(57)【要約】  本明細書では、ＶＣＳＥＬシステム用アーキテクチャが開示される。（複数の）高パワーＩＲ  ＶＣＳＥＬ素子を使用することによって、バルク状２逓倍部材を使用することで、連続波（ＣＷ）モード又はパルスモードのいずれにおいても、共振器内で、ＩＲ光を２逓倍し、可視光（赤色光、緑色光、青色光、又はＵＶ光）を生成することができる。これらのＶＣＳＥＬの出力用の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の反射率は、ＶＣＳＥＬ型レーザのパワーではなく、共振器のパワーを増加させるように設計してもよい。共振器内でバルク状２逓倍部材の使用を可能にし、かつＶＣＳＥＬを直接的に２逓倍することにより、前記装置を安価で、単純で、高効率で、信頼性が高く、かつ製作公差及びアライメント公差が大幅に改善したものとすることができる。前記（複数の）ＶＣＳＥＬからのＩＲ光を２逓倍するために使用できる、多くの共振器のアーキテクチャがある。前記（複数の）ＶＣＳＥＬは、単一の素子であってもよいし、高強度の素子を有するアレイであってもよい。
2015510273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直共振器面発光レーザシステム用アーキテクチャであって、
少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子と、
前記ＶＣＳＥＬ素子に隣接する共振器内に位置し、かつ、ＶＣＳＥＬ素子から発せられる光を受光し、該受光した光の周波数を実質的に２逓倍する、２逓倍部材と、
前記共振器から前記２逓倍された光を出力する出力カプラと、を備える、アーキテクチャ。
【請求項２】
前記ＶＣＳＥＬ素子から発せられる前記光は、赤外光を含み、前記２逓倍された光は、赤色光、緑色光、青色光、又は紫外光からなる群から選択される可視光を含む、請求項１に記載のアーキテクチャ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子は、ＶＣＳＥＬ素子の２次元アレイを含む、請求項２に記載のアーキテクチャ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子の反対側の、前記共振器の端部に、ミラーを更に備え、前記ミラーは、赤外スペクトルの非可視光に対しては高反射性であり、かつ可視スペクトルの光に対しては非反射性である、請求項１から３の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項５】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子の反対側の、前記２逓倍部材の端部に、コーティングを更に備え、前記コーティングは、赤外スペクトルの非可視光に対しては高反射性であり、かつ可視スペクトルの光に対しては非反射性である、請求項１から４の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項６】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子と前記２逓倍部材との間に位置し、かつ前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子によって生成された光の偏光純度を改善する、およそブリュースター角に近い角度を有するカット面を更に備える、請求項１から５の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項７】
およそブリュースター角に近い角度を有する前記カット面は、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子と前記２逓倍部材との間に位置したブリュースター板を含み、前記ブリュースター板は、赤外スペクトルの非可視光に対しては高反射性であり、かつ可視スペクトルの光に対しては非反射性である、コーティングを備える、請求項６に記載のアーキテクチャ。
【請求項８】
およそブリュースター角に近い角度を有する前記カット面が、前記２逓倍部材に提供される、請求項６に記載のアーキテクチャ。
【請求項９】
前記出力カプラは、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子に隣接する前記共振器の端部に、角度付きのミラーを備え、前記角度付きのミラーは、赤外スペクトルの非可視光に対しては高反射性であり、かつ可視スペクトルの光に対しては非反射性であり、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子から発せられる非可視光は、前記角度付きのミラーによって前記２逓倍部材の中へと反射され、かつ前記２逓倍部材から出射する可視光は、前記共振器の外へと前記角度付きのミラーを通過する、請求項１から８の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項１０】
前記出力カプラ及び前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子の反対側の、前記共振器の端部に、第２のミラーを更に備え、前記第２のミラーは、非可視光と可視光の両方に対して高反射性であり、前記２逓倍部材から受光した前記光が、反射されて、前記２逓倍部材の中へと、前記出力カプラに向かって戻る、請求項９に記載のアーキテクチャ。
【請求項１１】
前記出力カプラと前記第２のミラーとの間の前記２逓倍部材の両端部に位置する収束レンズを更に備える、請求項１０に記載のアーキテクチャ。
【請求項１２】
前記出力カプラと前記第２のミラーとの間の前記２逓倍部材の両端部に位置するマイクロレンズアレイを更に備える、請求項１０または１１に記載のアーキテクチャ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子は、連続波モード又はパルスモードのいずれにおいても動作可能である、請求項１から１２の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項１４】
前記２逓倍部材は、周波数２逓倍又は第二次高調波発生などの非線形変換処理によって、前記光の周波数を２逓倍する、請求項１から１３の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項１５】
前記２逓倍された光は、フォーカスレンズ、１つ以上のマイクロレンズアレイ、又はこれらの組み合わせを使用して、マルチモード光ファイバーへと結合される、請求項１から１４の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項１６】
前記共振器内にあって、かつ前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子に近接している４Ｆレンズ系を更に備え、前記４Ｆレンズ系は、４つの焦点距離によって隔てられた、像面及び物体面を有する２つのレンズを備え、かつ前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子から発せられる光のビームウエストを、前記２逓倍部材の中へと結像するように構成されている、請求項１から１５の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項１７】
前記共振器内にあって、前記出力カプラに近接する第２の４Ｆレンズ系を更に備え、前記第２の４Ｆレンズ系は、前記２逓倍部材からの前記２逓倍された光を実質的にコリメートするように構成されている、請求項１６に記載のアーキテクチャ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子と前記４Ｆレンズ系との間にエタロンを更に備え、前記エタロンは、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子から発せられた光の波長範囲を小さくするように構成されている、請求項１６または１７に記載のアーキテクチャ。
【請求項１９】
前記２逓倍部材は、ホウ酸バリウム、リン酸二水素カリウム、チタンリン酸カリウム、ニオブ酸リチウム、三ホウ酸リチウム、及びニオブ酸カリウムからなる群から選択される結晶を含む、請求項１から１８の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項２０】
垂直共振器面発光レーザシステム用アーキテクチャであって、
赤外光を発する、少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子と、
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子と、赤外光に対して高反射性である第１のミラーとの間に画定された共振器と、
前記共振器内に位置し、かつ、前記ＶＣＳＥＬ素子から発せられる赤外光を受光し、前記受光した赤外光の周波数を実質的に２逓倍して、可視光を出力する、２逓倍部材と、を備える、アーキテクチャ。
【請求項２１】
ディスプレイ照明において使用するために、前記共振器からの前記可視光を受光する出力カプラを更に備える、請求項２０に記載のアーキテクチャ。
【請求項２２】
前記第１のミラーは、赤外スペクトルの非可視光に対しては高反射性であり、かつ可視スペクトルの光に対しては非反射性であり、前記出力カプラは、前記共振器の外側で、前記第１のミラーに隣接して位置している、請求項２１に記載のアーキテクチャ。
【請求項２３】
前記出力カプラは、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子に隣接する前記共振器の端部に、角度付きの第２のミラーを備え、前記角度付きの第２のミラーは、赤外スペクトルの非可視光に対しては高反射性であり、かつ可視スペクトルの光に対しては非反射性であり、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子から発せられる非可視光は、前記角度付きのミラーによって前記２逓倍部材の中へと反射され、かつ前記２逓倍部材から出射する可視光は、前記共振器の外へと前記角度付きの第２のミラーを通過する、請求項２１または２２に記載のアーキテクチャ。
【請求項２４】
前記第１のミラーは、非可視光と可視光の両方に対して高反射性であり、前記２逓倍部材から受光した光が、反射されて、前記２逓倍部材の中へと、前記角度付きの第２のミラーに向かって戻る、請求項２３に記載のアーキテクチャ。
【請求項２５】
前記第１のミラーと前記角度付きの第２のミラーとの間の前記２逓倍部材の両端部に位置する収束レンズを更に備える、請求項２４に記載のアーキテクチャ。
【請求項２６】
前記第１のミラーと前記角度付きの第２のミラーとの間の前記２逓倍部材の両端部に位置するマイクロレンズアレイを更に備える、請求項２４に記載のアーキテクチャ。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子と前記２逓倍部材との間に位置し、かつ前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子によって生成された光の偏光純度を改善する、およそブリュースター角に近い角度を有するカット面を更に備える、請求項２０から２６の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項２８】
およそブリュースター角に近い角度を有する前記カット面は、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子と前記２逓倍部材との間に位置したブリュースター板を含み、前記ブリュースター板は、赤外スペクトルの非可視光に対しては高反射性であり、かつ可視スペクトルの光に対しては非反射性である、コーティングを備える、請求項２７に記載のアーキテクチャ。
【請求項２９】
およそブリュースター角に近い角度を有する前記カット面が、前記２逓倍部材に提供される、請求項２７に記載のアーキテクチャ。
【請求項３０】
前記ＶＣＳＥＬ素子は、連続波モード又はパルスモードのいずれにおいても動作可能である、請求項２０から２９の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項３１】
前記２逓倍部材は、周波数２逓倍又は第二次高調波発生などの非線形変換処理によって、前記光の周波数を２逓倍する、請求項２０から３０の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項３２】
前記２逓倍された光は、フォーカスレンズ、１つ以上のマイクロレンズアレイ、又はこれらの組み合わせを使用して、マルチモード光ファイバーへと結合される、請求項２０から３１の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項３３】
前記２逓倍部材は、ホウ酸バリウム、リン酸二水素カリウム、チタンリン酸カリウム、ニオブ酸リチウム、三ホウ酸リチウム、及びニオブ酸カリウムからなる群から選択される結晶を含む、請求項２０から３２の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項３４】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子は、ＶＣＳＥＬ素子の２次元アレイを含む、請求項２０から３３の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項３５】
垂直共振器面発光レーザシステム用アーキテクチャであって、
赤外光を発する、少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子と、
前記ＶＣＳＥＬ素子に隣接する共振器内に位置し、かつ、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子から発せられる赤外光を受光し、前記受光した赤外光の周波数を実質的に２逓倍して、可視光を出力する、２逓倍部材と、
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子の反対側の、前記２逓倍部材の端部上のコーティングであって、赤外光に対して高反射性である、コーティングと、
前記２逓倍部材からの前記２逓倍された光を受光する出力カプラと、を備える、アーキテクチャ。
【請求項３６】
前記出力カプラは、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子の反対側にある前記共振器の端部を画定し、前記コーティングは、赤外光に対して高反射性であり、かつ可視光に対して非反射性である、請求項３５に記載のアーキテクチャ。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子と前記２逓倍部材との間に位置し、かつ前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子によって生成された光の偏光純度を改善する、およそブリュースター角に近い角度を有するカット面を更に備える、請求項３５または３６に記載のアーキテクチャ。
【請求項３８】
およそブリュースター角に近い角度を有する前記カット面は、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子と前記２逓倍部材との間に位置したブリュースター板を含み、前記ブリュースター板は、赤外スペクトルの非可視光に対しては高反射性であり、かつ可視スペクトルの光に対しては非反射性である、コーティングを備える、請求項３７に記載のアーキテクチャ。
【請求項３９】
およそブリュースター角に近い角度を有する前記カット面が、前記２逓倍部材に提供される、請求項３７に記載のアーキテクチャ。
【請求項４０】
前記コーティングは、赤外光と可視光の両方に対して高反射性であり、前記出力カプラは、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子に隣接する前記共振器の端部に、角度付きのミラーを備え、前記角度付きのミラーは、赤外スペクトルの非可視光に対しては高反射性であり、かつ可視スペクトルの光に対しては非反射性であり、前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子から発せられる非可視光は、前記角度付きのミラーによって前記２逓倍部材の中へと反射され、かつ前記２逓倍部材から出射する可視光は、前記共振器の外へと前記角度付きのミラーを通過する、請求項３５から３９の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項４１】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子は、連続波モード又はパルスモードのいずれにおいても動作可能である、請求項３５から４０の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項４２】
前記２逓倍部材は、周波数２逓倍又は第二次高調波発生などの非線形変換処理によって、前記光の周波数を２逓倍する、請求項３５から４１の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項４３】
前記２逓倍部材は、ホウ酸バリウム、リン酸二水素カリウム、チタンリン酸カリウム、ニオブ酸リチウム、三ホウ酸リチウム、及びニオブ酸カリウムからなる群から選択される結晶を含む、請求項３５から４２の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【請求項４４】
前記少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子は、ＶＣＳＥＬ素子の２次元アレイを含む、請求項３５から４３の何れか１項に記載のアーキテクチャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１２年２月１３日に出願され、発明の名称が「Ｌａｓｅｒ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ」である、米国特許仮出願第６１／５９８，１７５号に関し、かつその優先権を主張するものであり、その全体が本明細書に参照により援用される。
【０００２】
（発明の分野）
概して、本開示は、レーザに関し、より具体的には、高パワー赤外線レーザ技術、並びに、高パワー可視レーザを作り出すために使用される、周波数２逓倍器、固体レーザ、垂直共振器面発光レーザ、及びダイオードを含む、構成部品に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、赤色、緑色、青色及び紫外線（ＵＶ）レーザには、照明、医療、材料加工、溶接、及びディスプレイにおいて、多くの潜在的用途がある。これらの様々な市場／技術分野での使用のためにレーザを選択する場合に考慮され得るレーザのパラメータとして、費用、信頼性、効率、サイズ、及びパワーがある。これらのパラメータが若干異なった方法で評価される多くの異なる区分を有する市場の例として、ディスプレイがある。コンシューマ向けのディスプレイ市場では、費用、効率性、及びサイズが重要なパラメータとなるであろうし、一方で、プロフェッショナル向けのディスプレイ市場では、信頼性、高パワー及び費用が主要なパラメータとなるであろう。安価で、信頼性があり、高効率な緑色、赤色、又は青色の光源は、上記の全ての用途で重要である。プロフェッショナル向けのディスプレイ用途に適切な波長の、高パワーのダイレクト光源（垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は端面発光ダイオードなど）は、未だ存在していないため、このような緑色レーザ光源は、特に関連性が高い。
【０００４】
一般的に、フルカラーのディスプレイは、少なくとも赤色光源、緑色光源、及び青色光源を使用している。映画館で用いられるときには、これらの色を、特定の領域の中に納めて、映画産業によって設定された規格、より具体的には、デジタル・シネマ・イニシアティブ（Digital Cinema Initiative）に準拠する必要がある。映画に対して認められているおおよその色域は、赤色すなわち６１６〜６５０ｎｍ、緑色すなわち５２３〜５４５ｎｍ、及び青色すなわち４５５〜４６８ｎｍと与えられている。しかしながら、コンシューマ向けのディスプレイ市場では、このような厳密な波長の要件がない。赤色及び青色ダイオードが利用可能となったことにより、バックライト用のレーザ及びコンシューマ向けのプロジェクタでの使用に対する関心が高まっている。ダイレクトレーザ光源は、費用効果があり、信頼性があり、かつ効率的な光源である。しかしながら、現在のところ、ディスプレイで必要とされる波長を有する、高パワーの、緑色のダイレクトレーザ光源は、存在しない。それ故、緑色は、重要なレーザ技術であり、当該技術分野では、高パワーで、効率的な緑色のダイレクト光源に対する需要がある。加えて、現在のところ、赤色レーザには、非常に厳密な冷却要件が必要とされ、かつその寿命は比較的限られたものとなっている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、ＶＣＳＥＬ系レーザシステム用の新規なアーキテクチャ、並びに、それに関連して、ＶＣＳＥＬシステムからの、生成された光を２逓倍して、赤色光、緑色光、又は青色光を生成する方法が開示される。高パワーＩＲ  ＶＣＳＥＬ素子のアレイを用いる、有利な実施形態では、バルク（例えば、結晶）状の２逓倍部材を使用することで、連続波（ＣＷ）モード又はパルスモードのいずれにおいても、外部共振器内で、赤外（ＩＲ）光を２逓倍し、「可視」光（赤色光、緑色光、青色光、又はＵＶ光）を生成できる。バルク状２逓倍部材の使用を可能にすることにより、かつＶＣＳＥＬの周波数を直接的に２逓倍することにより、前記装置を安価で、単純で、高効率で、信頼性が高く、かつ製作公差及びアライメント公差が大幅に改善したものとすることができる。更に、ＰＰＬＮ（周期的分極反転ニオブ酸リチウム）又は他の周期的分極反転材料を、周波数２逓倍器として使用した場合、高パワーアレイ素子を使用することで、短尺材料（０．２ｍｍ〜４ｍｍ）を使用することが可能になる。前記材料が長尺になるにつれ、アライメント、温度、及び波長に対して、より敏感になるため、この点は、重要である。開示される原理により、ＶＣＳＥＬ型レーザからのＩＲ光を２逓倍するために使用できる、多くの共振器のアーキテクチャが示され、（複数の）ＶＣＳＥＬは単一の素子であってもよいし、高強度の素子を有するアレイであってもよい。
【０００６】
一実施形態では、垂直共振器面発光レーザシステム用のアーキテクチャは、少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子を備えてもよい。このような例示的なアーキテクチャは、ＶＣＳＥＬ素子に隣接する共振器内に位置し、かつ、ＶＣＳＥＬ素子から発せられる光を受光し、受光した光の周波数を実質的に２逓倍する、バルク状結晶２逓倍部材を、更に備えてもよい。また、このアーキテクチャの実施形態は、共振器からの２逓倍された光を出力する、出力カプラを備え、ディスプレイ照明において使用するために、可視光を出力してもよい。
【０００７】
他の実施形態では、垂直共振器面発光レーザシステム用のアーキテクチャは、赤外光を発する、少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子と、少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子と赤外光に対して高反射性であるミラーとの間に画定された共振器と、を備えてもよい。このような例示的なアーキテクチャは、共振器内に位置し、かつ、ＶＣＳＥＬ素子から発せられる赤外光を受光し、受光した赤外光の周波数を実質的に２逓倍して、可視光を出力する、バルク状結晶２逓倍部材を、更に備えてもよい。
【０００８】
更なる他の実施形態では、垂直共振器面発光レーザシステム用アーキテクチャは、赤外光を発する、少なくとも１つの垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子と、ＶＣＳＥＬ素子に隣接する共振器内に位置し、かつ、ＶＣＳＥＬ素子から発せられる赤外光を受光し、受光した赤外光の周波数を実質的に２逓倍して、可視光を出力する、バルク状結晶２逓倍部材と、を備えてもよい。このような例示的なアーキテクチャは、少なくとも１つのＶＣＳＥＬ素子の反対側の、２逓倍部材の端部上のコーティングであって、赤外光に対して高反射性である、コーティングを、更に備えてもよい。加えて、このようなアーキテクチャは、ほぼブリュースター角に配向され、かつ２逓倍部材からの２逓倍された光を受光し、２逓倍された光を使用のために出力する出力カプラとして使用される、エタロン又はダイクロイックミラーを、更に備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
例示のために、実施形態が添付の図面に示され、図面において、類似する参照符号は、同様の部分を示す。
【図１】従来のＶＣＳＥＬ系装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本開示による、ＶＣＳＥＬアレイシステム用アーキテクチャの一実施形態を示す模式図である。
【図３】本開示による、様々なＶＣＳＥＬアレイの配置を示す模式図である。
【図４】本開示による、単一のＶＣＳＥＬ素子の周波数２逓倍の一実施形態を示す模式図である。
【図５】本開示による、ＶＣＳＥＬ系光源のアーキテクチャの一実施形態を示す模式図であり、この実施形態では、２逓倍部材を２回（それぞれの方向に一回ずつ）通過した後に、共振器からパワーを抽出することができる。
【図６】本開示による、少なくともマイクロレンズアレイを備える、ＶＣＳＥＬ系光源のアーキテクチャの、他の実施形態を示す模式図である。
【図７】本開示による、共振器内４Ｆ系を用いた、ＶＣＳＥＬ系光源のアーキテクチャの一実施形態を示す模式図である。
【図８】本開示による、出力カプラを用いて４Ｆ系を折り返す、ＶＣＳＥＬ系光源のアーキテクチャの一実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
概ね、本開示によるＶＣＳＥＬ系光源の一実施形態は、（複数の）高パワーＩＲ  ＶＣＳＥＬ素子が使用されてもよい、ＶＣＳＥＬシステム用アーキテクチャの形態をとることができる。バルク状結晶２逓倍部材を使用することで、連続波モード又はパルスモードのいずれにおいても、外部共振器内で、ＩＲ光を２逓倍し、「可視」光（赤色光、緑色光、青色光、又はＵＶ光）を生成することができる。これらのＶＣＳＥＬの出力用の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の反射率は、ＶＣＳＥＬ型レーザのパワーではなく、外部共振器のパワーを増加させるように設計してもよい。より短尺な、バルク状２逓倍部材又は周期的分極反転２逓倍部材のいずれかの使用を可能にすることにより、かつＶＣＳＥＬのパワーを直接的に２逓倍することにより、前記装置を安価で、単純で、より高効率で、信頼性が高く、かつ製作公差及びアライメント公差を大幅に向上させたものとすることができる。開示される原理による、（複数の）ＶＣＳＥＬからのＩＲ光を２逓倍するために使用できる、多くの共振器のアーキテクチャが示され、（複数の）ＶＣＳＥＬは、単一の素子であってもよいし、高強度の素子を有するアレイであってもよい。このようなアレイは、各素子が高パワーであるよう設計され、かつ外部共振器のパワーが増加するように設計かつ作製される。実際には、商業的に実用性のあるものとするため、アレイが、共振器の外部へ対して、全体的なパワーを十分に生成することが求められる。必要とされる出力のワット数の例は、可視パワーで、３Ｗから、可能性としては数百ワットの範囲となる。
【００１１】
一般的に、緑色／青色／赤色レーザに対しては、複数の手法が存在する。光の波長が重要とされない、非常に低パワーな用途に対しては、およそ５０〜１００ｍＷの範囲内のダイレクトダイオードを、適切な波長範囲内で使用することができる。例えば、これらのダイオードは、コンシューマ市場向けの、小型でモバイル型の、「ピコ」プロジェクタにおいて、関心がもたれている。しかしながら、高パワー用途に対しては、これらの光源は有用ではない。より高パワーな用途に対し、従来の手法では、固体レーザによって生成された赤外波長を、非線形結晶を用いて２逓倍したものが一般的に用いられている。典型的な例としては、結晶やドープガラスを使用した、ファイバーレーザや固体レーザ（例えば、ＹＡＧレーザなど）の２逓倍を挙げることができ、これらは、ランプ又はダイオードでポンピングされる。これらのレーザは、高パワーで、２逓倍できる高品質なＩＲ光を生成できる。高強度かつ高品質であることは、ＩＲ光を効率的に２逓倍して可視光又はＵＶ光を作り出す（例えば、１０６４ｎｍを、５３２ｎｍ（緑色光）に２逓倍したり、１２３２ｎｍを、６１６ｎｍ（赤色光）に２逓倍したりする）ために重要である。これらの２逓倍を行う現行の固体光源では、およそ数ワット〜数千ワットの範囲で、緑色波長の大きなパワーを生成できるが、固体光源は、高価で、複雑で、高効率とは言えず、かつ信頼性のあるものとすることが困難である。例えば、およそ５〜２０００ワットの可視光が適切であるプロフェッショナル向けのディスプレイ用途では、一般に、およそ３０，０００時間以上が必要とされる。
【００１２】
生産が行われてきた緑色又は青色レーザの他の形態では、図１に示されたＶＣＳＥＬアレイの例示的な実施形態のような、ＶＣＳＥＬアレイが使用されている。図１は、従来のＶＣＳＥＬ系装置１００の一実施形態を示す模式図である。残念なことであるが、典型的に、ＶＣＳＥＬ素子自体は、上に示したような好ましい用途で必要とされるような、適切なパワーを出力しない。例えば、ＶＣＳＥＬの出力は、およそ１５０ｍＷ以下であり、ＶＣＳＥＬアレイの例においては、例えば、およそ１〜１０ナノメートルの範囲を超える波長分散を有している。それ故、典型的な低パワーＶＣＳＥＬ素子又はＶＣＳＥＬアレイは、従来のアーキテクチャによって、効率的に周波数２逓倍を行うことが困難な場合がある。しかしながら、ＶＣＳＥＬを使用する利点は、ＶＣＳＥＬが、非常に信頼性が高く、かつ高品質なＩＲ光を生成する点である。
【００１３】
図１は、市販されている（Ｎｅｃｓｅｌ／Ｕｓｈｉｏ製）このようなＶＣＳＥＬ系装置１００の図を示す。ＶＣＳＥＬ装置１００は、赤外ＶＣＳＥＬアレイ１１０と、ＰＰＬＮ周波数２逓倍器１２０と、特殊な出力カプラ（この実施形態では、ボリューム・ブラッグ・グレーティング（volume Bragg grating）（ＶＢＧ））１３０と、フォーカスレンズ１４０と、出力された光を搬送するマルチモードファイバー１５０と、を備える。ＶＣＳＥＬアレイ１１０から照射された光は、最初にダイクロイックミラー１６０を通過する。第１の経路はダイクロックミラー１６０を通過して、光の周波数を２逓倍するために、周波数２逓倍器１２０を照射する。その後、その光は、ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）１３０（この実施形態では、出力カプラとして機能する）に移動する。共振器内の周波数の広がりを減少させて、長尺かつ非常に敏感な（しかし、効率的な）周期的分極反転２逓倍結晶１２０によって、低パワーな素子を２逓倍し得るようにする、従来のアーキテクチャでは、このタイプの出力カプラが、必要とされる。２逓倍器１２０が長尺（＞４ｍｍ）であることにより、ＶＢＧ  １３０を使用し、共振器内のＩＲ周波数の広がりを狭め、周期的分極反転２逓倍器１２０に対して最良の周波数に固定することが必要となっている。長尺な周期的分極反転２逓倍器１２０及びＶＢＧ出力カプラ１３０は共に、非常に狭い波長、温度、及びアライメントの公差を有しており、それ故、レーザ全体の費用や信頼性に悪影響が及んでしまう。ＶＢＧ  １３０は、限られた周波数のＩＲ光を反射し、そのＩＲ光が、２逓倍器１２０を通過して戻っていくことができるようにする。その後、２逓倍器１２０によって、そのＩＲ光の一部が更に、２逓倍した周波数へと変換されてから、ダイクロイックミラー１６０によって反射され、その後、ミラー１７０によってフォーカスレンズ１４０へ向かって反射される。フォーカスレンズ１４０及びミラー１７０は、共振器の内側にあるものとは見なされていない。フォーカスレンズ１４０は、第１の経路及び第２の経路をマルチモードファイバー１５０へと収束させ、その後、収束された光は、画像を照射するために装置１００から移動することができる。しかしながら、自由空間へのビーム出力が所望される場合もあるため、フォーカスレンズ１４０及びファイバー１５０は必須ではない。
【００１４】
２逓倍されている第１の経路上の光について具体的に述べると、周波数２逓倍器１２０は、上述したように、周期的分極反転ニオブ酸リチウム結晶（ＰＰＬＮ）であってもよい。ここで、光の周波数の２逓倍において、より効率的に行うために、バルク状２逓倍結晶ではなく、ＰＰＬＮが用いられてもよい。ＶＣＳＥＬビームの強度が低いことに起因して、ＰＰＬＮが用いられてもよい。しかしながら、ＰＰＬＮが長尺であることにより、いくつかの重大な懸念事項が発生し得る。第１に、ＰＰＬＮは、バルク状の２逓倍結晶よりも高価である場合がある。第２に、ＰＰＬＮは、良好な動作のために、アライメント、ＩＲ光の波長、及び温度において、非常に狭い公差を有する。それ故、結晶の長さに応じて、ＰＰＬＮの温度を、およそ摂氏０．１度程度に、能動的に制御しなければならない。このような、厳格な温度の制御システムは高価であり、かつ信頼性という観点からは課題が残っている。
【００１５】
また、ＰＰＬＮが効率的に２逓倍できる波長分散には、課題が多い。ＰＰＬＮの長さに応じて、前記波長分散は、典型的に、０．１ｎｍ程度になり得る。この狭い公差により、アレイの全ての素子が効率的に２逓倍され得るように、典型的には、図１の従来のアーキテクチャで説明したような共振器内のＶＢＧなどの、波長制御デバイスの使用が必要とされる。典型的には、適切な帯域幅の狭さのため、単純なエタロンを使用して、帯域幅を狭めることができないことが、示唆されるであろう。結果として、典型的には、作製の困難なボリューム・ブラッグ・グレーティングが、出力カプラ１３０として用いられる。大量生産においては、このボリュームグレーティングが、光学系の中で最も高価な素子となる場合がある。ＰＰＬＮとＶＢＧの両方が、同様に、狭い角度公差を有するため、構成全体の大量生産及び温度変化を伴う作業の実現を困難なものとしている。このように、この手法を使用して、数ワットの低パワー装置が生産されてきたが、高パワー用途向けのこのような装置の製造には、より多くの問題がある。
【００１６】
Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ（Ｍｅｒｃｅｒｖｉｌｌｅ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）では、独特な特性を有するＶＣＳＥＬを製造することが可能になっている。個々のＶＣＳＥＬ素子は、高パワー（例えば、およそ１５０ｍＷ超）を示し、非常に信頼性が高く（例えば、１００，０００時間超）、良好な光学品質を有しており、エネルギーの捕捉を改善させるために、ＶＣＳＥＬ素子上に作製されたマイクロレンズを備えていてもよい。このＶＣＳＥＬ及び対応する特性については、米国特許第６，８８８，８７１号の「ＶＣＳＥＬ  ａｎｄ  ＶＣＳＥＬ  Ａｒｒａｙ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅｓ  Ｆｏｒ  Ｕｓｅ  Ｉｎ  Ａ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｕｍｐｅｄ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」、及び「Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  ＶＣＳＥＬ  Ｍａｔｕｒｅ  Ｉｎｔｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」，Ｌａｓｅｒ  Ｆｏｃｕｓ  Ｗｏｒｌｄ，Ａｐｒｉｌ  ２０１１，ｐｐ．６１〜６５に、概ね述べられており、これら両方の全体が、あらゆる目的のため、本明細書に参照により援用される。
【００１７】
（複数の）高パワーＩＲ  ＶＣＳＥＬ素子を使用し、バルク状結晶２逓倍部材又は短尺な周期的分極反転結晶又は他の２逓倍部材を使用することで、連続波モード又はパルスモードのいずれにおいても、外部共振器内で、ＩＲ光を２逓倍し、「可視」光（赤色光、緑色光、青色光、又はＵＶ光など）を生成できる。バルク状結晶（ＫＴＰなど）を使用することにより、大きな（場合によっては四角い）２次元ＶＣＳＥＬアレイの全ての素子を、同一の大きな２逓倍結晶の中で同時に周波数を２逓倍することが可能となり、これにより非常に高い第二次高調波パワーがもたらされる。ＰＰＬＮは、分極処理での制限に起因して、典型的には、５００μｍ厚のウエハとして製造されるため、単一のＰＰＬＮ結晶によって２逓倍できる、従来のＶＣＳＥＬアレイの寸法が制限され、第二次高調波パワーの全体的な低下を招いていた。開示される原理により、これらのＶＣＳＥＬの出力用の分布ブラッグ反射器の反射率は、ＶＣＳＥＬ型レーザのパワーではなく、外部共振器のパワーを増加させるように設計してもよい。短尺な、又はバルク状の２逓倍部材の使用を可能にすることにより、かつＶＣＳＥＬからの光出力の周波数を直接的に２逓倍することにより、開示される原理により構築された装置を安価で、単純で、高効率で、信頼性が高く、かつ製作公差及びアライメント公差を大幅に向上させたものとすることができる。このような（複数の）高パワーＶＣＳＥＬからのＩＲ光を２逓倍するために使用できる、多くの共振器のアーキテクチャが示される。前記（複数の）ＶＣＳＥＬは、単一の素子であってもよいし、高強度の素子を有するアレイであってもよい。アレイは、各素子が高パワーであるよう設計され、かつ外部共振器のパワーが増加するように設計かつ作製されてよく、外部共振器は、開示される原理により、（複数の）ＶＣＳＥＬ素子と、バルク状２逓倍部材の直後にある（更なる詳細は後述されるように用途に応じて）周波数依存型の高反射性／非反射性（ＨＲ／ＡＲ）構造体、又は高反射性／高反射性（ＨＲ／ＨＲ）構造体との間にあるように画定される。アレイは、波長の分散が、２逓倍部材で使用が認められている範囲に収まるように、作製され、適切に冷却されてもよい。
【００１８】
図２は、開示される原理による、ＶＣＳＥＬアレイシステム２００用アーキテクチャの一実施形態を示す模式図である。図２は、高パワー素子の２Ｄ  ＶＣＳＥＬアレイ２１０を使用して、可視光を生成する、アーキテクチャの一例を示している。加えて、図２は、共振器２２０内に配置されたバルク状２逓倍部材２３０を使用した、ＶＣＳＥＬアレイ２１０からの、複数の、高パワーな、ＩＲビームの、共振器２２０内での周波数２逓倍が示されている。共振器２２０からの２逓倍された光は、直接的に使用されてもよいし、又は図２に示すように、フォーカスレンズ２４０又はマイクロレンズアレイ２５０及びレンズ２４０の組み合わせ、又はこれらの任意の組み合わせを使用して、マルチモード光ファイバー２６０へと連結されてもよい。しかしながら、繰り返すが、このフォーカスレンズ２４０及びファイバー２６０は任意選択的なものである。
【００１９】
（複数の）高パワーＶＣＳＥＬ素子２１０の１Ｄ又は２Ｄのアレイは、ＩＲ光を生成し、共振器２２０内のビーム強度を改善するために、表面上に作製された、一体型のマイクロレンズ（図示せず）を有してもよい。２逓倍部材２３０は、非線形変換処理（周波数２逓倍又は第二次高調波発生などが挙げられるが、これらに限定されない）によって、可視光を生成してもよく、タイプＩ及び／又はタイプＩＩの位相整合を含んでもよい。２逓倍部材２３０のための典型的なバルク状２逓倍結晶の例としては、ＢＢＯ（ホウ酸バリウム）、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）、ＫＴＰ（チタンリン酸カリウム−図示されている）、ニオブ酸リチウム、ＬＢＯ（三ホウ酸リチウム）、ＫＮｂＯ３（ニオブ酸カリウム）、などを挙げることができるが、これらに限定されない。加えて、結晶の他にも、他のタイプの２逓倍部材２３０が存在し、非線形ポリマー、有機材料などを使用することができるが、これらに限定されない。
【００２０】
２逓倍部材２３０の反対側に、ＩＲミラー２７０が、備えられていてもよい。このＩＲミラー２７０は、ＩＲ波長に対して高反射性（ＨＲ）のコーティング及び／又は可視波長に対して非反射性（ＡＲ）のコーティングを有してもよい。これらのコーティングによって、２逓倍されなかった光（例えば、１０６４ｎｍ）は、ＩＲミラー２７０から反射して２逓倍部材２３０の中へ、ＶＣＳＥＬアレイ２１０へ向かって、戻っていくことになり、一方で、周波数が２逓倍された光（例えば、５３２ｎｍ）は、ＩＲミラー２７０を通過し、装置２００から出力される。この実施形態では、反射した光も２逓倍され、共振器の外へ反射されるように、ＩＲミラー２７０が、共振器の一端を形成している。
【００２１】
ＶＣＳＥＬアレイシステム２００では、ＩＲ及び可視波長の例として、それぞれ１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍを用いてもよいが、他の多くの波長を生成することもできる。これらのレーザは、直接的に２逓倍することができるため、広範囲のＩＲ波長を使用して、赤色からＵＶ波長までの、又はおよそ７００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲の可視光を生成することができる。図２に示される実施形態では、開示される原理により、２逓倍器２３０が、ＶＣＳＥＬアレイ２１０及びＩＲミラー２７０によって形成される共振器２２０の内側に配置されているため、共振器内での２逓倍であると見なされる。アレイ２１０上のＶＣＳＥＬ素子をパルス発振させた場合、パルスでの強度の増加のため、ＩＲミラー２７０なしに、外部での２逓倍を行うことが可能となる。より具体的には、外部での２逓倍では、ＶＣＳＥＬアレイ２１０は、それ自体がレーザを発し、外部の出力カプラ（例えば、ミラー２７０）が共振器２２０を形成するために存在しない。（あるいは、簡潔に表現するならば、共振器２２０は、ＶＣＳＥＬアレイ２１０と２逓倍部材２３０の出力側又は遠位側との間に形成されている。）代わりに、ＶＣＳＥＬアレイ２１０からの出力は、２逓倍部材２３０に直接的に連結されている。ＩＲビームは、共振空洞２２０自体の内側にはないため、強度は低下し、それ故、パワーに依存する２逓倍が減少する。したがって、パルス発振したＶＣＳＥＬアレイからの出力は、連続モードよりもはるかに高くなるため、この周波数の２逓倍は、より実用的で効率的なものとなる。
【００２２】
他の実施形態では、ＩＲ光に対するＨＲコーティング及び可視光に対するＡＲコーティングを備える、ＩＲミラー２７０の代わりに、これらのコーティング（２８０）を、２逓倍部材２３０の表面上に直接作製することができる。コーティング２８０は、ＶＣＳＥＬアレイ２１０から離れた側に作製されてもよい。これにより、素子の１つ（例えば、ＩＲミラー２７０）を取り除くことができ、２逓倍部材２３０との整列の確度が高まる。ＡＲ及びＨＲコーティングに加えて、ＳｉＯ２などの保護コーティング（図示せず）が、ＨＲ及びＡＲコーティング２８０の外側及び／又は内側に位置していてもよい。保護コーティング及び／又は保護層は、分離したミラー素子であるＩＲミラー２７０、又は、（コーティング２８０が組み込まれている場合には、）２逓倍部材２３０のいずれに適用されてもよい。
【００２３】
また、２逓倍部材２３０は、両側にＡＲコーティングを有してもよいし、ブリュースターカットになって（この場合、カット面は、ブリュースター角、又はほぼブリュースター角になっていてもよい角度を有する）、実質的に反射を最小にするようになっていてもよい。ブリュースターカットの２逓倍器もまた、共振器内パワーの偏光純度を改善し、それによって２逓倍効率を改善することができる。
【００２４】
図３は、開示される原理による、様々なＶＣＳＥＬアレイの配置の一実施形態３００を示す模式図である。図３の上部のＶＣＳＥＬアレイ配置３１０では、およそ３９，３００マイクロメートルのアパーチャのＶＣＳＥＬ素子のパターンが示されている。図３の下部のＶＣＳＥＬアレイ配置３２０では、およそ１０５，２００マイクロメートルのアパーチャのＶＣＳＥＬアレイのアレイが示されている。アパーチャを大きくして、パワー／強度を増大させることを目的に、ＶＣＳＥＬ素子を、異なるサイズとしてもよいが、アパーチャは、光学品質が、効率的な２逓倍に適切となり得るように、十分な小ささに保たれる。典型的なＶＣＳＥＬのサイズは、およそ１０μｍ〜１ｍｍの範囲である。配列としては、図示されているような、又は様々なパターン（限定ではないが、縦列、横列など）が可能である。間隔はアレイを冷却するための必要性に応じて決定されてもよい。また、光の偏光を増加させるように、アレイを設計することも望ましい。
【００２５】
この種の用途のＶＣＳＥＬアレイの他の懸念事項としては、外部共振器内の波長の多様性（diversity）及びパワーが挙げられる。出力ＤＢＲは、ＶＣＳＥＬ型レーザではなく、外部共振器のパワーを増加させるように設計されてもよい。ＶＣＳＥＬ単体で典型的に用いられ得るものよりも低い反射率となってもよい。ある例では、より効率的にＩＲ光を２逓倍するために、２逓倍結晶の中で、位相整合を行ってもよい。ＶＣＳＥＬアレイの設計、パッケージング、はんだ付け、加工、選択は、アレイ全体の波長及びパワーの均一性を改善するために計画されてもよい。例えば、アレイ全体での温度の差異を最小にすることで、アレイ全体の波長及びパワーの均一性を改善することができる。アレイ面積を最小にし、ウエハの中央部から選択することで、均一性を改善することができる。波長において、十分に狭いスペクトル（例えば、３ｎｍ未満など）を達成することが困難な場合は、スペクトルを狭めるためにエタロンを使用してもよい。ＶＢＧほどではないものの、エタロンは周波数を狭める。加えて、エタロンは、より安価で、かつ温度及び波長の公差がより広い。また、エタロンは、ＡＲコーティングされていても、可視光を反射するようコーティングされていても、又は、偏光を改善するためにブリュースター角に近い角度を付けられていてもよい。ディスプレイ用途向けには、スペックルを緩和するため、より広いスペクトルが望ましい場合がある。可視レーザなどの単一の装置が効率的に生成できるものよりも広いスペクトルの場合は、わずかに異なる波長で動作するように設計されてもよい、ＶＣＳＥＬアレイを有した、２つ以上の装置を共に使用することもできる。
【００２６】
図４は、開示される原理による、単一のＶＣＳＥＬ  ４１０の２逓倍の一実施形態４００を示す模式図である。図４に示されているアーキテクチャは、同様に、ＶＣＳＥＬ素子のアレイを２逓倍するために使用してもよい。更に、ＶＣＳＥＬ装置４１０は、６００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲の光を生成してもよい。この例示的なアーキテクチャでは、ブリュースター板４４０を用いて、ＶＣＳＥＬ素子４１０によって生成されたＩＲ光の偏光純度を改善する。ブリュースター板４４０は、両面をコーティングすることで、実質的に共振器４２０のＩＲパワーの損失を最小化してもよく、かつ２逓倍された光を取り出す手段を提供してもよい。ブリュースター板は、およそブリュースター角の、又はブリュースター角に近い角度を有するカット面を備えてもよい。ブリュースター板４４０によって偏光が取り除かれた光は、ＶＣＳＥＬ素子又はＶＣＳＥＬアレイ４１０を出てから、２逓倍部材４３０（図４に示された実施形態では、ＫＴＰ結晶として示されている）に入射する。
【００２７】
２逓倍部材４３０の長さは、材料が長尺になるほど、２逓倍効率が上がるが、角度、温度及び波長の公差が狭くなるという点において、トレードオフの関係にある。バルク状２逓倍器４３０の典型的な長さは、およそ１ｍｍと３０ｍｍの範囲内であってよく、図示された実施形態では、例示的な共振器が、およそ１９ｍｍのときに、例示的に、５ｍｍの長さとなっている。出力カプラ４５０は、この場合にも、それぞれ、非２逓倍波長及び２逓倍された波長に対するＨＲコーティング及びＡＲコーティング４６０がされた高反射性の窓部であってもよい。この場合にも、代替的な実施形態では、これらのコーティング４６０を、ＶＣＳＥＬ  ４１０から離れた、少なくとも２逓倍部材４３０の外側表面上に組み込むことで、出力カプラ４５０を排除してもよい。
【００２８】
図５は、開示される原理により構築される、ＶＣＳＥＬ系システム用アーキテクチャの一実施形態５００を示す模式図であり、この実施形態では、共振器から両方向にパワーが抽出される。更に、図５には、共振器５２０から両方向にパワーを抽出することができる他のアーキテクチャが示されており、これにより、可視光の出力がほぼ倍増するか、又はおよそ８０％の増加がもたらされる。
【００２９】
ＩＲ  ＶＣＳＥＬアレイ５１０は、ＩＲ波長に対するＨＲミラー５４０、又は折り返し出力カプラ、又はコーティングされたエタロンによって、およそ４５度で、反射されてもよい。ビームウエストは、レンズ５６０によって２逓倍部材５３０の中へとリレーされてもよい。他のレンズ５７０が、２逓倍部材５３０の後で、この光を準再コリメートしてもよく、実質的にＩＲ光及び可視光の両方を、ミラー５５０によって反射してもよい。図示されているように、その後、この光は２逓倍部材５３０へと戻り、再び２逓倍部材５３０を通過する。これによって、より多くの可視光を、生成し、その光を、ミラー５５０（ＩＲ波長に対しては、ＨＲコーティングされ、かつ２逓倍された（可視）波長に対してはＡＲコーティングされている）によって、共振器５２０から出射させることができる。
【００３０】
図６は、開示される原理によって構築された、ＶＣＳＥＬ系システム用アーキテクチャの、他の実施形態６００を示す模式図であり、この実施形態では、共振器内に少なくとも１つのマイクロレンズアレイを備えてもよい。具体的には、図６には、図５と類似するアーキテクチャが示されており、それ故、ＶＣＳＥＬ素子又はＶＣＳＥＬアレイ６１０、並びに共振器６２０の中にＨＲ／ＡＲ出力カプラ６４０及び２逓倍部材６３０の両方が備えられていてもよい。しかしながら、図６に示された実施形態では、図５に示されたような、収束レンズに代えて、マイクロレンズアレイ６６０ａ、６６０ｂ（まとめて６６０とする）が、用いられている。概略的に述べれば、それぞれのＩＲビームは、あらかじめ選択された収束用マイクロレンズ６６０ａを通過してから、２逓倍部材６３０及び他のマイクロレンズアレイ６６０ｂを通過してもよく、その後に、ＩＲ波長と２逓倍された波長の両方に対するＨＲミラー６５０によって、実質的に反射され、戻されてもよい。共振器内のレンズ（例えば、図５及び６に示されるような）を使用して、非線形結晶中のビーム直径及び発散を最適化することにより、開示される原理により構築されるアーキテクチャの第二次高調波発生の変換効率を、更に最適化することができる。この場合にも、この光は、上述したような、ＩＲ波長に対してはＨＲコーティングされ、かつ２逓倍された波長に対してはＡＲコーティングされた、折り返し出力カプラ６４０によって、抽出される。
【００３１】
加えて、図５及び６に関しては、ＨＲミラー（５５０、６５０）を、２逓倍部材（５３０、６３０）の外側表面に配置してもよい。より具体的には、レンズ（５６０、６６０）（マクロレンズ又はマイクロレンズアレイのいずれであってもよい）の焦点面は、２逓倍部材（５３０、６３０）の外側表面付近又は外側表面に位置してもよく、この表面にあるミラーが、可視光及びＩＲ光を実質的に反射し、２逓倍部材（５３０、６３０）、レンズ（５６０、６６０ａ）、及び出力カプラ（５４０、６４０）を通過して戻っていくようにしてもよい。これにより、追加の素子を使用することなく、共振器（５２０、６２０）を折り返すことができる。
【００３２】
図７は、ＶＣＳＥＬ系システムにおいて、４Ｆ系共振器内を用いた、一実施形態７００を示す模式図である。図７では、ＶＣＳＥＬアレイ７１０を備える４Ｆ（２Ｆ１、２Ｆ２）系が使用されている様子が示され、像面及び物体面を有する２つのレンズ（７１５、７２５）が、およそ４つの焦点距離によって隔てられ、ビームウエスト（７３５として示されている位置）を、２逓倍部材（例えば、ＫＴＰ）７３０の中へと、結像している。他の４Ｆ系及び出力カプラ７５０（ＩＲ波長に対してＨＲであり、かつ可視波長に対してＡＲである）を使用して、このビームを実質的にコリメートし、再帰反射を生成してもよい。光学エタロン７６０は、ＶＣＳＥＬアレイ７１０の波長範囲を小さくして、２逓倍効率を改善することができる。図示された実施形態では、ＬＯは、ＶＣＳＥＬ素子から出力ビームの焦点までの距離である。虚焦点を有するビームの発散の場合と同様に、ＬＯは、正でも負でもよい。
【００３３】
図８は、図７に示された実施形態に似た４Ｆ系を有し、かつ出力カプラを用いて４Ｆ系を折り返す、ＶＣＳＥＬ系システムの一実施形態を示す模式図８００である。図８のシステムで示されているように、第１の４Ｆ系は、ビームウエスト（８３５で示されている位置）を、２逓倍部材８３０の反対側へ結像してもよく、その位置に、出力カプラ８５０、又は上述したような、２逓倍部材８３０上の同等のコーティングが、配置されてもよい。また、図５及び６に示されているように、第１のレンズ８１５とＶＣＳＥＬアレイ８１０との間に、図示されているブリュースター板８４０などの、出力カプラ８４０を用い、共振器８２０を、折り返してもよい。現行の出力カプラ８５０は、上述した実施形態で開示したような、ＩＲ波長及び可視波長の両方に対するＨＲミラーで置き換えてもよく、可視光は、折り返し出力カプラ８４０によって抽出され、これによって、共振器８２０から抽出される前に、ＩＲビームが、２逓倍器８３０を、２回にわたって通過することから、より多くの可視パワーを抽出することができる。
【００３４】
パルス動作に対しては、可飽和吸収体、音響光学変調器、電気光学変調器などを、共振器８２０の中に配置し、パルス発信させたり、システム内の他の素子に同期発振させたりしてもよい。これらの素子のうち、任意のものを用いた場合のシステムにおいては、これらの素子は、共振器８２０内の準コリメート空間に備えられてもよい。図８のＫＴＰ  ２逓倍部材８３０の右側に、パルス誘導素子の位置として可能性のある位置を、構成部品８７０として示すことができる。あるいは、ＶＣＳＥＬアレイ８１０をパルス発振させ、パルスモードでレーザを作動させてもよい。
【００３５】
また、当業者なら理解できるように、本明細書で開示及び説明した様々なアーキテクチャ及び共振器要素の組み合わせを使用してもよい。
【００３６】
なお、本開示の実施形態は、種々の光学システム及び投影システムで使用されてもよいことに留意されたい。例示的な実施形態は、種々のプロジェクタ、投影システム、光学部品、コンピュータシステム、プロセッサ、自己内蔵型プロジェクタシステム、ビジュアルシステム及び／又はオーディオビジュアルシステム、並びに電気機器及び／又は光学機器を含んでよく、又はこれらと共に動作してもよい。本開示の態様は、光学機器及び電気機器、光学システム、ディスプレイシステム、プレゼンテーションシステム、又は任意の種類の光学システムを包含し得る任意の装置に関連する、多種多様な装置に使用できる。したがって、本開示の実施形態は、視覚的なかつ／又は光学的なプレゼンテーション、視覚的な周辺機器など、並びに、インターネット、イントラネット、ローカル・エリア・ネットワーク、広域ネットワークなどを含む、多数のコンピュータ環境において、使用される、光学システム、光学機器で用いることができる。
【００３７】
開示された実施形態の詳細に進む前に、本明細書で言及され、例示された実施形態は、他の構成をとることが可能であるため、これらの実施形態が、用途や創作において、示された特定の構成の詳細に限定されるものではないことを理解されたい。更に、実施形態の態様が、独自の固有の実施形態を規定するために様々な組み合わせ及び構成で述べられてもよい。また、本明細書で使用する用語は、説明の目的のためのものであって、限定するためのものではない。
【００３８】
本明細書で使用されるとき、「実質的に」及び「およそ（ほぼ）」という用語は、それに対応する用語及び／又は項目間の相対性に対して、業界で受け入れられる許容範囲を付与するものである。このような、業界で受け入れられる許容範囲は、１パーセント未満〜１０パーセントの範囲であり、成分値、角度などが該当するが、これらに限定されない。このような、項目間の相対性は、１パーセント未満〜１０パーセントの範囲である。
【００３９】
本明細書に開示される原理による、様々な実施形態が上述されてきたが、これらの実施形態は、ただ例示の目的のためにのみ示されたのであり、限定するために示されたのではないことに留意されたい。それ故、この開示の広さ及び範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても制限されてはならず、請求項のいずれか、及び本開示に由来するそれらの同等物に従ってのみ規定されるべきである。更に、上記有利な点及び特徴は、記載された実施形態で提供されるが、かかる公開される特許請求の範囲の用途を、上記有利な点の一部又は全部を達成する方法及び構造に、制限するものではない。
【００４０】
加えて、本明細書においてセクションの見出しは、米国特許規則§  １．７７の規定するところに従って、さもなくば、編成上の目印（organizational cue）として提供されるものである。これらの見出しは、本開示により公開されるであろう、任意の請求項において述べられる、（複数の）本発明を限定したり、特徴づけたりするものではない。具体的には、単に例示ではあるが、「技術分野」という見出しがあるが、いわゆる分野（field）を説明するためにこの見出しの下に選択された表現によって、特許請求の範囲が限定されることはない。更に、「背景技術」に記載された技術に関する記述が、特定の技術が、本開示における任意の（複数の）実施形態に対する先行技術であることの承認として、解釈されるべきではない。「発明の概要」についても、公開される請求項で述べられる（複数の）実施形態を特徴づけるものとして考慮されるべきでない。更に、本開示においては、単数形での「発明（invention）」に対するいずれの言及も、本開示における新規な点が１つのみである、ということを主張するために使用されるべきではない。複数の実施形態は、本開示により、公開される複数の請求項の限定に従って、述べられる場合がある。したがって、これらの請求項は、この（複数の）実施形態及びそれらの同等物を定義することによって、それらを保護している。全ての例において、これらの請求項の範囲は、本開示に照らして、固有の利点が考慮されるべきであり、本明細書に述べる見出しによって制約されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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