(57)【要約】実施形態は、レーザキャビティ内のレーザビームの横方向および角度の変位を補正するためのシステムおよび方法に向けられている。いくつかの実施形態に対し、このようなシステムおよび方法は、可変レーザシステムにおけるレーザ発振波長の変化に起因する、レーザキャビティ内のレーザビームの角変位を補正するように使用される。例えば、上記システムは、レーザキャビティと、利得媒質と、ポンプ源と、ビーム角補正装置とを備えている。
2013502725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長同調可能レーザシステムであって、
レーザキャビティであって、該レーザキャビティは、該レーザキャビティの第１の端部に配置される端部ミラーと、該レーザキャビティの第２の端部に配置される出力カプラとによって規定される、レーザキャビティと、
対向する１対のビーム入力面を含む、該レーザキャビティ内に配置される利得媒質であって、該ビーム入力面のうちの少なくとも１つが、該利得媒質内のレーザビーム経路と非垂直である角度で形成される、傾斜ビーム入力面を備える、利得媒質と、
該利得媒質内の該レーザビーム経路に沿って該利得媒質を通過するポンプビームを生成するように構成されるポンプ源と、
所定の波長範囲にわたって制御可能に変化することができる所定の波長を中心とする帯域にレーザを放つように、該レーザシステムを同調させるように構成される波長同調装置と、
該波長同調要素の該所定の波長の変動に起因する角度のレーザビーム偏差を受動的に補正するように構成される、少なくとも１つのビーム角補正装置と
を備える、レーザシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのビーム角補正装置は屈折楔レンズを含み、該屈折楔レンズは、屈折楔レンズの連続的な厚さ軸が、波長変動に応じて、前記レーザビームの角度偏差の方向に対して実質的に直角である、ビーム角補正要素を備え、
前記利得媒質から出射される第１の波長および第２の波長のより短い波長は、該第１の波長および第２の波長のより長い波長より、該屈折楔レンズのより細い端部を通過する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３】
前記屈折楔レンズは、前記光利得媒質に面する該屈折楔レンズの表面が、前記レーザビーム軸に対してブルースター角と実質的に等しい角度を形成するように傾く、請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項４】
前記屈折楔レンズは、約１度から約２度までの包括的楔角度を備える、請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項５】
前記屈折楔レンズは、約１．４度から約１．６度までの包括的楔角度を備える、請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項６】
前記屈折楔レンズは、石英ガラスを備える、請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項７】
前記ビーム角補正装置は、前記利得媒質と前記端部ミラーとの間の前記レーザキャビティ中に配置される第１のビーム角補正要素と、該利得媒質と前記出力カプラとの間の該レーザキャビティ中に配置される第２のビーム角補正要素とを備える、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項８】
前記第１および第２のビーム角補正要素は、屈折楔レンズを備える、請求項７に記載のレーザシステム。
【請求項９】
前記利得媒質のビーム入力両面は、前記波長同調要素の前記所定範囲の波長内の波長を中心とする帯域に同調するレーザビームに対して、前記利得媒質内の前記レーザビーム経路に対するブルースター角の傾斜面を備える、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１０】
前記ビーム入力面に対するブルースター角は、前記波長同調要素の前記所定の波長の範囲のほぼ中間の波長によって決定される、請求項９に記載のレーザシステム。
【請求項１１】
前記利得媒質と前記端部ミラーとの間に配置される第１の視準レンズと、該利得媒質と前記出力カプラとの間に配置される第２の視準レンズとをさらに備え、該視準レンズは、該利得媒質からそれぞれの視準レンズに出射される前記レーザビームを平行にするように構成される、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１２】
前記第１および第２の視準レンズは、凹面反射レンズを備える、請求項１１に記載のレーザシステム。
【請求項１３】
前記第１の視準レンズは、焦点距離を備え、該第１の視準レンズは、前記利得媒質から、該焦点距離と実質的に同一の距離に配置される、請求項１１に記載のレーザシステム。
【請求項１４】
前記第２の視準レンズは、焦点距離を備え、該第２の視準レンズは、前記利得媒質から、該焦点距離と実質的に同一の距離に配置される、請求項１１に記載のレーザシステム。
【請求項１５】
前記波長同調装置は、前記レーザビーム経路中に配置され、波長によって前記レーザビームを拡散するように構成される屈折プリズムと、前記拡散方向に沿う方向に並進可能な狭スリットとを備える、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１６】
前記狭スリットは、制御可能なモータによって遠隔作動する、請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項１７】
前記屈折プリズムは、制御された分散量を、前記レーザビームが通過する屈折性材料の前記量の制御による分散調整を提供することによって、前記レーザキャビティ内に維持するように、前記プリズムのテーパ軸に沿って並進可能である、請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項１８】
前記屈折プリズムの前記並進は、モータによって作動する、請求項１７に記載のレーザシステム。
【請求項１９】
ビーム経路における変動に順応するように、少なくとも１つの軸に沿って自動的に調整可能であるように構成される１つ以上の反射要素をさらに備える、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項２０】
前記レーザキャビティの前記光学要素は、前記レーザキャビティが、前記波長同調要素の前記波長範囲にわたって、異なる波長のビームに対して、実質的に同じ効果のレーザビーム経路を有するように構成される、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項２１】
前記同調要素は、約５００ｎｍの波長範囲にわたって同調可能である、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項２２】
前記同調要素は、約６５０ｎｍから約１１００ｎｍの波長にわたって同調可能である、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２３】
前記ポンプ源は、レーザを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記ポンプ源は、ダイオードレーザを備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記利得媒質は、Ｔｉ：サファイア結晶を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記所定範囲内の全波長のうちのレーザビームが、同じレーザビーム経路を実質的に有するように、該レーザビームの横方向位置を受動的に調整するように構成される該レーザビーム経路中に配置される横方向変位補正装置をさらに備える、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項２７】
前記横方向変位補正装置は、所定の距離だけ互いから分離される、第１のプリズム要素および第２のプリズム要素を備える、請求項２６に記載のレーザシステム。
【請求項２８】
前記プリズム要素は同じである、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
波長同調可能レーザシステムであって、
レーザキャビティであって、該レーザキャビティは、該レーザキャビティの第１の端部に配置される端部ミラーと、該レーザキャビティの第２の端部に配置される出力カプラとによって規定される、レーザキャビティと、
所定範囲の波長内の波長を中心とする帯域に同調するレーザビームに対して、利得媒質内のレーザビーム経路に対するブルースター角の傾斜面を備える対向する１対のビーム入力面を含む、該レーザキャビティ内に配置される利得媒質と、
該利得媒質内の該レーザビーム経路に沿って該利得媒質を通過するポンプビームを生成するように構成されるポンプ源と、
該所定の波長範囲にわたって制御可能に変化することができる所定の波長を中心とする帯域にレーザを放つように、該レーザシステムを同調させるように構成される波長同調要素と、
該利得媒質と該端部ミラーとの間の該レーザキャビティ中に配置され、該波長同調要素の該所定の波長の変動による、角度のレーザビーム偏差を受動的に補正するように構成される、第１のビーム角補正要素と、
該利得媒質と該出力カプラとの間の該レーザキャビティ中に配置され、該波長同調要素の該所定の波長の変動による、角度のレーザビーム偏差を受動的に補正するように構成される、第２のビーム角補正要素と
を備える、レーザシステム。
【請求項３０】
前記第１のビーム角補正要素は第１の屈折楔レンズを含み、該第１の屈折楔レンズの連続的な厚さ軸が、波長変動に応じて、前記レーザビームの角度偏差の方向に対して実質的に直角となり、前記利得媒質から出射される第１および第２の波長のより短い波長が、該第１および第２の波長のより長い波長より、該第１の屈折楔レンズのより細い端部を通過するように前記レーザビーム経路中に配置され、
前記第２のビーム角補正要素は第２の屈折楔レンズを含み、該第２の屈折楔レンズの連続的な厚さ軸が、波長変動に応じて、該レーザビームの角度偏差の方向に対して実質的に直角となり、該利得媒質から出射される第１および第２の波長のより短い波長が、該第１および第２の波長のより長い波長より、該第２の屈折楔レンズのより細い端部を通過するように、前記レーザビーム経路中に配置される、請求項２９に記載のレーザシステム。
【請求項３１】
前記第１および第２の屈折楔レンズは、前記光利得媒質に面する前記第１および第２の屈折楔レンズのそれぞれの表面が、前記レーザビーム軸に対してブルースター角と実質的に等しい角度を形成するように傾く、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項３２】
前記第１および第２の屈折楔レンズは、約１度から約２度までの包括的楔角度を備える、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項３３】
前記第１および第２の屈折楔レンズは、約１．４度から約１．６度までの包括的楔角度を備える、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項３４】
前記第１および第２の屈折楔レンズは、石英ガラスを備える、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項３５】
前記利得媒質の前記ビーム入力面に対するブルースター角は、前記波長同調要素の前記所定の波長の範囲のほぼ中間の波長によって決定される、請求項２９に記載のレーザシステム。
【請求項３６】
前記利得媒質と前記端部ミラーとの間に配置される第１の視準レンズと、該利得媒質と前記出力カプラとの間に配置される第２の視準レンズとをさらに備え、該視準レンズは、該利得媒質からそれぞれの視準レンズに出射される前記レーザビームを平行にするように構成される、請求項２９に記載のレーザシステム。
【請求項３７】
前記第１および第２の視準レンズは、凹面反射レンズを備える、請求項３６に記載のレーザシステム。
【請求項３８】
前記第１の視準レンズは、焦点距離を備え、該第１の視準レンズは、前記利得媒質から、該焦点距離と実質的に同じ距離に配置される、請求項３７に記載のレーザシステム。
【請求項３９】
前記第２の視準レンズは、焦点距離を備え、該第２の視準レンズは、前記利得媒質から、該焦点距離と実質的に同じ距離に配置される、請求項３７に記載のレーザシステム。
【請求項４０】
可変レーザのビーム経路の角度安定化の方法であって、
可変レーザシステムのレーザキャビティ内に配置される利得媒質を汲み出して、第１のビーム経路と共に第１の波長を有する該レーザキャビティ内にレーザビームを生成することと、
該第１の波長とは異なり、かつ該第１のビーム経路とは異なる第２のビーム経路上の該利得媒質から退出する第２の波長に、該レーザシステムを同調させることと、
第１のビーム経路と実質的に平行である光学経路に該レーザビームを屈折させる少なくとも１つの角度ビーム位置補正要素を通って、該第２の波長の該レーザビームを通過させることと
を含む、方法。
【請求項４１】
少なくとも１つの角度ビーム位置補正要素を通って前記第２の波長の前記レーザビームを通過させることは、前記第１および第２の波長のより短い波長が、該第１および第２の波長のより長い波長より、楔要素のより細い末端を通過するように配向される光学楔要素を通って、該ビームを通過させることを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１および第２のビームの前記光学経路が、実質的に同じになるような第２のビームの変位調整をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２００９年８月２０日にＲｉｃｈａｒｄ  Ｂｏｇｇｙによって出願された米国仮特許出願第６１／２３５，６７１号（名称「ＡＮＧＵＬＡＲ  ＢＥＡＭ  ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＬＡＳＥＲ  ＳＹＳＴＥＭＳ」）に対する優先権を主張し、この米国仮特許出願は、また、本明細書において参照によりその全体が援用される。
【０００２】
発明の分野
いくつかの実施形態は、一部、レーザ出力ビームを生成するための光学システムおよび方法に関する。いくつかの実施形態は、より具体的には、可変波長を伴い安定的な超短パルスレーザ出力を生成するための、光学システムおよび方法を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
背景
レーザシステムは、多くの異なる用途に対して有用である場合がある。より具体的には、波長の範囲にわたって１つ以上の光学ビームを出射することができる可変レーザシステムは、現在、限定するものではないが、多光子顕微鏡法、光干渉断層法、および高調波発生を含む用途に使用される。いくつかのこのような用途には、レーザ発振波長の範囲にわたって可変である超短パルス幅を有するレーザが望ましい場合がある。このような属性が望ましい場合がある一方で、これらの特徴を生成するレーザシステム内で利用される様式は、実用的な障害を作り出す場合がある。例えば、レーザ発振波長の範囲にわたって動作するように構成される可変レーザは、システムのレンズとのレーザ光の相互作用が波長依存であるため、全同調範囲にわたって安定させるのは困難である場合がある。この現象は、光学システムの分散特性の影響を受けやすい、超短パルスを生み出すレーザシステムで悪化する場合がある。
【０００４】
超短パルス幅を有する波長同調可能レーザシステムが使用され、概して知られている。しかしながら、必要されてきているのは、超短パルス幅で動作し、動作波長の広い範囲にわたって可変である、安定した信頼性の高い可変レーザシステムである。また、必要とされているのは、外部調整を必要とせずに波長の作動範囲全体にわたって安定し、可変範囲全体にわたって安定的なパルスを維持することができる、出力ビームを伴うこのような可変レーザシステムである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
いくつかの実施形態は、レーザキャビティの第１の端部に配置される端部ミラー、およびレーザキャビティの第２の端部に配置される出力カプラによって規定される、レーザキャビティを含む、波長同調可能レーザシステムに向けられている。利得媒質が、レーザキャビティ内に配置され、対向する１対のビーム入力面を含み、ビーム入力面のうちの少なくとも１つが、利得媒質内のレーザビーム経路と非垂直である角度で形成される傾斜ビーム入力面を備えてもよい。ポンプ源は、利得媒質内のレーザビーム経路に沿って利得媒質を通過する、ポンプビームを生成するように構成される。波長同調装置は、所定の波長範囲にわたって制御可能に変化することができる、所定の波長を中心とする帯域にレーザを放つよう、レーザシステムを同調させるように構成される。少なくとも１つのビーム角補正装置は、レーザキャビティに結合され、波長同調要素の所定の波長の変動による、角度のレーザビーム偏差を受動的に補正するように構成される。
【０００６】
いくつかの実施形態は、レーザキャビティの第１の端部に配置される端部ミラー、およびレーザキャビティの第２の端部に配置される出力カプラによって規定される、レーザキャビティを含む、波長同調可能レーザシステムに向けられている。利得媒質は、レーザキャビティ内に配置されてもよく、所定範囲の波長内の波長を中心とする帯域に同調するレーザビームに対して、利得媒質内のレーザビーム経路に対するブルースター角の傾斜面を備える、対向する１対のビーム入力面を含む。ポンプ源は、利得媒質内のレーザビーム経路に沿って利得媒質を通過する、ポンプビームを生成するように構成されてもよい。波長同調要素は、所定の波長範囲にわたって制御可能に変化することができる、所定の波長を中心とする帯域にレーザを放つよう、レーザシステムを同調させるように構成される。第１のビーム角補正要素は、利得媒質と端部ミラーとの間のレーザキャビティ中に配置され、波長同調要素の所定の波長の変動による、角度のレーザビーム偏差を受動的に補正するように構成される。第２のビーム角補正要素は、利得媒質と出力カプラとの間のレーザキャビティ中に配置され、波長同調要素の所定の波長の変動による、角度のレーザビーム偏差を受動的に補正するように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態は、第１のビーム経路と共に第１の波長を有するレーザキャビティ内にレーザビームを生成するように、可変レーザシステムのレーザキャビティ内に配置される利得媒質を汲み出すステップを含む、可変レーザのビーム経路の角度安定化の方法に向けられている。その後、レーザシステムは、第１の波長とは異なり、かつ第１のビーム経路とは異なる第２のビーム経路上の利得媒質から退出する第２の波長に同調する。次いで、第２の波長のレーザビームは、第１のビーム経路と実質的に平行な光学経路にレーザビームを屈折させる、少なくとも１つの角度ビーム位置補正要素を通過する。
【０００８】
特定の実施形態が、以下の説明、実施例、および図表においてさらに記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、ビーム角補正装置を含むレーザシステムの実施形態の略図を示す。
【図２】図２は、２つの異なる波長の光線追跡が、利得媒質から出射されている、図１の利得媒質の拡大図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の線２Ａ〜２Ａに沿って切り取られた、図１の利得媒質の横方向断面図である。
【図３】図３は、２つのレーザビームの、利得媒質、視準反射レンズ、およびビーム角補正要素との相互作用を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、図３の線３Ａ〜３Ａに沿って切り取られた、図３の楔レンズの横方向断面図である。
【図４】図４は、レーザシステム実施形態の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図４の線４Ａ〜４Ａに沿って切り取られた、図４の逆行性レンズの立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図表は本発明の実施形態を図示し、限定するものではない。図解を明確および容易にするために、図表は正確な縮尺にはなっておらず、いくつかの例では、種々の側面が、特定の実施形態の理解を容易にするように、強調または拡大されて示される場合がある。
【００１１】
詳細な説明
図１は、可変レーザシステム１０の実施形態を示す。レーザシステム１０は、第１の反射鏡１２、および出力カプラの形態であってもよい、少なくとも１つの第２の反射鏡１４を含み、レーザキャビティを作成するように整列する。図示する実施形態では、第１の反射鏡１２または端部ミラーは、波長の範囲内の実質的に全ての入射光学ビームを反射するように構成される、反射性の高い光学要素を含む一方、第２の反射鏡または出力カプラ１４は、入射光学ビームの少なくとも一部を伝送するように構成されてもよい。レーザビーム１６は、第２の光学ビームを第１の反射鏡に方向付ける、レーザキャビティ内に設置される第２のダイクロイックミラーに入射してもよい。第１の反射鏡１２は、レーザビーム１６を反射して、レーザキャビティおよび利得媒質１８を通って出力カプラ１４に戻す。図１は、第２のダイクロイックミラーを通過してビームダンプ２１へ行く、残留非吸収ポンプビーム２０を示す。いくつかの実施形態に対して、第１の反射鏡１２および第２の反射鏡または出力カプラ１４の位置は、交換されてもよい。第１および第２の反射鏡１２および１４は、レーザキャビティを規定するように、他のキャビティ内光学要素に沿って整列する。
【００１２】
少なくとも１つの利得媒質１８は、第１および第２の反射鏡１２と１４との間に位置付けられてもよい。ポンプビーム源２２は、レーザキャビティの中へ、および利得媒質１８内のレーザビーム経路１６に沿って利得媒質１８の中へ、ポンプ波長でポンプビーム２０を出射する。利得媒質１８は、ポンプ波長でのポンプビーム２０の吸収によって励起される時に、ポンプビーム２０のそれと異なる波長で、光学ビームに利得を提供するように構成される材料から構築されてもよい。図示する通り、利得媒質１８は、広い範囲の波長にわたり反射による光学損失を最小化するように、入射レーザビーム経路１６に対して、ブルースター角等、非垂直角度で形成される、１つ以上のビーム入力面２４および２６を含んでもよい。この波長の範囲は、多くの市販される反射防止膜が効率的である波長の範囲と比較した時に広くてもよい。
【００１３】
示すレーザシステム１０は、所定の波長範囲にわたって制御可能に変化することができる、所定の波長を中心とする帯域にレーザを放つよう、レーザシステム１０を同調させるように構成される、波長同調装置２８を含む。いくつかの場合、このような構成は、赤外線スペクトルにおいて、超短パルス幅のモードロックされたレーザ出力を生み出すのに有用である場合がある。いくつかの実施形態に対して、レーザシステム１０は、多光子顕微鏡法を含む、種々の用途に対して有用である場合がある、約５０フェムト秒から約１５０フェムト秒のパルス幅を生み出してもよい。しかしながら、このような構成により、レーザシステム１０が異なる波長にわたって同調するため、レーザビーム位置に対して不安定性を引き起こす場合がある。特に、利得媒質１８の傾斜面２４および２６は、レーザシステム１０が異なる波長を通って同調するために、ビーム偏差を引き起こすであろう。
【００１４】
また、図１に示すレーザシステム１０は、利得媒質１８と端部ミラー１２との間に配置される第１の視準レンズ３０、および利得媒質１８と出力カプラ１４との間に配置される第２の視準レンズ３２を含む。視準レンズ３０および３２は、利得媒質１８からそれぞれの視準レンズ中に出射される、レーザビーム１６の視準を高めるように構成される。いくつかの実施形態に対して、第１および第２の視準レンズ３０および３２は、焦点距離を有する凹面反射レンズを含んでもよい。このような実施形態に対して、各視準レンズ３０および３２は、利得媒質１８から、それぞれの視準レンズの焦点距離と略同じ距離に配置されるのが望ましい場合がある。視準レンズ３０および３２は、利得媒質１８から出射されるレーザビーム１６の視準を向上させるように構成されるが、視準レンズ３０および３２は、レーザビーム１６を完全には平行にせず、レーザビーム１６はまださらなる角度補正を必要とする場合がある。さらなる補正がない場合、最大約６００マイクロラジアン以上、より具体的に言うと、最大約４００マイクロラジアンの角度偏差が、このようなレーザシステム１０の中に存在する場合がある。
【００１５】
したがって、レーザシステム１０はまた、波長同調装置２８の所定の波長の変動による角度のレーザビーム偏差を、受動的に補正するように構成される、少なくとも１つのビーム角補正装置も含む。示す実施形態に対して、ビーム角補正装置は、レーザビーム経路１６中に配置される屈折楔レンズを含む第１のビーム角補正要素３４、およびまたレーザビーム経路１６中にも配置される楔レンズを含む第２のビーム角補正要素３６を含む。第１のビーム角補正要素３４は、利得媒質１８と端部ミラー１２との間のレーザキャビティ中に配置され、第２のビーム角補正要素３６は、利得媒質１８と出力カプラ１４との間のレーザキャビティ中に配置される。楔レンズ３４および３６は、ビーム経路１６に対して、楔レンズの単一軸上に傾きを伴い位置付けられる。単一軸の傾きは、屈折楔レンズの一定の厚さ軸が、レーザビーム１６の角度偏差の方向に対して実質的に直角に配向するように構成される。一定の厚さ軸は、一定の厚さのポイントで楔レンズを横断して延在する直線として規定される。一定の厚さ軸の例を図３に示し、図３Ａには矢印３８として示す。レーザビーム１６の角度偏差の方向は、図３において矢印４０によって示す通り、波長変動に応じて角度偏差によって決定される。楔レンズ３４および３６はまた、利得媒質１８から出射される第１および第２の波長のうちのより短い波長が、第１および第２の波長のより長い波長よりも、屈折楔レンズ３６のより細い末端４２を通過するように、配向または位置付けられてもよい。
【００１６】
図２は、利得媒質１８から出射されている第１の波長λ１を有する、第１のレーザビーム４４を示す、利得媒質１８の実施形態の拡大図を示す。また、第２の波長λ２を有する第２のレーザビーム４６も、利得媒質１８から出射されて示されている。示す例に対して、λ１は、λ２の波長より小さい波長を有する。２つのレーザビーム波長間の違いは、同調装置２８とのレーザシステム１０の同調によって達成されてもよい。ポンプビーム２０は、利得媒質１８を通って伝播する時に、利得媒質１８によって実質的に吸収される。ポンプビーム２０によって生成されるレーザビーム１６は、レーザビーム波長にかかわらず、ポンプビーム２０によって形成される直線に実質的に重なり、そのため、利得媒質１８内のレーザビーム経路１６は、全波長に対して同じである。しかしながら、レーザビーム１６は、利得媒質１８から退出する時に、利得媒質１８の傾斜面２４または２６によって屈折する。誇張された形式の図２から分かり得る通り、より短い波長λ１は、より短い波長での利得媒質１８の効果的な屈折率の増加、および全波長の利得媒質１８内の共通ビーム経路１６のため、波長λ２より大きく屈折する。図３は、レーザシステム１０が、所定範囲の動作波長にわたって変化する所望の波長に同調する時、楔レンズ３６の形態を取る角度ビーム補正要素の実施形態が、レーザ発振波長における変動による角度変動を補正する方法を図示する。
【００１７】
示す通り、より短い波長λ１を有するレーザビーム４４は、利得媒質１８から出射され、凹面反射レンズ３２から反射し、その後、楔レンズ３６のより細い末端４２で、楔レンズ３６に入射する。次いで、レーザビームλ１は、楔レンズ３６を通って屈折し、入射ビーム４４に対して角度α１を形成するようにそこから出射される。λ１より長い波長λ２を有するレーザビーム４６は、楔要素３６によって屈折し、入射ビーム４６に対して角度α２を形成するように、そこから出射される。図示する通り、λ１は、より短い波長での楔要素材料のより高く効果的な屈折率のため、楔レンズ３６によってλ２より大きく屈折する。結果として、α１はα２より大きく、楔レンズは、２つのビームが互いと実質的に平行であるような角度方向に、２つのレーザビーム４４および４６を収束する働きをする。楔要素３６の材料および角度は、可変システム１０の波長の作動可能範囲にわたって、実質的に平行なレーザビームを達成する所望の効果を達成するように選択されてもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態に対して、屈折楔レンズ３４および３６は、約１度から約２度、より具体的に言うと、約１．４度から約１．６度の包括的楔角度４７を含んでもよい。いくつかの実施形態に対して、屈折楔レンズ３４および３６は、石英ガラス、ガラス、クオーツ、またはレーザシステムの動作波長の所定範囲にわたって有用な、いかなる他の好適な屈折性光学材料を含む材料から作られてもよい。また、屈折楔レンズ３４および３６は、光利得媒質１８に面する屈折楔レンズの面法線が、レーザビーム軸に対してブルースター角と実質的に等しい角度を形成するように、レーザビーム軸１６に対して傾いていてもよい。このような傾斜角度４８を図３に図示する。ビーム角補正装置のこのような実施形態は、最大約１．３ミクロンの波長に対して有用である場合がある。
【００１９】
上の方法および装置は、角度ビーム補正に対処するが、波長変動によるレーザビームの横方向変位の偏差を補正するのにも望ましい場合がある。したがって、その例が図１に示される、少なくとも１つの横方向変位補正装置５０は、レーザキャビティ内に位置付けられ、レーザシステムが同調器２８と同調する時に、レーザビームの波長の変化による、レーザビーム１６の横方向の空間変位を受動的に補正するように構成されてもよい。上で議論した通り、１つ以上のビーム角補正装置と連携して使用する場合、レーザシステム１０は、所定範囲内の全波長のレーザビームが、実質的に同じレーザビーム経路１６を有するよう、レーザビーム１６の横方向位置を受動的に調節するように構成されてもよい。図示する実施形態では、横方向変位補正装置５０は、プリズムの形態を取る第１の補正要素５２、および同様にプリズムの形態を取る少なくとも１つの第２の補正要素５４を含む。横方向変位補正装置５０のプリズム対は、レーザビーム１６が、レーザキャビティ内のそれらの位置に対応する量分、横方向に変位するように、レーザシステム１０の同調によって、異なる波長のレーザビーム１６を選択的に屈折させるように構成されてもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、第１および第２の補正要素５２および５４は、所与のプリズム対等に対する横方向補正の量を調整するように、使用することができる所定の距離の間隙を介する。また、１つ以上のビーム角補正装置要素５２および５４の角度補正機能は、横方向変位補正装置の１つ以上の要素の中に組み込まれてもよい。例えば、図１に示すビーム角補正装置の楔要素３４および３６のうちの１つは、横方向変位補正装置５０のプリズムのうちの片方または両方の楔角度を変化させることによって置き換わってもよい。いくつかの実施形態に対して、第１および第２の補正要素５２および５４は、約０．２５インチから約１２インチの間隙を介する。いくつかの実施形態では、第１および第２の補正要素５２および５４は同じであってよく、他の実施形態では、第１および第２の補正要素は異なってもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態に対して、横方向変位補正装置５０の補正要素５２および５４は、限定するものではないが、楔、ガラス板、導波管、回折格子等を含んでもよい。第１および第２の補正要素５２および５４は、利得媒質、またはビーム変位の一因となる場合があるレーザキャビティ内のいずれのさらなる光学要素の、ブルースター角または他の非法線傾斜ビーム入力面に起因する、横方向のビーム変位または片寄りを協調的に排除するように構成される。結果として、レーザビーム１６は、レーザシステム１０の波長の可変範囲にわたって、横寸法を安定的に維持する。
【００２２】
同じ同調装置２８は、図１に示す通り、複屈折フィルタを含んでもよい。このような複屈折フィルタは、レーザシステム１０を所望の波長に同調させる働きをしてもよく、また、選択された波長の帯域幅または線幅を制御する働きをしてもよい。複屈折フィルタ２８の調整は、複屈折フィルタの回転の調整、またはいかなる他の好適な方法によって実行されてもよい。図４に示す実施形態等、いくつかの実施形態に対して、波長同調装置２８は、レーザビーム経路中に配置され、波長に従ってレーザビームを空間的に拡散させるように構成される、屈折プリズムを含んでもよい。その後、空間拡散の方向に沿う方向に並進可能な狭スリットは、所望の動作波長を中心とする波長を選択するように使用されてもよい。いくつかの実施形態に対して、図４に図示する通り、狭スリットは制御可能モータによって遠隔作動されてもよい。いくつかの実施形態に対して、同調装置２８は、約５００ｎｍの波長範囲にわたって可変であってもよい。いくつかの実施形態に対して、同調装置は約６５０ｎｍから約１１００ｎｍの波長にわたって可変である。本明細書で図示し議論するレーザシステムの実施形態は、概して、可変レーザシステムに向けられており、同調装置を含むが、また、ビームの安定性を制御するこのようなレーザシステムおよび方法は、このような同調性または同調装置なしで使用されてもよい。より具体的に言うと、レーザシステムのうちのいくつかの実施形態は、同時に広範囲の波長にわたって動作することができる、安定的なレーザビーム経路と共に、超短レーザパルスを生成するように構成されてもよい。ビーム角補正装置、横方向変位補正装置、および本明細書で各々議論する関連方法の使用により、このようなレーザシステムが、安定的なビーム位置に維持しながら動作することを可能にする場合がある。
【００２３】
いくつかの実施形態に対して、利得媒質１８の対向するビーム入力両面２４および２６は、波長の所定範囲内の波長を中心とする帯域に同調するレーザビーム１６に対して、利得媒質１８内のレーザビーム経路に対するブルースター角の傾斜面を含む。いくつかの実施形態に対して、利得媒質１８のビーム入力面２４および２６に対するブルースター角は、波長同調要素の所定の波長の範囲の略中間の波長によって決定されてもよい。図示する実施形態では、単一の利得媒質１８は、レーザキャビティ内に位置付けられる。随意に、１つより多い利得媒質装置１８は、レーザキャビティ内に位置付けられてもよい。利得媒質１８は、少なくとも１つの分散性材料から形成されてもよく、入射するキャビティ内光学ビームに対して、ブルースター角または他の非法線ビーム入力角度で形成される、１つ以上の表面を含んでもよい。したがって、示す実施形態に対して、キャビティ内レーザビーム経路１６は、利得媒質１８の第１のビーム入力面２４または第２のビーム入力面２６と垂直ではない。
【００２４】
使用中、利得媒質１８は、ポンプビーム２０の少なくとも一部分を吸収する。示す通り、利得媒質１８のビーム入力両面２４および２６は、ブルースター角で形成される傾斜面を含む。いくつかの実施形態に対して、入射ポンプビームに対する他の非法線角が使用されるだけでなく、利得媒質１８の垂直表面と組み合わせて１つの傾斜入力表面が使用されてもよい。さらに、利得媒質１８は、種々の長さ、形状、厚さ、横寸法等から構築されてもよい。利得媒質に対して有用な材料には、限定するものではないが、Ｔｉ：サファイア、Ｎｄ：ガラス、Ｎｄ：ＫＹＷ、Ｎｄ：ＫＧＷ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＹＶＯ４、Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｃｒ：フォルステライト、Ｙｂ：ガラス、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ＹＶＯ４、Ｙｂ：ＣａＦ２、アレキサンドライト、流体溶媒中の色素レーザ、非線形光学結晶等を含んでもよい。ポンプビーム２０によって照射される時に、利得媒質１８は、ポンプビーム２０による利得媒質１８の励起に応じて、ポンプビーム２０と異なる波長を有するレーザビーム１６に利得を提供する。いくつかの実施形態に対して、利得媒質１８は、約１０ｍｍから約３０ｍｍの長さを伴う円筒形状を有してもよい。利得媒質として非線形結晶を使用する場合、ポンプビームが結晶中に存在する時にのみ、利得が利用可能である。このような非線形利得媒質に基づくシステムは、一般に光学パラメータ式発振器と呼ばれる。また、レーザにおけるビーム補正装置および方法に言及してきた本明細書における議論は、光学パラメータ式発振器に適用されてもよい。光学パラメータ式発振器中の利得媒質として有用な材料の例は、限定するものではないが、三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）、β‐ホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、ホウ酸ビスマス（ＢｉＢＯ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸リチウム、周期分極ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、ＫＴＰ、周期分極ＫＴＰ、ＣＬＢＯ、ＫＤＰ、ＫＤ＊Ｐ等の結晶を含む。
【００２５】
図示する実施形態では、ポンプ源２２は、レーザキャビティの外部に設置される。例示的ポンプ源２２は、限定するものではないが、ダイオードレーザ、ガスレーザ、固体レーザ、電磁放射線源等を含んでもよい。図示する実施形態では、ポンプ源２２は、ポンプビーム２０の伝送光を除いて、レーザシステムのレーザ発振波長で光を反射するように構成される、ダイクロイックミラー３２を用いて、利得媒質１８中に方向付けられるポンプビーム２０を出射する。ポンプ源２２は、限定するものではないが、電磁放射線等を含み、利得媒質１８へのいかなる種々のポンプ信号を生み出すように構成されてもよい。いくつかの実施形態に対して、ポンプ源２２はレーザを含んでもよく、より具体的に言うと、ポンプ源２２はダイオードレーザを含んでもよい。いくつかのポンプ源の実施形態２２は、ＬＢＯ結晶等のキャビティ内周波数逓倍器と共に、バナジン酸ネオジムレーザ等のレーザを含んでもよい。このようなポンプ源２２は、いくつかの実施形態に対して、約３６０ナノメートルから約１１００ナノメートル、より具体的に言うと、約４００ナノメートルから約７００ナノメートル、さらにより具体的に言うと、約５２３ナノメートルから約５３３ナノメートルの波長でＣＷポンプビームを生み出してもよい。
【００２６】
１つ以上のフォールドミラーは、ポンプビーム２０をレーザキャビティ中に方向付けるように使用されてもよい。図示する実施形態では、第１のフォールドミラー５６は、ポンプビーム２０をレーザキャビティの第２のダイクロイックミラー３２を通って、レーザキャビティ内の利得媒質１８中に方向付ける。ダイクロイックミラー３２は、ポンプビーム２０のそれとは異なる波長を有する、利得媒質１８からレーザビーム１６を反射する一方で、ポンプビーム２０を伝送するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ポンプビーム２０は、ダイクロイックミラー３２を通過することなく、利得媒質１８中に方向付けられてもよい。これらの実施形態に対して、ポンプビーム２０およびキャビティ内レーザビーム１６の角度分離は、ポンプビームがミラーの縁を通り過ぎるのを可能にする一方で、ミラーがキャビティ内レーザビームを反射することができるように、キャビティ内折り畳みミラーで使用される。いくつかの実施形態では、ポンプビーム２０とキャビティ内レーザビーム１６との偏光間の違いは、１つの偏光の光学ポンプビームが伝送され得て、かつ対向する偏光のキャビティ内ビームが反射され得るように、キャビティ内ダイクロイックミラー３２の代わりに、偏光立方体または薄膜偏光子を位置付けることによって使用されてもよい。いくつかの実施形態では、ポンプビーム２０は、プリズムまたは回折格子、あるいは他の分散光学要素の使用によって、利得媒質１８中に結合されてもよい。
【００２７】
１つ以上のさらなる構成要素は、レーザキャビティに進入する前に、ポンプビーム２０を条件付けるか、方向付けるか、そうでなければ変更するように使用されてもよい。いかなる種々の装置は、限定するものではないが、信号変調器、チョッパ、音響光学装置、Ｑスイッチ、回折格子、空間フィルタ、波長フィルタ、体積ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）回折格子、パルスストレッチャ等を含み、ポンプビーム２０を変更するか、そうでなければ条件付けるように使用されてもよい。いくつものおよび／または種々の光学要素は、レーザキャビティ内に位置付けられ、レーザビーム１６を調節するか、そうでなければ条件付けるように構成されてもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態に対して、１つ以上のＱスイッチ、モードロッカー、電気光学装置、または音響光学装置は、レーザキャビティ内に位置付けられ、レーザキャビティまたはレーザビーム１６を調節するか、モードロックするか、そうでなければ同調させるように構成されてもよい。いくつかの実施形態に対して、レーザシステム１０は、種々の影響によるビーム経路中における変動に順応するよう、少なくとも１つの軸に沿って自動的に調整可能であるように構成される、１つ以上の反射要素を含んでもよい。いくつかの実施形態に対して、レーザキャビティの光学要素は、レーザキャビティが、波長同調要素２８の波長範囲にわたって、異なる波長のビームに対して実質的に同じ効果のレーザビーム経路を有するように構成されてもよい。いくつものさらなる光学要素は、限定するものではないが、さらなるフォールドミラー、同調スリットまたは隙間、Ｑスイッチ、水晶体、楔、回折格子、ブラッグ回折格子、高調波発生結晶、非線形光学材料、ニオブ酸リチウム結晶、周期分極ニオブ酸リチウム結晶、周期分極ニオブ酸リチウム結晶等を含み、レーザキャビティ内に位置付けられてもよい。図１に示すレーザキャビティは、折り畳まれたレーザキャビティを備えるが、しかしながら、レーザキャビティは折り畳まれたキャビティを含む必要はない。したがって、図１に含まれる種々の光学要素は、図示するレーザシステム１０の性能に影響することなく排除されてもよい。
【００２９】
使用において、ポンプビーム２０は、ポンプ源２２によって生成され、利得媒質１８を通過する。ポンプビーム２０は、レーザキャビティによって少なくとも一部閉じ込められる、レーザビーム１６を出射し始める、利得媒質１８を励起する。レーザビーム１６が利得媒質１８によって増幅されると、ビーム１６は、レーザシステム１０の同調装置２８によって決定された第１の波長で、レーザキャビティ内を往復振動するレーザビームパルスを形成し始める。その後、第１の波長のレーザビームは、第１のビーム経路上で、利得媒質から出射されてもよい。次いで、レーザシステム１０は、第１の波長とは異なる第２の波長に同調してもよい。第２の波長でのレーザビームは、第１のビーム経路とは異なる第２のビーム経路上で、利得媒質１８から退出する。次いで、第２の波長のレーザビームは、第１のビーム経路と実質的に平行な光学経路に、第２の波長のレーザビームを屈折させる、少なくとも１つの角度ビーム位置補正要素３４または３６を通過する。
【００３０】
図４は、図１に示し上で議論した、可変レーザシステム１０に類似の方法で動作する２つのレベルまたは光学平面上に構成される、可変レーザシステム６０の実施形態を示す。図４に示すレーザシステム６０は、図１に示すレーザシステム１０と同じ特徴、寸法、および材料のうちのいくつかまたは全てを有してもよい。レーザシステム６０は、第１の反射鏡６２、および出力カプラの形態であってもよい、少なくとも１つの第２の反射鏡６４を含み、レーザキャビティを作成するように整列する。少なくとも１つの利得媒質１８は、第１および第２の反射鏡６２と６４との間に位置付けられてもよい。ポンプビーム源６６は、レーザキャビティの中へ、および利得媒質１８内のレーザビーム経路７０に沿って利得媒質１８の中へ、ポンプ波長でポンプビーム６８を出射する。図示する通り、利得媒質１８は、反射による光学損失を最小化するように、入射レーザビーム経路７０に対して、ブルースター角等、非垂直角度で形成される１つ以上のビーム入力面２４および２６を含んでもよい。
【００３１】
示すレーザシステム６０は、所定の波長範囲にわたって制御可能に変化することができる、所定の波長を中心とする帯域にレーザを放つよう、レーザシステム６０を同調させるように構成される、波長同調装置を含む。また、図４に示すレーザシステム６０は、利得媒質１８と端部ミラー６２との間に配置される第１の視準レンズ３０、および利得媒質１８と出力カプラ６４との間に配置される第２の視準レンズ３２を含む。視準レンズ３０および３２は、利得媒質１８からそれぞれの視準レンズ中に出射される、レーザビーム７０の視準を高めるように構成される。いくつかの実施形態に対して、第１および第２の視準レンズ３０および３２は、焦点距離を有する凹面反射レンズを含んでもよい。このような実施形態に対して、各視準レンズ３０および３２は、利得媒質１８から、それぞれの視準レンズの焦点距離と略同じ距離に配置されるのが望ましい場合がある。視準レンズ３０および３２は、利得媒質１８から出射されるレーザビームの視準を高めるように構成されるが、視準レンズはレーザビーム７０を完全には平行にせず、レーザビームはまださらなる角度補正を必要とする場合がある。
【００３２】
したがって、レーザシステム６０はまた、波長同調装置７６の所定の波長の変動による、角度のレーザビーム偏差を受動的に補正するように構成される、少なくとも１つのビーム角補正装置も含む。示す実施形態に対して、ビーム角補正装置は、レーザビーム経路中に配置される屈折楔レンズを含む第１のビーム角補正要素３４、およびまたレーザビーム経路中にも配置される楔レンズを含む第２のビーム角補正要素３６を含む。第１のビーム角補正要素３４は、利得媒質１８と端部ミラー６２との間のレーザキャビティ中に配置され、第２のビーム角補正要素３６は、利得媒質１８と出力カプラ６４との間のレーザキャビティ中に配置される。楔レンズ３４および３６は、上で議論した通り、ビーム経路７０に対して、楔レンズの単一軸上に傾きを伴って位置付けられてもよい。また、楔レンズ３４および３６は、利得媒質から出射される第１および第２の波長のうちのより短い波長が、第１および第２の波長のより長い波長よりも、屈折楔レンズのより細い末端４２を通過するように、配向または位置付けられてもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態に対して、屈折楔レンズ３４および３６は、約１度から約２度、より具体的に言うと、約１．４度から約１．６度の包括的楔角度４７を含んでもよい。いくつかの実施形態に対して、屈折楔レンズ３４および３６は、石英ガラス、ガラス、クオーツ、またはレーザシステム６０の動作波長の所定範囲にわたって有用な、いかなる他の好適な屈折性光学材料を含む材料から作られてもよい。また、屈折楔レンズ３４および３６は、光利得媒質１８に面する屈折楔レンズの面法線が、レーザビーム軸に対してブルースター角と実質的に等しい角度４８を形成するように、レーザビーム軸７０に対して傾いていてもよい。
【００３４】
少なくとも１つの横方向変位補正装置は、随意に、レーザキャビティ内に位置付けられ、レーザシステム６０が同調装置７６と同調する時に、レーザビームの波長の変化によるレーザビームの横方向の空間変位を、受動的に補正するように構成されてもよい。上で議論した通り、１つ以上のビーム角補正装置と連携して使用する場合、レーザシステム６０は、所定範囲内の全波長のレーザビームが、実質的に同じレーザビーム経路を有するよう、レーザビーム７０の横方向位置を受動的に調節するように構成されてもよい。図示する実施形態では、横方向変位補正装置は、プリズムの形態を取る第１の補正要素７２、および同様にプリズムの形態を取る少なくとも１つの第２の補正要素１０８を含む。これらのプリズムの各々は、独立してプリズム７４と共にプリズム対を形成し、２つのプリズム対、すなわち、７２と７４との対および７４と１０８との対の光学経路長の違いは、同調機構７６を使用して、波長の同調によって引き起こされる出力カプラ６４での横方向ビーム移動を最小化するのを保証することを必要とする、横方向のビームの片寄りを提供する。図４に図示される構成では、横方向ビームの片寄り補正の量は、プリズム７２と１０８との間隔の調整によって、必要とされるように変化することができる。いくつかの実施形態では、第１および第２の補正要素７２および１０８は、所与のプリズム対等に対して、横方向補正の量を調整するように使用することができる所定の距離の間隙を介する。また、１つ以上のビーム角補正装置要素３４および３６の角度補正機能は、横方向変位補正装置の要素のうちの１つ以上に組み込まれてもよい。例えば、図４に示すビーム角補正装置の楔要素３４または３６のうちの１つの機能は、プリズム７２または１０８のうちの片方または両方の楔角度を変化させることによって置き換わってもよい。いくつかの実施形態に対して、第１および第２の補正要素７２および１０８は、約０．２５インチから約２インチの間隙を物理的に介する。第１および第２の補正要素は、利得媒質、またはビーム変位の一因となる場合があるレーザキャビティ内のいずれのさらなる光学要素の、ブルースター角または他の非法線傾斜ビーム入力面に起因する、横方向のビーム変位または片寄りを協調的に排除するように構成される。結果として、レーザビーム７０は、レーザシステム６０の波長の可変範囲にわたって、出力カプラ６４の横寸法を安定的に維持する。
【００３５】
図４の実施形態に対する波長同調装置７６は、図１に示す複屈折フィルタ等の装置を含んでもよい。しかしながら、図４に示す同調装置は、レーザビーム経路７０中に配置され、波長に従いレーザビームを空間的に拡散するように構成される、屈折プリズム７４を含む。矢印８０によって示す通り、その後、空間拡散の方向に沿う方向に並進可能な狭スリット７８は、所望の動作波長を中心とする波長を選択するように使用されてもよい。いくつかの実施形態に対して、狭スリット７８は、モータに結合されるコンピュータプロセッサによって制御されてもよい、モータ８２によって遠隔作動されてもよい。いくつかの実施形態に対して、同調装置７６が、約５００ｎｍの波長範囲にわたって、レーザシステム６０の波長の同調を提供してもよい。いくつかの実施形態に対して、同調装置７６は、約６５０ｎｍから約１１００ｎｍの波長にわたって、レーザシステム６０の波長の同調を提供する。
【００３６】
いくつかの実施形態に対して、同調装置７６の屈折プリズム７４は、レーザビーム７０が通過する屈折性材料の量を制御することによって、レーザキャビティ内で屈折波長分散の制御量を維持するように、そのテーパ軸８６に沿って並進可能であってもよい。プリズム７４の材料が空気より分散するため、プリズム７４を通るレーザビーム経路長を増加することにより、レーザビーム７０によって見える正の材料分散を増加するであろう。言い換えると、プリズム７４の楔形状部が、動作中にレーザビーム中へさらに挿入される場合、プリズム材料の分散性により、レーザシステム全体の正の材料分散量が増加するであろう。プリズム楔７４が、レーザビーム７０から引き抜かれる場合、レーザシステムにおける正の材料分散の量は減少するであろう。レーザシステム６０における正の材料分散は、プリズム対７２および７４ならびにプリズム対７４および１０８により提供される負分散によって、平衡が保たれる。いくつかの実施形態に対して、屈折プリズム７４の並進は、モータ８８に結合されるコンピュータプロセッサによって制御されてもよい、モータ８８によって遠隔作動されてもよい。概して、レーザシステム６０は、フィードバックを受信し、フィードバックに応じて信号を生成するように、１つ、２つ、３つ、または４つ以上のコンピュータプロセッサ８４および関連回路基板を含んでもよい。例えば、第３のフォールドミラー９０は、出力カプラ６４の向こう側に配置される、レーザパワー検出器からのフィードバックを基に調整することができる、圧電性調整可能レンズであってもよい。第３のフォールドミラー９０の圧電性調整器へのディザー信号、およびレーザパワー検出器からのフィードバックの用途に基づき、コンピュータプロセッサ８４は、レーザシステム６０等内のレーザビーム経路７０に対するポンプビーム６８の不整合を補正するよう、第３のフォールドミラー９０の調整圧電アクチュエータへの信号を生成するように構成されてもよい。加えて、視準ミラー３２は、出力カプラ６４の向こう側に設置される、位置敏感型検出器または４象限検出器からのフィードバックに基づき調整することができる、圧電性調整可能レンズであってもよく、出力カプラは、レーザシステム６０内におけるレーザビーム経路７０の残留不整合を補正するように、視準ミラー３２の調整圧電アクチュエータへの信号を生成することができる、コンピュータプロセッサ８４によって処理することができる。いくつかの実施形態に対して、プリズム７４は、ガラス、クオーツ、石英ガラス、またはいかなる他の好適な屈折性材料を含んでもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態に対して、利得媒質１８の対向するビーム入力両面２４および２６は、波長の所定範囲内の波長を中心とする帯域に同調するレーザビーム７０に対して、利得媒質１８内のレーザビーム経路７０に対するブルースター角の傾斜面を含む。いくつかの実施形態に対して、利得媒質１８のビーム入力面２４および２６に対するブルースター角は、波長同調要素の所定の波長の範囲の略中間の波長によって決定されてもよい。図示する実施形態では、単一の利得媒質１８は、レーザキャビティ内に位置付けられる。随意に、１つより多い利得媒質装置１８は、レーザキャビティ内に位置付けられてもよい。利得媒質１８は、少なくとも１つの分散性材料から形成されてもよく、入射するキャビティ内光学ビームに対して、ブルースター角または他の非法線ビーム入力角度で形成される、１つ以上の表面を含んでもよい。
【００３８】
図示する実施形態では、ポンプ源６６は、レーザキャビティの外部に設置される。例示的ポンプ源６６は、限定するものではないが、ダイオードレーザ、ガスレーザ、固体レーザ、電磁放射線源等を含む。図示する実施形態では、ポンプ源６６は、ポンプビーム６８の伝送光を除いて、レーザシステムのレーザ発振周波数で光を反射するように構成される、ダイクロイックミラー３２を用いて、利得媒質１８中に方向付けられるポンプビーム６８を出射する。ポンプ源６６は、限定するものではないが、電磁放射線等を含み、利得媒質へのいかなる種々のポンプ信号を生み出すように構成されてもよい。いくつかの実施形態に対して、ポンプ源６６はレーザを含んでもよく、より具体的に言うと、ポンプ源はダイオードレーザを含んでもよい。いくつかのポンプ源の実施形態６６は、ＬＢＯ結晶等のキャビティ内周波数逓倍器と共に、バナジン酸ネオジムレーザ等のレーザを含んでもよい。このようなポンプ源６６は、いくつかの実施形態に対して、約３６０ナノメートルから約１１００ナノメートル、より具体的に言うと、約４００ナノメートルから約７００ナノメートル、さらにより具体的に言うと、約５２３ナノメートルから約５３３ナノメートルの波長でＣＷポンプビームを生み出してもよい。
【００３９】
１つ以上のフォールドミラーは、ポンプビームをレーザキャビティ中に方向付けるように使用されてもよい。図示する実施形態では、第１のフォールドミラー９２は、ポンプビーム６８をレーザキャビティの第２のダイクロイックミラー３２を通って、レーザキャビティ内の利得媒質１８中に方向付ける。第２のフォールドミラー９４および第３のフォールドミラー９０は、ポンプ源６６から第２のダイクロイックミラー３２へ、ポンプビーム６８を方向付けるように使用される。第４のフォールドミラー９６、第５のフォールドミラー９８、第６のフォールドミラー１００、および第７のフォールドミラー１０２は、所望の光学要素を含む所望の長さのレーザビーム経路７０を規定するように、利得媒質１８と出力カプラ６４との間で使用される。ダイクロイックミラー３２は、ポンプビーム６８のそれとは異なる波長を有する利得媒質１８からレーザビーム７０を反射する一方で、ポンプビーム６８を伝送するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ポンプビーム６８とキャビティ内レーザビームとの偏光間の違いは、１つの偏光の光学ポンプビームが伝送され得て、かつ対向する偏光のキャビティ内ビームが反射され得るように、キャビティ内ダイクロイックミラーの代わりに、偏光立方体または薄膜偏光子を位置付けることによって使用されてもよい。いくつかの実施形態では、ポンプビーム６８は、プリズムまたは回折格子、あるいは他の分散光学要素の使用によって、利得媒質１８中に結合されてもよい。
【００４０】
１つ以上のさらなる構成要素は、レーザキャビティに進入する前に、ポンプビーム６８を条件付けるか、方向付けるか、そうでなければ変更するように使用されてもよい。いかなる種々の装置は、限定するものではないが、信号変調器、チョッパ、音響光学装置、Ｑスイッチ、回折格子、空間フィルタ、波長フィルタ、体積ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）回折格子、パルスストレッチャ等を含み、ポンプビーム６８を変更するか、そうでなければ条件付けるのに使用されてもよい。いくつものおよび／または種々の光学要素は、レーザキャビティ内に位置付けられ、レーザビーム７０を調節するか、そうでなければ条件付けるように構成されてもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態に対して、１つ以上のＱスイッチ、モードロッカー、電気光学装置、または音響光学装置は、レーザキャビティ内に位置付けられ、レーザキャビティまたはレーザビーム７０を調節するか、モードロックするか、そうでなければ同調させるように構成されてもよい。図４は、出力カプラ６４に隣接するレーザキャビティ中に配置される、音響光学変調器（ＡＯＭ）１０４を示す。ＡＯＭ１０４は、レーザシステム６０にモードロック機能を提供するように構成されてもよい。いくつかの実施形態に対して、レーザシステム６０は、種々の影響によるビーム経路中の変動に順応するよう、少なくとも１つの軸に沿って自動的に調整可能であるように構成される、１つ以上の反射要素を含んでもよい。調整可能な反射鏡またはミラーは、いくつかの実施形態では、ポンプビーム６８の整合を維持するのを援助するように、第３のフォールドミラー９０に使用される。いくつかの実施形態に対して、レーザキャビティの光学要素は、レーザキャビティが、波長同調要素７６の波長範囲にわたって、異なる波長のビームに対して、実質的に同じ効果のレーザビーム経路長を有するように構成されてもよい。
【００４２】
使用において、ポンプビーム６８は、ポンプ源６６によって生成され、第３のフォールドミラー９０、第２のフォールドミラー９４、および第１のフォールドミラー９２によって、第１の視準レンズも含む第２のダイクロイックレンズ３２を通って反射される。その後、ポンプビーム６８は利得媒質１８を通過する。ポンプビーム６８は、レーザキャビティによって少なくとも一部閉じ込められる、レーザビーム７０を出射し始める、利得媒質１８を励起する。レーザビーム７０が利得媒質１８によって増幅されると、ビームは、レーザシステム６０の同調装置７６によって決定された第１の波長で、端部ミラー６２と出力カプラ６４との間のレーザキャビティ内を往復振動するレーザビームパルスを形成し始める。その後、第１の波長のレーザビーム７０は、第１のビーム経路上の利得媒質１８から出射されてもよい。その後、レーザシステム６０は、第１の波長とは異なり、かつ第１のビーム経路とは異なる第２のビーム経路上の利得媒質１８から退出する第２の波長に同調してもよい。次いで、第２の波長のレーザビームは、第１のビーム経路と実質的に平行な光学経路に、第２の波長のレーザビームを屈折させる、ビーム角補正装置の楔レンズの形態である、少なくとも１つの角度ビーム位置補正要素３４および３６を通って伝播する。このようなプロセスは、図３に示され、図３に関して上でより詳細に議論している。横方向変位補正装置が適切にレーザキャビティに結合されている場合、第１の波長および第２の波長の経路は、レーザキャビティ内の実質的に同じ経路を辿ってもよい。いくつかの実施形態に対して、波長の所定範囲内の全レーザビーム波長は、レーザキャビティ内の横方向および角度位置の両方に対して、実質的に同じ経路を有してもよい。
【００４３】
図４のレーザシステム６０のレーザキャビティ内における、レーザビーム７０の前進は、垂直に分離しいくつかの光学要素を含む、２つの異なるレベルまたは光学平面上に発生する。その後、端部ミラー６２から始まるレーザビームパルス７０は、ビーム角補正装置の第１の楔レンズ３４を通過し、第１の視準レンズ３０によって利得媒質１８中へ反射される。利得媒質１８による増幅、および利得媒質１８からの出射の後、レーザパルス７０は、第２の視準レンズ３２によって反射され、実質的に平行にされる。その後、レーザパルス７０は第４のフォールドミラー９６に伝播する。第４のフォールドミラー９６は、ビーム角補正装置の第２の楔レンズ３６を通って、第５のフォールドミラー９８上へレーザパルスを反射する。ビーム角補正装置の第１および第２の楔レンズ３４および３６は、図３に関して上で議論した通りに機能し、楔レンズ３４および３６が、レーザシステム６０を同調させる時、異なる波長に対してレーザキャビティを受動的に整列させるように、異なる波長のレーザビームを収束する働きをする。
【００４４】
第５のフォールドミラー９８は、その後レーザパルス７０を第６のフォールドミラー１００および第７のフォールドミラー１０２へ屈折させる、第１のプリズム要素７２にレーザパルス７０を反射させる。次いで、レーザパルス７０は、第７のフォールドミラー１０２によって、レーザシステム６０の同調装置７６の一部としても働く、変位補正装置の第２のプリズム要素７４に反射される。第２のプリズム７４は、同調装置７６の狭スリット７８を通って、レーザパルス７０を屈折させる。狭スリット７８を通過する時、レーザパルス７０は、第１および第２のプリズム７２および７４を含むプリズム対によって、波長に従い横方向に散開されていく。同調装置７６の狭スリット７８によって選択される波長帯域のみが、通過しレーザを放つことが可能である。レーザパルス７０が狭スリット７８を通過するとすぐに、パルス７０は上方へ反射され、その後、図４Ａの立面セクションに示す、逆行性レンズまたは逆レンズ１０６によって戻る。
【００４５】
端部ミラー６２から逆レンズ１０４の底部へのレーザパルス７０のビーム経路は、レーザシステム６０の第１のまたは下位レベル上に完全に生じる。レーザパルス７０が逆レンズ１０４によって反射されると、レーザパルス７０は、第２のまたは上位レベル上にある。その後、レーザパルス７０は、逆レンズ１０４の上部分から反射され、第２のプリズム要素７４へ戻る。第２のプリズム要素７４は、第６および第７のフォールドミラー１００および１０２のように、レーザシステム６０の上位および下位レベルの両方で機能的である。第２のプリズム要素７４は、第３のプリズム要素１０８への第７のフォールドミラー１０２、およびその後第６のフォールドミラー１００へ戻って、レーザパルス７０を屈折させる。第３のプリズム要素１０８は、レーザパルス７０をモードロックするか、または一部モードロックする働きをしてもよい、ＡＯＭ１０４へレーザパルス７０を屈折させる。ＡＯＭ１０４を通って伝播した後、レーザパルス７０は、出力カプラ６４に伝播する。出力カプラ６４は、一定の割合のレーザパルス７０を、端部ミラー６２への逆順で、直前に記載したビーム経路に沿って戻って反射するが、所定の割合のレーザパルス７０が、その後所望の用途のために使用されてもよいレーザ出力として、出力カプラ６４を通過することを可能にする。
【００４６】
本明細書において参照される各特許、特許出願、刊行物、および書類の全体は、ここに引用することにより組み込まれるものとする。上記特許、特許出願、刊行物、および書類の引用は、前述のいずれもが関連する従来の技術ではないとの了解ではなく、また、これらの刊行物または書類の内容あるいは日付に関するいかなる了解を構成するものでもない。
【００４７】
本発明の基本的側面から逸脱することなく、前述への修正がなされてもよい。本発明の実施形態は、１つ以上の特定の実施形態を参照して、かなり詳細に記載されているが、当業者は、本出願において具体的に開示した実施形態に変更がなされてもよく、しかし、これらの修正および改善は、本発明の範囲および精神の範囲内であることを理解するであろう。
【００４８】
本明細書に図示的に記載した実施形態は、本明細書に具体的には開示していないいかなる要素が欠如しても、好適に実施される場合がある。したがって、例えば、本明細書の各例において、用語「備える」、「から基本的に成る」、および「から成る」のうちのいずれも、他２つの用語のうちのいずれかと入れ替えられてもよい。採用されている用語および表現は、説明の用語として使用され、限定するものではなく、このような用語および表現の使用は、示し記載した特徴またはその部分のいかなる同等物を除外するものではなく、種々の変形が主張する本発明の範囲内で可能である。用語「１つの」は、要素のうちのいずれか１つ、または１つ以上の要素について記載されていることが、文脈上明らかでない場合、修飾する要素のうちの１つまたは複数の要素を指すことができる（例えば、「１つの試薬」は、１つ以上の試薬を意味することができる）。したがって、実施形態はそれぞれの実施形態および任意の特徴によって、具体的に開示されているものの、本明細書に開示される概念の変形および変動は当業者によって用いられる場合があり、このような変形および変動は本発明の範囲内とみなされることは理解されるべきである。
【００４９】
本発明の特定の実施形態が以下の特許請求の範囲に記載される。
【図１】
2013502725.tif 000003
【図２】
2013502725.tif 000004
【図２Ａ】
2013502725.tif 000005
【図３】
2013502725.tif 000006
【図３Ａ】
2013502725.tif 000007
【図４】
2013502725.tif 000008
【図４Ａ】
2013502725.tif 000009
【国際調査報告】
2013502725.tif 000010
2013502725.tif 000011
2013502725.tif 000012