(57)【要約】  非線形光学結晶は、結晶を受けるように構成された取り付けブロックに取り付けることができる。結晶は、結晶の面を取り付けブロックの表面に接した状態で、取り付けブロックに取り付けることができる。接着剤が、溝の底および／または側壁に接着し、さらに結晶の辺に隣接する結晶の底面および／または側面の少なくとも対応する部分に接着することにより、結晶を取り付けブロックに固定する。
2013543137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形光学結晶を受けるよう構成された取り付けブロックと、
結晶の面が前記取り付けブロックの表面に接した状態で、前記取り付けブロックに取り付けられる非線形光学結晶と、
前記取り付けブロックに接着し、さらに前記結晶の辺に沿う前記結晶の底面および／または側面の少なくとも対応する部分に接着することにより、前記結晶を前記取り付けブロックに固定する接着剤と、
を備えることを特徴とする結晶マウント。
【請求項２】
前記取り付けブロックは前記非線形光学結晶を受けるように構成された溝を含み、前記溝は、前記溝の底と側壁との交線に位置する角形状を含み、前記角形状は、前記溝の底と側壁とにそれぞれ接する前記結晶の底面と側面の交線に位置する前記結晶の辺を受けるよう構成される、請求項１に記載の結晶マウント。
【請求項３】
前記角形状と交わる１つ以上の接着剤溜めをさらに備え、前記接着剤溜めは前記結晶の辺に沿った前記接着剤の長さを制限するように構成される、請求項２に記載の結晶マウント。
【請求項４】
前記角形状は前記結晶の辺を受ける角部逃げ形状を含む、請求項２に記載の結晶マウント。
【請求項５】
前記角部逃げ形状は角部逃げ溝を含み、前記接着剤は前記角部逃げ溝内に塗布される、請求項４に記載の結晶マウント。
【請求項６】
前記取り付けブロックは前記角部逃げ溝に交わる１つ以上の接着剤溜めを含む、請求項５に記載の結晶マウント。
【請求項７】
前記非線形光学結晶は異方的な熱膨張率により特徴付けられる、請求項１に記載の結晶マウント。
【請求項８】
前記非線形光学結晶は三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）を含有する、請求項７に記載の結晶マウント。
【請求項９】
前記接着剤は前記辺に沿って約５ｍｍ〜１５ｍｍの距離に塗布される、請求項７に記載の結晶マウント。
【請求項１０】
前記接着剤は、前記辺から約０．２５ｍｍ〜約０．５ｍｍの前記側面および／または底面に沿って延びる、請求項１に記載の結晶マウント。
【請求項１１】
前記接着剤の材料はシリコーン封止材、エポキシ樹脂、ウレタン、およびＵＶ硬化性接着剤からなる群から選ばれる、請求項１に記載の結晶マウント。
【請求項１２】
１次光源と、
前記１次光源に光学的に接続される波長変換器と、を備える光学システムであって、
前記波長変換器は結晶マウントを含み、前記結晶マウントは、
非線形光学結晶を受けるよう構成された取り付けブロックと、
結晶の面が前記取り付けブロックの表面に接した状態で、前記取り付けブロックに取り付けられる非線形光学結晶と、
前記取り付けブロックに接着し、さらに前記非線形結晶の辺に沿う前記結晶の底面および／または側面の少なくとも対応する部分に接着することにより、前記結晶を前記取り付けブロックに固定する接着剤と、
を備えることを特徴とする光学システム。
【請求項１３】
前記取り付けブロックは前記非線形光学結晶を受けるように構成された溝を含み、前記溝は、前記溝の底と側壁との交線に位置する角形状を含み、前記角形状は、前記溝の底と側壁とにそれぞれ接する前記結晶の底面と側面の交線に位置する前記結晶の辺を受けるよう構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記角形状と交わる１つ以上の接着剤溜めをさらに備え、前記接着剤溜めは前記結晶の辺に沿った前記接着剤の長さを制限するように構成された、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記角形状と交わる１つ以上の接着剤溜めをさらに備え、前記接着剤溜めは前記結晶の辺に沿った前記接着剤の長さを制限するように構成された、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記角形状は前記結晶の辺を受ける角部逃げ形状を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記角部逃げ形状は角部逃げ溝を含み、前記接着剤は前記角部逃げ溝内に配置される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記角部逃げ溝に交わる１つ以上の接着剤溜めをさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記非線形光学結晶は異方的な熱膨張率により特徴付けられる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
前記非線形光学結晶は三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）を含有する、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記接着剤は前記辺に沿って約５ｍｍ〜１５ｍｍの距離に塗布される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記接着剤は、前記辺から約０．２５ｍｍ〜約０．５ｍｍの前記側面および／または底面に沿って延びる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２３】
前記非線形光学結晶は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）、タンタル酸リチウム、化学量論組成タンタル酸リチウム（ＳＬＴ）、リン酸チタニルカリウム（ＫＴＰとしても知られているＫＴｉＯＰＯ４）、ＡＤＡ、ＡＤＰ、ＣＢＯ、ＤＡＤＡ、ＤＡＤＰ、ＤＫＤＰ、ＤＬＡＰ、ＤＲＤＰ、ＫＡＢＯ、ＫＤＡ、ＫＤＰ、ＬＢ４、またはＬＦＭおよびその同形体、周期分極反転材料、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、周期分極反転タンタル酸リチウム、および化学量論組成周期分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＳＬＴ）の群から選ばれる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２４】
非線形光学結晶を受けるように構成された溝を有する取り付けブロックと、
１つ以上の接着剤溜めと、を備える結晶マウントであって、
前記溝は、前記溝の底と側壁との交線に位置する角形状を含み、前記角形状は、前記結晶の底面と側面の交線に位置する前記結晶の辺を受けるよう構成され、前記溝は、前記辺を前記角形状で受けて前記結晶が前記溝の中に受けられるとき、前記結晶の底面と側面がそれぞれ前記溝の底と側壁に接するように構成され、
前記接着剤溜めは、前記角形状に交わり、前記結晶の辺に沿った接着剤の長さを制限するように構成されることを特徴とする結晶マウント。
【請求項２５】
前記角形状は前記結晶の辺を受ける角部逃げ形状を含む、請求項２４に記載の結晶マウント。
【請求項２６】
前記角部逃げ形状は角部逃げ溝を含む、請求項２５に記載の結晶マウント。
【請求項２７】
非線形光学結晶を取り付ける方法であって、
非線形光学結晶を取り付けブロック上に受けるステップと、
前記取り付けブロックに接着し、さらに前記結晶の辺に沿う前記結晶の底面および／または側面の少なくとも対応する部分に接着する接着剤で、前記結晶を前記取り付けブロックに固定するステップと、
を含む方法。
【請求項２８】
前記取り付けブロックは溝を含み、前記溝は、前記溝の底と側壁との交線において角形状を有し、前記角形状は、前記溝の底および／または側壁にそれぞれ接する前記結晶の底面および／または側面の交線に位置する前記結晶の辺を受けるよう構成され、
前記結晶を固定するステップは、前記溝の底および／または側壁に接着し、さらに前記辺に隣接する前記結晶の底面および／または側面の少なくとも対応する部分に接着することにより、前記結晶を前記溝の中に固定するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記角形状は前記結晶の辺を受ける角部逃げ形状を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記角部逃げ形状は角部逃げ溝を含み、前記接着剤は前記角部逃げ溝に配置される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記角部逃げ溝に交わる１つ以上の接着剤溜めをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記非線形光学結晶は異方的な熱膨張率により特徴付けられる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記非線形結晶光学結晶は三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）を含有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記接着剤は前記辺に沿って約５ｍｍ〜１５ｍｍの距離に塗布される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記接着剤は、前記辺から約０．２５ｍｍ〜約０．５ｍｍの前記側面および／または底面に沿って延びる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
前記接着剤の材料はシリコーン封止材、エポキシ樹脂、ウレタン、およびＵＶ硬化性接着剤からなる群から選ばれる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
前記非線形光学結晶は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）、タンタル酸リチウム、化学量論組成タンタル酸リチウム（ＳＬＴ）、リン酸チタニルカリウム（ＫＴＰとしても知られているＫＴｉＯＰＯ４）、ＡＤＡ、ＡＤＰ、ＣＢＯ、ＤＡＤＡ、ＤＡＤＰ、ＤＫＤＰ、ＤＬＡＰ、ＤＲＤＰ、ＫＡＢＯ、ＫＤＡ、ＫＤＰ、ＬＢ４、またはＬＦＭおよびその同形体、周期分極反転材料、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、周期分極反転タンタル酸リチウム、および化学量論組成周期分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＳＬＴ）の群から選ばれる、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概してレーザーおよび光増幅器に関し、特に非線形光学結晶用の改良マウントを備えた波長変換光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学システムは、一般にレンズ、プリズム、鏡等の光学部品の正確かつ厳密な位置合わせを必要とする。適切な位置合わせは、光学部品の位置合わせ不良により性能が低下する可能性があるレーザーシステムにおいて、特に重要である。また、周波数倍増や結晶を要するその他の非線形プロセスでは、厳しい光線の性能要件に合う最適変換効率を達成するために、結晶の位置を正確に調整することが必要になることが多い。
【０００３】
したがって、安定した位置合わせは、共振器内非線形結晶共振器構成および共振器外非線形結晶共振器構成ともに、共振器内に結晶があろうとなかろうと、特に重要である。
【０００４】
位置合わせの問題は、レーザーシステムに振動が加わると著しく悪化する。同様に温度サイクルも、光学部品が異なる速さの温度変化に伴い伸張収縮することがあるため、問題となる。位置合わせの問題を最小限にするため、専用の光学マウントが、光学部品を固定するよう頻繁に用いられる。
【０００５】
波長変換レーザーシステムにおいて、レーザー光線は非線形光学結晶のようなある非線形媒質における非線形光プロセスを受ける。非線形光プロセスは、レーザー光線の一部を異なる波長に変換する。非線形結晶の位相整合は、典型的には（１）結晶軸に沿った正確なカット、（２）結晶の正確な取り付け、（３）結晶温度の制御により調整される。結晶は、典型的には特別に設計された炉に取り付けられ、炉の温度を調整することにより結晶温度が調整される。
【０００６】
非線形結晶の例として、限定するのではないが、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）、タンタル酸リチウム、化学量論組成タンタル酸リチウム（ＳＬＴ）、リン酸チタニルカリウム（ＫＴＰとしても知られているＫＴｉＯＰＯ４）、ヒ酸二水素アンモニウム（ＡＤＡ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、三ホウ酸セシウム（ＣｓＢ３Ｏ５またはＣＢＯ）、重水素化ヒ酸二水素アンモニウム（ＤＡＤＡ）、重水素化リン酸二水素アンモニウム（ＤＡＤＰ）、重水素化リン酸アルギニン（ＤＬＡＰ）、リン酸二ジュウテリウムルビジウム（ＲｂＤ２ＰＯ４またはＤＲＤＰ）、ホウ酸カリウムアルミニウム（ＫＡＢＯ）、ヒ酸二水素カリウム（ＫＤＡ）、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、重水素化リン酸二水素カリウム（ＫＤ２ＰＯ４またはＤＫＤＰ）、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（ＬＢ４）、またはギ酸リチウム一水和物（ＬＦＭ）およびこれらの同形体、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、周期分極反転タンタル酸リチウムおよび化学量論組成周期分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＳＬＴ）等の周期分極反転材料が挙げられる。
【０００７】
三ホウ酸リチウムＬｉＢ３Ｏ５すなわちＬＢＯは、興味深い有用な非線形光学結晶の一例である。ＬＢＯは、多くの点において、特にその広い透過範囲、適度に高い非線形結合、高い損傷閾値および優れた化学特性と機械的特性において、他に例を見ない。またＬＢＯ結晶は、タイプＩまたはタイプＩＩの相互作用を用いることによりＮｄ：ＹＡＧレーザーおよびＮｄ：ＹＬＦレーザーの第２高調波発生（ＳＨＧ）および第３高調波発生（ＴＨＧ）に対して位相整合が可能である。室温におけるＳＨＧに対して、タイプＩの位相整合は達成可能であり、５５１ｎｍ〜約３０００ｎｍの幅広い波長範囲で、ＸＹ主平面およびＸＺ主平面において最大の有効ＳＨＧ係数を有する。ＬＢＯの透過範囲は０．２１μｍ〜２．３μｍである。ＬＢＯにより、１．０〜１．３μｍのタイプＩのＳＨＧに対して温度制御可能な非臨界位相整合（ＮＣＰＭ）が可能となり、また０．８〜１．１μｍにおいてタイプＩＩのＳＨＧに対して室温で非臨界位相整合ができる。またＬＢＯは、適当な許容角度の帯域幅を有しており光源レーザーのビーム品質要件を低くできるので、所望の非線形光学材料である。
【０００８】
７０％超のＳＨＧ変換効率がＬＢＯでパルスＮｄ：ＹＡＧレーザーに対して観察され、３０％の変換効率がＬＢＯで連続波（ＣＷ）Ｎｄ：ＹＡＧレーザーに対して観察されている。パルスＮｄ：ＹＡＧレーザーに対する６０％超のＴＨＧ変換効率がＬＢＯで観察されている。またＬＢＯは、幅広い可同調波長帯と高い出力パワーを持つ光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）または光学パラメトリック増幅器用（ＯＰＡ）にも優れた非線形光学（ＮＬＯ）結晶である。このため、ＬＢＯは様々な用途に所望される非線形光学結晶である。
【０００９】
しかし、ＬＢＯは取り扱いの難しい材料である。ＬＢＯは吸湿性があり、高価である。光学システムにおいて、ＬＢＯ結晶は不純物がなく、たとえば完全に静止しているなど、安定している必要があり、典型的には結晶の温度を０．１℃以内で制御しなければならない。さらに結晶の取り付けは、ＬＢＯの著しく異方的な熱膨張があるため重要である。特にＬＢＯの熱膨張率は、そのｘ、ｙ、ｚの結晶軸それぞれで１０．８×１０−５／Ｋ、−８．８×１０−５／Ｋ、３．４×１０−５／Ｋである。光学的考慮により、結晶のカット、すなわち位相整合が決まる。たとえば、ＬＢＯに対する第２高調波発生（ＳＨＧ）カットは、第３高調波発生（ＴＨＧ）カットよりも実施しやすい。同様に、ＳＨＧ用の取り付けシステムは、ＴＨＧ用よりも簡単である。
【００１０】
ＬＢＯの特性により、ＬＢＯの炉内への取り付けが特に難しくなる。以前は、レーザーシステムでは接着剤またはクランプ機構（たとえば、バネ荷重）を用いて、ＳＨＧまたはＴＨＧ用にＬＢＯ結晶を炉に固定した。他のシステムでは、金のフラッシュメッキとはんだを用いてＬＢＯ結晶を取り付けた。異方的な熱膨張による結晶の損傷を避けるために、小さい点状の接着剤を用いてＬＢＯ（５ｍｍ〜１５ｍｍ長）結晶を炉に取り付けてもよい。その場合には、歪みを低減するため、接着剤は典型的には室温近くで硬化される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、単一の点状接着剤では、ＬＢＯ結晶を欠けやひび割れから保護しつつ確実に安定して保持するためには、不十分かもしれない。別の問題として、熱異方性を有するＬＢＯは、通常、熱異方性を有する金属に接着される。ＬＢＯと金属の間の熱膨張率（ＣＴＥ）のミスマッチが、往々にしてＬＢＯ結晶を破損させる熱膨張の違いをもたらす。さらに、接着剤やはんだ等の接着剤および／または機械的な締め付けを用いる方法は、結晶の欠けやひび割れ、または機械的不安定性等の重大な欠点を持つ。
本発明の実施形態は、このような状況から生じたものである。
以下の詳細な説明を読んで添付図面を参照すれば、本発明の他の目的および利点は明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の実施形態による非線形光学結晶の取り付けを示す、部分的に分解して切り取った結晶マウントの３次元図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＢ−Ｂ線における図１Ａの結晶マウントの断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態によるＬＢＯ結晶取り付け用の結晶マウントの、部分的に分解して切り取った３次元図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による結晶マウントにおける角部逃げ溝のための代替構成を示す部分断面図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態による結晶マウントにおける角部逃げ溝のための代替構成を示す部分断面図である。
【図２Ｄ】本発明の実施形態による結晶マウントにおける角部逃げ溝のための代替構成を示す部分断面図である。
【図３Ａ】発明の実施形態による結晶の取り付けを示す３次元切断図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＢ−Ｂ線における図２Ａに示す結晶マウントの断面図である。
【図４】本発明の実施形態による波長変換レーザーシステムの概略図である。
【図５】本発明の代替実施形態による結晶マウントを示す３次元概略図である。
【図６Ａ】本発明の代替実施形態による面取りした結晶を用いた結晶マウントの一例を示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の代替実施形態による面取りした結晶を用いた結晶マウントの一例を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明の他の代替実施形態による結晶マウントの例を示す断面図である。
【図７Ｂ】本発明の他の代替実施形態による結晶マウントの例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な記述は、説明の目的のために多くの具体的な詳細を含むが、通常の当業者ならば、以下の詳細に対する多くの変化例や代替例が本発明の範囲内に含まれることを理解するであろう。従って以下に記す本発明の実施例は、請求された発明の一般性を失うことなく、かつこれに何らかの制限を加えることなく説明される。
【００１４】
［用語解説］
本明細書において、
ビームスプリッタとは、光線を２つ以上の部分に分割することのできる光学装置を言う。
【００１５】
ブリルアン散乱は、媒質を通過する光波と音波の間の相互作用に起因する媒質における光の自然散乱を含む、非線形光学現象を言う。
【００１６】
キャビティまたは光共鳴キャビティとは、光が往復または循環できるための２つ以上の反射面によって定義された光路を言う。光路に交差する物体は、キャビティ内にあると言われる。
【００１７】
連続波（ＣＷ）は、放射エネルギーを短いバーストではなく、むしろパルスレーザーのように連続的に放出するレーザーを言う。
【００１８】
負荷サイクル（Ｄ）とは、規則的な間隔で生じるパルスに対するパルス持続時間τとパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）との積を言う。負荷サイクルは率で、たとえば０．０１として表現されてよく、または同等にパーセンテージで、たとえば１％として表現されてよい。
【００１９】
ダイオードレーザーとは、誘導放出を利用することによってコヒーレントな光出力を生成するように設計された発光ダイオードを言う。ダイオードレーザーは、レーザーダイオードまたは半導体レーザーとしても知られている。
【００２０】
ダイオード励起レーザーとは、ダイオードレーザーによって励起される利得媒質を有するレーザーを言う。
【００２１】
利得とは、ある点から別の点に伝送される信号の強度、パワーまたはパルスエネルギーの増幅器による増加を言う。「非飽和利得」という用語は、増幅器における反転準位を著しく変化させない増幅器を通過する小信号の増加を言う。本明細書において、利得と非飽和利得は互換的に使用される。
【００２２】
利得媒質とは、レーザーに関連して以下に記載する光利得を生成することができる材料を言う。
【００２３】
ガーネットは特殊な種類の酸化物結晶であり、たとえばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）、ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット（ＧＳＧＧ）、イットリウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット（ＹＳＧＧ）等を含む。
【００２４】
赤外線とは、約７００ナノメートル（ｎｍ）と約１００，０００ｎｍの間の真空波長によって特徴付けられる電磁波を言う。
【００２５】
レーザーは、Ｌｉｇｈｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ（放射エネルギーの誘導放出による光増幅）の頭字語である。レーザーはレーザー化可能な材料を含むキャビティである。これは原子がポンピング、たとえば光または放電によって準安定状態に励起され得る任意の材料、たとえば結晶、ガラス、液体、半導体、色素、気体である。光は、準安定状態から基底状態に戻るときに材料によって放出される。光の放出は、通過する光子が存在することによって誘導され、通過する光子は、放出される光子に誘導する光子と同じ位相および方向を持たせる。光（本明細書では誘導放射と呼ぶ）はキャビティ内で振動し、一部がキャビティから放射されて出力ビームを形成する。
【００２６】
光：本明細書で用いられる「光」という用語は、一般に赤外から紫外に至る周波数範囲内の電磁波を言い、約１ナノメートル（１０−９メートル）から約１００ミクロンの真空波長の範囲に概ね対応する。
【００２７】
非線形効果とは、典型的にほぼ単色の指向性光線、たとえばレーザーによって作られる光線でのみ見ることができる一種の光学現象を言う。より高次の高調波発生（たとえば第２、第３、および第４高調波の発生）、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、非線形効果の例である。
【００２８】
非線形光波長変換プロセスは、非線形媒質を通過する所与の真空波長λ０の入力光が、媒質と媒質を通過する他の光のうちの少なくとも一方と相互作用することによって、入力光と異なる真空波長を有する出力光を生成する非線形光プロセスである。非線形波長変換は非線形周波数変換と等価であり、それは２つの値が真空中の光の速度によって関連付けられるからである。両用語を互換的に使用してもよい。非線形光波長変換は以下を含む。
高次高調波発生（ＨＨＧ）、たとえば第２高調波発生（ＳＨＧ）、第３高調波発生（ＴＨＧ）、第４高調波発生（ＦＨＧ）等で、入力光の２つ以上の光子が、周波数Ｎｆ０を有する出力光の光子を生成するように相互作用し、ここでＮは相互作用する光子の数である。たとえば、ＳＨＧにおいてはＮ＝２である。
和周波発生（ＳＦＧ）では、周波数ｆ１の入力光の光子が、周波数ｆ１＋ｆ２を有する出力光を生成するように周波数ｆ２の他の入力光の光子と相互作用する。
差周波発生（ＤＦＧ）では、周波数ｆ１の入力光の光子が、周波数ｆ１−ｆ２を有する出力光の光子を生成するように周波数ｆ２の他の入力光の光子と相互作用する。
【００２９】
非線形材料とは、非線形効果を生じさせ得る光放射に対して非ゼロ非線形誘電応答を有する材料を言う。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（ＬＢＯ）、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）、ＫＤＰおよびその同形体、ＬｉＩＯ３の結晶、並びにたとえばＰＰＬＮ、ＰＰＳＬＴ、ＰＰＫＴＰ等の疑似位相整合材料等が挙げられる。光ファイバもファイバ内に微細構造を形成することによって光放射に対して非線形な応答性を持たせることができる。
【００３０】
光増幅器とは、入力された光信号のパワーを増幅する装置を言う。光増幅器は、ポンピング放射によって駆動される利得媒質を使用する点でレーザーに似ている。増幅器は、一般にフィードバック（即ちキャビティ）が無いので、利得はあるが発振はしない。本明細書で使用する光出力増幅器は、一般に増幅されたビームを目標または波長変換器に送出する前の最後の光増幅器を指す。放射源と出力増幅器との間の増幅段階は、本明細書では前置増幅器と一般に呼ぶ。
【００３１】
位相整合とは、多重波非線形光プロセスで使用され、波の間のエネルギーをコヒーレントに伝送できる距離を拡大する技術を言う。たとえば、３波プロセスは、ｋｉがプロセスに関与するｉ番目の波の波数ベクトルで、ｋ１＋ｋ２＝ｋ３の場合、位相整合していると言える。たとえば周波数倍増において、基本波と第２高調波の位相速度が整合しているときに、プロセスは最も効率的である。典型的に位相整合条件は、非線形材料における光波長、偏光状態、および伝搬方向を慎重に選択することによって達成される。
【００３２】
パルス持続時間（τ）とは、繰り返し信号の時間的持続期間または寿命、たとえばパルスの立ち上がりと立ち下がりの電力半値点の間の時間間隔を言う。パルス持続時間は、「パルス幅」とも呼ばれる。
【００３３】
パルスエネルギーとは、パルス内のエネルギー量を言う。パルスエネルギーは、瞬間的パルス電力をパルス周期にわたって積分することによって計算してもよい。
【００３４】
パルス周期（Ｔ）とは、２つ以上のパルスの列において連続するパルスの等値点の間の時間を言う。
【００３５】
パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）は、単位時間当たりのパルスの繰り返し率を言う。パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）は周期Ｔと反比例し、たとえばＰＲＦ＝１／Ｔである。
【００３６】
Ｑは、共振器（キャビティ）の性能指数であり、（２π）×（共振器内に蓄積された平均エネルギー）／（サイクル当りの消散エネルギー）として定義される。光共振器の表面の反射率が高く、かつ吸収損失が低いほど、Ｑは大きく、かつ所望のモードからのエネルギー損失は少なくなる。
【００３７】
Ｑスイッチとは、光共振器のＱを急速に変化させるために使用される装置を言う。
【００３８】
Ｑスイッチレーザーとは、レーザーキャビティ内のＱスイッチを使用することによってレーザー媒質内で高レベルの反転（光利得とエネルギーの蓄積）が達成されるまでレーザー発振作用を阻止するレーザーを言う。スイッチが、たとえば音響光学変調器または電気光学変調器または可飽和吸収体によってキャビティのＱを急速に増大させると、莫大なパルスが生成される。
【００３９】
疑似連続波（擬似ＣＷ）とは、連続しているように見える程高い繰り返し率で次々とパルス生成することを言う。
【００４０】
疑似位相整合（ＱＰＭ）材料：疑似位相整合材料において、材料の非線形率の符号を周期的に変化させることによって基本波の放射と高次高調波の放射が位相整合される。符号変化の周期（ｋＱＰＭ）によって、ｋＱＰＭ＋ｋ１＋ｋ２＝ｋ３といった新たな項が位相整合式に追加される。ＱＰＭ材料において、基本波と高次高調波は、同一の偏光を有することがあり、効率を改善することが多い。疑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（ＰＰＬＴ）、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、化学量論組成周期分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＳＬＴ）、周期分極反転リン酸チタニルカリウム（ＰＰＫＴＰ）または周期分極反転微細構造グラスファイバがある。
【００４１】
ラマン散乱とは、散乱光が入射光よりも低い周波数を有する物質による入射光の散乱を言う。入射光と散乱光との周波数の差（ラマンシフトと呼ぶ）は、散乱材料の固有振動周波数に対応する。
【００４２】
光増幅器の飽和とは、遷移周波数の付近の入射放射のパワーが特定の値を越える時、その周波数の付近の媒質の利得係数が減少することを言う。利得係数が一定であれば、媒質によって放出されるパワーは、入射パワーに比例する。しかし典型的には、利得媒質がパワーを放射できる率には限界がある。この限界は、関与するエネルギーレベルの寿命に依存する。この限界に達すると、誘導遷移は、上位のエネルギーレベルの分布を著しく低下させるほど急速になり、利得係数を減少させる。その効果は、増幅されたパワーを入力パワーの関数として「平坦化」することである。
【００４３】
誘導ブリルアン散乱は、強烈な光が結晶格子内で超音波を発生させる結晶格子の変形を引き起こす増幅プロセスの一種である。
【００４４】
誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）は、強力な光線を伴って発生し得るラマン散乱の一種である。ラマン散乱光は利得を得て、そのパワーは指数関数的に増加する。入射光のパワーが閾値を超えると、入射光の大部分が入射光よりも周波数の低いラマン散乱光に変換される。ＳＲＳは、誘導ラマン効果またはコヒーレント・ラマン効果としても知られていることがある。
【００４５】
紫外（ＵＶ）線とは、可視領域の波長よりも短く、軟Ｘ線の波長よりも長い真空波長によって特徴付けられる電磁波を言う。紫外線は以下の波長領域に細分できる。即ち、約３８０ｎｍ〜約２００ｎｍの近紫外領域、約２００ｎｍ〜約１０ｎｍの遠紫外領域または真空紫外領域（ＦＵＶまたはＶＵＶ）、約１ｎｍ〜約３１ｎｍの極紫外領域（ＥＵＶまたはＸＵＶ）。
【００４６】
真空波長：電磁波の波長は一般に波が進行する媒質の関数である。真空波長とは、所与の周波数の電磁波が真空中を伝播する場合の波長であり、周波数で除した真空中の光の速度によって与えられる。
【００４７】
飽和強度（Ｉｓａｔ）：増幅器の利得をその小信号値の半分に減少させる強度である。増幅器を通過する信号強度が飽和強度よりも著しく大きい場合、増幅器は飽和していると言われる。
【００４８】
［はじめに］
本発明の実施形態は、ＬＢＯ結晶を結晶の縁端部に塗布された接着剤で結晶炉マウント内に確実に安定して取り付けることができる、という出願人の偶発的発見を活用したものである。発見の特質は、図１Ａおよび図１Ｂを参照して理解できる。特に図１Ａに見られるように、非線形光学結晶１０１は典型的には、金属ブロック１０４内に形成された溝１０２の中に取り付けられる。結晶１０１は三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶であってもよい。あるいは結晶１０１は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）、タンタル酸リチウム、化学量論組成タンタル酸リチウム（ＳＬＴ）、リン酸チタニルカリウム（ＫＴＰとしても知られているＫＴｉＯＰＯ４）、ＡＤＡ、ＡＤＰ、ＣＢＯ、ＤＡＤＡ、ＤＡＤＰ、ＤＫＤＰ、ＤＬＡＰ、ＤＲＤＰ、ＫＡＢＯ、ＫＤＡ、ＫＤＰ、ＬＢ４、またはＬＦＭおよびその同形体等の他の非線形光学材料で作ってもよい。また結晶１０１は、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、周期分極反転タンタル酸リチウム、および化学量論組成周期分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＳＬＴ）等の周期分極反転材料で作ってもよい。
【００４９】
結晶１０１は、一般に６つの面を持つ直角平行六面体の形状である。結晶は、２つの面が交わる辺Ｅと２つの辺が交わる角Ｃとを有する。溝１０２は、結晶１０１よりも僅かに広い。結晶の底面Ｆｂおよび１つの側面Ｆｓは、溝１０２の底と側壁とに接する。図１Ｂの断面に見られるように、結晶の角は完全な直角である。残念ながら、従来の工作機械では、完全な直角の角を持つ溝を形成することができない。結晶１０１の直角の角を経済的に対応できるようにするために、溝１０２は通常、角部逃げ溝１０３を含む。
【００５０】
例として、結晶１０１は、長さが約１５〜２０ｍｍ、幅が約２〜３ｍｍ、高さが２〜３ｍｍであってもよい。
【００５１】
慣習的に、結晶は、底面Ｆｂ等の面の１つに少量の接着剤１０５を塗布することにより、溝の中に取り付けられる。接着剤１０５は、注入口１０６を通して注射器で結晶に塗布することができる。出願人の発見より前は、結晶に塗布する接着剤の量を制限して接着剤が角部逃げ溝１０３内にはみ出ることを避けるのが、一般的な方法であった。これは、ひび割れが結晶の角および辺から広がる傾向があり、角に接着剤を塗布して溝１０３内に結晶を固定することがそうしたひび割れの要因になると考えられていたからである。
【００５２】
ある時まったく偶然に、出願人の１人が、ＬＢＯ結晶を取り付ける際に、注入口１０６に接着材を過剰に塗布した。過剰な接着材は、角部逃げ溝１０３内へ、および角部逃げ溝の中に受けられる結晶の辺の上へとはみ出した。出願人は、通常ならそのような結晶とマウントを認めずに廃棄したであろう。しかし、結晶マウント用の部品が不足していたため、出願人は、結果として取り付けられた結晶の安定性を試験することにした。出願人が大変驚いたことに、ＬＢＯ結晶は溝の中にひび割れることなく安定して取り付けられた。
【００５３】
この発見に基づき、非線形光学結晶の取り付け方法、光学システム用の結晶マウント、および波長変換レーザーシステムが、本発明の実施形態に従って開発された。
【００５４】
［実施形態］
図２Ａは、本発明の実施形態に従って結晶を取り付ける例および発明の結晶マウントを示す。
【００５５】
本発明の実施形態によれば、異方的な熱膨張率を有する非線形光学結晶２０１を確実に取り付けることができる。例として、結晶は三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）またはその他の非線形光学材料で作ってもよい。結晶は、材料ブロック２０４内に形成された溝２０２の中に配置される。結晶２０１の底面Ｆｂは、溝２０２の底Ｂと一列に並んで接する。結晶２０１の側面Ｆｓは、溝２０２の側壁Ｓと一列に並んで接する。結晶は、結晶の底面と側面とが交わる結晶２０１の辺Ｅに最も近い底面および／または側面の一部に沿って塗布された接着剤２０５により、溝２０２の中に固定される。
【００５６】
溝２０２は、一般的に底Ｂと側壁Ｓの交線に位置する角形状を含む。角形状は、結晶の側面Ｆｓと底面Ｆｂがそれぞれ溝の側壁Ｓと底Ｂに接するように、辺Ｅを受ける。角形状は、辺Ｅを受けるために十分に直角である角であってよい。あるいは、角形状は、辺Ｅを受ける角部逃げ溝２０３を任意に含んでもよい。図２Ｂ〜２Ｄは、角部逃げ溝の断面の実現可能な例を示す。接着剤を、溝２０２と連通する注入口２０６を通して注射器で塗布してもよい。角部逃げ溝は、接着剤が辺Ｅに沿って拡がるのを制限するために、１つ以上の接着剤溜め２０８を含んでもよい。例として、限定するのではないが、接着剤溜め２０８は注入口２０６のいずれの側に位置してもよい。過剰な接着剤は接着剤溜めに流れ込むことができるため、接着剤が辺Ｅに塗布される程度が制限される。たとえば、接着剤溜め２０８が十分に大きくかつ十分に深ければ、辺Ｅに沿った接着剤のはみ出しを２つの接着剤溜めの間の部分に制限することができ、これにより接着剤の界面長さを制御できる。
【００５７】
図３Ａ〜３Ｂは、本発明の実施形態による結晶マウント３００を示す。これらの図に示すように、結晶マウント３００は一般的に、たとえばネジ３０３および／または接着剤により炉基部３０５に固定されてもよい金属ブロックの形状の炉本体３０２を含んでもよい。熱電（ペルチェ効果）冷却器等の冷却素子３０９を、結晶３１０の温度制御のために、ブロック３０２と基部３０５の間に取り付けることができる。
【００５８】
ブロック３０２は、ＬＢＯ結晶または他の非線形光学材料の結晶等の非線形光学結晶３１０を受ける溝３０６を含む。接着剤は、注入口３０７を通して溝に注入してもよい。接着剤溜め３０７Ａは、注入の際に接着剤のはみ出しを制御するために、直角に注入口と連通してもよい。角部逃げ溝３０８は、結晶の底と側壁とが交わる辺においてブロック内に形成される。円形の角部逃げが図３Ａ〜３Ｂに示されているが、角部逃げの形状は代わりに、図２Ｂ〜２Ｄに示す形状のいずれかのような別の形状であってもよい。角部逃げ３０８は、溝が形成された後に、たとえばすり割り鋸、蟻溝（ありみぞ）カッター、またはＥＤＭで形成することができる。あるいは、角部逃げ３０８は、溝を形成する前に、たとえばブロック３０２に丸穴を予めドリルで開けてから溝が部分的に予め開けた穴に重なるように溝３０６を（たとえばフライス盤で）機械加工することにより、ブロックに形成してもよい。接着剤溜め（図示せず）は、たとえば角部逃げと交差するようにブロック３０２にブロック底部から穴を開けることにより、形成してもよい。２つの接着剤溜めの大きさと間隔は、接着剤を塗布する結晶の長さを制御するために、選定してもよい。
【００５９】
本発明の好適な実施形態によれば、結晶の辺Ｅに沿って約５〜１５ｍｍで溝３０６の底と側壁とに接する結晶の面に沿って辺から約０．２５〜０．５ｍｍの接着剤接触面も、結晶３１０を保持する上で効果的である。接着剤は、接着の長さを制御するために、結晶３１０を取り付ける前に、角部逃げ３０８内に配置できる。角部逃げ３０８の１つの実際に役立つ例では、１５〜２０ｍｍの結晶が、辺Ｅに沿って約１０ｍｍの接着剤接触面で、安定して取り付けられた。
【００６０】
結晶３１０を結晶マウント３００内に固定するために用いられる接着剤は、回復可能な弾力性があり、移動性がなく、熱膨張率（ＣＴＥ）の変化にも対応できる接着剤でもよい。接着剤は、硬化すると僅かに収縮する可能性がある。好適な接着剤の例として、数ある中でも、エポキシ樹脂と封止材等の二液性接着剤がある。例として、限定するのではないが、本発明の実施形態においてＬＢＯ結晶を固定するために用いることができる好適な接着剤のいくつかの具体的な例として以下が挙げられる。
ａ）シリコーンエラストマー封止材、たとえば、カリフォルニア州サンタバーバラのＮｕＳｉｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから入手可能なＮｕＳｉｌ  Ｔｅｃｈ  ＳＣＶ−２５９０−２、ＮｕＳｉｌ  Ｔｅｃｈ  ＣＶ−２９６４、およびミシガン州ミッドランドのＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳｙｌｇａｒｄ（登録商標）１６０とＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ９３−５００
ｂ）エポキシ樹脂、たとえば、マサチューセッツ州ビレリカのＥｐｏｘｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｉｎｃ．からのＥｐｏ−Ｔｅｋ３５３ＮＤ、またはノースカロライナ州ケーリーのＬｏｒｄ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＣａｓｔａｌｌ  Ｅ−３０１／ＲＴ−Ｉ、Ｅｍｅｒｓｏｎ＆Ｃｕｍｉｎｇ  ２６５１−４０／ＣＡＴ１１、Ｅｐｏｘｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、マサチューセッツ州ベッドフォードのＴｒａ−Ｃｏｎ，Ｉｎｃ．からのＴｒａ−Ｂｏｎｄ２１５１、Ｔｒａ−Ｂｏｎｄ２１５８、Ｔｒａ−Ｂｏｎｄ２２５４、またはＴｒａ−Ｂｏｎｄ２９０３
ｃ）高温セラミック接着剤、たとえば、ニューヨーク州バレーコテージのＡｒｅｍｃｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．からのＣｅｒａｍａｂｏｎｄ８３５Ｍ
ｄ）ウレタン、たとえば、カリフォルニア州グレンデールのＰＲＣ−ＤｅＳｏｔｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．からのＰＲ１５６４Ａ／Ｂ、またはユタ州ソルトレークシティーのＨｕｎｓｔｍａｎ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＡｒａｔｈａｎｅ５７５３  Ａ／Ｂ
ｄ）ＵＶ硬化性接着材（エポキシ樹脂やアクリル樹脂等）、たとえば、ニュージャージー州クランベリーのＮｏｒｌａｎｄ  ＰｒｏｄｕｃｔｓからのＮｏｒｌａｎｄ４０または７０シリーズおよびニュージャージー州ハッケンサックのＭａｓｔｅｒ  Ｂｏｎｄ  Ｉｎｃ．からのＭａｓｔｅｒ  Ｂｏｎｄ  ＵＶ１５−Ｔｈ
【００６１】
図４は、本発明の実施形態による光学システム４００を示す。具体的には、システム４００は一般的に、１次光源４０１、任意のコントローラ４０３、および波長変換器４１０を含む。１次光源４０１は、シード光源４０２、１つ以上の任意の光学前置増幅器４０４、および任意の出力増幅器４０６を含む。波長変換器４１０は、図２Ａ〜２Ｄおよび図３Ａ〜３Ｂで先に説明したように結晶マウントに取り付けられたＬＢＯ結晶を含む。結晶における位相整合のための波長が、結晶を加熱または冷却することにより変えられる。
【００６２】
システム４００において、シード光源４０２はシード光４０３Ａを生成してもよく、前置増幅器４０４はシード光４０３Ａを増幅して入力信号４０５を生成してもよく、出力増幅器４０６は入力信号４０５をさらに増幅して増幅出力４０７を生成することができる。あるいは、前置増幅器を省略してもよく、シード光４０３Ａを入力信号４０５として用いてもよい。なおさらに、本発明の実施形態は、前置増幅器または出力増幅器による増幅を必要としない適切な光源で１次光を生成してもよい。
【００６３】
当該技術分野で周知のように、最高の変換効率を得られるように増幅されたビームを調整するのと同様に、後方へ伝搬するビームを防止し、シーディングのない自然放出の影響を最小化するために、出力増幅器４０６と波長変換器４１０の間に帯域通過フィルタや光アイソレータ等の入力結合光学部品４０８を配置することができる。
【００６４】
例として、限定するのではないが、シード光源４０２は半導体レーザーを含んでもよく、シード光４０３Ａをコヒーレント光の形態とすることも可能である。シード光源４０２により生成されるシード光４０３Ａは、電磁スペクトルの近赤外部分または可視部分にあってもよい。たとえば、シード光４０３Ａは、約６３０ｎｍから約３０００ｎｍまでの範囲の真空波長によって特徴付けられてもよい。この範囲内の波長を持つ光信号を、異なる基板で作成された様々な半導体レーザーを用いて取得してもよい。
【００６５】
シード光源４０２のための実現可能な設計は、数多く様々である。例として、限定するのではないが、シード光源４０２は、分布帰還（ＤＦＢ）または分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）型半導体ダイオードレーザー等の半導体ダイオードレーザーであってもよい。半導体レーザーを、ダイオードを通る電流を駆動することにより励起してもよい。他のタイプのレーザーをシード光源として用いてもよい。このように、本発明の実施形態は、特定のシード光源に限定されない。
【００６６】
光学出力増幅器４０６からの増幅出力４０７は、波長変換器４１０に光学的に接続することができる。波長変換器４１０内で行われる非線形光学プロセスは、少なくとも増幅出力４０７の一部を波長変換し、波長変換出力４０９を生成する。増幅出力４０７は、好ましくは、波長変換器内で行われる非線形光学プロセスで所望の変換効率を得るために十分な光強度を有する。またシステム４００は、波長変換出力４０９を受け、最終出力４１３を送る出力結合光学部品４１６を含んでもよい。結合光学部品４１６は、簡単なウィンドウを含んでもよく、また光ファイバを含んでもよい。
【００６７】
波長変換器４１０は、図２Ａ〜２Ｄおよび／または３Ａ〜３Ｂに関して先に説明したように構成してもよい。具体的には、波長変換器は、ＬＢＯ結晶等の非線形結晶４１４を受けるように構成された溝を有する結晶マウント４１２を含んでもよい。結晶４１４は、第２高調波発生（ＳＨＧ）および第３高調波発生（ＴＨＧ）等の特定の非線形変換プロセスを優先したものでよい。溝は、結晶４１４の辺を受ける角部逃げ形状を含んでよい。結晶４１４は、角部逃げ形状の中に受けられる結晶の辺に沿って塗布される接着剤により、溝の中に固定されてもよい。結晶マウント４１２は、コントローラ４０１に操作可能に接続された温度センサと共に加熱素子および／またはペルチェ冷却素子を含んでもよい。コントローラは、結晶マウント４１２および／または結晶４１４の温度を変化させることにより、結晶４１２内で行われる非線形光学プロセスの位相整合を調整してもよい。温度を、たとえばペルチェ冷却素子または加熱素子を温度センサと共にフィードバックループで操作することにより、安定させてもよい。
【００６８】
なお、例示の目的のために、波長変換器４１０はキャビティ外の構成の中に示されている。すなわち、結晶４１２および結晶マウント４１４は、レーザーキャビティの外側に位置する。しかし、本発明の実施形態は、結晶４１２がレーザーキャビティ内に取り付けられる構成を含む。
【００６９】
またコントローラ４０３は、シード光源４０２および／または任意の光学前置増幅器４０４、出力増幅器４０６に操作可能に接続されてもよい。コントローラは、シード光源４０２のパルス幅τおよびパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）等のシード光４０３Ａのパルス特性を制御するように作られた論理回路を含んでもよい。例として、シード光源４０２が半導体ダイオードレーザーの場合、コントローラ４０３は、シード光源を励起するために用いられる電気駆動回路４２２に、制御信号を送信してもよい。電気駆動回路４２２の動作パラメータを調整するように制御信号を構成してもよい。代替の実施形態では、シード光源の光４０３Ａは、たとえばシード光源４０２として用いられるＤＢＲレーザーの格子部を加熱する電流パルスを適用することにより、シード光源でアクチュエータを通してスペクトル制御されてもよい。コントローラ４０３は、波長変換された平均出力および／またはパルスエネルギー、パルス持続時間τ、パルス周期Ｔ、またはパルス負荷サイクルをユーザ制御入力４２３に応答して調整してもよい。いくつかの実施形態では、システムのコントローラ４０３は、１つ以上のフィードバック信号に応答して動作してもよい。たとえば、最終出力４１３の一部を、たとえばビームスプリッタ４１７によりパワーモニタ４２０に向けて偏向させてもよい。残りの出力４１５を目標物４１８に結びつけてもよい。あるいは、最終出力４１３を目標物４１８に直接結びつけてもよい。
【００７０】
最終出力４１３または残りの出力４１５は、用途に応じて多くの様々なタイプのプロセスのどれを実行するためでも、多くの様々なタイプの目標物のどれに届けてもよい。システム４００の用途には、材料加工、治療、レーザー粒子加速器、およびウェーハ検査があるが、これらには限定されない。目標物４１８に適した材料の例として、金属、セラミック、半導体、ポリマー、複合材料、薄膜、有機材料、生体外または生体内の生物サンプル、および素粒子が挙げられるが、これらに限定されない。材料加工の特定の場合においては、目標物は、たとえばワイヤー、プリント回路（ＰＣ）基板、集積回路（ＩＣ）パッケージ、ＩＣウェーハダイ、ＬＥＤウェーハ、パッケージ、ダイ等を含んでもよい。材料加工用途の例としては、表面テクスチャリング、熱処理、表面彫刻、精密マイクロマシニング、表面除去、切断、溝彫り、バンプ形成、被覆、はんだ付け、ろう付け、焼結、シーリング、溶接、リンクブローイング、ウェーハスクライビング、ダイシングおよびマーキング、ビアドリリング、メモリ修理、フラットパネルディスプレイ修理、ステレオリソグラフィ、マスクレスリソグラフィ、表面拡散、および合成物への表面変換が挙げられる。
【００７１】
上記の構成部品に加え、光学システム４００は、当該技術分野で周知の他の光学部品をさらに含んでもよい。そのような部品として、レーザー光４０３、増幅出力４０７、最終出力４１３または残りの出力４１５の後方反射の有害な影響を避けるための光アイソレータを含んでもよい。光学部品の他の例として、増幅自然放射（ＡＳＥ）の有害な影響を避けるための分光フィルタと、シード光４０３、増幅出力４０７、最終出力４１３または残りの出力４１５の偏光状態を所望の向きに回転させるための波長板とがあるが、これに限定されない。あるいは、シード光源４０２は、増幅誘導放出（ＡＳＥ光源）、モード同期光源、狭い周波数の光源であってもよい。
【００７２】
本発明の実施形態において、重要な特徴は、結晶の辺に接着剤を塗布することにより、結晶と取り付けブロックとの間でＣＴＥのミスマッチがある場合でも、歪みの低い状態となることである。上記の例では、結晶を溝の中に取り付けたが、発明の実施形態はこの構成に限定されない。代替の実施形態において、結晶の辺に沿って接着剤を使用し、結晶を取り付けブロックの表面に取り付けてもよい。例として、図５は、結晶５１０が平面５０３を有するブロック５０２に取り付けられた実施形態の例を示す。結晶は、結晶の底面がブロック５０２の面５０３に接した状態で、取り付けられる。接着剤は、結晶の辺に沿って塗布され、ブロック５０２と結晶５０２の底面および／または側面とを接着する。ブロックは、接着剤を保持するための接着剤溝５０４を含んでもよい。あるいは、接着剤を面５０３に直接塗布してもよい。ブロックは、接着剤を面５０３および／または接着剤溝５０４に届けるための注入口５０６を含んでもよい。
【００７３】
結晶の辺に沿った接着剤を用いる結晶取り付けの概念に関するその他の変形は、本発明の実施形態の範囲に含まれる。たとえば、本発明の実施形態は、溝を面取りした結晶と組み合わせて利用してもよい。具体的には、図６Ａ〜６Ｂに示すように、結晶６０１は、取り付けブロック６０４内に形成された矩形溝６０２の中に取り付けることができる。結晶６０１は、結晶の側面Ｆｓと底面ＦＢとに隣接する面取された辺Ｅを含んでもよい。辺部の空洞は、溝６０２の完全とは言えない直角の角を収容することができる。接着剤６０５を溝の角部に塗布して結晶を溝の中に固定してもよい。接着剤が、溝の底Ｂおよび／または側壁Ｓと結晶６１０の底面ＦＢおよび／または側面ＦＳとに接着することにより、結晶をブロック６０４に固定する。取り付けブロック６０４は、注入口６０６および１つ以上の接着剤逃げ溜め６０８を任意に含んでもよい。
【００７４】
他の実施形態において、面取りされた結晶を、図５に示すものと同様の取り付けブロックと組み合わせて使用してもよい。たとえば、図７Ａに示すように、面取りされた辺Ｅを有する結晶７０１を、取り付けブロック７０２の面７０３に取り付けることができる。面７０３は、実質的に平面、すなわち結晶の底面ＦＢと同程度の平面度に収まる程平らであってもよい。ブロック７０２は、接着剤７０５を注入するための注入口７０６、および結晶７０１を取り付けるための接着剤を受けるための接着剤溝７０８を、任意に含んでもよい。図７Ｂに示す別の代替の実施形態では、結晶７０１を、接着剤溝や注入口のいずれも有しないブロック７０２’の面７０３に固定することができる。図７Ａ〜７Ｂに示す実施形態で絶対に必要というものではないが、結晶は面取りされた辺を持つことができる。
【００７５】
［実験結果］
図３に示すように取り付けた結晶を用いるレーザーシステムの安定性および従来技術の結晶マウントを用いた場合に関する一連の調査を完了した。従来技術の結晶マウントでは、小さい点状の接着剤だけを使用した。結晶が裸眼で十分視認できるクリープを起こしねじれるのが、観測された。これは、長さ１５〜２０ｍｍの結晶がその一端において約０．２５〜０．５ｍｍ動いたことに相当すると推定される。またこれは、ビーム照準が１０００マイクロラジアンのオーダーで変化することに等しい。結晶は、非常に軽い衝撃負荷（約２０Ｇ未満と推定される）で移動または偏移しようとした。これは許容できないビーム性能になるであろう。具体的には、真円度が仕様から大きく外れ、出力が５０〜７５％低下すると予想された。
【００７６】
発明者が対象とした他の最新の炉では、１０００マイクロラジアンも移動することが観察された。これには、クランプ設計、さらには接着剤とクランプの両方を使用する設計、さらには小さい点状の接着剤の設計も含まれる。これらの他の炉は、キャビティ内とキャビティ外の両方であり、この移動は常に大問題であった。最新のＬＢＯ炉では、より標準的な輸送仕様である−２０℃→５０℃はもちろん、０℃→４０℃の熱サイクルを達成することも困難である。
【００７７】
非線形光学結晶等のレーザー用の光学部品は決まって１００マイクロラジアンより大幅に小さい回転で取り付けて保持される必要があることを、当該技術分野の熟練レーザー技術者は知っている。なお、回転は平面において純粋な平行移動よりもはるかに重要である。発明者は、図３Ａ〜３Ｂに示すような実施形態が通常ＬＢＯ結晶を長期間安定して約１０マイクロラジアンの範囲内で取り付けることができると確信している。なお、さらに１００マイクロラジアンより小さい動きは、クワッドセルや干渉計等の特殊器具を使わずに計測するのは非常に難しい。そのような器具がない場合、計測される回転は他の方法で測定できるとは言えないため、回転安定性は推定値である。
【００７８】
図３に示すタイプの結晶マウントを使用するレーザーヘッドについて、十数回の落下試験を行った。ほとんどの落下は、ステンレス鋼のテーブル上面への３／８インチ高さであった。発明者は、この炉の設計の計測できるほどの移動は見なかった。したがって、この新設計は、厳しい衝撃負荷（約１０ｍｓの衝撃の所要時間から見積もって８０〜１２０ｇ）に対して１００マイクロラジアンより優れた安定性を有すると考えられる。新設計は、２５マイクロラジアンを下回ると推定される。
【００７９】
衝撃試験に加えて、熱サイクル試験を行った。また発明者は、５℃から４５℃までのほぼ１００回の炉熱サイクルの後でも移動は見なかった。さらに、１００万回を超す中程度のレーザー待機状態のサイクルの後でも、移動は観察されなかった。上記の場合の全てにおいて、結晶の割れ（または割れ始め）がないことが認められた。
【００８０】
本発明の実施形態は、ＬＢＯ結晶の安定した取り付けを提供することにより、ＬＢＯを用いる光学波長変換を容易にする。ＬＢＯ取り付けの安定性と堅牢性は、結晶の辺に塗布する接着剤を使用して結晶を取り付ける簡単かつ反直観的な方法を考慮して、注目に値する。
【００８１】
本発明の実施形態の重要な側面は、これらの実施形態が結晶を固定するために、ＣＴＥのミスマッチに起因する「ひび割れ」なしに、以前の設計におけるときより多くの接着剤を使用できるようにしたことである。ある程度まで、取り付けにより多くの接着剤を用いることは、典型的により安定したマウントにつながる。
【００８２】
本発明の実施形態は、取り付けの際の物理的にひび割れるＬＢＯの問題を解決する。このような問題は、広い表面積の接着剤の接着またはクランプによる機械的なひび割れおよび歪みを伴って、よくあることである。また、小さい点状の接着剤やクランプに対して取り付けの位置安定性が大幅に改善され、広い表面積の接着や締め付け力によるひび割れの恐れがなくなる。より広い「辺」接着が、結晶を非常に安定して保持し、ＬＢＯのひび割れや欠けの問題を生じさせない。
【００８３】
上記は本発明の好適な実施形態を一通り説明したものであるが、種々の代替、変形、および同等のものを使用することができる。したがって、本発明の範囲は、以上の説明を参照して判断されるべきではなく、その代わりに添付の特許請求の範囲、およびこれらの範囲全般にわたる同等のものを参照して判断されるべきである。それが好ましいか否かに係わらず任意の特徴を、それが好ましいか否かに係わらず任意の他の特徴と組み合わせてもよい。以下の特許請求の範囲において、不定冠詞「Ａ」または「Ａｎ」は、別様に明記される場合を除いて、冠詞に続く１つ以上の品目の数量を意味する。添付の請求項は、ミーンズプラスファンクションの限定が句「ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ」を使用する所与の請求項において明示されていない限り、そのような限定を含むものと解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００８４】
４０１  １次光源
４０２  シード光源
４０３  コントローラ
４０４  前置増幅器
４０６  光学出力増幅器
４１０  波長変換器
４１２  結晶マウント
４１４  非線形結晶
４１７  ビームスプリッタ
４２０  パワーモニタ
４２２  電気駆動回路
【図１Ａ】
2013543137.tif 000003
【図１Ｂ】
2013543137.tif 000004
【図２Ａ】
2013543137.tif 000005
【図２Ｂ】
2013543137.tif 000006
【図２Ｃ】
2013543137.tif 000007
【図２Ｄ】
2013543137.tif 000008
【図３Ａ】
2013543137.tif 000009
【図３Ｂ】
2013543137.tif 000010
【図４】
2013543137.tif 000011
【図５】
2013543137.tif 000012
【図６Ａ】
2013543137.tif 000013
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
2013543137.tif 000015
【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
2013543137.tif 000017