光学的にロックされた高エネルギー自己同期レーザ増幅システムであって、前記システムは、モードロックされたレーザ源と、光学パラメトリック発振器OPOであって、前記モードロックされたレーザ源からのパルスシーケンスによって駆動される、前記発振器と、光学パラメトリック増幅器OPAと、を備え、前記パルスシーケンスのタイミングは、前記OPA光学キャビティのサイズに基づき、前記OPAは、前記パルスシーケンスの少なくとも一部分によって駆動され、それにより、前記OPOおよびOPAを自己同期させる、システム。前記OPAは、第2のOPAと直列に配置され、光学的に接続される、第1のOPAを含む、請求項1に記載のシステム。前記モードロックされたレーザ源は、ピコ秒レーザである、請求項1または2に記載のシステム。前記OPAは、ダブルパスOPAである、先行請求項のいずれかに記載のシステム。前記システムは、前記モードロックされたレーザ源と前記OPOとの間の光学経路に配置される、第1の光学アイソレータと、前記OPOと前記OPAとの間の光学経路に配置される、少なくとも1つの鏡と、前記鏡と前記第1の光学アイソレータとの間の光学経路に配置される、第2の光学アイソレータと、前記第1の光学アイソレータと前記第2の光学アイソレータとの間の光学経路に配置される、第1のレーザ増幅器と、を含む、第1のフィードバックループをさらに備える、先行請求項のいずれかに記載のシステム。前記システムは、前記第1のOPAと前記第2のOPAとの間の光学経路に配置される、少なくとも1つの第2の鏡と、前記第2の鏡と第1の光学アイソレータとの間の光学経路に配置される、第3の光学アイソレータと、前記第1の光学アイソレータと前記第3の光学アイソレータとの間の光学経路に配置される、第2のレーザ増幅器と、を含む、第2のフィードバックループをさらに備える、請求項5に記載のシステム。前記システムは、前記モードロックされたレーザ源と前記OPOとの間の光学経路に配置される、第1のパルスピッカと、前記第1のパルスピッカと前記OPOとの間の光学経路に配置される、第1のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタと光学通信する、第1のレーザ増幅器と、前記第1のレーザ増幅器と前記OPAとの間の光学経路に配置される、第1の光学アイソレータと、をさらに備える、請求項1~4のいずれかに記載のシステム。前記システムは、前記第1のビームスプリッタと前記OPOとの間の光学経路に配置される、第2のパルスピッカと、前記第2のパルスピッカと前記OPOとの間の光学経路に配置される、第2のビームスプリッタと、前記第2のビームスプリッタと光学通信する、第2のレーザ増幅器と、前記第2のレーザ増幅器と前記第2のOPAとの間の光学経路に配置される、第2の光学アイソレータと、をさらに備える、請求項7に記載のシステム。少なくとも1つの光学アイソレータは、ファラデーアイソレータを含む、請求項5~8のいずれかに記載のシステム。少なくとも1つのパルスピッカは、ポッケルスセルを含む、請求項5~8のいずれかに記載のシステム。前記モードロックされたレーザ源は、Nd:YAGピコ秒レーザである、先行請求項のいずれかに記載のシステム。前記OPOは、調節可能な、同期的にポンプされたOPOである、先行請求項のいずれかに記載のシステム。少なくとも1つのレーザ増幅器は、Nd:YAG増幅器である、請求項5~12のいずれかに記載のシステム。前記システムは、前記光学構成要素を囲繞する高耐久化された筐体をさらに備え、前記筐体は、不整合、振動、および外部汚染物質から前記光学構成要素を保護するように、ならびに車両上での載置のために構成される、先行請求項のいずれかに記載のシステム。高エネルギー、中波、超短レーザパルスを生成する方法であって、前記方法は、モードロックされたレーザ源からパルスシーケンスを提供することと、前記パルスシーケンスの第1の部分で、光学パラメトリック発振器OPOを駆動することと、前記OPAおよび前記OPAが自己同期するように、前記パルスシーケンスの第2の部分で、光学パラメトリック増幅器OPAを駆動することと、前記駆動されたOPAで、前記パルスシーケンスからの少なくとも1つのパルスを、超短レーザ出力パルスに増幅することと、を含み、前記パルスシーケンスは、前記OPAの光学キャビティサイズに基づく、方法。前記OPOの前記駆動は、前記ポンプレーザ源と前記OPOとの間の光学経路に配置される第1のアイソレータで、前記パルスシーケンスを第1に隔離することと、前記OPOと前記OPAとの間の光学経路において、前記OPOの出力の少なくとも一部を第1に捕捉することと、前記第1の捕捉された出力を第2に隔離することと、前記第2の隔離された出力を第1に増幅することと、前記レーザ信号源と前記第1のアイソレータとの間の光学経路に、前記第1の増幅された出力を導入することと、を含む、請求項15に記載の方法。前記OPAは、少なくとも2つの直列に接続されるダブルパスOPAを含み、少なくとも1つのOPAの前記駆動は、前記第1のOPAと前記第2のOPAとの間の光学経路において、前記第1のOPAの出力の少なくとも一部を第2に捕捉することと、前記第2の捕捉された出力を第3に隔離することと、前記第3の隔離された出力を第2に増幅することと、前記レーザ源と前記第1のファラデーアイソレータとの間の光学経路に、前記第2の増幅された出力を導入することと、を含む、請求項15または16に記載の方法。光学的にロックされた高エネルギー自己同期レーザ増幅システムであって、前記システムは、モードロックされたレーザ源と、前記モードロックされたレーザ源と光学通信する、第1のポッケルスセルと、前記第1のポッケルスセルが、ビームスプリッタと前記モードロックされたレーザ源との間の光学経路に配置されるように、前記第1のポッケルスセルと光学通信する、第1のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタが、前記第1および第2のポッケルスセル間の光学経路に配置されるように、前記第1のビームスプリッタと光学通信する、第2のポッケルスセルと、前記第2のポッケルスセルが、前記第1および第2のビームスプリッタ間の光学経路に配置されるように、前記第2のポッケルスセルと光学通信する、第2のビームスプリッタと、前記第2のビームスプリッタが、前記第2のポッケルスセルとOPOとの間の光学経路に配置されるように、前記第2のビームスプリッタと光学通信する、調節可能な光学パラメトリック発振器OPOと、前記第1のビームスプリッタが、第1のレーザ増幅器と前記第1のポッケルスセルとの間の光学経路に配置されるように、前記第1のビームスプリッタと光学通信する、第1のレーザ増幅器と、前記第1のレーザ増幅器が、前記第1のビームスプリッタと第1のファラデーアイソレータとの間の光学経路に配置されるように、前記第1のレーザ増幅器と光学通信する、第1のファラデーアイソレータと、前記第2のビームスプリッタが、第2のレーザ増幅器と前記第2のポッケルスセルとの間の光学経路に配置されるように、前記第2のビームスプリッタと光学通信する、第2のレーザ増幅器と、前記第2のレーザ増幅器が、前記第2のビームスプリッタと第2のファラデーアイソレータとの間の光学経路に配置されるように、前記第2のレーザ増幅器と光学通信する、第2のファラデーアイソレータと、前記OPOが、前記第2のビームスプリッタと第1のOPAとの間の光学経路に配置され、かつ前記第1のファラデーアイソレータが、前記第1のOPAと前記第1のレーザ増幅器との間の光学経路に配置されるように、前記OPOおよび前記第1のファラデーアイソレータと光学通信する、第1の光学パラメトリック増幅器OPAと、前記第1のOPAが、前記OPOと第2のOPAとの間の光学経路に配置され、かつ前記第2のファラデーアイソレータが、前記第2のOPAと前記第2のレーザ増幅器との間の光学経路に配置されるように、前記第1のOPAおよび前記第2のファラデーアイソレータと光学通信する、第2のOPAと、を備える、レーザ増幅システム。少なくとも1つのOPAは、マルチプルパスOPAである、請求項18に記載のレーザ増幅システム。前記モードロックされたレーザ源は、5~8ピコ秒の長さを有するパルスを生成し、前記OPOは、2.5から4ミクロンにわたり調節可能であり、前記第1および第2のレーザ増幅器は、Nd:YAG増幅器であり、前記システムは、前記光学構成要素を囲繞する遮光筐体をさらに備え、前記筐体は、不整合、振動、塵埃、および外部汚染物質から前記光学構成要素を保護するように、ならびに車両上での載置のために構成される、請求項18または19に記載のレーザ増幅システム。以下の本発明の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同一の参照番号は、同一または類似の要素と見なされる。また、以下の詳細な説明は、本発明を制限しない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって定義される。本明細書において述べられるレーザシステムの一部の変形は、中波における、高エネルギーピコ秒およびサブピコ秒レーザパルスに関する。変形はまた、移動プラットフォームおよび他のフィールド環境から動作するように構築および構成することができる、堅牢なレーザに関する。かかるレーザシステムに対する懸念としては、重量、コスト、振動への感度、塵埃への感度、構成要素の信頼性、および信号同期が挙げられる。本明細書において述べられるレーザシステムの一変形は、ポンプおよびシード/アイドラパルスの時間同期に関する。同期は、システムのパルス幅がシステムの時間ジッタに近付くにつれて、システムを同期させるために電子手段を使用とする時、より困難になる。同期されたレーザシステムの一部の変形は、サブ10psのポンプパルスを使用し、これは、システムジッタは、ポンプパルス幅よりも1桁長いため、増幅器に電子的に同期することができない。これは、電子構成要素が、効果的であるために時間内にパルスを検出するおよびそれに応答するには、十分に高速でも敏感でもないということを意味する。本明細書において説明されるシステムの変形は、OPAまたはOPA連鎖に送給するモード適合光学パラメトリック発振器OPOにエネルギーを提供するように、および、それと同期できるように、モードロックされたレーザパルストレインを使用することによって、タイミングジッタを補うまたは排除する。モードロックされたパルストレインは、レーザキャビティの往復時間で離間するレーザ発振器を出るパルス群である。ポンプレーザのモードロックは、能動または受動モードロックを含む、いくつかの方法で達成することができる。一部の変形において、所望のパルス持続期間が、電気信号でモジュレータを駆動することによって達成するには短すぎる場合があるため、受動モードロックが好ましい場合がある。受動モードロックは、一部の場合においては、色素セルといった可飽和吸収体で達成することができるが、一部の場合においては、ドープ結晶、半導体、および非線形光学効果カーレンズモードロック等を採用することができる。パルス同期の一変形において、80超のパルスが1つのトレインに存在する場合がある。最初の60程度は、モード適合OPOを同期的に駆動するために使用することができる。次いで、その後のパルスは、1つ以上の後続のOPAを駆動するために増幅および使用されてもよい。使用されるポンプパルスの全ては、同じパルストレインからもたらされるため、それらは、非常に同期される。したがって、このシステムに対するタイミングジッタは、問題にならない。モードロックされたパルストレインの実施例を、図1に示す。示される実施例において、多くのパルスは、各々、レーザキャビティによって判断される正確な時間間隔で、レーザを出る。最初の60程度のパルス1001は、関心対象の波長において、短パルス1010好ましくは、1ps以下を生成するOPOを駆動するために使用することができる。次いで、トレイン内のその後の1つ1010またはそれ以上のパルス1020は、OPOを追随する1つ以上のOPAを駆動するように増幅および使用することができる。モードロックされたトレイン内の全てのパルスは、トレイン内の全ての他のパルスに関して、正確に計時されるため、OPA複数を含むは、OPOの出力とともに正確に計時される。次いで、構成要素間の適切に選択された、または構成された光学遅延線1つまたは複数を、混合結晶の内側のパルスにオーバーラップするように適用することができる。一部の変形において、ポンプレーザジッタさえも、かかる手法によって取り消される。他の変形において、より多くのまたはより少ないパルスが、関心対象の波長に依存して、OPOを駆動するために使用されてもよい。一部の変形において、パルストレインは、50以下のみのパルスを有してもよい。かかる変形において、発振器に入るパルスの一部または全ては、再利用されてもよい。かかる変形において、パルストレインは、発振器に送給され、次いで、発振器を出る時に、シャッタを通過してもよい。次いで、ポッケルスセルであり得るシャッタは、所望の増幅連鎖を通じて送信するように、適切なパルスを選択するために使用されてもよい。他の変形において、さらにより長いパルストレインが、受動モードロックおよび出力パルス生成の作業を簡略化するために使用されてもよい。発振器が共振する回数が多いほど、それが生成する出力パルスの質はより良好となる。高効率OPO-OPA動作のためのかかるパルス同期を具現化する基本的なアーキテクチャの実施例が、図2aに示される。示される変形において、モードロックされた光学パルス源2001は、発振器2010および増幅器連鎖2020に送給する。かかるアーキテクチャの他の変形は、図2bに示される。図2bにおいて、モードロックされたピコ秒Nd:YAGパルスレーザ2101は、高強度パルスを生成し、次いで、着信パルスにおいて周波数変換を実施し、かつそれらを一連のダブルパスOPA2120、2130に送給する、同期的にポンプされたOPO2110に送給される。増幅連鎖における2つのOPAは、図2bのシステムに、130mjのパルスを生成させる。他の変形において、異なるタイプのOPOまたはOPA、ならびにより多くのまたはより少ないOPAが使用されてもよい。図2bに示される変形において、各OPA2120、2130は、ダブルパスOPAである。他の変形は、シングルパスまたはマルチプルパスOPAを含むことができるか、または増幅連鎖において3つ以上のOPAを含むことができる。示される変形は、ND:YAGピコ秒レーザ2101を使用するが、様々なパルス幅および周波数を生成することができる、モードロックされたTiSapphireまたはCr3:LiSAFといった、他のレーザタイプも使用することができる。さらに、示される変形は、増幅器連鎖において、第1のダブルパスOPA2120および第2のダブルパスOPA2130を描写するが、他の変形は、Er:GlassまたはEr:YAGといった、異なる増幅器タイプを使用することができ、より多くのまたはより少ない増幅器を採用することもできる。増幅器タイプは、所望の波長によって決定されてもよい。OPAは、3~5□mといった波長に対して好ましい可能性がある。変形は、10GW/cm2以上と高いパルス出力を生成することができる。ピーク強度は、好ましくは、含まれる材料に対する損傷閾値を下回る。損傷閾値は、おおよそパルス幅の平方根に従って増加する。したがって、10GW/cm2のピーク強度において、1psec幅のパルスにおける出力パルスエネルギーは、0.8ジュールと高い可能性がある。図2aおよび2bに示されるシステムの1つの具体的な特性は、パルス生成/増幅プロセスに含まれるパルス伸張器または圧縮器が存在せず、システムの構築をより安価かつ容易にし、振動感度、不整合、および光学損傷の主な源を除去するということである。上に記載されるように、従来のパルス伸張器および圧縮器は、サブミリメートルスケールの整合耐性を伴う多くの小さい構成要素を有する、非常に大きいデバイスである。小さいパルス伸張器は、最大8立方フィートの体積を必要とし得る。高エネルギーのピコ秒クラスのパルスに好適なパルス伸張器は、さらに大きいであろう。さらに、パルス伸張器に対する耐性は、干渉計に対するものに匹敵するため、かつ整合要件がデバイス全体にわたりサブミリメートルスケールであるため、パルス伸張器は、振動、塵埃、およびいかなる他の潜在的な外乱源にも極めて敏感である、大きく、取り扱いが煩雑で、高価なデバイスである。実験室状況において安定して構成および保持するのは困難であり、いずれの種類のフィールドまたはモバイル環境においても使用には全く適さない。さらに、図2aおよび2bに示されるシステムにおいて必要とされるフェムト秒fs発振器は存在せず、振動感度のなお別の源を除去することによって、システム信頼性をさらに改善する。また、上で示される解決策は、より軽量で、安価で、かつよりコンパクトであり、それが、車両といった移動プラットフォーム上での載置のために構築および構成されることを可能にする。いくつかの変形形態において、システム全体は、汚染物から保護し、かつ/または遮光環境をもたらす筐体内に含まれてもよい。いくつかの変形形態において、筐体内の構成要素は、構成要素間のビームの経路だけが筐体内における開いた空間となるように、発泡材料または成形物にさらに封入されてもよい。他の変形形態において、筐体は、アセンブリの向きまたは転位にかかわらず、個々のシステム構成要素の整合を維持するジャイロ素子を含むことができる。図2aおよび2bに示される解決策は、レーザシステム全体の同期が1ピコ秒未満であることを可能にし、それにより、増幅器連鎖において短いポンプパルスを使用することを可能にする。これは、システムの利得係数がポンプ強度に比例するため、有利である。短パルスは、非常に高い強度を提供することができる。したがって、パルスモードロックポンプレーザは、発振器および増幅器の両方を駆動するために使用することができる。ポンプレーザの出力は、ポンプレーザの往復キャビティ長さに従って正確に離間する一連のパルスである。上に記載されるように、モードロックは、現在、当該技術分野において既知の任意の数の方法において達成することができる。モードロックされたパルストレインは、受動的にレーザ全体を同期させるマスタ発振器としての役割を果たすことができる。一部の変形において、システムをモードロックさせるレーザ発振器内部の構成要素は、色素セル、音響光学モジュレータ、もしくはカーレンズモードロッカといった、レーザ利得媒質、受動および/または能動モードロック構成要素である。他の変形において、他の構成要素もまた、モードロックのために使用することができる。モードロック周波数は、10MHz未満~1GHz超に及び得る。一部の変形において、レーザ材料の利得帯幅は、モードロックするためのその能力を定義する。一部の変形において、振動は、レーザがモードロックするための能力に影響を及ぼし得る。単一のパルストレインの持続期間は、振動の持続期間未満であり得るため、パルスモードロックは、かかる振動に敏感な変形におけるCWモードロックよりも良好に作用し得る。パルスモードロックされたポンプレーザ2010は、OPO2110を駆動し、これは、OPA2120、2130の両方をポンプするため、図2bに示されるタイプのシステムは、自己同期している即ち、発振器および増幅器は、それらが、同じモードロックされたパルストレインによって送給されるため、ともに光学的にロックされる。時間ジッタは、いずれのジッタも、遅延線または光学キャビティの不適切または不正確な測定から生じるため、問題ではない。したがって、システムは、一度適切に構成されると、そのタイミングを容易に阻害または改変させることはできない。また、自己同期態様は、フェムト秒発振器に対する必要性を排除し、システムコスト、複雑性、重量、およびサイズを低減する。さらに、パルス伸張器または圧縮器は必要とされないため、システムは、よりコンパクトであり、重量がより軽く、より低コスト、ならびに光学損傷または不整合を受けやすい部品がより少ないため、移動および振動により耐性があり、これは、システムを、コンパクトにし、したがって、車両といった移動プラットフォーム上での使用のためにより容易に高耐久化および構成されたものにする。本明細書において述べられるタイプのコンパクトで車両載置可能な光学的にロックされたレーザシステム構成の実施例を、図3aに示す。示される実施例において、ピコ秒レーザ源4001は、モードロックされたパルストレインをモジュレータ4010またはパルスピッカに送給する。ピコ秒レーザの変形としては、受動的にモードロックされたNd:YAGまたはバナジウム酸塩レーザといった、モードロックされたソリッドステートのバルクレーザ、またはモードロックされたファイバレーザが挙げられ得る。モジュレータ4010またはパルスピッカは、レーザ源4001によって生成されるモードロックされたパルストレインからパルスを取るために使用することができる。一部の変形において、モジュレータ4010は、薄膜偏光子といった偏光光学素子と組み合わされるポッケルスセルであってもよい。モジュレータ4010の速度は、レーザ源4001のパルス反復率によって、および一部の場合において、パルス持続期間によっても判断することができる。示される変形において、ビームスプリッタ4110は、第1のモジュレータ4010からもたらされるパルストレインを、2つの部分に分離し、1つの部分は、その後のモジュレータ4020に進入し、別の部分は、レーザ増幅器4030に進入する。その後のモジュレータ4020は、第1のモジュレータ4010と同様に使用することができ、その出力もまた、ビームスプリッタ4120に送給することができる。一部の変形において、ビームスプリッタ4120、4110は、モジュレータ4010、4020と併せて、構成可能であるか、または選択的に起動することができる。かかるスプリッタは、OPAにおける増幅のためにモジュレータ4010、4020によって選択されるパルスを、増幅器4030、4040に方向付けることができる一方で、レーザ源4001によって提供されるモードロックされたパルストレインにおける他方のパルスが、発振器4090を駆動することを可能にする。一部の変形において、ビームスプリッタ4110、4120は、選択的なおよび/もしくは選択的に起動されたレフレクタに組み込むか、またはそれで置換することができる。かかるレフレクタは、モジュレータ4010によって識別されるような、選択されたパルスを、発振器4090または適切な増幅器4040、4030のいずれかに方向付けることができる。レーザ増幅器4030は、半導体光学増幅器、Nd:YAG増幅器、ファイバ増幅器、または利得媒質に基づき、任意の他のタイプの増幅器であってもよい。増幅器は、光学アイソレータ4080を介して、光学パラメトリック増幅器OPA4070に接続することができる。光学アイソレータ4080は、OPA4070からの光学フィードバックが、増幅器4030に戻るのを阻止するのに役立つ。パルストレイン内の各パルスは、好ましくは、低エネルギーであり、一部の場合において、1mJ未満である。多くのパルスがOPOを共振させるために使用されるため、かかるレベルは、典型的に、OPAをポンプするには十分ではないが、OPOをポンプするには十分であり得る。シングルまたはダブルパスOPAのポンピングは、好ましくは、パルストレインからのパルスをレーザ増幅器4030を通って渡すことによって生成され得る、エネルギーパルスで行われる。第2のモジュレータ4020を出るパルスもまた、分割4120されるように選択するか、またはそうでなければ、次いで、増幅されたパルスを、別の光学アイソレータ4050を介して別のOPA4060に渡す、レーザ増幅器4040に送給することができる。一部の変形において、光学アイソレータ4080、4050は、ファラデーアイソレータまたは他の偏光ベースの光学アイソレータであってもよい。モジュレータ4020、4010によってレーザ増幅4030、4040に対して選択されていないパルスは、発振器4090に送給されてもよく、これは、OPA4070、4060に対して効率的な位相整合を提供する。好ましくは、発振器4090は、OPOである。変形は、連続波OPO、単共振OPO、同期的にポンプされたOPO、およびファイバフィードバックOPOを使用することができる。上の配設の特定の変形を、図3bに描写する。図面から見ることができるように、調節可能な同期的にポンプされたOPO4210は、5~8ピコ秒のNd:YAGのモードロックされたパルスレーザ源4240に基づいて、2つのダブルパスOPA4220、4230に対する位相整合を提供するために使用される。ポッケルスセル4270、4280は、モードロックされたパルストレインから2つのパルスを選択し、かつそのそれぞれのパルスをOPA4220、4230のうちの1つに送給するNd:YAGレーザ増幅器4250、4260に各々を送信するためのパルスピッカとして使用される。出力は、かかる配設において、130mJ、1ピコ秒出力パルスである。図3bのシステムは、光学経路を創出するためにレフレクタを使用して示されるが、他の変形は、同様の光学経路創出および/または隔離を達成するために、プリズムまたは光ファイバを使用してもよい。図3aおよび3bから理解することができるように、システムは、パルス伸張または圧縮を使用することなく、かつ電子発振器を用いることもなく、高エネルギーのピコ秒パルス出力を達成する。かかるシステムは、小さいピックアップトラックの荷台に適合するほど十分に小さいか、または体積が約3立方フィート以下の高耐久化されたケーシング内部で組み立てることができる。一部の変形において、非常に小さい体積は、構成要素間の空隙の一部または全てを除去することによって実現することができる。対照的に、伸張器および圧縮器を使用するレーザシステムは、10ft3超の体積を付加するであろう。それらはまた、システムを環境条件塵埃、湿度、振動、温度にとてつもなく敏感にするであろう。本発明の例示的な実施形態のみが、本開示において図示および説明される。本発明は、種々の他の組み合わせおよび環境において使用することが可能であり、かつ本明細書において表現されるような本発明の概念の範囲内で、変更または修正が可能であるということが理解されるものとする。かかる変形は、本発明の精神および範囲からの逸脱として見なされないものとし、全てのかかる修正は、当業者には明らかであろうように、以下の請求項の範囲内に含まれることが意図される。