特許 6853780 非線形効果を介してレーザビームを生成するための共振マイクロチップ共振器ベースのシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6853780

(24)【登録日】2021年3月16日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】非線形効果を介してレーザビームを生成するための共振マイクロチップ共振器ベースのシステム

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/37 20060101AFI20210322BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/37

【請求項の数】11

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-531962(P2017-531962)

(86)(22)【出願日】2015年8月19日

(65)【公表番号】特表2017-530426(P2017-530426A)

(43)【公表日】2017年10月12日

(86)【国際出願番号】EP2015069016

(87)【国際公開番号】WO2016034416

(87)【国際公開日】20160310

【審査請求日】2018年7月4日

(31)【優先権主張番号】1458367

(32)【優先日】2014年9月5日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】517076075

【氏名又は名称】オキシャス

【氏名又は名称原語表記】ＯＸＸＩＵＳ

(74)【代理人】

【識別番号】100139594

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100185915

【弁理士】

【氏名又は名称】長山 弘典

(74)【代理人】

【識別番号】100194973

【弁理士】

【氏名又は名称】尾崎 祐朗

(74)【代理人】

【識別番号】100090251

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 憲一

(72)【発明者】

【氏名】ジョルジュ シエリー

(72)【発明者】

【氏名】ランドリュー ニコラ

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０６−０５００３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０６６５４３９２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２０１０／００４７４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−００６０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３０５１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０６４９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 R. Bruckmeier, et al.，"Stable bright squeezed light by optical parametric deamplification in a semi-monolithic resonator"，Summaries of Papers Presented at the Quantum Electronics and Laser Science Conference，１９９６年 ６月 ７日，p.231

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１−７／００

Ｈ０１Ｓ ３／００−３／３０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非線形効果によってレーザビームを生成するシステムであって、
基本波を生成するための単一周波数連続波レーザ源と、
マイクロチップ共振器と呼ばれる、この基本波を受け入れる共振外部共振器とを含み、
前記マイクロチップ共振器は、前記マイクロチップ共振器が複数の材料の一体アセンブリである限り、複合体であり、
少なくとも１つの非線形結晶（５）と、
前記少なくとも１つの非線形結晶（５）と直接接触している入射ミラー（４ａ）と、
前記少なくとも１つの非線形結晶に直接固定された材料（６）上に載置された凹面ミラー（６ａ）であって、前記凹面ミラーが載置される前記材料は、前記少なくとも１つの非線形結晶の構成材料とは異なる凹面ミラー（６ａ）と、
前記少なくとも１つの非線形結晶の温度を制御して位相整合を達成するための第１の熱電モジュール（Ｐ２）と
を含み、
前記マイクロチップ共振器が、前記凹面ミラーが載置される前記材料の少なくとも温度を制御するための少なくとも１つの第２の熱電モジュール（Ｐ１）を含むことを特徴とし、
前記非線形結晶が電気光学結晶であり、
前記システムが、前記非線形結晶に直接電圧を印加することによって電気光学サーボ制御を実行するように構成されている処理ユニットを含む、
前記システム。

【請求項2】

前記非線形結晶の温度および少なくとも前記凹面ミラーが載置される前記材料の前記温度を前記レーザ源の周波数に対してサーボ制御するように構成された処理ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記処理ユニットは、温度サーボ制御を共振曲線の１つの側にのみロックするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記結晶の温度よりも速い物理的効果を用いてサーボ制御を実行するように構成された処理ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記システムが、前記単一周波数連続波レーザ源の周波数を変更することによって前記外部共振器内の前記基本波の位相をサーボ制御するように構成されている処理ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記マイクロチップ共振器は、ファブリー＝ペロー干渉計を形成する外部共振器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記マイクロチップ共振器は、外部リング共振器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記凹面ミラーが載置される前記材料は、ガラスまたは結晶であり、前記非線形結晶の前記構成材料の熱膨張係数および熱光学係数よりもそれぞれ低い熱膨張係数および熱光学係数を有し、前記非線形結晶の前記構成材料の吸湿性よりも低い吸湿性を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記凹面ミラーが載置される前記材料は、シリカまたは溶融シリカまたはサファイアを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記非線形結晶および前記凹面ミラーが載置される前記材料は、直接接合またはゾルゲル法を用いた接合によって組み立てられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

前記入射ミラーは、前記非線形結晶の前記構成材料上に直接または前記非線形結晶とは異なる別の材料上に実際に載置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非線形効果による新しい波長の生成に関し、特に、低出力または中出力（典型的には＜５Ｗ）の連続波レーザ用の新しい波長の生成に関する。

【背景技術】

【0002】

非線形プロセスは、より一般的な波長から容易にアクセスできない波長を生成する非常に実用的な手段である。２次の発生プロセス（例えば、２次高調波発生または和および差周波数発生）が知られている。３次の発生プロセス（例えば、とりわけ誘導ラマン散乱など）もまた知られている。

【0003】

例えば、１０６４ｎｍでレーザを生成することは非常に容易であり、これに必要な材料および光学ポンプは、当業者に知られており、入手可能である。２高調波発生により、５３２ｎｍで発光を得た後、第２高調波発生の第２段階を介して２６６ｎｍで発光を得ることができ、または基本波（１０６４ｎｍ）の周波数と２倍波（５３２ｎｍ）の周波数を加算することによって、３５５ｎｍで発光を得ることができる。

【0004】

いかなるレーザアセンブリに対しても、ポンプ出力の関数として出力パワーを表すその効率を最適化しなければならないことが認められる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、非線形プロセスの効率は、光信号の強度に依存する。ピーク出力が一般的に１ｋＷを超えるＱスイッチレーザに由来するレーザ放射において、それは非常に高い（しばしば５０％より高い）。多くの商業的な装置が、長い間利用されてきた。

【0006】

この効率は、一般的に、従来の非線形結晶および約数ワット以下の光出力では低い。

【0007】

例として、１０６４ｎｍでの第２高調波発生に最も効率的な材料の１つＫＴＰを使用して、長さ５ｍｍのＫＴＰ結晶の中心で５０μｍのビームに集束される１０６４ｎｍで１Ｗの出力では、変換効率は０．０２％にほとんど到達しない。５３２ｎｍで２００μＷの発光が得られる。この効率は、ＢＢＯにおける５３２ｎｍの発光の第２高調波発生に対してさらに低くなり、深紫外線（２６６ｎｍ）で発光を生成する。

【0008】

効率を上げるために、さらに集束させることによってビームのサイズを小さくすることが考えられる。しかしながら、これは、ビームの強い発散のために、有用な非線形結晶の長さを減少させる。

【0009】

最近の研究により、ある種の非線形結晶の効率を改善することが可能となってきた。ニオブ酸リチウム（ｐｐＬＮ）またはＫＴＰ（ｐｐＫＴＰ）に開発された擬似位相整合により、１０６４ｎｍで１Ｗの信号に対して約１％の変換効率を得ることができる。しかしながら、これらの材料は、例えば、ＵＶで利用可能ではない。ｐｐＳＬＴは、１０６４ｎｍと５３２ｎｍとの間の周波数和のために存在するが、その効率はあまり高くない。

【0010】

非線形効果を高める最も効果的な方法は、非線形結晶を基本波の波長で共振する共振器内に含めることである。

【0011】

これは、非線形結晶がレーザ共振器内に含まれる場合である。５３２ｎｍまたは５６１ｎｍで発光する固体レーザは、レーザ共振器内に非線形結晶を含む例である。例えば、８０８ｎｍで励起されたＮｄ：ＹＡＧは、１０６４ｎｍまたは１１２３ｎｍでの増幅器である。

【0012】

例えば、２４４ｎｍで発光する共振器内二重アルゴン（ガス）レーザは、その別の一例である。

【0013】

レーザ共振器に非線形結晶を挿入することが不可能であり、レーザが単一周波数である場合、外部共振器にレーザ発光を注入し、外部共振器の光学長を調整して、それをレーザ発光と共振させることは可能である。共振では、基本波の出力は、典型的には、因子Ｓ（フランス語で、ｌａ ｆａｃｔｅｕｒ ｄｅ ｓｕｒｔｅｎｓｉｏｎと呼ばれる、共振器内外の出力の比）によって増幅される。共振の位相幅は、約２π／Ｓである。従来技術では、これは従来、２６６ｎｍの連続波源が得られてきた方法であった。

【0014】

１０％〜３０％以上の変換効率を達成するために、非線形外部共振器には通常約３０〜１００のフィネスが使用される。

【0015】

外部共振器は、通常、少なくとも２つのミラー（ファブリー＝ペローキャビティ）およびしばしば４つのミラー（ボウタイリング共振器）を組み立てて位置合わせすることによって製造される。このような従来技術のシステムでは、（例えば、機械的振動に起因する）機械的な動きは、光波の位相の変更を引き起こす。ファブリー＝ペロー共振器のミラーのうちの１つの動きδは、４πδ／λの位相変化を誘発し、これは、共振器内での基本波の出力（および、したがって非線形効果によって生成された波）の擾乱を避けることが望まれる場合は、２π／Ｓよりはるかに小さくなければならない。したがって、外部共振器が正しく動作するためには、δ＜＜λ／２Ｓである。波長が５００ｎｍでフィネスが５０の場合、機械的な擾乱は、したがって、δ＜＜５ｎｍを順守しなければならない！長さ５０ｍｍの共振器の場合、これは１０^−７よりも優れた相対的安定性になる。この機械的安定性は、従来の機械的システムでは達成不可能である。

【0016】

図１は、非線形効果によってレーザビームを生成する従来技術のシステムを示す。４つのミラーとＬＢＯ結晶とを含むボウタイリング共振器を見ることができる。共振器の長さは、ポンプの出力、すなわち入射レーザビームにサーボ制御される。これを行うために、入射ビームの一部は、第１のミラーからの反射によってサンプリングされる。次いで、サンプリングされたビームは、１／４波長板およびオプションでビームスプリッタを介して１以上の光検出器によって検出される。光検出器は、圧電モジュールによって第２のミラーの動きを制御するための制御信号を生成する処理ユニットを供給し、共振器の長さを変更する。

【0017】

したがって、従来技術では、第２高調波発生に使用される共振器は、電気機械的にサーボ制御され、一般的には圧電的に誤差信号生成法（例えば、Ｈａｎｓｃｈ−Ｃｏｕｉｌｌａｕｄ法（例えば、図１に示されているもの）またはＰｏｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ−Ｈａｌｌ法）を用いてサーボ制御される。

【0018】

しかしながら、外部共振器には技術的限界がある。

【0019】

使用される圧電アクチュエータは、約１ｋＶの電圧を必要とする。関連する電子回路は、通過帯域周波数が１ｋＨｚのオーダーよりも高くなるとすぐに複雑で高価になる。圧電アクチュエータの最大電圧は、補正が可能な機械的振動の最大強度に対応する。最大周波数は、補正が可能な振動の最大周波数に対応する。それを超えると、サーボ制御システムは同期をやめる。

【0020】

Ｗ．Ｋｏｚｌｏｖｓｋｙらによる刊行物「モノリシックＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３外部共振器を用いたダイオードレーザ励起ＣＷ Ｎｄ：ＹＡＧレーザの効率的な第２高調波発生」、ＩＥＥＥ ＪＱＥ ｖｏｌ ２４、ｐ９１３から、基本波の光源が（例えば、モノリシックレーザによる）振動に対して鈍感であり、外部共振器もまたモノリシックである場合、外部共振器を基本波の光源の周波数に「熱的に」サーボ制御することが可能であることが知られている。外部共振器および光源を生成することが可能であると仮定すると、この解決策はエレガントであり、実施が容易である。

【0021】

しかしながら、モノリシックな外部共振器自体にも限界がある。

【0022】

第１に、外部共振器は２つの反射ミラーによって閉じられ、少なくとも１つの焦点要素を必要とする。モノリシックな外部共振器内において、ミラーは非線形結晶上に直接載置され、収束要素は曲率を有する研磨によって得られる。多くの非線形結晶、特にＵＶにおいて有効なもの（例えば、ＢＢＯ）は、高すぎる熱膨張係数を有し、その上に誘電体ミラーを載置することはできない。さらに、それらはしばしば研磨が困難（吸湿性など）であり、これにより曲率半径を有する研磨を達成することが困難になる。この研磨は、こうして高価となり、品質が悪い。したがって、しばしば、外部モノリシック共振器を製造することは不可能であるか、または経済的でない。

【0023】

第２に、多くの非線形結晶は温度に対して高い感度を有する。したがって、これは温度のより正確な制御を必要とする。

【0024】

第３に、非線形結晶の温度許容度が低い場合、共振器を共振させ、非線形結晶の位相整合範囲に位置する温度を見つけることができない可能性がある。

【0025】

第４に、多くの非線形結晶は実質的にウォークオフを示し、非線形変換効率を制限し、変換されたビームの品質を低下させる。

【0026】

最後に、温度のサーボ制御は当然低速であるため、外部共振器からのパワー出力の振動を避けることは困難である。

【0027】

本発明の目的は、非常に有効な外部共振器を提供することによって前述の欠点を軽減することである。本発明の別の目的は、低出力の連続波レーザに対して普通ではない波長（特に、ＵＶの波長）を生成することを可能にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0028】

少なくとも上述の目的は、非線形効果によってレーザビームを生成するシステムであって、
・基本波を発生させるための単一周波数連続波レーザ源と、
・マイクロチップ共振器と呼ばれる、この基本波を受け入れる共振外部共振器とを含むシステムによって達成される。

【0029】

本発明によると、マイクロチップ共振器は、このマイクロチップ共振器が複数の材料の一体アセンブリである限り、複合体であり、
少なくとも１つの非線形結晶と、
入射ミラーと、
非線形結晶に固定された材料上に載置された凹面ミラーであって、凹面ミラーが載置される材料は、非線形結晶の構成材料とは異なる凹面ミラーと、
非線形結晶の温度を制御するための第１の熱電モジュールおよび凹面ミラーが載置される材料の少なくとも温度を制御するための少なくとも１つの第２の熱電モジュールとを含む。

【0030】

単一周波数連続波レーザ源は、外部共振器内に注入される基本波を生成し、外部共振器は、２つのミラー間において基本波の周波数で共振する。

【0031】

このように定義された本発明は、マイクロチップ外部共振器によるレーザ源の周波数変換を可能にする。レーザ源は、（オプションで増幅された）レーザダイオード、ダイオードによって励起されるマイクロチップ固体レーザ、または周波数が十分に安定し、機械的振動に鈍感な任意のタイプのレーザとすることができる。

【0032】

本発明に係るシステムでは、多くの非線形結晶、特にＵＶで効率的な結晶（例えば、ＢＢＯ、ＬＢＯ、またはＢｉＢＯ）を使用することは、本質的にＩＲで発光する現在の連続波レーザ光源では、現在可能であるが、誘電体ミラーを載置するには高すぎる熱膨張係数を有し、少なくとも凹面ミラーは、有利なことには、非線形結晶の材料とは異なる材料上に載置することができる。

【0033】

本発明の１つの有利な構成によれば、少なくとも凹面ミラーの構成材料の温度は、構成がどのようなものであっても、共振器を光学的に修正し、共振を得るように制御される。

【0034】

また、入出射ミラーの材質は、非線形結晶の構成材料よりも熱膨張係数が小さく、非線形結晶の構成材料よりも高い研磨性を有するガラスまたは結晶とすることができる。これら２つの構成は、好ましくは一緒に実施される。しかしながら、所望の目的および実際の材料に依存して、それぞれが互いに独立して実施されてもよい。容易に研磨することができる材料を用いて、ミラー（特に、曲率を有するミラー）を容易に配置することが可能である。

【0035】

共振器内の少なくとも２つのタイプの結晶と、少なくとも２つの異なる温度の制御によって、非線形結晶の温度を正確に調整して位相整合を達成し、第２の結晶またはガラスの温度を正確に調整して共振器の共振を達成することができる。アセンブリは、一般的に、非線形結晶の温度に対する共振の感度も低下させる。

【0036】

（例えば、ＵＶの生成のために最も一般的である）複屈折位相整合法が使用される場合、非線形結晶は結晶軸から切り離され、少なくとも１つの偏光状態において空間ウォークオフを示す。結晶をその長さに沿って複数の部分に切断し、信号の伝播軸の周りに２つの連続した部分を１８０°回転させることにより、この効果を補償することが知られている。結晶が切断され、回転されると、それは再組み立てされる。非線形結晶（例えば、本発明で規定されるもの）は、このように切断され、回転され、次いで再組み立てされた結晶とすることができる。それはまた、マイクロチップアセンブリであると考えられる。

【0037】

ファブリー＝ペロー共振器では、変換された波は両方向に放射される。２つのビームを加算するために、２つのミラーのうちの１つからの放射のうちの１つを反射することが標準的である。しかしながら、この加算は振幅の加算であり、したがって、ビームが同位相であるか非同位相であるかにかかわらず発生する。ミラーが非線形結晶の出口に直に配置されている場合、追加されたビームは自動的に同位相になる。そうでなければ、本発明によれば、反射ビームの位相を調整するために、このミラーを支える結晶またはガラスの温度を調整することが可能である。

【0038】

特に上記に加えて、本発明に係るシステムは、有利には、非線形結晶の温度および少なくとも凹面ミラーが載置される材料の温度をレーザ光源の周波数にサーボ制御するように構成された処理ユニットを含むことができる。好ましくは、処理ユニットは、温度サーボ制御を共振曲線の少なくとも１つの側にのみロックするように構成することができる。これは、特に、サーボ制御を曲線の頂点にロックすることが不可能であるという事実に起因する問題を解決する。具体的には、吸収があれば、ファブリー＝ペロー共振器の共振曲線が非対称となる可能性があり、サーボ制御が頂点から外れてしまう可能性がある。ただし、ヒステリシスがない場合は、サーボ制御を頂点にロックすることができる。

【0039】

特に、１以上の上記構成に加えて、出力パワーを安定させる目的で、処理ユニットは、結晶の温度よりも速い物理的効果を用いてサーボ制御を行うように構成することもできる。例えば、非線形結晶が電気光学結晶である場合、処理ユニットは、非線形結晶に直接電圧を印加することによって電気光学サーボ制御を実行するように構成されてもよい。このような電圧の（ポッケルス効果に敏感な）電気光学結晶への印加は、ほぼ瞬間的に共振器の位相を変更する。

【0040】

さらに同じ目的で、処理ユニットは、単一周波数連続波レーザ源の周波数を変更することによって、外部共振器内の基本波の位相をサーボ制御するように構成することもできる。この周波数は、様々な手段によって（例えば、単一周波数連続波レーザ源を供給する光ポンプの電流を変更することによって、または上記単一周波数連続波レーザ源を介して使用される半導体レーザの電流を変更することによって）、変更することができる。

【0041】

光ポンプまたは半導体レーザの電流の変化は、基本波の周波数を作るために使用され、したがって（周波数に依存する）外部共振器の位相は急激に変化する。

【0042】

他のタイプの迅速なサーボ制御が使用されてもよい。特に、放射レーザの周波数または外部共振器内の基本波の位相を変更し、熱的なサーボ制御よりも速い（数Ｈｚから数百Ｈｚで十分である）任意の物理的効果が、出力パワーを安定させるために温度のサーボ制御と組み合わされてもよい。

【0043】

こうして、本発明では、十分に安定ではない温度サーボ制御を、迅速な低振幅サーボ制御と組み合わせることが考えられる。

【0044】

有利には、マイクロチップ共振器は、ファブリー＝ペロー干渉計、外部リング共振器、または共振時に反射率が最大となる干渉計を形成する外部共振器とすることができる。他の共振器構成を採用してもよい。

【0045】

特に、１以上の前述の構成に加えて、凹面ミラーが載置される材料は、シリカまたは溶融シリカ（合成アモルファス二酸化ケイ素、ＵＶシリカとも呼ばれる）、またはサファイアを含む。これらの材料は研磨が容易で、熱光学係数（ｄｎ／ｄＴ）および熱膨張係数が非常に低い。

【0046】

本発明の１つの有利な実施形態によれば、非線形結晶および凹面ミラーが載置される材料は、直接接合（分子結合）によって、またはゾル−ゲル法を用いた接合によって、または種々の結晶またはガラスの一体アセンブリが得られる任意の他の手段によって組み立てられる。

【0047】

本発明によれば、非線形結晶は、２つのミラー（すなわち、入射ミラーと出射ミラー）がそれぞれ固定される２つの対向する面を含む平行六面体の形状であり、２つのミラーのそれぞれの断面が非線形結晶の断面よりも大きいまたは等しく、非線形結晶の上記２つの対向する面はそれぞれ２つのミラーによって完全に覆われる構成に関する規定を設けることができる。

【0048】

さらに、非線形結晶は、２つのミラー（すなわち、入射ミラーと出射ミラー）がそれぞれ固定される２つの対向する面を含む平行六面体の形状であり、入射ミラーの断面が非線形結晶の断面よりも小さく、非線形結晶の入射面は入射ミラーによって完全には覆われない異型に関する規定を設けることができる。

【0049】

本発明によれば、入射ミラーは、非線形結晶の構成材料上に直接または非線形結晶とは異なる別の材料上に実際に載置させることができる。後者の場合、要素は、直接接合によって、またはゾル−ゲル法を用いた接合によって組み立てられる。

【図面の簡単な説明】

【0050】

本発明の他の利点および構成は、完全に非限定的な１つの実施形態の詳細な説明および添付図面を検討することによって明らかになるであろう。
図１は、従来技術に係る共振外部共振器の概略図である。
図２は、ファブリー＝ペロー干渉計によって測定された５６１ｎｍで放射するマイクロチップレーザの周波数変動を示すグラフである。
図３は、本発明に係る複合共振外部共振器を含む非線形変換システムの概略図である。
図４は、ＢＢＯ結晶およびシリカ上に載置されたミラーから形成された本発明に係るマイクロチップ外部共振器から出力され、フォトダイオードによって測定された出力（単位Ｖ）を示すグラフである。
図５は、ＢＢＯの電気光学サーボ制御を使用した前出の図内と同じマイクロチップ外部共振器から出力され、フォトダイオードによって測定された出力（単位Ｖ）を示すグラフである。
図６は、共振時に反射率が最大となる干渉計の構成内の本発明に係る外部共振器の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0051】

本発明はこれに限定されるものではないが、ファブリー＝ペロー干渉計を形成する直線状の外部共振器の例を以下に説明する。リング構成を有する、または別のタイプの干渉計を形成する任意のマイクロチップ共振器が、明らかに可能である。これらの共振器は、非線形周波数倍増効果を実現するように記載されているが、明らかに、周波数の和または差、パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、ラマンレーザなど、外部共振器の共振を必要とする他の効果を適用することができる。

【0052】

第１の例示的な実施形態は、２８０．５ｎｍで発光するレーザシステムの製造について図３に記載されている。連続波レーザ光源１は、５６１ｎｍで発光し、基本波２を発生させる。この連続波レーザ１は、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶増幅器と、水晶と、偏光子と、水晶ダブラーとの組立体によって形成されている。図２に見ることができるように、このレーザの周波数振動は、振幅変動が約２０ＭＨｚであり、遅い（周期＞５秒）ことを示している。これは、このタイプの光源が振動に対して無反応であることを確認する。

【0053】

この基本波２は、本発明に係るファブリー＝ペロー干渉計を形成するマイクロチップ外部共振器３に注入される。共振器は、シリカからなる基板である材料４と、５６１ｎｍの基本波と２８０．５ｎｍの２倍波との間のＩ型位相チューニング用にカットされた長さ１０ｍｍの非線形ＢＢＯ結晶を直接接合して組み立てることにより作製される。入射ミラー４ａは、非線形結晶と直接接触させたこの基板の端部にあるシリカ基板４上に載置され、これはＢＢＯ上に直接載置する必要がある場合よりも容易に想起させることを可能にしている（が、これは特定の用途に対して想起可能である一実施形態を残している）。シリカは、５６１ｎｍの波に対して９３％の反射効果を生じさせ、２８０．５ｎｍの波に対して９５％を超える反射効果を生じるように取り扱われてきている。

【0054】

共振器は、５６１ｎｍで最大反射率および２８０ｎｍで最小反射率のシリカからなる凹面出射ミラー６によって閉じられる。曲率半径は１００ｍｍである。この凹面ミラー６ａは、シリカからなる基板である材料６の一端に配置されている。材料６は、平面の入射面と、非線形結晶の反対側で湾曲している出射面とを有する基板であり、ミラー６ａは湾曲面の外側に載置されている。２つのミラーがシリカ基板上に載置されている、すなわちＢＢＯからなる非線形結晶とは異なる材料からなる基板上に載置されているので、外部共振器は複合体であることに留意されたい。

【0055】

第１ミラーは、共振器がＢＢＯ上で直に始まるようにＢＢＯと接触する。共振器の長さＬは２０ｍｍである。光アイソレータ７は、ファブリー＝ペロー共振器によって反射された波が連続波レーザ１に戻ってそれを不安定化することを防止する。

【0056】

このシステムは、二重サーボ制御（２つのペルチェ素子（ミラー６ａ用のＰ１および非線形結晶用のＰ２）を介した温度のサーボ制御）を実行するように設計され、これらの装置は処理ユニット８によって制御される。第２のサーボ制御は、電気光学的である。これを行うために、処理ユニット８は、連続波レーザ１に接続され、２８０．５ｎｍのＵＶ波出力を表す信号を急速光検出器９から受信する。

【0057】

処理ユニット８は、例えば、１つのマイクロコントローラと、システムの様々なコンポーネントとインターフェース接続し、サーボ制御アルゴリズムを実施することを可能にする従来のソフトウェアおよびハードウェアコンポーネントとを少なくとも含む。

【0058】

５６１ｎｍで３００ｍＷを用いて、２８０．５ｎｍで２０ｍＷ以上の出力パワーが得られた。

【0059】

図４の曲線は、ＢＢＯ結晶およびシリカ上に載置されたミラーによって形成されたマイクロチップ外部共振器から出力され、フォトダイオードによって測定された出力（単位Ｖ）を示す。シリカの温度は、最初に２２．４℃から２３．２５℃に上昇し、その後、初期温度まで低下する。外部共振器の共振曲線は、わずかな吸収のために非対称であり、温度の増加および減少を区別するヒステリシスを有することに留意されたい。

【0060】

これらの効果は、サーボ制御が曲線の頂点にロックされるのを防止する。その後、サーボ制御を曲線側にロックするようにすることができる。サーボ制御は機能する（非同期は存在しない）が、特に出力は±１０％のばらつきであまり安定していないことが観察される。こうして、熱的サーボ制御は共振の側に固定されなければならず、したがって十分に安定してはいない。そこで、出力パワーを安定化させるために、付加的なシステムを有利に追加することができる。

【0061】

出力パワーの安定化のために、ＢＢＯ結晶の電気光学効果を使用するようにしてもよい。４０Ｖピーク未満の信号は、出力変動を０．２％ｒｍｓ未満に減少させるのに十分である。図５において、曲線は、ＢＢＯの電気光学サーボ制御を使用した同じマイクロチップ外部共振器から出力され、フォトダイオードによって測定された出力（単位Ｖ）を示す。５６１ｎｍで放射する連続波レーザ１の光ポンプのポンプ電流を変化させることは、同じ結果を達成するのに十分速い周波数変動が誘発されることも示されている。これら２つの例は、明らかに網羅的ではない。

【0062】

本発明によれば、共振時に反射率が最大となる干渉計を製造することは、有利となる可能性がある。したがって、この干渉計は、先験的なマルチモードダイオードを１つの共振モードに整合させることができる。これにより、特に、４８８ｎｍのＧａＮダイオードから２４４ｎｍの深紫外光源を、または４５０ｎｍのＧａＮダイオードから２２５ｎｍの深紫外光源を簡単に製造することができる。

【0063】

このような干渉計は、４８８ｎｍから２４４ｎｍまでの周波数倍増用の共振器の場合には、図６に示す方法で製造することができる。平面入射ミラー１２を見ることができ、この入射ミラーは非線形結晶１３を完全には覆わず、４８８ｎｍおよび２４４ｎｍで反射する。４８８ｎｍで反射性であり、２４４ｎｍで透過性である湾曲した出射ミラー１６も見ることができる。凹面ミラー１６が載置された基板１１、およびオプションで平面ミラー１２が載置される基板１０は、非線形結晶とは異なる材料から作られる。ＢＢＯからなる非線形結晶は、伝搬軸の周りに１７０〜１７９．５°または１８０．５°〜１９０°の角度だけ回転された２つの部分１４と１５にある。１８０°に近い値は、異常（ｅ）軸に沿った伝搬に伴う空間ウォークオフの補償を保証する。１８０°とわずかに異なる値は、第１のＢＢＯ結晶の異常（ｅ）波を第２の結晶の定常（ｏ）波と弱く結合させる。位相整合は、４８８ｎｍの定常波（ｏ）と２４４ｎｍの異常（ｅ）波との間で得られる。

【0064】

マイクロチップの外部共振器に入るのは、（ｅ）波である。反射率は、外部共振器が共振しているとき最大である。

【0065】

したがって、本発明は、光源の周波数にサーボ制御された共振外部共振器内の単一周波数連続波光源の非線形変換（ＳＨＧ、ＳＦＧ、ＤＦＧ、ラマン、パラメトリック発振など）のための非常に有効なシステムに関する。

【0066】

もちろん、本発明は、上述した例に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの例に対して多くの変更を加えることができる。連続波レーザ源は、単一周波数（ＤＦＢまたはＤＢＲ）レーザダイオードであってもよく、潜在的に外部（オプションとしてファイバ）増幅器によって増幅されるものであってもよい。それは、単一周波数ＧａＮダイオードであってもよい。

【0067】

実行される非線形効果は、非限定的に以下に説明される非線形効果のうちの１つとすることができる：
・周波数倍増効果
・周波数加算効果：第１の周波数は、本発明に係る外部共振器内で共振し、第２の（非共振）周波数は、外部共振器を通過し、この第２の周波数は、おそらくは外部共振器などに含まれるレーザ発振器から生じる。
・パラメトリック増幅器／発振器効果：外部共振器は、パラメトリック波長の共振器または外部共振器を含むパラメトリック共振器でもある。
・ラマン増幅器／発振器効果。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】