JP2019500655A - 形状記憶合金アクチュエータを備える構成要素シフト器具 - Google Patents

形状記憶合金アクチュエータを備える構成要素シフト器具 Download PDF

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Abstract

１つ以上の光学要素の位置をシフトさせるシステムおよび方法が開示される。ある実施形態では、システムは、内部に形成されたチャンバを有するハウジングと、チャンバの中に配された少なくとも１つの非線形結晶であって、少なくとも１つの入射信号を受け取りその入射信号の少なくとも一部の波長を変換するように構成された、非線形結晶と、少なくとも１つの形状記憶合金要素であって、形状記憶合金に加えられた熱または電気エネルギーが非線形結晶の動きを引き起こすように配された、形状記憶合金要素と、を含み得る。

Description

開示の内容
〔技術分野〕
本特許の開示は、概して構成要素シフト器具に関し、さらに具体的には、形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを備えた結晶シフターに関する。
〔背景〕
非線形光学結晶を中に組み込んだレーザーシステムおよび装置が、現在、広範な適用に使用されている。例えば、非線形光学結晶は、第１の波長を有するレーザー光を、第２の波長を有するレーザー光に変換するのにしばしば使用される。非線形結晶の寿命は限られているので、（入射レーザー光に対する）非線形結晶の位置を新しい位置にシフトさせることがしばしば必要である。従来は、モータ（例えば、ステッパモータ、リニアモータ）を有する並進ステージなどのアクチュエータが、結晶の位置をシフトさせるのに使用される。
従来のアクチュエータの使用で、いくつかの非線形光学結晶の寿命が延びてきたが、いくつかの欠点が特定されている。例えば、多くの従来のアクチュエータが、アクチュエータの使用中または経時的に脱ガスされ得る有機および／または無機材料を含有する。レーザーで誘起された脱ガスは、レーザー空洞を汚染し、レーザー空洞内もしくは隣接する光学スイート（optical suite）内の１つ以上の光学器械上に沈殿する場合があり、かつ／またはレーザーシステムの性能を損なうおそれがある。
これに応じて、いくつかの適用では、アクチュエータは、結晶区画および／またはレーザー空洞の外側に設置され得、これにより、機械的フィードスルーが、アクチュエータと結晶との間の接点をもたらす。結晶区画および／またはレーザー空洞の外側にアクチュエータを位置づけることで、レーザーで誘起された脱ガスに伴う問題は軽減または排除され得るが、いくつかの欠点が、このアプローチでは特定されている。例えば、時間と共に、このようなフィードスルーが漏れる場合があり、これにより、望ましくない有機および／または無機材料が結晶区画に入り込むことを可能にしてしまう。さらに、これらのアクチュエータは、レーザーシステムおよび／または空洞の外側の空間が極端に限られたところで使用され得る。したがって、レーザーシステムおよび／または空洞の外側にアクチュエータを位置づけることは、不可能ではないにしても、困難になり得る。
前記を鑑みると、上に位置付けられた光学結晶の制御された動きを可能にすると共に、脱ガスを軽減または排除する、アクチュエータが引き続き必要とされている。
〔概要〕
一態様では、本開示は、内部に形成されたチャンバを有するハウジングと；チャンバの中に配された非線形結晶であって、非線形結晶が、少なくとも１つの入射信号（例えば光）を受け取り、入射信号の少なくとも一部の波長（および周波数）を変換するように構成されている、非線形結晶と；形状記憶合金要素であって、形状記憶合金に加えられた熱または電気エネルギーが非線形結晶の動きを引き起こすように配されている、形状記憶合金要素と、を含む、システムを記載する。
別の態様では、本開示は、第１のチャンバを画定する外側ハウジングと；第１のチャンバの中に配された内側ハウジングであって、第２のチャンバを画定する、内側ハウジングと；第２のチャンバの中に配された非線形結晶であって、入射光を受け取り、入射光の少なくとも一部の波長を変換するように構成されている、非線形結晶と；外側ハウジングに対する内側ハウジングの動きを制限するために外側ハウジングと内側ハウジングとの間に配されたピストンであって、外側ハウジングに対する内側ハウジングの動きを可能にするために作動されるように構成されている、ピストンと；内側ハウジングと機械的に接触している形状記憶合金要素であって、形状記憶合金に加えられた熱または電気エネルギーが、内側ハウジングの動きを引き起こす、形状記憶合金要素と、を含む、システムを記載する。
さらに別の態様では、本開示は、ハウジングを有する第１のシフト器具と；第１のシフト器具のハウジングの中に配された１つ以上の第１の形状記憶合金要素と；１つ以上の第１の形状記憶合金要素と機械的に連絡している少なくとも１つの第１のプランジャと；少なくとも１つの並進ステージ上に配された少なくとも１つの非線形結晶であって、並進ステージは、第１のプランジャによって係合されて非線形結晶を動かすように構成され、非線形結晶は、入射光を受け取り、入射光の少なくとも一部の波長を変換するように構成されている、非線形結晶と、を含む、システムを記載する。
本開示のこれらおよび他の態様および特徴は、添付図面と共に解する場合、以下の説明を読めばさらに容易に理解されるであろう。
〔詳細な説明〕
同様の参照符号が同様の要素を指す、図面を参照すると、図１〜図４では、一実施形態において、本出願が、少なくとも１つの光学結晶、構成要素、および／または光学要素もしくは装置を制御可能に支持し位置づけるように構成された、結晶シフターまたは構成要素シフター１００（以下、結晶シフター１００とする）を開示することが例示されている。例えば、一実施形態では、結晶シフター１００は、第１の波長の、光（例えばレーザー光）などの少なくとも１つの入射信号の少なくとも一部を変換して、少なくとも第２の波長を有する少なくとも１つの出力信号を生成するように構成された非線形光学結晶を支持するように構成されている。周期分極材料などの他の光学材料が、結晶シフター１００によって支持され位置づけられ得る。別の実施形態では、結晶シフター１００は、少なくとも１つの光導波管を支持し位置づけるように構成されている。さらに、結晶シフター１００は、光学レンズ、ミラー、グレーティング、導波管、減衰器、フィルタ、非線形光学材料、光学結晶、ビームスプリッタ、バルク光学材料、利得媒質および装置、検出器などを含むがこれらに制限されない、任意のさまざまな光学構成要素、または装置を支持し、選択的に位置づけるように構成され得る。
再び図１〜図４を参照すると、例示されるように、結晶シフター１００は、結晶オーブン１０２または温度制御機構などの、少なくとも１つのハウジングを含む。図示のとおり、結晶オーブン１０２は、その中に形成された少なくとも第１のチャンバ１０４を含むが、任意の数のチャンバ１０４が結晶オーブン１０２内に形成され得ることを、当業者は認識するであろう。例示された実施形態では、結晶オーブン１０２は、第１の壁１０６と、第２の壁１０８と、第１の壁１０６を第２の壁１０８に連結するトラフ部分１１０とによって画定された、ほぼ「Ｕ」字型の構成を有する。オプションとして、他の構成および形状も使用され得る。結晶オーブン１０２は、第１のチャンバ１０４に隣接して配された第２のチャンバ１０５を含み得る。図示のとおり、第２のチャンバ１０５は、結晶オーブン１０２のトラフ部分１１０および第１のチャンバ１０４内に形成され得、第１の壁１０６と第２の壁１０８との間に画定され得る。ある態様では、熱電クーラー（ＴＥＣ）などの、少なくとも１つの温度調節器１０９が、結晶オーブン１０２および／または結晶オーブン１０２の中もしくはその周囲に配された構成要素と熱連通（thermal communication）（例えば、直接接触、間接接触など）していてよい。一例として、温度調節器１０９は、結晶オーブン１０２の第１の（下）端部１１１に隣接して配されて示されている。抵抗加熱器および／または誘導加熱器など、他のエネルギー源（例えば熱源）が含まれてもよい。
少なくとも１つの非線形結晶１１２は、第１のチャンバ１０４の中に配され得る。非線形結晶１１２は、例えば高調波変換を用いて、入射光の波長を変換することが可能であってよい。一例として、非線形結晶１１２は、第３の高調波発生結晶として構成され得るが、波長変換が任意のさまざまな技術を用いて達成され得ることを、当業者は認識するであろう。例えば、代替的な実施形態では、非線形結晶１１２は、第２の高調波発生結晶、第４の高調波発生結晶、またはｎ＋１個の高調波発生結晶を含む。少なくとも１つの付勢要素１１３（例えば、バネ、押しバネ、有機発泡材料など）が、非線形結晶１１２に隣接して配されて、非線形結晶１１２に対して付勢力を提供することができる。一例として、付勢要素１１３は、非線形結晶１１２と第１の壁１０６との間に配されて、非線形結晶１１２を第２の壁１０８に向かって付勢することができる。他の構成を使用することもできる。
少なくとも１つの形状記憶合金（ＳＭＡ）要素１１４が、非線形結晶１１２に隣接して配され得る。図示のとおり、ＳＭＡ要素１１４は、第２のチャンバ１０５の中に配され得る。ＳＭＡ要素１１４の一部は、ＳＭＡ要素１１４の動きが非線形結晶１１２の動きを引き起こし得るように、非線形結晶１１２に当接し得る。ＳＭＡ要素１１４は、立方形の形状を有して図示されている。しかしながら、他の形状および大きさを使用することもできる。
１つ以上のセンサ１１６が、結晶オーブン１０２の一部（例えば第２の壁１０８）に隣接して配されて、結晶オーブン１０２、ＳＭＡ要素１１４、およびそれらに隣接する環境のうちの１つ以上の熱的性質（例えば温度）を測定することができる。一例として、センサ１１６は、負温度係数センサなどのサーミスターであるか、またはそれを含むことができる。しかしながら、他のセンサおよび構成を使用することもできる。
動作中、電圧（または熱）がＳＭＡ要素１１４に加えられて、ＳＭＡ要素１１４の形状変化（例えば、拡張、収縮など）を引き起こすことができる。ＳＭＡ要素１１４が形状を変化させると、非線形結晶１１２は動かされる。図１〜図４に示す実施例では、ＳＭＡ要素１１４の拡張により、非線形結晶１１２が第１の端部１１１から遠ざかり、付勢要素１１３と第２の壁１０８との間の摩擦を克服する。ＳＭＡ要素１１４の拡張の制御により、脱ガス有機物を有する従来のアクチュエータ（convention actuators）を必要とせずに、非線形結晶１１２の位置シフトが可能となり得る。
図５〜図６は、結晶シフター２００の別の実施形態を示す。図示のとおり、結晶シフター２００は、少なくとも１つの結晶オーブン２０２または温度制御機構などのハウジングを含む。さらに、結晶オーブン２０２は、その中に形成された少なくとも第１のチャンバ２０４を含む。結晶オーブン２０２は、第１の壁２０６と、第２の壁２０８と、第１の壁２０６を第２の壁２０８に連結するトラフ部分２１０とによって画定された、ほぼ「Ｕ」字型の構成を有する。他の構成および形状を使用することもできる。
少なくとも１つの非線形結晶２１２は、第１のチャンバ２０４の中に配され得る。非線形結晶２１２は、第１の波長の入射光を変換して、少なくとも第２の波長の少なくとも１つの出力信号を生成するように構成され得る。一例として、非線形結晶２１２は、高調波発生結晶を含み得る。例えば、非線形結晶２１２は、第２の高調波発生結晶、第３の高調波発生結晶、第４の高調波発生結晶などを含み得るが、これらに制限されない。
金属シート材料などの少なくとも１つの付勢装置または部材２１３が、非線形結晶２１２の少なくとも一部の周りで、非線形結晶２１２と結晶オーブン２０２との間に形成され得る。付勢装置２１３は、セラミクス、ガラス、無機発泡材料などを含むか、またはこれらから形成され得る。付勢装置２１３は、非線形結晶２１２に対して、１つ以上の所定の方向に付勢力を提供するように構成され得る。例えば、付勢装置２１３は、板バネとして構成された部分を有し得る。図示のとおり、付勢装置２１３の一部は、結晶オーブン２０２の一部を通って延びてよく、また、結晶オーブン２０２の周縁部を越えて延びてよい。他の構成を使用することもできる。
少なくとも１つの形状記憶合金（ＳＭＡ）要素２１４が、結晶オーブン２０２に隣接して配され得る。図示のとおり、ＳＭＡ要素２１４は、第１のチャンバ２０４に隣接して配されてよく、また、結晶オーブン２０２の一部に連結されてよい。ＳＭＡ要素２１４の一部は、ＳＭＡ要素２１４の動きが付勢装置２１３の動きを引き起こし、それによって、付勢装置２１３の中またはそれに近接して位置づけられた非線形結晶２１２の動きを引き起こし得るように、付勢装置２１３に連結され得る。ＳＭＡ要素２１４は、弧状の形状を有して図示されている。しかしながら、他の形状および大きさを使用することもできる。
少なくとも１つの位置付け本体２１５（例えば、中空のシリンダー、弧状体など）が、第１のチャンバ２０４に隣接して、ＳＭＡ要素２１４と結晶オーブン２０２のトラフ部分２１０との間に配され得る。一例として、位置付け本体２１５は、シリンダー２１５の一部が第１のチャンバ２０４内に延びている状態で、結晶オーブン２０２の第１の壁２０６および第２の壁２０８に当接するような大きさにされ得る。位置付け本体２１５は、ガラス、セラミック、または金属から形成され得る。しかしながら、他の材料を使用することもできる。特定の実施形態では、位置付け本体２１５は、誘導加熱器または抵抗素子など、加熱器（例えば、熱エネルギー源）として動作するように構成され得る。
動作中、電圧（または熱）がＳＭＡ要素２１４に加えられて、ＳＭＡ要素２１４の形状変化（例えば、狭窄（straitening）、収縮など）を引き起こすことができる。ＳＭＡ要素２１４が形状を変化させると、ＳＭＡ要素２１４との連結により、付勢装置２１３に力が加えられる。シリンダー２１５が結晶オーブン２１２に当接しているので、ＳＭＡ要素２１４のさらなる収縮が、位置付け本体２１５によって付勢されて、付勢装置２１３への力のさらなる移動をもたらす。したがって、付勢装置２１３は、結晶オーブン２０２のトラフ部分２１０から離れて上昇し（raise）、非線形結晶２１２に位置変化を引き起こし得る。付勢装置２１３のこのような持ち上げは、約０．５ｍｍ〜約１ｍｍであってよい。しかしながら、他の構成および移動距離を使用することもできる。
図７〜図８は、結晶シフター３００の別の実施形態を示し、結晶シフター３００は、その中に形成されるか、またはこれに取り付けられた、結晶オーブン３０２または温度制御機構などの少なくとも１つのハウジングを含む。図示のとおり、結晶オーブン３０２は、その中に形成された少なくとも第１のチャンバ３０４を含む。結晶オーブン３０２は、第１の壁３０６と、第２の壁３０８と、第１の壁３０６を第２の壁３０８に連結するトラフ部分３１０とによって画定された、ほぼ「Ｕ」字型の構成を有する。他の構成および形状を使用することもできる。結晶オーブン３０２は、第１のチャンバ３０４に隣接して配された第２のチャンバ３０５を含み得る。図示のとおり、第２のチャンバ３０５は、結晶オーブン３０２のトラフ部分３１０に形成され、第１のチャンバ３０４は、第１の壁３０６と第２の壁３０８との間に画定されている。
ある態様では、少なくとも１つのオーブン蓋３０７が、第１のチャンバ３０４の少なくとも一部を囲むように構成され得る。一例として、オーブン蓋３０７は、結晶オーブン３０２の第１の壁３０６および第２の壁３０８のうちの１つ以上に連結され得る。例示されるように、１つ以上のカプラー３１８（例えばボルト）が、オーブン蓋３０７を通って延び、結晶オーブン３０２、例えば第２の壁３０８に固定され得る。さらなる例として、１つ以上のガスケット３２０（例えばワッシャ、シールなど）が、カプラー３１８の少なくとも一部とオーブン蓋３０７との間に配され得る。
少なくとも１つの非線形結晶３１２が、第１のチャンバ３０４の中に配され得る。非線形結晶３１２は、第１の波長の入射光を変換して、少なくとも第２の波長の少なくとも１つの出力信号を生成することが可能であってよい。一例として、非線形結晶３１２は、第２の高調波発生結晶、第３の高調波発生結晶、第４の高調波発生結晶、和周波結晶（sum frequency crystal）などといった高調波発生結晶を含み得る。バネなどの少なくとも１つの付勢要素３１３が、非線形結晶３１２に隣接して配されて、付勢力を非線形結晶３１２に提供することができる。一例として、付勢要素３１３は、非線形結晶３１２と第２の壁３０８との間に配されて、非線形結晶３１２を第１の壁３０６に向かって付勢することができる。ある態様では、付勢要素３１３は、オーブン蓋３０７に形成された空洞３２２内に延びてよく、この空洞３２２は、オーブン蓋３０７が結晶オーブン３０２に連結されている間、第１のチャンバ３０４の一部と整列され得る。他の構成を使用することもできる。
少なくとも１つの形状記憶合金（ＳＭＡ）要素３１４が、非線形結晶３１２に隣接して配され得る。図示のとおり、ＳＭＡ要素３１４は、第２のチャンバ３０５の中に配され得る。ＳＭＡ要素３１４の一部は、ＳＭＡ要素３１４の動きが非線形結晶３１２の動きを引き起こし得るように、非線形結晶３１２に当接し得る。ＳＭＡ要素３１４は、コイル形状を有して示されており、圧力バネとして動作するように構成されている。しかしながら、他の形状および大きさを使用することもできる。例えば、ＳＭＡ要素３１４は、コイルバネなどの付勢要素の対向する付勢に対して非線形結晶３１２を付勢する板バネ（例えば、湾曲したシート）として構成され得る。したがって、ＳＭＡ要素３１４は、形状を変化させて、コイルバネに対する多少の付勢を与え、それにより、それらの間に配される非線形結晶３１２の位置を制御することができる。
動作中、電圧（または熱）がＳＭＡ要素３１４に加えられて、ＳＭＡ要素３１４の形状変化（例えば、拡張、伸長、狭窄など）を引き起こすことができる。ＳＭＡ要素３１４が形状を変化させると、非線形結晶３１２が動かされる。図７〜図８に示す実施例では、ＳＭＡ要素３１４の拡張により、非線形結晶３１２が第１の（下）端部３１１から遠ざかり、付勢要素３１３と第１の壁３０６との間の摩擦を克服する。ＳＭＡ要素３１４の拡張の制御により、脱ガス有機物を有する従来のアクチュエータを必要とせずに、非線形結晶３１２の位置シフトが可能となり得る。
図９〜図１０は、外側ハウジング４０１と、結晶オーブンまたは温度制御機構などの少なくとも１つの内側ハウジング４０２と、を含む結晶シフター４００の別の実施形態を示す。内側ハウジング４０２は、外側ハウジング４０１内部に配されている。内側ハウジング４０２は、外側ハウジング４０１によって画定された空洞４０５内部を可動であってよい。一例として、１つ以上の付勢要素４０３（例えば、引きバネ、テンション装置など）が、内側ハウジング４０２と外側ハウジング４０１との間に連結されて、外側ハウジング４０１に対する内側ハウジング４０２の動きを抑止することができる。
少なくとも１つのピストン４２２が、外側ハウジング４０１の空洞４０５の中に配され得、また、内側ハウジング４０２に選択的に当接するように構成され得る。ピストン４２２は、ピストンヘッド４２４およびピストン本体４２６を含み得る。ピストン本体４２６は、押しバネ４２７であるか、または押しバネ４２７を含んでよく、外側ハウジング４０１に当接して、ピストンヘッド４２４を内側ハウジング４０２に対して付勢し、内側ハウジング４０２の運動を制限または阻害するように構成され得る。ピストン本体４２６は、少なくとも第１の形状記憶合金（ＳＭＡ）要素４１４も含み得る。第１のＳＭＡ要素４１４は、ほぼ線形の形状を有して示されている。しかしながら、他の形状および大きさを使用することもできる。例えば、第１のＳＭＡ要素４１４は、一端部が外側ハウジング４０１に連結され、反対側の端部がピストンヘッド４２４に連結されていてよい。特定の電圧を第１のＳＭＡ要素４１４に加えることによって、第１のＳＭＡ要素４１４が加熱され、収縮し、ピストンヘッド４２４を持ち上げ、それによって、内側ハウジング４０２を外側ハウジング４０１に対して動かすことができる。
図示のとおり、内側ハウジング４０２は、その中に形成された少なくとも第１のチャンバ４０４を含む。内側ハウジング４０２は、第１の壁４０６と、第２の壁４０８と、第１の壁４０６を第２の壁４０８に連結するトラフ部分４１０とによって画定された、ほぼ「Ｕ」字型の構成を有する。他の構成および形状を使用することもできる。ある態様では、オーブン蓋４０７が、第１のチャンバ４０４の少なくとも一部を囲むように構成され得る。一例として、オーブン蓋４０７は、内側ハウジング４０２の第１の壁４０６および第２の壁４０８のうちの１つ以上に連結され得る。
少なくとも１つの非線形結晶４１２が、第１のチャンバ４０４の中に配され得る。非線形結晶４１２は、入射光の少なくとも一部の波長を変換することが可能であってよい。一例として、非線形結晶４１２は、第２の高調波発生結晶、第３の高調波発生結晶、第４の高調波発生結晶、和周波結晶などとして構成され得る。バネなどの少なくとも１つの付勢要素４１３が、非線形結晶４１２に隣接して配されて、付勢力を非線形結晶４１２に提供することができる。一例として、付勢要素４１３は、非線形結晶４１２と第１の壁４０６との間に配されて、非線形結晶４１２を第２の壁４０８に向かって付勢することができる。他の構成を使用することもできる。
内側ハウジング４０２の第２の壁４０８の外表面４１５が、１つ以上のタペット４１７によって係合されるように構成された１つ以上のスライド特徴部４１６を含み得る。図示のとおり、スライド特徴部４１６は、鋸歯形状を有する。しかしながら、他の形状を使用することもできる。第２の壁４０８の外表面４１５は、外側ハウジング４０１の内表面４１８に隣接して配され、内表面４１８にスライド可能に係合するように構成され得る。タペット４１７は、スライド特徴部４１６に隣接して配されてよく、それによって、タペット４１７は、スライド特徴部４１６にスライド可能に係合し得る。第２のＳＭＡ要素４１９が、タペット４１７および外側ハウジング４０１に連結され得る。引きバネなどの少なくとも１つの付勢要素４２０が、タペット４１７および外側ハウジング４０１に連結されて、第２のＳＭＡ要素４１９に対する付勢を提供することができる。特定の電圧を第２のＳＭＡ要素４１９に加えることによって、第２のＳＭＡ要素４１９は加熱され、収縮し、タペット４１７を動かす。タペット４１７は、スライド特徴部４１６に係合して、内側ハウジング４０２を動かす。第１のＳＭＡ要素４１４に加えられた電圧を除去することによって、ピストン４２２は、内側ハウジング４０２に対して付勢されて、内側ハウジング４０２を所定の位置に固定する。第２のＳＭＡ要素４１９に加えられた電圧を除去することによって、タペット４１７は、スライド特徴部４１６の鋸歯状外形により、付勢要素４２０に向かって付勢される。反復により、内側ハウジング４０２は、他の位置にシフトされ得る。ＳＭＡアクチュエータおよび反力バネ（counterforce springs）のさまざまな組み合わせが、内側ハウジング４０２のさらなる制御をもたらすのに使用され得る。さらに、内側ハウジング４０２は、本明細書に記載されるような、結晶オーブン１０２、２０２、３０２と同じように構成され得る。
図１１〜図１４は、第１のシフト器具５０１および少なくとも第２のシフト器具５０２を含む結晶シフター５００の別の実施形態を示す。第１のシフト器具５０１は、ハウジング５０３と、ハウジングの中に配された１つ以上のＳＭＡ要素５０４と、を含み得る。ＳＭＡ要素５０４は、複数のプランジャ５０５、例えばセラミックプランジャによって、ハウジング５０３から、また互いから、熱的および電気的に絶縁され得る。スペーサおよびプレートなど、他の要素が、ＳＭＡ要素５０４を絶縁するのに使用されてもよい。このような絶縁要素は、ガラス、無機材料、および／または他の絶縁材料を含み得る。プランジャ５０５のうちの１つは、ハウジング５０３の外側に延びてよく、また少なくとも１つのスライダ５１２に係合して、ベースプレート５０６に対するスライダ５１２の運動を引き起こすことができ、これによって、スライダ５１２およびベースプレート５０６は、並進ステージ（translation stage）の少なくとも一部を形成する。
動作中、ＳＭＡ要素５０４のうちの１つ以上が、外部加熱器によって、または、特定の電圧および電流をＳＭＡ要素５０４に加えることによって、加熱され得る。一例として、拡張距離「ｘ」は、ＳＭＡ要素５０４のうちの第１のＳＭＡ要素が、「ｘ」ｍｍ（例えば０．５ｍｍ）だけシフトし、ＳＭＡ要素５０４のうちの第２のＳＭＡ要素が、２ｘ ｍｍ（例えば１ｍｍ）だけシフトし、ＳＭＡ要素５０４のうちの第３のＳＭＡ要素が、４ｘ ｍｍ（例えば２ｍｍ）だけシフトするなどとなるように、機械的に制限され得る。さらなる例として、第１のシフト器具５０１は、第ｎのＳＭＡ要素について２（ｎ−１）ｘというシフト公式（shift formula）に従い、ＳＭＡ要素５０４の数「ｎ」に基づいてシフトするように構成され得る。すべてのＳＭＡ要素５０４が一緒になって、０ｍｍ〜（２ｎ−１）ｘ ｍｍの２ｎ個のステップを可能にすることができ、ｎはアクチュエータの数であり、ｘはステップの大きさである（例えば、０．５ｍｍステップで、０ｍｍ〜７．５ｍｍ）。他の構成を使用することもできる。
第２のシフト器具５０２は、ハウジング５０７と、ハウジングの中に配された１つ以上のＳＭＡ要素５０８と、を含み得る。ＳＭＡ要素５０８は、複数のプランジャ５０９、例えばセラミックプランジャによって、ハウジング５０７のベースから、また互いから熱的および電気的に絶縁され得る。スペーサおよびプレートなど、他の要素が、ＳＭＡ要素５０８を絶縁するのに使用されてもよい。プランジャ５０９のうちの１つは、ハウジング５０７の外側に延びてよく、またスライダ５１２に係合して、第１のシフト器具５０１のプランジャ５０５により引き起こされる運動への対抗運動としてベースプレート５０６に対するスライダ５１２の運動を引き起こすことができる。
動作中、ＳＭＡ要素５０８のうちの１つ以上が、外部加熱器によって、または、特定の電圧および電流をＳＭＡ要素５０８に加えることによって、加熱され得る。一例として、拡張距離「ｘ」は、ＳＭＡ要素５０８のうちの第１のＳＭＡ要素が、「ｘ」ｍｍ（例えば０．５ｍｍ）だけシフトし、ＳＭＡ要素５０８のうちの第２のＳＭＡ要素が、２ｘ ｍｍ（例えば１ｍｍ）だけシフトし、ＳＭＡ要素５０８のうちの第３のＳＭＡ要素が、４ｘ ｍｍ（例えば２ｍｍ）だけシフトするなどとなるように、機械的に制限され得る。さらなる例として、第２のシフト器具５０２は、２（ｎ−１）ｘ ｍｍというシフト公式に従い、ＳＭＡ要素５０８の数「ｎ」に基づいてシフトするように構成され得る。すべてのＳＭＡ要素５０８が一緒になって、０ｍｍ〜（２ｎ−１）ｘ ｍｍの２ｎ個のステップを可能にすることができ、ｎはアクチュエータの数であり、ｘはステップの大きさである（例えば、０．５ｍｍステップで、０ｍｍ〜７．５ｍｍ）。一例として、シフト器具５０１は、０．５ｍｍステップで０．５ｍｍ〜７．５ｍｍの位置を設定し、シフト器具５０２は、任意の位置から０ｍｍの位置を設定する（ゼロに合わせる（zeroing））ように構成され得る。しかしながら、他の構成を使用することもできる。したがって、ＳＭＡ要素５０４、５０８は、双方向に段階的シフトを制御するために、選択的に作動され得る。他の構成を使用することもできる。さらに、プランジャ５０５、５０９は、光学要素が配されたスライダ５１２に係合するように構成され得る。したがって、スライダ５１２の動きは、非線形結晶などの光学要素の動きを生じる。さらなる例として、スライダ５１２上に配された光学要素は、二次元の結晶シフトを容易にするため、結晶シフター１００、２００、３００に類似の１つ以上の結晶シフターであるか、またはそれを含むことができる。
〔産業上の利用可能性〕
本開示は、レーザー光の少なくとも一部の波長変換（周波数変換）を引き起こすために光学要素（例えば非線形結晶）を用いるレーザーシステムに適用可能である。具体的には、本明細書に開示される結晶シフター１００、２００、３００、４００、５００は、１つ以上の光学要素を支持し位置づけるのに使用され得る。特に、本明細書に開示される結晶シフター１００、２００、３００、４００、５００は、無機の非脱ガス材料を含み、よって、非線形結晶に近接して使用され得る、ＳＭＡアクチュエータを含み得る。ＳＭＡアクチュエータは、強い力を加え、あまり空間を必要としない、強力なアクチュエータである。ＳＭＡアクチュエータは、外部熱源によって、または電圧および電流をアクチュエータのＳＭＡ要素に加えることによって、加熱され得る。さらに、ＳＭＡアクチュエータを用いる結晶シフターは、低コストであってよい。結晶シフターという用語は、本明細書では、さまざまなシフト器具に言及する（reference）ために使用されているが、他の光学要素が同じように支持され位置づけられ得ることが、理解される。このような光学要素は、光学材料（例えば結晶、周期分極材料（例えば、周期分極ニオブ酸リチウム）および／または、導波管、光学レンズ、ミラー、グレーティング、導波管、減衰器、フィルタ、非線形光学材料、光学結晶、ビームスプリッタ、バルク光学材料、利得媒質および装置、検出器などを含むがこれらに制限されない、光学構成要素、もしくは装置を含み得る。
前記の説明は、開示されたシステムおよび技術の実施例を提供することが、認識されるであろう。しかしながら、開示の他の実施は、前述した実施例と詳細が異なっていてよいことが、企図されている。開示またはその実施例に対するすべての言及は、その時点で論じられている特定の実施例に言及することが意図されており、より広く本開示の範囲に関して何らかの制限を示唆することは意図していない。ある特徴に関する区別および軽視的（disparagement）な語はすべて、それらの特徴に優先性がないことを意図しているが、別段の指示がない限り本開示の範囲から完全にそれらを排除するものではない。
本明細書における値の範囲の記載は、本明細書中に別段の指示がない限り、その範囲に該当するそれぞれの別個の値に個々に言及する省略表現法として役立つことが単に意図されており、それぞれの別個の値は、本明細書に個々に記載されたかのように明細書に組み込まれる。本明細書に記載した方法はすべて、本明細書中に別段の指示がない限り、または別様に文脈が明らかに矛盾していない限り、任意の適切な順序で実施され得る。
〔実施の態様〕
（１） システムにおいて、
内部に形成されたチャンバを有するハウジングと、
前記チャンバの中に配された少なくとも１つの光学要素であって、前記光学要素は、少なくとも１つの入射信号を受け取り、前記入射信号の少なくとも一部の波長を変換するように構成されている、光学要素と、
少なくとも１つの形状記憶合金要素であって、前記形状記憶合金に加えられた熱または電気エネルギーが前記光学要素の動きを引き起こすように配されている、形状記憶合金要素と、
を含む、システム。
（２） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記ハウジングは、前記光学要素の熱環境を制御するように構成された結晶オーブンである、システム。
（３） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記形状記憶合金要素は、立方形またはコイルの形状を有する、システム。
（４） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記光学要素と前記チャンバの少なくとも一部を画定する壁との間に配された少なくとも１つの付勢要素をさらに含む、システム。
（５） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記チャンバの中またはそれに隣接して温度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサをさらに含む、システム。
（６） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記光学要素と前記ハウジングの一部との間に配された少なくとも１つの付勢装置をさらに含み、
前記付勢装置は、前記形状記憶合金要素に連結されて、前記形状記憶合金要素と前記光学要素との間に機械的連絡をもたらす、システム。
（７） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記チャンバに隣接して配された位置付け本体をさらに含み、
前記形状記憶合金要素は、前記位置付け本体の一部に当接する、システム。
（８） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記チャンバの少なくとも一部を囲むように構成されたオーブン蓋をさらに含む、システム。
（９） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記形状記憶合金要素は、前記ハウジングの中に形成された第２のチャンバの中に配されている、システム。
（１０） システムにおいて、
第１のチャンバを画定する外側ハウジングと、
前記第１のチャンバの中に配され、第２のチャンバを画定する内側ハウジングと、
前記第２のチャンバの中に配された少なくとも１つの非線形結晶であって、入射光を受け取り、前記入射光の少なくとも一部の波長を変換するように構成されている、非線形結晶と、
前記外側ハウジングに対する前記内側ハウジングの動きを制限するために、前記外側ハウジングと前記内側ハウジングとの間に配された少なくとも１つのピストンであって、前記外側ハウジングに対する前記内側ハウジングの動きを可能にするために作動されるように構成されている、ピストンと、
前記内側ハウジングと機械的に接触している少なくとも１つの形状記憶合金要素であって、前記形状記憶合金に加えられた熱または電気エネルギーが、前記内側ハウジングの動きを引き起こす、形状記憶合金要素と、
を含む、システム。
（１１） 実施態様１０に記載のシステムにおいて、
前記内側ハウジングは、前記非線形結晶の熱環境を制御するように構成された結晶オーブンである、システム。
（１２） 実施態様１０に記載のシステムにおいて、
前記ピストンは、ピストンヘッドに連結されたピストン本体を含み、
前記ピストン本体の少なくとも一部が、形状記憶合金から形成されている、システム。
（１３） 実施態様１２に記載のシステムにおいて、
前記ピストン本体は、前記ピストンヘッドを前記内側ハウジングに向かって付勢するように構成されたバネを含む、システム。
（１４） 実施態様１０に記載のシステムにおいて、
前記内側ハウジングの表面は、タペットによって係合されるように構成された少なくとも１つのスライド特徴部を含み、
前記タペットは、前記形状記憶合金要素と前記内側ハウジングとの間の機械的接触を容易にする、システム。
（１５） 実施態様１４に記載のシステムにおいて、
スライド特徴部は、鋸歯形状を有する、システム。
（１６） システムにおいて、
ハウジングを有する第１のシフト器具と、
前記第１のシフト器具の前記ハウジングの中に配された１つ以上の第１の形状記憶合金要素と、
前記１つ以上の第１の形状記憶合金要素と機械的に連絡している少なくとも１つの第１のプランジャと、
少なくとも１つの並進ステージ上に配された少なくとも１つの非線形結晶であって、前記並進ステージは、前記第１のプランジャによって係合されて前記非線形結晶を動かすように構成されており、前記非線形結晶は、入射光を受け取り、前記入射光の少なくとも一部の波長を変換するように構成されている、非線形結晶と、
を含む、システム。
（１７） 実施態様１６に記載のシステムにおいて、
前記１つ以上の第１の形状記憶合金要素は、前記第１のシフト器具の前記ハウジングから熱的および電気的に絶縁されている、システム。
（１８） 実施態様１６に記載のシステムにおいて、
前記プランジャは、セラミックから形成されている、システム。
（１９） 実施態様１６に記載のシステムにおいて、
ハウジングを有する第２のシフト器具と、
前記第２のシフト器具の前記ハウジングの中に配された１つ以上の第２の形状記憶合金要素と、
前記１つ以上の第２の形状記憶合金要素と機械的に接触している第２のプランジャであって、前記第２のプランジャは、前記並進ステージに係合するように構成されている、第２のプランジャと、
をさらに含む、システム。
（２０） 実施態様１９に記載のシステムにおいて、
前記第１のプランジャは、前記第２のプランジャの動く方向に対向するように構成されている、システム。
非線形結晶と共に示された、本開示のある態様による、結晶シフターの断面図である。 非線形結晶と共に示された、図１の結晶シフターの斜視図である。 非線形結晶なしで示された、図１の結晶シフターの断面図である。 非線形結晶なしで示された、図１の結晶シフターの斜視図である。 本開示の別の態様による、結晶シフターの斜視図である。 図５の結晶シフターの断面図である。 本開示の別の態様による、結晶シフターの断面図である。 図７の結晶シフターの斜視図である。 本開示の別の態様による、結晶シフターの概略図である。 図９の結晶シフターのピストンの拡大図である。 第１の位置で示された、本開示の別の態様による、結晶シフターの断面図である。 第１の位置で示された、図１１の結晶シフターの斜視図である。 第２の位置で示された、図１１の結晶シフターの断面図である。 第２の位置で示された、図１１の結晶シフターの斜視図である。

Claims (20)

  1. システムにおいて、
    内部に形成されたチャンバを有するハウジングと、
    前記チャンバの中に配された少なくとも１つの光学要素であって、前記光学要素は、少なくとも１つの入射信号を受け取り、前記入射信号の少なくとも一部の波長を変換するように構成されている、光学要素と、
    少なくとも１つの形状記憶合金要素であって、前記形状記憶合金に加えられた熱または電気エネルギーが前記光学要素の動きを引き起こすように配されている、形状記憶合金要素と、
    を含む、システム。
  2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記ハウジングは、前記光学要素の熱環境を制御するように構成された結晶オーブンである、システム。
  3. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記形状記憶合金要素は、立方形またはコイルの形状を有する、システム。
  4. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記光学要素と前記チャンバの少なくとも一部を画定する壁との間に配された少なくとも１つの付勢要素をさらに含む、システム。
  5. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記チャンバの中またはそれに隣接して温度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサをさらに含む、システム。
  6. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記光学要素と前記ハウジングの一部との間に配された少なくとも１つの付勢装置をさらに含み、
    前記付勢装置は、前記形状記憶合金要素に連結されて、前記形状記憶合金要素と前記光学要素との間に機械的連絡をもたらす、システム。
  7. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記チャンバに隣接して配された位置付け本体をさらに含み、
    前記形状記憶合金要素は、前記位置付け本体の一部に当接する、システム。
  8. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記チャンバの少なくとも一部を囲むように構成されたオーブン蓋をさらに含む、システム。
  9. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記形状記憶合金要素は、前記ハウジングの中に形成された第２のチャンバの中に配されている、システム。
  10. システムにおいて、
    第１のチャンバを画定する外側ハウジングと、
    前記第１のチャンバの中に配され、第２のチャンバを画定する内側ハウジングと、
    前記第２のチャンバの中に配された少なくとも１つの非線形結晶であって、入射光を受け取り、前記入射光の少なくとも一部の波長を変換するように構成されている、非線形結晶と、
    前記外側ハウジングに対する前記内側ハウジングの動きを制限するために、前記外側ハウジングと前記内側ハウジングとの間に配された少なくとも１つのピストンであって、前記外側ハウジングに対する前記内側ハウジングの動きを可能にするために作動されるように構成されている、ピストンと、
    前記内側ハウジングと機械的に接触している少なくとも１つの形状記憶合金要素であって、前記形状記憶合金に加えられた熱または電気エネルギーが、前記内側ハウジングの動きを引き起こす、形状記憶合金要素と、
    を含む、システム。
  11. 請求項１０に記載のシステムにおいて、
    前記内側ハウジングは、前記非線形結晶の熱環境を制御するように構成された結晶オーブンである、システム。
  12. 請求項１０に記載のシステムにおいて、
    前記ピストンは、ピストンヘッドに連結されたピストン本体を含み、
    前記ピストン本体の少なくとも一部が、形状記憶合金から形成されている、システム。
  13. 請求項１２に記載のシステムにおいて、
    前記ピストン本体は、前記ピストンヘッドを前記内側ハウジングに向かって付勢するように構成されたバネを含む、システム。
  14. 請求項１０に記載のシステムにおいて、
    前記内側ハウジングの表面は、タペットによって係合されるように構成された少なくとも１つのスライド特徴部を含み、
    前記タペットは、前記形状記憶合金要素と前記内側ハウジングとの間の機械的接触を容易にする、システム。
  15. 請求項１４に記載のシステムにおいて、
    スライド特徴部は、鋸歯形状を有する、システム。
  16. システムにおいて、
    ハウジングを有する第１のシフト器具と、
    前記第１のシフト器具の前記ハウジングの中に配された１つ以上の第１の形状記憶合金要素と、
    前記１つ以上の第１の形状記憶合金要素と機械的に連絡している少なくとも１つの第１のプランジャと、
    少なくとも１つの並進ステージ上に配された少なくとも１つの非線形結晶であって、前記並進ステージは、前記第１のプランジャによって係合されて前記非線形結晶を動かすように構成されており、前記非線形結晶は、入射光を受け取り、前記入射光の少なくとも一部の波長を変換するように構成されている、非線形結晶と、
    を含む、システム。
  17. 請求項１６に記載のシステムにおいて、
    前記１つ以上の第１の形状記憶合金要素は、前記第１のシフト器具の前記ハウジングから熱的および電気的に絶縁されている、システム。
  18. 請求項１６に記載のシステムにおいて、
    前記プランジャは、セラミックから形成されている、システム。
  19. 請求項１６に記載のシステムにおいて、
    ハウジングを有する第２のシフト器具と、
    前記第２のシフト器具の前記ハウジングの中に配された１つ以上の第２の形状記憶合金要素と、
    前記１つ以上の第２の形状記憶合金要素と機械的に接触している第２のプランジャであって、前記第２のプランジャは、前記並進ステージに係合するように構成されている、第２のプランジャと、
    をさらに含む、システム。
  20. 請求項１９に記載のシステムにおいて、
    前記第１のプランジャは、前記第２のプランジャの動く方向に対向するように構成されている、システム。
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