垂直外腔面発光レーザー（Vertical external cavity surface emitting laser、VECSEL）の利得スペクトルとキャビティモードの大きな不一致設計を利用したVECSELの二波長同時発振法について報告し、安定した発振キャビティ構造を設計した。このVECSELの三つの動作状態を理論的に予測し、実験的に検証した。VECSELのポンプ電力が増加するにつれて、利得チップ内部の動作温度が次第に上昇し、VECSELはバンドエッジ波長発振、二波長発振およびキャビティモード波長発振の三つの動作状態を順次示す。最初のVECSELの発振波長はバンドエッジモードが決定するレーザー波長（952.7 nm）に位置し、ポンプ電力の増加に伴い、利得チップの熱効果が強まり、キャビティモード波長とバンドエッジ波長のモード競合が発生し、その後二波長発振現象が現れる。二波長のピーク強度が近接すると、VECSELのレーザー出力は359 mWに達し、レーザー波長はそれぞれ954.2 nmおよび1001.2 nmに位置する。この位置付近でVECSELの出力電力曲線は明確な二次閾値現象を呈する。ポンプ電力がさらに増加すると、レーザー出力波長はキャビティモード波長発振に変わり、レーザー波長は1002.4 nmに位置する。単波長及び二波長動作状態において、VECSELの光斑形態は共にガウス型の円形対称レーザービームであり、レーザービームの発散角半角は5.7°から7.9°に増加する。この単一チップ二波長出力VECSELの方式は、将来的に干渉耐性レーザーレーダーや周波数変換テラヘルツレーザーなどの分野で良好な応用可能性を持つ。

二波長面発光レーザー;モード競合;レーザーレーダー;周波数変換