(57)【要約】【課題】レーザビーム補正システムならびに関連する使用方法および製造方法が与えられる。【解決手段】一実施例において、レーザビーム補正システムは、第１の表面および第２の表面を有するミラーを含む。圧電セラミックディスク、およびディスクの実質的に対向する側面の複数の伝導性電極を含むアクチュエータは、ミラーの第２の表面に接合される。アクチュエータは中央部分にアパーチャを含む。波面センサは、ミラーによって受取られるレーザビームの光学波面特性を測定し、かつ波面特性に対応する電子信号を与えるよう適合される。【選択図】図１Ａ
2008304918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面および第２の表面を有するミラー（１０２）と、
圧電セラミックディスク（１０４）およびディスク（１０４）の実質的に対向する側面に複数の伝導性電極（１０６）を含むアクチュエータとを含み、アクチュエータ（１０４）はミラー（１０２）の第２の表面に接合され、アクチュエータ（１０４）はディスクの実質的に中央部分にアパーチャを含み、さらに
ミラー（１０２）によって受取られるレーザビームの光学波面特性を測定し、かつ波面特性に対応する電子信号を与えるよう適合された波面センサを含む、レーザビーム補正システム。
【請求項２】
電子信号をアクチュエータ（１０４）命令に変換するよう適合されたコントロールフィルタ（１２５０）をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
レーザビームの光学波面を補正するためにアクチュエータ（１０４）の電極に加えられるよう命令を電圧に変換するよう適合された増幅器（１２６０）をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
増幅器（１２６０）は、コントロールフィルタ（１２５０）からアナログおよび／またはデジタル命令を受取ってアクチュエータ（１０４）にアナログ電圧を出力するよう適合された、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
アクチュエータ（１０４）、コントロールフィルタ（１２５０）および増幅器（１２６０）は、０Ｈｚから約１０００Ｈｚの発動反応帯域幅を有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
アクチュエータ（１０４）は、焦点および高次光学収差を制御するよう適合された複数のセグメントを含み、各セグメントはアクチュエータ（１０４）の実質的に対向する側面に１対の電極（１０６）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
アクチュエータ（１０４）およびミラー（１０２）の第２の面に面するベースマウント（１１０）をさらに含み、取付ベース（１１０）はミラー（１０２）およびアクチュエータ（１０４）を支持する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
ベースマウント（１１０）は、ミラー（１０２）およびアクチュエータ（１０４）を支持するよう適合されたモータ駆動のチップチルトステージを含み、
ミラー（１０２）の第１の表面から反射されたビームの位置合わせを測定し、かつ、ミラー（１０２）の測定された指示方向の誤差に対応する電子信号を与えるよう適合された、指示センサ（１２４０）と、
指示方向誤差に対応する電子信号を受取り、ミラー（１０２）の配向を補正するためにチップチルトステージへのアクチュエータ命令を発生するよう適合された補正フィルタとを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
位置合わせビームはレーザキャビティに導入された診断ビームによって与えられる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
指示センサ（１２４０）は光学波面センサによって実現される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
レーザビームの一部を指示センサ（１２４０）に導くよう適合されたビームスプリッタ
をさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
１つ以上のひずみゲージをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
ミラー（１０２）およびアクチュエータ（１０４）はバイモルフ補正ミラーアセンブリ（１００）を含み、アセンブリは熱により引起されたレーザビームの波面誤りを補正するよう適合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
第１の表面は第１の反射率コーティングでコーティングされ、第２の表面は１つ以上の選択された波長において第２の反射率コーティングでコーティングされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
第１の反射率コーティングの反射率は約４％から約１００％である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
第２の反射率コーティングの反射率は約４％未満である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
レーザビームの一部を波面センサに導くよう適合されたビームスプリッタをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
バイモルフ波面補正ミラーを製造する方法であって、
第１の表面および第２の表面を有するミラー（１０２）を与えるステップを含み、第１および第２の表面は選択された波長における選択された光の波面基準よりも良好な波面均一性を示し、
ポーリングされた環状圧電セラミックディスク（１０４）を形成するステップを含み、ディスク（１０４）は、第１の側面および第２の側面と、ディスク（１０４）の実質的に中央部分にあるアパーチャと、ディスク（１０４）の実質的に対向する側面にある１つ以上の電極対（１０６）と、ミラー（１０２）の外部側面寸法よりも大きい外部側面寸法とを含み、
周期的なバイポーラ電圧を電極対（１０６）に加えることによってディスク（１０４）に繰返し応力を加えるステップと、
ミラー／ディスク（１０２／１０４）の組合せの組立て後にミラー（１０２）の波面特性を維持するよう実質的にゼロ応力接合を達成するために、ミラー（１０２）の第２の表面を接着剤でディスク（１０４）の第１の側面に接合するステップと、
圧電的に引起されたひずみが接合されたミラー（１０２）を選択された量だけ変形することが可能となるような電圧を加えるよう適合されたディスク（１０４）上の実質的に対向する伝導性電極対（１０６）にワイヤを接続するステップと、
ディスク（１０４）を取付ベース（１１０）に接着するよう適合された複数のスタンドオフ（１１２）を用いて、取付ベース（１１０）にディスク（１０４）の第２の側面を取付けるステップとを含む、方法。
【請求項１９】
取付ベース（１１０）は取付ベース（１１０）の実質的に中央部分にアパーチャを含み、取付ベース（１１０）のアパーチャはディスク（１０４）のアパーチャより大きい、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ディスク（１０４）に１つ以上のひずみセンサを取付けるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
特定された波長において波面表面特性における波の二乗平均平方根偏差の約１／４０未
満を示すように第１の表面および第２の表面の両方のミラー（１０２）を磨くステップと、
ミラー（１０２）の少なくとも第１の特定された一部で第１の特定された波長において特定された反射率を達成するために第１の反射率コーティングでミラー（１０２）の第１の表面をコーティングするステップと、
ミラー（１０２）の少なくとも第２の特定された一部で第２の特定された波長において第２の特定された量より低く反射を減じるためにミラー（１０２）の第２の表面を第２の反射率コーティングでコーティングするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
第１の反射率コーティングの反射率は約４％から約１００％である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
第２の反射率コーティングの反射率は約４％未満である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
接合するステップは、
静的にディスク（１０４）をレベリングするステップと、
ディスク（１０４）の第１の側面およびミラー（１０２）の第２の表面を清潔にするステップと、
ミラー（１０２）とディスク（１０４）との間のインターフェースにエポキシを適用するステップと、
制御された温度下に静的に放置された状態でエポキシを硬化するステップとを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
エポキシの粘性は約７２５センチポアズから約１０００センチポアズである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
エポキシ層の厚さは約１０ナノメータから約０．１ミリメートルである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
硬化が２４時間より長く行われる、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本開示は、概して、複数のレーザ利得要素、特に複数の固体レーザの複合操作のための波面補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
高出力固体レーザはすべて、温度および応力によって引起されるレージング材料の屈折率の変化によって、レーザビームにいくらかの歪みを受ける。円筒状外形のレーザの場合には不均一な温度分布が径方向に放物線を描き、結果としてビームの熱レンズ効果を生じる。固定焦点距離の球状光学がこの収差を１つの動作点で補正することができるが、熱レンズ効果の程度は概して光学ポンピングまたは消散熱のレベルに比例して異なる。したがって、光学系を破損し得る不十分なモード／利得重複および共振器間のビームの集束を結果として生じかねないモードの不安定性を回避するために、可変動力付き光学がしばしば必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ロッドのように長くて薄い固体利得要素では、温度依存する屈折率が主要な収差機構である。しかしながら、ディスクのように非常に薄い利得要素では応力の蓄積によるレージング媒質の熱的な曲げが顕著であるが、依然として大部分は本質的に放物線状の波面ひずみである。この効果は、共振器において複数のロッドまたはディスクが連続的に用いられると生成される。したがって、高出力固体レーザおよび増幅器が熱的な焦点収差を補正するためには可変出力の光学要素が用いられる。民間の既製品（ＣＯＴＳ）（Commercial-off-the-shelf）の装置はこの補正をもたらすことができない。
【０００４】
従来の適応光学系は、振幅補正を達成するために大きな領域を用いかねない。これは、ビーム列にビーム拡大器および望遠鏡を組込むことを含み得、これにより問題が極めて複雑になり、コストが増加し得る。従来のバイモルフミラーは必要な磁束レベルでは高い波面特性で作動しないかもしれない。波面補正および高出力ビームに対する他の手法として能動的な冷却または他の熱除去法を用いることができるが、それも複雑さを増したりコストを増加したりしかねない。
【０００５】
結果として、さまざまな熱および出力の動作条件下で固体レーザの焦点補正を行うニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
本願明細書では、高出力レーザビームの焦点補正のためのバイモルフ可変鏡を与えるシステムおよび方法が開示される。
【０００７】
実施例に従って、レーザビーム補正システムは、第１の表面および第２の表面を有するミラーを含む。アクチュエータは圧電セラミックディスク、およびディスクの実質的に対向する側面にある複数の伝導性電極を含む。アクチュエータはミラーの第２の表面に接合され、アクチュエータはディスクの実質的に中央部分にアパーチャを有する。レーザビーム補正システムは、ミラーによって受取られたレーザビームの光学波面特性を測定し、かつ波面特性に対応する電子信号を与えるよう適合された、波面センサを含む。
【０００８】
別の実施例に従って、高出力バイモルフ波面補正ミラーを製造する方法は、第１の表面および第２の表面を有するミラーを与えるステップを含み、第１および第２表面は、選択された波長における選択された光の波面基準よりも良好な波面均一性を示す。ポーリングされた環状圧電セラミックディスクが形成され、そこでディスクは、第１の側面および第２の側面と、ディスクの実質的に中央部分にあるアパーチャと、ディスクの実質的に対向する側面にある１つ以上の電極対と、ミラーの外部側面寸法よりも大きい外部側面寸法とを有する。ディスクは、周期的なバイポーラ電圧を電極対に加えることにより、繰返し応力を受ける。ミラーの第２の表面は、ミラー／ディスクの組合せの組立て後にミラーの波面特性を維持するよう実質的にゼロ応力接合を達成するために、接着剤でディスクの第１の側面に接合される。圧電的に引起されたひずみが選択された量だけ接合されたミラーを変形することが可能となるような電圧を加えるよう適合されたディスク上の実質的に対向する伝導性電極対に、ワイヤが接続される。ディスクの第２の側面は、ディスクを取付ベースに接着するよう適合された複数のスタンドオフを用いて、取付ベースに取付けられる。
【０００９】
本開示の範囲は請求項によって規定され、引用によってこの章に援用される。１つ以上の実施例の以下の詳細な説明を考慮することによって、その付加的な利点の実現と同様、実施例についてのより完全な理解が当業者にもたらされるであろう。添付の図面に対する参照がなされ、簡潔に説明される。
【００１０】
実施例およびその利点は、後述の詳細な説明を参照することにより最もよく理解される。１つ以上の図面に示された同じ要素を識別するためには同じ参照番号が用いられていることが認識される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
詳細な説明
図１Ａは、本開示の実施例に従ったバイモルフミラーアセンブリ１００の分解図である。図１Ｂは、図１Ａのバイモルフミラーアセンブリ１００の組立図である。図１Ｃは、図１Ａおよび図１Ｂのバイモルフミラーアセンブリ１００の側面図である。
【００１２】
バイモルフミラーアセンブリ１００は、環状の薄い圧電セラミックディスクアクチュエータ１０４に接合された薄いミラー１０２を含む。アクチュエータ１０４にミラー１０２を取付けるよう形成された接合部は、アクチュエータ１０４の作用下にミラー１０２の平坦性または曲率の歪みを最小限にするために均一な厚さを達成するよう、有益に形成されてもよい。ミラー１０２の第１の側は典型的にはレーザキャビティの内部に１つの反射表面（たとえば第１の表面）を形成し得るので、ミラー１０２は、第１の表面（すなわちアクチュエータ１０４に接合されていない表面）の反射率が約４％（すなわちコーティングしていない多くの光学ガラスの反射率）から約１００％までであり得るようにコーティングされてもよい。多くのレーザ用途については、第１の表面の反射率が約９９．９９％以上であることが好ましい。ミラー１０２の第２の側は出力結合ミラーとして機能してもしなくてもよい。したがって、第２の側（たとえば第２の表面）の反射率は約４％から約０％であり、反射率がより低いと出力結合ビームの特性を向上させ得る。
【００１３】
ミラー１０２の片面または両面、および好ましくは第１の表面は、動作波長において、波面特性で波の二乗平方根偏差（wave root-mean-square deviation）の約１／４０未満の表面平坦性まで研磨され磨かれてもよい。製造中の高次収差を回避しなければならない場合、コーティング工程および組立工程を通してこの程度の平坦性を維持することが望ましい。標準波面試験は、４Ｄテクノロジー株式会社（4D Technology Corporation）またはザイゴ株式会社（Zygo Corporation）から出ている標準計測学波面干渉計を用いて実行
されてもよい。１つの実施例では、ミラー１０２の第１および第２の表面は、所望されるように、選択された波長における選択された光の波面基準よりも良好な波面均一性を示し得る。
【００１４】
バイモルフミラーアセンブリ１００は、剛性の小さい複数の可撓性ポスト１１２（スタンドオフとも呼ばれる）を用いてベースマウント１１０に取付けられる。直径１０２−１のミラー１０２の中央部分１０３は、レーザビームの中央部分が部分的にミラー１０２を透過し得るように特定される。中央部分１０３の直径１０２−１は、アクチュエータ１０４の内径１０４−２によって概して決定される。レーザビームの透過された光パワーはベースマウント１１０に吸収され得る。ベースマウント１１０は、熱容量、熱伝導および熱膨張係数を含む特性の組合せについて選択された材料で構成され得る。たとえば１つの実施例では、ベースマウント１１０はインバールで構成されてもよい。
【００１５】
可撓性ポスト１１２は、アクチュエータ１０４とベース１１０との間の応力の伝達を実質的になくす態様で、接合されたミラー・アクチュエータ・サブアセンブリ１１６の取付けをもたらす。可撓性ポスト１１２はシリコーンゴム接着剤シーラント（たとえばＲＴＶ（登録商標））などの気体放出性の低い材料でできていてもよく、ミラー・アクチュエータ・サブアセンブリの取付けを容易にするために適所に成型される。熱膨張の差が、透過されたレーザパワーからベース１１０に吸収された熱に起因する歪み応力をサブアセンブリ１１６に伝達しないように、可撓性ポスト１１２はベース１１０から機械的に隔離されてもよい。
【００１６】
アクチュエータ１０４の外径１０４−１は、アクチュエータ１０４への電気接続が作られ得るように、ミラー外径１０２−２より大きく選ぶことができる。１対の電極ワイヤ１０６−１および１０６−２が位置１０８においてアクチュエータ１０４に取付けられてもよい。ワイヤ１０６−１は、ミラー１０２が接合されるアクチュエータ１０４の表面に取付けられてもよく、ワイヤ１０６−２はアクチュエータ１０４の取付ベース１１０に面する側に取付けられてもよい。取付けは、はんだ付けを含むさまざまな接合方法で達成され得る。ワイヤ１０６の取付けは、アクチュエータ１０４上の位置１０８において、径方向に対称なミラー１０４の曲率の変化を生成するようサブアセンブリ１１６の歪みを最小限にする態様で、実行することができる。
【００１７】
アクチュエータ１０４は、組立ておよび使用に先立って、製作される際にヒステリシスを有する。すなわち周期的な電圧が加えられるときに印加電圧と圧電アクチュエーター１０４の弾性変形との間に位相のずれがある。さらにこれは、電圧が取除かれるとき、同じ初期寸法（すなわちひずみゼロ）への非復帰において明白である。アクチュエータ１０４の製造プロセスはセラミック粉末の高温プレスおよび焼結を含み得、続いてポーリングされる。これにより、ヒステリシスの原因である内部応力を引起し得る。アクチュエータ１０４が選択された最大振幅および周期数の周期的なバイポーラ電圧の印加によって最大ひずみ値にまで周期的に応力を受ける「トレーニング」プロセスにより、内部転位を取除くことにより内部応力を緩めることができる。１つの実施例では、アクチュエータ１０４は、粒界に相当な原子間転位応力を備えた多結晶の材料を含む。
【００１８】
サブアセンブリ１１６はミラー１０２に接合されたアクチュエータ１０４を含み、それは１つの実施例では、標準グレードの融解石英（たとえばコーニング（登録商標）７９８０）を含む。アクチュエータは図３に示され、ミラーは（別個に）図４に示される。１つの実施例では、アクチュエータ１０４の寸法は、１．３７５”ＯＤ×０．５９１” ＩＤ×０．０１０”ＴＨＫ、およびミラー１０２の寸法は１．０００”Φ×０．０２８”ＴＨＫである。この点では、アクチュエータ１０４の外部側面寸法（この例では１．３７５”）はミラー１０２の外部側面寸法（この例では１．０００”）より大きく、ワイヤ導線を
取付けるためのスペースを与え、ミラー１０２に対する均一なひずみを維持できることが認識される。他の実施例においては異なる寸法が用いられ得ることが考慮される。
【００１９】
図２は、本開示の実施例に従ってバイモルフミラーアセンブリ１００を組立てる方法を示す。第１の組立て手順は標準的なはんだ付け技術を用いて制御導線をアクチュエータ１０４にはんだ付けすることを含む（ブロック２１０）。アクチュエータ１０４上の誘導曲げモーメントを回避するために、薄くて極めて柔軟なワイヤが好ましい。好ましくははんだ付け用液体フラックスが用いられてもよい。
【００２０】
組立て手順の次の組は、クリーンルームの薄層状フローベンチ上で実行されるのが好ましく、標準グローブおよび顔面カバーも用いられるのが好ましい。１つの実施例では、アクチュエータ１０４、ミラー１０２の表面（正面および背面）は徹底的に清潔にされてすべての残留物（はんだフラックスを含む）および微粒子が取除かれる。この点、微粒子を吹き飛ばす標準的な濾過された圧搾空気、表面を清潔にするための溶剤（たとえばアセトン、メタノールおよびイソプロピロパノール）ならびにリントフリー（lint-free）の布が用いられてもよい。アクチュエータ１０４がまずアセトンおよびリントフリーの布で清潔にされ、続いてメタノールで第２の拭き取り、および最後にイソプロパノールでの拭き取りが行なわれてもよい。ミラー１０２の前面がリントフリーの布に伏せて置かれ、アクチュエータ１０４に接合される背面を清潔にするために、イソプロパノールでの標準的な引っ張り拭きおよび実験室仕様のレンズティッシュが用いられてもよい。
【００２１】
図５に示されるように、次のアセンブリ手順に自己心出しレベルアセンブリ取付具５００が用いられてもよい。取付具５００は、上述のようなさまざまな工程を用いて、圧搾空気およびイソプロパノールを用いた拭き取りによって予め清潔にされていてもよい。取付具５００の正確なレベリングを得るため、かつ後に液体接着剤を塗布する場合にいかなる流出も回避するために、気泡管レベルが用いられてもよい。次いで、図５に示されるように、アクチュエータ１０４が取付具５００に配置され得る（ブロック２２０）。自己心出し接着位置決め取付具６００は、上記のように予め清潔にされ、たとえば図６に示されるようにアクチュエータ１０４上に配置され、かつたとえば止めねじ（示されない）によって適所に締付けられてもよい。取付具６００の位置決め穴（示されない）は、使用前に注射器および先端の鈍い皮下注射針を用いてアセトンおよびイソプロパノールで徹底的に洗い流されるべきである。
【００２２】
ブロック２３０では、ミラー１０２がアクチュエータ１０４に接合される。１つの実施例では、ミラー１０２を保持する自己心出し真空チャック（示されない）がブロック２３０で用いられてもよい。チャックは、ミラー１０２をアクチュエータ１０４に接合する準備としてアセトンおよびイソプロパノールの拭き取りにより予め清潔にされていてもよい。
【００２３】
接合プロセスでは、２つの部分でできた表面粘性が極めて低いエポキシ接着剤の混合物が用いられるのが好ましい。室温硬化時間が３時間超であるエポキシ樹脂が好まれ得る。より高速の硬化時間は一般により高い局部加熱を引起し、より大きい縮みを示し得、その両方が硬化工程においてミラー１０２を変形し得るからである。
【００２４】
１つの例示的な実施例では、３．５：１の混合比で２０９番の極めて遅い硬化剤を有するウェストシステム（West Systems）ブランドの１０５番の樹脂が接合に用いられ得る。接合表面に与える接着剤が多すぎたり少なすぎたりしないようにするために、重量測定が実現可能なかぎり正確であることが好ましい。下記に示された重量は例示的であり、上述のサブアセンブリ１１６の寸法について許容できることがわかっている。たとえば、精密スケールを用いて１．５５６グラムのウェストシステム１０５番のエポキシ樹脂を適切な
混合コンテナについて測定することができる。コンテナは、清潔で微粒子の生成が少なく、エポキシ化学薬品を通さない材料で構成されるのが好ましい。コンテナの一例は、使い捨てのアルミニウム混合皿である。０．４４４グラムのウェストシステムの２０９番のエポキシ硬化剤が合計で２．０００ｇの質量となるように量り分けられて樹脂に加えられ得る。次いで、０．０５０グラムの直径５μｍのシリカ微小球充填剤（精密ガラスビーズ）が加えられて確実に５μｍの均一なボンドライン厚さとすることができる。他の実施例では、ボンドライン厚さは、約１０ナノメータから約０．１ミリメートルまで変動してもよい。厚さの均一性がミラー１０２の波面特性を維持する要因であることが認識されるべきである。
【００２５】
構成成分は、空気が捉えられる量を最小限にすることを確実にし、かつ均一な懸濁液でガラスビーズを維持するように、緩やかな混合運動で５分間徹底的に混合され得る。たとえば温度、湿度または気圧などの周囲条件および製造業者の製造設計の詳細に依存して所望され得るさまざまな重量の、他の商業上利用可能なエポキシが用いられてもよい。ガラスビーズは、懸濁液が与えられたときに均一に混合される場合、接着ボンドライン厚さについて実質的に高い均一性を維持することができるのが好ましく、捉えられた空気を最小限にするために注意が必要である。組立て条件および用途が変わると（たとえばサブアセンブリ１１６がより大きかったり小さかったり、または異なった球のサイズが選択されたりすることなどにより）量が異なることがある。
【００２６】
オリフィスキャップが残ったままプランジャが取除かれた注射器は、湿ったエポキシ混合物で満たされてもよい。混合物がプランジャに向かって動くように、プランジャチップが置換され、注射器が逆にされてもよい。次いで、オリフィスキャップが取除かれて、２５ゲージ１／２インチの針が取付けられ、その結果、プランジャを上方へ注意深く強制することにより空気を注射器から出すことができる。針は、２５ゲージの針から典型的に与えられるような正確な１滴の接着剤を各位置で与えるよう、取付具６００の各位置決め穴（示されない）に配置され得る。結果として、多かれ少なかれ与えられるエポキシ混合物においてさまざまな構造上の寸法の変動が結果として生じ得ることが認識される。１つの実施例では、エポキシ樹脂の粘性は、好ましくは約７２５センチポアズから約１０００センチポアズの範囲にあり得る。ガラスビーズの大きさまたはミラー１０２およびアクチュエータ１０４の寸法に依存してさまざまな粘性範囲がさまざまな実施例で用いられてもよい。１つの実施例では、次に止めねじ（示されない）が緩められて、接着剤位置決め取付具６００がアセンブリ取付具５００から取除かれる。
【００２７】
ミラー１０２は、ミラー１０２が確実に上記の特定された真空チャックの中心に置かれるように注意しながら、反射率の高いコーティングされた面を伏せてチャックに配置され得る。ミラー１０２を保持するためにチャックが真空にされ得る。チャックは、適切な真空シールであるか検査するために清潔なリントフリーの布に注意深く反転して置かれ得る。次いでチャックはアセンブリ取付具５００に配置され、確実に適切に据付けられるよう注意される。次に真空が解かれ、ミラー１０２が接着剤で準備されたアクチュエータ１０４の上に落下するよう十分に真空を解除するべく数秒が与えられる。
【００２８】
次いで、チャックが取付具５００から取除かれ、次に取付具５００は最低２４時間は放置される。結果としてのボンドラインは非常に薄いのが好ましく、その均一性および寸法はガラスビーズの大きさによって実質的に決定される。ボンドラインの均一性は、接着層が厚すぎる場合に生じ得る接着剤の不均一な縮みによるミラー１０２の歪みを回避するように意図されている。
【００２９】
次いで取付具５００は、穴を洗い流すためのアセトンおよびゲージ２２の針を用いて接着剤の残留物が取り除かれ、続いてイソプロパノールで同様の洗い流しが行なわれる。表
面は、清潔で柔かいリントフリーの布を用いて、アセトン、次にイソプロパノールで拭き取られてもよい。
【００３０】
完成したサブアセンブリ１１６は、２４時間の初期硬化時間後に、（たとえば本願明細書で前述したような標準的な波面検査を用いて）波面誤りについて検査され得る。１つの例示的な実施例では、ミラー１０２（正面または背面のいずれか）の平坦性が、レーザ波長の波の約１／４０程度に平坦であることが好ましい。他の用途は多かれ少なかれ厳格な波面平坦性を伴って実現され得る。サブアセンブリ１１６は、各テストの直後に、残りの硬化のために確実に平坦でレベルの揃った表面とするために、アセンブリ取付具５００に戻され得る。１つの実施例では、あらゆる曲げ応力の導入前に接着剤が確実に完全に硬化されるように、最低２週間は発動電圧をアクチュエータ１０４に加えることができない。
【００３１】
サブアセンブリ１１６は、光学システムにおける適切な位置合わせを可能にするために、可撓性ポスト１１２（すなわちスタンドオフ）を用いてベースマウント１１０に支持されるのが好ましい。さらに、可撓性ポスト１１２は、ベースマウント１１０に対する著しい機械結合なしに、発動電圧によって引起される湾曲変形を可能にするのに十分な程度に柔軟であるのが好ましく、剛性の材料で構成されてもよい。１つの実施例では、可撓性ポスト１１２は、たとえばＧＥバイエルシリコーン（GE Bayer Silicones）社によって製造された部品番号ＲＴＶ（登録商標）５６６などのスペースグレードのシリコーンゴム複合物から構成されてもよく、これは剛性が小さく高熱負荷下で気体放出特性が低いので好結果を生じ得る。ミラー１０２は高エネルギのレーザ共振器で用いられ得るので、ミラーコーティングを通じて漏れるいかなるエネルギもほぼずべてがベースマウント１１０に吸収される。１つの実施例では、熱膨脹係数（ＣＴＥ）が小さいので、インバール３６がベース１１０に用いられてもよい。
【００３２】
図７を参照して、テフロン（登録商標）のスタンドオフ鋳型７０１がベースマウント１１０の上に配置され得、可撓性ポスト１１２を形成する（ブロック２４０）。適切な量の柔軟な気体放出性の小さいＲＴＶ（登録商標）複合物が混合され、たとえばゲージ１４のステンレス鋼針および注射器を用いて鋳型７０１に注入されて、硬化され得る。硬化後、流出した材料を切取るためにカミソリの刃またはナイフが用いられてもよく、その結果、可撓性ポスト１１２は平坦となり鋳型７０１の頂部と同一平面になる。硬化後、鋳型７０１は、スタンドオフの剪断を回避するため、ねじる動きをすることなく基板から持ち上げられてもよい。
【００３３】
図２のブロック２６０において、クラムシェル型のバイモルフミラー位置合わせ取付具８００（図８を参照）がベースマウント１１０上に配置され、ゴムバンドで固定される。個々の可撓性ポスト１１２の硬化された両端上でＲＴＶ（登録商標）複合物が混合され、はたき込まれる。図９に示されるように、サブアセンブリ１１６はサブアセンブリ１１６を可撓性ポスト１１２に接着するために取付具８００に配置され得る（ブロック２６０）。ミラー１０２は、表面を保護するために数回折重ねられたレンズティッシュ片で覆われてもよい。サブアセンブリ１１６を可撓性ポスト１１２上に強制するために約１〜２オンスの小量が数秒間塗布されてもよく、サブアセンブリ１１６を可撓性ポスト１１２に接着するために硬化されていないＲＴＶ（登録商標）を広げる。その量が取除かれてバイモルフミラーアセンブリ１００の硬化が可能になる。スタンドオフポスト１１２は、例示的な材料であるＲＴＶ（登録商標）以外の可撓性の硬化可能な材料から製作されてもよい。
【００３４】
図１０は、本開示の実施例に従って完全に取付けられたバイモルフミラーアセンブリ１００を示す。複数のセンサ導線１００２（たとえば、３６ゲージのワイヤの複数のストランドによって実現される）が、たとえば装置の背後に取付けられた４つの径方向に位置するひずみゲージ（任意であって、示されない）に取付けられてもよい（ブロック２７０）
。ワイヤ１０６−１および１０６−２も（前に）取付けられる。最終組立後に装置はパッケージされ、ワイヤ１０６−１、１０６−２およびセンサ導線１００２は光学システムに組込まれるよう適切に切断される。
【００３５】
例として、図１１は、レーザビームを補正する方法１１００を示す。レーザビームパターンの一部は、ビームパターン強度センサによって受取られる（ブロック１１１０）。例として、センサに小さなビーム片を導くためにビームスプリッタが用いられてもよい。ビームスプリッタはレーザの外部にあってもよく、代替的にはキャビティ間にあってもよい。ビームパターンと強度とはピクセルにセグメント化されてもデジタル化されてもよい。他の公知のビーム感知方法が適宜代用されてもよい。
【００３６】
受取られた強度パターンは、所望のビーム強度パターンと比較される（ブロック１１２０）。ブロック１１３０では、ブロック１１２０の比較に基いてコントローラが増幅器への電圧命令を生成することができる。たとえば、実際のビームパターン対所望のビームパターンの差異マッピングがコントローラによって生成されてもよい。対応する所望パターン強度と実際のパターン強度の分布の強度差のピクセルにおける大きさが、電圧ベクトル値命令（すなわち極性および振幅）を生成するために用いられてもよい。
【００３７】
電圧命令（たとえばデジタル形式でもよい）は、デジタルアナログ増幅器によって増幅されたアナログ電圧に変換され、次いでこれがアクチュエータ１０４に取付けられたワイヤ１０６に与えられる（ブロック１１４０）。与えられる電圧は、ビームパターンを補正するためにアクチュエータ１０４にミラー１０２を変形させることができる（ブロック１１５０）。ひずみを測定するためにアクチュエータ１０４にひずみゲージが取付けられ、ビームパターンセンサがビームを特徴づけ、かつ２組のセンサ信号が所望のビーム特性のためにアクチュエータを制御するよう相互に関連してもよい。このプロセスは反復してもよく、その結果、たとえば受取られたビーム強度パターンが所望のビームパターンに実質的に対応するまで、ビーム補正に対するビーム強度パターンを連続的に受取るためにブロック１１１０に戻ることによって、この方法を継続することができる。
【００３８】
レーザシステム１２００におけるアセンブリ１００の実現例が図１２に示される。レーザ１２１０は１つ以上のレージング材料の固体レーザロッドまたはスラブを含んでいてもよく、それはたとえば適切な強度および波長の光の光ポンピング（示されない）によって励起され得る。２つの高反射率ミラー間にレーザ１２１０を含むことにより共振キャビティが形成される。２つのミラーの一方は出力ミラー１２２０であり、他方はバイモルフミラーアセンブリ１００のミラー１０２であり得る。円筒状ロッドのレージング材料の場合には、レージング材料の屈折率における温度および応力に引起される変化は、ロッドの対称性により本質的に径方向であり得る。径方向に引起される屈折率傾斜は結果として自己収束型の効果を生じ、同様の態様でビームにおける強度および位相の分布を変更し得る。ミラー１０２の曲率を変えることによりこの効果を補償することができる。アクチュエータ１０４に電圧を加えることによって、アクチュエータ１０４の径方向で寸法上の変化が生成され得る。しかしながら、接合されたミラー１０２はアクチュエータ１０４の接合された側の表面応力条件を限定することがあり、それはアクチュエータ１０４の反対側の条件とは異なる。これが結果としてミラー１０２の曲率の変化を生じ得る。与えられた電圧に依存して、ミラー１０２の曲率は凹面でも凸面でもよい。この変化は、レーザ１２１０のレージング材料およびビームアパーチャにおけるエネルギおよびレーザ励起のより均一な分布を可能にし得る。
【００３９】
レーザシステム１２００のキャビティで生成されたビーム片は、プリズム立方体１２３０またはその等価物によって分割され、レーザシステム１２００のキャビティからビーム特性記述センサ１２４０に向けられてもよい。ビーム特性記述センサの例としては、波面
センサおよび強度パターンセンサを含む。センサ１２４０で検出されたビーム分布を調整するためにアクチュエータ１０４の１つ以上のセグメントに補正電圧を加えるよう電圧発生機１２６０（増幅器または電圧増幅器とも呼ばれる）に対する１つ以上の命令を生成するために、得られたビーム分布がコントローラ１２５０（コントロールフィルタとも呼ばれる）において用いられてもよい。ビーム特性記述センサ１２４０はデジタルまたはアナログ方式でセンサ情報を発生し得る。コントローラ１２５０は、アナログまたはデジタル形式で命令を発生し得る。たとえばセンサ１２４０およびコントローラ１２５０の出力がデジタル形式を有する場合、電圧発生機１２６０は、アクチュエータ１０４のセグメントに増幅されたアナログ電圧を与えるためにデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換を実行してもよい。上述のようなサブアセンブリ１１６の例示的な寸法のためには、適切に寸法決めされたレーザキャビティにおける実現例は０Ｈｚから約１０００Ｈｚまでの発動反応帯域幅を有し得る。この帯域幅は、サブアセンブリ１１６の機械的性質およびレーザの安定性特性に依存して、上限または下限を有し得る。（たとえばアクチュエータ１０４およびミラー１０２について）具体的なレーザ設計、機械的な寸法および材料剛性が、センサ１２４０、コントローラ１２５０および発生器１６０の反応速度の動作パラメータを決定し得る。
【００４０】
本開示に従う別の実施例では、アクチュエータ１０４は、アクチュエータ１０４のまわりの外周に異なる値の電圧を選択的に加えるためにセグメント化された電極を有し得る。これはより多くの電極を使用することができ、加えられる電圧はバイポーラであり得、その結果、サブアセンブリ１１６のいくつかの部分は、ミラー１０２の曲率を、ある位置においては凸面の態様で、他の位置においては凹面の態様で変更するよう作用する。この態様で、サブアセンブリ１１６はより高次のビーム変形を補正することができるようになり得る。ひずみゲージ（示されない）は、少なくとも発生器１２６０およびセンサ１２４０からの信号と相互関連するひずみを測定するために、好ましくはアクチュエータ１０４の裏面上でサブアセンブリに取付けられてもよい。
【００４１】
図１３Ａから図１３Ｃは、本開示に従った可変焦点バイモルフミラーを備えた固体レーザシステムのさまざまな実施例を示す。
【００４２】
図１３Ａを参照して、レーザキャビティ１３０１は、出力ミラー１３２０、１つ以上の固体レーザロッド１３１０から構成される固体レーザ利得媒質、およびミラー・アクチュエータ・サブアセンブリ１１６を含む。この実施例では、サブアセンブリ１１６のミラー１０２は、安定した、または不安定な共振器構成における一次高反射鏡であってもよい。ビームスプリッタ１２３０、センサ１２４０、コントローラ１２５０および電圧発生機１１６０を含む図１２の関連制御システムは示されないが、図１２を参照することにより実現され得る。
【００４３】
図１３Ｂを参照して、サブアセンブリ１１６のミラー１０２は部分的に透過し、安定した、または不安定な共振器の出力ミラーとして機能してもよい。この場合、サブアセンブリ１１６が取付けられるベースマウント１１０（示されない）には、出力ビームを収容するために環帯貫通穴（示されない）がさらに与えられてもよい。ミラー１３２５は、共振器キャビティの１つの端部を形成する高反射率ミラーとして機能し得る。図１３Ａにおけるように関連制御システムは示されないが、図１２を参照することにより実現され得る。
【００４４】
図１３Ｃを参照して、サブアセンブリ１１６のミラー１０２は、非線形の光学要素１３３０を含む、安定した、または不安定な共振器キャビティの折り畳み高反射率ミラーとして用いられてもよい。ミラー１３２５は共振器キャビティの１つの端部を形成する高反射率ミラーとして機能し得、ミラー１３２０はレーザビームのための出力として機能するよう部分的な透過を有する他方のキャビティミラーを形成し得る。非線形の光学要素１３３
０は、たとえば周波数倍増、ラマンシフトまたは周波数混合などの１つ以上の非線形の光学機能を与えてもよい。この場合、ミラー１０２を含む図１３Ｃ中のすべてのミラーの反射率は、１つを超える周波数での反射率を考慮に入れることができる。
【００４５】
この実施例では、ミラー１０２への入射ビームの一部が非正常な入射角でベースマウント１１０まで透過され、レーザエネルギが非対称な態様でこの構造に吸収され得る。これは結果として、ベースマウント１１０の不均一な加熱を生じ得、それは次に可撓性ポスト１１２の非対称な加熱を引起し得る。したがって個々の可撓性ポスト１１２についての熱負荷が異なることがある。たとえば可撓性ポスト１１２に用いられ得る材料が典型的にはベースマウント１１０材料（たとえばインバール）よりも高い熱膨脹係数（ＣＴＥ）を有し得るので、熱により引起されたミラー１０２の指示誤差を結果として生じ得、それが測定されて補正されることができる。
【００４６】
この場合、ベースマウント１１０Ａは、２つの垂直の軸についてのゴニオメトリック回転θ、φが可能なモータ駆動のチップチルトステージを組込んでもよい。補正指示は、たとえばビームセンサ１２４０（図１２）または等価物でビームをモニタすることにより実現されてもよく、補正フィルタ（たとえばコントロールフィルタ１２５０に組込まれても、または別個でもよい）が、ベースマウント１１０Ａのチップチルト軸を駆動して指示誤差を補正するためのフィードバック制御命令を発生することができる。ダイオードレーザ（示されない）によって与えられるような診断レーザビームは（たとえば図１２のプリズム１２３０または適切に配置された等価なプリズムを通して）レーザキャビティに注入され、ミラー１０２から反射された診断ビームはビーム特性記述に関して上述されたものと類似または等価の態様でモニタされてもよい。
【００４７】
上述の実施例は本開示を例示するが制限はしない。多数の修正および変形が本開示の原理に従って可能であることがさらに理解されるべきである。従って、本開示の範囲は以下の請求項によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】本開示の実施例に従ったバイモルフミラーアセンブリの分解図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａのバイモルフミラーアセンブリの組立図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｂのバイモルフミラーアセンブリの側面図を示す。
【図２】本開示の実施例に従った、バイモルフミラーアセンブリの組立方法を示す図である。
【図３】本開示の実施例に従った、環状圧電セラミックアクチュエータを示す図である。
【図４】本開示の実施例に従った、薄い光学ミラーを示す図である。
【図５】本開示の実施例に従った、自己心出しレベル取付具における圧電アクチュエータを示す図である。
【図６】本開示の実施例に従った、自己心出しアセンブリ取付具の接着位置決め取付具を示す図である。
【図７】本開示の実施例に従った、スタンドオフマウントを形成するためのスタンドオフ鋳型を示す図である。
【図８】本開示の実施例に従った、スタンドオフにバイモルフミラーアセンブリを位置決めするためのクラムシェル型心出し取付具を示す図である。
【図９】本開示の実施例に従った、クラムシェル型心出し取付具における圧電アクチュエータを示す図である。
【図１０】本開示の実施例に従って取付けられたバイモルフミラーアセンブリを示す図である。
【図１１】本開示の実施例に従った、レーザビームを補正する方法を示す図である。
【図１２】本開示の実施例に従った、バイモルフミラーアセンブリを備えたレーザシステムを示す図である。
【図１３Ａ】本開示のさまざまな実施例に従った、可変焦点バイモルフミラーを備えたさまざまな固体レーザシステムを示す図である。
【図１３Ｂ】本開示のさまざまな実施例に従った、可変焦点バイモルフミラーを備えたさまざまな固体レーザシステムを示す図である。
【図１３Ｃ】本開示のさまざまな実施例に従った、可変焦点バイモルフミラーを備えたさまざまな固体レーザシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  バイモルフミラーアセンブリ、１０２  ミラー、  １０４  アクチュエータ、
１１０  ベースマウント、１１２  可撓性ポスト、１１６  サブアセンブリ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008304918.tif 000009
【図６】
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【図７】
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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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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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