JP2015510273A - レーザアーキテクチャ - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
Claims (44)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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