(57)【要約】  特定の実施形態では、ピークレーザパルスを検出するためのシステムが、レーザと、レーザによって放出されたパルスを検出するように構成されたフォトダイオードと、レーザのピークパルスタイミングを検出するための回路網とを含む。回路網は、フォトダイオードによって検出されたレーザパルスに基づいて、周期的な一連の電圧信号を受信すること、電圧信号を引き伸ばすこと、及び周期制御信号を用いて引き伸ばし電圧信号からサンプリングされた電圧を取得することを行うように構成される。回路網は、周期制御信号のタイミングをシフトさせること、制御信号の各タイミングに関するサンプリングされた電圧を比較すること、及び比較に基づいて、最適制御信号タイミングを選択することをさらに行うように構成される。
2021516463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピークレーザパルスを検出するためのシステムであって、
レーザと、
前記レーザによって放出されたパルスを検出するように構成されたフォトダイオードと、
回路網であって、
前記フォトダイオードによって検出されたレーザパルスに基づいて、周期的な一連の電圧信号を受信すること、
前記電圧信号を引き伸ばすこと、
周期制御信号を用いて前記引き伸ばし電圧信号からサンプリングされた電圧を取得すること、
前記周期制御信号のタイミングをシフトさせること、
前記制御信号の各タイミングに関する前記サンプリングされた電圧を比較すること、及び
前記比較に基づいて、最適制御信号タイミングを選択すること、
を行うように構成された回路網と、
を含むシステム。
【請求項２】
前記周期的電圧信号を引き伸ばすように構成された前記回路網が、積分回路を含み、及び
前記周期制御信号をシフトさせるように構成された前記回路網が、ある数の時間ステップ分だけ前記制御信号をシフトさせるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記引き伸ばし電圧信号からサンプリングされた電圧を取得するように構成された前記回路網が、ある期間の間、前記サンプリングされた電圧を保持するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
最適制御信号タイミングシフトを選択するように構成された前記回路網が、最も高いサンプリングされた電圧に関連する前記制御信号タイミングシフトを選択するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
各制御信号タイミングシフトに関してパルスの数をカウントするように構成された回路網をさらに含み、最適制御信号タイミングシフトを選択するように構成された前記回路網が、各制御信号タイミングシフトに関するカウントに基づいて、前記最適制御信号タイミングシフトを選択するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記回路網が、ある数の時間ステップ分だけ前記制御信号の前記タイミングをシフトさせ、及び最後の時間ステップに至るまで並行して前記サンプリングされた電圧を取得するように構成される構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記レーザパルスが、３００フェムト秒〜１．２ピコ秒の範囲のパルス幅を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
フォトダイオードによって検出されたレーザパルスに基づいて、周期的な一連の電圧信号を受信すること、
前記電圧信号を引き伸ばすこと、
周期制御信号を用いて前記引き伸ばし電圧信号からサンプリングされた電圧を取得すること、
前記周期制御信号のタイミングをシフトさせること、
前記制御信号の各タイミングに関する前記サンプリングされた電圧を比較すること、及び
前記比較に基づいて、最適制御信号タイミングを選択すること、
を行うように構成された回路網を含む、装置。
【請求項９】
前記回路網が、積分回路を使用して前記周期的電圧信号を引き伸ばすように構成され、及び
前記周期制御信号をシフトさせるように構成された前記回路網が、時間ステップ分だけ前記制御信号をシフトさせるように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記引き伸ばし電圧信号からサンプリングされた電圧を取得するように構成された前記回路網が、ある期間の間、前記サンプリングされた電圧を保持するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
最適制御信号タイミングシフトを選択するように構成された前記回路網が、最も高いサンプリングされた電圧に関連する前記制御信号タイミングシフトを選択するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
各制御信号タイミングシフトに関してパルスの数をカウントするように構成された回路網をさらに含み、最適制御信号タイミングシフトを選択するように構成された前記回路網が、各制御信号タイミングシフトに関するカウントに基づいて、前記最適制御信号タイミングシフトを選択するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記回路網が、ある数の時間ステップ分だけ前記制御信号の前記タイミングをシフトさせ、及び最後の時間ステップに至るまで並行して前記サンプリングされた電圧を取得するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記レーザパルスが、３００フェムト秒〜１．２ピコ秒の範囲のパルス幅を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
レーザによって放出されたピークパルスを検出するための方法であって、
フォトダイオードによって検出されたレーザパルスに基づいて、周期的な一連の電圧信号を受信するステップであって、前記レーザパルスが、３００フェムト秒〜１．２ピコ秒の範囲のパルス幅を有する、ステップと、
前記電圧信号を引き伸ばすステップと、
シフトされた制御信号のセットを用いて前記引き伸ばし電圧信号からサンプリングされた電圧のセットを取得するステップであって、各シフトされた制御信号が、その他の制御信号からのそれぞれのタイミングシフトを有する、ステップと、
前記タイミングシフトのそれぞれに関する前記サンプリングされた電圧の比較に基づいて、最適制御信号タイミングを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記電圧信号を引き伸ばす前記ステップが、前記一連の電圧信号を積分回路に提供するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記サンプリングされた電圧を取得する前記ステップが、ある期間の間、前記サンプリングされた電圧を保持するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
最適制御信号タイミングを決定する前記ステップが、最も高いサンプリングされた電圧に関連する前記制御信号の前記タイミングシフトを選択するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
各タイミングシフトに関してパルスの数をカウントするステップをさらに含み、最適制御信号タイミングを決定する前記ステップが、前記各タイミングシフトに関するカウントに基づいて、前記制御信号に関するタイミングシフトを選択するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記サンプリングされた電圧のセットが、並行して取得される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザシステムに関し、特に、シフトされた制御信号タイミングを用いてピークレーザパルスを検出するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザシステムは、様々な目的で使用される一連のパルスを生成することができる。レーザシステムの多くは、極短パルス幅を有するフェムト秒レーザを利用する。これらの短パルス幅により、現行のシステムを使用したフェムト秒レーザパルスの測定及びデジタル化は、ハイエンドの高価なアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用し得る。しかし、このようなシステムは、依然として、パルスの検出に失敗することがあり、又はピークパルスエネルギーレベルを正確に捕捉しないことがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
特定の実施形態では、ピークレーザパルスを検出するためのシステムが、レーザと、レーザによって放出されたパルス（例えば、フェムト秒又はピコ秒パルス）を検出するように構成されたフォトダイオードと、レーザのピークパルスタイミングを検出するための回路網とを含む。回路網は、フォトダイオードによって検出されたレーザパルスに基づいて、周期的な一連の電圧信号を受信すること、電圧信号を引き伸ばすこと、及び周期制御信号を用いて引き伸ばし電圧信号からサンプリングされた電圧を取得することを行うように構成される。回路網は、周期制御信号のタイミングをシフトさせること、制御信号の各タイミングに関するサンプリングされた電圧を比較すること、及び比較に基づいて、最適制御信号タイミングを選択することをさらに行うように構成される。
【０００４】
特定の実施形態では、装置は、フォトダイオードによって検出されたレーザパルス（例えば、フェムト秒又はピコ秒パルス）に基づいて、周期的な一連の電圧信号を受信すること、電圧信号を引き伸ばすこと、及び周期制御信号を用いて引き伸ばし電圧信号からサンプリングされた電圧を取得することを行うように構成された回路網を含む。回路網は、周期制御信号のタイミングをシフトさせること、制御信号の各タイミングに関するサンプリングされた電圧を比較すること、及び比較に基づいて、最適制御信号タイミングを選択することをさらに行うように構成される。
【０００５】
特定の実施形態では、レーザによって放出されたピークパルスを検出するための方法は、フォトダイオードによって検出されたレーザパルス（例えば、フェムト秒又はピコ秒パルス）に基づいて、周期的な一連の電圧信号を受信するステップと、電圧信号を引き伸ばすステップと、シフトされた制御信号のセットを用いて引き伸ばし電圧信号からサンプリングされた電圧のセットを取得するステップとを含む。各シフトされた制御信号は、その他の制御信号からのそれぞれのタイミングオフセットを有し得る。本方法は、タイミングオフセットのそれぞれに関するサンプリングされた電圧の比較に基づいて、最適制御信号タイミングを決定するステップも含む。
【０００６】
特定の実施形態は、一部の例では、１つ又は複数の技術的利点を提供し得る。例えば、幾つかの局面において、全ての放出されたレーザパルスが、検出され、ピークパルスエネルギーレベルに関して正確に測定され得る。加えて、幾つかの局面において、フェムト秒レーザパルスシーケンスは、限定されないが、５０〜５００ｋＨｚの範囲の繰り返し率を含む、５０ｋＨｚ以上の繰り返し率で検出され得る。幾つかの局面は、現行のシステムよりも低いコストで、これらの利点を達成し得る。
【０００７】
上記及び他の利点は、本図面及び明細書に鑑みて、当業者に明らかとなるだろう。
【０００８】
本開示及びその利点のより完全な理解のために、これより、同様の参照符号が同様の特徴を示す添付の図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、レーザシステムのピークパルスタイミングを検出するための例示的システムの図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのパルスサンプラーの例示的実施の図である。
【図２Ａ】図２Ａは、光信号を電圧信号に変換するための例示的光検出器回路の図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、電圧信号を引き伸ばすための例示的積分回路の図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、電圧信号のサンプリング及び保持を行うための例示的パルス拡張回路の図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃのパルス拡張回路の例示的パルス拡張論理回路の図である。
【図３】図３は、光検出器回路からの電圧信号及びシステムクロック信号に関する波形の例示的プロットである。
【図４Ａ】図４Ａは、光検出器回路からの電圧信号及び引き伸ばし電圧信号に関する波形の例示的プロットである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、光検出器回路からの電圧信号及び引き伸ばし電圧信号に関する波形の例示的プロットである。
【図５】図５は、引き伸ばし電圧信号及び引き伸ばし電圧信号をサンプリングするための制御信号に関する波形の例示的プロットである。
【図６】図６は、制御信号を使用してサンプリングされた電圧信号に関連する波形の例示的プロットである。
【図７Ａ】図７Ａは、シフトされたタイミングの制御信号を用いた光検出器電圧信号の例示的サンプリングを示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、シフトされたタイミングの制御信号を用いた光検出器電圧信号の例示的サンプリングを示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、シフトされたタイミングの制御信号を用いた光検出器電圧信号の例示的サンプリングを示す図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、シフトされたタイミングの制御信号を用いた光検出器電圧信号の例示的サンプリングを示す図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、シフトされたタイミングの制御信号を用いた光検出器電圧信号の例示的サンプリングを示す図である。
【図８】図８は、ピークパルス検出システムの例示的初期化プロセスを示す図である。
【図９】図９は、ピークパルス検出システムによって検出されたピークパルスをカウントするための例示的プロセスを示す図である。
【図１０】図１０は、ピークパルス検出システムの異なる制御信号タイミングに関連したジッターを決定するための例示的プロセスを示す図である。
【図１１】図１１は、レーザシステムのピークパルスを検出するための制御信号タイミングを決定するための例示的プロセスのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
下記の図面は、単に説明目的のためであり、出願人の開示の範囲を限定する意図はないことを当業者は理解するだろう。
【００１１】
本開示の原理の理解を促す目的で、これより、図面に示した実施形態を参照し、特定の用語を用いて、それらの実施形態を説明する。だが、本開示の範囲の限定が意図されないことは理解されるだろう。本開示が関係する当業者が通常思い付くように、記載するシステム、デバイス、及び方法に対する変更及びさらなる修正、並びに本開示の原理のさらなる適用が企図される。具体的には、ある実施形態に関して記載したシステム、デバイス、及び／又は方法が、本開示の他の実施形態に関して記載した特徴、コンポーネント、及び／又はステップと組み合わせられ得ることが企図される。しかし、簡潔さのために、これらの組み合わせの多数の繰り返しは、個別に説明を行わない。簡単にするために、一部の例では、同じ参照符号が、同一又は類似の部分を指すために図面全体を通して使用される。
【００１２】
図１Ａは、例示的ピークパルス検出システム１００の図である。幾つかの実施形態では、ピークパルス検出システム１００は、フェムト秒又はピコ秒レーザシステムのピークパルスを検出するための最適制御信号タイミングを決定することができる。ピークパルス検出システム１００は、レーザシステム１０２、光検出器回路１０４、パルスストレッチャー１０６、パルスサンプラー１０８、及び制御システム１１０を含む。
【００１３】
レーザシステム１０２は、光検出器回路１０４に向けられる一連のレーザパルスを生成する。場合によっては、レーザシステム１０２は、イッテルビウムベース（例えば、Ｙｂ：ガラス又はＹｂ添加ファイバ）レーザ、エルビウムベース（例えば、Ｅｒ添加ファイバ）レーザ、チタンサファイア（ＴｉＡｌ２Ｏ３）レーザ、クロムベース（例えば、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ  Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ、又はＣｒ：ＬｉＳＧＡＦ）レーザ、アレキサンドライトレーザ、ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザ、半導体若しくは色素ベースレーザ、又は別のタイプのレーザなどのフェムト秒又はピコ秒レーザを含む。特定の例では、レーザパルスは、３００フェムト秒〜１．２ピコ秒、５００〜１０００フェムト秒、７００〜９００フェムト秒、又は約８００フェムト秒の範囲内でもよい。レーザシステム１０２は、図１Ａに図示されない、より大きなシステムのコンポーネントであってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、レーザシステム１０２は、屈折矯正、前区、若しくは後区手術用の眼科用レーザ手術システム、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システム、又は他のタイプの眼科診断若しくは手術用のシステム若しくは医療機器のコンポーネントである。特定の例では、レーザシステム１０２は、Ａｌｃｏｎ製のＬｅｎＳｘ（登録商標）レーザシステム又はＷａｖｅＬｉｇｈｔ（登録商標）ＦＳ２００レーザシステムなどの眼科用レーザ手術システムを含み得る。
【００１４】
光検出器回路１０４は、レーザシステム１０２からパルスを受信し、パルスの光情報を電気情報に変換する。幾つかの実施形態では、光検出器回路１０４は、レーザシステム１０２から受信した光パルス信号を電圧パルス信号に変換するフォトダイオードを含み得る。さらに、幾つかの実施形態では、光検出器回路１０４は、フォトダイオードに加えて、演算増幅器（オペアンプ）回路を含み得る。幾つかの実施形態では、例えば、光検出器回路１０４は、図２Ａの光検出器回路２１０と同様に構成されてもよく、及び図３の波形３０２又は図４Ａの波形４０２と同様の電圧信号出力を生じさせるように構成されてもよい。
【００１５】
パルスストレッチャー１０６は、光検出器回路１０４によって生成された電圧信号を受信し、電圧信号を引き伸ばす。幾つかの実施形態では、パルスストレッチャー１０６は、光検出器回路から受信した電圧信号を引き伸ばす積分回路を含み得る。積分回路は、２つ以上のカスケード接続されたオペアンプを含み得る。幾つかの実施形態では、例えば、パルスストレッチャー１０６は、図２Ｂの積分回路２２０と同様に構成されてもよく、及び図４Ｂの波形４０４又は図５の波形５０２と同様の引き伸ばし電圧信号出力を生じさせるように構成されてもよい。
【００１６】
パルスサンプラー１０８は、パルスストレッチャー１０６から引き伸ばし電圧信号を受信し、受信した引き伸ばし電圧信号に基づいてサンプリングされた電圧を提供する。パルスサンプラー１０８は、制御システム１１０から受信した制御信号に基づいて引き伸ばし電圧信号をサンプリングする論理を含み得る。幾つかの実施形態では、パルスサンプラー１０８は、ある期間の間、サンプリングされた電圧を保持する。幾つかの実施形態では、例えば、パルスサンプラー１０８は、図２Ｃのパルス拡張回路２３０と同様に構成されてもよく、及び図６の波形６０２と同様の電圧信号出力を生じさせるように構成されてもよい。
【００１７】
制御システム１１０は、引き伸ばし電圧信号をサンプリングするためのパルスサンプラー１０８に制御信号を提供する。制御信号は、レーザシステム１０２の繰り返し率に基づいて周期的に生成され得る。幾つかの実施形態では、制御信号は、レーザシステム１０２の推定パルスシーケンスとアライメントしたパルス信号でもよい。例えば、制御システム１１０は、レーザシステム１０２の公称繰り返し率と実質的に同様（例えば、繰り返し率の１〜１０％の範囲内）の繰り返し率で方形波パルスを生成し得る。幾つかの実施形態では、例えば、制御信号は、図５の波形５０４と同様にフォーマットされ得る。
【００１８】
さらに、制御システム１１０は、パルスサンプラー１０８からサンプリングされた電圧信号を受信し、受信した信号を解析して、最適制御信号タイミングを決定する。例えば、制御システム１１０は、パルスサンプラー１０８に提供される制御信号のタイミングをシフトさせ、制御信号タイミングの異なるシフトに関してサンプリングされた電圧値を比較し、比較に基づいて制御信号タイミングを選択することができる。幾つかの実施形態では、制御システム１１０は、制御信号のタイミングをある時間ステップ分シフトさせ、どの時間ステップがピークのサンプリングされた電圧値（これは、ピークパルス点に近い引き伸ばし電圧信号のサンプリングに一致し得る）を提供するかを決定するために、サンプリングされた電圧値を比較することができる。例えば、制御システム１１０は、図７Ａ〜７Ｅに示すように、５ｎｓのステップで制御信号タイミングをシフトさせ、その結果生じたサンプリングされた電圧を比較して、最適な制御信号タイミングシフトを決定することができる。時間ステップは、２ｎｓ、７ｎｓ、又は別の時間ステップ量などの別の適宜の値でもよい。
【００１９】
制御システム１１０は、プロセッサ１１２、メモリ１１４、及びインタフェース１１６を含む。例示的プロセッサ１１２は、例えば、データ入力に基づいて出力データを生成するための命令を実行する。命令には、プログラム、コード、スクリプト、又はメモリに保存される他のタイプのデータが含まれ得る。追加的又は代替的に、命令は、事前プログラムされた又は再プログラム可能な論理回路、論理ゲート、又は他のタイプのハードウェア若しくはファームウェアコンポーネントとして符号化されてもよい。プロセッサ１１２は、専用コプロセッサ又は別のタイプのデータ処理装置として、汎用マイクロプロセッサでもよく、又は汎用マイクロプロセッサを含んでもよい。場合によっては、プロセッサ１１２は、レーザシステムのピークパルスを検出するための光制御信号タイミングを決定するためのソフトウェア、スクリプト、プログラム、関数、実行可能ファイル、又はメモリ１１４に保存された他の命令の実行又は解釈を行うように構成され得る。一部の例では、プロセッサ１１２は、複数のプロセッサを含む。
【００２０】
例示的メモリ１１４は、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体を含む。例えば、メモリ１１４は、揮発性メモリデバイス、不揮発性メモリデバイス、又はこれらの組み合わせを含み得る。メモリ１１４は、１つ又は複数の読取り専用メモリデバイス、ランダムアクセスメモリデバイス、バッファメモリデバイス、又はこれら及び他のタイプのメモリデバイスの組み合わせを含み得る。メモリ１１４は、プロセッサ１１２によって実行可能な命令を保存し得る。
【００２１】
例示的インタフェース１１６は、制御システム１１０と１つ又は複数の他のデバイスとの間の通信を提供する。例えば、インタフェース１１６は、キーボード、マウス、タッチスクリーンなどを用いた、ユーザによる制御システム１１０とのインタラクションを可能にする１つ又は複数のハードウェアインタフェースを含み得る。別の例として、インタフェース１１６は、制御システム１１０とパルスサンプラー１０８との間の通信を可能にするネットワークインタフェース（例えば、無線インタフェース又は有線インタフェース）を含み得る。インタフェース１１６は、別のタイプのインタフェースを含み得る。
【００２２】
図１Ｂは、図１Ａのパルスサンプラー１０８の例示的実施の図である。図示した例では、パルスサンプラー１０８は、順次時間シフトを行い、順番にサンプリングされた電圧を取得することと比較して（例えば、図１１に関して以下に記載するように）、互いに並行して各制御信号タイミングシフトに関するサンプリングされた電圧を取得するように構成される。例示的実施では、制御信号は、Ｎ個のチャネルに分割され、Ｎ個の異なる時間シフトが適用される。次いで、異なる時間シフト制御信号を使用して、パルスストレッチャー１０６から受信した引き伸ばし電圧信号をサンプリングし、異なるサンプリングされた電圧が、以下に記載するような解析のために制御システム１１０に提供される。
【００２３】
図２Ａは、光信号を電圧信号に変換するための例示的光検出器回路２１０の図である。例示的光検出器回路２１０は、光信号を（例えばレーザから）受信し、光信号を電圧信号に変換するフォトダイオード２１２を含む。次いで、フォトダイオード２１２からの電圧信号がオペアンプ２１４に入力され、オペアンプ２１４は、端子２１６において、増幅又は緩衝電圧出力信号を提供する。幾つかの実施形態では、端子２１６の出力信号は、図４Ａの波形４０２と同様である。
【００２４】
図２Ｂは、電圧信号を引き伸ばすための例示的積分回路２２０の図である。例示的積分回路２２０は、引き伸ばしを行う電圧信号を受信する入力端子２２６を含む。幾つかの実施形態では、端子２２６へ入力された電圧信号は、図２Ａの端子２１６の電圧信号と同じでもよい。２２６の入力電圧信号は、入力電圧信号の積分及び引き伸ばしを行うとともに、端子２２８で引き伸ばし出力電圧信号を提供するように構成された、カスケード接続されたオペアンプ２２２、２２４に渡される。幾つかの実施形態では、端子２２６の入力信号は、図４Ａの波形４０２と同様であり、端子２２８の出力信号は、図４Ｂの波形４０４と同様である。
【００２５】
図２Ｃは、電圧信号のサンプリング及び保持を行うための例示的パルス拡張回路２３０の図である。例示的パルス拡張回路２３０は、端子２３６で電圧信号を受信し、端子２３４で受信した制御信号に基づいて電圧信号をサンプリングし、端子２３８で出力信号を提供するパルス拡張論理２３２を含む。パルス拡張論理２３２は、１つ若しくは複数のオペアンプ、又は他の適宜の論理回路を含み得る。例えば、幾つかの実施形態では、パルス拡張論理２３２は、ＯＰＡ６１５オペアンプを含む。別の例として、幾つかの実施形態では、パルス拡張論理２３２は、図２Ｄの回路２４０と同様に構成される。端子２３６の電圧信号入力は、図２Ｂの端子２２８の電圧信号と同じでもよい。幾つかの実施形態では、端子２３６の電圧信号入力は、図５の波形５０２と同様であり、端子２３４の制御信号入力は、図５の波形５０４と同様であり、端子２３８の出力信号は、図６の波形６０２と同様である。
【００２６】
図２Ｄは、図２Ｃのパルス拡張回路の例示的パルス拡張論理回路２４０の図である。パルス拡張論理回路２４０は、入力端子２４２、２４４、２４６、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２４８、ＲＣ回路２５０、非反転高速オペアンプ２５２、及び端子２５４を含む。端子２４２、２４４は、それぞれ端子２３４、２４６に関して上記に記載したのと同じ信号を受信し、端子２５４は、端子２３８に関して上記に記載したのと同じ信号を出力し得る。端子２４６は、オペアンプ２５２のバイアス電圧を受信し得る。
【００２７】
図３は、それぞれ光検出器回路からの電圧信号及びシステムクロック信号に関する波形３０２、３０４の例示的プロットである。図示した例では、クロック信号波形３０４を使用して、光検出器回路（例えば、図２Ａの光検出器回路２１０）からの波形３０２をサンプリングする。サンプリングされた電圧は、レーザシステムのピークパルスエネルギーの代用として使用することができる。しかし、図示のように、クロック信号波形３０４がパルス信号波形３０２と正確に一致しないため、サンプリングは、不整合となり、不正確なピークパルスエネルギーレベルを提供し得る。例えば、図示した例において、波形３０２のピークパルス電圧は、約５００ｍＶであるが、図示した例では、クロック信号は、それぞれの波形の交点の波形をサンプリングし、これは、約４００ｍＶのピークパルスの読み取り値を提供し得る。
【００２８】
図４Ａ〜４Ｂは、それぞれ光検出器回路からの電圧信号及び引き伸ばし電圧信号に関する波形４０２、４０４の例示的プロットである。図４Ａの波形４０２は、光検出器回路（例えば、図２Ａの光検出器回路２１０）の出力電圧を表し、図４Ｂの波形４０４は、積分回路（例えば、図２Ｂの積分回路２２０）の出力を表し得る。図示した例では、波形４０２のパルスは、約２ｎｓであるが、波形４０４のパルスは、約１０〜１２ｎｓとなり得る。引き伸ばし電圧波形４０４は、図１Ａのピークパルス検出システム１００などのピークパルス検出システムのサンプリングに使用され得る。
【００２９】
図５は、それぞれ引き伸ばし電圧信号及び引き伸ばし電圧信号をサンプリングするための制御信号に関する波形５０２、５０４の例示的プロットである。図示した例では、波形５０２は、光検出器回路（例えば、図１Ａの光検出器回路１０４）から受信した電圧信号を引き伸ばしたパルスストレッチャー（例えば、図１Ａのパルスストレッチャー１０６）の出力である。波形５０４は、引き伸ばし電圧信号波形５０２をサンプリングするために使用される電圧信号を表す。波形５０４によって行われるサンプリングは、波形５０２、５０４の交点に基づいてもよい。図示した例では、波形５０４は、周期方形波である。波形５０４は、別のやり方でフォーマットされてもよい。幾つかの実施形態では、波形５０２は、図４Ｂの波形４０４と同様でもよい。
【００３０】
図６は、制御信号を使用してサンプリングされた電圧信号に関連する波形６０２の例示的プロットである。例えば、波形６０２は、制御信号波形５０４を使用して波形５０２をサンプリングすることによって生成され得る。波形６０２は、制御システム（例えば、図１Ａの制御システム１１０）から受信した制御信号（例えば、図５の制御信号波形５０４）に基づいて、パルスサンプラー（例えば、図１Ａのパルスサンプラー１０８）によって出力され得る。波形６０２は、レーザシステム（例えば、図１Ａのレーザシステム１０２）の推定ピークパルスエネルギーレベルを示し得る。
【００３１】
図７Ａ〜７Ｅは、シフトされたタイミングの制御信号を用いた光検出器電圧信号の例示的サンプリングを示す図である。図示した例では、制御信号波形７０２は、引き伸ばし電圧信号波形７０４をサンプリングして波形７０６を生成するために使用される。波形７０２は、図５の波形５０４と同様でもよく、波形７０４は、図５の波形５０２と同様でもよく、波形７０６は、図６の波形６０２と同様でもよい。図７Ａ〜７Ｅに示すように、制御信号７０２のタイミングは、波形７０４を異なる点でサンプリングし、波形７０６において異なるピーク値を生じさせるようにシフトされ得る。図示した例では、制御信号７０２は、公称制御信号タイミングを中心として５ｎｓの時間ステップでシフトされ、これらのシフトは、＋／−１０ｎｓ、＋／−５ｎｓ、及び０ｎｓ（すなわち、公称制御信号タイミング）である。サンプリングされた波形７０６は、順番に（すなわち、波形７０６Ａ、次に７０６Ｂ（以下同様）を取得する）、又は並行して（例えば、図１Ｂに関して上記に記載したパルスサンプラーの実施を用いるなどして、波形７０６が同時に取得される）、パルスサンプラーによって取得され得る。
【００３２】
例えば、図７Ａにおいて、制御信号タイミングは、−１０ｎｓ分シフトされており、このようなタイミングシフトは、約４８５ｍＶのサンプリングされた電圧を生じさせる。図７Ｂでは、制御信号タイミングは、−５ｎｓ分シフトされており、このようなタイミングシフトは、約５６０ｍＶのサンプリングされた電圧を生じさせる。図７Ｃでは、制御信号タイミングは、０ｎｓ分シフトされており（従って、公称制御信号タイミングである）、このようなタイミングシフトは、約６００ｍＶのサンプリングされた電圧を生じさせる。図７Ｄでは、制御信号タイミングは、＋５ｎｓ分シフトされており、このようなタイミングシフトは、約６２０ｍＶのサンプリングされたピーク電圧を生じさせる。図７Ｅでは、制御信号タイミングは、＋１０ｎｓ分シフトされており、このようなタイミングシフトは、約６３５ｍＶのサンプリングされた電圧を生じさせる。これらのサンプリングされたピーク電圧は、ピークパルス検出システムにおいて引き伸ばし電圧信号をサンプリングするために使用される制御信号の最適タイミングを決定するために、制御システムによって解析され得る。例えば、図１Ａの制御システム１１０と同様に構成された制御システムは、図７Ａ〜７Ｅに示す例における＋１０ｎｓのシフトが、波形７０６の最も高いサンプリングされた電圧を生じさせたので、最適制御信号タイミングシフトであると決定することができる。
【００３３】
図８は、ピークパルス検出システムの例示的初期化プロセス８００を示す図である。ピークパルス検出システムは、図１Ａのピークパルス検出システム１００と同様に構成されてもよい。図示した例では、パルス列８０２は、ピークパルス検出が行われるレーザシステムによるパルスを表し、モード８０４は、様々な時点のピークパルス検出システムの動作の異なるモードを表す。例示的ハンチングモード８０６は、レーザシステムのプレステージ期間（例えば、レーザシステムの起動時）を表し、この期間中に、レーザシステムは初期化する。ハンチングモード８０６は、同期モード８０８に移行する前に、レーザシステムのＮ個の検出パルス分持続し得、同期モード８０８中に、制御システムは、レーザシステムによって生成されたパルスをサンプリングするための制御信号タイミングを同期させる。同期モード８０８も、レーザシステムのＮ個の検出パルス分持続し得る。同期モード８０８の２つの例示的ステージである較正モード８１０及び通常モード８１２が存在する。較正モード８１０中に、ピークパルス検出システムは、レーザシステムからのパルスに基づいて電圧信号をサンプリングするための最適制御信号タイミングを決定するために、制御信号タイミングの異なるシフトを解析する。例えば、制御信号タイミングは、較正モード８１０中に、図７Ａ〜７Ｅに関して上記に記載したようにシフトされ得る。通常モード８１２中に、レーザシステムからのパルスが、較正モード８１０中に決定された最適制御信号タイミングを用いて、測定及び解析される。
【００３４】
図９は、ピークパルス検出システムによって検出されたピークパルスをカウントするための例示的プロセス９００を示す図である。ピークパルス検出システムは、図１Ａのピークパルス検出システム１００と同様に構成されてもよい。図示した例では、パルス列９０２は、ピークパルス検出が行われているレーザシステムのパルスに基づいた電圧信号を表し、タイミング９０４は、パルス列９０２をサンプリングするために使用される制御信号のタイミングシフトを表し（時間ステップｎ（例えば、５ｎｓ）の数で）、パルス９０６は、示されたタイミング９０４でパルス列９０２をサンプリングするために使用される制御信号を表し、カウンタ９０８は、示されたタイミング９０４における検出パルスの数を追跡するためのカウンタを表し、カウンタ９１０は、示されたタイミング９０４における非検出パルスの数を追跡するためのカウンタを表す。例えば、図９では、パルスＮ、Ｎ＋１、及びＮ＋Ｍは、ｎ＋１（例えば、＋５ｎｓ）のタイミングステップでサンプリングされ、カウンタ９０８がそれに応じてインクリメントされる。しかし、パルスＮ＋Ｋは、ｎ＋１のタイミングで制御信号を用いてによって検出されず、従って、カウンタ９０８の代わりにカウンタ９１０がインクリメントされる。カウント値は、図１０のプロセス１０００などの様々な制御信号タイミングに関するジッター解析において使用され得る。
【００３５】
図１０は、ピークパルス検出システムの異なる制御信号タイミングに関連したジッターを決定するための例示的プロセス１０００を示す図である。ピークパルス検出システムは、図１Ａのピークパルス検出システム１００と同様に構成されてもよい。図示した例では、パルス列１００２は、ピークパルス検出が行われているレーザシステムのパルスに基づいた電圧信号を表し、タイミング１００４は、パルス列１００２をサンプリングするために使用される制御信号のタイミングシフトを表し（時間ステップｎ（例えば、５ｎｓ）の数で）、パルス１００６は、示されたタイミング１００４でパルス列１００２をサンプリングするために使用される制御信号を表し、カウンタ１００８は、ピークパルスを検出するために使用された、示されたタイミング１００４を追跡するためのカウンタを表す。例えば、カウンタ１００８に示されるように、パルス列１００２のパルスＮは、タイミングｎで検出され、パルスＮ＋１及びＮ＋Ｋは、タイミングｎ＋１で検出され、パルスＮ＋Ｍは、タイミングｎ＋２で検出される。較正期間の最後に、ヒストグラム１０１０が生成され得る。ヒストグラム１０１０は、ある特定のタイミング１００４に関してピークパルスが検出された回数を表し得る。図示した例では、ｎ＋１のタイミングが最も多くのパルスを検出しており、従って、最適制御信号タイミングシフトとして選択され得る。場合によっては、例えば、レーザシステムは、５０ｋＨｚのパルス繰り返し率を有し得る。パルスが１００ＭＨｚの制御信号を使用して検出される場合、制御信号は、ピークパルス検出間で、２０００回周期し得る。しかし、場合によっては、検出と検出との間に、僅かにより多い又はより少ない制御信号サイクルが存在し得る。例えば、一部の例では、制御信号は、代わりに、ピークパルスを検出する前に１９９９回、２００１回、又は２００２回周期し得る。ピークパルス検出間のサイクル数をカウントし、ヒストグラムデータ（ヒストグラム１０１０のような）を作成することにより、最適制御信号タイミングを決定することができる。この原理は、レーザシステムが他の率（５０〜５００ｋＨｚ、特に５０〜２５０ｋＨｚの範囲内など）でレーザパルスを生成する実施形態に対しても類似的に適用される。
【００３６】
図１１は、レーザシステムのピークパルスを検出するための制御信号タイミングを決定するための例示的プロセス１１００のフロー図である。例示的プロセス１１００の動作は、ピークパルス検出システム（例えば、図１Ａのピークパルス検出ピークパルス検出システム１００）のコンポーネントによって行われ得る。例示的プロセス１１００は、追加の動作又は異なる動作を含んでもよく、これらの動作は、図示された順序で、又は別の順序で行われてもよい。場合によっては、図１１に示す動作の１つ又は複数は、複数の動作、サブプロセス、又は他のタイプのルーチンを含むプロセスとして実施される。場合によっては、動作は、組み合わせられてもよく、別の順序で行われてもよく、並行して行われてもよく、反復されてもよく、又は別の方法で繰り返されてもよく、若しくは別のやり方で行われてもよい。
【００３７】
１１０２では、電圧信号が、レーザパルスに基づいて生成される。幾つかの実施形態では、これは、レーザパルスの光エネルギーを電気エネルギーに変換することによって行われ得る。例えば、電圧信号は、光信号を電気信号に変換するためのフォトダイオードを含む図２Ａの光検出器回路２１０と同様の光検出器回路を使用して生成され得る。１１０２で生成された電圧信号は、図４Ａの波形４０２と同様にフォーマットされ得る。
【００３８】
１１０４では、１１０２で生成された電圧信号が引き伸ばされる。幾つかの実施形態では、電圧信号は、積分回路を使用して引き伸ばされ得る。例えば、電圧信号は、カスケード接続されたオペアンプを含む図２Ｂの積分回路２２０と同様の積分回路を使用して引き伸ばされてもよい。１１０４で生成された引き伸ばし電圧信号は、図４Ｂの波形４０４と同様にフォーマットされ得る。
【００３９】
１１０６では、１１０４の引き伸ばし電圧信号が、周期制御信号を用いてサンプリングされる。幾つかの実施形態では、引き伸ばし電圧信号は、図１Ａの制御システム１１０と同様の制御システムによって生成された制御信号に基づいて、図１Ａのパルスサンプラー１０８と同様のパルスサンプラーによってサンプリングされる。制御信号は、解析中のレーザシステムの繰り返し率と同様の繰り返し率を有し得る。周期制御信号は、場合によっては、周期方形波信号でもよい。例えば、周期制御信号は、図５の波形５０４と同様にフォーマットされる。幾つかの実施形態では、制御信号のサンプリングは、所定の期間の間、サンプリングされた電圧を保持することを含む。例えば、電圧は、制御システム１１０によって効果的に読み取られ得るように、図６の波形６０２に示されるように保持され得る。
【００４０】
１１０８では、１１０６で生成されたサンプリングされた電圧のセットにおいて、ピークが検出されたか否かが決定される。幾つかの実施形態では、これは、サンプリングされた電圧の傾向が変化したか否かを検出することによって行われ得る。図７Ａ〜７Ｅに示した例を参照すると、サンプリングされた電圧の傾向は、増加している。例えば、ピークがある特定の制御信号タイミング（例えば、図７Ｅの＋１０ｎｓ）で検出された場合、次のサンプリングされた電圧は、サンプリングされた電圧値の減少傾向を開始し得る。サンプリングされた電圧の傾向におけるこの変化に基づいて、ピークが既に検出されたか否かが決定され得る。
【００４１】
１１０８でピークが検出された場合、１１０９において、制御信号タイミングが時間ステップ分シフトされ、１００６において、シフトされた制御信号を使用して、引き伸ばし電圧信号がサンプリングされる。しかし、１００８でピークが検出された場合、１００６で行われたサンプリングによって収集されたサンプリングされた電圧のセットに基づいて、最適制御信号タイミングが決定される。幾つかの実施形態では、これは、各制御信号タイミングシフトに関する各サンプリングされた電圧を比較すること、及び比較に基づいて１つの制御信号タイミングシフトを選択することを伴い得る。サンプリングされた電圧は、最後の時間ステップシフトに至るまで比較され得る。場合によっては、最も高いサンプリングされた電圧に関連する制御信号タイミングシフトが、最適制御信号タイミングとして選択され得る。
【００４２】
プロセス１１００の特定の動作は、一部の例では修正されてもよい。例えば、引き伸ばし電圧信号は、１１０６において、並行して異なる制御信号タイミングでサンプリングされ得る。例えば、引き伸ばし電圧信号は、複数回分割されてもよく、引き伸ばし電圧信号の各分割は、異なる時間シフトを有する制御信号を用いてサンプリングされる。例として、引き伸ばし電圧は、図１Ｂ及び上記に示すように、分割及びサンプリングが行われ得る。
【００４３】
さらに、一部の例では、プロセス１１００中に、追加の動作が行われてもよい。例えば、各制御信号タイミングシフトに関するパルスの数がカウントされてもよく（例えば、図１０のジッター解析に示すように）、最適制御信号タイミングシフトは、各制御信号タイミングシフトのカウントに基づいて選択され得る。
【００４４】
本明細書に記載する主題及び動作の幾つかは、デジタル電子回路網に、又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア、若しくはハードウェアに（本明細書に開示する構造及びそれらの構造的均等物を含む）、又はこれらの１つ若しくは複数の組み合わせに実装され得る。本明細書に記載する主題の幾つかは、データ処理装置による実行のために、又はデータ処理装置の動作を制御するためにコンピュータ可読ストレージ媒体で符号化された、１つ又は複数のコンピュータプログラム（すなわち、コンピュータプログラム命令の１つ又は複数のモジュール）として実装され得る。コンピュータ可読ストレージ媒体は、コンピュータ可読ストレージデバイス、コンピュータ可読ストレージ基板、ランダム若しくは順次アクセスメモリアレイ若しくはデバイス、又はこれらの１つ若しくは複数の組み合わせでもよく、或いは上記に含まれてもよい。また、コンピュータ可読ストレージ媒体は、伝搬信号ではないが、コンピュータ可読ストレージ媒体は、人工的に生成された伝搬信号において符号化されたコンピュータプログラム命令のソース又は宛先となり得る。コンピュータ可読ストレージ媒体は、１つ又は複数の別個の物理的コンポーネント又は媒体（例えば、複数のＣＤ、ディスク、又は他のストレージデバイス）であってもよく、或いはそれに含まれてもよい。
【００４５】
本明細書に記載した動作の幾つかは、１つ若しくは複数のコンピュータ可読ストレージデバイス上に保存された、又は他のソースから受信されたデータに対してデータ処理装置によって行われる動作として実施され得る。「データ処理装置」という用語は、例として、プログラム可能プロセッサ、コンピュータ、システムオンチップ、又は上記の複数のもの若しくは組み合わせを含む、データを処理するためのあらゆる種類の装置、デバイス、及びマシンを包含する。装置は、特殊用途論理回路網、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含み得る。装置は、ハードウェアに加え、問題のコンピュータプログラムの実行環境を生じさせるコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、クロスプラットフォームランタイム環境、仮想マシン、又はこれらの１つ若しくは複数の組み合わせを構成するコードも含み得る。
【００４６】
コンピュータシステムは、単一のコンピューティングデバイス、又は近接して、若しくは通常互いに遠隔で動作し、及び一般的に通信ネットワークを介してインタラクトする複数のコンピュータを含み得る。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）及び広域ネットワーク（「ＷＡＮ」）、相互接続ネットワーク（例えば、インターネット）、衛星リンクを含むネットワーク、及びピアツーピアネットワーク（例えば、アドホックピアツーピアネットワーク）が含まれる。コンピュータシステムは、１つ又は複数のデータ処理装置によって実行され得る１つ又は複数のコンピュータプログラムを保存するコンピュータ可読媒体に結合された１つ又は複数のデータ処理装置、及び他のコンピュータシステムと通信するための１つ又は複数のインタフェースを含み得る。
【００４７】
コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、又はコードとしても知られる）は、コンパイラ型、又はインタープリタ型言語、宣言型、又は手続き型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書かれてもよく、スタンドアロンプログラムとして、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、オブジェクト、若しくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとしてなどを含む、任意の形態で展開され得る。コンピュータプログラムは、必須ではないが、ファイルシステム内のファイルに対応し得る。プログラムは、他のプログラム若しくはデータを保持するファイルの一部に（例えば、マークアップ言語文書に保存された１つ又は複数のスクリプト）、当該プログラム専用の単一ファイルに、又は複数の連携ファイル（例えば、１つ又は複数のモジュール、サブプログラム、又はコードの一部を保存するファイル）に保存され得る。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、又は１つの場所に位置し、若しくは複数の場所に分散され、且つ通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように展開され得る。
【００４８】
本開示の実施形態は、従来のシステム及び方法の限界を克服することができる、レーザパルスをサンプリングするための最適制御信号タイミングを決定するシステム及び方法を提供する。上記に開示した及び他の特徴及び機能、又はそれらの代替形態が、本開示に従って、多くの他の異なるシステム又は適用へと好ましく組み合わせられ得ることが理解されるだろう。その中で、様々な現在予見できない、又は予期せぬ代替形態、修正形態、変形形態、又は改良形態が、当業者によって後に作られ得ること、これらの代替形態、変形形態、及び改良形態も、以下の特許請求の範囲によって包含されることが意図されることも理解されるだろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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