JP2019518984A - 周波数変換レーザのための小型かつ効果的なビームアブソーバ - Google Patents
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- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
Abstract
Description
(i)第1ミラーに入射する散乱光が少なくとも1つの入射角で入射し、かつ、(ii)第1ミラーに対する直線偏光が、第1光ビームに対する第1ミラーの反射率に比べて、散乱光に対してより高い反射率を有する確率が比較的高くなるように、ビームアブソーバを構成することによって、実現されうる。例えば、ビームアブソーバの形状は、ビームアブソーバ表面において少なくとも1回散乱させられた、第1光ビームに由来する光が、大きい入射角で第1ミラーに入射する確率が比較的高くなるように、設定されてよい。代替的または付加的に、ビームアブソーバの表面は、第1ミラーに入射する散乱光が、p偏光に対するs偏光の、ある偏光比率(すなわち、p型のパワーによって除算されたs型のパワー)を有するように構成されてよい。当該偏光比率は、第1ミラーに入射する第1光ビームに関しての偏光比率よりも高い。これにより、好ましいことに、散乱光が第1ミラーを通過してビームアブソーバから漏出する確率を低減できる。特に、これにより、好ましいことに、散乱光(仮に散乱光が第1ミラーを通過した場合には、当該散乱光は反射後第2光ビームとほぼ同じ方向に伝播しうる)が、第1ミラーを通過する可能性を低減できる。
2.合成ビーム
2a.前方伝播ビーム(前進伝播ビーム)
3.第1光
3a.透過後第1光(透過された第1光)
3b.反射後第1光(反射された第1光)
4.第2光
4a.反射後第2光(反射された第2光)
5.第1ミラー
5a.第1ミラー第1面
5b.第1ミラー第2面
6.ビームアブソーバ
6a.ビームアブソーバ上面(ビームアブソーバ頂面)
6b.ビームアブソーバ下面(ビームアブソーバ底面)
7.散乱光
7a.混合散乱光
8.不透明な遮蔽材料
9.光トンネル
10.ビームアブソーバの内面
11.第2面にコーティングを有するミラー
12.冷却部材(冷却素子)
13.レーザダイオード
14.光学部材(光学素子)
15.NLFC部材(例:β−BBO)
16.フィルタ
17.レーザ光
18.出力ビーム
19.デバイスハウジング
θBRは、ブルースター角である。nPpropは、第1光ビームが第1ミラー5の第1面5aに入射する前の時点における、媒質中における当該第1光ビームの屈折率である。ntransは、第1光ビームが第1ミラー第1面5aを通過して伝播(進行)した後の時点における、媒質中における当該第1光ビームの屈折率である。合成ビーム2が初期状態において空気中またはガス中を伝播している場合、nPprop≒1.0である。
表面積が小さく形成された(例えば円筒状または直方体状の)ビームアブソーバに比べ、より効果的に放熱を行うことが可能となる。本態様は、本発明の上述の態様(ビームアブソーバの内部形状の構成)と組み合わせた場合に、特に効果的である。冷却フィンの追加は、ビームアブソーバの全体的な外形(profile)の増大を必要としないためである。その結果、物理的なサイズを最低限に維持できる。このような冷却の利点は、ビームアブソーバにおいて必要とされる場合には、本発明の任意の態様に付与されてもよい。
図16には、さらなる例示的な角度選択性遮光部材が示されている。図16では、光シールドは、不透明材料によって構成された2つの(または3つ以上の)層8を備える。当該8のそれぞれは、前方伝播ビームを遮断せずに通過させる開口を有している。遮光層8を分離する(離間させる)ことにより、光シールドの角度許容範囲についての選択性を、さらに高めることができる。トンネルの壁部を無くすことにより、トンネル内において散乱する混合散乱光7aが生じる可能性を低減できるので、本例は有益である。
図18には、例1として、ビーム分離・吸収部材を備えた例示的なNLFCデバイスが示されている。図18に示されるように、レーザ光17は、レーザ13から出射されている。レーザ13は、400nmから600nmまでの範囲にピーク波長を有する光を出射してよい。レーザ13は、AlyInxGazN材料を含むレーザダイオードであってよい。本例に関し、レーザ13は、約440nmの波長を有するレーザ光を発するように構成されたAlyInxGazN材料を含むレーザダイオードである。レーザ光17は、1つ以上の光学部材14(例:1つ以上のレンズ)を通過して伝播(進行)する。当該光学部材14は、レーザ光がNLFC部材15に向けて伝播している場合に、当該レーザ光の少なくとも1つの平面において当該レーザ光が集束するように、当該レーザ光を集束させる。NLFC部材15は、レーザ光17を周波数変換するように構成されている。本例では、NLFC部材15は、レーザ光17に対してSHGをもたらすように構成されている。レーザ光17は、SHGプロセスにおける基本光である。レーザ光17の一部が、変換後光へと変換される。当該変換後光は、基本光の半分(1/2)の波長に等しい波長を有する(すなわち、変換後光の波長は、約220nmである)。波長λ≒440nmのレーザ光17に対し、NLFC部材15の好適な選択肢は、位相整合式のタイプ1SHGのために構成された、BaB2O4(β−BBO)である。なお、本開示の全体に亘り、波長は、真空中を伝播する光の波長を指す。
P220nm/P440nm≒10−4
である。
前方伝播ビーム:P220nm/P440nm=10−1
任意ではあるが、第1ミラーは、ビームアブソーバとオプティカルコンタクトしていてもよい。この場合、ビームアブソーバ内のあらゆる散乱光が、当該ビームアブソーバから漏出する前に、当該散乱光を第1ミラーに必ず入射させるようにできる。
図19には、ビーム分離・吸収部材を備えたNLFCデバイスの別の例が示されている。当該例では、角度選択性遮光部材を付加することにより、NLFCデバイス内の散乱光がさらに低減される。図19に示されるように、本例では、(i)第1ミラー5と不透明な遮断材料によって構成される遮光層8との間、または、(ii)光シールドの各層の間に、光学部材は存在していない。但し、必ずしもこの通りである必要はない。例えば、光シールドの2つの層は、フィルタ16または他のコンポーネント(例:ミラー)の側に位置していてもよい。あるいは、他の光学部材(例:フィルタおよび/またはミラー)は、前方伝播ビームが第1ミラーから遮光層へと伝播する場合に、当該前方伝播ビームに作用してもよい。
本願は、2016年7月13日に出願されたUS特許出願No.15/208,980の優先権の利益を主張する。当該出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (20)
- 光ビーム分離・吸収部材であって、
第1光ビームおよび第2光ビームを受光し、上記第1光ビームを透過させるとともに上記第2光ビームを反射するミラーと、
上記ミラーを透過した上記第1光ビームを受光し、上記ミラーを透過した後の上記第1光ビームの第1部分を吸収するビームアブソーバと、を備えており、
上記ビームアブソーバは、上記第1光ビームの第2部分を散乱光として散乱させ、
上記ビームアブソーバおよび上記ミラーは、上記散乱光の少なくとも一部が上記ミラーに入射するように互いに配置されている、光ビーム分離・吸収部材。 - 反射された上記第2光ビームと重なり合いうる上記散乱光の一部が、上記ミラーに入射するように、上記ビームアブソーバが配置されている、請求項1に記載の光ビーム分離・吸収部材。
- 上記第1光ビームは、第1偏光を有しており、
上記第2光ビームは、上記第1偏光とは異なる第2偏光を有しており、
上記ミラーは、
上記第2偏光に比べ、上記第1偏光に対してより高い光透過率を有しており、
上記第1偏光に比べ、上記第2偏光に対してより高い光反射率を有している、請求項1または2に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 上記第1光ビームがブルースター角で上記ミラーに入射するように、上記ミラーが配置されている、請求項3に記載の光ビーム分離・吸収部材。
- 上記第1光ビームおよび上記第2光ビームは、上記ミラーの第1面に入射し、
上記ミラーの上記第1面は、上記第2光ビームを最大限に反射させるコーティングを有している、請求項1から4のいずれか1項に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 上記第1光ビームおよび上記第2光ビームは、上記ミラーの第1面に入射し、
上記散乱光は、上記ミラーの上記第1面とは反対側に位置する、上記ミラーの第2面に入射し、
上記ミラーの上記第2面に入射する上記散乱光に対しての上記ミラーの光透過率は、上記ミラーの上記第1面に入射する上記第1光ビームの光透過率に比べて低い、請求項1から5のいずれか1項に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 上記第1光ビームは、第1入射角で上記ミラーの上記第1面に入射し、
上記散乱光の少なくとも一部が、上記第1入射角とは異なる第2入射角で上記ミラーの上記第2面に入射するように、上記ビームアブソーバが構成されており、
上記散乱光に対しての上記ミラーの光透過率は、上記第2入射角において、上記第1入射角の場合に比べて低い、請求項6に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 上記第2入射角は、上記ミラーによって反射された上記第2光ビームの伝播方向とほぼ同じ方向を向いており、
上記散乱光は、反射された上記第2光ビームと重なり合う、請求項7に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 上記ビームアブソーバの1つ以上の面において正反射方向に散乱させられた上記散乱光の一部が、上記第1入射角とは異なる第2入射角で、上記ミラーの上記第2面に入射するように、上記ビームアブソーバが形成されており、
上記散乱光に対しての上記ミラーの光透過率は、上記第2入射角において、上記第1入射角の場合に比べて低い、請求項7または8に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 上記ビームアブソーバの第1面は、上記ビームアブソーバの第2面に対して鋭角を成している、請求項9に記載の光ビーム分離・吸収部材。
- 上記第1光ビームは、第1偏光を有する上記ミラーの上記第1面に入射し、
上記第1偏光とは異なる第2偏光を有する上記ミラーの上記第2面に、上記散乱光の少なくとも一部が入射するように、上記ビームアブソーバが構成されており、
上記散乱光に対しての上記ミラーの光透過率は、上記第2偏光において、上記第1偏光の場合に比べて低い、請求項6から10のいずれか1項に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 上記ビームアブソーバは、ある表面性状を有する内面を備えており、
上記表面性状は、上記表面性状によって散乱させられる光の比率を、上記第1偏光と上記第2偏光とで変化させる、請求項11に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 上記ミラーの上記第2面は、上記ミラーの上記第2面に入射する散乱光の光透過率を低下させるコーティングを有している、請求項6から12のいずれか1項に記載の光ビーム分離・吸収部材。
- 上記ミラーと上記ビームアブソーバとの間において、上記光ビーム分離・吸収部材から出射される散乱光の伝搬を低減するように、上記ミラーと上記ビームアブソーバとが少なくとも部分的に互いにオプティカルコンタクトしている、請求項1から13のいずれか1項に記載の光ビーム分離・吸収部材。
- 上記ミラーと上記ビームアブソーバとが全体的に互いにオプティカルコンタクトしている、請求項14に記載の光ビーム分離・吸収部材。
- 上記ビームアブソーバは、放熱のための冷却部材を有している、請求項1から15のいずれか1項に記載の光ビーム分離・吸収部材。
- 上記ミラーによって反射された上記第2光ビームとほぼ同じ方向に伝搬する、上記ビームアブソーバからの散乱光を遮断する遮光部材をさらに備えており、
上記散乱光は、反射された上記第2光ビームと重なり合う、請求項1から16のいずれか1項に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 上記遮光部材は、
上記散乱光を遮断する遮光層材料と、
反射された上記第2光ビームを含む前進ビームが伝搬する光路を規定する光トンネルと、を含んでいる、請求項17に記載の光ビーム分離・吸収部材。 - 非線形周波数変換(non-linear frequency conversion,NLFC)デバイスであって、
第1光ビームを出射する光源と、
上記第1光ビームの一部を、上記第1光ビームの波長とは異なる波長を有する第2光ビームへと変換するNLFC部材と、
請求項1から18のいずれか1項に記載の光ビーム分離・吸収部材と、を備えており、
上記第1光ビームおよび上記第2光ビームは、上記光ビーム分離・吸収部材に入射し、
上記光ビーム分離・吸収部材から出射された前進ビームでは、上記光ビーム分離・吸収部材に入射した上記第1光ビームに比べ、上記第1光ビームのパワーが低減されている、上記第1光ビームのパワーを有する、NLFCデバイス。 - 上記光ビーム分離・吸収部材から出射された上記前進ビームから、上記第1光ビームをフィルタリングするためのフィルタ部材をさらに備えた、請求項19に記載のNLFCデバイス。
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