(57)【要約】  本発明は、さまざまな波長を有する光線を生成するための光装置に関する。前記装置は、光源装置（３４）と、ミラー装置（８０）と、キャリヤ装置（３０）と、開口部（６０）を有する出力窓（５０）と、圧力生成要素（３２）とを含む。光源装置（３４）および圧力生成要素（３２）はキャリヤ装置（３０）に包含され、キャリヤ装置は生成された光線と実質的に平行に伸びる長手軸（４０）を示し、ミラー装置（８０）および出力窓（５０）はキャリヤ装置（３０）の対向する端部に配置される。さらに、圧力生成要素（３２）は力を生成し、その力は光源装置（３４）に作用する。本発明によれば、ミラー装置（８０）および／または出力窓（５０）は、圧力生成要素（３２）によって光源装置（３４）上に及ぼされる力と関連して、少なくとも１つの変位要素（５２，，５６）によって、キャリヤ装置（３０）に対して変位され得、および／または長手軸（４０）に対して傾斜され得る。これにより光線の波長を広範囲にわたって調整することができる。
2007522660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
さまざまな波長を有する光ビームを生成するための光装置であって、
光源装置（３４）と、
ミラー装置（８０）と、
支持装置（３０）と、
開口部（６０）を有する出口窓（５０）と、
圧力生成要素（３２）とを含み、
光源装置（３４）および圧力生成要素（３２）は支持装置（３０）に包含され、支持装置は生成された光ビームと実質的に平行に伸びる長手軸（４０）を示し、ミラー装置（８０）および出口窓（５０）は支持装置（３０）の対向する端部に配置され、力は圧力生成要素（３２）によって生成され、その力は光源装置（３４）に作用し、ミラー装置（８０）および／または出口窓（５０）は、圧力生成要素（３２）によって光源装置（３４）上に生成される力に依存して、少なくとも１つの変位要素（５２，…，５５）によって、支持装置（３０）に対して変位可能、および／または長手軸（４０）に対して傾斜可能であることを特徴とする、光装置。
【請求項２】
光源装置（３４）上の力は圧力生成要素（３２）によって複数の側面から生成され得、力は好ましくは長手軸（４０）に実質的に直交して作用することを特徴とする、請求項１に記載の光装置。
【請求項３】
全体に均一な力は、圧力生成要素（３２）によって光源装置（３４）上に生成され得ることを特徴とする、請求項１または２に記載の光装置。
【請求項４】
圧力生成要素（３２）は、好ましくは過硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウムまたは硫酸銅に基づいたピエゾエレメント型であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の光装置。
【請求項５】
ピエゾエレメント（３２）は、光源装置（３４）に面する側面および反対向きの側面に連絡するために、好ましくは銀またはアルミニウムの導電性フィルムを有する電気石結晶であることを特徴とする、請求項４に記載の光装置。
【請求項６】
出口窓（５０）は半透明窓またはブルースター（Brewster）窓（５１）であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の光装置。
【請求項７】
光源装置（３４）が常に出口窓（５０）とミラー装置（８０）との間の中央に配置される態様で、出口窓（５０）およびミラー装置（８０）が変位可能なことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の光装置。
【請求項８】
変位要素は少なくとも１つのピエゾエレメント（５２，…，５６）を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の光装置。
【請求項９】
絶縁層（６１）は、ミラー装置（８０）と支持装置（３０）との間および／または出口窓（５０）と支持装置（３０）との間にあることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の光装置。
【請求項１０】
光源装置はレーザダイオード装置（３４）、特に半導体レーザ型であることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の光装置。
【請求項１１】
光装置の使用を通じてさまざまな波長を有する光ビームを生成するための方法であって
、光装置は、
光源装置（３４）と、
ミラー装置（８０）と、
支持装置（３０）と、
開口部（６０）を有する出口窓（５０）と、
圧力生成要素（３２）とを含み、
光源装置（３４）および圧力生成要素（３２）は支持装置（３０）に包含され、支持装置は生成された光ビームと実質的に平行に伸びる長手軸（４０）を有し、ミラー装置（８０）および出口窓（５０）は支持装置（３０）の対向する端部に配置され、光源装置（３４）に作用する力は圧力生成要素（３２）によって生成され、方法は、ミラー装置（８０）および／または出口窓（５０）が、圧力生成要素（３２）によって光源装置（３４）上に生成される力に依存して、少なくとも１つの変位要素（５２，…，５６）によって、支持装置（３０）に対して変位され、および／または長手軸（４０）に対して傾斜されることにある、方法。
【請求項１２】
光源装置（３４）上の力は、圧力生成要素（３２）によって複数の側面から生成され、力は好ましくは長手軸（４０）に実質的に直交して作用することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
全体に均一な力は、圧力生成要素（３２）によって光源装置（３４）上で生成され得ることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
出口窓（５０）およびミラー装置（８０）は、光源装置（３４）が常に出口窓（５０）とミラー装置（８０）との間の中央に配置される態様で変位されることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
ミラー装置（８０）と出口窓（５０）との間隔は、この距離が、対象となる波長の半分と正確に等しいかまたはこれの倍数であるよう設定されることを特徴とする、請求項１１から１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文による光装置、および光ビームを生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同じレーザ装置を用いた、さまざまな波長を有するレーザビームの生成は、それ自体公知である。したがって、所望の色成分すなわち波長を抽出するために、フィルタまたはプリズムの助けによるやり方で白色光レーザのレーザビームを分割することが提案されてきた。さらには、対応する機械システムの助けによって、レーザ装置内に存在する共振器の寸法を変更することが知られており、その結果、生成されたレーザビームの波長を変更することもできるが、あるモードから別のモードへの変更しかできない。白色光またはそれぞれ色のついた光レーザに関しては、２００３年９月１６日付けのドイツ、ボン大学（University of Bonn）のプレスリリースが参照される。そこには、白色光を単純な方法により低価格で生成することができる、新しいレーザが記載されている。白色光は適切なプリズムの助けによって色成分に分解され、次に必要な色を選択することができる。初めに挙げた手法に関しては、ジェフ  ヘヒト（Jeff Hecht）による「レーザの理解（Understanding Lasers）」（ＩＥＥＥプレス、１９９２年、２９６頁−２９７頁）と題された刊行物が参照される。
【０００３】
しかしながら公知のレーザ装置が示す特性、特に、ある波長を設定する能力の可能性、また得られたレーザビームのコヒーレンスの両方についての特性は不十分である。
【０００４】
さらに、圧力要素の助けによって、放射された光の波長を変更するために半導体の活性層に側圧を及ぼすレーザ装置が知られている。この関連では、下記の刊行物が参照される：
−  ＦＲ−１  ３８２  ７０６；
−  ＪＰ−６３  ０６６  ９８３：
−  「ｐ型Ｇｅにおける遠赤外線レーザ放射に対する単軸応力の著しい影響」と題された、Ｓ．ＫｏｍｉｙａｍａおよびＳ．Ｋｕｒｏｄａによる刊行物（アメリカ合衆国ニューヨーク、米国物理学研究所、１９８８年７月１５日発行、物理レビュー、Ｂ．凝縮物質、第３８巻第２号、１２７４頁から１２７５頁）が参照される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最後に挙げた刊行物に記載された結果から特に推論されるように、公知のレーザ装置では、比較的小さな範囲内でしか波長を変えることができない。
【０００６】
さらに、１つまたは複数のミラーの変位によって波長が変わるレーザ装置が公知である。この関連では、代表的には、ＤＥ−４２  １５  ７９７Ａ１、ＵＳ−６  ３９６  ０８３  ＢＩまたはＵＳ−２００３／００１２２４９Ａ１が参照される。しかしながら、これらの公知のレーザ装置の場合でさえ、レーザのあるモードを特に選択することによってある範囲内で波長を変えることしかできない。
【０００７】
したがって、前述の不利益が現れない光装置を特定することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１の特徴とする部分に挙げられる方策によって達成される。発明の有利な発展とさまざまな波長を有する光ビームを生成する方法とは、他の請求項に挙げら
れる。
【０００９】
発明は以下の利点を有する。圧力生成要素によって光源装置上に生成される力に依存して、ミラー装置および／または出口窓は少なくとも１つの変位要素によって支持装置に対して変位可能、および／または長手軸に対して傾斜可能であり、光ビームの波長を広範囲にわたって設定し得る可能性が作り出される。したがって、ある光装置の波長の正確な設定は、光源装置上の力を介した波長設定と、出口窓および／またはミラー装置の支持装置の長手軸に沿った同時変位との組み合わせによって可能であり、その設定は前の設定能力をはるかに超える。
【００１０】
さらに、レーザダイオード装置が光源装置として用いられる場合、ミラー装置と出口窓との間の間隔を、圧力生成要素によって設定された波長の半分の倍数として設定することによって初めて、最大限のコヒーレント光を得ることができるような必要条件が満たされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
下記において発明は、図面に示された実施例を参照してより詳しく記載される。これらは請求項で主張された主題を理解するのを助ける、例示的実施例である。
【００１２】
下記の説明では、レーザ装置は光装置の特別な場合として記載される。ここで光源は、レーザビームに課された条件を満たす光ビームを必ずしも生成しないものとして規定される。特に、一実施例で与えられるように、レーザダイオード装置が光源の光源装置として用いられる場合であってさえ、そうではない。したがって、レーザビームが生成されない特定の実施例の説明については、用語「レーザ装置」は、発明の原理をこのやりかたで変更することなく、基本的に「光装置」と置き換えることができる。
【００１３】
図１Ａでは、本発明によるレーザ装置２が示される。これは例えばガリウム砒素に基づいた半導体レーザ装置である。本発明によるレーザ装置２は目標精度が高いことによって特徴付けられる。例えば、本発明によって、レーザ装置２を用いて４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長を生成することが可能である。
【００１４】
図１Ａは、長手軸４０と平行な断面を参照して、レーザ装置２の一部の概略的な構造を示す。レーザビームとして生成された光波が長手軸４０に平行に伝播し、ミラー装置および半透明窓として実現される出口窓は、図１Ａに示されないが図２および図３を参照して説明される。半透明窓はさらに例えばいわゆるブルースター（Brewster）窓であり得る。
【００１５】
例えば黄銅または白金などの固形の熱伝導材料でできており、ハウジング部分と見なすことができる支持装置３０は、レーザ装置２の中核的特性、具体的にはレーザダイオード装置３４を囲み、レーザダイオード装置において、半導体レーザの場合に公知の方法で、ｒｈｗ  ｐ−層とｎ−層との間の接合領域でレーザビームが生成される。レーザダイオード装置３４として指定された層は、図１によれば、支持装置３０上に直接位置する。次に、レーザダイオード装置３４に始まり、第１の絶縁層３３、圧力生成要素としてのピエゾエレメント３２および第２の絶縁層３１と続き、絶縁層３１は囲んでいる支持装置３０と反対側で接触する。このように、ピエゾエレメント３２は電気的に絶縁される。
【００１６】
レーザ装置２の前述の構造によると、このように波長を変更するためにピエゾエレメント３２によって生成される力を介してレーザダイオード装置３４に作用することが可能となる。なぜなら、価電子帯と伝導帯との間隔および、そのために波長も、レーザダイオード装置３４に作用する力に依存するからである。
【００１７】
ピエゾエレメント３２は、好ましくはその表面に銀フィルムが与えられた電気石結晶からできており、そのフィルムは蒸着によって生成され、ピエゾエレメント３２全体と連絡し、これを制御するよう使用される。銀フィルムの代わりにアルミニウムまたは別の金属フィルムも蒸着により与えることができる。
【００１８】
既に説明されたように、レーザ装置２によるレーザビームの生成にはミラー装置および出口窓の両方を要し、それらはレーザ装置２の長手軸４０を実質的に横断して配置される（図１Ａまたは１Ｂ）。リヤミラーはレーザダイオード装置３４によって生成された光ビームを可能な限りすべて反射するが、出口窓は、予め定められた条件を満たす光ビームが半透明の窓を直接通ってレーザ装置２から出ることができるようにする働きをする。さらに詳しい情報は、ジェフ・ヘヒトによる「レーザの理解」と題する刊行物（１９９２年発行、ニューヨーク、ＩＥＥＥプレス第二版、１１０頁および１１１頁）で見ることができる。
【００１９】
レーザ装置２の部分の他の実施例は、図１Ａと同様、長手軸４０と平行な断面を参照する図１Ｂに示される。図１Ａの実施例に既にあるように、図１Ｂによる実施例の支持装置３０も、２つの絶縁層３１および３３、ピエゾエレメント３２およびレーザダイオード装置３４が包含されるキャビティを形成する。図１Ａによる異なる実施例とは対照的に、レーザダイオード装置３４は、当初は第１の絶縁層３３によって、次に圧力生成要素としてのピエゾエレメント３２によって、その後第２の絶縁層３１によって、最後に支持装置３０によって囲まれる。このようにして、レーザダイオード装置３４にすべての径方向、すなわち長手軸４０に実質的に直交する方向から作用する力を、圧力生成要素３２によって生成することができる。
【００２０】
図２に示されるのは、図１に示された支持要素３０上に軸方向に配置される出口窓５０である。出口窓５０は本質的に、フレーム要素７０および横向きに配置された絶縁層６１、フレーム要素７０および絶縁層６１の両方を通って与えられる開口部６０を含む。さらに切断面Ａ−Ａが図２に示され、それは図３に示される出口窓５０を通る断面の基礎を形成する。
【００２１】
図３は、図２に示された出口窓５０を切断面Ａ−Ａ（図２）に沿った断面で示す。長手軸４０と平行な断面を通じ、フレーム要素７０はＵ字型部分となって、そこへ半透明窓５１が挿入され、半透明窓５１は、伝搬方向すなわち長手軸４０方向に実質的に直交して位置する。半透明窓５１の軸方向の平行移動、および長手軸４０に対する傾斜運動の両方の変位が、位置決め要素５２から５６（下記でより一般的に変位要素とも呼ばれる）の助けによって達成され、それらは次にピエゾエレメントとして構築される。半透明窓５１の運動について自由度３となるようにするため、図３の実施例に示す位置決め要素５２から５６は、四隅のある半透明窓５１の隅に配置される。さらに、位置決め要素５２から５６が互いから独立して駆動することができるよう、位置決め要素５２から５６は個々に電気接続を介して連絡する。制御は例えば中央制御装置を介して起こるが、これ以上は図示されない。
【００２２】
できる限り完全で損失のない態様でレーザダイオード装置３４（図１）において生成された光ビームを反射するためのミラー装置は、公知技術に従って固定ミラー面として実現することができる。
【００２３】
本発明の他の実施例では、ミラー装置は固定ではなく、図２および図３を参照して説明された半透明窓５１と同様に実現することが提案される。この異なる実施例では、当然、半透明窓は必要ではない。この理由により、図３に示された半透明窓５１の代わりに必要となるのは、例えば支持部上で金属フィルムを蒸着させることによって得られる反射面で
ある。残りの要素、すなわち位置決め要素または変位要素は、その反射面を制御するのに使用される。このように、下記の説明に照らして特に明らかとなるように、固定ミラー面（ミラー要素）を有する実施例に相対して、拡大された適用範囲を示すレーザ装置２が作成される。
【００２４】
レーザ装置で共振を得るために、ミラー面（ミラー要素）と半透明窓との間隔が、対象となる波長の半分（λ／２）の倍数であるかまたはこれと正確に等しいことが決定的に重要であることが知られている。ここで本発明によれば、波長がピエゾエレメント３２（図１）を用いた変更によって変更される場合、ミラー面と半透明窓５１との間隔が対象となる波長の半分（λ／２）の倍数またはこれと正確に等しく設定されるとき、とりわけ効率的なレーザ装置（すなわち最大コヒーレント光）を得ることができる。
【００２５】
レーザダイオード装置３４にすべての側面から及ぼされる力（図１Ｂ）と同時に実行されるミラー面と半透明窓５１との間隔の正確な設定の組み合わせを通じて、極めて多様な設定を有するレーザ装置２（図１）が利用可能となり、それは特に、プリズムもしくは色フィルタの必要なく、または周波数の倍加を行なう必要もなく、例えば４００ｎｍから７００ｎｍの間で波長が電気的に設定できることで特徴付けられる。
【００２６】
図４は、図１Ａ、図１Ｂ、図２および図３を参照して説明された個々の部分を含むレーザ装置２を示す。したがって、図１による支持要素３０は、半透明窓を有するフレーム要素５０とミラー装置８０との間に配置され、絶縁層６１は個々の部分８０、３０および５６の間の電気的および熱的絶縁のために存在する。
【００２７】
図５Ａおよび５Ｂは、エピタキシ法または他の方法によっても製造されるレーザダイオード装置を示し、このレーザ装置は正方形の断面の４つの側面すべてに圧力生成要素７３，７４を示し、圧力生成要素７３，７４の４つの部分は各隅において間隔を置いている。圧力生成要素７３，７４の４つの部分すべてを同時に始動させるために、これらは電気的に接合ワイヤの助け（図５Ａおよび図５Ｂに示される）によるか、またはこの目的のために与えられる電圧源もしくは制御装置７７にそれぞれ直接に結合されて互いに接続される。
【００２８】
さらに明らかにするために、レーザダイオード装置について図５Ａにｐ−ｎ接合が、図５Ｂにｎ−ｐ接合が示される。図５Ａおよび５Ｂから、圧力生成要素７３，７４がレーザダイオード装置に対して対極を示すことは明らかであり、そのため、圧力生成要素とレーザダイオード装置と間の互いに不利な影響を防ぐことができる。
【００２９】
図５Ａおよび図５Ｂに使用された参照記号は以下のように特定することができる：
７１  レーザダイオード装置のｎ（カソード）、
７２  レーザダイオード装置のｐ（アノード）、
７３  圧力生成要素のｎ端子、
７４  圧力生成要素のｐ端子、
７５  支持要素、
７６  レーザダイオード装置のソース、
７７  レーザダイオード装置に作用する力を設定するための制御回路、
７８  圧力生成要素の個々の部分間のエアギャップ、
７９  圧力生成要素。
【００３０】
図６は、ミラー装置８０と出口窓５０との間の中央に配置されたレーザ装置２を有する、本発明による装置を概略図として示し、そのレーザ装置は、例えば図５Ａおよび５Ｂに関連して記載された方法によって実現される。この実施例は、ミラー装置８０および出口
窓５０の両方が、圧力生成要素（図６に示されない）によって生成されてレーザダイオード装置に作用する力に依存して、かつ具体的にはレーザダイオード装置が常にミラー装置８０と出口窓５０との間の中央に位置する態様で変位され、または、それぞれダイオードレーザ面が、波長の半分もしくは波長の半分の倍数だけミラー装置から遠ざかっているという点で特徴付けられるが、これはダイオードレーザ面に反射防止コートがなされているか否かに依存する。具体的には、ダイオードレーザ面に反射防止コートがなされている場合、ダイオードレーザ面とミラー装置との間に付加的な共振は構築されない。他方、ダイオードレーザ面に反射防止コートがなされていない場合、ダイオードレーザ面とミラー装置との間に付加的な共振が作られ、距離が正しくない場合、付加的な波と、そのために損失とを生じる。これはダイオードレーザ面に対するミラー装置の距離に依存する偏差であり、レーザダイオード装置の両方の出口端にあてはまる。これは、例えば図６に示される、Ｄ点で回転可能に取付けられた同期回転装置１００の助けによって達成される。ここでミラー装置８０が変位要素５２によってＷ１の方向に変位される場合、同期回転装置１００を介して出口窓５０への１：１送信が起こり、そのため出口窓に同一の大きさのＷ２の方向への変位が生じる。
【００３１】
さらなる利点として、レーザダイオード装置の中央での位置合わせまたはそれぞれの面は、最適化された電力利用を生み出す。
【００３２】
同期回転装置１００の代わりに、レーザダイオード装置が常にミラー装置８０と出口窓５０との間の中央に位置する態様で一致し、配置される、２つまたは複数の変位要素５２があっても当然よい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】光装置の一部の概略的斜視図を示し、１つの切断面は長手軸と平行に、別の切断面は長手軸を横断して位置する。
【図１Ｂ】光装置の他の実施例の一部の図１Ａによる概略的斜視図を示す。
【図２】図１Ａまたは図ＩＢに示される光装置の一部に使用するための出口窓を示す。
【図３】図ＩＡまたは図１Ｂによる長手軸と平行な断面における図２の出口窓を示す。
【図４】図１Ａ、図１Ｂ、図２および図３によって完全に組み立てられた光装置を示す。
【図５Ａ】光装置の長手軸を横断する断面を示す。
【図５Ｂ】光装置の長手軸を横断する断面を示す。
【図６】ミラー装置および出口窓が光源装置に対して常に中央に配置される、本発明による異なる実施例の概略図を示す。
【図１Ａ】
2007522660.tif 000003
【図１ｂ】
2007522660.tif 000004
【図２】
2007522660.tif 000005
【図３】
2007522660.tif 000006
【図４】
2007522660.tif 000007
【図５ａ】
2007522660.tif 000008
【図５ｂ】
2007522660.tif 000009
【図６】
2007522660.tif 000010
【国際調査報告】
2007522660.tif 000011
2007522660.tif 000012
2007522660.tif 000013
2007522660.tif 000014
2007522660.tif 000015
2007522660.tif 000016