＥＭ_０１〜ＴＥＭ_１０の前記高次モードのいくつかまたは全ては、十分な回折、よって損失を受け、その結果、前記発振閾値には到達しない。そのようなＶＢＧ素子は、回折効率の角度プロファイルにおいて、軸対称である場合と、軸対称でない場合がある。

さらに別の実施形態例は、反射性ＶＢＧの自然な角度選択性に基づいている。前記レーザー空洞共振器の前記出力カプラまたは前記高強度の反射器としての機能を果たす、そのようなＶＢＧ素子は、その法平面から格子平面付近の特定の入射波に対して高い反射率を有するが、その許容角度外の角度で同ＶＢＧ素子に入射する波動に対しては、前記反射率は急速に低下する。従って、前記ＶＢＧ素子は、上記で概説した非フォールディング、モード形成素子の前記３つの基準を満たすものである。

超短レーザーパルスの時間的プロファイルに望ましい効果を生じさせるために、前記ＶＢＧの前記振幅エンベロープおよび位相エンベロープが調節される場合がある。特定の実施例としては、前記レーザーの利得媒質などの別の素子によって、前記レーザー空洞共振器内部に起こるパルスチャーピングの補正がある。

前記図において図示された実施形態例の詳細な説明
図１Ａ〜Ｃは、セルフシーディング（ｓｅｌｆ−ｓｅｅｄｉｎｇ）による波長固定のためのＶＢＧの空洞外素子としての適用を図示するものである。すなわち、前記図において、前記ＶＢＧは、波長選択的フィードバックを前記レーザー共振器に提供するものである。図１Ａは、光伝達システム１０４を使用した波長固定および波長限定を示す。レーザー放射線１０２は、レーザー１００の放射開口から放出される。前記光伝達システム１０４は、前記放出された放射線１０２を方向転換された発光１０５としてＶＢＧ素子１０６上に方向転換して伝搬する。放射線１０７が、前記ＶＢＧ素子１０６によって反射される。前記光伝達システム１０４は、前記反射放射線１０７を方向転換された反射放射線１０３として前記レーザー１００の前記放射開口上に方向転換して逆伝搬する。前記方向転換された反射放射線１０３は狭波長シードの機能を果たし、前記レーザー１００が前記ＶＢＧ素子１０６の波長で動作することを強制し、また、その発光スペクトルも狭めるものである。

図１Ｂで示されているように、レーザー放射線１１２は、レーザー１１０の放射開口から放出される。光伝達システム１１４は、前記放出放射線１０２を平行放射線１１５として、ＶＢＧ素子１１６上に平行にする。狭い波長反射率を有する前記ＶＢＧ素子１１６は、少なくとも前記レーザーエネルギーの一部１１７を前記光伝達システム１１４を通過して前記レーザー１１０の前記レーザー空洞共振器に反射する。前記反射放射線１１７は狭波長シードの機能を果たし、前記レーザー１１０が前記ＶＢＧ素子１１６の波長で動作するよう強制し、また、その発光スペクトルも狭めるものである。

図１Ｃは、光伝達システムを伴わないＶＢＧ素子による波長固定を示すものである。図示されているように、レーザー放射線１２２は、レーザー１２０の放射開口から放出され、ＶＢＧ素子１２６へ入射している。狭い波長反射率を有する前記ＶＢＧ素子１２６は、前記レーザーエネルギーの一部１２７を前記レーザー１２０の前記レーザー空洞共振器に反射する。前記反射放射線１２７は狭波長シードの機能を果たし、前記レーザー１２０が前記ＶＢＧ素子１２６の波長で動作するよう強制し、また、その発光スペクトルも狭めるものである。

図１Ｄでは、レーザー調整を伴った場合および伴わない場合の波長特性の図表を提供している。図示されているように、前記調整済み放射線（例えば、放射線１０３、１１７、１２７）は、前記非調整の放射線（例えば、１０２、１１２、１２２）の帯域幅ｂ_１より極めて狭い帯域幅ｂ_２を有する。また、前記調整済み放射線のピーク強度Ｉ_２は、前記非調整の放射線のピーク強度Ｉ_１より高いものである。

図２Ａおよび２Ｂは、空洞外透過型ＶＢＧを使用した波長固定を図示するものである。レーザー１３０によって放出された光１３２は、レンズ１３４によって、平行にされ、ＶＢＧ１３６上へ入射している。前記ＶＢＧ１３６の通過帯域内の波長を有する、前記光１３２の一部１３５は、前記ＶＢＧ１３６によって回折され、その本来の光路から逸らされる。前記回折光１３５は、図２Ａで示されているように、前記ＶＢＧ素子自体に接触してに形成されているか、若しくは図２Ｂで示されているように、外部素子として提供されている、反射性表面１３８へ入射している。前記表面１３８によって反射された後、前記反射回折光１３９は、前記ＶＢＧ素子１３６によって、方向転換された光１３７として方向転換され、前記レンズ１３４を通過して前記レーザー１３０の前記レーザー空洞共振器に逆伝搬される。従って、前記レーザー１３０は、前記ＶＢＧ１３６によって決定された波長で動作することを強制される。

図３は、単一マイクロレンズ１４４を使用する単一ＶＢＧ素子によって固定された、レーザー・ダイオード バー１４０の出力を図示するものである。前記レーザー・ダイオード バー１４０の放射線出力は、前記マイクロレンズ（例えば、円柱レンズである場合がある）１４４によって一方の軸上（例えば、図３で示されているようにｙ軸）に平行にされ、前記ＶＢＧ素子１４６へ入射している。前記ＶＢＧ素子１４６は、通常その全体積に渡って同一の格子周期を有するものであるが、少なくとも前記光の一部を前記バー１４０中の前記個々の発光体１４１の空洞共振器に反射する。前記発光体アレイの前記出力に生じる効果は、実質的に単一の発光体に生じる効果と同様である。その結果、前記バー１４０全体の前記出力が、前記ＶＢＧ素子１４６によって決定された１波長に固定されるものである。

図４Ａおよび図４Ｂは、マルチモード・レーザー・ダイオード１４１のバー１４０を固定するための円柱レンズ１４４の使用を図示するものである。図４Ａは、前記レーザー・ダイオード・バー１４０の断面図を示す。前記レーザーバー１４０によって放出された光は、前記円柱レンズ１４２によって、前記速軸（図３で示されているｙ軸）上に平行にされ、若しくは発散が減少し、ＶＢＧ素子１４６へ入射している。前記ＶＢＧ素子１４６は、光の一部を前記レーザー空洞共振器に反射する。図４Ｂは、前記レーザー・ダイオード・バー１４０の上面図を示す。前記ダイオード・バー１４０中の前記個々の発光体１４１によって放出された光は前記円柱レンズ１４２へ入射している。円錐上の放射光の前記遅軸は平行にされていない。次に、前記放射光は、前記ＶＢＧ素子へ入射し、前記ダイオードバー面に反射される。

図５は、レンズおよびＶＢＧ素子の複合体であるハイブリッド光学素子の、発光体１４１のアレイ１４０全体を調整する目的での利用可能性を示したものである。前記ハイブリッド光学素子１４８の前記レンズ部１４６は前記ＶＢＧ素子１４４の表面上に直接形成する、若しくは前記表面上に継ぎ目無く溶着することが可能である。

図６は、ダイオードバー１５１から成るスタック１５０を固定する構想を示す。前記スタック１５０にはダイオードバー１５２がいくつかあり、各ダイオードバーは、前記スタック１５０の面に露出した、複数、個々の発光体１５１を含む。前記個々の発光体１５１から射出される光は、一式の円柱状マイクロレンズ１５４によって平行にされる。各ダイオードバー１５２には個別のレンズ１５４が提供されることが好ましい（但し、当然のことながら、レンズの別の配置も同様に使用されることもある。）前記レンズ１５４は、前記バー１５２の速軸を平行にし、次に、前記放射光は、前記ＶＢＧ素子１５６に入光する。前記ＶＢＧ素子１５６は、実質的にその全体積に渡って同一の格子周期を有することもある。前記ＶＢＧ素子１５６は、前記入射光の少なくとも一部を前記レンズ１５４を通過して、前記スタック１５０の前記面に反射し、前記反射光の少なくとも一部は、前記個々の発光体１５１の前記空洞共振器に入光する。その結果、前記スタック１５０全体の出力が、前記ＶＢＧ素子１５６によって決定された同一の波長に固定されるものである。

図７は、発光体１６０の裏面ファセットの背後にＶＢＧ素子１６６を配置することによって、前記発光体を固定することを図示するものである。前記発光体１６０の前記裏面ファセットは部分的に光に対して透過性がある。そのファセットを出射する光は、光伝達システム（例えばレンズ）１６４によって平行にされ、次に、前記ＶＢＧ素子１６６に入射する。前記ＶＢＧ素子１６６は、この光の少なくとも一部を前記発光体１６０の前記裏面ファセット上に反射し、前記反射光の少なくとも一部は、前記発光体１６０の前記レーザー空洞共振器に入光する。その結果、前記発光体１６０の波長が前記ＶＢＧ素子１６６の波長に固定されるものである。

図８は、異なる出力波長の発光体アレイの発生を図示するものである。この構想は、一次元または二次元のアレイのいずれかに適用が可能である。前記アレイ１７０中の全発光体１７１は、同一の材料から製造されていることもあり、従って、実質的に、同一の固有出力波長を有する。前記スタック１７０中の個々のダイオードバー１７２から射出される光は、一式の円柱状マイクロレンズ１７４によって平行にされる場合がある。各ダイオードバー１７２には個別のレンズ１７４が提供されることが好ましい（但し、当然のことながら、レンズの別の配置も同様に使用されることもある。）前記レンズ１７４は、前記バー１７２の速軸を平行にし、次に、前記放射光は、ＶＢＧ素子１７６に入光する。前記ＶＢＧ素子１７６の格子周期は、前記レーザバー（複数可）１７２に平行な格子座標での位置によって異なる場合がある。前記ＶＢＧ素子１７６は、前記入射光の少なくとも一部を前記スタック１７０面に反射し、前記反射光の少なくとも一部は、前記個々の発光体１７１の空洞共振器に入光する。その結果、前記バー（複数可）１７２中の前記個々のレーザーダイオード１７１の発光波長は、前記ＶＢＧ１７６に対する前記発光体１７１の位置によって、異なる値で固定されるものである。

図９は、図８で記載された前記波長シフトしたレーザー・ダイオード・バー／スタック１７０の前記出力波長を多重化し、より高い輝度の光源を発生させる工程を図示するものである。発光体１７０のアレイからの出力は、１つのレンズまたはレンズアレイ１７４によって調整され、次にＶＢＧ１７８に入光する。前記ＶＢＧ１７８は、前記発光体１７０のアレイに平行な前記格子座標での前記位置によって異なる格子周期を有する。従って、前記ＶＢＧ素子１７８は、前記個々の発光体が、前記アレイ内の位置に基づいて異なる波長で動作することを強制するものである。

そのような波長シフトした発光体アレイの出力は、異なる光波長を単一の出力に多重化することが可能な波長マルチプレクサ１８０に向けられる場合がある。そのようなマルチプレクサ１８０は、回折格子、ＶＢＧ素子、薄膜誘電体フィルター、導波路回折格子（複数可）のアレイ、若しくはこの基本機能を実行することが可能なその他全ての光学素子または光学素子の組み合わせを含む（これに限定されるものではない）、数々の既存の技術のいずれかを使用して構成されてもよい。従って、前記全発光体アレイ１７０の出力は、１点に結合され、実質的に前記全アレイの全光出力が１つのターゲット（図示せず）上の１点に集中するものである。同ターゲットは、光ファイバー、光ファイバーアレイ、検出器、検出器アレイ、発光体、発光体アレイ、加工（例えば、切削、溶接、溶融など）を必要とする固体材料、液体、ガスなどであるか、若しくはこれらを含む（これに限定されるものではない）可能性がある。

図１０は、レーザー空洞共振器２００内部のＶＢＧ素子２０２を図示するものである。前記レーザー空洞共振器２００は、１若しくはそれ以上のミラー２０８（裏面ファセット、図示済み、または正面ファセット図示せず）、利得媒質２０６、調整用光学素子２０４およびＶＢＧ素子２０２を含む場合がある。前記利得媒質２０６は、固体、ガス、またはイオン媒質であるか、またはこれらを含み、また、前記調整用光学素子は、レンズ、ミラー、プリズム、複屈折フィルターなどを含むことが好ましい。しかし、当然のことながら、いかなる種類の利得媒質および調整用光学素子を使用してもよい。また、図１０で示されている、前記レーザー空洞共振器２００内の個々の構成材の間の間隙は、採用される場合と、されない場合がある。前記ＶＢＧ素子２０２の機能は、前記レーザー出力のスペクトル的、空間的、または時間的調整である可能性がある。

図１１は、ＶＢＧ素子が、レーザーが単一縦モードで動作することを如何に強制できるかを示した図表を提供するものである。１実施例として、ＶＢＧ素子は、部分的に反射性のある出力カプラとして使用される場合がある。前記ＶＢＧ素子は狭い波長反射率を有し、前記反射率は、前記レーザーの前記活性媒質の利得曲線の幅と比べかなり狭いものである。発振するためには、前記レーザー共振器の個々の縦モードが前記発振閾値を超える必要がある。しかしながら、ＶＢＧ出力カプラの高度に選択的な反射率によって、前記レーザー空洞共振器のうちの単一縦モードのみが、前記発振閾値を超える利得を有するものである。

図１２Ａは、図１２Ｂは、固体レーザーの分布帰還型素子として使用されるＶＢＧ素子を図示するものである。図１２Ａで示されているように、前記ＶＢＧ素子２１０は、前記活性媒質および前記フィードバック素子の双方としての機能を果たすことができる。図１２Ｂで示されているように、前記ＶＢＧ素子２１２は、オプティカルコンタクト（例えば溶着）によって活性媒質２１４に付着することが可能である。前記共振器のモードは、前記ＶＢＧ素子自体、または別の付加的な素子のいずれかによって形成可能である。双方の設定は、自由空間または導波路での適用に使用することができる。

図１３に示されているように、ＶＢＧ素子は、狭い波長の通過帯域と同様に、狭い角度の通過帯域を有する場合がある。前記ＶＢＧ素子の前記狭い角度の通過帯域は、前記レーザー空洞共振器の前記ＴＥＭ_００モードの角度幅より広いことが好ましい。入射角（前記レーザーの波長は固定）に対するＶＢＧ素子の比較的急激な回折効率の低下によって、前記レーザー共振器の高次モードは、損失がより高くなり、従って実質的に前記ＶＢＧ素子によって抑制されるものである。よって、前記ＶＢＧ素子は、前記レーザーの高次空間モードを除去し、同レーザーが前記ＴＥＭ_００モードのみで動作することを強制する機能を果たす。

図１４Ａおよび図１４Ｂで示されているように、前記ＶＢＧ素子は、前記ＴＥＭ_００モードに対してのみ高回折効率を有し、前記高次空間モードに対してはより高い損失を生じさせる。同右側の図面は、少なくとも１つのミラー２２４、１つの利得媒質２２２および出力カプラとして機能する１つのＶＢＧ素子２２０から成るレーザー空洞共振器内部での前記ＶＢＧ素子の使用方法の１実施形態を示す。前記ＶＢＧ素子２２０は、前記ＴＥＭ_００モードに対してのみ高い反射率を有し、従って、低損失である場合がある。

これとは対照的に、図１４Ｃおよび図１４Ｄで示されているように、同ＶＢＧ素子２３０は、アジマス角および仰角の両プロファイルにおいて、法線入射付近で下降を伴う回折効率プロファイルを有する場合がある。従って、前記ＶＢＧ素子は、透過中のＴＥＭ_００モードに対しては低損失となる。そのようなＶＢＧ素子２３０は、前記レーザー空洞共振器内部で実質的に透明な（すなわち無損失の）素子として使用され、少なくとも１つのミラー２３４および１つの利得媒質２３２を含むこともある。フィードバックは、例えば、従来の出力カプラ２３６によって、または、図１４Ａで示されているような回折効率の角度プロファイルを伴うＶＢＧ出力カプラによって提供される場合がある。

図１４Ｄで示された実施形態においては、前記高次空間モードは、前記ＶＢＧ素子２３０上で回折され、従って、前記空洞共振器外部の方向に向うため、それらのモードに対してはより高損失が生じ、よって、前記モードは除去される。いずれにせよ、前記レーザーからＴＥＭ_００モードが出力される結果となる。透過型および反射型双方のＶＢＧ素子をＴＥＭ_００動作を達成するために使用することが可能である。図１４Ｂおよび１４Ｄで図示された実施形態は、所謂、「非フォールディング」型である。

図１５は、レーザーの単一縦モードおよびＴＥＭ_００単独動作を同時に誘導するために、なだらかに変化する反射率のプロファイル（「ソフトアパーチャー」）を伴う反射性ＶＢＧ素子を使用する構想を示すものである。図１５で図示されたＶＢＧ素子２３２は、同レーザー空洞共振器２３０の出力カプラとして機能し、前記共振器のＺ軸に対して軸対称である。前記レーザー空洞共振器２３０は、１つの高反射性ミラー２３６および１つの利得媒質２３４を含む場合がある。

図１６は、超短レーザーパルスの時間的プロファイルを形成するために適した実施形態を図示するものである。この実施形態においては、ＶＢＧ素子２４０は、少なくとも１つのミラー２４６、１つの利得媒質２４４および他の光学素子２４２（レンズ、プリズム、グレーティングなど）を有するレーザー空洞共振器の内部で使用される。超短レーザーパルス（例えば、<１０ｐｓ幅）は、広範囲のスペクトルを有するため、前記利得媒質の内部で分散する可能性が高い。前記利得媒質は、バルク固体、ファイバー、平面導波路または他の材料であってもよい。そのような分散は、前記超短レーザーパルスを広げる原因となるので、通常望ましくない。本発明の１態様によると、前記ＶＢＧ素子２４０は、前記レーザーのｚ軸に沿って僅かに変化する格子周期を伴って製造されることもある。そのようなグレーティングは、異なる波長に対して僅かに異なる時間的ずれを生じさせるため、前記レーザーの前記利得媒質２４４での分散を相殺するものである。これにより、前記レーザーパルスの時間的特性は改良される。また、光増幅器での増幅に次いで起こる、高出力ピーク時の超短パルスのチャープおよび伸びを圧縮するために、同様の技術が使用されることもある。前記増幅器が破損し、非線形効果が損なわれることを避けるために、前記パルスを前記増幅前に伸ばしておく必要がある。

図１７Ａ〜図１７Ｃは、波長可変装置を構成するために使用されるＶＢＧ素子を図示するものである。図１７Ａおよび図１７Ｂで示されているように、発光体２５０の空洞共振器から射出される光は、必要に応じて、レンズ２５２によって平行にされ、ＶＢＧ素子２５４／２６４へ入射している。図１７Ａは、反射型ＶＢＧ素子２５４を使用する実施形態を示し、図１７Ｂは、透過型ＶＢＧ素子２５６を使用する実施形態を示す。前記ＶＢＧ素子２５４／２６４は、一定の角度で入射する光を折り畳み式ミラー／反射器２５６へ反射または屈折させる。次に、前記折り畳み式ミラー２５６は、前記光を逆反射器２５８へ方向転換し、同逆反射器は、前記光をその光路に上逆方向に反射する。前記光は、元の光路を逆行して前記発光体２５０の前記空洞共振器に入光し、前記発光体２５０が前記ＶＢＧフィルターのピーク波長で動作することを強制するものである。ＶＢＧ素子２５４／２６４の前記ピーク波長は、前記入射角に依存するので、前記ＶＢＧ／折り畳み式反射器アセンブリを回転することによって、継続的に発光波長を調整するものである。

図１７Ｃで示されているように、発光体２７０の空洞共振器から射出される光は、必要に応じて、レンズ２７２によって平行にされ、ＶＢＧ素子２７４へ入射している。前記ＶＢＧ素子２７４は、その開口部に渡る位置関数として、なだらかに、継続的に変化する周期およびピーク波長を有する場合がある。従って、前記装置は、横チャープ用ＶＢＧ反射器（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｃｈｉｒｐ ＶＢＧ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含むこともある。そのようなＶＢＧ素子が前記レーザーの出力ビームに渡って平行移動する場合、レーザー発光の波長は、前記ＶＢＧ素子２７４上の特定の位置の波長に従って変化する。当然のことながら、発光体を伴わない場合、図１７Ａ〜図１７Ｃで示されている前記ＶＢＧ素子（および補助的光学素子）は、波長可変フィルターの機能を果たすものである。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、同時波長結合／多重化を用いた、発光体アレイのスペクトル／空間調整を図示するものである。前記アレイ２８４中の各発光体によって放出された光が、前記アレイ２８４によって放出された光の光路に配置された波長マルチプレクサ２８２内の特定のチャネルを通過して行くことが図示されている。前記マルチプレクサ２８２は、異なる波長のチャネル２８６全てを１つの出力チャネルに結合する。前記多重化された光は、逆反射装置２８０によって部分的に反射され、前記反射された部分の光は、その光路を逆行して、前記アレイ２８４中の前記異なる発光体に入光する。その結果、前記アレイ２８４中の各発光体は、波長選択的なフィードバックを受信するため、結合されている前記マルチプレクサチャネル２８６の波長で動作することを強制される。このようにして、前記アレイ中の全発光体の前記出力を同時に結合することによって、効率的なスペクトルおよび空間の調整を達成することが可能である。図１８Ｂは、そのようなマルチプレクサ２８２が、モノリシックのガラスチップで構成され、波長特定的なＶＢＧノード２８８がそのバルクに記録されている、１実施形態を図示するものである。

図１９は、非調整の単一発光レーザーとＶＢＧで固定された単一発光レーザーの出力スペクトルの比較を提供するものである。同レーザーダイオードのパラメータは、空洞長：２ｍｍ、放射開口：１ｘ１００μｍ、および正面ファセットの反射率：約０．５％であった。同ＶＢＧのパラメータは、最大反射率：約３０％および厚さ：０．８４ｍｍであった。同差し込み図では、非調整のレーザー・ダイオード・バーとＶＢＧで固定されたレーザー・ダイオード・バーの出力スペクトルの比較が示されている。前記レーザーバーのパラメータは、発光体：１９個、各発光体の放射開口：１ｘ１５０μｍ、および正面ファセットの反射率：約１７％であった。前記ＶＢＧパラメータは、最大反射率：約６０％および厚さ：０．９ｍｍであった。

図２０は、異なる条件下での単一発光レーザーダイオードの出力と電流の関係を示す図表を提供するものである。前記レーザーダイオードおよび同ＶＢＧのパラメータは、図１９に関連して記載したパラメータと同一であった。同差し込み図は、前記レーザーダイオードが非調整の場合、および前記ＶＢＧによって固定された場合の、異なる電流での発光スペクトルの図表を提供するものである。

図２１は、単一発光レーザーダイオードがＦＡＣレンズを伴わず非調整の場合（丸点）、および前記ＶＢＧによって固定された場合（四角点）の、ヒートシンク温度の関数としての、同レーザーダイオードの発光波長を図表で提供するものである。双方の場合において、駆動電流は１．５Ａであった。差し込み図では、ヒートシンク温度の関数としての、固定レーザーダイオード（四角点）および速軸に平行なレーザーダイオード（丸点）の出力図表が示されている。

図２２は、単一発光レーザーダイオードの遅軸の発散におけるＶＢＧによる固定の効果を実証する図表を提供するものである。同点線曲線は、前記レーザーダイオードの出射孔上で回折された光の、計算によって得た遠視野像を示すものである。

図２３Ａおよび図２３Ｂは、空洞外での高出力レーザーダイオードの周波数倍増を図示するものである。図２３Ａで示されているように、裏面ファセットに高反射（ＨＲ）膜、正面ファセットに反射防止（ＡＲ）膜を有するレーザーダイオード３０２によって放出された光はレンズ３０４によって平行にされ、ＶＢＧ素子３０６へ入射している。前記ＶＢＧ素子３０６は、狭いスペクトル領域で一定量の光を反射する。前記反射光は、前記レーザーダイオード３０２の空洞共振器に逆行し、よって、前記レーザー発光の周波数を前記ＶＢＧ素子３０６のピーク反射率の周波数に固定するものである。また、前記ＶＢＧ素子３０６は、前記レーザー３０２の発光帯域幅も狭め、同帯域幅を疑似位相整合した（ＱＰＭ）非線形結晶３１０の許容帯域幅と同等、またはそれ未満にする。前記非線形結晶３１０は、ＱＰＭを達成するために、定期的にポール（極）を付ける。前記ＶＢＧ素子３０６を通過する前記光は、レンズ３０８によって、前記ＱＰＭ結晶３１０に集束される。前記ＱＰＭ結晶３１０は、前記レーザーダイオード３０２によって放出された光の第二高調波を発生させる。前記ＱＰＭ結晶３１０は、基本波および第二高調波のために、両ファセットにＡＲ膜を有することが好ましい。前記ＱＰＭ結晶３１０から出射する光は別のレンズ３１２を通じて、方向転換される場合もある。

図２３Ｂで示されているように、同ＶＢＧ素子３２６は、前記周波数を固定し、同レーザーダイオード３２２の発光スペクトルを狭める。前記レーザーダイオード３２２は、図２３Ａに関連して記載した特性と同様の特性を有することもある。前記放射光は、ＱＰＭ非線形導波路３３０に集束され、同導波路は、入射光の第二高調波を発生させる。前記ＱＰＭ非線形導波路３３０は、基本波および第二高調波のために、両ファセットにＡＲ膜を有することが好ましい。レンズ３２４、３２８および３３２は、必要に応じて提供される場合がある。

図２４Ａ〜図２４Ｃは、空洞外での高出力レーザーダイオードの周波数倍増を図示するものである。ＡＲ膜を両面のファセットに有するレーザーダイオード３４４の裏面ファセットを通過して放出された光は、レンズ３４２によって平行にされ、ＶＢＧ素子３４０に入射している。前記ＶＢＧ素子３４０は、狭いスペクトル領域で大部分の光を反射する。前記反射光は、前記空洞共振器に逆行し、従って、外部空洞を形成し、前記レーザー発光の周波数を前記ＶＢＧ素子３４０のピーク反射率の周波数に固定するものである。前記レーザー３４４の正面ファセットは、前記レーザー３４４が閾値以上の、望ましい出力レベルで動作するための十分な反射率を有するものである。また、前記ＶＢＧ素子３４０は、前記レーザー３４４の発光帯域幅も狭め、同帯域幅を疑似位相整合した（ＱＰＭ）非線形結晶３４８の許容帯域幅と同等、またはそれ未満にする。レンズ３４６は、前記ＱＰＭ結晶３４８に前記光を集束するために使用され、次に、同ＱＰＭ結晶３４８は入射光の第二高調波を発生させる。前記ＱＰＭ結晶３４８は、基本波および第二高調波のために、両ファセットにＡＲ膜を有することが好ましい。レンズ３４９は、前記ＱＰＭ結晶からの前記光出力を集束するために使用される場合がある。

図２４Ｂで示されているように、前記レーザーダイオード３４４によって放出された光は、レンズ３５６によって、ＱＰＭ非線形導波路３５８に集束される場合がある。前記導波路３５８は、入射光の第二高調波を発生させる。前記ＱＰＭ非線形導波路３５８は、基本波および第二高調波のために、両ファセットにＡＲ膜を有することが好ましい。図２４Ｃで示されているように、前記ＱＰＭ非線形導波路３５８は、前記レーザーダイオード３４４と接するように配置され、それにより前記レーザーダイオード３４４によって放出された光の大部分が結合されて前記ＱＰＭ導波路３５８に入光するものである。

図２５Ａおよび図２５Ｂは、空洞内での高出力レーザーダイオードの周波数倍増を図示するものである。図２５Ａは、裏面ファセットにＨＲ膜、および正面ファセットに反射率が非常に低いＡＲ膜を有する高出力レーザーダイオード３７０を図示する。前記レーザーダイオード３７０の外部空洞共振器は、平行レンズ３７９の後に配置されているＶＢＧ素子３７１によって形成される場合がある。ＱＰＭ結晶３７８は、前記ＶＢＧ素子３７１および前記レーザーダイオード３７０の前記正面ファセットの間、さらに、同ＱＰＭ結晶３７８に前記光を集束させる1対のレンズ３７６、３７９との間に配置されている場合がある。前記ＱＰＭ結晶３７８を前記レーザーダイオード３７０の前記外部空洞共振器の内側に配置することによって、前記レーザーダイオード３７０の基本波の出力を増加することが可能であり、よって、前記基本波から第二高調波への変換効率が上がるものである。この装置によって放出された前記第二高調波の総出力を増加するために、前記基本波用にＡＲ膜および前記第二高調波用にＨＲ膜を有する窓３７４を、前記レーザーダイオード３７０の前記正面ファセットと前記ＱＰＭ結晶３７８の間に配置することが可能である。前記ＱＰＭ結晶３７８は、前記基本波および前記第二高調波のために、両ファセットにＡＲ膜を有することが好ましい。

図２５Ｂで示されているように、前記レーザーダイオード３７０は、ＱＰＭ非線形導波路３８８と接している場合がある。前記導波路３８８は、その正面ファセット（すなわち、前記レーザーダイオード３７０に向かっているファセット）上に、前記レーザーダイオード３７０によって放出された光の前記基本波用にＡＲ膜、前記第二高調波用にＨＲ膜を有することが望ましい。前記ＱＰＭ非線形導波路３８８の前記裏面ファセットは、前記基本波および前記第二高調波、双方のためにＡＲ膜を有することが好ましい。

上記のように、ボリューム・ブラッグ・グレーティング素子を使用したレーザー特性の調整装置および調整方法の実施形態例を記載してきた。当然のことながら、本発明の精神から逸脱することなく、開示された実施形態に修正が行われる可能性がある。従って、保護範囲は以下の請求項によって定義されるものである。

図１Ａ〜図１Ｃは、ＶＢＧをセルフシーディングによる波長固定のための空洞外素子として図示し、図１Ｄは、レーザー調整を伴った場合および伴わない場合の波長特性の図表を提供する。 図１Ａ〜図１Ｃは、ＶＢＧをセルフシーディングによる波長固定のための空洞外素子として図示し、図１Ｄは、レーザー調整を伴った場合および伴わない場合の波長特性の図表を提供する。 図１Ａ〜図１Ｃは、ＶＢＧをセルフシーディングによる波長固定のための空洞外素子として図示し、図１Ｄは、レーザー調整を伴った場合および伴わない場合の波長特性の図表を提供する。 図１Ａ〜図１Ｃは、ＶＢＧをセルフシーディングによる波長固定のための空洞外素子として図示し、図１Ｄは、レーザー調整を伴った場合および伴わない場合の波長特性の図表を提供する。 図２Ａおよび図２Ｂは、透過型ＶＢＧの使用による波長固定を図示する。 図２Ａおよび図２Ｂは、透過型ＶＢＧの使用による波長固定を図示する。 図３は、高出力レーザーバーのための波長安定化の構想を図示する。 図４Ａおよび図４Ｂは、マルチモード・レーザー・ダイオード・バーのためのセルフシーディングによる波長固定を図示する。 図４Ａおよび図４Ｂは、マルチモード・レーザー・ダイオード・バーのためのセルフシーディングによる波長固定を図示する。 図５は、速軸平行レンズおよびＶＢＧを複合したハイブリッド素子の使用による、レーザー・ダイオード・アレイの固定を図示する。 図６は、レーザー・ダイオード・スタックの波長固定を図示する。 図７は、裏面ファセットでのセルフシーディングによるレーザー波長の安定化を図示する。 図８は、波長シフトしたレーザー・ダイオード・バー／スタックを図示する。 図９は、より高い輝度のための、波長シフトしたレーザー・ダイオード・バー／スタックの出力波長の多重化を図示する。 図１０は、レーザー空洞共振器の一部を形成するＶＢＧミラーを図示する。 図１１は、単一縦レーザーモード選択のためのＶＢＧの使用を図示する。 図１２Ａおよび図１２Ｂは、分布帰還型設定における、レーザーの単一縦モード選択のためのＶＢＧの使用を図示する。 図１２Ａおよび図１２Ｂは、分布帰還型設定における、レーザーの単一縦モード選択のためのＶＢＧの使用を図示する。 図１３は、ＶＢＧを使用した空間モード除去を図示する。 図１４Ａ〜図１４Ｄは、非フォールディング設定における、空間モード除去のためのＶＢＧ素子の様々な回折効率の角度プロファイルの実施例を図示する。 図１４Ａ〜図１４Ｄは、非フォールディング設定における、空間モード除去のためのＶＢＧ素子の様々な回折効率の角度プロファイルの実施例を図示する。 図１４Ａ〜図１４Ｄは、非フォールディング設定における、空間モード除去のためのＶＢＧ素子の様々な回折効率の角度プロファイルの実施例を図示する。 図１４Ａ〜図１４Ｄは、非フォールディング設定における、空間モード除去のためのＶＢＧ素子の様々な回折効率の角度プロファイルの実施例を図示する。 図１５は、なだらかに変化する反射率のプロファイルを伴うＶＢＧ素子の使用による、単一縦モードおよびＴＥＭ_００モードの同時選択を図示する。 図１６は、パルスレーザーの時間的プロファイルの調整を図示する。 図１７Ａ〜図１７Ｃは、波長可変装置を構成するためのＶＢＧの使用方法を図示する。 図１７Ａ〜図１７Ｃは、波長可変装置を構成するためのＶＢＧの使用方法を図示する。 図１７Ａ〜図１７Ｃは、波長可変装置を構成するためのＶＢＧの使用方法を図示する。 図１８Ａおよび図１８Ｂは、波長多重化装置を通過してフィルターされた外部フィードバックを使用した、発光体アレイの出力における、スペクトル的および空間的同時調整および結合を図示する。 図１８Ａおよび図１８Ｂは、波長多重化装置を通過してフィルターされた外部フィードバックを使用した、発光体アレイの出力における、スペクトル的および空間的同時調整および結合を図示する。 図１９は、ＶＢＧの空洞外設定での使用による、レーザーダイオードのスペクトル調整の結果を図示する。 図２０は、外部ＶＢＧ素子によって固定されたレーザーダイオードの出力特性を図示する。 図２１は、外部ＶＢＧ素子によって固定されたレーザーダイオードの熱ドリフトにおける改善結果を図示する。 図２２は、外部ＶＢＧ素子によって固定されたレーザーダイオードの空間特性における改善結果を図示する。 図２３Ａおよび図２３Ｂは、空洞外での高出力レーザーダイオードの周波数倍増の１実施形態を図示する。 図２３Ａおよび図２３Ｂは、空洞外での高出力レーザーダイオードの周波数倍増の１実施形態を図示する。 図２４Ａ〜図２４Ｃは、空洞外での高出力レーザーダイオードの周波数倍増の別の実施形態を図示する。 図２４Ａ〜図２４Ｃは、空洞外での高出力レーザーダイオードの周波数倍増の別の実施形態を図示する。 図２４Ａ〜図２４Ｃは、空洞外での高出力レーザーダイオードの周波数倍増の別の実施形態を図示する。 図２５Ａおよび図２５Ｂは、空洞内での高出力レーザーダイオードの周波数倍増を図示する。 図２５Ａおよび図２５Ｂは、空洞内での高出力レーザーダイオードの周波数倍増を図示する。

Claims (64)

1. 発光装置の特性を変更する装置であって、
   発光装置によって発生する入力光を受光し、前記入力光の１若しくはそれ以上の特性を調整し、前記発光装置に前記調整済みの光の前記１若しくはそれ以上の特性を有する光を発生させるボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）を有する装置。
2. 請求項１の装置において、前記入力光の前記特性の調整は、少なくとも発光装置のスペクトル的、空間的、および時間的特性のうちの１つを調整すること含むものである。
3. 請求項１の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置の外部にある空洞外ＶＢＧ素子である。
4. 請求項３の装置において、前記空洞外ＶＢＧ素子は、前記発光装置に外部フィードバックを提供するものである。
5. 請求項３の装置において、前記発光装置は、前記外部フィードバックが不在の場合、閾値以上で動作するようになっているレーザーである。
6. 請求項１の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置の空洞共振器内部に配置された空洞内ＶＢＧ素子である。
7. 請求項６の装置において、前記空洞内ＶＢＧ素子は、非フォールディング設定に設定されているものである。
8. 請求項７の装置において、前記ＶＢＧ素子は、透過型ＶＢＧ素子である。
9. 請求項７の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置のレーザー空洞共振器の光軸に対して軸対称である。
10. 請求項６の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置の出力カプラまたは高強度の反射器としての使用に適するものである。
11. 請求項１０の装置において、前記ＶＢＧ素子は、反射性のＶＢＧ素子である。
12. 請求項１１の装置において、前記ＶＢＧ素子は、開口部と、前記開口部内での位置関数として、なだらかに変化する反射率とを有するものである。
13. 請求項１２の装置において、この装置は、ソフトアパーチャーＶＢＧ反射器を有するものである。
14. 請求項１の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記入力光の前記１若しくはそれ以上の特性を調整するホログラフィー像、グレーティング、または他の構造のうちの少なくとも１つを記録済みである。
15. 請求項１の装置において、前記入力光はレーザー光線である。
16. 請求項１の装置において、前記発光装置は、固体レーザー、半導体レーザーダイオード、半導体極発光レーザーダイオード、固体発光ダイオード、ガスレーザー、およびイオンレーザーのうちの１つである。
17. 請求項１の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記入力光の少なくとも一部を方向転換するものである。
18. 請求項１の装置において、この装置は、さらに、
    前記ＶＢＧ素子によって調整された前記光の少なくとも一部を方向転換する反射器を有するものである。
19. 請求項１８の装置において、前記反射器は、前記ＶＢＧに統合されているものである。
20. 請求項１の装置において、前記ＶＢＧ素子の領域へ入射している光出力の密度は少なくとも４０Ｗ／ｃｍ^２である。
21. 請求項１の装置において、前記ＶＢＧ素子の開口部へ入射している総光出力は、少なくとも２０Ｗである。
22. 装置であって、
    単一発光広域多重横モードレーザーダイオード装置と、
    前記レーザーダイオード装置よって発生する入力光を受光し、前記入力光の１若しくはそれ以上の特性を調整し、前記調整済みの光の前記１若しくはそれ以上の特性を有する光を前記発光装置に発生させるボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子と
    を有する装置。
23. 請求項２２の装置において、前記入力光の前記特性の調整は、少なくともレーザーダイオード装置のスペクトル的、空間的、および時間的特性のうちの１つを調整することを含むものである。
24. 請求項２３の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記レーザーダイオードに外部フィードバックを提供する空洞外ＶＢＧ素子である。
25. 請求項２３の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置の空洞共振器内部に配置された空洞内ＶＢＧ素子である。
26. 装置であって、
    広域多重横モードレーザーダイオード装置のアレイと、
    前記レーザーダイオード装置のアレイよって発生する入力光を受光し、前記入力光の１若しくはそれ以上の特性を調整し、前記レーザーダイオード装置に前記調整済みの光の前記１若しくはそれ以上の特性を有する光を発生させる、１若しくはそれ以上のボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子と
    を有する装置。
27. 請求項２６の装置において、この装置は、さらに、
    波長マルチプレクサを有し、前記レーザーダイオード装置のアレイによって発生する前記入力光を前記波長マルチプレクサを通過するフィードバックによって同時に結合および調整するものである。
28. 請求項２７の装置において、前記波長マルチプレクサは、空洞内波長マルチプレクサである。
29. 請求項２７の装置において、前記波長マルチプレクサは、空洞外波長マルチプレクサである。
30. 請求項２７の装置において、前記波長マルチプレクサは、１若しくはそれ以上のＶＢＧ素子で構成されているものである。
31. 請求項２６の装置において、前記ＶＢＧ素子のうちの少なくとも１つは、前記レーザーダイオード装置のうちの少なくとも１つにフィードバックを提供する空洞外ＶＢＧ素子である。
32. 請求項２６の装置において、前記ＶＢＧ素子のうちの少なくとも１つは、前記レーザーダイオード装置のうちの少なくとも１つにフィードバックを提供する空洞内ＶＢＧ素子である。
33. 請求項２６の装置において、前記レーザーダイオード装置のうちの少なくとも１つは、少なくとも５０μｍの放射開口を有する。
34. 請求項３１の装置において、前記レーザーダイオード装置のうちの少なくとも１つは、前記フィードバックが不在の場合、閾値以上で動作するようになっているものである。
35. 請求項３２の装置において、前記レーザーダイオード装置のうちの少なくとも１つは、前記フィードバックが不在の場合、閾値以上で動作するようになっているものである。
36. 請求項３１の装置において、前記レーザーダイオード装置のうちの少なくとも１つは、前記フィードバックが不在の場合、閾値以下で動作するようになっているものである。
37. 請求項３２の装置において、前記レーザーダイオード装置のうちの少なくとも１つは、前記フィードバックが不在の場合、閾値以下で動作するようになっているものである。
38. 発光装置の特性を変更する装置であって、
    発光装置と、
    前記発光装置によって発生する入力光を受光する円柱状マイクロレンズと、
    前記マイクロレンズから方向転換された光を受光し、前記方向転換された光の１若しくはそれ以上の特性を調整し、前記調整済みの光の前記１若しくはそれ以上の特性を有する光を前記発光装置に発生させるボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）と
    を有する装置。
39. 請求項３８の装置において、前記マイクロレンズは、前記発光装置の速軸に沿って前記入力光を平行にするものである。
40. 請求項３８の装置において、前記マイクロレンズは、前記発光装置の速軸に沿った前記入力光の発散を減少するものである。
41. 請求項３８の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置に外部フィードバックを提供するものである。
42. 請求項３８の装置において、前記レンズは、約０．０５ｍｍ〜約３．０ｍｍの範囲の焦点距離を有するものである。
43. 請求項３８の装置において、前記ＶＢＧ素子は、約０．２ｍｍ〜約３．０ｍｍの範囲の厚さと、約５パーセントから約６０パーセントの範囲の反射率を有するものである。
44. 請求項３８の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記マイクロレンズの背後の約０ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲の距離に配置されているものである。
45. 請求項３８の装置において、前記マイクロレンズは、前記ＶＢＧ素子の表面上に形成、若しくは取り付けられているものである。
46. 発光装置の特性を変更する装置であって、
    発光装置と、
    前記発光装置から入力光を受光し、前記方向転換された光の１若しくはそれ以上の特性を調整し、前記調整済みの光の前記１若しくはそれ以上の特性を有する光を前記発光装置に発生させるボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）と
    を有し、
    前記発光装置と、前記発光装置の速軸または遅軸のいずれかに沿って前記発散を平行にし、若しくは減少する前記ＶＢＧ素子との間に光学素子が不在の場合、前記ＶＢＧ素子が、前記発光装置から前記入力光を受光する
    装置。
47. 請求項４６の装置において、前記ＶＢＧ素子は、約０．２ｍｍ〜約３．０ｍｍの範囲の厚さを有するものである。
48. 請求項４６の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記レーザーの正面に約０ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の距離に配置されているものである。
49. 発光装置の特性を変更する装置であって、
    発光装置と、
    前記発光装置から入力光を受光し、前記方向転換された光の１若しくはそれ以上の特性を調整し、前記調整済みの光の前記１若しくはそれ以上の特性を有する光を前記発光装置に発生させるボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）と
    を有し、
    前記ＶＢＧ素子は、開口部と、前記開口部内での位置関数としてなだらかに変化する周期およびピーク波長とを有する
    装置。
50. 請求項４９の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置に外部フィードバックを提供する空洞外反射性ＶＢＧ素子である。
51. 請求項４９の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置の空洞共振器内部に配置された空洞内反射性ＶＢＧ素子である。
52. 請求項４９の装置において、この装置は、横チャープ用ＶＢＧ反射器を有するものである。
53. 発光装置の特性を変更する装置であって、
    発光装置と、
    前記発光装置から入力光を受光し、前記方向転換された光の１若しくはそれ以上の特性を調整し、前記調整済みの光の前記１若しくはそれ以上の特性を有する光を前記発光装置に発生させるボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）と
    を有し、
    前記ＶＢＧ素子は、前記入力光の伝搬の方向に沿った位置関数として、なだらかに変化する周期およびピーク波長を有する
    装置。
54. 請求項５３の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置に外部フィードバックを提供する空洞外反射性ＶＢＧ素子である。
55. 請求項５３の装置において、前記ＶＢＧ素子は、前記発光装置の空洞共振器内部に配置された空洞内反射性ＶＢＧ素子である。
56. 請求項５３の装置において、この装置は、縦チャープ用ＶＢＧ反射器（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｈｉｒｐ ＶＢＧ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を有するものである。
57. ボリューム・ブラッグ・グレーティング（「ＶＢＧ」）素子であって、ホログラフィック格子を記録済みの光屈折性材料を有し、前記ホログラフィック格子が前記ＶＢＧ素子の軸に沿った位置関数として変化する格子周期を有するものである、ボリューム・ブラッグ・グレーティング（「ＶＢＧ」）素子。
58. 請求項５７の前記ＶＢＧ素子において、前記ＶＢＧ素子は、前記ＶＢＧによって受光された光が前記ＶＢＧ素子を透過する縦軸を有し、前記格子周期は、前記縦軸に沿った位置関数として変化するものである。
59. 請求項５７の前記ＶＢＧ素子において、前記ＶＢＧ素子は、前記ＶＢＧによって受光された光が前記ＶＢＧ素子を透過する縦軸を有し、前記格子周期は、前記縦軸に対して直角に交差する軸に沿った位置関数として変化するものである。
60. 固体レーザーであって、
    レーザー空洞共振器と、
    前記レーザーから入力放射線を受光し、前記入力放射線の少なくとも一部を反射放射線として反射し、前記レーザー空洞共振器に前記反射放射線の分布帰還を提供する反射性ＶＢＧ素子と
    を有する固体レーザー。
61. 請求項６０の前記固体レーザーにおいて、前記ＶＢＧ素子もまた、活性媒質である。
62. 請求項６０の前記固体レーザーにおいて、このレーザーは、さらに、
    前記ＶＢＧ素子に取り付けられた活性媒質を有するものである。
63. 請求項６０の前記固体レーザーにおいて、共振器の横モードは自由空間で形成されるものである。
64. 請求項６０の前記固体レーザーにおいて、このレーザーは、さらに、
    導波路を有し、共振器の横モードは前記導波路で形成されるものである。

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