(57)【要約】      （修正有）【課題】１ｐｓ〜１マイクロ秒の間の範囲のパルス幅を有するコヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置を提供する。【解決手段】装置は、可視光または近赤外周波数範囲の１つ以上の光源レーザと１つ以上の周波数変換（ＦＣ）段を備える。１つ以上のＦＣ段の少なくとも１つは、非線形ＦＣデバイスと１つ以上の光学素子とを含む。光学素子は反射器、集束素子、偏光制御光学系、波長分離器、または光ファイバ部品を含む。非線形ＦＣデバイスは、１９０〜３５０ｎｍの間の波長を有するＦＣ光を生成するように構成されたハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料を含む。非線形光学材料の光透過率は、１９０〜３５０ｎｍの波長範囲で７０％より高い。【選択図】図４
2014059578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光または近赤外周波数範囲の光出力を有する１つ以上の光源レーザと、
１つ以上の周波数変換段と、
を備える、１ｐｓ〜１μｓの間の範囲のパルス幅を有するコヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置であって、
前記１つ以上の周波数変換段の少なくとも１つが、非線形臨界位相整合周波数変換デバイスと、反射器、集束素子、偏光制御光学系、波長分離器、または光ファイバ部品を含む１つ以上の光学素子とを含み、
前記非線形臨界位相整合周波数変換デバイスが、１９０〜３５０ｎｍの間の波長を有する周波数変換光を生成するように構成されたハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料を含み、前記ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料がＲＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有し、Ｒが元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数を含み、前記ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料が１９０〜３５０ｎｍの波長範囲で７５％を超える光透過率を特徴とする、装置。
【請求項２】
前記パルス幅が１ｐｓ〜１０ｎｓの間の範囲である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記周波数変換光が当該装置の出力光である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記パルス紫外光のパルスレートが１ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの範囲である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記組成がＹ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）によって表される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記１つ以上の周波数変換段が、少なくとも１つの単一の周波数変換段、又は、第２高調波を発生する２つの周波数変換段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記１つ以上の周波数変換段が、第２高調波を発生する単一段の後に、ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料を含み和周波を発生する単一段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記１つ以上の周波数変換段が、第２高調波を発生する２段の後に、ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料を含み和周波を発生する単一段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料が、ブルースタ角に配向されかつ公称ｐ偏光の光を受光するように構成された単結晶を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記１つ以上の光源レーザの少なくとも１つがファイバレーザを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記１つ以上の光源レーザの少なくとも１つがダイオード励起固体レーザを含む、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本発明は、米国特許法第１１９条に基づき、２００７年８月１日に出願した「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｑｕａｓｉ−Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｌａｓｅｒｓ」と称する米国特許仮出願第６０／９５３，４０２号および２００７年９月２７日に出願した「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｐｕｌｓｅｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｌａｓｅｒｓ」と称する米国特許仮出願第６０／９７５，８０４号の優先権を主張し、あらゆる目的のためにそれらの開示全体を参照によって本明細書に組み入れる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本発明は一般的に、内部で非線形光学プロセスを用いてレーザ光をより高い周波数に変換する高性能レーザ光源に関する。単なる実施例として、本発明の実施形態は、１９０から３５０ｎｍの間の範囲の波長、１ｐｓから３００ｐｓの間のパルス幅、および１０００万パルス以上の毎秒パルス数を有するコヒーレントなパルス紫外（ＵＶ）光を発生するのに有用な装置を提供する。別の実施例として、本発明の実施形態は、パルス幅が３００ｐｓから１００ｎｓの間にあり毎秒１０万回から５００万回生じるパルスを発生させるのに有用な装置を提供する。さらに別の実施例では、複数の短いパルスのパルスパケットが各々１ｎｓから１μｓの間の持続時間を有し、毎秒１０万から１億パケットが発生する。しかし、本発明の範囲はこの特定の実現に限定されず、より広範囲の適用性を有する。
【０００３】
[0003]波長範囲が１９０〜３５０ｎｍの光を出射する紫外レーザは、多くの産業および研究用途のために需要が高まっている。ＵＶ光源は可視光源または近赤外（ＮＩＲ）光源より高い分解能を有するので、高分解能撮像または散乱を必要とする用途に求められている。ＵＶ光源はまた１光子当たりのエネルギも可視光源またはＮＩＲ光源より高く、したがってＵＶ光源は、材料の除去または改質を必要とする多くの用途を可能にする。
【０００４】
[0004]ＵＶ光が電子遷移から直接生成されるエキシプレックスレーザとは別に、紫外レーザは、少なくとも１つのより低い周波数源レーザの周波数変換（ＦＣ）を利用する。周波数変換プロセスは第２高調波発生（ＳＨＧ）、和周波発生（ＳＦＧ）、および差周波発生（ＤＦＧ）を含む。周波数変換レーザは１つ以上の光源レーザを含み、それらの出力はＳＨＧまたはＳＦＧの１つ以上のＦＣ段に向けられる。これらの段は、順次高くなる周波数が得られるように、しばしば連続的に縦続接続される。ＳＨＧ段は入力光の一部分を入力光の２倍の周波数（入力光の２分の１の波長）の光に変換する。ＳＦＧ段は２つの異なる周波数の入力光を受け取り、この入力光の一部を入力周波数の和である周波数の光に変換する。
【０００５】
[0005]ＳＨＧおよびＳＦＧのＦＣ段は、今や充分に理解されておりかつ主題「非線形光学」の範疇に入るプロセスによってより高い周波数を発生する、特殊な非線形光学（ＮＬＯ）材料を使用することによって実現される。多くの場合、ＮＬＯデバイスは、精密に切断されかつ選ばれた目的のために機能するように配向された、非線形光学材料の単結晶である。単結晶より複雑なＮＬＯデバイスの例として、周期分極反転擬似位相整合（ＱＰＭ）デバイス、ウォークオフを補償するデバイス、および単一の光学部品に２つのＦＣ段を実現するように２つのＮＬＯ材料を一緒に光学的に接触するデバイスがある。ＮＬＯデバイスが位相整合条件、材料配向、入力ビームの向き、入力ビームの偏光、および材料温度に関する物理的要件を満たすために、充分な注意が払われる。臨界位相整合、非臨界位相整合（ＮＣＰＭ）、および擬似位相整合を含め、位相整合のための多くの戦略が当分野で公知である。
【０００６】
[0006]ＳＨＧ段で光を第２高調波（ＳＨ）に変換するときのエネルギ効率は、時間平均入力パワーが一定した大きさの連続波（ＣＷ）としてではなく、高ピークパワーの短パルスで送出される場合に、大幅に高まる。実際、種々の制約のためしばしば見られるように、低い変換効率（１０％未満）の状況で段が動作する場合、固定時間平均入力パワーでの変換効率は、パルス光源のデューティサイクルに略反比例する。したがって、周波数変換レーザシステムでＣＷ光源の代わりにパルス光源を使用することは非常に有利である。実際問題として、ＣＷ光源を使用するＦＣレーザシステムは、空洞共振器を使用して循環レーザ放射の建設的干渉によって入力電界強度を増強する必要がある。ＦＣデバイスの空洞内挿入はレーザ利得空洞内で充分に頑健にすることができるが、外部ファブリー−ペロー外部共振器はアラインメントおよび摂動に対して極めて敏感である。そのような空洞は重大な技術的課題をもたらし、熱ノイズおよび振動ノイズを克服するために高速の光学機械的制御および極端な措置を必要とする。より高次の光高調波を達成するために連続共振空洞が結合される場合、技術は極めて難しい。
【０００７】
[0007]名目上ＣＷ  ＵＶレーザを必要とする多くの用途のための理想的な解決策は、準連続波（ＱＣＷ）光源として知られる高速パルス光源を周波数変換レーザシステムで使用することである。そのようなレーザシステムのパルス出力信号は、繰返し率がそれを使用している物理システムの共振周波数より高い限り、「連続波」として現れる。ＱＣＷ周波数変換レーザ装置は、繰返し率が充分に高いので装置が使用される用途で「ＣＷ」が現れる一方、光源ピークパワーが高く、したがって内部周波数変換が優れているという利点を有する。
【０００８】
[0008]典型的なＱＣＷレーザシステムはモード同期技術を使用する。モード同期は、位相同期レーザ空洞モードの建設的干渉を使用することによってコヒーレントパルスを生成する。モード同期の主な利点は、経時的に安定した出力を維持する能力である。パルス幅は、空洞長によって予め定められた固定繰返し率でピークパワーを決定する。半導体可飽和ミラー（ＳＥＳＡＭ）は、短いパルス長を提供するモード同期レーザに使用される受動デバイスの一例である。これらのデバイスは自己始動型モード同期部品である。モード同期のための他の技術として、周波数変調器（電気光学効果）、振幅変調器（音響光学効果）のような能動型、および受動カーレンズモード同期がある。生成されるパルス長は通常、数十ピコ秒（ｐｓ）より小さく、数百フェムト秒（ｆｓ）より大きい。このパルス長および繰返し率は、ＱＣＷ光源に所望の特性をもたらす。
【０００９】
[0009]米国特許第７，０８８，７４４号に記載されたレーザシステムの一例は、ファブリー−ペロー光学空洞で従来のレーザ利得結晶を使用するモード同期ダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザ光源から構成される。ＳＥＳＡＭは空洞内で利得を変調するために使用される。ＮＣＰＭ三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶を使用することによって１０６４ｎｍの基本波長を５３２ｎｍに変換する、随意の周波数変換器も空洞内に設置することができる。出力される５３２ｎｍのレーザビームは次いで、２６６ｎｍの波長に変換する別のＦＣ段のための光源として使用することができる。このプロセス全体がモード同期ＵＶ  ＱＣＷレーザシステムを形成する。
【００１０】
[0010]周波数変換は一般的に、両方とも非線形光学材料内で入力および出力ビームの強度を増大させる高ピークパワーおよび強集束入力ビームの両方から利益を得る。周波数変換ＵＶレーザシステムの有用性を制限する最も重要な要素の１つは、ＵＶ生成の条件下でのＮＬＯ材料の寿命である。先行技術の市販のＵＶ  ＮＬＯデバイスは一般的にＢＢＯおよびＣＬＢＯ結晶から製造される。これらのＮＬＯデバイスは、湿気の存在下におけるそれらの内在的弱点のため、高出力ＵＶ光を長時間サポートすることができない。水は材料の表面と反応してそのバルク内に浸透し、高強度レーザビームのブレークダウンを引き起こす。この故障モードは一部のシステムでは、密閉セルによる環境隔離、昇温による水分吸着の低減、乾燥ガスのパージ、およびレーザビームに対する結晶の位置をシフトさせる機械的装置によって対処される。あらゆる方法でＢＢＯおよびＣＬＢＯの内在的欠点を克服し、ＵＶ  ＮＬＯプロセスの寿命の問題を解決するように試みられているが、程度の差はあってもどれも充分に成功していない。したがって不透水性のＵＶ周波数変換器が当分野で求められている。
【００１１】
[0011]ＢＢＯおよびＣＬＢＯの吸湿性に関連する因果関係：これらのＮＬＯ材料は高強度放射をサポートできる程度が制限される。高強度入力ビームによって供給される活性化エネルギにより、研磨面の表面損傷は水分の存在下では急速に進行する。劣化は、高強度レーザビームによって推進され、ビーム経路に沿ってバルクデバイス内に伝搬する。この現象は、周波数変換器を通過する入力レーザ放射の量および持続時間を制限する。その結果、変換効率は最適値をはるかに下回り、デバイスの動作寿命は著しく損なわれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
[0012]ＵＶ光を発生するＮＬＯデバイスのＦＣ効率は、入力強度が増大しても期待されるＵＶ出力エネルギを生じない限界点に達することも実証されてきた。この状態は、ＮＬＯデバイス内の光吸収が局所加熱を導き、これが温度の変化と共に材料の屈折率を変化させ、それによってデバイス内の最適位相整合状態を混乱させる、熱的脱位相の現象によって説明される。したがって熱的脱位相を軽減させる方法が当分野で求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
[0013]本発明は一般的に、波長が１９０から３５０ｎｍの間の範囲であるコヒーレントなパルスＵＶ光を発生するレーザ装置、パルス幅が１ｐｓから３００ｐｓの間の範囲であり毎秒１０００万パルス以上が送出されるＱＣＷ実現、パルス幅が３００ｐｓから１００ｎｓの間にあり、毎秒１０万から５００万回発生するパルス化実現、および各パケットが１ｎｓから１μｓの間の持続時間を有し、毎秒１０万から１億パケットを発生させる、複数の短いパルスを含むゲートパルスパケット実現に関する。さらに詳しくは、装置は、可視光から近赤外光を出射する１つ以上の光源レーザを含み、ＦＣ段を使用して光源レーザからの光の一部分をＵＶ波長の出力光に変換する。変換プロセスは中間光周波数および複数のＦＣ段を含んでもよく、あるいは含まなくてもよい。さらに具体的には、ＦＣプロセスの少なくとも１つは、ＲＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料から全体的にまたは部分的に構成されるＮＬＯデバイスによって、装置の動作中、１９０〜３５０ｎｍのＵＶ光を発生する。ここでＲは元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数から構成され、該材料は深紫外（ＤＵＶ）放射を光学的に透過する。
【００１４】
[0014]本発明の実施形態では、１ｐｓから１μｓの間の範囲のパルス幅を有するコヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置を提供する。本装置は、可視光または近赤外周波数範囲の１つ以上の光源レーザ、および非線形ＦＣデバイスを含む１つ以上のＦＣ段を含む。１つ以上のＦＣ段はまた、反射器、集束素子、偏光制御光学系、波長分離器、または光ファイバ部品をはじめ、１つ以上の光学素子を含む。ＦＣデバイスは、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する周波数変換光を生成するように構成されたハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料を含む。ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料はＲＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有し、ここでＲは元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数を含む。ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料は、１９０から３５０ｎｍの波長範囲で７０％を超える光透過率を特徴とする。
【００１５】
[0015]本発明の別の実施形態では、コヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置を提供する。本装置は、可視光または近赤外出力放射をもたらすように構成された１つ以上の光源レーザを含む。装置はまた、非線形ＦＣデバイスおよび１つ以上の光学素子を含む１つ以上のＦＣ段を含む。１つ以上の光学素子は反射器、集束素子、偏光制御光学系、波長分離器、または光ファイバ部品を含む。非線形ＦＣデバイスは、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する周波数変換光を生成する非線形光学材料を含む。非線形光学材料は、動作中に５ＧＷ／ｃｍ２より高い局所ピーク強度を経験する。
【００１６】
[0016]本発明の特定の実施形態では、コヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置を提供する。本装置は、可視光または近赤外出力放射を有する１つ以上の光源レーザ、ならびに非線形ＦＣデバイスおよび１つ以上の光学素子を含む１つ以上のＦＣ段を含む。１つ以上の光学素子は、反射器、集束素子、偏光制御光学系、波長分離器、または光ファイバ部品を含む。非線形ＦＣデバイスは、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する周波数変換光を生成するように構成された非線形光学材料を含む。加えて、非線形光学材料は約５０ＭＷ／ｃｍ２より高い時間平均局所光強度で動作する。
【００１７】
[0017]本発明の別の特定の実施形態では、コヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置を提供する。本装置は、可視光または近赤外周波数範囲の放射を出射する１つ以上の光源レーザ、および１つ以上のＦＣ段を含む。１つ以上のＦＣ段は、伝搬軸に沿って伝搬する光を受光するように構成された非線形ＦＣデバイス、および反射器、集束素子、偏光制御光学系、波長分離器、または光ファイバ部品をはじめとする１つ以上の光学素子を含む。非線形ＦＣデバイスは、第１側部と、第１側部に対向する第２側部と、第１側部から第２側部まで延びる通路とを有する、熱伝導性マウントを含む。通路は実装面を画定する。非線形ＦＣデバイスはまた、伝搬軸に垂直な部品を有する対向ファセットと、対向ファセットの間で非線形光学結晶の外周に延在する外面とを有する、非線形光学結晶を含む。非線形光学結晶は熱伝導性マウントに実装される。非線形ＦＣデバイスはさらに、熱伝導性マウントの実装面と非線形光学結晶の外面との間に配置された金属材料を含有するはんだを含む。
【００１８】
[0018]波長が１９０から３５０ｎｍの間の範囲であり、パルス幅が１ｐｓから１μｓの間の範囲であり、かつ毎秒送出されるパルス数が１０００万パルス以上である、コヒーレントなパルス紫外（ＵＶ）光のレーザビームを発生するための装置および方法を提供する。本装置は可視光から近赤外光を出射する１つ以上の光源レーザを含み、ＦＣ段を使用して光源レーザからの光の一部分をＵＶ放射に変換する。装置の動作中に１９０〜３５０ｎｍのＵＶ光を生成するＦＣプロセスの少なくとも１つは、ＲＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料から全体的にまたは部分的に構成されるＮＬＯデバイスによって発生し、ここでＲは元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数から構成され、該材料はＤＵＶ放射を光学的に透過する。レーザ装置はまた、動作光パルスピーク強度が局所的に約５ＧＷ／ｃｍ２より高くかつ／または時間平均光強度が局所的に約５０ＭＷ／ｃｍ２より高いＮＬＯデバイスによって光を生成する、少なくとも１つのＦＣ段を備える非線形材料を含むことがある。また、そのような装置で使用される非線形結晶の効果的な熱接触および制御のための方法も記載する。
【００１９】
[0019]別の実施形態では、レーザ装置は、動作光パルスピーク強度が局所的に約５ＧＷ／ｃｍ２より高くかつ／または時間平均光強度が局所的に約５０ＭＷ／ｃｍ２より高いＮＬＯデバイスによって光を生成する、少なくとも１つのＦＣ段を備える非線形材料を含む。
【００２０】
[0020]さらに別の実施形態では、レーザ装置は、ＮＬＯデバイスによって光を生成しかつ動作負荷下で熱接触および熱伝導を増強するための熱成形金属フォームに実装される、少なくとも１つのＦＣ段を備えた非線形材料を含む。
【００２１】
[0021]本発明の実施形態では、波長が１９０から３５０ｎｍの間の範囲であり、パルス幅が１ｐｓから１μｓの間の範囲であり、かつ毎秒送出されるパルス数が１０００万パルス以上である、コヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置を提供する。本装置は、可視光または近赤外周波数範囲の１つ以上の光源レーザと、反射器、集束手段、偏光制御光学系、波長分離手段、光ファイバ部品、および非線形ＦＣデバイスのうちの１つまたは複数を組み込んだ１つ以上のＦＣ段と、ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物の非線形光学材料を用いて光を生成するＦＣ段の少なくとも１つとを含む。光は本装置の出力光であってもよく、あるいはそうでなくてもよい。光は１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する。ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料はＲＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有し、ここでＲは元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数から構成される。ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料はＤＵＶ放射を光学的に透過する。
【００２２】
[0022]代替的実施形態では、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する光を生成するＦＣ段の少なくとも１つが、Ｙ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する。代替的に、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する光を生成するＦＣ段の少なくとも１つが、Ｌｕ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する。代替的に、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する光を生成するＦＣ段の少なくとも１つは、ＹＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する。
【００２３】
[0023]実施形態では、単一光源レーザからの放射は、１９０から３５０ｎｍの間の波長の光の生成にハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する１段の第２高調波発生を受ける。代替的に、単一光源レーザからの放射は２段の第２高調波発生を受け、第２段は、１９０から３５０ｎｍの間の波長の光の生成にハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する。代替的に、単一光源レーザからの放射は１段の第２高調波発生の後に和周波発生段を受け、最後の段が、１９０から３５０ｎｍの間の波長の光の生成にハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する。代替的に、単一光源レーザからの放射は２段の第２高調波発生の後に和周波発生段を受け、最後の段が、１９０から３５０ｎｍの間の波長の光の生成にハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する。
【００２４】
[0024]特定の実施形態では、公称角周波数ωを有する単一光源レーザが使用され、光源周波数の光を含んでもよく、あるいは含まなくてもよい出力ビームは、次の公称角周波数すなわち２ω、３ω、４ω、５ω、６ω、７ω、８ωの１つ以上の有意量の光を含む。ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料の少なくとも１つのデバイスは、ＦＣプロセスに関係する周波数のうちの１つ以上における光が材料の表面にブルースタ角付近で入射および／または出射するように配向されかつこの表面に対し公称ｐ偏光を有し、したがって損失を低減する、単結晶とすることができる。ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料の少なくとも１つのデバイスは、フレネル反射損失が高調和周波数の１つ以上で各面につき３％未満にまで低減され、それによって損失が低減されるように、入射面および／または出射面を光学的に被覆してもよい。ある実施形態では光源レーザの１つとしてファイバレーザが使用され、別の実施形態ではダイオード励起固体レーザが光源レーザの１つとして使用される。
【００２５】
[0025]本装置は、欠陥検出用の、特に明視野照明、暗視野照明、ならびにフォトマスク、レチクル、ウェハ、および／またはガラスの検査用の光学システムに組み込むことができる。本装置は、種々の導体、半導体、または誘電体材料、例えば半導体、半導体ウェハ、光電体、金属、セラミック、プラスチック、ガラス、アモルファス材料、薄膜、もしくは結晶を切断、穿孔、焼灼、溶融、スクライブ、または光学的に処理する目的で、微細加工システムに組み込むことができる。本装置は、干渉法、スキャトロメトリ、および／または分光法の技術を含む物理現象の同定、定性および／または定量分析のための光学機器に組み込むことができる。本装置は、毛細管電気泳動、細胞学、ＤＮＡ操作、および／またはフローサイトロメトリを含む生物試料の同定、定性および／または定量分析用の光学システムに組み込むことができる。本装置は、１〜１００ｎｍの範囲の波長の極端紫外電磁放射を発生させる目的で、レーザ装置の指向性光エネルギをターゲット材料と結合する光学システムに組み込むことができる。本装置は、１０〜３００μｍの範囲の波長のテラヘルツ電磁放射を発生させる目的で、レーザ装置の指向性光エネルギをターゲット材料と結合する光学システムに組み込むことができる。
【００２６】
[0026]本発明の特定の実施形態では、コヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置は、可視光または近赤外出力放射を有する１つ以上の光源レーザと、反射器、集束手段、偏光制御光学系、波長分離手段、光ファイバ部品、および非線形ＦＣデバイスのうちの１つまたは複数を組み込んだ１つ以上のＦＣ段と、非線形光学材料を使用して本装置の出力光であってもよく、あるいはそうでなくてもよい１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する光を生成するＦＣ段の少なくとも１つとを含む。ＦＣ段の非線形光学材料は約５〜１０ＧＷ／ｃｍ２の範囲の局所ピーク光強度で動作してもよい。ＦＣ段の局所最大光強度は約１０〜２０ＧＷ／ｃｍ２の動作範囲であってもよい。ＦＣ段の局所最大光強度は約２０〜３０ＧＷ／ｃｍ２の動作範囲であってもよい。ＦＣ段の局所最大光強度は約３０〜５０ＧＷ／ｃｍ２の動作範囲であってもよい。ある実施形態では、局所ピーク光強度を有するＦＣ段の局所最大光強度は、５０ＧＷ／ｃｍ２より高い。
【００２７】
[0027]ＦＣ段の非線形光学部品の少なくとも１つは、ＲＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料から全体的にまたは部分的に構成されてもよい。ここでＲは元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数から構成される。ＦＣ段の非線形光学部品の少なくとも１つは、Ｙ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）によって表される組成を有してもよい。Ｌｕ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用するＦＣ段の少なくとも１つは、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する光を生成してもよい。ＦＣ段の非線形光学部品の少なくとも１つは、ＹＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有してもよい。
【００２８】
[0028]実施形態では、公称角周波数ωを有する単一光源レーザが使用され、光源周波数の光を含んでもよく、あるいは含まなくてもよい出力ビームは、次の公称角周波数すなわち２ω、３ω、４ω、５ω、６ω、７ω、８ωの１つ以上における有意量の光を含む。
【００２９】
[0029]本発明の別の特定の実施形態では、コヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置は、可視光または近赤外出力放射を有する１つ以上の光源レーザと、反射器、集束手段、偏光制御光学系、波長分離手段、光ファイバ部品、および非線形ＦＣデバイスのうちの１つまたは複数を組み込んだ１つ以上のＦＣ段と、非線形光学材料を使用して光を生成するＦＣ段の少なくとも１つとを含む。光は装置の出力光であってもよく、あるいはそうでなくてもよい。光は１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する。非線形光学材料は、５０ＭＷ／ｃｍ２より高い範囲の時間平均局所光強度で動作してもよい。種々の実施形態において、時間平均局所光強度は５０〜１００ＭＷ／ｃｍ２、１００〜２５０ＭＷ／ｃｍ２、２５０〜５００ＭＷ／ｃｍ２、または約５００ＭＷ／ｃｍ２より高い場合がある。
【００３０】
[0030]本発明の代替的実施形態では、コヒーレントなパルス紫外光を生成するための装置を提供する。本装置は、可視光または近赤外周波数範囲の放射を出射する１つ以上の光源レーザと、反射器、集束手段、偏光制御光学系、波長分離手段、光ファイバ部品、および非線形ＦＣデバイスのうちの複数を組み込んだ１つ以上のＦＣ段とを含む。ＦＣ段の１つ以上が非線形光学材料を用いて、装置の出力光であってもよく、あるいはそうでなくてもよい１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する光を生成する。非線形光学材料は動作中に５０ＭＷ／ｃｍ２より高い平均光強度を経験する。本装置はさらに、その接触領域上の間隙を最小化し、非線形光学デバイスとの表面接触領域を最大化し、デバイスを貫通する透明な伝搬軸を維持し、かつマウントと結晶との間の熱伝導を最大化するように、非線形光学デバイスを部分的に封入する１つまたは複数の熱伝導性結晶マウント部品を含む。本装置はさらに、機械的熱伝導性マウントと非線形光学デバイスの表面との間の間隙を充填し、９００Ｋ未満で溶融し、水溶性または溶剤可溶性である湿潤剤またはフラックス剤と結合する金属はんだを含み、マウントおよび非線形光学デバイスを水または溶剤で洗浄することによって組立体から湿潤剤またはフラックス剤を除去し、非線形光学デバイスレーザビームの伝搬入射面および出射面をきれいにする。
【００３１】
[0031]１つの実施形態は、結合して伝搬レーザビームに沿って温度勾配を均等化するように残留熱を放散させる固定具にデバイスを密接に取り付けることによって、熱的脱位相を軽減または無効化する。
【００３２】
[0032]ある実施形態では、ＦＣ段の非線形光学部品の少なくとも１つが、ＲＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料から全体的にまたは部分的に構成され、ここでＲは元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数から構成される。別の実施形態では、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する光を生成するＦＣ段の少なくとも１つが、Ｙ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する。さらに別の実施形態では、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する光を生成するＦＣ段の少なくとも１つが、Ｌｕ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する。特定の実施形態では、１９０から３５０ｎｍの間の波長を有する光を生成するＦＣ段の少なくとも１つが、ＹＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料を使用する。
【００３３】
[0033]本装置は、１ｐｓから１μｓの間の範囲のパルス幅をもたらしてもよい。ハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料はＲｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２によって表される組成を有してもよく、ここでＲは元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数から構成され、ｘは０．９から１．１までの範囲である。
【００３４】
[0034]従来の技術と比較して本発明を使用することで多くの利点が達成される。例えば本発明に係る実施形態は、製造作業に有用なＵＶパルスを生成するレーザ装置を提供する。さらに、本明細書に記載する実施形態は、従来の設計と比較して動作寿命および信頼性の増大をもたらす。本明細書に記載する材料から製造された新規のＵＶ周波数変換結晶をパルスレーザシステムに組み込むことにより、従来のレーザと比較してＤＵＶ出力の増大がもたらされる。新規のＵＶＦＣデバイスは機械的にも頑健であり、金属はんだにより熱伝導性マウントに取り付けることが可能になる。したがって本発明の実施形態は、高い光入力パワーにさらされたときに熱的脱位相効果を低減する、ＦＣデバイスのための所定の熱的環境をもたらす。実施形態によっては、これらの利点の１つ以上が存在してもよい。これらおよび他の利点について本明細書全体にわたって、特に以下に記載した。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態によって提供される材料と比較して、従来の材料におけるＵＶ光のＳＨＧの典型的な時間依存挙動を示す。
【図２】本発明の実施形態に従って材料を作成する方法の手順を示す。
【図３】本発明の実施形態に従って提供される材料を代表する光学化合物の光透過特性を示す略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る第４高調波発生用の紫外レーザ装置を示す。
【図５】本発明の実施形態に係る第５高調波発生用の紫外レーザ装置を示す。
【図６】本発明の実施形態に係る２５７ｎｍの放射を生成するための紫外レーザ装置を示す。
【図７Ａ】本発明の実施形態に係る、熱接触の増強のための熱成形金属フォームを有する熱制御用の結晶マウント組立体の略図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示したサーマルマウント組立体の分解組立図である。
【図８】本発明の実施形態に従って熱成形金属フォームから結晶マウントを作成する方法手順を示す。
【図９】本発明の実施形態に係るモード同期レーザ光源および振幅変調器の組合せを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
[0045]本発明の実施形態を制限することなく、本明細書に記載に関連して以下の用語解説を提供する。
【００３７】
[0046]ブルースタ角：界面のどちら側が入射側であるかは自由に選択して、その電界が入射面内に存在する偏光光が理論的に界面を透過し、光が全く反射されない場合の２つの物質間の所与の界面に対する入射角。特殊偏光はときどきｐ偏光またはＴＭ偏光と呼ばれる。
【００３８】
[0047]空洞：２つ以上の反射面によって、または導波路もしくはファイバによって画定され、それに沿って光が往復または循環することのできる光経路。光経路を横断する物体は、空洞内にあると言われる。
【００３９】
[0048]連続波（ＣＷ）レーザ：パルスレーザの場合のように短いバーストではなく、時間的に連続して放射を出射するレーザ。
【００４０】
[0049]深紫外（ＤＵＶ）：１００〜３１５ｎｍの範囲の波長を有する電磁スペクトルの部分。
【００４１】
[0050]ダイオードレーザ：誘導放出を利用してコヒーレントな光出力を発生するように設計された発光ダイオードを指す。ダイオードレーザはレーザダイオードまたは半導体レーザとしても知られる。
【００４２】
[0051]ダイオード励起レーザ：ダイオードレーザによってポンピングされる利得媒体を有するレーザを指す。
【００４３】
[0052]極端紫外（ＥＵＶ）：１〜１００ｎｍの範囲の波長を有する電磁スペクトルの部分を指す。
【００４４】
[0053]ファセット：デバイスの動作を可能にする充分な光透過効率で光線がファセット表面を介してデバイスに入出射することができる、光デバイスの表面を指す。
【００４５】
[0054]周波数変換または周波数変換器（ＦＣ）：光を調和発生させる非線形光学デバイスを指す。
【００４６】
[0055]調波発生：放射エネルギに関連して、所与の周波数を有する電磁放射を、倍数の周波数を有する放射に変換すること。これは、強力な指向性光ビームが非線形光学媒体を通過するときに発生することができる。
【００４７】
[0056]赤外放射：約７００ｎｍから約５０００ｎｍの間の波長によって特徴付けられる電磁放射を指す。
【００４８】
[0057]レーザ：ｌｉｇｈｔ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｓｔｉｍｕｌｔａｔｅｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ（放射の誘導放出による光増幅）の頭字語を指す。レーザは、ポンピングエネルギによって、例えば光または放電によってその原子を準安定な電子状態に励起させることのできる、任意の物質、例えば、結晶、ガラス、液体、染料、またはガスなどを包含する空洞である。それがエネルギ基底状態に戻るときに原子の電子によって放出される光は、媒体中の他の原子の誘導放出を促進することができる。光（ここでは誘導放射と呼ぶ）は、空洞中を複数回往復しながら連続的にその強度を増大する。
【００４９】
[0058]光：名目上約１００ｎｍから約１５μｍの波長範囲に対応する、赤外から紫外まで続く周波数の範囲の電磁放射、光学放射を指す。
【００５０】
[0059]線幅：ａ）固有対の原子エネルギ準位間の遷移中に放射が吸収または放出される波長または周波数範囲。線の半値点間で全幅が決定される。ｂ）レーザにおいては、ビームエネルギの大部分が分布する周波数範囲。
【００５１】
[0060]近赤外放射：約７００ｎｍから約２０００ｎｍの間の波長によって特徴付けられる電磁放射を指す。
【００５２】
[0061]非線形効果：レーザによって生成されるようなほぼ単色の指向性光ビームによってのみ通常見ることのできる一種の光学現象を指す。調波発生（例えば第２、第３、第４調波発生など）、光パラメトリック発振、和周波発生、差周波発生、光パラメトリック増幅、および誘導ラマン効果は例である。
【００５３】
[0062]非線形材料：非線形効果を引き起こし得る光学放射への非零非線形誘電応答を有する材料を指す。非線形材料の例として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、三ホウ酸リチウム（ＬｉＢ３Ｏ５またはＬＢＯ）、ベータホウ酸バリウム（β−ＢａＢ２Ｏ４またはＢＢＯ）、ホウ酸セシウムリチウム（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０またはＣＬＢＯ）、ホウ酸イットリウムアルミニウム（ＹＡｌ３Ｂ４Ｏ１２）の結晶、およびその同形体のみならず擬似位相整合材料も挙げられる。
【００５４】
[0063]位相整合：多波非線形光学プロセスにおいて波の間のエネルギの所望の伝達が可能な距離を増大させるために使用される技術を指す。例えば３波プロセスは、ｋ１＋ｋ２＝ｋ３（ｋｉはプロセスに関与するｉ番目の波の波数ベクトルである）のときに位相が整合していると言われる。例えば周波数２倍化では、プロセスは基本波および第２高調波の位相速度が一致するときに最も効率的である。
【００５５】
[0064]パルス幅：パルスレーザによって出射されるパルスの秒単位の時間または持続時間を指す。パルス長とも呼ばれる。
【００５６】
[0065]擬似位相整合（ＱＰＭ）材料：基本波および高調波の放射が位相整合していないが、ＱＰＭグレーティングが補償する場合。ＱＰＭ材料では、基本波および高調波は同一偏光を有することができ、しばしば効率が改善される。擬似位相整合材料の例として周期分極反転タンタル酸リチウム、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、または周期分極反転チタンリン酸カリウム（ＰＰＫＴＰ）が挙げられる。
【００５７】
[0066]光源レーザ：１つ以上のＦＣ段の光源として使用されるレーザ。光源レーザは、それ自体市販の製品であってもよく、あるいは光源レーザが別個の物理的ユニットとして現れないようにおそらく一体化された、ＵＶレーザ装置の一体的部分として構成されてもよい。（市販の光源レーザユニットが、レーザ発振を生じる空洞の外部に１つ以上のＦＣ段を含む場合、本明細書で使用する用語「光源レーザ」とは、レーザ発振を生じる市販の光源レーザの部分を指す。この場合、市販の光源の外部ＦＣ部分は、ＵＶレーザ装置全体のＦＣ部分の一部として含まれる。）
【００５８】
[0067]テラヘルツ（ＴＨｚ）放射：１０〜３００μｍの範囲の波長を有する電磁スペクトルの部分を指す。
【００５９】
[0068]Waist：１）名目上ガウシアンビームの最狭箇所。２）最狭箇所のガウシアンビーム半径。ガウシアンビーム半径は、名目上ガウシアンビームの強度が中心ピーク強度の１／ｅ２となる箇所の半径である。
【００６０】
[0069]多くの重要な分野で、次の全ての特性、すなわち安定した直線偏光、高ピークパワー、１ｐｓから１μｓのパルス幅、狭いスペクトルバンド幅、および支配的な１つの空間モードを兼ね備えたコヒーレントな放射を均等に放出するパルスを生成する能力を有するＵＶレーザが必要とされている。これらの特性の総和は、ＮＬＯ光デバイスを有する効率的なレーザＦＣに有利である。また、ＵＶ光源の長期耐久性および安定性に対する要求は、２４時間稼働のために最重要である。残念ながら、ＤＵＶを放出する現在入手可能なレーザは、機械類に据え付けられた場合に容認できない劣化、頻繁な改修、および時間のかかるアライメントの問題を免れない。これらのシステムの１次障害発生点は、現在入手可能な繊細なＮＬＯ  ＦＣデバイスを中心とする。
【００６１】
[0070]本発明は一般的に、有利な光学的および物理的性質を有する特定の化合物に関する。さらに具体的には、本発明は、ＲＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（ここでＲは元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数から構成される）によって表されかつ３５０ｎｍ未満の周波数変換器として動作する能力を有する、化合物に関する。さらに具体的には、実施例として、本発明は、選択された波長の電磁放射の発生に使用される、Ｍ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２を含む特定の化合物を提供する。ｘは０以上かつ０．４以下であり、ＭおよびＭ’はＳｃ、Ｙ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選択される元素である。これらの新しいＵＶグレードのハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物材料をここでは好適な材料と呼ぶ。さらに詳しくは、本発明の特定の実施形態の目的は、Ｙ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（ここでＭ’＝Ｓｃ、Ｌａ、またはＬｕであり、０≦ｘ≦０．４である）を満足する好適な材料の構成成分を利用し、ＵＶスペクトルでのデバイスの効果的な使用を妨げる汚染物質を排除または著しく低減する方法によって製造される。さらにいっそう具体的には、本発明の一部の実施形態は実質的に、３５０ｎｍ未満のＵＶで有用とするために、遷移金属を材料に存在させない。好適な材料は、レーザ装置によるＵＶ  ＱＣＷまたはパルスレーザ放射の確実な発生における重要な構成要素であり、そういうものとして、本発明は特にそれらの固有の光学的、熱的、および他の物理的性質を活用するように設計されている。
【００６２】
[0071]本発明の実施形態は、１つ以上の光源レーザおよび１つ以上のＦＣデバイスを含み、少なくとも１つのそのようなＦＣデバイスが好適な材料の構成部材から製造され、これらの構成要素が１９０〜３５０ｎｍのＱＣＷまたはパルスＵＶ光を生成するためのシステムとして働く、紫外レーザ装置に関する。第１実施形態では、光源レーザからのパルスは１ｐｓから３００ｐｓの間のパルス幅を有し、繰返し率は、レーザ装置の出力を多くの用途のために事実上の連続波とすることができるように充分に高い（１０ＭＨｚから１ＧＨｚ）。多くの場合、これらのパルスは線形チャープを印加することによって伸張され、伸びたパルスは次いで予備増幅段および電力増幅段で増強され、次いで圧縮されて低ピコ秒領域に戻る。これは、後続のＦＣデバイスを効率的に駆動するのに充分なピークパワーを発生するように、ＱＣＷパルスの繰返し率を維持しながらパルスピークパワーを増大するのに役立つ。
【００６３】
[0072]第２実施形態では、波長が１９０から３５０ｎｍの間の範囲であるコヒーレントなパルスＵＶ光源を提供する。ビームは、パルス幅が３００ｐｓから１００ｎｓの間であり、１００ｋＨｚから５ＭＨｚのパルス繰返し率を有するパルスで構成される。このパルスレーザ設計は平均パワーではＱＣＷレーザアーキテクチャに匹敵するが、長いパルス幅に対して繰返し率が低いことがトレードオフである。
【００６４】
[0073]第３実施形態では、１ｎｓから１μｓのパルス幅を有するパルスでより高いパルスエネルギを生成するために、専用マスタ発振器電力増幅器光源レーザアーキテクチャはモード同期シードレーザ、および後で高飽和レーザ増幅器で増幅されるパルスのゲートパケットを生成するように変調することのできる均一パルスレートを備える。複数の短いパルスを含むパルスパケットを生成することによって、該レーザ設計は非変調設計と比較してデューティサイクルを低減し、それによって後続のＦＣ段におけるパルスピークパワーおよび効率を増大させる。
【００６５】
[0074]パルスパケット繰返し率は、１０ＭＨｚから１ＧＨｚのパケット内発振器パルスで、通常１００ｋＨｚから１００ＭＨｚである。レーザ装置で使用される光源レーザは、先行技術の周波数変換レーザで使用されるものより通常高いピークパワーを達成するように設計される。そのようなパケットパルスレーザ設計が、好適な材料から作られたＮＬＯデバイスを含むＵＶＦＣ段と結合されると、高強度ＵＶレーザシステム全体が、高い損傷閾値を有し、かつ光学的劣化に対し高い抵抗を有するＵＶＦＣ結晶をうまく活用する。１９０〜３５０ｎｍのパルスＵＶ光は比較的高いパワーで生成される。
【００６６】
[0075]本明細書に記載するレーザ装置の設計はＦＣ技術を使用して、入力基本レーザ周波数の整数倍のＵＶ光を生成する。複数のレーザ光源をＦＣデバイス内で混合することができるが、最も一般的な使用法は、１つの基本光周波数光源に単一のレーザである。ＳＨＧは最も習慣的な変換方式であるが、ＳＦＭもまたよく見られる代替方式である。例えば本明細書に記載する一部の実施形態は、ＳＨＧを使用して緑色レーザ光を２６６ｎｍに変換し、１０３０ｎｍおよび２５７ｎｍのＳＦＭを使用して２０６ｎｍの光を生成する。ＦＣ技術は様々な周波数を使用し、それらは２倍化および／または合計されて目標周波数のビームを生成する。したがって、本明細書の実施形態は１つ以上の光源レーザを利用してもよいが、最も一般的な使用法は１つの光源レーザである。
【００６７】
[0076]好適な材料の特徴的な高い光学的耐久性によって独特に可能になる、大きいピークパワーを有するレーザ光源の使用が今度は、先行技術の周波数変換レーザで通常使用されているより短いＮＬＯデバイス長を容易化する。すなわち、ピークパワーが増大するので、所与の変換効率を達成するために必要な伝搬長が短くてすむ。単結晶ＮＬＯデバイスの場合、短い結晶を使用できることは、位相整合に関連して多くの非常に重要な利点を有する。結晶長を４ｍｍ未満（例えば１〜３ｍｍ）に減少することによって、ＦＣプロセスは大きいスペクトル受容バンド幅、大きい熱受容バンド幅、および大きい角度受容バンド幅を有する。大きいスペクトル受容バンド幅は、入力光が広いスペクトル線幅を有することを可能にするので、候補光源レーザ設計の範囲を拡大する。また、大きい熱受容バンド幅は、通常発生する波長の光の吸収によって生じる長手方向および横方向の温度勾配に対する位相整合の感受性を低減する。短い結晶を使用すると、線形損失および２光子吸収損失は低減される。短い結晶で温度勾配の感度が低減されることに加えて、短い結晶では結晶内部の温度範囲自体が小さくなることが予想される。したがって、熱的脱位相の問題が本発明で大幅に軽減される。４ｍｍ以下の長さの好適な材料の結晶で、所与の平均結晶温度を維持するための熱制御は随意とすることができる。短い結晶を使用することの別の重要な利点は、複屈折による側方ビームウォークオフが低減されることである。ウォークオフはＦＣ効率を低下させ、発生したビームの横方向プロファイルを著しく歪める（引き伸ばす）。
【００６８】
[0077]好適な材料は実質的に硬質であり、微細な光学的研磨を容易に受け入れる。ＡＲコーティングのような光学コーティングを難なく好適な材料に塗布することができる。しかし、最適なＮＬＯの性能のために高強度で動作するときに、公知の光学コーティングは、好適な材料の微細研磨面と比較して、それほど耐久性を高くすることができず、あるいはそれほど長い寿命を有することができない。適切なブルースタ角の入力面および／または出力面の作成により表面反射損失を軽減することができるが、超高強度の場合にはコーティングされていない垂直入射面が好ましい場合がある。
【００６９】
[0078]典型的な結晶より短い長さを有する結晶をサポートすることに加えて、好適な材料は、レーザ装置の機械的設計の著しい簡素化、すなわち材料の周囲の環境隔離チャンバの省略を可能にする。主としてＣＬＢＯまたはＢＢＯを使用するＵＶレーザでは、吸湿性のため、パージまたは密閉された環境チャンバが一般的に必要である。対照的に、好適な材料は水分の存在に影響されないままである。そういうものとして、これらの材料の水分に基づく光学的劣化が明白に示されたことはなく、そういうものとして、それらの非吸湿性はレーザ装置の構成要素として長い運用寿命を直接的にもたらす。好適な材料は水分吸収の欠如を実証しており、非管理環境条件下で、それらは長期劣化を示さなかった。比較として、先行技術の材料のＢＢＯおよびＣＬＢＯは、それらが水蒸気と反応する結果、時間が経過すると破損することがよく知られている。
【００７０】
[0079]図１は、ＵＶグレードのハンタイト、ＢＢＯ、およびＣＬＢＯ結晶デバイスから発生した２６６ｎｍ放射の典型的な長期挙動を示す。周囲大気中の湿気だけで、ほんの数分間の動作で市販のＵＶ  ＮＬＯ材料の劣化を引き起こすのに充分である。この状況は、レーザにおけるＢＢＯおよびＣＬＢＯのＦＣデバイスの使用にとって深刻な結果をもたらし、レーザ装置は運用寿命の低下を免れず、ＦＣ結晶の問題をうまく処理するために容易ならざる設計の複雑さ／妥協が要求される。環境隔離の必要性が無いことは、結果的にＦＣレーザ装置の複雑さ、コスト、および要求される保守を非常に著しく低減することになり、レーザ装置の設計および動作の全体的な改善を表す。
【００７１】
[0080]本発明の実施形態は、ＵＶ阻害汚染物質無しに好適な材料から作られるＮＬＯデバイスの別の特徴、すなわちＵＶの光透過率の機能的改善から利益を得る。透過損失の一因となる汚染物質は、ＮＬＯデバイスの局所熱発生および熱的脱位相を引き起こす。本発明による主たる努力は、ＮＬＯデバイス内の吸収部（例えば遷移金属原子）の低減に向けられているが、本発明に組み込まれた新規の構成要素は長手方向の温度勾配を低減し、著しい熱的脱位相を防止する。本明細書ではＮＬＯ部品の新規タイプの熱接触について記載し、それによりＮＬＯデバイスは、その外面の周囲で金属フォームを溶融し、かつ熱伝導性支持体内にそれを保持することによって実装される。はんだ付けで使用されたフラックス（湿潤）剤を除去する後続の手順は、水または溶剤でそれらを洗い流すことによって実行される。集束光線の位相整合の品質を局所的に損ねる、吸収によって生じる長手方向の温度勾配は、そうした処理によってこの実装では軽減される。新規の実装方式の結果、結晶の熱的環境の制御を通して熱的脱位相を軽減することによって、ＦＣ効率が改善される。ＮＬＯデバイスの密接な金属化接触は、残留固有光吸収によって生じるデバイスの温度勾配を低減する。
【００７２】
[0081]本発明の特定の様相を、周波数変換デバイス内の光強度の独自構成によって記載する。好適な材料は、これまで高性能の市販のレーザシステムに達成できなかった設計パラメータ空間へのアクセスを可能にする。すなわち強集束ビームウェストと組み合わされた高ピークパワーパルスが、高い変換効率のためにＮＬＯ材料内に超高強度を生み出し、短い結晶が位相整合のためのスペクトル、熱、および角度受容性を改善し、かつウォークオフ歪みおよび吸収損失を低減し、環境的および機械的頑健性が結晶およびその周囲をきめ細かく管理する従来の必要性を緩和する。これらの属性が全て組み合わされて、本発明のレーザ装置の他の態様を定義する。ＵＶ光を生成するために使用されるＮＬＯデバイスの１つは、５ＧＷ／ｃｍ２を超える動作局所パルスピーク強度を有する。本発明の別の素子：ＵＶ光を生成するために使用されるＮＬＯデバイスの１つは、５０ＭＷ／ｃｍ２を超える動作局所時間平均強度を有する。
【００７３】
[0082]本発明のさらに別の態様では、ＮＬＯデバイス設計のための考慮事項は当分野で一般的に公知の方法を含み、周波数変換レーザ装置における好適な材料から製造されるＮＬＯデバイスに適用することができる。ＮＬＯデバイスの材料、サイズ、配向、および面角は指定される。入力光所望の偏光および横電界プロファイルは、（ａ）Ｉ型もしくはＩＩ型の変換方法、（ｂ）臨界、非臨界、もしくは擬似位相整合方法、（ｃ）入射光に垂直な入力／出力面、（ｄ）ブルースタ角もしくはいずれかの他の非垂直角の入力面および／もしくは出力面、ならびに／または（ｅ）複合モノリス構造と共に指定される。
【００７４】
[0083]本発明の実施形態は、本明細書に記載する好適な材料に適用される当分野で公知のＮＬＯ部品設計のいずれかおよび全ての技術の使用を含む。加えて、他の非線形材料に適用されるものとして本明細書に記載する技術の使用も、好適な材料を含まないＦＣプロセスがあればそれを実現するために本発明で使用することができる。
【００７５】
[0084]本発明の一部の実施形態の目的は、有害なＵＶ吸収無しに上記組成を満足する非線形光学材料を作成するための方法を提供することである。１つの実施形態は、約１０から約３０モル％のＹの供給源、約１０から約４０モル％のＭ、約１５から約４０モル％のＡｌの供給源、および約２５から約５０モル％の酸化ホウ素を含む混合物を形成することを含む。ＭがＳｃである場合には、Ｍの供給源は一般的に酸化スカンジウムであり、ＭがＬａである場合には、Ｍの供給源は一般的に酸化ランタンであり、ＭがＬｕである場合には、Ｍの供給源は一般的に酸化ルテチウムである。混合物は、ＮＬＯ材料を形成するのに充分な温度まで充分な時間にわたって加熱される。例えば加熱のステップは、混合物を少なくとも８５０Ｋ、一般的には約８５０Ｋより高い、第１温度に加熱することを含んでもよい。次いで混合物は冷却される。冷却後に混合物は粉砕され（乳鉢および乳棒で磨砕することなどによって、微粉に磨砕され）、次いで少なくとも１３００Ｋ、一般的に約１３００Ｋより高い、第２温度に加熱される。
【００７６】
[0085]これらの結晶性材料を形成する別の方法として、図２に示すトップシード溶液成長があるが、それに限らない。該方法は以下のプロセスを含む。
１．高純度酸化物粉末および化学薬品を計量し、適切な割合で混合する。
２．混合物をるつぼに装填し、炉内に入れる。
３．混合物を加熱して、液状に溶融させる。
４．しばらく後で、融液温度をその凝固点付近まで低下させる。
５．コールドフィンガ材料またはシード結晶を導入して結晶化を開始させる。
６．融液温度および装置の状態を変化させ、監視して、結晶成長を促進させる。
７．適切なときに、システムを室温まで下げる。
８．結晶をシステムから取り出す。
【００７７】
[0086]例えば（Ｙ，Ｌａ）Ａｌ３Ｂ４Ｏ１２の合成は次のように実行することができる。９９．９％を超える純度を有する酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、９９．９％を超える純度を有する酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、９９．９％を超える純度を有する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および９９．９％を超える純度を有する酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）をＡｅｓａｒ  ａｎｄ  Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓのような販売業者から購入した。約１４重量％の酸化イットリウム、約３０重量％の酸化ランタン、約１９重量％の酸化アルミニウム、および約３７重量％の酸化ホウ素を含む混合物を形成した。
【００７８】
[0087]本明細書に記載する通り、本発明の特定の実施形態は、非線形光学（ＮＬＯ）デバイスおよび電気光学デバイス、ならびにそのようなデバイスを３５０ｎｍ未満で使用する能力に関係する。本発明の一部の実施形態は、一般式Ｙ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（Ｍ’＝Ｓｃ、Ｌａ、またはＬｕ、かつ０≦ｘ≦０．４）を満足し、かつ電磁スペクトルの紫外（ＵＶ）部での使用を妨げる汚染物質無しに調製される非線形光学材料に関係する。別の実施形態では、非線形光学材料は一般式Ｌｕ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（Ｍ’＝Ｓｃ、ｙ、またはＬａ、かつ０≦ｘ≦０．４）を満足し、かつ電磁スペクトルの紫外（ＵＶ）部での使用を妨げる汚染物質無しに調製される。
【００７９】
[0088]本発明の一部の実施形態では、非線形光学材料Ｙ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（Ｍ’＝Ｓｃ、Ｌａ、またはＬｕ、かつ０≦ｘ≦０．４）は、３５０ｎｍ未満で動作するためのＮＬＯデバイスに使用される。別の実施例では、非線形光学材料は、３５０ｎｍ未満の光学放射を発生するデバイス用のレーザ光源と共に使用される。さらに別の実施例では、非線形光学材料は、３５０ｎｍ未満の光学放射を発生するデバイス用の光源と共に使用される。さらに別の実施例では、非線形光学材料は、３５０ｎｍ未満で使用するために三方晶系結晶族に形成される。さらに別の実施例では、非線形光学材料は、３５０ｎｍ未満で使用するために空間群Ｒ３２に形成される。
【００８０】
[0089]本発明の特定の実施形態では、非線形光学材料はＳｃ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（Ｍ’＝Ｙ、Ｌａ、またはＬｕ、かつ０≦ｘ≦０．４）、またはＬｕ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（Ｍ’＝Ｓｃ、Ｌａ、またはＬｕ、かつ０≦ｘ≦０．４）を満足する。
【００８１】
[0090]純粋な形態のＹＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（ＹＡＢ）は商業的に生産されていない。従来の実験室成長法は、有意量の非化学量論的金属汚染を包含し標準以下の結晶品質を示す、小さい結晶を生じる。さらに、使用される溶剤は、３５０ｎｍ未満のＵＶでのデバイス動作を妨げる有意量の汚染物質をもたらす。ハンタイト複合ホウ化物に関する一部の研究は、ＹＡＢおよびそのファミリメンバすなわちモリブデン酸カリウムＫ２ＭｏＯ４およびＫ２Ｍｏ３Ｏ１０を生成する主要な方法を残したフラックスシステムを記載している。残念ながら、これらの溶剤配合は大規模結晶成長に対する深刻な限界、すなわちａ）高いフラックスの揮発性、ｂ）小さい結晶の生成、およびｃ）目標ホウ化物ハンタイト構造内へのＭｏ原子の顕著な包含、を有する。したがって、純粋ＹＡＢの商業的結晶生産は実現されておらず、ＹＡＢがレーザ製品に専用の周波数変換器として採用されたこともない。
【００８２】
[0091]本発明の特定の実施形態の目的は、ＲＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（Ｒは元素｛Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｌｕ｝のうちの１つまたは複数から構成される）によって表される組成を有するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物と指定されるファミリ分類を満足する非線形光学材料を生産し、利用することである。好適な材料は、鉱物すなわちハンタイトと同型構造の空間群Ｒ３２の原始菱面体晶族で結晶化する。上に列挙した一般式において、記号Ｒは、ハンタイト結晶構造における同一格子サイトすなわちワイコフサイト表記法の３ａを占める、列挙した族の１つ以上の元素の原子を表すことを意図する。同様に、Ａｌ原子は一般的にハンタイト構造におけるワイコフサイト９ｄを占める。したがって、ある実施形態では、Ｒは｛Ｙ、Ｌａ、Ｌｕ｝であり、元素｛Ｙ、Ｌａ、Ｌｕ｝が１のモル和で３ａの占有を分担するハンタイト型アルミニウム複合ホウ化物結晶を、さらに詳しくは、Ｍ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（ここで０≦ｘ≦０．４であり、ＭおよびＭ’＝（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、またはＬｕのうちの１つ以上である）を提供する。この第２の式では、記号ならびにＭおよびＭ’は格子サイト３ａを占める原子を表すことを意図し、Ａｌ原子はハンタイト構造におけるワイコフサイト９ｄを占める。したがってある実施形態では、ＭはＹであり、Ｍ’はＬａであり、Ｙを最高４０％までＬａに置換したアルミニウム複合ホウ化物結晶を提供する。したがって、本明細書全体を通して提示する元素のリストにおいて、一部の実施形態は結晶組成の種々の元素のうちの２つしか利用しないが、これは本発明の他の実施形態で必須ではない。
【００８３】
[0092]さらに具体的には、本発明の一部の実施形態は、３５０ｎｍ未満のＵＶで有用となるように、金属、例えば第６族の金属がデバイスに存在しないように実質的に排除する。Ｍｏのような第６族の不純物の包含を回避することにより、選ばれたホウ化物ハンタイトのＵＶ透過率が伸びる。加えて、初晶組成に過剰な金属が存在しないので、１６５から２７００ｎｍのようなその透過範囲全体の総合バルクスペクトル吸収が低減される。先行技術に記載された方法と比較して、本明細書に記載する実施形態では、固有のＵＶ透過性が独自に実現される。
【００８４】
[0093]本明細書に記載する通り、本発明の一部の実施形態の目的は、Ｍ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（ここで０≦ｘ≦０．４であり、ＭおよびＭ’＝（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｌｕ）である）を満たす、有害なＵＶ吸収を持たない非線形光学材料を作成する方法を提供することである。１つの実施形態は、約１０から約３０モル％のＭの供給源、約１０から約４０モル％のＭ’、約１５から約４０モル％のＡｌの供給源、および約２５から約５０モル％の酸化ホウ素を含む混合物を形成することを含む。ＭまたはＭ’がＳｃである場合には、ＭまたはＭ’の供給源は一般的に酸化スカンジウムであり、ＭまたはＭ’がＹである場合には、ＭまたはＭ’の供給源は一般的に酸化イットリウムであり、ＭまたはＭ’がＬａである場合には、ＭまたはＭ’の供給源は一般的に酸化ランタンであり、ＭまたはＭ’がＬｕである場合には、ＭまたはＭ’の供給源は一般的に酸化ルテチウムである。混合物は、ＮＬＯ材料を形成するのに充分な温度まで充分な時間にわたって加熱される。例えば加熱のステップは、混合物を少なくとも８５０Ｋ、一般的には約８５０Ｋより高い、第１温度に加熱することを含んでもよい。次いで混合物は冷却される。冷却後に混合物は粉砕され（乳鉢および乳棒で磨砕することなどによって、微粉に磨砕され）、次いで少なくとも１３００Ｋ、一般的に約１３００Ｋより高い、第２温度に加熱される。
【００８５】
[0094]図２は、本発明の実施形態に従って光学化合物を作成するための簡素化された方法である。この図は単なる実施例であって、特許請求の範囲を不当に制限するものではない。当業者は多くの変形例、代替例、および変更例を認識されるであろう。方法１００は、化学薬品を計量して混合するためのプロセス１１０、混合物をるつぼおよび炉に移すためのプロセス１２０、混合物を溶融するためのプロセス１３０、炉の状態を結晶化に最適化させるためのプロセス１４０、シードを導入して結晶化を開始するためのプロセス１５０、およびシステムを冷却し、結晶を抽出するためのプロセス１６０を含む。この作成方法は選択された一連のプロセスを用いて示されているが、多くの代替例、変更例、および変形例が存在し得る。例えばプロセスの幾つが拡張および／または結合されてもよい。これらの明記されたプロセスに他のプロセスが挿入されてもよい。実施形態によっては、特定シーケンスのプロセスは、差し替えられた他のシーケンスと置き換えられてもよい。例えばプロセス１５０は、自然核形成を使用するかあるいは従来の光学結晶成長手順を使用して、融液面にコールドフィンガを導入するように変更される。これらのプロセスのさらなる詳細は本明細書全体に見られ、特に以下に見られる。
【００８６】
[0095]プロセス１１０で、特定の化学薬品を計量して混合する。例えば高純度酸化物粉末および化学薬品を計量し、適切な割合で混合する。プロセス１２０で、混合物をるつぼおよび炉に移す。例えば混合物をるつぼ（例えば白金族金属製るつぼ）に装填し、炉内に入れる。プロセス１３０で、混合物を溶融させる。例えば混合物を加熱して液状に溶融させる。
【００８７】
[0096]プロセス１４０で、炉の状態を結晶化に対し最適化する。例えば、しばらく後で、融液温度をその凝固点付近まで低下させる。プロセス１５０で、シードを導入し、結晶化を開始させる。例えばシード結晶を導入して結晶化を引き起こす。別の実施例では、プロセス１５０はコールドフィンガ材料を用いて結晶化を引き起こすように変更される。さらに別の実施例では、プロセス１５０は自然核形成を利用して結晶化を引き起こすように変更される。加えて、融液温度および装置の状態は、結晶成長を促進するように変更され、監視される。プロセス１６０で、システムを冷却し、結晶を抽出する。例えば、適切なときにシステムを室温に低下させる。結晶をシステムから取り出し、試験またはさらなる処理に備える。
【００８８】
[0097]方法１００の実施例として、Ｙ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４、例えばｘ≒０．２５）の合成は次のように実行される。プロセス１１０で、９９．９％を超える純度を有する酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、９９．９％を超える純度を有する酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、９９．９％を超える純度を有する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および９９．９％を超える純度を有する酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を入手する。例えばこれらの化学薬品を、Ａｅｓａｒ  ａｎｄ  Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓのような販売業者から取得する。約１４重量％のＹ２Ｏ３、約３０重量％のＬａ２Ｏ３、約１９重量％のＡｌ２Ｏ３、および約３７重量％のＢ２Ｏ３を含む混合物を形成する。
【００８９】
[0098]プロセス１２０で、混合物をるつぼに装填し、雰囲気環境制御付きの高温炉内に入れる。例えば大気または不活性雰囲気のいずれかで充分である。プロセス１３０で、混合物を１２時間で室温から１４５０から１５７５Ｋの範囲の別の温度まで加熱する。結果的に得られた融液を別の温度で約１日から３日間均熱させる。
【００９０】
[0099]プロセス１４０で、液状混合物を２０Ｋ／時の率でその凝固点付近の温度まで冷却させる。例えば温度は約１４７５から１４００Ｋの範囲である。該温度で、混合物を約８時間維持する。プロセス１５０で、自然核形成によって、または従来の光学結晶成長手順を用いて結晶シードまたはコールドフィンガを融液面に導入することによって、約１〜５Ｋ／日の率で１３００Ｋの最終温度まで冷却する間に、生成物が形成し始める。加えて、成長の経過中に、オペレータおよび／または炉の自動制御システムのいずれかによって、融液温度および装置の状態を監視し、かつ任意選択的に、結晶成長を促進するように変更する。
【００９１】
[0100]プロセス１６０で、システムを次いで約５０Ｋ／時の冷却率で室温まで冷却する。Ｙ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）の無色透明な結晶が得られ、炉から取り出される。
【００９２】
[0101]方法１００のさらに別の実施例では、Ｌｕ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）の合成が次のように実行される。プロセス１１０で、９９．９％を超える純度を有する酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、９９．９％を超える純度を有する酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、９９．９％を超える純度を有する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および９９．９％を超える純度を有する酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を入手する。例えばこれらの化学薬品を、Ａｅｓａｒ  ａｎｄ  Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓのような販売業者から取得する。約２１重量％のＬｕ２Ｏ３、約３０重量％のＬａ２Ｏ３、約１６重量％のＡｌ２Ｏ３、および約３４重量％のＢ２Ｏ３を含む混合物を形成する。
【００９３】
[0102]プロセス１２０で、混合物をるつぼに装填し、約３０００ｐｐｍ以下の酸素の分圧を有する窒素の雰囲気環境制御付きの高温炉内に入れる。プロセス１３０で、混合物を１２時間で室温から１４５０から１５７５Ｋの範囲の別の温度まで１２時間で加熱する。結果的に得られた融液を別の温度で約１日から３日間均熱させる。
【００９４】
[0103]プロセス１４０で、液状混合物を２０Ｋ／時の率でその凝固点付近の温度まで冷却させる。例えば温度は約１４７５から１４００Ｋの範囲である。該温度で、混合物を約８時間維持する。プロセス１５０で、自然核形成によって、または従来の光学結晶成長手順を用いて結晶シードまたはコールドフィンガを融液面に導入することによって、約１〜５Ｋ／日の率で１２７５Ｋの最終温度まで冷却する間に、生成物が形成し始める。加えて、成長の経過中に、オペレータおよび／または炉の自動制御システムのいずれかによって、融液温度および装置の状態を監視し、かつ任意選択的に、結晶成長を促進するように変更する。
【００９５】
[0104]プロセス１６０で、システムを次いで約５０Ｋ／時の冷却率で室温まで冷却する。Ｌｕ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４、例えばｘ≒０．２）の無色透明な結晶が得られ、炉から取り出される。
【００９６】
[0105]方法１００のさらに別の実施例では、Ｓｃ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）の合成が次のように実行される。プロセス１１０で、９９．９％を超える純度を有する酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、９９．９％を超える純度を有する酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、９９．９％を超える純度を有する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および９９．９％を超える純度を有する酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を入手する。例えばこれらの化学薬品を、Ａｅｓａｒ  ａｎｄ  Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓのような販売業者から取得する。約８重量％のＳｃ２Ｏ３、約３４重量％のＬａ２Ｏ３、約１８重量％のＡｌ２Ｏ３、および約３９重量％のＢ２Ｏ３を含む混合物を形成する。
【００９７】
[0106]プロセス１２０で、混合物をるつぼに装填し、雰囲気環境制御付きの高温炉内に入れる。例えば大気または不活性雰囲気のいずれかで充分である。プロセス１３０で、混合物を１２時間で室温から１４７５から１６００Ｋの範囲の別の温度まで加熱する。結果的に得られた融液を温度で約１日から３日間均熱させる。
【００９８】
[0107]プロセス１４０で、液状混合物を２０Ｋ／時の率でその凝固点付近の温度まで冷却させる。例えば温度は約１５００５から１４２５Ｋの範囲である。該温度で、混合物を約８時間維持する。プロセス１５０で、自然核形成によって、または従来の光学結晶成長手順を用いて結晶シードまたはコールドフィンガを融液面に導入することによって、約１〜５Ｋ／日の率で１３００Ｋの最終温度まで冷却する間に、生成物が形成し始める。加えて、成長の経過中に、オペレータおよび／または炉の自動制御システムのいずれかによって、融液温度および装置の状態を監視し、かつ任意選択的に、結晶成長を促進するように変更する。
【００９９】
[0108]プロセス１６０で、システムを次いで約５０Ｋ／時の冷却率で室温まで冷却する。Ｓｃ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）の無色透明な結晶が得られ、炉から取り出される。
【０１００】
[0109]図３は、本発明の実施形態に係る光学化合物の光透過特性を示す略図である。この図は単なる例であって、特許請求の範囲を不当に制限するものではない。当業者は多くの変形例、代替例、および変更例を認識されるであろう。光学化合物は、既述の通り方法１００によって作成されたＹ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）を含む。合成は酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から始まる。図３に示す通り、曲線２００は波長の関数としての透過百分率を示す。このスペクトル範囲にわたって（真空ＵＶデータは無いが）、フレネル損失はデータでオフセットされており、固有吸収端は観察されない。表面およびバルク散乱損失は、任意の残留バルク吸収と共に、ＤＵＶでより明瞭になる。したがって、１９０ｎｍから３５０ｎｍの測定光透過率データは、７５％を優に超えるＤＵＶ透過性を実証する。
【０１０１】
[0110]本明細書に記載する通り、かつここでさらに強調する通り、該方法は種々のタイプの光学化合物を作成するために使用することができる。本発明の１つの実施形態では、３５０ｎｍ以下で使用するための非線形光学系用の化合物が方法１００によって作成される。該化合物は、ＹＡｌ３Ｂ４Ｏ１２を含む非線形光学系用の材料を含む。該化合物は少なくとも１０００（例えば５００）ｐｐｍ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｍｉｌｌｉｏｎ）のモリブデン含有不純物を含まない。
【０１０２】
[0111]本発明のさらに別の実施形態では、３５０ｎｍ以下で使用するための非線形光学系用の化合物が方法１００によって作成される。非線形光学系用の材料を構成する化合物は、Ｙ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２を含む。ｘは０以上かつ０．４以下であり、Ｍ’はＳｃ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選択される。該化合物は少なくとも１０００ｐｐｍのモリブデン含有不純物を含まない。
【０１０３】
[0112]本発明のさらに別の実施形態では、３５０ｎｍ以下で使用するための非線形光学系用の化合物が方法１００によって作成される。非線形光学系用の材料を構成する化合物は、Ｌｕ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２を含む。ｘは０以上かつ０．４以下であり、Ｍ’はＳｃ、Ｙ、およびＬａからなる群より選択される。該化合物は少なくとも１０００ｐｐｍのモリブデン含有不純物を含まない。
【０１０４】
[0113]本発明のさらに別の実施形態では、非線形光学系用の材料を構成する、３５０ｎｍ以下で使用するための非線形光学系用の化合物は、Ｓｃ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２を含む。ｘは０以上かつ０．４以下であり、Ｍ’はＹ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選択される。該化合物は少なくとも１０００ｐｐｍのモリブデン含有不純物を含まない。
【０１０５】
[0114]本発明のさらに別の実施形態では、３５０ｎｍ以下で使用するための非線形光学系用の化合物が方法１００によって作成される。非線形光学系用の材料を構成する化合物は、Ｍ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２を含む。ｘは０以上かつ０．４以下であり、ＭおよびＭ’はＳｃ、Ｙ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選択される。該化合物は少なくとも１０００ｐｐｍのモリブデン含有不純物を含まない。１つの実施形態では、ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選択された少なくとも１つを含む。別の実施形態では、Ｍ’はＳｃ、Ｙ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
【０１０６】
[0115]本明細書に記載する通り、特定の実施形態では、方法１００によって作成された種々のタイプの光学化合物は各々、少なくとも１０００ｐｐｍのモリブデン含有不純物を含まない。例えば該化合物は、少なくとも５００ｐｐｍのモリブデン含有不純物を含まない。別の実施例では、該化合物は、少なくとも１００ｐｐｍのモリブデン含有不純物を含まない。さらに別の実施例では、該化合物は少なくとも１０ｐｐｍのモリブデン含有不純物を含まない。さらに別の実施例では、該化合物は少なくとも１ｐｐｍのモリブデン含有不純物を含まない。さらに別の実施例では、該化合物はモリブデン含有不純物を実質的に含まない。
【０１０７】
[0116]本発明の一部の実施形態では、方法１００によって作成された種々のタイプの光学化合物は各々、該化合物が３５０ｎｍ以下で非線形光学系に使用されることを妨げ得る少なくとも１０００ｐｐｍのいかなる不純物も含まない。例えば該化合物は、少なくとも５００ｐｐｍのそのような不純物を含まない。別の実施例では、該化合物は少なくとも１００ｐｐｍのそのような不純物を含まない。さらに別の実施例では、該化合物は少なくとも１０ｐｐｍのそのような不純物を含まない。さらに別の実施例では、該化合物は少なくとも１ｐｐｍのそのような不純物を含まない。さらに別の実施例では、該化合物はそのような不純物を実質的に含まない。
【０１０８】
[0117]本明細書に記載する通り、特定の実施形態では、方法１００によって作成された種々のタイプの光学化合物は各々、約０．００１ｍｍ３より大きい体積を有する。例えば、該化合物は約０．０１ｍｍ３より大きい体積を有する。別の実施例では、該化合物は約０．１ｍｍ３より大きい体積を有する。さらに別の実施例では、該化合物は約１ｍｍ３より大きい体積を有する。
【０１０９】
[0118]一部の実施形態では、方法１００によって作成された種々のタイプの光学化合物は各々、３５０ｎｍ以下で非線形光学系に使用することができる。例えば、使途は約３５０ナノメートルから１９０ｎｍの範囲の波長に関連付けられる。別の実施例では、使途は約３５０ｎｍから１７０ｎｍの範囲の波長に関連付けられる。さらに別の実施例では、使途は３５０ｎｍ未満の光学放射を発生するデバイスに関連付けられる。さらに別の実施例では、該デバイスは、ＮＬＯシステム、レーザシステムに関連付けられた化合物、および／または光源に関連付けられた化合物を含む。
【０１１０】
[0119]特定の実施形態では、方法１００は、３５０ｎｍ以下で使用するための非線形光学系用の化合物を作成するために使用することができる。例えば、該化合物は、３５０ｎｍ未満で使用するための三方晶系結晶族、および／または３５０ｎｍ未満で使用するための空間群Ｒ３２に関連付けられる。
【０１１１】
[0120]本発明のさらに別の実施形態では、３５０ｎｍ以下で使用するための非線形光学系用の化合物を作成するための方法は、複数の材料を用意するステップを含む。複数の材料はランタン含有化合物を含み、ランタン含有化合物は加熱時に少なくとも酸化ランタンに分解することができる。加えて、該方法は、少なくとも所定の割合に関連する情報に基づいて複数の材料を混合して混合物を形成するステップと、混合物で結晶化プロセスを開始して結晶を形成するステップと、混合物から結晶を取り出すステップとを含み、結晶はランタンを含む。例えば、複数の材料は酸化ランタンを含む。別の実施例では、複数の材料はさらに酸化ホウ素を含む。さらに別の実施例では、該方法はさらに、混合物を炉内に入れるステップを含む。さらに別の実施例では、該方法はさらに、混合物を第１の所定温度まで加熱するステップと、混合物を第２の所定温度まで冷却するステップとを含む。さらに別の実施例では、結晶化プロセスを開始するステップは、結晶シードを融液面に挿入するステップを含む。さらに別の実施例では、結晶はＭ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２を含む。ｘは０以上かつ０．４以下であり、ＭおよびＭ’はＳｃ、Ｙ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選択される。さらに別の実施例では、該方法は方法１００に従って実現される。
【０１１２】
[0121]本発明のさらに別の実施形態では、３５０ｎｍ以下で使用するための非線形光学系用の化合物を作成するための方法は、複数の材料を用意するステップを含む。複数の材料はイットリウム含有化合物を含み、イットリウム含有化合物は加熱時に少なくとも酸化イットリウムに分解することができる。
【０１１３】
[0122]加えて、該方法は、少なくとも所定の割合に関連する情報に基づいて複数の材料を混合して混合物を形成するステップと、混合物で結晶化プロセスを開始して結晶を形成するステップと、混合物から結晶を取り出すステップとを含み、結晶はイットリウムを含む。例えば複数の材料は酸化イットリウムを含む。別の実施例では、複数の材料はさらに酸化ホウ素を含む。さらに別の実施例では、該方法はさらに、混合物を炉内に入れるステップを含む。さらに別の実施例では、該方法はさらに、混合物を第１の所定温度まで加熱するステップと、混合物を第２の所定温度まで冷却するステップとを含む。さらに別の実施例では、結晶化プロセスを開始するステップは、結晶シードを融液面に挿入するステップを含む。さらに別の実施例では、結晶はＭ（１−ｘ）Ｍ’ｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２を含む。ｘは０以上かつ０．４以下であり、ＭおよびＭ’はＳｃ、Ｙ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選択される。さらに別の実施例では、該方法は方法１００に従って実現される。
【０１１４】
[0123]好適な材料は、レーザ装置によるＵＶ  ＱＣＷまたはパルスレーザ放射の確実な発生における重要な構成要素であり、そういうものとして、本発明は特にそれらの固有の光学的性質を活用するように設計されている。本節における周波数変換レーザ装置の３つの実施例は、産業環境に適用可能なシステムにおける好適な材料の有用性および実用性を実証する。以下の実施例は、Ｙ（１−ｘ）ＬａｘＡｌ３Ｂ４Ｏ１２（０≦ｘ≦０．４）を使用するシステムの実験から収集したデータを用いた数値モデル、測定値有効化事前構築理論モデル（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｖａｌｉｄａｔｅｄ  ｐｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ  ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ｍｏｄｅｌｓ）である。第１実施例は、ＳＨＧ周波数発生技術で高い光強度を使用する機会をとらえる構成に適用されたこの新しいＮＬＯ材料を示す。第２実施例は、追加のＳＦＧ段を使用して、出力をさらにＵＶ範囲にすることを例証することによって、第１実施例の上に構築される。第３実施例は特殊ハイブリッドモード同期光源をパルス圧縮と共に使用して、優れた周波数変換を達成する。簡潔にするために、実施例は自由空間光学系および単結晶ＮＬＯ部品を使用する。当業者によって容易に選択される、導波路もしくは光ファイバおよび／またはより複雑なＮＬＯ部品を使用する設計もまた、本発明の実施形態であると理解される。
【０１１５】
[0124]図４に示すレーザシステムは、第４高調波発生のための紫外レーザ装置を表す。レーザ光源１は次の特徴、すなわち１０６４ｎｍの基本波長、３０Ｗの平均パワー、２００ｐｓのＦＷＨＭパルス幅、ガウシアンパルスプロファイル、５ＭＨｚの繰返し率、３０ＫＷの公称ピークパワー、略ガウシアンビーム出力プロファイル、および垂直直線偏光出力を有する。特定の実施形態では、スペクトル線幅は約４００ｐｍである。別の実施形態では、パルス幅は２００ｐｓ未満、例えば１０ｐｓである。加えて、さらに別の実施形態では、パルス繰返し率はより高く、例えば１００ＭＨｚである。
【０１１６】
[0125]ビームは光学窓２を通過して、偏光を回転させる随意の１０６４ｎｍの１／２波長板３に達する。素子２および３の表面は、特に指定されない限り、他の全ての表面と同様にＡＲコーティングが施される。１つ以上のレンズ４のシステムは、長さ２０ｍｍのＡＲコーティングされた、Ｉ型の非臨界位相整合ＳＨＧ用のＬＢＯ結晶５にビームを結合させる。ＬＢＯ結晶は部分的に、結晶を４２２Ｋに近い位相整合温度に維持するオーブン内に収容される。ビームは結晶５内部で７０μｍのウェストに集束され、約６３％の予測変換効率を生じる。基本ビームの損失は、各面の透過性を９９．５％とし、かつＬＢＯ内部でＳＨＧプロセスが開始されるまでに９つの光学面を置いてモデル化される。
【０１１７】
[0126]発生した波長５３２ｎｍのビームは次いで、コリメートレンズシステム６を通過する。非臨界位相整合ではビーム空間ウォークオフが生じないので、５３２ｎｍのビームは略ガウシアンプロファイルを有する。高調波分離器７および８は５３２ｎｍ光を所望のビーム経路に沿って反射し、１０６４ｎｍ光を透過し、こうしてその大部分をビームから除去する。随意の５３２ｎｍの１／２波長板９は偏光を方向付ける一方、レンズ１０は、後でさらに詳述するが動作負荷下で熱接触および熱伝導を増強するための熱成形金属フォームに実装された、Ｉ型臨界位相整合ＳＨＧ用の組成（Ｙ、Ｌａ）Ａｌ３Ｂ４Ｏ１２を有するコーティングされていない３ｍｍ結晶１１に光を結合する。この装置は、位相整合を微調整し、かつ／または長手方向の温度勾配を低下させ、かつ／または脱位相効果を低減させるために使用することができる。ビームは結晶１１内部で１２μｍのウェストに集束され、６．３ＧＷ／ｃｍ２のピーク強度、６．７ＭＷ／ｃｍ２の時間平均中心ビーム強度、および約１８％の変換効率を生じる。結晶１１の表面に到達するまでの各表面の損失が１％であり、かつ結晶の表面における損失が８％であると仮定して、５３２ｎｍビームの損失は約１７％である。
【０１１８】
[0127]結晶は垂直入射の光学放射が入射して励起し、コーティング損傷の懸念があるためＡＲコーティングは施されない。ｄテンソルが構築される軸に対する結晶内のビームの方向は、約６６°のシータおよび約０°のファイによって与えられる。特殊マウント内の結晶は、位相整合を微調整し、かつ／または長手方向の熱勾配を低下させ、かつ／または熱的脱位相を緩和するように、熱的に制御されてもよい。発生する２６６ｎｍの約８％は結晶の励起時に失われる。透過率９９％の１０個のさらなる表面をレーザ出力光学系のためにモデル化した。１つ以上のレンズ１２があるシステムは、ウォークオフによるビーム空間伸長を補正し、ビームを所望の出力径にコリメートする。５３２ｎｍの光をＵＶビームから分離するために２つの高調波分離器１３および１４が使用される。出力窓１５により装置は完成する。このシステムは約２．２Ｗの２６６ｎｍレーザ光を生成する。
【０１１９】
[0128]本発明の代替的実施形態は、図５に示す通り、基本波長の第５高調波を発生するレーザシステムを記載する。光学部品１から１３は第４高調波の実施形態と同様であり、したがって図５に関してはそれらについて説明しない。高調波分離器１５は１０６４ｎｍおよび５３２ｎｍの光を透過し、２６６ｎｍの光を反射する。レンズシステム１６は、後でさらに詳述するように、動作負荷下で熱接触および熱伝導を増強するための熱成形金属フォームに実装されたＩ型臨界位相整合ＳＦＧ用の１ｍｍの（Ｙ，Ｌａ）Ａｌ３Ｂ４Ｏ１２結晶１７に、重複する第１および第４高調波ビームを集束させる。第１段で変換されないＩＲ光の７０％および第２段で発生した２６６ｎｍ光の５０％超を、第３変換段結晶内部で同軸ガウシアンビームになるように方向付けることができることは理に適っている。この第５高調波結晶は垂直入射の光学放射が入射して励起し、コーティング損傷の懸念があるためＡＲコーティングは施されない。
【０１２０】
[0129]ｄテンソルが構築される軸に対する結晶内のビームの方向は、約７３°のシータおよび約０°のファイによって与えられる。結晶内の両方の入力ビームのウェストは８ミクロンである。結晶はその新規のＦＣ支持装置にはんだ実装され、位相整合を微調整し、長手方向の温度勾配を低下させ、かつ／または脱位相効果を低減するように、熱的に制御されてもよい。レンズシステム１８は第５高調波ビームを整形し、コリメートする。高調波反射器１９および２０は低い波長を反射し、第１および第４高調波を透過する。ビームは窓２１から出射する。このシステムは約１００ｍＷの第５高調波（例えば２１３ｎｍ）出力パワーを生成する。
【０１２１】
[0130]４つの光学素子２２、２３、２４、および２５は基本ビーム用のミラーである。ビームは第２段からの物理的オフセットを有するので、第１および第４高調波レーザビームを重複させるために遅延経路が含まれる。
【０１２２】
[0131]本発明の別の実施形態では、２段のＦＣを有するレーザ装置を図６に示す。本発明者らのポンプ光源１の仕様は次の通りである。１０３１ｎｍのＱスイッチＤＰＳＳ結晶ファイバレーザ；４０ｋＨｚの繰返し率；１４ｎｓの時間的パルス幅；約３０Ｗ。
【０１２３】
[0132]レーザ１からのレーザビームは、光学窓２および０次の１／２波長板３を通過伝搬して、第１ＦＣ段に入る。この段は楕円ビームまたは非点収差を考慮するために２つの円柱レンズ４および５から構成され、ＮＣＰＭ用に構成された２０ｍｍ長さのＬＢＯ  ＮＬＯデバイス６内に集束する。約５１５ｎｍで生成された第２高調波は負レンズ７およびコリメートレンズ８を通過する。コリメートされたビームは２つの高調波分離器９および１０から反射し、基本光の２％未満が通過する。５１５ｎｍビームは続いて５１４ｎｍの０次の１／２波長板１１を通過して偏光を９０度回転させる。段２はカップリングレンズ１２と、２５７ｎｍ光のＩ型臨界位相整合用の好適な材料（Ｙ，Ｌａ）Ａｌ３Ｂ４Ｏ１２を含む４ｍｍ長さのＦＣデバイス１３とから構成される。結晶は、高い光強度に対処するために熱的に制御された装置にはんだ実装される。出力光学系は負レンズ１４と、前述と同じ理由から２つの円柱レンズ１５および１６と、２つの高調波分離器１７および１８とから構成される。全ての光学系を赤外および可視光波長で１表面当たり９９％の透過率のおかげで、５１５ｎｍの発生は６２％を超え、約９００ＭＷ／ｃｍ２のピーク強度を有する。ＵＶにおける光学系は１表面当たりの透過率が約９８％である。約２．３Ｗの２５７ｎｍの出力はウェストで約８ＧＷ／ｃｍ２の強度を有し、２８％の変換効率を生じる。
【０１２４】
[0133]本発明のさらに別の実施形態では、装置はパルスパケットを提供するレーザ光源を使用する。そのような光源はファイバに基づく電気光学変調器（ＥＯＭ）を、モード同期ファイバシードレーザ（１００ＭＨｚの１０６４ｎｍ光で１５０ｐｓのチャープパルス）と飽和領域で動作するファイバ増幅器との間に配置させることができる。ＥＯＭは、これらのパルスの１００ｎｓのパケットを９００ｎｓのパケット間隔で増幅器に送る。ＥＯＭが存在しなければ、高度飽和状態に維持される増幅器の出力はわずかに高い平均パワーを有するが、ＦＣ効率にとって最も重要な要素であるパルスピークパワーが著しく低い。モード同期レーザ光源と振幅変調器との組合せは、図９の略図に示されている。マスタ発振器と飽和ファイバ増幅器との間に振幅変調器を配置することにより、パルス群を非同期でまたは同期してゲートすることができるが、超高速パルス選択（例えば単一発振器のパルスのゲーティング）は必須ではない。モード同期パルス列のゲーティングの全体的な所望の効果は、利得飽和光増幅器に向けられるパルスの繰返し率を低減して、増幅パルスエネルギおよびピークパワーを増大することである。実施例として、振幅変調器は約１０％のデューティサイクルで発振器パルスのパケットをゲートしてもよい。飽和増幅器の出力は依然として同じ平均パワーを送出するが、そのピークパワーは非ゲートレーザと比較して約１０倍に増大する。次いで短パルスは、ゲーティングに基づくパルス圧縮機で１５倍圧縮される。その結果得られる波列の周期的単位は、１０ｎｓ間隔で１０個の１０ｐｓパルスのパケットから構成され、その後に９００ｎｓの休止が続く。毎秒１０００万個の１０ｐｓパルスがＦＣ段に送出されるので、デューティサイクルは０．０００１であり、それはモード同期シードレーザのデューティサイクルの０．００６７倍である。１０Ｗの時間平均出力を生じる、パルス圧縮器を含む光源レーザシステム全体では、公称パルスピークパワーは１００ＫＷであり、後続ＦＣデバイスにおける優れた効率をもたらす。この光源を第１実施形態で説明した装置における１として使用すると、レーザは約２０ＧＷ／ｃｍ２のウェスト強度を有する、２Ｗを超える２６６ｎｍ光を生成する。
【０１２５】
[0134]これらの実施例は、１０６４ｎｍのシード光源を使用するＳＨＧおよび混合技法を例証するものである。基本発振器波長は他の下流ＵＶ波長を発生するように変えてもよい。光源レーザの平均パワー、パルス幅、および繰返し率は異なってもよく、光源レーザのタイプはモード同期型、非モード同期型、ＤＰＳＳ型、ファイバ結合型、ファイバベース型、ファイバ型、エキシプレックス型、または他のレーザタイプとすることができる。ＦＣ段をリンクする他の方式を使用することもでき、複数光源を使用することができる。
【０１２６】
[0135]本発明の別の実施形態は、ＮＬＯデバイスが、図７Ａに組立体７００として示す通り、動作負荷下で熱接触および熱伝導を増強するための熱成形金属フォームに実装された装置設計である。ＦＣ結晶は光を結晶に入出射させるために２つの対向ファセットを有し、熱伝導性マウントは、第１側、第１側と対向する第２側、および第１側から第２側に延びる通路を有し、通路は実装面を画定し、非線形光学結晶は、伝搬軸に対し垂直な部品を有する対向ファセット、および対向ファセットの間で非線形光学結晶の外周に延在する外面を有し、非線形光学結晶は熱伝導性マウントに実装され、金属材料を含有するはんだが熱伝導性マウントの実装面と非線形光学結晶の外面との間に配設される。
【０１２７】
[0136]好適な材料から作られたＮＬＯデバイスと組み合わせて、このマウントは、従前の実施形態における部品１１および１７として使用される。図７Ｂはデバイスマウント構成部品の分解組立図を表す。図８の新規のＮＬＯデバイス実装手順８００の第１ステップは、手順８１０にあるように、１つ以上の熱伝導性フォーム７２０を、それらがＮＬＯデバイス７１０を部分的に包囲するように作製することである。ステップ８２０では、光伝搬軸７８０を妨害することなく、ＮＬＯデバイスの最大限の表面領域接触が得られるように、接触領域上に最小限の空隙が通常達成される。ＮＬＯデバイス７１０およびその包囲ブロック７２０は、そのサーマルホルダ７５０内に嵌合される。ユニットとして一緒に、それらは、手順８３０のように室温から約５２５Ｋまで約１時間で加熱される。
【０１２８】
[0137]第３ステップは、手順８４０のように、約５２５Ｋの選択された溶融温度を有する金属はんだ７３０、および水または溶剤に溶解可能なフラックス剤を、はんだの流動を生じさせるのに充分なだけユニット｛７１０、７２０、７５０｝の接触領域に塗布することを含む。最後に、８５０のように、ユニットを室温まで冷却させ、その後水または溶剤で洗浄して残留フラックス剤を除去する。サーミスタのような熱検出器７４０が、ユニットの熱制御のための温度の信号源として働くように、レシーバ７５０の壁に装着される。ユニット｛７１０、７２０、７３０、７４０、７５０｝は熱制御用の熱電デバイス７６０に固定される。ヒートポンプ７６０は熱エネルギを受け入れかつ分配するためにサーマルシンク７７０を必要とする。ヒートポンプ７６０およびフィードバック信号７４０の組合せは、ＮＬＯデバイス７１０のための温度の精密制御として働く。デバイスはまたＮＬＯデバイス７１０の長手方向の温度勾配を低減するように構成かつ動作することもできる。
【０１２９】
[0138]また、本明細書に記載した実施例および実施形態は単なる例証を目的としていること、およびそれに照らして種々の変更または変化が当業者に提案されるであろうが、それらは本出願の精神および範囲内ならびに添付する特許請求の範囲内に含まれることを理解されたい。
【符号の説明】
【０１３０】
１…レーザ光源、２…光学窓、３…１／２波長板、４…レンズ、５…ＬＢＯ結晶、６…コリメートレンズシステム、７，８…高調波分離器、９…１／２波長板、１０…レンズ、１１…結晶、１２…レンズ、１３，１４…高調波分離器、１５…出力窓。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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