特許 7564970 無電極点火を有するレーザ駆動光源

(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】

(24)【登録日】2024-10-01

(45)【発行日】2024-10-09

(54)【発明の名称】無電極点火を有するレーザ駆動光源

(51)【国際特許分類】

   H01J 65/04 20060101AFI20241002BHJP

   H01S 3/091 20060101ALI20241002BHJP

   H01S 3/1115 20230101ALI20241002BHJP

   H05G 2/00 20060101ALI20241002BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20241002BHJP

   H01J 61/54 20060101ALI20241002BHJP

   H01J 61/16 20060101ALI20241002BHJP

   H01J 61/12 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

H01J65/04 Z

H01S3/091

H01S3/1115

H05G2/00 K

G03F7/20 503

H01J61/54 Z

H01J61/16 N

H01J61/12 J

【請求項の数】 43

(21)【出願番号】P 2023566951

(86)(22)【出願日】2022-05-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-09

(86)【国際出願番号】 US2022029536

(87)【国際公開番号】W WO2022251000

(87)【国際公開日】2022-12-01

【審査請求日】2023-12-07

(31)【優先権主張番号】17/328,433

(32)【優先日】2021-05-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】507005768

【氏名又は名称】エナジェティック・テクノロジー・インコーポレーテッド

【住所又は居所原語表記】２０５ Ｌｏｗｅｌｌ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ， ＭＡ ０１８８７ ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＯＦ ＡＭＥＲＩＣＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100177910

【弁理士】

【氏名又は名称】木津 正晴

(72)【発明者】

【氏名】パートロウ マシュー

(72)【発明者】

【氏名】スミス ドナルド

(72)【発明者】

【氏名】ベセン マシュー

(72)【発明者】

【氏名】浅井 昭典

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０３５０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８２４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２５２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１０７７０２８２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第１０９６４５２３（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ６５／０４

Ｈ０１Ｓ ３／０９１

Ｈ０１Ｓ ３／１１１５

Ｈ０５Ｇ ２／００

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｈ０１Ｊ ６１／５４

Ｈ０１Ｊ ６１／１６

Ｈ０１Ｊ ６１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ）連続波（ＣＷ）維持光を出力で発生させるレーザ源と、
ｂ）ポンプ光を出力で発生させるポンプレーザと、
ｃ）前記ポンプレーザの前記出力で発生した前記ポンプ光を受け取るように配置されたＱ－スイッチレーザ結晶であって、前記発生したポンプ光に応答してパルスレーザ光を出力で発生させるＱ－スイッチレーザ結晶と、
ｄ）前記パルスレーザ光を、第１の軸線に沿って、イオン化ガスを含むガス充填バルブの絶縁破壊領域に投射する、前記パルスレーザ光の経路に配置された第１の光学要素と、
ｅ）前記ＣＷ維持光を、第２の軸線に沿って、前記イオン化ガスを含む前記ガス充填バルブのＣＷプラズマ領域に投射する、前記ＣＷ維持光の経路に配置された第２の光学要素と、
ｆ）前記ＣＷプラズマ領域に少なくとも部分的に位置するＣＷプラズマによって発生したプラズマ光を検出し、検出信号を出力で発生させる検出器と、
ｇ）前記検出器の前記出力に電気的に接続された入力、及び前記ポンプレーザの制御入力に電気的に接続された出力を有するコントローラであって、前記検出信号が閾値レベルを超えた後の時間遅延内に前記パルスレーザ光を消滅させるように、前記Ｑ－スイッチレーザ結晶への前記ポンプ光を制御する制御信号を発生させるコントローラと
を備える、無電極レーザ駆動光源。

【請求項2】

前記検出信号が、前記プラズマ光の出力を表し、前記閾値レベルが、動作電力に対する前記プラズマ光の前記出力の所望の割合である、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項3】

前記所望の割合が公称で５０％である、請求項２に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項4】

前記所望の割合が公称で９０％である、請求項２に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項5】

前記所望の割合が３０％～９５％の範囲である、請求項２に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項6】

前記パルスレーザ光のパルス間の期間が、前記時間遅延よりも長い、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項7】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、前記パルスレーザ光のパルス間の期間が前記時間遅延よりも長くなるように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項8】

前記コントローラが、前記時間遅延が前記パルスレーザ光の１つのパルス期間よりも短くなるように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項9】

前記発生したポンプ光の経路及び前記発生したパルスレーザ光の経路に配置された第３の光学要素をさらに備え、前記第３の光学要素が、前記発生したポンプ光を前記発生したパルスレーザ光から分離するように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項10】

前記第３の光学要素がダイクロイック要素を備える、請求項９に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項11】

前記第３の光学要素が、前記発生したポンプ光を反射するように構成されている、請求項９に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項12】

前記第３の光学要素が、前記発生したパルスレーザ光を透過するように構成されている、請求項９に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項13】

前記第１の軸線と前記第２の軸線とが同じ軸線である、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項14】

前記第１の軸線と前記第２の軸線とが異なる軸線である、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項15】

前記第１の軸線と前記第２の軸線とが同一線上にある、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項16】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、前記パルスレーザ光のパルス繰返数が１ｋＨｚ～２０ｋＨｚの範囲であるように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項17】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、前記パルスレーザ光のパルス繰返数が１ｋＨｚ以下であるように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項18】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、前記パルスレーザ光のパルスエネルギーが５０μジュール～５００μジュールの範囲であるように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項19】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、前記パルスレーザ光のパルスエネルギーが５００μジュール～５ｍジュールの範囲であるように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項20】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、前記パルスレーザ光のパルス持続時間が０．１ｎｓ～１０ｎｓの範囲であるように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項21】

前記レーザ源が、前記ＣＷ維持光の出力が５Ｗ～５０Ｗの範囲であるように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項22】

前記レーザ源が、前記ＣＷ維持光の出力が５Ｗ～１５００Ｗの範囲であるように構成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項23】

前記第１の光学要素が集束レンズを備える、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項24】

前記第２の光学要素が集束レンズを備える、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項25】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、利得部分と飽和性吸収体部分とを含む、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項26】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、ガラスホスト、イットリウムアルミニウムガーネットホスト、又はスピネルホストのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項27】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、クロムドーパント、コバルトドーパント、又はバナジウムドーパントのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項28】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が狭帯域フィルタを備える、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項29】

前記狭帯域フィルタが、前記プラズマ光の少なくとも一部を反射する、請求項２８に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項30】

前記狭帯域フィルタが、キセノンスペクトルの波長を遮る、請求項２８に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項31】

前記Ｑ－スイッチレーザ結晶が、一面にコーティングを含む、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項32】

前記ガス充填バルブがキセノンガスを含む、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項33】

前記ガス充填バルブが球形に形成されている、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項34】

前記ガス充填バルブの圧力が、２０ａｔｍ～５０ａｔｍの範囲の圧力を含む、請求項１に記載の無電極レーザ駆動光源。

【請求項35】

ａ）連続波（ＣＷ）維持光を使用して、ガス充填バルブ内のガスに電磁エネルギーを供給するステップと、
ｂ）レーザパルスが発生するように、レーザポンプ放射をＱ－スイッチレーザ結晶に供給するステップと、
ｃ）前記Ｑ－スイッチレーザ結晶によって発生した前記レーザパルスを、前記ガス充填バルブ内の前記ガスに供給することにより、絶縁破壊領域にパルスプラズマを形成するステップと、
ｄ）前記絶縁破壊領域に前記パルスプラズマを形成するステップに応答して、前記ガスに前記供給された電磁エネルギーを使用して、プラズマ光が前記ガス充填バルブから放射されるようにＣＷプラズマ領域にＣＷプラズマを発生させるステップと、
ｅ）前記放射されたプラズマ光の一部を検出し、検出信号を発生させるステップと、
ｆ）前記検出信号が閾値レベルを超えた後の時間遅延内に、前記Ｑ－スイッチレーザ結晶への前記レーザポンプ放射を消滅させることにより、前記レーザパルスを消滅させるステップと
を含む、無電極高輝度プラズマ光源を点火させる方法。

【請求項36】

前記発生した検出信号が、前記プラズマ光の出力を表し、前記閾値レベルが、動作電力に対する前記プラズマ光の前記出力の所望の割合である、請求項３５に記載の無電極高輝度プラズマ光源を点火させる方法。

【請求項37】

前記絶縁破壊領域と前記ＣＷプラズマ領域とが、空間において重なっている、請求項３５に記載の無電極高輝度プラズマ光源を点火させる方法。

【請求項38】

前記絶縁破壊領域と前記ＣＷプラズマ領域とが、物理的に離れている、請求項３５に記載の無電極高輝度プラズマ光源を点火させる方法。

【請求項39】

前記時間遅延が、前記レーザパルスの１つのパルス期間よりも短い、請求項３５に記載の無電極高輝度プラズマ光源を点火させる方法。

【請求項40】

前記レーザパルスのパルスエネルギーが５０μジュール～５００μジュールの範囲である、請求項３５に記載の無電極高輝度プラズマ光源を点火させる方法。

【請求項41】

前記レーザパルスのパルスエネルギーが５００μジュール～５ｍジュールの範囲である、請求項３５に記載の無電極高輝度プラズマ光源を点火させる方法。

【請求項42】

前記レーザパルスのパルス持続時間が０．１ｎｓ～１０ｎｓの範囲である、請求項３５に記載の無電極高輝度プラズマ光源を点火させる方法。

【請求項43】

前記ＣＷ維持光の出力が５Ｗ～１５００Ｗの範囲である、請求項３５に記載の無電極高輝度プラズマ光源を点火させる方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

[0001]本明細書で使用されるセクションの見出しは、構成のみを目的としており、本出願に記載される主題を限定するものと解釈されるべきではない。

【0002】

［序文］
[0002]例えば、スペクトルの極紫外領域から可視領域及び赤外領域までのスペクトル領域にわたって高輝度を提供するレーザ駆動光源が、高い信頼性及び長い寿命で利用可能である。このような高輝度光源の様々な例が、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＭＡにあるＥｎｅｒｇｅｔｉｑ，ａ Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｃｏｍｐａｎｙによって製造されている。

【0003】

[0003]生物学、化学、気候、及び物理学を含む様々な分野で、例えば、半導体計測、センサ較正及び試験、成形光の作成、表面計測、分光学、並びにその他の光学測定の応用を含む応用のための高輝度光源の需要が高まっている。したがって、例えば、この重要な種類の広帯域光源のサイズ、コスト、複雑さ、信頼性、安定性、及び効率を向上させることができる高輝度光源の進歩が必要である。

【0004】

[0001]以下の詳細な説明において、好ましい例示的な実施形態による本教示を、そのさらなる利点と共に、添付図面と併せてより詳細に説明する。当業者は、以下に記載する図面が例示のみを目的とするものであることを理解するだろう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、概して本教示の原理を示すことを重視する。図面は、出願人の教示の範囲を限定することを意図したものではない。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1A】[0002]本教示による、１本の軸線に沿ってガス充填バルブに投射されるパルスレーザ光と、異なる軸線に沿ってガス充填バルブに投射されるＣＷレーザ光とを使用する無電極レーザ駆動光源の実施形態を示す図である。

【図1B】[0003]本教示による、１本の軸線に沿ってガス充填バルブに投射されるパルスレーザ光と、同じ軸線に沿ってガス充填バルブに投射されるＣＷレーザ光とを使用する無電極レーザ駆動光源の実施形態を示す図である。

【図2A】[0004]パルスレーザ励起のみによる発光を示す、本教示による無電極レーザ駆動光源の実施形態のガス充填バルブの画像である。

【図2B】[0005]ＣＷレーザ励起のみによる発光を示す、図２Ａに示すガス充填バルブの画像である。

【図3】[0006]本教示による無電極レーザ駆動光源のプラズマを点火させる方法のステップのフロー図である。

【図4】[0007]本教示による無電極レーザ駆動光源からのパルスレーザ照明、ポンプレーザ照明、及びプラズマ発光のそれぞれの一連のオシロスコープトレースを示す図である。

【図5A】[0008]本教示による、利得領域及び飽和性吸収体領域を含むＱ－スイッチ結晶の実施形態を示す図である。

【図5B】[0009]本教示による無電極レーザ駆動光源で使用するのに適した、曲面を有するＹＡＧベースの受動Ｑ－スイッチレーザロッドの実施形態を示す図である。

【図6】[0010]本教示による無電極レーザ駆動光源の実施形態で使用される準ＣＷポンプパルスのパルス長の関数としての、ガス絶縁破壊を生じさせるのに十分なレーザパルスを発生させるポンプレーザのパルスエネルギー及びポンプ電流閾値のグラフである。

【図7】[0011]本教示による無電極レーザ駆動光源の実施形態で使用される集束レンズアセンブリを有する裸バルブを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

［様々な実施形態の説明］
[0012]以下で、添付図面に示す例示的な実施形態を参照しながら、本教示をより詳細に説明する。本教示を様々な実施形態及び例と併せて説明するが、本教示はそのような実施形態に限定されることを意図したものではない。それどころか、当業者によって理解されるように、本教示は、様々な代替形態、修正、及び均等物を包含する。本明細書の教示を利用できる当業者は、本明細書に記載される本開示の範囲内における、追加の実装形態、修正、及び実施形態、並びに他の使用分野を認識するだろう。

【0007】

[0013]本明細書における「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、本教示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所に「一実施形態」という表現が現れることは、必ずしもすべて同じ実施形態に言及するものではない。

【0008】

[0014]本教示の方法の個々のステップは、本教示が実施可能である限り、任意の順序で及び／又は同時に実行することができることを理解すべきである。さらに、本教示の装置及び方法は、本教示が実施可能である限り、記載される実施形態のうちの任意の数又はすべてを含むことができることを理解すべきである。

【0009】

[0015]レーザ駆動光源は、ＣＷレーザを使用して、ガスプラズマを、広帯域光学光を発生させるのに必要な高い温度まで直接加熱する。高輝度レーザ駆動光源は、高電圧電極を使用してプラズマを維持する光源と比べて重要な利点を有する。レーザ駆動源は、例えば、アークランプデバイスで使用される電気放電プラズマとは対照的に、光放電プラズマに依存する。電気放電ランプでは、電極材料が蒸発し、ランプの寿命にわたって放電の特性を変化させることがある。これは、ランプの寿命を短くする。また、電極ベースのシステムは、光源の熱応力、機械応力、及び電気応力を引き起こす。既知のレーザ駆動光源は、プラズマを維持するために電極に依拠しないが、それでもプラズマ点火のために電極を使用する。

【0010】

[0016]電極に依拠する既知の光源は、重大な制限を有することがある。例えば、電極ベースの光源は、ランプヘッドのサイズの限度及びバルブを取り付けることができる方法に関する制限を有することがある。電極ベースの光源は、寄生アークを避けるように設計されなければならず、ランプヘッドは、電極及び点火回路のための十分な容積を有して構成される必要がある。電極ベースの光源は、例えば、電極のガラス金属シールが最大充填圧力を制限することがあるため、バルブの低温充填圧力に関する制約を有する。また、電極ベースの光源では、バルブのサイズがより大きいことがあり、バルブ充填圧力に影響を及ぼすことがある。電極ベースの光源はまた、適応可能なバルブの形状が限られる。これは、例えば、電極ベースの光源が、電極を配置、固定、及び接続する必要があるからである。これらの設計の制約により、光源にノイズが生じることがある。

【0011】

[0017]したがって、無電極点火を有するレーザ駆動光源を提供することは、他の利点に加えて、高い信頼性、高い性能、コスト削減、複雑さの低減につながり得る。光学照明によりプラズマを点火させるには、プラズマを点火させるために使用される光源及び関連する光供給機構の入念な設計及び制御が必要である。本教示の１つの特徴は、無電極点火を有するレーザ駆動光源を提供することである。このような光源では、プラズマは、光学照明によって点火され、既知のレーザ駆動高輝度光源のように電極により提供される電気エネルギーによって点火されるのではない。

【0012】

[0018]無電極レーザ駆動光源の多くの特徴及び利点がある。無電極光源は、従来技術の光源よりも高い最大充填圧力を有する、より小さいバルブを使用して実装することができる。特に、ある一定のレーザ出力様式で、充填圧力が高いほど輝度が高くなり得る。無電極光源には、電極材料からの汚染がない。加えて、ランプ形状の幾何学的制限がより少ない。一般に、同じ特性について、より小さいランプヘッドを使用することができる。また、電力を供給すべき能動電気部品がないことにより、関連する電源、制御電子機器、及び電気接続部の必要性が低下し、必要な部品数が大幅に減少する。しかしながら、無電極レーザ駆動光源の一部の実施形態を、電極点火を有していないレーザ駆動光源の既存のランプパッケージに実装することができる。これは、少なくとも部分的には、無電極デバイスが、電極でレーザ発振するレーザ駆動光源よりも概して複雑でなく小さいからである。

【0013】

[0019]図１Ａは、本教示による、１本の軸線１０６に沿ってガス充填バルブ１０４に投射されるパルスレーザ光１０２と、異なる軸線１１０に沿ってガス充填バルブ１０４に投射されるＣＷレーザ光１０８とを使用する無電極レーザ駆動光源１００の実施形態を示す。パルスレーザ光１０２は、Ｑ－スイッチ結晶１１２を使用して発生し、Ｑ－スイッチ結晶１１２は、ポンプレーザ１１６により発生したポンプレーザ光１１４によって励起される。結合光学系１１８を使用して、ポンプレーザ光１１４をＱ－スイッチ結晶１１２に結合する。光学要素１２０を使用して、Ｑ－スイッチ結晶１１２で発生したパルスレーザ光１０２をバルブ１０４に向け、ポンプレーザ光１１４をバルブから離れるように向ける。一部の実施形態において、光学要素１２０は、ダイクロイック光学要素である。プラズマ絶縁破壊領域１２６に供給されるパルスレーザ光１０２からのエネルギーが、プラズマを点火させる。

【0014】

[0020]ＣＷレーザが、ＣＷレーザ光１０８を発生させる。光学要素１２４が、ＣＷ維持光を、バルブ１０４のプラズマ絶縁破壊領域１２６を含む領域に投射する及び／又は集束させる。一部の実施形態において、光学要素１２４は、レンズなどの集束要素である。光学要素１２８が、パルスレーザ光１０２を、バルブ１０４のプラズマ絶縁破壊領域１２６を含む領域に投射する及び／又は集束させる。一部の実施形態において、光学要素１２８は、レンズなどの集束要素である。パルスレーザ光によって照明される領域は、パルス照明領域と呼ばれ、Ｑ－スイッチ結晶１１２からの光学光を向けるために使用される投射要素に基づく明確な位置及び形状を有する。プラズマ絶縁破壊領域１２６に供給されるパルスレーザ光１０２からのエネルギーが、プラズマを点火させる。ＣＷ維持光によって照明される領域は、ＣＷ維持照明領域と呼ばれ、ＣＷレーザ１２２からの光学光を向けるために使用される投射要素に基づく明確な位置及び形状を有する。プラズマ絶縁破壊領域１２６に供給されるＣＷレーザ光１０８からのエネルギーが、プラズマを維持する。

【0015】

[0021]プラズマ絶縁破壊領域１２６は、ＣＷプラズマ光１３０を発生させる。ＣＷプラズマ光１３０は、検出器１３２に入射する。ＣＷプラズマ光１３０を、光学要素１２０によって、又は自由空間を介して、及び／又は他の光透過手段によって、検出器１３２に向けることができる。検出器１３２は、コントローラ１３４に接続された出力で検出信号を発生させる。コントローラ１３４は、ポンプレーザ１１６の制御入力に接続されている。コントローラ１３４は、Ｑ－スイッチレーザ結晶１１２に向けられたポンプ光１１４のパラメータを制御する制御信号を発生させる。一部の実施形態において、コントローラ１３４は、検出器１３２からの検出信号が予め定められた閾値レベルを超えた後の時間遅延内にパルスレーザ光１０２を消滅させるような方法で、ポンプレーザ１１６及びポンプ光１１４のパラメータを制御するように構成されている。

【0016】

[0022]プラズマ絶縁破壊領域１２６でプラズマを点火させるために、高ピーク出力のパルス光１０２が必要である。しかしながら、維持ＣＷプラズマ光１３０を発生させるためには、パルス光はある一定の閾値を超えてはならず、プラズマ光が予め定められた閾値に達した後の予め定められた遅延後にパルスがプラズマに存在する場合に生じることができる。パルス光が多すぎると、プラズマが消滅することがある。閾値に達する前にパルス光を消滅させることによって、ＣＷ維持光１０８のみを照射することにより、プラズマ光を維持することができる。

【0017】

[0023]一部の実施形態において、パルス光のパルスのうちのある一定の数、例えば、１つ又は複数が、プラズマを点火させるために必要であるが、点火後の追加のパルスは、プラズマを消滅させる。したがって、プラズマ光１３０が検出器１３２で検出されると、パルスは、点火パルス後に次のパルスが発生する前に消滅する。この構成は、本教示の本態様の単なる一例であることを理解すべきである。プラズマ光１３０の発生に対する様々な遅延後にポンプ光１１４を消滅させる様々なアルゴリズム及び閾値を、本教示によるシステムによって使用することができる。これらのパラメータは、例えば、ガスの種類、密度、及び／又は温度を含む様々な要因に依存する。また、これらのパラメータは、パルス光及びＣＷ維持光１０８の相対出力に依存する。また、これらのパラメータは、光学要素１２４、１２８の集束及び他の光学特性に依存する。加えて、これらのパラメータは、プラズマ絶縁破壊領域のＣＷ維持光１０８及び／又はパルス光１０２のエネルギー密度に依存する。

【0018】

[0024]本教示の１つの特徴は、パルス光及びＣＷ維持光の軸線が、様々な相対位置をとることができることである。例えば、図１Ａを参照すると、軸線１０６、１１０は、公称で直交している。パルス光とＣＷ光とが同じ軸線にあるように、無電極レーザ駆動光源を構成することも可能である。

【0019】

[0025]図１Ｂは、本教示による、１本の軸線に沿ってガス充填バルブ１５４に投射されるパルスレーザ光１５２と、同じ軸線に沿ってガス充填バルブに投射されるＣＷレーザ光１５６とを使用する無電極レーザ駆動光源１５０の実施形態を示す。無電極レーザ駆動光源１５０は、図１Ａの無電極レーザ駆動光源１００と多くの共通する要素を共有する。Ｑ－スイッチ結晶１５８が、ポンプレーザ１６２により発生したポンプレーザ光１６０によって励起される。一部の実施形態において、公称で光をコリメートするコリメーションパッケージである結合光学系１６４が、ポンプレーザ１６２により発生した光を受け取り、Ｑ－スイッチ結晶１５８に向ける。

【0020】

[0026]光学要素１６６を使用して、Ｑ－スイッチ結晶１５８で発生したパルスレーザ光１５２をバルブ１５４に向ける。光学要素１６６は、ポンプレーザ光１６０をバルブ１５４から離れるように向ける（例えば反射する）ことができる。一部の実施形態において、光学要素１６６、１６８は、ダイクロイック光学要素である。一部の実施形態において、光学要素１６６は、パルス光波長１５２を有する光を透過し、ＣＷレーザ光１５６も透過する。ＣＷレーザ１７０は、ＣＷレーザ光１５６を発生させる。光学要素１７２が、ＣＷ維持光１５６及びパルスレーザ光１５２を、バルブ１５４のプラズマ絶縁破壊領域１７４を含む領域に投射する及び／又は集束させる。一部の実施形態において、光学要素１７２は、レンズなどの集束要素である。

【0021】

[0027]プラズマ絶縁破壊領域１７４は、ＣＷプラズマ光１７６を発生させる。ＣＷプラズマ光１７６は、検出器１７８に入射する。ＣＷプラズマ光１７６を、光学要素１６６によって、又は自由空間を介して、及び／又は他の光透過手段によって、検出器１７８に向けることができる。検出器１７８は、検出されたＣＷプラズマ光に応答して、出力で検出信号を発生させる。検出器１７８の出力は、コントローラ１８０に接続されている。コントローラ１８０は、ポンプレーザ１６２の制御入力に接続されている。コントローラ１８０は、Ｑ－スイッチレーザ結晶１５８に向けられたポンプ光１６０のパラメータを制御する制御信号を発生させる。一部の実施形態において、コントローラ１８０は、検出器１７８からの検出信号が予め定められた閾値レベルを超えた後の時間遅延内にパルスレーザ光１５２を消滅させるような方法で、ポンプレーザ１６２及びポンプ光１６０の関連するパラメータを制御するように構成されている。一部の実施形態において、ＣＷレーザ１７０からの光は、コリメーションパッケージ１８２を使用してコリメートされる。１つ又は複数の光学要素を含み得る光学要素１８４を使用して、ポンプレーザ光１６０をＱ－スイッチ結晶１５８上に集束させる。

【0022】

[0028]本教示の別の特徴は、一部の実施形態において、プラズマ領域に独立した照明領域を形成するように、パルス光及びＣＷ維持光を向けることができることである。必要に応じて、２つの照明領域は別個であっても、一部若しくは全部が重なっていてもよい。パルス照明領域及びＣＷ維持照明領域の相対位置及び形状の制御を使用して、これら２つの光源によって供給されるエネルギーの特定の空間分布をもたらすことができる。本明細書でさらに説明するように、ＣＷ維持光及びパルス光のそれぞれのエネルギー密度が、プラズマの点火及び維持可能性に影響を及ぼす。したがって、パルス照明領域及びＣＷ維持照明領域の相対位置及び形状を制御できることにより、プラズマに与えられるエネルギー密度プロファイルの制御が可能になる。この配置は、パルス照明領域で発生した点火プラズマが、安定したＣＷプラズマとしてＣＷ照明領域に移行する能力に影響を及ぼす。

【0023】

[0029]図２Ａは、パルスレーザ励起のみによる発光を示す、本教示による無電極レーザ駆動光源の実施形態のガス充填バルブの画像２００である。両方の画像２０２、２０４が側面から示されているが、パルス照明領域及びＣＷレーザの焦点の位置の３次元配置を示すために、これらの画像の角度がずれている。パルス照明領域の範囲及び位置が、これらの画像２０２、２０４に見えている。パルス絶縁破壊の位置はパルスエネルギーによって決まることに留意されたい。エネルギーが増加すると、絶縁破壊位置はパルスレーザに向かって移動する。パルス光に対する、及びＣＷレーザの焦点に対する、パルスレーザ絶縁破壊プラズマの３次元位置合わせによって、より低いＣＷレーザ出力及び／又はより低いパルスエネルギーで方法を実行することができる。

【0024】

[0030]図２Ｂは、ＣＷレーザ励起のみによる発光を示す、図２Ａに示すガス充填バルブの画像２５０である。両方の画像２５２、２５４が側面から示されているが、パルス照明領域及びＣＷレーザの焦点の位置の３次元配置を示すために、これらの画像の角度がずれている。パルス照明領域の範囲及び位置が、これらの画像２５２、２５４に見えている。図２Ａの画像２０２、２０４のパルス照明領域の輪郭２５６、２５８も示されている。本実施形態において、パルス照明領域及びＣＷ維持照明領域の相対位置及び形状は、２つの領域が別個であり重ならないようなものになっている。光が密に集束するほど、パルス照明領域は小さくなり、照明によってプラズマに供給されるパルスエネルギーの密度が高くなる。

【0025】

[0031]図２Ａ、図２Ｂの画像は、プラズマ点火をもたらすパルスの動作パラメータを決定するための実験中に集めたものである。以下で、実験条件のいくつかの詳細について説明する。例えば、２ｋＨｚのパルス繰返数及び１ｎｓの持続時間パルスで、キセノンガスが充填されたバルブにおいて、１３５～２２５マイクロジュールのエネルギー範囲にわたって安定したプラズマ点火を実現することができる。パルス光は、１０６４ｎｍの波長を有していた。この実験構成の特定の例について、安定したＣＷプラズマを実現するための絶縁破壊光に対する閾値エネルギーは、１３５マイクロジュールであった。さらに、２１０マイクロジュールで、プラズマが点火され、最終的に安定することができるが、安定した動作より前にＣＷプラズマの点火及び消滅があってもよい。２２５マイクロジュールで点火を実現することも可能である。２４０マイクロジュールを越えると、一部の構成で、ＣＷプラズマは安定しなくなった。パルス光照明及びＣＷ光照明の相対位置が重要である。パルスレーザの光軸線に沿ってバルブとＣＷレーザとの位置合わせを調節することにより、点火を改善する、又は「止める」。ＣＷプラズマの点火後、ＣＷレーザ出力を、８～１０ワットまで下げ、それでもＣＷレーザプラズマを維持することができた。１５．５ワットを超えるＣＷレーザ出力の任意の値で、パルスからＣＷへの確実な移行が生じた。ＣＷレーザ出力の上限はなかった。当業者により理解されるように、ビーム品質が、所与のレーザ出力についてガスに供給されるエネルギーに影響を及ぼす。

【0026】

[0032]本教示の無電極点火の別の特徴は、ＣＷプラズマ点火を２ステッププロセスとして実施できるという認識である。第１のステップで、レーザパルスを印加することにより、キセノンガスが絶縁破壊する。第２のステップで、パルスプラズマから維持ＣＷプラズマへの移行又は「ハンドオフ」がある。次に、維持プラズマの発生開始後にパルスレーザ光の遮断が行われると、ハンドオフが成功する。例えば、ＣＷプラズマの「第１の光」の遮断を行うことによって、ハンドオフを実現することができる。後続のパルスがＣＷプラズマ光を破壊することがあるため、点火後の追加のパルスより前にパルス光を遮断することが重要である。許容できるパルスの数は、ＣＷプラズマ光の出力によって決まる。一部の実施形態において、パルス光は、点火パルス後の期間の次のパルスが消滅するように十分に短い時間遅延で消滅する。

【0027】

[0033]図３は、本教示による無電極レーザ駆動光源のプラズマを点火させる方法のステップのフロー図３００である。フロー図３００は、ガス充填バルブに含まれるプラズマ領域へのエネルギーの供給を制御して、高輝度光を発生させるステップを示し、プラズマが、従来技術の高輝度光源のように電極によって供給される電気エネルギーによってではなく、照明によって点火される。第１のステップ３０２で、連続ＣＷレーザ光を使用して、電磁エネルギーがバルブ内のガスに供給される。これを、ＣＷ維持光と呼ぶことができる。一部の実施形態において、ガスはキセノンガスである。第２のステップ３０４で、ポンプレーザ光をＱ－スイッチ結晶に供給することによって、レーザパルスが発生する。本教示の１つの特徴は、Ｑ－スイッチ結晶によって供給されるパルスを、結晶へのポンプ光の照射を制御することによって制御することができるという認識である。第３のステップ３０６で、レーザパルスはバルブ内のガスに供給され、ガスに絶縁破壊領域が形成される。第４のステップ３０８で、パルス光によって発生したイオン及び電子の適切な密度に達したときに、バルブに供給されたＣＷレーザ光が吸収される。第５のステップ３１０で、ＣＷレーザ光の吸収により、イオン及び電子に通電し、プラズマ領域で高輝度光を放射するＣＷプラズマを発生させる。すなわち、ＣＷ維持光によって供給された電磁エネルギーにより、バルブからＣＷプラズマ光が発生する。

【0028】

[0034]第６のステップ３１２で、バルブから放射された高輝度光の一部が、検出器で検出される。検出器は、受け取ったＣＷプラズマ光の一部に応答して、プラズマ検出信号を発生させる。この信号を、コントローラに供給することができる。第７のステップ３１４で、プラズマ検出信号が予め定められた閾値を超えると、ポンプレーザが停止される。ポンプの停止により、パルスが中断される。すなわち、パルス光は、Ｑ－スイッチ結晶から届くポンプ光の停止に応答して、消滅する。一部の実施形態において、コントローラは、レーザポンプを停止させる。第８のステップ３１６で、ＣＷプラズマは、ＣＷ維持光を使用して維持される。一部の実施形態において、ＣＷ連続光は、公称で、高パルス繰返数でパルスレーザ動作によって発生する連続光源であることに留意する。

【0029】

[0035]本教示の無電極点火を有するレーザ駆動高輝度源の様々な実施形態は、ガスに供給される光の異なるパラメータを使用する。例えば、Ｑ－スイッチレーザパルスの繰返数を制御することができる。ガスに供給されるパルス光のパルスエネルギーを制御することができる。Ｑ－スイッチレーザパルスの持続時間を制御することもできる。加えて、ＣＷレーザ光の出力も制御される。一部の実施形態において、パルスレーザ光のパルス繰返数は、１ｋＨｚ～２０ｋＨｚである。

【0030】

[0036]実験的及び／又は理論的評価は、例えば、パルスレーザ光のパルス繰返数が１ｋＨｚ以下であるようにＱ－スイッチレーザ結晶が構成されているときに、良質なＣＷプラズマを供給することができると判定した。パルスレーザ光のパルスエネルギーが５０マイクロジュール～５００マイクロジュールの範囲であるようにＱ－スイッチレーザ結晶が構成されているときに、連続波プラズマを発生させることができる。

【0031】

[0037]連続波プラズマは、特定の構成に応じた様々なパルスエネルギー、パルス持続時間、及びＣＷ出力条件で発生する。例えば、パルスレーザ光のパルスエネルギーが５００マイクロジュール～５ミリジュールの範囲であるようにＱ－スイッチレーザ結晶が構成されているときに、連続波プラズマが発生する。加えて、パルスレーザ光のパルス持続時間が０．１ｎｓ～１０ｎｓの範囲であるようにＱ－スイッチレーザ結晶が構成されているときに、連続波プラズマを発生させることができる。ＣＷ維持光の出力が５Ｗ～５０Ｗの範囲であるようにＣＷレーザ源が構成されているときに、連続波プラズマを発生させることもできる。ＣＷ維持光の出力が５Ｗ～１５００Ｗの範囲であるようにＣＷレーザ源が構成されているときに、連続波プラズマを発生させることもできる。上記の範囲は、動作範囲の単なる例であり、本教示を限定することを意図したものではない。

【0032】

[0038]本教示の１つの特徴は、ＣＷプラズマの検出を使用して、点火パルスレーザ光を制御できることである。一部の実施形態において、この制御は、プラズマの点火後のＣＷプラズマのパルスの消滅又は他の望ましくない影響を防ぐ。図４は、本教示による無電極レーザ駆動光源からのパルスレーザ照明、ポンプレーザ照明、及びプラズマ発光のそれぞれの一連のオシロスコープトレース４００を示す。一連のオシロスコープトレース４００は、本教示の無電極レーザ駆動光源の実施形態におけるレーザ動作及びプラズマ光発生のタイミングを示す。図４で、測定パルスレーザ照明トレース４０２、測定ポンプレーザ照明トレース４０４、及び測定プラズマ発光トレース４０６が、一連のオシロスコープトレース４００の時間の関数として示されている。トレース４０４に示すポンプ光の存在は、パルス光トレース４０２に見える２つのパルス４０８、４１０を発生させる。第２のパルス４１０後にプラズマ点火が始まり、トレース４０６に示す測定ＣＷプラズマ光を増加させる。

【0033】

[0039]これらのデータを生成するシステムで使用されるコントローラは、トレース４０６に示す検出ＣＷプラズマ光が閾値４１２に達したときに、ポンプを停止４１４させるように構成されている。Ｑ－スイッチ結晶からの消滅したパルスが、トレース４０２に示されている。図４の一連のオシロスコープトレース４００に示す条件の代わりに、又はこれに加えて、様々な制御構成が可能である。ポンプレーザの停止又はポンプレーザ光の消滅は、公称で、ＣＷプラズマ光の閾値に達した直後に生じるように構成されている。ポンプレーザの停止又はポンプレーザ光の消滅は、ＣＷプラズマ光の閾値に達した後の予め定められた遅延後に生じるように構成されていてもよい。本教示による様々な方法において、様々な閾値を使用して所望の性能を実現することができる。

【0034】

[0040]一部の実施形態において、検出信号は、プラズマ光の出力を表し、閾値は、動作電力に対するプラズマ光の出力の所望の割合であるように選択される。一部の実施形態において、所望の割合は公称で５０％である。他の実施形態において、所望の割合は公称で９０％である。さらに他の実施形態において、所望の割合は３０％～９５％である。

【0035】

[0041]予め定められた遅延を、パルスレーザ光のパルス期間との特定の関係を有するように選択することができる。これにより、パルスシーケンスのうちの次のパルスが発生する前にポンプが遮断されるようにすることができる。一部の実施形態において、パルスレーザ光のパルス間の期間は、時間遅延よりも長い。一部の実施形態において、コントローラは、時間遅延がパルスレーザ光の１つのパルス期間よりも短くなるように構成されている。Ｑ－スイッチ結晶及び／又はポンプ構成及び出力レベルを、パルス期間を制御するように調節できることを理解すべきである。

【0036】

[0042]本教示の１つの特徴は、異なる既知のＱ－スイッチ結晶を使用できることである。パルス光の波長は、バルブのガス種の絶縁破壊を生じさせるのに適切なものでなければならない。図５Ａは、本教示による、利得領域５０２及び飽和性吸収体領域５０４を含むＱ－スイッチ結晶５００の実施形態を示す。当業者により理解されるように、異なるホスト材料及びドーパントを使用して、適切な利得領域５０２及び飽和性吸収体領域５０４を設けることができる。例えば、結晶５００は、ガラスホスト、イットリウムアルミニウムガーネットホスト、又はスピネルホストであり得るホスト材料を有することができる。例えば、結晶５００は、イッテルビウムドーパント、クロムドーパント、コバルトドーパント、又はバナジウムドーパントであり得る、利得領域５０２及び飽和性吸収体領域５０４の一方又は両方のドーパントを有することができる。Ｑ－スイッチ結晶は、例えば、プラズマ光の少なくとも一部を反射し、及び／又はキセノンスペクトルの波長を遮るために使用可能な狭帯域フィルタを備えることもできる。一部の実施形態において、Ｑ－スイッチレーザ結晶は、一面にコーティングを有する。このコーティングは、例えば、保護コーティング、反射コーティング、及び／又は反射防止コーティングであってもよい。

【0037】

[0043]図５Ｂは、本教示による無電極レーザ駆動光源で使用するのに適した、曲面５５２を有するイットリウムアルミニウムガーネットベースの（ＹＡＧベースの）受動Ｑ－スイッチレーザロッド５５０の実施形態を示す。飽和性吸収体領域５５４は、イットリウムアルミニウムガーネットホストのクロムドーパントである。利得領域５５６は、イットリウムアルミニウムガーネットホストのイッテルビウムドーパントである。ドーパント及びホストは、パルス光の波長並びにパルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間の設定に寄与する。飽和性吸収体領域の長さ５５８（Ｌ２）、利得領域の長さ５６０（Ｌ１）、及び結晶の幅５６２（Ｗ）は、例えば、パルス繰返数、パルス持続時間、パルスエネルギーを含む所望の出力パルスパラメータを提供するように選択される。

【0038】

[0044]Ｑ－スイッチ結晶は、実証済みの技術である。例えば、Ｑ－スイッチ結晶は、既知の受動Ｑ－スイッチマイクロチップレーザで使用されている。１つの特定の例として、図５Ｂに関して説明した結晶５５０と同様の、飽和性吸収体領域の長さ５５８（Ｌ２）＝１．３６ｍｍ、利得領域の長さ５６０（Ｌ１）＝３ｍｍ、及び結晶の幅５６２（Ｗ）＝３ｍｍを有する結晶を使用するマイクロチップレーザは、７４マイクロジュールのエネルギーを有する１．６ｎｓのパルスを１４ｋＨの繰返数で供給し、９７０ｎｍの波長のポンプレーザで１０Ｗのポンプ出力から実現された。ポンプ出力の増加と共に、平均出力電力及び発生パルス繰返数を、ポンプ出力９．３Ｗについて、それぞれ１Ｗ及び１３．６ｋＨｚまで増加させることができる。目につく熱ロールオーバなく、最大出力電力に達することができる。平均パルス幅１．５８±０．０４ｎｓを実現することもできる。実際には、パルスエネルギー７３．８±０．７μＪ及びピーク出力値４６．０±０．８ｋＷをそれぞれ実現することができた。本教示の１つの特徴は、Ｑ－スイッチ結晶５００、５５０によって提供される、このような高可用性の小型で確実な光パルス源によって実現可能なパルス光パラメータを用いて、無電極点火を実現できることである。

【0039】

[0045]ポンプ効率及びパルス出力は、利得結晶５０２、５５６、ドーピング要素（例えばＹＢ又はＮｄ）、ドーピングのパーセンテージ、並びに直径及び長さを含む、結晶５００、５５０の様々な特性によって決まる。飽和性吸収体結晶５０４、５５２については、ドーピング要素（例えばＣｒ又はＶ）、ドーピングのパーセンテージ、初期吸収のパーセント、直径及び／又は長さである。一部の実施形態において、ポンプ波長及びパルス光波長の反射コーティング及び／又は透過コーティングが、結晶５００、５５０の１つ又は複数の端部に設けられている。例えば、Ｙｂ：ＹＡＧ－Ｃｒ：ＹＡＧ結合結晶は、９４０ｎｍについて高透過であり、１０３０ｎｍについて高反射であるコーティングを、Ｙｂ：ＹＡＧ端部に含むことができる。また、結晶は、Ｃｒ：ＹＡＧ端部に、１０３０ｎｍで部分的にのみ反射するコーティングを有することができる（すなわち出力カプラ）。多くのＱ－スイッチレーザが、入射するポンプレーザとは反対側の端部に飽和性吸収体及び出力カプラを持つポンプ構成を有しているが、無電極点火のためのパルスＱ－スイッチ結晶は、飽和性吸収体端部ではなくポンプ入力端部に出力カプラを有することができる。

【0040】

[0046]結晶５００、５５０の一部の実施形態は、Ｙｂ及びＣｒ ＹＡＧの周りに非ドープ端部を有することができ、これを非吸収ミラーと呼ぶことができる。このような構成は、熱的過負荷及びファセットの破損を避ける。利得領域５０２、５５６で、Ｎｄ：ＹＡＧの利得媒体は一般的なものであり、比較的コストが低い。Ｎｄ：ＹＡＧの利得領域５０２、５５６は、８０８ｎｍで励起され、１０６４ｎｍで発光する。Ｙｂ：ＹＡＧの利得領域５０２、５５６は、あまり一般的なものではなく、より高価である。この材料は、９４０ｎｍ又は９７０ｎｍの波長で励起され、１０３０ｎｍで発光する。このようなＹｂ：ＹＡＧ結晶は、最も一般的には、９４０ｎｍの励起に適応するようにコーティングされる。９４０ｎｍについてコーティングされた結晶は、９７０ｎｍではうまく機能することができない（例えば、９４０ｎｍのコーティングは、９７０ｎｍでは６０％しか透過しない）。加えて、９４０ｎｍの波長光は、一般に、９７０ｎｍの光よりも１０３０ｎｍからの分離が容易である。Ｙｂドープガラスを９７５ｎｍで励起することも可能である。このポンプ波長は、既知のレーザ駆動光源レーザ波長で使用されるものと同じである。

【0041】

[0047]本教示による無電極点火のためにパルス光を発生させるＱ－スイッチ結晶の設計のいくつかの重要な特徴には、例えば、レーザ波長の選択、コーティング、利得部分、飽和性吸収体部分の配置の順序、並びにポンプパルス入力及び出力の方向が含まれる。他の重要な特徴には、ポンプビームとプラズマビームとの結合／分離、及びＱ－スイッチ結晶によって発生するパルスからＣＷレーザを保護する必要性への対応が含まれる。図１Ａ、図１Ｂを再び参照すると、光源１００、１５０の異なる実施形態は、これらの設計選択に影響を及ぼすポンプレーザ１１６、１６２、Ｑ－スイッチ結晶１１２、１５８、及びＣＷレーザ１２２、１７０の位置について異なる構成を有する。加えて、パルスエネルギーが高いため、結晶の取付け及び関連する熱管理が、重要な考慮事項である。

【0042】

[0048]図６は、本教示による無電極レーザ駆動光源の実施形態で使用される準ＣＷ（ＱＣＷ）ポンプパルスのパルス長の関数としての、ガス絶縁破壊を生じさせるのに十分なレーザパルスを発生させるポンプレーザのパルスエネルギー及びポンプ電流閾値のグラフ６００である。すなわち、パルス長は、準ＣＷポンプ光信号を発生させるために使用される繰り返しのパルスの幅（例えば、方形波信号のパルスの幅）である。グラフ６００は、キセノンガスを含むバルブに関する測定値を表す。グラフ６００は、例示的な動作点を示し、動作がパルス持続時間の範囲にわたって行われ得ることを示す。閾値は、５００マイクロ秒のパルス長を超えている。本教示の光源の様々な実施形態が、この例示的なデータに示すものとは異なるパラメータで動作し得ることに留意されたい。特定の例としての、キセノンガスが充填された２２気圧の低温バルブのパルス点火及び移行ハンドオフの動作パラメータのいくつかの例は、以下の通りである。（１）ＣＷ移行ハンドオフを、９８０ｎｍの波長で１４Ｗという低さのＣＷレーザ出力で実現することができ、（２）ＣＷ移行ハンドオフを、９７２ｎｍという低さのＣＷレーザ光中心波長で実現することができ、（３）略瞬間的なＣＷ移行ハンドオフを、９７５ｎｍという低さのＣＷレーザ光中心波長で実現することができ、４）ＣＷ移行ハンドオフを、５０ワットという高さのＣＷレーザ出力で実現することができる。９８０ｎｍでのレーザスペクトルの内容がゼロになると、移行ハンドオフは、数秒から１分又は２分かかることがある。ＣＷレーザ出力が２０ワットであるとき、中心波長の変動は、順調な移行ハンドオフの９８０ｎｍの中心波長から１～２ｎｍ外れる。３０気圧の低温充填バルブを用いて、ＣＷレーザからの３０ワット及び９７６ｎｍの中心波長でＣＷ移行ハンドオフを実現することが可能である。一般に、点火は、低圧バルブよりも高圧バルブを用いた方が強くなる。例えば、３０ａｔｍ超の圧力のバルブは、一般に、約２２ａｔｍの圧力のバルブよりも強い点火を有する。

【0043】

[0049]図７は、本教示による無電極レーザ駆動光源の実施形態で使用される集束レンズアセンブリ７０４、７０６を有する裸バルブ７０２を含むバルブシステム７００を示す。プラズマ領域７０８が示されている。集束レンズアセンブリ７０４、７０６は、互いに９０度を向く平面に構成されている。一方のアセンブリ７０４は、パルス光をバルブ７０２のプラズマ領域７０８に向け、他方のアセンブリ７０６は、ＣＷ維持光をバルブ７０２のプラズマ領域７０８に向ける。本明細書で説明したように、プラズマ領域７０８のパルス照明及びＣＷ維持照明の形状は、同じであっても異なっていてもよい。プラズマ領域７０８のパルス照明及びＣＷ維持照明の位置は、重なっていても別個であってもよい。一部の実施形態において、バルブ７０２にキセノンガスが充填されている。一部の実施形態において、バルブ７０２は球形に形成されている。また、一部の実施形態において、ガスが充填されたバルブ７０２の圧力は、２０ａｔｍ～５０ａｔｍの圧力であり得る。

【0044】

［均等物］
[0050]出願人の教示を様々な実施形態と共に説明したが、出願人の教示は、このような実施形態に限定されることを意図したものではない。それどころか、出願人の教示は、当業者によって理解される様々な代替形態、修正、及び均等物を包含し、これは、本教示の趣旨及び範囲から逸脱することなく行うことができる。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】