JP2017528770A - レーザー用途の結晶マウント - Google Patents
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Abstract
光学結晶は、結晶を受容するように構成されたマウントブロックにマウントされ得る。マウントブロック上のベース部分は、角部を形成する二つの壁部と単一の付勢ばねクリップとを利用して結晶を固定する。ばねクリップは、二つの壁部に対して略直交する二つの異なる方向において力を及ぼす。ばねクリップは、両方向において略同じ力を加える対称的な幾何学的形状に基づく。ばねはまた、点荷重又は応力上昇部が生じるのを抑制するような形で結晶に接触する、丸みを帯びた曲げ領域を特徴として有する。結晶に沿った接触部の長さが最大化され、静的保持能力のための適当な力分布及び十分に大きな接触面が得られる。
Description
〔優先権主張〕
本出願は、２０１４年９月１９日に出願された、共通に割り当てられた（ｃｏｍｍｏｎｌｙ ａｓｓｉｇｎｅｄ）非仮出願である米国特許出願第１４／４９１、９０９の優先権の利益を主張するものであり、当該出願の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１４年９月１９日に出願された、共通に割り当てられた（ｃｏｍｍｏｎｌｙ ａｓｓｉｇｎｅｄ）非仮出願である米国特許出願第１４／４９１、９０９の優先権の利益を主張するものであり、当該出願の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の各態様は、一般に、非線形光学系に関するものであり、より具体的には、非線形光学結晶のマウントに関するものである。
光学系では、一般に、レンズ、プリズム、ミラー、その他の光学素子の正確かつ厳正なアライメントが必要とされる。光学素子のずれにより性能が低下し得るレーザーシステムでは、適当なアライメントが特に重要となる。加えて、周波数倍増及びその他の結晶関連の非線形プロセスでは、厳しいビーム性能要求を満たすのに最適な変換効率を実現するために、結晶のアライメントを正確に行うことが必要となる場合が多い。
従って、非線形結晶共振装置構成では、結晶が共振装置内にあってもなくても、共振器内及び共振器外のいずれについても、安定したアライメントは特に重要である。
レーザーシステムが振動に曝される場合、アライメントの問題は大幅に悪化する。各光学素子が温度変化に伴って異なる変化率で膨張及び収縮し得るので、温度サイクルも問題となる。アライメント問題を最小化するために、これに特化した光学マウントが光学素子を固定するために使用されることが多い。
波長変換レーザーシステムでは、レーザー放射は、非線形光学結晶などの非線形媒体中で非線形光プロセスを経る。この非線形光プロセスは、レーザー放射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、通常、（１）結晶軸上での正確なカット、（２）結晶の正確なマウント、（３）結晶の温度制御により調節される。結晶は、通常、特別に設計されたオーブンにマウントされ、当該オーブンの温度を調節することにより結晶の温度が調節される。波長変換レーザーシステムの例が、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８４２２１１９号（特許文献１）に開示されている。非線形結晶の例としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、リチウムトリボレート（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、化学量論的タンタル酸リチウム（ＳＬＴ）、チタン酸リン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４、ＫＴＰとしても知られる）、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）、セシウムトリボレート（ＣｓＢ３Ｏ５若しくは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）、リン酸二重水素ルビジウム（ＲｂＤ２ＰＯ４若しくはＤＲＤＰ）、ホウ酸カリウムアルミニウム（ＫＡＢＯ）、ヒ酸二重水素カリウム（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若しくはＤＫＤＰ）、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（ＬＢ４）、又はギ酸リチウム一水和物（ＬＦＭ）及びこれらの同形体、並びに、周期的に分極したニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）や周期的に分極したタンタル酸リチウム、周期的に分極した化学量論的タンタル酸リチウム（ＰＰＳＬＴ）などの周期的分極材料が挙げられるが、これに限定されるものではない。
リチウムトリボレートＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）は、興味深く有用な非線形光学結晶の一例である。ＬＢＯは多くの面で独特であり、特に、透過範囲が広く、非線形結合性が適度に高く、損傷閾値が高く、化学的性質及び機械的性質が良好である点で独特である。また、ＬＢＯ結晶は、タイプ１又はタイプ２の相互作用のいずれかを使用することにより、Ｎｄ：ＹＡＧ及びＮｄ：ＹＬＦレーザーの第２高調波発生（ＳＨＧ）及び第３高調波発生（ＴＨＧ）に関して位相整合可能である。室温でのＳＨＧでは、タイプ１の位相整合を実現することができ、５５１ｎｍ〜約３０００ｎｍという広い波長範囲で、主面であるＸＹ平面及びＸＺ平面において最大の有効ＳＨＧ係数が得られる。ＬＢＯの透過範囲は、０．２１μｍ〜２．３μｍである。ＬＢＯにより、タイプ１のＳＨＧについて１．０μｍ〜１．３μｍで温度制御可能な非臨界位相整合（ＮＣＰＭ）が可能となり、タイプ２のＳＨＧについても０．８μｍ〜１．１μｍで室温非臨界位相整合（ＮＣＰＭ）が実現される。また、ＬＢＯは、手頃な角度アクセプタンスバンド幅を有し、ソースレーザーに対するビーム品質の条件が軽減されるので、望ましい非線形光学的材料でもある。
パルスＮｄ：ＹＡＧレーザーでは、ＬＢＯを用いると７０％を超えるＳＨＧ変換効率が観測され、連続波（ｃｗ）Ｎｄ：ＹＡＧレーザーでは、ＬＢＯを用いると３０％の変換効率が観測された。ＬＢＯを用いると、パルスＮｄ：ＹＡＧレーザーでは６０％を超えるＴＨＧ変換効率が観測された。また、ＬＢＯは、広く調節可能な波長範囲及び高出力を有する、光パラメトリック共振器（ＯＰＯ）又は光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）のための優れた非線形光学的（ＮＬＯ）結晶でもある。従って、ＬＢＯは、多数の用途に望ましい非線形光学結晶である。
しかしながら、ＬＢＯは、扱いが難しい材料である。ＬＢＯは、吸湿性を有し、かつ高価である。光学系において、ＬＢＯ結晶は、綺麗で安定した（例えば、完全に静止した）ものとする必要がある。通常、臨界位相整合のためには、０．１℃以内まで結晶の温度を制御しなければならない。非臨界位相整合では、温度の許容範囲は遥かに緩い。加えて、ＬＢＯの異常な異方性熱膨張により、結晶のマウントが重要となる。特に、ＬＢＯの熱膨張係数は、その結晶軸ｘ、ｙ、及びｚに対して、それぞれ１０．８×１０−５／Ｋ、−８．８×１０−５／Ｋ、及び３．４×１０−５／Ｋである。光学的に考察することにより、結晶のカット（すなわち位相整合）が決定される。例えば、ＬＢＯの第２高調波発生（ＳＨＧ）のカットは、第３高調波発生（ＴＨＧ）のカットよりも容易に実行することができる。同様に、ＳＨＧ用のマウントシステムは、ＴＨＧよりも容易である。
ＬＢＯの性質により、オーブン中でのマウントが特に困難となる。過去は、レーザーシステムでは、のり又はクランプ機構（例えばばね荷重）を使用することにより、ＳＨＧ又はＴＨＧのためにＬＢＯ結晶をオーブンに固定していた。別のシステムでは、金フラッシュ及び半田を使用することでＬＢＯ結晶をマウントしていた。異方性熱膨張による結晶の損傷を避けるために、小点状ののりを使用することによりＬＢＯ結晶（５ｍｍ〜１５ｍｍ長）をオーブンにマウントすることができる。その後、ひずみを抑制するために、通常、当該のりを室温近くで硬化させる。しかしながら、一点だけののりでは、ＬＢＯ結晶を欠け又はクラックから保護しながら当該結晶をしっかりと安定して保持するのに十分でない場合がある。別の課題は、通常、熱的異方性を有するＬＢＯが熱的等方性を有する金属に接着されるという点である。ＬＢＯと金属との間で熱膨張係数（ＣＴＥ）の不整合があると、異なる熱膨張によりＬＢＯ結晶が破損することが多い。さらに、のりや半田などの接着剤及び／又は機械的クランプによる方法は、結晶の欠け及びクラックや機械的不安定性といった著しい欠点を有する。
レーザーベースの結晶を保持するための設計は数多く存在する。レーザーベースのシステム用の結晶保持装置の一例が米国特許第８３０５６８０号（特許文献２）に開示されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、いずれの設計も、このようなアセンブリにおいて求められる理想的な条件（これらに限定されるものではないが、清浄性（ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ）、複雑性（ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）、組立て／サイクル時間、再加工可能性（ｒｅ−ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ）など）をすべて良好に満足するものではない。
現在の設計に関する一つの課題は、清浄性（特に貼付け用接着剤の存在下での清浄性）である。様々な理由により、いくつかの設計では、機械的に保持する手法（図３Ａ参照）を採らず、のりを使用して結晶を所定位置に固定する。上記課題は、このような接着剤には、迷光又は散乱光に曝されたときに気体を放出したり劣化したりする可能性があるという点である。この気体放出／劣化により、レーザー光学系が汚染され、システムの寿命が潜在的に短くなる。接着剤を取り除くことにより気体放出の可能性が低減することは一般に認識されている。従って、接着剤は、結晶を固定するのには役立つとしても、レーザー全体の寿命を長くするには理想的ではない。
複雑性は、良好な結晶エンクロージャ設計を規定する別のカテゴリである。複雑な設計は、コスト、ＢＯＭ制御、及び梱包サイズの点で不利である。小さな結晶エンクロージャを設計したとしても、その様々な部品は、著しい材料及び管理費用を抱えることになる。一般に、部品の数が少ないアセンブリはコストが低くなる。図２Ｃは、業界で受け入れられているとされる結晶エンクロージャ（１６部品）に固有の複雑性を示す。最後に、これらのエンクロージャのサイズが小さいことにより、部品の多い設計では、訓練された技術者も取り扱うのが非常に困難な小さな部品を数多く含む傾向がある。
結晶エンクロージャに関する最も重要な領域の一つは、組立て／サイクル時間である。組立て時間とは、技術者がアセンブリを構築するのにかかる実際の時間の量である。サイクル時間とは、組立て時間とアセンブリが生産に投入される準備ができるまでにかかる追加の時間すべてとを足し合わせたものである。例えば、のり付け設計（図３Ａに示す）の一つの欠点はサイクル時間である。実際の組立て時間は３０分に満たないが、アセンブリを使用できるようになる前ののりの硬化待ちによる、少なくとも１８時間のサイクル時間がある。逆に、複雑なアセンブリ（例えば、図２Ａ〜図２Ｃのようなもの）では、極めて長い組立て時間（３０〜６０分）を要する。追加で発生するサイクル時間も（のり付け設計のように）存在するが、上記の量の組立て時間を要することの方が実質的な点である。最後に、組立て時間及びサイクル時間が長くなると、傷付きやすい光学結晶が損傷を受けるリスクも著しく高くなる。
良好な設計を行うにあたっての別の問題は、再加工可能性である。のり付け設計の主要なデメリットの一つは、一度組み立てられると再加工を行うことができないという点である。これは、修理が必要となった場合に、結晶だけでなくアルミニウム製のベースピースも修復することができないということを意味する。業界に受け入れられている標準設計（例えば、図２Ａ〜図２Ｃ）などの複雑な設計では、レーザーヘッド内でこのようなアセンブリの再加工を行うのは危険である。これらの小さな部品はすぐ落下してしまうので、結晶交換のためだけにアセンブリ全体をレーザーから取り外すことが必要になる。これは面倒なプロセスであり、理想的なエンクロージャ設計を使用していれば避けられたであろう膨大な時間及び労力がかかる。
本発明の実施形態は、この文脈で発案されたものである。
以下の詳細な説明は、例示のために多数の詳細な具体例を含むが、当業者であれば、以下の具体例に代わる多数の変形例及び代替例が本発明の範囲に包含されることを理解するであろう。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の一般性を損なうものではなく、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものでもない。
〔用語集〕
本明細書では、次の用語は以下のような意味で使用される。
本明細書では、次の用語は以下のような意味で使用される。
ビームスプリッタとは、光線を二つ以上の部分に分割することができる光学装置を指す。
キャビティ又は光学共振キャビティとは、二つ以上の反射面により画定される光路であって、当該光路に沿って光が往復又は循環することのできるものを指す。光路と交差する物体があれば、当該物体はキャビティ内にあるという。
連続波（ＣＷ）レーザーとは、パルスレーザーのような短い単発のレーザーではなく、放射を連続的に放つレーザーを指す。
ダイオードレーザーとは、誘導放出を使用してコヒーレント光出力を発生させるように設計された発光ダイオードを指す。ダイオードレーザーは、レーザーダイオード又は半導体レーザーとしても知られる。
ダイオード励起レーザーとは、ダイオードレーザーにより励起される利得媒質を有するレーザーを指す。
利得とは、増幅器を通って一点から他点へ送られる信号の強度、パワー、又はパルスエネルギーの増分を指す。「不飽和利得」との語は、増幅器を通過する小さな信号の増分であって、増幅器中の反転レベルを大きくは変化させないものを指す。本明細書では、利得と不飽和利得とは区別せずに使用される。
利得媒質とは、レーザーに対して以下で説明するように光学利得を発生させることができる材料を指す。
ガーネットとは、特定の種類の酸化物結晶を指し、例えば、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）、これらの類似体などが含まれる。
赤外線放射とは、約７００ナノメートル（ｎｍ）〜約１０００００ｎｍの真空波長を特徴とする電磁放射を指す。
レーザー（Ｌａｓｅｒ）とは、「ｌｉｇｈｔ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｒａｄｉａｔｉｏｎ（励起誘導放射による光増幅）」の頭文字である。レーザーは、レーザブル材料（ｌａｓａｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）を収容するキャビティである。このレーザブル材料とは、その原子が例えば光又は放電によるポンピングにより準安定状態に励起されることができる任意の材料（結晶、ガラス、液体、半導体、染料、又は気体）である。当該材料が基底状態に落ちるとき、準安定状態からの光が材料から放出される。通過する光子が存在することにより光放出が誘導され、その結果、放出された光子は、光放出を誘導する光子と同じ位相及び方向を有することになる。この光（以下、誘導放射という。）は、キャビティ内で振動し、キャビティから外に出た部分が出力ビームを形成する。
横方向（Ｌａｔｅｒａｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）：本明細書では、「横の（ｌａｔｅｒａｌ）」又は「横断の（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）」との語は、本明細書に開示されるばねクリップの付勢テンション領域及び丸みを帯びた曲げ領域が延びる軸に垂直な軸を指すものとして使用される。横方向は、光学結晶がマウントされる方向及び光が光学結晶を通って移動する方向に垂直である。
光：本明細書では、「光」との語は、一般に、赤外線から紫外線までの周波数範囲（概ね、約１ナノメートル（１０−９メートル）〜約１００ミクロンの真空波長範囲に対応する）の電磁放射を指すものとして使用される。
長手方向（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）：本明細書では、「長手方向の（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）」との語は、本明細書に開示されるばねクリップの付勢テンション領域及び丸みを帯びた曲げ領域が延びる軸を指すものとして使用される。長手方向は、横方向／横断方向に垂直である。長手方向は、光学結晶がマウントされる方向及び光が光学結晶を通って移動する方向に平行である。
非線形効果とは、通常、レーザーにより生成されるような略単色性の指向性光線でのみ見られる光学現象の種類を指す。高次高調波発生（例えば、第２高調波発生、第３高調波発生、及び第４高調波発生）、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、並びに誘導ラマン効果は、非線形効果の例である。
非線形光波長変換プロセスとは、非線形媒体を通過する所与の真空波長λ０の入力光が、入力光とは異なる真空波長を有する出力光を生成するような形で、当該媒体及び／又は当該媒体を通過する別の光と相互作用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る。二つの値は光の真空速度により関連付けられているためである。これらの二つの用語は、区別せずに使用され得る。非線形光学的波長変換には、以下のものが含まれる。
高次高調波発生（ＨＨＧ）（例えば、第２高調波発生（ＳＨＧ）、第３高調波発生（ＴＨＧ）、第４高調波発生（ＦＨＧ）など）：入力光の二つ以上の光子が、周波数Ｎｆ０（Ｎは相互作用する光子の数）を有する出力光の光子を生成するような形で相互作用する。例えばＳＨＧでは、Ｎ＝２である。
和周波発生（ＳＦＧ）：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形で、周波数ｆ２の別の入力光の光子と相互作用する。
差周波発生（ＤＦＧ）：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形で、周波数ｆ２の別の入力光の光子と相互作用する。
非線形結晶の例としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、リチウムトリボレート（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、化学量論的タンタル酸リチウム（ＳＬＴ）、チタン酸リン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４、ＫＴＰとしても知られる）、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）、セシウムトリボレート（ＣｓＢ３Ｏ５若しくは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）、リン酸二重水素ルビジウム（ＲｂＤ２ＰＯ４若しくはＤＲＤＰ）、ホウ酸カリウムアルミニウム（ＫＡＢＯ）、ヒ酸二重水素カリウム（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若しくはＤＫＤＰ）、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（ＬＢ４）、又はギ酸リチウム一水和物（ＬＦＭ）及びこれらの同形体、並びに、周期的に分極したニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）や周期的に分極したタンタル酸リチウム、周期的に分極した化学量論的タンタル酸リチウム（ＰＰＳＬＴ）などの周期的分極材料などが挙げられるが、これに限定されるものではない。光ファイバーは、ファイバー中に微細構造を作製することにより、光放射に対する非線形応答性を有するように誘導されてもよい。
光学増幅器とは、入力光信号のパワーを増幅する装置を指す。光学増幅器は、ポンピング放射により駆動される利得媒質を使用するという点でレーザーに類似する。一般に、増幅器にはフィードバック（すなわちキャビティ）がないので、利得を有するが発振は行われない。本明細書では、光パワー増幅器とは、一般に、増幅ビームをターゲット又は波長変換器へ届ける前の最後の光学増幅器を指すものとして使用される。本明細書では、放射源とパワー増幅器との間の増幅段は、一般に、プリアンプと呼ばれる。
位相整合とは、波と波との間でエネルギーをコヒーレントに伝達することが可能な距離を増加させるために多重波非線形光プロセスにおいて使用される技術を指す。例えば、３波プロセスでは、ｋ１＋ｋ２＝ｋ３（ｋｉはプロセスにｉ番目に関与する波の波数ベクトル）である場合に位相整合がなされているという。周波数倍増では、例えば、基本波と第２高調波とで位相速度が整合する場合に、プロセスは最も効率的なものとなる。通常、位相整合条件は、光波長、偏波状態、及び非線形材料中での伝播方向を注意深く選択することにより実現される。
パルスエネルギーとは、パルス中のエネルギー量を指す。パルスエネルギーは、パルス周期にわたって瞬間的なパルスパワーを積分することにより計算され得る。
パルス周期（Ｔ）とは、一連の二つ以上のパルスにおける連続したパルスの等価な点と点との間の時間を指す。
パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）とは、単位時間あたりのパルスの反復率を指す。ＰＲＦは、周期Ｔと逆数的に関連し、例えば、ＰＲＦ＝１／Ｔである。
Ｑとは、（２π）×（共振装置に蓄えられる平均エネルギー）／（サイクルごとに放散されるエネルギー）として定義される、共振装置（キャビティ）の性能指数を指す。光共振器の表面の反射率が高くなるほど、また吸収損失が低くなるほど、Ｑが高くなり、所望のモードからのエネルギー損失が小さくなる。
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指す。
Ｑスイッチレーザーとは、レーザー媒体中で高レベルの反転（光学利得及びエネルギー蓄積）が実現されるまでレーザーが動作するのを防ぐために、レーザーキャビティ中でＱスイッチを使用するレーザーを指す。スイッチが（例えば、音響光学変調器若しくは電気光学変調器又は可飽和吸収体を用いて）キャビティのＱの急速に増加させると、ジャイアントパルスが発生する。
擬ＣＷ（Ｑｕａｓｉ−ＣＷ）とは、連続波のように見えるほど十分に高い反復率で連続したパルスを発生させることを指す。
疑似位相整合（ＱＰＭ）材料：疑似位相整合材料では、当該材料の非線形係数の符号を周期的に変化させることにより、基本波及び高次高調波の放射の位相整合がとれている。符号変化の周期（ｋＱＰＭ）により、ｋＱＰＭ＋ｋ１＋ｋ２＝ｋ３のように、位相整合の式に追加の項が加わる。ＱＰＭ材料では、基本波及び高次高調波は同一に偏波を有することができ、これにより効率が改善されることが多い。疑似位相整合材料の例としては、周期的に分極したタンタル酸リチウム（ＰＰＬＴ）や周期的に分極したニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、周期的に分極した化学量論的タンタル酸リチウム（ＰＰＳＬＴ）、周期的に分極したチタン酸リン酸カリウム（ＰＰＫＴＰ）、周期的に分極した微細構造ガラスファイバーが挙げられる。
紫外（ＵＶ）放射とは、可視領域より短く軟Ｘ線より長い真空波長を特徴とする電磁放射をいう。紫外放射は、約３８０ｎｍ〜約２００ｎｍの近紫外；約２００ｎｍ〜約１０ｎｍの遠紫外又は真空紫外（ＦＵＶ又はＶＵＶ）；及び約１ｎｍ〜約３１ｎｍの極紫外（ＥＵＶ又はＸＵＶ）という波長範囲に細分され得る。
真空波長：電磁放射の波長は、一般に、当該波が移動する媒体に依存する。真空波長は、所与の周波数の電磁放射が真空を通って伝播するとした場合に当該放射が有する波長であり、真空中の光速を周波数で割ることにより得られる。
ウエスト：ガウス光学では通常のことだが、ビームのウエストｗとは、最も小さな点（すなわち焦点）におけるビームの半径を指す。ビームの半径は、ビームの中心と強度が中心における値の１／ｅ２となる点との間の距離として定義される。ビームが円形でないときは、一般に、ビームを楕円形ガウシアンでフィッティングして、長軸及び短軸に沿って１／ｅ２距離を求めることにより得られる二つのウエスト又は二つのウエスト半径ｗｘ及びｗｙを考える。特定の方向に沿った（例えばｘ軸に沿った）ビームの直径（幅）は、ウエスト値の２倍である。すなわち、直径＝２ｗである。
本明細書では、「ａ」及び「ａｎ」との語は、特許文書では一般的であるが、一つ又は二つ以上のものを含むものとして使用される。本明細書では、「又は、若しくは（ｏｒ）」との語は、別段の記載がない場合は「Ａ又はＢ」が「ＢではなくＡ」、「ＡではなくＢ」、及び「Ａ及びＢ」を含むような非排他的な「又は、若しくは」を指すものとして使用される。従って、以下の詳細な説明を限定的な意味に解釈してはならず、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により規定される。
〔イントロダクション〕
本開示の態様の文脈を説明するために、図１は、波長変換レーザーシステムの例１０を図示する。具体的には、システム１０は、一般に、シード源１２、一つ以上の光増幅器１４、１６、及び波長変換器１００を含む。シード源１２はシード放射１１を発生させ、シード放射１１が光増幅器１４、１６により増幅されることにより増幅出力が生成され、この増幅出力が波長変換器への入力放射１０１となる。波長変換器１００は、増幅出力の少なくとも一部の波長変換を行うことにより、波長変換された出力１１１を生成する。入力１０１の一部１０１’も波長変換器１００から出てきてよい。
本開示の態様の文脈を説明するために、図１は、波長変換レーザーシステムの例１０を図示する。具体的には、システム１０は、一般に、シード源１２、一つ以上の光増幅器１４、１６、及び波長変換器１００を含む。シード源１２はシード放射１１を発生させ、シード放射１１が光増幅器１４、１６により増幅されることにより増幅出力が生成され、この増幅出力が波長変換器への入力放射１０１となる。波長変換器１００は、増幅出力の少なくとも一部の波長変換を行うことにより、波長変換された出力１１１を生成する。入力１０１の一部１０１’も波長変換器１００から出てきてよい。
光増幅器は、一つ以上の増幅器ユニット１４、１６を含み得る。例えば、オプションのプリアンプ１４が、任意選択で、シード源１２とパワー増幅器１６との間に直列式に結合され得る。プリアンプ１４は、シード放射１１を増幅することにより中間信号１５を生成することができ、中間信号１５がパワー増幅器１６により増幅されることにより、入力ビーム１０１を形成する増幅出力が生成される。増幅器１４、１６は、任意選択で、出力ファイバー１８に結合される。入力ビーム１０１は、ファイバー１８の端面から出てくる。
例えば、増幅器１４、１６のうち一つ以上は、ポンピング源１３、１７に結合された光ファイバーを含むファイバー増幅器であってよい。光ファイバーは、一般に、クラッド及びドープコアを含み得る。ファイバーのコアは、例えば、直径約６ミクロンとすることができる。ファイバーは、偏波保持ファイバー又は単一の偏波ファイバーとすることができる。増幅器１６のうち一方の一部は、出力ファイバー１８を形成してもよい。増幅される入力放射（例えば、シード放射１１又は中間放射１５）は、コアに結合される。ポンピング源１３、１７（例えばダイオードレーザー）からのポンピング放射も、通常、コアに結合されるが、代わりにクラッドに結合されてもよい。ファイバーのコア中のドーパント原子、例えば、レアアース元素（例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）、若しくはツリウム（Ｔｍ）、又はこれらのうち二つ以上の組合せなど）は、ポンピング放射からのエネルギーを吸収する。吸収されたエネルギーは、ファイバーのコア中で入力放射のエネルギーを増幅する。入力放射により、ドーパント原子からの放射放出が誘導される。誘導放射は、入力放射と同じ周波数及び位相を有する。その結果、入力放射と同じ周波数及び位相を有するが光強度が入力放射より大きい増幅出力が得られる。
制御器２０が、シード源１２及び／又はポンプ源１３、１７に動作可能に結合され得る。制御器２０は、シード放射１１又はポンプ源１３、１７により提供されるポンプ放射のパワーを制御するように適合されたハードウェア又はソフトウェア論理を実行することができる。シード源からのシード放射１１及び／又はポンプ源１３、１７からのポンプ放射のパワーを制御することにより、制御器２０は、波長変換器１００に提供される入力ビーム１０１の光パワーを制御する。
波長変換器１００は、第１非線形光学結晶１０２及び第２非線形光学結晶１０４、リレーレンズ１１０、１１２、並びにレンズ１１４を含み得る。特に、第１非線形結晶１０２は、結晶と入力放射１０１との間の非線形相互作用からＳＨＧ出力１０３を生成するＳＨＧ結晶とすることができる。レンズ１１４は、ＳＨＧ結晶１０２から距離ｄのところに配置され得る。レンズ１１４は、ＳＨＧ結晶の屈折率における異方性に起因するウォークオフ（ｗａｌｋ−ｏｆｆ）を少なくとも部分的に補償するために、ＳＨＧ結晶１０２内で環状の入力ビーム１０１の像を楕円形ビームウエストとするように構成され得る。球状レンズ１１６Ａ、１１６Ｂは、ＳＨＧ出力１０３を、入力放射１０１のうち変換されていない部分とともに、ＴＨＧ結晶１０４に結合するように構成され得る。ＴＨＧ結晶は、ＳＨＧ出力１０３と変換されていない入力放射との間の和周波相互作用を通じて、第３高調波放射を生成する。第３高調波放射は、波長変換された出力１１１としてＴＨＧ結晶から出てくる。残りの入力放射１０１’もＴＨＧ結晶１０４から出てき得る。ＴＨＧ結晶は、波長変換された出力１１１を残りの入力放射１０１’から分離するブリュースターカット端面１０６を含み得る。レンズ１１４の焦点距離及び焦点位置を適切に調節することにより、所望の断面形状を有する波長変換出力１１１のビームを生成することが可能である。
本開示の態様によると、第１非線形光学結晶１０２及び第２非線形光学結晶１０４の一方又は両方が、本発明に係るばねクランプ式結晶マウント１０５により固定される。各結晶１０２、１０４が別々の結晶マウントに固定されてもよく、両方の結晶が同じマウントに固定されてもよい。さらに、示したシステムでは二つの非線形光学結晶を使用しているが、当業者であれば、本開示の態様が単一の非線形光学結晶又は三つ以上の非線形光学結晶を使用するようにも適合され得ることを理解するであろう。例えば、限定するものではないが、一つ以上の非線形光学結晶１０２、１０４は、臨界位相整合リチウムトリボレート（ＬＢＯ）結晶であってよい。代替的な結晶としては、とりわけ、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮＢＯ３）、ベータホウ酸バリウム（ＢＢＯ）などが挙げられる。このような温度臨界システムでは、実質的な温度の揺れ又は勾配は許容できない。臨界位相整合を実現するためには、結晶を最適化された温度に保つことが望ましい。ＬＢＯにおける非線形光学的変換効率を最適化するためには、例えば、望ましい温度範囲は５℃〜４５℃であり、温度精度は±０．１℃であることが望ましい。温度制御されたエンクロージャ１０７、例えばオーブン（又は別々の複数のオーブン）により各結晶を取り囲むことで、温度制御を行うことができる。別々の結晶の温度制御を独立して行うことができるように、別々のエンクロージャを使用してもよい。熱エンクロージャは、シート状の金属（例えばアルミニウム）から成るものとすることができ、加熱素子、冷却素子（例えばペルチェ冷却素子）、及び温度センサー（例えば、熱電対）を含んでもよい。これらの構成要素は、フィードバックループ中で制御器２０に結合され得る。
本開示の態様によると、結晶マウント１０５は、図４Ａ〜図７に詳細に示すとともに以下で説明するばねクリップ設計である。開示される設計は、配置を行う目的で結晶を角部に保持するだけではなく、ばねクリップ３０１と結晶２０５との間の面接触を利用することにより、結晶に熱を伝えたり結晶から熱を取り出したりするための通路を提供するものでもある。図４〜図７に示す結晶マウントのばねクリップ設計の利点を把握するには、従来の設計のデメリットを理解するのが有効であろう。
図２Ａは、業界に受け入れられている標準的な結晶エンクロージャの３次元図であり、機械的に保持する手法を利用した結晶マウントを図示する。
図２Ｂ〜図２Ｃは、図２Ａの結晶マウントの図であり、それぞれ、重なっている部品を透明にした図及び図２Ａの結晶マウントの分解図である。当該結晶エンクロージャは１６個の個別ピースを使用して構築されており、どこで組み立てても３０〜６０分かかり得ることから、これらの図は、業界に受け入れられている標準的な結晶エンクロージャの大まかな複雑性に関するものである。
図３Ａは、業界に受け入れられている標準的な結晶エンクロージャの３次元図であり、接着剤で保持する手法を利用した結晶マウントを図示する。図３Ｂは、図３Ａの結晶マウントの分解図である。これらの図は、接着剤で保持する方法を示す従来技術では、１８時間にのぼる「サイクル時間」（組立て時間とアセンブリが生産に投入される準備ができるまでにかかる追加の時間すべてとを足し合わせたもの）が必要となることを説明する役割を果たすものである。図３Ａ及び図３Ｂの装置では、図２Ａ〜図２Ｃに示す機械的に保持する手法よりも必要な組立て時間は短い（例えば、機械的に保持する手法では３０〜６０分を要するのに対し、接着剤で保持する装置の組立て時間は約３０分未満である）が、接着剤で保持する手法では、アセンブリを使用できるようになる前ののりの硬化待ちによる、１８時間にのぼるサイクル時間が必要となる。加えて、本明細書に記載したように、現在の業界標準の生産で使用されているもののように組立て時間及びサイクル時間が長くなると、傷付きやすい光学結晶が損傷を受けるリスクも著しく高くなる。
〔ばねクリップ式結晶マウント〕
図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の態様に係る結晶マウント装置２００を図示する。当該装置は、一般に、長手方向に延在する第１壁部２０４及び第２壁部２０６を有して長手方向に延在するベースピース２０２を含み、第１壁部２０４及び第２壁部２０６は、互いに対して角度をなして角部２０１を形成し、単一の弾性付勢ばねクリップ３０１とともに光学結晶２０５をベースピースに固定する。本開示のいくつかの態様によると、結晶２０５は、ベースピース２０２とばねクリップ３０１とを組み合わせることにより保持されるワークピースとみなすことができる。本開示の別の態様によると、結晶２０５がベースピース２０２及びばねクリップ３０１により保持される組合せは、図１のシステム１００のようなより大きな装置のサブアセンブリとみなすことができる。
図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の態様に係る結晶マウント装置２００を図示する。当該装置は、一般に、長手方向に延在する第１壁部２０４及び第２壁部２０６を有して長手方向に延在するベースピース２０２を含み、第１壁部２０４及び第２壁部２０６は、互いに対して角度をなして角部２０１を形成し、単一の弾性付勢ばねクリップ３０１とともに光学結晶２０５をベースピースに固定する。本開示のいくつかの態様によると、結晶２０５は、ベースピース２０２とばねクリップ３０１とを組み合わせることにより保持されるワークピースとみなすことができる。本開示の別の態様によると、結晶２０５がベースピース２０２及びばねクリップ３０１により保持される組合せは、図１のシステム１００のようなより大きな装置のサブアセンブリとみなすことができる。
図示した例では、長手方向に延在する結晶２０５は、長手方向に延在する四つの面を含む。四つの面のうち第１面は、四つの面のうち第２面に垂直である。四つの面のうち第３面は、四つの面のうち第４面に垂直である。第１面は第３面に平行であり、第２面は第４面に平行である。例えば、限定するものではないが、結晶２０５は、断面の大きさが２．５ｍｍ×２．５ｍｍで長手方向の大きさが１５ｍｍのホウ酸リチウム（ＬＢＯ）の単結晶であってよい。上述のとおり、別の結晶材料及び別の配置を使用することもできる。
本体部２０２は、第２壁部２０６とスロット２０８との間の第１セクション２０３及び傾斜リップ２１０のピーク部と第１壁部２０４との間の第２セクション２０７を有する対角面を含む。図４Ａ及び図４Ｂに示す例では、対角面は、第１壁部２０４及び第２壁部２０６に対して４５°の角度をなす。本体部２０２は、高温での結晶２０５の操作に適合し、適切な耐久性のある材料から成るものとすることができる。適切な材料の例としては、６０６１Ｔ６アルミニウムが挙げられる。代替例としては、銅、ステンレス鋼、シリコンカーバイド、チタン、モリブデン、タングステン、タンタル、インバー（登録商標）、コバール、セラミックス、窒化アルミニウム、その他の熱伝導性の適度に堅い材料、ダイアモンドが挙げられる。本体部２０２の材料は、めっき（例えば、ｗ／Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ）されていてもよく、めっきされていなくてもよい。
図５Ａ及び図５Ｂは、ばねクリップ３０１のさらなる詳細を示す。ばねクリップ３０１は、高温での結晶の操作に適合する弾性材料から成る。適切な材料の例としては、ステンレス鋼、例えば３００シリーズのステンレス鋼（３０４ステンレスなど）が挙げられる。代替的な材料としては、これに限定されるものではないが、他の金属（ベリリウム銅（ＢｅＣｕ）など）や弾性が十分に高いポリマー（例えば、ポリプロピレン、ＵＬＴＥＭ、デルリン（登録商標）、ポリカーボネート、ＡＢＳ）が挙げられる。その他の材料として、繊維ガラス、炭素ファイバー、コンポジット材料、グラフェンなどが挙げられる。ばねクリップは、長手方向において全体長さＬを有する。非限定的な一例では、ばねクリップを０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）厚の３０４ステンレス製シートから作った。この例では、全体長さＬを１０ｍｍとした。長さＬは、結晶の全体長さ未満とされ得る。いくつかの用途では、全体長さＬを結晶２０５の長さ以上とするのが望ましい場合もある。また、いくつかの実装形態では、ばねクリップ３０１は、クリップにより結晶を本体部２０２に固定するときに結晶２０５の一部を視認できるようにする開口部３２１を含み得る。このような開口部は、結晶２０５の配置及びセンタリングを視認するのに特に有用である。別の実装形態では、ばねクリップ３０１に沿った熱伝導度を向上させるために、より厚い材料が使用され得る。
ばねクリップ３０１は、丸みを帯びた第１曲げ領域３１２を含み、第１曲げ領域３１２は、結晶の第１面に対して押し付けられるように張力を受けることにより、ベースピース２０２の角部２０１の第１壁部２０４と接触している結晶の第３面を押す。ばねクリップの丸みを帯びた第２曲げ領域３１４は、結晶の第２面に対して押し付けられるように張力を受けることにより、角部２０１の第２壁部２０６と接触している結晶の第４面を押す。第１曲げ領域及び第２曲げ領域は、第１曲げ領域及び第２曲げ領域と反対向きの湾曲を有する付勢領域３２０により接合されている。図４Ａ〜図４Ｃに図示する例では、第１曲げ領域３１２は、鉛直方向の第１壁部２０４に対して結晶２０５を押す水平方向の力Ｆｈを及ぼす一方、第２曲げ領域は、水平方向の第２壁部２０６に対して結晶２０５を押す鉛直方向の力Ｆｖを及ぼす。曲げ領域３１２、３１４により結晶２０５に及ぼされる正味の力Ｆｎｅｔの方向は、ベースピース２０２の角部２０１に斜めに向かうものとなる。
第１曲げ領域及び第２曲げ領域に張力を及ぼすために、ばねクリップ３０１は、第１曲げ領域３１２から延在して第１フック部分３１１で終端する第１リーフセクション３１０と、第２曲げ領域３１４から延在して第２フック部分３１６で終端する第２リーフセクション３１５と、を含み得る。第１リーフセクション３１０及びフック部分３１１は、ベース部分のスロット内にフィットする「Ｌ」字形状を形成する。第２リーフセクション３１５及びフック部分３１６は、ベース部分２０２の傾斜リップ２１０にわたってフィットする「Ｊ」字形状を形成する。
結晶２０５を本体部分２０２に固定するために、結晶は、二つの面の間の角部がベースピースの第１壁部と第２壁部との間の角部に位置するように、長さ方向に配置される。第１フック部分３１１は、スロット２０８中に挿入され、第２フック部分３１６は、傾斜リップ２１０にわたって引っかけられる。ばねクリップにおける張力により、第１曲げ領域及び第２曲げ領域３１２、３１４が結晶２０５の第１面及び第２面に対して押し付けられ、これにより、結晶が角部２０１の方に押される。第１リーフ３１０は、本体部２０２の第１対角面２０３を押し、第２リーフ３１５は、第２対角面セクション２０７を押す。ばねクリップ３０１を取り外すには、例えばマイナスドライバーなどのツールを用いて緩めることにより、第２フック部分３１６を引っかけていた傾斜リップ２１０から第２フック部分３１６が取り外される。ばねは一つだけ示されているが、当業者であれば、より長い結晶を固定するために、装置２００が二つ以上のばねクリップを含むように修正されてもよいことを理解するであろう。同様に、二つ以上の結晶が一つ以上のばねクリップで同じ本体部に固定されてもよい。例えば、限定するものではないが、一つ以上の本体部及び本明細書で説明する種類のばねクリップアセンブリを使用して、複数の結晶が一列に固定されてもよい。このような配置構成は、例えば、約３００℃までの温度での非臨界位相整合のために使用され得る。
ばねクリップの操作を最適化するためには、当該ばねクリップの特定の寸法の重要性を理解することが有用である。図６は、弾性ばねクリップ３０１の側面図を示す。図６に図示した鍵となる寸法には、第１曲げ領域３１２の曲率半径Ｒ１、第２曲げ領域３１４の曲率半径Ｒ２、及び付勢領域３２０の曲率半径Ｒ３が含まれる。ばねクリップにおける張力は、各曲げ領域（主に第１曲げ領域３１２及び第２曲げ領域３１４であるが）により及ぼされる曲げ力に起因する。ばねクリップにおける張力は、一般に、対応する曲率半径が増加するにつれて減少する。その他の重要な寸法としては、第１リーフセクション３１０の長さＬ１及び第２リーフセクション３１５の長さＬ２が挙げられる。長さＬ１、Ｌ２は、ばねにより結晶２０５に及ぼされる力にも重大な影響を与える。一般に、長さＬ１、Ｌ２が長くなると、結晶に加わる力は減少する傾向がある。これは、片持ちビームの「等価ばね（ｓｐｒｉｎｇ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）」の機能である（すなわち、ビームの長さが増加するにつれて、ビーム上の鉛直方向における固定変位Ｙによりもたらされる力が小さくなり、逆も同様である）。この特定の設計では、長さＬ１、Ｌ２、半径Ｒ１、Ｒ２、及び角度θ１が、結果として結晶に加わる力を最もよく制御する。ばねクリップの材料の厚さも、結果として結晶に加わる力を決定する主要な要因である。また、第１フック部分３１１の長さＬ３は、当該第１フック部分がスロット２０８内に適当にフィットするように設計され得るものであり、第２フック部分３１６の長さＬ４は、当該第２フック部分が傾斜リップ２１０にわたって適当にフィットするように設計され得る。図７に示すように、その他の重要な寸法としては、第１曲げ領域３１２、第２曲げ領域３１４、及び付勢領域３２０それぞれの曲げ角度θ１、θ２、及びθ３が挙げられる。これらは、第１リーフ部分３１０及び第２リーフ部分３１５が互いに対して僅かに角度をなすように選択され得る。
上述の重要な機能的条件に加えて、開示された設計には、組立て時間及びサイクル時間の著しい改善が見られる。業界標準（図２Ａ〜図２Ｃ、組立て３０分、サイクル０）及びのり付けバージョン（図３Ａ及び図３Ｂ、組立て３０分、サイクル２０時間）と比較すると、開示された設計で必要となる組立て時間は１分未満である。これは、他の設計の組立て／サイクル時間全体の５％未満である。
また、開示された設計は、特別な再加工性を有し、ばねクリップを取り外すのにかかる時間は１分未満である。失くしてしまうような小さな部品も、再加工操作中に粒子を生じるネジ（摩擦）部品もない。
最後に、開示された設計は、二つの部品のみを利用するものであり、のり付け設計（図３Ａ及び図３Ｂ）よりも安上がりである。ばねクリップは、大量生産用に設計されており、さらなるコスト減を可能にする。
上述の実装形態に対して、多数の変形例が考えられる。例えば、本明細書で説明した例では正方形の断面を有する結晶を想定しているが、本開示の態様には、断面が正方形でないものも含まれる。本体部２０２及びばねクリップ３０１の設計は、異なる結晶断面、例えば、正方形ではなく長方形の断面に合わせて修正され得る。例えば、湾曲領域３１２、３１４は、結晶に及ぼされる正味の力により結晶が角部２０１の方に押されるようにするために、異なる曲率半径を有し得る。クリップにより結晶に及ぼされる力を決定するために、ばねクリップ３０１の設計の試験中、力ゲージが結晶の側面に配置され得る。また、ばねの湾曲領域の曲がり具合は、曲げ領域と結晶との接触面積が増加するように調節されてもよい。
図示した例では、結晶をレセプタクルの角部へ押し込むために、二つの異なる結晶面に力を及ぼす単一のクリップを使用しているが、本開示の態様はこのような実装形態に限定されるものではない。代替的な実装形態では、上述の単一のクリップの機能が、各クリップが結晶の異なる面を押すことにより結晶を角部へ押す正味の力を生成する、二つの別々のクリップにより実現されてもよい。
さらに、上述の例では、正方形又は長方形断面の結晶を固定するための装置について説明したが、本開示の態様はこのような実装形態に限定されるものではない。代替的な実装形態では、円筒状結晶がレセプタクルの角部又はＶ字溝中にマウントされ得るとともに正しい偏波となるように回転され得る。円筒状結晶の場合、単一の曲げリーフばねにより、結晶がＶ字溝又は角部に固定され得る。別の代替的な実装形態では、多面結晶は結晶軸に直交するいくつかの露出面を有することができ、適切に構成されたばねクリップは、このような二つ以上の面に力を及ぼすことにより、結晶を角部又はＶ字溝へ押す力を生成することができる。
以上で本発明の好ましい実施形態についての説明を終えるが、様々な代替例、修正例、及び均等例を使用することが可能である。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、その均等の全範囲と併せて決定されるべきものである。任意の特徴（それが好ましいものであろうとなかろうと）は、他の任意の特徴（それが好ましいものであろうとなかろうと）と組み合され得る。添付の特許請求の範囲は、「〜のための手段」との記載によって請求項中にミーンズ・プラス・ファンクションの限定がなされる旨の明示の記載がない限り、ミーンズ・プラス・ファンクションの限定を含むものとして解釈されてはならない。特定の機能を実行する「のための手段」と明示されていない請求項中の任意の要素は、米国特許法１１２（ｆ）で特定される「手段」又は「ステップ」に係る条項と解釈してはならない。特に、請求項中で「ステップ」との語を使用したとしても、これは米国特許法第１１２条（ｆ）の規定に該当するように意図されたものではない。
１０ システム
１１ シード放射
１２ シード源
１３、１７ ポンピング源
１４ プリアンプ
１５ 中間放射
１６ 光増幅器
１８ 出力ファイバー
２０ 制御器
１００ 波長変換器
１０１ 入力放射
１０２ 第１非線形光学結晶
１０３ 出力
１０４ 第２非線形光学結晶
１０５ 結晶マウント
１０６ ブリュースターカット端面
１０７ エンクロージャ
１１０ リレーレンズ
１１１ 波長変換出力
１１２ リレーレンズ
１１４ レンズ
１１６Ａ、１１６Ｂ 球状レンズ
２００ 結晶マウント装置
２０１ 角部
２０２ 本体部、ベース部分
２０３ 第１対角面
２０４ 第１壁部
２０５ 光学結晶
２０６ 第２壁部
２０７ 第２対角面
２０８ スロット
２１０ 傾斜リップ
３０１ 弾性付勢ばねクリップ
３１０ 第１リーフ部分
３１１ フック部分
３１２ 第１曲げ領域
３１４ 第２曲げ湾曲領域
３１５ 第２リーフ部分
３１６ フック部分
３２０ 付勢領域
３２１ 開口部
１１ シード放射
１２ シード源
１３、１７ ポンピング源
１４ プリアンプ
１５ 中間放射
１６ 光増幅器
１８ 出力ファイバー
２０ 制御器
１００ 波長変換器
１０１ 入力放射
１０２ 第１非線形光学結晶
１０３ 出力
１０４ 第２非線形光学結晶
１０５ 結晶マウント
１０６ ブリュースターカット端面
１０７ エンクロージャ
１１０ リレーレンズ
１１１ 波長変換出力
１１２ リレーレンズ
１１４ レンズ
１１６Ａ、１１６Ｂ 球状レンズ
２００ 結晶マウント装置
２０１ 角部
２０２ 本体部、ベース部分
２０３ 第１対角面
２０４ 第１壁部
２０５ 光学結晶
２０６ 第２壁部
２０７ 第２対角面
２０８ スロット
２１０ 傾斜リップ
３０１ 弾性付勢ばねクリップ
３１０ 第１リーフ部分
３１１ フック部分
３１２ 第１曲げ領域
３１４ 第２曲げ湾曲領域
３１５ 第２リーフ部分
３１６ フック部分
３２０ 付勢領域
３２１ 開口部
Claims (26)
- ａ）結晶を受容するためのレセプタクルであって、長手方向に延在し、前記長手方向に延在する第１壁部及び前記長手方向に延在する第２壁部を備え、前記第１壁部及び前記第２壁部は、前記長手方向に延在する角部領域を形成するように互いに略垂直である、レセプタクルを備える本体部と；
ｂ）結晶の二つの異なる面に力を及ぼすことにより前記結晶を前記レセプタクルの角部へ押し込むように構成された、前記本体部に固定可能な一つ以上のばねクリップと、
を備える装置。 - 前記一つ以上のばねクリップは、二つ以上のばねクリップを含む、請求項１に記載の装置。
- 前記一つ以上のばねクリップは、単一のばねクリップを含む、請求項１に記載の装置。
- 前記単一のばねクリップは、
前記長手方向に延在する丸みを帯びた第１曲げ領域と；
前記長手方向に延在する丸みを帯びた第２曲げ領域と；
前記第１曲げ領域を前記第２曲げ領域に接続する付勢領域と、
を備える、請求項３に記載の装置。 - 前記単一のばねクリップは、前記結晶を前記角部領域の方へ押すように、直交する各方向において前記結晶に略等しい力を及ぼすことにより、前記結晶を前記本体部に固定するように構成されている、請求項３に記載の装置。
- 前記レセプタクル中に配置された長手方向に延在する結晶をさらに備える、請求項２に記載の装置。
- 前記長手方向に延在する結晶は、四つの面を備え、前記四つの面はそれぞれ前記長手方向に延在し、前記四つの面のうち第１面は前記四つの面のうち第２面に垂直であり、前記四つの面のうち第３面は前記四つの面のうち第４面に垂直であり、前記第１面は前記第３面に平行であり、前記第２面は前記第４面に平行であり；
前記ばねクリップの丸みを帯びた第１曲げ領域は、前記結晶の前記第１面に対して押し付けられるように張力を受けることにより、前記第１壁部と接触している前記結晶の前記第３面を押し；
前記ばねクリップの丸みを帯びた第２曲げ領域は、前記結晶の前記第２面に対して押し付けられるように張力を受けることにより、前記第２壁部と接触している前記結晶の前記第４面を押す、請求項６に記載の装置。 - 前記丸みを帯びた第１曲げ領域は、前記第１壁部に略直交する方向において前記結晶の前記第１面に対して押し付けられるように張力を受け；
前記丸みを帯びた第２曲げ領域は、前記第２壁部に略直交する方向において前記結晶の前記第２面に対して押し付けられるように張力を受ける、請求項７に記載の装置。 - 前記長手方向に延在する結晶は、前記長手方向に対して横断する横断面において長方形の断面を有する、請求項７に記載の装置。
- 前記単一のばねクリップは、
丸みを帯びた第１曲げ領域に接続されるとともに、前記丸みを帯びた第１曲げ領域から横方向へ延在する第１リーフ領域と；
丸みを帯びた第２曲げ領域に接続されるとともに、前記丸みを帯びた第２曲げ領域から横方向へ延在する第２リーフ領域と、
をさらに備える、請求項３に記載の装置。 - 第１リーフ領域は、前記本体部のスロットに受容されるように構成された第１フック部分で終端する、請求項１０に記載の装置。
- 前記第２リーフ領域は、前記本体部のリップ部分にわたって固定されるように構成された第２フック部分で終端する、請求項１１に記載の装置。
- 前記レセプタクルは、前記リップ部分と前記スロットとの間に配置されている、請求項１２に記載の装置。
- レーザー光を放出するように構成されたレーザーシステムと；
一つ以上の非線形光学結晶の組と；
前記レーザー光を、前記一つ以上の非線形光学結晶の組のうち少なくとも一つの非線形光学結晶に結合するように構成された光学素子と；
前記非線形光学結晶を保持するための装置であって、
ａ）結晶を受容するためのレセプタクルであって、長手方向に延在し、前記長手方向に延在する第１壁部及び前記長手方向に延在する第２壁部を備え、前記第１壁部及び前記第２壁部は、前記長手方向に延在する角部領域を形成するように互いに略垂直である、レセプタクルを有する本体部と；
ｂ）結晶の二つの異なる面に力を及ぼすことにより前記結晶を前記レセプタクルの角部へ押し込むように構成された、前記本体部に固定可能な一つ以上のばねクリップと、
を備える装置と、
を備える波長変換レーザーシステム。 - 前記一つ以上のばねクリップは、二つ以上のばねクリップを含む、請求項１４に記載の波長変換レーザーシステム。
- 前記一つ以上のばねクリップは、前記本体部に固定可能な単一のばねクリップを含む、請求項１４に記載の波長変換レーザーシステム。
- 前記単一のばねクリップは、
前記長手方向に延在する丸みを帯びた第１曲げ領域と；
前記長手方向に延在する丸みを帯びた第２曲げ領域と；
前記第１曲げ領域を前記第２曲げ領域に接続する付勢領域と、
を有し、
前記ばねクリップは、前記本体部に固定されるとともに、前記非線形光学結晶を前記レセプタクル中に固定する、請求項１６に記載の波長変換レーザーシステム。 - 前記レーザーシステムは、シード源及び前記シード源に任意選択で結合されたファイバー増幅器を含む、請求項１４に記載の波長変換レーザーシステム。
- 前記単一のばねクリップは、前記結晶を前記角部領域の方へ押すように、直交する各方向において前記結晶に略等しい力を及ぼすことにより、前記結晶を前記本体部に固定するように構成されている、請求項１６に記載の波長変換レーザーシステム。
- 前記長手方向に延在する結晶は、四つの面を備え、前記四つの面はそれぞれ前記長手方向に延在し、前記四つの面のうち第１面は前記四つの面のうち第２面に垂直であり、前記四つの面のうち第３面は前記四つの面のうち第４面に垂直であり、前記第１面は前記第３面に平行であり、前記第２面は前記第４面に平行であり；
前記ばねクリップの第１曲げ領域は、前記結晶の前記第１面に対して押し付けられるように張力を受けることにより、前記第１壁部と接触している前記結晶の前記第３面を押し；
前記ばねクリップの第２曲げ領域は、前記結晶の前記第２面に対して押し付けられるように張力を受けることにより、前記第２壁部と接触している前記結晶の前記第４面を押す、請求項１６に記載の波長変換レーザーシステム。 - 丸みを帯びた前記第１曲げ領域は、前記第１壁部に略直交する方向において前記結晶の前記第１面に対して押し付けられるように張力を受け；
丸みを帯びた前記第２曲げ領域は、前記第２壁部に略直交する方向において前記結晶の前記第２面に対して押し付けられるように張力を受ける、請求項２０に記載の波長変換レーザーシステム。 - 前記長手方向に延在する結晶は、前記長手方向に対して横断する横断面において長方形の断面を有する、請求項２０に記載の波長変換レーザーシステム。
- 前記単一のばねクリップは、
丸みを帯びた第１曲げ領域に接続されるとともに、前記丸みを帯びた第１曲げ領域から横方向へ延在する第１リーフ領域と；
丸みを帯びた第２曲げ領域に接続されるとともに、前記丸みを帯びた第２曲げ領域から横方向へ延在する第２リーフ領域と、
をさらに備える、請求項１６に記載の波長変換レーザーシステム。 - 第１リーフ領域は、前記本体部のスロットに受容されるように構成された第１フック部分で終端する、請求項２３に記載の波長変換レーザーシステム。
- 前記第２リーフ領域は、前記本体部のリップ部分にわたって固定されるように構成された第２フック部分で終端する、請求項２４に記載の波長変換レーザーシステム。
- 前記レセプタクルは、前記リップ部分と前記スロットとの間に配置されている、請求項２５に記載の波長変換レーザーシステム。
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