JP2024502022A - 深紫外線レーザ源 - Google Patents

Abstract

深紫外線（ＤＵＶ）レーザ光を生成するための方法およびシステムが開示される。一実施形態では、ＤＵＶレーザシステムは、４００フェムト秒（ｆｓ）未満のパルス期間を有し近赤外でパルスされた基本波レーザビームを放射するように構成されたファイバレーザ源と、第１、第２、および第３の非線形結晶を含み、基本波レーザビームを変換して２００ナノメートル（ｎｍ）から２３０ｎｍの範囲の波長を有する第５の高調波レーザビームを生成するように構成された非線形結晶アセンブリと、第１、第２、および第３の非線形結晶のうちの少なくとも１つに先行する少なくとも１つの位置に配置された少なくとも１つの補償プレートであって、少なくとも１つの補償プレートを透過した一対のパルスレーザビームが、第１、第２、および第３の非線形結晶のうちの少なくとも１つの内部で空間的および時間的に重なるように構成された、少なくとも１つの補償プレートと、を備えている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１２月３０日に出願された「ＤＥＥＰ ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ ＬＡＳＥＲ ＳＯＵＲＣＥ」と題する米国仮出願第６３／１３１，８７７号に対する３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

技術分野は、一般にレーザシステムに関し、より詳細には、消毒および滅菌用途のための超高速ファイバレーザに基づいて深紫外線（ＤＵＶ）波長範囲のレーザ光を生成できるレーザシステムに関する。

消毒と滅菌は、ウイルスの市中拡散や人間間の感染を制限するために必要である。ウイルスや感染症が致死性であり、ワクチン接種や治療法がない場合には、特別な必要性が生じる。これらのウイルスの多くは、ウイルスまたは微生物の病原体を含むエアロゾルまたは表面によって人から人へと広がる。化学消毒剤は病原体を殺すのに良い方法ではあるが、目立たない消毒ではなく継続的な非化学消毒を使用してウイルスの蔓延を阻止する必要がある。

紫外線（ＵＶ）は微生物を殺すのに非常に効果的である。残念なことに、紫外線のさまざまな波長または波長帯域は、人体の通常の細胞に悪影響を与える可能性がある。これらの有害な影響には細胞損傷やＤＮＡ変異が含まれ、がんやその他の致命的な病気を引き起こす可能性がある。最近、紫外線Ｃ（ＵＶＣ）帯域内の２００～２３０ナノメートル（ｎｍ）の波長範囲を持つ紫外線の１つの帯域は、侵入長が１ミクロン（μｍ）未満と非常に短いため、人間にとって安全であることが判明した。微生物やウイルス病原体はこの光によって効果的に破壊されるが、人間の細胞は破壊されない。

病原体を殺すために、２００～２３０ｎｍの範囲のＵＶランプとＵＶ発光ダイオード（ＵＶ－ＬＥＤ）が現在開発されている。これらのインコヒーレント光源にはいくつかの欠点がある。まず、出力密度は光源から離れるにつれて大幅に小さくなるため、光源を消毒領域に近づける必要がある。これにより、これらの光源を使用できる用途とその有効性が制限される。さらに、これらの光源の寿命は非常に短いため、ＵＶランプまたはＬＥＤを継続的に交換する必要がある。これは不便なだけでなく、ランプやＬＥＤが劣化して効果がなくなった場合には安全上の懸念も生じる。

ＵＶレーザ源は出力密度が高く、光は指向性がある。レーザ源を高速でスキャンして、病原体を破壊するために適切な出力密度を供給できる。本質的に優れたビーム品質と低いビーム発散により、レーザ光は長距離を効率的に伝播し、レーザ源から数十メートルまたは数百メートル離れた表面や体積において病原体に影響を与えることができる。さらに、適切なレーザ設計が実装されると、レーザ源はより堅牢になり、それに伴う期待寿命も長くなる。残念ながら、ＤＵＶレーザ源は他の波長のレーザほど長い動作寿命には達していない。さらに、構成要素への損傷を避ける目的でレーザ光の近くで使用される材料など、特別な予防措置を考慮する必要がある。ＵＶ波長範囲に吸収を持つ材料は数多くあり、それらの材料の１つまたは複数のガス放出により光学系が覆われ、レーザ構成要素の壊滅的な損傷につながる可能性がある。この問題を回避する１つの方法は、損傷を避けるために使用する材料の種類を制限し、レーザ結晶光学系を隔離することである。これは、乾燥空気、窒素、アルゴン、ヘリウムなどのガスによる継続的なパージの実施などの予防策を講じたとしても、実現することは非常に困難である。

米国特許出願第１６／４９６，８２８号 ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／１６１２１号 米国特許出願第１５／５３６，１７０号（現在は米国特許第１０／１９３，２９６号）

態様および実施形態は、ＤＵＶレーザ光を生成するための方法およびシステムを対象とする。

一実施形態によれば、深紫外線（ＤＵＶ）レーザシステムは、近赤外の基本波長においてレーザビームを放射するように構成されたファイバレーザ源であって、基本波レーザビームが、４００フェムト秒（ｆｓ）未満のパルス期間を有する複数のパルスとして構成されている、ファイバレーザ源と、第１、第２、および第３の非線形結晶を含み、基本波レーザビームを変換して２００ナノメートル（ｎｍ）から２３０ｎｍの範囲の波長を有する第５の高調波レーザビームを生成するように構成された非線形結晶アセンブリと、第１、第２、および第３の非線形結晶のうちの少なくとも１つに先行する少なくとも１つの位置に配置された少なくとも１つの補償プレートであって、少なくとも１つの補償プレートを透過した一対のパルスレーザビームが、第１、第２、および第３の非線形結晶のうちの少なくとも１つの内部で空間的および時間的に重なるように構成された、少なくとも１つの補償プレートと、を備える。

一実施例では、ＤＵＶレーザシステムは、少なくとも１つのオーブンをさらに備え、各オーブンが、少なくとも１つの補償プレートの温度を調整するように構成されている。さらなる実施例では、オーブンの温度が、一対のパルスレーザビーム間の時間的遅延を補償するように調整される。さらなる実施例では、ＤＵＶレーザシステムは、ファイバレーザ源から放射されるレーザビームの強度値に基づいて温度を制御するように構成されたコントローラをさらに備える。

一実施例では、第１の非線形結晶が、基本波レーザビームを受け取り、基本波レーザビームを変換して第２の高調波レーザビームと基本波レーザビームとを放射するように構成されており、第２の非線形結晶が、基本波レーザビームと第２の高調波レーザビームとを受け取り、基本波レーザビームと第２の高調波レーザビームとの和周波混合を実行して、第３の高調波レーザビームと第２の高調波レーザビームとを生成するように構成されており、第３の非線形結晶が、第２の高調波レーザビームと第３の高調波レーザビームとを受け取り、第２の高調波レーザビームと第３の高調波レーザビームとの和周波混合を実行して第５の高調波レーザビームを生成するように構成されている。

一実施例では、少なくとも１つの補償プレートが、第１および第２の非線形結晶の間に配置された第１の補償プレートと、第２および第３の非線形結晶の間に配置された第２の補償プレートとを備える。

一実施例では、ＤＵＶレーザシステムは、第１の補償プレートと第２の非線形結晶との間に配置された半波プレートをさらに備える。

一実施例では、第２の非線形結晶がＬＢＯのＩ型結晶である。

一実施例では、第２の非線形結晶がＬＢＯのＩＩ型結晶である。

一実施例では、ＤＵＶレーザシステムは、第２の補償プレートと第３の非線形結晶との間に配置された半波プレートをさらに備える。

一実施例では、第１、第２、および第３の非線形結晶が、それぞれＬＢＯ、ＬＢＯ、およびＢＢＯを含む。

一実施例では、少なくとも１つの補償プレートが、第１の非線形結晶の前の位置に配置された第１の補償プレートと、第２および第３の非線形結晶の間に配置された第２の補正プレートとを含む。

一実施例では、ＤＵＶレーザシステムは、第１の補償プレートの前の位置に配置された半波プレートをさらに備える。

一実施例では、第２の非線形結晶がＬＢＯのＩ型結晶である。

一実施例では、ＤＵＶレーザシステムは、第１の非線形結晶から上流に配置された少なくとも１つの望遠鏡レンズをさらに備え、少なくとも１つの望遠鏡レンズは、少なくとも１つの望遠鏡レンズへの光ビーム入射が、少なくとも１つの望遠鏡レンズに第１の直径の光ビームとして入り、少なくとも１つの望遠鏡レンズを第２の直径の光ビームとして出るように構成されている。さらなる実施例では、少なくとも１つの望遠鏡レンズが一対の望遠鏡レンズを含む。

一実施例では、第１の非線形結晶が、基本波レーザビームを受け取り、基本波レーザビームを変換して第２の高調波レーザビームと基本波レーザビームとを放射するように構成されており、第２の非線形結晶が、第２の高調波レーザビームを変換して第４の高調波レーザビームを生成するように構成されており、第３の非線形結晶が、基本波レーザビームと第４の高調波レーザビームとを受け取り、基本波レーザビームと第４の高調波レーザビームとの和周波混合を実行して第５の高調波レーザビームを生成するように構成されている。

一実施例では、少なくとも１つの補償プレートが第１および第２の非線形結晶の間に配置されている。

一実施例では、第１、第２、および第３の非線形結晶が、それぞれＬＢＯ、ＢＢＯ、およびＢＢＯを含む。

一実施例では、ＤＵＶレーザシステムは、非線形結晶アセンブリの非線形結晶の温度を調整するための少なくとも１つのオーブンをさらに備える。一実施例では、非線形結晶の温度は、非線形結晶が、少なくとも１つの非線形結晶の結晶材料による非線形多光子吸収が最小化される最適な温度になるように調整される。さらなる実施例では、少なくとも１つのオーブンが、１０℃から５００℃の範囲の温度に加熱するように構成されている。

一実施例では、第５の高調波レーザビームの波長が約２０６ｎｍである。

一実施例では、基本波レーザビームがブロードバンドレーザビームである。さらなる実施例では、基本波レーザビームが、少なくとも２．８ｎｍの帯域幅を有する。

一実施例では、少なくとも１つの補償プレートがＬＢＯから作られている。

一実施例では、第５の高調波レーザビームの平均出力電力が少なくとも１ワット（Ｗ）である。

一実施例では、ファイバレーザ源が、モードロックされたファイバレーザと、チャープパルス増幅用に構成されたパルス伸長器およびパルス圧縮器を含むチャープパルス増幅器と、を含む。

他の実施形態によれば、深紫外線（ＤＵＶ）レーザ光を生成する方法は、ファイバレーザ源において、近赤外で４００フェムト秒（ｆｓ）未満のパルス期間を有する基本波長のレーザビームを生成するステップと、第１、第２、および第３の非線形結晶を含む非線形結晶アセンブリであって、基本波レーザビームを２００ナノメートル（ｎｍ）から２３０ｎｍまでの範囲の波長を有する第５の高調波レーザビームに変換するように構成された非線形結晶アセンブリを介して基本波レーザビームを誘導するステップと、少なくとも１つの補償プレートを、第１、第２、および第３の非線形結晶の少なくとも１つの前の少なくとも１つの位置に配置するステップであって、少なくとも１つの補償プレートは、少なくとも１つの補償プレートを透過したパルスレーザビームの対が、第１、第２、および第３の非線形結晶の少なくとも１つの中に空間的かつ時間的に重複するように構成されている、ステップと、を含む。

一実施例では、本方法は、少なくとも１つの補償プレートをオーブンに配置するステップであって、オーブンが、少なくとも１つの補償プレートの温度を調整するように構成されている、ステップ、をさらに含む。

一実施例では、本方法は、オーブンを提供するステップをさらに含む。

一実施例では、本方法は、少なくとも１つの補償プレートの温度がパルスレーザビームの対間の時間的遅延を補うようにオーブンを制御するステップをさらに含む。

一実施例では、本方法は、非線形結晶アセンブリの第１、第２、および第３の結晶の少なくとも１つの前の位置に半波プレートを配置するステップをさらに含む。

一実施例では、本方法は、第１の非線形結晶の前の位置に一対の望遠鏡レンズを配置するステップをさらに含む。

一実施例では、第５の高調波レーザビームの波長が２０６ｎｍであり、平均出力電力が少なくとも１ワット（Ｗ）である。

一実施例では、本方法は、少なくとも１つの補償プレートを提供するステップをさらに含む。

一実施例では、少なくとも１つの補償プレートがＬＢＯから作られている。

一実施例では、本方法は、非線形結晶アセンブリを提供するステップをさらに含む。

一実施例では、本方法は、ファイバレーザ源を提供するステップであって、ファイバレーザ源が、モードロックされたファイバレーザと、チャープパルス増幅用に構成されたパルス伸長器およびパルス圧縮器を含むチャープパルス増幅器と、を含む、ステップ、をさらに含む。

一実施例では、本方法は、少なくとも１つの非線形結晶の温度を調整するように構成されたオーブン内に第１、第２、および第３の非線形結晶のうちの少なくとも１つを配置するステップをさらに含む。

一実施例では、本方法は、オーブンを、少なくとも１つの非線形結晶の温度が少なくとも１つの非線形結晶の結晶材料による非線形多光子吸収が最小化される最適な温度になるように制御するステップをさらに含む。

一実施例では、本方法は、オーブンを、１０℃から５００℃までの範囲の温度に加熱するように制御するステップをさらに含む。

一実施例では、本方法は、第５の高調波レーザビームで微生物またはウイルスの病原体の少なくとも１つを照射するステップをさらに含む。

他の実施形態によれば、深紫外線（ＤＵＶ）レーザシステムは、近赤外の基本波長においてレーザビームを放射するように構成されたファイバレーザ源であって、基本レーザビームが、ブロードバンドレーザビームであり、４００フェムト秒（ｆｓ）未満のパルス期間を有する複数のパルスとして構成されている、ファイバレーザ源と、第１、第２、および第３の非線形結晶を含む非線形結晶アセンブリであって、基本レーザビームを変換して、２００ナノメートル（ｎｍ）から２３０ｎｍまでの範囲の波長を有する第５の高調波レーザビームを生成するように構成された、非線形結晶アセンブリと、を備える。

一実施例では、基本波レーザビームが、少なくとも２．８ｎｍの帯域幅を有する。

一実施例では、第５の高調波レーザビームの平均出力電力が少なくとも１ワット（Ｗ）である。

一実施例では、第５の高調波レーザビームの波長が約２０６ｎｍである。

一実施例では、ファイバレーザ源が、モードロックされたファイバレーザと、チャープパルス増幅用に構成されたパルス伸長器およびパルス圧縮器を含むチャープパルス増幅器と、を含む。

これらの例の態様と実施形態のさらに他の態様、実施形態、および利点については、以下で詳しく説明する。さらに、前述の情報と以下の詳細な説明の両方が、さまざまな態様と実施形態の単なる説明の例であり、主張された態様と実施形態の性質と性格を理解するための概要またはフレームワークを提供することを意図していることを理解する必要がある。本明細書で開示されている実施形態は、他の実施形態と組み合わせることができ、「実施形態」、「実施例」、「いくつかの実施形態」、「いくつかの実施例」、「代替的な実施形態」、「さまざまな実施形態」、「一実施形態」、「少なくとも１つの実施形態」、「本実施形態およびその他の実施形態」、「特定の実施形態」などへの言及は、必ずしも相互に排他的ではなく、記載されている特定の特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを示すことを目的としている。本明細書のそのような用語の体裁は、必ずしもすべて同じ実施形態に言及しているわけではない。

少なくとも１つの実施形態のさまざまな態様については、原寸に比例して示されることは意図されていない付随する図を参照して以下で説明される。図は、さまざまな態様と実施形態の例示とさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部に組み込まれ、構成されているが、特定の実施形態の制限の定義として意図されてはいない。図面は、仕様の残りの部分とともに、説明され、主張された態様と実施形態の原則と操作を説明するのに役立つ。図では、さまざまな図に示されている各同一またはほぼ同一の構成要素は、同様の図で表される。明確にするために、すべての構成要素がすべての図にラベル付けされるわけではない。

本発明の態様による、ＤＵＶレーザシステムの一実施例のブロック図である。 本発明の態様による、ＤＵＶレーザシステムの別の実施例のブロック図である。 本発明の態様による、第３の高調波生成を使用するＤＵＶレーザシステムの第１の実施例のブロック図である。 本発明の態様による、第３の高調波生成を使用するＤＵＶレーザシステムの第２の実施例のブロック図である。 本発明の態様による、第３の高調波生成を使用するＤＵＶレーザシステムの第３の実施例のブロック図である。 本発明の態様による、第４目の高調波生成を使用するＤＵＶレーザシステムの一実施例のブロック図である。 本発明の少なくとも１つの態様による、レーザ源の一実施例のブロック図である。 本発明の少なくとも１つの態様による、レーザ源の別の実施例のブロック図である。 本発明の態様による、増幅器において使用されるアクティブファイバの概略図である。 本発明の態様による、受動的にモードロックされたファイバレーザ源の一実施例の概略図である。 本発明のさまざまな態様に従って実施された実験のパラメータと結果を示す表である。 本発明のさまざまな態様に従って実施された別の実験のパラメータと結果を示す表である。 図１０ａの表に従って実施された実験の別の部分のパラメータと結果を示す表である。 本発明の態様による、ＤＵＶレーザシステムのさらに別の実施例のブロック図である。

ＤＵＶレーザ源によって提起された限られた運用寿命と材料吸収の問題に対処する１つのアプローチは、超高速光パルスの使用を実装することである。本明細書で説明するのは、前述の劣化メカニズムを緩和し、非常にきれいな環境を必要とせずに長寿命を示す超高速光パルスを実装するＤＵＶレーザシステムである。以下でさらに詳しく説明するように、１つの例では、ＤＵＶレーザシステムが４００フェムト秒未満（ＦＳ）のレーザパルスを出力し、長い長さを持っている。

４００ｆｓ未満のパルス期間を持つ超高速レーザを含む構成は限られている。チタンドープサファイア（ＴＩ：サファイア）は、４００ｆｓよりもはるかに短いパルスを作成するのに十分な帯域幅があるため、１つのオプションである。ただし、これらのレーザは、消毒や滅菌用途での使用を妨げるさまざまな欠点に悩まされている。例えば、非常に頑丈ではなく、サイズが大きく、十分な平均出力能力を生成できない。ピコ秒（ＰＳ）パルス期間を使用した２００～２３０ｎｍの波長範囲において出力されるＤＵＶレーザは、ディスクレーザを使用して実証されている。ただし、そのようなレーザの帯域幅はパルス期間をピコ秒に制限するが、これはセルフクリーニング効果に最適ではない。

別の方法として、イッテルビウム（Ｙｂ）ドープファイバに基づく超高速ファイバレーザは、４００ｆｓより短いパルスをサポートするのに十分な帯域幅を有している。ファイバレーザは非常に頑丈で、コンパクトで、高出力で効率的なレーザであり、消毒および滅菌用途に理想的な解決策を提供する。これらのレーザは、基本波長と第２の高調波波長を混合することにより、第３の高調波生成を介して非線形光学（ＮＬＯ）結晶を使用して３４３ｎｍに変換される周波数である可能性がある。本明細書に開示されているシステムと方法は、良好な長さおよび効率を有する２０６ｎｍの波長において高い平均出力フェムト秒ファイバレーザを示している。

消毒と滅菌に加えて、開示されたレーザ源の別の可能な適用には眼科手術が含まれる。この用途に使用される従来のレーザには、ビーム品質が低く、高い平均電力要件が高い本質的な欠点を持つエキシマーレーザまたは超高速ＩＲレーザが含まれる。これらの欠点は、目が耐えることができる加熱の限界により、手順の期間を抑える。本明細書に記載されているレーザが示す２０６ｎｍの超高速ＤＵＶパルスは、はるかに低い平均出力でそのような手術手順を実行する能力を持っているため、眼科手術手順の速度を大幅に増加させ、品質を改善する可能性がある。

同様に、開示されたレーザは、スマートフォンやその他のディスプレイグラスやサファイアなどの高度に透明な材料のマイクロマシンなどの他の用途において使用すると、品質と生産速度を劇的に改善できる。開示されたレーザは、シリコンウェーハの非常に小さな欠陥の迅速な局在化に短い波長が有益である場合があるリソグラフィ後処理などのウェーハ検査用途にも実装できる。

以下で詳しく説明するように、４００ｆｓ未満（境界値含む）の期間を有する近赤外（例えば、１０３０ｎｍ）のパルスを出力するファイバレーザ源を含むレーザシステムが提供されている。一実施形態によると、ファイバレーザ源は約３００ｆｓの持続時間を有するパルスを出力し、他の実施形態では、出力パルスは約２００ｆｓの持続時間を有する。光パルスは、第１の非線形結晶、つまりリチウム部族（ＬＢＯ）などのＳＨＧを使用して、第２の高調波に変換される周波数である。２１０ｎｍ未満の波長への第５の高調波生成は、２つの異なる方法を含む。第１の方法では、第２の高調波と第２の非線形結晶の基本波長放射、つまりＴＨＧを和周波混合することにより、第３の高調波を生成することを含む。次に、第３の非線形結晶において第２および第３の高調波を混合することにより、第５の高調波が生成される。第２の方法では、第２の高調波が周波数逓倍され、第２の非線形結晶において第４の高調波が生成される。次に、第４の高調波を基本波と混合して、第３の非線形結晶において第５の高調波を生成する。

いくつかの実施形態によれば、さまざまな周波数変換ＮＬＯ結晶内の混合周波数の光パルスの空間的および時間的重複を改善する目的で、上記の１つまたは複数のアプローチには、１つまたは複数の時間遅延補償（ＴＤＣ）結晶（本明細書では「補償プレート」または「ＴＤＣプレート」とも呼ばれる）の使用を含み得る。高く評価されているように、ＮＬＯ結晶においてパルスの最適なオーバーラップ（空間的および時間的に）を達成すると、より高い変換効率が生じる。さらに、ＴＤＣ結晶を使用しない場合、パルス間の時間遅延は、同じ効果を達成するために、周波数を空間的に分割し、遅延し、その後再び再結合する必要があるビームスプリッターとミラーで構成される遅延ラインで修正する必要がある。この後者のアプローチには、全体的なサイズと必要な光学系の数の増加など、いくつかの欠点があり、ミラーとビームスプリッターは大きな損失をもたらす。従来の遅延ラインシステムのミラーとビームスプリッターも整列するのが難しく、敏感である。一般に、従来の遅延ライン技術は、例えば、ビームポインティング不安定性からの影響を高めることにより、システムの全体的な信頼性とパルス間エネルギーの安定性を低下させる。

図面を参照すると、図１は、全体的に１００で示されているＤＵＶレーザシステムの実施形態を示すブロック図であり、ＤＵＶレーザシステムは、４００ｆｓ未満のパルス期間を有する近赤外の基本波長においてレーザビーム１０２を放射するように構成されたレーザ源１１０（本明細書では、「ポンプレーザ」および「ファイバレーザ源」とも呼ばれる）と、第１の非線形結晶１２２（本明細書では第２の高調波生成（ＳＨＧ）結晶とも呼ばれる）、第２の非線形結晶１２４、および第３の非線形結晶１２６（本明細書では、第５の高調波発生（ＦＩＨＧ）結晶とも呼ばれる）を含み、２００ｎｍから２３０ｎｍの範囲の波長を有する第５の高調波レーザビーム１０５（本明細書ではＤＵＶレーザビームとも呼ばれる）を生成する非線形結晶アセンブリ１２０と、少なくとも１つの補償プレート１３０と、を備えている。以下で詳しく説明するように、少なくとも１つの補償プレート１３０は、第１の非線形結晶１２２、第２の非線形結晶１２４、および第３の非線形結晶１２６の少なくとも１つに先行する少なくとも１つの位置に配置され、少なくとも１つの補償プレートを透過したパルスレーザビームの対は、第１の非線形結晶１２２、第２の非線形結晶１２４、および第３の非線形結晶１２６の非線形結晶の少なくとも１つに空間的かつ時間的に重複するように構成されている。

前述のように、少なくとも１つの実施形態に従って、ＤＵＶレーザ放射は第３の高調波発生を介して達成される。ここで、図３ａ～図３ｃを参照すると、それぞれが第３の高調波生成を使用して第５の高調波ＤＵＶレーザ放射を生成する３００ａ、３００ｂ、および３００ｃを示す３つの別々の実施例のブロック図を示す。それぞれの例では、第１の非線形結晶１２２は基本レーザビーム１０２を受け取り、基本レーザビーム１０２を変換して、第２の高調波レーザビーム３０４と基本レーザビーム１０２とを放射し、第２の非線形結晶１２４は、基本レーザビーム１０２と第２の高調波レーザビーム３０４とを受け取り、基本レーザビーム１０２と第２の高調波レーザビーム３０４との和周波混合を実行して、第３の高調波レーザビーム３０６と第２の高調波レーザビーム３０４とを生成し、第３の非線形結晶１２６は、第２の高調波レーザビーム３０４と第３の高調波レーザビーム３０６とを受け取り、第２の非線形結晶３０４と第３の非線形結晶３０６との和周波混合を実行して、第５の高調波レーザビーム１０５を生成する。

図３ａを参照して、一実施形態によれば、ＤＵＶレーザシステム３００ａは第１の補償プレート３３０ａと第２の補償プレート３３０ｂとを有する。第１の補償プレート３３０ａは、第１の非線形結晶１２２と第２の非線形結晶１２４との間に配置され、第２の補償プレート３３０ｂは第２の非線形結晶１２４と第３の非線形結晶１２６との間に配置される。

上記のように、補償プレート１３０は、さまざまな周波数変換ＮＬＯ結晶内の混合周波数の光パルスの空間的および時間的重複を改善するために機能する。高く評価されているように、光学的に非線形プロセスの変換率または効率は、ＮＬＯにおけるこの空間的および時間的重複、つまり最適な相互作用によって決定される。これは、例えば１ｐｓ未満の超短パルスの特定の問題であり、１つのビームのパルスの一部のみが、ＮＬＯ内の他のビームのパルスの一部と重複している。非線形結晶における時間的ウォークオフは、波長に対する屈折率の依存性、つまり分散によって引き起こされる。異なる波長または偏光の２つの超短いパルスが分散媒体を通過する場合、パルスは時間的に離れて移動する。異なる波長および／または偏光を伴うレーザパルスの異なるグループ速度は、真空中の伝播と比較して異なる時間的遅延を引き起こし、したがって、非線形結晶におけるパルスの非最適な時間的オーバーラップにつながる。非線形結晶における空間的ウォークオフは、波ベクトルｋの方向に対するエネルギー流の方向（つまり、ポインティングベクトルの方向）の違いからウォークオフが生じる結晶の複屈折の特性によって引き起こされる。結晶の端において、両方のレーザビームは、空間的なウォークオフ角として知られる距離によって分離される。実際の空間的および時間的なウォークオフの両方が、ＮＬＯ内のレーザビーム間の相互作用長を短くし、変換効率に悪影響を及ぼす。

図３ａに示すＤＵＶレーザシステム３００ａの実施例では、第１の非線形結晶１２２は、基本レーザビーム１０２と第１の非線形結晶１２２を出る第２の高調波レーザビーム３０４との間に空間的および時間的なウォークオフを生成し、これは第１の補償プレート３３０ａによって補償される。第２の非線形結晶１２４は、第２の高調波レーザビーム３０４と第２の非線形結晶１２４を出る第３の高調波レーザビーム３０６との間に空間的および時間的なウォークオフも生成し、これは第２の補償プレート３３０ｂによって補償される。

補償プレート１３０は、異なる軸に沿って異なる屈折指数を有する。例えば、二軸結晶の場合、屈折指数は３つの軸のそれぞれで異なり、一軸結晶の場合、屈折指数は２つの軸のみに沿って異なる。補償プレート１３０は、対象の２つのパルスレーザビームの伝播の異なるグループ速度を効果的に実装することにより、ＮＬＯ内の時間的不一致を補正する。空間の不一致は、空間的なウォークオフを介してビーム伝播軸からビームの１つを置き換えることによって対処される。実際には、補償プレート１３０は、異常なビームが、補償プレート１３０から下流に配置された非線形結晶（１２２、１２４、または１２６）のそれとは反対の角度でウォークオフするように構成されている（例えば、カットと指向、特定の長さ／厚さ）。結晶は、通常の波が変位せず、異常な波が変位するように構成されている。変位の量は、結晶の長さに依存する。

少なくとも１つの実施形態に従って、補償プレート１３０は、ＬＢＯを含む非限定的な例である複屈折材料から作られている。発明者が実施した実験では、ＴＤＣ結晶としての適切なタイプの複屈折材料の使用は、長期的なパフォーマンスにとって非常に重要であることがわかった。ＬＢＯ結晶がＴＤＣ材料として使用されたとき、使用された他の材料と比較した場合、長期的な損傷を抑制することがわかった。他の材料を使用すると、さまざまな光学的損傷がその後の光学成分に導入され、システムの信頼性が低下した。実験の結果は、ＴＤＣ材料としてＬＢＯを使用することで、開示されたＤＵＶシステムと方法の適切な動作に必要な高い時間的動的範囲を提供することも示している。少なくとも１つの実施形態に従って、ＴＤＣ結晶として使用されるＬＢＯは、その光学Ｚ軸に沿って切断される。以下でさらに詳しく説明するように、そのＺ軸に沿ったＬＢＯカットは、最高の時間的動的範囲と最も低い吸収とホットスポットの形成を示すことがわかった。

ＤＵＶレーザシステム２００の別の実施例のブロック図を図２に示す。ＤＵＶレーザシステム２００は、レーザ源１１０と、第１の非線形結晶１２２、第２の非線形結晶１２４、および第３の非線形結晶１２６を含み、第５の調和レーザビーム１０５を生成するように構成された非線形結晶アセンブリ１２０と、少なくとも１つの補償プレート１３０と、を含む点で図１に示すものと似ている。さらに、ＤＵＶレーザシステム２００は、本発明の別の態様による、補償プレート１３０と組み合わせて使用される半波プレート２３５も含む。図３ａのレーザシステム３００ａは、第１の補償プレート３３０ａと第２の非線形結晶１２４との間に配置される半波プレート３３５の使用を実装している。本実施形態では、第２の非線形結晶１２４はＩ型非線形結晶であり、その非限定的な実施例はＬＢＯを含む。Ｉ型フェーズマッチングにおいて、基本波１０２と第２の高調波３０４とは互いに垂直に偏っている。半波プレート２３５の追加により、２つのレーザビームが非線形結晶において同じ方向に偏光されることが保証される。

図３ｂは、第３の高調波生成を介して第５の高調波ＤＵＶレーザ放射を生成するＤＵＶレーザシステム３００ｂの別の実施例のブロック図である。ＤＵＶレーザシステム３００ｂは、第１の非線形結晶１２２の前の位置に配置された第１の補償プレート３３０ａと、第２の非線形結晶１２４と第３の非線形結晶１２６との間に配置された第２の補償プレート３３０ｂとを含む。これらの機能の後者は、図３ａに関連して上記で説明した第２の補償プレート３３０ｂと同様の方法で機能する。

ＤＵＶレーザシステム３００ｂは、第１の補償プレート３３０ａの前の位置に配置された半波プレート３３５も含む。この構成では、半波プレート３３５とＴＤＣ結晶３３０ａの両方が、未変換の基本周波数が既に周波数変換された信号と混合できるようにＴＤＣ結晶３３０ａデザインに基づいて互いに適切に遅延している基本周波数１０２において２つの直交偏光を導入する目的で、ＳＨＧ結晶１２２から上流に配置されている。例として、ＳＨＧ信号３０４（１つの偏光の基本周波数の１つから生成）は、ＴＨＧ結晶１２４の基本周波数（周波数変換されていない）と混合されている。同様の構成を他の高調波生成に適用できる。２つの偏光と設計された時間遅延を導入する利点は、周波数変換をまだ経験していない基本周波数を使用すると、周波数変換効率が改善されることである。さらに、この設計は、遅延と時間の遅延をはるかに低い強度で実行できるため、最適化とより大きな信頼性のための追加の自由度を提供する。別の態様によれば、第２の非線形結晶１２４はＩ型非線形結晶である。

第３の高調波生成を使用した第５の高調波ＤＵＶレーザ放射の生成に関する別の例に基づき、ＤＵＶレーザシステム３００ｃのブロック図を図３ｃに示す。この例では、第１の非線形結晶１２２と第２の非線形結晶１２４との間に第１の補償プレート３３０ａが配置され、第２の非線形結晶１２４と第３の非線形結晶１２６との間に第２の補償プレート３３０ｂが配置される。１つの実施形態によると、第２の非線形結晶１２４は、ＩＩ型ＬＢＯなどのＩＩ型非線形結晶である。Ｉ型の非線形結晶の使用に関連する利点には、より大きな非線形性とより広いスペクトル受容を示すため、より高い変換効率が含まれる。ＩＩ型の非線形結晶は、これらが約３倍の受け入れ角度を有し、Ｉ型よりも約２分の１（ａｂｏｕｔ ｔｗｉｃｅ ｌｅｓｓ）の空間的なウォークオフがあるため、ビームが非線形結晶にしっかりと集中する必要がある場合に使用され得る。ただし、非線形性ｄ_ｅｆｆはＩ型よりも約３０％低い。第１の補償プレート３３０ａの機能は、図３ａに関連して上記の機能と似ている。図３ｃに示すように、この例の構成には、半波プレート３３５の使用も含まれる。

１つの実施形態によると、図３ａ～図３ｃのＤＵＶレーザシステム３００ａ～３００ｃの第１の非線形結晶１２２、第２の非線形結晶１２４、および第３の非線形結晶１２６は、それぞれＬＢＯ、ＬＢＯ、およびＢａｒｉｕｍ Ｂｏｒａｔｅ（ＢＢＯ）を含む。ただし、他の非線形結晶材料もこの開示の範囲内にあることを理解する必要がある。

少なくとも１つの実施形態に従って、図２に戻って、ＤＵＶレーザシステムは少なくとも１つのオーブン２４０をさらに含むことができ、各オーブン２４０は少なくとも１つの補償プレート１３０の温度を調整するように構成されている。この実施形態によれば、ＴＤＣ結晶１３０の温度は、複屈折材料における時間遅延を調整するために変調される。すなわち、オーブンの温度は、非線形結晶の下流で導入される一対のパルスレーザビーム間の時間遅延を補償するように調整される。ＴＤＣは、出力や強度レベルなどのレーザ条件によって変化する。これは、Ｉ型ＳＨＧにおけるグループ速度不一致の強度依存性の性質によるものである。

レーザ条件が変化する場合、結晶を加熱することによるアクティブな動的補償が重要である。この目的のために、オーブン２４０の１つまたは複数の動作パラメータ（例えば、オーブン温度）を制御するコントローラ２５０が実装される。少なくとも１つの実施形態によれば、コントローラ２５０は、レーザ源１１０から発せられるレーザビーム１０２の強度値に基づいてオーブン２４０の温度を制御するように構成される。一実施形態では、オーブン２４０は少なくとも４００℃の温度に加熱され、場合によってオーブンは約５００℃に加熱される。いくつかの実施形態によれば、オーブン２４０は、１０℃から５００℃の範囲の温度に加熱されてもよい。本発明者らは、このような広い温度範囲により、任意の対のパルスレーザビームの短パルス間の時間的遅延のより大きな調整範囲が可能になることを発見した。

一態様によれば、ＴＤＣプレート１３０を収容するオーブン２４０の温度を決定するために、較正ルーチンを実行することができる。これは、（補償プレート１３０の）温度および強度／出力に基づいて時間的遅延を測定することによって達成できる。例えば、レーザ源１１０および放射される基本ビーム１０２の所与の出力に対して、オーブン２４５の温度は、時間的および空間的遅延が最小になる点まで、すなわち最大ＤＵＶ出力電力が実現される点まで上昇させることができる。ＴＤＣプレート１３０の温度によっては達成できない追加の補償が必要な場合には、最適な出力電力を達成するために、ＴＤＣプレートをより厚いまたはより薄いプレートに変更することによって、ＴＤＣプレートの厚さを増加（または減少）させることができる。

特定の実施形態では、ＤＵＶレーザシステム２００は、第１の非線形結晶１２２の上流に配置された少なくとも１つの望遠鏡レンズ２３７を含むこともできる。望遠レンズ２３７は、望遠レンズ２３７に入射するビームのビームサイズを調整する機能を有する。例えば、望遠レンズ２３７に入射する光線は、第１の直径の光線として望遠レンズ２３７に入射し、第２の直径の光線として望遠レンズ２３７から出射する。図３ａ～図３ｃに見られるように、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの望遠レンズは、一対の望遠レンズ３３７を含む。一実施形態では、光ビームサイズは、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）材料で構成された望遠レンズを使用して変更され、これは、出力電力および変換効率を最適化し、システムの信頼性を大幅に向上させることが発明者によって発見された。ビームサイズを増減して最適な直径を実現し、飽和することなく良好な変換効率を実現できる。他の広く使用されている光学材料と比較して、ＭｇＦ_２の光学的非線形性ははるかに低いため、高ピーク出力パルスは、望遠鏡レンズの下流に位置する構成要素、例えば非線形結晶アセンブリ１２０の非線形結晶に損傷を与えることが多いホットスポットを生成しない。この設計面により、開示されたＤＵＶレーザの寿命が向上する。

１つまたは２つの望遠レンズ２３７は、別の機能を有することもできる。別の態様によれば、１つまたは複数のレンズは、ビームが広範囲にわたって同じ直径を維持するように、十分に長いレイリー長を有するビームウエストを形成するために使用される。これは、良好なビーム特性と、ＴＨＧおよびＦｉＨＧ結晶内の異なる波長を持つ２つのビームのそれぞれの間の空間的重複を確保するのに役立つ。

図４は、第４の高調波発生を介して第５の高調波ＤＵＶレーザ放射を生成するＤＵＶレーザシステム４００の一実施例のブロック図である。特に、第５の高調波ＤＵＶレーザ放射は、第２の非線形結晶１２４における第４高調波の生成によって達成される。第１の非線形結晶１２２は、基本波レーザビーム１０２を受け取り、基本波レーザビーム１０２を変換して、上述のように第２の高調波レーザビーム３０４および基本波レーザビーム１０２を放射する。第２の非線形結晶１２４は、第２の高調波レーザビーム３０４を変換して、第４の高調波レーザビーム４０８を生成する。第３の非線形結晶１２６は、基本波レーザビーム１０２と第４の高調波レーザビーム４０８を受け取り、基本波レーザビーム１０２と第４の高調波レーザビーム４０８の和周波混合を実行して、第５の高調波レーザビーム１０５を生成する。第１の補償プレート３３０ａは、第１の非線形結晶１２２と第２の非線形結晶１２４との間に配置される。一実施形態では、第１、第２、および第３の非線形結晶は、それぞれＬＢＯ、ＢＢＯ、およびＢＢＯを含む。

ここで図２に戻ると、いくつかの実施形態では、ＤＵＶレーザシステム２００は、非線形結晶アセンブリ１２０の非線形結晶の温度を調整するための少なくとも１つのオーブン２４５をさらに含む。例えば、第１の非線形結晶１２２、第２の非線形結晶１２４、および第３の非線形結晶１２６のそれぞれは、それぞれのオーブン２４５ａ、２４５ｂ、および２４５ｃ内に収容され得る。理解されるように、非線形結晶は、温度制御されたオーブン内に（例えば、コントローラ２５０によって）配置されて、熱調整を可能にすることができ、その結果、変換効率が向上し、より高い平均出力電力がもたらされる。一実施形態によれば、オーブン２４５は、非線形結晶の材料による非線形多光子吸収が最小化されるか、そうでなければ低減されるように、非線形結晶（例えば、１２２、１２４、および／または１２６）の温度を最適温度または目標温度に調整する。例えば、動作中のＮＬＯの温度が高くなると（例えば、ＮＬＯの機能に悪影響を及ぼさない４００℃、４５０℃、５００℃を含む２００℃を超える温度）、２光子の吸収が減少する。一実施形態によれば、オーブン２４５は、境界値を含む少なくとも２００℃の温度に加熱されるように構成され、別の実施形態では、オーブン２４５は、１０℃から５００℃の範囲の温度に加熱されるように構成されている。２光子吸収は、ＦｉＨＧ結晶１２６の変換効率と寿命の両方を低下させ、場合によってはＴＨＧ結晶の寿命も低下させる。理解されるように、オーブン２４５の動作パラメータはコントローラ２５０によって制御することができる。例えば、コントローラ２５０はオーブン２４５の温度を上げることができ、ＮＬＯ結晶の変換効率と信頼性の向上につながる。

レーザ源１１０は、ファイバレーザ源として構成される。少なくとも１つの実施形態によれば、レーザ源１１０によって発せられる基本レーザビーム１０２の波長は、近赤外、例えば７５０～１４００ｎｍであり、いくつかの実施形態では、１μｍの波長範囲で発せられる。例えば、基本レーザビーム１０２の波長は、１０３０～１０８０ｎｍの範囲にあってもよく、一実施形態では、基本波長は１０３０ｎｍである。一実施形態によれば、基本レーザビーム１０２は広帯域レーザビームであり、ある実施形態では少なくとも２．８ｎｍの帯域幅を有し、ある他の実施形態では１６ｎｍもの帯域幅を有する。発明者らは、このような広帯域光源を使用すると、ＤＵＶシステムの長期信頼性が向上することを発見した。

少なくとも１つの実施形態によれば、レーザ源１１０は、基本波レーザビーム１０２のパルスが少なくとも５０ワットの平均出力を有し、場合によっては少なくとも６０ワットの平均出力を有するように構成される。用途に応じて、レーザ源１１０は、５０ワット未満、例えば５～１０ワット、１０～２０ワット、２０～３０ワット、３０～４０ワットの平均出力を有する基本波レーザビーム１０２を出力するように構成することもできる。場合によっては、基本波レーザビーム１０２のピーク出力はメガワット（ＭＷ）オーダーであり得、一例としては１～１０００メガワット（ＭＷ）であり得る。他の実施形態では、基本波レーザビーム１０２のピーク出力はギガワット（ＧＷ）のオーダーである。

さまざまな態様によれば、非線形結晶アセンブリ１２０の非線形結晶１２２、１２４、１２６の全体の変換効率は約５％程度であり得、他の実施形態では約２％程度である。例えば、レーザ源１１０からの１０３０ｎｍおよび４０Ｗの出力では、ＤＵＶレーザビーム１０５からの平均出力電力は約８００ミリワット（ｍＷ）であり得る。ＳＨＧ結晶１２２の場合、変換効率は最大８０％であり、いくつかの実施形態では約５０％の変換効率を有する。図３ａ～図３ｃのＴＨＧ結晶１２４の場合、変換効率は最大４０％であり、いくつかの実施形態では約３５％であり、他の実施形態では２０～３５％の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、ＴＨＧ結晶は、最適なＦｉＨＧ変換を可能にする変換効率を有する必要があるように構成することができるが、これはＴＨＧ結晶の最大効率値ではない可能性がある。ＦｉＨＧの場合、変換効率は約５％であり、いくつかの実施形態では約２％であり、他の実施形態では約１％である。

ＤＵＶレーザビーム１０５の波長は２００～２３０ｎｍの範囲にあり、場合によっては、境界値を含む２０６～２１６ｎｍの範囲内であり、少なくとも１つの実施形態によれば、ＤＵＶレーザビーム１０５は約２０６ｎｍであり、より短い波長も本開示の範囲内である。特定の実施形態では、第５高調波レーザビーム１０５は、少なくとも１ワット（Ｗ）、少なくとも２Ｗの平均出力電力を有し、数百ｍＷ（例えば、少なくとも１００ｍＷ、少なくとも２００ｍＷ）から５Ｗの範囲にすることができる。より高い出力も本開示の範囲内である。消毒する材料によっては、より高い空間出力密度（および必要な曝露時間の短縮）に対応できるものもあれば、より低い空間出力密度（およびより長い曝露時間）を必要とするものもあるため、出力電力は用途によって調整またはそうでなければ指示できる。

一実施形態では、本明細書に記載のＤＵＶレーザ源の寿命は、少なくとも１０００時間の寿命を有することによって特徴付けることができる。より長い寿命も本開示の範囲内である。ＤＵＶレーザシステムの絶対寿命は、用途や特定の構成要素、例えば平均出力、ファイバの種類などによって異なる可能性があることを理解されたい。「寿命」という用語は、ＤＵＶレーザシステムの出力電力および／またはその他の特性が公称値（システムの定格出力など）のパーセンテージまたはその近くに留まる時間を指す。

これまで説明した開示されたＤＵＶレーザシステムの例は、少なくとも１つの補償プレート１３０を含んでいたが、ＤＵＶシステムが補償プレート１３０を含まない実施形態も本開示の範囲内であり、実際、発明者らは、特定の用途については補償プレートを使用せずに適切なＤＵＶ変換が達成されることを発見した。このようなシステム１１００の一例が図１１に示されており、これは図１のＤＵＶシステム１００とほぼ同一であるが、補償プレート１３０がない。ＤＵＶレーザシステム１１００は、上述のように、レーザ源１１０および非線形結晶アセンブリ１２０を備える。さらに、システム１１００は、図２のＤＵＶシステム２００を参照して前述したように、非線形結晶アセンブリ１２０の非線形結晶の温度を調整するための少なくとも１つのオーブン２４５を含むことができる。上述した他の特徴、例えば、１つまたは複数の望遠レンズ、コントローラもシステム１１００に含めることができることを理解されたい。

レーザ源
特定の実施形態では、レーザ源１１０は、モードロックファイバレーザと、チャープパルス増幅（ＣＰＡ）用に構成されたパルス伸長器およびパルス圧縮器を備えるチャープパルス増幅器とを備える。このようなシステムは、高い平均出力を持ちながら、高および超高パルス繰り返し率と損傷を誘発しないピーク出力を備えたレーザ光を生成するのに役立つ。超高速パルス（例えば、２０ｐｓより短く、数ｆｓ程度の短いパルス）では、光パルスが光学部品／材料を通って伝播するときに生じる光学的非線形性により、パルス歪みが増加する。パルスは劣化して形状が変化し始め、および／またはプレパルスまたはポストパルスを形成し、最終的に時間エンベロープの合計持続時間を延長する。多くの用途では、テンポラルペデスタルなしで高いピーク出力と高いパルスエネルギーを備えた超短パルスが必要となるため、これは問題である。テンポラルペデスタルは、光学構成要素または強度依存の光学的非線形性（ほとんどの場合、自己位相変調（ＳＰＭ））を通じて導入される高次分散によって作成できる。

より多くのパルスエネルギーを抽出し、ＳＰＭの閾値を高める一般的な方法の１つは、ＣＰＡを使用することである。この技術において、スペクトルエンベロープ内の各縦モードの位相を線形に調整することにより、パルスが時間的に引き伸ばされる。バルクグレーティング、プリズム、ファイバ、チャープファイバブラッググレーティングまたはチャープボリュームブラッググレーティングは、この分散を導入することでパルスを伸長するために使用できる。その後、パルスはゲイン材料を通じて増幅され、ＳＰＭを誘発するピーク出力に達する前に、より高いパルスエネルギーを実現する。最後に、パルスはマッチング分散要素で圧縮され、パルスをピコ秒またはフェムト秒のパルス期間まで再圧縮して、必要なパルスエネルギーと超短パルスを実現する。

このようなシステムの非限定的な一例が、図５に示されており、一般に５１０で示されており、これは、出願人が共同所有し、その内容が参照により完全に本明細書に組み込まれ、本明細書では特許文献１にも記載されている。図５に示すように、レーザ源５１０は、主発振器５１２（場合によってはモードロックレーザ源であり、その一例は図８を参照して以下に説明する）と、パルス伸長器５１６とパルス圧縮器５１８とを含むチャープパルス増幅器とを含む。主発振器５１２からの入力レーザパルスは、パルス伸長器５１６を使用して時間内に伸張され、ファイバ電力増幅器５１５ｂおよび任意選択の前置増幅器５１５ａを含む増幅段において増幅され、パルス圧縮器５１８を使用して圧縮される。

理解されるように、パルスの時間的な伸張と圧縮は、パルス内の異なる波長を異なる時間量だけ遅延させることに基づいている。伸長器５１６において、短波長パルスが長波長パルスに対して遅延することもあり、その逆も同様であり、圧縮器５１８において、この効果は再び元に戻される。バルクグレーティング、プリズム、ファイバ、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）、チャープファイバブラッググレーティング（ＣＦＢＧ）、またはチャープボリュームブラッググレーティング（ＣＶＢＧ）は、パルスを伸長するように機能する強分散要素の例である。パルス伸長器５１６は、パルス期間を伸長して、ピーク出力が低減された伸長されたパルスを生成するように構成されている。いくつかの実施形態では、パルス伸長器５１６は、図５に示すように、ＣＦＢＧとして構成される。

チャープ増幅パルスは、パルス圧縮器５１８によって圧縮され、パルス圧縮器５１８は、いくつかの実施形態では、チャープボリュームブラッググレーティング（ＣＶＢＧ）として構成される。いくつかの実施形態では、圧縮器５１８は、高い平均出力を処理できる透過型回折格子を用いて構成される。例えば、欠陥や不完全性を最小限に抑えるために調整されたホログラフィック手順とエッチングプロセスを使用して、透過型回折格子をシリカから形成することができる。

特許文献１において説明されているように、従来のＣＰＡシステムはチャープの線形部分を補償するが、非線形チャープを補償するには高次の分散技術が必要である。例えば、主発振器５１２によって出力される変換制限されたサブナノ秒パルスは、それぞれスペクトル帯域幅を有し、伸張されたパルスのスペクトル位相は、変換制限されたパルスのスペクトル位相から逸脱し、圧縮器５１８によって圧縮された後、特に明瞭になる。さまざまな態様によれば、レーザ源５１０は、チャープ光パルスにわたる位相を補正することによって、光学部品または材料を通って伝播する超高速パルスによって引き起こされるパルスペデスタルまたはパルス歪みを抑制するように構成される。この目的を達成するために、レーザ源５１０は、ＣＰＡシステムの出力において変換制限に近いサブナノ秒パルスを提供するために、制御可能な分散補償に適合する調整可能なパルス伸長器または圧縮器を用いて構成される。これは、入力光パルスの位相を操作する多数の調整可能なセグメントを備えたコンパクトな調整可能なブラッググレーティングとして構成されたパルス整形器を提供することによって実現される。パルス伸長器５１６またはパルス圧縮器５１８の一方または両方を、この調整可能なブラッググレーティングで構成することができる。調整可能な構成要素は、アクチュエータによって制御される選択的に調整可能なセグメントでブラッググレーティングを構成することによって実現される。アクチュエータは、スペクトル位相を変換制限されたパルスのスペクトル位相に調整するために、それぞれのセグメントにスペクトル位相変化を誘発する。アクチュエータはコントローラから出力される補正信号によって制御される。調整は、選択したセグメントを、入力または較正ルーチン中に決定される所定の温度または電圧に調整することによって実行される。

少なくとも１つの実施形態によれば、光パルスは、ＮＬＯ結晶における時間的重なりおよびビーム強度を改善するために、ＦＢＧパルス伸長器またはパルス整形器を使用してプリチャープされ、その結果、変換効率および信頼性が向上する。一時的なプリチャーピングは、レーザの動作寿命を向上させる目的で、パルス期間が４００ｆｓを超えないように実行される。

ＣＰＡ構成の前置増幅器５１５ａおよび増幅器５１５ｂは、１～２μｍの範囲で動作し、コントローラ（図２のコントローラ２５０など）を使用する１つまたは複数のポンプドライバによって駆動できるそれぞれのポンプ（図示せず）によってポンピングされる。コントローラには、ポンプなどのシステムの構成要素の制御に使用できるハードウェア（汎用コンピューターなど）とソフトウェアが含まれる。ポンプは、ＣＷモードにおいて動作するＳＭまたはＭＭレーザダイオード、またはファイバレーザポンプによって実装でき、サイドポンピングまたはエンドポンピング構成で配置できる。いくつかの実施形態によれば、ＳＭ光のレーザパルスは、ＳＭ受動ファイバを介して、イッテルビウム、エルビウム、および／またはツリウムなどの１つまたは複数の希土類イオンがドープされ、少なくとも１つのクラッドで囲まれたＭＭコアを有する増幅器５１５ｂの能動ファイバに送達される。いくつかの実施形態では、図７を参照して以下でより詳細に説明するように、コアは二重ボトルネック形状の断面を有し、これは光学的非線形効果の閾値を増加させるように機能する。

パルスエネルギーは、前置増幅５１５ａ段とブースター５１５ｂ段の間にオプションの音響光学変調器または電気光学変調器（ＥＯＭ）５１４を結合することによって増大させることができる。理解されるように、オプションのＥＯＭ５１４はパルスピッカとして機能できる。

１つまたは複数の実施形態によれば、レーザ源５１０は、超高速シードレーザ、ＣＦＢＧに基づくパルス伸長器、パルス整形器、ファイバ前置増幅器、オプションのパルスピッカ、ファイバ増幅器、およびボリュームブラッググレーティング（ＶＢＧ）に基づくパルス圧縮器を備える。

レーザシステムにおけるＣＰＡ構成の別の非限定的な例が図６に示されており、全体的に６１０で示されており、これについては、出願人が共同所有し、その内容が参照により完全に本明細書に組み込まれ、本明細書では特許文献２にも記載されている。図６に示すように、レーザ源６１０は、モードロックｆｓレーザ６１２と、パルス伸張器６１６およびパルス圧縮器６１８を含むチャープパルス増幅器とを含み、これらは、図５のレーザシステム５１０を参照して上述したのと同様の方法で機能する。ただし、増幅の前に、伸張されたパルスは、パルス複製モジュール６１９を使用して複製される。

特許文献２で説明されているように、パルス複製モジュール６１９は、間にファイバ遅延線が配置された入力および出力光ファイバカプラを備える全ファイバデバイスであり、伸張されたレーザパルスの繰り返しレートを増加させて、所望のピーク対平均出力比を有する修正パルスを生成するように構成されている。これらの修正されたレーザパルスは、増幅器（６１５ａおよび６１５ｂ）において増幅されるという点で残りのＣＰＡプロセスを完了し、増幅後にパルスはサブナノ秒領域（例えば、４００ｆｓ未満）のパルス期間まで圧縮される。このプロセスにより、ＮＬＯアセンブリにおける効率的な周波数変換のためのピーク出力が増加する。伸張されたパルスは、パルス複製モジュール６１９を使用して、ほぼ連続波（ＣＷ）構成をシミュレートするパルス期間および繰り返し率に複製される。これにより、ピーク出力が低減され、自己位相変調（ＳＰＭ）、模擬ラマン散乱（ＳＲＳ）、四光波混合（ＦＷＭ）などの光学的非線形性に関連する問題が軽減される。

レーザ源５１０に関して上述したように、またレーザ源６１０に関していくつかの実施形態に当てはまるように、ＳＭ光のレーザパルスは、ＳＭ受動ファイバを介して、イッテルビウム、エルビウム、および／またはツリウムなどの１つまたは複数の希土類イオンがドープされ、少なくとも１つのクラッドで囲まれたＭＭコアを有する増幅器５１５ｂまたは６１５ｂの能動ファイバに送達される。図７を参照すると、ファイバ電力増幅器５１５ｂまたは６１５ｂは、増幅器の両端間に延在し、マルチ横モードをサポートし、少なくとも１つのクラッド３によって囲まれたモノリシック（一体型）ＭＭコア１で構成され得る。コア１は、必要な基本波長において単一の基本モードのみをサポートするように構成されている。これは、ＭＭコア１のモードフィールド直径（ＭＦＤ）を、修正されたレーザ光１４８をコア４に沿って導くＳＭ受動ファイバ２と出力受動ＳＭファイバ９の両方のモードフィールド直径（ＭＦＤ）に一致させることによって実現される。サイドポンピングの場合、ポンプからのポンプ光は中央コア領域５に結合される。

光学的非線形効果の閾値をさらに高める目的で、図７に示すように、コア１は二重のボトルネック形状の断面を有している。均一な寸法の入力コア端６は、受動ファイバ２のＳＭコア４の幾何学的直径と等しい幾何学的直径を有することができる。基本波長のＳＭ光がコアの入力端６に結合されると、その強度プロファイルが純粋なＳＭのガウス強度プロファイルと実質的に一致する基本モードのみを励起する。コア１はさらに、断熱膨張モード変換コア領域７Ａを介して導波された基本モードを受け取る、大径の均一寸法のモード変換コア部５を含む。中央コア領域５の直径が大きいため、この部分内の出力密度を増加させることなく、より大きな増幅器ポンプ出力を受け取ることができる。これにより、ＳＰＭ、ＳＲＳ、ＦＷＭなどの光学的非線形効果の閾値が上昇する。出力モード変換コア領域７Ｂは、基本周波数における増幅されたポンプ光のモードフィールド直径を断熱的に減少させるために、コア領域７Ａと同一に構成され得る。増幅されたＳＭ光は、出力ＳＭ受動ファイバ９に結合される。

モードロックｆｓレーザ６１２（本明細書では、図５のレーザ源５１０の５１２を参照して主発振器とも呼ばれる、あるいは超高速シードレーザもしくはパルス発生器、または単にモードロックレーザ源とも呼ばれる）は、受動的にモードロックされたファイバレーザ源を含み得る。一実施形態では、モードロックｆｓレーザ５１２または６１２は、受動的モードロックファイバリング空洞として構成される。このような受動的モードロック構成は、リング空洞内にピーク強度の増加に対して非線形応答を示す少なくとも１つの構成要素が存在することに依存している。

少なくとも１つの実施形態によれば、モードロックレーザ源５１２、６１２は、サブナノ秒のジャイアントチャープパルスを生成するように構成された受動的モードロックファイバリング空洞として構成される。リングファイバ導波路または空洞には、複数のファイバ増幅器、チャーピングファイバ構成要素、およびリング内で誘起される非線形プロセスに応答してリング空洞に沿った光の漏れを提供するために、異なる中心波長を中心とするスペクトルバンドパスで構成されたスペクトルフィルタが含まれる。フィルタは相互に連携して非線形応答を生成し、安定したモードロックモードの動作を可能にする。このような構成の一例は、特許文献３（現在は米国特許第１０／１９３，２９６号）に記載されており、この出願は参照により本明細書に組み込まれる。

図８は、特許文献３に記載されているパルス発生器の概略図であり、本発明の１つまたは複数の実施形態に適したモードロックｆｓレーザ源５１２、６１２の一例である。オールファイバアーキテクチャにより、レーザ源の環境安定性が向上し、光を一方向に導くリングファイバ導波路または空洞として構成される。ファイバアイソレータ２８は、リングファイバ導波路内での光伝播の所望の指向性を提供する。リング空洞は、第１のファイバ増幅器１２と第２のファイバ増幅器２０の一方の出力が他方のファイバ増幅器にシードされるように構成される。第１の増幅器１２と第２の増幅器２０との間では、ファイバ要素の２つ以上の同一のグループまたはチェーンが一緒に結合されてリング空洞を画定する。ファイバ増幅器に加えて、各チェーンは、信号の周期的スペクトルおよび時間的拡大をそれぞれ提供するファイバコイル１６、２２と、拡大された信号をスペクトル的にフィルタリングするように動作する細線フィルタ１８、２４を含む。したがって、リングレーザ空洞全体には２つの空洞、つまり線状のサブ空洞が含まれており、非常に弱いシードを互いに提供する。自発的なＣＷレーザ発振を区別するために必要な両方のフィルタの透過率の範囲内で信号が大きく減衰するため、リングレーザ空洞全体には縦モードがない。

本明細書ではアーキテクチャ全体を一般的な用語で説明する。ファイバ増幅器１２、２０の一方は、他方の増幅器よりもはるかに高い利得を提供するように構成されている。高位励起増幅器は、ＳＰＭによる強力なパルスの広がりの条件を作り出し、パルスをポジティブにチャープさせ、広くて滑らかなスペクトルを持たせる。このスペクトルは、その下流にあるフィルタの通過帯域を完全に満たすため、その後、そのレプリカが空洞内で進化する。もう１つの、低位励起増幅器は、安定した性能を保証する。つまり、この状態からのわずかな偏差によってレーザを目標状態に戻す動作が発生した場合に、レーザを安定した平衡状態にロックする。低位励起増幅器から下流のフィルタに到達するスペクトルは、このフィルタの通過帯域を完全には満たしていないため、偏差が発生したときにレーザをターゲット状態に戻す力が発生する。レーザパルスがリング空洞内で循環し進化するためには、パルスが非線形スペクトルの広がりを経験し、空洞に沿って通過するたびに強度が回復するのに十分な強度が必要である。弱いスペクトルの重なりを有する２つのフィルタ１８、２４の組み合わせは、効果的な可飽和吸収体として機能する。スペクトルの重なりが弱いため、スペクトルを広げるのに十分な強度を持つパルスを優先してＣＷを区別できる。ピーク強度がパルスをスペクトル的に広げるのに十分なレベルに達すると、新しく取得したスペクトル成分の損失は、これらの成分がフィルタの通過帯域の中心に向かって広がるため低下する。空洞に沿ったパルスの安定かつ再現可能な循環は、フィルタ１８、２４のスペクトルの重なりがなくても起こり得るが、重なりがあるとレーザパルスの開始を容易にすることができることを理解されたい。

フィルタ１８および２４はそれぞれ、所望のスペクトル範囲のみを通過させ、必要に応じて正常分散または異常分散のいずれかを導入するように構成されている。フィルタの１つは、他のフィルタのバンドパスよりも最大５倍広いバンドパスで構成できる。さらに、各フィルタの帯域幅は、出力パルス５５の帯域幅よりも２～１０倍狭くすることができる。ただし、場合によっては、必要なパルス幅がフィルタの帯域より狭い場合がある。一連のスペクトル拡大とフィルタリングにより、希望のスペクトル幅、パルス期間、エネルギーを持つ巨大チャープを持つパルスが生成される。

リング導波路はさらに、チャープパルス５５をリング導波路の外側に導くファイバコイル１６のすぐ下流に配置された出力カプラ３０を含む。増幅器の利得媒体に所望の反転分布を生成するために、すなわちパルス発生器の動作を開始するために、１つまたは２つのＣＷポンプ２６がそれぞれの増幅器に光学的に結合される。上で説明した構成要素はすべて、単一の横モード（ＳＭ）ファイバによって相互接続されている。レーザ源５１０と６１０は両方ともオールファイバ構成である。

実験
本明細書に開示されるシステムおよび方法の実施形態の機能および利点は、以下に説明する実験に基づいてより完全に理解され得る。実験は、開示されたＤＵＶレーザシステムのさまざまな態様を説明することを目的としている。

実験１－ＮＬＯ結晶において発生する時間遅延
図９は、実験パラメータと、Ｉ型およびＩＩ型のＳＨＧおよびＴＨＧＮＬＯ結晶において生じる時間遅延を調べるために行われた実験の結果を示す表である。ＳＨＧおよびＴＨＧ非線形結晶はＬＢＯ材料から作られた。結果は、ＳＨＧにおける高調波パルス間の時間遅延がビーム強度の変化とともに変化するため、強度に依存することを示した。図９の表は、３５℃～１９０℃の温度範囲内でどの程度の時間遅延を補償できるかを示している。発明者らは、ＴＤＣプレートのオーブン温度を高くすると、より大きな補償が達成できることを発見した。例えば、オーブン温度が最大５００℃の場合、より広い範囲の時間遅延を実現できる。さらに、強度が増加するにつれて、結晶および／または異なる厚さの第２のＴＤＣプレートからのより多くの時間遅延範囲が必要になった。

実験２－Ｚ軸およびＹ軸に沿ったＬＢＯカットにおける時間遅延補償
実験は、Ｚ軸（ＴＤＣ_０／０）とＹ軸（ＴＤＣ_{９０／９０}）に沿って切断されたＬＢＯ材料における時間遅延補償を調べるために行われた。実験パラメータと結果を図１０ａ（ｚ軸の結果）および１０ｂ（ｙ軸の結果）に示す。これらの実験の結果、Ｚ軸に沿ったＬＢＯカットは、ホットスポットの形成と吸収が少ないため、最も高いＴＤＣダイナミックレンジを示したことが示された。ｙ軸に沿ったＬＢＯカットは、ｚ軸に沿ったＬＢＯカットよりもはるかに低いＴＤＣダイナミックレンジを示したが、ｚ軸に沿ったＬＢＯよりも高い絶対ＴＤ値を示し、ホットスポットの形成と吸収が最も低くなった。

ここで説明するＤＵＶレーザシステムには多くの潜在的な用途がある。出力波長と出力の範囲は、微生物やウイルスの病原体を破壊する程度のものであるが、浸透深さが非常に小さい（つまり、１ミクロン未満）ため、人体に害を及ぼすことはない。これは、学校、飛行機、その他の交通機関（地下鉄、電車、バスなど）、店舗やモール、コンベンションセンター、レストランなど、人が多く集まる屋内環境においてシステムを継続的に実行できることを意味する。出力電力と出力密度は、特定の環境および／または用途に合わせて調整することもできる。コヒーレントなレーザ光源により、消毒対象の空間全体に光エネルギーと量を正確に（そして瞬時に）照射することができる。この精度は従来のランプでは得られない。少なくとも１つの実施形態によれば、本明細書に開示されるシステムおよび方法は、微生物またはウイルス病原体の少なくとも１つに第５高調波レーザビームを照射するステップを含むことができる。

本発明に従って本明細書に開示される態様は、その適用において、以下の説明に記載される、または添付の図面に示される構成の詳細および構成要素の配置に限定されない。これらの態様は、他の実施形態を想定することができ、さまざまな方法で実践または実行することができる。特定の実装例は、説明のみを目的としてここに提供されており、限定することを意図したものではない。特に、任意の１つまたは複数の実施形態に関連して説明される動作、構成要素、要素、および特徴は、任意の他の実施形態における同様の役割から除外されることを意図したものではない。

また、本明細書で使用される表現および用語は説明を目的としたものであり、限定するものとみなすべきではない。本明細書において単数形で言及される例、実施形態、構成要素、要素、またはシステムおよび方法の動作への言及は、複数を含む実施形態も包含する場合があり、また、本明細書における任意の実施形態、構成要素、要素、または行為に対する複数形の言及は、単数のみを含む実施形態も包含する場合がある。単数形または複数形の参照は、現在開示されているシステムまたは方法、その構成要素、行為、または要素を限定することを意図したものではない。本明細書における「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」、「関与する」、およびそれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその等価物、ならびに追加の項目を包含することを意味する。「または」への言及は包括的であると解釈され、「または」を使用して記載される用語は、記載されている単一、複数、およびすべての用語のいずれかを示す場合がある。さらに、この文書と参照によりここに組み込まれる文書との間で用語の使用法が一致しない場合、組み込まれた参考文献における用語の使用は、この文書の用語を補足するものであり、和解しがたい不一致については、この文書での用語の使用を制御する。また、本明細書では、読者の便宜のためにタイトルまたはサブタイトルが使用される場合があるが、本発明の範囲に影響を与えるものではない。

このように、少なくとも１つの例のいくつかの態様を説明したが、当業者であれば、さまざまな変更、修正、および改良を容易に思いつくであろうことが理解されるべきである。例えば、本明細書に開示されている例は、他の状況でも使用できる。そのような変更、修正、および改良は、本開示の一部であることが意図されており、本明細書で説明される例の範囲内にあることが意図されている。したがって、前述の説明および図面は例示にすぎない。

１００、２００、３００ａ、３００ｂ、４００、１１００ ＤＵＶレーザシステム
１０２ 基本レーザビーム
１０５ 第５の高調波レーザビーム
１１０、５１０、６１０ レーザ源
１２０ 非線形結晶アセンブリ
１２２ 第１の非線形結晶
１２４ 第２の非線形結晶
１２６ 第３の非線形結晶
１３０ 補償プレート
２３５、３３５ 半波プレート
２３７、３３７ 望遠レンズ
２４０、２４５、２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃ オーブン
２５０ コントローラ
３０４ 第２の高調波レーザビーム
３０６ 第３の高調波レーザビーム
３３０ａ 第１の補償プレート
３３０ｂ 第２の補償プレート
５１２ 主発振器
５１５ａ 前置増幅器
５１５ｂ ファイバ電力増幅器
５１６ パルス伸長器
５１８ パルス圧縮器
６１２ モードロックｆｓレーザ源

Claims (48)

1. 深紫外線（ＤＵＶ）レーザシステムであって、
   近赤外の基本波長において基本波レーザビームを放射するように構成されたファイバレーザ源であって、前記基本波レーザビームが、４００フェムト秒（ｆｓ）未満のパルス期間を有する複数のパルスとして構成されている、ファイバレーザ源と、
   第１、第２、および第３の非線形結晶を含み、前記基本波レーザビームを変換して２００ナノメートル（ｎｍ）から２３０ｎｍの範囲の波長を有する第５の高調波レーザビームを生成するように構成された非線形結晶アセンブリと、
   第１、第２、および第３の非線形結晶のうちの少なくとも１つに先行する少なくとも１つの位置に配置された少なくとも１つの補償プレートであって、前記少なくとも１つの補償プレートを透過した一対のパルスレーザビームが、前記第１、第２、および第３の非線形結晶のうちの少なくとも１つの内部で空間的および時間的に重なるように構成された、少なくとも１つの補償プレートと、
   を備える、深紫外線（ＤＵＶ）レーザシステム。
2. 少なくとも１つのオーブンをさらに備え、各オーブンが、前記少なくとも１つの補償プレートの温度を調整するように構成されている、請求項１に記載のＤＵＶレーザシステム。
3. 前記オーブンの温度が、前記一対のパルスレーザビーム間の時間的遅延を補償するように調整される、請求項２に記載のＤＵＶレーザシステム。
4. 前記ファイバレーザ源から放射されるレーザビームの強度値に基づいて温度を制御するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項２に記載のＤＵＶレーザシステム。
5. 前記第１の非線形結晶が、前記基本波レーザビームを受け取り、前記基本波レーザビームを変換して第２の高調波レーザビームと前記基本波レーザビームとを放射するように構成されており、
   前記第２の非線形結晶が、前記基本波レーザビームと前記第２の高調波レーザビームとを受け取り、前記基本波レーザビームと前記第２の高調波レーザビームとの和周波混合を実行して、第３の高調波レーザビームと前記第２の高調波レーザビームとを生成するように構成されており、
   前記第３の非線形結晶が、前記第２の高調波レーザビームと前記第３の高調波レーザビームとを受け取り、前記第２の高調波レーザビームと前記第３の高調波レーザビームとの和周波混合を実行して第５の高調波レーザビームを生成するように構成されている、
   請求項１に記載のＤＵＶレーザシステム。
6. 前記少なくとも１つの補償プレートが、前記第１および第２の非線形結晶の間に配置された第１の補償プレートと、前記第２および第３の非線形結晶の間に配置された第２の補償プレートとを備える、請求項５に記載のＤＵＶレーザシステム。
7. 前記第１の補償プレートと前記第２の非線形結晶との間に配置された半波プレートをさらに備える、請求項６に記載のＤＵＶレーザシステム。
8. 前記第２の非線形結晶がＬＢＯのＩ型結晶である、請求項７に記載のＤＵＶレーザシステム。
9. 前記第２の非線形結晶がＬＢＯのＩＩ型結晶である、請求項６に記載のＤＵＶレーザシステム。
10. 前記第２の補償プレートと前記第３の非線形結晶との間に配置された半波プレートをさらに備える、請求項６に記載のＤＵＶレーザシステム。
11. 前記第１、第２、および第３の非線形結晶が、それぞれＬＢＯ、ＬＢＯ、およびＢＢＯを含む、請求項５に記載のＤＵＶレーザシステム。
12. 前記少なくとも１つの補償プレートが、前記第１の非線形結晶の前の位置に配置された第１の補償プレートと、前記第２および第３の非線形結晶の間に配置された第２の補正プレートとを含む、請求項５に記載のＤＵＶレーザシステム。
13. 前記第１の補償プレートの前の位置に配置された半波プレートをさらに備える、請求項１２に記載のＤＵＶレーザシステム。
14. 前記第２の非線形結晶がＬＢＯのＩ型結晶である、請求項１３に記載のＤＵＶレーザシステム。
15. 前記第１の非線形結晶から上流に配置された少なくとも１つの望遠鏡レンズをさらに備え、前記少なくとも１つの望遠鏡レンズは、前記少なくとも１つの望遠鏡レンズへの光ビーム入射が、前記少なくとも１つの望遠鏡レンズに第１の直径の光ビームとして入り、前記少なくとも１つの望遠鏡レンズを第２の直径の光ビームとして出るように構成されている、請求項５に記載のＤＵＶレーザシステム。
16. 前記少なくとも１つの望遠鏡レンズが一対の望遠鏡レンズを含む、請求項１５に記載のＤＵＶレーザシステム。
17. 前記第１の非線形結晶が、前記基本波レーザビームを受け取り、前記基本波レーザビームを変換して第２の高調波レーザビームと前記基本波レーザビームとを放射するように構成されており、
    前記第２の非線形結晶が、前記第２の高調波レーザビームを変換して第４の高調波レーザビームを生成するように構成されており、
    前記第３の非線形結晶が、前記基本波レーザビームと前記第４の高調波レーザビームとを受け取り、前記基本波レーザビームと前記第４の高調波レーザビームとの和周波混合を実行して第５の高調波レーザビームを生成するように構成されている、
    請求項１に記載のＤＵＶレーザシステム。
18. 前記少なくとも１つの補償プレートが前記第１および第２の非線形結晶の間に配置されている、請求項１７に記載のＤＵＶレーザシステム。
19. 前記第１、第２、および第３の非線形結晶が、それぞれＬＢＯ、ＢＢＯ、およびＢＢＯを含む、請求項１７に記載のＤＵＶレーザシステム。
20. 前記非線形結晶アセンブリの非線形結晶の温度を調整するための少なくとも１つのオーブンをさらに備える、請求項１に記載のＤＵＶレーザシステム。
21. 前記非線形結晶の前記温度は、前記非線形結晶が、前記少なくとも１つの非線形結晶の結晶材料による非線形多光子吸収が最小化される最適な温度になるように調整される、請求項２０に記載のＤＵＶレーザシステム。
22. 前記少なくとも１つのオーブンが、１０℃から５００℃の範囲の温度に加熱するように構成されている、請求項２０に記載のＤＵＶレーザシステム。
23. 前記第５の高調波レーザビームの波長が約２０６ｎｍである、請求項１に記載のＤＵＶレーザシステム。
24. 前記基本波レーザビームがブロードバンドレーザビームである、請求項１に記載のＤＵＶレーザシステム。
25. 前記基本波レーザビームが、少なくとも２．８ｎｍの帯域幅を有する、請求項２４に記載のＤＵＶレーザシステム。
26. 前記少なくとも１つの補償プレートがＬＢＯから作られている、請求項１に記載のＤＵＶレーザシステム。
27. 前記第５の高調波レーザビームの平均出力電力が少なくとも１ワット（Ｗ）である、請求項１に記載のＤＵＶレーザシステム。
28. 前記ファイバレーザ源が、モードロックされたファイバレーザと、チャープパルス増幅用に構成されたパルス伸長器およびパルス圧縮器を含むチャープパルス増幅器と、を含む、請求項１に記載のＤＵＶレーザシステム。
29. 深紫外線（ＤＵＶ）レーザ光を生成する方法であって、
    ファイバレーザ源において、近赤外で４００フェムト秒（ｆｓ）未満のパルス期間を有する基本波長の基本波レーザビームを生成するステップと、
    第１、第２、および第３の非線形結晶を含む非線形結晶アセンブリであって、前記基本波レーザビームを２００ナノメートル（ｎｍ）から２３０ｎｍまでの範囲の波長を有する第５の高調波レーザビームに変換するように構成された非線形結晶アセンブリを介して前記基本波レーザビームを誘導するステップと、
    少なくとも１つの補償プレートを、前記第１、第２、および第３の非線形結晶の少なくとも１つの前の少なくとも１つの位置に配置するステップであって、前記少なくとも１つの補償プレートは、前記少なくとも１つの補償プレートを透過したパルスレーザビームの対が、前記第１、第２、および第３の非線形結晶の少なくとも１つの中に空間的かつ時間的に重複するように構成されている、ステップと、
    を含む、方法。
30. 前記少なくとも１つの補償プレートをオーブンに配置するステップであって、前記オーブンが、前記少なくとも１つの補償プレートの温度を調整するように構成されている、ステップ、をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記オーブンを提供するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
32. 前記少なくとも１つの補償プレートの前記温度が前記パルスレーザビームの対間の時間的遅延を補うように前記オーブンを制御するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
33. 前記非線形結晶アセンブリの第１、第２、および第３の結晶の少なくとも１つの前の位置に半波プレートを配置するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
34. 前記第１の非線形結晶の前の位置に一対の望遠鏡レンズを配置するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
35. 前記第５の高調波レーザビームの波長が２０６ｎｍであり、平均出力電力が少なくとも１ワット（Ｗ）である、請求項２９に記載の方法。
36. 前記少なくとも１つの補償プレートを提供するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
37. 前記少なくとも１つの補償プレートがＬＢＯから作られている、請求項３６に記載の方法。
38. 前記非線形結晶アセンブリを提供するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
39. 前記ファイバレーザ源を提供するステップであって、前記ファイバレーザ源が、モードロックされたファイバレーザと、チャープパルス増幅用に構成されたパルス伸長器およびパルス圧縮器を含むチャープパルス増幅器と、を含む、ステップ、をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
40. 前記少なくとも１つの非線形結晶の温度を調整するように構成されたオーブン内に前記第１、第２、および第３の非線形結晶のうちの少なくとも１つを配置するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
41. 前記オーブンを、前記少なくとも１つの非線形結晶の前記温度が前記少なくとも１つの非線形結晶の結晶材料による非線形多光子吸収が最小化される最適な温度になるように制御するステップをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
42. 前記オーブンを、１０℃から５００℃までの範囲の温度に加熱するように制御するステップをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
43. 前記第５の高調波レーザビームで微生物またはウイルスの病原体の少なくとも１つを照射するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
44. 深紫外線（ＤＵＶ）レーザシステムであって、
    近赤外の基本波長において基本波レーザビームを放射するように構成されたファイバレーザ源であって、前記基本レーザビームが、ブロードバンドレーザビームであり、４００フェムト秒（ｆｓ）未満のパルス期間を有する複数のパルスとして構成されている、ファイバレーザ源と、
    第１、第２、および第３の非線形結晶を含む非線形結晶アセンブリであって、前記基本レーザビームを変換して、２００ナノメートル（ｎｍ）から２３０ｎｍまでの範囲の波長を有する第５の高調波レーザビームを生成するように構成された、非線形結晶アセンブリと、
    を備える、深紫外線（ＤＵＶ）レーザシステム。
45. 前記基本波レーザビームが、少なくとも２．８ｎｍの帯域幅を有する、請求項４４に記載のＤＵＶレーザシステム。
46. 前記第５の高調波レーザビームの平均出力電力が少なくとも１ワット（Ｗ）である、請求項４４に記載のＤＵＶレーザシステム。
47. 前記第５の高調波レーザビームの波長が約２０６ｎｍである、請求項４４に記載のＤＵＶレーザシステム。
48. 前記ファイバレーザ源が、モードロックされたファイバレーザと、チャープパルス増幅用に構成されたパルス伸長器およびパルス圧縮器を含むチャープパルス増幅器と、を含む、請求項４４に記載のＤＵＶレーザシステム。

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