(57)【要約】システムは、低電力光ビーム（２０８）を生成するよう構成されるマスタ発振器（１２０）を含む。システムは、低電力光ビームを用いて高電力光ビーム（１１４）を生成するよう構成される平面導波路（ＰＷＧ）増幅器（１０４）を更に含む。ＰＷＧ増幅器は、遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する。システムは、遅軸方向に沿って低電力光ビームを変更し、速軸方向に沿って低電力光ビームを変更するよう構成される少なくとも１つの適応光学（ＡＯ）要素（１２０，１２２）を更に含む。その上、システムは、少なくとも１つのＡＯを制御するよう構成されるフィードバックループ（１１６〜１１８，３０２〜３１８）を含む。遅軸方向における変更は、ＰＷＧ増幅器によって生じた熱に基づくひずみを補償することができ、速軸方向における変更は、マスタ発振器及びＰＷＧ増幅器に関連した光学的ずれを補償することができる。
2019512882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電力光ビームを生成するよう構成されるマスタ発振器と、
前記低電力光ビームを用いて高電力光ビームを生成するよう構成される平面導波路増幅器であり、遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する前記平面導波路増幅器と、
前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更し、前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するよう構成される少なくとも１つの適応光学要素と、
前記少なくとも１つの適応光学要素を制御するよう構成されるフィードバックループと
を有するシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの適応光学要素は、前記平面導波路増幅器によって生じた熱に基づくひずみを補償するために、前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するよう構成され、
前記少なくとも１つの適応光学要素は、前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した光学的ずれを補償するために、前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するよう構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記フィードバックループは、
前記高電力光ビームのサンプルの複数の特性の測定を生成するよう構成される１つ以上のセンサと、
前記測定に基づき前記少なくとも１つの適応光学要素を制御するよう構成されるコントローラと
を有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記フィードバックループは、前記遅軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御するよう構成される第１制御ループと、前記速軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御するよう構成される第２制御ループとを有し、
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、前記サンプルの異なる特性の測定を使用するよう構成される、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、異なる周波数又はインターバルで動作するよう構成される、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、同様の周波数で動作するよう構成され、
前記第１制御ループは、前記第２制御ループによって引き起こされた前記低電力光ビームに対する変更を考慮するよう構成される、
請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
複数の適応光学要素が、前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した並進運動及び角度の両方のずれを補正するよう構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
夫々の適応光学要素が、可変形ミラー、液晶に基づく光フェーズドアレイ、空間光変調器、及びステアリングミラーのうちの１つを有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
マスタ発振器により低電力光ビームを生成することと、
遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する平面導波路増幅器により、前記低電力光ビームを増幅して高電力光ビームを生成することと、
少なくとも１つの適応光学要素により、前記遅軸方向に沿って及び前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更することと、
フィードバックループにより前記少なくとも１つの適応光学要素を制御することと
を有する方法。
【請求項１０】
前記低電力光ビームを変更することは、
前記平面導波路増幅器によって生じた熱に基づくひずみを補償するために、前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更することと、
前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した光学的ずれを補償するために、前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更することと
を有する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記フィードバックループにより前記少なくとも１つの適応光学要素を制御することは、
１つ以上のセンサから前記高電力光ビームのサンプルの複数の特性の測定を取得することと、
前記測定に基づき前記少なくとも１つの適応光学要素を制御することと
を有する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記フィードバックループは、前記遅軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する第１制御ループと、前記速軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する第２制御ループとを有し、
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、前記サンプルの異なる特性の測定を使用する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、異なる周波数又はインターバルで動作する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、同様の周波数で動作し、
前記第１制御ループは、前記第２制御ループによって引き起こされた前記低電力光ビームに対する変更を考慮する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１制御ループは、波面センサ測定、パワー・イン・ザ・バケットセンサ測定、及び線形アレイセンサ測定のうちの少なくとも１つに基づき前記遅軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御し、
前記第２制御ループは、出力電力センサ測定に基づき前記速軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ以上のセンサは、２次元カメラを有し、
前記カメラの１つの次元は、前記遅軸方向に対応し、
前記カメラの直交する次元は、前記速軸方向に対応する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
複数の適応光学要素が、前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した並進運動及び角度の両方のずれを補正する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する平面導波路増幅器がマスタ発振器によって生成された低電力光ビームを用いることによって生成された高電力光ビームのサンプルの測定を受けるよう構成される少なくとも１つのインターフェイスと、
少なくとも１つの適応光学要素を制御して、前記遅軸方向に沿って及び前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するよう構成される少なくとも１つの処理デバイスと
を有する装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの処理デバイスは、
前記平面導波路増幅器によって生じた熱に基づくひずみを補償するために、前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更し、
前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した光学的ずれを補償するために、前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更する
ように前記少なくとも１つの適応光学要素を制御するよう構成される、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの処理デバイスは、前記遅軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する第１制御ループの部分と、前記速軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する第２制御ループの部分とを形成するよう構成され、
前記少なくとも１つの処理デバイスは、異なる前記制御ループのために前記サンプルの異なる特性の測定を使用するよう構成される、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、異なる周波数又はインターバルで動作するよう構成される、
請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、同様の周波数で動作するよう構成され、
前記第１制御ループは、前記第２制御ループによって引き起こされた前記低電力光ビームに対する変更を考慮するよう構成される、
請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの処理デバイスは、
前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するように１つ以上の第１適応光学要素を制御し、
前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するように１つ以上の第２適応光学要素を制御する
よう構成される、
請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、高出力レーザシステムを対象とする。より具体的には、本開示は、高出力レーザのための２軸適応光学（ＡＯ；adaptive  optic）システムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
高出力レーザシステムは、多数の軍事的及び商業的な応用のために開発されている。いくつかのレーザシステムでは、マスタ発振器／電力増幅器（ＭＯＰＡ；master  oscillator/power  amplifier）構成が、低電力光信号を生成するためにマスタ発振器を使用し、低電力光信号は、次いで、高電力出力ビームを生成するよう電力増幅器によって増幅される。あいにく、ＭＯＰＡ構成を有する高出力レーザシステムは、様々な要因に起因して出力ビームの全体的な品質の劣化に直面することがある。それらの要因には、電力増幅器の利得媒体内で生じる熱誘発ひずみとともに、電力増幅器に対するマスタ発振器のビームのずれが含まれ得る。
【発明の概要】
【０００３】
本開示は、高出力レーザのための２軸適応光学（ＡＯ）システムを提供する。
【０００４】
第１の実施形態では、システムは、低電力光ビームを生成するよう構成されるマスタ発振器を含む。システムは、低電力光ビームを用いて高電力光ビームを生成するよう構成される平面導波路（ＰＷＧ；planar  waveguide）増幅器を更に含む。ＰＷＧ増幅器は、遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する。システムは、遅軸方向に沿って低電力光ビームを変更し、速軸方向に沿って低電力光ビームを変更するよう構成される少なくとも１つのＡＯ要素を更に含む。その上、システムは、少なくとも１つのＡＯ要素を制御するよう構成されるフィードバックループを含む。
【０００５】
第２の実施形態では、方法は、マスタ発振器により低電力光ビームを生成することを含む。方法は、ＰＷＧ増幅器により低電力光ビームを増幅して高電力光ビームを生成することを更に含む。ＰＷＧ増幅器は、遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する。方法は、少なくとも１つのＡＯ要素により、遅軸方向に沿って及び速軸方向に沿って低電力光ビームを変更することを更に含む。その上、方法は、フィードバックループにより少なくとも１つのＡＯ要素を制御することを含む。
【０００６】
第３の実施形態では、装置は、マスタ発振器によって生成された低電力光ビームを用いてＰＷＧ増幅器によって生成された高電力光ビームのサンプルの測定を受けるよう構成される少なくとも１つのインターフェイスを含む。ＰＷＧ増幅器は、遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する。装置は、少なくとも１つのＡＯ要素を制御して、遅軸方向に沿って及び速軸方向に沿って低電力光ビームを変更するよう構成される少なくとも１つの処理デバイスを更に含む。
【０００７】
他の技術的特徴は、次の図面、明細書、及び特許請求の範囲から当業者に容易に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示のより完全な理解のために、添付の図面とともに以下の説明が参照される。
【図１】本開示に従う２軸適応光学（ＡＯ）システムに対応する高出力レーザシステムの例を表す。
【図２】本開示に従う高出力レーザシステムで使用される平面導波路の例を表す。
【図３Ａ】本開示に従う２軸ＡＯシステムで使用されるセンサ配置の例を表す。
【図３Ｂ】本開示に従う２軸ＡＯシステムで使用されるセンサ配置の例を表す。
【図４】本開示に従う２軸ＡＯシステムで使用されるＡＯコントローラの例を表す。
【図５】本開示に従う高出力レーザシステムにおける２軸ＡＯ補正のための方法の例を表す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下で説明される図１乃至５、及び本開示において本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、単に実例であり、発明の範囲を制限するよう決して解釈されるべきではない。当業者であれば、本発明の原理が、適切に配置された如何なるタイプのデバイス又はシステムでも実装され得ることを理解するだろう。
【００１０】
図１は、本開示に従う２軸適応光学（ＡＯ）システムに対応する、例となる高出力レーザシステム１００を表す。図１に示されるように、レーザシステム１００は、マスタ発振器１０２と、平面導波路（ＰＷＧ）増幅器１０４とを含む。レーザシステム１００は、従って、マスタ発振器／電力増幅器（ＭＯＰＡ）構成を具える。
【００１１】
マスタ発振器１０２は、一般に、低電力光信号を生成するよう動作する。低電力光信号は、比較的低い電力を有している如何なる適切な光信号も示し得る。例えば、低電力光信号は、連続波（ＣＷ；continuous  wave）出力、連続パルス列（ＣＰＴ；continuous  pulse  train）、パルスバースト、又は様々な他の波形のいずれか、を有している光信号を含んでよい。マスタ発振器１０２は、１つ以上の低電力光信号を生成するための如何なる適切な構造も含む。いくつかの実施形態において、マスタ発振器１０２は、ファイバーレーザを含む。
【００１２】
ＰＷＧ増幅器１０４は、マスタ発振器１０２からの低電力光信号と、ポンプ電力とを受ける。ＰＷＧ増幅器１０４は、一般に、低電力光信号を増幅して高電力光信号を生成するよう動作する。例えば、ＰＷＧ増幅器１０４は、低電力ＣＷ又は他の光信号を、１０キロワット又はそれ以上の電力を有する高電力ＣＷ又は他の光信号へと増幅し得る。受け取られたポンプ電力は、この増幅のためにＰＷＧ増幅器の利得媒体における必要な反転分布を提供する。
【００１３】
ＰＷＧ増幅器１０４の利得媒体は、平面導波路を用いて形成される。その例は図２に示されている。図２に示されるように、平面導波路２００は、一般に、コア領域２０２と、１つ以上のクラッド層２０４ａ〜２０４ｂとを含む構造を示す。コア領域２０２は、少なくとも１つの特定の波長の光信号に応答する活性イオン種をドープされており、１つ以上のクラッド層２０４ａ〜２０４ｂは、光学的に透明であり、コア領域２０２に接している。クラッド層２０４ａ〜２０４ｂの入力又は出力面に対する反射防止コーティング２０６のような、多数の追加の機構が、使用されてよい。マスタ発振器１０２からの信号ビーム２０８は、平面導波路２００のコア領域２０２に結合され、ポンプ光２１０は、光増幅器のためのポンプ電力を供給するようコア領域２０２及び／又は１つ以上のクラッド層２０４ａ〜２０４ｂに結合される。コア領域２０２及びクラッド層２０４ａ〜２０４ｂの屈折定数及び誘電定数の指数は異なっており、信号ビーム２０８の光信号を反射する境界を生じさせる。平面導波路２００は、従って、その狭い方の次元（“速軸”又は“誘導軸”方向と呼ばれる。）では信号ビーム２０８の光信号を導くよう動作するが、その広い方の次元（“遅軸”又は“無誘導軸”方向と呼ばれる。）ではそのように動作しない。平面導波路２００は、如何なる適切な方法でも如何なる適切な材料からも形成され得る。
【００１４】
図１に戻ると、リレーオプティクス１０６は、マスタ発振器１０２からの光信号を２軸ＡＯシステム１０８に向け、リレーオプティクス１１０は、ＡＯシステム１０８からの光信号ＰＷＧ増幅器１０４に向ける。リレーオプティクス１０６及び１１０はまた、ＡＯシステム１０８及びＰＷＧ増幅器１０４への注入のために夫々必要に応じて光信号の断面寸法を変更することができる。リレーオプティクス１０６及び１１０の夫々は、光信号を方向付ける又は整形するための如何なる適切な光学デバイスも含む。
【００１５】
ＡＯシステム１０８は、一般に、光信号がＰＷＧ増幅器１０４に達する前に、マスタ発振器１０２からの光信号を変更するよう動作する。例えば、ＡＯシステム１０８は、ＰＷＧ増幅器１０４内で生じる、熱的に誘発された光学位相ひずみを実質的に又は完全に補償するために、マスタ発振器１０２からの光信号の位相プロファイルを予めひずませることができる。ＡＯシステム１０８はまた、マスタ発振器１０２からの光信号の振幅及び位相の両方ともを予めひずませることができる。ＡＯシステム１０８は、２軸チップ／チルトアライメント制御及び高次ビーム制御のための別個の制御デバイスを更に含んでよい。その上、ＡＯシステム１０８は、マスタ発振器／電力増幅器ビームラインにおける光学コンポーネントのずれを補正することができる。ＡＯシステム１０８に関する更なる詳細については、以下で与えられている。
【００１６】
ＰＷＧ増幅器１０４によって生成された高電力出力ビームは、ビームスプリッタ１１２に向けられる。ビームスプリッタ１１２は、高電力出力ビームの実質的な部分をシステム高電力出力ビーム１１４として供給する。ビームスプリッタ１１２はまた、高電力出力ビームの少量をＡＯシステム１０８のフィードバックループへのサンプルとして供給する。とりわけ、フィードバックループは、ＡＯシステム１０８内のＡＯ要素の動作を制御及び変更するために使用される。ビームスプリッタ１１２は、光信号を分配するための如何なる適切な構造も含む。
【００１７】
フィードバックループは、ここで、１つ以上の光センサ１１６と、ＡＯコントローラ１１８とを含む。光センサ１１６は、高電力出力ビーム１１４のサンプルの測定を生成し、それらの測定をＡＯコントローラ１１８へ出力する。ＡＯコントローラ１１８は、測定を使用して、出力ビーム１１４の品質を高める又は最大にするために如何にしてＡＯシステム１０８内のＡＯ要素の動作を変更すべきかを決定する。ここではＰＷＧ増幅器１０４の前に存在するものとして示されているが、他の又は追加のＡＯ機能がＰＷＧ増幅器１０４の後に位置し、ＡＯコントローラ１１８によって制御されてよい点に留意されたい。
【００１８】
以下で更に詳細に記載されるように、ＡＯシステム１０８は、マスタ発振器の信号ビームを複数の軸、すなわち、図２に示されている平面導波路２００の遅軸及び速軸に沿って変更するよう動作する。光センサ１１６は、ＡＯシステム１０８を制御するためにＡＯコントローラ１１８によって使用される測定を供給する。実際上、これは複数の制御ループを形成し、少なくとも１つの制御ループは速軸方向のためであり、少なくとも１つの制御ループは遅軸方向のためである。更には、異なるセンサ測定は異なる制御ループにおいて使用され、速軸制御ループ及び遅軸制御ループが高電力出力ビーム１１４の異なるメトリクスに基づくことを可能にする。
【００１９】
光センサ１１６は、光信号のサンプルの１つ以上の特性を測定するための如何なる適切な構造も含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の光センサ１１６が、平面導波路２００の遅軸方向において及び速軸方向において出力ビーム１１４のサンプルの測定を捕捉するために使用される。これは、１つの多次元光センサを用いて、あるいは、複数の１次元（１Ｄ）又は多次元光センサを用いて、達成され得る。特定の例として、２次元カメラがサンプルの測定を捕捉するために使用されてよく、カメラの１つの次元は遅軸方向に対応し、カメラの直交する次元は速軸方向に対応する。光センサ１１６の他の例となる実施は、以下で説明される図３Ａ及び３Ｂに示されている。
【００２０】
ＡＯコントローラ１１８は、適応光学要素の動作を制御するための如何なる適切な構造も含む。例えば、ＡＯコントローラ１１８は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、又はディスクリート論理デバイスのような、１つ以上の処理デバイスを含んでよい。ＡＯコントローラ１１８は、処理デバイスによって使用、生成、又は収集された命令又はデータを記憶するよう構成される１つ以上のメモリを更に含んでよい。ＡＯコントローラ１１８は、他のコンポーネント又はシステムとの通信を容易にするよう構成される１つ以上のインターフェイスを更に含んでよい。
【００２１】
上述されたように、ＭＯＰＡ構成を有している高出力レーザシステムは、様々な要因に起因して出力ビームの全体的な品質の劣化に直面することがある。それらの要因には、ＰＷＧ増幅器の平面導波路内で生じる熱誘発位相ひずみが含まれ得る。従来のＰＷＧ増幅器では、平面導波路におけるコア領域の厚さは十分に小さく、且つ、コア領域とクラッド層との間の屈折の差の指数は十分に小さく、それにより、低次の導波モードのみが低損失で伝播することを可能にされる。これは、ＰＷＧ増幅器における熱ひずみに関わらず、ＰＷＧ増幅器の速軸方向においてマスタ発振器の信号ビームについて高いビーム品質を保つのを助ける。マスタ発振器の信号モードを最低次導波路モードに合わせることによって、ＰＷＧ増幅器の単一モード動作が得られる。
【００２２】
従来のＰＷＧ増幅器の設計のために、しかしながら、ＰＷＧ増幅器の横断面の遅軸方向では誘導又はモード制御が存在しない。結果として、ＰＷＧ増幅器の遅軸にわたる温度差により生じる熱ひずみは、信号ビームがＰＷＧ増幅器の長さを横切るにつれて、遅軸にわたってマスタ発振器の信号ビームにおいて有意な位相ひずみを生じさせることがあり得る。そのような温度差は、（ｉ）ＰＷＧ増幅器の一様なポンピング、（ｉｉ）ポンピングプロセスによるＰＷＧ増幅器において堆積されたエネルギの非一様な誘導放出抽出、（ｉｉｉ）自然放射増幅光（ＡＳＥ；amplified  spontaneous  emission）及び寄生レージングのような有害なメカニズムによりエネルギの非一様な抽出、（ｉｖ）冷却要素に対する非一様な熱接触抵抗、並びに（ｖ）冷却要素における熱効率の非一様性のような、様々な理由により起こる可能性がある。これは、温度による屈折率の大きな変化（すなわち、高いｄｎ／ｄｔ）を伴う平面導波路にとって特に問題となり得る。熱的作用の重大性に応じて、ＰＷＧ増幅器からの出力ビームは、熱的に誘発された収差に起因して実質的に劣化されることがある。
【００２３】
ＭＯＰＡ構成はまた、マスタ発振器からの信号ビームが電力増幅器に入る場合に、その信号ビームのずれに起因して、出力ビームの全体的な品質の劣化に直面することがある。例えば、電力増幅器の平面導波路における電力損失は、マスタ発振器からの信号ビームが平面導波路２００のコア領域２０２に入る場合に、その信号ビームの口径食（vignetting）により起こり得る。この口径食は、並進運動のずれにより引き起こされることがあり、特に、平面導波路２００の速軸において深刻である。電力損失は、導波路表面によって部分的にのみ反射される光線の漏れによっても起こり得る。これは、平面導波路２００の速軸における角度のずれに起因し得る。電力損失は更に、主として、平面導波路２００のより敏感な速軸において、並進運動及び角度のずれの組み合わせに起因し得る。総じて、マスタ発振器の信号ビームのずれは、信号ビームが電力増幅器に入る場合に、少なくとも平面導波路２００の基本モード内で測定される出力ビーム１１４の全体的な電力を低減させる。あいにく、マスタ発振器／電力増幅器ビームライン内のずれは、時間にわたって変化し得る。たとえコンポーネントが製造又は設置の間に完ぺきに整列されるとしても、例えば、動作温度下での光学マウント又は構造の相対的なスリップ動作又は変形、あるいは、野外での衝撃及び振動条件に起因して、後にずれが起こり得る。
【００２４】
従来のアプローチは、典型的に、高電力出力ビームにおいてポインティング及び波面の誤差を補正するために、出力ビーム経路（電力増幅器の後に続く。）において高電力適応光学を使用する。しかし、それらのアプローチは、マスタ発振器／電力増幅器ビームラインにおける、特に、平面導波路のより敏感な速軸における光学コンポーネントのずれを補正することができない。
【００２５】
本開示に従って、ＡＯシステム１０８は、マスタ発振器１０２からの信号ビームの２軸変更を提供する。２軸変更は、光センサ１１６によってＡＯコントローラ１１８へ供給されるフィードバックに基づく。ＡＯシステム１０８による信号ビームの変更は、ＰＷＧ増幅器１０４の平面導波路２００内で生じる熱的に誘発された収差を補正するのを助ける。例えば、マスタ発振器１０２からの信号ビームの位相プロファイルは、ＡＯシステム１０８によって予めひずまされ得る。それにより、ＰＷＧ増幅器１０４によって生じた位相ひずみが現れると、高電力出力ビーム１１４は、（理想的に、）熱的に誘発されたひずみが実質的にない。ＡＯシステム１０８による信号ビームの変更はまた、マスタ発振器／電力増幅器ビームラインにおけるずれを補正するのを助ける。
【００２６】
図１において、ＡＯシステム１０８は１つ以上のＡＯ要素１２０〜１２２（本例では２つのＡＯ要素）を含む。夫々のＡＯ要素１２０〜１２２は、光信号を変更するよう構成された構造を示す。例えば、夫々のＡＯ要素１２０〜１２２は、低電力可変形ミラー、液晶に基づく光フェーズドアレイ（ＯＰＡ；optical  phased  array）若しくは他の空間光変調器、又はステアリングミラーを示してよい。ＡＯ要素１２０〜１２２はマスタ発振器１０２とＰＷＧ増幅器１０４との間に位置しているので、ＡＯ要素１２０〜１２２は、ＡＯ要素がＰＷＧ増幅器１０４の後にある場合に必要とされる高電力光学デバイスとは対照的に、マスタ発振器の信号ビームに作用する低電力光学デバイスである。
【００２７】
１つ以上のＡＯ要素１２０〜１２２は、平面導波路２００の速軸及び遅軸の両方においてマスタ発振器１０２からの信号ビームの変更を提供するよう構成される。１つ以上のＡＯ要素１２０〜１２２は、例えば、ＰＷＧ増幅器１０４の平面導波路２００で生じる熱的に誘発された収差を補償するのを助けるよう、遅軸方向においてマスタ発振器１０２からの信号ビームを変更することができる。１つ以上のＡＯ要素１２０〜１２２は、更に、又は代替的に、例えば、マスタ発振器／電力増幅器ビームラインにおけるずれを補償するのを助けるよう、速軸方向においてマスタ発振器１０２からの信号ビームを変更することができる。
【００２８】
実施に応じて、同じＡＯ要素が、マスタ発振器１０２からの信号ビームの速軸及び遅軸の両方ともの変更のために使用されてよく、あるいは、異なるＡＯ要素が、マスタ発振器１０２からの信号ビームの速軸変更及び遅軸変更のために使用されてよい。例えば、夫々のＡＯ要素１２０〜１２２は単軸制御を提供してよく、ＡＯ要素１２０〜１２２の軸は直交する。１つのＡＯ要素は、もっぱら遅軸方向におけるビーム変更のために使用されてよく、他のＡＯ要素は、もっぱら速軸方向におけるビーム変更のために使用されてよい。特定の例として、第１ＡＯ要素１２０は、もっぱら速軸方向において信号ビームを制御し、高次補正によらずに信号ビームをステアリングし得る。第２ＡＯ要素１２２は、もっぱら遅軸方向において信号ビームを制御し、（出力センサのアクチュエータスペーシング及び分解能によって設定されるもののような、特定の制限までの）適応光学補正の全空間次数を提供することができる。
【００２９】
また、１つ又は複数のＡＯ要素１２０〜１２２が、マスタ発振器１０２からの信号ビームの速軸変更のために使用されてよく、１つ又は複数のＡＯ要素１２０〜１２２が、マスタ発振器１０２からの信号ビームの遅軸変更のために使用されてよい。例えば、複数の光軸位相制御要素又は他のＡＯ要素１２０〜１２２は、マスタ発振器１０２からの信号ビームの並進運動及び角度のずれを制御するために使用されてよい。
【００３０】
ＡＯコントローラ１１８は、光センサ１１６からの測定に基づき１つ以上のＡＯ要素１２０〜１２２の動作を制御する。後述されるいくつかの実施形態では、ＡＯコントローラ１１８は、（ｉ）波面及び／又は遠方界センサ測定に基づき出力ビーム１１４の位相面の形状を決定するよう、及び（ｉｉ）マスタ発振器１０２からの信号ビームの遅軸補正を引き起こすように１つ以上のＡＯ要素１２０〜１２２へ入力される制御コマンドを得るよう、動作する。これは、マスタ発振器の信号ビーム２０８の位相面を予めひずませること、及び出力ビーム１１４において波面誤差を補正することを助ける。ＡＯコントローラ１１８はまた、（ｉｉｉ）出力電力測定に基づきマスタ発振器１０２からの信号ビームの速軸補正を引き起こすように１つ以上のＡＯ要素１２０〜１２２へ入力される制御コマンドを得るよう動作する。これは、マスタ発振器の信号ビーム２０８がＰＷＧ増幅器１０４のコア領域に入るときに信号ビーム２０８を整列させるのを助ける。特定の実施形態において、ＡＯコントローラ１１８は、出力ビーム１１４の電力を最大にし、出力ビーム１１４をそのピーク電力に保つために、ヒルクライミング（hill-climbing）アルゴリズム又は他のアルゴリズムを使用して速軸ＡＯ要素を制御する。
【００３１】
平面導波路２００の速軸方向及び遅軸方向は直交するので、１つの軸においてマスタ発振器の信号ビームを変更する制御は、他の軸においてマスタ発振器の信号ビームを変更する制御から実質的に独立し得ると期待される。言い換えれば、速軸方向における信号ビームに対する変更は、信号ビームの遅軸特性に影響を及ぼさないことが可能であり、その逆も同様である。しかし、これは事実である必要はなく、かかる実施形態において、ＡＯコントローラ１１８は、速軸ＡＯ制御ループと遅軸ＡＯ制御ループとの間のコンペティションを低減又は回避するための措置を講じ得る。例えば、いくつかの実施形態において、ＡＯコントローラ１１８は、例えば、ずれのための速軸制御がビーム品質のための遅軸制御よりもずっと遅く（それほど頻繁でなく）起こることを確かにすることによって、それらの制御ループが異なる周波数又はインターバルで起こるようにＡＯ制御ループを動作させる。これは、遅い方のずれ補正ループが速い方のビーム品質補正ループの波面補正を損なうことを防ぐのを助けることができる。他の実施形態では、ＡＯ制御ループは同様の帯域幅（周波数）で機能してよく、速軸補正の結果として起こる遅軸ひずみは、遅軸補正のために使用されるＡＯ制御信号を変更することによってアルゴリズム的に考慮及び補償され得る。
【００３２】
図１は、２軸ＡＯシステム１０８に対応する高出力レーザシステム１００の一例を表すが、様々な変更が図１に対して行われてよい。例えば、夫々のコンポーネントはいくつでもレーザシステム１００において使用されてよい。特定の例として、単一のＰＷＧ増幅器１０４よりむしろ、連続したＰＷＧ増幅器１０４が使用されてよい。図２は、高出力レーザシステムで使用される平面導波路２００の一例を表すが、様々な変更が図２に対して行われてよい。例えば、コア領域２０２は平面である必要はなく、先細形状を有してよく、及び／又はクラッド層２０４ａ〜２０４ｂは対称である必要はない。
【００３３】
図３Ａ及び３Ｂは、本開示に従う２軸ＡＯシステムで使用されるセンサ配置の例を表す。特に、図３Ａ及び３Ｂは、図１のＡＯシステム１０８内の光センサ１１６が実装され得る方法の例を表す。しかし、上述されたように、様々な個々のセンサ又はセンサの組み合わせが光センサ１１６として使用されてよく、図３Ａ及び３Ｂは、そのような実施の非制限的な例にすぎない。光センサ１１６の他の実施も使用されてよい。
【００３４】
図３Ａに示されるように、高電力出力ビームのサンプルがビームスプリッタ１１２から受け取られ、ビームスプリッタ３０２は、サンプルの部分を１つ以上のセンサ３０４〜３０６へ供給する。センサ３０４〜３０６は、サンプルの測定を生成し、それらの測定をＡＯコントローラ１１８へ出力する。例えば、センサ３０４は、遅軸波面（ＷＦ；wavefront）センサ及び／又は遠方界ビーム品質（ＢＱ；beam  quality）センサを示してよく、ＰＷＧ増幅器１０４の出力部に配置され、ＡＯコントローラ１１８への入力を供給することができる。ＡＯコントローラ１１８は、波面及び／又は遠方界データを処理し、１つ以上のＡＯ要素１２０〜１２２に、遅軸方向においてマスタ発振器１０２からの信号ビームを変更するよう命じる。これは、例えば、ＰＷＧ増幅器１０４の平面導波路２００内の熱的に誘発された収差を補償するのを助けることができる。一般に、センサ３０４は、出力ビーム１１４における位相ひずみを示す如何なる適切な特性も測定してよい。
【００３５】
センサ３０６は、光電力センサを示してよく、同じくＰＷＧ増幅器１０４の出力部に配置され、別の入力をＡＯコントローラ１１８へ供給する。ＡＯコントローラ１１８は、光電力データを処理し、１つ以上のＡＯ要素１２０〜１２２に、速軸方向においてマスタ発振器１０２からの信号ビームを変更するよう命じる。これは、例えば、マスタ発振器／電力増幅器ビームラインのずれを補償するのを助けることができる。光電力センサは、平面導波路２００のトータルの光電力又は基本モードにおける光電力を測定してよい。一般に、センサ３０６は、出力ビーム１１４における出力電力を示す如何なる適切な特性も測定してよい。
【００３６】
ここで分かるように、センサ３０４〜３０６は、異なる測定を異なるＡＯ制御ループへ供給する。これは、速軸制御ループ及び遅軸制御ループが高電力出力ビーム１１４の異なるメトリクスに基づくことを可能にする。この構成では、制御信号は直交するので、これは、異なるＡＯデバイスが同様の帯域幅で作動することを可能にする。
【００３７】
図３Ｂは、センサ３０４の１つの具体的な実施を示す。上述されたように、ビームスプリッタ３０２は、高電力出力ビーム１１４のサンプルの部分をセンサ３０４へ供給する。この例では、センサ３０４は、波面センサ（ＷＦＳ；wavefront  sensor）３０８及び／又はパワー・イン・ザ・バケット（ＰＩＢ；power-in-the-bucket）センサ若しくは線形アレイセンサ３１０を用いて実装されている。両方ともが使用される場合に、高電力出力ビーム１１４のサンプルをセンサ３０８〜３１０のための複数のサンプル信号に分けるために、追加のビームスプリッタ３１２が使用され得る。リレーオプティクス３１４は、サンプル信号のうちの１つをスリット構造３１８に（ＰＩＢセンサが使用される場合）、又は直接にセンサ３１０に（線形アレイが使用される場合）集束又は再整形するために使用され得る。
【００３８】
波面センサ３０８は、ＰＷＧ増幅器１０４の遅軸にわたって高電力出力ビーム１１４のサンプルにおける位相ひずみを検知するよう構成される。波面センサ３０８は、波面データをＡＯコントローラ１１８へ出力する。ＡＯコントローラ１１８は、マスタ発振器１０２からの信号ビームを如何にして予めひずませるかを決定する際に波面データを使用する。波面センサ３０８は、位相ひずみを測定するための如何なる適切な構造も含む。特定の例として、波面センサ３０８は、線形円柱レンズアレイを具えた１次元のシャックハルトマン（Shack-Hartman）センサ及び１Ｄ半導体光検出アレイを含んでよい。シャックハルトマンセンサは、典型的に、ビーム開口を複数のサブアパーチャに分けるようレンズアレイを用いてビームプロファイルにわたるいくつかの位置でひずんだ位相面のチルトを測定し、光検出器は、焦点の位置ずれを測定して、サブアパーチャチルトを導出するよう、サブアパーチャの焦点に位置する。干渉計及び位相ダイバーシティ受信器のような、他の技術及びデバイスが、位相面検知のために使用されてよい。オプティクス３１４は、ＰＷＧ増幅器１０４の出射孔を波面センサ３０８に再結像するためにここでは使用され得る。オプティクス３１４は、光信号を集束又は再整形するための如何なる適切な光学デバイスも含む。
【００３９】
センサ３１０は、ＰＩＢセンサとして実装される場合に、スリット構造３１８を介して出力ビーム１１４のサンプルの一部を取得し、高いビーム品質を有しているビームプロファイルの部分の一部のみが受け取られることを確かにするのを助ける。この部分は、“パワー・イン・ザ・バケット”（ＰＩＢ）を測定するようＰＩＢセンサ３１０によって測定される。それは、高電力出力ビーム１１４の遠方界ビーム品質測定を示す。ＰＩＢセンサ３１０は、単一の光検出器又は一群の光検出器のような、遠方界ビーム品質測定を捕捉するための如何なる適切な構造も含む。オプティクス３１６は、高電力出力ビーム１１４のサンプルをスリット構造３１８に集束するためにここでは使用され得る。オプティクス３１６は、光信号を集束又は再整形するための如何なる適切な光学デバイスも含む。スリット構造３１８は、光が通ることができるスリットを画定する如何なる適切な構造も含む。
【００４０】
センサ３１０は、線形アレイとして実装される場合に、ＰＷＧ増幅器１０４の出力部で遠方界ビームプロファイルを測定することができるイメージングセンサのアレイを示す。線形アレイは、従って、ＰＷＧ増幅器１０４の遅軸においてＰＷＧ増幅器の出射ビームプロファイルを測定するために使用され得る。線形アレイは、光ビーム又はその部分を結像するための如何なる適切な構造も示す。
【００４１】
様々なアルゴリズムが、波面、ＰＩＢ、又は線形アレイ測定を処理し、マスタ発振器の信号ビームの遅軸変更のための制御信号を生成するために、ＡＯコントローラ１１８によって使用され得る。例えば、いくつかの実施形態において、ＡＯコントローラ１１８は、高速な、高帯域、低空間次数の補正を提供するために波面センサを使用する。特定の実施形態において、これは、波面データをルジャンドル（Legendre）又はチェビシェフ（Chebyschev）多項式のような１Ｄ直交多項式に分解し、行列乗算プロセスを低次数項に適用して、１Ｄ可変形ミラー又は他の適応光学のためのアクチュエータコマンドを直接得ることによって、行われ得る。ＡＯコントローラ１１８はまた、遅い、低帯域幅の、より正確な高空間次数補正を提供するために、ＰＩＢ又はアレイ測定を使用してよい。特定の実施形態において、これは、位相ひずみの時間的展開がどちらかといえば安定した状態であるので、（場合により、手探り法で）異なる重みを多項式の項に連続的に適用して遠方界ビーム品質を改善することによって、行われ得る。
【００４２】
いくつかの実施形態において、ＡＯコントローラ１１８は、米国特許第８７８７７６８号（これをもって参照により援用される。）で記載されている前置ひずみアプローチを使用してよい。かかる技術は、１Ｄ多項式分解に基づく上記のアルゴリズムの性能を高めるために、空間波形に適用され得る。かかる技術はまた、マスタ発振器１０２が最初にオンし、ＰＷＧ増幅器１０４が高い利得に立ち上げられた後の短時間の過渡期に前置ひずみプロセスの“始動を促進する”（kick-start）ためのメカニズムを含む。その上、アルゴリズム又はルックアップテーブルは、例えば、レーザシステム１００の１つのエンゲージメントの終わりから次のエンゲージメントの始まりまでの間のＰＷＧレーザ媒質における決定的な熱的変化に起因して起こる波面の変化に適応するために使用されてよい。特定の実施形態において、アルゴリズム的計算又はルックアップテーブルの結果は、上記の直交多項式に適用される係数及び／又はスケーリングパラメータの組を含んでよい。
【００４３】
ＡＯコントローラ１１８はまた、ＰＷＧ増幅器１０４の出力部での改善された波面補正のために前置ひずみ信号を調整するよう、１つ以上の逆伝播アルゴリズムの使用をサポートしてよい。この機能をサポートするよう、ＡＯコントローラ１１８は、少なくとも１つの波動光学伝播モデルを含んでよく、これは、ＰＷＧ増幅器１０４及びレーザシステム１００の他のコンポーネントの中で如何にして光がひずみ得るかを数学的に表す。ＡＯコントローラ１１８は、出力ビーム１１４のひずんだ波面の形状を特定するために波面センサ３０８からの測定を使用することができる。ＡＯコントローラ１１８は、次いで、ＰＷＧ増幅器１０４の出力側で測定されたひずんだ波面を、ＡＯ要素１２０〜１２２のうちの１つ以上が位置している光学的波面へ“逆方向に伝播させる”（back  propagate）ために、モデルを使用することができる。ＡＯコントローラ１１８は、ＡＯ要素１２０〜１２２のうちの１つ以上がマスタ発振器の信号ビームを如何にして予めひずませるべきかを決定する際にこの情報を使用する。
【００４４】
如何なる適切なモデルも、ＰＷＧ増幅器１０４及びレーザシステム１００で使用される他のコンポーネントに基づき生成されてよい。例えば、いくつかの実施形態において、ＰＷＧ増幅器１０４によって生じる位相ひずみは、ＰＷＧ増幅器１０４の長さに沿って一様に分布していると考えられる。逆伝播プロセスは、波面センサ３０８の開口から開始する。角度、ウェーブレット、又は他のデジタル伝播ルーチンが、システム１００内の１つの位置から次の位置までの振幅及び位相面の変化を計算するために使用され得る。ビームのエッジ近くでのエイリアシングを回避するために、伝播する位相面を表すよう十分に大きいアレイサイズを使用することに注意が払われ得る。他の実施形態では、位相ひずみは、ＰＷＧ増幅器１０４を通る光学経路に沿って非一様にモデル化され得る。例えば、振幅及び位相面の変化の計算は、ＰＷＧ増幅器１０４の端部近く、及び／又はＰＷＧ増幅器１０４の温度勾配が最も高い領域のように、熱ひずみが最大であるところの最も密接にグループ化された場所について行われ得る。最大の熱ひずみの領域は、如何なる適切な方法においても、例えば、特定の光学ポンピング及びレーザ電力抽出条件下でのＰＷＧ増幅器１０４の有限要素熱分析を通じて、実際の動作中のＰＷＧ増幅器１０４のサーモグラフィを使用して、又はその他の熱分析技術を使用して、特定され得る。
【００４５】
図３Ａ及び３Ｂは、２軸ＡＯシステム１０８で使用されるセンサ配置の例を表すが、様々な変更が図３Ａ及び３Ｂに対して行われてよい。例えば、上述されたように、単一のセンサ（例えば、２次元カメラ）が、複数の軸に沿ってセンサ測定を捕捉するために使用されてよい。また、波面センサ３０８及びＰＩＢ／線形アレイセンサ３１０の両方（並びにそれらの関連するコンポーネント）が、図３Ｂではフィードバックループにおいて使用されている。しかし、波面測定のみ又はＰＩＢ／線形測定のみを使用することが可能であり、その場合に、他の測定のためのコンポーネントは削除されてよく、ビームスプリッタ３１２は削除されるか、又はミラーのような他の光学デバイスと置換されてよい。
【００４６】
図４は、本開示に従う２軸ＡＯシステムで使用される、例となるＡＯコントローラ１１８を表す。図４に示されるように、ＡＯコントローラ１１８はバスシステム４０２を含む。バスシステム４０２は、少なくとも１つの処理デバイス４０４と、少なくとも１つの記憶デバイス４０６と、少なくとも１つの通信ユニット４０８と、少なくとも１つの入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット４１０との間の通信をサポートする。
【００４７】
処理デバイス４０４は、メモリ４１２にロードされ得る命令を実行する。命令は、遅軸及び速軸適応光学制御計算のような、ＡＯコントローラ１１８の如何なる適切な機能をもサポートしてよい。処理デバイス４０４は、如何なる適切な配置においても如何なる適切な数及びタイプのプロセッサ又は他のコンピュータ装置も含んでよい。処理デバイス４０４のタイプの例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、及びディスクリート回路がある。
【００４８】
メモリ４１２及び永続性記憶装置４１４は、記憶デバイス４０６の例であり、情報（例えば、一時的又は永続的なデータ、プログラムコード、及び／又は他の適切な情報）を記憶すること及び情報の読み出しを容易にすることが可能な如何なる適切な構造も表す。メモリ４１２は、ランダムアクセスメモリ又は何らかの他の適切な揮発性若しくは不揮発性記憶デバイスを表し得る。永続性記憶装置４１４は、リードオンリーメモリ、ハードドライブ、フラッシュメモリ、又は光ディスクのような、データの長期記憶をサポートする１つ以上のコンポーネント又はデバイスを含んでよい。
【００４９】
通信ユニット４０８は、他のシステム又はデバイスとの通信をサポートする。例えば、通信ユニット４０８は、センサ３０４〜３０６及びＡＯ要素１２０〜１２２との通信を容易にするワイヤレストランシーバ又はネットワークインターフェイスカードを含んでよい。通信ユニット４０８は、如何なる適切な物理的又はワイヤレス通信リンクを通じた通信もサポートしてよい。
【００５０】
Ｉ／Ｏユニット４１０は、データの入力及び出力を可能にする。例えば、Ｉ／Ｏユニット４１０は、キーボード、マウス、キーパッド、タッチスクリーン、又は他の適切な入力装置を通じたユーザ入力のための接続を設けてよい。Ｉ／Ｏユニット４１０はまた、出力をディスプレイ、プリンタ、又は他の適切な出力装置へ送ってよい。
【００５１】
図４は、２軸ＡＯシステム１０８で使用されるＡＯコントローラ１１８の一例を表すが、様々な変更が図４に対して行われてよい。例えば、図４の様々なコンポーネントは組み合わされ、更に細分され、あるいは、削除されてよく、追加のコンポーネントが特定のニーズに応じて加えられてよい。また、コンピュータ装置は、多種多様な構成で現れることができ、図４は、本開示を如何なる特定のレーザコントローラにも制限しない。
【００５２】
図５は、本開示に従う高出力レーザシステムにおける２軸ＡＯ補正のための、例となる方法５００を表す。説明の簡単のために、方法５００は、図１のレーザシステム１００で動作するＡＯシステム１０８に関して記載される。しかし、方法５００は、如何なる適切なシステムにおいても、如何なる適切なデバイスによっても使用されてよい。
【００５３】
図５に示されるように、信号ビームは、ステップ５０２で、マスタ発振器により生成され、そして、信号ビームは、ステップ５０４で、高電力出力ビームを生成するようＰＷＧ増幅器により増幅される。これは、例えば、マスタ発振器１０２が、所望の波形を有する低電力信号ビームを生成することを含んでよい。これは更に、ＰＷＧ増幅器１０４が、高電力出力ビーム１１４を生成するよう（例えば、レーザダイオードの１つ以上のアレイからの）ポンプ電力を用いて低電力信号ビームを増幅することを含んでよい。
【００５４】
高電力出力ビームのサンプルの特性は、ステップ５０６で測定され、ステップ５０８でＡＯコントローラによって取得される。これは、例えば、光センサ１１６が、高電力出力ビーム１１４の波面、パワー・イン・ザ・バケット、線形アレイ、又は出力電力測定を捕捉することを含んでよい。これは更に、光センサ１１６が測定をＡＯコントローラ１１８へ供給することを含んでよい。
【００５５】
ＡＯコントローラは、ステップ５１０で、マスタ発振器の信号ビームの１つ以上の速軸特性及び１つ以上の遅軸特性を如何にして調整すべきかを決定する。これは、例えば、ＡＯコントローラ１１８が、マスタ発振器の信号ビームの１つ以上の遅軸特性を如何にして調整すべきかを決定するために、光センサ１１６からの波面、パワー・イン・ザ・バケット、又は線形アレイ測定を使用することを含んでよい。特定の例として、ＡＯコントローラ１１８は、１つ以上のＡＯ要素がマスタ発振器の信号ビームの位相プロファイルを如何にして予めひずませることができるかを決定するために、波面、パワー・イン・ザ・バケット、又は線形アレイ測定を使用してよい。これは更に、ＡＯコントローラ１１８が、マスタ発振器の信号ビームの１つ以上の速軸特性を如何にして調整すべきかを決定するために、出力電力測定を使用することを含んでよい。特定の例として、ＡＯコントローラ１１８は、出力ビーム１１４に含まれる電力を増大又は最大にする手段として、１つ以上のＡＯ要素がマスタ発振器の信号ビームをＰＷＧ増幅器コアと如何にして整列させることができるかを決定するために、出力電力測定を使用してよい。
【００５６】
１つ以上の制御信号が、ステップ５１２で、生成され、１つ以上のＡＯ要素へ供給され、そして、１つ以上のＡＯ要素は、ステップ５１４で、制御信号に基づき、マスタ発振器の信号ビームの速軸及び遅軸特性を調整する。これは、例えば、ＡＯ要素のうちの少なくとも１つ（例えば、要素１２０）が、マスタ発振器／電力増幅器ビームラインのずれを低減又は除去するよう、速軸補正を提供することを含んでよい。これは更に、ＡＯ要素のうちの少なくとも１つ（例えば、要素１２２）が、出力ビーム１１４において位相ひずみを低減又は除去するよう、遅軸補正を提供することを含んでよい。上述されたように、単一のＡＯ要素が、補正の両方の形態を提供するために使用されてよく、あるいは、複数のＡＯ要素が、補正の各形態を提供するために使用されてよい。
【００５７】
上述されたように、ＡＯコントローラ１１８によって行われる速軸及び遅軸計算は、様々な方法で行われ得る点に留意されたい。例えば、ずれのための速軸計算は、ビーム品質のための遅軸計算よりもずっと遅く又はそれほど頻繁でなく行われ得る。他の例として、速軸制御ループ及び遅軸制御ループは同様の帯域幅で動作してよく、遅軸補正信号は、ずれ補正から起こる波面変化を考慮に入れるようアルゴリズム的に補正され得る。
【００５８】
図５は、高出力レーザシステムにおける２軸ＡＯ補正のための方法５００の一例を表すが、様々な変更が図５に対して行われてよい。例えば、一連のステップとして示されているが、図５の様々なステップは重なり合っても、同時に起こっても、異なる順序で起こっても、あるいは、何度でも起こってもよい。特定の例として、ステップ５０６〜５１４は、ステップ５０２〜５０４が行われている間に、繰り返し又は連続して起こってよい。
【００５９】
上記の説明において、ＡＯシステム１０８のＡＯ要素１２０〜１２２は、通常、低電力光学経路において熱補正及び角度補正を提供するものとして記載されている点に留意されたい。しかし、ＡＯシステム１０８のＡＯ要素１２０〜１２２は、ひずみの他の原因を補正するためにも使用され得る。例えば、遅軸補正を提供するＡＯ要素１２０〜１２２のうちの１つ以上は、遅軸ビームラインにおける光学収差及び熱収差の組み合わせを補正し得る。
【００６０】
上述されたもののような高出力レーザシステムは、多数の軍事的及び商業的な応用において使用され得る。以下の議論は、様々な例となる商業的な応用の説明を提供する。しかし、以下の議論は、本開示を如何なる特定の応用にも制限しない。
【００６１】
高出力レーザシステムは、掘削、採鉱、又はコアリング作業のような、商業上の鉱業用途での使用を見出すことができる。例えば、高出力レーザシステムは、ドリルビットを用いて地面に穴をあける前に、地面を軟化又は弱化するために使用されてよい。これは、ドリルビットの寿命を延ばし且つその信頼性を高めるとともにその交換回数を減らすことを可能にすることができる。ここで、レーザシステムの出力窓からの高出力レーザビーム自由空間伝播が使用されてよく、従来のファイバーレーザと比較して、更に遠くでのより深い穿通を可能にする。
【００６２】
高出力及び高ビーム品質レーザビームは、工場環境又は他のオートメーション環境のような、遠隔のレーザ溶接、切断、穴あけ、又は熱処理作業においても使用を見出すことができる。高出力及び高ビーム品質レーザビームの使用は、より厚い材料の加工が、熱影響域を最小限にし且つ垂直な又は他の切断ラインを保ちながら、レーザシステムから離れた作動距離で行われることを可能にする。とりわけ、これは、溶接又は切断される場所への接近が困難又は危険である場合に溶接又は切断作業をサポートするのを助ける。それはまた、レーザシステム及び場合により如何なる人間オペレータも煙、破片、又は他の有害物質から保護するのを助ける。
【００６３】
高出力レーザシステムは更に、建築及び解体作業での使用を見出す。例となる作業には、金属の表面再生又は排滓、塗料除去、及び工業解体作業が含まれ得る。高出力レーザシステムは、従来の作業と比較してずっと速く且つ安全に材料を削磨するために使用され得る。この機能の特定の例として、高出力レーザシステムは、原子炉又は他の危険な構造体の解体をサポートするために使用され得る。ここで、高出力レーザシステムは、汚染されたコンクリート若しくは原子炉格納容器又は原子炉のような汚染された構造体を遠方から切り開くために使用されてよい。これは、汚染水のような危険な廃棄物を生み出す水ジェット切断又は他の技術の使用を回避するのを助ける。それはまた、人間オペレータが解体される汚染された構造体から遠く離れたままでいることができるので、改善された安全性を提供する。
【００６４】
多数の更なる応用が可能である。例えば、高出力レーザシステムは、再充電されるべき遠隔のデバイスの光（太陽）電池に高出力レーザビームが向けられるところの電力ビーム応用での使用を見出すことができる。高出力レーザシステムは、有害物質を加熱して、概が少ない又は無害な物質に分解するためにレーザシステムが使用されるところの危険性物質（ＨＡＺＭＡＴ）応用での使用を見出すことができる。
【００６５】
本特許文献の全体を通じて使用される特定の語及び語句の定義を説明することが有利であり得る。語“通信する”及びその派生語は、直接的な通信及び間接的な通信の両方ともを包含する。語“含む”及び“有する”並びにそれらの派生語は、制限なしの包含を意味する。語“又は”は、包括的であり、“及び／又は”を意味する。語句“〜に関連する”及びその派生語は、〜を含む、〜の中に含まれる、〜と相互接続する、〜を収容できる、〜の中に収容される、〜に接続する、〜と通信可能である、〜と協働する、〜を交互配置する、〜と並列する、〜と隣接する、〜と境界を接する、〜を具える、〜の性質がある、〜と関係がある、又は同様のことを意味し得る。語句“〜のうちの少なくとも１つ”は、アイテムの羅列とともに使用される場合に、挙げられているアイテムのうちの１つ以上の種々の組み合わせが使用されてよく、且つ、羅列に含まれるただ１つのアイテムが必要とされ得ることを意味する。例えば、“Ａ、Ｂ及びＣのうちの少なくとも１つ”は、次の組み合わせ：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、並びにＡ及びＢ及びＣ、のうちのいずれかを含む。
【００６６】
本特許文献における説明は、如何なる特定の要素、ステップ、又は機能も、特許請求の範囲に含まれるべき必須の又は重要な要素であることを暗示するものとしてよまれるべきではない。また、請求項のどれもが、機能を特定する特定の語句に続く“〜する手段”又は“〜するステップ”との妥当な表現が特定の請求項で明示的に使用されない限り、添付の特許請求の範囲又は請求項のいずれに対しても３５Ｕ．Ｓ．Ｃ第１１２条（ｆ）を行使するよう意図される。請求項の中での（制限なしに）“メカニズム”、“モジュール”、“デバイス”、“ユニット”、“コンポーネント”、“要素”、“部材”、“装置”、“機械”、“システム”、“プロセッサ”、“処理デバイス”、又は“コントローラ”のような語の使用は、それらの請求項の特徴自体によって更に変更又は強化される、当業者に知られた構造に言及すると理解され、且つ、そのように意図され、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ第１１２条（ｆ）を行使するよう意図されない。
【００６７】
本開示は、特定の実施形態及び一般的に関連する方法について記載してきたが、それらの実施形態及び方法の変更及び置換は当業者に明らかだろう。然るに、例となる実施形態の上記の説明は、本開示を定義又は制約しない。他の変更、置換、及び改変も、続く特許請求の範囲によって定義される本開示の精神及び適用範囲から逸脱することなしに、可能である。
【図１】
2019512882.tif 000003
【図２】
2019512882.tif 000004
【図３Ａ】
2019512882.tif 000005
【図３Ｂ】
2019512882.tif 000006
【図４】
2019512882.tif 000007
【図５】
2019512882.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月10日(2018.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電力光ビームを生成するよう構成されるマスタ発振器と、
前記低電力光ビームを用いて高電力光ビームを生成するよう構成される平面導波路増幅器であり、遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する前記平面導波路増幅器と、
前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更し、前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するよう構成される少なくとも１つの適応光学要素と、
前記少なくとも１つの適応光学要素を制御するよう構成されるフィードバックループと
を有するシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの適応光学要素は、前記平面導波路増幅器によって生じた熱に基づくひずみを補償するために、前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するよう構成され、
前記少なくとも１つの適応光学要素は、前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した光学的ずれを補償するために、前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するよう構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記フィードバックループは、
前記高電力光ビームのサンプルの複数の特性の測定を生成するよう構成される１つ以上のセンサと、
前記測定に基づき前記少なくとも１つの適応光学要素を制御するよう構成されるコントローラと
を有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記フィードバックループは、前記遅軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御するよう構成される第１制御ループと、前記速軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御するよう構成される第２制御ループとを有し、
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、前記サンプルの異なる特性の測定を使用するよう構成される、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、異なる周波数又はインターバルで動作するよう構成される、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、同様の周波数で動作するよう構成され、
前記第１制御ループは、前記第２制御ループによって引き起こされた前記低電力光ビームに対する変更を考慮するよう構成される、
請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
複数の適応光学要素が、前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した並進運動及び角度の両方のずれを補正するよう構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
夫々の適応光学要素が、可変形ミラー、液晶に基づく光フェーズドアレイ、空間光変調器、及びステアリングミラーのうちの１つを有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
マスタ発振器により低電力光ビームを生成することと、
遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する平面導波路増幅器により、前記低電力光ビームを増幅して高電力光ビームを生成することと、
少なくとも１つの適応光学要素により、前記遅軸方向に沿って及び前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更することと、
フィードバックループにより前記少なくとも１つの適応光学要素を制御することと
を有する方法。
【請求項１０】
前記低電力光ビームを変更することは、
前記平面導波路増幅器によって生じた熱に基づくひずみを補償するために、前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更することと、
前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した光学的ずれを補償するために、前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更することと
を有する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記フィードバックループにより前記少なくとも１つの適応光学要素を制御することは、
１つ以上のセンサから前記高電力光ビームのサンプルの複数の特性の測定を取得することと、
前記測定に基づき前記少なくとも１つの適応光学要素を制御することと
を有する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記フィードバックループは、前記遅軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する第１制御ループと、前記速軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する第２制御ループとを有し、
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、前記サンプルの異なる特性の測定を使用する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、異なる周波数又はインターバルで動作する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、同様の周波数で動作し、
前記第１制御ループは、前記第２制御ループによって引き起こされた前記低電力光ビームに対する変更を考慮する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１制御ループは、波面センサ測定、パワー・イン・ザ・バケットセンサ測定、及び線形アレイセンサ測定のうちの少なくとも１つに基づき前記遅軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御し、
前記第２制御ループは、出力電力センサ測定に基づき前記速軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ以上のセンサは、２次元カメラを有し、
前記カメラの１つの次元は、前記遅軸方向に対応し、
前記カメラの直交する次元は、前記速軸方向に対応する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
複数の適応光学要素が、前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した並進運動及び角度の両方のずれを補正する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
遅軸方向においてより大きい寸法を有し、速軸方向においてより小さい寸法を有する平面導波路増幅器がマスタ発振器によって生成された低電力光ビームを用いることによって生成された高電力光ビームのサンプルの測定を受けるよう構成される少なくとも１つのインターフェイスと、
少なくとも１つの適応光学要素を制御して、前記遅軸方向に沿って及び前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するよう構成される少なくとも１つの処理デバイスと
を有する装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの処理デバイスは、
前記平面導波路増幅器によって生じた熱に基づくひずみを補償するために、前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更し、
前記マスタ発振器及び前記平面導波路増幅器に関連した光学的ずれを補償するために、前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更する
ように前記少なくとも１つの適応光学要素を制御するよう構成される、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの処理デバイスは、前記遅軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する第１制御ループの部分と、前記速軸方向に沿った前記低電力光ビームの変更を制御する第２制御ループの部分とを形成するよう構成され、
前記少なくとも１つの処理デバイスは、前記第１制御ループ及び前記第２制御ループのために前記サンプルの異なる特性の測定を使用するよう構成される、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、異なる周波数又はインターバルで動作するよう構成される、
請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１制御ループ及び前記第２制御ループは、同様の周波数で動作するよう構成され、
前記第１制御ループは、前記第２制御ループによって引き起こされた前記低電力光ビームに対する変更を考慮するよう構成される、
請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの処理デバイスは、
前記遅軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するように１つ以上の第１適応光学要素を制御し、
前記速軸方向に沿って前記低電力光ビームを変更するように１つ以上の第２適応光学要素を制御する
よう構成される、
請求項１８に記載の装置。
【国際調査報告】
2019512882.tif 000009
2019512882.tif 000010