(57)【要約】  レーザーダイオード駆動システムは、１以上のレーザーダイオードを含む第１セットのダイオードを駆動するための第１ハイサイド駆動電流源を含む。第２ハイサイド駆動電流源は、１以上のレーザーダイオードを含む第２セットのダイオードを駆動する。システムは、また、エネルギー蓄積キャパシタ及びエネルギー蓄積キャパシタを充電するためのエネルギー蓄積キャパシタ充電器を含む。
2016507167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のレーザーダイオードを含む第１セットのダイオードを駆動するための第１ハイサイド駆動電流源；
１以上のレーザーダイオードを含む第２セットのダイオードを駆動するための第２ハイサイド駆動電流源；
エネルギー蓄積キャパシタ；及び
前記エネルギー蓄積キャパシタを充電するためのエネルギー蓄積キャパシタ充電器を備える、レーザーダイオード駆動システム。
【請求項２】
前記エネルギー蓄積キャパシタが充電される間、入力電流を制御及び調整するためのアクティブラインフィルターを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
第１及び第２セットのダイオードの少なくとも一つに並列に電気的に結合されたシャント装置を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記シャント装置は、負荷素子、スイッチング装置、及びこれらの直列結合された任意の組み合わせの少なくとも一つである、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記負荷素子は、抵抗器である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記スイッチング装置は、トランジスタである、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記ハイサイド駆動電流源は、リニアドライバー又はスイッチングコンバータードライブの一つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
第３セットのダイオードを駆動するための第３ハイサイド駆動電流源を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
第１セットのダイオードを通じて第１電流を供給するための第１電流源；
第２電流を供給するための第２電流源；
第１及び第２分岐回路が接続される第１電流ノードにして、前記第１分岐回路が前記第１電流源及び前記第１セットのダイオードを含み、前記第２分岐回路が前記第２電流源を含み、前記第１電流ノードに流入する第１結合電流が、前記第１電流ノードから流出して前記第１分岐回路に流入する第１電流と、前記第１電流ノードから流出して前記第２分岐回路に流入する第２電流に分流される、第１電流ノード；及び
前記第１及び第２分岐回路が接続される第２電流ノードにして、前記第１電流及び第２電流が前記第２電流ノードで結合して第２結合電流を形成し、前記第２結合電流が前記第２電流ノードから第２セットのダイオードを通じて流出する、第２電流ノードを備えるレーザーダイオード駆動システム。
【請求項１０】
前記第１及び第２電流源の入力が前記第１電流ノードで一緒に接続される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記レーザーダイオード駆動システムは、主発振器／出力増幅器（ＭＯＰＡ）ダイオード駆動システムである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１電流源は、主発振器（ＭＯ）電流源である；及び
前記第１セットのダイオードは、ＭＯダイオードのセットである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２電流源は、出力増幅器（ＰＡ）電流源である；及び
前記第２セットのダイオードは、ＰＡダイオードのセットである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
第３電流を供給するための第３電流源を更に備える、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、レーザーダイオード駆動システムに関し、より端的には、多数の電流源を有するレーザーダイオード・駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオード・ポンピングは、その相対的に高い電気光変換効率のため、固体レーザーシステムで採用されるポンプ源としての使用に選ばれる技法となっている。ダイオード・ポンピングの使用前、フラッシュランプがポンプ源として用いられていた。典型的なシステム効率は、１％から２％範囲であった。低効率は、主に、低い電気光変換効率のためであった。ダイオード・ポンピングの使用は、その高い電気光変換効率で、１０％から１５％のレーザーシステム効率に帰結できる。従って、要求される入力電力に１０倍の低減が達成できる。
【０００３】
空間要求が、より一層の標準になっており、多数の負荷を駆動することができる電流源が好都合である。本出願の出願人は、以前、全体が参照により本明細書に組み込まれる「ダイオード駆動電流源」と題された米国特許Ｎｏ．５,７３６,８８１に開示された多数の負荷を駆動可能である電流源を開発し、調整された定電源を用いて電流を供給して負荷を駆動し、負荷電流がシャントスイッチにより制御される。しかしながら、この構成においては、電流源が、一時に一つの負荷を駆動することができるのみであり、多数のダイオードドライバーの機能を単一のダイオードドライバーに組み合わせるものではない。
【０００４】
レーザーのパワースケーリングが、幾何形状、外形、又は動作原理の実質的な変更を伴わないレーザー出力の増加を意味する。パワースケーリングはレーザー設計において重要な利点であると考えられている。通常、パワースケーリングは、よりパワフルなポンプ源、より強い冷却、及びサイズの増加を必要とする。レーザー共振器、とくには利得媒体におけるバックグラウンド損失の低減も要求する。パワースケーリング能を達成するための一つのそのようなアプローチは、主発振器／出力増幅器（ＭＯＰＡ）回路構成として呼ばれる。
【０００５】
ＭＯＰＡが、主発振器（ＭＯ）を含み、これは、典型的には高コヒーレンスビームを生成する安定した低パワーレーザー源であり、光出力増幅器（ＰＡ）に入力又はシード（種）を提供する。光ＰＡは、一般的にその主な特性を保持しながら、「シード」ビームのパワーを高める。ＭＯがハイパワーであることは一般的に要求されない。なぜなら、ＭＯからのシードビームに基づいて光増幅を提供するためである。ＭＯは、高効率で動作する必要もない。なぜなら、ＭＯＰＡの効率がＰＡにより主に決定されるためである。
【０００６】
典型的には、ＭＯは、その低出力のため、スタンドアロン・エンティティとして用いられていない。しかしながら、光放射アレイにおける多数のレーザーダイオード、つまり、５、１０、またはこれ以上のダイオードを直列接続して単一の利得媒体をポンプすることにより、パワーオシレーター（ＰＯ）が構築される。ＰＯは、概念としてはＭＯと同一であるが、顕著に大きいレーザー光出力パワーを有する。ＰＯは、本質的に高パワーＭＯであり、近地球距離測定といった中間パワー用途に適する。ＰＯは、典型的には、ＭＯＰＡよりも低い出力パワーを有する。第２ＰＡのための第１ＰＡがシード光を生成するＭＯＰＡＰＡが構築可能である。より多くの及びより大きいＰＡをチェーンに繰り返し追加することにより、キロワット又はメガワットものレーザー出力が可能である。
【０００７】
一般的に、光ＰＡは、利得媒体を含む。利得媒体は、ドーパントイオンの粒子状集結を含むホスト材料を含む。光ポンピング源、例えば、レーザーダイオードアレイが、利得媒体のドーパントイオンをより高いエネルギー状態に励起し、そこから崩落し、信号波長のフォトンの放出を介してより低いエネルギーレベルに戻る。フォトニック放射は、自然発生又は励起し、ドーパントイオンのそのような遷移が、別のフォトンにより誘起される。好ましくは、利得媒体のポンピングは、より多くのイオンが低エネルギー状態ではなく励起状態である反転分布を達成するのに十分である。励起放射は、シードビームの形態で導入された到来光により利得媒体内に誘起される。例の構造が、ドープされた光ファイバー導波路、ロッド、スラブ、及びプラナー導波路を含む。
【０００８】
そのような光システムをポンピングすることは、一般的に、相当量のエネルギーを必要とする。例えば、そのようなポンピングがレーザーダイオードを用いて達成されるとき、ダイオードは、何百アンペアに到達する電流レベルで駆動される。利得媒体をポンピングするためのレーザー駆動電流は、本来、単パルス及び周期的の両方であり得る。典型的には、パルスが、短期間の間、周期的に供給され、オフ又は無電流期間が続く。幾つかの用途においては、ポンプ電流が、ＤＣ定電流又はＤＣ可変電流のいずれかである。ＭＯ及びＰＡをポンピングするための適切なレーザーダイオード電流が、レーザーダイオード駆動回路により提供される。伝統的には、そのようなＭＯＰＡ構成においては、２つの完全に独立の電流駆動回路が概して提供され、一つがＰＡレーザーダイオードアレイ用であり、他方が、ＭＯレーザーダイオードアレイ用である。各電流駆動回路は、概して、それ独自の別々の、蓄積キャパシタといった充電源を含む。動作においては、そのような電流駆動回路が、矩形電流波、つまり、オン／オフ、通電／無電流を提供するように構成されるが、ＤＣ定電流又はＤＣ可変電流のいずれかを提供するようにも用いられる。
【０００９】
慣例の多段階・ダイオードポンプ固体レーザーの各利得段階は、一般的に、それ独自の独立制御される、そのポンプダイオードへのダイオードポンプ電流を要求する。結果として、多段階・ダイオードポンプ固体レーザーの各利得段階が、それ独自のダイオードドライバーを必要とし、一つのレーザーシステムについて多数のダイオードドライバーに帰結する。例えば、ＭＯＰＡ構成の幾つかのダイオードポンプ固体レーザーが、ＰＡ段階と同様、ＭＯ段階及びプリアンプ利得段階を利用する。各利得段階（主発振器、プリアンプ、出力増幅器）が、概して、一つのポンプダイオード、又は複数のポンプダイオードを必要とする。各利得段階について別々のダイオードドライバーを用いると、レーザーシステムに体積、質量、複雑さ及びコストが増加する。
【００１０】
幾つかのダイオード駆動システムにおいては、「ローサイド駆動」電流シンクレギュレータが、ダイオードを駆動するために用いられる。そのようなシステムにおいては、電流制御の全てが、ローサイド駆動電流レギュレータにある。これらのシステムの欠点は、ダイオードカソードからグランドへの短絡が、エネルギー蓄積キャパシタが放電するまでダイオードに無制限に電流を流入させ、これが、ポンプダイオードの損傷に帰結することである。加えて、これらのシステムにおいては、入力電流が、良く制御されない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
幾つかの実施形態例によれば、１以上のハイサイド駆動電流源が、ローサイド駆動電流シンクに代えて、調整された出力電流を提供するために用いられる。ハイサイド駆動電流源の本使用では、ポンプダイオードが、ダイオード・ストリングのどこでも直接的にグランドに短絡（シャント）でき、ポンプダイオードへの無制御のダイオード電流に帰結しない。実施形態例によれば、ダイオードは、短絡がどこで発生するかに関わらず、過電流から常に保護される。加えて、幾つかの実施形態例によれば、システムは、エネルギー蓄積キャパシタを充電するためにフロントエンド・アクティブラインフィルター（active line filter front end）を用い、電源から引かれる入力電流を制御及び最小化する。様々な実施形態によれば、ハイサイド駆動電流源及びアクティブラインフィルターが一緒に用いられ、若しくは、ハイサイド駆動電流源及びアクティブラインフィルターの一つのみが用いられるものと理解される。
【００１２】
一側面によれば、レーザーダイオード駆動システムが提供される。レーザーダイオード駆動システムは、第１セットのダイオードを駆動するための第１ハイサイド駆動電流源を含み、前記第１セットのダイオードが１以上のレーザーダイオードを含む。第２ハイサイド駆動電流源は、第２セットのダイオードを駆動し、第２セットのダイオードが、１以上のレーザーダイオードを含む。システムは、更に、エネルギー蓄積キャパシタ及びエネルギー蓄積キャパシタを充電するためのエネルギー蓄積キャパシタ充電器を含む。
【００１３】
幾つかの実施形態例においては、システムは、更に、エネルギー蓄積キャパシタが充電される間、入力電流を制御及び調整するためのアクティブラインフィルターを含む。
【００１４】
幾つかの実施形態においては、システムは、第１及び第２セットのダイオードの少なくとも一つに並列に電気的に結合したシャント装置を更に備える。
【００１５】
幾つかの実施形態においては、シャント装置は、負荷素子、スイッチング装置、及びこれらの直列結合された任意の組み合わせの少なくとも一つである。幾つかの実施形態においては、負荷素子は、抵抗器である。幾つかの実施形態においては、スイッチング装置は、トランジスタである。
【００１６】
幾つかの実施形態においては、ハイサイド駆動電流源は、リニアドライバー又はスイッチングコンバータードライブ（switching converter drive）の一つである。
【００１７】
幾つかの実施形態においては、システムは、第３セットのダイオードを駆動するための第３ハイサイド駆動電流源を更に備える。
【００１８】
別側面によれば、レーザーダイオード駆動システムが提供される。レーザーダイオード駆動システムは、第１セットのダイオードを通じて第１電流を流すための第１電流源と、第２電流を流すための第２電流源を備える。第１電流ノードで、第１及び第２分岐回路が接続され、第１分岐回路が、第１電流源及び第１セットのダイオードを含み、第２分岐回路が、第２電流源を含み、第１電流ノードに流入する第１統合電流が、第１電流ノードから流出し、第１分岐回路に流入する第１電流と、第１電流ノードから流出し、第２分岐回路に流入する第２電流に分流される。第２電流ノードで、第１及び第２分岐回路が接続され、第１電流と第２電流が第２電流ノードで結合して第２結合電流を生成し、第２結合電流が、第２電流ノードから流出し、第２セットのダイオードを通じて流れる。
【００１９】
幾つかの実施形態においては、第１及び第２電流源の入力が第１電流ノードで一緒に接続される。
【００２０】
幾つかの実施形態においては、レーザーダイオード駆動システムは、主発振器／出力増幅器（ＭＯＰＡ）ダイオード駆動システムである。
【００２１】
幾つかの実施形態においては、第１電流源が、主発振器（ＭＯ）電流源であり、第１セットのダイオードがＭＯダイオードのセットである。
【００２２】
幾つかの実施形態においては、第２電流源が、出力増幅器（ＰＡ）電流源であり、第２セットのダイオードがＰＡダイオードのセットである。
【００２３】
幾つかの実施形態においては、システムは、第３電流を流すための第３電流源を更に備える。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
上述及び他の特徴及び利益が、異図に亘り同様の参照記号が同一の部分を示す添付図面に図示された好適な実施形態のより具体的な後述の記述から明らかになる。図面は、必ずしも等倍のものではなく、むしろ開示原理の説明に強調が置かれている。
【００２５】
【図１】図１は、２つの並列電流シンクで単一の光放射ダイオードアレイを駆動する多段階レーザーダイオードドライバーの一実施形態の概略ブロック図を含む。
【図２】図２は、図１に図示のものと同様の別の多段階レーザーダイオードドライバーの概略ブロック図を含み、ダイオードドライバーがどのように電源供給し、また、制御されるのかの詳細を提供する。
【図３】図３は、また別の多段階レーザーダイオードドライバーの概略ブロック図を含み、主発振器／出力増幅器（ＭＯＰＡ）トポロジーの一例として、どのようにＭＯダイオードアレイ及びＰＡダイオードアレイが共通のポテンシャル源からタンデムに駆動されるかを示す。
【図４】図４は、電流センスフィードバックが含まれた多段階レーザーダイオードドライバーの電流シンク（源）回路部分の概略ブロック図を含む。
【図５】図５は、出力電圧のデジタル制御を有する多段階レーザーダイオードドライバーの電荷蓄積回路部分の概略ブロック図を含む。
【図６】図６は、プラナー導波路レーザーのためのＭＯ及びＰＡ光放射ダイオードアレイを駆動するためのモジュール化された多段階レーザーダイオードドライバーの概略ブロック図を含む。
【図７】図７は、ＰＡ利得媒体からの光出力パルスに配列される代表の電流シンク駆動パルスの一連のトレースの概略タイミング図を含む。
【図８】図８は、本明細書に記述の種類の多段階レーザーダイオードドライバーにより取得可能である非矩形電流駆動パルス及び対応の蓄積キャパシタ電圧の一例を図示する概略タイミング図を含む。
【図９】図９は、本明細書に記述の種類の多段階レーザーダイオードドライバーにより取得可能である非矩形電流駆動パルス及び対応の蓄積キャパシタ電圧の別例を図示する概略タイミング図を含む。
【図１０】図１０は、第１光放射アレイを駆動するためのプロセスの論理フローを図示する概略論理フロー図を含む。
【図１１】図１１は、同一のＤＣ駆動電流で２つの負荷を駆動するマルチ出力ダイオードドライバーを図示する概略ブロック図を含む。
【図１２】図１２は、異なるＤＣ駆動電流であるが２つの負荷を駆動するマルチ出力ダイオードドライバーを図示する概略ブロック図を含む。
【図１３】図１３は、図１２のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを図示する概略ブロック図を含み、シャント電流が時間の関数としてオン又はオフに切り替え可能である。
【図１４】図１４は、図１２のマルチ出力ダイオードドライバーの別のバリエーションを図示する概略ブロック図を含み、シャント電流の値が、シャント抵抗をイン又はアウトにスイッチングし、シャント抵抗の正味値を変更することにより変更できる。
【図１５】図１５は、図１２のマルチ出力ダイオードドライバーの別のバリエーションを図示する概略ブロック図を含み、シャント電流が検知され、可変コマンドにより決定される値に調整される。
【図１６】図１６は、図１５のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを図示する概略ブロック図を含み、ポンプダイオード電流が検知され、可変コマンドにより決定される値に調整される。
【図１７】図１７は、図１２のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを図示する概略ブロック図を含み、両方のダイオードについて時間ｔの間に同一のＤＣ駆動電流が用いられ、ダイオードの一つへの駆動電流が時間期間の残部の間にシャントされる。
【図１８】図１８は、図１３のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを図示する概略ブロック図を含み、両方のダイオードについて時間ｔの間に同一のＤＣ駆動電流が用いられ、次に、時間期間の残部の間、ダイオードの一つからダミー負荷に駆動電流がスイッチングされる。
【図１９】図１９は、図１８のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを図示する概略ブロック図を含む。
【図２０】図２０は、図１３のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを図示する概略ブロック図を含み、上部負荷がシャントされる。
【図２１】図２１は、図１３のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを図示する概略ブロック図を含み、いずれかの負荷がシャントされる。
【図２２】図２２は、図１７のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを図示する概略ブロック図を含み、いずれかの負荷が短絡される。
【図２３】図２３は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールから分離されたレーザー制御エレクトロニクスを含むレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図２４】図２４は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含むレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図２５】図２５は、幾つかの実施形態例に係る、入力電流を制御するためのアクティブラインフィルターと、システムモジュールから分離されたレーザー制御エレクトロニクスを含むレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図２６】図２６は、幾つかの実施形態例に係る、入力電流を制御するためのアクティブラインフィルターと、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含むレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図２７】図２７は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールから分離されたレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図２８】図２８は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図２９】図２９は、幾つかの実施形態例に係る、入力電流を制御するためのアクティブラインフィルターと、システムモジュールから分離されたレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３０】図３０は、幾つかの実施形態例に係る、入力電流を制御するためのアクティブラインフィルターと、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３１】図３１は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３２】図３２は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３３】図３３は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３４】図３４は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３５】図３５は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３６】図３６は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３７】図３７は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３８】図３８は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図３９】図３９は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図４０】図４０は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図４１】図４１は、幾つかの実施形態例に係る、システムモジュールに一体のレーザー制御エレクトロニクスを含む別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図４２】図４２は、ローサイド電流シンクを用いるレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図４３】図４３は、幾つかの実施形態例に係るハイサイド電流源を用いるレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図４４】図４４は、幾つかの実施形態例に係る、ハイサイド電流源を用いる別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図４５】図４５は、幾つかの実施形態例に係る、ハイサイド電流源を用いるレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【図４６】図４６は、幾つかの実施形態例に係るハイサイド電流源を用いる別のレーザーダイオード駆動システムの概略ブロック図を含む。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書には、光ＰＡ又はＭＯ又はＰＯに関して用いられ得る、レーザーダイオードといった光放射装置を活性化するためのシステム及び技術の実施形態が記述される。多数のＰＡが単一のＭＯと用いることができ、ＭＯＰＡシステムの出力エネルギーを更に高める。本明細書で参照される光放射装置は、単一の光放射体若しくは直列、並列に配列された光放射体のアレイ、若しくは直列接続の光放射体の並列セットとして構成され得る。簡潔さの目的のため、これらの光放射装置が、光放射アレイとして参照されるが、実際には、任意の上述の構成であり得る。
【００２７】
レーザーダイオードドライバーは、もっとも理想的な形態においては、特定用途での動作に必要な分の電流をレーザーダイオードに供給するリニア、ノイズレス、及び正確な定電流源である。この構成においては、異なる数の光放射ダイオードを含むレーザーダイオードアレイといった負荷ごとに一つのレーザーダイオードドライバーが用いられる。しかしながら、レーザー技術がより小さい実装面積に進展するに応じて、価値が、レーザーダイオードドライバーを含む全レーザー部品の空間、体積、及び質量要求に置かれる。本技術が、幾つかの構成において、多数のダイオードドライバーの機能を組み合わせ、これにより、負荷単位の一つ一つのレーザーダイオードドライバーの必要性を除去するマルチ出力ダイオードドライバーを提供することにより、これらの必要性を解決する。
【００２８】
一側面においては、本明細書に記述の少なくとも一つの実施形態が、共通のポテンシャル源から電流を引くために構成された多段階レーザー駆動回路を提供する。駆動回路は、電流ノード（ここで、電流ノードは、電流が流れる特定の電圧ノードとして規定される）と、共通のポテンシャル入力源と電流ノードの間で電気接続される第１光放射アレイを含む。駆動回路は、電流ノードと電気接続され、お互いに並列に配置された第１及び第２電流シンクも含む。第１電流シンクは、第１制御端子を有し、第１制御端子で受け取る各電流制御出力信号に応答して、電流ノードを介して、共通のポテンシャル源から第１電流を引くように構成される。同様に、第２電流シンクは、第２制御端子を有し、第２制御端子で受け取る各電流制御出力信号に応答して、電流ノードを介して、共通のポテンシャル源から第２電流を引くように構成される。第１光放射アレイを通じて引かれる合計電流が、第１及び第２電流の組み合わせにより実質的に決定される。第１光放射アレイは、更に、そこを通じて引かれる電流に応答して光を放射するように構成される。
【００２９】
本明細書に詳細に記述されるように、第１及び第２電流シンクは、第１及び第２電流源により置換可能であり、電流源が共通ポテンシャル入力源と光放射アレイの間に配置され、この構成において、詳細に後述のようにダイオードの過電流状態が阻止される。電流シンクを用いるシステム構成の本明細書の如何なる記述も、詳細に後述のように本開示の電流源に適用可能であることに留意されたい。
【００３０】
別側面においては、本明細書に記述の少なくとも一つの実施形態が、第１光放射アレイを駆動するための方法に関する。方法が、第１及び第２電流制御信号を受け取ることを含む。第１電流は、受け取った第１電流制御信号に応答して電流ノードを通じて共通のポテンシャル源から引かれる。第２電流は、受け取った第２電流制御信号に応答にして電流ノードを通じて共通のポテンシャル源から引かれる。第１及び第２電流は、お互いに並行である。合計電流が第１光放射アレイを通じて引かれる。合計電流は、第１及び第２電流の組み合わせ（ＩMO＋ＩPA）により実質的に決定され、光放射アレイは、そこを通じて引かれる合計電流に応答して光を放射する。
【００３１】
幾つかの実施形態においては、方法は、電流駆動回路内への電流イネーブル信号を受け取ることを含む。電流イネーブル信号が、「アクティブ」（つまり、電流を引く）及び「スタンバイ」（つまり、電流を引かない）に対応する、少なくとも２つの状態を含む。電流レベル設定信号も受け取られ、第１及び第２電流制御出力信号の少なくとも一つが、受け取られた電流イネーブル及び電流レベル設定信号に応答して決定される。幾つかの実施形態においては、電流イネーブル信号がアクティブ状態の間、受け取られる電流レベル設定信号が変動する。これにより、各電流シンクパルスについて任意波形生成（ＡＷＧ（Arbitrary Waveform Generation））が許容される。第１及び第２電流の個別の一つが、アクティブ状態の電流イネーブル信号に応答して選択的に引かれる。
【００３２】
幾つかの実施形態においては、方法は、第１電流に応答して第２光放射アレイから光を放射することを更に含む。
【００３３】
幾つかの実施形態においては、方法は、少なくとも一つの前記光放射アレイから放射された光によりレーザー利得媒体をポンピングすることを含むことができる。
【００３４】
幾つかの実施形態においては、電流−駆動回路の電流レベル設定信号が、少なくとも一つの前記光放射アレイの瞬間ピーク出力電流を誘起するべく構成される瞬間ピークを含む。そのような瞬間ピークは、ポンプされる利得媒体を光学的に励起するように適合され、レーザー出力に関して光励起の同期を提供する。
【００３５】
また別の側面においては、本明細書に記述の少なくとも一つの実施形態がＭＯＰＡレーザー光ポンピングシステムを提供し、第１及び第２電流制御信号を受け取るための手段を含む。受け取った第１電流制御信号に応答して電流ノードを介して共通のポテンシャル源から第１電流を引くための手段と、受け取った第２電流制御信号に応答して電流ノードを介して共通のポテンシャル源から第２電流を引くための手段も提供される。第１及び第２電流が、お互いに並行である。ＭＯＰＡ電流源は、第１光放射アレイを通じて合計電流を引くための手段、合計電流（ＩMO＋ＩPA）に応答して第１ポンプ光を放射するための手段、及び出力増幅器（ＰＡ）利得媒体内に第１ポンプ光を接続するための手段も含む。合計電流は、第１及び第２電流の組み合わせにより実質的に決定され、光放射装置は、そこを通じて引かれる合計電流に応答して光を放射する。
【００３６】
幾つかの実施形態においては、ＭＯＰＡレーザー光ポンピングシステムは、第２光放射アレイを通じて第２電流を引くための手段を更に含み、光放射アレイが、そこを通じて引かれる電流（ＩMO）に応答して光を放射する。第２電流（ＩMO）に応答して第２ポンプ光を放射するための手段と、ＭＯ利得媒体内に第２ポンプ光を接続するための手段も提供される。
【００３７】
電流シンク（源）と前記電流シンク（源）用の制御端子の数は、３、４、５、又はこれ以上の並列の電流シンク（源）であり、合計電流のキャパシティーを高め、全体の集合の信頼性を高める。記述の簡単さのため、ただ２つの電流シンク（源）が、例の図示のため、本明細書で詳細に記述される。加えて、上述のように、電流シンクは、共通のポテンシャル源と上部第１及び第２光放射アレイの間に設けられる電流源として実施可能である。
【００３８】
この開示によれば、少なくとも２つの制御可能なローサイド電流シンク（又は２つのハイサイド電流源）を有するレーザーダイオード駆動回路が提供される。逆のことが明確に述べられない限り、電流シンクを用いるシステムの本明細書の詳細な記述が、電流源として電流シンクを用いるシステムに等しく適用可能である。各電流シンクは、レーザーダイオードのポンピングを通じて、蓄積キャパシタといった、共通の共用源から引かれる電流を制御するように動作できる。幾つかの実施形態においては、２つの電流シンクの各々が、全レーザーダイオード駆動電流の個別の一部（例えば、半分）を引き、これにより、両方の電流シンクの電流負荷を低減する。減じられた電流レベルでの電流シンクといった構成部品の動作が低温動作を許容し、装置及びシステム全体の信頼性を改善する。
【００３９】
他の実施形態においては、電流シンクの一つが、光利得媒体をポンプするように構成された第１レーザーダイオードアレイを通じて相対的に高い、第１電流を引くように動作される。別の電流シンクは、第２レーザーダイオードアレイを通じて相対的に低い電流を引くように動作され、レーザーＭＯをポンプし、これが、続いて、光シード信号を提供する。そのようなシード出力は、第１レーザーダイオードアレイにより適切にポンプされる光利得媒体に適用され、それにより増幅される。特には、両方のレーザーダイオードアレイが、直列構成において動作される。そのような構成により、共通の蓄積キャパシタの共有が許容される。そのような共有が、より少ない構成部品（つまり、一つの蓄積キャパシタ及び充電回路）に帰結し、これにより、独立の蓄積キャパシタを用いる従来の構成よりも改善された効率を提供する。
【００４０】
多段階レーザーダイオードドライバー１００（ＰＯ）の実施形態のブロック図概要が図１に示される。レーザーダイオードドライバー１００は、第１光放射アレイ１０２を含む。図示の実施形態においては、光放射アレイ１０２が、直列結合され、お互いに直列に配置されたレーザーダイオード１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ（概して１０４）といった３つの半導体装置を含む。レーザーダイオード１０４の一端が、共通のポテンシャル源１０６の第１端子に電気的に接続される。共通のポテンシャル源１０６が、レーザーダイオード１０４を含む回路を通じて十分な大きさの電流をサポートするべく十分な電荷を提供する任意の適切な源であり得る。幾つかの例が、バッテリー、蓄積キャパシタ、及び電源を含む。直列接続のレーザーダイオード１０４の反対端が、電流ノード１０８に電気的に接続される。
【００４１】
第１電流シンク１１０は、電流ノード１０８及び共通のポテンシャル源１０６の反対（負の）端子に電気的に接続され、回路が完成する。第１電流シンク１１０は、電流ノード１０８を通じて共通のポテンシャル源１０６から第１電流Ｉ1を引くように構成される。図示の実施形態においては、第１電流シンク１１０は、個別の電流制御出力信号を受け取るように適合される第１制御端子１１２を有する。第２電流シンク１２０は、電流ノード１０８と共通のポテンシャル源１０６の反対（負の）端子の間で電気的に接続される。第２電流シンク１２０は、電流ノード１０８を通じて共通のポテンシャル源１０６から第２電流Ｉ2を引くようにも構成される。図示の実施形態においては、第２電流シンク１２０は、個別の電流制御出力信号を受け取るようにも適合される第１制御端子１２２を有する。第１及び第２電流シンク１１０、１２０は、お互いに並列に配置される。電流ノードへの第３独立回路の脚に位置付けられ、光放射アレイ１０２を通じて引かれる電流は、各電流シンク１１０、１２０により引かれる電流の合計である（つまり、Ｉ1＋Ｉ2）。直列結合のレーザーダイオード１０４が、好適には、そこを通じて引かれる合計電流Ｉ1＋Ｉ2に応答して光１０５を放射する。
【００４２】
各電流シンク１１０、１２０が、各制御端子１１２、１２２での刺激に応答してノード１０８を通じて電流の個別分を引く。本明細書に記述の図示例においては電流「シンク」との用語が用いられるが、電流「源」で置換され、さもなければ参照され得る。シンク又は源の指定が見方に依存する。ハイサイド電流源の実施の場合、デュアル電流源が、共通のポテンシャル源１０６と光放射アレイ１０２の間で動かされる。光放射アレイの下部が、次に、共通のポテンシャル源１０６の負端子に結合される。ハイサイド電流源（ローサイド電流シンクではなく）を用いることにより提供される少なくとも一つの利点は、より大きい回路複雑さの代償ではあるが、改善された、例えば、グランドへの短絡からダイオードアレイの保護である。簡単な実施形態においては、各電流シンク１１０、１２０が、抵抗器と単極単投（ＳＰＳＴ）アナログ又は機械スイッチの直列結合により提供できる。そのようなスイッチの動作は、個別の制御端子１１２、１２２で受け取られる刺激により、例えば、ソレノイド又は他の適切なアクチュエーターの動作により達成できる。幾つかの実施形態においては、トランジスタといった電子スイッチが、アナログスイッチの代わりに用いられる得ることが想定される。そのような電子スイッチの制御は、各制御端子で受け取られる刺激（例えば、ゲート電圧）により達成できる。スイッチが開けられる時、各電流シンク１１０、１２０により電流が引かれない。いずれかのスイッチが閉じられる時、各電流が、各抵抗器を通じて引かれる。引かれる電流の大きさは、少なくとも部分的に共通のポテンシャル源及びレーザーダイオード１０４を通じてトレースされる電気回路及び抵抗器の値に応じて決定される。そのような構成においては、制御端子刺激が、バイナリー形態で電流シンクを動作させ、刺激に応じて電流がオン又はオフのいずれかになる。少なくとも幾つかの実施形態においては、回路設計が、単純なスイッチではなく、むしろ、図４に示されるように、リニア、閉ループサーボシステムである。
【００４３】
図示例の２つの電流シンク１１０、１２０といった本明細書に記述の任意の電流源又はシンクが、制御可能な電流源を含み得ることも想定され、この場合、電流シンク１１０、１２０により引かれる電流の大きさが、各制御端子１１２、１２２で提供される電圧及び／又は電流刺激により決定される。そのような制御可能な電流シンク１１０、１２０が、トランジスタ装置といった１以上の能動素子を含むことができる。特定の実施形態においては、電流シンク１１０、１２０の少なくとも一つが、エル・セグンド、ＣＡのインターナショナル・レクティファイアーから商業的に入手可能な部品番号Ｎｏ．ＩＲＦＰ４３６８ＰｂＦ、ＨＥＸＦＥＴ（登録商標）パワーＭＯＳＦＥＴといったパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を含む。そのような装置においては、ドレイン−ソース間電流ＩDSが、ゲート−ソース間電圧ＶGSにより制御され、装置は、１０ボルトのゲート−ソース電圧ＶGSで２５０アンペアを超えるドレイン−ソース電流ＩDSを吸い込むことができる。
【００４４】
レーザーパワースケーリング用途においては、レーザーダイオード１０４により放射される光１０５が光利得媒体１４０に結合できる。好適には、レーザーダイオード１０４から放射される光１０５の波長は、利得媒体１４０のイオンを高められたエネルギー状態に「ポンプ」するのに適切な帯域に存在し、また十分な振幅を有する。そのようなポンピングが、レーザーダイオード１０４からの放射エネルギーの１以上のパルスにより達成できる。そのようなポンピングモードの下、ダイオード１０４を通じて引かれる電流が、ポンピング電流ＩPA＝Ｉ1＋Ｉ2に対応する。典型的には、ＩPAは、レーザーダイオード１０４が光利得媒体１４０をポンプし、レーザー光１４２を放射させるのに十分な光エネルギーを放射させるのに十分な相当な電流（例えば、百アンペア以上）である。第１及び第２電流Ｉ1、Ｉ2が付加的なものであるため、各々が、出力増幅器電流未満であり得る。例えば、各電流が、実質的に等しく、出力増幅器電流の１／２であり得る。そのような電源共有により実現可能な少なくとも幾つかの利点が、減じられた動作温度であり、より一般的には、第１及び第２電流シンク１１０、１２０といった電子構成部品上への減じられたストレスにある。減じられた電子構成部品のストレスが、改善されたシステムの信頼性になる。並列に配置された２つよりも多い電流シンクを有する他の実施形態が可能であり、各電流シンクモジュール上の全レーザー電流負荷を更に共有する。たった２つの電流シンクが図１に図示されるが、特に、電流を共用することに良く適する高インピーダンス・エンティティである定電流シンク／源の観点から、２以上のものが用いられることが想定される。この場合、加えられた各電流シンク／源が、１０２で光放射ダイオードアレイを通じる全体の合計電流に貢献する。
【００４５】
多段階レーザーダイオードドライバーの別の実施形態のブロック図の概要が図２に示される。繰り返すが、レーザーダイオードドライバー２００は、第１光放射アレイ１０２を含む。図示の実施形態においては、光放射アレイ１０２は、お互いに直列に配置されたレーザーダイオード１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ（概して１０４）といった、直列結合された３つの半導体装置を含む。直列結合されたレーザーダイオード１０４の一端が、共通のポテンシャル源２０６の第１端子に電気的に接続される。この例の共通のポテンシャル源２０６が、蓄積キャパシタ２０６により提供される。キャパシタ充電回路２０７は、蓄積キャパシタ２０６に電子的に接続され、少なくとも充電期間の間に望まれる電圧レベルＶCAPまでキャパシタを充電するように構成される。キャパシタ充電回路２０７は、概して、電源ＶSUPPLY（例えば、交流又は直流電源又は発電施設）といった別のソースにより電源供給される。
【００４６】
第１電流シンク１１０は、電流ノード１０８と蓄積キャパシタ２０６の反対（負の）端子の間で電気的に接続される。第１電流シンク１１０は、電流ノード１０８を通じて蓄積キャパシタ２０６から第１電流Ｉ1を引くように構成される。繰り返すが、第１電流シンク１１０は、個別の電流制御出力信号を受け取るように適合される第１制御端子２１２も有する。第２電流シンク１２０は、電流ノード１０８と蓄積キャパシタ２０６の反対（負）端子の間で電気的に接続される。第２電流シンク１２０は、電流ノード１０８を通じて蓄積キャパシタ２０６から第２電流Ｉ2を引くように構成される。図示の実施形態においては、第２電流シンク１２０が、個別の電流制御出力信号を受け取るようにも適合される第１制御端子２２２を有する。第１及び第２電流シンク１１０、１２０は、お互いに並列に配置される。各電流シンク１１０、１２０は、図１に関して記述のように動作し、例えば、各制御刺激（例えば、制御電圧）に応答して電流を引く。
【００４７】
幾つかの実施形態においては、１以上の電流シンク１１０、１２０が、各第２制御端子２１３、２２３を含む。各第２制御端子２３１、２２３は、個別の電流シンク１１０、１２０により引かれるべき好ましい電流レベルに対応する電流レベル制御信号を受け取るように構成される。より一般的には、少なくとも幾つかの実施形態においては、電流レベル制御信号は、また、各電流シンク１１０、１２０を通じて引かれるべき電流のパルス形状を制御する。そのような実施形態においては、各電流シンク１１０、１２０は、その個別の第１制御端子２１２、２２２での刺激の期間の間に電流を引くように構成され、引かれる（一定又は時間変化）電流の大きさが、その個別の第２制御端子２１３、２２３で受け取られる個別の電流レベル制御信号に対応する。特には、電流が引かれる期間の間のいずれかの電流レベル制御信号のバリエーションが、時間に関して変化する引かれる電流の値に帰結する。概して、いずれかの電流シンク１１０、１２０を通じて引かれる電流への任意のパルス形状が取得され得ることが想定される。例は、矩形パルス、傾斜パルス、三角パルス、段差パルス、そのようなパルスの組み合わせ、及び同所のものを含む。
【００４８】
レーザーダイオード１０４は、そこを通じて引かれる電流に応答して光１０５を放射する。実施形態例においては、電流値が、組み合わせＩT＝Ｉ1＋Ｉ2である。上述のように、光アンプをポンプすることが、相当な電力を要求し、全電流ＩTが、１００アンペア以上であり得る。有益には、いずれの電流シンク１１０、１２０も、全電流の一部（例えば、ＩT／２）を引くことのみ要求し、装置１１０、１２０が低電流で作動することを許容し、またより少ない熱を生成する。結果として、レーザーダイオードドライバー２００の全信頼性が改善される。放射された光１０５は、光利得媒体１４０をポンプするために用いられ、増幅された光出力１４２が、励起された放射を通じて生成される。
【００４９】
少なくとも幾つかの実施形態においては、レーザーダイオードドライバー２００が、コントローラー２３０を含む。コントローラー２３０は、少なくとも各電流シンク１１０、１２０の第１制御端子２１２、２２２に電気的に接続される。コントローラー２３０は、電流シンク１１０、１２０の各々に刺激（例えば、電圧）を提供するように適合され、レーザーダイオード１０４の所望の動作を達成するべく、各電流シンクに個別の電流を引くようにさせる。そのような刺激が、例えば、通電と無電流状態の間を区別する矩形パルスを含み得る。そのような刺激が、事前にプログラムされ、さもなければ、所望のデューティー・サイクルで所望の持続パルスを提供するように構成される。
【００５０】
電流シンク１１０、１２０のいずれもが第２制御端子２１３、２２３を含む実施形態については、コントローラーは、また、それと電気的に接続され、個別の電流レベル制御信号を提供するように構成される。繰り返すが、そのような刺激は、事前にプログラムされ、さもなければ、所望の電流パルス形状を提供するように構成される。少なくとも幾つかの実施形態においては、コントローラー２３０は、数値（例えば、デジタル）刺激を提供する。いずれの電流シンク１１０、１２０がアナログ電流レベル信号を受け取るように構成される実施形態については、個別のデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）２１４、２２４が提供され（幻影にて示される）、デジタル制御信号を電圧又は電流といったアナログ信号に変換する。
【００５１】
幾つかの実施形態においては、レーザーダイオードドライバー２００は、１以上の電流センサー２１５、２２５を含む。図示の実施形態においては、個別の電流センサー２１５、２２５は、各電流シンク１１０、１２０を含む回路の各脚に提供される。そのような構成においては、各電流センサー２１５、２２５は、ノード１０８から引かれる各電流を検知するように構成される。例えば、電流センサーは、誘導性場を流れる電流を測定する誘導性電流センサー、又は電流を示す精密抵抗器に亘る電圧を測定する電圧センサーでシャントされた精密抵抗器（例えば、２．２ミリオーム）であり得る。各センサー２１５、２２５の各出力２１６、２２６が、コントローラー２３０に結合される。センサー出力がアナログ信号であり、コントローラー２３０がデジタル値を処理するように適合される実施形態については、個別のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）２１７、２２７（幻影で示される）が、各電流センサー２１５、２２５とコントローラー２３０の間に設けられ得る。幾つかの実施形態においては、検知された電流が、フィードバックループ構成においてコントローラー２３０により用いられ、電流レベル制御信号２１３、２２３が、各電流シンク１１０、１２０により引かれる電流の値をより正確に制御する。
【００５２】
少なくとも幾つかの実施形態においては、コントローラー２３０が、更にキャパシタ充電回路２０７と接続されることが想定される。例えば、コントローラー２３０は、蓄積キャパシタ２０６の充電を制御するため、充電器２０７に充電制御信号２３２（幻影で示される）を提供できる。そのような信号は、充電速度、若しくは充電キャパシタ２０６に適用される電圧を制御する。代替若しくは加えて、コントローラー２３０は、例えば、蓄積キャパシタ２０６の状態（例えば、完充電、若しくは電圧レベル）を示す充電状態信号２３４（幻影で示される）を充電器２０７から受け取ることができる。コントローラーは、事前プログラムされた指令のセットを実行するように適合されたコンピューター上で実施され、さもなければそれとの動作のために構成できる。代替若しくは加えて、コントローラーは、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）により全体又は部分的に実施できる。
【００５３】
多段階レーザーダイオードドライバー３００のまた別の実施形態のブロック図概要が図３に示される。ドライバー３００は、電流シンクの一つ（ＭＯ電流シンク２２０）に直列に結合された第２レーザーダイオードアレイ３０４（ＭＯダイオードアレイ）を除いて、図２で上述したドライバー２００に全側面において同様である。特には、そのような実施形態においては、第１電流シンク（ＰＡ電流シンク２１０）と第２電流シンク（ＭＯ電流シンク２２０）が、電流ノード２０８へＰＡ光放射アレイ２０２を通じて蓄積キャパシタ２０６から出力増幅器（ＰＡ）ポンピング電流ＩPA＋ＩMOを引くように構成される。結果として生じるダイオードレーザー光２０５が、レーザー光２４２が放射されるまでＰＡ利得媒体２４０をポンプする。第２電流シンク２２０（ＭＯ電流シンク）は、ＭＯ利得媒体２４１をポンプするダイオードレーザー光３０５を放射するＭＯダイオードアレイを通じる電流を生成するため、主発振器（ＭＯ）電流シンク２２０として参照される。ＭＯ利得媒体２４１から結果として生じるシード光２４３が、ＰＡ利得媒体２４０への光学的な駆動周波数である。一例では、ＰＡダイオードアレイ電流を２００アンペアに設定することが望ましいとすれば、（プラナー導波路においては、一般的に、ＭＯ電流がＰＡ電流に等しい若しくはそれ未満であることを考慮して）ＭＯダイオードアレイ電流を１５０アンペアに設定する。従って、ＭＯ電流シンクは、入力２２２及び２２３により１５０アンペアに指令され、ＰＡ電流シンクは、入力２１２及び２１３により５０アンペアに指令される。このアプローチの利点は、両方のレーザーダイオードアレイが直列に結合され、単一の共通のポテンシャル源から電源供給されることである。少なくとも幾つかの実施形態においては、ＭＯダイオードアレイ３０４は、ＭＯ利得媒体２４１で適切にポンプされたイオンの励起された放射を通じて増幅されたパルスを生成することができる。この場合、シード光パルスは、ＭＯ利得媒体２４３から放出し、ＰＡ利得媒体２４０を駆動するパルスである。
【００５４】
単一のレーザーダイオード３０４が図示されるが、直列に配置された１以上のレーザーダイオード３０４のアレイにより置換できる。好ましくは、全てのダイオード２０４、３０４が、共通の方向を有する電流に応答して光を放射するように構成される。特には、そのような構成が、共通の蓄積キャパシタ２０６と直列に配置されたより多数のレーザーダイオード２０４、３０４を提供し、ＰＡ及びＭＯレーザーダイオードが独立して駆動される伝統的なＭＯＰＡレーザーダイオードドライバーを超える改善された効率を提供する。
【００５５】
本明細書に記述の様々な技術及び回路トポロジーでは、第２電流シンク（例えば、ＭＯ電流シンク２２０）と直列に構成される、第２レーザーダイオードアレイ（例えば、ＭＯレーザーダイオードアレイ３０４）の周辺の第１制御可能電流シンク（例えば、ＰＡ電流シンク２１０）から電流を指令することができる。これは、第１及び第２レーザーダイオードアレイ２０２、３０４の両方の動作を可能とし、他方、同時に、共通のポテンシャル源から各ダイオードアレイを通じて異なる電流振幅を引く。図３に図示の例においては、両方のダイオードアレイ２０２、３０４が直列に結合されているにも関わらず、ＩPA＋ＩMOの第１電流がＰＡレーザーダイオードアレイ２０２を通じて引かれ、Ｉmoの異なる電流がＭＯレーザーダイオードアレイ３０４を通じて引かれる。
【００５６】
ＭＯ電流シンク２２０の一実施形態のより詳細な概略図が図４に示される。ＭＯ電流シンクトポロジー２２０及びＰＡ電流シンクトポロジー２１０は同一であり得る。従って、ＭＯ電流シンクについて単一の概略が図示される。回路２２０は、主発振器ダイオードアレイ３０４（図３）と電気的に接続され、そこを通じる制御可能な電流ＩMOを引く、さもなければ「吸引」するように構成される制御可能な電流吸引装置Ｑ４を含む。図示の実施形態においては、電流吸引装置Ｑ４は、エル・セグンド、ＣＡのインターナショナル・レクティファイアーから商業的に入手可能な装置モデルＮｏ．ＩＲＦＰ４３６８ＰｂＦといったパワーＭＯＳＦＥＴである。例の電流吸引装置Ｑ４は、ゲート−ソース電圧ＶGSの制御の下、ドレイン−ソース電流ＩDSの３５０アンペアまで吸引することができる。例えば、２５℃の接合温度で、ＩDSは、約４．６ボルトのＶGSについて約１００アンペアであり、約４．９ボルトのＶGSについて約２００アンペアである。
【００５７】
電流シンク２２０は、電流吸引装置Ｑ４のゲート端子（Ｇ）と電気的に接続されるゲート駆動回路を含む。ゲート駆動回路は、閉ループ、ローサイド電流シンク（実施は、ローサイド又はハイサイドのいずれかであり得る）を形成するように接続された、Ｕ３Ｂの積分器と、Ｕ５の電流センス差動アンプを含む。ハイサイド構成においては、電流シンクは、ＭＯダイオード３０４のノードに配置される。繰り返すが、ハイサイド電流駆動の少なくとも一つの利益は、ＭＯ又はＰＡレーザーダイオードアレイ２０２、３０４が意図せずにグランドに短絡されるならば、高価なレーザーダイオードが保護されることである。ハイサイド駆動の代償は、ローサイド電流シンクアプローチと比較する時、複雑さが増す。
【００５８】
実施形態例においては、積分器Ｕ３Ｂは、サンタクララ、ＣＡのナショナル・セミコンダクター社から商業的に入手可能なモデルＮｏ．ＬＭ６１７２である。積分器Ｕ３Ｂの非反転入力（＋）は、制御可能なＳＰＳＴスイッチＵ８に電気的に接続される。実施形態例においては、スイッチＵ８は、ノーウッド、ＭＡのアナログデバイス社から商業的に入手可能なモデルＮｏ．ＡＤＧ１４０１のｉＣＭＯＳ  ＳＰＳＴスイッチである。実施形態例においては、スイッチＵ８は、通常は閉じられ（例えば、ＤＤ＿ＦＩＲＥ２が論理１である）、非反転入力を低電圧レベル（例えば、−０．６ボルト又はＮ＿０．６Ｖ２）に接続し、電流シンクをオフに切り替える。制御可能なスイッチＵ８の制御入力は、第１信号入力２２２（例えば、ＤＤ＿ＦＩＲＥ２）と電気的に接続される。適切な制御（例えば、ＤＤ＿ＦＩＲＥ２が論理０である）に応答して、スイッチＵ８が開かれ、非反転入力から−０．６ボルトの低電圧参照を除去し、入力信号２２３（例えば、Ｉ＿ＳＥＴ２）が電流シンクサーボループにより送られる電流量を制御することを許容する（例えば、図４に図示の特定の例においては、ボルト当たり５０アンペア）。
【００５９】
アンプＵ３Ｂの非反転入力（＋）は、更に、２つの抵抗器Ｒ４４、Ｒ４５を含む抵抗分割器ネットワークを通じて第２信号入力２２３に電気的に接続される。ここで、本明細書に含まれる、Ｒ４４及びＲ４５の抵抗器といった、任意の装置の値が、ただの図示例として提示され、さもなければ他の値、範囲、及び装置の選択を制限することを意図しないことに留意されたい。この入力が変化し、Ｕ８への入力信号２２２が論理ゼロの時、閉ループ電流シンク回路の出力が、電流センス抵抗器（Ｒ５３）；（少なくとも部分的にＲ４９及びＲ５２の値により決定される）Ｕ５Ａでの差動アンプの利得；分圧器ネットワーク（Ｒ４４及びＲ４５）、及び電圧の大きさに比例する電流を生成する。図示例においては、ボルト当たりアンペアの式は：アンペア／ボルトでのＩ／Ｖ＝［（Ｒ５２）×（Ｒ４５）］／［（Ｒ４９）×（Ｒ５３）×（Ｒ４５＋Ｒ４４）］。ここで、「Ｖ」入力は、Ｉ＿ＳＥＴ２電圧２２３である。
【００６０】
積分器Ｕ３Ｂの反転入力（−）は、電流モニタリング回路２２５の出力と、適切なプルアップ抵抗器Ｒ４２を通じて接続された正の供給電圧（例えば、＋１５Ｖ）に電気的に接続される。積分器Ｕ３Ｂの出力は、キャパシタＣ２９に直列のフィードバック抵抗器Ｒ４３を含むＲＣ回路を通じて反転入力に結合される。キャパシタＣ２９は、少なくとも部分的に、積分器として装置Ｕ３Ｂを構成し、他方、Ｃ２９と組み合わされてＲ４３は、少なくとも部分的に、電流シンクのサーボループ補償のため「ラプラスゼロ」を生成するように構成される。ＲＣ組み合わせＲ４３、Ｃ２９は、そのカソードがアンプ出力に結合されるように設けられたダイオードＣＲ２によりシャントされる。シャントダイオードＣＲ２は、プルアップ抵抗器Ｒ４２と組み合わされて、Ｑ４が「オフ」状態に到達することを保証する負のクランプを生成する。シャントダイオードＣＲ２は、積分器Ｕ３Ｂの出力をクランプし、従って、電流吸引装置Ｑ４のゲートが約−０．７Ｖになる。特定の構成では、アンプＵ３Ｂの出力は、「発射」（例えば、スイッチＵ８が開回路である）される時、第２入力信号２２３（Ｉ＿ＳＥＴ２）の二分の一と電流センス回路２２５の出力又はＩ＿ＳＥＮＳＥ２信号２２８の間の積分差（integrated difference）を追随する。アンプ出力電圧は、直列抵抗器Ｒ４８を通じて電流吸引装置Ｑ４のゲート端子（Ｇ）に結合される。直列抵抗器Ｒ４８は、Ｑ４のゲートの高容量から積分器Ｕ３Ｂを隔離し、電流シンクサーボループの不要な共鳴（ringing）を阻止する。
【００６１】
この構成においては、電流吸引装置Ｑ４は、第１信号入力２２２（ＤＤ＿ＦＩＲＥ２）が０の論理入力の時、制御可能な電流を吸引又はさもなければ伝導させる。ゲート駆動電圧の値は、電流センス出力２２８（Ｉ＿ＳＥＮＳＥ２）と第２入力信号２２３（Ｉ＿ＳＥＴ２）の二分の一の間の積分差により決定される。第２入力信号２２３（Ｉ＿ＳＥＴ２）は、実質的に一定であることができ、電流吸引装置Ｑ４を通じるドレイン−ソース電流は、第１信号入力２２２（ＤＤ＿ＦＩＲＥ２）に対応するパルス出力である。代替的若しくは加えて、電流吸引装置Ｑ４を通じるドレイン−ソース電流は、第１信号入力がアクティブの間、第２入力信号２２３（Ｉ＿ＳＥＴ２）の二分の一を追随する。第１入力信号２２２（ＤＤ＿ＦＩＲＥ２）がアクティブである時の時間期間の間に第２信号が変化する時、出力ゲート電圧が対応の態様で変化し、電流シンク電流ＩDSも同様の態様で変化する。少なくとも幾つかの実施形態においては、同様の回路が、第１電流シンク２１０（ＰＡ電流シンク）のために設けることができる。
【００６２】
図示例においては、電圧モニタリング回路２２５は、電流シンクＱ４のソース端子（Ｓ）に直列に接続された精密高電流検出抵抗器Ｒ５３を含む。実施形態例においては、検出抵抗器Ｒ５３は、１％の公差で、０．００２２オームの値を有し、スウォンジ、ＭＡのアイソテックから商業的に入手可能なモデルＮｏ．ＳＭＶ−Ｒ００２２−１．０により提供される。検出抵抗器Ｒ５３を通じて引かれる電流ＩMOは、対応の電圧降下を生じさせる。電圧降下は、第２、精密差動アンプＵ５Ａの入力端子に適用される。図示の実施形態においては、第２アンプＵ５Ａは、ノーウッド、ＭＡのアナログデバイス社から商業的に入手可能なモデルＮｏ．ＯＰ４６７ＧＳである。
【００６３】
電流センス差動アンプＵ５Ａへの入力は、図示のように抵抗器ネットワークを通じて結合される。つまり、検出抵抗器Ｒ５３の第１側が、直列抵抗器Ｒ５１とシャント抵抗器Ｒ５０を通じて差動アンプＵ５Ａの非反転入力（＋）に結合される。検出抵抗器Ｒ５３の反対側が、直列抵抗器Ｒ５２を通じて反転入力（−）に結合される。フィードバック抵抗器Ｒ４９は、アンプＵ５Ａの出力と反転入力の間に結合される。抵抗器Ｒ４９からＲ５２が、ｏｐ−ａｍｐＵ５Ａで差動アンプトポロジーを形成する。図示例の電流対電圧利得は、Ｉ／Ｖ＝（Ｒ５２）／［（Ｒ４９）×（Ｒ５３）］アンペア／ボルトである。従って、検出抵抗器Ｒ５３を通じて流れる電流の毎１００アンペアについて、電流センス出力２２８（Ｉ＿ＳＥＮＳＥ２）が、図４に図示の特定の実施形態について１．０Ｖになる。従って、アンプ出力電圧が、精密抵抗器に亘る電圧降下に追随する。少なくとも幾つかの実施形態においては、ドレイン−ソース電流ＩDSを示す出力電圧が、アナログ電流センス信号２２８（Ｉ＿ＳＥＮＳＥ２）として提供される。更なる信号条件（例えば、増幅又はバッファリング）が、必要なようにアンプ出力に適用できる。
【００６４】
多段階レーザーダイオードドライバーの蓄積キャパシタ充電回路２０７の一実施形態の概略図が図５に示される。回路は、外部電源ＶSUPPLYと蓄積キャパシタ２０６ＶCAP（図２、３）の間に結合される電力モジュールＰＳ１を含む。図示例においては、電力モジュールＰＳ１は、ＤＣ−ＤＣ変換器、アンドーバー、ＭＡのバイコー社から商業的に入手可能なモデルＮｏ．Ｖ２８Ｃ３６Ｔ１００ＢＬである。この例においては、電力モジュールＰＳ１は、９〜３６ボルトの範囲の入力電圧について動作可能である。正の出力電圧は、相対的に高パワーの直列抵抗器Ｒ５を通じて蓄積キャパシタ２０６の正側に結合される。図示例においては、直列抵抗器Ｒ５は、２０．０オームの値を有し、約１００ワットの電力損失に定格される。蓄積キャパシタの充電時間定数τは、少なくとも部分的にキャパシタ値（例えば、３０，０００μファラッド）及び直列抵抗器Ｒ５により決定される。ここでは、τ＝ＲＣ、若しくは約０．６秒である。ＶCAPの初期ターンオン及び満充電の後；Ｒ５が、だいぶ小さい抵抗器（例えば、１．００オーム−不図示）によりシャントされ、ＶCAPが、より急速にその満電圧まで充電できる。これは、上限３０Ｈｚのパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）の動作を許容する。
【００６５】
適合抵抗ネットワークが、電力モジュールＰＳ１の第２制御端子ＳＣに結合される。特には、第２制御端子ＳＣでの電圧は、必要なように、上又は下にサプライモジュールＰＳ１の出力電圧の値を「トリム（trim）」又はさもなければ調整するように変更できる。図示の実施形態においては、第１抵抗器Ｒ６は、電力モジュールＰＳ１の正の出力端子（＋ＯＵＴ）と第２制御端子ＳＣの間に結合される。Ｒ６は、例えば、ＰＳ１の標準出力から上にトリムすることが望まれる時、組み込むことができる。上にトリムすることが要求されないならば、Ｒ６を組み込む必要はない。第２抵抗器Ｒ７は、第２制御端子と電力モジュールＰＳ１の負の出力端子（−ＯＵＴ）の間に結合される。Ｒ７は、例えば、ＰＳ１の標準出力から下にトリムすることが望まれる時、組み込むことができる。下にトリムすることが要求されないならば、Ｒ７を組み込む必要はない。２つのシャント抵抗器Ｒ７６、Ｒ７７は、第２抵抗器Ｒ７に並行に提供される。特には、シャント抵抗器Ｒ７６、Ｒ７７は、第２制御端子ＳＣと負の出力端子の間の抵抗値を変更するため、第２抵抗器Ｒ７と独立して又は併せて選択的にシャントできる。
【００６６】
シャント抵抗器Ｒ７６、Ｒ７７のいずれかの適用が、ＳＰＳＴスイッチＵ９及びＵ１０の選択的な制御により取得される。各スイッチＵ９、Ｕ１０は、個別の入力信号Ｖ0、Ｖ1により独立して制御可能である。実施形態例においては、スイッチＵ９、Ｕ１０も、モデルＮｏ．ＡＤＧ１４０１である。スイッチＵ９、Ｕ１０は、１の論理入力の間に閉じられ、０の論理入力の間に開かれる。少なくとも幾つかの実施形態においては、出力モニター端子２３４が、電力モジュールＰＳ１の出力電圧をモニタリングするために提供される。出力モニター端子２３４での電圧は、電力モジュール出力電圧レベルの指標としてコントローラー２３０（図２、３）への入力として提供される。出力電圧が低すぎる若しくは高すぎると決定されるならば、例えば、コントローラー２３０からＴＴＬ制御端子Ｖ0、Ｖ1により適切な調整が為される。図５に図示の実施形態におけるＵ９及びＵ１０により提供される下等の調整が、例えば、コントローラー２３０内のＦＰＧＡにより制御される「デジタルポテンショメーター」により簡単に置換できることに留意されたい。これは、従って、電力モジュールＰＳ１からキャパシタ電圧（ＶCAP）のより精密な調整を与える。ＶCAP電圧は、電流シンクＭＯＳＦＥＴＱ４（図４）に亘る電圧降下を最小化する目的で調整され、同時に、これらの同一のＭＯＳＦＥＴＱ４をそれらのリニア領域に維持する。電流シンクパス素子により消費される電力（電力＝（Ｖｄｓ）×（Ｉｄｓ））を最小化することにより効率が最大化される。この概念は、両方のレーザーダイオード（図３の２０４及び３０４）の温度と、蓄積キャパシタの近くの回路基板の温度をモニタリングすることにより高めることができる。これらの２つの温度をモニタリングすることにより、ＰＳ１は、蓄積キャパシタの等価直列抵抗（ＥＳＲ）の変動と、２０４及び３０４でのレーザーポンプダイオードの電圧降下の変動を保証するように調整される。ＭＯＳＦＥＴＱ４のドレイン−ソース電圧Ｖｄｓを約＋０．７Ｖに維持することにより、最大効率が達成できる。
【００６７】
モジュール化された多段階レーザーダイオードドライバーの一実施形態のブロック図概要が図６に示される。図示の実施形態は、３つのモジュール：制御論理モジュール４５０；ダイオード駆動モジュール４６０；及び光モジュール４７０を含む。分離された電源４０９が、駆動モジュールのいずれにも含まれないように図示される。電源４０９は、サプライキャパシタ４０６を充電するのに十分な電流及び電圧を供給する（sourcing）ことができる任意の適切な電源であり得る。例が、バッテリー、発電施設、他のａｃ及び／又はｄｃ電源を含む。電力が、交流、直流、又は交流及び直流の組み合わせであり得る。
【００６８】
モジュール間の回路及び／又は機能の分割と同様、モジュール４５０、４６０、４８０の特定の構成及び数が、例として提供される。他のモジュール構成が可能であることが想定される。モジュールは、別々であり、相互接続可能である。例えば、３つのモジュール４５０、４６０、４７０の各々が別々のシャーシ及び／又はハウジング内に提供でき、ケーブルといった１以上の相互接続部がモジュール間に提供され得る。幾つかの実施形態においては、２以上のモジュール４５０、４６０、４７０が共通のハウジング又はシャーシ内に含められ得る。モジュール間の相互接続は、モジュール自体上、例えば、共通のバックプレーン沿い、又はマザーボード−ドーターボード配置として構成される相互接続部により達成することもできる。
【００６９】
光モジュール４７０は、第１ポンプ又は駆動電流、例えば、ＩPA＋ＩMOを受け取るように構成される１以上のポンプダイオード４０４の第１アレイを含む。ポンプダイオード４０４の第１アレイは、駆動電流に応答してポンプ光４７４を放射するように構成される。ポンプ光４７４は、出力増幅器（ＰＡ）光利得媒体（不図示）に向けられ、良く知られた技法を介して利得媒体のイオンを所定の高められたエネルギー状態までポンプするように構成される。１以上の主発振器ダイオード４０５の第２アレイは、少なくとも名目上第１駆動電流に等しい若しくはそれ未満の大きさを有する第２駆動電流、例えば、ＩMOを受け取るように構成される。主発振器ダイオード４０５の第２アレイは、また、駆動電流に応答して光４７５を放射するように構成される。主発振器光４７５は、また、完全に分離された主発振器光利得媒体（不図示）に向けられ、高められたエネルギー状態にポンプされた利得媒体イオンの放射を刺激するように構成される。主発振器（ＭＯ）利得媒体からの出力光エネルギーが、出力増幅器（ＰＡ）利得媒体を駆動するために用いられ、これが、ＭＯ利得媒体からの光を増幅する。効果的に、主発振器シード光（不図示）が、ＰＡ光利得媒体により増幅される。
【００７０】
ダイオード駆動モジュール４６０が、蓄積キャパシタ４０６、キャパシタ充電器４０７、及び第１及び第２電流シンク４１０、４２０を含む。キャパシタ充電器４０７は、外部電源４０９と蓄積キャパシタ４０６の間で電気的に接続され、電源からの電力を変換又はさもなければ調整して蓄積キャパシタ４０６を充電する。蓄積キャパシタ４０６は、ダイオード４０４、４０５の第１及び第２アレイの直列の組み合わせと更に接続される。第１電流シンク４１０は、ダイオード４０４、４０５の第１及び第２アレイの間に設けられた回路ノード４０８に結合される。ノード４０８は、モジュールの一つ（例えば、ダイオード駆動モジュール４６０、光モジュール４７０）に設けられ、若しくは、両方のモジュール４６０、４７０を相互接続する相互接続ケーブル又は配線沿いに設けられ得る。第１電流シンク４１０は、回路ノード４０８と蓄積キャパシタ４０６のリターン（return）（例えば、グランド）の間に接続される。ダイオード４０５の第２アレイは、ノード４０８と第２電流シンク４２０の間に位置付けられる。第２電流シンク４２０は、蓄積キャパシタ４０６のリターン（例えば、グランド）とも電気的に接続される。
【００７１】
第１及び第２電流シンク４１０、４２０の１以上は、個別の電流モニター回路４１５、４２５を含む又はさもなくば電気的に接続され得る。電流モニター回路は、個別の電流シンク４１０、４２０を通じて引かれる電流レベルの指標を提供するように構成される。ダイオード駆動モジュール４６０の少なくとも幾つかの実施形態においては、キャパシタ充電指標回路４３４ａといった追加の回路が提供され、例えば、事前決定された充電値まで蓄積キャパシタ４０６が充電されたか否かの指標を提供する。代替として又は加えて、ダイオード駆動モジュール４６０が、蓄積キャパシタ電圧モニタリング回路４３４ｂを含むことができる。
【００７２】
図示例においては、制御論理モジュール４５０は、コントローラー回路又はモジュール４３０を含む。コントローラー４３０は、一般的にフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）と呼ばれる、プログラム可能な相互接続部を介して接続される構成可能な論理ブロックのマトリクスに基づくプログラム可能半導体装置を含む又はさもなければそれにより実施される。そのような装置は、例えば、サンホセＣＡのＸＩＬＩＮＸ社、Ｖｉｒｔｅｘ−６Ｑ装置類から商業的に入手可能である。そのような装置は、レーザーダイオードドライバー４００の動作に関して本明細書に記述されたものといった、様々な機能の制御及びモニタリングを実施するため、既知の技術を通じて構成できる。少なくとも幾つかの実施形態において含められることができるコンピューターといった、幻影で示される別又は予備のコントローラー４３１も示される。
【００７３】
幾つかの実施形態においては、図示のように、制御論理モジュール４５０は、１以上のＡＤＣ（アナログデジタル変換器）を含む。図示の実施形態においては、ＡＤＣ４１７、４２７は、個別の検知されたアナログ電流値をコントローラーモジュール４３０による更なる処理のためデジタル値に変換するために提供される。別のＡＤＣ４５７が、検知された蓄積キャパシタ電圧のアナログ値をデジタル値に変換するように提供され得る。同様に、温度センサー４５８といったアナログ出力信号を提供する任意の他のセンサーが、個別のＡＤＣ４５９を介してコントローラーモジュール４３０に結合され得る。幾つかの温度センサーがシリアルデジタル出力を有し、ＡＤＣ４５９の必要がない。
【００７４】
同様に、制御論理モジュール４５０は、１以上のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を含み、適切な時、コントローラーモジュール４３０から提供される任意のデジタル出力をアナログ値に変換することができる。例が、デジタル値から、個別にアナログ制御信号４１３、４２３で個別の電流シンク４１０、４２０を制御することに適するアナログ電圧レベルに個別の電流シンク駆動信号を変換するように提供されたＤＡＣ４１４、４２４を含む。
【００７５】
光出力パルスに配列された代表の電流駆動パルスの一連のトレースが図７に示される。ＭＯＰＡ構成（例えば、図３）のＰＡレーザーダイオードアレイに適用されるであろう電流パルスＩPA＋ＩMOの指標の、第１波形が図示される。例のパルスが、参照時間ｔrefの先行端を有し、パルス持続時間Ｔパルスの間で継続する。パルスの振幅は、１以上の個別電流ＩPA、ＩMOの値に応じて調整できる。少なくとも幾つかの実施形態においては、パルス振幅が、第１波形に対応する電流により駆動されるレーザーダイオードアレイによりポンプされる光増幅器の好適な出力パルスエネルギーを生成するレベルに設定される。
【００７６】
ＭＯＰＡ構成（例えば、図３）のＭＯレーザーダイオードアレイに適用されるだろう電流パルスＩMOの指標の、第２波形が図示される。例のパルスが、ｔrefの同時の先行端を有し、パルス持続時間Ｔパルスの間で継続する。パルスの振幅は、１以上の個別電流ＩMOの値に応じて調整できる。少なくとも幾つかの実施形態においては、パルス振幅は、ＴREFに対して測定される、出射時間Ｔfireで好ましい出力パルスを生成するレベルに設定される。第３波形は、第１及び第２配線（トレース：trace）の電流により駆動されるレーザーダイオードにより活性化されるＭＯＰＡ利得媒体の光出力の指標である。図示の実施形態においては、出射時間は、約２４０μｓである。少なくとも幾つかの実施形態においては、出射時間に関連するジッターがあり得、パルスは、ＴREFに関してＴfireで一貫して再現されず、むしろジッター時間だけ異なる値に再現される。
【００７７】
本明細書に記述の種類の多段階レーザーダイオードドライバーにより取得可能である例の非矩形電流駆動パルス５２０及び対応の蓄積キャパシタ電圧５１０が図８に示される。電流駆動パルス５２０は、３５００μｓの基本幅、２００アンペアのピーク振幅を有し、及び５０アンペア毎、各々５００μｓ幅で変化し、概して階段状の三角形状を呈する。蓄積キャパシタ電圧が、最大値で開始し、次に、電流が引かれる各ステップ内でリニアにより低い値に減少する。蓄積キャパシタ電圧は、次パルスのため最大値に再び充電される。そのような駆動電流パルスは、例えば、アクティブパルス期間の間、電流−レベル制御信号を変えることにより、取得することができる。
【００７８】
本明細書に記述の種類の多段階レーザーダイオードドライバーにより取得可能である非矩形電流駆動パルス及び対応の蓄積キャパシタ電圧の別例が図９に示される。より端的には、第１波形５５０、５６０は、ＰＡレーザーダイオード電流パルス（例えば、ＩMO＋ＩPA）の指標である。パルスは、約１５１ｍｓで約２００アンペアの値まで急峻に立ち上がる。パルスは、パルス振幅が実質的に立ち上がるパルスの末尾の短期間を除いて、残部のパルス幅において実質的に一定を維持する。図示例においては、全パルス幅が約２５５μｓであり、はじめのおよそ２００μｓの間に２００アンペアの初期振幅を有し、次に、およそ最後の１５μｓの間に約３００アンペアに立ち上がる。第２波形５４０は、主発振器レーザーダイオード駆動パルス（例えば、ＩMO）の指標である。パルスは、約１５０アンペアより僅かに小さい値に、第１パルスに同期して急速に立ち上がる。パルスは、２５５μｓの残部のパルス幅に亘り実質的に一定を維持する。第１（ＩMO＋ＩPA）電流パルス及び第２（ＩMO）電流パルスを生成する放電過程で蓄積キャパシタ電圧の代表波形５３０も示される。
【００７９】
第１パルスの複雑な形状は、本明細書に記述のレーザードライバー回路の任意の波形生成能力により生成できる。有利には、そのような電流スパイク５６０は、電流ピークに対応するより正確な時間（例えば、２４０μｓ）に利得媒体から光パルス出力を誘起するように用いることができる（従って、パルス・トゥ・パルスジッターを低減する）。このＱスイッチングの方法は、「ポンプトリガー（複合パルス）飽和可能吸収体（Pump-triggered (composite pulse) Saturable Absorber）」と呼ばれる。レーザーダイオード駆動電流のそのような急増は、ＭＯＰＡ構成の利得媒体に向かうレーザーダイオード出力の対応の増加を生成し、光パルスを誘起する。そのようなパルススキームが、ブリーチングダイオード（bleaching diode）及びブリーチングダイオードドライバー回路（bleaching diode driver circuitry）を除去することにより、回路を単純化するために用いられる。
【００８０】
図１０は、第１光放射アレイを駆動するための工程６００を図示する。方法は、６１０で第１及び第２電流制御信号を受け取ることを含む。第１電流は、６２０で電流ノードから共通のポテンシャル源から引かれる。第１電流は、受け取られた第１電流制御信号に応答して引かれる。第２電流は、６３０で電流ノードを介して共通のポテンシャル源から引かれる。第２電流は、受け取った第２電流制御信号に応答して引かれる。特には、第１及び第２電流は、お互いに関して並列に配列される。合計電流が、６４０で第１光放射アレイを通じて引かれる。合計電流は、第１及び第２電流の組み合わせにより実質的に決定される。光放射アレイは、そこを通じて引かれた合計電流に応答して光を放射する。
【００８１】
第１及び第２電流が共通のポテンシャル源から引かれるように記述されるが、電流の特定の方向が、１以上の光放射アレイと共通のポテンシャル極性により決定される。例えば、電流は、半導体光放射アレイの順方向バイアス接合を通じて正にバイアスされた共通のポテンシャル源から「引かれる」ことができる。同様に、電流は、半導体光放射アレイの順方向バイアス接合を通じて負にバイアスされた共通のポテンシャル源に「押される」ことができる。
【００８２】
幾つかの実施形態においては、方法は、更に、例えば、アクティブ及びスタンバイに対応する少なくとも２つの状態を有する電流イネーブル信号を受け取ること、及び電流レベル設定信号を受け取ることを含む。電流レベル設定信号は、受け取った電流イネーブル及び電流レベル設定信号に応答して第１及び第２電流制御信号の少なくとも一つを決定する。第１及び第２電流の個別の一つは、アクティブ状態の電流イネーブル信号に応答して選択的に引かれる。
【００８３】
幾つかの実施形態においては、方法は、更に、第１電流に応答して第２光放射アレイから光を放射することを含む。例えば、図３に示される実施形態といった回路構成においては、第２光放射アレイ（例えば、少なくとも一つのレーザーダイオード）は、適切な大きさの第１電流ＩMOがレーザーダイオードの順方向バイアス接合を通じて引かれる時に光を放射する。
【００８４】
幾つかの実施形態においては、方法は、アクティブ及びスタンバイに対応する少なくとも２つの状態を含む電流イネーブル信号を受け取ること；電流レベル設定信号を受け取ること；受け取った電流イネーブル及び電流レベル設定信号に応答して第１及び第２電流制御信号の少なくとも一つを決定することにして、第１及び第２電流の個別の一つが、アクティブ状態の電流イネーブル信号に応答して選択的に引かれることを含む。
【００８５】
幾つかの実施形態においては、方法は、更に、少なくとも一つの前記光放射アレイから放射される光によりレーザー利得媒体をポンピングすることを含む。
【００８６】
幾つかの実施形態においては、受け取られた電流レベル設定信号は、電流イネーブル信号がアクティブ状態の間に変化する。
【００８７】
幾つかの実施形態においては、電流レベル設定信号が、ポンプされる利得媒体を光学的に励起するように適合される少なくとも一つの前記直列接続された光放射アレイの瞬間ピーク出力を誘起するように構成される瞬間ピークを備え、レーザー出力に関する光学的励起の同期を提供する。
【００８８】
本明細書に記述の任意の光放射装置が、光出力増幅器をポンピング又はシーディング（seeding）するための任意の適切な光源であり得る。そのような装置が、半導体レーザーダイオード、フラッシュランプ、光放射ダイオード及び同種のものを含む。
【００８９】
電流シンク及び前記電流シンク用の制御端子の数が、合計電流キャパシティーを高め、全体集合信頼性を高めるべく並列の３、４、５又はそれ以上の電流シンクであり得る。簡潔さのためこの文章の残部においてはただ２つの電流シンクが議論される。加えて、本明細書に記載のように、電流シンクは、共通のポテンシャル源と上部第１光放射アレイの間に設けられる電流源として実施され得る。
【００９０】
図１１は、同一のＤＣ駆動電流で２つの負荷を駆動する多数の出力ダイオードドライバーを示す。一実施形態においては、ダイオードドライバー７００は、同一のＤＣ駆動電流で２つの直列接続負荷７３０ａ、７３０ｂを駆動するためのハイサイド電流源７１０を含む。負荷７３０ａ及び７３０ｂは、例えば、レーザーダイオード、多数のレーザーダイオード、若しくはそこに変化する数の光放射ダイオードを有するレーザーダイオードアレイであり得る。例えば、負荷７３０ａ及び７３０ｂは、上に詳細に記述された任意の光放射アレイ及び／又はポンプダイオード構成１０２、１０４、２０２、２０４、３０４、４０４、４０５のいずれかであり得る。実施形態例においては、単一のダイオードドライバー７００が、同時に、主発振器利得段階のためのポンプダイオード７３０ｂと同様、プリアンプ利得段階又は出力増幅器利得段階のためのポンプダイオード７３０ａを駆動することができる。この構成においては、ダイオードドライバー寄生電圧損失が出力電圧の小さいパーセントであり、ダイオードドライバー寄生電力損失が、出力パワーの小さいパーセントであるため、効率が高められる。
【００９１】
ハイサイド駆動電流源７１０は、上に詳細に記述したローサイド駆動電流シンクとは対照的に、調整された出力電流を提供し、過電流状態からポンプダイオード７３０ａ、７３０ｂを保護する。しかしながら、ローサイド駆動電流シンク１１０、１２０、２１０、２２０、４１０、４２０の上述の詳細な記述が、ハイサイド駆動電流源７１０にも適用可能であることに留意されたい。つまり、ハイサイド駆動電流源７１０は、当業者により理解されるように、適切に修正及び上述のように接続された、上に詳細に記述のローサイド駆動電流シンク１１０、１２０、２１０、２２０、４１０、４２０のいずれかであり得る。ハイサイド駆動電流源７１０を用いると、ポンプダイオード７３０ａ、７３０ｂは、ポンプダイオードを通過する無制御のダイオード電流無しでダイオード・ストリングのどの場所でもグランドに直接的に短絡（シャント）できる。対照的に、詳細に上述したようなローサイド駆動電流シンク１１０、１２０、２１０、２２０、４１０、４２０を用いると、ダイオードカソードからグランドへの短絡により、キャパシタが放電するまで無制限の電流がダイオードに流れることが生じ、ポンプダイオード７３０ａ、７３０ｂを損傷する。
【００９２】
本開示が２つの直列接続された負荷７３０ａ、７３０ｂを記述するが、本開示は、この点に限定されるものではなく、任意の複数の直列接続された負荷で在り得るものと理解されることに留意されたい。ポンプ電流は、ＤＣ電流に限定されず、パルス電流、又は２つの直列結合した負荷を駆動することができる任意の他の電流で在り得ることにも留意されたい。
【００９３】
幾つかの実施形態においては、電流源７１０は、全体のダイオードドライバー効率を高めるため、ゼロ電流切り替え疑似共振バックコンバーターであり得る。しかしながら、任意のリニア電流源ダイオードドライバー、ハード切り替えコンバーター電流源、又はソフト切り替えコンバーター電流源が、トポロジーとは関係なく、本開示の範囲内で用いられ得るものと理解されるべきである。疑似共振電流源の詳細な記述が、米国特許番号５,２８７,３７２；題「疑似共振ダイオード駆動電流源」に提示されており、この全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００９４】
図１２乃至１９は、異なるＤＣ駆動電流であるが、２つの負荷を駆動するマルチ出力ダイオードドライバーを示す。これらの実施形態においては、多数の出力ダイオードドライバー８００が、電流源８１０及びシャント装置８２０を含む。シャント装置８２０は、ポンプダイオード電流を低減するべく利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに並列に結合され、レーザー最適化のため２つの異なる駆動電流を提供する。しかしながら、減じられたポンプダイオード電流が、単一若しくは組み合わせで、利得段階２のポンプダイオード８３０ｂ又は利得段階１のポンプダイオード８３０ａのいずれかに供給できるものと理解される。
【００９５】
図１２に示されるように、シャント装置８２０は、固定抵抗器８２２である。この実施形態においては、シャント電流が、ポンプダイオード８３０ｂに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下と抵抗器８２２の抵抗により設定される固定電流である。この実施形態においては、シャント電流が、一度設定されると変化できないものと理解される。
【００９６】
図１３は、図１２のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを示し、シャント電流が、時間又は動作条件の関数としてオン又はオフにスイッチングされ得る。この実施形態においては、シャント装置８２０は、スイッチング装置８２４に直列に結合した抵抗器８２２を含む。図１２の実施形態と同様、シャント電流は、ポンプダイオード８３０ｂに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下と抵抗器８２２の抵抗により設定される固定電流であるが、時間又は動作条件の関数としてオン及びオフにスイッチングされ得る。この実施形態においては、スイッチング装置８２４がトランジスタであるが、スイッチング装置は、時間又は動作条件の関数としてシャント電流をオン及びオフにスイッチングできる任意の既知の装置であり得るものと理解されるべきである。
【００９７】
図１４は、図１２のマルチ出力ダイオードドライバーの別のバリエーションを示し、シャント電流の値が、負荷に亘る抵抗の値を変化することにより変化できる。この実施形態においては、シャント装置は、ポンプダイオード電流を低減するべく利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに並列に結合した多数の切り替えシャント装置（switched shunting device）８２２ａ／８２４ａ、８２２ｂ／８２４ｂ、８２２ｃ／８２４ｃを含み、レーザー最適化のために２つの異なる駆動電流を提供する。この実施形態においては、シャント電流は、ポンプダイオード８３０ｂに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下と有効化される多数の切り替えシャント装置８２２ａ／８２４ａ、８２２ｂ／８２４ｂ、８２２ｃ／８２４ｃの抵抗により設定される可変電流である。この構成においては、並列な抵抗器の抵抗値が変化でき、続いてシャント電流を変化させる。この構成の抵抗器が同一又は異なる値を有し得るものと理解される。
【００９８】
図１５は、図１２のマルチ出力ダイオードドライバーの別のバリエーションを示す。この実施形態においては、シャント装置８２０は、制御される電流シンクであり、シャント電流が検知され、レーザー制御エレクトロニクス（不図示）に結合した可変コマンド（ＶＣＭＤ）により決定される値に調整され、シャント電流が、ポンプダイオード８３０ｂに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下とは独立である。この構成においては、シャント電流は、所与の範囲内の任意の値に設定できる。シャント装置８２０について示された回路は、電流シンクレギュレーターの代表であり、開示は、この点に限定されないものと理解されるべきである。
【００９９】
図１６は、図１５のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを示す。この実施形態においては、シャント装置８２０は、制御される電流シンクであり、ポンプダイオード電流が検知され、レーザー制御エレクトロニクス（不図示）に結合した可変コマンド（ＶＣＭＤ）により決定される値に調整され、ポンプ電流が、ポンプダイオード８３０ｂに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下とは独立であり得る。この構成においては、シャント電流が、所与の範囲内の任意の値に設定できる。
【０１００】
図１７は、図１２の多数の出力ダイオードドライバーのバリエーションを示し、同一のＤＣ駆動電流が、両方のポンプダイオードについて時間ｔの間に用いられ、ダイオードの一つへの駆動電流が、時間期間の残部の間にシャントされる。一つの実施形態においては、シャント装置８２０は、トランジスタといったスイッチング装置８２４であり、レーザー最適化のためポンプダイオード８３０ｂのシャント電流を本質的にデューティー・サイクル変調する利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに並列に結合される。動作においては、シャント装置８２０は、ポンプダイオード８３０ｂから電流をシャントすることにより駆動電流をオフに切り替え、シャント装置８２０に亘る電圧がゼロボルトに近いため、シャント装置８２０により損失される電力がゼロに近づく。両方のポンプダイオード８３０ａ、８３０ｂが駆動される時間の間、出力電力は、２×ＶＦ×ＩＦであり、ＶＦは、ポンプダイオードの順方向電圧であり、ＩＦは、ポンプ電流であり、入力電力は、（２×ＶＦ×ＩＦ）／効率である。この実施形態においては、２つのポンプされるダイオード８３０ａ、８３０ｂが一致されるが、一致は、要求されないものと理解されるべきである。ポンプダイオード８３０ｂがシャントされる時間の間、出力電力はＶＦ×ＩＦであり、ＶＦは、ポンプダイオード８３０ａの順方向電圧であり、ＩＦはポンプ電流であり、入力電力は、（ＶＦ×ＩＦ）／効率である。この動作モードにおいては、入力電力が（２×ＶＦ×ＩＦ）／効率から（ＶＦ×ＩＦ）／効率、２：１の変化に変化することに留意されたい。従って、実際、このダイオードドライバー構成で損失される電力に何らのペナルティーもない。
【０１０１】
図１８は、図１３のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを示し、同一のＤＣ駆動電流が、両方のポンプダイオードについて時間ｔの間に用いられ、駆動電流が、時間期間の残部の間、ポンプダイオードの一つからダミー負荷に切り替えられる。この実施形態においては、シャント装置８２０は、スイッチング装置８２４に直列に結合された抵抗器８２２（ダミー負荷）を含み、抵抗器８２２の値は、全電流がポンプダイオード８３０ｂから逃げるようにシャントされるように選択される。抵抗器８２２（ダミー負荷）により消費される電力がポンプダイオード８３０ｂで消費される電力に一致するならば、ダイオードドライバー８００の出力電力が変化せず、従って、ダイオードドライバー８００への入力電力も変化しないことに留意されたい。従って、ポンプ電流の変調が、伝導性放射として電源に戻るように反射されない。
【０１０２】
図１９は、図１８のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを示す。この実施形態においては、シャント装置８２０は、追加のトランジスタ８２６を含み、シャントスイッチ８２４がオンになる時にポンプダイオード電流がゼロに切り替えられることを確実にする。
【０１０３】
図２０は、図１３のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを示す。この実施形態においては、シャント装置８００は、スイッチング装置８２４に直列に結合した抵抗器８２２を含む。しかしながら、シャント装置８２０は、ポンプダイオード電流を低減するべく利得段階１のポンプダイオード８３０ａに並列に結合し、レーザー最適化のため２つの異なる駆動電流を提供する。シャント電流は、ポンプダイオード８３０ａに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下と抵抗器８２２の抵抗により設定される固定電流であるが、時間若しくは動作条件の関数としてオン及びオフに切り替えられ得る。
【０１０４】
図２１は、図１３のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを示す。この実施形態においては、第１シャント装置８２０ａが利得段階１のポンプダイオード８３０ａに並列に結合し、第２シャント装置８２０ｂが、利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに並列に結合される。この構成においては、シャント電流は、利得段階１、利得段階２、若しくはこれらの組み合わせに亘り切り替えられ得る。
【０１０５】
図２２は、図１７のマルチ出力ダイオードドライバーのバリエーションを示す。この実施形態においては、第１シャント装置８２０ａは、トランジスタといったスイッチ８２４ａを含み、利得段階１のポンプダイオード８３０ａに並列に結合され、第２シャント装置８２０ｂが、利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに並列に結合されるトランジスタといったスイッチ８２４ｂを含む。この構成においては、ポンプ電流は、ポンプダイオード８３０ａ、ポンプダイオード８３０ｂ、又はこれらの組み合わせに亘りシャントされ得る。
【０１０６】
本明細書に詳細に記述される実施形態例においては、抵抗器は、シャント素子として用いられる。しかしながら、本開示は、シャント素子としての抵抗器の使用に限られない。実施形態例においては、任意の種類の受動又は能動負荷素子が用いられ得る。また、ＮＰＮバイポーラトランジスタ及び簡略化された調整回路が、実施形態例との関係で図示及び記述される。しかしながら、実施形態例は、任意の多数の異なる半導体、ＩＣ、及び調整回路を用いて実施することができる。
【０１０７】
詳細に上述のように、実施形態例の幾つかの可能なバリエーションがある。幾つかのレーザー構成においては、多数の利得段階への等しい電流が許容でき、追加の電流制御の必要がない。他のレーザー構成においては、一つの利得段階についてのポンプダイオード駆動電流仕様が、別の利得段階についてのものとは異なり得る。他のレーザー構成においては、ポンプダイオード駆動電流は、デューティー・サイクル変調される。これらの最後の２つの構成について、追加の電流制御がダイオードドライバーに追加される。しかしながら、この追加の電流制御は、別の全体のダイオードドライバーよりも顕著に小さい回路を要求する。上述の実施形態の任意のものが一つのドライバーに組み込むことができるものと理解される。更には、本明細書に記述されていない任意の他の既知のドライバー構成がこの実施形態例に適合できるものと理解されるべきである。幾つかの実施形態においては、本技術が、アクティブラインフィルターを利用してエネルギー蓄積キャパシタを充電し、入力電流を調整及び最小化し、構成部品ストレスを低減する。
【０１０８】
参照によりその全体において本明細書に組み込まれる、譲受人の先行の特許出願、米国出願Ｎｏ．１３／７６４,４０９、アトニードケット番号ＲＡＹ−１５７（以降、‘４０９出願）、及び米国出願Ｎｏ．１３／２１５,８７３、アトニードケット番号ＲＡＹ−０５３（以降、‘８７３出願）には、ダイオードドライバーが記述されている。米国特許番号５，２８７，３７２（以降、‘３７２特許）；５，７３６，８８１（以降、‘８８１特許）; ７，０１９，５０３ （以降、‘５０３特許）; ７，０３８，４３５（以降、‘４３５特許）;及び７，０４１，９４０（以降、‘９４０特許）も、ダイオードドライバーに関連した回路を記述する。‘３７２特許、‘８８１特許、‘５０３特許、‘４３５特許、及び‘９４０特許の全てが、参照によりその全体において本明細書に組み込まれる。
【０１０９】
‘８７３出願においては、ダイオードドライバーが、詳細に上述のローサイド駆動電流シンクレギュレーターを用いる。これらの装置においては、全ての電流制御がローサイド駆動シンクレギュレーター内にある。結果として、この構成においては、ダイオードカソードからグランドへの短絡回路が、キャパシタが放電するまでダイオードに無制限の電流を流し、従って、ポンプダイオードを損傷する。
【０１１０】
次に、‘４０９出願及び‘８７３出願に関するある新規及び非自明な修正及び改善を詳細に記述する。例えば、本開示によれば、ローサイド駆動電流シンクではなく、ハイサイド駆動電流源が、調整された出力電流を提供するために用いられる。結果としては、本開示によれば、ポンプダイオードが、常に過電流状態から保護される。つまり、ポンプダイオードは、ポンプダイオードへの無制限のダイオード電流無しでダイオード・ストリングのどこでもグランドに直接的に短絡（シャント）され得る。ポンプダイオードは、短絡がどこで発生するに関わらずに常に保護される。
【０１１１】
また、本開示によれば、ダイオード駆動電流源、又はダイオードドライバーへの入力電流が制御される。実施形態例によれば、ダイオードドライバーが、エルネギー蓄積キャパシタといった容量性エネルギーストレージ装置を含み、そこから制御された駆動電流が引かれ、それが、ピーク電流の引き出しを変調する。キャパシタ充電回路又は装置が、容量性エネルギーストレージを充電する。本開示のダイオードドライバーは、レーザー制御エレクトロニクス及び駆動電流源も含む。以降に詳細に記述のように幾つかの実施形態においては、容量性エネルギーストレージを充電するための回路又は装置は、アクティブラインフィルターである。フロントエンド・アクティブラインフィルター（active line filter front end）は、蓄積キャパシタを充電し、電源から引かれる入力電流を制御、調整、及び最小化し、直列抵抗器を除去し、従って、電力損失を低減し、効率を高め、また構成部品ストレスを低減する。
【０１１２】
図２３〜４１は、詳細に上述された図１１〜２２の修正されたバージョンであり、本開示の実施形態例に係る新規及び非自明な修正及び改善を図示する。
【０１１３】
詳細には、図２３は、幾つかの実施形態例に係るレーザーダイオード・駆動システム９００Ａの概略ブロック図を含む。図２３を参照すると、システム９００Ａは、キャパシタ充電回路９０４の出力及びハイサイド駆動電流源９０６の入力に結合したエネルギー蓄積キャパシタ９０２を含む。ハイサイド駆動電流源９０６への入力電流がエネルギー蓄積キャパシタ９０２から引かれ、これは、キャパシタ充電回路９０４により充電される。駆動システム９００Ａは、レーザー制御エレクトロニクス９０８の制御の下で動作する。図２、３、５及び６、並びにそれらの対応の本明細書の詳細な記述を参照すると、エネルギー蓄積キャパシタ９０２が、詳細に上述のキャパシタ２０６又は４０６と同一又は同種であり得る。同様に、キャパシタ充電器９０４は、詳細に上述のキャパシタ充電器２０７又は４０７と同一又は同種であり得る。レーザー制御エレクトロニクス９０８は、図２、３、及び６に関して詳細に図示及び記述した制御回路と同一又は同種であり得る。レーザー制御回路９０８は、例えば、詳細に上述の１以上のコントローラー２３０又は４３０、ＡＤＣ２１７、２２７、４１７、４２７、４５９、４５７、ＤＡＣ２１４、２２４、４１４、４２４、及び温度センサー４５８を含むことができる。幾つかの実施形態においては、詳細に上述のように、コントローラーは、例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を含み若しくはとして実施され得る。
【０１１４】
様々な実施形態例においては、ハイサイド駆動電流源９０６は、実施形態例においては、ローサイド駆動電流シンク１１０、１２０、４１０及び４２０に代えてハイサイド駆動電流源が用いられる点を除いて、図１〜３及び６に関して詳細に図示及び上述した種類である。さもなければ、図２３〜４１の実施形態の電流源は、図１〜３及び６に図示のものと同一である。
【０１１５】
幾つかの実施形態においては、アクティブラインフィルター（ＡＬＦ）９１０は、キャパシタ充電器９０４に代替として、エネルギー蓄積キャパシタ９０２を充電するための入力として用いられる。キャパシタ充電器９０４に代えてＡＬＦ９１０を用いる実施形態例が図２５、２６、２９、及び３０に図示される。ＡＬＦ９１０フロントエンドが、電源（不図示）から引かれる電流を制御、調整、及び最小化する。電力損失を低減し、従って効率が高められる。アクティブラインフィルター９１０は、入力電力における過渡電流、スパイク及びノイズを除去するように動作する。結果として、入力電流が制御、調整、及び最小化される。
【０１１６】
図２３〜４１に図示のレーザーダイオード・駆動システム９００は、モジュール９０１を含むことができ、これは、例えば、プリント回路ボード（ＰＣＢ）、若しくはその上又はその中に電子回路が実装される任意の種類のモジュールである。実施形態例によれば、アクティブラインフィルター９１０、キャパシタ充電器９０４、エネルギー蓄積キャパシタ９０２、及びハイサイド駆動電流源９０６が、モジュール９０１内又は上に含められ得る。図２４、２６、２８及び３０〜４１に図示されたものといった幾つかの実施形態においては、レーザー制御エレクトロニクス９０８も、モジュール９０１内又は上に含められる。図２３、２５、２７、及び２９に図示されたものといった他の実施形態例においては、レーザー制御エレクトロニクス９０８がモジュール９０１内又は上に含められない。
【０１１７】
図２３〜２６は、同一のＤＣ駆動電流で２つの負荷を駆動するマルチ出力ダイオードドライバーを図示する。幾つかの実施形態においては、ダイオードドライバー９００Ａ、９００Ｂ、９００Ｃ、及び９００Ｄが、同一のＤＣ駆動電流で２つの直列接続された負荷７３０ａ、７３０ｂを駆動するハイサイド電流源９０６を含む。負荷７３０ａ及び７３０ｂは、例えば、レーザーダイオード、多数のレーザーダイオード、若しくはそこに変化する数の光放射ダイオードを有するレーザーダイオードアレイであり得る。例えば、負荷７３０ａ及び７３０ｂは、詳細に上述した光放射アレイ及び／又はポンプダイオード構成１０２、１０４、２０２、２０４、３０４、４０４、４０５のいずれかであり得る。実施形態例においては、単一のダイオードドライバー９００Ａ、９００Ｂ、９００Ｃ、及び９００Ｄが、同時に主発振器利得段階についてのポンプダイオード７３０ｂを駆動することと同様、プリアンプ利得段階又は出力増幅器利得段階についてのポンプダイオード７３０ａを駆動することができる。この構成においては、ダイオードドライバー寄生電圧損失が出力電圧の小さいパーセントであり、ダイオードドライバー寄生電力損失が出力電力の小さいパーセントであるため、効率が高められる。
【０１１８】
ハイサイド駆動電流源９０６は、詳細に上述したローサイド駆動電流シンクとは対照的に、調整された出力電流を提供し、過電流状態からポンプダイオード７３０ａ、７３０ｂを保護する。しかしながら、ローサイド駆動電流シンク１１０、１２０、２１０、２２０、４１０、４２０の上述の詳細な記載が、ハイサイド駆動電流源９０６にも適用できることに留意されたい。つまり、ハイサイド駆動電流源９０６は、当業者により理解されるように、適切に修正され、上述に記述のように結合された、詳細に上述したローサイド駆動電流シンク１１０、１２０、２１０、２２０、４１０、４２０のいずれかであり得る。ハイサイド駆動電流源９０６を用いると、ポンプダイオード７３０ａ、７３０ｂは、ポンプダイオードを通過する無制御のダイオード電流無くして、ダイオード・ストリングのどこでもグランドに直接的に短絡（シャント）される。対照的に、詳細に上述のローサイド駆動電流シンク１１０、１２０、２１０、２２０、４１０、４２０を用いると、ダイオードカソードからグランドへの短絡が、キャパシタ９０２が放電するまでダイオードに無制限の電流が流れることを生じさせ、ポンプダイオード７３０ａ、７３０ｂを損傷する。
【０１１９】
本開示が２つの直列接続の負荷７３０ａ、７３０ｂを記述するが、本開示が、この点に限定されるものではなく、複数の直列接続の負荷の任意のものであり得ることに留意されたい。ポンプ電流はＤＣ電流に限定されず、パルス電流、若しくは２つの直列結合負荷を駆動することができる任意の他の電流であることにも留意されたい。
【０１２０】
幾つかの実施形態例においては、電流源９０６は、ゼロ電流切り替え疑似共振バックコンバーターであり、全体のダイオード駆動効率を高める。しかしながら、トポロジーに関わらず、任意のリニア電流源ダイオードドライバー、ハード切り替えコンバーター電流源、若しくはソフト切り替えコンバーター電流源が、本開示の範囲内で用いることができるものと理解されるべきである。疑似共振電流源の詳細な記述が、参照により本明細書に全内容が組み込まれる、米国特許番号５,２８７,３７２：題「疑似共振ダイオード駆動電流源」に提供される。
【０１２１】
図２７〜３０のレーザーダイオード・駆動システム９００Ｅ、９００Ｆ、９００Ｇ及び９００Ｈが、各々、単一の源９０６ではなく、２つのハイサイド駆動電流源９０６ａ、９０６ｂを含むことを除いて、図２７〜３０は、各々、図２３〜２６と同一である。各源は９０６ａ及び９０６ｂは、本明細書に詳細に記述された源９０６と同一である。多数の源９０６ａ、９０６ｂの使用が、追加のポンプダイオード利得段階を駆動する能力を提供する。詳細には、図２７〜３０に図示のように、源９０６ａは、ポンプダイオード利得段階１及び２、つまり、ポンプダイオード７３０ａ及び７３０ｂを駆動することができ、源９０６ｂは、ポンプダイオード利得段階３及び４、つまり、ポンプダイオード７３０ｃ及び７３０ｄを駆動することができる。
【０１２２】
各図３１〜４１は、ダイオードドライバー９００Ｉ、９００Ｊ、９００Ｋ、９００Ｌ、９００Ｍ、９００Ｎ、９００Ｐ、９００Ｑ、９００Ｒ、９００Ｓ、９００Ｔを示し、各々、異なるＤＣ駆動電流であるが、２つの負荷を駆動する。これらの実施形態においては、各ダイオードドライバー９００は、電流源９０６及びシャント装置９２０を含む。シャント装置９２０は、利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに対して並列に結合され、ポンプダイオード電流を低減し、レーザー最適化のため２つの異なる駆動電流を提供する。しかしながら、減じられたポンプダイオード電流が、単独若しくは組み合わせで、利得段階２のポンプダイオード８３０ｂ若しくは利得段階１のポンプダイオード８３０ａのいずれかに供給できるものと理解されるべきである。
【０１２３】
図３１においては、シャント装置９２０は、固定抵抗器９２２である。この実施形態においては、シャント電流が、ポンプダイオード８３０ｂに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下と抵抗器９２２の抵抗により設定される固定電流である。この実施形態においては、シャント電流は、一度設定されると変更できないものと理解されるべきである。
【０１２４】
図３２は、図３１のダイオードドライバー９００Ｉのバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｊを示し、シャント電流が、時間若しくは動作条件の関数としてオン又はオフに切り替えることができる。この実施形態においては、シャント装置９２０は、スイッチング装置９２４に直列に結合した抵抗器９２２を含む。図３１の実施形態と同様、シャント電流は、ポンプダイオード８３０ｂに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下と抵抗器９２２の抵抗により設定された固定電流であるが、時間若しくは動作条件の関数としてオン及びオフに切り替えることができる。この実施形態においては、スイッチング装置９２４がトランジスタであるが、スイッチング装置は、時間若しくは動作条件の関数としてオン及びオフにシャント電流をスイッチングすることができる既知の任意の装置であることができるものと理解されるべきである。
【０１２５】
図３３は、図３１のダイオードドライバー９００Ｉの別のバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｋを示し、シャント電流の値が、負荷に亘る抵抗の値を変化することにより変化できる。この実施形態においては、シャント装置９２０は、利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに並列に結合し、ポンプダイオード電流を低減し、レーザー最適化のために２つの異なる駆動電流を提供する多数の切り替えシャント装置９２２ａ／９２４ａ、９２２ｂ／９２４ｂ、９２２ｃ／９２４ｃを含む。この実施形態においては、シャント電流は、ポンプダイオード８３０ｂに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下とイネーブルにされた多数の切り替えシャント装置９２２ａ／９２４ａ、９２２ｂ／９２４ｂ、９２２ｃ／９２４ｃの抵抗により設定される可変電流である。この構成においては、並列な抵抗器の抵抗の値が変化でき、続いてシャント電流を変化させる。この構成の抵抗器が同一又は異なる値を有することができるものと理解されるべきである。
【０１２６】
図３４は、図３１のダイオードドライバー９００Ｉの別のバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｌを示す。この実施形態においては、シャント装置９２０は、制御された電流シンクであり、シャント電流が、検知され、レーザー制御エレクトロニクス（不図示）に結合された可変コマンド（ＶＣＭＤ）により決定された値に調整され、シャント電流は、ポンプダイオード８３０ｂの順方向電圧（ＶＦ）降下とは無関係であり得る。この構成においては、シャント電流は、所与の範囲内で任意の値に設定され得る。シャント装置９２０について図示された回路は代表的な電流シンクレギュレーターであるものと理解されるべきであり、本開示は、この点に限定されない。
【０１２７】
図３５は、図３４のダイオードドライバー９００Ｌのバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｍを示す。この実施形態においては、シャント装置９２０は、制御された電流シンクであり、ポンプダイオード電流が、検知され、レーザー制御エレクトロニクス（不図示）に結合した可変コマンド（ＶＣＭＤ）により決定される値に調整され、ポンプ電流が、ポンプダイオード８３０ｂに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下とは独立であり得る。この構成においては、シャント電流が、所要の範囲内の任意の値に設定できる。
【０１２８】
図３６は、図３１のダイオードドライバー９００Ｉの別のバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｎを示し、同一のＤＣ駆動電流が、両方のポンプダイオードについて時間ｔの間に用いられ、ダイオードの一つへの駆動電流が、時間期間の残部の間にシャントされる。一実施形態においては、シャント装置９２０は、レーザー最適化のためにポンプダイオード８３０ｂのシャント電流を本質的にデューティー・サイクル変調する利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに並列に結合された、トランジスタといった、スイッチング装置９２４である。動作においては、シャント装置９２０は、ポンプダイオード８３０ｂからの電流をシャントすることにより駆動電流をオフに切り替え、シャント装置９２０に亘る電圧がゼロボルトに近づくため、シャント装置９２０で消費される電力がゼロに近づく。両方のポンプダイオード８３０ａ、８３０ｂが駆動される時間の間、出力電力は、２×ＶＦ×ＩＦであり、ＶＦは、ポンプダイオードの順方向電圧であり、ＩＦは、ポンプ電流であり、入力電力は、（２×ＶＦ×ＩＦ）／効率である。この実施形態においては、２つのポンプされるダイオード８３０ａ、８３０ｂが一致されるが、一致は、要求されないものと理解されるべきである。ポンプダイオード８３０ｂがシャントされる時間の間、出力電力はＶＦ×ＩＦであり、ＶＦは、ポンプダイオード８３０ａの順方向電圧であり、ＩＦはポンプ電流であり、入力電力は、（ＶＦ×ＩＦ）／効率である。この動作モードにおいては、入力電力が（２×ＶＦ×ＩＦ）／効率から（ＶＦ×ＩＦ）／効率、２：１の変化に変化することに留意されたい。従って、実際、このダイオードドライバー構成で損失される電力に何らのペナルティーもない。
【０１２９】
図３７は、図３２のダイオードドライバー９００Ｊのバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｐを示し、同一のＤＣ駆動電流が両方のポンプダイオードについて時間ｔの間に用いられ、駆動電流が、時間期間の残部の間にポンプダイオードの一つからダミー負荷に切り替えられる。この実施形態においては、シャント装置９２０は、スイッチング装置９２４に直列に結合した抵抗器９２２（ダミー負荷）を含み、抵抗器９２２の値は、全電流がポンプダイオード８３０ｂから逃げるようにシャントされるように選択される。抵抗器９２２（ダミー負荷）により消費される電力がポンプダイオード８３０ｂで消費される電力に一致するならば、ダイオードドライバー９００Ｐの出力電力が変化せず、従って、ダイオードドライバー９００Ｐへの入力電力も変化しないことに留意されたい。従って、ポンプ電流の変調が、伝導性放射として電源に戻るように反射されない。
【０１３０】
図３８は、図３７のダイオードドライバー９００Ｐのバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｑを示す。この実施形態においては、シャント装置９２０は、追加のトランジスタ９２６を含み、シャントスイッチ９２４がオンにされる時間でポンプダイオード電流がゼロになることを保証する。
【０１３１】
図３９は、図３２のダイオードドライバー９００Ｊのバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｒを示す。この実施形態においては、シャント装置９２０は、スイッチング装置９２４に直列に結合した抵抗器９２２を含む。しかしながら、シャント装置９２０は、利得段階１のポンプダイオード８３０ａに並列に係合され、ポンプダイオード電流を低減し、レーザー最適化のために２つの異なる駆動電流を提供する。シャント電流は、ポンプダイオード８３０ａに亘る順方向電圧（ＶＦ）降下と抵抗器９２２の抵抗により設定される固定電流であるが、時間若しくは動作条件の関数としてオン及びオフに切り替えられることができる。
【０１３２】
図４０は、図３２のダイオードドライバー９００Ｊのバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｓを示す。この実施形態においては、第１シャント装置９２０ａは、利得段階１のポンプダイオード８３０ａに並列に係合され、第２シャント装置９２０ｂは、利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに並列に結合される。この構成においては、シャント電流が、利得段階１、利得段階２、又はこれらの組み合わせに亘りスイッチングされ得る。
【０１３３】
図４１は、図３６のダイオードドライバー９００Ｎのバリエーションであるダイオードドライバー９００Ｔを示す。この実施形態においては、第１シャント装置９２０ａは、利得段階１のポンプダイオード８３０ａに並列に結合されたトランジスタといったスイッチ９２４ａを含み、第２シャント装置９２０ｂは、利得段階２のポンプダイオード８３０ｂに並列に結合されたトランジスタといったスイッチ９２４ｂを含む。この構成においては、ポンプ電流が、ポンプダイオード８３０ａ、ポンプダイオード８３０ｂ、又はこれらの組み合わせに亘りシャントされ得る。
【０１３４】
図４２〜４６は、５つの異なるダイオードドライバーシステムを示す概略ブロック図を含み、先行技術のダイオードドライバーシステムと実施形態例のダイオードドライバーシステムの差を図示する。図４２を参照すると、図３に関して詳細に図示及び上述されたダイオードドライバーシステム３００が図示される。キャパシタ充電器２０７が、入力電力を受け取り、キャパシタ９０２を充電する。ＰＡ電流Ｉ＿ＰＡ及びＭＯ電流Ｉ＿ＭＯが電流ノード２０８を通じて流れる。ＭＯ電流シンク２２０が、ＭＯダイオード（群）３０４を通じてＭＯ電流Ｉ＿ＭＯを吸い込み、ＰＡ電流シンク２１０が、グランドへ電流ノード２０８からＰＡ電流Ｉ＿ＰＡを吸い込み、全ダイオード電流Ｉ＿ＰＡ＋Ｉ＿ＭＯが、ダイオード２０４を含むＰＡ光放射アレイ２０２を通じて流れる。システム３００は、コントローラー２３０も含み、これが、各々、高速ＤＡＣ２１４及び２２４といった制御／インターフェイス回路を介して電流シンク２１０及び２２０を制御する。
【０１３５】
図４３〜４６は、詳細に上述のようにダイオード２０４ａ及び３０４ａにおける過電流の問題が除去されるように、図４２のシステム３００の電流シンク２１０及び２２０が電流源２１０ａ及び２２０ｂとして接続されたダイオードドライバーシステムを図示する。図４３〜４６のシステムにおいては、全ダイオード電流Ｉ＿ＰＡ＋Ｉ＿ＭＯが電流ノード２０８ａに流れる。ＰＡ電流源２１０ａは、グランドへ、ダイオード２０４ａを含むＰＡ光放射アレイ２０２ａを通じて電流ノード２０８ａからＰＡ電流Ｉ＿ＰＡを供給する。図４５及び４６のシステムにおいては、ＭＯ電流Ｉ＿ＭＯが、ノード２０９ａでＰＡ電流源２１０ａから電流Ｉ＿ＰＡに加えられ、全ての電流Ｉ＿ＭＯ＋Ｉ＿ＰＡが、グランドへ、ダイオード２０４ａを含むＰＡ光放射アレイ２０２ａを通じてノード２０９ａから流出する。対照的に、図４３及び４４のシステムにおいては、ＭＯ電流源２２０ａが、グランドへＭＯダイオード（群）３０４ａを通じて電流ノード２０８ａからＭＯ電流Ｉ＿ＭＯを供給する。コントローラー２３０ａは、各々、高速ＤＡＣ２１４及び２２４といった制御／インターフェイス回路を介して電流源２１０及び２２０を制御する。
【０１３６】
図４３及び４５においては、キャパシタ充電器２０７が、入力電力を受け取り、キャパシタ９０２を充電する。従って、図４３及び４５に図示のシステムは、各々、図２３、２４、２７、２８、及び３１〜４１に図示の任意のシステム９００Ａ、９００Ｂ、９００Ｅ、９００Ｆ、９００Ｉ、９００Ｊ、９００Ｋ、９００Ｌ、９００Ｍ、９００Ｎ、９００Ｐ、９００Ｑ、９００Ｒ、９００Ｓ、及び９００Ｔと同一、若しくは同種であり得る。図４４及び４６においては、アクティブラインフィルター９１０が入力電力を受け取り、キャパシタ９０２を充電する。従って、図４４及び４６に図示のシステムが、各々、図２５、２６、２９、及び３０に図示のシステム９００Ｃ、９００Ｄ、９００Ｇ、及び９００Ｈの任意のシステムと同一若しくは同種であり得る。
【０１３７】
上述の詳細な記述を通じて、実施形態例に係るダイオード駆動システムが、２つの電流源を有し、２つの個別のセットの出力ダイオードを駆動するように記述されることに留意されたい。詳細には、本明細書に詳細に記述の実施形態例の幾つかにおいては、ダイオード駆動システムが、主発振器／出力増幅器（ＭＯＰＡ）タイプのものであり、一つの電流源が主発振器（ＭＯ）ダイオードのセットを駆動し、別の電流源が、出力増幅器（ＰＡ）ダイオードのセットを駆動する。この開示は、任意数のダイオードセットを駆動する任意数の電流源に適用できるものと理解される。例えば、本開示は、主発振器／プリアンプ／出力増幅器（ＭＯＰＡＰＡ）ダイオードドライバーシステムにも適用可能であり、第１電流源が主発振器（ＭＯ）ダイオードのセットを駆動し、第２電流源が、プリアンプダイオードのセットを駆動し、及び第３電流源が、出力増幅器（ＰＡ）ダイオードのセットを駆動する。
【０１３８】
当業者は、本明細書に記述の発明が、この精神又は本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態において具現化されることを理解する。上述の実施形態は、従って、本明細書に記述の発明を限定するよりは、全ての側面において説明のものであるものと考えられる。本発明の範囲は、従って、上述の記述ではなく次の請求項により示され、請求項と均等の意味及び範囲内の全ての変化が、従って、請求項に包含されることが意図される。
【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５】
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【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【国際調査報告】
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