(57)【要約】【課題】レーザ波長変換のための改良手段を提供する。【解決手段】波長変換器（３４ａ）、例えば非線形水晶は高調波長を基本波長又は異なる高調波長から分離させるために角度付き切断出射面（３６ａ）を有する。固体光学オーバレイ媒体（２８ａ）は変換器の角度付き切断出射面（３６ａ）に一致するために切断される角度である入射面（３８ａ）を有する。固体光学オーバレイ媒体（２８ａ）は、基本波長及び選択高調波長に実質的に透過であり、波長変換器（３４ａ）の屈折率に類似する屈折率を有し、波長変換器（３４ａ）の各ダメージ閾値より大きい、選択波長でのダメージ閾値を有する。【選択図】図１
2008522432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学路に沿ってレーザ共振器内に配置された、第１の波長を有するレーザ放射の発生を容易にするレーザ媒質と、
前記光学路に沿って配置される波長変換媒体であって第１の波長、該第１の波長の高調波の１つ、又は前記第１の波長及び該第１の波長の前記高調波の前記１つの組み合わせから前記第１の波長に高調波的に関連した第２の波長に前記レーザ放射のパーセンテージを変換する波長変換媒体と、
前記波長変換媒体の変換器出射面に光学的に接続された固体光学オーバレイ媒体であって変換器出射面角度に整合するオーバレイ入射面を有する固体光学オーバレイ媒体とを含み、前記波長変換媒体は前記第１及び第２の波長でダメージ閾値と、前記波長変換媒体に入力する前記光学路の軸線に対する前記変換器出射面とを有し、前記固体光学オーバレイ媒体は前記第１及び第２の波長に実質的に透過性を有し、前記波長変換媒体のダメージ閾値より大きい、前記第１及び第２の波長の各々におけるダメージ閾値を有する、高調波レーザ。
【請求項２】
前記変調器の出射面角度は０度より大きく、かつ９０度以下である、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項３】
前記変換器出射面角度は９０度未満であり、前記第１の波長を有する前記レーザ放射から前記第２の波長を有する前記レーザ波長を分離するために機能する、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項４】
前記変換器出射面角度は、前記波長変換媒体に入力する前記光学路の前記軸線に対して約２０度から約９０度である、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項５】
前記波長変換媒体及び前記光学オーバレイ媒体は類似の屈折率を有する、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項６】
前記波長変換媒体はＡｇＧａＳ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＢＢＯ、ＫＴＡ、ＫＴＰ、ＫＤ＊Ｐ／ＫＤＰ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＬＯ３、ＬＢＯ又はそれらの誘導体を含む、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項７】
前記固体光学オーバレイ媒体は溶融シリカ、クオーツ、アンドープＹＡＧ、ＥＤ−２、ＥＤ−４又はＥ−Ｙ１である、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項８】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記波長変換媒体に拡散結合される、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項９】
前記固体光学オーバレイ媒体は、約ブルースター角でオーバレイ出射面角度を含み、反射防止被覆なく前記第１及び第２の波長で放射を伝搬する、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１０】
前記第２の波長は紫外波長を含む、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１１】
前記波長変換媒体及び前記固体光学オーバレイ媒体は異なる屈折率を有する、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１２】
前記波長変換媒体及び前記固体光学オーバレイ媒体は互いに機械的に保持される、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１３】
前記固体光学オーバレイ媒体は、前記第１及び第２の波長で前記レーザ放射を伝搬する反射防止被覆を有するオーバレイ出射面を含む、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１４】
前記波長変換媒体は前記レーザ共振器内に配置される、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１５】
前記波長変換媒体は前記レーザ共振器の外部に配置される、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１６】
前記レーザ媒質は固体状態レーザ水晶又は励起レーザ、ＣＯ２レーザ又は銅蒸発レーザの放電チャンバーの中身を含む、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１７】
前記レーザ媒質はＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ４、ＹＡＬＯ又はＣｒＬｉＳＡＦ組成物を含む、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１８】
前記第２の波長は第２高調波長、第３高調波長、第４高調波長又は第５高調波長を含む、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項１９】
前記第２の波長は紫外波長を含む、請求項９に記載の高調波レーザ。
【請求項２０】
前記第２の波長での前記レーザ放射は微細加工のために使用される、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項２１】
前記レーザ放射はビア穿孔又はウェハ切断のために使用される、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項２２】
前記レーザ共振器は出力カプラとして機能する端部ミラーを有し、前記第１の波長を有する前記レーザ放射から前記第２の波長を有する前記レーザ放射を分離するために適用される、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項２３】
前記光学オーバレイ媒体は前記第１及び第２の波長で前記レーザ放射を伝搬する光学被覆を有するオーバレイ出射面を含み、前記光学被覆は前記波長変換媒体に適用される典型的な光学被覆のダメージ閾値より大きい前記第１及び第２の波長の各々でダメージ閾値を有する、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項２４】
前記固体光学オーバレイ媒体は、前記変換器出射面角度とほぼ同じオーバレイ出射面角度を含む、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項２５】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記変換器出射面角度と大きく異なるオーバレイ出射面角度を含む、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項２６】
第１の波長、該第１の波長の高調波の１つ、又は前記第１の波長及び該第１の波長の前記高調波の前記１つの組み合わせから前記第１の波長に高調波的に関連した第２の波長におけるレーザ放射のパーセンテージを変換する波長変換媒体と、
前記波長変換媒体の変換器出射面に光学的に接続された固体光学オーバレイ媒体であって変換器出射面角度に整合するオーバレイ入射面を有する固体光学オーバレイ媒体とを含み、前記波長変換媒体は光学路に沿って伝播するレーザ放射を受け取るための入射面を有し、前記波長変換媒体は前記第１及び第２の波長の各々でダメージ閾値と前記波長変換媒体に入力する前記光学路の軸線に対する前記変換器出射面を有し、前記固体光学オーバレイ媒体は前記第１及び第２の波長に相対的に透過性を有し、前記第２の波長で前記波長変換媒体の屈折率に類似する屈折率を有し、前記第２の波長での前記波長変換媒体のダメージ閾値より大きい、前記第２の波長でのダメージ閾値を有する、混合光学要素。
【請求項２７】
前記変換器出射面角度は前記波長変換媒体に入力する前記光学路の前記軸線に対して約２０度から約９０度である、請求項２６に記載の混合光学要素。
【請求項２８】
前記変換器入射面角度は９０度未満であり、前記第１の波長を有する前記レーザ放射から前記第２の波長を有する前記レーザ波長を分離するために機能する、請求項２６に記載の混合光学要素。
【請求項２９】
前記波長変換媒体はＡｇＧａＳ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＢＢＯ、ＫＴＡ、ＫＴＰ、ＫＤ＊Ｐ／ＫＤＰ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＬＯ３、ＬＢＯ又はそれらの誘導体を含む、請求項２８に記載の混合光学要素。
【請求項３０】
前記固体光学オーバレイ媒体は溶融シリカ、クオーツ、アンドープＹＡＧ、ＥＤ−２、ＥＤ−４又はＥ−Ｙ１である、請求項２９に記載の混合光学要素。
【請求項３１】
前記波長変換媒体はＡｇＧａＳ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＢＢＯ、ＫＴＡ、ＫＴＰ、ＫＤ＊Ｐ／ＫＤＰ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＬＯ３、ＬＢＯ又はそれらの誘導体を含む、請求項２６に記載の混合光学要素。
【請求項３２】
前記固体光学オーバレイ媒体は溶融シリカ、クオーツ、アンドープＹＡＧ、ＥＤ−２、ＥＤ−４又はＥ−Ｙ１である、請求項３１に記載の混合光学要素。
【請求項３３】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記波長変換媒体に拡散結合される、請求項３２に記載の混合光学要素。
【請求項３４】
前記第２の波長は紫外波長を含む、請求項３３に記載の混合光学要素。
【請求項３５】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記変換器出射面角度とほぼ同じオーバレイ出射面角度を含む、請求項３３に記載の混合光学要素。
【請求項３６】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記変換器の出射面角度と大きく異なるオーバレイ出射面角度を含む、請求項３３に記載の混合光学要素。
【請求項３７】
前記固体光学オーバレイ媒体は、前記変換器出射面角度とほぼ同じオーバレイ出射面角度を含む、請求項２６に記載の混合光学要素。
【請求項３８】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記変換器の出射面角度と大きく異なるオーバレイ出射面角度を含む、請求項２６に記載の混合光学要素。
【請求項３９】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記波長変換媒体に拡散結合される、請求項２６に記載の混合光学要素。
【請求項４０】
前記固体光学オーバレイ媒体は溶融シリカ、クオーツ、アンドープＹＡＧ、ＥＤ−２、ＥＤ−４又はＥ−Ｙ１である、請求項２６に記載の混合光学要素。
【請求項４１】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記波長変換媒体に拡散結合される、請求項４０に記載の混合光学要素。
【請求項４２】
前記固体光学オーバレイ媒体は、約ブルースター角のオーバレイ出射面角度を含み、反射防止被覆なく前記第１及び第２の波長で放射を伝搬する、請求項１に記載の混合光学要素。
【請求項４３】
前記光学オーバレイ媒体は前記第１及び第２の波長で前記レーザ放射を伝搬する、光学被覆を有するオーバレイ出射面を含み、前記光学被覆は前記波長変換媒体に適用される典型的な光学被覆のダメージ閾値より大きい前記第１及び第２の波長の各々におけるダメージ閾値を有する、請求項１に記載の高調波レーザ。
【請求項４４】
励起パワーをレーザ媒質に供給すること、
光学路に沿って伝播する第１の波長を有するレーザ放射を発生するために前記レーザ媒質を使用すること、
第１の波長、該第１の波長の１つの高調波、又は前記第１の波長及び該第１の波長の前記１つの前記高調波の組み合わせから前記第１の波長に高調波的に関連した第２の波長でレーザ放射のパーセンテージを変換するために波長変換媒体を使用すること、
前記波長変換媒体の変換器出射面に光学的に接続された固体光学オーバレイ媒体を使用すること、
前記第２の波長のレーザ放射を前記固体光学オーバレイ媒体の出射面を通して伝播することを含み、
前記波長変換媒体は前記第１及び第２の波長でダメージ閾値と前記波長変換媒体に入力する前記光学路の軸線に対する変換器出射面角度を有する変換器出射面とを有し、
前記固体光学オーバレイ媒体は前記波長変換媒体の各ダメージ閾値より大きい出射面において前記第１及び第２の波長でダメージ閾値を有する、高調波レーザ出力を発生する方法。
【請求項４５】
前記固体光学オーバレイ及び前記波長変換媒体は互いに０．０２以内の値を有する前記第２の波長で屈折率を有する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記波長変換媒体はＡｇＧａＳ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＢＢＯ、ＫＴＡ、ＫＴＰ、ＫＤ＊Ｐ／ＫＤＰ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＬＯ３、ＬＢＯ又はそれらの誘導体を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記固体光学オーバレイ媒体は溶融シリカ、クオーツ、アンドープＹＡＧ、ＥＤ−２、ＥＤ−４又はＥ−Ｙ１である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記波長変換媒体に拡散結合される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記固体光学オーバレイ媒体は、約ブルースター角のオーバレイ出射面角度を含み、反射防止被覆なく前記第１及び第２の波長で放射を伝搬する、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記第２の波長は第２高調波長、第３高調波長、第４高調波長又は第５高調波長を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２の波長の前記レーザ放射は微細加工のために使用される、請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
前記レーザ放射はビア穿孔又はウェハ切断のために使用される、請求項４４に記載の方法。
【請求項５３】
前記波長変換媒体及び前記固体光学オーバレイ媒体は互いに機械的に保持される、請求項４４に記載の方法。
【請求項５４】
前記光学オーバレイ媒体は前記第１及び第２の波長で前記レーザ放射を伝搬する光学被覆を有するオーバレイ出射面を含み、前記光学被覆は、前記波長変換媒体に適用される典型的な光学被覆のダメージ閾値より大きい前記第１及び第２の波長の各々におけるダメージ閾値を有する、請求項４４に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１の波長のレーザ波長から前記第２の波長のレーザ波長を分離するために前記波長変換媒体の出射面に前記変換器出射面角度を使用することを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５６】
前記第１の波長のレーザ波長から前記第２の波長のレーザ波長を分離するために出力結合端部ミラーを使用することを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５７】
前記変換器出射面角度は、前記波長変換媒体に入力する前記光学路の前記軸線に対して約２０度から約９０度である、請求項４４に記載の方法。
【請求項５８】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記変換器出射面角度とほぼ同じオーバレイ出射面角度を含む、請求項４４に記載の高調波レーザ。
【請求項５９】
前記固体光学オーバレイ媒体は前記変換器出射面角度と大きく異なるオーバレイ出射面角度を含む、請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
著作権表示
著作権２００５  エレクトロサイエンティフィックインダストリーズ社  本特許出願の開示内容の一部は著作権保護を受ける材料を含む。著作権者はその特許文献又は特許開示内容をいずれかの者によってファクシミリによって再生されることに対して、それが特許商標庁のファイル又は記録において現れるので異議はないが、それ以外はすべての著作権をどのような場合でも保持する（３７  ＣＦＲセクション１．７１（ｄ））。
【０００２】
技術分野
本発明は、高パワーレーザ波長変換に関し、特に、耐久性を促進するための非線形水晶の改良に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
レーザシステムは、通信、医学及び微細加工を含む種々の適用に使用されている。これらの適用は種々のレーザ波長及び出力パワーを利用する。残念なことに、利用可能なレーザ波長は、比較的制限された数の波長で有用なレーザ出力を放射する少数のレーザ媒質組成物の放射能力によって制限される。
【０００４】
利用可能なレーザ波長の数は種々の波長変換方法の使用によって拡大されている。これらの方法はレーザ媒質によって放射される波長の高調波長を提供するためにレーザ空洞内又はレーザ空洞外の非線形水晶の使用を含む。ＫＴＰ（カリウムチタニルリン酸塩、ＫＴｉＯＰＯ４）、ＢＢＯ（ベータホウ酸バリウム、β−ＢａＢ２Ｏ４）及びＬＢＯ（リチウムトリホウ酸塩、ＬｉＢ３Ｏ５)は、レーザ波長変換にほぼ一般的に使用される非線形水晶である。これらの水晶の特性は、それらが一般的に、大きい非線形光学係数、広範囲な透過性及び位相整合領域、広い角度帯域幅及び小さいウォークオフ（ｗａｌｋ−ｏｆｆ）角、高光学的均一性及び効率的な周波数変換を持つ以外異なる。
【０００５】
また、ほとんどの非線形水晶は、例えば吸湿性及び／又は静電性であること、又はかろうじて満足するダメージ閾値を有するという不利益を持っている。反射防止（ＡＲ）被覆又は他の被覆は一般的に、損失を軽減するために水晶表面に適用される。また、被覆は湿気又は他の汚染から水晶を保護する。残念なことに、非線形水晶を被覆することは、主として非線形水晶の材料の性質によって、伝統的な光学材料、例えば溶融シリカ、サファイア及びＹＡＧ等を被覆することに比較してより困難である。また、非線形水晶を被覆することも、特に高パワー及び／又は紫外（ＵＶ）波長を適用する場合において、光学的ダメージになり易い。
【０００６】
グロスマン等の米国特許第５，８５０，４０７号において、３重ＬＢＯ水晶は、重大な損失を導入することなく偏光基本波ビーム及び第３高調波ビームを分離するために被覆されていないブルースター角カット分散出力面を備える。第３高調波水晶の被覆されていないブルースター角カット分散出力面は潜在的な紫外誘起ダメージ及び強化耐久性にあまり敏感ではない。
【０００７】
グロスマン等の米国特許第６，６９７，３９１号において、４重水晶は、重大な損失を導くことなく偏光基本波ビーム及び第３高調波ビームを分離するために被覆されていないブルースター角カット分散出力面を備える。第３高調波水晶の被覆されていないブルースター角カット分散出力面は潜在的な紫外誘起ダメージ及び強化耐久性に少し敏感ではない。多くの産業的な適用は、高パワーレベル（１５０μｍスポットサイズに対して１０７から１０９Ｗ／ｃｍ２より大きいピークパワー）で何千時間（典型的には、１００００時間超）も実質的にダメージのない動作（０．１％未満のダメージ誘起損失）を要求する。
【０００８】
それにもかかわらず、水晶の非常に静電的な性質によって、剥き出しのＬＢＯ面及び他の剥き出しの周波数（又は波長）変換水晶表面に対して、顕著な汚染の危険性がある。その表面の汚染は水晶のダメージ閾値を特に高ＵＶパワーで減少させ、表面ダメージはＵＶパワー安定性を危うくする。多くの周波数変換水晶もまた性質上、吸湿性を有し、大気中の湿気を吸収でき、それによって、時間とともに劣化し、やがてレーザダメージを水晶表面に引き起こす。したがって、これらの周波数変換水晶のいくつかに対する被覆は望ましい。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，８５０，４０７号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６９７，３９１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、レーザ波長変換用の改良手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ある実施例において、波長変換器、たとえば非線形水晶は、高調波長を分離させるために伝播基本波長の光学軸線に対して角度を持って切断される出射面を有する。固体光学オーバレイは、波長変換器出射面に整合する角度でも切断される入射面を有し、光学的に波長変換器に接続される。いくつかの実施例において、光学オーバレイは一般的に、第３高調波長に実質的に透過性を有し、波長変換器の屈折率に類似の屈折率を有し、波長変換器の基本波長及び／又は高調波長でのダメージ閾値より大きいダメージ閾値を持つ。
【００１２】
本発明の追加の特徴及び利点は、添付図面に関連して進める、その好ましい実施例の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、レーザ媒質１２とフォールドミラー１８及び端部ミラー２０，２２から反射する光学路１６に沿って配置される混合波長変換要素１４ａ（総称して、混合波長変換要素１４）とを使用するレーザ１０の実施例の概略図である。レーザ媒質１２は好ましくは慣用の固体レーザ生成材料、例えばＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ４、ＹＡＬＯ、サファイア、アレキサンドライト、又はＣｒＳＡＦ組成物を含み、赤外（ＩＲ）基本波長を有するレーザ放射又はレーザエネルギーを好ましくは生成する。
【００１４】
かかる組成物は典型的にはＮｄ、Ｙｂ、Ｅｒ又はＴｍでドープされる。典型的な基本レーザＩＲ波長は限定的ではないが、７５０〜８００ｎｍ、１０６４ｎｍ、１０４７ｎｍ及び１３２０ｎｍを含む。しかし、当業者は、種々の他の波長、例えば可視波長及びレーザ媒質又はレーザガス、ＣＯ２、エキシマ又は銅蒸気レーザを含むレーザタイプは使用できる。固体レーザ媒質は好ましくはダイオードレーザ又はダイオードレーザアレイによって励起されるが、任意の慣用のレーザ励起デバイス又はレーザ励起スキームが使用できる。
【００１５】
ある実施例において、第１の波長変換器２４は光学路１６に沿って伝搬する基本波長又は第１高調波長のレーザ放射の一部又は全部を、第２高調波長を有するレーザ放射に変換する。第１の波長変換器２４は、限定されないが、ＢＢＯ、ＢＩＢＯ（ビスマストリホウ酸塩、ＢｉＢ３Ｏ６）、ＬｉＯ３（リチウムヨウ素酸塩）、ＬｉＮｂＯ３（リチウムニオブ酸塩）、ＬＢＯ、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウムＫＨ２ＰＯ４）、ＫＴＡ（カリウムジアニルヒ酸塩）、ＫＴＰ、ＡｇＧａＳ２（銀ガリウム硫化物）、ＡｇＧａＳｅ２（銀ガリウムセレナイト）又はそれらの誘導体を含む組成物を含む非線形水晶を好ましくは含むが、他の波長変換材料を含むことができる。
【００１６】
反射防止被覆は選択的に第１の波長変換器２４に適用でき、及び／又は第１の波長変換器２４は、後述のように、選択的に固体光学オーバレイ媒体２８ａ（総称して、固体光学オーバレイ媒体２８）に光学的に接続できる。
【００１７】
混合波長変換ヨウ素１４は固体光学オーバレイ媒体２８に光学的に接続された第２の波長変換器３４ａ（総称して、第２の波長変換器３４）を含む。一般的な実施例において、第２の波長変換器３４は高調波長（限定的ではないが、第１、第２又は第３高調波を含む）又はそれらの１又はそれ以上の組み合わせを有するレーザ放射を１又はそれ以上の選択高調波長（限定的ではないが、第２、第３、第４又は第５高調波を含む）を有するレーザ放射に変換する。ある実施例において、第２の波長変換器３４は第２の高調波長を有するレーザ放射を、第４高調波長を有するレーザ放射に変換する。別の実施例において、第２の波長変換器３４は第１及び第２の高調波長を有するレーザ放射を、第３高調波長を有するレーザ放射に変換する。第２の波長変換器３４は第１の波長変換器２４の同じ又は異なる非線形水晶又は他の波長変換材料を含むことができる。これらの波長変換材料は各々、選択高調波長でダメージ閾値を有する。
【００１８】
固体光学オーバレイ媒体２８は、第２の波長変換器３４及び／又はその反射防止被覆の各ダメージ閾値より好ましくは高い基本波波長及び１又はそれ以上の選択高調波長でのダメージ閾値を有する光学材料を含む。別法として、固体光学オーバレイ媒体２８は、第２の波長変換器３４の反射防止被覆の各特性及び／又はダメージ閾値より、基本波長及び１又はそれ以上の選択高調波長での良好な特性及び／又はダメージ閾値を有する反射防止被覆を使用する。
固体光学オーバレイ媒体２８は、基本波長及び１又はそれ以上の選択高調波長に好ましくは実質的に透過性を有する光学材料を含む。
【００１９】
固体光学オーバレイ媒体２８もまた、基本波長及び１又はそれ以上の選択高調波長で第２の波長変換器３４の屈折率に類似する屈折率を持つ。一般的に、選択波長で、約０．０２以内の屈折率は類似であると考えられる。しかし、当業者は、図２，３に示されるように、他の考慮事項、例えば各ダメージ閾値がない普通角が使用される場合、固体光学オーバレイ媒体２８及び第２の波長変換器３４間の最も近似する各屈折率は出力面３６及び整合面３８間の接触面の損失を最小限にするために最も好ましいことを理解する。当業者はまた、各屈折率が故意に異なる又はよく整合していない場合、第２の波長変換器３４及び選択光学オーバレイ媒体２８間のブルースター角は計算でき、図１、４に示されるように、接触面で反射損を最小限にするために製造されることを理解する。
【００２０】
いくつかの実施例において、第２の波長変換器３４の出力面３６ａ（総称して、出力面３６）及び固体光学オーバレイ媒体２８の整合面（総称して、整合面３８）は例えば、ガイドや留め具で機械的に互いに対して光学的に接続される。いくつかの実施例において、出力面３６及び整合面３８は任意の適切な公知の拡散接合技術によって光学的に接続される。いくつかの好ましい拡散接合技術において、出力面３６及び整合面３８は整合角で切断され、一般的に選択高調波長より良好な光学的品質の平面度に研磨される。次に、出力面３６及び整合面３８は十分な時間、結合温度、適切な圧力で共に押圧される。いくつかの拡散接合技術において、結合温度は一般的に、第２の波長変換器３４又は固体光学オーバレイ媒体２８の少なくとも１つの少なくとも５０〜７０％の融解温度であり、接合圧力はｃｍ２当たり数パウンドの範囲内にあり、熱は数時間、加えられる。拡散接合技術及び他の光学接点接合技術は光学機器産業において周知であり、波長変換材料の種々の組み合わせを固体光学オーバレイ材料に接合することは、当業者には困難ではない。模範的な固体光学オーバレイ媒体２８は、限定的ではないが、ドープされていないＹＡＧ、サファイア、ルビー、溶融シリカ、クオーツ及びイリノイ州オーウェンからのＥＤ−２，ＥＤ−４，Ｅ−Ｙ１等を含む。
【００２１】
図１によって例示される実施例において、第２の波長変換器３４は出力面３６ａを有し、固体光学オーバレイ媒体２８ａは、レーザ１０から高調波レーザ出力４０ａ、４０ｂ（総称して、高調波レーザ出力４０）を方向付けるためにθ１及びθ２とほぼ同じ角度で又は異なる角度θ１及びθ２で切断される出力面４２ａ（総称して、出力面４２）を有する。したがって、角度θ１及びθ２が同じ非普通角であるならば、固体光学オーバレイ媒体２８ａは平行四辺形の側面輪郭を有する。いくつかの実施例において、角度θ１及びθ２はミラー１８，２０間の光学路１６の光学軸線４６に対してほぼ２０度から９０度の間にある。
【００２２】
いくつかの好ましい実施例において、角度θ１は基本レーザ波長において第２の波長変換器３４及び固体光学オーバレイ媒体２８間に接触面に対するブルースター角によって決定できる。固体光学オーバレイ媒体２８の屈折率がｎ１であり、選択偏光に対する基本波長での第２の波長変換器３４の屈折率がｎ２であると仮定すれば、ブルースター角θｂは
θｂ＝ａｒｃｔａｎ（ｎ２／ｎ１）                      （１）
によって決定される。
【００２３】
ここで、θ１は、
θ１＝９０−ａｒｃｓｉｎ［（ｎ１×ｓｉｎθｂ）／ｎ２］    （２）
によって決定される。
【００２４】
この選択適応によって、レーザビームは混合光学要素１４の側面に実質的に平行な経路に沿って混合光学要素１４を横断できる。
【００２５】
θ２は同じ公式によって決定でき、ｎ１は空気の屈折率であり（ｎ１＝１）、ｎ２は固体光学オーバレイ媒体２８の屈折率である。
【００２６】
基本レーザ波長の偏光は好ましくは線形であり、平面内で光学軸線及び固体光学オーバレイ媒体２８の外面に対する法線によって規定される。１つの好ましい高調波発生スキームは第３高調波が基本波と同じ線形偏光を有することである。この構成は、反射による光学損失が空気及び固体光学オーバレイ媒体２８間の接触面及び固体光学オーバレイ媒体２８及び第２の波長変換器３４間の接触面の両方で実質的にゼロになるので、基本レーザ放射に対する光学反射防止に対する必要性を軽減する。第３高調波での屈折率は基本波での屈折率とは異なり、したがって第３高調波での正確なブルースター角は基本波でのブルースター角とは異なる。しかし、この差は非常に小さく、したがって基本波と同じ偏光を持つ第３高調波はブルースター角が付された接触面で非常に小さい損失を受けると共に、屈折率差は基本波からの高調波間の十分な角度的分離を確実にする。
【００２７】
図２は、光学軸線４６にほぼ鉛直な固体光学オーバレイ媒体２８ｂの出力面３６ｂ及び合致面３８ｂを持つ波長変換器３４ｂを有する混合光学要素１４ｂの代替実施例の側面図である。しかし、出力面４２ｂは上述のように角度θを持つ。
【００２８】
図３は、光学軸線４６にほぼ鉛直である固体光学オーバレイ媒体２８ｃの出力面３６ｃ及び整合面３８ｃを有する波長変換器３４ｃを有する混合光学要素１４ｃの代替実施例の側面図である。出力面４２ｂはまた、光学軸線４６にほぼ鉛直であり、いくつかの実施例において、反射防止被覆によって被覆される。混合光学要素１４ｃの実施例は、ミラー１８又はミラー２０が所望の高調波長、例えば第３高調波長用の出力結合ミラーであるレーザシステム１０に使用できる。
【００２９】
図４は上述のように角度θ１で切断される出力面３６ｄを有する波長変換器３４ｄを有する混合光学要素１４ｄの代替実施例の側面図であり、固体光学オーバレイ媒体２８の整合面３８ｄはほぼ整合した角度で切断される。出力面４２ｄは光学軸線４６にほぼ鉛直であり、いくつかの実施例において、反射防止被覆によって覆われる。混合光学要素１４ｄの実施例は、ミラー１８又はミラー２０が所望の高調波長、例えば第３高調波長用の出力結合ミラーであるレーザシステム１０に使用できる。
【００３０】
ある実施例において、第２の波長変換器３４はＫＤＰ、ＫＤ*Ｐ、ＢＢＯ、ＢＩＢＯ、ＬｉＯ３、ＫＴＡ、ＫＴＰ又はＬＢＯ、又はそれらの誘導体を含み、固体光学オーバレイ媒体２８は溶融シリカ、水晶、アンドープＹＡＧ、サファイア、ＥＤ−２、ＥＤ−４又はＥ−Ｙ１を含む。
【００３１】
いくつかの実施例において、角度θ１は図２，３に示されるように、９０度角として選択される。固体オーバレイ媒体２８及び波長変換器２８間の接触面の反射損を軽減するために又は最小限にするために、固体オーバレイ媒体２８の屈折率は、波長変換器３４の屈折率に好ましくは厳密に整合される。波長変換器３４の共通材料の例として、ＬＢＯは基本波長１．０６ミクロンで約１．６０の屈折率を持つ。したがって、固体光学オーバレイ媒体２８の潜在的な材料は、約１．５５５の対応指標を有するレーザグラスＥＤ−２である。この例では、接触面での反射による光学損失は約０．０２％である。１．０６ミクロンの基本波長の別の実施例において、ＢＢＯの固体光学オーバレイ媒体２８は光学的品質のサファイアからなる固体光学オーバレイ媒体２８に結合される。この例において、各屈折率は約１．６５５、約１．７５５であり、予測される単一路の反射損は約０．０９％である。これらの反射損は典型的なレーザ空洞内部でさえ許容可能である。
【００３２】
θ１が式（１）及び（２）に基づいて選択される実施例において、固体光学オーバレイ媒体２８の選択がその屈折率の組合せによってより制御される。ブルースター角と、基本波長、そのダメージ閾値、被覆が選択されるならば、材料に被覆するダメージ閾値から高調波及び光学製造の容易性から分離角とに影響を与える。当業者は、各光学材料ごとの光学被覆のダメージ閾値は典型的に、各光学材料の相対的ダメージ閾値と同等であり、各光学材料の光学面準備の実際に実現可能な品質に関する。したがって、固体光学オーバレイ媒体２８の光学被覆は一般的に、各波長変換器３４ごとの光学被覆よりかなり高いダメージ閾値を持つ。固体光学オーバレイ媒体２８に対する高ダメージ閾値の反射防止被覆又は他の光学被覆は当業者に周知である。
【００３３】
多くの変形が本発明の基礎原理から逸脱することなく、上述の実施例の細部に対して行うことができることを当該技術分野の当業者には自明である。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】レーザ波長変換用の混合光学要素を使用するレーザの概略図である。
【図２】レーザ波長変換用の混合光学要素の実施例の側面図である。
【図３】レーザ波長変換用の混合光学要素の代替実施例の側面図である。
【図４】レーザ波長変換用の混合光学要素の別の代替実施例の側面図である。
【図１】
2008522432.tif 000003
【図２】
2008522432.tif 000004
【図３】
2008522432.tif 000005
【図４】
2008522432.tif 000006
【国際調査報告】
2008522432.tif 000007
2008522432.tif 000008
2008522432.tif 000009