(57)【要約】  周波数変換されたパルスを生成するための方法は、第１のビームラインで伝搬する基本波長での第１のパルスを生成するステップと、第２のビームラインで伝搬する基本波長での第２のパルスを生成するステップとを含む。この方法はまた、基本波長での第１のパルスを周波数変換して、周波数変換された波長での第１の周波数変換パルスを生成するステップと、基本波長での第２のパルスを周波数変換して、周波数変換された波長での第２の周波数変換パルスを生成するステップとを含む。この方法はさらに、周波数変換された波長での第１の周波数変換パルスと、周波数変換された波長での第２の周波数変換パルスとを光学的に結合して、周波数変換パルスを生成するステップを含む。【選択図】図３
2014500979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変換パルスを生成するための方法であって、
第１のビームラインで伝搬する、基本波長での第１のパルスを生成するステップと、
第２のビームラインで伝搬する、前記基本波長での第２のパルスを生成するステップと、
前記基本波長での前記第１のパルスを周波数変換して、周波数変換された波長での第１の周波数変換パルスを生成するステップと、
前記基本波長での前記第２のパルスを周波数変換して、前記周波数変換された波長での第２の周波数変換パルスを生成するステップと、
前記周波数変換された波長での前記第１の周波数変換パルスと、前記周波数変換された波長での前記第２の周波数変換パルスとを光学的に結合して、前記周波数変換パルスを生成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
第３のビームラインで伝搬する、前記基本波長での第３のパルスを生成するステップと、
前記基本波長での前記第３のパルスを周波数変換して、前記周波数変換された波長での第３の周波数変換パルスを生成するステップと、
前記周波数変換された波長での前記第３の周波数変換パルスと、前記第１の周波数変換パルス及び前記第２の周波数変換パルスとを光学的に結合するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のパルスのピーク及び前記第３のパルスのピークが、前記第１のパルスのピークの後に生じる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のパルスが、第１の期間中の第１のエネルギーを特徴とし、前記第２のパルスが、前記第１の期間の後の第２の期間中の第２のエネルギーを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記周波数変換された波長が、前記基本波長の半分である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記周波数変換された波長が、前記基本波長の１／３である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のビームラインが、前置増幅器モジュール、増幅器、及び高調波変換器を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のビームラインが、第２の前置増幅器モジュール、第２の増幅器、及び第２の高調波変換器を備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
結合された光パルスを生成する方法であって、
第１の期間中の第１の特性、及び第２の期間中の第２の特性を特徴とする第１の時間的なパルス形状を有する第１のパルスを生成するステップと、
複数の追加パルスを生成するステップであって、前記複数の追加パルスのそれぞれが、特性及びパルスエネルギーを特徴とする関連する時間的形状を有するステップであって、前記関連する時間的形状が、前記第１の時間的形状とは異なり、前記パルスエネルギーの大部分が、前記第２の期間中に存在するステップと、
前記第１のパルスを高調波変換するステップと、
前記複数の追加パルスを高調波変換するステップと、
前記高調波変換された第１のパルスと前記高調波変換された複数の追加パルスとを光学的に結合して、前記結合された光パルスを形成するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記第１のパルスが、第１のビームラインで高調波変換される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の追加パルスが、複数の追加ビームラインで高調波変換される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記結合された光パルスが、前記第１の時間中のピーク強度よりも大きい前記第２の時間中のピーク強度を特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のパルスを高調波変換するための高調波変換効率が、前記複数の追加パルスを高調波変換するための高調波変換効率の２０％以内である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のパルスを高調波変換するための前記高調波変換効率が、前記複数の追加パルスを高調波変換するための高調波変換効率の１０％以内である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のパルスのうちの少なくとも１つ、又は前記複数の追加パルスのうちの１つに関連する故障事象を判定するステップと、
前記第１のパルスのうち少なくとも１つの前記第１の時間的形状、又は前記複数の追加パルスのうちの１つに関連する前記関連した時間的形状を改変するステップと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
第１のレーザビームをサポートするよう動作可能であり、第１の光学素子を備える第１のビームラインと、
前記第１のビームラインに光学的に結合された第１の高調波変換器と、
第２のレーザビームをサポートするよう動作可能であり、第２の光学素子を備える第２のビームラインと、
前記第２のビームラインに光学的に結合された第２の高調波変換器と、
前記第１の光学素子のうちの１つ又は複数、及び前記第２の光学素子のうちの１つ又は複数を制御するよう動作可能なプロセッサと、
前記プロセッサに結合されたメモリと、
前記第１のビームラインからの高調波変換された光と、前記第２のビームラインからの高調波変換された光とを結合するよう動作可能な光学装置と
を備える、レーザシステム。
【請求項１７】
前記第１のレーザビームが第１のレーザパルスを備え、前記第２のレーザビームが第２のレーザパルスを備え、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項１８】
前記第１のビームラインが、前置増幅器モジュール、及び第１の増幅器を備える、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項１９】
前記前置増幅器モジュールが、時間的に成形されたパルスを生成するよう動作可能である、請求項１８に記載のレーザシステム。
【請求項２０】
前記第２のビームラインが、第２の前置増幅器モジュール、及び第２の増幅器を備える、請求項１８に記載のレーザシステム。
【請求項２１】
前記メモリが、前記第１のビームラインに関連する時間特性、及び前記第２のビームラインに関連する時間特性を定義する参照表を含む、請求項１６に記載のレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１０年１１月８日出願の米国特許仮出願第６１／４１１，３６０号の優先権を主張し、その開示を、あらゆる目的で参照により全体として本明細書に組み込む。
【０００２】
[0002]以下のＰＣＴ出願（本出願を含め）は同時出願であり、その他の出願の開示全体を、あらゆる目的で参照により本出願に組み込む。
２０１１年１１月８日出願の「ＭＵＬＴＩ−ＣＲＹＳＴＡＬ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＴＲＩＰＬＥＲ  ＦＯＲ  ＴＨＩＲＤ  ＨＡＲＭＯＮＩＣ  ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ」（依頼人整理番号ＩＬ−１２３６０、代理人整理番号９１９２０−８２５１２０（００６６１０ＰＣ））と題する出願、及び、２０１１年１１月８日出願の「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＰＵＬＳＥ  ＲＥＦＯＲＭＡＴＴＩＮＧ  ＦＯＲ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＡＭＰＬＩＦＩＣＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ」（依頼人整理番号ＩＬ−１２３５９、代理人整理番号９１９２０−８２４８８１（００６０１０ＰＣ））と題する出願。
【連邦政府による資金提供・研究開発下での発明に対する権利の説明】
【０００３】
[0003]米国政府は、ローレンスリバモア国立研究所の運営のために、米国エネルギー省とローレンスリバモアナショナルセキュリティとの間で交わされた契約番号ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４に従って、本発明において権利を有する。
【背景技術】
【０００４】
[0004]エネルギー情報局による予測、及び現在の気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）のシナリオでは、世界中の電力需要が、その現在のレベルである約２テラワットの電力（ＴＷｅ）から２０３０年までに４ＴＷｅへと２倍になり、２１００年までには８〜１０ＴＷｅに達する可能性があると予想されている。また、次の３０年〜５０年には、電力生産の需要の大部分が、化石燃料、典型的には石炭及び天然ガスによって供給されることになると予想されている。石炭は、今日の世界の電気エネルギーの４１％を供給しており、２０３０年までに４５％を供給すると予想されている。さらに、ＩＰＣＣからの直近の報告では、大気中へのＣＯ２排出の人工排出源が地球の気候に著しい影響を及ぼす可能性を９０％としている。「旧態依然」の基本的なシナリオでは、ＣＯ２排出は、２０５０年までにほとんど２倍半になる可能性もあることを示している。これまでになく、大気中のＣＯ２濃度を安定化及び低減し、付随する気候変動を軽減する試みを続けながら、先進国世界と開発途上国世界の両方において増大するエネルギー需要をまかなうには新規技術及び代替エネルギー源が不可欠である。
【０００５】
[0005]１９５０年代以降、核エネルギー、炭素を排出しないエネルギー源が、世界のエネルギー生産の主要な構成要素となってきており、現在では、世界の電力生産の約１６％を占めており、その割合は（原則として）増加する可能性もある。しかし、いくつかの要因により、こうしたエネルギーの長期間の持続可能性が困難になる。これらの問題には、核燃料サイクルから生じる核物質及び核技術の拡散のリスク、地下深くの貯蔵施設に埋設する必要がある長寿命の放射性核廃棄物の生成、ワンススルーのオープン核燃料サイクルへの現在の信頼性、及び低コストで低カーボンフットプリントのウラン鉱の可用性が含まれる。米国だけで、原子炉が、５５，０００メートルトン（ＭＴ）を超える使用済み核燃料（ＳＮＦ）を既に生成してきた。近い将来、ユッカマウンテンの地下廃棄物貯蔵施設を、法律で定められたその限界値である７０，０００ＭＴまで満たすのに十分な使用済み核燃料を有することになろう。
【０００６】
[0006]核融合は、将来の発電において魅力的なエネルギーの選択肢であり、現在開発されている核融合発電所については主に２つの手法がある。第１の手法では、慣性閉込め核融合（ＩＣＦ）が、レーザ、重イオンビーム、又はパルスパワーを使用して、重水素（Ｄ）とトリチウム（Ｔ）の混合物を含むカプセルを急速に圧縮する。カプセルの半径が減少し、ＤＴガス密度及び温度が上昇するにつれて、圧縮されたカプセルの中心での小さいスポットでＤＴ核融合反応が開始する。これらのＤＴ核融合反応により、アルファ粒子と１４．１ＭｅＶの中性子が生成される。核融合の燃焼がスポットから前方に伝搬し、著しいエネルギー利得を生成する。第２の手法である磁気核融合エネルギー（ＭＦＥ）は、強力な磁界を使用して、ＤＴプラズマを閉じ込め、燃焼プラズマを持続しエネルギー利得を生成するのに求められる状態を生成する。
【０００７】
[0007]ＩＣＦにとって重要な技術は、本発明の譲受人である、カリフォルニア州リバモアにあるローレンスリバモア国立研究所（ＬＬＮＬ）での国立点火施設（ＮＩＦ）で主として開発されている。そこでは、熱核融合の点火と燃焼を実現するように設計されたレーザベースのＩＣＦプロジェクトが、１〜１．３ＭＪのレーザエネルギーを利用する。およそ１０〜２０ＭＪ程度の核融合出力が期待される。核融合技術単独で費用対効果の大きい発電に使用されることになる場合、中心のホットスポットの核融合形状において、２００ＭＪを超える核融合出力が必要になると予想される。したがって、著しい技術的な挑戦により、依然として純粋なＩＣＦエネルギーによって実現される経済性を達成しようとしている。
【発明の概要】
【０００８】
[0008]本発明は一般に、レーザシステムに関する。より詳細には、本発明は、高効率の高調波変換されたレーザパワーを生成するための方法及びシステムに関する。ほんの一例として、本発明は、レーザ光を高調波変換し、複数のビームラインの出力を結合するための方法及びシステムに適用されてきた。これらの方法及びシステムは、様々な他の周波数変換システム、レーザ増幅器アーキテクチャ、及びレーザシステムに適用することができる。
【０００９】
[0009]本発明の一実施形態によれば、高い変換効率を特徴とするマルチ開口レーザ／増幅器システムが提供される。このマルチ開口システム（マルチビームラインシステムとも呼ばれる）は、開口又はベームラインの一部を利用して、高ダイナミックレンジのパルスの低強度部分を提供し、残りの開口を利用して、高ダイナミックレンジのパルスの高強度部分を提供する。他の実施形態では、ビームラインを使用して、高ダイナミックレンジのパルスの低強度部分と高強度部分の両方に寄与することができる。
【００１０】
[0010]本発明の別の実施形態によれば、パルス期間中の特定の時間に能動状態にあるビームラインの数は、マルチ開口システムを使用して生成されるピーク電力にほぼ等しい比率で調整される。したがって、本発明の実施形態により、複数のビームラインシステムを使用して、高調波変換された高ダイナミックレンジのパルスの効率的な生成が実現する。パルスレーザ及び増幅器のシステムに関して本発明のいくつかの実施形態を論じるが、本発明の実施形態は、複数のビームラインを利用するＣＷレーザ及び増幅器のシステムに適用可能である。多くの変形形態、修正形態、及び代替実施形態が、当業者には理解されよう。
【００１１】
[0011]本発明は、いくつかのビームラインを組み合わせた出力を使用して、高調波変換された波長で、時間的に波形成形された光パルスを生成するレーザシステムの効率を改善するための方法に関する。波形成形されたパルスが、高調波変換器の効率的な動作範囲よりも大きいダイナミックレンジを有し、各ビームラインが同じ（要求された）パルス形状を生成するとき、高調波変換器の効率は低くなる傾向にある。本発明の実施形態では、個々のビームラインによって生成される出力パワーを調整するだけでなく、放出しているビームラインの数を調整することによっても、所望の出力パルス形状が実現される。こうして自由度を加えることで、個々のビームラインによって生成される各パルスのダイナミックレンジが低減され、瞬時の電力及び放射度を、高調波変換器の高調波変換効率対パワー（すなわち強度／放射度）の曲線の先頭値付近に保持することができ、総合的な高調波変換効率が増大する。
【００１２】
[0012]本発明の一実施形態によれば、周波数変換パルスを生成するための方法が提供される。この方法は、第１のビームラインで伝搬する基本波長での第１のパルスを生成するステップと、第２のビームラインで伝搬する基本波長での第２のパルスを生成するステップとを含む。この方法はまた、基本波長での第１のパルスを周波数変換して、周波数変換された波長での第１の周波数変換パルスを生成するステップと、基本波長での第２のパルスを周波数変換して、周波数変換された波長での第２の周波数変換パルスを生成するステップとを含む。この方法はさらに、周波数変換された波長での第１の周波数変換パルスと、周波数変換された波長での第２の周波数変換パルスとを光学的に結合して、周波数変換パルスを生成するステップを含む。
【００１３】
[0013]本発明の別の実施形態によれば、結合された光パルスを生成するための方法が提供される。この方法は、第１の期間中の第１の特性、及び第２の期間中の第２の特性を特徴とする第１の時間的なパルス形状を有する第１のパルスを生成するステップと、複数の追加パルスを生成するステップとを含む。複数の追加パルスのそれぞれは、特性及びパルスエネルギーを特徴とする、関連する時間的形状を有する。関連する時間的形状は、第１の時間的形状とは異なり、第２の期間中にパルスエネルギーの大部分が存在する。この方法はまた、第１のパルスを高調波変換するステップと、複数の追加パルスを高調波変換するステップとを含む。この方法はさらに、高調波変換された第１のパルスと高調波変換された複数の追加パルスとを光学的に結合して、結合された光パルスを形成するステップを含む。
【００１４】
[0014]本発明の代替実施形態によれば、レーザシステムが提供される。このレーザシステムは、第１のレーザビームをサポートするよう動作可能な第１のビームラインを備え、第１の光学素子及び第１のビームに光学的に結合された第１の高調波変換器を備える。このレーザシステムはまた、第２のレーザビームをサポートするよう動作可能な第２のビームラインを備え、第２の光学素子及び第２のビームに光学的に結合された第２の高調波変換器を備える。レーザシステムはさらに、第１のビームの光学素子のうちの１つ又は複数、及び第２のビームの光学素子のうちの１つ又は複数を制御するよう動作可能なプロセッサ、このプロセッサに結合されたメモリ、並びに、第１のビームラインから高調波変換された光と、第２のビームラインから高調波変換された光とを結合するよう動作可能な光学装置を備える。
【００１５】
[0015]本発明の実施形態は、様々な光増幅器システムにおいて有用であり、効率を改善し、たとえば高調波変換されたパルスレーザのコストを低減させる。本発明の実施形態を利用できる例示的なシステムは、ＬＩＦＥ発電所用のレーザドライバと、核兵器の物理及び影響の理解を改善するために実行されるＩＣＦ実験用のレーザドライバと、高エネルギー密度の研究用のプラズマを生成するのに使用されるレーザと、圧力パルスを生成するためのレーザと、Ｘ線を生成するのに使用される、又はＸ線レーザの構成部品としてのレーザとを備える。
【００１６】
[0016]従来の技法を上回る本発明により、数多くの利点が実現される。たとえば、本発明の実施形態により、高エネルギーチタニウムドープレーザをポンピングするレーザ、材料処理用に使用されるレーザ、フォトリソグラフィ用のＸ線又はＸ線レーザを生成するのに使用されるレーザなどを含む、様々な用途に有用な高調波変換されたパルスレーザが提供される。以下の説明及び添付図とともに、本発明の利点及び特徴の多くに加えて、本発明の上記その他の実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】入力強度の関数としての高調波変換効率を示す、簡略化したグラフである。
【図２】本発明の一実施形態によるＩＣＦレーザで使用するのに適した、高ダイナミックレンジのパルス形状を示す、簡略化したグラフである。
【図３】本発明の一実施形態による６つのビームラインについての、時間の関数としての出力パワーを示す、簡略化した多次元グラフである。
【図４】本発明の一実施形態によるビームライン番号に応じた、高調波変換効率を示す、簡略化したグラフである。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による増幅器アーキテクチャの、簡略化した概略図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による代替周波数変換アーキテクチャの、簡略化した概略図である。
【図６】本発明の一実施形態による周波数変換パルスを生成する方法を示す、簡略化した流れ図である。
【図７】本発明の一実施形態による結合された光パルスを生成する方法を示す、簡略化した流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[0025]本発明の各実施形態は、レーザシステムに関する。より詳細には、本発明は、高効率の高調波変換されたレーザパワーを生成するための方法及びシステムに関する。ほんの一例として、本発明は、レーザ光を高調波変換し、複数のビームラインの出力を結合するための方法及びシステムに適用されてきた。これらの方法及びシステムは、様々な他の周波数変換システム、レーザ増幅器アーキテクチャ、及びレーザシステムに適用することができる。
【００１９】
[0026]ＩＣＦの研究、チタニウムドープサファイヤレーザのポンピング、材料の処理、化学反応の制御など、いくつかの用途において高調波変換された高エネルギーのパルスレーザが開発されてきた。信頼性の高い効率的な高調波変換を求める要望に応えるため、高調波変換器の理論、材料、方法、及び設計の研究並びに開発に、人々のチームがかかわってきた。結晶の様々なタイプ、厚さ、及び構成を使用する設計、位相整合の方法、並びに動作強度が開発されてきた。ともかく、高調波変換は非線形プロセスなので、高調波変換効率は、入射（又は変換）レーザ強度に強く依存する。一般に、高調波変換効率は、ゼロ強度でのゼロから、高強度での高いピーク値まで上昇し、その後、強度がさらに上昇することによって高調波変換効率が落ちることになる。
【００２０】
[0027]図１は、入力強度の関数としての高調波変換効率を示す、簡略化したグラフ１００である。特に、図１には、３ω（すなわち３倍の周波数）出力への高調波変換効率についての代表的な曲線が示してある。ほぼ＞０．６ＧＷ／ｃｍ２での、図１に示した効率の低下（すなわちピークを生じる挙動）は、高調波変換された光が、高い強度でレーザの基本周波数に変換されて戻ることによって起きる。
【００２１】
[0028]高調波変換効率が、限定された強度範囲にわたってのみ高いという事実は、具体的にはダイナミックレンジが高い光パルスを必要とする用途において重要な意味をもつ。ダイナミックレンジが高いパルスにおいては、低強度を特徴とするパルスの部分は、高調波変換効率が低くなり、それにより、全体として考慮されるパルスの総合的な高調波変換効率が低下することになる。
【００２２】
[0029]図２は、本発明の一実施形態によるＩＣＦレーザで使用するのに適した、高ダイナミックレンジのパルス形状を示す、簡略化したグラフである。図２に示す高ダイナミックレンジを特徴とするパルスの一例として、ＩＣＦパルスは、最初の長く低強度の「フットパルス（ｆｏｏｔ  ｐｕｌｓｅ）」と、それに続いて短く高強度の「駆動パルス」を含むことができ、フットパルス内のパワーは、駆動パルスのほんの数％に過ぎない。パルス内のエネルギーの大部分はパルスの後半部分に存在するが、このことは、本発明の実施形態では必要とされておらず、他の実装形態では、パルスのエネルギーの大部分が、パルスの前半部分、パルスの中間部分、パルスの複数の部分にわたって分散して存在するなど、様々な時間的なパルス形状を利用することになる。
【００２３】
[0030]非線形の光学結晶を使用して、パルスのフット部分と駆動部分の両方を変換するとき、変換効率は、パルスのある部分（普通は駆動パルス）でのみ高くなるが、パルスのその他の部分では高くならない傾向にある。通常、高調波変換中には、ピーク強度が最大変換効率に対応するように、ビームサイズが調整される。たとえば、図１に示す変換効率特性を有する高調波変換器を使用して、図２に示す高ダイナミックレンジのパルス形状を周波数変換するとき、フットパルスにおける高調波変換効率は約４５％であり、駆動パルスにおける高調波変換効率は約７５％であり、結果として、パルス全体での総合変換効率は約６３％になる。本発明の実施形態によれば、フットパルスに関連する高調波変換効率を増大させることにより、総合変換効率を、たとえば約２０％増やすことができる。その結果、各実施形態は、図２に示すパルス形状において、約７２％の総合高調波変換効率を達成することができる。当業者には明らかになろうが、基本周波数でのエネルギーと、レーザを励振するのに使用される入力電力との両方に対する要求条件が軽減されるので、高い高調波変換効率が非常に望ましい。図２に示すように、フットパルスは、約１０ｎｓの時刻でピーク（パルスの最大強度）を有し、駆動パルスは、約１２ｎｓの時刻でピークを有する。したがって、フットパルスのピークは、この実施形態では駆動パルスのピークの前に生じる。さらに、駆動パルスのエネルギーの大部分は、結合パルスの後半部分（すなわち、＞１０ｎｓの時刻）で生じることが分かる。
【００２４】
[0031]図２に示す実施形態では、結合パルス（主パルスとも呼ばれる）が分割されて、結合パルスのエネルギーの約２５％を有するフットパルスと、結合パルスのエネルギーの約７５％を有する複数の駆動パルスになる。図において明確にするために、約１０ｎｓにおいて駆動パルスが開始する前には、結合パルスとフットパルスがオーバラップし、駆動パルスが開始する前には、結合パルスが図示されていないことに留意されたい。しかし、本発明の実施形態は、この特定の実装形態に限定されるものではなく、結合パルスをさらに分割して、たとえば、１つ又は複数のフットパルス、１つ又は複数の中域パルス、及び、１つ又は複数の駆動パルスにすることもできる。したがって、図２に示すパルスは、高調波変換効率を増大させるよう複数のビームラインを使用する様子を図示するために、一例として示したに過ぎない。目標物に衝突する複数のビームを利用する用途、たとえばＩＣＦ用途では、複数のビームラインを介して運ばれる互いに異なる時間的な特性を有するパルス内の所望のエネルギーを供給することが可能であり、本発明の実施形態を利用する効率的な周波数変換を可能にする。他の実装形態では、目標物に供給する前に、複数のビームラインからのビームを結合することができる。
【００２５】
[0032]本発明の実施形態によれば、ビームラインのそれぞれによって生成されるパルスの時間的形状を生成して、変換効率を上げることができる。さらに、結合されたビームラインのそれぞれによって供給される全電力に対しておおよそ比例してビームラインの数を操作することができ、個々のビームラインによって生成される強度をシステムオペレータが均一にできるようにし、それによって高調波変換効率を上げることが可能になる。いくつかの従来の設計とは対照的に、結合されたパルス持続時間の一部分で、様々なビームラインを能動状態にしてもよく、たとえば、フットパルスに関連するビームラインは、結合されたパルス持続時間の最初の部分でのみ能動状態にしてもよい。他の実装形態では、以下に述べるように、パルス持続時間全体においてビームラインを能動状態にしてもよく、各ビームラインでのパルスの時間的な特性は、結合されたパルス持続時間において変化する。
【００２６】
[0033]低強度のフットパルス期間中に高調波変換効率を上げるための一方法は、「直交周波数変換」を使用する方法であり、この直交周波数変換では、単結晶ではなく周波数変換結晶のペアを使用することにより、高調波変換の高い強度範囲が拡張される。本質的に、一方の結晶が比較的低い強度で効率的に変換し、もう一方の結晶が比較的高い強度で効率的に変換する。変換効率の改善が著しくなる可能性があることが分かった。この方法により、結果として、高調波変換に使用される非線形の光学結晶の数が倍になるので、システムのコストが増大することになる。
【００２７】
[0034]高調波変換効率を上げるための別の方法では、小径ビームを使用してフットパルスを生成し、大径ビームを使用して駆動パルスを生成する。フットビームと駆動ビームの両方について、強度が高調波変換器の最適値に近く維持されているので、高調波変換効率は全体的に高い。フットパルスと駆動パルスを同一直線上に伝搬させることにより、照射対称性が保存され、別々のビームラインを使用することにおける追加コスト及び複雑性が回避される。これらの設計では、内側のビームが外側のビームとオーバラップしないよう維持して、干渉によって高い強度特性が生成されるのを回避することが重要である。ドーナツ形状のアポダイザを用いて内側のビームと外側のビームを分離することによって、この要求事項を満たすことができ、それにより、ビーム強度が徐々に低減されて、回折によって高強度特性が生じるのを防止する。ドーナツ形状のアポダイザは、ビーム領域全体のかなりの部分を占めるので、実装形態によっては増幅器でのエネルギー抽出効率が著しく低下する。
【００２８】
[0035]高調波変換効率を上げるための第３の方法では、フットパルスを、高強度の短いパルスの機能的に等価な列すなわち「ピケットフェンス（ｐｉｃｋｅｔ−ｆｅｎｃｅ）」で置き換える。ピケットフェンスの強度を駆動パルスの強度に匹敵できるようにすることによって、高い高調波変換効率が実現可能になる。しかし、この方法に関連する欠点は、短パルスの列を生成するのに使用されるフロントエンドのレーザシステムの複雑さが増すこと、レーザシステム内での高強度で有害な非線形位相シフト、及び目標とする性能についての不確実性である。
【００２９】
[0036]本発明の実施形態は、大きな間接駆動ＩＣＦシステムの特徴、すなわち、各レーザポート内でいくつかのビームラインを使用して、ＩＣＦの働きに適したパルスエネルギーを生成するという特徴を利用する。例として、ＮＩＦ及びＬＭＪにおいては１ポート当たり４つのビームが使用される。このＬＭＪは、ＮＩＦと同様の、フランスに建設中のＩＣＦシステムである。各ビームラインが、完全な高ダイナミックレンジのＩＣＦレーザパルスを生成するので、総合的な高調波変換効率は低くなる。本発明によれば、放出するビームラインの数、並びに放出ビームラインによって生成される出力パワーの両方を変化させることにより、所望のパルス形状が実現する能動状態にあるビームラインの数を制御することにより、所望のパルスのダイナミックレンジのかなりの部分が実現し、能動状態にあるビームライン内の光パワーを変化させることにより、相対的に小さい部分が実現する。個々のビームラインが生成するパワー及び強度が相対的に狭い範囲に存在する場合、高調波変換器は、ピークの高調波変換効率に強度が近くなるよう設計することができる。本明細書全体を通して記述されているように、本発明の実施形態が提供する方法及びシステムにより、従来のシステムと比較して高調波変換効率が著しく改善する。
【００３０】
[0037]本発明の一実施形態によれば、各ポートにおけるわずかな数のビームラインがフットパルスを生成し、残りのビームラインが駆動パルスを生成する。たとえば、レーザポート当たり４つのビームラインを用いる設計では、１つのビームラインを使用してフットパルスを生成し、残り３つのビームラインを使用して駆動パルスを生成する。
【００３１】
[0038]総合変換効率が上がるのに加えて、本発明の実施形態では、従来のシステムを使用していては利用できない利点をさらに実現することができる。実装形態によっては、ピークパワーへの要求がもっとも大きいとき、すなわち駆動パルスのピークレベルにあるとき、フットパルスだけを生成するために確保されているビームラインは、パワーを生成するのに利用可能ではない可能性もある。この場合、駆動パルスを生成するために確保されているビームラインだけが、駆動パルスのピークにおいて寄与するので、駆動パルス用に確保されているビームラインのそれぞれにおいて生成されるピークパワーは、全てのビームライン（すなわち、フットパルスビームラインと駆動パルスビームラインの両方）が利用可能になる場合よりも大きくなる。結果として生じる、駆動パルスでのビームライン当たりの相対的に高いピークパワーは望ましくない。その理由は、光学系が相対的に大きいピーク強度、相対的に大きい損傷リスク、及び相対的に大きい非線形位相シフトに直面することである。非線形位相シフトは、損傷リスクを増大させ、目標物への焦点の質を劣化させる、ビーム内での小さいスケールの高強度特性の状況と相関関係がある。
【００３２】
[0039]本発明の実施形態は、駆動パルスがピークにある間、全てのビームラインをオン状態に維持することによって、個々のビームラインが生成する最大パワーが低減され、又は最低限に抑えられるアーキテクチャを実施することにより、前述の問題点に対する解決策を提供する。特定の実施形態では、全てのビームラインをピークパワーでオン状態に維持することによって１ω増幅器からの蓄積エネルギーが抽出されるので、単一のビームラインには、フットパルス全体を生成するのに十分な残りの蓄積エネルギーがない。したがって、この実施形態では、順々にオンとオフを繰り返すいくつかのビームラインによってフットパルスが生成される。同様に、他のビームラインを順々にオン／オフすることによって、駆動パルスが生成される。どの時点においても、十分な数のビームラインがオンになって、任意の１つのビームライン内のピークパワーが確実に安全限界内にあるようになる。ビームラインのオン／オフ時間、及び、いつの時点でもオンになっているビームラインの数を慎重に選択することにより、高調波変換効率曲線のピークに近い各ビームライン内に依然として強度を維持しながら、求められるパルス形状全体を生成することができる。
【００３３】
[0040]図３は、本発明の一実施形態による６つのビームラインについての、時間の関数としての出力パワーを示す、簡略化した多次元グラフである。６つのビームラインからの光パワーは、足し合わせると、図２に示すパルス形状になる。図３に示すグラフは、高い高調波変換利得を維持しながら、レーザポート内の６つのビームラインを動作させて所望の総合パルス形状を生成するための、単に実現可能な１つのパターンである。この場合も、図１に示す高調波変換効率を使用すると、図３のビームライン特性を使用して生成されたパルス全体の、予測される総合的な高調波変換効率は７９％であるが、その理由は、出力パワーの大部分が、ピークの高調波変換効率の近くに生成されることである。
【００３４】
[0041]図３を参照すると、フットパルスに関連する第１の期間中（すなわち、０〜６ｎｓ）、第１のビームラインがオンになり、次いで、駆動パルスに関連する第２の期間中に再度オンになって、駆動パルスの一部分（すなわち、１１〜１４ｎｓ）を生成する。時間の関数として所定の強度特性を有するように、ビームライン内の強度が選択されて、ビームラインを結合した後にパルス全体を生成する。図３に示すように、ビームラインによっては、駆動パルスに関連する期間中だけに動作することができ、この期間がビームライン＃６で示してあり、このビームライン＃６は１１ｎｓ〜１８ｎｓまでの間にオンになる。図３のビームライン＃１を参照すると、本発明の実施形態により、従来の技法と比較して光増幅プロセスに関連するエネルギー抽出効率が増大する。ビームライン＃１については、ビームライン＃１内に残された残留エネルギーが存在するが、その理由は、フットパルスを生成するのに利用されるパワーが、ビームラインの能力と比較して小さいことである。フットパルスを生成するのに利用されるエネルギーは小さいので、ビームライン増幅器内には余分な蓄積エネルギーが残されており、したがって、このエネルギーを使用して、結合パルスの駆動パルス部分に寄与する助けとなることができる。したがって、本発明の実施形態は、ビームラインに含まれるパワー増幅器からのエネルギー抽出効率を上げるための方法及びシステムを提供する。
【００３５】
[0042]したがって、実施形態によっては、特定のビームラインをフットビームライン又は駆動ビームラインと呼ぶことができるが、特定のビームラインは、結合パルスの１つ又は複数の部分に寄与することができ、たとえばフットビームラインは、駆動パルスエネルギーの一部分に寄与することもできる。図３に示すように、個々のビームラインのプログラム可能な時間的パルス成形により、高調波変換効率を増大させるだけでなく、様々なビームラインのパワー抽出効率を増大させる機会をもたらす。
【００３６】
[0043]複数のビームラインを利用して結合パルスを生成する利点は、様々なビームラインの増幅器における非線形位相シフトを低減できることである。第１のビームラインによってフットパルスが生成され、追加のビームラインによって駆動パルスが生成されるシステムとは対照的に、第１のビームラインを使用して駆動パルスの一部分を生成すると、追加ビームラインに存在する強度及びパワーの低減を可能にすることによって、非線形位相シフトを低減させることができる。追加ビームラインでの強度及びパワーを低減させることにより、非線形位相シフトが低減し、ビーム品質が改善し、光学構成部品への損傷リスクが低減する。
【００３７】
[0044]図３に示すパルス成形を利用する別の利点は、レーザの保守に関する。様々なビームラインが様々なパルス形状を生成するが、全てのビームラインは、十分に交換可能な同一又は少なくとも同様の機器を使用することができる。したがって、実施形態によっては、各レーザ構成部品又はサブシステムには、１つのタイプの予備品だけが必要になる。さらに、レーザポート内の１つのビームラインが故障すると、レーザポート内で生成されるパルス形状全体が所望の形状を有するように、残りのビームラインによって生成されるパルス形状を再フォーマットすることができる。多くの変形形態、修正形態、及び代替実施形態が、当業者には理解されよう。
【００３８】
[0045]本発明の実施形態にはレーザシステムでの幅広い用途があり、本明細書に記載の方法及びシステムは、ＩＣＦ用途に限定されるものではない。いくつかのレーザビームラインを使用しながら、本明細書に記載の方法及びシステムを他のレーザアーキテクチャ及び増幅器アーキテクチャで使用して、高調波変換された波長での成形光学パルスを生成することができる。これら他の用途には、高調波変換された光を有する高エネルギーのチタニウムドープサファイヤレーザ（又は、他の固体レーザ）の直接駆動のＩＣＦ及びポンピングが含まれるが、それらだけには限らない。さらに、本発明の実施形態は、高調波変換ではなく非線形光学プロセスが使用される他のレーザシステム及び増幅器システムに適用可能である。例として、そのような用途には、パルスレーザ光を使用してｘ線を生成すること、及びパルスレーザ光を使用してｘ線レーザをポンピングすることが含まれるが、それらだけには限らない。
【００３９】
[0046]図３に示すビーム特性は、６つのビームラインを利用するシステムに関連するが、本発明は、ビームラインのこの特定の数に限定されるものではなく、本発明の範囲内には、他のアーキテクチャ、たとえば２つ、３つ、４つ、若しくは５つのビームラインを含め６つ未満のビームライン、又は、６つを超えるビームライン、たとえば７つ、８つ、９つ、１０、１１、１２、若しくは１２を超えるビームラインが含まれる。多くの変形形態、修正形態、及び代替実施形態が、当業者には理解されよう。
【００４０】
[0047]本発明の実施形態によって提供される別の利点は、様々なビームラインの時間特性を調整して、故障事象と呼ばれることもあるビームラインのうちの１つ又は複数の劣化又は故障を補償することができる。システムにはいくらかの余剰能力があるので、ビームラインが故障した場合、その他のビームラインを使用しながら時間特性を調整して、元の時間的形状との結合パルスを生成することにより、故障したビームラインが最初に提供していたパルス形状を補償することができる。一例として、ビームライン＃４が完全に故障した場合、ビームライン１〜３及び５〜６によって生成される時間的形状を調整して、ビームライン＃４によって最初に生成された寄与を置き換える。ビームラインが全て故障するわけでなく、劣化するだけの場合、その他のビームラインを使用して、劣化したビームラインにおける最初の時間的形状と劣化した時間的形状との差を補償することができる。したがって、本発明の実施形態は、図５Ａに関連して論じたプログラム可能なパルス形状を利用し、様々なビームラインの時間的形状を調整して、他のビームラインの故障又は劣化を補償する。
【００４１】
[0048]図４は、本発明の一実施形態によるビームライン番号に応じた、高調波変換効率を示す、簡略化したグラフである。図４に示す高調波変換効率は、図３に示すビームラインと関連しており、時間積分したエネルギー変換効率である。図４に示すように、図３に示す通りビームライン＃２〜＃６よりもピーク強度の低いビームライン＃１の変換効率は、ビームライン＃２〜＃６よりも低いが、このビームラインがフットパルス期間中の強度のみを有している場合に達成されたはずの変換効率よりも著しく高い。各ビームラインでの強度を高調波変換効率曲線のピークに近く保つことにより、図４の破線で示すように、総合的な時間積分された高調波変換効率は７８．８％になる。実施形態によっては、変換効率のピークに近い強度を使用することにより、高調波変換器効率が低下し始める強度を超えることなく、また高調波変換パルスエネルギーを互いに異なるビームライン間で均等に分散した状態を維持しながら、要求されるパワーを生成するのに必要とされる低減数又は最小数のビームラインの使用が可能になる。
【００４２】
[0049]本発明の実施形態は、１組のパルス内の全てのパルスを高調波変換するための高調波変換効率が、各パルスのうちの１つのパルスについてのピーク変換効率に近いシステムを提供する。図４に示すように、ビームライン＃１における高調波変換効率７４．５％は、最高の高調波変換効率８０．７％を有するビームライン＃５の高調波変換効率に近く、またビームライン＃５の高調波変換効率からほんの最小限だけ劣化している。一実施形態では、第１のパルス（たとえば、ビームライン＃１に関連するパルス）を高調波変換するための高調波変換効率は、その他のビームラインに関連するその他のパルスを高調波変換するための高調波変換効率の２０％以内である。特定の実施形態では、第１のパルスを高調波変換するための高調波変換効率は、その他のパルスを高調波変換するための高調波変換効率の１０％以内である。
【００４３】
[0050]図５Ａは、本発明の一実施形態による増幅器アーキテクチャの、簡略化した概略図である。図５Ａを参照すると、システム５００は、プロセッサ／制御装置５１０（本明細書においてはプロセッサと呼ばれる）を備え、このプロセッサを使用して、システム動作に関連する計算を実行し、様々なシステム要素に制御信号を供給する。コンピュータ読取り可能な媒体５１２（データベース又はメモリとも呼ぶ）がプロセッサ５１０に結合されて、プロセッサ及び他のシステム要素が使用するデータを記憶する。本明細書を、全体を通してさらに完全に説明するように、プロセッサ５１０は、ビームライン、高調波変換器、及び光学系と対話する。一実施形態では、メモリ５１２は、ビームラインのうちの１つ又は複数が故障又は劣化したときに、様々なビームラインからの出力のパルス形状を再プログラムするのに利用することができる参照表を備えることができる。
【００４４】
[0051]プロセッサ５１０は、カリフォルニア州、サンタクララのＩｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが製造するＰｅｎｔｉｕｍプロセッサなど、命令及びデータを実行するように構成された汎用のマイクロプロセッサとすることができる。プロセッサ５１０は、本発明による方法をソフトウェア、ファームウェア、及び／又はハードウェアで実行するための命令の少なくとも一部分を実施する、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とすることもできる。一例として、このようなプロセッサは、専用回路、ＡＳＩＣ、組合せ論理、他のプログラマブルプロセッサ、これらの組合せなどを備える。
【００４５】
[0052]メモリ５１２は、局所的なものでもよく、又は特定のアプリケーションに適宜分散することができる。メモリ５１２には、プログラム実行中に命令及びデータを記憶するための主ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、並びに固定命令が記憶されているリードオンリメモリ（ＲＯＭ）を含め、複数のメモリが含まれ得る。したがって、メモリ５１２は、プログラム及びデータファイル用の永続的な（不揮発性の）記憶装置を提供し、メモリ５１２には、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、フロッピーディスクドライブに加えて、関連する取外し可能な媒体、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）ドライブ、光学ドライブ、取外し可能な媒体カートリッジ、及び他の同様な記憶媒体を含み得る。
【００４６】
[0053]システム５００は、前置増幅器モジュール（ＰＡＭ）＃１〜＃Ｎ（５２０−１〜５２０−Ｎ）を含む複数のビームラインを備える。実施形態によっては、図３に示す６つのビームラインが存在するが、本発明は、この特定の数のビームラインに限定されるものではなく、ビームラインの数は、２つ〜３つ以上、たとえば、４つ、６つ、８つ、１０、１２などの範囲にすることができる。本発明の実施形態によっては、ＰＡＭは、ファイバレーザシード光源、時間パルス成形装置、及び、ファイバレーザシード光源から生じ、時間パルス成形装置によって改変されたパルスを増幅するように動作可能な前置増幅段を備える。ＰＡＭは、この特定のアーキテクチャに限定されるものではない。図５Ａに示すように、各ビームラインにＰＡＭを備えることにより、本明細書全体を通して説明している各ビームラインにおいて異なる時間特性を有するパルスの生成が可能になる。
【００４７】
[0054]ビームラインはまた、増幅器＃１〜＃Ｎ（５３０−１〜５３０−Ｎ）を備える。増幅器は、光学利得を利用して、増幅器それぞれのＰＡＭから生じるパルスを増幅する。本発明の実施形態によっては、増幅器は、高パワーパルスを生成するのに適した複数の増幅器スラブレット（ｓｌａｂｌｅｔｓ）を含む高平均パワー増幅器である。実装形態によっては、増幅器の制御は、ＰＡＭ内の制御装置（図示せず）によって提供されるが、別の実装形態では、増幅器制御は図５Ａに示すプロセッサ５１０によって提供される。
【００４８】
[0055]各ビームラインは、高調波変換器（すなわち、高調波変換器＃１〜＃Ｎ）（５４０−１〜５４０−Ｎ）に光学的に結合されている。高調波変換器からの出力は、光学装置５５０を使用して結合され、プロセッサ５１０の制御下にあって、目標物上の単一箇所に集束してもよい。したがって、様々なビームラインから生じる結合ビームが、目標物に衝突する。ＩＣＦ用途では、図５Ａに示す複数ビームラインシステムの複数の実装形態を利用して、目標物の複数の箇所に衝突する結合ビームを生成することになる。
【００４９】
[0056]複数のビームラインのそれぞれは、図５Ａに示す実施形態で高調波変換器を利用するが、別の実施形態では、他の構成を利用してフットパルス及び駆動パルスを生成することができる。図５Ｂは、本発明の一実施形態による代替周波数変換アーキテクチャの、簡略化した概略図である。図５Ｂに示すように、結合パルス変換器５９０を使用して、結合パルス（すなわち、高ダイナミックレンジパルス）を変換することができる。ダイクロイックミラー５９２を使用して、周波数変換光を分割してミラー５７４へと導き、次いで、フットパルス変換器５９６を使用して、基本波長で残りの光を周波数変換する。これらの実施形態では、結合パルス及びフットパルスは、様々な波長、様々な伝搬方向、様々な偏光を利用することができる。さらに、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、アーキテクチャの様々な部分は、特定の実装形態に応じて適切に、結合ビーム又は個々のビームラインをサポートすることができる。多くの変形形態、修正形態、及び代替実施形態が、当業者には理解されよう。
【００５０】
[0057]図６は、本発明の一実施形態による周波数変換パルスを生成する方法を示す、簡略化した流れ図である。この方法６００は、第１のビームラインで伝搬する基本波長での第１のパルスを生成するステップ（６１０）と、第２のビームラインで伝搬する基本波長での第２のパルスを生成するステップ（６１２）とを含む。この方法はまた、基本波長での第１のパルスを周波数変換して、周波数変換された波長での第１の周波数変換パルスを生成するステップ（６１４）と、基本波長での第２のパルスを周波数変換して、周波数変換された波長での第２の周波数変換パルスを生成するステップ（６１６）とを含む。
【００５１】
[0058]この方法はさらに、周波数変換された波長での第１の周波数変換パルスと、周波数変換された波長での第２の周波数変換パルスとを光学的に結合して、周波数変換パルスを生成するステップ（６１８）を含む。実施形態によっては、この方法は、第３のビームライン内を伝搬する基本波長での第３のパルスを生成するステップと、基本波長での第３のパルスを周波数変換して、周波数変換された波長での第３の周波数変換パルスを生成するステップと、周波数変換された波長での第３の周波数変換パルスと第１の周波数変換パルス及び第２の周波数変換パルスとを光学的に結合するステップとをさらに含む。たとえば、第１のパルスがフットパルスに関連しており、第２及び第３のパルスが駆動パルスに関連している場合、第１のパルスの後に第２のパルスのピーク及び第３のパルスのピークが生じることがある。さらに、実施形態によっては、第１のパルスは、第１の期間中の第１のエネルギーを特徴とし、第２のパルスは、第１の期間の後の第２の期間中の第２のエネルギーを特徴とする。本発明は上記３つのビームラインに限定されるものではなく、本明細書全体を通して説明するように、より多い数のビームラインに適用可能である。
【００５２】
[0059]本発明の実施形態は、周波数２倍化、周波数３倍化、光パラメトリック増幅などを含め、様々な周波数変換プロセスに適用可能である。
【００５３】
[0060]図６に示す具体的なステップは、本発明の一実施形態による周波数変換パルスを生成する特定の方法を示すことを理解すべきである。ステップの他の順番はまた、代替実施形態によって実行してもよい。たとえば、本発明の代替実施形態は、上記ステップを異なる順序で実行してもよい。さらに、図６に示す個々のステップには、個々のステップに応じて適切に、様々な順番で実行してもよい複数のサブステップが含まれ得る。さらに、特定の用途によっては、追加のステップを加えてもよく、又は外してもよい。多くの変形形態、修正形態、及び代替実施形態が、当業者には理解されよう。
【００５４】
[0061]図７は、本発明の一実施形態による結合された光パルスを生成する方法を示す、簡略化した流れ図である。方法７００は、第１の期間中での第１の特性及び第２の期間中での第２の特性を特徴とする、第１の時間パルス形状を有する第１のパルスを生成するステップ（７１０）と、複数の追加パルスを生成するステップであって、この複数の追加パルスのそれぞれが、特性及びパルスエネルギーを特徴とする関連する時間的形状を有するステップ（７１２）とを含む。関連する時間的形状は、第１の時間的形状とは異なり、第２の期間中にパルスエネルギーの大部分が存在する。例として、第１のパルスは、図３でのビームライン＃１と関連するパルスと同様にすることができ、複数の追加パルスは、図３でのビームライン＃２〜＃６と関連するパルスと同様にすることができる。
【００５５】
[0062]この方法はまた、第１のパルスを高調波変換するステップ（７１４）と、複数の追加パルスを高調波変換するステップ（７１６）とを含む。本発明の実施形態によれば、個々のビームラインは、独立して周波数変換されて、高い高調波変換効率を可能にする。一例として、第１のパルスを高調波変換するための高調波変換効率は、複数の追加パルスを高調波変換するための高調波変換効率の１０％以内とすることができる。他の実施形態では、高調波変換効率は、２０％以内、１５％以内、５％以内、２．５％以内、又は１％以内である。多くの変形形態、修正形態、及び代替実施形態が、当業者には理解されよう。
【００５６】
[0063]したがって、第１のパルスは、第１のビームラインにおいて高調波変換することができ、複数の追加パルスは、複数の追加ビームラインにおいて高調波変換することができる。この方法はさらに、高調波変換された第１にパルスと高調波変換された複数の追加パルスとを光学的に結合して、結合された光パルスを形成するステップ（７１８）を含む。結合された光パルスは、高ダイナミックレンジパルス（図２に示す）とすることができ、第１の時間中のピーク強度よりも大きい第２の時間中のピーク強度を特徴とすることができる。
【００５７】
[0064]本発明の具体的な実施形態によれば、この方法は、故障事象を判定するステップを含むことができ、この故障事象とは、第１のパルスのうちの少なくとも１つ、又は複数の追加パルスのうちの１つに関連する劣化又は故障でもよい。実施形態によっては、ビームラインが機能停止することになるが、他の実施形態では、様々なビームの出力パワー及び／又はビーム品質が劣化することがある。第１のパルスのうち少なくとも１つの第１の時間的形状、又は複数の追加パルスのうちの１つに関連する関連時間的形状を改変して、故障事象を補償する。
【００５８】
[0065]図７に示す具体的なステップは、本発明の一実施形態による結合された光パルスを生成する特定の方法を示すことを理解すべきである。ステップの他の順番はまた、代替実施形態によって実行してもよい。たとえば、本発明の代替実施形態は、上記ステップを異なる順序で実行してもよい。さらに、図７に示す個々のステップには、個々のステップに応じて適切に、様々な順番で実行してもよい複数のサブステップが含まれ得る。さらに、特定の用途によっては、追加のステップを加えてもよく、又は外してもよい。多くの変形形態、修正形態、及び代替実施形態が、当業者には理解されよう。
【００５９】
[0066]本明細書に記載の例及び実施形態は、例示的なものに過ぎず、そうした例及び実施形態に照らした様々な修正形態又は変更形態が当業者に提案されることになり、またそうした修正形態又は変更形態は、本明細書の精神及び範囲、並びに添付特許請求の範囲に記載の範囲内に含まれるものであることも理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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