(57)【要約】【解決手段】明細書及び図面は、犠牲光学部品と、犠牲光学部品の穿孔のような犠牲光学部品の実質的な損傷を表す圧力に基づくレーザの自動的な停止との概念を使用して、外部の汚染源による損傷からレーザ又は光パワーが高い他の光源を保護するための装置及び方法を示している。
2016520994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一又は複数の光学部品の内の少なくとも１つが犠牲部品である前記一又は複数の光学部品を有するハウジングであって、作動状態では該ハウジングの対応する一又は複数の部分に所定の一又は複数のガス圧力を有する前記ハウジングと、
該ハウジングが前記作動状態にあるとき、少なくとも前記ハウジングの一又は複数の部分の内の１つにおけるガス圧力パラメータが閾値レベルを超えて変化する場合、レーザの停止コマンドを自動的に生成すべく構成された一又は複数の変換器と
を備えており、
前記ガス圧力パラメータの変化は、前記一又は複数の変換器の内の少なくとも１つの圧力変換器によって検出され、外部汚染によって引き起こされることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ハウジングはダストシールを使用して前記レーザに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ハウジングは、前記レーザの少なくとも１つの出力光学部品を保護するために前記レーザに取り付け可能であり、
取り付けられた作動状態では、前記ハウジングは、大気圧を超えて加圧される１つの部分のみ有しており、前記一又は複数の光学部品は、前記レーザの少なくとも１つの出力光学部品の軸芯と略並んだ２つの密閉して連結された光学窓を有しており、
少なくとも１つの犠牲部品として機能する前記２つの光学窓の内の１つが穿孔されると、前記停止コマンドが生成され、前記ハウジングの１つの部分における圧力を下げることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記２つの光学窓の内の第１の光学窓は、前記２つの光学窓の内の第２の光学窓より前記レーザの少なくとも１つの出力光学部品から離れて配置されており、前記２つの光学窓の内の第２の光学窓より薄く、
前記２つの光学窓の内の第１の光学窓がまず穿孔され、前記停止コマンドが生成されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ハウジングは、前記レーザの少なくとも１つの出力光学部品を保護するために前記レーザに取り付け可能であり、
取り付けられた作動状態では、前記ハウジングは、大気圧を超えて加圧される１つの部分のみ有しており、該１つの部分は、前記ハウジングに密閉して連結された光学窓と該光学窓と対向した１つの開口とを有する前記一又は複数の光学部品を有しており、前記光学窓及び前記１つの開口は両方共、前記レーザの少なくとも１つの出力光学部品の軸芯と略並んでおり、前記開口は、前記レーザの少なくとも１つの出力光学部品に密閉して連結されており、
少なくとも１つの犠牲部品として機能する前記光学窓が穿孔されると、前記停止コマンドが生成され、前記ハウジングの１つの部分における圧力を下げることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記光学窓は、前記レーザの少なくとも１つの出力光学部品より薄いことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ハウジングは、前記レーザの一部である１つの部分のみ有しており、該１つの部分は、作動状態で大気圧を超えて加圧され、前記レーザの出力光学部品及び光学窓を有する少なくとも２つの光学部品を有しており、前記出力光学部品及び光学窓は両方共、前記ハウジングに密閉して連結されて、前記レーザの出力光学部品の軸芯と略並んでおり、
前記レーザの出力光学部品が穿孔されると、前記停止コマンドが生成され、前記ハウジングの１つの部分における圧力を下げることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
大気圧を超えて加圧するための前記ハウジングの１つの部分におけるガスが、レーザ出力ビームの波長選択に更に使用されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
CO2 レーザにおけるレーザ出力ビームの9.6 ミクロンの波長を選択して10.6ミクロンの波長を抑制するガスは、六フッ化硫黄であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ハウジングはダストシールを使用して前記レーザに取り付けられ、取り付けられた作動状態では、
前記ハウジングは、大気圧を超えて加圧され、光学窓及び第１のレンズを有する第１の部分を備えており、前記光学窓及び第１のレンズは両方共、前記ハウジングに密閉して連結されており、前記レーザの少なくとも１つの出力光学部品の軸芯と略並んでおり、
前記ハウジングは、前記レーザから離れて配置され、大気圧未満に加圧される第２の部分を更に備えており、該第２の部分は、前記第１の部分と共有される前記第１のレンズと、前記ハウジングと密閉して連結されて、前記レーザの少なくとも１つの出力光学部品の軸芯と略並んだ第２のレンズとを有しており、
前記犠牲部品として機能する前記第１のレンズが穿孔されると、前記停止コマンドが生成され、前記ハウジングの第１の部分及び第２の部分における圧力を変えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のレンズは発散レンズであり、前記第２のレンズは対物レンズであり、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは両方共、ガリレオ式ビームエキスパンダ望遠鏡を形成していることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のレンズは収束レンズであり、前記第２のレンズは対物レンズであり、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは両方共、ケプラー式ビームエキスパンダ望遠鏡を形成しており、
該ケプラー式ビームエキスパンダ望遠鏡の焦点に小開口孔を有する隔壁が、前記犠牲部品として機能する前記第１のレンズを生じ得る破片及び煙から保護することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの犠牲部品が穿孔されると、前記停止コマンドが生成されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ハウジングの対応する一又は複数の部分に所定の一又は複数のガス圧力を印加すべく構成された一又は複数の充填機構を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記ハウジングが取り付けられた作動位置にあるとき、前記所定の一又は複数のガス圧力の内の少なくとも１つが大気圧を超えており、前記ハウジングの外側の圧力が大気圧であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ハウジングが作動状態にあるとき、前記所定の一又は複数のガス圧力の内の少なくとも１つは大気圧未満であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記一又は複数の光学部品は、前記レーザの動作波長範囲のための反射防止膜を有していることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記所定の一又は複数のガス圧力の内の１つは空気又は乾燥窒素を使用して印加されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記レーザはCO2 レーザであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記レーザの停止コマンドによって、前記レーザの電源を切ることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記レーザの停止コマンドによって、前記レーザの電源を切らずに、前記レーザのレーザ処理性能を停止することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記一又は複数の変換器の内の１つは、紫外線用フォトダイオード、イオン化式煙感知器、光学式煙感知器、マイクロホン又は赤外線検出器であり、
前記一又は複数の変換器の内の１つは、前記少なくとも１つの圧力変換器を補うべく使用されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
一又は複数の光学部品の内の少なくとも１つが犠牲部品である前記一又は複数の光学部品を有するハウジングと一又は複数の変換器とを備えた装置を準備し、
前記ハウジングの対応する一又は複数の部分に所定の一又は複数のガス圧力を印加し、
外部汚染によって引き起こされる、少なくとも前記ハウジングの一又は複数の部分の内の１つにおけるガス圧力パラメータの閾値レベルを超える変化が生じるときを、前記一又は複数の変換器の内の少なくとも１つの圧力変換器を用いて検出して、レーザの停止コマンドを生成することを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの犠牲部品が穿孔されると、前記停止コマンドを生成することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
穿孔された少なくとも１つの犠牲部品を交換することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ハウジングは前記レーザの一部であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記所定の一又は複数のガス圧力を印加する前に、前記ハウジングをレーザに取り付け、該レーザの少なくとも１つの出力光学部品を保護することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的且つ非限定的な実施形態は、一般にレーザの光学部品に関し、より具体的には、外部の汚染源による損傷からレーザ、又は光パワーが高い他の光源を保護することに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】特開平０１−２１８０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このセクションは、背景又は状況を以下に開示する実施形態に与えることを意図している。このセクションにおける記載は、遂行され得た概念を含む場合があるが、必ずしも既に考案された概念、実施された概念又は記載された概念ではない。従って、本明細書に特に明確に示されていない限り、このセクションに記載されている内容は、本願の記載に対する先行技術ではなく、このセクションに含めることにより先行技術であると認めるものではない。
【０００４】
最も基本的な形態では、レーザは最後の光学面を有しており、光放射（光）が最後の光学面を通過して、レーザを越えた空間に伝わることが可能である。レーザからのパワーが最後の光学面に付着する虞がある外部の汚染物質に吸収される場合、最後の光学面は損傷し易い。汚染物質の局所的な加熱により、最後の光学部品の被覆物及び基体材料が気化することが多い。最後の光学部品は、窓、レーザ出力結合ミラー、プリズム、レンズなどであってもよい。最後の光学部品はそれ自体高価な部品の場合があるが、より重要なことは、この部品がレーザの内部環境を保護するために必要とされ得るということである。損傷が最後の光学面で生じると、レーザからのパワーは、レーザの外側から最後の光学面に穴を開け得る。最後の光学部品が完全に穿孔されると、レーザ空洞共振器全体が修理できないほど損傷する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様によれば、一又は複数の光学部品の内の少なくとも１つが犠牲部品である前記一又は複数の光学部品を有するハウジングであって、作動状態では該ハウジングの対応する一又は複数の部分に所定の一又は複数のガス圧力を有する前記ハウジングと、該ハウジングが前記作動状態にあるとき、少なくとも前記ハウジングの一又は複数の部分の内の１つにおけるガス圧力パラメータが閾値レベルを超えて変化する場合、レーザの停止コマンドを自動的に生成すべく構成された一又は複数の変換器とを備えており、前記ガス圧力パラメータの変化は、前記一又は複数の変換器の内の少なくとも１つの圧力変換器によって検出され、外部汚染によって引き起こされることを特徴とする装置が提供される。更に、前記ハウジングは前記レーザに取り付け可能であってもよく、又は前記レーザの一部であってもよい。
【０００６】
第２の態様によれば、一又は複数の光学部品の内の少なくとも１つが犠牲部品である前記一又は複数の光学部品を有するハウジングと一又は複数の変換器とを備えた装置を準備し、前記ハウジングの対応する一又は複数の部分に所定の一又は複数のガス圧力を印加し、外部汚染によって引き起こされる、少なくとも前記ハウジングの一又は複数の部分の内の１つにおけるガス圧力パラメータの閾値レベルを超える変化が生じるときを、前記一又は複数の変換器の内の少なくとも１つの圧力変換器を用いて検出して、レーザの停止コマンドを生成することを特徴とする方法が提供される。また、該方法では、穿孔された少なくとも１つの犠牲光学部品を更に交換してもよい。
【０００７】
例示的な実施形態の本質及び目的の更なる理解のために、図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の例示的な実施形態に係るレーザ保護デバイスを示す図である。
【図２】第２の例示的な実施形態に係るレーザ保護デバイスを示す図である。
【図３】第３の例示的な実施形態に係るレーザ保護デバイスを示す図である。
【図４】第４の例示的な実施形態に係るレーザ保護デバイスを示す図である。
【図５】更なる例示的な実施形態に係る実行可能な波長選択性能を備えたレーザ空洞内におけるレーザの光学部品の保護を示す図である。
【図６】本明細書に記載されている例示的な実施形態の実施を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
導入として、米国特許第5359176 号明細書及び米国特許第5898522 号明細書は、レーザの外部源からの汚染による損傷からレーザの光学部品を保護するための従来の解決法を説明している。両方の特許は、汚染をレーザの光学部品から離れる方向に導くために流動ガスの使用を必要とする。しかしながら、流動ガスの必要性は、レーザの多くの適用、特に小型のレーザの場合には必ずしも実用的であるとは限らない。米国特許第4439862 号明細書に開示されているように、光ブルースター窓を用いてある量の低圧レーザガスを密閉することによって流動ガスの使用を避けてもよい。ここで、外部汚染が光ブルースター窓に達するのを防ぐために、光ブルースター窓とレーザのミラーとの間のガス空間が密閉される。レーザの出力ミラーが外部汚染により故障する場合、出力ミラーの関連する光ブルースター窓も、光学窓又はミラーの内面に生じることが多い火によって生じる虞がある破片によって損傷し得る。しかしながら、米国特許第4439862 号明細書の開示は、レーザをオフするためのいかなる自動的な修復法も提供しておらず、その結果、レーザの出力ミラー及び／又は関連する光ブルースター窓及び他の内部部品が最終的に壊れる場合がある。
【００１０】
上記の問題は、本明細書に記載されている実施形態を使用して解消され得る。
【００１１】
犠牲光学部品と、該犠牲光学部品の穿孔のような犠牲光学部品の実質的な損傷を表す圧力に基づいたレーザの自動的な停止との概念を使用して、外部の汚染源による損傷からレーザ又は光パワーが高い他の光源を保護するための装置及び方法が提示されている。レーザは、光スペクトルの可視部分におけるあらゆる高強度レーザ（例えば、イオンArレーザ）であってもよく、近赤外域におけるあらゆる高強度レーザ（例えば、Nd:YAGレーザ又は半導体GaAsレーザ）であってもよく、又は遠赤外域におけるあらゆる高強度レーザ（例えば、CO2 レーザ）であってもよい。保護デバイス／装置（図１〜４参照）は、一又は複数の光学部品の内の少なくとも１つが犠牲部品である一又は複数の光学部品を有するハウジングを備えることが可能であり、ハウジングは、レーザの少なくとも１つの出力光学部品（窓、レーザ出力結合ミラー、レンズなど）を保護するためにレーザに取り付け可能であり、取り付けられた作動位置では、ハウジングは該ハウジングの対応する一又は複数の部分に所定の一又は複数のガス圧力を有する。
【００１２】
更に、保護デバイス／保護モジュールの光学部品は、反射損失並びに生じ得る干渉及び後方反射の影響を減らすために、レーザの動作波長範囲のための反射防止膜を有し得る。
【００１３】
更に、本明細書に記載されているレーザの光学部品の保護要素を有するハウジングは、図５を参照して更に記載されているようにレーザ空洞内のモジュールとして実装されてもよい。
【００１４】
更に、保護デバイス／レーザ／装置は、ハウジングが取り付けられた作動位置（又はレーザ空洞内）にあるとき、少なくともハウジングの一又は複数の部分の内の１つにおけるガス圧力パラメータが閾値レベルを超えて変化する場合、レーザの停止コマンドを自動的に生成すべく構成された一又は複数の変換器（圧力変換器など）を備えてもよく、前記ガス圧力パラメータは、前記一又は複数の変換器の内の少なくとも１つの圧力変換器によって検出され、外部汚染によって引き起こされる。
【００１５】
本明細書に記載されている例示的な実施形態は、レーザの最後の光学部品及び／又はレーザ空洞を外部汚染による損傷から隔離するために、あまりコストがかからない犠牲光学部品を利用することによってレーザの破壊を防ぐことを意図している。あまりコストがかからない光学部品の一例として、要求が更に厳しい最後の光学部品に使用され得るZnSe、Ge又はCdTeのようなより高価な材料とは対照的に、ZnS を使用して形成された光学部品を挙げることができる。記載されている実施形態の目的は、損傷が生じると一又は複数の犠牲光学部品の損傷を検出して、レーザの出力ミラー／窓又はレーザ空洞共振器の損傷が生じ得る前にレーザを自動的に停止することである。犠牲光学部品の損傷が生じる場合、通常、汚染が存在する犠牲光学部品11の外面11a に火が生じ得る（各参照番号は以下に詳細に述べる図１〜５に適用され得る）。犠牲光学部品11の内面11b にも同様に火が生じ得ることが多い。従って、本目的は、犠牲光学部品11が穿孔されたときの圧力変化を検出するための（圧力作動スイッチ、圧力センサなどとして実装される）圧力変換器19を利用して犠牲光学部品11のこのような損傷を検出することである。別の目的は、図１〜４に示されているように、レーザ13の最後の光学部品12又は最後の光学部品12と犠牲光学部品11との間のあらゆる光学部品から離れる方向に破片を向かわせることである。同様の作用が、以下に図５を参照して述べられているようにレーザ空洞共振器を保護するためにレーザ空洞内でなされ得る。更なる目的は、圧力変換器19からの電気信号（停止コマンド）を利用してレーザ電源20を切ってレーザの損傷を防ぐことである。或いは、停止コマンドは、（例えばレーザ空洞内のシャッタを閉じることによって）レーザの電源を切ることなくレーザのレーザ処理性能を停止させてもよい。
【００１６】
犠牲光学部品11（又は犠牲光学部品11' ）の損傷が、数例挙げるとUV（紫外線）用フォトダイオード、イオン化式煙感知器、光学式煙感知器、マイクロホン、赤外線検出器を含む様々な他のタイプの変換器によって更に検出されてもよい。これらのタイプの変換器は、圧力変換器に加えて使用されてもよい。いかなる場合でも、（図１〜４における）犠牲光学部品11又は（図５における）犠牲光学部品11' の圧力差の使用が、図１〜４に示されているようなレーザ13の最後の光学部品12又は最後の光学部品12と犠牲光学部品11との間のあらゆる光学部品から離れる方向に破片を向かわせる際に効果的であり、又は図５に示されているようなレーザ空洞共振器から離れる方向に破片を向かわせる際に効果的である。
【００１７】
図１〜４は、レーザ保護デバイス（装置）10を実装するための４つの例示的な実施形態を示しており、図５は、更なる例示的な実施形態に係る、実行可能な波長選択性を備えた組込み式で空洞保護されるレーザを示している。
【００１８】
図１に示されている第１の実施形態によれば、犠牲光学部品11は光学窓であってもよく、第２の光学窓14が使用されてもよい。第１の実施形態の場合、両方の光学窓は全ての表面に反射防止膜を有してもよい。両方の光学窓は、（ハーメチックシールのような）気密シールを形成することが可能な手段によってハウジング15に取り付けられている。気密シールは、レーザ13の寿命に亘って確実な密閉を維持するために、図１（及び他の図２〜５）に示されているようなクランプリング26によって圧縮されたＯリングシール16によって形成されてもよく、又は金属シール若しくは熱硬化性シールのような、しかしこれらに限定されるものではない他の手段によって形成されてもよい。ハウジング15、犠牲光学部品11及び第２の光学窓14は、レーザ13の光軸と略並んだ光軸17を有する組立体の一部を形成している。レーザ空洞共振器への望ましくない後方反射を防ぐために、保護光学部品である犠牲光学部品11及び第２の光学窓14は任意には、約２〜５度僅かにずれていてもよい（この対策は、保護光学部品である犠牲光学部品11及び第２の光学窓14への反射防止膜の配置に加えて、又は該配置の代わりになされてもよい）ことに注目すべきである。更に、この特徴は図２〜５に示されている他の実施形態にも適用可能であってよい。従って、「略並んでいる」という用語は、本明細書に記載されているように、つまり、少なくとも５度以下の範囲内のずれで並んでいるとの広い解釈を有する。
【００１９】
光学窓11と第２の光学窓14との間のハウジング15内の空間18が、空気又は乾燥窒素のようなガスを用いて著しく大気圧を超えて加圧され得る。空間18内の圧力は、典型的に30〜50psi の範囲内であってもよい（14psi が大気圧である）。光学窓11と第２の光学窓14との間の空間18内の圧力損失を感知するために、圧力作動スイッチ又は圧力センサの形態の変換器（又は圧力変換器）19がハウジング15に更に取り付けられている。犠牲光学部品11が穿孔された場合、空間18内の加圧ガスが、犠牲光学部品11の穿孔された穴を介して空間18から流れ出ることによって第２の光学窓14の保護を容易にする。あらゆる破片が、第２の光学窓14から離れる方向に光軸17に沿って吹き飛ばされる。空間18内のガスの圧力が所定の閾値レベルより下がると、更なる光学的な損傷を避けるように、変換器19からの電気信号によってレーザ13のレーザ電源20を切る。しかしながら、多くの場合、犠牲光学部品11が焼けて貫通する前に犠牲光学部品11の内面11b に火が生じ得る。このような場合、第２の光学窓14の内面14a にも損傷が生じ得る。従って、第２の光学窓14の前に犠牲光学部品11が確実に焼けて貫通するために、犠牲光学部品11の厚さを第２の光学窓14の厚さより十分小さくすることが有利である。犠牲光学部品11が交換された後、空間18は充填機構21を使用して再加圧されてもよい。充填機構21は逆止弁と同様に簡素であってもよい。更に、外部汚染が空間28に入ってレーザ13の最後の光学部品12に達することを防ぐために、図１に示されているように、ダストシール27が必要になることがある。ダストシール27は発泡体ガスケットであってもよく、典型的に大気圧であり得る空間28を必ずしも気密に密閉しなくてもよい。
【００２０】
図２に示されている本発明の第２の実施形態では、第２の光学窓14が使用されていない。第２の光学窓14の除去によって、コストが下がり、レーザ内に生じ得る望まれない反射光源が除去される。この場合、犠牲光学部品11は外面11a 及び内面11b に反射防止膜を有してもよい。そのため、この第２の実施形態では、ハウジング15は、気密シール（ハーメチックシール）を利用してレーザ13の本体に直接取り付けられてもよい。犠牲光学部品11とレーザ13の最後の光学部品12との間の空間18a が、空気又は乾燥窒素のようなガスを用いて大気圧を著しく超えて加圧される。空間18a 内の圧力は、典型的に30〜50psi の範囲内であってもよい。犠牲光学部品11が穿孔された場合、最後の光学部品12から離れる方向に破片を強制的に吹き飛ばすことによって、空間18a 内の加圧ガスは最後の光学部品12を保護する。第１の実施形態の場合のように、空間18a 内のガスの圧力降下によって、変換器（圧力変換器）19がレーザ13の電源20を切る電気信号を生成し、更なる光学的な損傷が避けられる。第２の実施形態の場合、レーザの光学部品の保護デバイス10がレーザ13に取り付けられて密閉されるので、ダストシール27が必要ではない。
【００２１】
図３は、犠牲光学部品11がガリレオ式ビームエキスパンダ望遠鏡の発散レンズである第３の実施形態を示している。犠牲光学部品11は、同様にケプラー式望遠鏡の収束レンズであってもよい。しかしながら、第２の光学窓14の厚さに対して発散レンズが光軸17で収束レンズより薄いので、ガリレオ式望遠鏡は有利であり得る。いずれの場合も、望遠鏡は、犠牲光学部品11より厚く犠牲光学部品11より十分低い光強度（パワー密度）を受ける対物レンズ22を有してもよい。対物レンズ22の外面22a に堆積する外部汚染が、対物レンズ22の内面22b に火を生じさせる場合がある。対物レンズ22の内面22b に生じる火による煙及び破片が、光強度が非常に高くなり得る犠牲光学部品11の外面11a に堆積する場合がある。望遠鏡の設計の必要性によって、犠牲光学部品11がまず穿孔される可能性が最も高いように、対物レンズ22の厚さは犠牲光学部品11の厚さより大きくすべきである。本発明の既に記載された実施形態の場合のように、空間18が加圧され、犠牲光学部品11が穿孔されると、圧力降下が圧力変換器19によって検出され、次に圧力変換器19がレーザ13の電源20を切る。しかしながら、既に記載された実施形態とは異なり、第３の実施形態では、ハウジング15に追加の空間23が設けられている。空間23は一般に、空間18より十分大きい体積を有することができ、空間18より低い圧力であり得る。空間23内のガスの圧力は大気圧から真空（数mTorr ）に至るまでの範囲内であり得る。犠牲光学部品11が穿孔されると、破片は、第２の光学窓14から離れる方向に空間23内に吹き飛ばされる。第２の光学窓14は、無傷のままであることによってレーザ13の最後の光学部品12を保護することができる。犠牲光学部品11が交換された後、空間18は充填機構21を使用して再加圧されてもよい。更に、空間23内のガス圧力を空間18内の圧力より低い値に下げ得るために、第２の充填機構21a を利用してもよい。第３の実施形態の場合、外部汚染がレーザ13の最後の光学部品12に達することを避けるために、ダストシール27が必要である。
【００２２】
図４は、犠牲光学部品11がケプラー式ビームエキスパンダ望遠鏡の収束レンズである第４の実施形態を示している。ケプラー式ビームエキスパンダ望遠鏡の場合、レーザビームが焦点24で小さな直径に集束し得る。そのため、犠牲光学部品11への煙及び破片の移動を遅らせるために、焦点24に小開口孔を有する隔壁25を配置することが有利であり得る。他方、小開口孔を、レーザビームが隔壁25を通過し得る程十分大きく、且つ火が対物レンズ22の内面22b で生じる場合に犠牲光学部品11への煙及び破片の移動を遅らせる程には十分小さくすることができる。対物レンズ22が犠牲光学部品11より厚いにも関わらず、隔壁25の存在によって、犠牲光学部品11の前に対物レンズ22が穿孔されることが可能になり得る。第３の実施形態の場合のように、空間18が加圧される。しかしながら、大気圧に対する空間23内のガスの圧力上昇を感知すべく、対物レンズ22又は犠牲光学部品11の穿孔によって変換器19に圧力がかかるように、空間23内の圧力は大気圧未満に下げられる。このようにして、圧力変換器19からの信号を利用してレーザ13の電源20を切ってレーザ13の最後の光学部品12の損傷を防いでもよい。第４の実施形態では、外部汚染がレーザ13の最後の光学部品12に達することを避けるために、ダストシール27が必要である。
【００２３】
図５に示されている更なる実施形態では、特有の被覆物を有する高価な回析格子又はミラーの必要なしに、実行可能な波長選択性能を備えたレーザ13のレーザ空洞共振器のレーザの光学部品の保護が提供され得る。図５では、レーザの光学部品の保護手段がレーザ13のレーザ空洞内に構築されており、犠牲光学部品11' が図１〜４における最後の光学部品12と同様の機能性を有している。
【００２４】
犠牲光学部品11' （ミラー／窓）は、（出力レーザ空洞ミラーのように）表面11b'に部分的な反射膜を有してもよく、表面11a'に反射防止膜を有してもよい。更に、（図１，３及び４に示されている第２の光学窓14と同様であり得る）第２の光学窓14' が、外面14a'及び内面14b'に反射防止膜を有してもよい。図１〜４に示されているようなレーザ13の最後の光学部品12の場合のように、第２の光学窓14' はレーザ13の内部環境を保護することができる。更に、犠牲光学部品11' と第２の光学窓14' との間の空間18b が、レーザの光出力パワーが望まれている一又は複数の光波長を除いた全ての光波長で強い光吸収作用を有すべく選択されたガスの特有の混合物を用いて、大気圧を著しく超えて加圧されてもよい。空間18b 内の圧力は典型的に30〜50psi の範囲内であってもよい。例として、六フッ化硫黄のガスが、CO2 レーザが通常作動する波長である10.6ミクロンで非常に強い吸収作用を有する。しかしながら、CO2 レーザは、六フッ化硫黄がほとんど吸収作用を有さない波長である9.6 ミクロンでも作動可能である。従って、空間18b 内への六フッ化硫黄の導入は10.6ミクロンでのレーザの作動を抑制し、レーザは、CO2 レーザで次に最も強力な波長である9.6 ミクロンに変わる。しかしながら、外部汚染によって犠牲光学部品11' が故障してしまう場合、圧力変換器19はレーザ13の電源20を切るので、更なる光学的な損傷が避けられる。図５に示されている実施形態では、レーザの光学部品の保護モジュールがレーザ13の一部として取り付けられ密閉されるので、ダストシール27が必要ではない。図５に示されている実施形態は、本明細書に説明されているように使用される加圧ガスに応じたスペクトル／波長選択性の有無にかかわらず使用され得ることに更に注目すべきである。
【００２５】
更に、図１〜４に示されている他の実施例が、図５に示されているようにスペクトル／波長選択性を有するガスを用いて使用され得るが、図１〜４の実施例ではレーザ空洞の外側の簡素なスペクトルフィルタとして使用され得る。（図１〜５に示されている）前述の全ての実施形態では、単一の圧力変換器19が、空間18、空間18b 又は空間23のゲージ圧を感知するために使用されてもよい。しかしながら、空間18、空間18b 及び空間23内の圧力を感知するために２以上の圧力変換器が利用され得る。更に、変換器19及び／又はあらゆる追加の変換器が絶対圧力変換器、又は（例えば図３及び図４に示されているような）空間18と空間23との圧力差の変化を感知すべく機械的に構成された差圧変換器であってもよい。 
【００２６】
図６は、本発明の例示的な実施形態の実施を示すフローチャートの例を示す。尚、図６に示されている工程の順序は絶対に必要というわけではなく、原則として、様々な工程が示された順序で行われてもよい。更に、ある工程が飛ばされてもよく、又は、選択された工程若しくはある工程群が別個の用途で行われてもよい。
【００２７】
この例示的な実施形態に係る方法では、図６に示されているように、第１の工程50で、一又は複数の光学部品の内の少なくとも１つが犠牲部品である一又は複数の光学部品を有するハウジングと、一又は複数の変換器とを備えた装置（レーザ保護デバイス又は組込み式で保護されるレーザ）を準備する（図１〜５の実施例参照）。
【００２８】
次の工程52で、レーザの少なくとも１つの出力光学部品を保護するために、装置をレーザに取り付ける（図１〜４の実施例参照）。この工程は、図１〜４に示されている実施例のみで行われる任意の工程である。
【００２９】
次の工程54で、図１〜５の実施例で示されているように、ハウジングの対応する一又は複数の部分に一又は複数のガス圧を印加する。
【００３０】
次の工程56で、一又は複数の変換器の内の少なくとも１つの圧力変換器が、外部汚染によって引き起こされる、少なくともハウジングの一又は複数の部分の内の１つにおけるガス圧力パラメータの閾値レベルを超える変化が生じるとき、例えば、図１〜５の実施例に示されているように少なくとも１つの犠牲光学部品が穿孔されたときを検出してレーザの停止コマンドを生成する。
【００３１】
次の工程58で、損傷した犠牲光学部品を交換して、処理を工程52又は工程54に戻す。
【００３２】
本明細書に記載されている様々な非限定的な実施形態は、特定の用途のために別々に使用されてもよく、組み合わせられてもよく、又は選択的に組み合わせられてもよいことが注目される。
【００３３】
更に、上記の非限定的な実施形態の様々な特徴の内の一部を使用して、他の記載された特徴を対応して使用することなく有用性を呈し得る。従って、上記の記載は、本発明の原理、教示及び例示的な実施形態を制限することなく単に示しているとみなされるべきである。
【００３４】
上記の配置は本発明の原理の適用を単に例示しているに過ぎないことを理解すべきである。多くの変更及び代替の配置が、本発明の範囲から逸脱せずに当業者によって考案されてもよく、添付の特許請求の範囲はこのような変更及び配置を包含することが意図されている。
【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５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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