(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学ポンプソースを有する第１の光学利得ファイバーを提供する工程、
前記第１の光学利得ファイバーを含むレーザー空洞中において、第１の側に第１ポートを含むＭのポート、および、第２の側に第２ポートと、該第２の側に第３ポートを含むＮのポートを含み、Ｎは２以上の整数であり、Ｍは１以上の整数である第１のＭｘＮ方式の光スイッチを提供する工程、
前記第１の光学ポンプソースからのポンプ光を前記第２の側の前記第２のＮのポート内に、そして第１のＭｘＮ方式の光スイッチを介して第１の側の外から、レイジング出力が望まれない間に前記第１の光学利得ファイバーの第１の端部内に結合させる工程、
レーザー空洞中の前記第１のＭｘＮ方式の光スイッチを開放することによって、前記第１の光学利得ファイバーを用いてＱスイッチパルスレーザーの一時的な形状を有するパルスシード信号を生成する工程であって、パルスシード信号は、誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）を回避するのに充分なほどパルスシード信号をスペクトル的に広くする複数の縦のレイジングモードを有し、前記第１のＭｘＮ方式の光スイッチの開放は前記パルスシード信号が発生する間に前記第１の光学利得ファイバーからのポンプ光を切断し、前記第２の側の第３のポート内に、そして前記第１の側の外から、Ｑスイッチレイジング出力が望まれる時間帯に前記第１の光学利得ファイバーの第１の端部内にフィードバック光を接続するように光スイッチを切り替える工程、
第２の光学的ポンプソースを有する第２の光学的利得ファイバーを提供する工程、および、
少なくとも１ミリジュール（１ｍＪ）の電力を有する出力ビームパルスを得るために、前記第２の光学的利得ファイバー内でパルスシード信号を増幅する工程、
を含んでなる方法。
【請求項２】
前記第１のＭｘＮ方式の光スイッチは、少なくとも１つの電気的に制御されたＭｘＮのポート光スイッチを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザー空洞は、単一方向の光ファイバーリング空洞であり、前記Ｑスイッチパルスレーザーの一時的形状を有するパルスシード信号を生成する工程は、単一方向の光ファイバーリング空洞内で、シード信号を光学的に振幅変調する工程を含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザー空洞は、全ファイバー空洞であり、前記Ｑスイッチパルスレーザーの一時的形状を有するパルスシード信号を生成する工程は、全ファイバー空洞内で、前記第１のＭｘＮ方式の光学スイッチでシード信号を光学的に振幅変調する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記Ｑスイッチパルスレーザーのシード信号を増幅させる工程は、少なくとも４ミリジュール（ｍＪ）の電力で出力ビームパルスを出力する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記シード信号は、ＳＢＳ問題を減らすために、少なくとも１テラヘルツの線幅を有する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
筐体を有する輸送手段を提供する工程、
電力を供給する工程、
前記電力を使用し、前記光学的ポンプソースを制御して、前記光学的ポンプソースに電力を供給する工程、および、
前記輸送手段に対する複数の異なる可能な方向の一つに前記出力ビームの出力方向を制御する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
レイジング空洞、当該レイジング空洞中の第１のＭｘＮ方式の光スイッチを有するＱスイッチシードレーザーと、光学的利得ファイバーとを備え、
前記第１のＭｘＮ方式の光スイッチは第１の側に第１ポートを含むＭのポート、および、第２の側に第２ポートと第３ポートを含むＮのポートを含み、Ｎは２以上の整数であり、Ｍは１以上の整数であり、Ｑスイッチシードレーザーは更にレイジング空洞にポンプ光を供給するために結合された第１の光学的ポンプソースを含み、
前記Ｑスイッチシードレーザーは誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）を防ぐのに十分なほどＱスイッチパルスレーザーのシード信号をスペクトル的に広くする複数の縦のレーザーモードを有するＱスイッチパルスレーザーのシード信号を出力するために構成され、レイジング出力が望まれない間はポンプ光が前記第２の側の前記第２のＮのポートに入り、前記第１のＭｘＮ方式の光スイッチを介して第１の側の第１のポートを出てシード信号利得媒体の第１の端部に入ることでポンプ光と結合し、ポンプ光をシード信号利得媒体からの接続を切断し、第２の側のＭｘＮ方式の光スイッチの第３のポート内及びＱスイッチレイジング出力が望まれる間にフィードバック光を接続し、
光学的利得ファイバーは第２の光学的ポンプソースを有し、前記Ｑスイッチシードレーザーからの光を受信するように動作可能に結合された光学的利得ファイバーであって、少なくとも１ミリジュール（１ｍＪ）の電力を有する出力ビームを得るために前記光学的利得ファイバーにおいてＱスイッチパルスレーザーのシード信号を増幅するように動作可能に構成されてなる、
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記第１のＭｘＮ方式の光スイッチは、一方向リング空洞内で信号を振幅変調するように動作可能に構成された光学的振幅変調素子を含む、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記Ｑスイッチシードレーザーは、せいぜい６ｃｍ３の容積を有する単一のパッケージ内で実施される、ことを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
出力ビームパルスは少なくとも４ミリジュールの電力を有する、ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
ＳＢＳ問題を減らすために、シード信号は、少なくとも１テラヘルツ（ＴＨｚ）の線幅を有する請求項８乃至１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
筺体を有する輸送手段と、
前記輸送手段に取り付けられた電源と、
前記電源から電力を受け取るように動作可能に結合され、第１のポンプソースに動作可能に結合されたレーザー制御器と、
前記光学的利得ファイバーからの出力ビームを受け取るように動作可能に結合され、前記輸送手段に対する複数の異なる可能な方向のうちの１つに前記出力ビームを向けるように動作可能であるビーム方向制御器、とをさらに備えてなる、ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
Ｑスイッチシードレーザーのシード信号利得媒体はレイジング空洞内に利得ファイバーを含み、第１のＭｘＮ方式の光スイッチは、レイジング空洞内のＱスイッチとして１ｘＮ方式の電気的に制御された光スイッチを含み、前記１ｘＮ方式の電気的に制御された光スイッチは、第１の光学的ポンプソースから利得媒体への光を光学的に結合し、同時に空洞内での信号レイジングを阻止する第１の状態と、前記空洞内で信号レイジングを許す第２の状態を含む複数の状態を有する、ことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
Ｑシード信号パルスの前縁について、Ｑスイッチ信号パルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致する一時的な形状を有するＱシード信号パルスを出力するように構成された光源を有するパルスＱシードソース、および、
第２のポンプソースを有し、パルスＱシードソースに動作可能に結合された光学的利得ファイバーであって、少なくとも１ミリジュール（１ｍＪ）のエネルギーを有する出力ビームを得るために、光学的利得ファイバー内でＱシード信号パルスを増幅するように構成された光学的利得ファイバーを備え、
前記パルスＱシードソースがＱスイッチレーザーを含み、当該Ｑスイッチレーザーがレイジング空洞内の利得媒体と、光学的ポンプソースと、前記空洞内のＱスイッチとして１ｘＮの電気的に制御された光スイッチとを含み、前記光スイッチが光学的ポンプソースから前記利得媒体への光を光学的に結合し、同時に前記空洞内での信号レイジングを阻止する第１の状態と、前記空洞内で信号レイジングを許す第２の状態を含む、ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
筐体を有する輸送手段、
前記輸送手段に取り付けられた電源、
前記電源から電力を受け取るように動作可能に結合され、前記第１の光学的ポンプソースに動力を供給し、かつ前記第１のポンプソースを制御するように動作可能に結合されたレーザー制御器、および
前記光学的利得ファイバーからの前記出力ビームを受け取るように動作可能に結合され、前記輸送手段に対する複数の異なる方向の１つに前記出力ビームを向けるように動作可能であるビーム方向制御器をさらに備える、ことを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記パルスＱシードソースは、電気的パルスによって駆動される半導体ダイオードレーザーを含み、当該電気的パルスが、半導体ダイオードレーザーに、Ｑスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的形状と実質的に一致するＱシード信号パルスの前縁を有するパルスを放射させる、ことを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
前記パルスＱシードソースは半導体ダイオードレーザーを含み、当該半導体レーザーダイオードが電気的パルスによって駆動される電気−光学変調素子（ＥＯＭ）を介して結合される連続波（ＣＷ）レーザー信号を出力し、前記電気的パルスが前記電気−光学変調素子に前記ＣＷレーザー信号から振幅変調されたパルスを放射させ、当該振幅変調されたパルスがＱスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的形状と実質的に一致するＱシード信号パルスの前縁を有する、ことを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１９】
前記パルスＱシードソースは半導体ダイオードレーザーを含み、当該半導体レーザーが電気的パルスによって駆動される音響−光学変調器（ＡＯＭ）を介して結合されるＣＷレーザー信号を出力し、前記電気的パルスが前記音響−光学変調器に前記ＣＷレーザー信号から振幅変調されたパルスを放射させ、当該振幅変調されたパルスがＱスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的形状と実質的に一致するＱシード信号パルスの前縁を有する、ことを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項２０】
前記シード信号は、ＳＢＳ問題を減らすために、少なくとも１テラヘルツ（ＴＨｚ）の線幅を有する、ことを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項２１】
レイジング空洞内の利得媒体と、光学的ポンプソースと、前記空洞内のＱスイッチとして１ｘＮの電気的に制御された光スイッチとを含むＱスイッチレーザーを備える装置であって、
前記光スイッチは空洞内の信号レイジングを阻止する間に光学的ポンプソースから利得媒体への光を光学的に結合する第１の状態と、ポンプ光が空洞内に入ることを阻止している間空洞内で信号レイジングを許す第２の状態を含む複数の状態を有することを特徴とする装置。
【請求項２２】
前記１ｘＮの光スイッチは、１ｘ２の電気的に制御された光スイッチである、ことを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記１ｘＮの光スイッチは、１ｘ３の電気的に制御された光スイッチである、ことを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２４】
光学的ポンプソースを有する光学的利得ファイバーと、
Ｑスイッチパルスレーザーの一時的形状を有するシード信号を生成する手段と、
少なくとも１ミリジュール（１ｍＪ）の電力を有する出力ビームを得るために、前記光学的利得ファイバーにおける前記Ｑスイッチパルスレーザーシード信号を増幅する手段を備え、
前記シード信号を生成する手段は、該生成する手段が第１の光学結合状態であるとき光学利得ファイバー内の信号レイジングを阻止している間に光学的ポンプソースから利得媒体へのポンプ光を結合し、前記生成する手段が第２の光学結合状態であるときにポンプ光が光学利得ファイバーに入ることを阻止している間に光学利得ファイバーを介してレーザーフィードバック光を結合することによりＱスイッチパルスレーザーの一時的形状を有する
ことを特徴とする装置。
【請求項２５】
筐体を有する輸送手段と、
前記光学的ポンプソースを制御し、前記光学的ポンプソースに動力を供給する手段と、
前記輸送手段に対する複数の異なる可能な方向の１つに前記出力ビームの出力方向を制御する手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記シード信号を生成する手段は、一方向リング空洞内で信号を光学的に振幅変調する手段を含む、ことを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２７】
前記シード信号を生成する手段は、空洞内で信号を光学的に振幅変調する手段を含み、当該手段が、せいぜい６ｃｍ３の容積を有する単一のパッケージ内で実施される、ことを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２８】
前記シード信号を生成する手段は、光学パルスを生成する手段を含み、当該手段が、せいぜい５０ナノ秒の全幅半値（ＦＷＨＭ）の持続時間を有する、ことを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２９】
前記Ｑスイッチパルスレーザー信号を増幅する手段は、少なくとも４ｍＪの電力をもつ出力ビームパルスを出力する手段を有する、ことを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項３０】
前記シード信号を生成する手段は、ＳＢＳ問題を減らすために、少なくとも１テラヘルツ（ＴＨｚ）の線幅をもつシード信号を生成する、ことを特徴とする請求項２４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、「ＭＯＰＡレーザー照明器のためのＱスイッチ発振器シードソース方法及び装置」と題する、２００９年１１月２３日にマッテヤ  ピー．サベージ−リュークスらによって２００９年１１月２３日に出願された、米国仮特許出願第６１／２６３，７３６号についてアメリカ合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）項の下での優先権の利益を主張する。
【０００２】
本発明は次のものと関係づけられる：
−「ＨＩＧＨ−ＰＯＷＥＲ  ＬＡＳＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＨＡＶＩＮＧ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＦＩＢＥＲ  ＷＩＴＨ  ＮＯＮ−ＣＩＲＣＵＬＡＲ  ＣＲＯＳＳ  ＳＥＣＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ  ＡＧＡＩＮＳＴ  ＢＡＣＫ  ＲＥＦＬＥＣＴＩＯＮＳ」と題する、２０１０年４月１２日にマッテヤ  ピー．サベージ−リュークスによって出願された米国仮特許出願第６１／３４３，９４７号；
−「ＨＩＧＨ  ＢＥＡＭ  ＱＵＡＬＩＴＹ  ＡＮＤ  ＨＩＧＨ  ＡＶＥＲＡＧＥ  ＰＯＷＥＲ  ＦＲＯＭ、ＬＡＲＧＥ−ＣＯＲＥ−ＳＩＺＥ  ＯＰＴＩＣＡＬ−ＦＩＢＥＲ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲＳ；  ＳＩＧＮＡＬ  ＡＮＤ  ＰＵＭＰ  ＭＯＤＥ−ＦＩＥＬＤ  ＡＤＡＰＴＯＲ  ＦＯＲ  ＤＯＵＢＬＥ−ＣＬＡＤ  ＦＩＢＥＲＳ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤ」と題する、２０１０年４月１２日にマッテヤ  ピー．サベージ−リュークスによって出願された米国仮特許出願第６１／３４３，９４８号；
−「ＩＮＬＩＮＥ  ＦＯＲＷＡＲＤ／ＢＡＣＫＷＡＲＤ  ＦＩＢＥＲ−ＯＰＴＩＣ  ＳＩＧＮＡＬ  ＡＮＡＬＹＺＥＲ」というタイトルの、２０１０年８月１１日にトルガ  イルマズらによって出願された米国特許出願第１２／８５４，８６８号；
−「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＩＮ−ＬＩＮＥ  ＦＩＢＥＲ−ＣＬＡＤＤＩＮＧ−ＬＩＧＨＴ  ＤＩＳＳＩＰＡＴＩＯＮ」と題する、２０１０年４月１２日にヨンダン  フーによって出願された米国仮特許出願第６１／３４３，９４９号；
−「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＩＮ−ＬＩＮＥ  ＦＩＢＥＲ−ＣＬＡＤＤＩＮＧ−ＬＩＧＨＴ  ＤＩＳＳＩＰＡＴＩＯＮ」と題する、２０１０年６月３日にヨンダン  フーによって出願された米国特許出願第１２／７９３，５０８号；
−「ＯＰＴＩＣＡＬ−ＦＩＢＥＲ  ＡＲＲＡＹ  ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」と題する、２０１０年８月２３日にヨンダン  フーらによって出願された米国特許出願第１２／８６１，７７３号；
−「ＦＩＢＥＲ  ＲＡＭＡＮ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ  ＰＵＭＰＥＤ  ＢＹ  ＡＮ  ＩＮＣＯＨＥＲＥＮＴＬＹ  ＢＥＡＭ  ＣＯＭＢＩＮＥＤ  ＤＩＯＤＥ  ＬＡＳＥＲ、」と題する、２００２年９月２４日にロイ  ミードらに発行された米国特許第６，４５６，７５６号；
−「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＲＩＶＩＮＧ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ」と題する、２０１０年９月７日にローレンス  エー．ボルショワ（Ｂｏｒｓｈｏｗａ）に発行された米国特許第７，７９２，１６６号；
−「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＵＭＰＩＮＧ  ＡＮＤ  ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＰＡＲＡＭＥＴＲＩＣ  ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲＳ  ＵＳＩＮＧ  ＤＦＢ  ＦＩＢＥＲ  ＬＡＳＥＲＳ」と題する、２００９年１１月１７日にアンガス  ジェー．ヘンダーソンに発行された米国特許第７，６２０，０７７号；
−「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ−ＬＩＮＥ  ＷＩＤＴＨ  ＬＡＳＥＲ−ＳＥＥＤ−ＳＩＧＮＡＬＳ  ＦＯＲ  ＨＩＧＨ−ＰＯＷＥＲＥＤ  ＦＩＢＥＲ−ＬＡＳＥＲ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ  ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する、２００９年５月２６日にエリック  シー．ホネア（Ｈｏｎｅａ）らに発行された米国特許第７，５３９，２３１号；
−「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ  ＣＨＩＲＰ−ＳＬＩＣＥ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ−ＬＩＮＥ  ＷＩＤＴＨ  ＬＡＳＥＲ−ＳＥＥＤ  ＳＩＧＮＡＬＳ」と題する、２００７年１月１２日にマッテヤ  ピー．サベージ−リュークスらによって出願された米国特許出願第１１／６２３，０５８号；
−「ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ  ＬＡＳＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＨＡＶＩＮＧ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＩＮ  ＴＨＥ  ２００−ＮＭ  ＲＡＮＧＥ」と題する、２００８年１２月３０日にデービッド  シー．ゲルステンベルガーらに発行された米国特許第７，４７１，７０５号；
−「ＦＩＢＥＲ−ＯＲ  ＲＯＤ−ＢＡＳＥＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＯＵＲＣＥ  ＦＥＡＴＵＲＩＮＧ  Ａ  ＬＡＲＧＥ−ＣＯＲＥ，  ＲＡＲＥ−ＥＡＲＴＨ−ＤＯＰＥＤ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ−ＣＲＹＳＴＡＬ  ＤＥＶＩＣＥ  ＦＯＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＰＯＷＥＲ  ＰＵＬＳＥＤ  ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」と題する、２００８年６月２４日にファビオ  ジ  テオドロらに発行された米国特許第７，３９１，５６１号；
−「ＭＵＬＴＩ−ＳＥＧＭＥＮＴ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ−ＣＲＹＳＴＡＬ−ＲＯＤ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ  ＦＯＲ  ＡＭＰＬＩＦＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＰＯＷＥＲ  ＰＵＬＳＥＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤ」と題する、２００８年９月３０日にファビオ  ジ  テオドロらに発行された米国特許第７，４３０，３５２号；
−「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＨＯＬＬＯＷ−ＣＯＲＥ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＦＩＢＥＲ  ＡＮＤ  ＨＯＬＬＯＷ−ＥＮＤＣＡＰ  ＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤ」と題する、２００８年５月２７日にクリストファー  ディー．  ブルックスらに発行された米国特許第７，３７９，６４８号；
−「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＳＰＥＣＴＲＡＬ−ＢＥＡＭ  ＣＯＭＢＩＮＩＮＧ  ＯＦ  ＭＥＧＡＷＡＴＴ−ＰＥＡＫ−ＰＯＷＥＲ  ＢＥＡＭＳ  ＦＲＯＭ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ−ＣＲＹＳＴＡＬ  ＲＯＤＳ」と題する、２００８年６月１０日にファビオ  ジ  テオドロらに発行された米国特許第７，３８６，２１１号；
−「ＭＯＮＯＬＩＴＨＩＣ  ＯＲ  ＲＩＢＢＯＮ−ＬＩＫＥ  ＭＵＬＴＩ−ＣＯＲＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ−ＣＲＹＳＴＡＬ  ＦＩＢＥＲＳ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤ」と題する、２００８年７月１５日にファビオ  ジ  テオドロらに発行された米国特許第７，４００，８０４号；
−「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＡＩＲＣＲＡＦＴ  ＩＮＦＲＡＲＥＤ  ＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥＳ  ＴＯ  ＭＩＳＳＩＬＥＳ」と題する、２００８年９月３０日にスティーヴン  シー．  ティッドウェルに発行された米国特許第７，４２９，７３４号；
−「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＳＰＥＣＴＲＡＬ−ＢＥＡＭ  ＣＯＭＢＩＮＩＮＧ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＰＯＷＥＲ  ＦＩＢＥＲ  ＬＡＳＥＲＳ」と題する、２００７年４月３日にアンドリュー  ジェイ．ブラウンらに発行された米国特許第７，１９９，９２４号；
−「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＧＡＩＮ  ＦＩＢＥＲ  ＨＡＶＩＮＧ  ＳＥＧＭＥＮＴＳ  ＯＦ  ＤＩＦＦＥＲＩＮＧ  ＣＯＲＥ  ＳＩＺＥＳ」と題する、２００６年１１月３０日にマッテヤ  ピー．サベージ−リュークスによって出願された米国特許出願第１１／５６５，６１９号；
−「ＨＩＧＨ−ＥＮＥＲＧＹ  ＥＹＥ−ＳＡＦＥ  ＰＵＬＳＥＤ  ＦＩＢＥＲ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲＳ  ＡＮＤ  ＳＯＵＲＣＥＳ  ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  ＩＮ  ＥＲＢＩＵＭ’Ｓ  Ｌ−ＢＡＮＤ」と題する、２００８年１月２２日にジョン  ディー．ミネリーらによって出願された米国特許出願第１２／０１８，１９３号；
および
−「ＳＰＥＣＴＲＡＬＬＹ  ＢＥＡＭ  ＣＯＭＢＩＮＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＡＴ  ＥＹＥ−ＳＡＦＥＲ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨＳ」と題する、２００９年１１月２３日にロイ  ディー．ミードによって出願された米国特許出願第１２／６２４，３２７号；
これらはすべて参照によってそれら全体について本明細書に組み入れられている。
【０００３】
本発明は、概して光学導波路と関係し、特には、高いパワーおよび高エネルギーのパルス主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）照明器用のＱスイッチレーザーおよび「Ｑスイッチ」状のシードソース（Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ−ｌｉｋｅ−ｓｅｅｄ  ｓｏｕｒｃｅｓ）とより関係し、高利得光ファイバーと光ロッド増幅器中の過度な峻嶮なパルスを防ぐために、パルス化されたシードソースは制御された広いダイナミックレンジを有する。
【背景技術】
【０００４】
現在の技術的水準にかかる況のファイバーレーザーおよびファイバー増幅器は、誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）のような望まれない非線形効果を回避しながら、出力パルスが約１マイクロ秒以上の間続き、数ミリジュールのエネルギーを出力するくらいの非常に大きなパワーレベルにまでレーザーパルスを増幅させるのに困難を抱えている。ＳＢＳは、長いパルス持続時間（約５ナノ秒（ｎｓｅｃ）より長いパルス）、および非常に狭い線幅（比較的広い輝線幅を有するレーザー信号はＳＢＳの分解を引き起こしにくい）によって増幅する。
【０００５】
光利得ファイバーが、比較的大きなエネルギー量を蓄積するために長時間（例えば１００分の１マイクロ秒あるいは１０００分の１マイクロ秒）に渡って光学的にポンピングされ、その後、誘発放出増幅によって蓄積されたエネルギーを取り出すために、光シードパルス（レーザー源からの低級パワーのレーザーパルス）が光利得ファイバーの導波路コアへ放たれるようなレーザー設計を、（エルビウムドープ光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡｓ）のような）希土類元素ドーパントをドープした光利得ファイバーは可能にする。シードパルスの前縁が最も高い利得をむかえる一方で、後のパルスの一時的な部分がより低い増幅量を受けるために、残念なことに、これは通常峻嶮なパルスをもたらす。
【０００６】
峻嶮なパルスの問題を解決する１つのアプローチは、振幅変調によってシードパルスを形成すること（パルスの後半に増大する振幅が後続するシードパルスに低振幅前縁を与えること）であるが、満足のいくエネルギー抽出、パルス波形、および非線形効果の回避を得るための十分なダイナミックレンジ、および、きめ細かい制御を提供するのは大変困難である。ファイバー増幅器またはファイバーレーザーが上記の効果を補うよう設計される場合でさえも、より大きなファイバーサイズおよび／または長さ、ポンプパワーなどへ段々高まる時、１つのファイバーから得られる最大パワーには限界があるだろう。
【０００７】
様々な発明は分光ビーム結合（ｓｐｅｃｔｒａｌ−ｂｅａｍ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）を使用する。「Ｂｅａｍ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  ｏｆ  ｄｉｏｄｅ  ｌａｓｅｒ  ａｒｒａｙ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  ａｎｄ  ｐｏｗｅｒ」と題する、サンチェス−ルビオらに対する米国特許第６，１９２，０６２号、および「Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ  ｍｕｌｔｉ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｌａｓｅｒ」と題する、サンチェス−ルビオらに対する米国特許第６，２０８，６７９号は、分光ビーム結合の基本的技術について記載しており、その両方は、参照によって本明細書に組み入れられる。
【０００８】
幾つかの実施形態では、分光ビーム結合に使用されるグレーティングは「ブレーズ（ｂｌａｚｅｄ）」であり、すなわち、グレーティングの表面全体に垂直なベクトルに関して非対称の側壁角を有するＶ字型溝によって形成されている。「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｇｒｉｄ」と題する、ハイデンハインらに対する米国特許第３，７２８，１１７号（参照によって本明細書に組み入れられている）は、非対称の溝を有する、ブレーズグレーティングを作る方法について記載している。「Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，  ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ，  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ」と題する、スワンソンらに対する米国特許第４，８９５，７９０号（参照によって本明細書に組み入れられている）は、ステップ形状（ｓｔｅｐｐｅｄ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ）を作るための２進法のフォトリトグラフィーを使用して、非対称の溝を有するブレーズグレーティングを作る方法について記載している。「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ」と題する、２０００年８月１日にチョードリに対して発行された米国特許第６，０９７，８６３号（参照によって本明細書に組み入れられている）は、信号を分散するための低い偏光依存性を備える、反射型回折グレーティングについて記載している。チョードリのグレーティングは、伝送帯域幅内の効率変動を少なくするように向けられた、分化する２つの直交方向における回折効率間の差異を小さくするために形作られるファセットを含む。「Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題する、１９８２年２月２日にヤノらに対して発行された米国特許第４，３１３，６４８号（参照によって本明細書に組み入れられている）は、型のある（縞のある）多層物品（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ  ａｒｔｉｃｌｅ）の製造方法について記載している。
【０００９】
「ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＶＥ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＥＬＥＭＥＮＴ」と題する、タカダらに対する米国特許第６，８２２，７９６号（参照によって本明細書に組み入れられている）は、誘電体コーティングを備える非対称の溝を有する、ブレーズグレーティングを作る方法について記載している。「Ｇｒａｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」と題する、フースらに対する米国特許第６，９５８，８５９号（参照によって本明細書に組み入れられている）は、誘電体コーティングを有する、ブレーズグレーティングを作る方法について記載している。
【００１０】
「ＭＵＬＴＩＬＡＹＥＲ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮ  ＧＲＡＴＩＮＧＳ」と題する、１９９９年５月２５日にペリーらに対して発行された米国特許第５，９０７，４３６号は、参照によって本明細書に組み入れられている。この特許は、高い回折効率を持った誘電性のグレーティング構造の設計および製造について記載している。当該グレーティングは、多層の上部にグレーティング構造を備えた、インデックス誘電体材料（ｉｎｄｅｘ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を交互にする多層構造を有しており、調整可能な効率の回折グレーティングおよび可変性の光学的帯域幅を得る。
【００１１】
「ＨＩＧＨ  ＰＯＷＥＲ  ＦＩＢＥＲ  ＧＡＩＮ  ＭＥＤＩＡ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＣＨＩＥＶＥＤ  ＴＨＲＯＵＧＨ  ＰＯＷＥＲ  ＳＣＡＬＩＮＧ  ＶＩＡ  ＭＵＬＴＩＰＬＥＸＩＮＧ」と題する、２００１年４月３日にワールトらに発行された米国特許第６，２１２，３１０号は、参照によって本明細書に組み入れられている。この特許は、動作の異なる波長、パルスまたは偏光モードを備えた複数のファイバー利得ソースの多重化によるパワースケーリングの方法について記載しており、これは、単一モードまたはマルチモードファイバーに与えられる、例えば何十ワットから何百ワットまでに渡るような高電力出力を提供するための複数のファイバー利得ソースの多重結合を通して達成される。
【００１２】
「ＡＬＬ−ＳＩＬＩＣＯＮ  ＲＡＭＡＮ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲＳ  ＡＮＤ  ＬＡＳＥＲＳ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＭＩＣＲＯ  ＲＩＮＧ  ＲＥＳＯＮＡＴＯＲＳ」と題する、２００９年５月１２日にヤンらに対して発行された米国特許第７，５３２，６５６号は、参照によって本明細書に組み入れられている。この特許は、レーザービームを生成するためのデバイスについて記載している。当該デバイスは、マイクロリングから離れて配置してあるシリコン光導波路の少なくとも１つを有するシリコン光学マイクロリングを含む。当該マイクロリングの半径および横断面の寸法、導波路の横断面の寸法、およびマイクロリングと導波路の間の距離は、マイクロリングの１つ以上の対のウィスパリング−ギャラリー−モード（ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ−ｇａｌｌｅｒｙ−ｍｏｄｅ）の共振振動数がシリコンの光学的フォノン周波数によって分離されるように決定される。
【００１３】
「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＯＰＴＩＣＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する、２００１年１２月１１日にベンデットらに対して発行された米国特許第６，３３０，３８８号、および、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＯＰＴＩＣＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する、２００３年１０月２１日にベンデットらに発行された米国特許第６，６３６，６７８号の両方は、参照によって本明細書に組み入れられている。これらの特許は、調整可能な導波路レーザーを生成するための光学構造および方法について記載している。１つの実施形態では、導波路は、イオン拡散によって１つの又は複数の希土類元素をドープしたガラス基板の範囲内に定義される。導波路中のミラーまたは反射グレーティングのようなフィードバック要素はさらに、レーザー光が光学的にまたは他の方法でポンピングされる場合に当該レーザー光が当該導波路から出力されるように、レーザー空洞共振器を定義する。反射グレーティングによって反射される波長、および、空洞共振器の実効長を変化させ、その結果、選択された波長にレーザーを調整する方法が開示される。これらの特許はまた、ガラス基板上の希土類元素をドープしたレーザーおよび光学部品（ｏｐｔｉｃｓ）を統合するための装置および方法について記載している。
【００１４】
「Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ  ｄｏｐｅｄ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ−ｇｌａｓｓ  ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ」と題する、２００５年１１月２９日にベンデットらに対して発行された米国特許第６，９７０，４９４号は、参照によって本明細書に組み入れられている。この特許は、ガラス基板上のレーザーおよび光学部品を統合する工程について記載している。複数の導波路を備える光学活性なランタニド元素種をドープしたガラス基板から形成された光学的（例えばレーザー）要素は、基板内のチャネルによって定義される。レーザー要素は、個々の導波路のモノリシックアレイを随意に含み、当該導波路は異なる共振特性を備えるレーザー空洞共振器を形成する。
【００１５】
「Ｃｏｍｐａｃｔ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｈａｖｉｎｇ  ｆｏｌｄｅｄ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ」と題する、２００４年１１月２日にベンデットらに対して発行された米国特許第６，８１３，４０５号は、参照によって本明細書に組み入れられている。この特許は、主平面と、第１の導波路セグメントと第２の導波路セグメントを有するガラス基板、および第１の導波路セグメントと第２の導波路セグメントを繋ぐ折りたたまれたエバネッセントカプラ（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ  ｃｏｕｐｌｅｒ）を含む、統合されたフォトニック装置について記載している。折りたたまれたエバネッセントカプラは、第１の導波路セグメントの第１の長さ、および第１の導波路セグメントと平行し、隣接する第２の導波路の等しい長さの部分によって形成される。第１の長さは、折りたたまれていないエバネッセントカプラ中の第１の波長を伝送するために必要とされる、エバネッセントカプラの２分の１の長さと実質的に等しい。リフレクタ（例えば第１の波長の光を高度に反射し、また第２の波長の光を高度に透過する誘電体ミラー）は、折りたたまれたエバネッセントカプラの終端に位置する。
【００１６】
「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＨＡＶＩＮＧ  ＧＡＩＮ  ＡＮＤ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ−ＳＥＬＥＣＴＩＶＩＴＹ」と題する、２００２年１２月１０日にベンデットに対して発行された米国特許第６，４９３，４７６号は、参照によって本明細書に組み入れられている。この特許は、統合されたフォトニック装置について記載しており、当該フォトニック装置は主平面を有するガラス基板を含み、そこでは当該ガラス基板が複数の領域を含み、各々の領域は異なる屈折率を有しており、第１の領域は第１の屈折率を、および第２の領域は第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有し、さらに当該ガラス基板は、基板の主平面に沿って形成された第１の導波路を含み、そこでは第１の導波路は基板の隣接する部分の真性屈折率よりも高い屈折率を有し、第１の導波路はガラス基板の第１の領域および第２の領域を通過する。
【００１７】
「Ｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ  ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  ｂｅａｍ  ｓｈａｐｉｎｇ  ｆｏｒ  ｌｏｗ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」と題する、２００８年７月２２日にチャオらに対して発行された米国特許第７，４０３，６７７号は、参照によって本明細書に組み入れられている。特許第７，４０３，６７７号は、感動幅ＷＲに関して４００ミクロンの限界寸法未満の横断面の寸法を少なくとも１つ備えた平行ビームに光ビームを平行にするレンズを使用することで、光ビームに対して動作するための装置および方法について記載している。当該装置は、感動幅の範囲内に配された、例えば３００ミクロン未満の小さな厚みのバルクの（ｂｕｌｋ）電気光学材料を有し、平行ビームは経路に沿ってそれを横断する。当該装置は、平行ビームに対して動作を行なうために、低い動作電圧または駆動電圧、例えば４００Ｖ未満、をバルクの電気光学材料に適用するための電圧源を有する。当該光ビームを平行にするためのレンズは、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズまたは好ましくはＣ−レンズのような自由空間コリメーターである。「Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃ  ｓａｔｕｒａｂｌｅ  ａｂｓｏｒｂｅｒ」と題する、１９８８年１０月１８日にソリンらに対して発行された米国特許第４，７７８，２３７号は、参照によって本明細書に組み入れられている。特許第４，７７８，２３７号は、光学信号を処理するための光ファイバーの飽和性吸収体が、対向面を形成するためにクラッディングの一部が取り除かれる光ファイバーを含むことについて記載している。非線形の光吸収特性を有する光吸収物質は対向面へと適用され、その結果、光学信号エネルギーの一部がファイバーからそれが吸収される物質へと伝送される。デバイスは光学信号およびノイズを選択的に減少させ、パルスの広がり、およびシステムノイズの増幅により引き起こされるパルス波形の歪みを小さくするために使用されることができる。
【００１８】
「ＭＥＭＳ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｎｅｃｔ  ｓｗｉｔｃｈ」と題する２００２年５月２８日にウッドらに対して発行された米国特許第６，３９６，９７５号は、参照によって本明細書に組み入れられている。特許第６，３９６，９７５号は、光学信号を入力ファイバーから２つ以上の出力ファイバーのうちの１つへ切り替えることができるＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカル（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ））構造について記載している。１つの実施形態では、ＭＥＭＳ光クロスコネクトスイッチは、第１のマイクロエレクトロニクスの基板を含み、当該基板は当該基板の表面に配置されたポップアップミラー、および可変的に調整された磁場発生源のような回転磁場発生源を有する。回転磁場発生源は、反射しない状態から反射する状態まで、ポップアップミラーの確実な操作を可能にする。さらに、当該発明は、基板の表面に配置されるポップアップミラーを有する第１のマイクロエレクトロニクス構造、および第１の基板に対して固定の位置関係で配置される位置決め構造を有するＭＥＭＳ光クロスコネクトスイッチで具体化される。その位置決め構造は、第１のマイクロエレクトロニクス基板に対して固定の位置関係にある第２のマイクロエレクトロニクス基板から伸びる位置決め構造を含んでもよい。位置決め構造は、反射する状態へとポップアップミラーを作動した場合にポップアップミラーのさらなる運動を制限する役目を果たす。
【００１９】
「Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃ  ｓａｔｕｒａｂｌｅ  ａｂｓｏｒｂｅｒ」と題する、１９８８年１０月１８日のソリンらに対する米国特許第４，７７８，２３７号は、参照によって本明細書に組み入れられている。特許第４，７７８，２３７号は、光学信号を処理するための光ファイバー飽和性吸収体が、対向面を形成するためにクラッディングの一部が取り除かれる光ファイバーを含むことを記載する。非線形の光吸収特性を有する光吸収物質は、光学信号エネルギーの一部がファイバーからそれが吸収される物質へと伝送されるように、対向面に適用される。デバイスは光学信号およびノイズを選択的に減じ、パルスの広がり、およびシステムノイズの増幅により引き起こされるパルス波形の歪みを小さくするために使用されることができる。
【００２０】
「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ａ  ｐａｓｓｉｖｅｌｙ  Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ，  ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ  ｐｕｍｐｅｄ，  ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｌａｓｅｒ」と題する、２００７年４月１０日のヤングらに対する米国特許第７，２０３，２０９号は、参照によって本明細書に組み入れられている。特許７，２０３，２０９は、第１のミラーと第２のミラーの間で形成された共振空洞を含むレーザーについて記載している。レーザー利得を生みだすための、感作されていないエルビウムドープした結晶利得媒体は共振空洞内に配置される。飽和性吸収体は共振空洞内に配置される。ポンプソースは利得媒体にエネルギーを与えるように位置付けられる。７５ナノ秒未満の持続時間を有する出力パルスがレーザーによって生成されるように、飽和性吸収体、レーザー利得、共振器の長さ、および第２のミラーは選択される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
例えば、Ｕ．Ｓ．強電力レーザーイニシアティブ（ＲＥＬＩ）用に提案されているような、指向性エネルギー（ＤＥ）兵器用のファイバーレーザーからの分光ビーム結合したレーザービームを含む、新規でかつ非自明な結合を得るために、本発明は本明細書に記載される任意の先行技術特許と共にまたは組み合わせて使用されることができる。幾つかの実施形態では、本発明は、目に安全な波長でＤＥ用のラマン−ファイバー増幅器またはレーザーをポンプする高電力レーザーを製造する。
【００２２】
改善されたレーザーシステムの、特にはＭＯＰＡ設計で使用するためのＱスイッチファイバーレーザーおよび／またはファイバー光増幅器の必要性がある。他のファイバーレーザー代替物が利用可能である一方、本発明は改善されたパフォーマンス（より高い出力電力）および／またはより低いコストを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
幾つかの実施形態では、本発明は、長持続レーザーパルスの高利得光ファイバー増幅における峻嶮なパルスを回避する、および／または補う、制御された高ダイナミックレンジ振幅を有するシードソースとしてＱスイッチレーザーを使用する装置、方法およびシステムを提供する。幾つかの実施形態では、出力は照明目的（例えば、画像取得のためにシーンを照射すること）のために使用される。幾つかの実施形態では、十分に制御されたパルス波形はダイナミックレンジ、長持続、および狭すぎない線幅を有して得られる。幾つかの実施形態では、利得媒体を有する光空洞においてＱスイッチを開放すると、増幅は比較的ゆっくりと高まり、そこでは利得媒体を通る各ラウンドトリップが光学パルスの振幅を増大させる。この構造は非常に幅の広いダイナミック（すなわち１つのラウンドトリップ後の非常に低い振幅、および光が再三に及んで利得媒体を通る時間に渡っての比較的ゆっくりで制御された増大）を有する光学パルスをもたらす。
【００２４】
本明細書に使用されるように、Ｑスイッチは、それがレーザー空洞においてレーザーを発するのを可能にするためには不十分な信号を伝搬する（すなわちレーザーを発する信号波長の光の閾値下の量、通常は、循環させるのに最低限または無の信号を可能にする）場合には「閉鎖（ｃｌｏｓｅｄ）」または「オフ」と認識され、またそれがレーザー空洞においてレーザーを発するのを可能にするために十分な信号を伝搬する（すなわちレーザーを発する信号波長の光の閾値を超える量、通常は、循環させるのに最大限または全ての信号を可能にする）場合には「開放（ｏｐｅｎ）」または「オン」と認識される、レーザー空洞内にある光学要素である。通常は、Ｑスイッチは可変的に透過性の要素として構成され、Ｑスイッチが「オン」の場合には信号光を透過し、Ｑスイッチが「オフ」の場合には信号光を透過しない。他の実施形態では、Ｑスイッチは可変的な透過性半導体要素として構成され、そこでは、Ｑスイッチが「オン」の場合には、レーザーを発するのを可能にするために半導体を透過的にするよう、Ｑスイッチ駆動回路が十分な電力を供給し、Ｑスイッチが「オフ」の場合には、透過性がレーザーを発するのを可能にするために十分な電力を供給しない。および幾つかの実施形態では、この同一の半導体要素はまた、十分な電力が適用される場合、さらなる光学利得を供給する。また他の実施形態では、Ｑスイッチは可変的な反射率要素（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）として構成され、そこでは、Ｑスイッチが「オン」の場合には、Ｑスイッチは、レーザー空洞中でレーザー発射を引き起こすのに十分な信号を反射し、Ｑスイッチが「オフ」の場合には、レーザーを発するのを可能にするのに十分な信号を反射しない。
【００２５】
幾つかの実施形態では、振幅増加率に関してさらなる微細な粒度の制御を提供するために、Ｑスイッチそれ自体は電子制御の下で（完全閉鎖から完全開放に至るというよりもむしろ）徐々に開放される。幾つかの実施形態では、音響光学変調器（ＡＯＭ）はＱスイッチとして使用され、（例えば、もし方形パルスによって駆動されるように）もし完全に駆動される場合に開放するよりも更にゆっくりと作動するように電子制御されている（例えば、幾つかの実施形態では、それは制御されたスロープの傾斜パルスによって駆動される）。
【００２６】
幾つかの実施形態では、本発明は、一方向性のリングの周りでの光の移動を強化するのを補助する光アイソレーター、シード信号の線幅を狭め制御するのを補助する帯域通過フィルター、シード信号を偏光するための偏光子および／または偏光保持ファイバー、一時的なパルス波形を制御するためのＱスイッチに連結されたＱスイッチドライバー、およびフィードバックとしてシード信号の一部をレーザーリングに連結させ、シード信号の別の一部を１つ以上の外部の光パワー増幅器に連結させる出力カプラ、などを含むＱスイッチリングシードレーザー構造において希土類元素をドープした（ＲＥ−ｄｏｐｅｄ）光学利得ファイバーを提供する。シード信号の高ダイナミックレンジおよび振幅制御は、さもなければ同一の１つ以上の外部の光パワー増幅器および主発器振電力増幅器（ＭＯＰＡ）構成における従来のシードパルスを使用して起こる峻嶮なパルスを回避するかまたは補う。
【００２７】
幾つかの実施形態では、本発明は、以下に記載されている図１Ａ、図１Ｂ１、図１Ｂ２、図１Ｂ３、図１Ｃ１、図１Ｃ２、図１Ｄ１、図１Ｄ２、図１Ｅ１、図１Ｅ２、図１Ｅ３、図１Ｆ１、図１Ｆ２、図１Ｆ３、図１Ｇ１、１Ｇ２および図１Ｇ３に示されているような、Ｑスイッチレーザーからの「Ｑスイッチシード信号」を提供する。他の実施形態では、本発明は、以下に記載される図２Ａおよび図２Ｂに示されるような、シードパルス用のレイジングエネルギーを蓄積するためのラージコア利得ファイバーを使用する構成において、Ｑスイッチの代わりにパルスポンプされたスモールコア利得ファイバーを使用する準Ｑスイッチ（ｑｕａｓｉ−Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ）レーザーからの「準Ｑスイッチシード信号」を提供する。また他の実施形態では、本発明は、Ｑスイッチ信号によく似た前縁を有するシードパルスを形成するために、後になって勾配を増大させる、非常にゆっくりと増加する前縁を有する高ダイナミックレンジのパルスを形成するための複数の光学振幅増幅変器を使用しながら、以下の図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｅに記載されるような装置を使用しながら、その出力を変調する従来のレーザーまたは制御された線幅の自然放射増幅光（ＡＳＥ）デバイスから「「Ｑ」状のシード信号（Ｑ−ｌｉｋｅ  ｓｅｅｄ  ｓｉｇｎａｌｓ）」を提供する。
【００２８】
本明細書で使用されているように、「Ｑシード信号」は、Ｑスイッチシード信号、準Ｑスイッチシード信号、およびＱ様シード信号を含む、ガウスの、またはガウスのような一時的な強度形状を有する信号についての総称用語である。本明細書で使用されているように、「Ｑシードソース」は、Ｑシード信号を生成するパルス発光ソースについての総称用語である。本明細書で使用されているように、「光」信号、および「光学」信号は各々、（一般に紫外線と呼ばれる）約１００ｎｍから約４００ｎｍの間の波長の電磁放射線（ＥＭＲ）、（可視領域の両端を定義する正確な波長、すなわちヒトによって知覚される波長、は個体および光の強度によって異なり得るが、紫から赤までの可視光である）約４００ｎｍから約７００ｎｍの間の電磁放射線、または（一般に赤外線と呼ばれる）約７００ｎｍから約１０，０００ｎｍの間の電磁放射線を含む。さらに幾つかの実施形態では、本発明は１００ｎｍより短い、または１０，０００ｎｍより長い波長を有するＥＭＲ信号を使用することを企図する。
【００２９】
幾つかの実施形態では、本発明は、峻嶮なパルスを回避しながら、非常に高いパワーにまでＱシード信号を十分に増幅させる、ファイバーまたはロッドに基づいた電力増幅器または電力増幅器チェーン（一連のファイバーに、あるいはロッドに基づいた利得媒体）によって増幅される、ＱシードソースからのＱシード信号を用いるＭＯＰＡ機器を提供する。
【００３０】
幾つかの実施形態では、本発明の新規のシードソースは非常にコンパクトで、頑丈で、およびコスト効率が良い。幾つかの実施形態では、新規のシードソースには５ｎ秒以下の短いパルスを生成する能力がある。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチシードソースは、そのＱスイッチとして固体増幅器を使用する。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチシード信号は、パワー増幅段を含む、ファイバー増幅段において峻嶮なパルスを招かない。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチシード信号は誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）または変調不安定性を招かない。幾つかの実施形態では、本発明は、最小のスペクトルの広幅化を伴う共伝搬（ｃｏ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ）ポンピングスキームを使用する。幾つかの実施形態では、その線幅はスペックルを最小化するように調整される。幾つかの実施形態では、その線幅は照明器検出器システムの検出サブシステムにおいて使用される波長フィルターと一致するように調整される。
【００３１】
峻嶮なパルスが生じず、したがって、パルスの線幅が減少しないことにより、本発明は
狭帯域増幅にとって重要である。
【００３２】
幾つかの実施形態では、本発明は、ファイバーベースのシステムからガウス型の高パルスエネルギーを提供する。
【００３３】
本発明によって生成されるＱスイッチパルスは、非線形性として自己位相変調を示す。しかしながら、本発明によって生成されるＱスイッチパルスは、電力増幅器帯域幅の外側の波長への信号パルスのスペクトルの広幅につながる、四光波混合を示さず、およびその結果として電力増幅器のエネルギー抽出能力のエネルギーのクランピングを示さない。
【００３４】
本発明は、ロングレンジの画像収集システム(カメラ用の照明するシーン)用照明器により長いレンジを提供する、より高いパルスエネルギーの信号および改善された光・ディスタンシングおよびレンジング（ｌｉｇｈｔ−ｄｉｓｔａｎｃｉｎｇ−ａｎｄ−ｒａｎｇｉｎｇ）(ＬＩＤＡＲ)システムを可能にする。
【００３５】
発明の幾つかの実施形態の別の態様は、高電力信号パルスからのポンプ・レーザーを保護するためにＱスイッチがオンの場合にポンプ・レーザーへの経路のスイッチを切るのと同様、レイジング空洞における信号光をＱスイッチするという２つの機能を提供する１ポート−２ポート（１ｘ２）の電気的に制御された光スイッチの使用である。
【００３６】
また本発明の幾つかの実施形態の別の態様は、レーザーシードソースの振幅変化ノイズを減らすノイズアベレージャーの使用である。幾つかの実施形態では、前記ノイズは、ノイズアベレージャーによって減少され、当該ノイズアベレージャーは、信号を複数の部分に分け、その後(例えば面状の光学機器の異なる長さの表面波線路に、または異なる長さの光ファイバーに、各々の部分を通すことによって)各部分を異なる量の時間で遅らせて、その後、遅れた部分を互いに再結合する(混合する)。
【００３７】
他の実施形態では、本発明は１．９４ミクロンの医用レーザーに使用される。さらに他の実施形態では、それは材料処理システムに使用される。また他の実施形態では、本発明は赤外線逆探知装置(ＩＲＣＭ)に使用される。幾つかの実施形態では、本発明は、軍用規格を満たした(ミル−スペック−認証)高いパルスエネルギーレーザーシステムを可能にする、非常に頑丈な装置を提供する。
【００３８】
本発明は、軍事の戦術システムにとって、および、高度防衛プログラム（ｄｅｆｅｎｓｅ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ）、並びに、照明器市場、アクティブイメージング、材料処理、医療用（２つの−ミクロン波長版）、ＩＲＣＭ；軍事の応用、監視システム、医療システム、産業使用、ＤＩＡＬ用のレーザーなどにとって重要である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０１）のブロック図であり、当該サブシステム（１０１）は（グラフ化されたプロット（８８）として示される）増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される、（グラフ化されたプロット（８１）として示される）シードパルス（９１）を出力するＱスイッチレーザシードソース（１１０）を含む。
【図１Ｂ１】図１Ｂ１は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０２）のブロック図であり、当該サブシステム（１０２）は、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）により増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチレーザーシードソース（１２０）を含む。
【図１Ｂ２】図１Ｂ２は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１８２）のブロック図であり、当該サブシステム（１８２）は増幅されたパルス（６８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（６２）を出力するポンプドスルーＱスイッチリングレーザーシードソース（１８０）を含む。
【図１Ｂ３】図１Ｂ３は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１８３）のブロック図であり、当該サブシステム（１８３）は増幅されたパルス（６７）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（６３）を出力するポンプドスルーＱスイッチレーザシードソース（１８１）を含む。
【図１Ｂ４】図１Ｂ４は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１８５）のブロック図であり、当該サブシステム（１８５）は、増幅されたパルス（６８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（６２）を出力するポンプドスルーＱスイッチリングレーザーシードソース（１８４）を含む。
【図１Ｂ５】図１Ｂ５は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１８７）のブロック図であり、当該サブシステム（１８７）は、増幅されたパルス（６４）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（６１）を出力するブリーチドパルスＱスイッチソース（１９７）を含む。
【図１Ｃ１】図１Ｃ１は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０３）の概略図であり、当該サブシステム（１０３）は増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチレーザーシードソース（１３０）を含む。
【図１Ｃ２】図１Ｃ２は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０３）のブロック図であり、当該サブシステム（１０３）は、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチレーザーシードソース（１３０）を含む。
【図１Ｄ１】図１Ｄ１は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０４）の概略図であり、当該サブシステム（１０４）は、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するフラットパックパッケージされた半導体レーザーベースのＱスイッチレーザーシードソース（１４０）を含む。
【図１Ｄ２】本発明の幾つかの実施形態によると、図１Ｄ２はサブシステム（１０４）のブロック図であり、当該サブシステム（１０４）は、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチレーザシードソース（１４０）を含む。
【図１Ｅ１】図１Ｅ１は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０５）の概略図であり、当該サブシステム（１０５）は増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力する、フラットパックパッケージされた希土類元素ドープしたレーザーベースのＱスイッチレーザーシードソース（１５０）を含む。
【図１Ｅ２】図１Ｅ２は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０５）のブロック図であり、当該サブシステム（１０５）は、Ｑスイッチとして半導体光増幅器を使用し、および、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力する、Ｑスイッチレーザーシードソース（１５０）を含む。
【図１Ｅ３】図１Ｅ３は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０５’）のブロック図であり、当該サブシステム（１０５’）は、光学ポンプした面状導波路光増幅器（１５５’）をＱスイッチとして使用し、および、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力する、Ｑスイッチレーザーシードソース（１５０’）を含む。
【図１Ｆ１】本図１Ｆ１は発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０６）の概略図であり、当該サブシステム（１０６）は、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力する、フラットパックパッケージされた希土類元素ドープしたレーザーベースのＱスイッチレーザーシードソース（１６０）を含む。
【図１Ｆ２】図１Ｆ２は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０６）のブロック図であり、当該サブシステム（１０６）は増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチリングレーザーシードソース（１６０）を含む。
【図１Ｆ３】図１Ｆ３は本発明の幾つかの実施形態による代替のサブシステム（１０６’）のブロック図であり、当該サブシステム（１０６’）は、光学ポンピングした面状導波路光増幅器（１６５’）をＱスイッチとして使用し、および、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力する、Ｑスイッチレーザーシードソース（１６０’）を含む。
【図１Ｇ１】図１Ｇ１は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０７１）の概略図であり、当該サブシステム（１０７１）は、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力する、フラットパックパッケージされた希土類元素ドープしたレーザーベースのＱスイッチレーザーシードソース（１７０）を含む。
【図１Ｇ２】図１Ｇ２は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０７２）のブロック図であり、当該サブシステム（１０７２）は、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチリングレーザーシードソース（１７０）を含む。
【図１Ｇ３】図１Ｇ３は本発明の幾つかの実施形態による代替のサブシステム（１０７３）のブロック図であり、当該サブシステム（１０７３）は、光学ポンピングした面状導波路光増幅器（１７５’）をＱスイッチとして使用し、および、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力する、Ｑスイッチレーザーシードソース（１７０’）を含む。
【図２Ａ】図２Ａは本明細書の幾つかの実施形態によるサブシステム（２０１）のブロック図であり、当該サブシステム（２０１）は、増幅された準Ｑスイッチパルス（９４）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される準Ｑスイッチシードパルス（９０）を出力する準Ｑスイッチリングレーザーシードソース（２１０）を含む。
【図２Ｂ】図２Ｂは本明細書の幾つかの実施形態によるサブシステム（２０２）のブロック図であり、当該サブシステム（２０２）は、増幅された準Ｑスイッチパルス（９４）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される準Ｑスイッチシードパルス（９０）を出力する準Ｑスイッチリングレーザーシードソース（２２０）を含む。
【図３Ａ】図３Ａはサブシステム（３０１）のブロック図であり、当該サブシステム（３０１）は、増幅されたパルス（９３）（グラフ化されたプロット（８３）として示される）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される傾斜シードパルス（９２）（グラフ化されたプロット（８２）として示される）を出力する従来方法で変調した傾斜パルスレーザーシードソース（５０）を含む。
【図３Ｂ】図３Ｂは２つの信号の詳細なグラフ（３０２）であり、当該信号はシードパルス（９２）の最初の部分の峻嶮なパルスから生じる、傾斜シードパルス（９２）の強度対時間を示すプロット（８２）および増幅したパルス（９３）の強度対時間を示すプロット（８３）を含む。
【図３Ｃ】図３Ｃは本明細書の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０１）（前図１Ａに図示）のブロック図であり、当該サブシステム（１０１）は、増幅されたパルス（９８）（グラフ化されたプロット（８８）として示される）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）（グラフ化されたプロット（８１）として示される）を出力するＱスイッチレーザーシードソース（１１０）を含む。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本明細書の幾つかの実施形態によるＱスイッチシードパルス（９１）の強度対時間を示すプロット（８１）、および増幅したパルス（９８）の強度対時間を示すプロット（８７）を含む、２つの信号の詳細なグラフ（３０４）である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本明細書の幾つかの実施形態によるＱスイッチシードパルス（９１）の強度対時間を示すプロット（８１）、および増幅したパルス（９８）の強度対時間を示すプロット（８７）を含む、２つの信号の詳細なグラフ（３０５）である。
【図４Ａ】図４Ａは、本明細書の幾つかの実施形態による輸送手段または設備（４０８）に取り付けられるＱシードＭＯＰＡサブシステム（１００）を含むシステム（４０１）のブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本明細書の幾つかの実施形態による出力ビームが分光ビームコンバイナーで結合される複数のＱシードＭＯＰＡサブシステム（１００）を含むシステム（４０２）のブロック図であり、その全ては輸送手段または設備（４０９）に取り付けられる。
【図５Ａ】図５Ａは本明細書の幾つかの実施形態によるサブシステム（５０１）の概略図であり、当該サブシステム（５０１）は増幅されたパルス（５９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される「Ｑ」状のシードパルス（５９１）を出力するレーザーおよび直列／並列変調結合（「Ｑ」状のシードパルス発生器と呼ばれる）を含む。
【図５Ｂ】図５Ｂは、シードソース（５２０）が並列に接続された変調器（５２５１）と（５２５２）のみを有する代替的な実施形態である、サブシステム（５０２）の概略図であり、それぞれの出力はコンバイナー（５２６）によって接続され、その後、その出力は変調器（５２５３）を通して直列に接続される。
【図５Ｃ】図５Ｃは、各々を異なる時間で遅らせた３２の部分を平均化することで得られるシミュレートされたノイズ信号（５１２）（図５Ａおよび図５Ｂを参照）のプロット（１５１２）およびノイズが減少した信号（５１２’）（図５Ａおよび図５Ｂを参照）のプロット（１５１２’）を示す、概略的なグラフ（５０３）である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、光学変調素子（例えば、図５Ａのサブシステム（５０１）の幾つかの実施形態、または図５Ｂのサブシステム（５０２）の幾つかの実施形態では、変調器（５２５１）、（５２５２）、および（５２５３））をそれぞれ駆動させるために使用される、理想化された電気パルス（５７１）、（５７２）、および（５７３）のプロットを示す、概略的なグラフ（５０４）である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、光学変調素子（例えば、図５Ｆのサブシステム（５０６）の幾つかの実施形態では、変調器（５２５４）、（５２５５）、および（５２５６））をそれぞれ駆動させるために使用される、理想化された電気パルス（５７４）、（５７５）、および（５７６）のプロットを示す、概略的なグラフ（５０５）である。
【図５Ｆ】図５Ｆは本明細書の幾つかの実施形態によるサブシステム（５０６）の概略図であり、当該サブシステム（５０６）は、増幅されたパルス（５９７）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される「Ｑ」状のシードパルス（５９１）を出力するレーザーおよび直列変調結合（５６０）（「Ｑ」状のシードパルス発生器（５６０）と呼ばれる）を含む。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下の詳細な説明は、例証の目的で多くの特定の例を包含しているが、当業者は、以下の多くの変更および以下の詳細な例への変更が発明の範囲内にあることを認識するであろう。従って、本発明の以下の好ましい実施形態は、一般性の任意の損失なしに、かつ請求された本発明に限定を課することなしに述べられる。さらに、好ましい実施形態の以下の詳細な説明において、その一部分を形成する添付図面が言及される。それらは本発明が実施され得る特定の実施形態によって示される。他の実施形態が利用され得ること、及び構成の変更が本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることは、理解される。
【００４１】
図に一般に現われる参照符号の先行のディジットは、その成分が最初に導入される図番号に同じ参照符号が多数の図に現われる参照符号の先頭の桁は、当該構成が最初に導入される図番と対応し、その結果、同一の参照符号は本明細書を通じて複数の図面に現れる同じ構成要素に言及するために使用される。信号と接続は同一の参照符号またはラベルによって言及され得るが、実際の意味は説明の文脈におけるその使用から明らかになるであろう。本明細書における説明において、特定の個々の図面の説明において明示的に記載されていない種々の図面における参照符号は、先に記載された図面における同一の参照符号について記載された、対応する構成要素又は信号に言及する。
【００４２】
本発明によれば、「主発振器」レーザーからの比較的低出力のＱスイッチパルスは、シード信号としてされ、当該シード信号は、高ポンピング主−発信パワー−増幅システムにおける光パワー増幅器によって増幅され、当該高ポンピング主−発信パワー−増幅システムは、レーザー及び／又は利得セクションのうちの少なくともいくつかのための光ファイバー及び／又は光ロッド利得媒体を含む（主発振器の後の１つ以上の利得セクションは本明細書において増幅器チェーンと呼ぶ）。いくつかのそのようなシステムは、画像取得のためのパルス照明器として使用される。幾つかの実施形態では、出力パルスは、持続時間において約１マイクロ秒の全幅半値（ＦＷＨＭ）の等級である。他の実施形態では、パルス持続時間は、約０．１マイクロ秒乃至約１０マイクロ秒である。さらに他の実施形態では、Ｑスイッチシードパルス持続時間は１〜２ナノ秒程度の短さである。高い増幅ファイバーまたはロッドの光学利得媒体を有する従来のシステムは、パルスの前縁が高度に増幅され、後にパルスの一部が低い増幅に到達するように、パルスが到着するまでは、ポンプソースから大きいエネルギー量を格納する。当該前縁は、ＳＢＳのような不適当な非線形の効果につながる、峻嶮なパルス及び高ピークパワーへと導く。これをアドレス（ａｄｄｒｅｓｓ）するための１つの方法は、シードパルスを形成するためにシードパルスを振幅変調し、かつ当該シードパルスを最初は低い強度（それは増幅器チェーンから最も高い利得を経験する）から、当該パルスの後方で高い強度まで傾斜させるように構成された光学変調素子を提供することである（格納されたエネルギーは部分的に使い果たされているため、増幅器チェーンからの増幅は少ない）。
【００４３】
幾つかの実施形態では、本発明は、Ｑスイッチレーザー空洞からシードパルスを提供する。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチレーザー空洞はリングレーザーとして構成され、その一方で、他の実施形態では、リニア・レーザー構造が使用される。Ｑスイッチレーザー空洞のＱスイッチが開かれる（例えば、完全閉鎖から、完全開放まで）場合、空洞における信号の強度は、空洞の長さに関連づけられる時間に依存する（利得媒体を介した各ラウンドトリップによって、空洞に格納されたエネルギーが消耗されるまで、パルス強度が増加し、したがって、空洞の長さ及び／又は少なくとも部分的な幾何学的特徴が、一時的なパルス波形を制御する）。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチレーザー空洞のＱスイッチは、シードパルスの一時的な波形に対する追加の制御を達成するために一時的に形成されたパルス（例えば傾斜したパルス）によって駆動される。幾つかの実施形態では、シード信号パルスのレーザービームを発する波長および線幅を、誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）を防止するのに充分信号パルスがスペクトル的に広くなるように制御するために、バンドパス波長フィルターは、Ｑスイッチレーザー空洞の中で使用される。加えて、Ｑスイッチシードパルスは、複数の縦のレーザービームを発するモードを有する。当該モードはシードパルスを、ＳＢＳを防止するのに充分にスペクトル的に広くする。
【００４４】
幾つかの実施形態では、本明細書に記載されているシステムは、他のシステムまたは構成要素と組み合わされ、その結果、増幅された出力パルスはさらに（例えば、２００８年９月３０日に発行された、「ＭＵＬＴＩ−ＳＥＧＭＥＮＴ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ−ＣＲＹＳＴＡＬ−ＲＯＤ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ  ＦＯＲ  ＡＭＰＬＩＦＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＰＯＷＥＲ  ＰＵＬＳＥＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤ」と題する米国特許第７，４３０，３５２号に記載された如き、さらなる増幅によって）、あるいは２００８年６月１０日に発行された、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＳＰＥＣＴＲＡＬ−ＢＥＡＭ  ＣＯＭＢＩＮＩＮＧ  ＯＦ  ＭＥＧＡＷＡＴＴ−ＰＥＡＫ−ＰＯＷＥＲ  ＢＥＡＭＳ  ＦＲＯＭ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ−ＣＲＹＳＴＡＬ  ＲＯＤＳ」と題する米国特許第７，３８６，２１１号、および２００７年４月３日に発行された、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＳＰＥＣＴＲＡＬ−ＢＥＡＭ  ＣＯＭＢＩＮＩＮＧ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＰＯＷＥＲ  ＦＩＢＥＲ  ＬＡＳＥＲＳ」と題する米国特許第７，１９９，９２４号に記載されるような分光ビームを組み合わせることによって、あるいは、２００８年１月２２日に出願した、「ＨＩＧＨ−ＥＮＥＲＧＹ  ＥＹＥ−ＳＡＦＥ  ＰＵＬＳＥＤ  ＦＩＢＥＲ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲＳ  ＡＮＤ  ＳＯＵＲＣＥＳ  ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  ＩＮ  ＥＲＢＩＵＭ’Ｓ  Ｌ−ＢＡＮＤ」と題する米国特許出願第１２／０１８，１９３号に記載されたような特定の波長領域で動作することによって、あるいは２００９年１１月１７日に発行された、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＵＭＰＩＮＧ  ＡＮＤ  ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＰＡＲＡＭＥＴＲＩＣ  ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲＳ  ＵＳＩＮＧ  ＤＦＢ  ＦＩＢＥＲ  ＬＡＳＥＲＳ」と題する米国特許第７，６２０，０７７号に記載されているような光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）のような非線形の波長変換によって、あるいは、２００８年１２月３０日に発行された、「ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ  ＬＡＳＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＨＡＶＩＮＧ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＩＮ  ＴＨＥ  ２００−ＮＭ  ＲＡＮＧＥ」と題する米国特許第７，４７１，７０５号に記載されたとおりの、波長を２倍にするか、３倍にするか、４倍にするか、５倍にすることによって、あるいは、２００９年１１月２３日にロイ  ディー．  ミードによって出願された、「ＳＰＥＣＴＲＡＬＬＹ  ＢＥＡＭ  ＣＯＭＢＩＮＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＡＴ  ＥＹＥ−ＳＡＦＥＲ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨＳ」と題する米国特許出願第１２／６２４，３２７号に記載されるようなラマン波長延長と分光ビームの結合（ＳＢＣ）によって、あるいは、２００８年９月３０日に発行された、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＡＩＲＣＲＡＦＴ  ＩＮＦＲＡＲＥＤ  ＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥＳ  ＴＯ  ＭＩＳＳＩＬＥＳ」と題する米国特許第７，４２９，７３４号に記載されるような特定方向にビームを向けることによって、さらに処理され、おのおのは、参考として本明細書に組み入れられた。幾つかの実施形態では、本発明は、２０１０年９月７日にローレンス  エイ．  ボーショアに対して発行された、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＲＩＶＩＮＧ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ」と題する米国特許第７，７９２，１６６号に記載されるような回路によって生成された電流パルスによって駆動される１つ以上のポンプ・レーザー・ダイオードを使用する。これは参考として本明細書に組み入れられた。
【００４５】
図１Ａは、本発明のいくつかの実施形態による総括的なサブシステム（１０１）のブロック図である。幾つかの実施形態では、サブシステム（１０１）は、増幅されたパルス（９８）（グラフ化されたプロット（８８）のとおりに示される）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチ・パルスレーザシードソース（１１０）を含む（例示的なシードパルス対時間の任意の単位（Ａ．Ｕ．）での強度は、グラフ化されたプロット（８１）である）。Ｑスイッチ・シードパルス（９１）は、従来の光学変調素子によって生成されたパルスより微細な粒状の制御を有する（よりよいダイナミックレンジ）最初の傾斜の漸増を提供する。Ｑスイッチ・レーザーシードソース（１１０）におけるＱスイッチが開放すると（充分な信号光が空洞損失を克服せしめ、その結果レイジングが生じる）、空洞内のシードパルス及び空洞から出るシードパルスは、パルスシード信号を生成するように、比較的徐々に強度を増加させ、１以上の非常に高い利得光ファイバー増幅器（１１２）によって増幅されると、パルスシード信号は、さもないと増幅器チェーン（１１２）に生じる過度に峻嶮なパルスを防止する一時的な波形を有する。幾つかの実施形態では、増幅器チェーン（１１２）による増幅後の出力パルス（９８）は、シードパルス（９１）が行ったよりわずかに長いＦＷＨＭ持続時間を有するが、パルス波形は、増幅器（１１２）から、以下に記載された図３Ａおよび図３Ｂにおいてパルス波形の比較で示されるように、従来の通りに形成されたパルスを使用して可能なエネルギー抽出よりも完全なエネルギー抽出を可能にする。幾つかの実施形態では、増幅器チェーン（１１２）は、ポンプ光が伝播する光ファイバー（１１４）によって第１ファイバー増幅器（１１３）に光学的に結合されるポンプ・レーザー（１１５）によって光学的にポンピングされる、第１ファイバー増幅器（１１３）を含む。幾つかの実施形態では、増幅器チェーン（１１２）は、増幅器（１１６）へポンプ光を導く別の光ファイバー（１１４）によって第２ファイバー増幅器（１１３）に光学的に結合される別のポンプ・レーザー（１１８）によって光学的にポンピングされる、第２のファイバー増幅器（１１６）のような１つ以上の追加の増幅段を含む。幾つかの実施形態では、増幅された出力パルスは、送達ファイバー（１１７）を使用して送達される。（例えば、幾つかの実施形態では、これは、２００８年５月２７日に発行された、「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＨＯＬＬＯＷ−ＣＯＲＥ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＦＩＢＥＲ  ＡＮＤ  ＨＯＬＬＯＷ−ＥＮＤＣＡＰ  ＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ、ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ）  ＭＥＴＨＯＤ」と題する、同一出願人に譲渡された米国特許第７，３７９，６４８号に記載されたようなファイバー・エンド・キャップ（１１９）を有する中空コア・ファイバー（１１７）である。これは参考のために本明細書に組み入れられた。
【００４６】
図１Ｂ１は、本発明のいくつかの実施形態によって、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチ・リングレーザーシードソース（１２０）を含むサブシステム（１０２）のブロック図である。幾つかの実施形態では、サブシステム（１０２）は、パルス出力ビーム（９８）によって照射されるシーンから画像情報を得る撮像デバイス（本明細書に示されない）を含む画像収集システムなどのより大きなシステムの一部である。幾つかの実施形態では、サブシステム（１０２）は希土類ドープファイバー増幅器（ＲＥＤＦＡ）（１２１）を含む。これは、（半導体レーザーダイオードのような）ポンプ・レーザー（１２８）によって光学的にポンピングされる。幾つかの実施形態では、ＲＥＤＦＡ  （１２１）は偏光維持エルビウムドープファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）（部品番号Ｅｒ−２５−０５−ＰＭ、カナダ、Ｇ２Ｃ  １Ｓ９  ケベック州  スイート１２１  ジャン−ぺリン  ２７００のＣｏｒａｃｔｉｖｅ社などより入手可能）と、ポンプ・アンド・信号・光マルチプレクサー（ＯＭＵＸ）１８９（部品番号ＰＭＷＤＭ−ＥＤＦＡ−１−１−２−１−０、アメリカ合衆国  ０７８４０ニュージャージー州  ハケットタウン  スイート１０１  ニューバーグ  ロード  ４３−ＡのＭｉｃｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ社から入手利用可能）を含む。幾つかの実施形態では、ポンプ・レーザー（１２８）は、出力がサブシステム（１０２）に供給される限り、実質的に連続的なベースで（すなわち、ポンプ光出力はＣＷである）、ポンプ光がＲＥＤＦＡに適用されるように、直流電流によって駆動された１つ以上の連続的な波（ＣＷ）のレーザーダイオード（アメリカ合衆国、９５０３５カリフォルニア州、ミルピータス、マッカーシー  ブールバード  ４３０ＮのＪＤＳ  Ｕｎｉｐｈａｓｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な、カタログ番号３０−７６０２−５６０の５６０ｍＷ  ９７６ｎｍの波長のポンプ・ダイオードなど）を含み、他の実施形態において、ポンプ・レーザー（１２８）はパルス電流によって駆動され、その結果、シードパルスが必要とされる（例えばとして要求された方式で）直前にポンプ光がＲＥＤＦＡ（１２１）に適用される。幾つかの実施形態では、ＲＥＤＦＡ（１２１）から信号出力は、一方向の光アイソレーター（１２２）（光アイソレータ（１２２）は単一方向（この図では時計回り）でのみ信号光が移動することを保証するのを助ける）、波長帯域フィルター（１２３）（波長帯域フィルター（１２３）は信号光波長および線幅を設定するのを助ける）、および偏光子（１２４）（偏光子（１２４）はより良好な信号ビームの品質を得るために信号光を極性化するのを助ける）を通り抜ける。他の実施形態では、ＲＥＤＦＡ（１２１）およびポンプ・レーザー（１２８）は、エレクトロニクスおよびドライバ（いくつかの実施形態では、アメリカ合衆国、９５０３５カリフォルニア州、ミルピータス、グレート  モール  ドライブ  １３２３のＬｉｇｈｔｗａｖｅ２０２０社から入手可能な、部品番号ＭＯＡＰＧ２０ＮＱＡ１２４３９などのＭＳＡ  Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔプレアンプリファイア  ＥＤＦＡ（利得ブロック）で実施される。
【００４７】
幾つかの実施形態では、アイソレーター（１２２）、フィルター（１２３）および偏光子（１２４）は、単一のパート（例えば、ハイパワーの使用のために定偏光（ＰＭ）アイソレーター（単一偏光、単段）に一体化されたカスタム狭帯域が固定され、ＰＡＮＤＡ  １５５０ピグテール・ファイバを有するＰＭフィルター（１５４１．３５ｎｍの波長を備える）。例えば、アメリカ合衆国、０７８４０ニュージャージー州、ハケッツタウン、スイート１０１、ニューバーグ  ４３−ＡのＭｉｃｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，  Ｉｎｃ．より、部品番号ＰＭ−ＦＦ−１５４１．３５ｎｍ  （ＣＨ−４５−１００ＧＨｚ）＋ＳＰＦＩ−ＳＳ−２（Ｓｔａｎｄａｒｄ  １５５０ｎｍ  Ｐａｎｄａ）−  １−０−ＥＣＦ−ＨＰとして入手可能）。
【００４８】
幾つかの実施形態では、電子式Ｑスイッチドライバー回路（１２７）（いくつかの実施形態において、「Ｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ  ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  ｂｅａｍ  ｓｈａｐｉｎｇ  ｆｏｒ  ｌｏｗ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」と題する、２００８年７月２２日にチャオらに対して発行された米国特許第７，４０３，６７７号に記載されているような光スイッチドライバーを含み、参考のために、本明細書に組み入れられており、アメリカ合衆国、０１８０１マサチューセッツ州、ウォーバーン、キャボット  ロード  １５のＡｇｉｌｔｒｏｎ  Ｉｎｃ．から、部品番号ＳＷＤＲ−１１２２１１１１２として入手可能）が、Ｑスイッチ（１２５）に動作可能に結合され、Ｑスイッチ（１２５）の透過及び／又は吸収を制御する。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチ（１２５）は、ダンプ（１２９）（例えば、光アブソーバー）に信号光を向ける１掛ける２（１Ｘ２）光スイッチとして構成され（この場合、Ｑスイッチ（１２５）は、１−入力、２−出力の光マルチプレクサー（ＯＭＵＸ）として実施され、それは米国特許第７，４０３，６７７号に記載されたような光スイッチを含み、アメリカ合衆国、０１８０１マサチューセッツ州、ウォーバーン、キャボット  ロード  １５のＡｇｉｌｔｒｏｎ  Ｉｎｃ．から、部品番号ＮＳＳＷ−１２５１１５１３１として入手可能）、それが「オフ」及び「オン」である場合、出力カプラ（１２６）に信号光を向け、任意の信号光を受け取る。当該信号光はＱスイッチ（１２５）の低出力を出し、シード信号（９１）として一部を伝送し、一部をＲＥＤＦＡ（１２１）に反射して、リングレーザー（１２０）へのレイジング・フィードバック（ｌａｓｉｎｇ  ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ）提供する。Ｑスイッチ（１２５）が充分に開放していると（かつ、したがって透過的か、非吸収）、充分な信号光は出力カプラ（１２６）に到達し、その結果、ＲＥＤＦＡ（１２１）に反射される部分は、レイジングを持続するのに充分であり、ＲＥＤＦＡ（１２１）に格納されたエネルギーが消耗されるまで増幅され、それにより、図１Ａのプロット（８１）にグラフ化されたＱスイッチパルスを形成する。幾つかの実施形態では、シード信号（９１）は、光学利得ファイバー（１１３）（それは幾つかの実施形態では光学利得ファイバー（１１３）へポンプ光を送達するために連結される１つ以上の光ファイバー１１４を通して送達される１つ以上のポンプ・レーザー・ダイオード（１１８）からポンプ光によって光学的にポンピングされるＲＥＤＦＡである）によって増幅され、次に、光学利得媒体（１１６）（それは幾つかの実施形態では光学利得媒体（１１６）へポンプ光を送達するために結合される１つ以上の追加の光ファイバー（１１４）を介して送達されるポンプ・レーザー・ダイオード（１１８）からポンプ光によってポンピングされる）によってさらに増幅される。幾つかの実施形態では、光学利得媒体（１１６）はＲＥＤＦＡまたは希土類元素のドープしたロッド（すなわち、光ファイバーに類似するが、充分に大きい（例えば１ｍｍ以上）直径を有し、ロッドは、従来の光学利得ファイバーがそれ自体の重量の下で曲がる状態でその形状を維持す���）を含む。いくつかのそのような実施形態において、光学利得ファイバー（１１３）及び／又は光学利得媒体（１１６）は、１つ以上のラージ・モード・エリア・コア又は信号導波路（例えば直径が５０ミクロン以上の導光路）を有するフォトニック結晶構造（すなわち、２００８年７月１５日に発行された、「ＭＯＮＯＬＩＴＨＩＣ  ＯＲ  ＲＩＢＢＯＮ−ＬＩＫＥ  ＭＵＬＴＩ−ＣＯＲＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ−ＣＲＹＳＴＡＬ  ＦＩＢＥＲＳ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤ」と題する米国特許第７，４００，８０４号に記載されたようなフォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ）、フォトニック結晶ロッド（ＰＣＲ）、フォトニック結晶リボン）である。幾つかの実施形態では、光学利得ファイバー（１１３）及び／又は光学利得媒体（１１６）は、共同伝搬方向（信号光と同じ向き）及び／又は反伝搬方向（信号光としての正反対方向）でポンプ光（クラッド層へ）を送り出させる複数クラッド構造である。幾つかの実施形態では、送達ファイバー（１１７）およびエンドキャップ（１１９）は図１Ａのために上述した通りである。幾つかの実施形態では、サブシステム（１０２）は、さら制御回路（ここでは示されない（例えばプログラムド・マイクロコントローラ））を含み、当該制御回路（１０２）は、動作可能にＱスイッチドライバー回路（１２７）とポンプ・レーザー（１１８）および（１２８）に結合され、当該制御回路（１０２）は、タイミング、パルス強度レベルなどを制御し、電力供給を制御する。ここでは示されていないが、当該制御回路（１０２）は、制御回路、Ｑスイッチドライバー（１２７）、ポンプ・レーザー（１１８）および（１２８）に電流を供給する。
【００４９】
いくつかの実施形態において、図１Ａのサブシステム（１０１）または図１Ｂ１のサブシステム（１０２）（あるいは本明細書に記載されている他の図における他のサブシステムのいずれか）、並びに、それぞれの制御回路および電源は、以下に記載された図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、輸送手段（水中輸送手段（例えば潜水艦）、（駆逐艦、ミサイル巡洋艦または航空母艦などの）水上艦艇、（ヘリコプターまたはジェット戦闘機などの）航空機など）、及び／又は（Ｈｕｍｖｅｅ（登録商標）または戦車のような）陸上輸送手段、またはビルディング若しくはバンカー設備）に取り付けられる。
【００５０】
約５０ナノ秒未満の持続時間のパルスは、従来のＱスイッチレーザーから得るのが難しい。なぜなら、パルス持続時間が、共振器長によって、少なくとも部分で測定されるためであり、従来のＱスイッチレーザーが長さの中に空洞を少なくとも数センチメートル有するためである。（図１Ｃ１および図１Ｃ２において示され、かつ以下に記載された）サブシステム（１０３）、及び（図１Ｄ１および図１Ｄ２において示され、かつ以下に記載された）サブシステム（１０４）の形態は、振動が５０ナノ秒未満（および、いくつかの実施形態において５ナノ秒未満という短い、あるいは約１ナノ秒未満というさらに短いＦＷＨＭパルス持続時間）のＱスイッチパルス（１０４）を得るために使用することができる。幾つかの実施形態では、そのような短い共振器長のＱスイッチレーザーは単一周波数レーザーとして使用され、レーザーはＬＩＤＡＲシステムの照明器として使用される。
【００５１】
幾つかの実施形態では、パルス繰り返し周期は約１０，０００〜２０，０００のパルス／秒（ｐｐｓ）で比較的短い。幾つかの実施形態では、この短い繰返し率と短いパルス持続時間（例えば約１ナノ秒）は、（例えば１０ｍＷの領域における）低パワーポンプレーザーの使用が、（例えば約１００ワット以上；２０，０００ｐｐｓでは、パルス間の遅延が約５０，０００ナノ秒であるので、パルスが約１ナノ秒で、効率が約２０％といった低さであれば、利得は約１０，０００回であろう）ハイパワーの出力パルスを得ることを可能にする（いくつかの実施形態において、本発明は、約１．８〜２．１ミクロンおよびツリウム・ドーピングの波長を使用して６０〜７０％の能力を得ており、１０ｍＷの領域のポンプパワーをもつより高い出力電力を生じ、そしてより高いポンプ・パワー・レーザソースの使用によりさらに高い出力電力を生じている）。
【００５２】
Ｑシードパルス（Ｑスイッチレーザーからパルスまたは本明細書に記載され、そしてＱスイッチパルスに類似した前縁の一時的な形状を有する他のシステムの１つからのパルス）の使用は、より高い効率と、出力ファイバー増幅器（１１２）からのエネルギーの高い出力抽出を可能にするものの１つの主要因である。
【００５３】
他の実施形態では、長いＱスイッチパルスが本発明によって生成され、特定の実施形態では、パルスは持続時間においては、約１００ナノ秒もの長い持続時間である。幾つかの実施形態では、パルスはレーザーから長距離（例えば約２０〜３０マイル（３０〜５０ｋｍ））離れた対象を照らすために使用される。幾つかの実施形態では、パルス繰り返し周期は約１０，０００〜２０，０００のパルス／秒（ｐｐｓ）で比較的短い。
【００５４】
幾つかの実施形態では、レーザーシステムは、約１．５ミクロンから約２．１ミクロンまでの比較的目に安全な波長を出力する。いくつかのそのような実施形態では、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）で共ドープされる光ファイバーを有するファイバー増幅器が使用されて、約２ミクロンの波長で４０％から５０％の効率を得ている（いくつかの実施形態において、約２ミクロンの波長でのレイジングは、約１．５ミクロンの波長でのレイジングよりはるかにより効率的である）。幾つかの実施形態では、ツリウムでドープされる光ファイバーを有するファイバー増幅器は約１．８〜２．１ミクロンの領域での波長で６０％から７０％の効率を得るために使用される。
【００５５】
図１Ｂ２は、本発明のいくつかの実施形態によって、増幅されたパルス（６８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（６２）を出力するＱスイッチによってポンピングされたリングレーザーシードソース（１８０）を含むサブシステム（１８２）のブロック図である。幾つかの実施形態では、リングレーザーシードソース（１８０）は、電気的に制御された「ｌｘＮ」（１掛けるＮ方式、ここで、Ｎは２以上の整数値である）光スイッチ（例えば、幾つかの実施形態では、一方の側に１つのポートを有し、当該１つのポートは他方の側の２つのポートのうちの選択された１つに接続される電気式制御の下で切り替え可能である「１ｘ２」（１掛ける２方式、ここで、スイッチの第１ポートは選択的に第２ポート又は第３ポートのどちらかに光学的に接続される）によってポンプ光が送達される以外は、図１Ｂ１のために上述されたように、希土類ドープファイバー増幅器（ＲＥＤＦＡ）（１２１）を含む。その一方で、他の実施形態において、１ｘ３、１ｘ４または他のタイプのｌｘＮ−方式若しくはＭｘＮ方式が使用され、Ｍ及び／又はＮポート・スイッチまたは光スイッチは使用され、１以上の値を有する）。幾つかの実施形態では、ＲＥＤＦＡ（１２１）は、レイジング出力が所望でないあいだ、Ｑスイッチ（１２５１）及びＱスイッチ（１２５２）を介してポンプ光を向けることによって両端からポンピングされ（例えば、図１Ｂ２において、両方は低部の結合（ｌｏｗｅｒ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を介して光を接続する）、その後、振動がＱスイッチ出力パルス（６２）が直接接続されているファイバー・ピグテール（ｐｉｇｔａｉｌ）（７２）を介して出力されることが所望される場合、Ｑスイッチ（１２５１）及び、Ｑスイッチ（１２５２）の両方が、それらの他の接続状態に切り替えられる（例えば、図１Ｂ２において、両方は上部の結合（ｕｐｐｅｒ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を介して光を接続する）。Ｑスイッチが信号パルスの生成に対して「オフ」である場合に限り、両方のスイッチがポンプ・レーザー・ダイオードに光学的に接続するので、１ｘ２（１対２）の光スイッチを使用することは、Ｑ−スイッチング機能を提供するだけでなく、このようにＱスイッチ光パルスからの損傷に対してポンプ・レーザー・ダイオード（１２８）を保護する。両方のスイッチは、Ｑスイッチが信号パルスの生成に対して「オン」であるである場合、ポンプ・レーザー・ダイオードから分離する。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチ（１２５１）及びＱスイッチ（１２５２）は、各々１ｘ２の光スイッチ／変調器である（この場合、Ｑスイッチ（１２５１）は２入力、１出力光スイッチとして実施され、またＱスイッチ（１２５２）は１入力、２出力光スイッチとして実施される；また、いくつかの実施形態では、各々、米国特許第７，４０３，６７７号に記載されるような光学「Ｎａｎｏ−ｓｗｉｔｃｈ」（登録商標）を含み、参考として本明細書に組み入れられた。そしてアメリカ合衆国、０１８０１マサチューセッツ州、ウォーバーン、キャボット  ロード１５のＡｇｉｌｔｒｏｎ社から、部品番号ＮＳＳＷ−１２５１１５１３１として入手可能である）。図１Ｂ２の残りの部分は図１Ｂ１の対応する部位の番号と同様である。幾つかの実施形態では、ポンプ・レーザー・ダイオード（１２８）と、それぞれのＱスイッチ（１２５１）及びＱスイッチ（１２５２）の間の光ファイバー接続に含まれ、ここで、信号パルス間の時間の間、ＲＥＤＦＡ（１２１）の増幅された自然放出光（ＡＳＥ）からの可能な損害から、ポンプ・レーザー・ダイオード（１２８）をさらに保護するために、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）は、ポンプ波長の光を送信し、かつＲＥＤＦＡ（１２１）の信号の波長の光を閉鎖するか、分散させるように構成される。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチ出力パルス（６２）は増幅器チェーン（１１２）によって増幅され、増幅出力パルス（６８）として出力される。
【００５６】
図１Ｂ３は、本発明のいくつかの実施形態によって、増幅されたパルス（６７）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（６３）を出力するパンプド・スルー・Ｑスイッチレーザー・シードソース（１８１）を含んでいるサブシステム（１８３）のブロック図である。幾つかの実施形態では、レーザーシードソース（１８１）は、リングレーザーとしてよりむしろ２−リフレクタのリニア・レーザーとしてレイジング空洞が設計されている以外は、図１Ｂ１および図１Ｂ２のために上述されたようなＲＥＤＦＡ（１２１）を含む。幾つかの実施形態では、高反射率ＦＢＧ（ＨＲＦＢＧ）（２２３）は１つの終端（図１Ｂ３内での左手側端部）でリフレクタを形成し、部分的に伝達する、低反射率ＦＢＧ（ＬＲＦＢＧ）（２２４）は、対向端部（図１Ｂ３内での右手側端部）でリフレクタを形成する。幾つかの実施形態では、レイジング出力が所望でない間、ＲＥＤＦＡ（１２１）は、Ｑスイッチ（１２５１）及びＱスイッチ（１２５２）を介してポンプ光を向けることによって両端部からポンピングされ（例えば、図１Ｂ３において、両方は低部の結合を通じて光を接続する）、そして、その後、Ｑスイッチ出力パルス（６３）が直接接続されたファイバー・ピグテール（７２）によって出力されることが所望である場合、Ｑスイッチ（１２５１）及びＱスイッチ（１２５２）の両方が、それらの他の接続状態に切り替えられる（例えば、図１Ｂ３において、両方は上部の結合を介して光を接続する）。
幾つかの実施形態では、Ｑスイッチ出力パルス（６３）は増幅器チェーン（１１２）によって増幅され、増幅出力パルス（６３）として出力される。いくつかの実施形態（図示せず）では、偏光及び／又は追加的フィルター機能を提供するために、（偏光子（１２４）及び／又はフィルター（１２３）などの）追加の偏光子およびフィルターは、空洞（ＨＲＦＢＧ（２２３）とＬＲＦＢＧ（２２４）の間）に含まれる。幾つかの実施形態では、増幅器チェーン（１１２）からの増幅された反射パルスに対してシードソース（１８１）のための保護を提供するために、光アイソレーターは、シードソース（１８１）（例えばＬＲＦＢＧ（２２４）とファイバー・ピグテール（７２）の間）の出力で提供される。図１Ｂ３の他の態様および参照符号が付された要素は、図１Ｂ１および図１Ｂ２の記載の説明において上述された通りである。
【００５７】
図１Ｂ４は、本発明のいくつかの実施形態によって、増幅されたパルス（６８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（６２）を出力するＱスイッチによってポンプドスルーリングレーザーシードソース（１８４）を含んでいるサブシステム（１８５）のブロックである。幾つかの実施形態では、ＲＥＤＦＡ（１２１）が、ポンプドスルーＱスイッチリングレーザーシートソース（１８４）において他の一端（光スイッチ（１２５２）が省略されていることを除いて図１Ｂ２に類似している構成で光スイッチを介して）のみからポンピングされることを除いて、Ｑスイッチリングレーザーシードソース（１８４）は図１Ｂ２のポンプドスルーＱスイッチリングレーザーシードソース（１８０）に類似し、その一方でポンプドスルーＱスイッチリングレーザーシードソース（１８０）における対応するＲＥＤＦＡ（１２１）は両端からポンピングされる。他の実施形態（図示せず）では、ＲＥＤＦＡ（１２１）は、その他の端部から（光スイッチ（１２５１）が省略され、光スイッチ（１２５２）が保持されることを除いて、図１Ｂ２に類似した構成において、シードソースがレイジングするときの出力端）ポンピングされる。他の態様は図１Ｂ２のために上述されたものと同一である。
【００５８】
図１Ｂ５は、本発明のいくつかの実施形態による、ブリーチドパルスＱスイッチシードソース（１９７）を含んでいるサブシステム（１８７）のブロック図である。ブリーチドパルスＱスイッチシードソース（１９７）は高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（６１）を出力する。高電力増幅器（１１２）は、増幅されたパルス（６４）を出力する。幾つかの実施形態では、Ｑシードソース（１９７）はそれ自体がＱスイッチとして作用する、ブリーチドパルス増幅器を含んでおり、ここで、空洞はブリーチングファイバー部（１９６）を含み、前記ブリーチングファイバー部（１９６）の変化する透過度によって、その透過度は、充分に高い出力パルスがそれによって伝播される時間の間に増加し、そしてレイジング光強度が増加するにつれて、結果としての出力パルスはよりゆっくりと振幅を増加する（例えば、幾つかの実施形態では、計算可能な量のポンプ・エネルギーは、レイジングの開始を妨げる飽和性吸収体が利得媒体（１９１）に受け取られ、格納されるまで、レイジングの開始は、空洞内の高強度光学的視野を生成し、損失した飽和性吸収体を迅速に飽和し、空洞Ｑを増加させ、その結果Ｑスイッチ出力パルス（６１）が生じる。幾つかの実施形態では、飽和性吸収体（１９６）は軸方向に長さ１ミリメートル未満であり得るが、これは、ヤングらへの米国特許第７，２０３，２０９号、又はソリンらへの米国特許第４，７７８，２３７号に記載されているように、いくつかの短パルスとマイクロレーザ応用分野において望ましい。当該米国特許は、参考のために全体を本明細書に組入れた。）前記ブリーチングファイバー部は、利得媒体（１９１）（例えば、いくつかの実施形態において、電気的にポンピングされる（複数の電気的なリード（１９３）（導電性のピンまたは表面実装のはんだ付けをすることができるコネクションであって、図１Ｄ１のために以下に記載されたような電力及び／又は制御信号を提供する）を介して）半導体利得媒体、あるいは他の実施形態中で、光学的にポンピングされる半導体若しくは光ファイバー利得媒体）に格納されたポンプ出力を使用する（信号（１９２）の）高出力のＱスイッチパルス形成に応答時間にわたって透過的に増加する。幾つかの実施形態では、サブシステム（１８７）によって生成されたパルスは、利得媒体からの入力と、要素（１９６）のブリーチング特性による光パワー形成のタイミングによって、それらのタイミングが制御されるという点で「フリーランニング」である。他のいくつかの実施形態では、光学変調素子（例えばＡＯＭまたはＥＯＭ（図示されない））は、レイジング空洞（例えば、飽和性吸収体要素（１９６）に隣接するか、或いは直列に配される）に含まれており、Ｑスイッチの動作が実施可能になるように、利得媒体からの光が飽和性吸収体要素（１９６）に達することを許されるか否か、そしていつ利得媒体からの光が飽和性吸収体要素（１９６）に達することを許されるかを測定することを支援するパルス発生器によって駆動される。他の態様は上述された通りである。
【００５９】
図１Ｃ１は、小型及び／又はモジュール化されたＱスイッチレーザシードソース（１３０）を含むサブシステム（１０３）の概略図で、当該Ｑスイッチレーザシードソース（１３０）は本発明のいくつかの実施形態によって、増幅されたパルス（９８）を出力する光増幅器（１１２）によって増幅されるシード・パルス（９１）を出力する。幾つかの実施形態では、利得媒体および１つのミラーを有する光学利得手段（１３１）は共にパッケージされる（例えば、複数の電気的リード（１３３）（導電性のピンまたは表面実装のはんだ付け可能なコネクションであって、デバイス（１３１）に電力および制御信号を提供し、そして随意に、デバイス（１３１）から、レーザー光パワー、温度などの出力診断信号）および１以上の光学的出力（１３２）（例えば、光ファイバー・ピグテールまたは他のオプティカルカプラであって、右方に伝播する出力信号および左方に伝播するフィードバック信号の両方を運ぶ）。幾つかの実施形態では、光学的出力（１３２）は、Ｑスイッチとして作用し、光学的に出力カプラ（１３６）に接続される変調器（１３４）（すなわち、デバイス（１３１）の最も近いパッケージの外側にある光学変調素子）に光学的に接続される（変調器（１３４）の背後から信号の制御された所定の波長および線幅の部分を反射することにより、光学フィルター機能を提供するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）など、この変調器がデバイス（１３１）の利得媒体に対して「オープン」（信号光に透過的）であれば、そのときＱスイッチシード・信号レイジングモードを制御する）に接続される。出力カプラ（１３６）は、またシード・信号（９１）として信号の一部を送信し、その後、増幅器チェーン（１１２）によって増幅され、出力信号（９８）として出力される。
【００６０】
図１Ｃ２は、本発明のいくつかの実施形態による、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシード・パルス（９１）を出力するＱスイッチレーザーシードソース（１３０）を含んでいるシステム（１０３）のブロック図である。図１Ｃ２は、図１Ｃ１におい示されるサブシステム（１０３）の一実施形態の追加の詳細を示す他の図であり、２つの図において同じ参照符号は同一の要素および信号に言及している。幾つかの実施形態では、デバイス（１３１）は従来の半導体レーザーダイオードであり、当該半導体レーザーダイオードは、レイジングフィードバックを防止するために、その出力・ファセットに耐反射コーティングを加えることにより特に修正されている。さもなければ、出力カプラ（１３６）からの充分なフィードバック光がＱスイッチ・変調器（１３５）の前方及び後方に伝送されない。幾つかの実施形態において、Ｑスイッチドライバー（１３７）は、Ｑスイッチ・変調器（１３５）の光伝送特性を制御するために電気制御信号を提供する。図１Ｃ２のサブシステム１０３の他の態様は上述された通りである。
【００６１】
図１Ｄ１は、フラットパックでパッケージされた半導体レーザーベースのＱスイッチレーザシードソース（１４０）を含んでいるサブシステム（１０４）の概略図であり、本発明のいくつかの実施形態によって、Ｑスイッチレーザシードソース（１４０）は、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシード・パルス（９１）を出力する。幾つかの実施形態において、サブシステム１０４は、Ｑスイッチレーザー・シード（１４０）の光学的要素が実質的にすべて、当該含まれた要素に電気的及び光学的接続性を提供する単一のパッケージ内若しくは単一のパッケージ上にパッケージされることを除いて、図１Ｃ１のサブシステム（１０３）に機能上実質的に類似している。幾つかの実施形態において、Ｑスイッチレーザー・シードソース（１４０）（例えば、幾つかの実施形態において、これは、複数の電気的なリード（１４３）（導電性のピンまたは表面実装のはんだ付可能なコネクションであって、光学利得デバイス（１４１）及び／又はＱスイッチドライバー（１４７）に電力及び／又は制御信号を供給し（図１Ｄ２を参照）、及び、随意に、前記デバイス（１４１）若しくはＱスイッチレーザーシードソース（１４０）の他の要素からのレーザー光パワー、温度などの出力診断信号を随意に出力する）を有する「バタフライ」パッケージである）は、利得媒体と一つのミラーを有するデバイス（１４１）を含む。幾つかの実施形態において、光学利得デバイス（１４１）から光出力は、Ｑスイッチとして作用し、出力カプラ（１４６）（デバイス（１４１）の利得媒体に対して後の信号の制御された所定の波長および線幅の部分の反射によって、光学フィルター機能を提供するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）などであって、ついでＱスイッチシード・信号レイジングモードを制御する）に光学的に接続された内部変調器（１４５）（すなわち、Ｑスイッチレーザー・シードソース（１４０）のパッケージに対して内部の光学変調素子）に光学的に接続される。出力カプラ（１４６）は、またファイバー（７１）におけるシード信号（９１）としてレンズ（１４２）および随意の出力・フェルール（１４９）を通して信号の一部を送信し、その後、それは増幅器チェーン（１１２）によって増幅され、信号（９８）として出力される。
【００６２】
本発明のいくつかの実施形態において、サブシステム（１０４）は、６ｃｍ３（例えば、２ｃｍ×３ｃｍ×１ｃｍ）未満の体積の単一のパッケージで実施される。他の実施形態では、単一のパッケージは２０ｃｍ３未満の体積である。他の実施形態では、単一のパッケージは１０ｃｍ３未満の体積である。他の実施形態では、単一のパッケージは８ｃｍ３未満の体積である。他の実施形態では、単一のパッケージは５ｃｍ３未満の体積である。他の実施形態では、単一のパッケージは４ｃｍ３未満の体積である。他の実施形態では、単一のパッケージは３ｃｍ３未満の体積である。他の実施形態では、単一のパッケージは２ｃｍ３未満の体積である。他の実施形態では、単一のパッケージは１ｃｍ３未満の体積である。
【００６３】
本発明の幾つかの実施形態において、サブシステム（１０４）は、（光ファイバー（７１）を介して）５０ナノ秒未満の全幅半値（ＦＷＨＭ）持続時間を有するシード信号パルス（９１）を出力する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）はった４０ナノ秒のＦＷＨＭ持続時間を有する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は３０ナノ秒未満のＦＷＨＭ持続時間を有する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は２０ナノ秒未満のＦＷＨＭ持続時間を有する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は１０ナノ秒未満のＦＷＨＭ持続時間を有する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は５ナノ秒未満のＦＷＨＭ持続時間を有する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は５ナノ秒未満のＦＷＨＭ持続時間を有する。
【００６４】
発明の幾つかの実施形態において、サブシステム（１０４）は、４０ナノ秒と５０ナノ秒を含んでこの間で全幅半値（ＦＷＨＭ）持続時間があるシード信号パルス（９１）を出力する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は３０ナノ秒と４０ナノ秒の間でＦＷＨＭ持続時間を有する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は２０ナノ秒と３０ナノ秒の間でＦＷＨＭ持続時間を有する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は１０ナノ秒と２０ナノ秒の間でＦＷＨＭ持続時間を有する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は５ナノ秒と１０ナノ秒を含んでこの間で全幅半値（ＦＷＨＭ）持続時間があるシード信号パルス（９１）を出力する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は３ナノ秒と５ナノ秒の間でＦＷＨＭ持続時間を有する。他の実施形態では、出力・シード信号パルス（９１）は１ナノ秒と３ナノ秒の間でＦＷＨＭ持続時間を有する。
【００６５】
図１Ｄ２は、本発明のいくつかの実施形態によって、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシード・パルス（９１）を出力するＱスイッチレーザ・シード・ソース（１４０）を含んでいるサブシステム（１０４）のブロック図である。図１Ｄ２は、図１Ｄ１で示されるシステム（１０４）の一実施形態の追加の詳細を示す他の図であり、および２つの図における同じ参照符号は同一の要素および信号に言及する。幾つかの実施形態では、光学利得デバイス（１４１）は従来の半導体レーザーダイオード（光学的利得媒体及びレフレクター）であり、当該半導体レーザーダイオードは、レイジングフィードバックを防止するために、その出力・ファセットに耐反射コーティングを加えることにより特に修正されている。さもなければ、出力カプラ（１４６）からの充分なフィードバック光がＱスイッチ・変調器（１４５）の前方及び後方に伝送されない。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチ・変調器（１４５）は半導体光増幅器を含んでおり、当該半導体光増幅器は、もし電力が供給されなければ、信号の波長の光を吸収し、その場合、半導体は透過的になるか、あるいは信号の波長をさらに増幅する。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチドライバー（１４７）は、Ｑスイッチ・変調器（１４５）の光伝送及び／又は増幅特性を制御するために、電気制御信号を提供する。図１Ｄ２のサブシステム（１０４）の他の態様は上述の通りである。いくつかの実施形態（図示せず）では、Ｑスイッチドライバー（１４７）は、（Ｑスイッチレーザー・シードソース（１４０）の光学要素用の筐体にないパッケージにおける）チップから実施される。幾つかの実施形態において（図示せず）、レンズ（１４２）およびフェルール（１４９）は省略される。また、フィードバック要素グレーティング（１４６）の出力（例えば、幾つかの実施形態ではファイバーブラッググレーティングを使用して実施された）はファイバー・ピグテール（７１）に直接接続され、シードソース（１４０）のパッケージから伸びる。
【００６６】
図１Ｅ１はサブシステム（１０５）の概略図であり、当該サブシステム（１０５）は、本発明のいくつかの実施形態によって、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシード・パルス（９１）を出力する、フラットパックパッケージされた希土類元素ドープ・レーザーに基づいたＱスイッチレーザー・シードソース（１５０）を含む。幾つかの実施形態では、上記サブシステムのうちの電気的にポンピングされた半導体レーザーダイオード利得媒体（１４１）又は（１３１）は、光学的にポンピングされた希土類元素ドープ光導波路（ＲＥＤＯＷ）の面状利得媒体（１５１）によって置換され、当該面状利得媒体（１５１）が、いくつかの実施形態において、半導体ダイオード・ポンプ・レーザー（１５８）によって光学的にポンピングされ、当該半導体ダイオード・ポンプ・レーザー（１５８）が、ダイクロイックミラー（１５３）によってＲＥＤＯＷ利得媒体（１５１）に結合されることを除いて、サブシステム（１０５）は、図１Ｃ１のサブシステム（１０３）と図１Ｄ１のサブシステム（１０４）の機能と、幾分類似している。幾つかの実施形態では、本明細書に示されるように、光信号波長はダイクロイックミラー（１５３）によって送信され、ポンプ波長は、ダイクロイックミラー（１５３）によって反射される（他の実施形態では、Ｑスイッチ（１５５）およびその高い反射率（ＨＲ）のミラー並びにポンプ・レーザー（１５８）の位置は交換される。また、その場合、光信号波長はダイクロイックミラー（１５３）によって反射され、ポンプ波長はダイクロイックミラー（１５３）によって送信される。より高いパワー信号パルスが反射され、ダイクロイックミラー（１５３）によって移動しないので、そのような形態は、ダイクロイックミラー（１５３）への損傷の可能性を低減する。また、低パワーポンプ・レーザービームはダイクロイックミラー（１５３）を介して送信される。
幾つかの実施形態では、フィルター及び出力カプラ（１５６）は、レイジングフィードバックのために信号光の所定の波長と線幅の部分を反射し、レンズ（１５２）及びシード信号としてのファイバー結合フェルール（１５９）を介してシード信号ファイバー（７１）に送信する。従って、Ｑスイッチ（１５５）が充分に透過的になると、レイジング空洞が、左側のＨＲミラー（１５４）と右方への出力カプラ（１５６）の間で形成され、光学的にポンピングされた利得媒体（１５１）が光学的利得を提供している。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチレーザ・シード・ソース（１５０）の光学的要素は、単一のパッケージ内若しくはパッケージ上で、パッケージ化され、当該パッケージは、含まれる要素との電気的および光学的接続性を提供している。
【００６７】
幾つかの実施形態において、エルビウムにドープした面状導波路は、本発明の様々な実施形態の中で使用される。エルビウムにドープした面状導波路の１つの利点は、技術的水準のシリコン技術と適合性があるので、それが非常にコンパクトであるということである。また、エルビウムの蓄積時間（増幅が生じる上部の励起状態の１／ｅ減衰時間）は、約１０ミリ秒（ミリ秒）である。本発明のいくつかの実施形態は、以下の特許の１つ以上に記載されたものに似た面状導波路、格子、カプラ及び／又はレーザーを使用する。２００９年５月１２日にヤンらに発行された、「ＡＬＬ−ＳＩＬＩＣＯＮ  ＲＡＭＡＮ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲＳ  ＡＮＤ  ＬＡＳＥＲＳ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＭＩＣＲＯ  ＲＩＮＧ  ＲＥＳＯＮＡＴＯＲＳ」と題する米国特許第７，５３２，６５６号、２００１年１２月１１日にベンデットらに発行された、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＯＰＴＩＣＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許第６，３３０，３８８号、また２００３年１０月２１日にベンデットらに発行された、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＯＰＴＩＣＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許第６，６３６，６７８号、および２００５年１１月２９日に、ベンデットに発行された「ＲＡＲＥ−ＥＡＲＴＨ  ＤＯＰＥＤホスファート−ＧＬＡＳＳ  ＬＡＳＥＲＳ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」と題する米国特許第６，９７０，４９４号、２００４年１１月２日にベンデッドらに発行された、「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＨＡＶＩＮＧ  ＦＯＬＤＥＤ  ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ  ＣＯＵＰＬＥＲＳ。」と題する米国特許第６，８１３，４０５号、また、２００２年１２月１０日にベンデッドに発行された、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＨＡＶＩＮＧ  ＧＡＩＮ  ＡＮＤ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ−ＳＥＬＥＣＴＩＶＩＴＹ」と題する米国特許第６，４９３，４７６号は、引用によって本明細書に組み入れられた。本発明のいくつかの実施形態は、  「Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｒｅｌａｔｅｄ  ｔｏ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇａｉｎ  ｉｎ  ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ−ｒｉｃｈ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄｅ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」（エイチ・エス・ハンら著、アプライド・フィジックス、論文、８１，  ３７２０  （２００２）；  ｄｏｉ：  １０．１０６３／ｌ  ．１５２０７１０，  発行日（２００２年１１月１１日））、または「Ｅｘｃｉｔｏｎ−ｅｒｂｉｕｍ  ｅｎｅｒｇｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  Ｓｉ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ−ｄｏｐｅｄ  Ｓｉ０２」（ピー・ジー・キック、エイ・ポールマン著、マテリアルズ・サイエンスおよびＢ８１（２００１）３−８）、若しくは「Ｅｘｃｉｔｏｎ−ｅｒｂｉｕｍ  ｅｎｅｒｇｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  Ｓｉ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ−ｄｏｐｅｄ  Ｓｉ０２」（ピー・ジー・キック、エイ・ポールマン著、ジャーナル、アプライド・��ィジックス、８８巻、第４、ｐｐ１９９２−１９９８、２０００年８月１５日）に記載されたものに似ている面状導波路を使用しており、それらは各々引用によって本明細書に組み入れられた。
【００６８】
図１Ｅ２は、本発明のいくつかの実施形態によって、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシード・パルス（９１）を出力するＱスイッチレーザ・シード・ソース（１５０）を含んでいるサブシステム（１０５）のブロック図である。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチレーザー・シードソース（１５０）（例えば、幾つかの実施形態では、これは、複数の電気的リード（導電性のピンまたは表面実装のハンダ付け可能なコネクションであって、ポンプ・ダイオードレーザー（１５８）及び／又はＱスイッチドライバー（１５７）への電力及び／又は制御信号を供給し、Ｑスイッチレーザー・シード（１５０）のポンプ・ダイオードレーザー（１５８）または他の要素から、随意に、レーザー光パワー、温度などの診断信号（本明細書では示されない）を出力する）を有する「バタフライ」パッケージに存在する）は、光学的にポンピングされる利得媒体を含んでおり（例えば、面状のガラス又はシリコン基板上（又は基板中）に形成された希土類元素ドープ）、当該光学的にポンピングされる利得媒体は、ポンプ・レーザー・ダイオード（１５８）からの光を使用して、光学的にポンピングされる。幾つかの実施形態では、光利得デバイス（１５１）は、その光導波路の各終端にレンズまたは他の集光要素（例えば、ＧＲＩＮ（屈折率勾配）集光要素）を含んでいる。幾つかの実施形態では、光利得媒体（１５１）からの光出力は、Ｑスイッチとして機能し、（光学利得媒体（１５１）への戻り信号の所定の制御された波長および線幅の部分を反射することにより、光学フィルター機能を提供し、その後、それはＱスイッチシード・信号レイジングモードを制御するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）のような）出力カプラ（１５６）によって反対側の端部で結合されたレーザー光空洞の左端を形成する光学的にＨＲミラー（１５４）に結合される、内部電気的にポンピングされる半導体ダイオード光増幅器（１５５）（すなわち、Ｑスイッチレーザー・シードソース（１５０）のパッケージに対して内部の光増幅器）にダイクロイックミラー（１５３）を介して１つの終端で光学的に結合される。光増幅器（１５５）に充分な電力が供給される場合、光増幅器（１５５）は信号波長の光に対して透過的になるか、あるいは信号波長の光を増幅し、及びＱスイッチは「オン」であるが、不充分な電力が印加されるか、或いは電力が加えられない場合、光増幅器（１５５）は信号波長の光を吸収するようになり、及びＱスイッチは「オフ」である。出力カプラ（１５６）は、ファイバー（７１）におけるシード信号（９１）としてレンズ（１５２）および随意の出力フェルール（１５９）を介して信号の一部を送信する。当該シード信号（９１）は、その後、増幅器チェーン（１１２）によって増幅され、信号（９８）として出力する。他の実施形態では、マッハ−チェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）デバイスなどが、Ｑスイッチユニットとして半導体光増幅器（１５５）の代わりに使用される。いくつかの実施形態（図示せず）では、Ｑスイッチドライバー（１５７）は、チップ（Ｑスイッチレーザ・シード・ソース（１５０）の光学要素用の筐体にはないパッケージにおいて）によって実施される。幾つかの実施形態において（図示せず）、レンズ（１５２）およびフェルール（１５９）は省略され、フィードバック要素グレーティング（１５６）（例えば、幾つかの実施形態において、ファイバーブラッググレーティングを使用して実施される）の出力は、シードソース（１５０）のパッケージから延びるファイバー・ピグテール（７１）に直接接続される。
【００６９】
図１Ｅ３は代替のサブシステム（１０５´）のブロック図であり、それはＱスイッチレーザー・シードソース（１５０´）を含んでいる、当該Ｑスイッチレーザー・シードソース（１５０´）は、Ｑスイッチとして光学的にポンピングされた面状導波路光増幅器（１５５´）を使用し、シードパルス（９１）を出力する。当該シードパルス（９１）は、本発明のいくつかの実施形態によって増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される。幾つかの実施形態において、サブシステム（１０５´）は、図１Ｅ２のサブシステム（１０５）においてＱスイッチとして作用する電気的にポンピングされた半導体ダイオード光増幅器（１５５）が、光学的にポンピングされた面状導波路光増幅器（１５５´）及びその半導体レーザーダイオードＱスイッチポンプソース（１５８´）と置換されることを除いて、サブシステム（１０５）に実質的に類似している。光増幅器（１５５´）にＱスイッチ・ポンプソース（１５８´）から充分な光ポンプ光が供給されると、光増幅器（１５５´）は信号波長に対して透過的になるか、あるいは信号波長を増幅し、かつＱスイッチが「オン」である。しかし、不充分な光ポンプ光が適用されるか、或いはポンプ光が適用されない場合、光増幅器（１５５´）は信号波長の光を吸収するようになり、Ｑスイッチは「オフ」である。Ｑスイッチが「オフ」である場合、信号ポンプダイオード（１５８）からのエネルギーは、光利得媒体（１５１）中の希土類元素のドーパント・イオンに格納される。その後、Ｑスイッチが「オン」にされると、レイジングが始まり、光利得媒体（１５１）中の蓄積エネルギーはシード信号パルス（９１）として出力される。
【００７０】
幾つかの実施形態において、面状導波路技術が使用され、ポンプ・レーザー・ダイオードもシリコン導波技術に組み入れることができる。当該シリコン導波技術は面状波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）のために使用され、ポンプ・レーザー・ダイオードは面状光学基板上でポンプ導光路にバッド接合（ｂｕｄ−ｃｏｕｐｌｅ）され得る。例えば、「Ｅｘｃｉｔｏｎ−ｅｒｂｉｕｍ  ｅｎｅｒｇｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  Ｓｉ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ−ｄｏｐｅｄ  Ｓｉ０２」（エイチ・エス・ハンら著、アプライド・フィジックス、論文、８１，  ３７２０  （２００２）；  ｄｏｉ：  ０．１０６３／１．１５２０７１０，  発行日：２００年１１月１１日）、マテリアル・サイエンス・アンド・エンジニアリング（Ｂ８１、（２００１）、３−８）、或いは「Ｅｘｃｉｔｏｎ−ｅｒｂｉｕｍ  ｅｎｅｒｇｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  Ｓｉ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ−ｄｏｐｅｄ  Ｓｉ０２」（ピー・ジー・キック、エイ・ポールマン著、ジャーナル、アプライド・フィジックス、８８巻、第４、１９９２〜１９９８頁）参照。これらは、各々引用によって本明細書に組み入れられた。
【００７１】
幾つかの実施形態において、Ｑスイッチ・面状導波路光増幅器（１５５´）は、もし充分なＱスイッチ・ポンプ光が供給されなければ、約１５５０ｎｍの信号光を吸収するＴｍ（ツリウム）のような希土類元素でドープされる（例えば、半導体レーザーダイオード（１５８´）によって供給される約７８０ｎｍの光、及びそのポンプ光が半導体レーザーダイオード（１５８´）によって供給されるとき、信号増幅器面状導波路増幅器（１５５´）は、Ｅｒ（エルビウム）でドープされるか、ＹｂＥｒ（イッテルビウムとエルビウム）で共ドープされ、約１５５０ｎｍの信号光を増幅する）。他の実施形態では、信号光利得チップ（１５５´）用の希土類元素のドーパントは、Ｑスイッチシードパルスの特定の所望のレイジング波長のために選ばれる。幾つかの実施形態では、Ｙｂ３＋は、９８０〜１１００ｎｍ（１０６０ｎｍなど）の範囲での様々な信号波長でのレイジングのためにグラス利得媒体（例えば、面状導波路光増幅器（１５５´）用面状基板又はグラス利得ファイバー若しくは増幅器チェーン（１１２）用利得ロッド）のうちのいくつかまたはすべてをドーパントとして使用する。他の実施形態では、Ｅｒ３＋、Ｎｄ３＋およびＰｒ３＋は他の波長範囲のために使用され、一般的に３レベルレーザー又は４レベルレーザー及び増幅器において、３０ｎｍまたは５０ｎｍもの同調範囲を有し得る。幾つかの実施形態において（図示せず）、Ｑスイッチ・ドライバー（１５７）は、チップ（Ｑスイッチレーザーシード（１５０´）の光学的要素用の筐体に存在しないパッケージ）で実施される。幾つかの実施形態において（図示せず）、レンズ（１５２）およびフェルール（１５９）は省略され、そしてフィードバック・グレーティング（１５６）（例えば、幾つかの実施形態では、ファイバーブラッググレーティングを使用して実施される）の出力は、シードソース（１５０´）のパッケージから伸びるファイバー・ピグテール（７１）に直接接続される。
【００７２】
図１Ｆ１は、サブシステム（１０６）の概略図であり、本発明のいくつかの実施形態によって、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって、増幅されたシードパルス（９１）を出力する希土類元素でドープされたレーザーに基づくＱスイッチリングレーザーシードソース（１６０）がパッケージされたフラットパックを含む。幾つかの実施形態では、リングレーザーシードソース（１６０）は、複数の信号・リフレクタを含み（信号波長の光の高反射性のミラー（１６１０）及び／又は（１６１１）、信号波長の光を反射し、及びポンプ波長の光を伝送するダイクロイックミラー（１６３）、及び信号波長の光を部分的に反射し、かつ部分的に伝送する出力カプラ・ビームスプリッター（１６４））、リング光信号経路を形成する。リング光信号経路では、信号波長は、光学的ポンプド利得媒体（１６１）（いくつかの実施形態においては、図１Ｅ１の利得媒体（１５１）に実質的に似ている）によって増幅され、ダイクロイックミラー（１６３）（当該ダイロイックミラーは光学的ポンプド利得媒体（１６１）中に反伝播方向でポンプ・レーザー（１６８）の光を伝送する）から反射する。いくつかの実施形態では、信号光は、またＱスイッチ（１６５）およびＦＩＰ（組み合わせられたフィルター・アイソレーター・偏光子）光学エレメント（１６６）（いくつかの実施形態では、ＦＩＰ光学エレメント（１６６）は、信号の波長の光のためのフィルター及び／又はアイソレーター及び／又は偏光子を含む）によって選択的に通過する。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチ（１６５）が開く場合、単一方向での、およびＦＩＰ光学要素（１６６）によって測定される波長および線幅（随意に偏光する）で、レイジングが開始する。幾つかの実施形態において、リング信号経路への様々な成分は、他の脚体（例えば、幾つかの実施形態では、ＦＩＰ光学エレメント（１６６）は、光増幅器（１６１）（ダイクロイックミラー（１６３）とミラー（１６１０）の間の左の脚体、またはミラー（１６１０）と、以下に述べられた図１Ｆ２で示されるような出力カプラ（１６４）の間の最下段脚体で）の後に位置し、増幅された信号がリングレーザーシードソース（１６０）を出る前記光増幅器（１６１１）からの増幅された信号をさらに除去するために、出力カプラ（１６４）に増幅された信号が到達する前に。位置づけられる。
【００７３】
図１Ｆ２は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０６）のブロック図であり、当該サブシステム（１０６）は、増幅されたパルスを出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチリングレーザーシードソース（１６０）を含む。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチリングレーザーシードソース（１６０）（例えば、幾つかの実施形態において、これは複数の電気的なリードを有する「バタフライ」パッケージ（導電性のピンまたは表面実装のはんだ付け可能なコネクションであって、ポンプ・ダイオードレーザー（１６８）および／またはＱスイッチドライバー（１６７）に電力および／または制御信号を提供し、そして随意にポンプ・ダイオード（１６８）またはＱスイッチレーザーシードソース（１６０）の他の要素から、レーザー光パワー、温度などの診断信号（図示されない）を出力する）でパッケージされる）は、光学的にポンピングされた光学利得媒体（例えば面状のガラスまたはシリコン基板上に（または基板中に）形成された希土類ドープ導波路）を有する光学利得デバイス（１６１）を含んでおり、当該光学的にポンピングされる利得媒体は、ポンプレーザーダイオード（１６８）からの光を使用して光学的にポンピングされる。幾つかの実施形態では、光学利得デバイス（１６１）はその光導波路の各終端にレンズまたは他の集光要素（例えばＧＲＩＮ集光要素）を含んでいる。幾つかの実施形態では、光学利得媒体（１６１）からの光出力は、Ｑスイッチとして機能し、光学要素（１６６）（幾つかの実施形態では、レイジング信号の、および／またはレイジングをリングの周りで一方向にするアイソレーターの、および／またはレイジング信号を偏光する偏光子の、波長および線幅を決定する帯フィルター）を介してＨＲミラー（１６１０）から反射するように、出力カプラミラー（１６４）（部分的に反射性であり、部分的に透過性なミラー）に光学的に結合される、内部の光学振幅変調器（１６５）（幾つかの実施形態では、Ｑスイッチレーザーシードソース（１６０）のパッケージに対する内部の半導体光増幅器）を介してダイクロイックミラー（１６３）に単一方向（この図内では反時計回り）へ反射するように、１つの終端で光学的に結合され、反射した部分はフィードバック信号を利得要素（１６１）へ向ける別のＨＲミラーに、図１Ｆ２の右上角で、結合される。この光学信号経路はリングレーザー光共振器を形成し、その後、それはＱスイッチシード信号レイジングモードを制御する。出力カプラ（１６４）はまた、ファイバー（７１）におけるシード信号（９１）としてレンズ（１６２）および随意の出力フェルール（１６９）を通して信号の一部を送信し、その後、それは増幅器チェーン（１１２）によって増幅され、信号（９８）として出力される。幾つかの実施形態（図示されない）では、Ｑスイッチドライバー（１６７）は、（Ｑスイッチレーザシードソース（１６０）の光学要素用の筐体にないパッケージ中の）チップから実施される。幾つかの実施形態（図示されない）では、レンズ（１６２）およびフェルール（１６９）は省略される。また、フィルター−アイソレーター−偏光子（１６６）の出力（例えば、幾つかの実施形態ではファイバーブラッググレーティングを使用して実施された）はファイバーピグテール（７１）に直接接続され、シードソース（１６０）のパッケージから伸びる。
【００７４】
図１Ｆ３は代替サブシステム（１０６’）のブロック図であり、それはＱスイッチレーザーシードソース（１６０’）を含んでおり、当該Ｑスイッチレーザーシードソース（１６０’）は、Ｑスイッチとして光学的にポンピングされた面状導波路光増幅器（１６５’）を使用し、シードパルス（９１）を出力する。当該シードパルス（９１）は本発明の幾つかの実施形態によって増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される。幾つかの実施形態では、サブシステム（１０６’）は、Ｑスイッチとして作用する電気的にポンピングされた半導体ダイオード光増幅器（１６５）が、光学的にポンピングされた面状導波路光増幅器（１６５’）およびその半導体レーザーダイオードＱスイッチポンプソース（１６８’）と置換されること、そしてリングにおける幾つかの光学要素の幾何学的特徴および位置が変わったことを除いて、前述の図１Ｆ２のサブシステム（１０６）と実質的に類似している。幾つかの実施形態では、信号ポンプダイオード（１６８）は、信号利得要素（１６５）（幾つかの実施形態では、信号利得要素（１６５）は、１つの表面中に、または表面上に形成される希土類元素ドープした信号増幅導波路を有する面状基板を含む）の中へ、ダイクロイックミラー（１６３’）によって反射されるレーザーポンプ光を提供する。その一方で信号光は、信号Ｑスイッチ要素（１６５’）の中へダイクロイックミラー（１６３’）を介して送達される。光増幅器（１６５’）に（充分な電気的信号がＱスイッチドライバー回路（１６７’）から供給される場合に限りポンプ光を出力する）Ｑスイッチポンプソース（１６８’）から充分な光学ポンプ光が供給される場合、光増幅器（１６５’）は信号の波長に対して透過的になる、及び／又は増幅し、Ｑスイッチは「オン」である。しかし、不充分な光学的ポンプ光またはポンプ光が適用されない場合、光増幅器（１６５’）は信号の波長の光を吸収し、Ｑスイッチは「オフ」である。Ｑスイッチが「オフ」である場合、信号ポンプダイオード（１６８）からのエネルギーは、信号増幅光学利得媒体（１６５）における希土類元素のドーパントのイオンに格納される。その後、Ｑスイッチが「オン」にされる場合、レイジングは、ＦＩＰ光学要素（１６６）によって決定されるような信号の波長、線幅、方向および偏光で始まり、光学利得媒体（１６５）に格納されたエネルギーの多くはシード信号パルス（９１）として出力される。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチ・面状導波路光増幅器（１６５’）は、充分なＱスイッチ・ポンプ光が供給されなければ、約１５５０ｎｍの信号光を吸収するＴｍ（ツリウム）のような希土類元素でドープされる（例えば半導体レーザーダイオード（１６８’）によって供給される約７８０ｎｍの光、および、信号増幅器面状導波路光増幅器（１６５）は、Ｅｒ（エルビウム）でドープされるか、またはＹｂＥｒ（イッテルビウムとエルビウム）で共ドープされ、そのポンプ光が半導体レーザーダイオードで供給される場合、それは約１５５０ｎｍの信号光を増幅する）。他の実施形態では、信号光利得チップ（１６５）用の希土類元素ドーパントは、Ｑスイッチシードパルスの特定の所望のレーザー光線を発する波長に選択される。幾つかの実施形態では、Ｙｂ３＋は、９８０〜１１００ｎｍ（１０６０ｎｍのような）の領域中の様々な信号の波長でレーザー光線を発するためのガラス利得媒体（例えば、面状導波路光増幅器（１６５）用の平面基板、または増幅器チェーン（１１２）用のガラスファイバーまたは、ロッド）においてドーパントとして使用される；Ｅｒ３＋、Ｎｄ３＋およびＰｒ３＋は他の波長領域のために使用され、一般に３０ｎｍまたは５０ｎｍもの同調領域を各々有し得る。幾つかの実施形態（図示せず）では、Ｑスイッチドライバー（１６７’）は、（Ｑスイッチレーザーシードソース（１６０’）の光学要素用の筐体中にないパッケージ中の）チップから実施される。幾つかの実施形態（図示せず）では、レンズ（１６２）およびフェルール（１６９）は省略される。また、フィルター−アイソレーター−偏光子（１６６）（例えば、幾つかの実施形態では、ファイバーブラッググレーティングを使用して実施される）の出力はファイバーピグテール（７１）に直接接続し、シードソース（１６０’）のパッケージから伸びる。
【００７５】
図１Ｇ１は本明細書の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０７１）の概略図であり、当該サブシステム（１０７１）は増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力する、フラットパックパケージされた希土類元素ドープしたレーザーベースのＱスイッチリングレーザーシードソース（１７０）を含んでいる。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチシードパルスリングレーザー（１７０）における信号光は、（図１Ｆ１のサブシステム（１０６）において使用される自由空間伝搬およびミラーよりもむしろ）様々な光学要素を相互に接続する光ファイバーを使用して運ばれる。他の実施形態では、Ｑスイッチリングレーザーシードソース（１７０）における信号光は、Ｑスイッチシードパルスリングレーザー（１７０）の様々な光学要素を相互に接続する（グラスまたはシリコン基板上に形成された）面状導波路を使用して運ばれる。幾つかの実施形態では、リングレーザーシードソース（１７０）は、複数の曲がった導波路（光ファイバー導波路または面状導波路）、光学利得導波路（１７１）からの信号の波長の光をＱスイッチ（１７５）へ向かって送達する波長分割マルチプレクサー（ＷＤＭ）（１７３）を含み、その後、当該Ｑスイッチは信号光を光学要素（１７６）（例えば、幾つかの実施形態では、光学要素（１７６）はフィルター、アイソレーターおよび偏光子を含んでいる）に選択的に通す。ＷＤＭ（１７３）はまた、光学利得導波路（１７１）中へポンプレーザー（１７８）からのポンプ波長の光を送達する。幾つかの実施形態では、光学要素（１７６）は、信号光を出力カプラ・ビームスプリッター（１７４）に通し、当該出力カプラ・ビームスプリッターは、フィードバックとして信号の波長の光の一部を光学利得導波路に送達し、出力シードパルスとして信号の波長の光の残部を送達する。これらの光学要素はリングレーザー光学信号経路を形成する。リング光学信号経路において、信号の波長は光学的にポンピングされた利得媒体（１７１）（幾つかの実施形態では、図１Ｅ２の利得媒体（１５１）と実質的に類似している）と遭遇し、当該利得媒体（１７１）によって増幅され、Ｑスイッチ（１７５）へ向かって（光学的にポンピングされた利得媒体（１７１）中へ反伝搬方向でポンプ・レーザー（１７８）の光を送達する）ＷＤＭ（１７３）によって送達される。幾つかの実施形態では、その後、信号光は、Ｑスイッチ（１７５）を介して、ＦＩＰ光学要素（１７６）（幾つかの実施形態では、ＦＩＰ光学要素（１７６）は、信号の波長の光用のフィルター及び／又はアイソレーター及び／又は偏光子を含んでいる）を選択的に通り、当該Ｑスイッチ（１７５）はＱスイッチドライバー（１７７）によって制御される。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチが開放する場合、レイジングはＦＩＰ光学要素（１７６）によって決定される単一の方向で、そして波長および線幅（および随意に偏光子）で開始する。幾つかの実施形態では、リングレーザーシードソース（１７０）のリング信号経路における様々な要素は、異なる順序で配列されるか、またはリングの他の脚に移される。幾つかの実施形態では、リングレーザーシードソース（１７０）は、複数のはんだ付けできる、または、ソケットにはめられる（ｓｏｃｋｅｔａｂｌｅ）電気的コネクタを有する電子パッケージに取り付けられ、それはまた、増幅器チェーン（１１２）に直接接続される光ファイバーピグテール（７２）を含んでいる。出力カプラ（１７４）に直接接続される光ファイバーピグテール（７２）と、光学結合フェルール（１７９）（幾つかの実施形態では、より容易に再構成されるように接続を切ることができる）を介して接続され、そしてその中へシードソース（１７０）の自由空間レーザー出力信号がレンズ（１７２）を使用して集光されなければならない図１Ｆ１の光ファイバー（７１）と、の間の差異を留意されたい。
【００７６】
図１Ｇ２は本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０７２）のブロック図であり、当該サブシステム（１０７２）は、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９１）を出力するＱスイッチリングレーザーシードソース（１７０）を含んでいる。幾つかの実施形態では、図１Ｇ２のサブシステム（１０７２）は、ＱスイッチがＱスイッチドライバー回路（１７７）によって駆動される半導体ダイオード光増幅器として実施されるという更なる詳細をもって、図１Ｇ１のサブシステム（１０７１）と実質的に類似している。
【００７７】
図１Ｇ３は本明細書の幾つかの実施形態による代替的なサブシステム（１０７３）のブロック図であり、当該サブシステム（１０７３）は、Ｑスイッチレーザーシードソース（１７０’）を含んでおり、当該Ｑスイッチレーザーシードソース（１７０’）は、Ｑスイッチとして光学的にポンピングされた面状導波路光増幅器（１７５’）を使用し、増幅されたパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される、シードパルス９１を出力する。幾つかの実施形態では、Ｑスイッチ（１７５）（図１Ｇ１を参照）が、Ｑスイッチドライバー回路（１７７’）によって電気的に駆動されるレーザーダイオード（１７８’）によってポンピングされる光学的にポンピングされた光増幅器（１７５’）として実施されるというさらなる詳細をもって、図１Ｇ３のサブシステム（１０７３）は図１Ｇ１のサブシステム（１０７１）と実質的に類似している。もし光学的にポンピングされた光増幅器（１７５’）がＱスイッチポンプレーザーダイオード（１７８）から充分なポンプ光を受けなければ、それはリングにおけるレイジングが生じない程度まで信号光を吸収するが、充分なポンプ光が提供される場合、光学的にポンピングされた光増幅器（１７５）は、レイジングが発生するのに充分な信号を送達し、Ｑスイッチシード信号パルスが出力される。幾つかの実施形態（図示されない）では、Ｑスイッチドライバー（１７７’）は、（Ｑスイッチレーザーシードソース（１７０’）の光学要素用の筐体中にないパッケージ中の）チップから実施される。幾つかの実施形態（図示されない）では、レンズ（１７２）およびフェルール（１７９）は省略される。また、出力カプラ（１７４）の出力は、シードソース（１７０’）のパッケージから伸びる直接接続しているファイバー・ピグテール（７１）である。
【００７８】
幾つかの実施形態では、標準のＱスイッチは使用されないが、むしろ、図２Ａおよび図２Ｂについて下記に記載されているような、準Ｑスイッチが使用される。幾つかの実施形態では、全グラス準Ｑスイッチが使用される。幾つかの実施形態では、ＰＭ（偏光維持）ファイバーまたは要素は必要とされない。この設計の幾つかの実施形態では、ファイバーの長さが、ファイバー波長（ファイバーの長さ）の機能として信号の波長の再吸収の依存のために、準Ｑスイッチに影響するので、ファイバーの長さは適切に選ばれる必要がある。
【００７９】
図２Ａは本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（２０１）のブロック図であり、当該サブシステム（２０１）は、増幅された準Ｑスイッチパルス（９４）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される準Ｑスイッチシードパルス（９０）を出力する、準Ｑスイッチリングレーザーシードソース（２１０）を含んでいる。幾つかの実施形態では、シードソース（２１０）は比較的高電力の光学的にポンピングされた光増幅器（ＨＰ  Ａ）（２１１）を含んでおり、それはポンプ波長レーザーダイオード（１１８）の複数からのポンプ・レーザー光を使用してポンピングされ、当該ポンプレーザーダイオード（１１８）は光ファイバー（１１４）を使用して光学的にポンピングされた光増幅器（２１１）に光学的に接続される。光学的にポンピングされた光増幅器（２１１）からの出力は、光ファイバーによって出力カプラ（２１９）に接続され、リングがレーザー光線を発する場合、準Ｑスイッチ光学シードパルス（９０）は、光ファイバーピグテール（７２）を介して光増幅器チェーン（１１２）に送られ、当該光増幅器チェーン（１１２）は増幅された出力パルス（９４）を形成するためにシードパルス（９０）を増幅する。幾つかの実施形態では、出力カプラ（２１９）に入る光の一部は、フィードバック信号として、比較的低電力の光学的にポンピングされた光増幅器（ＬＰＡ）（２１５）に向けられ、当該ＬＰＡ（２１５）は、それが供給されるポンプ光でない場合には（すなわち、準Ｑスイッチが「オフ」である場合には）リングにおけるレイジングを防ぐために信号光の充分な量を吸収する一方で、その後、準Ｑスイッチドライバー（２１７）が準Ｑスイッチポンプダイオード（２１８）に電力を供給する場合にはリングにおける信号光を送達および／または増幅することによって準Ｑスイッチとして作動し、今度は当該準Ｑスイッチポンプダイオード（２１８）が、光ポンピングを光ファイバー（２１４）を介してＬＰＡ（２１５）に提供し、その後当該ＬＰＡは信号光を吸収するよりもむしろ増幅する。幾つかの実施形態では、ＬＰＡ（２１５）は、高電力増幅器（２１１）からのＡＳＥフィードバックを少なくするためにスモールモードフィールド径を有している。ＬＰＡ（２１５）は、ポンプがオンの場合に空洞の透過性を導くようポンピングされ、パルス化される
【００８０】
幾つかの実施形態では、ＬＰＡ（２１５）は、ＨＰＡ（２１１）用に使用されるのと同じ希土類元素のイオンでドープされない。例えば、幾つかの実施形態では、電力増幅器は、エルビウムドープファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）またはエルビウム‐イッテルビウム共ドープファイバー増幅器（ＥＹＤＦＡ）であり、ツリウムドープファイバー（ＴｍＤＦ）は、それがＣバンドとＬバンド中で吸収するので、ＬＰＡ（２１５）用に使用される。この場合、ＴｍＤＦは、ＬＰＡ（２１５）のドープコアにＨＰＡ（２１１）からのＣバンドおよびＬバンドの信号光の吸収を止めるために７９０ｎｍの波長でポンプ光を使用して、ポンピングされ、それにより、準Ｑスイッチにシードパルス（９０）を開かせ放射させる。この特定の場合の利点は、Ｔｍの蓄積時間が０．６ｍ秒（もし純粋なエルビウムドーパントがＬＰＡ（２１５）の中で使用される場合の１０ｍ秒の代わりに）であるということである。したがって、幾つかの実施形態では、ＴｍＤＦはより高い繰返し率を可能にする。しかしながら、他の実施形態では、ＬＰＡ（２１５）は、ＨＰＡ（２１１）と同じ希土類元素のイオンでドープされる（例えば、幾つかの実施形態では、ＬＰＡ（２１５）およびＨＰＡ（２１１）は両方ともＥＤＦＡまたはＥＹＤＦＡを含む）。
【００８１】
その後、ＬＰＡ（２１５）からの低電力の増幅された信号は、ＦＩＰ光学要素（２１６）（それは幾つかの実施形態では信号光の波長及び線幅をフィルターにかけ、信号光を一方向分離し、及び／又は偏光する）を通り、およびＨＰＡ（２１１）に入る。幾つかの実施形態では、ＨＰＡ（２１１）は、ラージコア、少なくとも４０ミクロンのモードエリア直径を有するラージ・モード・エリア・ファイバー（例えば連続波（ＣＷ）のポンピングされた光ファイバーまたはロッド）として実施され、一方でＬＰＡ（２１５）はスモールコア、２５ミクロンに過ぎないモードエリア直径のスモールモードエリアファイバーとして実施される。幾つかの実施形態では、ＬＰＡ（２１５）のより小さなモードエリア直径はＨＰＡ（２１１）からのＡＳＥフィードバックを抑止するように作用する。
【００８２】
図２Ｂは本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（２０２）のブロック図であり、当該サブシステム（２０２）は、増幅された準Ｑスイッチパルス（９４）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅されるシードパルス（９０）を出力する準Ｑスイッチリニアレーザーシードソース（２２０）を含んでいる。幾つかの実施形態では、シードソース（２２０）のレーザー共振器は、１つの端部の高反射率ファイバーブラッググレーティング（ＨＲＦＢＧ）（２２３）と、反対側の端部の低反射率ファイバーブラッググレーティング（ＬＲＦＢＧ）出力カプラ（２２４）（それは部分的に信号の一部を反射し、向けられた信号の一部を通す）の間で形成される。幾つかの実施形態では、シードソース（２２０）は比較的高電力の光学的にポンピングされた光増幅器（ＨＰＡ）（２２１）を含んでおり、それはポンプ波長レーザーダイオード（１１８）の複数からのポンプ・レーザー光を使用してポンピングされ（幾つかの実施形態では、サブシステム（２０２）が動作中のときポンプ・レーザーが実質的に常にオンである場合、ＣＷポンピングされる）、当該ポンプレーザーダイオード（１１８）は光ファイバー（１１４）を使用して光学的にポンピングされた光増幅器（２２１）に光学的に接続される。光学的にポンピングされた光増幅器（２２１）の１つの端部からの増幅された出力は、光ファイバーによって出力カプラ（２２４）に接続され、空洞がレーザー光線を発する場合、準Ｑスイッチ光学シードパルス（９０）は光ファイバーピグテール（７２）を介して光増幅器チェーン（１１２）に運ばれ、当該光増幅器チェーン（１１２）は増幅された出力パルス（９４）を形成するためにシードパルス（９０）を増幅する。幾つかの実施形態では、（図の右に向かって出力カプラ（２２４）に入る）光の一部は、ＨＰＡ（２２１）を介してフィードバック信号として後ろに反射され、当該ＨＰＡ（２２１）はそれを増幅し、フィルター（２２６）を介して信号光を比較的低電力の光学的にポンピングされた光増幅器（ＬＰＡ）（２２５）に通す。光増幅器（ＬＰＡ）（２２５）は、ＬＰＡ（２２５）が供給されるポンプ光でない場合には（すなわち、準Ｑスイッチが「オフ」の場合には）リングにおけるレイジングを防ぐために充分な量の信号光を吸収し、一方で、その後、準Ｑスイッチドライバー（２２７）が準Ｑスイッチポンプダイオード（２２８）に電力を供給する場合には空洞における信号光を増幅することで準Ｑスイッチとして作動し、今度は当該準Ｑスイッチポンプダイオード（２２８）が、光ポンピングを、光ファイバーを介して、ＬＰＡ（２２５）に供給する。その後、当該ＬＰＡ（２２５）は信号光を両方向に、吸収するのではなくむしろ、増幅する−最初は、ファイバーブラッググレーティングが合わせられる波長および線幅を有する信号光を反射する、ＨＲＦＢＧに向かって、そしてその後フィルター（２２６）の後方に向かって。幾つかの実施形態では、フィルター（２２６）はまた、さもなければＨＰＡ（２２１）（図の左側に移動する信号光）からＬＰＡ（２２５）へ、およびＬＰＡ（２２５）（図への右側に移動する信号光）からＨＰＡ（２２１）へ、通る増幅された自然放出光（ＡＳＥ）を取り除くのを補助するためにフィルタリングする波長および線幅バンドパスを提供する。幾つかの実施形態では、フィルター（２２６）によって提供されるＡＳＥフィルタリングは、それが、ＬＰＡ（２２５）における利得ファイバーをブリーチ（ｂｌｅａｃｈ）し得る、ＨＰＡ（２２１）からＬＰＡ（２２５）に入る特定のＡＳＥ波長を減らすので、準Ｑスイッチスモールコア増幅器（ＬＰＡ２２５）の性能を上げる。幾つかの実施形態では、光学要素（２２３）、（２２５）、（２２６）、（２２１）、（２２４）の１つ以上及び／又は、それらを互いに接続する光ファイバーは、準Ｑスイッチ出力シード信号（９０）が偏光されるように、偏光要素又は偏光維持（ＰＭ）要素である。その後、ＬＰＡ（２２５）からの低出力で、２度増幅された（左側の方向に１度増幅され、右側の方向に２度目に増幅された）信号は、フィルター（２２６）（幾つかの実施形態では、それは信号光の波長と線幅を偏光する、及び／又はフィルターする）を通って、ＨＰＡ（２２１）へ入る。幾つかの実施形態では、ＨＰＡ（２２１）は、ラージコア、少なくとも４０ミクロンのモードエリア直径を有するラージモードエリアファイバー（例えば連続波（ＣＷ）のポンピングされた光ファイバーまたはロッド）として実施され、一方で、ＬＰＡ（２２５）はスモールコアモードエリア直径が２５ミクロンに過ぎないスモールモードエリアファイバーとして実施される。幾つかの実施形態では、ＬＰＡ（２２５）のより小さなモードエリア直径はさらにＨＰＡ（２２１）からのＡＳＥフィードバックを抑止するために作用する。
【００８３】
図３Ａは、サブシステム（３０１）のブロック図であり、当該サブシステム（３０１）は、グラフ化されたプロット（８３）に示される増幅したパルス（９３）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される（グラフ化されたプロット（８２）に示される）傾斜シードパルス（９２）を出力する、従来通りに変調した傾斜パルスレーザーシードソース（５０）を含んでいる。幾つかの実施形態では、シードソース（５０）は、従来通りに形成された（例えば、レーザーへのパワー入力の変調によって、あるいは、約０の振幅で開始し経時的にシードパルス（９２）を形成するために増加する強度を有するシードパルスを得るためにレーザーからのレーザービーム出力の変調によって（グラフ化されたプロット（８２）はパルス（９２）についての強度対時間を示している））傾斜シードパルスを出力する分布帰還型レーザー（ＤＦＢＬ）を含む。シードパルス（９２）は増幅器チェーン（１１２）に接続される（幾つかの実施形態では、増幅器チェーン（１１２）は、３つの連続的に接続している光ファイバー利得段を含む（すなわち、第１段の増幅された出力信号は第２段に入力信号として接続され、第２段の増幅された出力信号は第３段に入力信号として接続され、第３段の増幅された出力信号は、出力信号（９３）である（グラフ化されたプロット（８３）はパルス（９３）についての強度対時間を示している））。好適なダイナミックレンジ（すなわち、最初の立ち上がりエッジを充分ゆっくり立ち上がらせる）を得る際の困難さにより、シードパルスは峻険なパルスを経験し、そこではパルスの最初の部分が非常に増幅され、パルスの非常に小さな最初の部分にとって過度のピークパワー（それは利得ファイバー及び／又は信号パルスの非線形な広がりに損害を与える）をもたらすが、最終的に増幅器チェーン（１１２）からの理想よりも低い総エネルギー抽出をもたらす（スペクトルの広がりは（あまり増幅されない波長を有する）利得媒体の利得帯域を超えて伸びるパルスの線幅の大部分をもたらし、これは利得媒体がパルスのそれらの波長を増幅できないことを意味する−その後、エネルギー抽出は「クランプされる」と言われる）。さらに、従来のＤＦＢＬソースは、狭い線幅を有するレーザー信号を出力し、それは、本発明にとって所望の高パワーまで増幅される場合に、誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）問題をもたらし、しばしばファイバー増幅器及び／又はシードソースへの破滅的な損害に帰結する。またさらに、非常に高ピークパワーレベルで、ビームは自己集束作用（ｓｅｌｆ−ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｂｅｈａｖｉｏｒ）をまたしばしば経験し、これもまたファイバー増幅器への破滅的な損害に帰結する。
【００８４】
図３Ｂは、２つの信号（図３Ａの増幅器チェーン（１１２）についての入力シードパルスおよび出力増幅パルス）の詳細なグラフ（３０２）であり、当該グラフは、図３Ａの傾斜シードパルス（９２）の強度対時間を示すプロット（８２）、およびシードパルス（９２）の最初の部分の峻険なパルスからもたらされる図３Ａの増幅パルス（９３）の強度対時間を示すプロット（８３）を含む。
【００８５】
図３Ｃは本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（１０１）のブロック図（前に図１Ａで示されている）であり、当該サブシステム（１０１）は、（グラフ化されたプロット（８８）に示される）増幅したパルス（９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される（グラフ化されたプロット（８１）に示される）シードパルス（９１）を出力する、Ｑスイッチレーザーシードソース（１１０）を含んでいる。様々な実施形態では、サブシステム（１０１）は、図１Ｂ１、図１Ｂ２、図１Ｂ３、図１Ｂ４、図１Ｂ５、図１Ｃ１、図１Ｃ２、図１Ｄ１、図１Ｄ２、図１Ｅ１、図１Ｅ２、図１Ｅ３、図１Ｆ１、図１Ｆ２、図１Ｆ３、図１Ｇ１、図１Ｇ２、図１Ｇ３のＱスイッチシードソースサブシステムに示される任意の構成として、または上記の図の記載に関して記載されているように図２Ａ−図２Ｂの準Ｑスイッチシードソースサブシステムに示される任意の構成として実施される。
【００８６】
図３Ｄは本発明の幾つかの実施形態による２つの信号（図３Ｃの増幅器チェーン（１１２）についての入力Ｑスイッチシードパルスおよび出力増幅パルス）の詳細なグラフ（３０４）であり、当該グラフは、図３ＣのＱスイッチシードパルス（９１）の強度対時間を示すプロット（８１）、および図３Ｃの増幅されたパルス（９８）の強度対時間を示すプロット（８８）を含む。見ることができるように、増幅出力パルスは、峻険なパルスを回避し、高エネルギー抽出を獲得しながら、シードパルスの基本的な一時的な形状を保存する。（最初のパルスの線幅が過度に狭くないので、ＳＢＳ問題は回避され、（エネルギー抽出に関連した）高ピークパワーが回避されるため、非線形のスペクトルの幅の広がりが回避される。このため増幅器チェーンの利得帯域幅の内にパルスの線幅を維持し、また、エネルギー抽出はこのように増加される。）
【００８７】
図３Ｅは本発明の幾つかの実施形態では、（図３Ｃの信号（９１）及び（９８）に依然として対応する、僅かに異なる状態とより高いポンプパワーおよび増幅レベルに対応する）２つの信号の詳細なグラフ（３０５）であり、当該グラフは、Ｑスイッチシードパルス信号（９１）の強度対時間を示すプロット（８１）、および、増幅されたパルス信号（９８）の強度対時間を示すプロット（８７）を含む。幾つかの実施形態では、出力パルスは約６ｍＪのエネルギーおよび過剰な峻険なパルスを有さない形状をとっており、このように高エネルギー抽出および非線形問題をほとんど或いは全くなくすことを可能にする。
【００８８】
本発明の方法の幾つかの実施形態はさらに、筐体がある輸送手段を提供する工程（図４Ａおよび図４Ｂを参照）；電力を供給する工程；電力を使用し、ＭＯＰＡ形態においてＱシードレーザーを有している１台以上の光ファイバー増幅器を制御し動力を供給する工程；及び、輸送手段に対する複数の異なる可能な方向の１つへの単一出力ビームの出力方向を制御する工程を含む。
【００８９】
図４Ａは本発明の幾つかの実施形態による輸送手段または設備（４０８）に取り付けられたＱシードＭＯＰＡサブシステム（１００）を含むシステム（４０１）のブロック図である。様々な実施形態では、ＱシードＭＯＰＡサブシステム（１００）は、図１Ａのサブシステム（１０１）、図１Ｂ１のサブシステム（１０２）、図１Ｂ２のサブシステム（１８２）、図１Ｂ３のサブシステム（１８３）、図１Ｃ１のサブシステム（１０３）、図１Ｄ１のサブシステム（１０４）、図１Ｅ１のサブシステム（１０５）、図１Ｆ１のサブシステム（１０６）、あるいは図１Ｇ１のサブシステム（１０７１）（各々はＱスイッチレーザーシードパルスを供給する）に示されるような；図２Ａのサブシステム（２０１）または図２Ｂのサブシステム（２０２）（各々は準Ｑスイッチレーザーシードパルスを供給する）に示されるような；あるいは図５Ａのサブシステム（５０１）、図５Ｂのサブシステム（５０２）、あるいは図５Ｆのサブシステム（５０６）、（各々は「Ｑ」状のシードパルスを提供する）示されるような、および、本明細書に記載されている様々な装置および方法の実施形態を使用して実施される。幾つかの実施形態では、システム（４０１）は輸送手段または設備（４０８）（（例えばヘリコプター、ジェット戦闘機、ミサイル、自律飛行型輸送手段または、自律飛行型ロボットなどの）機体、（駆逐艦、フリゲート艦、航空母艦、ホバークラフト、潜水艦などの）軍艦機、（戦車、Ｈｕｍｖｅｅ（登録商標）などのような）陸上輸送手段、または（実験室、製造工場またはバンカーのような）陸上設備）を含む。幾つかの実施形態では、輸送手段または設備（４０８）は、他の要素に電力を供給する１つ以上のバッテリー及び又は電源（４１８）、１つ以上のレーザー制御装置（４１２）、１つ以上の画像算出及び画像分析コンピューター又は回路（４１４）、１つ以上のプロセッサ信号（４２０）、１つ以上のビームポインター（４３０）、および／またはシーンに関する画像情報を取得する１つ以上のイメージャー（４１６）を含む（これらのユニットの１つ以上は幾つかの実施形態においては省略され得る）。幾つかの実施形態では、ＭＯＰＡレーザーサブシステム（１００）の各々はＱスイッチレーザー・シードソースを含んでいる。幾つかの実施形態では、ＭＯＰＡレーザーサブシステム（１００）からの出力ビーム（９８）は、画像取得（例えば、シーンをカバーするためにビームの幅を広げることによってか、又は結像される複数の点の各々に対して光学パルスを送るためにビームスキャンすることによって）とＬＩＤＡＲ測定（一般に、狭い幅のビームパルスを複数の方向の１つに送り、反射パルスが検出されるまで時間の遅れを測定することによって−例えばあるシーンまたはターゲット（７０）から反射したパルス）のための照明または信号光（９９）を供給するためにビームポインター（４３０）によって特定の方向に向けられる。
【００９０】
図４Ｂは本発明の幾つかの実施形態によるシステム（４０２）のブロック図であり、それは複数のＱシードＭＯＰＡサブシステム（１００）を含んでおり、当該ＱシードＭＯＰＡサブシステム（１００）の出力ビーム（９８）は分光ビームコンバイナー装置（４４０）で結合され、全て輸送手段または設備（４０９）に取り付けられている。様々な実施形態では、複数のＱシードＭＯＰＡサブシステム（１００）の各々は、図１Ａ、図１Ｂ１、図１Ｂ２、図１Ｂ３、図１Ｃ１、図１Ｃ２、図１Ｄ１、図１Ｄ２、図１Ｅ１、図１Ｅ２、図１Ｅ３、図１Ｆ１、図１Ｆ２、図１Ｆ３、図１Ｇ１、図１Ｇ２、図１Ｇ３、図２Ａ、図２Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、または図５Ｆに示されるような、および本明細書に記載されている様々な装置および方法の実施形態を使用して実施される。幾つかの実施形態では、分光ビームコンバイナー（４４０）が、複数のレーザーサブシステム（１００）からの複数のパルスを分光ビーム結合（ＳＢＣ）させ、単一のはるかに高いエネルギーのＳＢＣ出力パルス（９６）にするのを可能にし、その後、これが出力ビーム（９５）を形成するために随意のビームポインター（４３０）によって随意に向けられる、という点を除いて、図４Ｂのサブシステム（４０２）は図４Ａのシステム（４０１）と実質的に類似している。幾つかの実施形態では、システム（４０２）は輸送手段または設備（４０９）（（例えばヘリコプター、ジェット戦闘機、ミサイル、自律飛行型輸送手段または、自律飛行型ロボットなどの）機体、（駆逐艦、フリゲート艦、航空母艦、ホバークラフト、潜水艦などの）軍艦機、（戦車、Ｈｕｍｖｅｅ（登録商標）などのような）陸上輸送手段、または（実験室、製造工場またはバンカーのような）陸上設備）を含む。幾つかの実施形態では、輸送手段または設備（４０９）は、他の要素に電力を供給する１つ以上のバッテリー及び又は電源（４１８）、１つ以上のレーザー制御装置（４１２）、１つ以上の画像算出及び画像分析コンピューター又は回路（４１４）、１つ以上のプロセッサ信号（４２０）、１つ以上のビームポインター（４３０）、および／またはシーンに関する画像情報を取得する１つ以上のイメージャー（４１６）を含む（これらのユニットの１つ以上は幾つかの実施形態においては省略され得る）。システム（４０２）はまた、複数のＭＯＰＡレーザーサブシステム（１００）を含んでおり、その出力ビームはＳＢＣユニット（４４０）によって結合される。幾つかの実施形態では、ＭＯＰＡレーザーサブシステム（１００）の各々はＱスイッチシードソースを含み、そこでは複数のそのようなソースからのパルスがそのうちに同期される（例えば、幾つかの実施形態では、ビームの明るさを増すために同時に又は略同時に生じる）。幾つかの実施形態では、ＳＢＣ（４４０）からの出力パルスビーム（９６）は、画像取得、ＬＩＤＡＲ測定など（例えばシーンまたはターゲット（７０）に関して）のための照明または信号光を提供するためにビームポインター（４３０）（ある実施形態では、これは制御装置（４１２）のもと制御される）によって出力ビーム（９９）として特定の方向に向けられる。ＱシードＭＯＰＡソースによって供給される独特な非常に効率的なエネルギー抽出は、システム（４０２）およびシステム（４０１）を、従来のレーザー照明器ソリューションを使用しては利用できない新しい結合にする、独特な能力と独特な高性能のパルスおよび高エネルギー光パルスを供給する。
【００９１】
図５Ａは本発明の幾つかの実施形態によるサブシステム（５０１）の概略図であり、当該サブシステム（５０１）は、増幅されたパルス（５９８）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される「Ｑ」状のシードパルス（５９１）（すなわち、Ｑスイッチレーザーからのパルスの一時的な形状に類似する一時的な形状を有するパルスであり、幾つかの実施形態では、当該パルスは、Ｑスイッチレーザーによって得られる線幅と類似した、広いスペクトルの線幅を有する）を出力する、レーザーおよび直列／並列変調器結合（直列／並列「Ｑ」状のシードパルス発生器と呼ばれる）（５１０）を含んでいる。幾つかの実施形態では、直列／並列「Ｑ」状のシードパルス発生器（５１０）は、広帯域レーザーデバイス（５１１）を含んでおり、その動作（例えば、パワーレベル、温度など）はシステム制御装置（５２７９）によって制御され、シード−入力スプリッター（５２４）に接続されＣＷレーザー信号（５１２）を出力する（幾つかの実施形態では、ノイズアベレージャー（５４０）を通った後で）。図５Ａの文脈では、ＣＷレーザー信号は、ある期間に渡って（例えば、幾つかの実施形態では、安定したレーザー動作を得るために、１秒以上、さらに恐らく１５分以上）略一定の強度（すなわち、所与の振幅ノイズの量を除いて略一定である）を有するレーザー信号であり、それは最後の「Ｑ」状のシード信号（幾つかの実施形態では、それは１０００マイクロ秒に過ぎない、および恐らく１０マイクロ秒に過ぎないＦＷＨＭの持続時間を有する）の長さと比較して非常に長い。
【００９２】
図５Ａのサブシステム（５０１）の他の実施形態中では（図５Ｂのサブシステム（５０２）、および図５Ｆのサブシステム（５０６）の他の幾つかの実施形態についても同様に）、デバイス（５１１）は広帯域レーザーを使用するのではなく、代わりに、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ−ＬＩＮＥＷＩＤＴＨ  ＬＡＳＥＲ−ＳＥＥＤ−ＳＩＧＮＡＬＳ  ＦＯＲ  ＨＩＧＨ−ＰＯＷＥＲＥＤ  ＦＩＢＥＲ−ＬＡＳＥＲ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ  ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する２００９年５月２６日にエリック  シー．ホネアらに発行された米国特許第７，５３９，２３１号（参照によって本明細書に組み入れられている）に記載されているような、制御された線幅の増幅した自然放出光（ＡＳＥ）デバイスを使用する。
【００９３】
さらに他の実施形態では、図５Ａのデバイス（５１１）用の広帯域ＣＷレーザーを使用するのとは対照的に、パルスダイオードレーザーは、さもなければ図５Ａのサブシステムと類似するサブシステムへのデバイス（５１１）用に使用され、および、（「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ  ＣＨＩＲＰ−ＳＬＩＣＥ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ−ＬＩＮＥ  ＷＩＤＴＨ  ＬＡＳＥＲ−ＳＥＥＤ  ＳＩＧＮＡＬＳ」と題する、２０１０年４月２０日にマッテヤ  ピー．サベージ−リュークスに発行された米国特許第７，７０１，９８７号に記載されているような）チャープ−スライス配置は、チャープレーザーパルスを発生させるために、そしてその後、図５Ａの変調器（５２５１）、（５２５２）、および（５２５３）の１つ以上についての入力レーザー信号として使用されるチャープレーザーパルスの適切な時間−スライス部分を選択するために使用される。前記チャープシードパルスは、ＳＢＳを回避するのに充分に速いレートでパルスの周波数（したがって波長）を変更することにより、ＳＢＳを回避する。温度、レーザーダイオードに供給されるアイドル電流、およびレーザーダイオードに供給される電流のパルス波形および大きさを選択することで、チャープレーザー信号の各種パラメータは調節され得る。使用されるチャープパルスの適切な開始時間および終了時間を選択することで、その後、開始の波長および波長の変化量は設計によって選択され得る。その後、複数の増幅変調器の各々に入力される信号の部分の大きさを（適切な信号スプリッター（５２４）によって）、および各々の変調器を駆動させる電気的なパルスの開始時間（チャープスライスの開始時間と関連する）を選択することで、一時的な形状、スペクトル成分（およびその経時的な変化）、および波長、に対する大きな制御が得られる。
【００９４】
幾つかの実施形態では、デバイス（５１１）からの信号（幾つかの実施形態では、図５Ａで示されるような広帯域の半導体レーザーまたは光導波路ベースのレーザー、あるいは、他の実施形態では、その代わりに使用される、制御された線幅ＡＳＥソースまたはスライス−チャープレーザーから（上述の米国特許第７，５３９，２３１号または米国特許第７，７０１，９８７号においてより完全に記載されているように））は好ましくない量の振幅ノイズ（すなわち強度またはパワーにおける短期間の変化）を有するだろう。幾つかの実施形態では、前記ノイズは、ノイズアベレージャー（５４０）によって減少され、当該ノイズアベレージャー（５４０）は、信号を複数の部分に分けて、その後、各々の部分を異なる量の時間遅らせ（例えば、各々の部分を面状の光学デバイスの異なる長さの表面波線路、または異なる長さの光ファイバーに通すことによって）、そしてその後、互いに遅れた部分を再結合する（混合する）。例えば、入力信号（５１２）が３２の部分に分けられるとすれば、その各々は異なるインクリメントな量で遅らされ、その後、他の部分と再結合させられ、結果として生じる平均化された信号（５１２’）は入力信号（５１２）の３２ポイントの移動平均であると見られるかもしれない。幾つかの実施形態では、ノイズアベレージャー（５４０）はシード−ミキシングスプリッターを含んでおり、それは、デバイス（５１１）からの信号（５１２）を複数の部分（例えば、様々な実施形態では、２，４，８，１６，３２、６４、または１２８、あるいは他の適切な数の部分）に分割し、そこで各々の部分はその各々の光ファイバー（または面状導波路）経路（５４２）〜経路（５４４）を通り、複数の経路の１つずつが異なる長さ（図５Ａに示される複数の経路（５４２）〜経路（５４４）の描写によって表わされ、そこでは直線経路（５４２）が最も短く、深く曲った経路（５４４）が最も長く、および様々な中間の長さを有する複数の他の異なる長さの経路もまた提供される）を有する。複数の経路（５４２）〜（５４４）からの光は、その後、減少したノイズの平均化した信号（５１２’）を形成するために、シード−ミキシングコンバイナー（５４９）によって互いに再結合される。これらの信号の描写は、さらに以下に記述されている図５Ｃに示される。
【００９５】
再び図５Ａを参照すると、幾つかの実施形態では、ノイズアベレージャー（５４０）からのノイズが減少した信号（５１２’）はシード−エンベロープスプリッター（５２４）に結合され、一方で、他の実施形態では、ノイズアベレージャー（５４０）は省略され、デバイス（５１１）からの信号（５１２）はシードエンベロープ・スプリッター（５２４）に直接接続される。留意されるように、シードミキシングスプリッター（５４１）はその入力光学信号を複数の部分に分割するために使用され、その各々はシードミキシングコンバイナー（５４９）によって単一の信号（５１２’）へ再結合される前に、異なる遅延を受ける。対照的に、シードエンベロープ・スプリッター（５２４）はその入力光学信号を複数の部分に分けるために使用され、その各々は、シード−出力コンバイナー（５２６）によって単一の信号（５９１）へ再結合される前に、異なるエンベロープ（振幅）変調を受ける。
【００９６】
様々な実施形態において、シードエンベロープ・スプリッター（５２４）は、光学的初期シード信号（５１２）または（５１２´）の少数部分を、光学信号経路（５１３）（例えば、幾つかの実施形態では、光学信号経路（５１３）は、変調器（５２５１）に、スプリッター（５２４）からの信号を結合する光ファイバーを含む）に出力する（（本明細書に示された実施形態のように）いくつかの実施形態において、例えば１％、あるいは、他の実施形態中で０．１％、０．２％、０．５％、２％、５％又は１０％若しくは初期シード信号（５１２）または（５１２´）の他の適切な少数部分）。シードエンベロープ・スプリッター（５２４）は、初期シード信号（５１２）または（５１２´）の大多数の部分を出力する（（本明細書に示された実施形態のように）いくつかの実施形態において、例えば９９％、あるいは、他の実施形態において、９９．９％、９９．８％、９９．５％、９８％、９５％又は９０％、若しくは入力信号のうちの他の適切な大多数の部分）を光学信号経路（５１４）（例えば、幾つかの実施形態において光学信号経路（５１４）は、変調器（５２５２）にスプリッター（５２４）からの信号を結合する光ファイバーを含む）に出力する。初期シード信号（５１２）または（５１２´）の非常に小さい部分のみを光学信号経路（５１３）に送ることによって、「Ｑ」状のシードパルス信号（５９１）の前縁の非常に早い部分は、非常に小さな値（実際の０の信号光強度）でスタートし、ついで、（「Ｑ」状のシードパルス信号（５９１）の前縁の後の部分の強度の上昇率と比較して）比較的非常にゆっくりと（強度の上昇率を）上昇させる。光の微少量のみが経路（５１３）に沿って通過するので、変調器（５２５１）が「オフ」であるであるとき、経路（５１６）への光の出力量は非常に小さく、最終シードパルス（５９１）に良好な消光率を提供している。対照的に、トータルパルスの非常に大きい部分は、複数の振幅変調器（５２５２）・・・（５２５３）を介して連続的に通過する。連続する形態は、この下部経路のために高消光率（すなわち、変調器が「オフ」であるとき、複数の連続する変調器（５２５２）〜（５２５３）を通過した光強度が、事実上零であることが望まれる）を達成するために使用され、その一方で、変調器（５２５１）を経た上部経路の高消光率が、スプリッタ（５２４）によって経路（５１３）を通過する初期シード信号（５１２）または（５１２´）の非常に小さい割合によって、一部が達成される。
【００９７】
幾つかの実施形態において、クロック／タイマー−パルス制御器（５２７０が（システム制御器（５２７９）の制御下で）、複数の電子ドライバ（例えば、電子ドライバ（５２７１）、電子ドライバ（５２７２）、電子ドライバ（５２７３））のタイミングを制御し、その結果、電子ドライバ（５２７１）からの電気的変調パルスがまず立ち上がり（各シードパルスに対して時間Ｔ１で）、変調器（５２５１）を介する光の小量がまず緩慢に増加し始め、シード出力コンバイナ（５２６）を通過して、「Ｑ」状のシードパルス（５９１）の一部になる。その後、電子ドライバ（５２７２）からの電気的変調パルスが、ついで立ち上がり（各シードパルスに対して時間Ｔ２で）、その結果変調器（５２５２）を介する光の適量が、ついで緩慢に増加し始めるが、変調器（５２５２）からの出力信号（５１５）は、ついで、「Ｑ」状のシードパルス（５９１）が「オフ」であると想像されるとき（すなわち、信号（５９１）上の「Ｑ」状のシードパルス間で）、１以上の追加の変調器（例えば、変調器（５２５３））を通過して、消光率を増加させる。その後、電子ドライバ（５２７３）からの電気的な変調パルスが、ついで立ち上がり（各シードパルスに対して時間Ｔ３で）、変調器（５２５３）による適度な光量が緩慢に増加し始め、そして変調器（５２５３）からの出力信号（５１７）は、コンバイナー（５２６）によって変調器（５２５１）からの出力信号（５１６）と結合され、「Ｑ」状のシードパルス（５９１）の全体を形成する。連続する変調器（５２５２）および（５２５３）のさらなる利点は、パルスの開始に非常に近いところ（例えば、各シードパルスに関する時間Ｔ２および時間Ｔ３の間の時間で）の増加率（ｒａｍｐ−ｕｐ−ｒａｔｅ）がさらに緩慢にされることである。なぜなら、変調器の１つだけ（変調器（５２５２））が「オン」になり始め、その一方で、当該パルスにおける後の増加率が比較的より速い。というのは連続する変調器（５２５２）及び（５２５３）が、それらの完全「オン」状態（それらの透過状態）へと増加するからである。幾つかの実施形態において、電子ドライバ（５２７１）からの電気的なパルスは、時間Ｔｉで開始し、時間Ｔ６で終了するプロット（５７１）の一時的な形態を有し、電子ドライバ（５２７２）から電気的なパルスは、時間Ｔ２において開始し、時間Ｔ５で終了するプロット（５７２）の一時的な形態を有し、及び電子ドライバ（５２７３）からの電気的なパルスは、時間Ｔ３において開始し、時間Ｔ４において終了するプロット（５７３）の一時的な形態を有する。時間に対する電気的信号（例えば、電流または電圧振幅）のこれらのプロットは、以下に述べる図５Ｄに、より詳細に示される。
【００９８】
図５Ｂは、代替の実施形態であるサブシステム（５０２）の概略図であり、変調器（５２５１）および（５２５２）のみが並列に結合され、それらの個々の出力はコンバイナー（５２６）によって互いに結合され、その出力は、その後、変調器（５２５３）を介して連続的に結合され、その出力（５９２）は増幅器チェーン（１１２）に接続される。図５Ａのために記載された直列／並列の「Ｑ」状のシードパルス発生器（５１０）とは対照的に、この代替的な形態は、本明細書において並列／直列の「Ｑ」状のシードパルス発生器（５２０）という。幾つかの実施形態において、（上述のとおりの）ノイズアベレージャー（５４０）がノイズ振幅の減少のために含まれており、その一方で、他の実施形態においては、ノイズアベレージャー（５４０）が省略されている。図５Ａのサブシステム（５０１）のための場合、シードエンベロープ・スプリッター（５２４）は、変調器５２５１へ光信号（５１３）として光信号（５１２）（あるいは（５１２´））の非常に小さい部分を送信し、当該光信号（５１３）は、電子ドライバ（ＥＤＩ）（５２７１）からの初期低振幅・低立ち上がりの電気的信号の制御下で徐々に「開放され」、時間Ｔ１で徐々に立ち上がり始め、そして徐々に増加する光信号（５１３）の量を、信号（５１６）として増加することによって可能にするために、変調器（５２５１）を制御する。変調器（５２５１）からの低振幅・低立ち上がりの光信号波形（５１６）は、最初に「オフ」の変調器（５２５３）によって、さらに減衰され減じられ、いつ変調器（５２５３）が「オフ」であるかによって、変調器（５２５１）からの初期の光量の漏れ光量を小さくすることさえできる。幾つかの実施形態において、変調器（５２５２）は、より高い消光率を達成するために類似の信号（例えば、単一の電子ドライバ（５２７２）から）によって、各々駆動される２つ以上の光学変調素子の直列の組み合わせである。時間Ｔｌの、わずかな時間Ｔ２後に、変調器（５２５２）は、電子ドライバ（５２７２）から立ち上がりの遅い電気的信号の制御下で徐々に「開放され」、その電子ドライバ（５２７２）は時間Ｔ２で開始し、変調器（５２５２）を制御して、信号（５１７）として光信号（５１４）が徐々に増加することを可能にする。変調器（５２５３）が、時間Ｔ３で徐々に開放し始める電子ドライバ（ＥＤ３）（５２７３）からの立ち上がりの遅い電気的信号の制御下で徐々に開かれるとき、シード出力・コンバイナー（ＳＯＣ）（５２６）は信号（５１６）および信号（５１７）を結合し、その後、変調器（５２５３）を通過して、時間Ｔ３まで「オフ」状態に留まり、時間Ｔ３のさらに後まで、結合された信号（５１６）及び（５１７）の漏れ量だけにするのを可能にする。これは、「Ｑ」状のシード信号パルスを提供し、その初期の前縁での２〜３個の光子から前縁上で後に徐々に増加を加速するまで、徐々に増大する。したがって、パルスを急峻にすることを防止する。さもなれば出力増幅チェーン（１１２）で生じる。
【００９９】
図５Ｃは、図５Ａまたは図５Ｂの信号（５１２）のシミュレートされたノイズ部分のプロット（１５１２）と、信号（５１２）の３２の等しい部分を平均化することによって得られ、おのおのが異なる時間の量だけ遅延した、図５Ａまたは図５Ｂのノイズが低減した信号（５１２´）のノイズ部分のプロット（１５１２´）を示す概略のグラフである。シミュレートされたノイズ振幅のプロット（１５１２）は、プラス１又はマイナス１の振幅の偏差をもつ平均値（１）に正規化された（もちろん、実際のレーザー信号（５１２）は、非常に小さいパーセンテージの平均強度のノイズ振幅をもち得るのであり、しばしば１％を下回り得る）。プロット（１５１２´）は、信号（５１２）のシミュレートされたノイズ部分のプロット（１５１２）の３２の時間移動平均を表わす。見られ得るように、そのような移動平均（１５１２´）はノイズ（１５１２）の振幅上のローパスフィルタに類似しており、ノイズ（１５１２）の振幅変化の量のおよそ４分の１（約２５％）までその振幅変化を減らすと共にノイズの周波数を低減する。
【０１００】
図５Ｄは、図５Ａのサブシステム（５０１）または図５Ｂのサブシステム（５０２）のいくつかの実施形態において、それぞれの光学変調素子（５２５１）、（５２５２）および（５２５３）を駆動するために使用される、理想化された電気的なパルス（５７１）、（５７２）および（５７３）のプロットを示す概略のグラフ（５０４）である。幾つかの実施形態において、これらのパルスの１つ以上の前縁（増幅器チェーン（１１２）でのエネルギーは、トレーリングエッジが生じる時までにほとんど消耗されるので、それは最も重要な特徴である）は、ガウスの一時的な形態に近似する。幾つかの実施形態において、電子ドライバ（５２７１）（プロット（５７１））からの電気的なパルスは、各シードパルスに対して時間Ｔ１で開始し（すなわち、時間Ｔ１より後）、各シードパルスに対して時間Ｔ６で終了する。電子ドライバ（５２７２）（プロット（５７２））からの電気的なパルスは、各シードパルスに対して時間Ｔ２で開始し、各シードパルスに対して時間Ｔ５で終了する。また、電子ドライバ（５２７３）（プロット（５７３））からの電気的なパルスは、各シードパルスに対して時間Ｔ３で開始し（すなわち、時間Ｔ１より後）、各シードパルスに対して時間Ｔ４で終了する。前述されるように、シードパルス（５９１）の前縁でのタイミングおよび徐々の増加率は、サブシステム（５０１）またはサブシステム（５０２）の効率的な機能化にとってトレーリングエッジより重要である。さらに、幾つかの実施形態では、振幅変調が本質的に乗法関数であり、乗法関数は可環（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｖｅ）であるので、変調器（５２５２）および（５２５３）を駆動する電気的なパルスのタイミングおよび形態は交換することができる（プロット（５７３）の電気的なパルスは、その代りに、変調器（５２５２）に送達可能であり、プロット（５７３）の電気的パルスは変調器（５２５３）に送達可能である）。他の実施形態は、３を超える電気的信号の結果として、３を超える数の光学変調素子、および３を超える数の電気的信号を使用する。
【０１０１】
図５Ｅは、図５Ｆ（以下に記載される）のサブシステム（５０６）のいくつかの実施形態において個々の光学変調素子（５２５４）、（５２５５）および（５２５６）を駆動するために使用される、理想化された電気的パルス（５７４）、（５７５）および（５７６）のプロットを示す概略のグラフ（５０５）である。パルスの開始時刻間の相対的な遅延のために、すべての変調器はＴ１〜Ｔ２において「オン」にし始めているわけではないので、パルス中で増加率についての肌理の細かい微細な制御のための能力を非常に初期に提供し、そして、シードパルスの強度のために高いダイナミックレンジを提供する。図５Ａおよび図５Ｂについて記載されたように、図５Ｆのサブシステム（５０６）は、「Ｑ」状のシードパルス（５９２）の一時的な形状、およびスペクトル成分（時間とともに変わるスペクトル成分でさえ）について、単独制御を可能にする。
【０１０２】
図５Ｆは、本発明のいつかの実施形態によって、増幅されたパルス（５９７）を出力する高電力増幅器（１１２）によって増幅される「Ｑ」状のシードパルス信号（５９６）（プロット（５８２）によって表された振幅を有する）を出力するレーザーと直列変調器の組合せ（直列変調器の「Ｑ」状のシードパルス発生器と言う）（５６０）を含むサブシステム（５０６）の概略図である。幾つかの実施形態では、直列変調器の「Ｑ」状のシードパルス発生器（５６０）は広帯域のレーザー（５１１）を含み、その動作（例えば、電力レベル、温度など）がシステム制御器（５２７９）によって制御され、そして幾つかの実施形態では、ＣＷレーザー信号（５１２）（プロット（５８３）によって表される）を出力し、ＣＷレーザー信号は光信号経路（５１３）（例えば、幾つかの実施形態では、光信号経路（５１３）は、変調器（５２５４）にレーザー（５１１）からの信号を結合する光ファイバーを含む）に結合される。光信号経路（５３３）にＣＷレーザー信号（５１２）を送信することによって、および複数の直列接続された変調器（５２５４）、（５４５５）・・・（５２５６）を介して「Ｑ」状のシードパルス信号（５９６）の前縁の非常に早い部分は、極めて小さい値（事実上、零の信号光強度）からスタートすることができ、そして、その後、（強度の増加率を）比較的、非常に、ゆっくりと増加する（「Ｑ」状のシードパルス信号（５９６）の前縁の後の部分の強度の増加率と比較して）。なぜなら、変調器（５２５４）を通過した光の時間に対する増加率が、他の変調器によって低減されるからであり、当該他の変調器は、シードパルスの初期の部分の間「オフ」である（光の漏れ量だけを通過させる）からである。光の微少量のみが、後に「オフ」となる変調器（複数の電子ドライバ（５２７５）によって駆動される複数の変調器（５２７５）〜（５２７６）。ここでの説明においては省略符号によって示されるとおり）を通過するので、変調器（５２５４）が「オフ」であるとき（シードパルスの開始前）、経路（５３２）への光出力の量は非常に小さく、最終の「Ｑ」状のシードパルス信号（５９６）によい消光比を供給する。対照的に、変調器（５２５４）は一度「オン」を開始すると、パルスの合計の大部分が、後のパルスの時間に対する高い上昇率を達成するために、複数の振幅変調器（５２５５）〜（５２５６）を連続的に通過する。幾つかの実施形態では、クロック／タイマー・パルス制御器（５２７０）（システム制御器（５２７９）の制御下で）は、電子ドライバ（５２７４）、電子ドライバ（５２７５）および電子ドライバ（５２７６）（それぞれ、変調器（５２５４）、（５２５５）および（５２５６）に接続される）のタイミングを制御し、その結果、電子ドライバ（５２７４）からの電気的変調パルス（量対時間プロット（５７４）によって表わされる）が、まず立ち上がり（各シードパルスに対する時間Ｔ１で）、その結果、変調器（５２５４）を介する光出力の小量（大きさ対時間のプロット（５８４）によって表わされた信号（５３４））が、最初に緩慢な増加を開始し、漏れ信号光として「オフ」の変調器（５２５５）〜（５２５６）を介して僅かに通過し、「Ｑ」状のシードパルス（５９６）の初期（緩慢な傾斜）部分となる。ついで、電子ドライバ（５２７５）（大きさ対時間プロット（５７５）によって表わされた）からの電気的変調パルスは、２番目に立ち上がり（各シードパルスに対して時間Ｔ２で）、その結果、変調器（５２５４）と、そしてその後変調器（５２５５）を介した光の適量（量対時間のプロット（５８５）によって表わされる信号（５３５））は、次に緩慢に増加し始めるが、変調器（５２５５）からの出力信号（５３５）は、１つ以上の追加の変調器（例えば、省略記号が変調器（５２５５）および（５２５６）間で示される）を通過して、「Ｑ」状のシードパルス（５９６）が「オフ」である（すなわち、パルス間で）と思われるときに、消光比を増加させる。その後、電子ドライバ（５２７６）からの電気的変調パルスは３番目に立ち上がり（各シードパルスに対して時間Ｔ３で）、その結果、変調器（５２５４）そして次に変調器（５２５５）を介して適度な光量が増加し始め、変調器（５２５６）からの出力信号（５３２）は「Ｑ」状のシードパルス（５９６）の和である。連続する変調器（５２５５）および（５２５６）のさらなる利点は、非常に近いパルスの開始（例えば、各シードパルスに対する時間Ｔ２および時間Ｔ３の間の時間）に増加率がさらに遅くされることである。なぜなら、いくつかの変調器のうちの一つだけ（変調器（５２５５））が「オン」になり始めるからであり、その一方で、パルスにおける後の増加率が比較的もっと速い。なぜなら、直列接続された３つの変調器（５２５４）、（５２５５）および（５２５６）のすべてが、それぞれの完全「オン」状態（それらの透過状態）に向かって増加するからである。
【０１０３】
図５Ｆについて、各シードパルスに対して異なる逐次増加開始時間（Ｔ１）、（Ｔ２）及び（Ｔ３）をもつ直列接続された変調器（５２５４）、（５２５５）および（５２５６）の組み合わせは、システム制御器（５２７９）及び／又はクロック／タイマー・パルス制御器（５２７０）内に（例えば、制御命令として）プログラムされ得るが（システム制御器（５２７９）の制御下で）、シミュレートされた「Ｑ」状のシードパルス（５９６）を提供するものであり、「Ｑ」状のシードパルス（５９６）は、そのパルス形状を変更するためにＱスイッチシードレーザーを再度カスタマイズする必要性はなく、容易に条件及び／又はシステム構成（例えば、所与の増幅チェーン（１１２）に光学的ポンプ出力を供給する異なる増幅器チェーン（１１２）又は異なるポンプ・レーザー）を変更するようにカスタマイズされ得る。さもなければ必要とされ得る。
【０１０４】
図５Ａおよび図５Ｂについては、インプットシードエンベロープ・スプリッター（５２４）の組合せは、様々な量のレーザー信号（５１２）を（例えば０．１％−９９．９％スプリッターと１％−９９％スプリッターを交換することによって）直列／並列パルス・パルスエンベロープ変調器・アレイの種々の枝に送達する他のスプリッターのために交換可能であり、また各シードパルスに対する異なる連続する増加開始時間Ｔｌ、Ｔ２．．．Ｔ３は、システム制御器（５２７９）及び／又はクロック／タイマー・パルス制御器（５２７０）に（例えば、制御命令として）プログラムされ得る（システム制御器（５２７９）の制御下で）が、シミュレートされた「Ｑ」状のシードパルス（５９１）（図５Ａ）または（５９２）（図５Ｂ）を提供する。当該シミュレートされた「Ｑ」状のシードパルス（５９１）（図５Ａ）または（５９２）（図５Ｂ）は条件及び／又はシステム構成（例えば、所与の増幅器チェーン（１１２）に光学的ポンプ出力を供給する種々の増幅器チェーン（１１２）又は種々のポンプ・レーザー）を再度カスタマイズする必要はなく、変更するように容易にカスタマイズすることができ、そのパルス形状を変更するために再度カスタマイズする必要はない。シミュレートされた「Ｑ」状のシードパルス（５９１）が提供できなければ、必要とされ得る。
【０１０５】
さらに、図５Ａの「Ｑ」状のシードパルス（５９１）、図５Ｂの「Ｑ」状のシードパルス（５９２）、又は図５Ｆの「Ｑ」状のシードパルス（５９６）のスペクトル成分（波長および線幅、並びに、いくつかの実施形態において、チャープ（時間の経過に伴う波長の変化−以下のパラグラフ参照））は、パルスの一時的な形状に対する調節（制御器（５２７０）およびドライバ（５２７１）、（５２７２）、．．．（５２７３）の制御下で）とは無関係に、（デバイス（５１１）（システム制御器（５２７９）に制御されるとおりによって制御される）及び／又は広帯域のレーザー（図５Ａで示されるとおり）、制御された線幅ＡＳＥソース、またはデバイス（５１１）のための光源としてのスライスド・チャープド（ｓｌｉｃｅｄ−ｃｈｉｒｐｅｄ）レーザーパルスの間の選択によって）調節され得る。
【０１０６】
幾つかの実施形態では、低い部分カウント、低い部分コスト及び／又はより単純な構成は、Ｑスイッチシードレーザー（図１Ａ〜１Ｇ３に記載されたとおり）または準Ｑスイッチで生じたシードレーザー（図２Ａ−２Ｂに記述されているとおり）を使用すると、低コスト、故障がなく丈夫で、信頼できるシステムにつながる一方で、「Ｑ」状のシードパルス（図５Ａ−５Ｂおよび図５Ｆに記述されたとおり）を提供する他の実施形態は、シード信号パルス形状およびスペクトルの内容に関して単独制御を提供する。
【０１０７】
幾つかの実施形態では、本発明は装置およびプロセスを提供し、高電力の増幅された、Ｑスイッチの一時的な形状のパルスレーザ・信号（半導体ポンプ・レーザーを使用してポンピングされ、提供された、Ｙｂドープのファイバー電力増幅器から、Ｑスイッチで一時的な形状のパルスの約１０５０ｎｍ〜１１５０ｎｍの波長を有するＱシード信号など）は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を有するカスケード処理されたラマン・コンバーター（ＣＲＣ）ファイバーを使用して、複数の異なるより長い波長に変換され、複数の連続した長い波長のおのおので重複する共振器空洞を形成するのであるが、例えば、共有して譲渡された同時係属中の発明者ロイ  ディー．ミードによって２００９年１１月２３日に出願された「ＳＰＥＣＴＲＡＬＬＹ  ＢＥＡＭ  ＣＯＭＢＩＮＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＡＴ  ＥＹＥ−ＳＡＦＥＲ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨＳ」と題する米国特許出願第１２／６２４，３２７号に記載されており、引用によって本明細書に組み入れられた。幾つかの実施形態では、複数のカスケード処理されたラマン・コンバーター（ＣＲＣ）ファイバーシステムから出力されるレーザー光は、約１４００（ｎｍ）〜約１５００ｎｍまでの一般的な範囲に複数の異なる緊密に間隔を置かれた狭帯域波長にある。ヒトの眼の前部（例えば角膜）が前記波長に比較的不透過的であるので、前記波長の出力は、可視スペクトル（約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）または７００ｎｍから１３５０ｎｍの赤外線（ＩＲ）波長に近い波長よりもヒトの眼にとって比較的より安全であり（したがって、これらはより眼に安全な波長と呼ばれる）、角膜が比較的透過的であり、眼のレティナへの恒久的な損傷が容易に起こり得る。
【０１０８】
幾つかの実施形態では、本発明は装置とプロセスを提供し、約１５００ｎｍと２０００ｎｍの間の眼に安全な波長は、ツリウムとホルミウムで共ドープされたファイバー電力増幅器によって提供される。
【０１０９】
幾つかの実施形態では、本発明は、Ｑスイッチの一時的な形状のシードパルスから増幅されたパルスを生成する工程、光ファイバー中で増幅されたＱスイッチの一時的な形状のシードパルスを１３００ｎｍより長い波長へラマンシフトすることによりレーザー光の複数の異なる波長を生成する工程、複数のラマンシフトされた波長を単一のラマンシフトされた出力ビームに分光ビームを組み合わせる工程を含む方法を提供する。
【０１１０】
前記方法のいくつかの実施形態は、筐体を有する輸送手段を提供する工程、電力を供給する工程、電力を使用し、複数の光ファイバーで増幅されるＱスイッチの一時的な形状のパルスのラマンレーザービームを制御し、動力を供給する工程、および前記輸送手段に対する複数の異なる可能な方向のうちの１つでの単独出力ビームの出力方向を制御する工程を含む。
【０１１１】
幾つかの実施形態では、本発明は、第１のポンプソースを使用して、Ｑスイッチパルスレーザーの一時的な形状を有するシード信号を生成する工程、第２のポンプソースを有する光学利得ファイバーを提供する工程、少なくとも１ミリジュール（１ｍＪ）のパワーを有する出力ビームを得る、光学利得ファイバーにおいてＱスイッチパルスレーザーシード信号を増幅する工程を含む方法を提供する。
【０１１２】
前記方法のいくつかの実施形態は、さらに、筐体を有する輸送手段を提供する工程、電力を供給する工程、電力を使用して、ポンプソースを制御し、動力を供給する工程、および輸送手段に対する複数の異なる可能な方向のうちの１つでの出力ビームの出力方向を制御する工程を含む。
【０１１３】
方法の幾つかの実施形態において、Ｑスイッチパルスレーザーの一時的な形状を有するシード信号の生成は、単一方向のリング空洞の内部の信号を光学的に振幅変調する工程を含む。
【０１１４】
方法の幾つかの実施形態において、Ｑスイッチパルスレーザーの一時的な形状を有するシード信号を生成する工程は、共振器内の信号を光学的に振幅変調する工程を含み、当該工程は、６ｃｍ３（例えば、３ｃｍ×２ｃｍ×１ｃｍ）未満の容積を有する単一のパッケージ内で実施される。他の実施形態では、単一のパッケージは２０ｃｍ３未満の容積を有する。他の実施形態では、単一のパッケージは１０ｃｍ３未満の容積を有する。他の実施形態では、単一のパッケージは８ｃｍ３未満の容積を有する。他の実施形態では、単一のパッケージは７ｃｍ３未満の容積を有する。他の実施形態では、単一のパッケージは５ｃｍ３未満の容積を有する。他の実施形態では、単一のパッケージは４ｃｍ３未満の容積を有する。他の実施形態では、単一のパッケージは３ｃｍ３未満の容積を有する。他の実施形態では、単一のパッケージは２ｃｍ３未満の容積を有する。他の実施形態では、単一のパッケージは１ｃｍ３未満の容積を有する。
【０１１５】
前記方法のいくつかの実施形態では、Ｑスイッチパルスレーザーの一時的な形状を有するシード信号の生成は、５０ナノ秒未満のＦＷＨＭ持続時間を有する光パルスを生成する工程を含む。
【０１１６】
前記方法のいくつかの実施形態では、Ｑスイッチパルスレーザーシード信号の増幅工程は、少なくとも４ｍＪの電力をもつビーム・パルスを出力することを含む。
【０１１７】
前記方法のいくつかの実施形態において、シード信号はＳＢＳの課題を低減するために１ＴＨｚ以上の線幅を有する。
【０１１８】
幾つかの実施形態において、本発明は、Ｑスイッチパルスレーザーシード信号を出力するように構成された、Ｑスイッチシードレーザー、および第１のポンプソースを有し、動作可能にＱスイッチシードレーザーに結合され、少なくとも１ミリジュール（１ｍＪ）の電力を有する出力ビーム・パルスを得る、光学利得ファイバー内でＱスイッチパルスレーザーシード信号を増幅するように構成されたた光学利得ファイバーを含む装置を提供する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも２ｍＪの電力を有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも３ｍＪの電力を有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも４ｍＪの電力を有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも５ｍＪの電力を有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも６ｍＪの電力を有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも７ｍＪの電力を有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも８ｍＪの電力を有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも１０ｍＪの電力を有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも１５ｍＪの電力を有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも２０ｍＪの電力を有する。
【０１１９】
前記装置のいくつかの実施形態は、筐体、前記輸送手段に取り付けられた電力供給、電源から電力を受け取るために効果的に動作可能に結合された第１のポンプソースに動力を供給し制御するために動作可能に結合されたレーザー制御装置、および光学利得ファイバーから出力ビームを受け取るために動作可能に結合され、前記輸送手段に対する複数の異なる可能な方向のうちの１つの方向に出力ビームを向けるのに動作可能なビーム方向制御器をさらに含む。
【０１２０】
幾つかの実施形態では、本発明は、Ｑシードパルスの前縁のために、Ｑスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と充分に一致する一時的な形状を有するＱシード信号を出力する光源を構成するパルスＱシードソースと、第１のポンプソースを有し、動作可能にパルスＱシードソースに結合され、少なくとも１ミリジュール（１ｍＪ）のエネルギーを有する出力ビームを得る、光学利得ファイバーでＱシードパルスを増幅するように構成された光学利得ファイバーを含む装置を提供する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも２ｍＪのエネルギーを有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも３ｍＪのエネルギーを有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも４ｍＪのエネルギーを有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも５ｍＪのエネルギーを有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも６ｍＪのエネルギーを有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも７ｍＪのエネルギーを有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも８ｍＪのエネルギーを有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも１０ｍＪのエネルギーを有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも１５ｍＪのエネルギーを有する。幾つかの実施形態では、出力ビーム・パルスは少なくとも２０ｍＪのエネルギーを有する。
【０１２１】
幾つかの実施形態では、パルスＱシードソースは、半導体ダイオード・レーザーにＱスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と充分に一致する前縁を有するパルスを放射させる電気的なパルスによって駆動される半導体ダイオード・レーザーを含む。
【０１２２】
幾つかの実施形態では、パルスＱシードソースは、電気光学変調素子（ＥＯＭ）を介して結合されたＣＷレーザー・信号を出力する半導体ダイオード・レーザーを含み、当該電気光学変調素子はＣＷレーザー・信号からの振幅変調パルスを電気的光学変調素子に放射させる電気的パルスによって駆動され、当該振幅変調パルスは、Ｑスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形態と実質的に一致するシードパルスの前縁を有する。
【０１２３】
幾つかの実施形態では、パルスＱシードソースは、音響光学変調素子（ＡＯＭ）を介して結合されたＣＷレーザー・信号を出力する半導体ダイオード・レーザーを含み、当該音響光学変調素子（ＡＯＭ）はＣＷレーザー・信号から振幅変調パルスを音響光学変調素子に放射させる電気的パルスによって駆動され、当該振幅変調パルスは、Ｑスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形態と実質的に一致するシードパルスの前縁を有する。
【０１２４】
幾つかの実施形態では、パルスＱシードソースは、変調器にチャープ・パルスレーザ信号から振幅−変調された一時的な部分（ｓｌｉｃｅ）を放射させる電気的パルスによって駆動される、第１の変調器を介して結合される、チャープ・パルスレーザ信号を出力するチャープ半導体ダイオード・レーザーを含み、その後、当該チャープ・パルスレーザ信号は、第２の電子的に制御された振幅変調器を介して結合され、当該振幅変調器は、Ｑスイッチ状の振幅変調されたエンベロープをパルス部分に課し、当該エンベロープはＱスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致するＱシードパルスの前縁を形成する。
【０１２５】
幾つかの実施形態では、パルスＱシードソースは、電子的に制御される振幅変調器を介して結合される制御された線幅のＡＳＥ信号を出力する制御された線幅のＡＳＥ信号ソースを含み、当該制御された線幅のＡＳＥ信号は、Ｑスイッチ状に振幅変調されたエンベロープを当該制御された線幅のＡＳＥ信号に課し、当該エンベロープはＱスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致するＱシードパルスの前縁を形成する。
【０１２６】
いくつかの実施形態において、ＳＢＳの課題を低減するためにシード信号は少なくとも１テラヘルツ（ＴＨｚ）の線幅を有する。いくつかの実施形態において、ＳＢＳの課題を低減するためにシード信号は少なくとも１００ギガヘルツ（ＧＨｚ）の線幅を有する。いくつかの実施形態において、ＳＢＳの課題を低減するためにシード信号は少なくとも１０ＴＨｚの線幅を有する。いくつかの実施形態において、ＳＢＳの課題をほぼ低減するためにシード信号は少なくとも１００ＴＨｚの線幅を有する。いくつかの実施形態において、ＳＢＳの課題を低減するためにシード信号は少なくとも０．１ナノメータ（ｎｍ）の線幅を有する。いくつかの実施形態において、ＳＢＳの課題を低減するためにシード信号は少なくとも０．２ｎｍの線幅を有する。いくつかの実施形態において、ＳＢＳの課題を低減するためにシード信号は少なくとも０．４ｎｍの線幅を有する。いくつかの実施形態では、ＳＢＳの問題を低減するためにシード信号は少なくとも０．６ｎｍの線幅を有する。いくつかの実施形態では、ＳＢＳの問題を低減するためにシード信号は少なくとも０．８ｎｍの線幅を有する。いくかの実施形態では、ＳＢＳの問題を低減するためにシード信号は少なくとも１ｎｍの線幅を有する。
【０１２７】
前記装置のいくつかの実施形態では、Ｑスイッチシードレーザーは、容積が６立方センチメーター（６ｃｍ３）未満の単一のパッケージ内で実施される。他の実施形態では、単一パッケージの容積が２０ｃｍ３未満である。他の実施形態では、単一パッケージの容積が１０ｃｍ３未満である。他の実施形態では、単一パッケージの容積が７ｃｍ３未満である。他の実施形態では、単一パッケージの容積が５ｃｍ３未満である。他の実施形態では、単一パッケージの容積が４ｃｍ３未満である。他の実施形態では、単一パッケージの容積が３ｃｍ３未満である。他の実施形態では、単一パッケージの容積が３ｃｍ３未満である。他の実施形態では、単一パッケージの容積が２ｃｍ３未満である。他の実施形態では、単一パッケージの容積が１ｃｍ３未満である。
【０１２８】
前記装置のいくつかの実施形態では、Ｑスイッチシードレーザーは、５０ナノ秒未満のＦＷＨＭ持続時間を有する光パルスを生成する。
【０１２９】
前記装置のいくつかの実施形態では、出力ビーム・パルスは、少なくとも４ミリジュール（ｍＪ）の電力を有する。
【０１３０】
前記装置のいくつかの実施形態では、ＳＢＳの問題を低減するためにシード信号は少なくとも１テラヘルツ（ＴＨｚ）の線幅を有する。
【０１３１】
幾つかの実施形態では、本発明は、少なくともＱシードパルスの前縁のために、Ｑスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致する一時的な形状を有するＱシード信号を出力するように構成された光源を有するパルスＱシードソースと、第１のポンプソースを有し、動作可能にパルスＱシードソースに結合され、１ミリジュール（１ｍＪ）未満のエネルギーを有する出力ビームを得るために光学利得ファイバーでシードパルスを増幅するように構成された光学利得ファイバーを含む装置を提供する。
【０１３２】
幾つかの実施形態では、装置は、筐体を有する輸送手段、当該輸送手段に取り付けられ電源、当該電源から電力を受け取るために動作可能に結合された第１のポンプソースに動力を供給し制御するために動作可能に結合されたレーザー制御装置、および光学利得ファイバーから出力ビームを受け取るために動作可能に結合され、そして前記輸送手段に対する複数の異なる可能な方向のうちの１つに出力ビームを向けるのに動作可能なビーム方向制御器を含む。
【０１３３】
装置のいくつかの実施形態では、パルスシードソースは、半導体ダイオード・レーザーにＱスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致するシードパルスの前縁を有するパルスを放射させる電気的なパルスによって駆動される半導体ダイオード・レーザーを含む。
【０１３４】
装置のいくつかの実施形態では、パルスシードソースは、半導体ダイオード・レーザーを含み、当該半導体ダイオード・レーザーは連続波（ＣＷ）レーザー信号を出力する、連続波（ＣＷ）レーザー信号は電気的パルスによって駆動される電気光学変調器（ＥＯＭ）を介して結合され、電気的パルスは、電気光学変調素子に連続波レーザー・信号からの振幅変調パルスを放射させる。振幅変調パルスは、Ｑスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致するシードパルスの前縁を有する。
【０１３５】
装置の幾つかの実施形態において、パルスシードソースは、音響光学変調素子（ＡＯＭ）を介して結合されるＣＷレーザー信号を出力する半導体ダイオード・レーザーを含んでおり、当該音響光学変調素子は電気的なパルスによって駆動され、当該電気的なパルスはＣＷレーザー・信号から振幅変調されたパルスを音響光学変調素子に放射させる。当該振幅変調されたパルスはＱスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致するシードパルスの前縁を有している。
【０１３６】
装置のいくつかの実施形態では、ＳＢＳの問題を低減するためにシード信号には少なくとも１テラヘルツ（ＴＨｚ）のビーム強度の全幅半値（ＦＷＨＭ）線幅を有する。
【０１３７】
幾つかの実施形態では、本発明は、光学利得ファイバーおよび第１のポンプソースを提供する工程、Ｑシード信号パルスの少なくとも前縁のために、Ｑスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致する一時的な形状を有するＱシード信号パルスを生成する工程、ポンプ光を供給するために、光学利得ファイバーを第１のポンプソースに結合する工程、及び、少なくとも１ミリジュール（１ｍＪ）のエネルギーを有する出力ビームを得るために光学利得ファイバーにおいてＱシード信号パルスを増幅する工程を含む方法を提供する。
【０１３８】
幾つかの実施形態では、前記方法は輸送手段を提供する工程を含み、当該輸送手段には筐体と電源が取付けられており、前記電源から電力を受け取り、当該電力を動作可能に結合して前記第１のポンプソースに動力を与え、制御する。前記方法はさらに前記光学利得ファイバーから出力ビームを受け取り、光学利得ファイバーから出力ビームを受け取り輸送手段に対して複数の異なる可能な方向のうちの１つでの出力ビームを向ける工程を含む。
【０１３９】
前記方法のいくつかの実施形態では、パルスシードソースは、半導体ダイオード・レーザーにＱスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致するシードパルスの前縁を有するパルスを放射させる電気的なパルスによって駆動される半導体ダイオード・レーザーを含む。
【０１４０】
前記方法の幾つかの実施形態において、Ｑシード信号パルスの生成工程は、連続波（ＣＷ）レーザー信号を出力するために半導体ダイオード・レーザーを使用して、電気光学変調素子（ＥＯＭ）を介してＣＷレーザー・信号を結合する工程と、ＥＯＭに連続波レーザー・信号から振幅変調パルスを放射させる電気的パルスによりＥＯＭを駆動する工程を含み、当該振幅変調パルスはシードパルスの前縁を有し、Ｑスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致する。
【０１４１】
方法の幾つかの実施形態において、Ｑシード信号パルスを生成する工程は、ＣＷレーザー・信号を出力するために半導体ダイオード・レーザーを使用する工程と、音響光学変調素子（ＡＯＭ）を介してＣＷレーザー・信号を結合する工程と、音響光学変調素子にＣＷレーザー・信号からの振幅変調パルスを放射させる電気的パルスによってＡＯＭを駆動する工程を含み、当該振幅変調パルスは、シードパルスの前縁を有し、Ｑスイッチ・レーザーパルスの前縁の一時的な形状と実質的に一致する。
【０１４２】
前記装置のいくつかの実施形態において、ＳＢＳの問題を低減するために、シード信号は少なくとも１テラヘルツ（ＴＨｚ）のビーム強度全幅半値（ＦＷＨＭ）線幅を有する。
【０１４３】
前記装置の幾つかの実施形態において、パルスＱシードソースは、レイジング空洞内での利得媒体、光学的ポンプソースおよび前記空洞内のＱスイッチとしてのｌｘＮの電気的制御された光スイッチを含むＱスイッチレーザーを含んでおり、ここで、光スイッチは第１の状態を含み、第１の状態は前記光学的ポンプソースからの光を利得媒体に光学的に結合し、同時に前記空洞内の信号レイジングを妨げる。前記光スイッチは、さらに空洞内の信号レイジングを許す第２の状態を含む。幾つかの実施形態では、前記第２の状態で、例えば、部分的に伝達性を有するミラー、エバネセントファイバーカプラなどを介してレイジング信号が出力される。（図１Ｂ２または図１Ｂ４の参照符号１２６など）。
【０１４４】
幾つかの実施形態では、本発明は、レイジング空洞内での利得媒体、光学的ポンプソース、前記空洞内のＱスイッチとしてのｌｘＮの電気的に制御された光スイッチを含んでいるＱスイッチレーザーを含む装置を提供し、ここで、光スイッチは第１の状態及び第２の状態を含む複数の状態を有し、第１の状態は前記光学的ポンプソースからの光を利得媒体に光学的に結合し、同時に前記空洞内の信号レイジングを妨げ、第２の状態は空洞内の信号レイジングを許す。
【０１４５】
前記装置の幾つかの実施形態において、ｌｘＮの光スイッチは１ｘ２の、電気的に制御された光スイッチである。前記装置のいくつかの実施形態において、ｌｘＮの光スイッチは１ｘ３の電気的に制御された光スイッチである。
【０１４６】
幾つかの実施形態では、本発明は、第２の光学的ポンプソースを有する光学利得ファイバーを含む装置、Ｑスイッチパルスレーザーの一時的な形状を有するシード信号を生成するための手段、及び少なくとも１ミリジュール（１ｍＪ）の電力を有する出力ビームを得るための光学利得ファイバーにおけるＱスイッチパルスレーザーシード信号を増幅するための手段を含む装置を提供する。
【０１４７】
幾つかの実施形態では、前記装置は、筐体を有する輸送手段、ポンプソースを制御し、動力を供給するための手段、及び輸送手段に対する複数の異なる可能な方向のうちの１つでの出力ビームの出力方向を制御するための手段をさらに含む。
【０１４８】
前記装置の幾つかの実施形態において、シード信号を生成するための手段は、１方向のリング空洞内で信号を光学的に振幅変調する手段を含む。前記装置の幾つかの実施形態において、シード信号を生成するための手段は、６ｃｍ３未満の容積を有する単一のパッケージ内で実施される空洞内で信号を光学的に振幅変調する手段を含む。前記装置のいくつかの実施形態では、シード信号を生成するための手段は、５０ナノ秒未満の全幅半値（ＦＷＨＭ）持続時間を有する光パルスを生成するための手段を含む。
【０１４９】
装置のいくつかの実施形態では、振動がＱスイッチで生じたパルスレーザシード信号を増幅するための方法は、少なくとも４ｍＪのパワーでビーム・パルスを出力するための手段を含む。
【０１５０】
前記装置のいくつかの実施形態では、シード信号を生成するための手段は、ＳＢＳの問題を低減するために少なくとも１テラヘルツ（ＴＨｚ）の線幅を備えたシード信号を生成する。
【０１５１】
幾つかの実施形態では、本明細書に記載されている実施形態は、この出願の最初と、他の箇所に挙げられ、本発明の範囲内で組み合わせを形成するために引用によって本明細書に組み込まれた装置及び方法の実施形態と組み合わされる。
【０１５２】
上記の記載があくまでも説明のためのものであり、かつ限定されるものでないことが意図されることは理解される。本明細書に記述されるような様々な実施形態の多数の特徴及び特性および利点は前述の記載で説明されたが、様々な実施形態の構成並びに機能の詳細と共に、他の多くの実施形態および詳細への変更が、上記の記載を精査した際に当業者には明白になるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲並びに特許請求の範囲の権利が及ぶ均等物の全範囲を参照して決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「ここで（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれ、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「ここで（ｗｈｒｅｉｎ）」の平易な英語の均等物として使用される。さらに、用語「第１の」、「第２の」、「第３の」などは、単にラベルとして使用され、それらの対象に数の要件を課するように意図されていない。
【図１Ｄ１】
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【図１Ｅ１】
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【図１Ｆ１】
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【図１Ｇ１】
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【図５Ｂ】
0005916018.tif 000006
【図５Ｃ】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ１】
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【図１Ｂ２】
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【図１Ｂ３】
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【図１Ｂ４】
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【図１Ｂ５】
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【図１Ｃ１】
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【図１Ｃ２】
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【図１Ｄ２】
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【図１Ｅ２】
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【図１Ｅ３】
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【図１Ｆ２】
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【図１Ｆ３】
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【図１Ｇ２】
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【図１Ｇ３】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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