(57)【要約】  本発明は、１００ピコ秒未満のパルス幅を有するＮ個のパルス（１）間の遅延を測定するための方法であって、−  同じ繰り返し周波数を有するパルス（１ｋ）をコリメート放出するステップと、−  パルスのそれぞれと干渉縞を生成することが可能である、同じ繰り返し周波数を有する基準パルス（２）を放出するステップと、−  パルスのそれぞれについて、このパルスと基準パルスとのコヒーレント和を検出器（３）によって検出するステップであって、この和は、前記干渉縞を生成し、パルスのそれぞれに由来する干渉縞は、互いに区別可能である、ステップとを含む方法に関する。基準パルスは、調節可能な遅延を伴って放出され、本方法は、−  各遅延に関して、パルスについて干渉縞のＮ個のコントラストを同時に測定するステップと、−  パルスのそれぞれについて、最大コントラストに対応する遅延により、このパルスと基準パルスとの間の遅延値が判定されるステップとをさらに含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個のチャネルで伝播する、１００ピコ秒未満のパルス幅を有するＮ個のパルス（１）間の遅延を測定するための方法であって、
−  同じ繰り返し周波数を有する前記Ｎ個のパルス（１ｋ）をコリメート放出するステップと、
−  前記Ｎ個のパルスのそれぞれと干渉縞を生成することが可能である、同じ繰り返し周波数を有する基準パルス（２）を放出するステップと、
−  前記Ｎ個のパルスのそれぞれについて、前記パルス（１ｋ）と前記基準パルス（２）とのコヒーレント和を検出器（３）によって検出するステップであって、前記和は、前記干渉縞を生成し、前記Ｎ個のパルスのそれぞれに由来する前記干渉縞は、互いに区別可能である、ステップと
を含む方法において、
前記基準パルス（２）は、前記Ｎ個のパルスの前記検出器（３）への推測到着時間に対して遅延を伴って放出され、前記遅延は、決められた遅延範囲にわたって調節可能であることと、前記方法は、
−  前記遅延範囲の遅延に関して、前記Ｎ個のパルスについて、前記干渉縞のＮ個のコントラストを同時に測定するステップであって、前記測定は、Ｐ×Ｎ個の他の干渉縞コントラストを得るために、前記範囲のＰ個の他の遅延について繰り返される、ステップと、
−  前記Ｎ個のパルスのそれぞれについて、前記Ｐ個のコントラストの最大コントラストに対応する遅延により、前記パルス（１ｋ）と前記基準パルス（２）との間の遅延値が判定されるステップと
をさらに含むこととを特徴とする方法。
【請求項２】
前記Ｎ個のパルス（１ｋ）および前記基準パルス（２）は、同じ中心波長を有し、前記Ｎ個のパルス（１ｋ）の伝播方向は、前記基準パルス（２）の伝播方向と異なることと、前記干渉縞は、前記検出器のＮ個の区別される領域（３１）に配置される空間的干渉縞であることとを特徴とする、請求項１に記載のＮ個のパルス間の遅延を測定するための方法。
【請求項３】
前記Ｎ個のパルス（１ｋ）の前記中心波長は、互いに異なり、かつ前記基準パルス（２）の前記中心波長と異なることと、前記干渉縞は、前記検出器（３）の同じ点に配置される時間的干渉縞であることとを特徴とする、請求項１に記載のＮ個のパルス間の遅延を測定するための方法。
【請求項４】
Ｎ個のチャネルで伝播する、１００ピコ秒未満のパルス幅を有するＮ個のパルス（１）間の遅延を測定するためのシステムであって、
−  前記Ｎ個のパルス（１ｋ）を平行な伝播方向に伝播させるように構成されたＮ個のパルス源と、
−  基準パルス（２）の放出源であって、前記Ｎ個のパルスの前記伝播方向に対して傾斜した伝播方向に前記基準パルスを伝播させるように構成され、かつ調節可能な遅延線（５）に関連し、前記Ｎ個のパルスおよび前記基準パルスは、同じ中心波長および同じ繰り返し周波数を有する、基準パルス（２）の放出源と、
−  マトリクス検出器（３）と、
−  前記Ｎ個のパルスのそれぞれについて、前記パルスと前記基準パルスとのコヒーレント和を前記検出器（３）上に形成するように構成された結像装置であって、前記和は、空間的干渉縞を生成する、結像装置と
を備えるシステムにおいて、
−  前記Ｎ個のパルス（１ｋ）の前記伝播方向に対して、前記基準パルス（２）の波面の方向を整列させるための装置（１００）であって、前記基準パルス（２）の経路上において、
○周期的な格子を有する回折補償光学素子（１０１）と、
○２重フーリエ変換および所定の倍率を有する光学セットアップであって、２つのレンズ（Ｌ１、Ｌ２）が設けられ、および前記検出器（３）の平面が前記光学セットアップの像焦点を含み、かつ前記回折素子（１０１）の平面が物体焦点を含むように構成された光学セットアップと
を備える装置（１００）と、
−  請求項１または２に記載の測定方法を実装するための手段と
をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項５】
Ｎ個のチャネルで伝播する、１００ピコ秒未満のパルス幅を有するＮ個のパルス（１ｋ）間の遅延を測定するためのシステムであって、
−  前記Ｎ個のパルス（１ｋ）を平行な伝播方向に伝播させるように構成されたＮ個のパルス源と、
−  調節可能な遅延線（５）に関連する基準パルス（２）の放出源であって、前記Ｎ個のパルスおよび前記基準パルスは、同じ繰り返し周波数を有するが、異なる中心波長を有する、基準パルス（２）の放出源と、
−  フォトダイオードの形態の検出器（３）と、
−  前記Ｎ個のパルスのそれぞれについて、前記パルスと前記基準パルスとのコヒーレント和を前記フォトダイオード（３）上に形成するように構成された結像装置であって、前記和は、時間的干渉縞を生成する、結像装置と
を備えるシステムにおいて、
請求項１または３に記載の測定方法を実装するための手段を備えることを特徴とするシステム。
【請求項６】
１００ピコ秒未満のパルス幅を有するＮ個のパルス源を位相ロックおよび同期するためのシステムであって、
−  位相変調器（６）によってそれぞれ提供される同じ繰り返し周波数を有するＮ個のパルス源と、
−  調節可能な遅延線（５）が設けられている、同じ繰り返し周波数を有する基準パルス（２）の放出源と、
−  検出器（３）と、
−  前記Ｎ個のパルス（１ｋ）のそれぞれについて、前記パルスと前記基準パルスとのコヒーレント和を前記検出器上に形成するように構成された結像装置であって、前記和は、干渉縞を生成する、結像装置と、
−  位相ロックループ（ｌｏｏｐ２）であって、
○各パルス源と前記基準パルスの前記放出源との間の位相のずれを計算するための手段（１４）と、
○前記位相のずれに応じて前記位相変調器（６）を駆動するための手段（１３）と
を備える位相ロックループ（ｌｏｏｐ２）と
を備えるシステムにおいて、
−  各パルス源に関連する可変遅延線（７）と、
−  遅延ロックループ（ｌｏｏｐ１）であって、
○請求項４または５に記載のＮ個のパルス間の間の前記遅延を測定するためのシステムと、
○前記測定された遅延に応じて前記Ｎ個のパルス源の前記遅延線を駆動するための手段（１１）と
を備える遅延ロックループ（ｌｏｏｐ１）と
をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項７】
コンピュータプログラム製品であって、コンピュータプログラムは、前記プログラムがコンピュータ上で実行されると、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法のステップを実行することを可能にするコード命令を含む、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
今日、高出力（またはエネルギー）かつ高輝度のレーザ源の実現は、利得材料の熱流束に対する耐性による限界を迎えている。この問題に対する１つの解決策は、いくつかの利得媒質にわたって増幅を並列に分散させ、その後、それらを再結合することである。
【０００２】
本発明は、例えば、１００ピコ秒未満のパルス幅を有する、超短パルス源の場合における多数の高出力および／または高エネルギー基本レーザ源のコヒーレント再結合の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
このようなパルス発振レーザ源の再結合は、連続発振レーザ源と比べた場合、追加的に、パルスを同相にしなければならないだけでなく、同期もさせなければならない。すなわち、パルスは、相互作用するために、空間的および時間的に重ならなければならない。従って、システムの伝播チャネルのそれぞれにおけるパルスの伝播時間を把握する必要がある。
【０００４】
コヒーレント再結合増幅器ネットワークのファイバシステム（ＣＡＮシステム、ＣＡＮは「コヒーレント増幅器ネットワーク（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）」の略語である）は、一般的に多数のファイバ部分を備えるが、ファイバの長さを１ｃｍ未満の精度で制御するのは困難である。従って、システムの異なるチャネルの光学的長さは、一般的に数ｃｍばらつくことになり、換言すると、対応する遅延が数十〜数百ピコ秒になる。これらの遅延はまた、主にシステムの温度上昇に伴って動的に変化するが、周囲の機械的変動によっても動的に変化する。ここで、２つのレーザパルスをコヒーレントに加えるには、まず、これらのパルスの時間的な重複を最大にしなければならない。パルスが同期されなければならない。次に、強度を最大するために、パルスを同相（ｉｎ  ｐｈａｓｅ  ｏｒ  ｃｏ−ｐｈａｓｅｄ）にしなければならない。
【０００５】
例えば、Ｍ．Ａｎｔｉｅｒらによる文献“ｋＨｚ  ｃｌｏｓｅｄ  ｌｏｏｐ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｆｉｂｅｒ  ｂｅａｍ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ，”ＪＳＴＱＥ２０（５）に記載されているような多数の位相測定および同相技法がある。パルスの同期の問題に関連して、最近使用される方法は、Ｒ．Ｔｒｅｂｉｎｏらによる文献“ｕｓｉｎｇ  ｐｈａｓｅ  ｒｅｔｒｉｅｖａｌ  ｔｏ  ｍｅａｓｕｒｅ  ｔｈｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ａｎｄ  ｐｈａｓｅ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ  ｐｕｌｓｅｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇａｔｉｎｇ，”Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ  Ａ１０に提示されているようなＦＲＯＧタイプの装置で２つずつ取ったパルス間の非線形相互作用信号を最大化することにより、各伝播チャネルの光学遅延を手動で調節することを含む。この装置によれば、パルスの１つを可変遅延線に通し、２つのパルスの伝播経路を非線形結晶において合流させる。遅延線を調節して、パルス間の非線形相互作用によって生成される信号を最大化する。従って、遅延線の値によってパルス間の遅延が与えられる。この方法により、他のパルスに対して各パルスの相対遅延を効果的に、極めて確実かつ正確に（フェムト秒内まで）再調整できるが、多数のパルスのために（わずかに数十を上回る数のパルスでさえも）集合的に実装することができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｍ．Ａｎｔｉｅｒ  ｅｔ  ａｌ，“ｋＨｚ  ｃｌｏｓｅｄ  ｌｏｏｐ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｆｉｂｅｒ  ｂｅａｍ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ，”ＪＳＴＱＥ２０（５）
【非特許文献２】Ｒ．Ｔｒｅｂｉｎｏ  ｅｔ  ａｌ，“ｕｓｉｎｇ  ｐｈａｓｅ  ｒｅｔｒｉｅｖａｌ  ｔｏ  ｍｅａｓｕｒｅ  ｔｈｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ａｎｄ  ｐｈａｓｅ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ  ｐｕｌｓｅｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇａｔｉｎｇ，”Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ  Ａ１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、解決しようとする課題は、多数のチャネルがある状態でこれらの遅延を測定する方法であって、実装がロバストであり、確実であり、および廉価であり、この測定が動的フィードバックループで実装可能である、方法である。さらに、この遅延測定は、パルス源の光学チャネルの位相ロックに必要な光学位相測定および制御アーキテクチャと互換でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、独創的な方法において、外部基準との干渉によって光学位相を測定するための集団的アーキテクチャを開発することを含む。次いで、基準チャネル上に可変遅延線を配置した後、検出器上に生成された干渉による図を解析しながら、この遅延を調べることにより、システムの伝播チャネル間の遅延のマッピングを取得する。コントラストの強い干渉縞の存在は、パルスが基準と同期していることを示す。空間的干渉縞の場合、検出器上の空間位置により、該当するチャネルを特定でき、時間的干渉縞の場合、干渉縞の周波数により、チャネルを識別できる。最終的に、基準に対して遅延を完全に調べることにより、システムの完全なマッピングが得られ、測定された値で各チャネル上の遅延を補正することにより、すべてのパルスを同期できる。
【０００９】
より具体的には、本発明の主題は、Ｎ個のチャネルで伝播する、１００ピコ秒未満のパルス幅を有するＮ個のパルス間の遅延を測定するための方法であって、
−  同じ繰り返し周波数を有するＮ個のパルスをコリメート放出するステップと、
−  Ｎ個のパルスのそれぞれと干渉縞を生成することが可能である、同じ繰り返し周波数を有する基準パルスを放出するステップと、
−  Ｎ個のパルスのそれぞれについて、このパルスと基準パルスとのコヒーレント和を検出器によって検出するステップであって、この和は、前記干渉縞を生成し、Ｎ個のパルスのそれぞれに由来する干渉縞は、空間的または時間的に互いに区別可能である、ステップと
を含む方法である。
【００１０】
本方法は、基準パルスがＮ個のパルスの検出器への推測到着時間に対して遅延を伴って放出され、この遅延が、決められた遅延範囲にわたって調節可能であることと、本方法が、
−  遅延範囲の遅延に関して、Ｎ個のパルスについて、干渉縞のＮ個のコントラストを同時に測定するステップであって、この測定は、Ｐ．Ｎ個の他の干渉縞コントラストを得るために、前記範囲のＰ個の他の遅延について繰り返される、ステップと、
−  Ｎ個のパルスのそれぞれについて、Ｐ個のコントラストの最大コントラストに対応する遅延により、このパルスと基準パルスとの間の遅延値が判定されるステップと
をさらに含むこととを特徴とする方法である。
【００１１】
従って、本発明による方法は、パルス間の同期の基準として干渉縞の鮮明度（またはコントラスト）を使用し、これには、一方で集団的実装を可能にするという利点と、他方でパルスの同相化のために後に使用するのと同じ診断手段が使用されるという利点がある（干渉縞の位置のロック）。
【００１２】
第１の動作モードによれば、Ｎ個のパルスおよび基準パルスは、同じ中心波長（または周波数）を有し、Ｎ個のパルスの伝播方向は、基準パルスの伝播方向と異なり、干渉縞は、マトリクス検出器である検出器のＮ個の区別される領域に配置される空間的干渉縞である。
【００１３】
別の動作モードによれば、Ｎ個のパルスの波長は、互いに異なり、かつ基準パルスの波長とも異なり、干渉縞は、検出器の同じ点に配置される時間的干渉縞である。
【００１４】
また、本発明の主題は、Ｎ個のチャネルで伝播する、１００ピコ秒未満のパルス幅を有するＮ個のパルス間の遅延を測定するためのシステムであって、
−  Ｎ個のパルスを平行な伝播方向に伝播させるように構成されたＮ個のパルス源と、
−  基準パルスの放出源であって、Ｎ個のパルスの伝播方向に対して傾斜した伝播方向に基準パルスを伝播させるように構成され、かつ調節可能な遅延線に関連し、Ｎ個のパルスおよび基準パルスは、同じ波長および同じ繰り返し周波数を有する、基準パルスの放出源と、
−  マトリクス検出器と、
−  Ｎ個のパルスのそれぞれについて、このパルスと基準パルスとのコヒーレント和を検出器上に形成するように構成された結像装置であって、この和は、空間的干渉縞を生成する、結像装置と
を備えるシステムである。
【００１５】
測定システムは、
−  Ｎ個のパルスの伝播方向に対して、基準パルスの波面の方向を整列させるための装置であって、基準パルスの経路上において、
○周期的な格子を有する回折補償光学素子と、
○２重フーリエ変換および所定の倍率を有する光学セットアップであって、２つのレンズが設けられ、および検出器の面が光学セットアップの像焦点を含み、かつ回折素子の面が物体焦点を含むように構成された光学セットアップと
を備える装置と、
−  上記の測定方法を実装するための手段と
をさらに備える。
【００１６】
本発明はまた、Ｎ個のチャネルで伝播する、１００ピコ秒未満のパルス幅を有するＮ個のパルス間の遅延を測定するためのシステムであって、
−  Ｎ個のパルスを平行な伝播方向に伝播させるように構成されたＮ個のパルス源と、
−  調節可能な遅延線に関連する基準パルスの放出源であって、Ｎ個のパルスおよび基準パルスは、同じ繰り返し周波数を有するが、異なる波長を有する、基準パルスの放出源と、
−  フォトダイオードの形態の検出器と、
−  Ｎ個のパルスのそれぞれについて、このパルスと基準パルスとのコヒーレント和をフォトダイオード上に形成するように構成された結像装置であって、この和は、時間的干渉縞を生成する、結像装置と
を備えるシステムにおいて
上記の対応する測定方法を実装するための手段を備えることを特徴とするシステムに関する。
【００１７】
また、本発明の主題は、１００ピコ秒未満のパルス幅を有するＮ個のパルス源を位相ロックおよび同期するためのシステムであって、
−  位相変調器によってそれぞれ提供される同じ繰り返し周波数を有するＮ個のパルス源と、
−  調節可能な遅延線が設けられている、同じ繰り返し周波数を有する基準パルスの放出源と、
−  検出器と、
−  Ｎ個のパルスのそれぞれについて、このパルスと基準パルスとのコヒーレント和を検出器上に形成するように構成された結像装置であって、この和は、干渉縞を生成する、結像装置と、
−  位相ロックループであって、
○各パルス源と基準パルスの放出源との間の位相のずれを計算するための手段と、
○位相のずれに応じて位相変調器を駆動するための手段と
を備える位相ロックループと
を備えるシステムにおいて、
−  各パルス源に関連する可変遅延線と、
−  遅延ロックループであって、
○上記のようなＮ個のパルス間の間の遅延を測定するためのシステムと、
○測定された遅延に応じてＮ個のパルス源の遅延線を駆動するための手段と
を備える遅延ロックループと
をさらに備えることを特徴とするシステムである。
【００１８】
従って、本システムは、平行に接続された一式の利得媒質（例えば、ファイバ増幅器）を伝播することにより、多数のＮ個のレーザビームを介してもたらされた遅延を動的に補償することを可能にする。Ｎ個の放出されたレーザビームは、同期および位相ロックされると、建設的に干渉し、これにより、（例えば、シングルモードファイバの場合には回折によって制限される）そのビームの質を保ちながら、基本的な増幅器の輝度のＮ倍の輝度のレーザ源を構成する。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例として示す以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読むことで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】特性評価するビームに対して基準ビームを傾斜させた構成で実装された、本発明による測定方法のステップを概略的に説明する。
【図２】本発明による図１のステップの同じ構成による何回かの繰り返しを概略的に説明する。
【図３】干渉縞の鮮明度の例示的な計算の異なるステップを示す。
【図４】本発明による例示的な位相ロックおよび同期システムを概略的に表す。
【図５ａ】測定エラーを説明する。
【図５ｂ】この測定エラーの補正を説明する。
【図６】基準パルスを整列させるための例示的な光学セットアップを概略的に表す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
１つの図から別の図において、同じ要素は同じ参照符号によって識別される。
【００２２】
以下の説明では、「上）」、「下」の表現は、説明している図面の向きを基準に使用される。システムは、他の向きに配置することもできるため、方向に関する用語は、説明のために示すものであり、限定するためではない。
【００２３】
提供する解決策は、Ｊ．Ｂｏｕｒｄｅｒｉｏｎｎｅｔらの文献“Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  ｏｆ  ６４  ｆｉｂｅｒｓ，”Ｏｐｔ  Ｅｘｐｒｅｓｓ．１９で説明されている干渉法による集団的位相測定のアーキテクチャに基づいている。このアーキテクチャでは、伝播チャネル間における光学位相のずれが、光学ビームのそれぞれと共通の基準との間の干渉縞のネットワークの解析によって得られる。干渉縞は、すべての位相のずれが単一の像内に記録されるように、カメラ上に集合的に記録される。パルス状態では、同期していないパルス、すなわち、カメラのセンサ面に同時に存在しないパルスは、干渉を生じない。そうすると測定は不可能である。
【００２４】
図１に関連して、集団的測定方法の例示的な実装を説明する。特性評価するパルス１は、コリメートされ、同じ伝播方向であると仮定されている。図には、特性評価する３つのパルスを示す。基準パルス２は、平面波に広げられ、特性評価するパルスの伝播方向に対して平行でない方向に伝播される。パルス１および２は、すべてコヒーレント（干渉縞を得ることができる）であり、同じ繰り返し周波数である（パルスは、図４に示す同じ主発振器９からのパルスであるのが一般的である）と仮定される。基準ビーム２１は、測定カメラなどの検出器３のレベルにおいて、特性評価するすべてのビームに空間的に重なる。従って、カメラは、各パルス１と基準パルス２との和を記録する。この記録は空間的に分解され、すなわち、特性評価する各パルスはカメラの定義可能領域３１に割り当てられ、特性評価するパルスは空間的に重ならない。
【００２５】
特性評価するパルス１の強度レベルと等しくなるように基準２の光学密度を調節して、干渉現象を最適化することが好ましい。特性評価するパルス１の１つが、基準パルス２（τ＝τＲＥＦ）と完全に同期すると、カメラは、基準ビームの伝播方向と特性評価するビームの伝播方向との間の角度で与えられる空間周期を有する、完全に像が現われた干渉図ＩＭを記録する。パルスが時間的に重ならない場合（｜τ−τＲＥＦ｜＞Δτ、ここで、Δτは、時間的なパルス幅である）、インコヒーレント和Ｉｍが得られ、干渉縞は観測されない。｜τ−τＲＥＦ｜≦Δτである中間的な状況では、干渉Ｉｉが観測されるが、コントラストは低下している。
【００２６】
この測定原理は、１次元または２次元のレイアウトで構成された一式のＮ本のコリメートパルスレーザビームに適用される。制御カメラ３は、Ｎ本のビームのそれぞれが、検出器からの区別される空間的領域３１に対応するように、この構成の像Ｉを記録する。本発明によれば、可変遅延線５が、制御カメラ３に入射し、かつ同期するビームと角度θを形成する基準経路に配置される。
【００２７】
次いで、図２に示すように、基準経路の遅延線５の移動量を調べることにより、またカメラ３上の強度像Ｉの干渉縞の存在を同時に測定することにより、Ｎ本のレーザビーム間の相対遅延のマッピングを得る。可変遅延線の移動量は、調査される最大遅延に少なくとも等しくなければならない。これは、一般的に、１００ピコ秒未満のパルス幅を有するパルスでは１０ｃｍである所定の遅延範囲内で変化する。
【００２８】
各遅延について、パルスの空間的重ね合わせの同時記録Ｉがカメラ３上で行われる。カメラの像上における干渉の存在は、パルス１が基準２と同期していることを示し、一式の干渉縞の空間位置３１により、同期した伝播チャネルを特定および識別できる。このように、チャネルのそれぞれについて干渉縞が現われるまで進めることにより、システムのすべての相対遅延の測定値が得られ、これを後に補償することができる。
【００２９】
このステップの終わりには、基準経路の遅延値τ（図の例では、τ１、τ２、τ３、τ４）ごとに像Ｉτが得られ、各像（図の例では、Ｉτ１、Ｉτ２、Ｉτ３、Ｉτ４）は、各入射パルス１１、１２、１３と基準パルス２とのコヒーレント和（同時パルス：図の例では、ＩＭτ１、ＩＭτ３、ＩＭτ４）またはインコヒーレント和（時間的にずれたパルス：図の例では、Ｉｍτ１、Ｉｍτ２、Ｉｍτ３、Ｉｍτ４）を含む。中間状態では、観測される干渉縞のコントラストは低下する（図の例では、Ｉｉτ３、Ｉｉτ４）。
【００３０】
次いで、基準２に対するパルス１の遅延は、基準の遅延線５を調べて得られたすべての像Ｉτ（図の例では、Ｉτ１、Ｉτ２、Ｉτ３、Ｉτ４）にわたって干渉縞の鮮明度が最大である場合、すなわち、
−  パルス１１については遅延τ１、
−  パルス１２については遅延τ３、
−  パルス１３については遅延τ４
によって与えられる。
【００３１】
次いで、概ね簡素かつ概ねロバストな異なる方法により、干渉縞の鮮明度が最大の場合に対応するパルスの同期の基準を得ることができる。まず、各像Ｉτが、特性評価するＮ個のパルス１ｋ（ｋは、１からＮ）をそれぞれ中心とするＮ個の像Ｉτ，ｋに分割されると考える。
−  従って、例えば、各分割像Ｉτ，ｋについて最小となる強度Ｉｍを計算できる。最低の最小値は、パルス１ｋと基準２との間の干渉が最大であることを示し、従って最適に同期していることを示す。最小に加えて、最大となる強度ＩＭを探すこともでき、これにより干渉縞のコントラストにアクセスできる。
−  計算量が増えるが、信号雑音比が高い別の方法を図３に示す。各像Ｉτ，ｋについて、干渉縞の周波数ν０における像のパワースペクトル密度によって干渉縞の鮮明度を推測できる。像Ｉτは、全体として以下の手順で処理される。
・Ｈτ＝Ｆ（Ｉτ）を計算する。ここで、Ｆは、フーリエ変換である。
・干渉縞の周波数に関する寄与は分離され、周波数ゼロを中心に再配置される。
【数１】
2018537678.tif 000003
・干渉縞の鮮明度の像は、次式の逆フーリエ変換Ｆ−１を計算することによって復元される。
【数２】
2018537678.tif 000004
【００３２】
最終的に、これらの様々な方法により、基準２の遅延τに応じて、かつ特性評価する各パルス１ｋについて干渉縞の鮮明度γが定量化される。次いで、ｋのインデックスのついた基準に対するパルス１の遅延τｋは、基準の遅延線を調べる際、干渉縞の鮮明度が最大である場合に得られる。
【数３】
2018537678.tif 000005
【００３３】
遅延のこのマッピングにより、最終的に、すべてのτｋが等しくなるように、経路ｋのそれぞれにある（図４に示す）遅延線７ｋを調節できる。
【００３４】
図４は、すべて接続したコヒーレント増幅器ネットワーク（ＣＡＮ）技術によるパルスレーザ源における本発明の使用例を説明している。この図によれば、主発振器９からＮ本の経路（図の例では、Ｎ＝３）に分割される。これらの経路のそれぞれは、パルス１１、１２、１３を同期するために光学遅延を調節するための手段（遅延線を駆動するための手段１１によって駆動される調節可能な遅延線７１、７２、７３など）と、パルス１１、１２、１３を同相にするために光学位相を制御するための手段（位相変調器を駆動するための手段１３によって駆動される位相変調器６１、６２、６３など）とを備える。次いで、各チャネルは、増幅器モジュール８１、８２、８３によって増幅された後、自由空間に出て、一般的にはマイクロレンズのマトリクス１０１、１０２、１０３であるコリメーション光学系に向かう。図４の図によれば、システムの診断部分は、レーザパルス１１、１２、１３が入射するカメラなどの検出器３と、十分な移動量を有する可変遅延線５を含む（コリメーションレンズ１０２０を含む）基準経路とを備える。次いで、第１のロックループが、以下のサイクルによって規定される。
・例えば、この遅延線５を駆動するための手段１５により、パルス幅のオーダーの所定のピッチで、基準経路２の遅延を変更し、遅延を計算するための手段１２により、上述のように干渉縞の鮮明度を利用してシステムの遅延のマッピングを測定する。
・各経路の遅延を等しくし、従ってすべてのパルス１１、１２、１３を同期するために、（計算手段１２によって制御される駆動手段１１によって）各経路７１、７２、７３の遅延線を調節する。
【００３５】
基準パルスの放出源の遅延線５を駆動するための手段１５は、場合により、測定した遅延に応じて自らを駆動する。
【００３６】
この第１のループは、システムの遅延の変動率に応じて極めて低い周波数で実装される場合がある（例えば、１分ごと）。
【００３７】
Ｊ．Ｂｏｕｒｄｅｒｉｏｎｎｅｔらの文献“Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  ｏｆ  ６４  ｆｉｂｅｒｓ，”Ｏｐｔ  Ｅｘｐｒｅｓｓ．１９で説明されているように、次いで、パルスの光学位相をロックするための第２のロックループが実装される。第１のループが閉じた場合、すなわち、パルスが同期した場合、この第２のループは、相対位相のマッピングの測定のための新しい像に、第１のロックループの最後に得られた最後のカメラ像を用いる。システムの位相のずれのマッピングは、この場合、干渉縞の相対位置を利用することにより、位相のずれを計算するための手段１４によって測定され、次いで、計算手段１４によって制御される駆動手段１３により、位相変調器６１、６２、６３が調節される。
【００３８】
基準パルス２は、同期するパルス１の伝播方向に対してゼロ以外の角度をなす方向θに伝播していることが示されており、これが制御カメラ上に干渉縞を生じる。図５ａは、上記のようにシステムによって生成される系統的なエラーを示している。完全に同期した入射パルス１１、１２、１３について、基準経路の全く同一の遅延値では、干渉縞のコントラストが最大ＩＭにならないことがわかる（同期したパルスにも当てはまる）。
−  （ａ）は、カメラ３の焦点面において、下段の基準パルス２がパルス１１と同相であり、かつ同期している（しかし、パルス１２および１３とはそうではない）場合に得られた像Ｉである。
−  （ｂ）は、カメラ３の焦点面において、中段の基準パルス２がパルス１２と同相であり、かつ同期している（しかし、パルス１１および１３とはそうではない）場合に得られた像Ｉである。
−  （ｃ）は、カメラ３の焦点面において、上段の基準パルス２がパルス１３と同相であり、かつ同期している（しかし、パルス１１および１２とはそうではない）場合に得られた像Ｉである。
【００３９】
この問題を克服するために、エネルギーの伝播端を平行に保つことにより、同期されるパルス１の伝播方向と基準パルス２の伝播方向との間の角度θを図５ｂに示すようにしなければならない。この条件は、図６に詳述するような、基準パルス２を整列させるためのセットアップ１００を使用することによってもたらすことができる。周期的な格子を有する回折補償光学素子１０１が、基準パルス２の伝播方向とエネルギー伝播端（すなわち、所与の瞬間におけるパルスのエネルギーの空間的分布）とを独立に調節するために使用される。２重フーリエ変換および所定の倍率を有する光学結像セットアップであって、２つのレンズＬ１およびＬ２が設けられ、および検出器３の焦点面がセットアップの像焦点を含み、かつ回折素子１０１の面が物体焦点を含むように構成された光学結像セットアップにより、次いで、回折格子１０１の波長分散を補償して、カメラ３上の干渉縞の位置が波長と独立となるようにできる。より具体的には、回折整列アセンブリ１０１は、結像装置によってカメラ３上に結像される。この結像装置は、
−  焦点距離がｆ１のレンズＬ１と、
−  焦点距離がｆ２のレンズＬ２と
を備える。
【００４０】
これらの２つのレンズは、所定の倍率γの２重フーリエ変換を有するセットアップを形成し、回折補償光学アセンブリ１０１をカメラ３上に結像でき、回折整列光学アセンブリ１０１は、レンズＬ１の対物面にあり、カメラ３は、レンズＬ２の像面にあり、レンズＬ１の像面は、レンズＬ２の対物面に一致する。
【００４１】
（例えば、ある面に置かれ、レンズによってコリメートされる）パルスレーザ源Ｓｋからの光学ビームは、システムの上流でコリメートされ、各ビームは、Ｌ２からの基準ビームに対して、カメラ３上で特定の角度θを形成する。角度θは、カメラの分解能に一致した干渉縞ピッチΛを得るように選択される（一般的に、１つの縞は、≧約１０ピクセル）。回折整列アセンブリ１０１は、ピッチΛ１０１の位相および／または周期的振幅を有する格子を備える。ピッチΛ１０１は、回折整列光学アセンブリ１０１に入射する基準ビームの入射角ψと、ｚ軸（レンズＬ２およびＬ１の光軸）に対する回折整列光学アセンブリの傾斜角φとの関数として計算される。
【００４２】
基準ビームのエネルギーの空間分布に対して、カメラ３に入射するパルスのエネルギーの空間分布を平行にするには、レンズＬ２の前における基準のエネルギーの分布の（ｘＯｚ面における）傾斜角は、θ２でなければならない。倍率γ＝−ｆ２／ｆ１を有する、レンズＬ１およびＬ２からなる結像装置は、次いで、回折整列光学アセンブリ１０１の出力におけるエネルギーの空間分布の傾斜角φ１に対して以下の条件を必要とする。
ｔａｎ（φ１）＝γｔａｎ（θ２）
【００４３】
また、回折整列光学アセンブリ１０１は、一様なピッチΛ１０１の格子を備え、かつその法線は、レンズＬ１およびＬ２からなる結像装置の光軸に対して角度φだけ傾斜しているとみなされる。ψは、基準源の入射方向とレンズＬ１およびＬ２からなる結像装置の光軸との間の角度を表すために使用される。最後に、φ１は、パルスのエネルギーの空間分布とパルスの伝播軸との間における回折整列光学アセンブリ１０１の出力の角度を表す。角度φ、ψおよびφ１の間には、次の関係式がある。
【数４】
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【００４４】
回折光学整列アセンブリにおけるパルスの空間的重なりの最適化には、次の式が関与する。
【数５】
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【００４５】
システムの寸法を決めるパラメータ間の第１の関係は、次の通りである。
カメラレベルで選択された干渉縞のピッチ、
パルスの中心波長λ０、
結像装置の倍率γ。
【００４６】
また、整列格子１０１のピッチΛ１０１は、入射方向ψ、格子の傾斜方向および波長λ０の関数として下記の式で与えられる。
【数６】
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【００４７】
最終的に、カメラ３のレベルにおける、パルスの空間的重なりの最適化は、システムのパラメータ間の以下の関係が満たされる場合、図６で説明されるシステムによって確保される。
【数７】
2018537678.tif 000009
【００４８】
ここで、回折整列光学アセンブリ１０１の波長分散の補償を考える。
【００４９】
カメラ３のレベルにおける干渉縞のピッチΛは、波長λ０と、カメラ３のレベルにおける基準とパルス１との間の角度θ２とによって以下の式により決まる。
【数８】
2018537678.tif 000010
ここで、θ２は、中心波長λ０における、パルス１に対する基準ビームの角度である。波長λ０＋δλ０の基準ビームを考える。このビームは、パルス１に対して角度θ２＋δθ２を形成する。波長分散補償の条件では、干渉縞のピッチΛが波長と独立であることが必要とされる。すなわち、
【数９】
2018537678.tif 000011
であり、従って、
【数１０】
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である。同様に、回折整列光学アセンブリ１０１では、補償格子のピッチΛ１０１は、次の式により、入射方向ψ、格子の傾斜方向、および波長λ０の関数として確立されることがわかっている。
【数１１】
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波長λ０およびλ０＋δλ０において回折整列光学アセンブリ１０１によって回折された波ベクトル間の角度ばらつきδψの計算は、次の通りである。
【数１２】
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従って、回折整列光学アセンブリ１０１の角度分散の値は次のようになる。
【数１３】
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波長補償の条件は、図６で説明されるシステムのような、横方向の倍率γによってオフセットされる結像装置の角度倍率の計算から推測される。従って、以下の条件が得られる。
【数１４】
2018537678.tif 000016
最終的に、回折整列光学アセンブリ１０１の波長分散の補償は、以下の関係が満たされる場合、図６で説明される装置によって確保される。
【数１５】
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【００５０】
ここまでの章で確立された条件に従って、基準パルスの整列および回折整列光学アセンブリ１０１の波長分散の補償は、以下の関係が満たされる場合、図６で説明される装置によって確保される。
【数１６】
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【００５１】
ここまで、特性評価するＮ個のパルスおよび基準パルスが同じ中心波長を有し、かつ基準パルスの伝播方向がＮ個のパルスの伝播方向と異なることを検討してきた。これにより、空間的に互いに区別可能な干渉縞が得られ、これらは、一般的にマトリクス検出器である検出器の同じ点に位置しない空間的干渉縞である。
【００５２】
測定方法と、測定ならびに位相ロックおよび同期システムとは、互いに波長が異なり、かつ基準パルス２とも波長が異なる、Ｎ個のパルス１ｋの場合にも適用される。これらは、いずれも同一であり、かつ区別される倍数ではない周波数ｆｋによって位相変調された中心波長を有するか、またはこれらは、波長
【数１７】
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のばらつきで互いにわずかにずれており、ここで、λ０は、基準パルスの中心波長であり、ｃは、３．１０８ｍ／ｓである。基準パルスはまた、周波数ｆＲで位相変調されるか、または波長
【数１８】
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でオフセットされる。Ｎ個のパルスおよび基準パルスは、例えば、同じ伝播方向を有し、結像システムによって検出器の同じ点に集束され、ここで、ｆｋとｆＲとの線形結合である周波数において、時間的干渉縞、すなわち、うなりが得られる。これらの時間的干渉縞またはうなりの結果は、パルス間の波長差に対して十分に高速な（基準パルスに対するパルスのそれぞれのうなりを検出するのに十分に高速な）検出器３によって記録される。この検出器は、一般的には、フォトダイオードである。基準パルス整列セットアップは場合により省略できる。これは、この場合、同期されるパルスと基準パルスとを、従って平行な各エネルギー伝播端を同じ伝播方向にできる（空間的干渉縞を出すための角度を必要としない）ためである。フォトダイオードを使用する場合、パルスの識別は、パルスを周波数マーキングすることによりなされる。変調またはオフセットしたパルス１ｋに基準パルス２を混合することにより、パルス１ｋに固有の周波数ｆｋ−ｆＲにおける成分を含む、すべてのｆ０．．．ｆＮおよびｆＲの線形結合である周波数において時間的干渉縞が生成される。次いで、パルス１ｋ（ここで、ｋは、１〜Ｎである）のそれぞれについて、周波数ｆｋ−ｆＲにおいてフォトダイオード信号を復調することにより、時間的干渉縞のコントラストの測定値が得られる。
【００５３】
位相シフトおよび遅延を計算するための手段ならびに位相変調器および遅延線を駆動するための手段は、特にコンピュータプログラム製品に基づいて実装でき、このコンピュータプログラムは、コード命令を含み、これにより、計算および駆動するステップを実行できる。コード命令は、検出器３に接続されたコンピュータ可読媒体上に記憶される。媒体は、電子媒体、磁気媒体、光学媒体、電磁気媒体、または赤外線拡散媒体とすることができる。このような媒体としては、例えば、半導体メモリ（ランダムアクセスメモリＲＡＭ、読み取り専用メモリＲＯＭ）、テープ、ディスケット、または磁気もしくは光学ディスク（コンパクトディスク−読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読み取り／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）およびＤＶＤ）が挙げられる。
【００５４】
特定の実施形態に関連して本発明を説明してきたが、当然のことながら、本発明は、そのような特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内に含まれる限り、すべての技術的均等物およびその組み合わせを包含する。
【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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【国際調査報告】
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