(57)【要約】  本発明は、ポッケルスセル（５）の結晶（５Ａ）を通過する電磁放射線、特にレーザ放射線（３３）の偏光調整のために高電圧パルスを用いて結晶（５Ａ）を励起するための方法に関する。方法は、各々が使用継続期間（ＴＰ，Ｎ）および使用パルス幅（ＴN）を有し、電磁放射線、特にレーザ放射線（３３）の偏光調整のために結晶内の電気分極を介して結晶（５Ａ）の複屈折を誘起するように構成されている、使用電圧パルス（Ｎ）のシーケンスを結晶（５Ａ）に印加するステップを含む。方法は、各々が電圧曲線を有する補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）のシーケンスを結晶（５Ａ）に印加するステップをさらに含み、補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）のシーケンスは、補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）の電圧曲線が、使用電圧パルス（Ｎ）によるポッケルスセル（５）の結晶（５Ａ）内の機械的振動の励起に反作用するように、使用電圧パルス（Ｎ）のシーケンスと時間的に重ね合わされる。
2019536117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポッケルスセル（５）の結晶（５Ａ）を通過する電磁放射線、特にレーザ放射線（３３）の偏光設定のために高電圧パルスを用いて前記結晶（５Ａ）を励起するための方法であって、
各々が使用継続期間（ＴＰ，Ｎ）および使用パルス幅（ＴＮ）を有し、前記電磁放射線、特に前記レーザ放射線（３３）の前記偏光設定のために前記結晶内の電気分極を介して前記結晶（５Ａ）の複屈折を誘起するように構成されている、使用電圧パルス（Ｎ）のシーケンスを前記結晶（５Ａ）に印加するステップと、
各々が電圧プロファイルを有する補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）のシーケンスを前記結晶（５Ａ）に印加するステップであって、前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）のシーケンスは、前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）の前記電圧プロファイルが、前記使用電圧パルス（Ｎ）による前記ポッケルスセル（５）の前記結晶（５Ａ）内の機械的振動の励起に反作用するように、前記使用電圧パルス（Ｎ）のシーケンスと時間的に重ね合わされる、補償パルスのシーケンスを結晶に印加するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）の前記電圧プロファイルのスイッチングエッジは、時間的プロファイルおよび前記使用電圧パルス（Ｎ）に対する時間的位置が、前記スイッチングエッジが前記使用電圧パルス（Ｎ）によって引き起こされる前記結晶（５Ａ）内の音響事象に弱め合うように干渉する前記結晶内の音響事象を誘起するように構成されるように、前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）の前記電圧プロファイルの機械的に作用する部分として構成され、前記時間的プロファイルは、特に、スイッチングエッジの立ち上がり時間または立ち下がり時間によって決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記使用電圧パルス（Ｎ）は、各々、使用電圧を設定するための第１の電圧スイッチング動作（４１）と、前記使用電圧の存在を終端させるための第２の電圧スイッチング動作（４３）とを含み、前記スイッチング動作（４１、４３）の少なくとも一方は、前記ポッケルスセルの前記結晶の前記機械的振動を励起し、特に、音響衝撃波を引き起こすように適合され、
前記補償パルス（Ｋ）の前記電圧プロファイルは、前記使用電圧パルス（Ｎ）によって励起可能な前記機械的振動に反作用する振動を励起するための少なくとも１つの補償スイッチング動作（４７、４９、５１、５３、５５、５７）を含み、
前記反作用振動は、前記使用電圧パルス（Ｎ）によって励起可能な前記機械的振動に対して位相シフトされ、特に、１３５°〜２２５°の範囲内の位相シフトを有し、
特に、前記使用電圧パルス（Ｎ）によって励起される前記機械的振動との弱め合う干渉をもたらし、前記位相位置は、任意選択的に、減衰を最適化し、振動が減衰される場合に過補償を低減し、特に防止するように選択される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ポッケルスセル（５）の前記結晶（５Ａ）は、特に、電圧を印加するための電極（７）の間の前記結晶（５Ａ）の延伸範囲のような寸法、結晶タイプ、結晶形状、結晶カット、隣接する電場ベクトルおよび／または元の励起されていない空間軸における散乱によって決定される、少なくとも１つの音響共振周波数（ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３）を有し、
前記使用継続時間（ＴＰ，Ｎ）に基づいて、前記使用電圧パルス（Ｎ）のシーケンスは、原則的に、前記少なくとも１つの音響共振周波数（ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３）による前記結晶（５Ａ）の共振を励起するのに適しており、前記補償パルス（Ｋ）のシーケンスは、前記結晶（５Ａ）内の共振の励起を低減し、特に防止するように適合されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）の前記電圧プロファイルは各々、第１の補償電圧スイッチング動作（４７、５１、５５）および第２の補償電圧スイッチング動作（４９、５３、５７）を有し、
前記第１の補償電圧スイッチング動作（４７、５１、５５）は、補償されるべき前記電圧スイッチング動作（４３）の後に、実質的に同時に、または、前記ポッケルスセル（５）の前記結晶（５Ａ）の共振周波数（ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３）の期間（ＴＲ１）または前記期間（ＴＲ１）の倍数に実質的に対応する時間遅延をもって行われ、かつ／または
前記第２の補償電圧スイッチング動作（４９、５３、５７）は、補償されるべき前記電圧スイッチング動作（４１）の後に、かつ、関連付けられる前記第１の補償電圧スイッチング動作（４７、５１、５５）に後続して、前記ポッケルスセル（５）の前記結晶（５Ａ）の共振周波数（ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３）の期間（ＴＲ１）または前記期間（ＴＲ１）の整数倍に実質的に対応する時間遅延をもって行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記使用電圧パルス（Ｎ）のうちの１つと、前記使用電圧パルス（Ｎ）に直に後続する前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１）との間の前記時間遅延は、実質的にゼロであり、その結果、前記電圧スイッチング動作（４３）は、前記使用パルス（Ｎ）の終わりで、かつ前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１）の始まりにおいて、実質的に、関連付けられる前記振動励起が互いを補償するように同時に行われ、
補償されるべき前記使用スイッチング動作と逆の電圧勾配を有する電圧スイッチング動作が前記補償に使用される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）のシーケンスは、使用電圧パルス（Ｎ）に対する複数の補償パルス（Ｋ１、Ｋ２）を含み、後続する前記補償パルス（Ｋ２）のうちの少なくとも１つの開始は、前記第１の補償パルスの開始に対して、前記共振期間（ＴＲ１）の整数倍だけ遅延される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１）のうちの１つの前記電圧プロファイルは、前記第２の電圧スイッチング動作（４３）の後の、前記結晶（５Ａ）の前記共振期間（ＴＲ１）の最大１２．５％、例えば、最大５％〜１０％、特に、前記結晶（５Ａ）の前記共振期間（ＴＲ１）の少なくとも１％、例えば、２％〜５％の時間オフセットをもって行われる補償電圧スイッチング動作（４７、５１）を有し、かつ／または
前記補償パルス（Ｋ）のうちの１つの前記電圧プロファイルは、前記共振期間（ＴＲ１）の整数倍に関して、前記結晶（５Ａ）の前記共振期間（ＴＲ１）の最大１２．５％、例えば、最大５％〜１０％、特に、前記結晶（５Ａ）の前記共振期間（ＴＲ１）の最小１％、例えば、２％〜５％の時間オフセットをもって行われる補償電圧スイッチング動作を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）は、その開始が、前記使用ウィンドウの前記第２の電圧スイッチング動作に対して、前記共振期間の整数倍の遅延に対する前記使用継続期間の最大１２．５％の時間オフセットにあり、その終端が、前記使用ウィンドウの開始に対して、前記共振期間の整数倍にある偏光ウィンドウを形成する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記使用電圧パルス（Ｎ）および前記補償電圧パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）の前記電圧スイッチング動作のうちの少なくとも１つは、特に数百ボルト〜数キロボルトの範囲内の、急激な電圧変化を含み、
任意選択的に、前記補償電圧スイッチング動作のうちの１つの前記電圧変化は、前記使用電圧パルス（Ｎ）の前記電圧スイッチング動作の前記電圧変化程度であり、特に、前記電圧変化に相当するか、または、前記電圧変化の分数である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
補償パルス（Ｋ１、Ｋ２）の前記補償電圧スイッチング動作の前記電圧変化は、前記第１の使用電圧スイッチング動作（４１）および／または前記第２の使用電圧スイッチング動作（４３）の前記電圧変化と比較して低減され、前記補償は、任意選択的に、さらなる補償パルス（Ｋ２）を形成する少なくとも１つの補償電圧スイッチング動作によって補完される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の電圧スイッチング動作（４１）および／または前記第２の電圧スイッチオフ動作（４３）の電圧変化と比較した前記補償電圧スイッチング動作（５１、５３、５５、５７）の前記電圧変化の低減は、少なくとも、特に、例えば再生増幅ユニット（３Ａ、３Ｂ）内の前記ポッケルスセル（５）の共振器内部適用における前記補償電圧スイッチング動作間の前記低減した電圧変化が、特にレーザシステムの目標動作を可能にする、特に前記レーザシステムの光ビーム経路内の（レーザ）放射線損失を引き起こす大きさである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記使用電圧パルス（Ｎ）のシーケンスの過程において経時的に変化する複数の補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）を提供することによって、複数の共振周波数が補償され、
任意選択的に、補償パルスは、既知の共振周波数（ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３）のセットについてランダムに制御されて、前記補償パルスのシーケンスを形成し、または、完全にランダムに提供される補償パルスによる共振の励起を防止すし、周期性が、対応して生成された追加のノイズによって破壊される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
電磁放射線、特にレーザ放射線を、前記使用電圧パルス（Ｎ）の時点において、かつ、任意選択的に、前記使用継続期間（ＴＰ，Ｎ）と同期して、前記ポッケルスセル（５）を通る光ビーム経路に選択的に結合するステップをさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
増幅ユニット、特に再生増幅ユニット（３Ａ、３Ｂ）であって、
増幅媒体と、
ポッケルスセル（５）、および、光スイッチを形成するための偏光ビームスプリッタ（３７）を有する光スイッチユニットと、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法に従って前記ポッケルスセル（５）を制御するための制御ユニット（９）と
を備える、増幅ユニット。
【請求項１６】
前記光スイッチユニットは、前記ポッケルスセル（５）に電圧を供給するためのダブルプッシュプル回路ユニット（２５）、および／または、前記使用電圧パルス（Ｎ）および前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）を時間的に自由に設定するためのトリガユニットをさらに備える、請求項１５に記載の増幅ユニット。
【請求項１７】
特に、前記補償パルス（Ｋ、Ｋ１、Ｋ２）中に前記増幅ユニット内で循環する光パルスを防止するために、前記使用電圧パルス（Ｎ）によって与えられる時間ウィンドウ内で、パルス電磁放射線、特にレーザパルスを結合するためのパルスピッカー（１１）をさらに備える、請求項１５または請求項１６に記載の増幅ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、限られた時間にわたって光学的に安定した偏光ウィンドウを提供するために、（高）電圧パルスを用いてポッケルスセルの結晶を励起するための方法に関する。さらに、本発明は、増幅ユニット、特に再生増幅ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射線、特にレーザ放射線の偏光調整のためのポッケルスセルの制御は、ポッケルスセルの結晶に印加される高電圧を高速でスイッチングすることによって実行される。印加される高電圧は、電気光学効果を介して、結晶内に電気分極を引き起こし、これによって、例えば、結晶の所望の複屈折がもたらされる。複屈折は、例えば、ポッケルスセル結晶を通過するレーザ放射線の偏光状態を調整するために使用することができる。
【０００３】
ポッケルスセル駆動回路の一例が、ＥＰ１  ８０１  ６３５Ａ１に記載されている。例示的な制御回路は、数ナノ秒の範囲内の電圧上昇時間を可能にする、いわゆる「ダブルプッシュプル」スイッチング方法に基づく。高速に電圧をスイッチングすることは、電気光学効果と同時に発生する圧電効果によって引き起こされる結晶の機械的振動を伴い得ることも知られている。
【０００４】
そのような共振の機械的減衰（mechanical damping）は、例えば、減衰フォイル（damping foil）を適切に使用することによって、および、はんだ付けまたは接着によって結晶を特別なホルダに取り付けることによって、達成される。ＤＥ１０  ２０１３  ０１２  ９６６Ａ１は、例えば、材料封止によって電極に結晶を接続することによって、機械的振動を減衰することができることを開示している。加えて、ＥＰ２  ８００  ２１２Ａ１は、電気光学変調器のいわゆる「音響リンギング」に関して、変調パルス幅を、「音響リンギング」の機械的振動の継続期間の整数倍にほぼ調整することができることを開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の一態様は、機械的振動によって可能な限り影響を受けないポッケルスセルの使用の時間ウィンドウを提供する目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの目的の内の少なくとも１つは、請求項１に記載のポッケルスセルの結晶を励起するための方法および請求項１４に記載の特に再生増幅ユニットによって解決される。さらなる実施形態が、従属請求項において示されている。
【０００７】
一態様において、結晶を通過する電磁放射線、特にレーザ放射線の偏光設定のために高電圧パルスを用いてポッケルスセルの結晶を励起するための方法は、各々が使用継続期間および使用パルス幅を有し、電磁放射線、特にレーザ放射線の偏光設定のために結晶内の電気分極を介して結晶の複屈折を誘起するように構成されている、使用電圧パルスのシーケンスを結晶に印加するステップと、各々が電圧プロファイルを有する補償パルスのシーケンスを結晶に印加するステップであって、補償パルスのシーケンスは、補償パルスの電圧プロファイルが、使用電圧パルスによるポッケルスセルの結晶内の機械的振動の励起に反作用するように、使用電圧パルスのシーケンスと時間的に重ね合わされる、補償パルスのシーケンスを結晶に印加するステップとを含む。
【０００８】
さらなる態様において、本発明は、増幅媒体と、ポッケルスセル、および、光スイッチを形成するための偏光ビームスプリッタを含む光スイッチユニットと、上述の方法および本方法の本明細書において開示されているさらなる発展に従ってポッケルスセルを制御するための制御ユニットとを有する増幅ユニット、特に再生増幅ユニットに関する。
【０００９】
さらなる態様において、本発明は、パルス高電圧を用いてポッケルスセルを励起するための方法であって、その結果、パルス高電圧は、使用継続期間および使用パルス幅を有する反復使用パルスを含み、パルス高電圧は、ポッケルスセル内で複屈折が誘起されるように、ポッケルスセルの光学特性を変化させるように構成されている、方法に関する。それによって、励起は、それぞれ使用パルスに従い、使用パルスによって励起されるポッケルスセル内の機械的振動（音響衝撃波）が減衰されるように構成されている、さらなる抑制パルスを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、補償パルスの電圧プロファイルのスイッチングエッジは、時間的プロファイルおよび使用電圧パルスに対する時間的位置が、スイッチングエッジが使用電圧パルスによって引き起こされる結晶内の音響事象に弱め合うように干渉する結晶内の音響事象を誘起するように設定されるように、補償パルスの電圧プロファイルの機械的に作用する部分として構成することができる。それによって、時間的プロファイルは、特に、スイッチングエッジの立ち上がり時間または立ち下がり時間によって決定することができる。
【００１１】
いくつかの実施形態において、使用電圧パルスは、各々、使用電圧を設定するための第１の電圧スイッチング動作と、使用電圧の存在を終端させるための第２の電圧スイッチング動作とを含み、上記スイッチング動作の少なくとも一方は、ポッケルスセルの結晶の機械的振動を励起し、特に、音響衝撃波を引き起こすように適合することができる。それによって、補償パルスの電圧プロファイルは、使用電圧パルスによって励起可能な機械的振動に反作用する振動を励起するための少なくとも１つの補償スイッチング動作を含むことができる。反作用振動は、使用電圧パルスによって励起可能な機械的振動に対して位相シフトすることができ、特に、１３５°〜２２５°の範囲内の位相シフトを有することができる。さらに、位相シフトは、使用電圧パルスによって励起される機械的振動との弱め合う干渉をもたらすことができ、位相位置は、任意選択的に、減衰を最適化し、振動が減衰される場合に過補償を低減し、特に防止するように選択される。
【００１２】
いくつかの実施形態において、結晶は、特に、電圧を印加するための電極の間の結晶の延伸範囲のような寸法、結晶タイプ、結晶形状、結晶カット、印加される電場ベクトルおよび／または元の励起されていない空間軸における散乱によって設定される、少なくとも１つの音響共振周波数を有することができる。使用継続期間に起因して、使用電圧パルスのシーケンスは、原則的に、少なくとも１つの音響共振周波数による結晶の共振を励起するのに適することができ、補償パルスのシーケンスは、結晶内の共振の励起を低減し、特に防止するように適合することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態において、補償パルスの電圧プロファイルは各々、第１の補償電圧スイッチング動作および第２の補償電圧スイッチング動作を有することができる。第１の補償電圧スイッチング動作は、補償されるべき電圧スイッチング動作の後に、実質的に同時に、または、ポッケルスセルの結晶の共振周波数の１つまたは複数の期間に実質的に対応する時間遅延をもって行われ得る。第２の補償電圧スイッチング動作は、補償されるべき電圧スイッチング動作の後に、かつ、関連付けられる第１の補償電圧スイッチング動作に後続して、ポッケルスセルの結晶の共振周波数の期間または当該期間の整数倍に実質的に対応する時間遅延をもって行われ得る。
【００１４】
使用電圧パルスのうちの１つと、当該使用電圧パルスに直に後続する補償パルスとの間の時間遅延は、特に実質的にゼロとすることができ、その結果、電圧スイッチング動作は、使用電圧パルスの終わりで、かつ補償電圧パルスの始まりにおいて、特に実質的に、関連付けられる振動励起が互いを補償するように同時に、行われる。補償のために、補償されるべき使用スイッチング動作の逆の電圧勾配を有する電圧スイッチング動作を使用することができる。
【００１５】
補償パルスのシーケンスは、使用電圧パルスに対する複数の補償パルスを含むことができ、後続する補償パルスのうちの少なくとも１つの開始は、第１の補償パルスの開始に対して、共振期間の整数倍だけ遅延することができる。
【００１６】
いくつかの実施形態において、補償パルスのうちの１つの電圧プロファイルは、第２の電圧スイッチング動作の後の、結晶の共振期間の最大１２．５％、例えば、最大５％〜１０％、特に、結晶の共振期間の少なくとも１％、例えば、２％〜５％の時間オフセットをもって行われる補償電圧スイッチング動作を有することができる。補償パルスのうちの１つの電圧プロファイルは、共振期間の整数倍に関して、結晶の共振期間の最大１２．５％、例えば、最大５％〜１０％、特に、結晶の共振期間の少なくとも１％、例えば、２％〜５％の時間オフセットをもって行われる補償電圧スイッチング動作を有することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態において、補償パルスは、開始が、使用ウィンドウの第２の電圧スイッチング動作に対して、共振期間の整数倍の遅延に対する使用継続期間の最大１２．５％の時間オフセットにあり、終端が、使用ウィンドウの開始に対して、共振期間の整数倍にある偏光ウィンドウを形成することができる。
【００１８】
いくつかの実施形態において、使用電圧パルスおよび補償電圧パルスの電圧スイッチング動作のうちの少なくとも１つは、特に数百ボルト〜数キロボルトの範囲内の、急激な電圧変化を含み得る。任意選択的に、補償電圧スイッチング動作のうちの１つの電圧変化は、使用電圧パルスの電圧スイッチング動作の電圧変化程度であり得、特に、その電圧変化に相当するか、または、その分数であり得る。
【００１９】
いくつかの実施形態において、補償パルスの補償電圧スイッチング動作の電圧変化は、第１の使用電圧スイッチング動作および／または第２の使用電圧スイッチング動作の電圧変化と比較して低減することができ、補償は、任意選択的に、さらなる補償パルスを形成する少なくとも１つの補償電圧スイッチング動作によって補完することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態において、第１の電圧スイッチング動作および／または第２の電圧スイッチオフ動作の電圧変化と比較した補償電圧スイッチング動作の電圧変化の低減は、少なくとも、特に、例えば再生増幅ユニット内のポッケルスセルの共振器内部適用における補償電圧スイッチング動作間の低減した電圧変化が、特にレーザシステムの目標動作を可能にする（特にレーザシステムの）光ビーム経路内の（レーザ）放射線損失を引き起こす大きさであり得る。
【００２１】
いくつかの実施形態において、複数の補償パルス、および／または、使用電圧パルスのシーケンスの過程において経時的に変化する補償パルスを提供することによって、複数の共振周波数を補償することができる。任意選択的に、補償パルスは、既知の共振周波数のセットに対してランダムに制御された、補償パルスのシーケンスを形成することができる。さらに、完全にランダムに提供される補償パルスによって共振の励起を回避すること、すなわち、追加の「ノイズ」によって周期性を破壊することが可能である。
【００２２】
いくつかの実施形態において、電磁放射線、特にレーザ放射線は、使用電圧パルスの時点において、かつ、任意選択的に、使用継続期間と同期して、ポッケルスセルを通る光ビーム経路に選択的に結合することができる。
【００２３】
概して、本明細書において提示されている概念の実装形態は、原則的に、結晶構造とは無関係である。したがって、本明細書において提示されている概念の実装形態は、製造労力をほとんどまたはまったく伴わずに行うことができる。これは、これらが、制御ソフトウェアにおいて実装される適切なＨＶスイッチの方法として実装することができるためである。
【００２４】
（高）電圧パルスを用いたポッケルスセルの結晶の励起のための、本明細書において開示されている概念はまた、ポッケルス効果の他の偏光調整適用に使用することもできる。本明細書において記載されている概念は、特に、増幅されるべき電磁放射線、特にレーザパルスの結合、および、「キャビティダンプ」または再生増幅の場合の、特にＱスイッチレーザによる増幅レーザパルスの減結合に関する。他の用途は、とりわけ、例えばパルスピッカーを駆動するときの、キャビティの外部の強度および偏光変調を含む。さらなる用途は、ＣＷレーザ、上流パルスピッカーおよびＱスイッチによる拡張を含む。
【００２５】
本明細書において、従来技術の諸態様を少なくとも部分的に改善することを可能にする概念が開示される。特に、追加の特徴およびそれらの有用性が、図面に基づく以下の実施形態の説明からもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】少なくとも１つのポッケルスセルを有するレーザ増幅器システムの概略図である。
【図２】（高）電圧パルスを用いてポッケルスセルの結晶を励起するための例示的な概略的ダブルプッシュプル回路を示す図である。
【図３Ａ】スイッチング可能な波長板を形成するときのポッケルスセルの使用のための概略的に示された構成を示す図である。
【図３Ｂ】スイッチング可能な波長板を形成するときのポッケルスセルの使用のための概略的に示された構成を示す図である。
【図４Ａ】偏光状態に対する励起された共振の影響を示すためのプロットを示す図である。
【図４Ｂ】偏光状態に対する励起された共振の影響を示すためのプロットを示す図である。
【図４Ｃ】偏光状態に対する励起された共振の影響を示すためのプロットを示す図である。
【図５Ａ】共振の励起に対する、本明細書において開示されている概念の影響を示すためのプロットを示す図である。
【図５Ｂ】共振の励起に対する、本明細書において開示されている概念の影響を示すためのプロットを示す図である。
【図５Ｃ】共振の励起に対する、本明細書において開示されている概念の影響を示すためのプロットを示す図である。
【図６Ａ】３つのパルス持続時間についての、電圧パルスによって提供される偏光状態に対する、本明細書において開示されている概念の影響を示すためのプロットを示す図である。
【図６Ｂ】３つのパルス持続時間についての、電圧パルスによって提供される偏光状態に対する、本明細書において開示されている概念の影響を示すためのプロットを示す図である。
【図６Ｃ】３つのパルス持続時間についての、電圧パルスによって提供される偏光状態に対する、本明細書において開示されている概念の影響を示すためのプロットを示す図である。
【図７Ａ】偏光調整のためのポッケルスセルの結晶の励起のための開示されている概念による組み合わせ使用電圧パルスおよび補償電圧パルスの例示的な概略シーケンスを示す図である。
【図７Ｂ】偏光調整のためのポッケルスセルの結晶の励起のための開示されている概念による組み合わせ使用電圧パルスおよび補償電圧パルスの例示的な概略シーケンスを示す図である。
【図７Ｃ】偏光調整のためのポッケルスセルの結晶の励起のための開示されている概念による組み合わせ使用電圧パルスおよび補償電圧パルスの例示的な概略シーケンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本明細書において記載されている態様は、部分的に、ポッケルスセルにおいて使用される光学結晶（例えば、ＢＢＯまたはＫＴＰ結晶）が、多かれ少なかれ顕著な圧電特性を呈するという認識に基づく。これらの圧電特性は、印加されると、ポッケルスセル内に音響衝撃波を生成する電気的スイッチングパルスを引き起こすことができる。それぞれの結晶の、とりわけ寸法、幾何学的形状、および音速に応じて、結晶は、一般的に、１つまたは複数の共振周波数を有することができ、これは、電圧パルスのシーケンスを用いた励起の間に個々にまたはともに励起され得る。共振周波数（または関連付けられる低調波）に近い動作は、不安定なスイッチング挙動、例えば、再生増幅器における不安定な入力または出力挙動をもたらす可能性がある。さらに、そのような動作は、結晶またはそのマウントに機械的損傷をもたらす場合がある。
【００２８】
現在、結晶の振動挙動は、二次補償パルスによって影響を受け得ることが認識されている。特に、補償パルスが振動重ね合わせを通じて弱め合うように干渉し「つくす（ａｗａｙ）」ため、機械的振動がまったく発生しない（または少なくとも低減のみされる）ように、補償パルスが時間的に使用パルスのシーケンス内に配置され得ることが認識されている。したがって、提供される補償パルスは、結晶の共振周波数（またはそれらの低調波）に近い高電圧スイッチング動作を許容し得る。ポッケルスセルの結晶のそのような励起は、結晶の言及されている不安的なスイッチング挙動および／または機械的破壊という欠点を回避することができる。
【００２９】
本明細書において提案されている高電圧励起はまた、特に、いくつかの共振周波数においても可能である。これは、それらが多くの場合、補償パルスを用いない励起をポッケルスセルについて与えられるためである。したがって、高電圧スイッチング動作が実施されるために、使用ウィンドウ（本明細書においては偏光ウィンドウまたは利得ウィンドウとしても参照される）を提供するためにポッケルスセルが作動される時間間隔の選択は、ほとんどまたはまったく制限され得ない（未補償動作と比較して）。
【００３０】
言い換えれば、本明細書において、追加の電圧パルス（補償パルス）を用いてポッケルスセルを励起し、それによって、使用パルスおよび電圧パルスのスイッチング動作からもたらされる音響衝撃波が可能な限り弱め合うように、または、少なくとも、安定した（例えば、レーザ）動作を行うことができる程度に弱め合うように干渉するように、電圧パルスが使用パルスに時間的に適合されることが提案される。特定の状況下で、この目標は、例えば、上流のパルスピッカーを用いて再生増幅ユニットに結合されるパルスレートの低減のような追加の方策によってサポートすることができる。概して、本明細書において開示されている概念を使用することによって、共振（複数可）の振動を効果的に防止または必要な程度まで低減することができる。
【００３１】
以下において、提案されている概念が、図１〜図６に関連してより詳細に説明される。
【００３２】
上述したように、電磁放射線、特にレーザビームの高速スイッチングのために、適切な光学結晶に高電圧（可能性として、１０ＫＶ以上の電圧を使用する）を印加することによって複屈折が誘起されるポッケルスセルを使用することができる。スイッチング可能な複屈折は、結晶を通過する光の偏光状態の時間的に調整可能な変更を可能にする。偏光器と組み合わせて、例えば、レーザ共振器の品質を、このようにスイッチングすることができる。これは、例えば、Ｑスイッチレーザにおいて、キャビティダンプのために、および、再生増幅器のために使用される。２つの電圧状態の間のポッケルスセルのスイッチング、すなわち、個々の電圧スイッチングプロセスは通常、非常に高速（例えば、数ナノ秒以内）であり、それによって、電圧状態は、偏光ウィンドウの調整可能な持続時間にわたって（例えば、数マイクロ秒にわたって）維持される。これによって、例えば、パルス列の個々の（レーザ）パルスを選択することが可能になる。さらに、電気スイッチにおける電力損失を可能な限り低いままにすることができる。
【００３３】
図１は、シードレーザビーム源としてのシードレーザ２と、その出力レーザビームが、例えば、位相制御システムによって重ね合わされる２つの再生増幅ユニット３Ａ、３Ｂとを有する例示的なレーザシステム１を概略的に示す。増幅ユニット３Ａ、３Ｂのうちの少なくとも一方は、例えば、それぞれの増幅ユニット３Ａ、３Ｂ内に存在するレーザ放射線（例えば、循環超短レーザパルス）の偏光に影響を与える電気光学効果によって利得（時間）ウィンドウを提供するためにコンタクト電極７の間に配置されている結晶５Ａを有するポッケルスセル５を備える。レーザシステム１はまた、制御ユニット９、および、任意選択的に、増幅ユニット３Ａの上流のパルスピッカー１１をも含む。
【００３４】
シードレーザ２の一次レーザビーム１３が、ビームスプリッタ１５Ａによって、図１において第１のシードレーザビーム１３Ａおよび第２のシードレーザビーム１３Ｂとして示されている、２つの（コヒーレントな）部分ビームに分割される。各部分ビームは、それぞれ第１のシードレーザビーム部分１３Ａに基づく第１の増幅レーザビーム１７Ａおよび第２のシードレーザビーム部分１３Ｂに基づく第２の増幅レーザビーム１７Ｂを生成するために、関連付けられる増幅ユニット３Ａ、３Ｂに供給される。例えば、別のビームスプリッタ１５Ｂを用いて、増幅レーザビーム１７Ａ、１７Ｂは、同一線上に重ね合わされて、合成レーザビーム１９を形成する。
【００３５】
図１はまた、レーザビームの偏光状態（図１において矢印／点を用いて概略的に示されている偏光状態）を変化させるための偏向ミラー２１およびラムダ半波長板２３をも示す。効率的な増幅のために、ポッケルスセル５は、利得ウィンドウにおいて所望の偏光状態を設定するために使用される。利得ウィンドウ中のポッケルスセル５を通過するレーザ放射線の偏光に対する影響は、時間に対して可能な限り変更されず、一定であるべきであり、それによって、利得ウィンドウの始まりおよび終わりは、時間的に急峻なエッジによって実施されるべきである。
【００３６】
図２は、数ナノ秒の立ち上がり時間で高い電圧レベルを提供することができる例示的なダブルプッシュプル回路２５を示す。ダブルプッシュプル回路２５は、既知の高速光電圧回路の一例である（対応する記述を含む操作説明書「Ｍａｎｕａｌ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ  Ｂｏｘ  Ｍｏｄｅｌ  ＢＭＥ＿ＳＰ０５」（Ｒｅｖｉｓｉｏｎ  １６．５．２００６）の図１も参照されたい）。高電圧入力２７に存在する高電圧は、スイッチＡ、Ｂを介して選択的に電位点Ｐ１、Ｐ２に伝達され、それによって、これらの電位点Ｐ１、Ｐ２に接続されているポッケルスセル５のコンタクト電極７に所望の高電圧が存在し、ポッケルスセル５の結晶５Ａ内に対応する電場が生成される。図２において、ＨＶは、一般的に、高電圧入力２７に印加される高電圧を表す。制御ユニット９は、スイッチＡ、Ｂに割り当てられている４つの制御入力２９（Ｏｎ  Ａ、Ｏｆｆ  Ａ、Ｏｎ  Ｂ、Ｏｆｆ  Ｂ）を介してスイッチング動作をトリガする。
【００３７】
例示的に示されているダブルプッシュプル回路２５は、可能な限り柔軟なポケットセルの制御のために設計されており、自由にプログラム可能なトリガ生成器を用いて個々の制御入力２９（Ｏｎ  Ａ、Ｏｆｆ  Ａ、Ｏｎ  Ｂ、Ｏｆｆ  Ｂ）を制御することができるＢｅｒｇｍａｎｎのダブルプッシュプル原理によるＨＶスイッチを表す。通常動作中、「Ｏｎ  Ａ」および「Ｏｆｆ  Ｂ」または「Ｏｆｆ  Ａ」および「Ｏｎ  Ｂ」が同時にスイッチングされ、それによって、電圧が＋２ＨＶと−２ＨＶとの間でスイッチングされる。これらの電圧は、例えば、図３Ａおよび図３Ｂに関連して以下に説明されている構成において±λ／８の遅延を引き起こし得る。
【００３８】
（高）電圧パルスを用いたポッケルスセル、特にパルスピッカーの結晶の励起のための代替的な回路および駆動パターンは、例えば、Ｏｎ  Ａ−Ｏｎ  Ｂ−Ｏｆｆ  Ｂ−Ｏｆｆ  Ａのような、重複するスイッチング動作を含む。後者のスイッチングパターンは、非常に短いスイッチングウィンドウに特に適している。しかしながら、これは、（同一の結晶特性を仮定して）同じ複屈折について２倍の高さであるべきである高電圧ＨＶを必要とし得る。
【００３９】
本明細書において開示されている概念による励起回路の動作は、制御ユニット９によって実施され、制御ユニット９は、本明細書において開示されているスイッチング概念を実装し、結晶５Ａにおいて使用および補償（電圧）パルスの所望のシーケンスを提供するために様々なスイッチ（例えば、図２の高電圧スイッチＡ、Ｂを参照されたい）を作動および停止させるように適合されている。図２によるダブルプッシュプル回路２５の実施形態において、キロボルト範囲内でいくつかの電圧レベルを適用することができる。
【００４０】
しかしながら、始めに説明したように、光学特性は、電気光学効果によってだけでなく、結晶内の様々な圧力振動に関連する圧電効果によって（不利な）影響を受け得る。圧電効果によって、機械的振動が電圧を誘起する可能性があり、ひいてはこの電圧が電気光学効果をもたらす。本明細書において開示されている補償パルスの使用の概念は、ポッケルスセルによって提供される偏光ウィンドウ（例えば、図１の場合、増幅中にポッケルスセル５によって提供される利得ウィンドウ）の光学的品質を改善することを目標とする。この目的のために、補償パルスは、使用パルスによって励起されるポッケルスセルの結晶内の機械的振動に反作用するように、偏光ウィンドウを決定する、使用パルスのシーケンス内に時間的に配置される。
【００４１】
図３Ａおよび図３Ｂは、１つまたは２つのポッケルスセル５がレーザビーム３３のビーム経路内、例えば、ミラー３５を介する二重通路内に波長板３１とともに配置されている例示的な構成を示す。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、これらの構成は、ビームスプリッタ３７と、偏光ウィンドウの特性、特にその時間的品質をチェックするためのフォトダイオード３９とをさらに有する。
【００４２】
図３Ａによる構成は、光スイッチがポッケルスセルを用いてどのように実現され得るかを示す。それによって、結晶の励起は、波長板３１（例えば、λ／８波長板）および結晶５Ａ（例えば、＋λ／８波長板または−λ／８波長板としてスイッチング可能）を通る二重通路の後において、偏光ウィンドウ（例えば、励起されたポッケルスセル）の期間中には偏光の変化が為されず、一方、偏光ウィンドウの外側（例えば、励起されないポッケルスセル）ではλ／２波長板が存在するように設計され、戻りレーザビーム３３がビームスプリッタ３７において反射される。図３Ａによる構成は、図６Ａ〜図６Ｃに関連して以下に記載されている調査のための試験構成として使用された。
【００４３】
図３Ａの構造と比較して、図３Ｂによる構成は、追加のポッケルスセル（例えば、同じく＋λ／８波長板または−λ／８波長板としてスイッチング可能である）を有し、図４Ａ〜図４Ｃおよび図５Ａ〜図５Ｃに関連して以下に記載されている調査のための試験構成として使用された。この構成は、波長板３１および２つの結晶５Ａを通る二重通路の後において、偏光ウィンドウの期間中には、＋３／４λ波長板が存在し、偏光ウィンドウの外側では、−λ／４波長板が存在するようなものであり、それによって、理想的な（特に、圧電効果、およびその結果としての機械的振動の影響がない）スイッチング挙動では、フォトダイオード３９の信号内でスイッチングプロセスが見えないはずである。
【００４４】
ポッケルスセルにおいて使用される光学結晶（例えば、ＢＢＯ、ＫＤＰ、ＫＴＰ結晶）は、多かれ少なかれ顕著な圧電特性を有する。結果として、結晶への電圧の印加は、極性に応じて結晶の膨張または収縮をもたらす。電圧変化は非常に迅速であり（例えば、数ナノ秒以内）、結晶内で伝播する音響衝撃波が生成される。通常は立方体形状である結晶自体が、音響共振器となる。結晶の寸法、幾何学的形状、および音速に応じて、この音響共振器は、複数の共振周波数を有し得る。
【００４５】
ここで、ポッケルスセルがこれらの周波数（またはその低調波）のうちの１つにまたはその付近にスイッチングされた場合、個々の衝撃波の強め合う干渉が生じ、これは、１つまたは複数の共振の上昇をもたらし得る。結晶の内部電場（圧電効果に起因する音響振動からもたらされる）が印加電圧による外部電場に重ね合わされると、結晶の複屈折が、共振周波数において変調される。
【００４６】
したがって、規定の偏光状態の間のクリーンなスイッチングがより困難になる。その上、結晶は、強い共振によって機械的に損傷／破壊される可能性がある。
【００４７】
しかしながら、以下に示すように、共振の上昇は、結晶内の衝撃波の強め合う干渉を防止することによって防止することができる。本明細書において開示されている実装形態について、ポッケルスセルがスイッチオンおよびオフされるときに、１８０°だけシフトされた開始位相を有する衝撃波が生成され、結晶内の減衰が無視され得ることが仮定される。
【００４８】
ここで、電圧のスイッチオンとオフとの間の時間が、継続期間（または継続期間の整数倍）に正確に（またはほぼ正確に）対応する場合、２つの衝撃波は弱め合うように干渉し、共振の上昇が防止される。この概念が拡張される場合、総じて弱め合う音響干渉が引き起こされることを条件として、原則的に、１つまたは複数のオン／オフスイッチング事象の任意の組み合わせが有効である。
【００４９】
以下に記載されている研究において、Ｂｅｒｇｍａｎｎのダブルプッシュプル原理（図2参照）によるＨＶスイッチが、図３Ｂによる構成内のポッケルスセルを制御するために使用された。自由にプログラム可能なトリガ生成器によって、電圧が＋２ＨＶと−２ＨＶとの間でスイッチングされるように、制御入力２９「Ｏｎ  Ａ」および「Ｏｆｆ  Ｂ」または「Ｏｆｆ  Ａ」および「Ｏｎ  Ｂ」が通常動作中に同時にスイッチングされ、それによって、±λ／８の遅延が２つのポッケルスセルにおいて引き起こされた。以下に
【００５０】
図４Ａ〜図４Ｃは、図３Ｂ内のフォトダイオード３９を用いて測定された、調査されたポッケルスセルの３つの励起共振を例示的に示す。時間ｔ（ｔ’）にわたって印加される、ｆＲ１＝１４７ｋＨｚ、ｆＲ２＝３４５ｋＨｚおよびｆＲ３＝６００ｋＨｚ（振幅は［任意単位］のａ、図４Ｂの時間単位は図４Ａおよび図４Ｃの２倍の大きさ）の周波数を有する第１の共振および第２の共振および第３の共振のフォトダイオード信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が見られる。
【００５１】
さらに、図４Ａ〜図４Ｃは、制御入力２９の作動を示す。各々が一対のスイッチオンおよびスイッチオフパルスの間にある、高電圧パルス（使用パルス）のシーケンスの形成のための電圧スイッチングプロセスをトリガする、スイッチオンパルス４１（Ｏｎ  Ａ／Ｏｆｆ  Ｂ）およびスイッチオフパルス４３（Ｏｆｆ  Ａ／Ｏｎ  Ｂ）が認められる。したがって、スイッチオンパルス４１およびスイッチオフパルス４３はそれぞれ、使用電圧スイッチング動作を割り当てられる。（本明細書においては、一般的に、割り当てられる各スイッチングパルスに対する電圧スイッチング動作が存在する。）図３Ａにおいて、例えば３．２ｋＶの高電圧パルスが、共振を上昇させるために使用された。λ／８波長板が、ビームスプリッタにおいてポッケルスセルにおける電圧なしに５０％が反射されるように回転された。反射と電圧との間の依存関係は正弦関数であり、それによって、感度は転回点において最大である。共振の励起は、スイッチオフパルスが共振期間の半分だけ遅延されるときに最強であることが確認される。フォトダイオード信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３において、スイッチングプロセス中に、所望の、理想的には不可視の位相ジャンプが有限速度においてのみ生じるという事実によって生成される信号ピークをさらに見ることができる。
【００５２】
ｆＲ１＝１４７ｋＨｚにおける共振に関して、図５Ａ〜図５Ｃは、２つの例示的に統合された補償パルスシーケンス（特に図５Ｂおよび図５Ｃを参照されたい）による抑制の例を示す。
【００５３】
図５Ａは実質的に図４Ａに対応し、それによって、フォトダイオード信号Ｒ１において、使用パルス電圧スイッチング動作のシーケンスが矢印４１Ａおよび４３Ａを用いて示されており、使用パルス持続時間ＴＮが矢印４５を用いて示されている。使用パルス持続時間ＴＮは、共振周波数ｆＲ１の期間ＴＲ１の半分に対応する。共振周波数ｆＲ１＝１４７ｋＨｚを有するフォトダイオード信号Ｒ１の強度変動が認められる。
【００５４】
図５Ｂにおいて、共振効果を抑制するために補償パルスシーケンスが追加されており、これは、補償（電圧）パルスから構成され、そのうちの１つが、２つの使用パルスの間にそれぞれ与えられている。対応して、割り当てられた補償電圧スイッチング動作をトリガするスイッチングパルスのさらなる対４７、４９が認められる。その結果が、変動が実質的に低減したフォトダイオード信号Ｒ１’である。
【００５５】
フォトダイオード信号Ｒ１’においてスイッチングパルスの対４７、４９のうちの１つが、矢印４７Ａおよび４９Ａによって強調されている。スイッチングパルス４７、４９は、使用パルスのうちの１つに後続する、関連付けられる補償パルスを引き起こす。補償パルス持続時間ＴＫが、使用パルス持続時間ＴＮの隣に示されている。
【００５６】
使用スイッチング動作を補償するためには、一般的に、逆の電圧スイッチング動作が使用される。すなわち、印加電圧差の増大または低減の間の逆位相励起に起因して、補償パルスの（オン）スイッチングパルス４７（Ｏｎ  Ａ／Ｏｆｆ  Ｂ）が、基本的に、スイッチオフパルス４３の直後（例えば、２００ｎｓの遅延を伴う）に後続し、補償パルスの（オフ）スイッチングパルス４９が、使用パルス持続時間ＴＮに対応する遅延（ここでは２００ｎｓ）（またはスイッチオンパルス４１後の共振期間ＴＲ１＝２ＴＮ）を伴ってスイッチオフパルス４３の後に後続する。したがって、スイッチオフパルス４３の衝撃波は、半直接的に補償され、スイッチオンパルス４１の衝撃波は、共振期間の整数倍の遅延を伴って補償される。スイッチングパルス４７、４９の選択される時間は、機械的振動の弱め合う干渉をもたらし、これは、反復スイッチング動作に割り当てられる（使用パルスのシーケンスおよび補償パルスのシーケンス）。１４７ｋＨｚにおける共振が、このように有効に抑制され得ることが分かる。
【００５７】
図５Ｃにおいて、ポッケルスセルの２つの電極を別個にスイッチングすることができる、ダブルプッシュプル回路２５のような、複数の電圧レベルを可能にするＨＶスイッチによって実装することができる別の励起概念を見ることができる。
【００５８】
特に、図５Ｃにおいて示されるように、共振効果を抑制するために補償パルスシーケンスが追加されており、補償パルスシーケンスは、補償（電圧）パルスを有し、そのうちの２つが、２つの使用パルスの間にそれぞれ与えられている。したがって、スイッチングパルスのさらなる対５１、５３、５５、５７が認められる。その結果が、同じく変動が低減したフォトダイオード信号Ｒ１’’である。
【００５９】
図５Ｃにおいて、フォトダイオード信号「Ｒ１」内の矢印５１Ａおよび５３Ａによって示され、使用パルスに後続する第１の補償パルスを引き起こす第１の対の（オンおよびオフ）スイッチングパルス５１、５３が見られる。第１の補償パルスの（オン）スイッチングパルス５１も、実質的に、スイッチオフパルス４３の直後（例えば、２００ｎｓの遅延を伴う）に後続し、第１の補償パルスの（オフ）スイッチングパルス５３は、図５Ｂにおけるように、使用パルス持続時間ＴＮに対応する遅延（またはスイッチオンパルス４１後の共振期間ＴＲ１）を伴ってスイッチオフパルス４３の後に生じる。しかしながら、図２を参照すると、電極Ａのみが、使用パルスの利得ウィンドウの後に最初にスイッチングされ、すなわち、実効的に、＋２ＨＶと０ＨVとの間でスイッチングされる。したがって、矢印５１Ａおよび５３Ａは、矢印４１Ａおよび４３Ａの半分の長さである。低減した電圧は、第１の補償パルスの音響衝撃波を低減し、例えば、音響衝撃波の強度は半分のみであり得る。したがって、再生増幅ユニット内の共振器は、そのような低減した補償パルスのみが後続する場合に部分的に閉じられるのみである。
【００６０】
第１の補償パルスの音響衝撃波は使用パルスのものよりも小さいため、図５Ｃによる実装形態は、より有効な排除のための、フォトダイオード信号Ｒ１’’内の矢印５５Ａおよび５７Ａによって示される（オンおよびオフ）スイッチングパルスのさらなる対５５、５７を示す。スイッチングパルス５５、５７は、第２の補償パルスを引き起こす。スイッチングパルスの対５５、５７は本質的に、スイッチングパルスの対５１、５３と比較して、１つの共振期間ＴＲ１だけ遅延される。しかしながら、（オン）スイッチングパルス５５は、スイッチオフパルス４３に対して正確に１つの共振期間ＴＲ１だけ遅延することができる。一般的に、パルス対５１／５３と比較してパルス対５５／５７がｎ＊ＴＲ１だけ遅延されることが重要である（ｎは整数）。すべての他の時間はそれに従って生じる。結果として、すべての振動刺激インパルスは、合算されて互いに相殺し合うことができる。例えば、電極Ｂは、第２の補償パルスが、ダブルプッシュプル回路２５に均一に負荷を与えるために、使用することができる。
【００６１】
要約すると、完全な振幅のスイッチングパルスから成る１対（使用パルスのための）と、振幅が半分のスイッチングパルスから成る２対（２つの補償パルスのための）とが重ね合わされる。例えば、補償電圧スイッチング動作のうちの１つの電圧変化は、補償パルスの数に応じて、使用パルス（Ｎ）の電圧スイッチング動作の電圧変化の分数のオーダとなる。
【００６２】
図５Ｃによる励起の実施形態には、再生増幅器内で使用されるとき、第２の利得ウィンドウが生成されないというさらなる利点がある。
【００６３】
これは、スイッチオンおよびスイッチオフパルス４１、４３ならびにスイッチオンおよびスイッチオフ４７、４９による図５Ｂによる励起の形態で利用可能である２つの偏光ウィンドウとは対照的である。後者の事例において、補償パルス中に共振器内にあるレーザパルスが増幅され得る。これを防止するために、図１に示すパルスピッカー１１は、使用パルスの偏光ウィンドウ内のパルスを、より単純な回路によって実装することができる、図５Ｂによる実施形態における増幅ユニット３Ａに選択的にのみ結合することができる。
【００６４】
一般的に、再生増幅ユニットにおける適用のための補償は、共振器が部分的にのみ閉じているが、例えば、ディスク増幅器内の損失が依然として利得ウィンドウの外側の増幅を防止するのに十分に高いようなものであるべきであることが分かる。
【００６５】
図５Ａ〜図５Ｃを見ると、フォトダイオード信号Ｒ１’およびＲ１’’は、フォトダイオード信号Ｒ１と比較してはるかにより均一であり、それゆえ、それらは理想的な「平坦な」曲線により近いことが分かる。これは、圧電的に生成される衝撃波の悪影響が、補償パルスシーケンスを介した励起によって低減されたことを意味する。したがって、レーザ放射線に対するポッケルスセルのより均一な効果が、偏光ウィンドウの間に提供される。
【００６６】
図６Ａ〜図６Ｃは、３つの増幅時間（１μｓ、４μｓ、６μｓ）の一例として、６．８μｓの共振期間／１４７ｋＨｚの共振周波数にある共振特徴を有するポッケルスセルを有する図３Ａの構成内のｃｗレーザビームの出力結合強度を示す。強度はフォトダイオード３９を用いて測定された。３つの利得時間の各々について、ポッケルスセルの共振励起は補償されず（（フォトダイオード信号）曲線０１、０４、０６によって表される）、１つの補償パルスを用いて補償され（曲線１１、１４、１６によって表される）、２つの補償パルスを用いて補償された（曲線２１、２４、２６によって表される）。補償パルス（曲線１１、１４、１６）を用いた補償のためのそれぞれの（オンおよびオフ）スイッチングパルス４７、４９が、励起概念を示すために図面の下側部分に示されている。
【００６７】
図６Ａにおいて、曲線０１は、１μｓのパルス持続時間ＴＮおよび使用期間ＴＰＮを有する使用パルスＮのシーケンスを示す。使用パルスＮは、使用ウィンドウに対して半分の振幅を有する補償ウィンドウによって認識可能である。加えて、信号特性に重ね合わされているフォトダイオード信号の変動が見てとれ、これは、６．８μｓの共振期間を有する共振の励起に由来し得る。すなわち、使用期間ＴＰ，Ｎは、結晶５Ａ内の音響振動の共振励起が使用パルスによって生じるようなものである。
【００６８】
同様に、図６Ｂおよび図６Ｃにおいて、曲線０４および０６は、それぞれ４μｓおよび６μｓのパルス持続時間ＴＮを有する使用パルスＮのシーケンスを示す。
【００６９】
図６Ａに戻って参照すると、使用パルスＮのシーケンスはまた、曲線１１にも見ることができ、それによって、第２の（より長い）偏光ウィンドウは、その直後に開き、これは、同じ電圧がスイッチングされるため、使用ウィンドウと同じ光学特性を有する。偏光ウィンドウは（オンおよびオフ）スイッチングパルス４７、４９に戻り、これは、スイッチオフパルス４３の直後の使用偏光ウィンドウ中と同じ偏光状態を有する偏光ウィンドウ（ここでは、補償ウィンドウＫとしても参照される）を開き、スイッチオンパルス４１から共振期間ＴＲ１の後にこれを再び閉じる（したがって、補償パルスＫの持続時間ＴＫは約５．８μｓである）。
【００７０】
同様に、図６Ｂおよび図６Ｃにおいて、曲線１４および１６は、それぞれ４μｓおよび６μｓのパルス持続時間ＴＮを有する使用パルスＮのシーケンスを示し、各事例において、各使用パルスに対する補償パルスを有する補償パルスのシーケンスは、補償パルスＫ、特にそれらのスイッチング動作が、使用パルスＮによって励起されるポッケルスセルの結晶内の機械的振動に反作用するように構成される。延長した使用パルス持続時間に起因して、補償パルスＫの持続時間ＴＫは、それぞれ約２．８μｓおよび約０．８μｓに低減される。
【００７１】
曲線１１、１４、１６内の使用パルスの偏光ウィンドウ全体の間の均一な信号降下は、共振補償の重ね合わせ原理が、試験された増幅時間の各々において機能していることを示す。ポッケルスセルの共振周波数が分かれば、各利得時間および繰り返し率について追加のスイッチングパルスの遅延を自動的に計算することは容易である。
【００７２】
しかしながら、特に共振期間が使用期間に匹敵するかまたはそれよりも相当に長い場合に、補償ウィンドウの混乱をもたらす可能性のある影響が、光学的効果を有し得ることも分かる。この影響は、振幅が低減したいくつかの補償パルスによって低減することができる。
【００７３】
２つの補償パルスＫ１、Ｋ２による手順が、図６Ａの曲線２１を使用して説明される。ここでも、使用パルスＮのシーケンスおよび直に後続する補償ウィンドウ（補償パルスＫ１）が見られる。この第１の補償ウィンドウ／補償パルスＫ１の持続時間は、曲線１１の補償ウィンドウの持続時間に匹敵する（これは、曲線１４および曲線１６の第１の補償ウィンドウの持続時間にも同様に当てはまる）。ここでも、第１の補償パルスＫ１中の電圧変化の低減が見られる。
【００７４】
共振期間ＴＲに対応する遅延をもって、第２の補償ウィンドウ（第２の補償パルスＫ２）は、同じく電圧変化の低減を伴って、後続する。その時間に関連して、とりわけ、特に図５Ｃに関連する先行する記述が参照される。第２の偏光ウィンドウはスイッチングパルス５５、５７に戻る。電圧変化の低減に起因して、偏光状態は、使用パルス中に存在する偏光状態とは異なる補償ウィンドウをもたらす。
【００７５】
同様に、図６Ｂおよび図６Ｃにおいて、曲線２４および２６は、それぞれ４μｓおよび６μｓのパルス持続時間ＴＮを有する使用パルスＮのシーケンスを示し、各使用パルスに対する２つの補償パルスＫ１、Ｋ２を有する補償パルスのシーケンスは、補償パルスＫ１、Ｋ２、特にそれらのスイッチング動作が、使用パルスＮによって励起されるポッケルスセルの結晶内の機械的振動に反作用するように構成される。延長した使用パルス持続時間に起因して、補償パルスＫ１、Ｋ２の持続時間は、ここでもそれぞれ約２．８μｓおよび約０．８μｓに低減される。
【００７６】
同じく２つの補償パルスＫ１、Ｋ２を有する補償パルスのシーケンスについて、曲線２１、２４、２６の偏光ウィンドウ全体の間の均一な信号低減から、重ね合わせ原理が、試験された利得時間の各々について機能していることが分かる。
【００７７】
図７Ａおよび図７Ｂは、先行する例示的な実施形態による組み合わせ使用電圧パルスおよび補償電圧パルスの例示的な概略シーケンスを示し、それによって、シーケンスは、例えば、偏光調整のためのポッケルスセルの結晶の励起のために使用され得る。したがって、時間（ｔ）−電圧（Ｕ）図にプロットされている使用電圧パルスＮのシーケンスが見られる。機械的有効性に関して、使用電圧パルスおよび補償パルスの電圧曲線のスイッチングエッジによって、制御が決定される。本明細書において開示されているように、これらは、それらの時間的形状および使用電圧パルスに対するそれらの時間的位置が、それらが使用電圧パルスによって引き起こされる結晶内の音響事象と弱め合うように干渉する結晶内の音響事象を誘起するようなものであるように適合される。時間的形状は、特に、スイッチングエッジの立ち上がり時間または立ち下がり時間によって決定することができる。
【００７８】
図７Ａはまた、使用電圧パルスのうちの１つに直に後続する補償パルスＫを示し、それによって、補償パルスＫは共振に反作用する。対照的に、図７Ｂは、例えば、同じ共振に反作用するように時間遅延を伴って印加される第２の補償パルスＫ２が後続する、使用電圧パルスのうちの１つに直に後続する電圧が低減した補償パルスＫ１を示す。
【００７９】
ポッケルスセルの共振周波数が分かれば、各利得時間および繰り返し率について追加のスイッチングパルスの遅延が容易に自動的に計算され得ることに留意されたい。
【００８０】
他の実施形態において、補償パルスの時間的設定は、動作中に変更され得る。例えば、連続する利得ウィンドウのグループにおいて、スイッチングパルスの追加の対が、各個々の利得ウィンドウについて時間的に、種々の共振が対抗されるように配置される。結晶自体において共振が十分に減衰または回避されることによって、いくつかの共振を同時に減衰させることができる。減衰されることになる共振はこのとき、例えば、共振特性の測定に基づいて選択することができる。加えて、機械的振動をランダムに減衰することによって広帯域減衰を実装するために、適切なアルゴリズムを使用して、動作中に標的共振を擬似ランダムに選択することができる。
【００８１】
そのような種々のパルス戦略が、図７Ｃに概略的に示されている。したがって、図示されている第１の使用パルスＮの後、電圧が低減されており、１つまたは複数の共振周波数に反作用する３つの補償パルスＫ’、Ｋ’’、Ｋ’’’が見られる。図示されている第２の使用パルスＮの後、より長い補償パルスＫ’’’’のみがスイッチングされ、図示されている第３の使用パルスＮの後、図７Ａに示すものと同様の補償パルスＫがスイッチングされる。複数の設計可能性に起因して、ポッケルスセルスイッチングによって引き起こされる偏光状態について、１つの、複数の、或いはまた、広帯域の共振効果抑制を実装することができることが分かる。
【００８２】
一般的に、スイッチング動作、特に、使用パルスの第１のスイッチング動作および第２のスイッチング動作、ならびに任意選択的にまた、補償スイッチング動作は、ポッケルスセルの結晶内の電気分極における変化を引き起こすように設定される。さらに、本明細書において言及されている電圧スイッチング動作は、ポッケルスセルに印加される電圧の極性を逆にする、例えば、＋ＨＶから−ＨＶにする動作である。本明細書において開示されている概念は、特に、圧電効果を介したポッケルスセルの結晶内の電気分極の変化が、結晶のサイズの変化をもたらし、したがって、結晶内の音響振動および共振をもたらす場合に関連する。このとき、補償パルスを提供することによって、結晶内の音響振動および共振の形成が低減される。
【００８３】
実装形態および物理的条件に応じて、本明細書における補償は、部分的補償と完全な補償の両方として理解され得る。
【００８４】
対抗する振動を励起する、補償パルスについて言及されているｎｓ範囲内の高速スイッチング動作に加えて、補償パルスはまた、より低速のスイッチング動作、例えば、第２の電圧値へのより低速の降下を有することができ、その電圧値から、その後、再び高速スイッチングが行われる。後者は、図２と比較してより複雑な回路概念によって実装することができる。
【００８５】
本明細書および／または特許請求の範囲に開示されているすべての特徴は、元の開示の目的のために、ならびに、実施形態および／または特許請求の範囲内の特徴の組成とは無関係に特許請求される発明を制限する目的のために、別個にかつ互いから独立して開示されるように意図されていることは明示的に述べておく。すべての値範囲またはエンティティのグループの指示は、特に値範囲の制限として、元の開示の目的のために、ならびに、特許請求される発明を制限する目的のために、すべての可能な中間値または中間エンティティを開示することは明示的に述べておく。
【符号の説明】
【００８６】
１  レーザシステム
２  シードレーザ
３Ａ、３Ｂ  増幅ユニット
５  ポッケルスセル
５Ａ  結晶
７  コンタクト電極
９  制御ユニット
１１  パルスピッカー
１３  レーザビーム
１３Ａ、１３Ｂ  シードレーザビーム
１５Ａ、１５Ｂ  ビームスプリッタ
１７Ａ、１７Ｂ  増幅レーザビーム
１９  合計レーザビーム
２１  偏向ミラー
２３  ラムダ半波長板
２５  ダブルプッシュプル回路
２７  高電圧入力
２９  制御入力
３１  波長板
３３  レーザビーム
３５  ミラー
３７  ビームスプリッタ
３９  フォトダイオード
４１  スイッチオンパルス
４１Ａ  矢印
４３  スイッチオフパルス
４３Ａ  矢印
４５  矢印
４７、４９、５１、５３、５５、５７  スイッチングパルス
４７Ａ、４９Ａ、５１Ａ、５３Ａ、５５Ａ、５７Ａ  矢印
０１、０４、０６、１１、１４、１６、２１、２４、２６  （フォトダイオード信号）曲線
ａ  振幅
Ａ、Ｂ  スイッチ
ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３  共振周波数
Ｋ１、Ｋ２  補償パルス
Ｐ１、Ｐ２  電位点
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１’、Ｒ１’’  フォトダイオード信号
ｔ、ｔ’  時間
ＴＮ  使用パルス持続時間
ＴＫ  補償パルス持続時間
ＴＰ，Ｎ  使用継続期間
ＴＲ１  共振期間
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【国際調査報告】
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