(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の開口部（１）を通過する入力光を受光するように、かつ、前記入力光を光路に沿って方向付けるように動作可能である第１の反射器（４１０）であって、前記入力光が第１の偏光状態によって特徴付けられる、第１の反射器と、
前記光路に沿って配置された第１の偏光板（４２０）であって、前記第１の偏光状態によって特徴付けられる光を反射するように動作可能である第１の偏光板と、
前記光路に沿って配置された第１の組のシングルパス増幅器モジュール（４６０及び４６１）であって、前記第１の組のシングルパス増幅器モジュールのそれぞれが、
入射口ウィンドウ、
４分の１波長板（３１８又は３３２）、
互いに略平行に配列された複数の増幅器スラブレット（３１６又は３３０）、および、
出射口ウィンドウ
を備える第１の組のシングルパス増幅器モジュールと、
前記光路に沿って配置された第２の組のシングルパス増幅器モジュール（４６２及び４６３）であって、前記第２の組のシングルパス増幅器モジュールのそれぞれが、
入射口ウィンドウ、
４分の１波長板（３４０又は３５０）、
互いに略平行に配列された複数の増幅器スラブレット、および、
出射口ウィンドウ
を備える第２の組のシングルパス増幅器モジュールと、
前記第１の組のシングルパス増幅器モジュールから出射して、前記第２の組のシングルパス増幅器モジュールに入射する光を反射するように動作可能である一組のミラー（３３６ａ及び３３６ｂ）と、
前記光路に沿って配置された第２の偏光板（３６０又は４２２）であって、前記第１の偏光状態によって特徴付けられる光を反射するように動作可能である第２の偏光板と、
前記光路に沿って配置された第２の反射器（３６２又は４１２）であって、第２の開口部（４）を通過するように光を方向付けるよう動作可能である第２の反射器と
を具備し、
前記第１の開口部（１）を通過した前記入力光が、以下の順で、
前記第１の反射器（４１０）に反射し、
前記第１の偏光板（４２０）に反射し、
前記第１の組のシングルパス増幅器モジュール（４６０及び４６１）を通過し、
前記一組のミラー（３３６ａ及び３３６ｂ）により反射され、
前記第２の組のシングルパス増幅器モジュール（４６２及び４６３）を通過し、
前記第２の偏光板（３６０又は４２２）に反射し、
前記第２の反射器（３６２又は４１２）に反射する、
ように、前記第１の反射器、前記第１の偏光板、前記第１の組のシングルパス増幅器モジュール、前記一組のミラー、前記第２の組のシングルパス増幅器モジュール、前記第２の偏光板及び前記第２の反射器が、前記光路上に配置されている、主増幅器システム。
【請求項２】
少なくとも１つの位相誤差または偏光誤差を軽減するよう動作可能である補償器板をさらに備える、請求項１に記載の主増幅器システム。
【請求項３】
前記光路が、前記第１の開口部から前記第２の開口部まで延びている、請求項１に記載の主増幅器システム。
【請求項４】
前記主増幅器システムの前記第１及び第２の開口部と光学的に結合された一のパワー増幅器をさらに備える、請求項１に記載の主増幅器システム。
【請求項５】
前記第１の組及び第２の組に含まれるシングルパス増幅器モジュールの数が、合計４つである、請求項１に記載の主増幅器システム。
【請求項６】
前記複数の増幅器スラブレットが、ガス流によって冷却される、請求項１に記載の主増幅器システム。
【請求項７】
前記ガスがヘリウムを含む、請求項６に記載の主増幅器システム。
【請求項８】
前記第１の偏光状態がＳ偏光を示す、請求項１に記載の主増幅器システム。
【請求項９】
前記一組のミラーのミラー間に配置されるスイッチをさらに備える、請求項１に記載の主増幅器システム。
【請求項１０】
入力パルスを増幅する方法であって、
第１の開口部（１）を介して、増幅器システムのビームラインに沿って第１の偏光状態を有する入力パルスを受け入れるステップと、
入力ミラー（４１０）に前記入力パルスを反射させるステップと、
前記入力パルスが、前記第１の偏光状態を有していることの結果として、第１の偏光板（４２０）に前記入力パルスを反射させるステップと、
第１の４分の１波長板（３１８）において、前記第１の偏光状態を第１の中間偏光状態に変換するステップと、
第１の組のシングルパス増幅器モジュール（４６０及び４６１）に含まれる第１の複数の増幅器スラブレット（３１６及び３３０）において、前記入力パルスを増幅して、前記第１の中間偏光状態を有する増幅されたパルスを供給するステップと、
第２の４分の１波長板（３３２）において、前記第１の中間偏光状態を有する前記増幅されたパルスを、第２の偏光状態を有する増幅されたパルスに変換するステップと、
前記増幅されたパルスが、前記第２の偏光状態を有していることの結果として、前記増幅されたパルスに第２の偏光板（３３４）を通過させるステップと、
前記増幅されたパルスが、前記第２の偏光状態を有していることの結果として、前記増幅されたパルスに第３の偏光板（３３８）を通過させるステップと、
第３の４分の１波長板（３４０）において、前記第２の偏光状態を第２の中間偏光状態に変換するステップと、
第２の組のシングルパス増幅器モジュール（４６２及び４６３）に含まれる第２の複数の増幅器スラブレットにおいて、前記増幅されたパルスを増幅して、前記第２の中間偏光状態を有する出力パルスを供給するステップと、
第４の４分の１波長板（３５０）において、前記第２の中間偏光状態を前記第１の偏光状態に変換するステップと、
前記出力パルスが、前記第１の偏光状態を有していることの結果として、第４の偏光板（３６０又は４２２）に前記出力パルスを反射させるステップと、
出力ミラー（３６２又は４１２）に前記増幅されたパルスを反射させるステップと、
前記増幅器システムの前記ビームラインに沿って、前記第１の偏光状態を有する前記出力パルスを、第２の開口部（４）を通過するように方向付けるステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記第１の偏光状態がＳ偏光を示し、前記第２の偏光状態がＰ偏光を示す、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の中間偏光状態が、第１の掌性を有する円偏光を示し、前記第２の中間偏光状態が、前記第１の掌性と反対の第２の掌性を有する円偏光を示す、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の偏光状態を前記第１の中間偏光状態に変換する前記ステップが、前記入力パルスに４分の１波長板を通過させることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
略垂直の入射角で前記第１の複数の増幅器スラブレット及び前記第２の複数の増幅器スラブレットが配置されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記増幅器システムの前記ビームラインが、第１の開口部から前記第１の開口部と異なる第２の開口部まで伸びている光路を含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本願は、２０１０年３月２６日に提出された、「高出力レーザシステムのための多重パス増幅器アーキテクチャ」という名称の米国特許仮出願第６１／３１８，１３６号明細書の優先権を主張するものであり、また、その開示の全体は、あらゆる意味で、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
[連邦により支援された研究開発の下でなされた発明の権利に関する宣言]
[0002］米国政府は、米国エネルギー省とＬａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ＬＬＣとの間の、Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙの運営に関する契約番号ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４号に基づいて、本発明に関する権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]エネルギー情報局および進行中の気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）のシナリオによる予測では、世界の電力需要は、現在の約２テラワットの電力（ＴＷｅ）レベルから、２０３０年までに４ＴＷｅと２倍になり、２１００年までに８〜１０ＴＷｅに達すると予測されている。さらに、これらは、向こう３０〜５０年間に、電力生産需要の大部分が、化石燃料、典型的には石炭および天然ガスによって供給されると予測している。今日、石炭は、世界の電気エネルギーの４１％を供給しており、２０３０年までに４５％を供給すると予測されている。さらに、ＩＰＣＣからの最近の報告は、人為的な原因による大気へのＣＯ２排出が、地球の気候の９０％に重大な影響を与えている可能性について記載している。「普段の生活」を基準としたシナリオは、Ｃ０２排出が、２０５０年までに現在のレベルのほぼ２．５倍になると示している。かつてないほどに、新しい技術および代替エネルギー源が、先進諸国および開発途上国の双方において増加するエネルギー需要を満たすために、必要不可欠となっており、これと同時に、大気中のＣ０２の濃度を安定させて削減する努力、および、付随する気候変動を緩和する努力が必要不可欠となっている。
【０００４】
[0004]核エネルギー（非炭素排出エネルギー源）が、１９５０年代以来、世界のエネルギー生産の重要な要素となってきた。そして、現在、核エネルギーは、世界の電力生産の約１６％の割合を占めているが、その割合は、原理的には増加させることができる。しかしながら、複数の要因が、その長期的な持続可能性を難しくしている。これらの懸念として、核物質の拡散のリスクおよび核燃料サイクルに由来する技術の拡散のリスクと、地中深くに処分場を必要とする長寿命の放射性核廃棄物の発生と、ワンススルーオープン核燃料サイクルへの現在の依存と、低コストかつ炭素排出量の少ないウラン鉱の入手可能性とが挙げられる。米国だけで、原子炉は、すでに５５，０００メートルトン（ＭＴ）を上回る使用済み核燃料（ＳＮＦ）を所持している。近い将来、Ｙｕｃｃａ  Ｍｏｕｎｔａｉｎ放射性廃棄物処分場の法定制限である７０，０００ＭＴを満たすのに十分な使用済み核燃料を所持することになる。
【０００５】
[0005]核融合は、将来の発電に対する魅力的なエネルギーの選択肢である。現在開発中の核融合動力プラントには、２つの主なアプローチがある。第１のアプローチである慣性核融合（ＩＣＦ）では、レーザ、重イオンビーム、またはパルスパワーを用いて、重水素（Ｄ）および三重水素（Ｔ）の混合物を含むカプセルを急激に圧縮する。カプセルの半径が減少し、ＤＴガスの密度および温度が増加するにつれて、ＤＴ核融合反応が、圧縮されたカプセルの中心にある小さなスポットにおいて開始される。これらＤＴ核融合反応は、アルファ粒子および１４．１ＭｅＶ中性子の双方を発生させる。核融合燃焼の先頭が、スポットから伝播し、かなりのエネルギー利得を生み出す。第２のアプローチ、すなわち、磁気核融合エネルギー（ＭＦＥ）では、強力な磁場を利用して、ＤＴプラズマを閉じ込め、燃焼プラズマを維持すために必要とされる条件を作り出し、エネルギー利得を生み出す。
【０００６】
[0006]ＩＣＦにとって重要な技術は、主に、Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａにある、本発明の譲受人であるローレンスリバモア国立研究所（ＬＬＮＬ）の国立点火施設（（ＮＩＦ）で開発されている。そこでは、熱核融合の点火および燃焼を達成するために設計されたレーザベースＩＣＦプロジェクトによって、１〜１．３ＭＪのレーザエネルギーが利用されている。１０〜２０ＭＪのオーダの核融合収量が予測されている。核融合技術を、それ自体で、費用効率の高い発電に利用することができる場合には、２００ＭＪを超える核融合収量が、中心ホットスポット融合幾何構造に必要とされることが予測されている。したがって、純粋ＩＣＦエネルギーを原動力とする経済を実現するまでには、かなりの技術的課題が残されている。
【０００７】
[0007]ＩＣＦ用途に加えて、材料の加工、穿孔、切断、溶接、および軍事的用途などに関する高平均パワーレーザの分野には、幅広い関心が寄せられている。高平均パワーであることを実証されたレーザの多くは、連続波（ｃｗ）モードで機能するものであるが、同様に高平均パワーを生み出すことができる繰返しパルスレーザにも関心が寄せられている。
【発明の概要】
【０００８】
[0008]本発明は、レーザシステムに関する。より具体的には、本発明は、三次元の増幅器幾何構造を用いて高出力レーザビームを生成するための方法およびシステムに関する。たんなる例として、本発明は、所定の光路に沿って多数の増幅器段を通過するようにビームを方向付けるために、増幅されているビームの偏光状態を利用する増幅器アセンブリに適用されている。特定の実施形態では、本明細書に記載されている三次元の増幅器幾何構造によって、最終の増幅されたビームのパワーレベル未満のパワーレベルで動作する電気光学スイッチを用いて実行される、寄生モードの抑制が可能となる。本方法および本システムは、様々な種類の他のレーザ増幅器アーキテクチャおよびレーザシステムに適用することができる。
【０００９】
[0009]本発明の実施形態により、主増幅器システムが提案される。主増幅器システムは、第１の開口部を通過する入力光を受光するように、かつ、光路に沿って入力光を方向付けるように動作可能である第１の反射器を含む。入力光は、第１の偏光によって特徴付けられている。主増幅器システムは、光路に沿って配置された第１の偏光板をさらに含む。第１の偏光板は、第１の偏光状態によって特徴付けられている光を反射するために使用することができる。主増幅器システムは、光路に沿って配置された第１の組の増幅器モジュールと、光路に沿って配置された第２の組の増幅器モジュールとをさらに含む。第１の組の増幅器モジュールのそれぞれは、入射口ウィンドウと、４分の１波長板と、互いに略平行に配列された複数の増幅器スラブレットと、出射口ウィンドウとを含む。第２の組の増幅器モジュールのそれぞれは、入射口ウィンドウと、４分の１波長板と、互いに略平行に配列された複数の増幅器スラブレットと、出射口ウィンドウとを含む。主増幅器システムは、第１の組の増幅器モジュールから出射して、第２の組の増幅器モジュールに入射する光を反射するように動作可能である一組のミラーと、光路に沿って配置された第２の偏光板とを追加的に含む。第２の偏光板は、第２の偏光状態によって特徴付けられている光を反射するために使用することができる。主増幅器システムは、光路に沿って配置され、かつ、第２の開口部を通過するよう光を方向付けるように動作可能である第２の反射器をさらに含む。
【００１０】
[0010］本発明の別の実施形態によれば、入力パルスを増幅する方法が提案される。本方法は、第１の開口部を介して、増幅器システムのビームラインに沿って第１の偏光状態を有する入力パルスを受け入れるステップと、入力ミラーに入力パルスを反射させるステップと、入力パルスが第１の偏光状態を有していることの結果として、第１の偏光板に入力パルスを反射させるステップとを含む。本方法は、第１の偏光状態を第１の中間偏光状態に変換するステップと、入力パルスを増幅して、第１の中間偏光状態を有する増幅されたパルスを供給するステップと、第１の中間偏光状態を有する増幅されたパルスを、第２の偏光状態を有する増幅されたパルスに変換するステップとをさらに含む。本方法は、増幅されたパルスが、第２の偏光状態を有していることの結果として、増幅されたパルスに第１の偏光板を通過させるステップと、増幅されたパルスが、第２の偏光状態を有していることの結果として、増幅されたパルスに第２の偏光板を通過させるステップとをさらに含む。本方法は、第２の偏光状態を第２の中間偏光状態に変換するステップと、増幅されたパルスを増幅して、第２の中間偏光状態を有する出力パルスを供給するステップと、第２の中間偏光状態を第１の偏光状態に変換するステップとを追加的に含む。さらに、本方法は、出力パルスが、第１の偏光状態を有していることの結果として、第２の偏光板に出力パルスを反射させるステップと、出力ミラーに増幅されたパルスを反射させるステップと、増幅器システムのビームラインに沿って、第１の偏光状態を有する出力パルスを、第２の開口部を通過するように方向付けるステップとを含む。
【００１１】
[0011]本発明の実施形態では、新しい繰り返し可能なレーザシステムアーキテクチャを提案するために、４つで１セットをベースにしたアーキテクチャを用いてレーザからの４回の通過エネルギー抽出の効率を合わせている。本明細書に記載された設計によって、レーザ抽出効率を維持し、かつレーザシステムの小型性を向上させながらも、高エネルギーレーザシステムにおける個々のビームラインが、数キロジュール／秒の多くのパルスにスケール変換されるため、高平均パワー光学スイッチの必要性が軽減または除去される。
【００１２】
[0012］多くの利益が、従来技術に優る本発明によって得られる。例えば、本発明の実施形態は、純粋核融合ＬＩＦＥエンジンを含むレーザ慣性融合エンジン（ＬＩＦＥ）用途、パルス平均パワーレーザの他の使用者、および超短レーザパルスを生成するために様々なレーザ媒質を励起することに有用なレーザシステムを提案する。さらに、本発明の実施形態は、蓄積エネルギー、従来の設計を用いて得られなかった性能特性を有する動作の高平均パワーモードで動作するレーザシステムのためのアーキテクチャを提案する。本発明の実施形態は、大開口光学スイッチを必要とせずに、４つで１セットのビームの四重パス増幅を可能とする。さらに、本発明の実施形態は、増幅器スラブ（例えば、スラブレット）、ウィンドウ、および／または４分の１波長板間の空間を利用する、加圧ガス冷却の使用を可能とする。特定の実施形態では、冷却流れ率は、ウィンドウ、スラブ、および４分の１波長板上の様々な種類の反射防止膜であって、ゾルゲル、硬化ゾルゲル、またはアンモニア−硬化ゾルゲル膜を含む反射防止膜が使用できる程度の適切な低さになっている。
【００１３】
[0013]さらに、本発明の実施形態は、増幅器スラブレットを一纏めに密接にパックすることを可能とすることによって、レーザ増幅器全体の長さを短くすることができる増幅器システムを提案する。密接にパックされた増幅器スラブレット構成を利用する実施形態では、レーザスラブレットは、スラブレットのエッジを利用して励起されてもよい。エッジ励起構成によって得られる利益は、レーザビームの出力プロファイルが、レーザ増幅器スラブレットの勾配ドーピングを使用して最適化され得ることである。さらに、本発明の実施形態は、直線偏光を用いて生成されたものと比べて、円偏光の使用によって２／３の係数だけ減少される、レーザ増幅器スラブレットの非線形指数によって特徴付けられる。さらに、増幅媒質の全体の長さと比べて短い距離内に光学部品を凝縮することによって、ＢＴ−利得スペクトルをより大きい角度にシフトさせることができ、これにより、寄生モードのより容易な除去が可能となる。さらに、本発明の実施形態は、追加のキャビティー望遠鏡を必要としない像転送を可能とし、角度識別反射器（Ｒｕｇａｔｅなど）は、高角度寄生レーザモードを除去するために使用することができる。本明細書に記載されたレーザアーキテクチャは、複屈折、位相欠陥、および振幅誤差を軽減するための、特定用途に適した補正板、適応光学器、および空間ビーム成形器の使用に適応する。さらに、本発明の実施形態の小型特性は、ＬＩＦＥ慣性融合エネルギー（ＩＦＥ）発電所に相応のサイズのレーザモジュールのアセンブリを可能にすることができる。多くの利点および特徴を有する、本発明のこれらの実施形態および他の実施形態は、以下の本文および添付図面と関連してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＮＩＦビームラインの単純化された概略図である。
【図２】ＮＩＦビームラインの単純化された展開図である。
【図３】本発明の実施形態に係る多重パス増幅器の単純化された展開図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る多重パス増幅器の三次元図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係る多重パス増幅器を通過する光線軌跡経路を示している三次元斜視図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態に係る多重パス増幅器を第１の方向から見た三次元斜視図である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態に係る多重パス増幅器を第２の方向から見た三次元斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る多重パス増幅器の上半分を示している単純化された概略図である。
【図６】本発明の実施形態に係る偏光スイッチを含む多重パス増幅器の上半分を示している単純化された概略図である。
【図７】本発明の実施形態に係るポンプ光注入システムを含む多重パス増幅器の側面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る、増幅器スラブレットをギャップ励起する方法を示している斜視図である。
【図９】本発明の実施形態に係る、二重パス増幅器アーキテクチャを示している単純化された概略図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る、一組の二重パス増幅器アーキテクチャの統合体を示している単純化された概略図である。
【図１１】低パワーＰＥＰＣを有する、単一開口部の四重パス設計を示している単純化された概略図である。
【図１２】図１１に示されているシステムを展開した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[0029]本発明の実施形態は、レーザシステムに関する。より具体的には、本発明は、三次元の増幅器幾何構造を用いて高出力レーザビームを増幅するための方法およびシステムに関する。たんなる例として、本発明は、所定の光路に沿って多数の増幅器段を通過するようにビームを方向付けるために、増幅されているビームの偏光状態を利用する増幅器アセンブリに適用されている。特定の実施形態では、本明細書に記載された三次元の増幅器幾何構造によって、最終の増幅されたビームのパワーレベルを下回るパワーレベルで動作する電気光学スイッチを用いて、寄生モードの抑制を実行することが可能となる。上記の方法およびシステムは、様々な種類の他のレーザ増幅器アーキテクチャおよびレーザシステムに適用することができる。
【００１６】
[0030］図１は、ＮＩＦビームラインの単純化された概略図である。図１に示されているように、前置増幅器と光学的に結合されたマスタ発振器およびファイバからの光は、搬送空間フィルタ（ＴＳＦ）のビームラインに注入される。最初、光は、パワー増幅器を伝搬し、ＬＭ３に反射する。次に、光は、偏光板に反射し、主増幅器の４回の通過の内の最初の通過を開始する。最初、偏光スイッチは、主増幅器に向かって伝搬する光を通過させる状態にある。主増幅器の１回目の通過および可変ミラー（ＬＭ１）での反射の後、光は、主増幅器の２回目の通過を行う。光が、偏光スイッチに戻ってくるときには、偏光スイッチは、光が偏光板に対して調整されるように光の偏光を変化させ、これにより、光は偏光板を通過して、ＬＭ２に反射するようになる。次に、光は、主増幅器をさらに２回通過し、偏光スイッチによって再び偏光状態を変更されて、パワー増幅器の２回目の通過を行うために偏光板およびＬＭ３に反射する。このように、ＮＩＦアーキテクチャでは、パワー増幅器の２回の通過および主増幅器の４回の通過が利用されている。
【００１７】
[0031]図２は、ＮＩＦビームラインの単純化された展開図である。展開図の分析は、増幅されたパルスが、主増幅器の４回の通過のそれぞれにおいて同じ光学部品を伝わることを示している。
【００１８】
[0032]図１に示されているアーキテクチャの繰返し率が、数ヘルツの繰返し率まで増加された場合、偏光スイッチを積極的に冷却する必要が生じる可能性がある。一実施態様では、偏光スイッチは、プラズマ電極ポッケルスセル（ＰＥＰＣ）である。主増幅器の４回の通過およびパワー増幅器の２回の通過の後の、ＴＳＦの焦点における光度が、１０１８Ｗ／ｃｍ２のオーダであることに留意すべきである。数ヘルツにおけるこれらのパワーレベルおよび動作では、空間フィルタに使用されているピンホールが、融解またはアブレーションし始める。このプロセスは、１０８Ｗ／ｃｍ２の低さの光度で発生する可能性がある。したがって、融解、凝固、アブレーション、侵食、および蒸気生成などは、図１に示されているアーキテクチャの高速繰返し動作の間に生じる問題点である。
【００１９】
[0033］その内容の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２００８年９月３０日に提出された同一出願人による国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１１３３５号明細書に述べられているように、ＬＩＦＥシステムによっては、複数のスラブレットの各対の間の冷却チャネルを可能とするために、短い距離だけ互いに離間された複数のスラブレットを有するブースタ増幅器が利用されている。これらの設計では、単一のスラブよりも、複数のスラブレットが使用される。なぜならば、複数のスラブレットの方が、冷却がより容易であり、また、必要な場合に交換がより容易だからである。適切な温度を維持するために、複数のスラブレットは、ウィンドウの間に囲まれており、ヘリウムが、複数のスラブレット間に、例えば複数のスラブレットの表面に対して垂直の方向に送り込まれる。複数のスラブレットの使用によって、仕上げられるべき表面の数が増加し、その結果、利得媒質の表面積が増加する。表面欠陥は、光が表面欠陥を繰り返し伝搬するにつれて、追加されるため、本発明者らは、光が利得媒質の同じ部分を１回より多く通過することを回避することが好ましいと判断した。
【００２０】
[0034]図３は、本発明の実施形態に係る多重パス増幅器３００の単純化された展開図である。図３に示されているように、マスタ発振器３１０および前置増幅器３１２からの光は、Ｓ偏光状態でパワー増幅器３１４に注入される。Ｓ偏光（水平偏光とも呼ばれる）を用いる、第１のビームラインの注入は、多重パス増幅器３００と併せて利用することのできるＴＳＦのピンホール平面の少し手前で行われてもよい。光は、スラブレット３１６を含む第１の増幅器モジュールに入射し、Ｓ偏光された光を円偏光された光に変換する４分の１波長板（ＱＷＰ）３１８を通過する。円偏光された光は、ブリュースタ角のスラブを使用する設計と対照的に、該光が垂直入射するように配置されたスラブレット３１６を通過する。スラブレット３１６は、先に述べたようなヘリウムまたは他の適当な冷却ガスを用いてスラブレット３１６を冷却することを可能とするために、ウィンドウ３２０ａおよび３２０ｂ間に配置されている。ビームラインが垂直入射における利得を得る増幅器／利得スラブレット（増幅器スラブ、利得スラブ、またはスラブレットとも呼ばれる）を通過することは、元の値から２／３の係数だけ非線形指数を減少させ、これにより、ΔΒが減少するという利益をもたらす。このように、本発明の実施形態では、光が垂直入射で増幅器スラブレットに入射するために、「垂直増幅器」と呼ぶことのできる増幅器モジュールが利用される。以下でより完全に述べられるように、垂直増幅器（増幅器モジュールとも呼ばれる）は、複数の増幅器スラブレット３１６、４分の１波長板３１８、および随意のウィンドウ３２０ａ／ｂを含んでいる。なお、これらはすべて、これらを伝搬するビームが垂直入射するように、該ビームに対して名目的に配置されている。特定の実施態様によっては、各増幅器モジュール内のスラブレットの数は、約１０枚のスラブレット〜約１００枚のスラブレットの範囲とすることができる。特定の実施形態では、５０〜６０枚のスラブレットが利用される。
【００２１】
[0035]第１の増幅器モジュールを通過した後、ビームは、例えば一組の反射器３２５ａおよび３２６ｂを用いて、第２の増幅器モジュールに向けて反射される。なお、反射器３２５ａおよび３２６ｂは、誘電体反射ミラーまたは角度識別反射器であってもよい。第２の増幅器モジュールおよびこれ以降の増幅器モジュールは、第１の増幅器モジュールと共通の部材を共有している。同一部材については、明瞭かつ簡潔にするために、以下の説明において述べられる場合もあるし、述べられない場合もある。図示された実施形態では、増幅器モジュールは、一組のウィンドウ（以下で説明されるような他の増幅器モジュールと共通に共有されていてもよい）と、ＱＷＰと、一組の増幅器スラブレットとを含んでいる。増幅器モジュールは、特定の用途に適した他の部材を含んでいてもよい。当業者であれば、多くの変更例、修正例、および代替例について認めるであろう。
【００２２】
[0036]第２の増幅器モジュール内のスラブレット３３０の増幅通過が行われた後、ＱＷＰ３３２は、図３に示されているように、光をＰ偏光（垂直偏光とも呼ばれている）に変換する。次に、光は、Ｐ偏光状態を通過させるように調整された偏光板３３４を通過し、以下に述べるような一組のミラー３３６ａおよび３３６ｂによって反射される。この一組のミラーは、誘電体反射ミラー、または角度識別反射器などであってもよい。光（Ｐ偏光状態の）は、別の偏光板３３８を通過し、第３の増幅器モジュールの入射口まで伝搬する。
【００２３】
[0037]スラブレット３１６を含む第１の増幅器モジュールと同様に、ＱＷＰが、光をＰ偏光状態から円偏光に変換するために、第３の増幅器モジュールの入射口に配置されている。第３の増幅器モジュール内の増幅器スラブレットの増幅通過の間に、光は、図３に示されているように、円偏光される。別の一組のミラー３４２ａおよび３４２ｂ（誘電体反射ミラーまたは角度識別反射器などであってもよい）が、第３の増幅器モジュールと第４の増幅器モジュールとの間の光路を形成するために利用されている。光は、第４の増幅器モジュール内のＱＷＰ３５０によって、再びＳ偏光に変換され、４回目の増幅通過の後、Ｓ偏光状態で出射する。Ｓ偏光された光は、偏光板３６０およびミラー３６２に反射する。この際、該光は、ＰＡ３７０に向けられる。なお、ＰＡ３７０は、ブリュースタ角に配置された一組の増幅器スラブ（または、スラブレット）を含んでいてもよい。複数のスラブレットを使用することによって、スラブ毎に一組のウィンドウが使用されるのではなく、各増幅器モジュールに対して単一組のウィンドウのみが使用される。実施形態によっては、多数の増幅器モジュールは、ウィンドウの数を減らすことのできる単一の冷却筐体に組み入れられてもよい。実施形態によっては、パワー増幅器３１４およびパワー増幅器３７０は、最初に増幅された光を第１の増幅器モジュールに供給し、第４の増幅器モジュールからの増幅された光を受光するように動作可能な同一のパワー増幅器である。図３に示されている実施形態では、主増幅器（ＭＡ）増幅器部は、先に述べた４つの増幅器モジュールを含んでいる。
【００２４】
[0038]以下でより完全に説明されるように、追加のビームラインが、増幅器システムに注入されてもよい（例えば、第４のビームラインが、図３の下のＴＳＦに注入されて、図３に示されている第１のビームラインに対して小さな角度で反対方向に伝搬する）ことが留意されるべきである。
【００２５】
[0039］図３を参照すると、複数の随意の部材が示されている。随意の複屈折補償器は、増幅されたビーム内に折り重なった複屈折を補償するために、第１の増幅器モジュールと第２の増幅器モジュールとの間、および、第３の増幅器モジュールと第４の増幅器モジュールとの間に配置することができる。複屈折補償器は、双方とも随意である。さらに、第２の増幅器モジュールと第３の増幅器モジュールとの間に「低パワー」スイッチを介挿することが可能である。「低パワー」という用語は、第４の増幅器モジュールを通過した後のビームの強度との比較において用いられている。この随意のスイッチは、第２の増幅器モジュールの後に利用されてもよいため、パワーは、第４の増幅器モジュールの後のパワーを大幅に下回っている。このため、第４の増幅器モジュールの増幅通過に関連したパワーよりも低いパワーでの使用に適したスイッチの使用が可能である。
【００２６】
[0040］図４Ａは、本発明の実施形態に従って示された多重パス増幅器システム４００の三次元図である。図４Ａに示されているアーキテクチャは、図３に示されている展開されたアーキテクチャに関している。以下で説明するように、図４Ａに示されている増幅器システムは、増幅されたビームが部品を共有する、「４つで１セット」の４つの垂直入射増幅器モジュール４６０、４６１、４６２、およびもう１つ（図示せず）を有している。図４Ａに示されている多重パス増幅器は、図３に示されているマスタ発振器３１０、前置増幅器３１２、またはパワー増幅器３１４／３７０を含んでいない。言うまでもなく、特定の実施態様によっては、これらの追加の光学システムは、多重パス増幅器と一体化されていてもよい。さらに、図４Ａに示されている部材は、主増幅器システム４００と呼んでもよい。
【００２７】
[0041]光は、Ｓ偏光された光として多重パス増幅器システム４００に入射し（例えば、開口部１を介して）、ミラー４１０に反射する。次に、Ｓ偏光された光は、偏光板４２０に反射して、ＱＷＰおよび複数の増幅器スラブレットを囲んでいる一組のウィンドウを含む第１の増幅器モジュール４６０（例えば、増幅器モジュールに関係するさらなる説明に関して、図３参照）に向かう。光は、ＱＷＰを通過して、円偏光に変換される。ミラー４５０ａおよびミラー４５０ｂ（４５°ミラーセット４５０を構成している）に反射した後、光は、第２の増幅器モジュール４６１を通過する。第２の増幅器モジュール４６１も同様に、例えば、ミラー４５０ｂと反対の端に、光をＰ偏光に変換するＱＷＰを含んでいる。Ｐ偏光の状態で、光は（２回の増幅通過の後）、偏光板４２０の下に配置された偏光板（図示せず）を通過し、一組の４５°ミラー（図示せず）に反射する。次に、光は、偏光板４２２の下方に配置され、Ｐ偏光された光に対して調整された偏光板（図示せず）を通過する。増幅器アーキテクチャが三次元的性質を有するため、図３および図４Ａの双方を相互に関連付けた考察は、本発明の実施形態を理解する際の助けとなる。
【００２８】
[0042]次に、光は、さらに２回の増幅通過を行う。すなわち、光は、まず第３の増幅器モジュール（図示せず）を通過し、次いで第４の増幅器モジュール４６２を通過する。第３の増幅器モジュールおよび第４の増幅器モジュールは、それぞれ、４５°ミラーセット４５６と反対の側に、光をＰ偏光から円偏光に（増幅中に）変換するＱＷＰ、および、次いで該光をＳ偏光に変換するＱＷＰを含んでいる。第４の増幅器モジュール４６２を出射したＳ偏光された光は、偏光板４２２に反射してミラー４１２に向かい、これに反射して主増幅器システムから出て行く。このように、本発明の実施形態は、スイッチの使用を必要としない、４回の増幅通過を行う増幅器システムを提案する。本発明の一部の実施形態に関連して説明したように、システム性能を改善するために、例えば２回目の増幅通過の後に、随意にスイッチを使用してもよい。当業者であれば、多くの変更例、修正例、および代替例について認めるであろう。
【００２９】
[0043]図４Ａを参照すると、１つのビームラインに沿う光は、第１の開口部（例えば、ミラー４１０に通じている開口部（開口部１））に入射し、別の開口部（例えば、ミラー４１２の下流にある開口部（開口部４））から出射する。４つのビームラインを利用する実施態様の場合、各ビームラインは、ある開口部に入射して、別の開口部から出射する。例えば、開口部４に入射するビームは、開口部１から出射する。さらに、ビームは、多重通過を実現するために小さい角度（例えば、１ｍｒａｄ）で互いに傾斜して、互いにわずかに異なるビーム経路に沿って伝搬してもよい。ビームは、他の角度で、例えば、約１ｍｒａｄ〜約３ｍｒａｄの範囲、または、１ｍｒａｄ未満の角度で互いに傾斜していてもよい。このように、本発明の実施形態は、各ビームが各増幅器モジュールを１回だけ通過する四重パス幾何構造を有する増幅器アーキテクチャを提案する。さらに、図４に示されている実施形態では、偏光スイッチが使用されていない。４つのビーム実施態様では、４つのビームは、該４つのビームのそれぞれが、４つの増幅器モジュールのそれぞれを通過する（つまり、４つのビームおよび各ビームに対する４回の通過増幅）際に、増幅される。このことは、妥当なサイズのフロントエンドを用いて高パワー出力を実現することに適している。当業者であれば、多くの変更例、修正例、および代替例について認めるであろう。
【００３０】
[0044]一実施形態では、４つのビームラインが利用される。
ビームライン１は、ＴＳＦ１に入射し、ＴＳＦ４から出射し、
ビームライン４は、ＴＳＦ４に入射し、ＴＳＦ１から出射し、
ビームライン２は、ＴＳＦ１に入射し、ＴＳＦ３から出射し、
ビームライン３は、ＴＳＦ４に入射し、ＴＳＦ２から出射する。
【００３１】
[0045]本発明の実施形態は、光路に沿って使用される望遠鏡の数の減少を含む利益であって、従来のアーキテクチャを用いて得ることのできなかった利益をもたらす。一例として、図３と図２とを比較すると、キャビティー空間フィルタ（ＣＳＦ）として機能する望遠鏡が、図３に示されているアーキテクチャには存在していない。ＮＩＦにおけるＣＳＦの除去によって実現されるサイズの減少の一例として、ＣＳＦは、全長４４メートルの光共振器に対して約２２メートル（ＣＳＦ望遠鏡の長さに相当する）の像平面を伝える。一方、実施形態によっては、図４に示されている主増幅器システムの全体が、長さ約６メートルのモジュールにパックされる。さらに、本発明の実施形態によって、口径食による損失が、従来のアーキテクチャと比べて減少する。
【００３２】
[0046]さらに、ビームクリーンアップの問題点に関係する問題が、本発明の実施形態によって軽減される。光学スイッチが利用されず、また、図４に示されているように光学部品がより密接にパックされているため、必要とされるビームクリーンアップがより少なくなっている。実施形態によっては、ビームクリーンアップは、ＴＳＦのみ、および／または、ミラーもしくはシステム内に存在する他の光学部品に対する狭い範囲の角被膜を用いて行うことができる。一例として、角度識別被膜を、ミラーおよび／または偏光板を含む、ビーム経路の途中にある１つ以上の反射光学器または透過光学器に対して使用することができる。このように、様々な種類のバルク角度識別光学器が選択肢として利用可能であり、フィルタリングは必ずしも焦点で行う必要はないが、識別は、大開口部で、熱の放散がより容易である被膜またはバルク材料のいずれかとして実行することができる。このように、大開口部での角度識別を用いて、空間フィルタが使用される場合に、システムで使用される任意の他の空間フィルタの負荷を軽減することができる。
【００３３】
[0047]図４Ａに示されている４つの増幅器モジュール（４６０、４６１、および４６２が示されている）は、特定用途に適した２つ以上の別個の冷却筐体または単一の冷却筐体にパックすることができる。
【００３４】
[0048]図４Ｂは、本発明の実施形態に係る多重パス増幅器を通過する光線軌跡経路を示している三次元斜視図である。図４Ｂに示されている三次元斜視図は、図４Ａに示されている三次元斜視図と共通の複数の部品を共有している。図４Ｂに示されているように、増幅器モジュールは、図４Ａに示されている垂直面ではなく水平面において２回の増幅通過（例えば、ビーム１およびビーム２）を実現するような向きに配置された４５°ミラーによって結合されていてもよい。この結果、増幅器モジュール４７１を通過する光は、反射器４５０ｅおよび４５０ｆに反射して増幅器モジュール４７０に向かう。
【００３５】
[0049］図４Ｃは、本発明の実施形態に係る多重パス増幅器を第１の方向から見た三次元斜視図である。図４Ｄは、本発明の実施形態に係る多重パス増幅器を第２の方向から見た三次元斜視図である。図４Ｃおよび図４Ｄに示されている多重パス増幅器は、図４Ａおよび図４Ｂに示されている増幅器システムと共通の部品を共有しているが、明瞭かつ簡潔にするために参照符号記載が記載されていない。
【００３６】
[0050]図５は、本発明の実施形態に係る多重パス増幅器の上半分を示している単純化された概略図である。以下で説明するように、実施形態によっては、２つの追加の増幅器モジュール（図示せず）が、４つの増幅器モジュールシステムを完結させる。図５では、４つで１セットのビームラインの内の１つのビームラインだけが示されており、２つの増幅器モジュール５６０および５６２（垂直増幅器）が示されている。これらの垂直増幅器は、図３で述べた第１の増幅されたモジュールおよび第２の増幅されたモジュールと比較することができる。光は、Ｓ偏光（５７０）状態で増幅器システムに入射し、ミラー５１０に反射した後、偏光板５２０に反射する。入力光は、４分の１波長板（ＱＷＰ）５３０および一組の増幅器スラブレット５４０を囲んでいるウィンドウ（ウィンドウ５６５）の一方を通過する。ＱＷＰ５３０は、Ｓ偏光の光を円偏光に変換し、ビームは、増幅器スラブレット５４０によって増幅される。光は、ＱＷＰおよび第１の増幅器モジュール５６０内の増幅器スラブレットに対して略垂直に入射する。１回目の増幅通過の後、光は、４５°ミラー５５０に反射して、図の平面の背後にある第２の増幅器モジュール（図示せず）に向かう。光は、２回目の増幅通過を行い、第２の増幅器モジュールのＱＷＰによってＰ偏光に変換される。光は、Ｐ偏光状態にあるため、図の平面の背後から該平面にかけて延在している偏光板５２０を通過し、４５°ミラー５５２および５５４に反射する。偏光板５２０は、図の平面に対して垂直な線に沿って重ねられた２つの偏光板であってもよい。
【００３７】
[0051]Ｐ偏光状態の光は、偏光板５２２（図の平面の背後にかけて延在しているか、または、図の平面の背後に配置された偏光板）を通過し、図の平面の背後にある第３の増幅器モジュール（図示せず）に入射する。第３の増幅器モジュールのＱＷＰは、光を円偏光に変換する。その後、増幅された後、光は、４５°ミラーセット５６６に反射し、第４の増幅器モジュール５６２に衝突する。第４の増幅通過の後、光は、ＱＷＰ５１４によってＳ偏光に変換され、偏光板５２２およびミラー５１２に反射してシステムから出射する。入射開口部５７０に「入射」というラベルが付けられ、出射開口部５７２に「出射」とラベルが付けられているが、多ビームシステム（例えば、４つのビームのシステム）では、第２のビームラインが、開口部５７２より入射し、開口部５７０から出射することになることが理解されよう。したがって、「入射」および「出射」というのは、多ビームラインの内の１つにのみ当てはまる。
【００３８】
[0052]図６は、本発明の実施形態に係る、偏光スイッチを含む多重パス増幅器の上半分を示している単純化された概略図である。図６に示されている多重パス増幅器システムは、図５に示されている多重パス増幅器システムと共通の部品を共有しているが、共通の部品は、明瞭かつ簡潔にするために必ずしも記載されていない。図６に示されているように、ＰＥＰＣなどの半波スイッチであってもよいスイッチ６０５は、光が２つの増幅器モジュールを伝わった後の光路に介挿されている。「オフ」状態の場合、半波スイッチは、半波長板として機能し、これにより、システムを通過する光の伝達を遮断する。抽出パルスが十分である場合、スイッチは、駆動されて「オン」状態になる。この「オン」状態では、スイッチは、ゼロ波長板となり、これによって、抽出パルスが、パルスの偏光に対して調整された偏光板を通過することが可能となる。スイッチは、２つの増幅器モジュール３６０および３６２を含む平面に示されているが、上面のスイッチが、図の平面の背後に位置する平面において開始され、終了するビームラインに対してアクティブであることが理解されよう。図の平面において入射し、出射するビームラインに関するスイッチは、図の背後の平面に配置されている。
【００３９】
[0053]第２の増幅器モジュールと第３の増幅器モジュールとの間の位置にスイッチ６０５を配置することにより、増幅効率を低下させることのある増幅自然放出（ＡＳＥ）および他の望ましくない光（閃光による迷光）を、増幅器モジュールの多くても２回の通過の後で遮断することが可能となる。用途によっては、２回の通過に関連するフルエンスは、約１００ジュール以下である。したがって、スイッチ６０５が受けるフルエンスは、図１に示されている偏光スイッチが受けるフルエンスと比べて大幅に少ない。図１と図６とを比較すると、図１の偏光スイッチの配置は、４回の増幅通過に関連する全フルエンス（〜１０ＫＪ）（スイッチ６０５が受ける、２回の増幅通過の後のフルエンスと比べて数桁多い）への露出をもたらしている。スイッチ６０５が受けるより低いパワーは、センチメートルスケールで実証された（例えば、Ｍ．Ｄ．Ｓｋｅｌｄｏｎ，Ｍ．Ｓ．Ｊｉｎ  Ｄ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈ  ａｎｄ  Ｓ．Ｔ．Ｂｕｉ，Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｍｏｄｅ  ＫＤ＊Ｐ  Ｐｏｃｋｅｌｓ  ｃｅｌｌｓ  ｗｉｔｈ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．１４１０  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌａｓｅｒｓ  ＩＩ（１９９１）参照）インジウム／錫／酸化物被膜（例えば、Ｗ．Ｔ．Ｐａｗｌｅｗｉｃｚ，Ｉ．Ｂ．Ｍａｎｎ，Ｗ．Ｈ．Ｌｏｗｄｅｒｍｉｌｋ  ａｎｄ  Ｄ．Ｍｉｌａｍ，Ｌａｓｅｒ−ｄａｍａｇｅ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ  ｃｏａｔｉｎｇｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３４（３），１  Ｆｅｂ．１９７９参照）を例えば用いて作製された透明電極、または他の適切な透明電極などを採用している、ポッケルスセルを含むスイッチイングのための多数の選択肢の使用を可能とする。
【００４０】
[0054]図７は、本発明の実施形態に係る、ポンプ光注入システムを含む多重パス増幅器の側面図である。図７に示されている多重パス増幅器は、図５に示されている多重パス増幅器システムと共通の部品を共有しているが、共通の部品は、明瞭かつ簡潔にするために、必ずしも記載されていない。増幅器モジュール、および、ビームを図の平面の背後にある一組の増幅器モジュールに向けるための４５°ミラーセットが、図７には示されている。図７に示されている実施形態では、ポンプ光が二色ミラーを用いて注入されることによって、増幅される光ビームに対して調整された方向（垂直入射）に沿う増幅器スラブレットの表面励起が可能となる。増幅されたビームを方向付けるために使用される偏光板およびミラーの位置は、利得媒質を励起するために使用される二色ミラー７１０を配置することが可能となるように調節することができる。図７に示されている設計によって、増幅された光ビームに関して高効率をなお維持しながらも、ポンプ光が、利得媒質に到達することが可能となる。
【００４１】
[0055]様々なタイプの集光器またはダクトが、ダイオードポンプ光を増幅器の端面および／またはエッジに向けるために使用されてもよい。ラサント濃度およびスラブレットの厚さは、熱的に誘導された位相歪みおよび熱的に誘導された応力複屈折を容認できる許容範囲内に保つために、増幅器アセンブリの長さに応じて変更さてもよい。
【００４２】
[0056]図８は、本発明の実施形態に係る増幅器スラブレットをギャップ励起する方法を示している斜視図である。図８では、単一の増幅器スラブレットが示されている。しかしながら、典型的には、本明細書に記載された図３および他の図面に示されているように、多数のスラブレットが利用される。
【００４３】
[0057]略円錐形状に形成されたフィン８１０が、増幅器スラブレット８２０の上面に取り付けられている。同様のフィン８１１が、増幅器スラブレットの底縁に取り付けられている。フィンによって、冷却流体として使用される高圧ヘリウムの流れを強める空力環境が用意される。図示された実施形態では、ヘリウムは、増幅器スラブレット８２０ならびにフィン８１０および８１１を通過して上方に流れる。
【００４４】
[0058]複数のスラブレットを横切って伝播するＡＳＥを集めるための増幅器スラブレットのエッジの周囲には、エッジクラッディング８３０が配置されている。エッジクラッディング８３０は、図示された実施形態では、エッジクラッディング冷却チャネル８３２を通過する循環水によって冷却されている。ポンプ光は、ダクト８４０を介して、増幅された光の伝播方向に対して垂直の方向に注入される。ダクトによって、スラブレットは互いに分離されており、スラブレット間の隙間を、冷却ガスが流れるようになっている。
【００４５】
[0059］特定の実施形態では、ダクト８４０は、所定の寸法によって特徴付けられるものであり、例えば、厚さ約３ｍｍおよび長さ約４０ｃｍの板である。ダクトは、エッジクラッディングと重なっており、スラブレット間のスペーサを形成している。ポンプ光は、スラブレット間に位置するダクトの内面から出射し、互いに隣接するスラブレット間の領域に伝播する。なぜならば、ポンプ光はダクトから出射する際に回折するからであるか、または、ダクトの表面の設計によって、ポンプ光が、隙間領域に広がって入射するからである。増幅器スラブレット間の指数のより低い領域における光が、指数のより高いスラブレットに衝突するため、ポンプ光が、増幅器スラブレットに結合し、これにより、利得が得られる。
【００４６】
[0060]増幅器スラブレットの表面は、増幅器スラブレットへの隙間領域からのポンプ光の結合を増加させるために、エッチングされてもよいし、または、他の方法で強化されてもよい。このようにして、エッチングなどを用いて（ゾルゲル層によって）、増幅器スラブレットは、垂直入射光に対してＡＲ被膜され得るにもかかわらず、これらの表面を介してポンプ光を吸収することができる。一例として、散乱または偏向などによって増幅器スラブレットへのポンプ光の結合を増加させるために、スラブレットの表面を、不規則なパターンで、または、他の適切な処理によってエッチングすることができる。
【００４７】
[0061]実施形態によっては、ダクト８４０の出力面は、増幅器スラブレットの全体にわたって均一にポンプ光が吸収されるように、ダクトの開口率を増幅器スラブレット結合係数に適合させるような角度に配置されてもよい。先に述べたように、ある角度から見た場合に穏やかに散乱し、かつ、垂直入射に対するＡＲ被膜として機能する構造であって、損傷性能の観点から高品質の被膜をなお実現しながらも、ポンプ光を増幅器スラブレットに効果的に結合させる構造を使用することができる。一部の実施形態によれば、さらに半導体レーザと接合されるファイバ結合器が、ダクト８４０の代わりとして、または、ダクト８４０の補助として利用されてもよい。
【００４８】
[0062]図９は、本発明の実施形態に係る二重パス増幅器アーキテクチャを示している単純化された概略図である。図９に示されているように、二重パスアーキテクチャは、ＡＳＥを防止するためのスイッチ（例えば、ＰＥＰＣ）または大きな開口部のファラデー回転子を含まないものとして実施することができる。本発明の他の実施形態の場合と同様に、図９に利用されている増幅器スラブレットは、略垂直入射（ブリュースタ角ではなく）の光を受光するように配置され、かつ、反射防止（ＡＲ）被膜を施されてもよいし、または、ブリュースタ角で光を受光するように配置され、かつ、ＡＲ被膜を施さなくてもよい。図１０は、本発明の実施形態に係る、一組の二重パス増幅器アーキテクチャの統合体を示している単純化された概略図である。図１０に示されている実施形態では、２つの二重パスビームラインは、レーザパルスが同じ光学部品を１回以上伝わらないように、重ねられて共有されてもよい。
【００４９】
[0063]図９を参照すると、光は、ＴＳＦ９１０を介してシステムにＳ偏光で入射する。光は、図示されている実施形態ではブリュースタ角に配置された複数のスラブレットを含むパワー増幅器９１２によって増幅される。ミラー９１４に反射した後、入力光は、Ｓ偏光の光を反射し、かつＰ偏光の光を通過させるように調整された偏光板９２０に反射する。次に、反射した光は、ＱＷＰ９２２によって円偏光に変換される。ミラー９２４に反射した後、ＱＷＰ９２２の２回目の通過によって、光は、Ｐ偏光に変換され、これにより、光が偏光板９２０を通過すること、および、光がＣＳＦ９３０に入射することが可能となる。実施形態によっては随意であるＣＳＦは、光をフィルタリングしてビームの品質を向上させる。Ｐ偏光の光は、図示された実施形態ではブリュースタ角に配置された複数のスラブレットを含む主増幅器９３２の１回目の通過を行う。ミラー９３４に反射した後、光は、主増幅器９３２の２回目の通過を行い、２回の増幅通過を達成する。増幅された光は、随意のＣＳＦ９３０、偏光板９２０を通過し、ＱＷＰ９２２によって円偏光された光に変換される。ミラー９２４に対する最後の反射を行った後、光は、ＱＷＰによってＳ偏光に変換され、偏光板９２０に反射してミラー９１４に向かい、これと同時に、光は増幅器システムから出射し始める。
【００５０】
[0064]図１０を参照すると、光は、重ねられた対の増幅器に入射し、ミラー１０１０に反射する。Ｓ偏光の光は、偏光板１０２４に反射し、ＱＷＰ１０２２を２回通過する（ミラー１０２０に反射する前後に）。これにより、Ｓ偏光の光は、Ｐ偏光に変換される。次に、光は、偏光板１０２４を通過し、主増幅器１０２６を通過する間に増幅される。次に、光は、ミラー１０２８および１０３８に反射した結果、第２の主増幅器１０３６に向けられる。
【００５１】
[0065]光について、主増幅器１０３６を通過する際に、２度目の増幅が行われる。２度増幅されたＰ偏光された光は、偏光板１０３４を通過し、ＱＷＰ１０３２の２回通過（およびミラー１０３０からの反射）の結果、Ｓ偏光に変換され、偏光板１０３４およびミラー１０４０の反射作用によって、増幅器システムから反射して出て行く。このように、図１０に示されているビームラインに関して、各増幅器は、シングルパス増幅器である。図１０に示されている実施形態では、別のビームラインは、出力側から入力側へ反対方向に伝播することができる。当業者であれば、多くの変更例、修正例、および代替例について認めるであろう。
【００５２】
[0066]図１１は、「低パワー」ＰＥＰＣを有する、開口部が１つしかない四重パス増幅器の設計を示している単純化された概略図である。先に述べたように、「低パワー」という用語は、本明細書に記載された光学システムの最終出力パワーとの比較において使用されている。図１１に示されている増幅器は、図９に示されている増幅器システムと共通の部品を共有しているが、共通の部品は、明瞭かつ簡潔にするために、必ずしも記載されていないか、または、参照符号が付けられていない。図１１に示されているように、増幅される光は、Ｓ偏光状態で注入され、偏光板に反射して、該光を円偏光に変換するＱＷＰに向かう。光は、１回目の増幅通過の間にスラブレットを通過し、光学複屈折補償器を通過する。光は、反射して戻され、スラブレットの２回目の増幅通過の前に、随意の複屈折補償器を通過する。ＱＷＰは、光（２回の増幅通過を経た）が、偏光板を通過して低パワースイッチに向かうように、偏光状態をＰ偏光に変換する。スイッチは、光が反射してスラブレットに向かって戻ることができるように、光を通過させるように動作する。反射後に光がスイッチを通過した後、スイッチを閉じることができる。
【００５３】
[0067]次に、光は、偏光板、および、該光を円偏光に変換するＱＷＰを通過する。スラブレット（および潜在的な複屈折補償器）のさらに２回の増幅通過の後、光は、ＱＷＰによってＳ偏光に変換され、偏光板に反射して増幅器システムから出射する。図１２は、図１１に示されているシステムを展開した図であり、４回の増幅通過の間の光路を示している。低パワースイッチによって、最終の増幅されたビームのパワーレベル未満のパワーレベルで動作する電気光学スイッチを用いて実行される、寄生モードの抑制が可能となる。図１１および図１２に示されている実施形態では、寄生モードの抑制は、４回の増幅通過の内の２回目の後に実行される。本明細書では、増幅器の用途との関連で本発明の実施形態について述べたが、レーザの用途も、本発明の実施形態の範囲内に含まれる。
【００５４】
[0068]図９〜図１２に示されている実施形態は、図４Ａ〜図４Ｄに関して述べた三次元アーキテクチャを利用していなくてもよい。しかしながら、これらの実施形態は、増幅器モジュールが必ずしも二次元に配列されないという意味で、二次元アーキテクチャによって特徴付けられてもよい。図４Ｄを参照すると、増幅器モジュールが、増幅器モジュールで増幅されている光の伝播方向に対して略直角の平面に２×２の配列で配列されている。図９〜図１２に示されている実施形態では、この幾何構造が必要とされなくてもよい。このように、図９〜図１２に示されている実施形態は、図４Ａ〜図４Ｄに示されているより一般的な三次元幾何構造のサブセットであると考えられてもよい。当業者であれば、多くの変更例、修正例、および代替例について認めるであろう。
【００５５】
[0069］実施形態によっては、図３および図１１に示されているような複屈折補償器を含むことが望ましい場合がある。応力によって誘導される複屈折は、レーザ増幅器を通過するレーザパルスの空間依存の偏光解消を引き起こす場合がある。補償器板の追加が、増幅器の通過の間の偏光解消のサインを反転するために必要とされる場合がある。これにより、同様に歪曲されたその後の増幅器によって偏光状態を補正することが可能になる。
【００５６】
[0070］さらに、本明細書に記載された例および実施形態は、例示のためだけのものであること、ならびに、これらを考慮して様々な修正例または変更例が、当業者に対して示唆されていること、および、これらの修正例または変更例が、本明細書の精神および範囲ならびに添付の特許請求の範囲内に含まれるべきであることが理解されよう。
［発明の例］
［例１］
第１の開口部を通過する入力光を受光するように、かつ、前記入力光を光路に沿って方向付けるように動作可能である第１の反射器であって、前記入力光が第１の偏光によって特徴付けられる、第１の反射器と、
前記光路に沿って配置された第１の偏光板であって、前記第１の偏光状態によって特徴付けられる光を反射するように動作可能である第１の偏光板と、
前記光路に沿って配置された第１の組の増幅器モジュールであって、前記第１の組の増幅器モジュールのそれぞれが、
入射口ウィンドウ、
４分の１波長板、
互いに略平行に配列された複数の増幅器スラブレット、および、
出射口ウィンドウ
を備える第１の組の増幅器モジュールと、
前記光路に沿って配置された第２の組の増幅器モジュールであって、前記第２の組の増幅器モジュールのそれぞれが、
入射口ウィンドウ、
４分の１波長板、
互いに略平行に配列された複数の増幅器スラブレット、および、
出射口ウィンドウ
を備える第２の組の増幅器モジュールと、
前記第１の組の増幅器モジュールから出射して、前記第２の組の増幅器モジュールに入射する光を反射するように動作可能である一組のミラーと、
前記光路に沿って配置された第２の偏光板であって、第２の偏光状態によって特徴付けられる光を反射するように動作可能である第２の偏光板と、
前記光路に沿って配置された第２の反射器であって、第２の開口部を通過するように光を方向付けるよう動作可能である第２の反射器と
を具備する、主増幅器システム。
［例２］
少なくとも１つの位相誤差または偏光誤差を軽減するよう動作可能である補正板をさらに備える、例１に記載の主増幅器システム。
［例３］
前記光路が、前記第１の開口部から前記第２の開口部まで延びている、例１に記載の主増幅器システム。
［例４］
前記主増幅器システムの前記入力開口部と光学的に結合されたパワー増幅器をさらに備える、例１に記載の主増幅器システム。
［例５］
前記複数の増幅器モジュールが、４つの増幅器モジュールを備える、例１に記載の主増幅器システム。
［例６］
前記複数の増幅器モジュールのそれぞれが、ガス流によって冷却される、例１に記載の主増幅器システム。
［例７］
前記ガスがヘリウムを含む、例６に記載の主増幅器システム。
［例８］
前記第１の偏光状態がＳ偏光を含み、前記第２の偏光状態がＰ偏光を含む、例１に記載の主増幅器システム。
［例９］
前記第１の反射器が、第１のビームラインに関する入力反射器と、第２のビームラインに関する出力反射器とを備える、例１に記載の主増幅器システム。
［例１０］
前記一組のミラーのミラー間に配置されるスイッチをさらに備える、例１に記載の主増幅器システム。
［例１１］
入力パルスを増幅する方法であって、
第１の開口部を介して、増幅器システムのビームラインに沿って第１の偏光状態を有する入力パルスを受け入れるステップと、
入力ミラーに前記入力パルスを反射させるステップと、
前記入力パルスが、前記第１の偏光状態を有していることの結果として、第１の偏光板に前記入力パルスを反射させるステップと、
前記第１の偏光状態を第１の中間偏光状態に変換するステップと、
前記入力パルスを増幅して、前記第１の中間偏光状態を有する増幅されたパルスを供給するステップと、
前記第１の中間偏光状態を有する前記増幅されたパルスを、第２の偏光状態を有する増幅されたパルスに変換するステップと、
前記増幅されたパルスが、前記第２の偏光状態を有していることの結果として、前記増幅されたパルスに前記第１の偏光板を通過させるステップと、
前記増幅されたパルスが、前記第２の偏光状態を有していることの結果として、前記増幅されたパルスに第２の偏光板を通過させるステップと、
前記第２の偏光状態を第２の中間偏光状態に変換するステップと、
前記増幅されたパルスを増幅して、前記第２の中間偏光状態を有する出力パルスを供給するステップと、
前記第２の中間偏光状態を前記第１の偏光状態に変換するステップと、
前記出力パルスが、前記第１の偏光状態を有していることの結果として、前記第２の偏光板に前記出力パルスを反射させるステップと、
出力ミラーに前記増幅されたパルスを反射させるステップと、
前記増幅器システムの前記ビームラインに沿って、前記第１の偏光状態を有する前記出力パルスを、第２の開口部を通過するように方向付けるステップと
を含む方法。
［例１２］
前記第１の偏光状態がＰ偏光を含み、前記第２の偏光状態がＳ偏光を含む、例１１に記載の方法。
［例１３］
前記第１の中間偏光状態が、第１の掌性を有する円偏光を含み、前記第２の中間偏光状態が、前記第１の掌性と反対の第２の掌性を有する円偏光を含む、例１１に記載の方法。
［例１４］
前記第１の偏光状態を前記第１の中間偏光状態に変換する前記ステップが、前記入力パルスに４分の１波長板を通過させることを含む、例１１に記載の方法。
［例１５］
前記入力パルスを増幅して、増幅されたパルスを供給する前記ステップが、略垂直の入射角で前記入力パルスに複数の増幅器スラブレットを通過させることを含む、例１１に記載の方法。
［例１６］
前記増幅器システムの前記ビームラインが、第１の開口部から前記第１の開口部と異なる第２の開口部まで伸びている光路を含む、例１１に記載の方法。
［例１７］
光路に沿って第１の偏光状態を有する光を反射するように動作可能である偏光板と、
前記光路に沿って配置された４分の１波長板と、
前記光路に沿って配置された反射器と、
前記偏光板を通過した光を受光するように動作可能である増幅器と、
増幅された光を反射するように動作可能である第２の反射器と
を備える光学増幅器システム。
［例１８］
前記増幅器が、二重パス増幅器を備える、例１７に記載の光学増幅器システム。
［例１９］
前記光学システムの入力開口部に光学的に結合されたパワー増幅器をさらに備える、例１７に記載の光学増幅器システム。
［例２０］
前記増幅器が複数のスラブレットを含み、これらのスラブレットは、これらのスラブレット間に冷却ガスの流れを受け入れるように動作可能である、例１７に記載の光学増幅器システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図４Ｄ】
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