(57)【要約】  レーザー素子は、第１のピーク波長を有するソース光を発する光源を含む。非線形光学コンポーネントは、ソース光を第２のピーク波長を有する出力光に変換する周波数変換プロセスを遂行する。安定化コンポーネントは、第１のピーク波長と非線形光学コンポーネント内の周波数変換プロセスが最大値を有する波長との間の差を構成するミスマッチ誤差を最小化する。安定化コンポーネントは、光源と非線形光学コンポーネントとの間の温度差を最小化するように、光源と非線形光学コンポーネントとの間で熱伝導性であるハウジングを含んでもよい。レーザー素子は、最大出力パワーを与える収束半角より大きい収束半角を有するようにソース光を集束させ、それによりミスマッチ誤差の許容範囲を増大させる集束光学コンポーネントを含んでもよい。【選択図】図１
2019500656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー素子であって、
第１のピーク波長を有するソース光を発するように構成された光源と、
前記ソース光の少なくとも一部分を前記第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長を有する出力光に変換する周波数変換プロセスを遂行するように構成された非線形光学コンポーネントと、
前記ソース光の前記第１のピーク波長と前記非線形光学コンポーネント内の前記周波数変換プロセスが最大値を有する波長との間の差を構成するミスマッチ誤差を最小化するように構成された安定化コンポーネントと、を備え、
前記安定化コンポーネントが、前記光源と前記非線形光学コンポーネントとを収納するハウジングを含む、レーザー素子。
【請求項２】
前記ハウジングが、前記光源と前記非線形光学コンポーネントとの間の温度差を最小化するように、前記光源と前記非線形光学コンポーネントとの間で熱伝導性である、請求項１に記載のレーザー素子。
【請求項３】
前記光源および前記非線形光学コンポーネントの前記ハウジングへの取付点間の距離が、２００ｍｍ未満である、請求項２に記載のレーザー素子。
【請求項４】
前記レーザー光源と前記非線形光学コンポーネントとの間の前記ハウジングの材料の熱伝導率が、少なくとも１０Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１である、請求項２〜３のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項５】
前記レーザー光源と前記非線形光学コンポーネントとの間の前記ハウジングの熱容量が、５００Ｊ．Ｋ−１未満である、請求項２〜４のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項６】
前記非線形光学コンポーネントの熱容量が、０．１Ｊ．Ｋ−１未満である、請求項２〜５のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項７】
前記ハウジング内にヒートシンクをさらに備える、請求項２〜６のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項８】
前記出力光が、前記ソース光の前記第１のピーク波長を有する残留光を含み、
前記レーザー素子が、前記ミスマッチ誤差を最小化する一環として、前記非線形光学コンポーネントを加熱するための熱源として機能するように前記残留光を方向付けるように構成された光学コンポーネントをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項９】
前記非線形光学コンポーネントと熱接触している吸収コンポーネントをさらに含み、光学コンポーネントが、前記残留光を前記吸収コンポーネント上に方向づけ、前記吸収コンポーネントが、前記残留光を吸収する、請求項８に記載のレーザー素子。
【請求項１０】
前記残留光を前記出力光のうちの前記第２のピーク波長を有する部分から空間的に分離するフィルタをさらに備える、請求項８〜９のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項１１】
前記ソース光を集束させる集束光学コンポーネントをさらに備え、
前記集束光学コンポーネントが、前記ソース光を、最大出力パワーを与える第２の収束半角より大きい第１の収束半角を有するように集束させるように構成された、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項１２】
前記光源が、少なくとも０．５ｎｍのスペクトル線幅を有するソース光を発するように構成された、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項１３】
前記出力光の方向および／または位置を安定化させるように構成されたビーム安定化光学コンポーネントをさらに備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項１４】
前記ビーム安定化光学コンポーネントが、レンズ、回折格子、プリズム、または鏡のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載のレーザー素子。
【請求項１５】
前記安定化コンポーネントが、前記ソース光の前記第１のピーク波長のばらつきを低減するように構成された波長安定化コンポーネントを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項１６】
前記波長安定化コンポーネントが、回折格子を含む、請求項１５に記載のレーザー素子。
【請求項１７】
前記レーザー素子が、少なくとも±１０℃の動作可能範囲を有するように構成された、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項１８】
前記非線形光学コンポーネントが、前記ソース光の前記第１のピーク波長が前記出力光の前記第２のピーク波長の２倍になるような周波数２倍化コンポーネントである、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のレーザー素子。
【請求項１９】
前記第１のピーク波長が、４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内であり、前記第２のピーク波長が、２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であり、前記光源が、レーザーダイオードである、請求項１８に記載のレーザー素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作条件の変化に関して広い動作可能範囲を有する深紫外光源素子を提供する例示的な用途のための、レーザー光源からの光の周波数変換を使用する光源素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の非線形光学特性を活用して第１の周波数の光を第２の周波数の光に変換する従来の光素子については、多くの例が存在する。一般的な例は、非線形光学特性を活用して、レーザー源（「ポンプ」レーザー）により発せられた第１の周波数を有する光が第１の周波数の２倍である第２の周波数を有する光に変換される第二次高調波発生（ＳＨＧ：ｓｅｃｏｎｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を提供する。このプロセスは、一般に周波数２倍化と呼ばれる。周波数２倍化光は、レーザー状であり、狭い波長範囲、高いビーム品質、および強い直線偏光などの、レーザーにより発せられた光の特徴に類似した多くの特徴を有する。周波数２倍化光を発する光素子は、しばしば、レーザーまたは周波数２倍化レーザーとも呼ばれる。周波数２倍化は、しばしば、直接レーザー発振を使用して達成することが困難または不可能な発光波長を有するレーザーを提供するために使用される。
【０００３】
周波数２倍化の効率は、周波数２倍化非線形光学材料の温度および入力光の波長を含む条件の変化に敏感であり得る。この敏感性は、しばしば、周囲温度または他の条件が変化し得る状況下に配備されている周波数２倍化レーザー内の１つ以上のコンポーネントの温度を能動的に安定化させるためのコンポーネントの使用を必要とする。周波数２倍化レーザーの１つの重要なカテゴリが、深紫外（ＵＶ：ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光（つまり、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの波長を有する光）の発光を提供するように構成されているものである。小型で高性能かつ低コストな深ＵＶ光の光源、とりわけ深ＵＶ光レーザーまたはレーザー状ソースに対する相当の需要が存在する。深ＵＶ光は、細菌およびウイルスの効果的な無薬剤の消毒のために、かつ深ＵＶ光の特徴的な蛍光、吸収、または散乱により化学的化合物または生物学的化合物のセンサを可能にするために使用され得るため、この需要は高い。深ＵＶ波長で利用可能なレーザーダイオードは存在しない。
【０００４】
レーザーダイオードにより発せられる光の周波数２倍化を使用して深ＵＶ光を生成するための従来の素子の例が存在する。非特許文献１は、非常に大きく複雑な光共振器構造を使用して４１８ｎｍの波長を有する入力ビームを周波数２倍化して、２０９ｎｍの出力波長を生成するシステムを記載している。非特許文献２は、非線形光学コンポーネント（β−ＢａＢ２Ｏ４結晶）に直接適用された温度コントローラを含む別の非常に大きく複雑な設計を使用して４３８ｎｍの波長を有する入力ビームを周波数２倍化して、コンポーネントを安定した温度に保持し、２１９ｎｍの波長を生成するシステムを記載している。非特許文献３は、熱電冷却器（ＴＥＣ）を使用してレーザーダイオードの温度が安定化される別の非常に大きく複雑な設計を使用して、レーザーダイオードからの４４０ｎｍの波長を有する入力ビームを周波数２倍化するシステムを記載しており、これは、それにもかかわらず、非常に低い光パワー（約２００ｎＷ）を有する周波数２倍化光（波長２２０ｎｍ）の出力をもたらす。非特許文献４は、非線形光学周波数２倍化コンポーネント（β−ＢａＢ２Ｏ４結晶）の安定した温度を５０℃で確保するためのオーブンを含む別の非常に大きく複雑な設計を使用して、４４５ｎｍの波長を有する入力ビームを周波数２倍化し、２２２．５ｎｍの波長の出力を生成するシステムを記載している。レーザーダイオードポンプレーザーを使用して深紫外光を発することができる周波数２倍化レーザーの他の特徴が、特許文献１（エネスク（Ｅｎｅｓｃｕ）ら、２０１４年６月３日発行）および特許文献２（スミートン（Ｓｍｅｅｔｏｎ）ら、２０１５年６月２５日公開）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８７４３９２２Ｂ２号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／０１７７５９３Ａ１号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ニシムラ（Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ）ら［ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）  ４２  ｐ．５０７９（２００３）］
【非特許文献２】タントロンベンチャシル（Ｔａｎｇｔｒｏｎｇｂｅｎｃｈａｓｉｌ）ら［ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）  ４５  ｐ．６３１５（２００６）］
【非特許文献３】タントロンベンチャシル（Ｔａｎｇｔｒｏｎｇｂｅｎｃｈａｓｉｌ）ら［ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）  ４７，  ｐ．２１３７（２００８）］
【非特許文献４】ランク（Ｒｕｈｎｋｅ）ら［オプティクス・レターズ（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）  ４０，  ｐ．２１２７（２０１５）］
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、レーザー素子であって、第１のピーク波長を有するソース光を発するように構成された光源と、ソース光の少なくとも一部分を第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長を有する出力光に変換する周波数変換プロセスを遂行するように構成された非線形光学コンポーネントと、ソース光の第１のピーク波長と非線形光学コンポーネント内の周波数変換プロセスが最大値を有する波長との間の差を構成するミスマッチ誤差を最小化するように構成された安定化コンポーネントと、を備え、安定化コンポーネントが、前記光源と前記非線形光学コンポーネントとを収納するハウジングを含む、レーザー素子、である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一態様による例示的なレーザー素子を示す。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、（ａ）本発明の一態様による、および（ｂ）本発明の一態様によらない、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの温度が変化する際のΛｐｅａｋ、ΛＰＭ、およびα間の関係を示す。
【図３】図３は、ソース光の波長が外的動作条件の変化に対して安定化されるようにレーザー光源を構成することのαに対する効果を示す。
【図４】図４は、熱抵抗に関するレーザー光源、非線形光学コンポーネント、およびヒートシンク間の関係を示す。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、レーザー光源および非線形光学コンポーネントの温度、レーザー光源の発光波長および非線形光学コンポーネントの位相整合波長、ならびに（ａ）スイッチオン時の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、および（ｂ）定常状態の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、の第１の比較例の波長ミスマッチ誤差を示す。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、レーザー光源および非線形光学コンポーネントの温度、レーザー光源の発光波長および非線形光学コンポーネントの位相整合波長、ならびに（ａ）スイッチオン時の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、および（ｂ）定常状態の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、の第２の比較例の波長ミスマッチ誤差を示す。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、レーザー光源および非線形光学コンポーネントの温度、レーザー光源の発光波長および非線形光学コンポーネントの位相整合波長、ならびに（ａ）スイッチオン時の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、および（ｂ）定常状態の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、の第３の比較例の波長ミスマッチ誤差を示す。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、レーザー光源および非線形光学コンポーネントの温度、レーザー光源の発光波長および非線形光学コンポーネントの位相整合波長、ならびに（ａ）スイッチオン時の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、および（ｂ）定常状態の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、の第４の比較例の波長ミスマッチ誤差を示す。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は、レーザー光源および非線形光学コンポーネントの温度、レーザー光源の発光波長および非線形光学コンポーネントの位相整合波長、ならびに（ａ）スイッチオン時の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、および（ｂ）定常状態の波長ミスマッチ誤差がゼロであるとき、の第５の比較例の波長ミスマッチ誤差を示す。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態によるレーザー素子の出力光の温度許容度およびパワーの、非線形光学コンポーネントに入射するソース光の収束半角に対する依存性に関する実験データを示す。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、（ａ）大きい収束半角を有するソース光および（ｂ）小さい収束半角を有するソース光について、利用可能な位相整合方向の範囲を示す。
【図１２】図１２は、広いスペクトル線幅を有するソース光を発するように構成されたレーザー光源を有する素子に関して、および狭いスペクトル線幅を有する光を発するように構成されたレーザー光源を有する素子に関して、本発明の一実施形態によるレーザー素子の温度許容度の、非線形光学コンポーネントに入射するソース光の収束半角に対する依存性に関する実験データを示す。
【図１３】図１３は、異なる波長を有するソース光に関して、出力光のビームの位置の実験測定値を示す。
【図１４】図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）、図１４（ｄ）、および図１４（ｅ）は、３つの異なる動作条件下で非線形光学コンポーネントから外に伝播する出力光と、様々なビーム安定化光学コンポーネントの出力光の方向に対する効果との概略図を示す。
【図１５】図１５は、本発明の一態様による例示的なレーザー素子を示す。
【図１６】図１６は、異なる入力波長Λを有するソース光について、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶におけるタイプ１位相整合のための好適な値θを示す表である。
【図１７】図１７は、最適な位相整合波長を、実験により測定したβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶の結晶温度の関数として示す。
【図１８】図１８は、ビーム折り曲げ光学コンポーネントを含む、本発明の一態様による例示的なレーザー素子を示す。
【図１９】図１９は、本発明の第２の例に従って作製した素子からの出力光のパワーを、実験により測定した周囲温度の関数として示す。
【図２０】図２０は、非線形光学コンポーネントを加熱するための光吸収コンポーネントを含む本発明の一態様による例示的なレーザー素子を示す。
【図２１】図２１は、出力光ビームの位置および／または方向を安定化させる１つ以上の光学コンポーネントを含む本発明の一態様による例示的なレーザー素子を示す。
【図２２】図２２は、波長安定化コンポーネントを含む本発明の一態様による例示的なレーザー素子を示す。
【図２３】図２３は、本発明の第２の例に従って作製した素子からの出力光のパワーを、実験により測定した周囲温度の関数として示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一態様は、光、例えば紫外光を生成するための素子を提供し、これまでの従来の素子に見られる非実用性を克服する。特に、本発明の一実施形態の素子は、素子の能動的温度制御の必要性なしに、広範囲の周囲温度条件および／または他の動作条件にわたって効果的である。
【００１０】
本発明の一態様による素子を図１に例示する。素子１は、ある波長範囲を含み、第１のピーク波長Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅを有し、非線形光学コンポーネント４に入射するソース光３を発するレーザー光源２を含む。ソース光３は、任意追加的に、１つ以上の光学コンポーネント１０の使用により非線形光学コンポーネント内に結合されてもよい。非線形光学コンポーネント４内で、ソース光３は、出力光５を生成する非線形周波数変換プロセスに供され、出力光５の少なくとも一部分は、ソース光３の第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長λｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔ≠Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅを有する。非線形周波数変換プロセスは、第二次高調波発生（ＳＨＧ）であってもよく、その場合、次の通りである。
【数１】
2019500656.tif 000003
出力光は、２００ｎｍ≦λｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔ≦３００ｎｍの範囲内のピーク波長を有し得る。本開示を通じて、波長は、屈折率が１に等しい真空中を伝播するときに測定される光の波長を指す。
【００１１】
非線形光学コンポーネント内の周波数変換プロセスの効率は、ソース光３の波長、非線形光学コンポーネント内におけるソース光の方向（とりわけ非線形光学コンポーネントが光学的複屈折材料を含む場合、例えば、該コンポーネントの結晶軸に対しての）、および非線形光学コンポーネントの温度を含むいくつかの要因に依存し得る。特定の構成（例えば、非線形光学コンポーネントの温度および該コンポーネント内におけるソース光の方向）の場合、周波数変換プロセスの効率は、ソース光の波長に依存する。周波数変換プロセスが最大効率を有するソース光の波長を、本明細書ではΛＰＭと呼ぶ。周波数変換プロセスの効率は、ソース光３および出力光５が非線形光学コンポーネント内を、位相整合条件として一般に知られている条件である定位相関係で伝播するとき最大である。
【００１２】
非線形光学コンポーネント４は、初期設計動作条件に関してはΛＰＭ≒Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅとなるように構成されることが好ましい。例えば、非線形光学コンポーネントは、周波数変換プロセスが初期設計動作条件に関して部分的または全体的に位相整合されるように構成されている。これは、非線形光学コンポーネントの内側の入射ソース光３の伝播方向が、非線形光学コンポーネントの結晶軸に関して、周波数変換プロセスの位相整合条件を満たすようにコンポーネントを構成することにより達成され得る。波長ミスマッチ誤差αは、本明細書では、ソース光のピーク波長と、非線形光学コンポーネント内の非線形周波数変換プロセスが最大値（すなわち、α＝Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ−ΛＰＭ）を有する波長との間の差として定義される。周波数変換プロセスの効率は、一般に、波長ミスマッチ誤差の絶対値（すなわち、｜α｜）が増大するにつれて、小さくなる。レーザー素子が効果的である最大波長ミスマッチ誤差は、本明細書では、許容波長ミスマッチ誤差、すなわちωとして定義される。レーザー素子は、波長ミスマッチ誤差の絶対値が許容波長ミスマッチ誤差以下であるとき（すなわち、|α|≦ω）、効果的である。レーザー素子は、波長ミスマッチ誤差の絶対値が許容波長ミスマッチ誤差より大きいとき（すなわち、|α|＞ω）、効果的ではない。一例として、レーザー素子は、出力光５の光パワーが最小許容パワーより高いとき、効果的である。本発明の態様は、小さい波長ミスマッチ誤差および／または大きい許容波長ミスマッチ誤差を有するレーザー素子を提供し、したがって、レーザー素子は、予想外にかつ有利に、広範囲の動作条件にわたって効果的である。
【００１３】
レーザー光であるソース光を使用することは、狭いスペクトル線幅、高いビーム品質、および強い直線偏光を含む、レーザー状特性を有する周波数変換された出力光を生じさせる。レーザー状の光は、非レーザー状の光より良好にコリメートすることができ、それによってより長い経路長およびより高い感度を達成するため、これらの特性は、周波数変換された光の吸収、蛍光、または散乱をセンシング機能のために利用するセンサなどの、特定の用途に大いに望ましい。レーザー状の光は、非レーザー状の光より小さいスポットサイズに集束させることもでき、より高いパワー密度を達成し、より小さく、より低コストの検出器が該センサ内で使用されることを可能にする。
【００１４】
出力光５が非線形光学コンポーネント４から外に伝播した後で、追加的な任意追加の光学コンポーネントが、出力光５に作用してもよい。例えば、フィルタ６を含み得る１つ以上の出力光学コンポーネントを使用して、出力光５と重なり合う残留光７の量を低減してもよい。残留光は、非線形光学コンポーネントを通過するが、周波数変換プロセスに供されないソース光３である。１つ以上の出力光学コンポーネント９を使用して、残留光７または出力光５を集束、コリメート、またはリダイレクトしてもよい。素子１のエレメントは、ハウジング８内に封入されていてもよい。
【００１５】
（態様：小さいαのために構成されたレーザー光源および非線形コンポーネント）
本発明の一態様では、レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４は、素子１の動作条件が変化するときでさえ、小さい波長ミスマッチ誤差を維持するように構成されている。
【００１６】
波長ミスマッチ誤差は、ソース光３のピーク波長の温度に伴う変化、
【数２】
2019500656.tif 000004
および周波数変換プロセスの効率が最大である波長の温度に伴う変化、
【数３】
2019500656.tif 000005
が、互いに対しておおよそ密に整合した値を有するように（すなわち、
【数４】
2019500656.tif 000006
）レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４を構成することにより、小さく保たれ得る。例えば、レーザー光源および非線形光学コンポーネントが次の式が満たされるように構成されているとき、レーザー素子は、２×Ｔｒａｎｇｅに等しい温度範囲にわたって動作可能であり得る。
【数５】
2019500656.tif 000007
式中、Ｔｊは、周囲温度（例えば、素子１が取り付けられている装置の表面の温度）である。ある好ましい例では、
【数６】
2019500656.tif 000008
であり、さらにより好ましい例では、次の通りである。
【数７】
2019500656.tif 000009
【００１７】
本発明のこの態様は、この基準を満たさない素子と比較して、次の動作条件の変化に関して、著しくより広範囲の動作条件にわたって効果的な素子を提供する。
１．周囲温度の変化。
２．レーザー光源２に供給水される電流および／または電圧の変化。
３．連続波動作からパルス動作への変化もしくはその逆、またはパルス動作中のパルス長および／もしくはデューティ比の変化。
【００１８】
素子が効果的である動作条件の範囲を、本明細書では動作可能範囲と呼び、周囲温度などの特定の動作条件に関して測定する。この場合、動作可能範囲は、周囲温度の範囲であって、出力光５のパワーがその範囲内の出力光の最大パワーの一部分（β）より高いままであり、他のパラメータ（例えば、レーザー光源２に供給される電流）が不変である、周囲温度の範囲、として定義され得る。例えば、βは、０．１より大きくてもよく、好ましくは、βは、０．５より大きい。βの許容値は、素子１の用途に依存する。あるいは、周囲温度に関する動作可能範囲は、他の動作パラメータがターゲット範囲内にとどまりながら出力光のパワーが特定の値を超過する周囲温度の範囲として定義されてもよい。例えば、レーザー光源に供給される電流は、素子が、最大許容電流を超過することなしに周囲温度の動作範囲の全体にわたって少なくとも最小パワーのパワーを有する出力光を提供し得るように、最大許容値未満のままである。
【００１９】
上述のように、非線形光学コンポーネントは、例えば周囲温度を含む初期設計動作条件に関して、ΛＰＭ≒Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅになるように構成されている。Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅおよびΛＰＭは、それぞれのコンポーネントの温度に依存しもよい。したがって、ΛＰＭ≒Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅは、設計動作条件に関してのみ満たされ得る。レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４の温度は、次のうちの１つ以上のため、設計動作条件の温度から離れる方向に動き得る。
１．コンポーネントの付近における周囲温度の変化。周囲温度の上昇は、コンポーネント温度の上昇につながることになる一方、周囲温度の下降は、コンポーネント温度の下降につながることになる。
２．レーザー光源２に供給される電流および／または電圧の変化。レーザー光源に供給される電力は、１００％の効率で光に変換されることはない。光に変換されない残りの電力は、代わりに熱に変換される。レーザー光源自体を直接加熱することに加えて、この熱は、レーザー光源から放散してもよい。例えば、熱は、レーザー光源を収容するマウントに、またはレーザー光源の周囲の空気に伝達されてもよい。この熱の一部は、レーザー光源のマウントと非線形光学コンポーネントとの間の伝導を通じて、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の空気中の対流を通じて、または何らかの他の手段を通じて、非線形光学コンポーネント４に伝達されてもよい。これは、非線形光学コンポーネントの温度の上昇という結果をもたらす。レーザー光源に供給される電流および／または電圧が減少すると、生成される熱の量は減少し、コンポーネントの温度は下降する。同様に、電流および／または電圧が増大すると、生成される熱の量は増大し、コンポーネントの温度は上昇する。この変化をもたらす条件としては、レーザー光源に供給される電流がゼロから上昇する素子のスイッチオンが挙げられる。
３．レーザー光源の動作モードの連続波からパルスへ（もしくはその逆）の変化、またはパルス動作のパルス長および／もしくはデューティ比の変化。連続波注入電流と比較すると、同じ注入電流に対してパルス条件において素子を動作させるとき、レーザー光源により生成される熱の量は、レーザー光源に供給される平均電力が低減されるため、減少する。同様に、パルス長またはデューティ比の変化の場合、レーザー光源により生成される熱の量は、変化し得る。生成される熱の量の低減は、より低いコンポーネント温度につながる。
【００２０】
コンポーネント温度が設計動作条件の温度から離れる方向に動くにつれて、Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅおよびΛＰＭは、もはや互いにおおよそ等しくはなくなり得る（すなわち、波長ミスマッチ誤差の絶対値（｜α｜）がゼロより大きくなる）。これは、周波数変換プロセスの効率の低下という結果をもたらし、波長ミスマッチ誤差のより大きい絶対値は、一般に、非線形変換効率のより大きい低下という結果をもたらす。これは、出力光５のパワーの低減につながる。本発明者らは、この挙動が、素子１が効果的である動作条件の範囲を著しく限定し、それにより素子の実用的な応用を低減し得ることを見出した。第１の例では、出力光のパワーは、上記の動作条件１、２、および３のうちの１つ以上が変化するとき著しく変化する可能性があり、素子は、該条件の狭い範囲に関してのみ実用的に使用され得る。素子の動作モードに対する制限（上記の動作条件３）は、本明細書で本発明者らにより初めて提示されるものであり、先行技術ではこれまで理解されてこなかった問題である。
【００２１】
レーザー光源および非線形光学コンポーネントを
【数８】
2019500656.tif 000010
となるように構成することを通じて、本発明者らは、素子が、広範囲の動作条件にわたって効果的であることを見出した。式中、Ｔｏｐは、素子１が動作することを求められる周囲温度である。
【００２２】
レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４が、最小温度Ｔｍｉｎと最大温度Ｔｍａｘとの間の周囲温度の望ましい動作可能範囲にわたって、
【数９】
2019500656.tif 000011
となるように構成されることがさらに有利である。
【００２３】
図２（ａ）〜２（ｂ）の概略図は、本発明のこの態様の利点を例示する。図２（ａ）のプロット図は、この態様によるΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅおよびΛＰＭの例示的な温度依存性を示す。この場合、ΔΛＰＭ／ΔＴおよびΔΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ／ΔＴはそれぞれ、温度範囲の全体にわたって一定値を有する。素子１は、レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４が同じ温度にある初期設計条件の場合、ゼロにおおよそ等しい波長ミスマッチ誤差を有するように構成されている。レーザー光源および非線形光学コンポーネントがプロット図に示される温度範囲の全体にわたって類似した温度を有するとき、波長ミスマッチ誤差（α）は、小さいままである。さらに、レーザー光源が温度Ｔ２を有し、非線形光学コンポーネントが異なる温度Ｔ１を有する図２（ａ）に例示する例示的な動作条件では、波長ミスマッチ誤差は小さいままである。比較すると、図２（ｂ）のプロット図は、レーザー光源および非線形光学コンポーネントが本発明のこの態様に従って構成されていないときのΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅおよびΛＰＭの温度依存性を示す。いずれかのコンポーネントの温度が設計条件から変化するとき、波長ミスマッチ誤差は、大きくなる。
【００２４】
大きい動作可能範囲を達成するための従来の素子に見出される一般的な解決策は、周囲温度にかかわらずレーザー光源２および非線形光学コンポーネント４のうちのいずれかまたは両方を一定温度に、またはターゲット温度範囲内に維持する能動温度制御を使用することである。これは、１つ以上のコンポーネントをレーザー光源および／または非線形光学コンポーネントに追加することを要求する。この１つ以上のコンポーネントは、レーザー光源および非線形光学コンポーネントの温度を判定し、帰還ループに基づいて素子内または素子外に熱を移動させて、判定温度とレーザー光源および非線形光学コンポーネントのターゲット温度（例えば、設計動作条件の温度）との間の差を最小化する。このアプローチは、（例えば、周囲温度に関して、またはパルス動作のデューティ比に関して）広い動作可能範囲を有する素子を生産することができるものの、いくつかの欠点が存在する。（ｉ）能動温度制御は、追加的なコンポーネントおよび制御回路を必要とすることにより、素子の複雑性を増大させる。この複雑性の増大は、不可避的に、製造コストの増大につながり、素子のサイズを増大させる。（ｉｉ）能動温度制御のために使用される１つ以上のコンポーネントを動作させることはまた、エネルギーを消費し、エンドユーザのランニングコストの増大という結果をもたらすことになる。（ｉｉｉ）能動温度制御を連続動作させることが許容可能ではない場合（例えば、エネルギー消費を最小化するため）、素子内のコンポーネント（複数可）は要求される温度（複数可）に到達するものの、能動温度制御が作動されるときと、出力光が生成され得るときとの間に遅延が存在する。本発明の一実施形態は、周囲温度に関して広い動作範囲を提供することにより、これらの不利を克服する。
【００２５】
（態様：小さいαのための安定化レーザー光源波長）
本発明の別の態様では、１つ以上の任意追加の光学コンポーネントが、温度のばらつき、レーザー光源に供給される電流の変化、および／またはレーザー光源の動作モードの変化に関して、レーザー光源２の発光波長を安定化させるように構成されてもよい。これは、動作条件の変化により引き起こされる波長ミスマッチ誤差をさらに低減し得る。光学コンポーネントは、図３に例示するように、
【数１０】
2019500656.tif 000012
となるようにΔΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ／ΔＴの大きさを新しい値ΔΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ／ΔＴに低減する。これは、ΔΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ／ΔＴがΔΛＰＭ／ΔＴに近いよりもΔΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ／ΔＴがΔΛＰＭ／ΔＴに近い場合に、特に有利である。その結果、波長ミスマッチ誤差（α）が、低減され得、素子は、追加的な光学コンポーネントがない場合より広い動作可能範囲にわたって（例えば、周囲温度に関して）効果的である。これは、レーザー光源と非線形光学コンポーネント４との特定の組み合わせを使用することが望ましい状況において有利であるが、次のいずれかが成立する。
【数１１】
2019500656.tif 000013
または
【数１２】
2019500656.tif 000014
「ｓｇｎ（ｘ）」という術語は、パラメータｘの数学記号（すなわち、正または負）を指す。例えば、特定の出力波長λｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔを生成するように設計された素子は、
【数１３】
2019500656.tif 000015
を満たすレーザー光源と非線形光学コンポーネントとの組み合わせが、コストの増大、複雑性の増大に苦しむか、または単純に存在しないことを意味し得る。
【００２６】
（態様：小さいαのための熱接触を有するハウジング。）
一般に、本発明の一態様は、レーザー素子である。例示的な実施形態では、レーザー素子は、第１のピーク波長を有するソース光を発するように構成された光源と、ソース光の少なくとも一部分を第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長を有する出力光に変換する周波数変換プロセスを遂行するように構成された非線形光学コンポーネントと、を含む。安定化コンポーネントは、ソース光の第１のピーク波長と非線形光学コンポーネント内の周波数変換プロセスが最大値を有する波長との間の差を構成するミスマッチ誤差を最小化するように構成されている。安定化は、光源と非線形光学コンポーネントとの間の温度差を最小化するように、光源と非線形光学コンポーネントとの間で熱伝導性であるハウジングを含んでもよい。
【００２７】
より具体的に図１を参照すると、本発明の別の態様では、レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４は、両方とも、ハウジング８に取り付けられている。ハウジングは、変化する動作条件に関して、素子１のために大きい動作可能範囲を提供するように構成されている。例えば、ハウジングは、周囲温度の変化、レーザー光源に供給される電流の変化、および／またはレーザー光源の動作モードの変化が存在するとき、有利に小さい波長ミスマッチ誤差を提供するように構成されている。一例では、ハウジングは、小さい波長ミスマッチ誤差を提供する熱伝導特性を有するように構成されている。特に、ハウジングの熱伝導特性は、該熱伝導特性が広範囲の動作条件に関してレーザー光源の温度と非線形光学コンポーネントの温度との間の有利に小さい差を提供するように、本発明の上記の一態様による条件（具体的には
【数１４】
2019500656.tif 000016
）を活用するように構成されていてもよい。
【００２８】
ハウジングは、レーザー光源の温度変化が非線形光学コンポーネントの温度変化を引き起こすように、レーザー光源２と非線形光学コンポーネント４との間の良好な熱接触を提供するように構成されている。レーザー光源および非線形光学コンポーネントが互いに良好に熱接触しているとき、レーザーの動作中のレーザー光源の温度と非線形光学コンポーネントの温度との差は、レーザー光源および非線形光学コンポーネントが互いから熱的に隔離されていた場合の該温度差より小さい。上述の温度差は、定常状態動作中、および非定常状態動作中の両方においてより低くあり得る。さらに、レーザー光源および非線形光学コンポーネントが互いに良好に熱接触しているとき、レーザーの動作中のレーザー光源の温度と非線形光学コンポーネントの温度との差は、周囲温度に変化があるか、または外部環境内に温度勾配がある場合でさえ、小さい。
【００２９】
ハウジング８の熱特性は、レーザー光源２の温度と非線形光学コンポーネント４の温度との間の関係を決定し得る。ハウジングの熱特性は、有利には、次のように構成され得る。
１．素子が定常状態熱条件にない間、定注入電流に関して、素子からの出力光のパワーのばらつきを低減する。
２．素子が定常状態熱条件にない間、出力光の一定パワーを維持するために必要な注入電流のばらつきを低減する。
３．素子が定常状態の熱条件に到達するのにかかる時間を減少させる。
【００３０】
素子が定常状態熱条件にないときの条件としては、次のものが挙げられる。
１．レーザー光源２がスイッチオンされた後、かつ素子１が、コンポーネントの温度が経時的に著しくは変化しない定常熱状態に到達する前。これは、「ウォームアップ時間」とみなされ得る。
２．周囲温度が経時的に一定ではないとき。
【００３１】
例えば、ハウジング８の熱特性は、次のうちの１つ以上を使用して、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の良好な熱接触を提供するように構成され得る。
１．レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の距離が、１００ｍｍ未満、好ましくは５０ｍｍ未満、最も好ましくは３０ｍｍ未満である。
２．レーザー光源と非線形光学コンポーネントとを連結するハウジング内の材料の熱伝導率が、少なくとも一部分１０Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１、好ましくは少なくとも１００Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１である。
３．レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間のハウジングの熱容量が、５００Ｊ．Ｋ−１未満、好ましくは２００Ｊ．Ｋ−１未満、最も好ましくは５０Ｊ．Ｋ−１未満である。
【００３２】
さらに、非線形光学コンポーネントの熱容量は、０．１Ｊ．Ｋ−１未満であり、ハウジング８の温度変化に応答して該コンポーネントの迅速な加熱または冷却を有利に促進する。
【００３３】
上記パラメータの好適な値は、本開示において後で例で説明するように、レーザー光源、非線形光学コンポーネントの構成、およびレーザー素子の要求される動作範囲に依存し得る。
【００３４】
ハウジング８の熱特性がレーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の良好な熱接触を提供するように構成されているとき、素子の動作中の該コンポーネント間の温度差は、好ましくは常に４０℃以下であり、より好ましくは常に１０℃以下である。これらの最大温度差は、素子の効果的な動作のための十分に小さい波長ミスマッチ誤差を確実にする。
【００３５】
レーザー光源２と非線形光学コンポーネント４との間の良好な熱接触は、該コンポーネント間の絶対熱抵抗の値により記述され得る。２つのコンポーネント間の絶対熱抵抗は、本明細書において、該コンポーネント間の１ワットの熱流に関して観察される該コンポーネント間の温度差として定義される（すなわち、Ｋ．Ｗ−１の単位）。図４に概略的に例示するように、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の熱流は、主として、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の絶対熱抵抗Ｒ１，２、レーザー光源とヒートシンク２０との間の絶対熱抵抗Ｒ１，３、および非線形光学コンポーネントとヒートシンクとの間の絶対熱抵抗Ｒ２，３によって決定される。ヒートシンクは、その温度がレーザー素子により生成される熱に応答して著しくは変化しないような、大きい熱質量を有する物体である。例えば、ヒートシンクは、レーザー素子を取り囲む空気、またはレーザー素子に取り付けられた冷却フィンを取り囲む空気であり得る。レーザー光源と他のコンポーネントとの間の熱抵抗（すなわち、Ｒ１，２およびＲ１，３）は、好ましくはレーザー光源の外装から定義される。例えば、レーザー光源が金属缶パッケージの内側に装着されたレーザーダイオードである場合、熱抵抗は、好ましくは、金属缶パッケージから定義される。
【００３６】
ハウジング８は、有利には、次のようになるように、Ｒ１，２、Ｒ１，３、およびＲ２，３のうちの１つ以上の値を提供するように構成され得る。
ｉ）Ｒ１，２が小さい。これは、一方のコンポーネントの温度変化が他方のコンポーネントの温度変化を急速にもたらし、それにより波長ミスマッチ誤差を低減するように、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の熱の伝達を促進する。Ｒ１，２は、好ましくは１００Ｋ．Ｗ−１未満、より好ましくは１０Ｋ．Ｗ−１未満、最も好ましくは１Ｋ．Ｗ−１未満である。
【００３７】
ｉｉ）Ｒ１，２＜Ｒ１，３。これは、非線形光学コンポーネントの加熱なしに、レーザー光源から直接ヒートシンクへの優先的熱流を阻止し、それにより波長ミスマッチ誤差を低減する。
【００３８】
ｉｉｉ）Ｒ１，２＋Ｒ２，３＜Ｒ１，３。これは、熱流をレーザー光源からヒートシンクへ、非線形光学コンポーネントを介して熱経路に沿って促進し、レーザー光源から非線形光学コンポーネントへの熱の急速な伝達を提供し、それにより波長ミスマッチ誤差を低減する。
【００３９】
ｉｖ）Ｒ１，３、Ｒ２，３、およびＲ３，３が全て小さい。Ｒ３，３は、ヒートシンク内の熱抵抗として定義される。これは、熱流をレーザー光源から非線形光学コンポーネントへ促進し、それにより波長ミスマッチ誤差を低減する。Ｒ１，３、Ｒ２，３、およびＲ３，３は、好ましくは全て１０Ｋ．Ｗ−１未満である。
【００４０】
３つの比較例が、本発明のこの態様の利点を証明する。図５（ａ）、６（ａ）、および７（ａ）のプロット図は、レーザー光源２の温度、非線形光学コンポーネント４の温度、およびレーザー光源がスイッチオンされた後の期間における波長ミスマッチ誤差（α）を概略的に示す。
【００４１】
第１の比較例の場合（図５（ａ））、レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４は、ハウジング８に取り付けられておらず、２つのコンポーネントの間には軽微な熱接触が存在する（Ｒ１，２は非常に大きく、例えば少なくとも１０００Ｋ．Ｗ−１である）。当初、レーザー光源および非線形光学コンポーネントは、両方とも、類似した温度、例えば周囲温度にある。レーザー光源温度は、レーザー光源がスイッチオンされると上昇し、レーザー光源の温度は、定常状態値に向かっていき、時間ｔｓｓ（レーザー）で定常状態値に到達する。このときまでには、レーザー光源内で生成される熱エネルギーの速度は、ヒートシンク２０への熱エネルギー放散の速度に等しくなっている。一方、非線形光学コンポーネントの温度は、その初期値から不変である。結果として、波長ミスマッチ誤差は、レーザー光源がスイッチオンされるときと、素子が定常熱状態に到達するときとの間の期間中に著しく変化する。この例は、コンポーネントが研究室ベースのレーザーの光学ベンチ上に装着される場合に当てはまる。例えば、Ｒ１，２＝１０００Ｋ．Ｗ−１、Ｒ２，３＝Ｒ１，３＝１０Ｋ．Ｗ−１の場合、ヒートシンク温度は２５℃であり、定常状態では、レーザー光源温度はおおよそ６５℃であり、非線形光学コンポーネント温度はおおよそ２５℃であり、結果として４０℃という大きい温度差をもたらし、大きい波長ミスマッチ誤差を引き起こす。
【００４２】
第２の比較例の場合（図６（ａ））、レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４は、両方ともハウジング８に取り付けられており、良好な熱接触を有し、例えば、２つのコンポーネント間のハウジングの熱抵抗（Ｒ１，２）は、おおよそ１０Ｋ．Ｗ−１である。レーザー光源温度は、レーザー光源がスイッチオンされると上昇し、レーザー光源の温度は、定常状態値に向かっていき、時間ｔｓｓ（レーザー）で定常状態値に到達する。レーザー光源から非線形光学コンポーネントへの熱流は、非線形光学コンポーネントの温度を上昇させる。第１の例と比較するとより小さい熱抵抗（Ｒ１，２）のため、非線形光学コンポーネントの温度は、より急速に上昇し、レーザー光源の定常状態温度より低い時間ｔｓｓ（ｎｌｃ）で定常状態に到達する。波長ミスマッチ誤差は、この期間中、第１の比較例の場合より少なく変化する。例えば、Ｒ１，２＝１０Ｋ．Ｗ−１、Ｒ２，３＝Ｒ１，３＝１０Ｋ．Ｗ−１の場合、ヒートシンク温度は２５℃であり、定常状態では、レーザー光源温度はおおよそ５２℃であり、非線形光学コンポーネント温度はおおよそ３８℃であり、結果として１４℃という小さい温度差、結果的に有利に小さい波長ミスマッチ誤差をもたらす。
【００４３】
第３の比較例の場合（図７（ａ））、レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４は、両方ともハウジング８に取り付けられており、非常に良好な熱接触を有し、例えば、２つのコンポーネント間のハウジングの熱抵抗（Ｒ１，２）は、１Ｋ．Ｗ−１未満である。レーザー光源温度は、レーザー光源がスイッチオンされると上昇し、レーザー光源の温度は、定常状態値に向かっていき、時間ｔｓｓ（レーザー）で定常状態値に到達する。レーザー光源から非線形光学コンポーネントへの熱流は、非線形光学コンポーネントの温度を上昇させる。第１の例および第２の例と比較すると小さい熱抵抗（Ｒ１，２）のため、非線形光学コンポーネントの温度は、非常に急速に上昇し、（時間ｔｓｓ（ｎｌｃ）において）レーザー光源の定常状態温度に類似した定常状態に到達する。波長ミスマッチ誤差は、この期間中、第１の比較例の場合より著しく少なく変化する。例えば、Ｒ１，２＝１Ｋ．Ｗ−１、Ｒ２，３＝Ｒ１，３＝１０Ｋ．Ｗ−１の場合、ヒートシンク温度は２５℃であり、定常状態では、レーザー光源温度はおおよそ４６℃であり、非線形光学コンポーネント温度はおおよそ４４℃であり、結果として２℃という非常に小さい温度差、および結果的に有利に小さい波長ミスマッチ誤差をもたらす。
【００４４】
上記の第１の比較例〜第３の比較例では、レーザー光源および非線形光学コンポーネントは、レーザー光源がスイッチオフされるときΛＰＭおよびΛｐｅａｋがおおよそ等しいように（例えば、両コンポーネントが周囲温度にある）、構成されていた。あるいは、レーザー光源および非線形光学コンポーネントは、ｔｓｓ（ｎｌｃ）におけるΛＰＭがｔｓｓ（レーザー）におけるΛｐｅａｋに等しくなるように構成されてもよい。これは、図５（ｂ）、６（ｂ）、および７（ｂ）に示すように、定常状態動作中の波長ミスマッチ誤差を低減するが、結果として、レーザー光源がスイッチオンされるとき、波長ミスマッチ誤差は非ゼロである。これは、波長ミスマッチ誤差が許容不能なほど大きい、素子のスイッチオン後の期間をもたらし得、したがって、素子が使用できるようになる前に素子を「ウォームアップ」させることを必要とする。第２の比較例および第３の比較例から、このように非線形光学コンポーネントを構成することは、レーザー光源がスイッチオンされるときα＝０になるように非線形光学コンポーネントが構成されている素子と比較して、｜α｜の最大値を有利に低減することが分かる。
【００４５】
最適化された熱特性を有するハウジング８を追加することは、素子が定常状態条件にないときの出力パワーのばらつきの低減、および非定常状態条件から定常状態条件に到達するのにかかる時間の低減、という望ましい特性を有する素子の利点をもたらす。
【００４６】
（態様：小さいαのために残留レーザー光が非線形光学コンポーネントを加熱する）
本発明の別の態様では、レーザー素子は、非線形光学コンポーネント４を通過するが周波数変換プロセスに供されない一部または全部のソース光３（残留光７とも呼ぶ）を利用して非線形光学コンポーネントを加熱するように構成されている。これは、レーザー光源２に供給される電流の変化および／またはレーザー光源の動作モードの変化があるとき、波長ミスマッチ誤差が小さくなくなる利点をもたらし得る。第４の比較例および第５の比較例が、本発明のこの態様の利点を証明する（上述の第１の比較例、第２の比較例、および第３の比較例を参照して作製した）。
【００４７】
第４の比較例の場合（図８（ａ））、レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４は、両方ともハウジング８に取り付けられており、任意追加的に、２つのコンポーネント間のハウジングの熱抵抗（Ｒ１，２）は小さく、ハウジングは、残留光７が非線形光学コンポーネントのための追加的な熱源として利用されるように構成されている。残留光の一部または全部は、非線形光学コンポーネントと熱接触している吸収コンポーネントに入射するように、例えば１つ以上の鏡を使用して、リダイレクトされる。吸収コンポーネントに入射する残留光の一部または全部は、吸収コンポーネントで吸収され、これにより、吸収された光が、吸収コンポーネントの温度を上昇させ、このことが、その結果、非線形光学コンポーネントの温度を上昇させる。レーザー光源温度は、レーザー光源がスイッチオンされると上昇し、レーザー光源の温度は、定常状態値に向かっていき、時間ｔｓｓ（レーザー）で定常状態値に到達する。吸収コンポーネントにおける残留光の吸収により引き起こされる吸収コンポーネントの加熱は、かつ任意追加的に、レーザー光源から非線形光学コンポーネントへの熱流も、非線形光学コンポーネントの温度を上昇させる。この加熱効果のため、非線形光学コンポーネントの温度は、急速に上昇し、（時間ｔｓｓ（ｎｌｃ）において）レーザー光源の定常状態温度に類似した定常状態に到達する。波長ミスマッチ誤差は、この期間中、第１の比較例の場合より著しく少なく変化する。
【００４８】
吸収コンポーネントに入射する残留光７のパワーは、レーザー光源がスイッチオンされるとき、非線形光学コンポーネントの有利に好都合な温度変化を提供するように構成されてもよい。例えば、吸収コンポーネント上に方向付けられる残留光の部分は、非線形光学コンポーネントの有利に好都合な温度変化を提供するように構成されてもよい。非線形光学コンポーネントとヒートシンクおよび／またはレーザー光源との間の熱抵抗は、非線形光学コンポーネントの好ましい定常状態温度を提供するように構成されてもよい。
【００４９】
第５の比較例の場合、（図９（ａ））、吸収コンポーネントに入射する残留光７のパワーは、レーザー光源２がスイッチオンされるとき非線形光学コンポーネント４の定常状態温度がレーザー光源の温度より高いように、構成されている。レーザー光源温度は、レーザー光源がスイッチオンされると上昇し、レーザー光源の温度は、定常状態値に向かっていき、時間ｔｓｓ（レーザー）で定常状態値に到達する。吸収コンポーネントの加熱は、吸収コンポーネントにおける残留光の吸収により引き起こされる。この加熱効果のため、非線形光学コンポーネントの温度は、急速に上昇し、（時間ｔｓｓ（ｎｌｃ）において）レーザー光源の定常状態温度より高い定常状態に到達する。波長ミスマッチ誤差は、この期間中、第１の比較例の場合より著しく少なく変化する。次が成立する場合、非線形光学コンポーネントの定常状態温度がレーザー光源の定常状態温度より高いことが有利であり得る。
【数１５】
2019500656.tif 000017
【００５０】
第１の比較例〜第３の比較例と同様に、非線形光学コンポーネントは、ｔｓｓ（ｎｌｃ）におけるΛＰＭがｔｓｓ（レーザー）におけるΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅに等しくなるように構成されてもよい。第４の比較例および第５の比較例に対するこの効果を図８（ｂ）および９（ｂ）に示す。
【００５１】
残留光７が非線形光学コンポーネント４のための追加的な熱源として利用される本発明のこの態様の場合、非線形光学コンポーネントの熱容量が０．１Ｊ．Ｋ−１未満である場合にとりわけ有利であり、ハウジング８の温度変化に応答して該コンポーネントの急速な加熱または冷却を有利に促進する。
【００５２】
（態様：大きいωのためのレーザー光の集束）
本発明の別の態様では、レーザー素子１は、許容波長ミスマッチ誤差、すなわちωが大きくなるように構成されており、したがってレーザー素子は、変化する動作条件に関して大きい動作可能範囲を有する。本発明のこの態様によれば、レーザー素子は、非線形光学コンポーネント４に入射するソース光３が、大きい許容波長ミスマッチ誤差を提供する収束角を有するように、構成されている。集束条件は、本開示の全体にわたって、非線形光学コンポーネントに入射するレーザー光の空気中におけるファーフィールド収束半角として説明される。簡潔さのため、これを収束半角と呼ぶ場合もある。
【００５３】
本発明者らは、ソース光３の収束半角が最大周波数変換効率または最大出力パワーを提供する値（すなわち、最大出力パワーを提供するように周波数変換されたレーザー素子を提供するために従来使用されるであろう収束半角）とは異なるように素子１が構成されているとき、許容波長ミスマッチ誤差の有利な増大があることを突き止めた。特に、収束半角が最大周波数変換効率を提供する値より著しく大きいとき、許容波長ミスマッチ誤差の有利な増大がある。位相整合が複屈折位相整合を通じて提供される非線形光学周波数変換の場合、非線形光学コンポーネント内の方向であって、該方向の周りの回転が、該方向の周りの回転角の変化に関して、入力光の位相整合波長の最大の変化を提供する、方向、が存在する。本明細書では、この方向を、位相整合回転軸と呼ぶ。非線形光学コンポーネントの位相整合回転軸に垂直な平面で測定されたソース光の収束半角が、最大周波数変換効率を提供する値より大きい場合、素子の許容波長ミスマッチ誤差を増大させるために特に有利である。図１０のデータは、利点を例示する。例１でより詳細に説明するこのデータは、収束半角が最大周波数変換効率を提供する値から離れて増大するときの、レーザーの動作可能範囲の著しく有利な増大を証明している。
【００５４】
周波数変換された（例えば、ＳＨＧ）出力光のパワーを最大化する素子を提供するための、非線形光学コンポーネントに入射するレーザー光の最適な収束半角は、先行技術に従って計算され得る。例えば、フリーガルド（Ｆｒｅｅｇａｒｄｅ）ら［ジャーナル・オブ・ザ・オプティカル・ソサエティ・オブ・アメリカ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ）  Ｂ  １４，２０１０（１９９７）］の方法、または特許文献２に開示のものが、使用され得る。例えばレーザービームを非線形光学コンポーネント内に集束させるために使用されるレンズの焦点距離を低減することにより、本発明のこの態様に従ってより大きい収束半角が使用される場合、ビームは、非線形光学コンポーネントを通る方向のより大きい広がりを含む。これは、図１１（ａ）および１１（ｂ）に概略的に例示するように、位相整合周波数変換に供されることができる波長範囲を広げるように作用し得、図１１（ａ）は、図１１（ｂ）と比較してより広い波長範囲に対応する。このことの効果は、達成可能な最大周波数変換効率を低減するが、素子の許容波長ミスマッチ誤差を増大させ、それにより、動作条件の変化の影響を低減し、より大きい動作可能範囲を有するレーザー素子を提供すること、ことである。
【００５５】
本発明者らは、大きい許容波長ミスマッチ誤差を提供する本発明のこの態様がなければ、素子は、周囲温度の変化およびパルス動作と連続波動作との間の変化を含む動作条件の変化に関して、貧弱な動作可能範囲を呈し得ることを突き止めた。固体レーザー光源（例えば、半導体レーザーダイオード）は、連続波モードの動作からパルスモードの動作またはその逆に変化するとき、ピーク発光波長Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅの著しいシフトを呈し得る。これは、動作モードが変化するときに導入される増大する波長ミスマッチ誤差のため、連続波モードで動作するように最適化されている素子１が、パルスモードで動作させる場合に予想外に貧弱な出力パワーを有し、逆もまた同様である、という結果をもたらす。連続動作中は、より多くの熱が生成され、固体レーザー光源がパルス動作と比較してより高い温度に到達することをもたらす。加えるに、パルス動作中は、レーザー光源がオフである期間が存在する。この期間中、熱は、レーザー光源から離れる方向に放散され、レーザー光源の温度が、次のレーザーパルスの前に周囲温度に戻ることを可能にする。より大きい許容波長ミスマッチ誤差は、素子の動作モードが変化するときの出力パワー安定性の改善をもたらすため、許容波長ミスマッチ誤差を増大させる本発明のこの態様は、連続波動作モードおよびパルス動作モードの両方で動作させることができる素子が望まれるとき、さらに有利であり得る。この場合、パルス周期全体にわたっての平均パワーではなく、レーザーがオンである間の連続波パワーとパルスパワーとの間の改善された安定性が得られることに留意されたい。２つの別々の素子ではなく単一の素子が必要であることは、とりわけ連続波素子およびパルス素子の両方を要求する用途に関して（２つではなく１つの素子が要求される。経費の低減）、製造者およびエンドユーザの利益となる（製造の単純化、コストの低減）。
【００５６】
さらに、許容波長ミスマッチ誤差を増大させることにより、組み立て中の非線形光学コンポーネント４の配向に関する許容度が緩和される。これは、素子の製造プロセスを単純化するという有利な効果を有し、それにより素子のコストを低減する。
【００５７】
（態様：大きいωのためのソース光の広い波長範囲）
本発明の別の態様では、レーザー素子１は、広いスペクトル線幅を有するレーザー光を発するように構成されたレーザー光源２を含む。これは、大きい許容波長ミスマッチ誤差、すなわちωを有するレーザー素子を提供し、したがってレーザー素子は、変化する動作条件に関して大きい動作可能範囲を有する。
【００５８】
上記の態様の場合はピーク波長（Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ）のみを論じてきたものの、ソース光３のスペクトルの角波長の強度、すなわちＩ（Λ）を、これより考察しなければならない。ソース光のスペクトル線幅は、本明細書では、上方波長と下方波長との間の差として定義され、下方波長は、下方波長未満の波長を有するソース光のパワーの割合がソース光の全パワーの５％になるように定義され、上方波長は、上部波長より大きい波長を有するソース光のパワーの割合がソース光の全パワーの５％になるように定義される。
【００５９】
先行技術によれば、狭いスペクトル線幅（例えば、０．１ｎｍ未満）を有するレーザー光を使用することが好ましい。なぜなら、これは、周波数変換効率の、非線形光学コンポーネントに入射するレーザー光のパワーに対する非線形の依存性のため、最高の周波数変換効率を提供するからである。例えば、ＳＨＧの場合、波長λ１を有する周波数２倍化出力光のパワーは、波長Λ１＝２λ１を有する入力光のパワーの２次におおよそ比例する。したがって、出力光の高いパワーを得るために、入力光のパワーが非常に小さい波長範囲にわたって分散されることが、同じパワーが広い波長範囲にわたって分散されるよりも有利である。
【００６０】
しかしながら、本発明者らは、レーザー光源２が例えば少なくとも０．５ｎｍ、好ましくは少なくとも１ｎｍのスペクトル線幅などの広いスペクトル線幅を有するように構成されている場合、本発明の他の態様と組み合わせて、レーザー素子の動作可能範囲の有利な増大が得られ得ることを突き止めた。
【００６１】
狭いスペクトル線幅を発するように構成されたレーザー光源を使用する素子１の出力パワーは、Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅまたはΛＰＭのいずれかを変化させる動作条件の小さい変化により強く影響され得る。しかしながら、広いスペクトル線幅を発するように構成されたレーザー光源を使用する素子１の出力パワーは、Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅまたはΛＰＭの変化を引き起こす変化する動作条件に関して、はるかに大きい動作可能範囲を有することが見出された。各々がピーク波長Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ≒４４２ｎｍを有するソース光３を発するレーザー光源２と、ソース光のタイプ１ＳＨＧを提供するように構成されたβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶を含む非線形光学コンポーネント４とを含む、第１の組の素子１を製造した。第１の組の素子のうちの３つの異なる素子は、非線形光学コンポーネントに入射するソース光３が、図１２の横軸により示される３つの異なる収束半角（β−ＢａＢ２Ｏ４結晶の位相整合軸に垂直な平面で測定される）を有するようにソース光３に作用するように構成されたレンズを有していた。第１の組内の３つの素子では、レーザー光源２を、ソース光のスペクトル線幅≒本明細書で「狭い線幅」と呼ぶ０．１４ｎｍになるように構成した。ソース光のスペクトル線幅が本明細書で「広い線幅」と呼ぶ約１．９ｎｍになるようにレーザー光源を構成したことを除いて第１の組と同様に、第２の組の３つの素子を製造した。図１２は、第１の組および第２の組の素子の非線形光学コンポーネント４の温度に関して、実験により測定した動作可能範囲を比較する。第２の組（「広い線幅」）の素子は、同等のソース光の収束半角を有する第１の組（「狭い線幅」）の素子より大きい動作可能範囲を有する。ここで、動作可能範囲は、半値全幅（ＦＷＨＭ）とも呼ばれる、素子が設計条件における出力光のパワーの５０％を超える出力光のパワー（すなわち、β＞０．５）を届ける非線形光学コンポーネントの温度範囲として定義されている。レーザー光源を広いスペクトル線幅を有するように構成することにより、動作条件が設計条件から離れる方向に変化するにつれて出力光のパワー減少がより小さくなる素子を有利に生産し得る。
【００６２】
さらに、単一の波長に関して最高効率の周波数変換を得るための最適条件より大きい収束半角（本発明の１つ前の態様）を、レーザー光の広いスペクトル線幅と組み合わせることにより、動作可能範囲の有利な増大が、２つの態様のうちのいずれかの個別的な適用に関して予想されるよりも小さい周波数変換の効率の低減と共に、得られ得る。
【００６３】
（態様：出力光の方向の安定化）
本発明の別の態様では、１つ以上のビーム安定化光学コンポーネントが、任意追加的に素子１内に含まれており、ビーム安定化光学コンポーネントは、出力光の方向および位置のうちの少なくとも一方が、該ビーム安定化光学コンポーネントがない場合よりも動作条件の変化に対して少なく変化するように、非線形光学コンポーネント４から射出する出力光５に作用する。
【００６４】
本発明者らは、本発明の他の態様による素子１の動作中、動作条件の変化は、非線形光学コンポーネント４から射出する出力光５の伝播方向の変化を引き起こし得ることを突き止めた。この出力光の伝播方向の変化は、素子１が、本発明の他の態様により可能になる大きい動作可能範囲を有するときに重要になる。
【００６５】
ピーク波長Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ≒４４９ｎｍを有するソース光３を発するレーザー光源２と、ソース光のタイプ１ＳＨＧを提供するように構成されたβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶を含む非線形光学コンポーネント４とを含む、素子１を製造した。ソース光３が非線形光学コンポーネントに入射するときソース光３がビームの両平面で収束するように、レンズを構成した。ソース光は、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶内でウェストを形成した。出力光５は、非線形光学コンポーネントから外に伝播し、出力光５は、残留光７を除去するようにフィルタ処理され、次いで、出力光５は、ＣＣＤビームプロファイラに入射した。ＣＣＤビームプロファイラは、出力光５の強度分布を記録した。非線形光学コンポーネントとＣＣＤビームプロファイラとの間の距離は、約８ｃｍであった。図１３は、レーザー光源２が４４７．９ｎｍ、４４８．９ｎｍ、および４４９．６ｎｍのピーク波長を有するソース光を発するように構成されていたときの、出力光５の強度分布を示す実験データを表示する（他のいかなる変更も素子に対して加えていない。例えば、非線形光学コンポーネントの配向および位置は、変更されていない）。出力光ビームの横方向および縦方向の中心を白い破線により示す。ＣＣＤにおける出力光ビームの中心の変位は、Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅが変化しΛＰＭが一定のとき、非線形光学コンポーネントから外に伝播する出力光の方向の変化に対応する。伝播方向の動作条件依存性は、（動作条件の変化によりひき起こされる）波長ミスマッチ誤差の変化が、非線形光学コンポーネント内で非線形光学プロセスを異なる方向に沿って発生させるためである。例えば、レーザー光源により発せられるソース光の波長が、動作条件の変化のため変化する場合、出力光の方向は、変化し得る。
【００６６】
これは、出力光の方向を素子の動作条件に不所望に依存させるというこれまで理解されていなかった影響を有する。本発明の他の態様により提供されるレーザー素子の動作可能範囲の有利な増大のために、この影響をこれより観察する。動作条件につれて出力光の方向が変化することは、多くの応用にとって不利である。
【００６７】
１つ以上のビーム安定化コンポーネントは、出力光５の方向の変化を低減または排除することができ、このような方向の変化は、図１４（ａ）に一般的に示されている。例示的なビーム安定化コンポーネントは、図１４（ｂ）〜１４（ｅ）に例示されており、屈折型、回折型、分散型、または反射型であり得る。ビーム安定化コンポーネントは、非線形光学コンポーネント４の中心から、出力光の伝播方向に沿って測定された、その有効焦点距離におおよそ等しい距離に位置付けられたレンズ９０、反射型または透過型回折格子９１、プリズム９２、および軸外し放物面鏡９３などの鏡の任意の組み合わせを含み得る。非線形光学コンポーネントから外に伝播する光ビームは、素子１の動作条件に応じて変化する方向に伝播する。例えば、図１４（ａ）に示すように、第１の動作条件では、光は第１の方向８０に沿って伝播し得、第２の動作条件では、光は第２の方向８１に沿って伝播し得、第３の動作条件では、光は第３の方向８２に沿って伝播し得る。図１４（ｂ）〜（ｅ）に示すように、２つの異なる動作条件にある光の伝播方向間の差は、光がビーム安定化コンポーネントと相互作用した後に低減される。図１４（ａ）は、ビーム安定化コンポーネントなしでの出力光の方向のばらつきを示す。図１４（ｂ）は、凸レンズ９０がビーム安定化コンポーネントとして使用されるときの、出力光の方向のばらつきを示す。図１４（ｃ）は、反射回折格子９１がビーム安定化コンポーネントとして使用されるときの、出力光の方向のばらつきを示す。図１４（ｄ）は、プリズム９２がビーム安定化コンポーネントとして使用されるときの、出力光の方向のばらつきを示す。図１４（ｅ）は、軸外し放物曲面鏡９３がビーム安定化コンポーネントとして使用されるときの、出力光の方向のばらつきを示す。図１４（ｂ）および図１４（ｅ）の例の場合、光学コンポーネント（レンズまたは鏡）の形状が、光学コンポーネントに入射する光の方向に応じて光の方向に異なる偏向を提供して、出力光の最終方向のばらつきを低減する。図１４（ｃ）および図１４（ｄ）の例の場合、出力光の方向の、出力光の波長に対する依存性を、光の波長に応じて光の方向に異なる偏向を提供する光学コンポーネント（格子またはプリズム）と組み合わせて、出力光の最終方向のばらつきを低減する。
【００６８】
ビーム安定化コンポーネントを素子内に含めることにより、出力ビームの不所望の動作条件依存性が、有利に取り除かれる。
【００６９】
本発明の態様は、有利に組み合わせられ得る。特に、動作条件に関して広い動作可能範囲を有するレーザー素子を提供するように、小さい波長ミスマッチ誤差を提供する態様と、大きい許容波長ミスマッチ誤差を提供する態様とを有利に組み合わせる。
【００７０】
例１
（λｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔ＝２２５ｎｍを有する深紫外レーザー）
本発明の第１の例は、深紫外スペクトル域の波長（約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの波長）を有するレーザー状の光を発し、周囲温度および動作モードに関して大きい動作可能範囲を有する素子１である。レーザー素子１のある例示的な実施形態の概略図を図１５に示す。レーザー素子は、ソースレーザー光３を発するレーザー光源２と、非線形光学コンポーネント４とを含む。
【００７１】
レーザー光源２は、おおよそ４００ｎｍの下方値とおおよそ６００ｎｍの上方値との間にピーク波長を有する光を発する半導体レーザーであってもよい。レーザー光源は、好ましくはＡｌｙＩｎｘＧａ１−ｘ−ｙＮ半導体材料およびＡｌｙＩｎｘＧａ１−ｘ−ｙＮ発光層（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）を含むファブリペローレーザーダイオードであり、これは、この例の以降にも当てはまる。レーザー光源は、レーザー光源のパッケージの温度が２５℃であるとき、動作電流、すなわちＪ０に等しい注入電流に対して、Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ≒４５０ｎｍのピーク波長を有するソース光３を発する（例えば、レーザーダイオードのパッケージの温度は、標準的な５．６ｍｍ缶パッケージなどの、レーザーダイオードが内側に包装されている金属缶の温度であってもよい）。レーザー光源は、近回折限界ビーム（ビームの全平面においてＭ２＜２のビーム品質により特徴付けられる）を発するように構成され得るが、この例では、レーザー光源は、Ｍ２が４〜８の値におおよそ等しい非回折限界ビームを発するように構成されている。この例のレーザー光源は、−１０℃〜７０℃のパッケージ温度の場合、−０．０２ｎｍ．Ｋ−１〜＋０．０８ｎｍ．Ｋ−１のピーク波長のパッケージ温度依存性を有するように構成されている。好ましくは、依存性は、−１０℃〜７０℃のパッケージ温度の場合、＋０．０１ｎｍ．Ｋ−１〜＋０．０６ｎｍ．Ｋ−１である。この例の以降において、この値は、−１０℃〜７０℃のパッケージ温度の場合、＋０．０４ｎｍ．Ｋ−１におおよそ等しい。
【００７２】
非線形光学コンポーネント４は、レーザー光源２により発せられるソース光３の周波数変換を提供するように構成されている。非線形光学コンポーネントは、好ましくは、レーザー光源により発せられる光の複屈折位相整合タイプＩ第二次高調波発生（ＳＨＧ）を提供するように構成されたβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶である。好ましくは、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶は、レーザー光が結晶に入射するときにレーザー光がそれを通って伝播する結晶の面（入射面）と、出力光が結晶から射出するときに出力光がそれを通って伝播する結晶の面（射出面）とが両方ともレーザー光ビームにおおよそ垂直になるように、かつレーザー光の支配的な電界が光学軸に垂直な状態で、レーザー光ビームが結晶の光学軸からおおよそ６３°離れた角度（θ）で結晶の内側を伝播するように、配置されている。この構成は、おおよそ２５℃の結晶温度に関して、ΛＰＭ≒４５０ｎｍの波長で、高効率のＳＨＧ（すなわち、周波数変換された出力光のパワーをレーザー光のパワーで割った高い比率）を好都合に提供する。他の波長を有するレーザー光については、θの好適な値を図１６に列挙する。β−ＢａＢ２Ｏ４結晶は、結晶の内側の光の伝播方向に平行に測定するとき、好ましくは１ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ〜１５ｍｍの長さを有する。この例の以降の場合、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶の長さは、おおよそ７ｍｍである。β−ＢａＢ２Ｏ４結晶は、長さに垂直な２つの直交方向で測定するとき、好ましくは０．２ｍｍ〜５ｍｍ、より好ましくはおおよそ０．５ｍｍ〜２ｍｍ、最も好ましくはおおよそ１ｍｍの幅および高さを有し、幅と長さは、必ずしも等しくない。幅および高さのより小さい値は、有利に小さい熱容量を有する非線形光学コンポーネントを提供する。
【００７３】
新たな実験を通じて、本発明者らは、Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ≒４４９ｎｍ（θ≒６４°）の入力レーザー光波長を有するβ−ＢａＢ２Ｏ４を使用するＳＨＧの場合、ΛＰＭの７ｍｍの長さを有する記載のβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶の温度依存性は、０．０２５ｎｍ．Ｋ−１におおよそ等しいことを突き止め、ここに初めて示す。関連データを図１７に示す。ここでは、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶内のソースビームの方向が不変である間、調節可能な発光波長を有するレーザーを使用して長さ７ｍｍのβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶のΛＰＭを２０℃、３０℃、および４０℃で測定し、最高の第二次高調波パワーを生じさせたレーザー波長を決定した。したがって、記載のピーク波長のパッケージ温度依存性を有するように構成されたレーザー光源の使用を通じて、周囲温度などの広範囲の動作条件にわたって、有利に小さい波長ミスマッチ誤差が、提供され得る。
【００７４】
図１５を再び参照すると、レーザー光源２により発せられるソース光３は、１つ以上の任意追加の光学コンポーネント１０を使用して、非線形光学コンポーネント４内に結合される。好ましくは、１つ以上の任意追加の光学コンポーネントが、良好な効率と動作条件の変化に関する広い動作可能範囲とを有する周波数変換プロセスを提供するように構成されている。光学コンポーネントは、非線形光学コンポーネントに入射するレーザー光の次の特性のうちの１つ以上に影響を与え得る。
１．ビームの伝播方向。
２．ビームの空間位置。
３．集束（収束）ビームのウェストの空間位置。
４．集束（収束）ビームの収束半角。
【００７５】
例えば、コリメートレンズ１１、第１の円柱レンズ１２、および第２の円柱レンズ１３が、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の光路内に配設されていてもよい。レーザー光源により発せられるソース光３は、コリメートレンズに入射し、コリメートレンズは、ビームの少なくとも１つの場所において、光を一部または全部がコリメートされたビームに集光する。好適なレンズの一例は、２ｍｍ〜５ｍｍの焦点距離を有する成型または精密研磨されたガラス非球面レンズである。この例では、コリメートレンズは、３ｍｍの焦点距離を有する成型されたガラス非球面レンズである。コリメートされたレーザービームは、第１の円柱レンズに入射し、第１の円柱レンズは、光をビームの第１の平面内で、次いで第２の円柱レンズ上で集束させ、第２の円柱レンズは、光をビームの第２の平面内で集束させる（ビームの第２の平面は、ビームの第１の平面におおよそ垂直である）。第１の円柱レンズおよび第２の円柱レンズは、ビームが非線形光学コンポーネント４に向かって伝播するときビームがビームの第１の平面および第２の平面の両方内で収束するように、構成されている。好ましくは、ビームは、非線形光学コンポーネント内で、ビームの少なくとも１平面内でウェストに収束する（すなわち、ビームの平面内の最小ビーム幅）。代替的な選択肢では、単一のレンズ（例えば、球面レンズ）が、第１の円柱レンズおよび第２の円柱レンズの代わりに使用されてもよい。
【００７６】
この例の場合、位相整合軸に垂直な平面におけるソース光３の収束半角は、０．４°〜２．７°の範囲内であり、これは、３０ｍｍ〜２００ｍｍの焦点距離を有する第１の円柱レンズ１２を使用して提供され得、好ましくはおおよそ１．２°である。この例の場合、位相整合軸に平行な平面におけるレーザー光の収束半角は、１°〜１２°の範囲内であり、これは、５ｍｍ〜７５ｍｍの焦点距離を有する第２の円柱レンズ１３を使用して提供され得、好ましくはおおよそ６°である。レーザー光の支配的な電界は、非線形光学コンポーネントの位相整合軸におおよそ平行である。
【００７７】
レーザー光が非線形光学コンポーネントを通って伝播するとき、波長λｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔ＝Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ／２≒２２５ｎｍを有する出力光が、レーザー光からＳＨＧにより生成される。本明細書で残留レーザー光７とも呼ぶ未変換のレーザー光７（すなわち、ＳＨＧにより変換されない任意のレーザー光）および出力光５は、両方とも、非線形光学コンポーネントから外に伝播する。残留レーザー光および出力光は、空間的に重なり合っていてもよい。出力光のパワーを低減するよりも多くの残留レーザー光のパワーを低減するフィルタ６が、使用されてもよい。最も好ましくは、フィルタの後でフィルタから射出する出力光のパワーは、フィルタから射出する残留光のパワーよりも大きく、フィルタから射出する出力光と実質的に一致する。レーザー素子の出力光のパワーに言及するとき、考慮されているのは、λｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔのピーク波長を有する出力光のパワーである。出力ビーム内に存在するピーク波長Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅを有するいずれの残留レーザー光のパワーも、含まれていない。フィルタは、第二次高調波光に対する９０％を超える反射率、より好ましくは９９％を超える反射率、および残留レーザー光に対する１％未満の反射率を有する分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含む、１つ以上の鏡を含み得る。好適なＤＢＲ鏡は、ＵＶ溶融シリカ基材上にＭｇＦ２の層およびＬａＦ３の層を使用して製作されてもよい。フィルタは、出力光と残留レーザー光とを空間的に分離するように配置されたＵＶ溶融シリカプリズム（例えば、ペラン−ブロカ・プリズムまたは等辺プリズム）などの、分散エレメントも含んでもよい。出力光５は、１つ以上の任意追加の追加的な光学部品９を使用して実質的にコリメートされたビームに集光されてもよい。好適な光学部品は、ＵＶ溶融シリカ球面レンズである。１つ以上の追加的な光学部品のうちのいずれも、波長λｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔを有する光の反射を低減する反射防止膜を有してもよい。
【００７８】
レーザー光源２、非線形光学コンポーネント４、および任意追加的に任意の任意追加の光学コンポーネント６、９、１０のうちの１つ以上が、ハウジング８に取り付けられており、ハウジング８は、好ましくはレーザー光源と１つ以上の非線形光学コンポーネントとの間の良好な熱接触を提供し、さらに小型レーザー素子を提供する。金属および非金属を含む広範な材料が、ハウジングのために好適である。ハウジングは、好適な材料（複数可）およびその形状の選択を通じて、レーザー光源、非線形光学コンポーネント、および他の任意の光学コンポーネントを収納するための強固なプラットフォームを提供するように構成されている。金属材料は、それらの機械的剛性、熱伝導率、および例えば切削加工または注型成形による好適な形状への製作の容易性のため、特に好適である。好適な金属材料の例としては、アルミニウム、銅、亜鉛、鋼、および上記の材料をベースとする合金が挙げられる。ハウジングは、そこにレーザー光源が取り付けられる第１の固定点３０を提供する。ハウジングは、そこに非線形光学コンポーネントが取り付けられる第２の固定点３１をさらに提供する。好ましくは、レーザー光源と第１の固定点との間、非線形光学コンポーネントと第２の固定点との間、および第１の固定点と第２の固定点との間の熱抵抗は、全て小さい。第１の固定点と第２の固定点との間の距離は、２００ｍｍ未満、好ましくは１００ｍｍ未満である。好ましくは、ハウジングの熱特性は、レーザー光源（レーザーダイオードの外装の温度、またはレーザーダイオード半導体チップが取り付けられているサブマウントの温度）と、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶との間の温度差が素子の動作中（例えば、スイッチオンから定常熱状態まで）二度と４０℃にならないように、構成されている。より好ましくは、該温度差は、決して１０℃を超えない。
【００７９】
この例の場合、ハウジングは、連続的なアルミニウムコンポーネントであり、第１の固定点と第２の固定点との間の熱抵抗は、５Ｋ．Ｗ−１におおよそ等しい。ハウジングの設置面積は、好ましくは２００ｍｍ×５０ｍｍ未満、より好ましくは５０ｍｍ×５０ｍｍ未満であり、「設置面積」は、ハウジングの表面が内側に完全に嵌る長方形を指す。
【００８０】
好ましくは、レーザー光源２と非線形光学コンポーネント４との間の光路上に配設された１つ以上の光学コンポーネント１０は、有利に大きい動作可能範囲および良好な周波数変換効率を有するレーザー素子１を提供するように構成されている。先行技術中の情報によれば、周囲温度の変化に関して、現在の例の構造を有するレーザー素子の動作可能範囲は、非常に小さいと予想される。レーザー素子の許容度は、非線形光学材料における周波数変換プロセスの効率のモデリングのための、Ｓａｎｄｉａ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓで開発された一般的に使用されている「ＳＮＬＯ」パブリックドメインソフトウェアを使用して推定され得る。２５℃でＳＨＧにより４５０ｎｍのレーザー光を２２５ｎｍの出力光に変換するように構成された長さ７ｍｍのβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶の場合、異なる温度における推定出力パワーは、次のように、ＳＮＬＯの２Ｄ−ｍｉｘ−ＬＰ機能を使用して計算され得る。設計温度における位相整合のための結晶配向を計算する（例えば、ＳＮＬＯのＱｍｉｘツールを使用して）。次いで、結晶の屈折率を、例えば加藤（Ｋａｔｏ）ら［Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  ７５８２  １Ｌ（２０１０）］に見出される式を使用して、ある温度範囲にわたって算出し、基本波長と第二次高調波波長との間の位相速度ミスマッチ（Δｋ）を計算する。次いで、屈折率および位相速度ミスマッチを２Ｄ−ｍｉｘ−ＬＰモデルに対する入力として使用する。これは、出力パワーが例えば２５℃におけるパワーの５０％に落ちる温度（すなわち、β＝０．５）を見出すことを可能にする。この例に記載のレーザー光源および非線形光学コンポーネントの場合、温度変化に対する推定許容度は、約２２℃である。
【００８１】
しかしながら、この例の素子構造の場合、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶の位相整合軸に垂直な平面内におけるソースレーザー光の収束半角の、周波数変換効率および動作可能範囲に対する影響の実験測定値が、図１０に示されており、予想外の大きな利点を示す。第１に、図１０は、出力光のパワーの収束半角依存性を示す。出力光のパワーが、より小さい収束半角に対して最高であり、おおよそ０．６°の収束半角に対してほぼ最大であることは明らかである。これは、先行技術（例えば特許文献２）からの予想に一致する。しかしながら、第２に、図１０は、周波数変換の効率がその最大値の５０％に落ちる（半値全幅、ＦＷＨＭ）、実験により測定したβ−ＢａＢ２Ｏ４温度の変化を示す。この例によるレーザー素子の場合、出力パワーが最大化されるとき（収束半角≒０．６°）、測定されたβ−ＢａＢ２Ｏ４の温度変化に対する許容度は、約４６℃であり、ＳＮＬＯソフトウェアによる予測の２倍超であることが分かる。よって、本発明の一実施形態によるレーザー素子は、レーザー光源の温度（および結果的にレーザー光の波長）の変化に関して、ならびにβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶の温度変化に関して、出力光の強度のばらつきの低減という予想外かつ有利な特徴を有する。
【００８２】
さらに、位相整合軸に垂直な平面で測定する収束半角が、最高のＳＨＧ変換効率を提供する収束半角から離れて増大するとき、β−ＢａＢ２Ｏ４またはレーザー光源の温度変化に対する許容度の著しい改善が存在する。したがって、最適な周波数変換効率を提供する収束半角より大きい位相整合軸に垂直な平面で測定される収束半角を有するこの例による素子は、温度の変化、レーザーに供給される注入電流の変化、またはレーザーの動作モードの変化に関して、より大きい許容波長ミスマッチ、したがってより大きい動作可能範囲、という予想外の利点を提供する。
【００８３】
１．２°におおよそ等しい収束半角の場合、実験により測定したβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶の温度許容度（ＦＷＨＭ）は、７５．８℃（図１０）であり、０．５×７５．８℃＝３７．９℃の半値全幅許容度に対応する。これは、３７．９×０．０２５ｎｍ＝０．９５ｎｍの許容波長ミスマッチ誤差（ω）に対応する（上記で突き止めた０．０２５ｎｍ．Ｋ−１の値を使用する。図１７）。Ｔｒａｎｇｅ＝３０℃（例えば、レーザー源の多くの用途のために要求される０℃〜６０℃）のターゲット動作可能範囲の場合、詳細な説明の第１の態様で使用したように、ω／Ｔｒａｎｇｅ≒０．０３ｎｍ．Ｋ−１である。レーザー光源２が、おおよそ＋０．０４ｎｍ．Ｋ−１のピーク波長の温度依存性を有するように構成され、非線形光学コンポーネントが、おおよそ＋０．０２５ｎｍ．Ｋ−１のΛＰＭの温度依存性を有する場合、
【数１６】
2019500656.tif 000018
であり、それにより第１の態様を満たす。
【００８４】
この例は単一の非線形光学コンポーネントに関して説明されているものの、２つ以上の非線形光学コンポーネントを使用することができることが理解されるべきである。例えば、ウォークオフ補償を提供するように配置された一対の結晶が使用されてもよい。この例は材料β−ＢａＢ２Ｏ４に関して説明されているものの、他の材料を使用することができることが理解されるべきである。例えば、材料は、ＳｉＯ２、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．５≦ｙ≦１）、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０、ＬｉＢ３Ｏ５、ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＬｉＲｂＢ４Ｏ７、ＭｇＢａＦ４、Ｂａ１−ａＢ２−ｂ−ｃＯ４−ＳｉａＡｌｂＧａｃ（０≦ａ≦０．１５；０≦ｂ≦０．１０；０≦ｃ≦０．０４；ａ＋ｂ＋ｃ≠０）であってもよい。
【００８５】
例２
（λｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔ≒２２３ｎｍを有し、ビーム折り返し光学コンポーネントを有する深紫外レーザー）
これより、本発明の第２の例を開示する。第２の例は、第１の例に類似しており、共通の特徴は繰り返されない場合がある。図１８に例示するこの第２の例では、ビーム折り返し光学コンポーネント４０が、レーザー光源２と非線形光学コンポーネント４との間の光ビーム経路上に配設されている。例えば、ビーム折り返し光学コンポーネントは、４５°、４５°、および９０°の内角を有する三角プリズムであってもよい。プリズムは、ソースレーザー光３が、９０°角に対向する面におおよそ垂直にプリズムに入射し、プリズムの第２の面で内部全反射に供され、プリズムの第３の面で内部全反射に供され、伝播方向がプリズムに入射するレーザー光の方向に平行だが逆方向である状態でプリズムから射出するように、配置されてもよい（図１８に図示する）。あるいは、ビーム折り返し光学部品は、ソース光を反射する１つ以上の鏡であってもよい。
【００８６】
ビーム折り返し光学コンポーネント４０は、有利には、レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４の間の良好な熱接触と、レーザー素子の大きい動作可能範囲および良好な周波数変換効率を提供する非線形光学コンポーネントに入射するソース光３の収束半角を提供するように構成された光学コンポーネント１０の使用と、を同時に可能にする。特に、ビーム折り返し光学コンポーネントは、レーザー光源および非線形光学コンポーネントが、互いにより近接して配置されることを可能にし、それにより２つのコンポーネント間の熱抵抗を低減する。上述したように、これは、周囲温度の変化、レーザー光源に供給される電流の変化、およびレーザー光源の動作モードの変化に関して動作可能範囲を改善し得、レーザー素子が非定常状態条件から定常状態熱条件に到達するのにかかる時間を低減し得る。
【００８７】
レーザー光源２は、第１の例のものに類似したファブリペローレーザーダイオードであってもよく、注入電流Ｊ０に対して２５℃のパッケージ温度（レーザーダイオードを収容する金属の温度）でΛｐｅａｋ≒４４５．９ｎｍのピーク波長を有するソース光３を発し、おおよそ＋０．０４ｎｍ．Ｋ−１の波長のパッケージ温度依存性、およびおおよそ１．７ｎｍのスペクトル線幅を有する。コリメートレンズ１１は、成型された非球面レンズであってもよい。第１の円柱レンズ１２および第２の円柱レンズ１３は、ソース光が非線形光学コンポーネント４に向かって伝播するとき、ソース光がビームの少なくとも１つの平面で収束するように、ソース光を集束させるように構成されている。第１の円柱レンズは、ソース光をビームの伝播方向を含む平面に、かつレーザー光の電界ベクトルに垂直な方向に、集束させる。非線形光学コンポーネントに入射するソース光は、この平面において、おおよそ１．２°の収束半角を有する。第２の円柱レンズは、ソース光を第１の円柱レンズに垂直な平面に集束させる。非線形光学コンポーネントに入射するソース光は、この平面において、おおよそ６°の収束半角を有する。この第２の例で上述した三角プリズム４０は、ソース光ビームを「折り返す」ために使用され、ソース光が、第１の円柱レンズ１２を通過した後かつ第２の円柱レンズ１３を通過する前にビーム折り返しプリズムを通過するように、配置されている。コリメートレンズ、円柱レンズ、および９０°角に対向するビーム折り返しプリズムの面は全て、ソース光の波長に関して反射防止膜を有する。非線形光学コンポーネントは、第１の例のものに類似した、タイプＩのＳＨＧのために構成された７ｍｍの長さを有する単一のβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶であるが、ソース光が非線形光学コンポーネントの内側を結晶の光学軸から角度θ≒６４．５°離れて伝播する。この構成は、ソース光のための効果的なＳＨＧを提供する。ソース光の支配的な電界は、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶の位相整合軸に平行であり、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶の光学軸に垂直である。非線形光学コンポーネントは、レーザー素子を２５℃で動作させたとき第二次高調波光のパワーが最大になるように構成されている。２５℃のパッケージ温度で素子により発せられるλｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔ≒２２３ｎｍを有する出力光のパワーは、７００ｍＡのレーザーダイオード注入電流に対して２９．８μＷである。フィルタ６は、この例で説明したように、非線形光学コンポーネントから射出する出力光５と空間的に重なり合う残留レーザー光７のパワーを低減するために使用される。レンズを含み得る光学コンポーネント９が、出力光５をコリメートするようにフィルタの後に配置されている。
【００８８】
レーザー光源２、コリメートレンズ１１、第１の円柱レンズ１２、ビーム折り返し光学コンポーネント４０、第２の円柱レンズ１３、非線形光学コンポーネント４、フィルタ６、およびレンズ９は、全てハウジング８に取り付けられている。この例では、ハウジングは、アルミニウム合金の単一片から製作されているが、第１の例と同様に、他の材料が使用されてもよい。この例に記載のコンポーネントを収容するハウジングは、６６．５ｍｍ×５０ｍｍの設置面積を有し、光学コンポーネントを含む全高を有する）１２．５ｍｍの。ハウジングは、蓋を備えており、これにより全パッケージサイズは、６６．５ｍｍ×５０ｍｍ×１５ｍｍとなる。レーザー光源とβ−ＢａＢ２Ｏ４結晶との距離は、おおよそ２７ｍｍであり、ビーム折り返し光学コンポーネントを含まないレーザー素子と比較しておおよそ３６ｍｍの減少である。
【００８９】
この例に記載のレーザー素子１が、周囲温度の変化に関して並はずれて広い動作可能範囲を有することを本明細書で証明する。レーザー素子を、定注入電流がレーザー光源に供給された状態で、３．３℃〜５５℃の周囲温度に関して動作させた。出力光のパワーの周囲温度依存性を図１９にプロットする。このデータは、出力光５のパワーが、範囲の全体にわたって、元の設計条件（２５℃）の出力光のパワーの５５％より高いままであることを示す。これは、（Ａ）（ｉ）レーザー光源２および非線形光学コンポーネント４が、ΛＰＭの温度依存性におおよそ等しいΛｐｅａｋの温度依存性を提供するように構成されていること、および（ｉｉ）ハウジング８が、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の良好な熱接触を提供するように構成されていること、によるレーザー素子における有利に小さい波長ミスマッチ誤差と、（Ｂ）（ｉ）コリメートレンズ１１ならびに第１の円柱レンズ１２および第２の円柱レンズ１３が、最適な周波数変換効率のためより著しく大きいソース光３の収束半角を提供するように構成されていること、および（ｉｉ）レーザー光源が、広いスペクトル幅を有するソースレーザー光を発するように構成されていること、によるレーザー素子における有利に大きい許容波長ミスマッチ誤差と、の組み合わせ効果を証明している。０℃〜５０℃の周囲温度の場合の、レーザー光源に供給される定注入電流で動作させた第２のレーザー素子の出力光のパワーの周囲温度依存性を図２３にプロットする。このデータは、このレーザー素子の場合、出力光５のパワーが、範囲の全体にわたって、元の設計条件の出力光のパワーの６０％より高いままであることを示す。
【００９０】
レーザー素子１は、深ＵＶ光（２６０ｎｍ未満の波長）を提供するように構成され得る先行技術のレーザー素子とは著しく異なり、それより有利である。特に、小型ハウジング８（設置面積＝３３ｃｍ２）内にレーザー光源２および非線形光学コンポーネント４を組み合わせること、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の良好な熱接触を提供すること、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとのうちの少なくとも一方に作用する温度安定化コンポーネントが不在であること、ならびに周囲温度に関するレーザー素子の極めて大きい動作可能範囲は、全て個々に、先行技術のいずれの例に対しても新規である。特に、レーザー素子は、より低いレーザーダイオード注入電流（８００ｍＡではなく７００ｍＡ）で動作し、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶をオーブン内に配置して温度を能動制御する必要性がないものの、ランク（Ｒｕｈｎｋｅ）らの最近の先行技術［非特許文献４］に記載のシステムのおおよそ２倍の深紫外出力パワー（約１６μＷではなく約３０μＷ）を生じさせる。本発明の一実施形態による、深ＵＶ光を発し、大きい動作可能範囲を有する小型レーザー素子は、センシングおよび消毒のための新技術を可能にする。
【００９１】
図１９のデータは、温度が設計条件温度未満に低減するにつれて波長ミスマッチ誤差が増大するにもかかわらず、出力光５のパワーが、設計条件温度より低い温度の場合に予想外に増大することを示す。したがって、レーザー素子の動作可能範囲のさらに有利な改善のためには、周囲温度がレーザー素子１の要求される動作可能温度範囲の中間より高いとき、非線形光学コンポーネント４が、レーザー光源２により発せられるソース光３の波長の最適な周波数変換効率を提供するように構成されることが好ましい。例えば、０℃〜２５℃の動作可能範囲を有するレーザー素子では、非線形光学コンポーネントは、当然予想される１２．５℃の中間温度ではなく、２５℃で最適な周波数変換効率を提供するように構成されることが好ましい。図２３のデータは、出力光の最高パワーが０℃〜５０℃の意図する動作可能範囲の中心で得られるように非線形光学コンポーネントが構成されているレーザー素子を示す。
【００９２】
例３
（残留青色光を使用してＢＢＯ結晶を加熱するハウジング。）
これより、本発明の第３の例を開示する。第３の例は、第２の例に類似しており、共通の特徴は繰り返されない場合がある。図２０に例示する第３の例では、素子１は、レーザー光源２により発せられるソース光３の波長を有する光を一部または全部吸収する光吸収コンポーネント５０を含む。光吸収コンポーネント５０は、非線形光学コンポーネント４に取り付けられている。あるいは、光吸収コンポーネント５０は、非線形光学コンポーネントの近くで、または別の方法で非線形光学コンポーネントに熱接触した状態で、ハウジング８に取り付けられ得る。
【００９３】
光吸収コンポーネント５０は、例えば陽極酸化処理または塗装により塗布された金属酸化物層などの、非線形光学コンポーネントまたはハウジングに塗布された光吸収材料の膜であってもよい。このコンポーネントは、例えばネジおよび任意追加の熱伝達化合物を使用することにより、または接着剤を使用することにより、非線形光学コンポーネント４またはハウジング８に取り付けられた別々の部品であってもよい。好適な熱伝達化合物は、金属酸化物熱伝達化合物およびシリコーン熱伝達化合物であってもよい。好適な接着剤は、エポキシ接着剤、シアノアクリレート、およびＵＶ硬化性接着剤であってもよい。接着剤は、熱伝導性接着剤であってもよい。この例では、光吸収部は、非線形光学コンポーネント４と物理的に接触し、ＵＶ硬化性接着剤を使用してハウジングに取り付けられている陽極酸化アルミニウム部品である。
【００９４】
ハウジング８は、任意追加的に、光吸収コンポーネント５０とレーザー光源２との間の熱抵抗を増大させる１つ以上の部品を含んでもよい。ハウジングは、任意追加的に、光吸収コンポーネントとヒートシンクとの間の熱抵抗を増大させる１つ以上の部品を含んでもよい。任意追加の１つ以上の部品は、好ましくは、１０Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１未満、より好ましくは０．５Ｗ．ｍ−１Ｋ−１未満の熱伝導率を有する材料から作製される。この例では、ハウジングは、おおよそ０．２Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１の熱伝導率を有するＡＢＳプラスチックから作製され、ＵＶ硬化性接着剤を使用してアルミニウムハウジングに取り付けられた、コンポーネント１００を含む。ＡＢＳコンポーネント１００は、非線形光学コンポーネント４と、レーザー光源およびヒートシンクの両方との間に位置付けられており、光吸収領域とレーザー光源との間、および光吸収領域とヒートシンクとの間の両方の熱抵抗を決定する際の支配的要因である。
【００９５】
非線形光学コンポーネント４から外に伝播する残留光７は、１つ以上の追加的な光学部品５１、例えば鏡の任意追加的な使用を通じて、光吸収コンポーネント５０に入射させられてもよい。これらの任意追加の追加的な光学部品は、残留光７ビームの経路内の次の位置、すなわち非線形光学コンポーネント４とフィルタ６との間、フィルタ６内、フィルタ６と光吸収コンポーネント５０との間、のうちのいずれに配設されてもよい。例えば、図２０に示すように、３つの鏡が、残留光７ビームの経路内でフィルタ６と光吸収コンポーネント５０との間に位置付けられてもよい。各鏡は、ビームが光吸収コンポーネントに入射させられるように、９０°の角度で基本ビームを反射する。光吸収部に入射する光の一部または全部は、熱に変換され、非線形光学コンポーネントの温度を上昇させる。ＡＢＳコンポーネント１００は、光吸収コンポーネントからレーザー光源２およびヒートシンクに到達する熱の量を低減する。
【００９６】
例４
（ビームの方向および／または位置の変化を低減するためのコンポーネント）
これより、本発明の第４の例を開示する。第４の例は、第１の例に類似しており、共通の特徴は繰り返されない場合がある。図２１に例示するこの第４の例では、素子１は、動作条件が変化するときの出力光ビーム５の方向または位置のばらつきを低減する１つ以上の光学コンポーネント６０を含む。上述のように、本開示の他の例のうちのいずれによる素子の動作条件のばらつきも、例えば動作条件の何らかの変化がレーザー光源２により発せられるソース光３の波長の変化を引き起こす場合、非線形光学コンポーネント４から外に伝播する周波数変換された出力光（例えば、第二次高調波光）の方向の変化という結果をもたらし得る。この効果を示す実験データが、図１３に表示されている。このデータは、レーザー光源２により発せられるソース光３の波長を変化させたとき、非線形光学コンポーネントからおおよそ８ｃｍの距離に位置付けられたＣＣＤビームプロファイラ上で測定された（出力光の伝播方向に沿って測定された）周波数変換された出力光の位置が変化したことを示す。ＣＣＤビームプロファイラ上のビームの位置の変化は、波長４４９．６ｎｍのソース光の出力ビームの方向と比較して、波長４４７．９ｎｍのソース光の出力ビームの方向のおおよそ０．５°の変化に対応する。レーザー光源２により発せられるソース光３の波長は、レーザー光源に供給される電流の変化、レーザー光源の動作モードの変化（パルス動作のデューティ比の変化またはパルス動作と連続動作との間の変化など）、およびレーザー光源の温度変化、のうちの少なくとも１つのため変化し得る。本発明者らによるさらなる実験により、非線形光学コンポーネントの温度が変化するとき、出力ビームの方向も変化し得ることが突き止められた。図１３に関して説明したのと同じ実験構成を使用して、レーザー光源の波長がおおよそ４４８ｎｍになるように構成し、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶（非線形光学コンポーネント）の温度を変更した。非線形光学コンポーネントから伝播する周波数変換された（第二次高調波）出力ビームの方向は、β−ＢａＢ２Ｏ４結晶のケルビン温度変化当たりおおよそ０．０１°だけ変化することが見出された。
【００９７】
出力光の方向のばらつきは、素子の応用にとって著しい不利となり得る。例えば、素子からの出力光が光学系内に結合される場合、出力ビームの方向の変化（素子の動作条件の変化により引き起こされる）は、その光学系を作動不能にし得る。例えば、分析質を通って伝播した出力光のパワーを測定する検出コンポーネントを使用することにより、出力光が分析質を通って伝播するときの出力光の吸収を測定するように構成された光学系において出力光が使用される場合、素子からの出力光の方向の変化は、出力光を検出コンポーネントから離れた位置に向かって伝播させ、したがって光学系を作動不能または不確実にし得る。
【００９８】
この第４の例では、１つ以上の光学コンポーネント６０を使用して、素子の出力ビームの方向の動作条件依存性を低減する。１つ以上の光学コンポーネント６０は、出力ビームの方向のばらつきを低減するように構成されたレンズを含んでもよい。非線形光学コンポーネント４の中心から出力ビームの伝播方向に沿って測定されるとき、その有効焦点距離におおよそ等しい距離に位置付けられたレンズは、図１４（ｂ）に例示するように、出力ビームの方向のばらつきを低減し得、８０、８１、８２とラベル付けされた方向に伝播する出力光は、レンズを通って伝播した後にそれらの方向が好ましくはおおよそ平行になるように、レンズを通って伝播するとき偏向される。
【００９９】
第１の例に記載のレンズ９は、この効果を提供するように構成されてもよい（この場合、レンズ９は、光学コンポーネント６０の一例である）。出力ビームの方向のばらつきは該レンズにより低減されるものの、出力ビームの空間的位置は、依然として動作条件に依存する。光学コンポーネント６０がおおよそ３０ｍｍの有効焦点距離を有するレンズである場合、おおよそ２６０μｍのレンズを通って伝播した後の出力ビームの空間的位置の変化に対応する、出力ビーム５の方向の０．５°のばらつき（図１３に見られるような）。この空間的位置の変化は、出力ビーム５に作用する１つ以上の追加的な光学コンポーネント６０を含めることにより、低減され得る。例えば、出力ビームのばらつきの低減がビーム縮小器の縮小に等しくなるビーム縮小器（逆に、すなわち出力ビームのスポットサイズを減少させるために使用されるビーム拡大器）が使用されてもよい。ビーム縮小器の一例は、ｆ＝３０ｍｍの焦点距離を有する平凸球面レンズと、後置されるｆ＝−６ｍｍの焦点距離を有する両凹球面レンズとがガリレオ構成で配置されたものである。これは、ｘ５の縮小という結果をもたらし、したがって空間的ばらつきの大きさを５分の１に低減する。１つ以上の光学コンポーネント６０は、フィルタ６の前および／または後に、出力ビームの伝播方向に沿って配設されてもよい。２つ以上の光学コンポーネントが使用される場合、光学コンポーネントは、フィルタの前および後の両方に配置されてもよい。１つ以上の追加的な光学コンポーネントのうちのいずれも、フィルタを含む１つ以上の光学コンポーネントと同じ光学コンポーネントであってもよい。
【０１００】
この第４の例における出力ビームの方向のばらつきを低減するための光学コンポーネント６０はまた、レンズと共に、またはレンズの代わりに、回折格子、プリズム、および凹面鏡（例えば、双曲線形状を有する）のうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【０１０１】
例５
（波長安定化コンポーネントを有するレーザー。）
これより、本発明の第５の例を開示する。第５の例は、第２の例に類似しており、共通の特徴は繰り返されない場合がある。図、２２に例示するこの第５の例では、レーザー素子１は、波長安定化コンポーネント７０を含む。波長安定化コンポーネント７０は、動作条件が変化するときのレーザー光源２から発せられるソース光３の波長のばらつきを低減するように構成されている。
【０１０２】
この例では、波長安定化コンポーネントは、アルミニウム層を含み、１ｍｍ当たり３６００本の線を有する面を有する面回折格子、好ましくはホログラフィック回折格子である。しかしながら、同様の性能は、１ｍｍ当たり異なる本数の線を有する格子、異なる面材料層（例えば、銀）を有する格子、または異なる格子種類（例えば、罫線付き回折格子もしくは体積ブラッグ格子）を使用して得られ得る。さらに、同様の性能は、ダイクロイック鏡またはバンドパスフィルタを、狭い波長範囲をレーザー光源２に向かって戻るように反射するための鏡と組み合わせて使用して得られ得、レーザー光源２は、この例では第１の例に記載のものと同じレーザーダイオードである。
【０１０３】
面回折格子は、「リトロー型」外部共振型ダイオードレーザー構成で配置されている。残留光７の一部または全部は、面回折格子に入射する。この光を入射光７１と呼ぶ。面回折格子は、入射光７１が、好ましくは１次回折を通じて回析され（ただし、より高次の回折が使用されてもよい）、回折光の一部が、レーザーダイオードから発せられた光が面回折格子に向かって伝播したのと同じ経路に沿って、ただし逆方向にレーザーダイオードに向かって戻るように伝播するように、配向される。レーザーダイオードに伝播する回折光は、レーザーダイオードに、該光の波長に類似した波長を優先的に発せられる。レーザーダイオードに伝播する回折光の波長は、面回折格子の配向に依存する。１ｍｍ当たり３６００本の線を有する面回折格子の場合、面回折格子への光の入射角は、４５０ｎｍの波長の場合、おおよそ５４．１°である。レーザーダイオードに伝播する回折光の波長は、レーザーダイオードの動作条件に強くは依存しない。したがって、回折光は、レーザーダイオードにより発せられる光の波長、すなわちΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅを、動作条件の変化、例えば周囲温度の変化、レーザーダイオードに供給される電流および／または電圧の変化、レーザーダイオードのパルス動作のデューティ比の変化、レーザーダイオードのパルス動作と連続動作との間の変化により引き起こされるばらつきに対して安定化させるように作用する。よって、波長安定化コンポーネントを含まない素子と比較して、周波数変換プロセス（この例では第二次高調波発生）の波長ミスマッチ誤差が、低減され得、それにより、波長安定化コンポーネントを含まない素子の場合よりも、動作条件に関して素子１のより大きい動作可能範囲を可能にする。なお、λｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔはΛｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅに依存するため、レーザー素子１の出力光５の波長、すなわちλｐｅａｋ，ｏｕｔｐｕｔも、動作条件の変化に対して安定化され得る。これはまた、例えば出力光の波長が著しく変化することが許容不能な用途において、レーザー素子のより広い動作可能範囲を提供し得る。
【０１０４】
この例では、図２２に例示するように、レーザーダイオードにより発せられる光は、非線形光学コンポーネント４およびフィルタ６に入射してから、波長安定化コンポーネント７０に入射し、次いでレーザーダイオードに戻るように伝播する回折ビームも、フィルタおよび非線形光学コンポーネントに入射してから、レーザーダイオードに到達する。残留光７をコリメートまたは集束して、面回折格子に入射する入射光７１を形成するように、１つ以上の光学コンポーネント７２が、追加されてもよい。好ましくは、入射光７１は、面回折格子でウェストを形成する。光学コンポーネント７２のための好適な光学部品は、５ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ〜１５０ｍｍの焦点距離を有する球面レンズであってもよい。あるいは、好適なシステムは、各々が５ｍｍ〜２００ｍｍの焦点距離を有する２つの円柱レンズを含み、第１の円柱レンズが、光を第１の平面に集束させ、第２のレンズが、光を第１の面に垂直である第２の面に集束させる。２つの円柱レンズの焦点距離は、異なってもよい。１つ以上の光学部品は、出力光５をコリメートするための第１の例の同じ１つ以上の光学コンポーネント９であってもよいが、そうである必要はない。この例では、光学コンポーネント７２は、球面レンズである。回折格子からの入射光７１の正反射（０次回折）の一部または全部は、第３の例に記載のように、非線形光学コンポーネント４を加熱するために使用されてもよい。入射光７１のパワーのうち、面回折格子において回折光内に回折される部分は、１％〜９９％の範囲内であってよく、この例の場合好ましくは５０％〜９９％の範囲内である。
【０１０５】
レーザー素子１を、この第５の例に従って作製した。この素子は、特段の記載がない限り、第２の例に記載の素子１に相当する。図２２に示すように、面回折格子（１ｍｍ当たり３６００本の線を有するホログラフィック回折格子）を波長安定化コンポーネント７０として使用し、３０ｍｍの有効焦点距離を有する球面レンズ（λ＝５８８ｎｍの波長の場合）を光学コンポーネント７２として使用した。面回折格子を、入射光７１が光路に沿ってレーザーダイオードに向かって戻るように回折される（１次回折）ような配向で、ハウジング８に永久的に取り付けた。この構成では、レーザーダイオードにより発せられる光は、ピーク波長Λｐｅａｋ，ｓｏｕｒｃｅ≒４４７．１ｎｍを有し、周囲温度に対する発光波長のばらつきは、おおよそ０．００５ｎｍ．Ｋ−１であった。
【０１０６】
この例のある代替的な構成では（図２２に図示せず）、波長安定化コンポーネント７０は、レーザー光源２と非線形光学コンポーネント４との間の光路上に配設されてもよい。例えば、波長安定化コンポーネントは、レーザーダイオードにより発せられる光がコリメートレンズ１１により実質的にコリメートされ、次いで該面回折格子に入射するように配設された、面回折格子であってもよい。この構成では、面回折格子に入射する光のパワーのうち、レーザーダイオードに向かって戻る回折光として回折される部分（例えば、１次回折で）は、１％〜９９％の範囲内であってよいが、この例の場合好ましくは５％〜２０％の範囲内である。面回折格子に入射する光の正反射（０次回折）は、次いで集束光学部品（例えば、第１の円柱レンズ１２および第２の円柱レンズ１３）と相互作用し、非線形光学コンポーネント４内に入って周波数変換された出力光５を生成する。
【０１０７】
したがって、本発明の一態様は、レーザー素子である。例示的な実施形態では、レーザー素子は、第１のピーク波長を有するソース光を発するように構成された光源と、ソース光の少なくとも一部分を第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長を有する出力光に変換する周波数変換プロセスを遂行するように構成された非線形光学コンポーネントと、を含む。レーザー素子は、ソース光の第１のピーク波長と非線形光学コンポーネント内の周波数変換プロセスが最大値を有する波長との間の差を構成するミスマッチ誤差を最小化するように構成された安定化コンポーネントを含む。安定化コンポーネントは、光源と非線形光学コンポーネントとを収納するハウジングを含む。レーザー素子は、次の特徴のうちの１つ以上を、個別的にまたは組み合わせてのいずれかで、含み得る。
【０１０８】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、ハウジングは、光源と非線形光学コンポーネントとの間の温度差を最小化するように、光源と非線形光学コンポーネントとの間で熱伝導性である。
【０１０９】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、光源および非線形光学コンポーネントのハウジングへの取付点間の距離は、２００ｍｍ未満である。
【０１１０】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間のハウジングの材料の熱伝導率は、少なくとも１０Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１である。
【０１１１】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間のハウジングの熱容量は、５００Ｊ．Ｋ−１未満である。
【０１１２】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、非線形光学コンポーネントの熱容量は、０．１Ｊ．Ｋ−１未満である。
【０１１３】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、レーザー素子は、ハウジング内のヒートシンクをさらに含む。
【０１１４】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、出力光は、ソース光の第１のピーク波長を有する残留光を含む。レーザー素子は、ミスマッチ誤差を最小化する一環として、非線形光学コンポーネントを加熱するための熱源として機能するように残留光を方向付けるように構成された光学コンポーネントをさらに含む。
【０１１５】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、レーザー素子は、非線形光学コンポーネントと熱接触している吸収コンポーネントをさらに含み、光学コンポーネントは、残留光を吸収コンポーネント上に方向づけ、吸収コンポーネントは、残留光を吸収する。
【０１１６】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、レーザー素子は、残留光を出力光のうちの第２のピーク波長を有する部分から空間的に分離するフィルタをさらに含む。
【０１１７】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、レーザー素子は、ソース光を集束させる集束光学コンポーネントをさらに含む。集束光学コンポーネントは、ソース光を、最大出力パワーを与える第２の収束半角より大きい第１の収束半角を有するように集束させるように構成されている。
【０１１８】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、光源は、少なくとも０．５ｎｍのスペクトル線幅を有するソース光を発するように構成されている。
【０１１９】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、レーザー素子は、ビーム安定化光学コンポーネントは出力光の方向および／または位置を安定化させるように構成されていることをさらに含む。
【０１２０】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、ビーム安定化光学コンポーネントは、レンズ、回折格子、プリズム、または鏡のうちの少なくとも１つを含む。
【０１２１】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、安定化コンポーネントは、ソース光の第１のピーク波長のばらつきを低減するように構成された波長安定化コンポーネントを含む。
【０１２２】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、波長安定化コンポーネントは、回折格子を含む。
【０１２３】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、レーザー素子は、少なくとも±１０℃の動作可能範囲を有するように構成されている。
【０１２４】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、非線形光学コンポーネントは、ソース光の第１のピーク波長が出力光の第２のピーク波長の２倍になるような周波数２倍化コンポーネントである。
【０１２５】
レーザー素子のある例示的な実施形態では、第１のピーク波長は、４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内であり、第２のピーク波長は、２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であり、光源は、レーザーダイオードである。
【０１２６】
本発明を特定の実施形態（複数可）に関して説明してきたが、本明細書および添付図面を読み、理解すれば、当業者は等価の改変および変更に想到し得る。特に上述の要素（コンポーネント、組立体、素子、組成物など）により遂行される様々な機能に関して、それらの要素を説明するために使用される用語（「手段」に対する言及を含む）は、特に指示がない限り、本明細書の本発明の例示的な実施形態（複数可）の機能を遂行する開示の構造に構造的に等価ではないとしても、記載の要素の指定された機能を遂行する（すなわち、機能的に等価な）任意の要素に対応することを意図する。加えるに、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施形態のうちの１つ以上のみに関して上述されている場合があるものの、このような特徴は、任意の所与または特定の用途のために所望されるように、およびそのために有利であるように、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わせられてもよい。
【０１２７】
任意追加的に、素子はまた、本発明の実施形態が素子全体のほんの一部分またはサブアレイ内で利用され得るように、配置されてもよい。任意追加的に、複数の異なる実施形態のうちの一部または全部は、素子の異なる行、列、または領域内で利用されてもよい。
【０１２８】
（概要）
本発明の一態様は、レーザー光源から発せられるソース光の周波数変換を通じて光を生成するための素子であって、広範囲の動作条件にわたって効果的であり、素子の能動的温度安定化の必要がない、素子、を提供する。本発明の一態様は、小型かつ低コストのレーザー素子の製造を、そのような素子がこれまで実現されていない波長（例えば、深紫外波長）で、初めて可能にする。従来の素子では、レーザー光を周波数変換する素子は、特に出力波長が深紫外スペクトル域にある場合、狭い動作条件範囲にわたってのみ効果的なパワー出力を維持することになると予期される。これは、ソース光の波長と、非線形光学コンポーネントが良好な効率で周波数変換する波長との間の波長ミスマッチ誤差のために発生する。したがって、これまでは動作条件を注意深く制御する必要があった。例えば、レーザー光源および／または非線形光学コンポーネントは、能動的に温度制御されてもよい。しかしながら、これは、素子全体の複雑性およびサイズを増加させる。本発明の一態様は、効果的なパワー出力を維持する素子を依然として提供しながら、動作条件のこのような注意深い制御の必要性をなくす手段を提供する。
【０１２９】
本発明の一態様では、波長ミスマッチ誤差は、レーザー光源から発せられるソース光の波長と、良好な効率で周波数変換される波長とが動作条件の変化に対して同様の変化を呈するようにレーザー光源および非線形光学コンポーネントを構成することにより、低減される。
【０１３０】
本発明の一態様では、レーザー光源は、レーザー光源により発せられるソース光の波長が外的動作条件の変化に対して安定化されるように、構成されている。これは、同じ動作条件の変化に対して、ソース光の波長が、効率的に周波数変換される波長より著しく変化する状況において、波長ミスマッチ誤差を低減する。
【０１３１】
本発明の一態様では、レーザー光源および非線形光学コンポーネントは、レーザー光源と非線形光学コンポーネントとの間の良好な熱接触を提供するように構成されたハウジングに取り付けられている。これは、動作条件が変化するときの波長ミスマッチ誤差を低減する。
【０１３２】
本発明の一態様では、周波数変換に供されないソース光を使用して非線形光学コンポーネントを加熱する。これは、レーザー光源に供給される電流および／またはレーザー光源の動作モードが変化するときの波長ミスマッチ誤差を低減し得る。
【０１３３】
本発明の一態様では、素子は、非線形光学コンポーネントに入射するソース光が、素子が効果的であることを依然として可能にしながら大きい許容波長ミスマッチ誤差を提供する収束を有するように、構成されている。特に、本発明者らは、有利に大きい許容波長ミスマッチ誤差を提供する収束角が、先行技術で教示されている最高効率の周波数変換を達成するための収束角とは異なることを見出した。素子が特定の動作条件範囲にわたって効果的であることを要求される状況では、先行技術で教示されている収束角から離れるのが有利である。
【０１３４】
本発明の一態様では、レーザー光源は、広いスペクトル線幅を有する光を発するように構成されている。これは、広いスペクトル線幅を有するレーザー光を発するように構成されていないレーザー光源を使用する素子と比較して、許容波長ミスマッチ誤差を増大させ、したがってより広範囲の動作条件にわたって効果的である素子を提供する。
【０１３５】
本発明の態様により提供される有利に大きい動作可能範囲から発生する予期せぬ新たな問題は、動作条件が変化するとき、周波数変換された出力光の方向および／または位置が変化し得ることである。したがって、本発明のさらなる一態様では、この方向および／または位置の変化は、１つ以上の追加的な光学コンポーネントを含めることにより低減される。
【０１３６】
これらの態様のうちのいずれも、または全ては、組み合わせられてもよい。本発明の態様は、次のような周波数変換された光源を可能にする。
（ｉ）これらの態様を使用しない素子より広範囲の動作条件にわたって効果的にとどまる。
【０１３７】
（ｉｉ）動作条件に対して要求される制御の緩和のため（例えば、能動的温度安定化が必要とされず、したがってコンポーネントの数および複雑性を低減する）、これらの態様を使用しない素子より低コストである。
【０１３８】
（ｉｉｉ）上記と同じ理由により、これらの態様を使用しない素子より小型になり得る（例えば、能動的温度安定化が要求されず、コンポーネントの数、したがって素子のサイズを低減する）。
【０１３９】
本発明の一態様は、ソース光を生成するレーザーダイオードを使用して第二次高調波発生により深紫外光（例えば、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの波長）を生成する素子に特に有利である。深紫外光を発することができる光源の需要は、増大しており、多くの用途において、広範囲の動作条件にわたって効果的にとどまる能力は、大いに望ましいか不可欠であるかのいずれかである。
【０１４０】
本非仮出願は、米国特許法第１１９条に基づき、米国内で２０１５年１２月１８日に出願された特許出願第１４／９７４，１８４号の優先権を主張し、同出願の内容全体が、ここに参照により組み込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明の一実施形態によるレーザー素子は、深紫外光源として使用され得る。該光源は、蛍光センサまたは吸収センサ内で使用され得る。
【符号の説明】
【０１４２】
１．素子
２．レーザー光源
３．ソース光
４．非線形光学コンポーネント
５．出力光
６．フィルタ
７．残留光
８．ハウジング
９．出力光学コンポーネント
１０．任意追加の光学コンポーネント
１１．コリメートレンズ
１２．第１の円柱レンズ
１３．第２の円柱レンズ
２０．ヒートシンク
３０．第１の固定点
３１．第２の固定点
４０．ビーム折り返し光学コンポーネント
５０．光吸収コンポーネント
５１．任意追加の追加的な光学コンポーネント
６０．光学コンポーネント
７０．波長安定化コンポーネント
７１．入射光
７２．光学コンポーネント
８０．第１の方向の出力光ビーム
８１．第２の方向の出力光ビーム
８２．第３の方向の出力光ビーム
９０．凸レンズ
９１．回折格子
９２．プリズム
９３．軸外し放物面鏡
１００．任意追加の熱抵抗増大コンポーネント
【図１】
2019500656.tif 000019
【図２】
2019500656.tif 000020
【図３】
2019500656.tif 000021
【図４】
2019500656.tif 000022
【図５】
2019500656.tif 000023
【図６】
2019500656.tif 000024
【図７】
2019500656.tif 000025
【図８】
2019500656.tif 000026
【図９】
2019500656.tif 000027
【図１０】
2019500656.tif 000028
【図１１（ａ）】
2019500656.tif 000029
【図１１（ｂ）】
2019500656.tif 000030
【図１２】
2019500656.tif 000031
【図１３】
2019500656.tif 000032
【図１４（ａ）】
2019500656.tif 000033
【図１４（ｂ）】
2019500656.tif 000034
【図１４（ｃ）】
2019500656.tif 000035
【図１４（ｄ）】
2019500656.tif 000036
【図１４（ｅ）】
2019500656.tif 000037
【図１５】
2019500656.tif 000038
【図１６】
2019500656.tif 000039
【図１７】
2019500656.tif 000040
【図１８】
2019500656.tif 000041
【図１９】
2019500656.tif 000042
【図２０】
2019500656.tif 000043
【図２１】
2019500656.tif 000044
【図２２】
2019500656.tif 000045
【図２３】
2019500656.tif 000046
【国際調査報告】
2019500656.tif 000047