用于稳定相对外部运行条件的光源制造技术

一种激光装置包括发射具有第一峰值波长的源光束的光源。非线性光学部件用于执行将所述源光束转换成具有第二峰值波长的输出光束的频率转换过程。稳定部件用于最小化构成所述第一峰值波长与所述非线性光学部件中的频率转换过程具有最大值的波长之间的差值的失配误差。所述稳定部件可以包括在所述光源和所述非线性光学部件之间的导热的壳体，以最小化所述光源和所述非线性光学部件之间的温差。所述激光装置可以包括聚焦光学部件，所述聚焦光学部件将所述源光束聚焦为具有大于输出最大输出功率的会聚半角的会聚半角，由此增加了失配误差的可接受范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于稳定相对外部运行条件的光源
本专利技术涉及一种使用来自示例性使用激光光源的光的频率转换的光源装置，以提供一种相对运行条件的变化具有大的可运行范围的深紫外光源装置。
技术介绍
有许多传统光学器件的例子，它们利用材料的非线性光学特性将第一频率的光转换成第二频率的光。常见的例子利用非线性光学特性来提供二次谐波产生(SHG)，由此将由激光光源(“泵浦”激光器)发射的具有第一频率的光转换为具有第一频率的两倍的第二频率的光。这个过程通常被称为倍频。倍频光是类激光，这意味着它具有许多类似于激光器发射的光的特性的特征，例如窄波长范围、高光束质量和强线性偏振。发射倍频光的光子器件通常也被称为激光器或倍频激光器。倍频通常用于为激光器提供发射波长，这些波长很难或不可能通过直接激光来实现。倍频的效率可以对包括倍频非线性光学材料的温度和输入光的波长的条件的变化敏感。这种灵敏度经常需要使用部件来主动稳定在环境温度或其他条件可能变化的情况下配置的倍频激光器中的一个或多个部件的温度。倍频激光器的一个重要类别用于提供远紫外(UV)光(即波长在约200nm和约300nm之间的光)的发射的那些激光器。对于紧凑、高性能和低成本的深紫外光源，特别是对于深紫外光激光器或类激光光源来说，需求量非常大。需求量很高，因为深紫外光可用于细菌和病毒的有效无化学消毒，并且由于深紫外光的特征荧光、吸收或散射而使化学或生物化合物的传感器成为可能。在深紫外波长处没有激光二极管。存在用于使用激光二极管发射的光的倍频来产生深紫外光的常规装置的示例。Nishimura等人[日本应用物理杂志(JapaneseJournalofAppliedPhysics)42p5079(2003)]描述了一种对波长为418nm的输入光束进行倍频的系统，其使用体积庞大且复杂的光学谐振器结构以产生209nm的输出波长。Tangtrongbenchasil等人[日本应用物理杂志(JapaneseJournalofAppliedPhysics)45p6315(2006)]描述了一种对波长为438nm的输入光束进行倍频的系统，其使用另一庞大且复杂设计的温度控制器直接施加到非线性光学部件(β-BaB2O4晶体)使所述部件保持在稳定的温度以产生219nm的波长。Tangtrongbenchasil等人[日本应用物理杂志(JapaneseJournalofAppliedPhysics)47，p2137(2008)]描述了一种对从激光二极管发射的波长为440nm的输入光束进行倍频的系统，其使用另一庞大且复杂设计，其中激光二极管的温度通过使用热电冷却器(TEC)保持稳定，但其输出的倍频光(波长220nm)具有非常低的光功率(约200nW)。Ruhnke等人[光学快报(OpticsLetters)40，p2127(2015)]描述了一种使用另一庞大、复杂的设计(包括确保非线性光学部件(β-BaB2O4晶体)的稳定温度在50℃的烘箱)对波长为445nm的输入光束进行倍频以产生222.5nm的波长输出的系统。在US8743922B2(Enescu等人，2014年6月3日公布)和US20150177593A1(Smeeton等人，2015年6月25日公布)中公开了使用激光二极管泵浦激光器能够发射深紫外光的倍频激光器的其他特征。引用文献专利文献专利文献1:US8743922B2专利文献1:US20150177593A1非专利文献非专利文献1:Nishimura等人[日本应用物理杂志(JapaneseJournalofAppliedPhysics)42p5079(2003)]非专利文献2:Tangtrongbenchasil等人[日本应用物理杂志(JapaneseJournalofAppliedPhysics)45p6315(2006)]非专利文献3:Tangtrongbenchasil等人[日本应用物理杂志(JapaneseJournalofAppliedPhysics)47，p2137(2008)]非专利文献4:Ruhnke等人[光学快报(OpticsLetters)40，p2127(2015)]
技术实现思路
本专利技术的一个方面是一种激光装置，包括：光源，用于发射具有第一峰值波长的源光束；非线性光学部件，用于执行将至少一部分所述源光束转换成具有不同于第一峰值波长的第二峰值波长的输出光束的频率转换过程；以及稳定部件，用于最小化构成所述源光束的所述第一峰值波长与所述非线性光学部件中的所述频率转换过程具有最大值的波长之间的差值的失配误差；其中所述稳定部件包括容纳所述光源和所述非线性光学部件的壳体。附图说明[图1]图1示出了根据本专利技术的一个方面的示例性的激光装置。[图2]图2(a)和图2(b)示出了随着激光光源和非线性光学部件的温度变化，Λpeak，ΛPM和α之间的关系，(a)根据本专利技术的一个方面和(b)不根据本专利技术的一个方面。[图3]图3示出了配置激光光源对α的影响，使得源光束的波长对外部运行条件的变化是稳定的。[图4]图4示出了激光光源、非线性光学部件和散热器相对于热阻之间的关系。[图5]图5(a)和图5(b)示出了第一比较例的激光光源和非线性光学部件的温度、激光光源的发射波长和非线性光学部件的相位匹配波长，以及波长失配误差，当(a)开启时波长失配误差为零，(b)稳态时波长失配误差为零。[图6]图6(a)和图6(b)示出了第二比较例的激光光源和非线性光学部件的温度、激光光源的发射波长和非线性光学部件的相位匹配波长，以及波长失配误差，当(a)开启时波长失配误差为零，(b)稳态时波长失配误差为零。[图7]图7(a)和图7(b)示出了第三比较例的激光光源和非线性光学部件的温度、激光光源的发射波长和非线性光学部件的相位匹配波长，以及波长失配误差，当(a)开启时波长失配误差为零，(b)稳态时波长失配误差为零。[图8]图8(a)和图8(b)示出了第四比较例的激光光源和非线性光学部件的温度、激光光源的发射波长和非线性光学部件的相位匹配波长，以及波长失配误差，当(a)开启时波长失配误差为零，(b)稳态时波长失配误差为零。[图9]图9(a)和图9(b)示出了第五比较例的激光光源和非线性光学部件的温度、激光光源的发射波长和非线性光学部件的相位匹配波长，以及波长失配误差，当(a)开启时波长失配误差为零，(b)稳态时波长失配误差为零。[图10]图10示出了根据本专利技术实施例的激光装置的输出光束的温度容限和功率与入射到非线性光学部件上的源光束的会聚半角的关系的实验数据。[图11]图11(a)和图11(b)示出了针对(a)具有大会聚半角的源光束和(b)具有小会聚半角的源光束的可用相位匹配方向的范围。[图12]图12示出了根据本专利技术实施例的激光装置的温度容限与入射到非线性光学部件上源光束的会聚半角的关系的实验数据，所述非线性光学部件针对具有用于发射宽谱线宽度的源光束的激光光源的装置和具有用于发射窄谱线宽度的源光束的激光光源的装置。[图13]图13示出了具有不同波长的源光束的输出光束的位置的实验测量值。[图14]图14(a)、图14(b)、图14(c)、图14(d)和图14(e)示出了在三种不同运行条件下非线性光学部件传播出的输出光束的示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光装置，包括：光源，用于发射具有第一峰值波长的源光束；非线性光学部件，用于执行将所述源光束的至少一部分转换为具有不同于第一峰值波长的第二峰值波长的输出光束的频率转换过程；以及稳定部件，用于最小化失配误差，所述失配误差构成所述源光束的所述第一峰值波长与所述非线性光学部件中的所述频率转换过程具有最大值的波长之间的差值；其特征在于，所述稳定部件包括容纳所述光源和所述非线性光学部件的壳体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.18 US 14/9741841.一种激光装置，包括：光源，用于发射具有第一峰值波长的源光束；非线性光学部件，用于执行将所述源光束的至少一部分转换为具有不同于第一峰值波长的第二峰值波长的输出光束的频率转换过程；以及稳定部件，用于最小化失配误差，所述失配误差构成所述源光束的所述第一峰值波长与所述非线性光学部件中的所述频率转换过程具有最大值的波长之间的差值；其特征在于，所述稳定部件包括容纳所述光源和所述非线性光学部件的壳体。2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述壳体在所述光源和所述非线性光学部件之间为导热的以最小化所述光源和所述非线性光学部件之间的温差。3.根据权利要求2所述的激光装置，其特征在于，所述光源在所述壳体上的附着点和所述非线性光学部件在所述壳体上的附着点之间的距离小于200mm。4.根据权利要求2至3中任一项所述的激光装置，其特征在于，所述激光光源与所述非线性光学部件之间的所述壳体的材料的导热率至少为10W.m-1.K-1。5.根据权利要求2至4中任一项所述的激光装置，其特征在于，所述激光光源与所述非线性光学部件之间的所述壳体的热容量小于500J.K-1。6.根据权利要求2至5中任一项所述的激光装置，其特征在于，所述非线性光学部件的热容量小于0.1J.K-1。7.根据权利要求2至6中任一项所述的激光装置，其特征在于，还包括位于所述壳体内的散热器。8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光装置，其特征在于，所述输出光束包括具有所述源光束的所述第一峰值波长的残余光束；所述激光装置还包括光学部件，用于引导所述残余光束作为加热所述非线性光学部件的热源，作为最小化所述失配误差的一部分。9.根据权利要求8所述的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：威尔南·卡尔·彼得，爱德华·安德鲁·伯尔德曼，斯米顿·蒂姆·米迦勒，瓦莱里·贝里曼博斯奎特，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP