高平均出力レーザ用の空間フィルタ
空間フィルタは、第１のフィルタ素子及び第１のフィルタ素子とオーバラップする第２のフィルタ素子を含む。第１のフィルタ素子は、第１の距離だけ離れた第１の対の円柱レンズを含む。第１の対の円柱レンズのそれぞれが第１の焦点距離を有する。第１のフィルタ素子は、第１の対の円柱レンズの間に配置された第１のスリットフィルタも含む。第２のフィルタ素子は、第２の距離だけ離れた第２の対の円柱レンズを含む。第２の対の円柱レンズのそれぞれが第２の焦点距離を有する。第２のフィルタ素子は、第２の対の円柱レンズの間に配置された第２のスリットフィルタも含む。
【発明の詳細な説明】
【声明】
【０００１】
［連邦政府委託の研究又は開発で行なわれた発明に対する権利に関する声明］
【０００２】
[0001]米国政府は、米国エネルギー省とローレンスリヴァーモア国家安全保障（ＬＬＣ）の間の契約第ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４号に従って本発明における権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
[0002]高出力レーザは、高いビーム品質という特徴があるコヒーレント放射のビームをもたらす。好ましくは、高出力レーザのレーザ出力は、均一の波面という特徴がある。高出力レーザシステムは、高出力のコヒーレント放射を生成するので、多種多様な用途に使用されている。高出力レーザの産業用途には、レーザ切断及びレーザ溶接、レーザマーキングなどがある。多くの用途で、重要な測定基準の１つがビーム強度であり、焦点における面積当たりのパワー（Ｗ／ｍ２）で測定される。均一の波面を有するビームは、回折限界のスポットサイズに理想的に合焦することになる。しかし、レーザビームが、ほぼ常に不完全であるレーザ光学系を通って伝搬するとき、小規模なオブスキュレーション（ｏｂｓｃｕｒａｔｉｏｎ）及び位相物体からの散乱により、ビーム全体にわたって、強度及び波面の、高い空間周波数での変動が生じる。このような強度変動により、レーザ光学系の光損傷に関するリスクが増加し、強度変動及び波面変動のどちらによっても、後で合焦されるレーザビームのレーザスポットサイズが増大し、それによってビーム強度が低下する。高いビーム強度に依存する用途にとって、この状況は望ましくない。
【０００４】
[0003]ビーム品質を改善するために、レーザビームを空間的にフィルタリングして高い空間周波数の波面及び強度の変動を除去するのにピンホールが利用されている。一般に、レーザビームはレンズを用いて合焦され、ピンホールが焦点面に配置され、ピンホールによって遮蔽された位置で異常な光線を空間的に除去する。次いで、第２のレンズを使用してレーザビームをコリメートし、高強度の用途に適切な、より均一の強度及びより均一の波面を有するビームをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0004]ピンホール空間フィルタによってもたらされるビーム品質の利点にもかかわらず、ピンホールフィルタを使用することによるいくつかの問題が示される。したがって、当技術分野では、高出力レーザ用空間フィルタに関する改善された方法及びシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0005]本発明によれば、光学システムに関する技法が提供される。より詳細には、本発明の一実施形態は、像中継特性を有する多素子空間フィルタを提供する。単なる一例として、本発明は、直交スリットフィルタと対にされた円柱レンズ望遠鏡のオーバラップする（重なり合う）組を含む多素子空間フィルタに適用されている。例示的な別の例では、本発明は、非点収差レンズ及び直交スリットフィルタを有する空間フィルタに適用されている。本明細書に記載の方法及びシステムは、レーザ、増幅器などを含む多数の光学システムにも適用可能である。
【０００７】
[0006]本発明の一実施形態によれば、空間フィルタが提供される。空間フィルタは、第１のフィルタ素子及び第１のフィルタ素子とオーバラップする第２のフィルタ素子を含む。第１のフィルタ素子は、第１の距離だけ離れた第１の対の円柱レンズを含む。第１の対の円柱レンズのそれぞれが第１の焦点距離を有する。第１のフィルタ素子は、第１の対の円柱レンズの間に配置された第１のスリットフィルタも含む。第２のフィルタ素子は、第２の距離だけ離れた第２の対の円柱レンズを含む。第２の対の円柱レンズのそれぞれが第２の焦点距離を有する。第２のフィルタ素子は、第２の対の円柱レンズの間に配置された第２のスリットフィルタも含む。
【０００８】
[0007]本発明の別の実施形態によれば、空間フィルタが提供される。空間フィルタは、第１の方向に関する第１の焦点距離及び第１の方向に対して垂直な第２の方向に関する第２の焦点距離を有する第１の非点収差レンズを含む。空間フィルタは、第１の非点収差レンズから第１の焦点距離だけ離れた第１のスリットフィルタ及び第１の非点収差レンズから第２の焦点距離だけ離れた第２のスリットフィルタを含む。空間フィルタは、第１の入力方向に関する第３の焦点距離及び第２の入力方向に関する第４の焦点距離を有する第２の非点収差レンズをさらに含む。
【０００９】
[0008]本発明の特定の実施形態によれば、ダブルパス増幅器が提供される。ダブルパス増幅器は、入力部分及び反射部分を有する利得媒体、反射部分に光学的に結合された反射素子、及び入力部分に光学的に結合されたビーム経路を含む。ダブルパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された円柱レンズの第１の組も含む。円柱レンズの第１の組は、直交して配向される。ダブルパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された１組の開口をさらに含む。開口の組は、直交して配向される。さらに、ダブルパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された円柱レンズの第２の組を含む。円柱レンズの第２の組は、直交して配向される。さらに、ダブルパス増幅器は、開口の組と円柱レンズの第２の組の間に配置された導入ミラーを含む。
【００１０】
[0009]本発明の別の特定の実施形態によれば、マルチパス増幅器が提供される。マルチパス増幅器は、入力部分及び反射部分を有する利得媒体、反射部分に光学的に結合された反射素子、入力部分に光学的に結合されたビーム経路、及びビーム経路に沿って配置された円柱レンズの第１の組を含む。円柱レンズの第１の組は、直交して配向される。マルチパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された１組の開口も含む。開口の組は、直交して配向される。マルチパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された円柱レンズの第２の組をさらに含む。円柱レンズの第２の組は、直交して配向される。さらに、マルチパス増幅器は、開口の組と円柱レンズの第２の組の間に配置された導入ミラーと、開口の組と円柱レンズの第２の組の間に配置された第１の絶縁ループミラーと、開口の組と円柱レンズの第２の組の間に配置された第２の絶縁ループミラーと、第１の絶縁ループミラーから光を受け取って第２の絶縁ループミラーへ光を向けるように動作可能な絶縁ループとを含む。
【００１１】
[0010]本発明の特定の実施形態によれば、マルチパス増幅器が提供される。マルチパス増幅器は、ビームを光路に沿って向けるように動作可能な入力光学系及び光路に沿って配置された利得媒体を含む。マルチパス増幅器は、光路に沿って配置された空間フィルタも含む。空間フィルタは、第１のフィルタ素子及び第１のフィルタ素子とオーバラップする第２のフィルタ素子を含む。第１のフィルタ素子は、第１の距離だけ離れた第１の対の円柱レンズを含む。第１の対の円柱レンズのそれぞれが第１の焦点距離を有する。第１のフィルタ素子は、第１の対の円柱レンズの間に配置された第１のスリットフィルタも含む。第２のフィルタ素子は、第２の距離だけ離れた第２の対の円柱レンズを含む。第２の対の円柱レンズのそれぞれが第２の焦点距離を有する。第２のフィルタ素子は、第２の対の円柱レンズの間に配置された第２のスリットフィルタも含む。マルチパス増幅器は、光路に沿って配置された出力光学系をさらに含む。
【００１２】
[0011]本発明により、従来の技法に対して多数の利点が実現される。例えば、本システムは、所定の空間周波数より高い強度及び位相の変動を除去する空間フィルタを提供する。さらに、本発明の実施形態は、下流の物体平面でレーザ波面を回復する像中継を提供する。さらに、本発明の実施形態は、高い繰返し率のパルスレーザシステムにおけるビーム品質の維持を提供する。さらに、いくつかの実施形態は、レーザシステムに対する真空要件を低減し、それによって、従来のシステムと比較して、原価を低減し、ポンプ休止時間を短縮する。実施形態次第で、これらの利点の１つ又は複数が実現され得る。これら及び他の利点が、本明細書の全体にわたって、とりわけ以下で、より詳細に説明されることになる。
【００１３】
[0012]本発明の、これら及び他の目的及び機能、並びにそれらを達成する方法が当業者には明らかになるはずであり、本発明自体が、以下の詳細な説明を添付図面とともに解釈して参照することにより、最もよく理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による空間フィルタの簡略図である。
【図２Ａ】円形の開口に対する位置の関数として光強度を示す簡略図である。
【図２Ｂ】スリット開口に対する位置の関数として光強度を示す簡略図である。
【図３】本発明の別の実施形態による空間フィルタの簡略図である。
【図４】本発明の一実施形態によって屈折性又は回折性の構造体を用いるフィルタリングの簡略図である。
【図５】本発明の一実施形態によって提供された空間フィルタを利用するダブルパス増幅器の簡略図である。
【図６】本発明の一実施形態によって提供された空間フィルタを利用するマルチパス増幅器の簡略図である。
【図７】本発明の別の実施形態によるマルチパス増幅器の簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[0021]上記で論じたように、いくつかの高出力レーザ用途ではピンホールの空間フィルタが利用されている。しかし、ピンホールの空間フィルタには、高出力レーザシステムの状況ではいくつかの問題がある。いくつかの高出力レーザに伴う高い強度のために、ピンホールの中心を取り巻く材料のスパッタリングが動作中に生じ、光学系を汚染するおそれがあるスパッタ物質を生成する可能性がある。スパッタ物質によってレンズが汚染されると、レンズによるレーザ吸収が増加し、最終的にレンズが損傷することになる。このような汚染の問題はパルス用途で特に問題であり、頻繁なスパッタリング事象によってピンホールが消耗し、ピンホールの中心の開いた領域が時間に応じて拡大する。時間の経過につれて、ピンホールの消耗により、ビーム品質及びシステム性能が低下する。
【００１６】
[0022]高出力レーザ向けにピンホール空間フィルタを使用することによる別の問題に、ピンホールにおけるビームの電界が空気の絶縁破壊閾値を上回り、ピンホールでプラズマが生成されてレーザ光の吸収又は屈折をもたらすピンホール閉鎖がある。プラズマは、不均一になる傾向があり、レーザビームの波面歪みを引き起こすので、プラズマによる屈折は有害である。ピンホールの縁端部におけるレーザビーム強度が材料をレーザビームの中へと融除するのに十分なときにもピンホール閉鎖が起こり、融除された材料がプラズマに変化する可能性もある。空気の絶縁破壊からのピンホール閉鎖は、直ちにピンホール閉鎖をもたらすが、融除された材料からのピンホール閉鎖は、融除された材料がビームの中へ移動するのに十分な数十ナノ秒の期間の後に起こる。プラズマ又は融除された材料によるレーザビームの吸収又は屈折は、ピンホールを通る長い（例えば数十ナノ秒のピンホール閉鎖時間より長い）パルスの伝搬を妨げる。さらに、パルス用途では、次のレーザパルスの到着までにプラズマが放散していないと、この後続のパルスがプラズマへの吸収又は屈折を受けることがあり、長いパルスの用途に加えてパルス用途も損なわれる。
【００１７】
[0023]プラズマ生成及びピンホール閉鎖問題に対する可能な解決策に、ピンホールを真空の中に置くものがある。ピンホールにおけるガス圧力の低下が、プラズマ生成のレベルを低下させることになり、ピンホール閉鎖問題を解決する可能性がある。しかし、本発明者は、真空又は真空に近い条件において可視波長又は紫外線波長で動作するレーザビームは、光学コーティングの劣化に関連すると判断した。コーティングは光学システムの反射を低減するのに利用されるので、このような劣化は問題がある。本発明の範囲を制限することなく、本発明者は、光学系を真空条件で可視レーザ光にさらすと、光学コーティングの中に存在する酸素が可視レーザ光によって光学コーティングから追い出されることがあると考える。次いで、コーティングに残っている酸素不足の材料が光を吸収して、性能に悪影響を及ぼす。
【００１８】
[0024]図１は、本発明の一実施形態による空間フィルタの簡略図である。図１に示された空間フィルタ１００は、第１のフィルタ素子１１０と第２のフィルタ素子１２０との２つのオーバラップするフィルタ素子を含む。第１のフィルタ素子１１０は、第１の円柱レンズ１１２及び第２の円柱レンズ１１４を含む。第１の円柱レンズ１１２と第２の円柱レンズ１１４は、第１の距離ｄ１だけ離れている。第１の円柱レンズ及び第２の円柱レンズは、どちらも第１の焦点距離（ｆ１）によって特徴づけられる。第１のフィルタ素子は、水平の構成に配向されて第１の円柱レンズ１１２と第２の円柱レンズ１１４の間に配置された第１のスリットフィルタ１１６も含む。第１の円柱レンズ１１２は、レンズを垂直面で通る光線を合焦し、水平面では合焦作用なしに光線を通すように配向される。第１の円柱レンズを通る平面波は、焦点面でスリット形ビームを形成することになり、同ビームは第１のスリットフィルタ１１６と位置合わせされる。好ましくは、スリット形ビームのパワーの大半が、第１のスリットフィルタ１１６を通ることになる。第１のスリットフィルタ１１６を通る光は、垂直面で発散して第２の円柱レンズ１１４によってコリメートされる。第１のフィルタ素子１１０は、垂直フィルタと称され得る。
【００１９】
[0025]空間フィルタは、第１のフィルタ素子１１０とオーバラップする第２のフィルタ素子１２０も含む。第２のフィルタ素子１２０は、第３の円柱レンズ１２２及び第２の距離ｄ２だけ離れた第４の円柱レンズ１２４を含む。第３の円柱レンズと第４の円柱レンズは、どちらも第２の焦点距離（ｆ２）によって特徴づけられる。第２のフィルタ素子は、垂直の構成に配向されて第３の円柱レンズ１２２と第４の円柱レンズ１２４の間に配置された第２のスリットフィルタ１２６も含む。第３の円柱レンズ１２２は、レンズを水平面で通る光線を合焦し、垂直面では合焦作用なしに光線を通すように配向される。第３の円柱レンズを通る平面波は、焦点面でスリット形ビームを形成することになり、同ビームは第２のスリットフィルタ１２６と位置合わせされる。好ましくは、スリット形ビームのほとんどのパワーは、第２のスリットフィルタ１２６を通ることになる。第２のスリットフィルタ１２６を通る光は、水平面で発散して第４の円柱レンズ１２４によってコリメートされる。第２のフィルタ素子１２０は、水平フィルタと称され得る。
【００２０】
[0026]第１のスリットフィルタと第２のスリットフィルタの間の距離は、所定の距離ｇである。したがって、線焦点の間の距離は所定の距離ｇと等しい。距離ｇは、２つのスリットフィルタ１１６及び１２６におけるスリット形ビームの長い寸法を決定する。したがって、ｇは、これらのスリットフィルタにおけるビーム強度も決定する。図１に示された実施形態では、距離ｇは円柱レンズの焦点距離未満である。
【００２１】
[0027]図１に示された空間フィルタは、ビーム断面１３０によって示された第１の円柱レンズ１１２におけるビームの縦横比と、ビーム断面１３２によって示された第４の円柱レンズ１２４におけるビームの縦横比が等しい、特定バージョンの像中継をもたらす。
【００２２】
[0028]図１を参照すると、本発明の特定の実施形態は、同一の焦点距離ｆ１＝ｆ２＝ｆによって特徴づけられる円柱レンズを利用する。この実施形態では、距離ｄ１は２ｆに等しく、距離ｄ２は２ｆに等しく、第１の円柱レンズと第４の円柱レンズの間の距離は２ｆ＋ｇに等しい。示された構成では、合計の中継距離は４ｆに等しく、空間フィルタ外部の合計の中継距離は４ｆ−２ｆ−ｇ＝２ｆ−ｇに等しい。したがって、この特定の実施形態は、ビームの縦横比を変更せずに像を中継する。ビームサイズが拡大若しくは縮小される実施形態、又はビームの縦横比が変更される実施形態も可能であるため、図１は例示と見なされるべきである。例えば、像を中継するため、又は所望の拡大をもたらすか若しくは縦横比を変化させるために、焦点距離を変化させ得ることが理解されよう。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００２３】
[0029]各フィルタ素子において、第１の対の円柱レンズの配向は、第２の対の円柱レンズの配向に対して垂直である。さらに、第１のスリットフィルタの配向は、第２のスリットフィルタに対して垂直である。したがって、図１に示された構成では、第１のフィルタ素子は、第２のフィルタ素子に対して垂直である。したがって、円柱レンズとフィルタの組合せは、水平と垂直の両方向で第１の円柱レンズ上に入射する光ビームの空間フィルタリングをもたらすが、フィルタで低下したビーム強度によって特徴づけられるスリットフィルタを使用している。これは、従来の、ピンホールを利用して、ピンホールで生じる高いビーム強度により、ピンホール材料のスパッタリング、ピンホール閉鎖、及び上記で論じた他の問題がもたらされる手法と対照をなす。本明細書で説明された技法は、１）フィルタ素子を１つだけ使用し、その結果、フィルタリングが１つの方向でのみ起こる手法、又は、２）２つのフィルタ素子を使用するが像中継を達成するためのスリットフィルタのオーバラップがない構成の手法、のいずれかであるスリットフィルタを使用する手法と対照をなす。さらに、本発明の実施形態は、ビームに非点収差を与えるように傾斜された２つの球面レンズと、互いに直交して配向された２つのスリットフィルタとを使用する手法と対照をなす。具体的には、本明細書に示された、対の円柱レンズ又は非点収差レンズを使用する本発明の実施形態は、はるかに大きな強度低下をスリットフィルタで達成し、それによって、ビームを歪めるか又はビームを吸収するプラズマを発生せず、或いはスリットフィルタの縁端部からの材料のアブレーションを引き起こすこともなく、より大きなパワーのビームをフィルタリングすることができる。
【００２４】
[0030]図２Ａは、円形の開口に対する位置の関数として光強度を示す簡略図である。図２Ａに示された円形の焦点については、高いフルエンスが生成され、従来の空間フィルタに関連した状況では、丸いピンホール開口及び球面レンズを利用する。ピンホールにおけるビーム強度は、Ｉｓｐｏｔと称され得る。図２Ｂは、スリット開口に対する位置の関数として光強度を示す簡略図である。図２Ａに示された円形の焦点に対する放射照度パターンとは対照的に、スリット開口におけるビーム強度は、線焦点に関連したものとなる。円柱レンズを使用して生成された線焦点は、円形の焦点と比較して低減されたフルエンスをもたらす。例えば、スリット幅がピンホールの直径ｄと等しく、円柱レンズの焦点距離が球面レンズの焦点距離と等しければ、スリット開口におけるビーム強度はＩｓｐｏｔ×（ｄ／Ｌ）にほぼ等しく、Ｌはスリット長さである。スリット長さがスリット幅よりはるかに大きいので、スリット開口のビーム強度は円形のピンホール開口と比較して大幅に低下する。したがって、図１の空間フィルタに示されたように円柱レンズ及びスリット開口を利用すると、ビーム強度が低下した線焦点がもたらされ、放射照度及びフルエンスのレベルが低下して、プラズマ生成による光学素子の損傷の閾値を下回る。
【００２５】
[0031]本発明の実施形態を利用すると、空間フィルタ素子（すなわちスリットフィルタ）の面におけるビーム強度を、およそ２桁小さくすることができる。例えば、４０ｃｍ×４０ｃｍの開口を有するレーザビームラインでは、１．５ｍｍのピンホールではなく１．５ｍｍ×２０ｃｍのスリットを使用することにより、空間フィルタ開口の縁端部上の放射照度及びフルエンスは、１００分の１未満に低減される。本明細書に説明された実施形態では、ピンホールフィルタではなくスリットフィルタを使用すると、開口壁のピーク放射照度が、プラズマ閾値を下回るレベルに低下することになる。一般に、プラズマ生成の閾値は、約１００ＧＷ／ｃｍ２である。本発明の実施形態は、ピーク放射照度を、プラズマ生成のための閾値をかなり下回る数十ＧＷ／ｃｍ２程度以下の値にすることができる。結果として、光学システムのガス圧力を、プラズマ生成による光絶縁破壊の閾値を上回ることなく増加することができる。特に、真空要件が低減されると、運転費用並びにシステムポンプ休止時間が低減することになり、システムのオペレータにとって顕著な利益となる。さらに、光学系上の材料の堆積と関係する問題（例えば光学系の金属化）にも、光学システムに酸素又は他の適切なガスを付加することにより、場合によっては対処することができる。
【００２６】
[0032]さらに、本発明の実施形態の開口壁上のピークフルエンスは、多くの材料に対する損傷閾値より１段階下回って低減される。例えば、かすめ入射でのＮＧ−４ガラス壁の光損傷に関する閾値は、５ｎｓで約５ｋＪ／ｃｍ２である。本発明の実施形態は、ピークフルエンスを、上記の条件でＮＧ−４ガラスへの光損傷に関する閾値をかなり下回る１平方センチメートル当たり数百ジュール程度以下の値に低減する。したがって、ガラスでライニングされたテーパ状の壁を有するスリット開口を使用すると、プラズマ生成と光損傷の両方を回避する可能性が高い。
【００２７】
[0033]図３は、本発明の別の実施形態による空間フィルタの簡略図である。図３に示された実施形態では、対の円柱レンズが、垂直と水平の両方向で合焦する能力を有する非点収差レンズで置換されている。図３を参照すると、空間フィルタは、垂直方向で合焦するための第１の焦点距離ｆｖ，１及び水平方向、すなわち垂直方向に対して垂直な方向で合焦するための第２の焦点距離ｆｈ，１を有する第１の非点収差レンズ３１０を含む。図３に示された例では、垂直方向は第１の入力方向と称することができ、水平方向は第２の入力方向と称することができる。２つの方向の焦点距離は異なり、焦点距離ｆｈ，１は焦点距離ｆｖ，１より大きい。
【００２８】
[0034]第１のスリットフィルタ３２２は光路に沿って配置され、第１の非点収差レンズ３１０から第１の焦点距離ｆｖ，１だけ離される。図３に示されるように、第１の非点収差レンズ上に入射する平行ビームは垂直方向に合焦され、合焦されたビームは第１のスリットフィルタ３２２を通ることができる。第２のスリットフィルタ３２４も光路に沿って配置され、第１の非点収差レンズから第２の焦点距離ｆｈ，１だけ離される。したがって、第１の非点収差レンズ上に入射する平行ビームは水平方向に合焦され、合焦されたビームは第２のスリットフィルタ３２４を通ることができる。第１のスリットフィルタ３２２と第２のスリットフィルタ３２４は、距離ｇだけ離される。図３に示されるように、第１のスリットフィルタと第２のスリットフィルタは、互いに垂直である。距離ｇは、２つの垂直方向ｆｈ，１とｆｖ，１の焦点距離の差である。
【００２９】
[0035]ビームが第１のスリットフィルタ３２２及び第２のスリットフィルタ３２４を通るとき、ビームは、第１の入力方向（例えば垂直方向）に関する第３の焦点距離ｆｖ，２及び第２の入力方向（例えば水平方向）に関する第４の焦点距離ｆｈ，２を有する第２の非点収差レンズ３１２に到達するまで発散する。２つの方向の焦点距離は異なり、焦点距離ｆｈ，２は焦点距離ｆｖ，２より小さい。ビームは、第２の非点収差レンズ３１２によってコリメートされる。
【００３０】
[0036]図３に示された空間フィルタは、焦点距離ｆｈ，２とｆｖ，１が等しいとき、及び焦点距離ｆｖ，２とｆｈ，１が等しいとき、像中継をもたらす。この場合、全体の中継距離Ｒは、
Ｒ＝（１−ｍ２）ｔ＋（１−ｍ）Ｌであり、
ここで、ｍ＝ｆｖ，２／ｆｖ，１＝ｆｈ，１／ｆｈ，２、Ｌ＝ｆｖ，１＋ｆｖ，２＝ｆｈ，１＋ｆｈ，２であり、ｔは入力像面と第１のレンズ３１０の間の距離である。ｍ及びＬに関するこれらの式の両方で、垂直方向の焦点距離と水平方向の焦点距離は異なる。
【００３１】
[0037]図３に示された空間フィルタによってもたらされる中継像は、図１に示されたものからいくつかの点で異なる。例えば、図３では、入力ビームと出力ビームは断面積が等しいが、ビーム寸法が変えられており、入力ビームは長手方向を水平に配向されたビーム断面３３０を有し、出力ビームは長手方向を垂直に配向されたビーム断面３３２を有する。入力ビームが正方形であるとき、出力ビームも正方形であることに留意されたい。さらに、図３及び図４に示されたレンズは長方形（例えば正方形）であるが、本発明の実施形態は、特定の用途に対して円形のレンズ又は他の形状のレンズを必要に応じて利用することができる。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００３２】
[0038]図４は、本発明の一実施形態によって屈折性又は回折性の構造体を用いるフィルタリングの簡略図である。本発明の実施形態には、屈折性、回折性、吸収性、及び反射性の構造体がフィルタリング用に適用可能なので、図４は例示と見なされるべきである。例えば、球面レンズを使用する空間フィルタで、高い次数の空間周波数を除去するのに屈折又は回折を用いる円形の構造体を使用することができると提案されている。このような屈折性又は回折性の構造体の直線状のバージョンは、本発明の実施形態に使用することができ、或いは本明細書で論じた円柱レンズ又は非点収差レンズと組み合わせて使用することができる。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００３３】
[0039]図５は、本発明の一実施形態によって提供された空間フィルタを利用するダブルパス増幅器の簡略図である。図５に示された実施形態では、増幅される光が、１組の直交する円柱レンズ５１０及び５１２を使用して増幅器に導入される。これらの直交する円柱レンズは、平行ビームが導入ミラー５４８に向かって伝搬するとき合焦されて集束ビームになるように調整される。導入ミラーは、一方の寸法に関して非近接場に近く、他方の寸法に関して近接場にあるように配置される。
【００３４】
[0040]導入ミラーが導入されたビームの向きを変え、次いでビームは垂直の入力スリット５４０を通る。垂直に配向されたダブルスリット素子５８０は、入力スリット５４０及び出力スリット５４２を含む。第２のダブルスリット素子５８２は、水平に配向され、入力スリット５４４と出力スリット５４６の２つのスリット開口を含む。図１及び図３に関して論じたように、垂直と水平とに配向されたダブルスリット素子が、直交する入力スリット／出力スリットの対を形成する。光は、直交する入力スリット対５４０／５４４を通った後で、直交する円柱レンズ５２０及び５２２によって合焦される。平行ビームは、増幅器５３０として参照される利得媒体を通る２つのパスになる。利得媒体（利得材料とも称される）は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ガラス、Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＳｒＦ２などを含むいくつかの別々の材料のうちの１つであり得る。利得媒体を通る第２のパスをもたらすために、利得媒体を通る第１のパスの後で光を反射するように、ミラー又はグレーティングなどの反射素子５３２が使用される。グレーティングなどを含むミラー以外の反射素子を利用することができる。
【００３５】
[0041]利得媒体５３０を２回通った後で、増幅された光は、直交するレンズ対５２０／５２２によって２度目の合焦がなされ、出力スリット５４６及び５４２の組へのビーム経路に沿って伝搬する。図１を参照して、円柱レンズ５２２と水平に配向された出力スリット５４６との間の間隔は、円柱レンズ５２２の焦点距離に等しい。垂直に配向された出力スリット５４２を通った後で、増幅して空間的にフィルタリングされた光は、直交する円柱レンズの対５５０及び５５２によって合焦される。円柱レンズ５２０と垂直に配向されたスリット５４２との間の間隔は円柱レンズ５２０の焦点距離に等しく、円柱レンズ５５０と水平に配向されたスリット５４６との間の間隔は円柱レンズ５５０の焦点距離であり、円柱レンズ５５２と垂直に配向されたスリット５４２との間の間隔は円柱レンズ５５２の焦点距離に等しい。円柱レンズ５２２と円柱レンズ５５２の間のビーム経路に沿った光学システムにより、像中継がもたらされる。
【００３６】
[0042]図１及び図５を参照すると、両空間フィルタの間の設計の類似性を理解することができる。直交レンズの対５２２／５２０が直交レンズの対１１２／１２２に対応し、直交レンズの対５５０／５５２が直交レンズの対１１４／１２４に対応する。図５の直交スリットフィルタは、別々の入力ビームと出力ビームの経路を可能にするようにダブルスリット構成で設けられるが、水平／垂直のスリットフィルタ１１６／１２６に全体的に対応する。したがって、図１に示された空間フィルタの利点が、図５に示されたダブルパス増幅器システムで利用可能である。図５に示された光学システムは、円柱レンズ５２２におけるビームの断面が円柱レンズ５５２におけるビームの断面に等しい、不変のビーム縦横比をもたらす。図５に示された設計では、導入ミラーのサイズが、従来の入力ミラーと比較して増加されており、入力ミラーは、所与のパワーレベルに対してより低いフルエンスで動作するか、又は所与のフルエンスレベルに対してより高いパワーで動作することができる。
【００３７】
[0043]図５に示されたダブルパス増幅器システムでは、導入ミラーは、スリット開口の組と直交する円柱レンズの組５５０／５５２の間に配置される。本発明には、この特定の光学設計は必要とされず、他の入力ミラー位置が本発明の範囲内に含まれる。図５に示された実施形態では円柱レンズの組が利用されているが、図３に関して論じたように非点収差レンズを利用することもできる。
【００３８】
[0044]図６は、本発明の一実施形態によって提供された空間フィルタを利用するマルチパス増幅器の簡略図である。図６に示されたマルチパス増幅器は、後方へ伝搬するパルスに対する保護をもたらす。図６を参照すると、本明細書で説明されたような空間フィルタを利用するマルチパス（すなわち４つのパス）増幅器の実装形態が示されている。図６に示されたマルチパス増幅器は、対の直交円柱レンズ６２４及び６２６と、水平に配向された複数のスリットフィルタ素子６２２と、垂直に配向された複数のスリットフィルタ素子６２０と、第２の対の直交円柱レンズ６６０及び６６２とを含む空間フィルタを含んでいる。図６の空間フィルタには、図５に示された空間フィルタと、いくつかの類似点並びにいくつかの相違点がある。
【００３９】
[0045]フロントエンド光学システム６１０は、増幅器に入力ビームを供給する。フロントエンド光学システムは、１つ又は複数の自由空間と、１つ又は複数のレーザ源を含むファイバベースの光学コンポーネントとを含むことができる。光ビームは、導入ミラー６１２に向かって伝搬する集束ビームをもたらすために、フロントエンド光学システムの素子によって合焦され得る。導入ミラー６１２は、増幅器のビーム経路に光を導入するのに使用される。光は、複数のスリットフィルタ素子６２０に設けられた４つのスリットのうちの１つである垂直に配向されたスリットフィルタを通る。ダブルスリット素子５８０に類似のやり方で、光ビームがマルチパスのやり方でシステムを通って伝搬するとき空間的にフィルタリングするのに、複数のスリットが使用される。
【００４０】
[0046]水平に配向された複数のスリットフィルタ素子６２２がビーム経路に沿って配置され、光は、４つのスリットのうちの第１のスリットを、ビーム経路＃１（すなわちパス＃１）に沿って円柱レンズ６２４の方へ通る。２つの円柱レンズ６２４及び６２６は、直交して配向され、１対の直交円柱レンズを形成する。光は、初回は経路＃１に沿って増幅器６３０を通り、反射性の構造体（例えばミラー）６３２から反射される。増幅器６３０を２回通った後で、増幅された光が、直交円柱レンズ６２６／６２４の組を通り、次いで水平に配向された複数のスリットフィルタ素子６２２の第２のスリット及び垂直に配向された複数のスリットフィルタ素子６２０の第２のスリットを通る。この２回目のパスのためのビーム経路は、図６のパス＃２によって参照される。増幅器の材料は、例えばＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ガラスなどの任意の適切な利得材料であり得る。さらに、反射素子は、ミラー、グレーティング、又は他の適切な反射器であり得る。
【００４１】
[0047]後方へ伝搬するパルスに対する保護をもたらすために、第１の絶縁ループミラー６４０と第２の絶縁ループミラー６４２の間の光路に沿って光学組立体が設けられる。絶縁ループは、対象によって反射されてレーザシステムへ戻るパルスからレーザフロントエンドを絶縁する（又は保護する）。光学組立体は、ミラーと、レンズと、ポッケルスセル、ファラデー回転子などのいくつかのタイプの偏光回転子のうちの１つであり得る回転子６５２を含む。必要に応じて、偏光は、増幅器への導入に先立って、第２の回転子又はミラー（図示せず）の組合せを使用して、元の状態へ回転して戻される。ビームは、第２の絶縁ループミラー６４２を使用して再導入される。経路＃４に沿って、次いで経路＃３に沿って後方へ伝搬し、次いで第２の絶縁ループミラー６４２から反射される後方伝搬波は、偏光子６５４によって反射され、ビームダンプ６５０の中へ向けられることになる。
【００４２】
[0048]増幅されるべき光は、第２の絶縁ループミラー６４２から反射されて経路＃３に沿って伝搬し、垂直に配向された複数のスリットフィルタ素子６２０の第３のスリット及び水平に配向された複数のスリットフィルタ素子６２２の第３のスリットを通る。第３の経路は、直交円柱レンズ６２４／６２６の組を通り、増幅器６３０を３回通って、反射素子６３２から反射し、増幅器を通る第４のパスを構成する。増幅された光は、経路＃４に沿って伝搬し、直交円柱レンズ６２６／６２４の組を通り、水平に配向されたフィルタ素子６２２及び垂直に配向されたフィルタ素子６２０の第４のスリットを通って、次いで直交円柱レンズ６６０及び６６２の第２の組を通る。増幅器の出力は、円柱レンズ６６２を通った後にもたらされる。
【００４３】
[0049]図６に示された増幅器を利用すると、絶縁ループミラー６４０及び６４２におけるフルエンスが、従来の設計と比較して低減される。したがって、球面レンズ及びピンホールを利用する空間フィルタに対して、絶縁ループミラーは、これらの低減されたフルエンスの結果として、より大きな寿命を有する可能性がある。さらに、図６に示された実施形態は、破壊物の破片による光学系の汚染を低減することになる。さらに、本発明の実施形態によって提供された空間フィルタを使用すると、絶縁ループミラー及び他の光学系を損傷することなく、より大きな後方伝搬パルスのエネルギーが許容されることが可能になるはずである。図６に示された実施形態では円柱レンズの組が利用されているが、図３に関して論じたように非点収差レンズを利用することもできる。
【００４４】
[0050]本発明の実施形態に利用される円柱レンズは、従来の球面レンズと比較して、後方反射と関係する追加の利点をもたらす。球面レンズ及びピンホールフィルタを使用すると、好ましくはビーム経路に対して垂直に配向される球面レンズからの反射が、垂直な入射で反射してピンホールフィルタを通って戻ることになり、「ペンシルビーム」と称されることがある強いビームをもたらし、このビームが利得媒体で高強度に増幅される可能性がある。したがって、これらの後方伝搬波の増幅による利得消耗並びにこれらの後方伝搬波の高強度による光学コンポーネントの損傷が生じる可能性がある。
【００４５】
[0051]後方反射を低減するために球面レンズが傾斜される（ビーム経路に対して垂直に配置されない）と、球面レンズの形状により、入射ビームに対して垂直なレンズの新規の部分がもたらされることになり、ビームのいくらかの部分が後方伝搬波として反射され得る。したがって、球状の光学系を傾斜させることでは、後方伝搬波及びもたらされる問題は容易には解決されない。
【００４６】
[0052]それと対照的に、円柱レンズを傾斜させると、後方反射によって生成される後方伝搬波が大幅に低減する。平凸の円柱レンズの入射ビームと向かい合う平面側で、円柱レンズを傾斜させると、ビーム経路に対してある角度で入射ビームを反射することになり、後方伝搬光が、スリットフィルタの非中央部分によって阻止されることになる。一般に、後方伝搬光を阻止するのにｄ／２ｆ程度の傾斜角なら十分であり、ここで、ｄは狭い方向のスリット幅であり、ｆは円柱レンズの焦点距離（スリット開口から円柱レンズまでの距離）である。
【００４７】
[0053]図７は、本発明の別の実施形態によるマルチパス増幅器の簡略図である。図７に示されるように、この実施形態は、マルチパス増幅器とともに図１に関して論じた空間フィルタ１００を利用する。空間フィルタ１００は、単一の水平スリット及び単一の垂直スリットを含んでおり、ビームは、マルチパス増幅器７００を通って伝搬するときフィルタリングされる。図７に示されるように、ビームは、増幅の期間中、同じ垂直スリット及び水平スリットを何度も繰り返して通る。本発明の実施形態により、スリットにおける強度がプラズマ生成の閾値未満であるので、同一のスリットにビームを何回も通すことができる。したがって、上記で論じたピンホール閉鎖現象は起こらない。したがって、本発明の実施形態は、球面レンズ及びピンホールフィルタを使用する、以前のパスで生成されたプラズマが後続のパスの期間中に依然として存在する可能性が高い従来の空間フィルタと対照をなす。増幅されたビームが増幅器を通る多数のパスを構成することが可能になることにより、フロントエンドレーザのサイズが、従来の手法と比較して縮小され得て、それによって原価が低減する。
【００４８】
[0054]図７を参照すると、入力ビームは、図面の左側から「ｐ」の偏光を有して導入され、入力ビームが偏光子７１０によって伝送されることを可能にしている。次いで、ビームは、偏光子７１０並びにポッケルスセル７２０を通り、ポッケルスセルは、偏光がこのポッケルスセルを通った後で「ｐ」のままであるように低電圧で動作される。次いで、ビームは、初めて増幅器７４０を通り、次いで空間フィルタ１００に到達する。図１に関して説明されたように、この実施形態では円柱レンズ及びスリットフィルタが利用される。追加の実施形態は、空間フィルタ１００の代わりに、図３に示された空間フィルタを利用する。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００４９】
[0055]増幅されたビームは、ポッケルスセル７２２を通る。このポッケルスセルが全電圧で動作するので、偏光が「ｐ」から「ｓ」へ回転され、ビームは偏光子７１２からミラー７３２へ反射される。ミラー７３２による反射の後、ビームは偏光子７１２に戻り、ここでビームはポッケルスセル７２２の方へ反射して戻され、ポッケルスセル７２２は依然として全電圧で動作している。したがって、ポッケルスセル７２２は、偏光を回転させて「ｐ」偏光へ戻す。光は、再び空間フィルタ１００を通った後で、増幅器７４０で２度目の増幅を受ける。次いで、ビームはポッケルスセル７２０を通り、ポッケルスセル７２０は、このとき全電圧であって、ビームの偏光を「ｓ」偏光へ回転させる。「ｓ」偏光されたビームは偏光子７１０によってミラー７３０へ反射され、次いで、ミラー７３０は、光学鎖によってビームを反射して戻す。ポッケルスセル７２０及び７２２が全電圧にとどまる限り、その結果、偏光子７１０及び７１２における偏光は常に「ｓ」であり、増幅されたビームは、ミラー７３０と７３２の間で循環し続けることになる。増幅器を通るパスの回数は、システムオペレータによって決定され得て、特定の実施形態では任意である。図７に示された実施形態によってもたらされる多数のパスの利点は、より大きなビーム増幅であり、したがって、入力パルスを生成するのにより小さなフロントエンドレーザが使用され、それによってシステム原価が低減する。さらに、パスがより多ければ、利得媒体の飽和フルエンスが光学系の損傷フルエンスに対して高いとき、増幅器からのエネルギー抽出効率を改善する付加利益を得ることができる。増幅器の利得が比較的小さく、十分なパスが構成され、その結果、増幅器を通って蓄積されたフルエンスが飽和フルエンスの数倍であれば、出力ビームのフルエンスが飽和フルエンス未満でさえ、効率的な抽出が可能である。
【００５０】
[0056]マルチパス増幅器からビームを抽出するために、ポッケルスセル７２２における電圧がゼロに低下され、偏光子７１２におけるビーム偏光は「ｐ」になり得る。「ｐ」偏光されたビームは、偏光子７１２によって伝送されて増幅器から出力される。
【００５１】
[0057]ビームが光ビーム経路を通る度に、ビームが空間フィルタ１００によって浄化されることに留意されたい。上記で論じたように、スリットを用いると各パスで同一のスリットを再利用することが可能であり（ピンホールでは不可能である）、その理由は、スリット縁端部におけるレーザビーム強度のフルエンスがプラズマ生成の閾値未満にとどまり、それによって、最初のパスの後に続くパスのビームを妨害することになるピンホール閉鎖（又はスリットに対してピンホール閉鎖と同等のもの）を防止するからである。
【００５２】
[0058]図５〜図７に示された増幅器は、本明細書で説明された空間フィルタを使用することによって動作パラメータを改善することができる特定の実装形態である。しかし、本発明はこれら特定の実装形態に限定されるものではなく、他の増幅器の構成も、増幅器システムのコンポーネントとして、円柱レンズ又は非点収差レンズとスリットフィルタとの組を有する空間フィルタを集積化することによって利益を得ることができる。単なる例として、Ｙｂ：ＳｒＦ２利得媒体を使用するマルチパス増幅器は、本明細書で説明された空間フィルタの集積化から利益を得ることができるシステムである。第２の例として、円柱レンズ又は非点収差レンズを使用する空間フィルタが、「リングレーザ」の設計に組み込まれ得て、同設計では、ビームは閉ループを通る多数のパスを構成し、パス数は１つ又は複数のポッケルスセル及び偏光子によって制御される。この実施形態では、ビームは、ビームが閉ループを通って構成する各往復で、空間フィルタを同一の方向に１回通る。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００５３】
[0059]本明細書に説明された例及び実施形態は説明のためだけのものであり、これらの例及び実施形態の光の様々な変更又は変化が、当業者に示唆されるはずであり、本出願及び添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれるべきであることも理解される。
【声明】
【０００１】
［連邦政府委託の研究又は開発で行なわれた発明に対する権利に関する声明］
【０００２】
[0001]米国政府は、米国エネルギー省とローレンスリヴァーモア国家安全保障（ＬＬＣ）の間の契約第ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４号に従って本発明における権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
[0002]高出力レーザは、高いビーム品質という特徴があるコヒーレント放射のビームをもたらす。好ましくは、高出力レーザのレーザ出力は、均一の波面という特徴がある。高出力レーザシステムは、高出力のコヒーレント放射を生成するので、多種多様な用途に使用されている。高出力レーザの産業用途には、レーザ切断及びレーザ溶接、レーザマーキングなどがある。多くの用途で、重要な測定基準の１つがビーム強度であり、焦点における面積当たりのパワー（Ｗ／ｍ２）で測定される。均一の波面を有するビームは、回折限界のスポットサイズに理想的に合焦することになる。しかし、レーザビームが、ほぼ常に不完全であるレーザ光学系を通って伝搬するとき、小規模なオブスキュレーション（ｏｂｓｃｕｒａｔｉｏｎ）及び位相物体からの散乱により、ビーム全体にわたって、強度及び波面の、高い空間周波数での変動が生じる。このような強度変動により、レーザ光学系の光損傷に関するリスクが増加し、強度変動及び波面変動のどちらによっても、後で合焦されるレーザビームのレーザスポットサイズが増大し、それによってビーム強度が低下する。高いビーム強度に依存する用途にとって、この状況は望ましくない。
【０００４】
[0003]ビーム品質を改善するために、レーザビームを空間的にフィルタリングして高い空間周波数の波面及び強度の変動を除去するのにピンホールが利用されている。一般に、レーザビームはレンズを用いて合焦され、ピンホールが焦点面に配置され、ピンホールによって遮蔽された位置で異常な光線を空間的に除去する。次いで、第２のレンズを使用してレーザビームをコリメートし、高強度の用途に適切な、より均一の強度及びより均一の波面を有するビームをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0004]ピンホール空間フィルタによってもたらされるビーム品質の利点にもかかわらず、ピンホールフィルタを使用することによるいくつかの問題が示される。したがって、当技術分野では、高出力レーザ用空間フィルタに関する改善された方法及びシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0005]本発明によれば、光学システムに関する技法が提供される。より詳細には、本発明の一実施形態は、像中継特性を有する多素子空間フィルタを提供する。単なる一例として、本発明は、直交スリットフィルタと対にされた円柱レンズ望遠鏡のオーバラップする（重なり合う）組を含む多素子空間フィルタに適用されている。例示的な別の例では、本発明は、非点収差レンズ及び直交スリットフィルタを有する空間フィルタに適用されている。本明細書に記載の方法及びシステムは、レーザ、増幅器などを含む多数の光学システムにも適用可能である。
【０００７】
[0006]本発明の一実施形態によれば、空間フィルタが提供される。空間フィルタは、第１のフィルタ素子及び第１のフィルタ素子とオーバラップする第２のフィルタ素子を含む。第１のフィルタ素子は、第１の距離だけ離れた第１の対の円柱レンズを含む。第１の対の円柱レンズのそれぞれが第１の焦点距離を有する。第１のフィルタ素子は、第１の対の円柱レンズの間に配置された第１のスリットフィルタも含む。第２のフィルタ素子は、第２の距離だけ離れた第２の対の円柱レンズを含む。第２の対の円柱レンズのそれぞれが第２の焦点距離を有する。第２のフィルタ素子は、第２の対の円柱レンズの間に配置された第２のスリットフィルタも含む。
【０００８】
[0007]本発明の別の実施形態によれば、空間フィルタが提供される。空間フィルタは、第１の方向に関する第１の焦点距離及び第１の方向に対して垂直な第２の方向に関する第２の焦点距離を有する第１の非点収差レンズを含む。空間フィルタは、第１の非点収差レンズから第１の焦点距離だけ離れた第１のスリットフィルタ及び第１の非点収差レンズから第２の焦点距離だけ離れた第２のスリットフィルタを含む。空間フィルタは、第１の入力方向に関する第３の焦点距離及び第２の入力方向に関する第４の焦点距離を有する第２の非点収差レンズをさらに含む。
【０００９】
[0008]本発明の特定の実施形態によれば、ダブルパス増幅器が提供される。ダブルパス増幅器は、入力部分及び反射部分を有する利得媒体、反射部分に光学的に結合された反射素子、及び入力部分に光学的に結合されたビーム経路を含む。ダブルパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された円柱レンズの第１の組も含む。円柱レンズの第１の組は、直交して配向される。ダブルパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された１組の開口をさらに含む。開口の組は、直交して配向される。さらに、ダブルパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された円柱レンズの第２の組を含む。円柱レンズの第２の組は、直交して配向される。さらに、ダブルパス増幅器は、開口の組と円柱レンズの第２の組の間に配置された導入ミラーを含む。
【００１０】
[0009]本発明の別の特定の実施形態によれば、マルチパス増幅器が提供される。マルチパス増幅器は、入力部分及び反射部分を有する利得媒体、反射部分に光学的に結合された反射素子、入力部分に光学的に結合されたビーム経路、及びビーム経路に沿って配置された円柱レンズの第１の組を含む。円柱レンズの第１の組は、直交して配向される。マルチパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された１組の開口も含む。開口の組は、直交して配向される。マルチパス増幅器は、ビーム経路に沿って配置された円柱レンズの第２の組をさらに含む。円柱レンズの第２の組は、直交して配向される。さらに、マルチパス増幅器は、開口の組と円柱レンズの第２の組の間に配置された導入ミラーと、開口の組と円柱レンズの第２の組の間に配置された第１の絶縁ループミラーと、開口の組と円柱レンズの第２の組の間に配置された第２の絶縁ループミラーと、第１の絶縁ループミラーから光を受け取って第２の絶縁ループミラーへ光を向けるように動作可能な絶縁ループとを含む。
【００１１】
[0010]本発明の特定の実施形態によれば、マルチパス増幅器が提供される。マルチパス増幅器は、ビームを光路に沿って向けるように動作可能な入力光学系及び光路に沿って配置された利得媒体を含む。マルチパス増幅器は、光路に沿って配置された空間フィルタも含む。空間フィルタは、第１のフィルタ素子及び第１のフィルタ素子とオーバラップする第２のフィルタ素子を含む。第１のフィルタ素子は、第１の距離だけ離れた第１の対の円柱レンズを含む。第１の対の円柱レンズのそれぞれが第１の焦点距離を有する。第１のフィルタ素子は、第１の対の円柱レンズの間に配置された第１のスリットフィルタも含む。第２のフィルタ素子は、第２の距離だけ離れた第２の対の円柱レンズを含む。第２の対の円柱レンズのそれぞれが第２の焦点距離を有する。第２のフィルタ素子は、第２の対の円柱レンズの間に配置された第２のスリットフィルタも含む。マルチパス増幅器は、光路に沿って配置された出力光学系をさらに含む。
【００１２】
[0011]本発明により、従来の技法に対して多数の利点が実現される。例えば、本システムは、所定の空間周波数より高い強度及び位相の変動を除去する空間フィルタを提供する。さらに、本発明の実施形態は、下流の物体平面でレーザ波面を回復する像中継を提供する。さらに、本発明の実施形態は、高い繰返し率のパルスレーザシステムにおけるビーム品質の維持を提供する。さらに、いくつかの実施形態は、レーザシステムに対する真空要件を低減し、それによって、従来のシステムと比較して、原価を低減し、ポンプ休止時間を短縮する。実施形態次第で、これらの利点の１つ又は複数が実現され得る。これら及び他の利点が、本明細書の全体にわたって、とりわけ以下で、より詳細に説明されることになる。
【００１３】
[0012]本発明の、これら及び他の目的及び機能、並びにそれらを達成する方法が当業者には明らかになるはずであり、本発明自体が、以下の詳細な説明を添付図面とともに解釈して参照することにより、最もよく理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による空間フィルタの簡略図である。
【図２Ａ】円形の開口に対する位置の関数として光強度を示す簡略図である。
【図２Ｂ】スリット開口に対する位置の関数として光強度を示す簡略図である。
【図３】本発明の別の実施形態による空間フィルタの簡略図である。
【図４】本発明の一実施形態によって屈折性又は回折性の構造体を用いるフィルタリングの簡略図である。
【図５】本発明の一実施形態によって提供された空間フィルタを利用するダブルパス増幅器の簡略図である。
【図６】本発明の一実施形態によって提供された空間フィルタを利用するマルチパス増幅器の簡略図である。
【図７】本発明の別の実施形態によるマルチパス増幅器の簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[0021]上記で論じたように、いくつかの高出力レーザ用途ではピンホールの空間フィルタが利用されている。しかし、ピンホールの空間フィルタには、高出力レーザシステムの状況ではいくつかの問題がある。いくつかの高出力レーザに伴う高い強度のために、ピンホールの中心を取り巻く材料のスパッタリングが動作中に生じ、光学系を汚染するおそれがあるスパッタ物質を生成する可能性がある。スパッタ物質によってレンズが汚染されると、レンズによるレーザ吸収が増加し、最終的にレンズが損傷することになる。このような汚染の問題はパルス用途で特に問題であり、頻繁なスパッタリング事象によってピンホールが消耗し、ピンホールの中心の開いた領域が時間に応じて拡大する。時間の経過につれて、ピンホールの消耗により、ビーム品質及びシステム性能が低下する。
【００１６】
[0022]高出力レーザ向けにピンホール空間フィルタを使用することによる別の問題に、ピンホールにおけるビームの電界が空気の絶縁破壊閾値を上回り、ピンホールでプラズマが生成されてレーザ光の吸収又は屈折をもたらすピンホール閉鎖がある。プラズマは、不均一になる傾向があり、レーザビームの波面歪みを引き起こすので、プラズマによる屈折は有害である。ピンホールの縁端部におけるレーザビーム強度が材料をレーザビームの中へと融除するのに十分なときにもピンホール閉鎖が起こり、融除された材料がプラズマに変化する可能性もある。空気の絶縁破壊からのピンホール閉鎖は、直ちにピンホール閉鎖をもたらすが、融除された材料からのピンホール閉鎖は、融除された材料がビームの中へ移動するのに十分な数十ナノ秒の期間の後に起こる。プラズマ又は融除された材料によるレーザビームの吸収又は屈折は、ピンホールを通る長い（例えば数十ナノ秒のピンホール閉鎖時間より長い）パルスの伝搬を妨げる。さらに、パルス用途では、次のレーザパルスの到着までにプラズマが放散していないと、この後続のパルスがプラズマへの吸収又は屈折を受けることがあり、長いパルスの用途に加えてパルス用途も損なわれる。
【００１７】
[0023]プラズマ生成及びピンホール閉鎖問題に対する可能な解決策に、ピンホールを真空の中に置くものがある。ピンホールにおけるガス圧力の低下が、プラズマ生成のレベルを低下させることになり、ピンホール閉鎖問題を解決する可能性がある。しかし、本発明者は、真空又は真空に近い条件において可視波長又は紫外線波長で動作するレーザビームは、光学コーティングの劣化に関連すると判断した。コーティングは光学システムの反射を低減するのに利用されるので、このような劣化は問題がある。本発明の範囲を制限することなく、本発明者は、光学系を真空条件で可視レーザ光にさらすと、光学コーティングの中に存在する酸素が可視レーザ光によって光学コーティングから追い出されることがあると考える。次いで、コーティングに残っている酸素不足の材料が光を吸収して、性能に悪影響を及ぼす。
【００１８】
[0024]図１は、本発明の一実施形態による空間フィルタの簡略図である。図１に示された空間フィルタ１００は、第１のフィルタ素子１１０と第２のフィルタ素子１２０との２つのオーバラップするフィルタ素子を含む。第１のフィルタ素子１１０は、第１の円柱レンズ１１２及び第２の円柱レンズ１１４を含む。第１の円柱レンズ１１２と第２の円柱レンズ１１４は、第１の距離ｄ１だけ離れている。第１の円柱レンズ及び第２の円柱レンズは、どちらも第１の焦点距離（ｆ１）によって特徴づけられる。第１のフィルタ素子は、水平の構成に配向されて第１の円柱レンズ１１２と第２の円柱レンズ１１４の間に配置された第１のスリットフィルタ１１６も含む。第１の円柱レンズ１１２は、レンズを垂直面で通る光線を合焦し、水平面では合焦作用なしに光線を通すように配向される。第１の円柱レンズを通る平面波は、焦点面でスリット形ビームを形成することになり、同ビームは第１のスリットフィルタ１１６と位置合わせされる。好ましくは、スリット形ビームのパワーの大半が、第１のスリットフィルタ１１６を通ることになる。第１のスリットフィルタ１１６を通る光は、垂直面で発散して第２の円柱レンズ１１４によってコリメートされる。第１のフィルタ素子１１０は、垂直フィルタと称され得る。
【００１９】
[0025]空間フィルタは、第１のフィルタ素子１１０とオーバラップする第２のフィルタ素子１２０も含む。第２のフィルタ素子１２０は、第３の円柱レンズ１２２及び第２の距離ｄ２だけ離れた第４の円柱レンズ１２４を含む。第３の円柱レンズと第４の円柱レンズは、どちらも第２の焦点距離（ｆ２）によって特徴づけられる。第２のフィルタ素子は、垂直の構成に配向されて第３の円柱レンズ１２２と第４の円柱レンズ１２４の間に配置された第２のスリットフィルタ１２６も含む。第３の円柱レンズ１２２は、レンズを水平面で通る光線を合焦し、垂直面では合焦作用なしに光線を通すように配向される。第３の円柱レンズを通る平面波は、焦点面でスリット形ビームを形成することになり、同ビームは第２のスリットフィルタ１２６と位置合わせされる。好ましくは、スリット形ビームのほとんどのパワーは、第２のスリットフィルタ１２６を通ることになる。第２のスリットフィルタ１２６を通る光は、水平面で発散して第４の円柱レンズ１２４によってコリメートされる。第２のフィルタ素子１２０は、水平フィルタと称され得る。
【００２０】
[0026]第１のスリットフィルタと第２のスリットフィルタの間の距離は、所定の距離ｇである。したがって、線焦点の間の距離は所定の距離ｇと等しい。距離ｇは、２つのスリットフィルタ１１６及び１２６におけるスリット形ビームの長い寸法を決定する。したがって、ｇは、これらのスリットフィルタにおけるビーム強度も決定する。図１に示された実施形態では、距離ｇは円柱レンズの焦点距離未満である。
【００２１】
[0027]図１に示された空間フィルタは、ビーム断面１３０によって示された第１の円柱レンズ１１２におけるビームの縦横比と、ビーム断面１３２によって示された第４の円柱レンズ１２４におけるビームの縦横比が等しい、特定バージョンの像中継をもたらす。
【００２２】
[0028]図１を参照すると、本発明の特定の実施形態は、同一の焦点距離ｆ１＝ｆ２＝ｆによって特徴づけられる円柱レンズを利用する。この実施形態では、距離ｄ１は２ｆに等しく、距離ｄ２は２ｆに等しく、第１の円柱レンズと第４の円柱レンズの間の距離は２ｆ＋ｇに等しい。示された構成では、合計の中継距離は４ｆに等しく、空間フィルタ外部の合計の中継距離は４ｆ−２ｆ−ｇ＝２ｆ−ｇに等しい。したがって、この特定の実施形態は、ビームの縦横比を変更せずに像を中継する。ビームサイズが拡大若しくは縮小される実施形態、又はビームの縦横比が変更される実施形態も可能であるため、図１は例示と見なされるべきである。例えば、像を中継するため、又は所望の拡大をもたらすか若しくは縦横比を変化させるために、焦点距離を変化させ得ることが理解されよう。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００２３】
[0029]各フィルタ素子において、第１の対の円柱レンズの配向は、第２の対の円柱レンズの配向に対して垂直である。さらに、第１のスリットフィルタの配向は、第２のスリットフィルタに対して垂直である。したがって、図１に示された構成では、第１のフィルタ素子は、第２のフィルタ素子に対して垂直である。したがって、円柱レンズとフィルタの組合せは、水平と垂直の両方向で第１の円柱レンズ上に入射する光ビームの空間フィルタリングをもたらすが、フィルタで低下したビーム強度によって特徴づけられるスリットフィルタを使用している。これは、従来の、ピンホールを利用して、ピンホールで生じる高いビーム強度により、ピンホール材料のスパッタリング、ピンホール閉鎖、及び上記で論じた他の問題がもたらされる手法と対照をなす。本明細書で説明された技法は、１）フィルタ素子を１つだけ使用し、その結果、フィルタリングが１つの方向でのみ起こる手法、又は、２）２つのフィルタ素子を使用するが像中継を達成するためのスリットフィルタのオーバラップがない構成の手法、のいずれかであるスリットフィルタを使用する手法と対照をなす。さらに、本発明の実施形態は、ビームに非点収差を与えるように傾斜された２つの球面レンズと、互いに直交して配向された２つのスリットフィルタとを使用する手法と対照をなす。具体的には、本明細書に示された、対の円柱レンズ又は非点収差レンズを使用する本発明の実施形態は、はるかに大きな強度低下をスリットフィルタで達成し、それによって、ビームを歪めるか又はビームを吸収するプラズマを発生せず、或いはスリットフィルタの縁端部からの材料のアブレーションを引き起こすこともなく、より大きなパワーのビームをフィルタリングすることができる。
【００２４】
[0030]図２Ａは、円形の開口に対する位置の関数として光強度を示す簡略図である。図２Ａに示された円形の焦点については、高いフルエンスが生成され、従来の空間フィルタに関連した状況では、丸いピンホール開口及び球面レンズを利用する。ピンホールにおけるビーム強度は、Ｉｓｐｏｔと称され得る。図２Ｂは、スリット開口に対する位置の関数として光強度を示す簡略図である。図２Ａに示された円形の焦点に対する放射照度パターンとは対照的に、スリット開口におけるビーム強度は、線焦点に関連したものとなる。円柱レンズを使用して生成された線焦点は、円形の焦点と比較して低減されたフルエンスをもたらす。例えば、スリット幅がピンホールの直径ｄと等しく、円柱レンズの焦点距離が球面レンズの焦点距離と等しければ、スリット開口におけるビーム強度はＩｓｐｏｔ×（ｄ／Ｌ）にほぼ等しく、Ｌはスリット長さである。スリット長さがスリット幅よりはるかに大きいので、スリット開口のビーム強度は円形のピンホール開口と比較して大幅に低下する。したがって、図１の空間フィルタに示されたように円柱レンズ及びスリット開口を利用すると、ビーム強度が低下した線焦点がもたらされ、放射照度及びフルエンスのレベルが低下して、プラズマ生成による光学素子の損傷の閾値を下回る。
【００２５】
[0031]本発明の実施形態を利用すると、空間フィルタ素子（すなわちスリットフィルタ）の面におけるビーム強度を、およそ２桁小さくすることができる。例えば、４０ｃｍ×４０ｃｍの開口を有するレーザビームラインでは、１．５ｍｍのピンホールではなく１．５ｍｍ×２０ｃｍのスリットを使用することにより、空間フィルタ開口の縁端部上の放射照度及びフルエンスは、１００分の１未満に低減される。本明細書に説明された実施形態では、ピンホールフィルタではなくスリットフィルタを使用すると、開口壁のピーク放射照度が、プラズマ閾値を下回るレベルに低下することになる。一般に、プラズマ生成の閾値は、約１００ＧＷ／ｃｍ２である。本発明の実施形態は、ピーク放射照度を、プラズマ生成のための閾値をかなり下回る数十ＧＷ／ｃｍ２程度以下の値にすることができる。結果として、光学システムのガス圧力を、プラズマ生成による光絶縁破壊の閾値を上回ることなく増加することができる。特に、真空要件が低減されると、運転費用並びにシステムポンプ休止時間が低減することになり、システムのオペレータにとって顕著な利益となる。さらに、光学系上の材料の堆積と関係する問題（例えば光学系の金属化）にも、光学システムに酸素又は他の適切なガスを付加することにより、場合によっては対処することができる。
【００２６】
[0032]さらに、本発明の実施形態の開口壁上のピークフルエンスは、多くの材料に対する損傷閾値より１段階下回って低減される。例えば、かすめ入射でのＮＧ−４ガラス壁の光損傷に関する閾値は、５ｎｓで約５ｋＪ／ｃｍ２である。本発明の実施形態は、ピークフルエンスを、上記の条件でＮＧ−４ガラスへの光損傷に関する閾値をかなり下回る１平方センチメートル当たり数百ジュール程度以下の値に低減する。したがって、ガラスでライニングされたテーパ状の壁を有するスリット開口を使用すると、プラズマ生成と光損傷の両方を回避する可能性が高い。
【００２７】
[0033]図３は、本発明の別の実施形態による空間フィルタの簡略図である。図３に示された実施形態では、対の円柱レンズが、垂直と水平の両方向で合焦する能力を有する非点収差レンズで置換されている。図３を参照すると、空間フィルタは、垂直方向で合焦するための第１の焦点距離ｆｖ，１及び水平方向、すなわち垂直方向に対して垂直な方向で合焦するための第２の焦点距離ｆｈ，１を有する第１の非点収差レンズ３１０を含む。図３に示された例では、垂直方向は第１の入力方向と称することができ、水平方向は第２の入力方向と称することができる。２つの方向の焦点距離は異なり、焦点距離ｆｈ，１は焦点距離ｆｖ，１より大きい。
【００２８】
[0034]第１のスリットフィルタ３２２は光路に沿って配置され、第１の非点収差レンズ３１０から第１の焦点距離ｆｖ，１だけ離される。図３に示されるように、第１の非点収差レンズ上に入射する平行ビームは垂直方向に合焦され、合焦されたビームは第１のスリットフィルタ３２２を通ることができる。第２のスリットフィルタ３２４も光路に沿って配置され、第１の非点収差レンズから第２の焦点距離ｆｈ，１だけ離される。したがって、第１の非点収差レンズ上に入射する平行ビームは水平方向に合焦され、合焦されたビームは第２のスリットフィルタ３２４を通ることができる。第１のスリットフィルタ３２２と第２のスリットフィルタ３２４は、距離ｇだけ離される。図３に示されるように、第１のスリットフィルタと第２のスリットフィルタは、互いに垂直である。距離ｇは、２つの垂直方向ｆｈ，１とｆｖ，１の焦点距離の差である。
【００２９】
[0035]ビームが第１のスリットフィルタ３２２及び第２のスリットフィルタ３２４を通るとき、ビームは、第１の入力方向（例えば垂直方向）に関する第３の焦点距離ｆｖ，２及び第２の入力方向（例えば水平方向）に関する第４の焦点距離ｆｈ，２を有する第２の非点収差レンズ３１２に到達するまで発散する。２つの方向の焦点距離は異なり、焦点距離ｆｈ，２は焦点距離ｆｖ，２より小さい。ビームは、第２の非点収差レンズ３１２によってコリメートされる。
【００３０】
[0036]図３に示された空間フィルタは、焦点距離ｆｈ，２とｆｖ，１が等しいとき、及び焦点距離ｆｖ，２とｆｈ，１が等しいとき、像中継をもたらす。この場合、全体の中継距離Ｒは、
Ｒ＝（１−ｍ２）ｔ＋（１−ｍ）Ｌであり、
ここで、ｍ＝ｆｖ，２／ｆｖ，１＝ｆｈ，１／ｆｈ，２、Ｌ＝ｆｖ，１＋ｆｖ，２＝ｆｈ，１＋ｆｈ，２であり、ｔは入力像面と第１のレンズ３１０の間の距離である。ｍ及びＬに関するこれらの式の両方で、垂直方向の焦点距離と水平方向の焦点距離は異なる。
【００３１】
[0037]図３に示された空間フィルタによってもたらされる中継像は、図１に示されたものからいくつかの点で異なる。例えば、図３では、入力ビームと出力ビームは断面積が等しいが、ビーム寸法が変えられており、入力ビームは長手方向を水平に配向されたビーム断面３３０を有し、出力ビームは長手方向を垂直に配向されたビーム断面３３２を有する。入力ビームが正方形であるとき、出力ビームも正方形であることに留意されたい。さらに、図３及び図４に示されたレンズは長方形（例えば正方形）であるが、本発明の実施形態は、特定の用途に対して円形のレンズ又は他の形状のレンズを必要に応じて利用することができる。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００３２】
[0038]図４は、本発明の一実施形態によって屈折性又は回折性の構造体を用いるフィルタリングの簡略図である。本発明の実施形態には、屈折性、回折性、吸収性、及び反射性の構造体がフィルタリング用に適用可能なので、図４は例示と見なされるべきである。例えば、球面レンズを使用する空間フィルタで、高い次数の空間周波数を除去するのに屈折又は回折を用いる円形の構造体を使用することができると提案されている。このような屈折性又は回折性の構造体の直線状のバージョンは、本発明の実施形態に使用することができ、或いは本明細書で論じた円柱レンズ又は非点収差レンズと組み合わせて使用することができる。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００３３】
[0039]図５は、本発明の一実施形態によって提供された空間フィルタを利用するダブルパス増幅器の簡略図である。図５に示された実施形態では、増幅される光が、１組の直交する円柱レンズ５１０及び５１２を使用して増幅器に導入される。これらの直交する円柱レンズは、平行ビームが導入ミラー５４８に向かって伝搬するとき合焦されて集束ビームになるように調整される。導入ミラーは、一方の寸法に関して非近接場に近く、他方の寸法に関して近接場にあるように配置される。
【００３４】
[0040]導入ミラーが導入されたビームの向きを変え、次いでビームは垂直の入力スリット５４０を通る。垂直に配向されたダブルスリット素子５８０は、入力スリット５４０及び出力スリット５４２を含む。第２のダブルスリット素子５８２は、水平に配向され、入力スリット５４４と出力スリット５４６の２つのスリット開口を含む。図１及び図３に関して論じたように、垂直と水平とに配向されたダブルスリット素子が、直交する入力スリット／出力スリットの対を形成する。光は、直交する入力スリット対５４０／５４４を通った後で、直交する円柱レンズ５２０及び５２２によって合焦される。平行ビームは、増幅器５３０として参照される利得媒体を通る２つのパスになる。利得媒体（利得材料とも称される）は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ガラス、Ｙｂ：Ｓ−ＦＡＰ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＳｒＦ２などを含むいくつかの別々の材料のうちの１つであり得る。利得媒体を通る第２のパスをもたらすために、利得媒体を通る第１のパスの後で光を反射するように、ミラー又はグレーティングなどの反射素子５３２が使用される。グレーティングなどを含むミラー以外の反射素子を利用することができる。
【００３５】
[0041]利得媒体５３０を２回通った後で、増幅された光は、直交するレンズ対５２０／５２２によって２度目の合焦がなされ、出力スリット５４６及び５４２の組へのビーム経路に沿って伝搬する。図１を参照して、円柱レンズ５２２と水平に配向された出力スリット５４６との間の間隔は、円柱レンズ５２２の焦点距離に等しい。垂直に配向された出力スリット５４２を通った後で、増幅して空間的にフィルタリングされた光は、直交する円柱レンズの対５５０及び５５２によって合焦される。円柱レンズ５２０と垂直に配向されたスリット５４２との間の間隔は円柱レンズ５２０の焦点距離に等しく、円柱レンズ５５０と水平に配向されたスリット５４６との間の間隔は円柱レンズ５５０の焦点距離であり、円柱レンズ５５２と垂直に配向されたスリット５４２との間の間隔は円柱レンズ５５２の焦点距離に等しい。円柱レンズ５２２と円柱レンズ５５２の間のビーム経路に沿った光学システムにより、像中継がもたらされる。
【００３６】
[0042]図１及び図５を参照すると、両空間フィルタの間の設計の類似性を理解することができる。直交レンズの対５２２／５２０が直交レンズの対１１２／１２２に対応し、直交レンズの対５５０／５５２が直交レンズの対１１４／１２４に対応する。図５の直交スリットフィルタは、別々の入力ビームと出力ビームの経路を可能にするようにダブルスリット構成で設けられるが、水平／垂直のスリットフィルタ１１６／１２６に全体的に対応する。したがって、図１に示された空間フィルタの利点が、図５に示されたダブルパス増幅器システムで利用可能である。図５に示された光学システムは、円柱レンズ５２２におけるビームの断面が円柱レンズ５５２におけるビームの断面に等しい、不変のビーム縦横比をもたらす。図５に示された設計では、導入ミラーのサイズが、従来の入力ミラーと比較して増加されており、入力ミラーは、所与のパワーレベルに対してより低いフルエンスで動作するか、又は所与のフルエンスレベルに対してより高いパワーで動作することができる。
【００３７】
[0043]図５に示されたダブルパス増幅器システムでは、導入ミラーは、スリット開口の組と直交する円柱レンズの組５５０／５５２の間に配置される。本発明には、この特定の光学設計は必要とされず、他の入力ミラー位置が本発明の範囲内に含まれる。図５に示された実施形態では円柱レンズの組が利用されているが、図３に関して論じたように非点収差レンズを利用することもできる。
【００３８】
[0044]図６は、本発明の一実施形態によって提供された空間フィルタを利用するマルチパス増幅器の簡略図である。図６に示されたマルチパス増幅器は、後方へ伝搬するパルスに対する保護をもたらす。図６を参照すると、本明細書で説明されたような空間フィルタを利用するマルチパス（すなわち４つのパス）増幅器の実装形態が示されている。図６に示されたマルチパス増幅器は、対の直交円柱レンズ６２４及び６２６と、水平に配向された複数のスリットフィルタ素子６２２と、垂直に配向された複数のスリットフィルタ素子６２０と、第２の対の直交円柱レンズ６６０及び６６２とを含む空間フィルタを含んでいる。図６の空間フィルタには、図５に示された空間フィルタと、いくつかの類似点並びにいくつかの相違点がある。
【００３９】
[0045]フロントエンド光学システム６１０は、増幅器に入力ビームを供給する。フロントエンド光学システムは、１つ又は複数の自由空間と、１つ又は複数のレーザ源を含むファイバベースの光学コンポーネントとを含むことができる。光ビームは、導入ミラー６１２に向かって伝搬する集束ビームをもたらすために、フロントエンド光学システムの素子によって合焦され得る。導入ミラー６１２は、増幅器のビーム経路に光を導入するのに使用される。光は、複数のスリットフィルタ素子６２０に設けられた４つのスリットのうちの１つである垂直に配向されたスリットフィルタを通る。ダブルスリット素子５８０に類似のやり方で、光ビームがマルチパスのやり方でシステムを通って伝搬するとき空間的にフィルタリングするのに、複数のスリットが使用される。
【００４０】
[0046]水平に配向された複数のスリットフィルタ素子６２２がビーム経路に沿って配置され、光は、４つのスリットのうちの第１のスリットを、ビーム経路＃１（すなわちパス＃１）に沿って円柱レンズ６２４の方へ通る。２つの円柱レンズ６２４及び６２６は、直交して配向され、１対の直交円柱レンズを形成する。光は、初回は経路＃１に沿って増幅器６３０を通り、反射性の構造体（例えばミラー）６３２から反射される。増幅器６３０を２回通った後で、増幅された光が、直交円柱レンズ６２６／６２４の組を通り、次いで水平に配向された複数のスリットフィルタ素子６２２の第２のスリット及び垂直に配向された複数のスリットフィルタ素子６２０の第２のスリットを通る。この２回目のパスのためのビーム経路は、図６のパス＃２によって参照される。増幅器の材料は、例えばＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ガラスなどの任意の適切な利得材料であり得る。さらに、反射素子は、ミラー、グレーティング、又は他の適切な反射器であり得る。
【００４１】
[0047]後方へ伝搬するパルスに対する保護をもたらすために、第１の絶縁ループミラー６４０と第２の絶縁ループミラー６４２の間の光路に沿って光学組立体が設けられる。絶縁ループは、対象によって反射されてレーザシステムへ戻るパルスからレーザフロントエンドを絶縁する（又は保護する）。光学組立体は、ミラーと、レンズと、ポッケルスセル、ファラデー回転子などのいくつかのタイプの偏光回転子のうちの１つであり得る回転子６５２を含む。必要に応じて、偏光は、増幅器への導入に先立って、第２の回転子又はミラー（図示せず）の組合せを使用して、元の状態へ回転して戻される。ビームは、第２の絶縁ループミラー６４２を使用して再導入される。経路＃４に沿って、次いで経路＃３に沿って後方へ伝搬し、次いで第２の絶縁ループミラー６４２から反射される後方伝搬波は、偏光子６５４によって反射され、ビームダンプ６５０の中へ向けられることになる。
【００４２】
[0048]増幅されるべき光は、第２の絶縁ループミラー６４２から反射されて経路＃３に沿って伝搬し、垂直に配向された複数のスリットフィルタ素子６２０の第３のスリット及び水平に配向された複数のスリットフィルタ素子６２２の第３のスリットを通る。第３の経路は、直交円柱レンズ６２４／６２６の組を通り、増幅器６３０を３回通って、反射素子６３２から反射し、増幅器を通る第４のパスを構成する。増幅された光は、経路＃４に沿って伝搬し、直交円柱レンズ６２６／６２４の組を通り、水平に配向されたフィルタ素子６２２及び垂直に配向されたフィルタ素子６２０の第４のスリットを通って、次いで直交円柱レンズ６６０及び６６２の第２の組を通る。増幅器の出力は、円柱レンズ６６２を通った後にもたらされる。
【００４３】
[0049]図６に示された増幅器を利用すると、絶縁ループミラー６４０及び６４２におけるフルエンスが、従来の設計と比較して低減される。したがって、球面レンズ及びピンホールを利用する空間フィルタに対して、絶縁ループミラーは、これらの低減されたフルエンスの結果として、より大きな寿命を有する可能性がある。さらに、図６に示された実施形態は、破壊物の破片による光学系の汚染を低減することになる。さらに、本発明の実施形態によって提供された空間フィルタを使用すると、絶縁ループミラー及び他の光学系を損傷することなく、より大きな後方伝搬パルスのエネルギーが許容されることが可能になるはずである。図６に示された実施形態では円柱レンズの組が利用されているが、図３に関して論じたように非点収差レンズを利用することもできる。
【００４４】
[0050]本発明の実施形態に利用される円柱レンズは、従来の球面レンズと比較して、後方反射と関係する追加の利点をもたらす。球面レンズ及びピンホールフィルタを使用すると、好ましくはビーム経路に対して垂直に配向される球面レンズからの反射が、垂直な入射で反射してピンホールフィルタを通って戻ることになり、「ペンシルビーム」と称されることがある強いビームをもたらし、このビームが利得媒体で高強度に増幅される可能性がある。したがって、これらの後方伝搬波の増幅による利得消耗並びにこれらの後方伝搬波の高強度による光学コンポーネントの損傷が生じる可能性がある。
【００４５】
[0051]後方反射を低減するために球面レンズが傾斜される（ビーム経路に対して垂直に配置されない）と、球面レンズの形状により、入射ビームに対して垂直なレンズの新規の部分がもたらされることになり、ビームのいくらかの部分が後方伝搬波として反射され得る。したがって、球状の光学系を傾斜させることでは、後方伝搬波及びもたらされる問題は容易には解決されない。
【００４６】
[0052]それと対照的に、円柱レンズを傾斜させると、後方反射によって生成される後方伝搬波が大幅に低減する。平凸の円柱レンズの入射ビームと向かい合う平面側で、円柱レンズを傾斜させると、ビーム経路に対してある角度で入射ビームを反射することになり、後方伝搬光が、スリットフィルタの非中央部分によって阻止されることになる。一般に、後方伝搬光を阻止するのにｄ／２ｆ程度の傾斜角なら十分であり、ここで、ｄは狭い方向のスリット幅であり、ｆは円柱レンズの焦点距離（スリット開口から円柱レンズまでの距離）である。
【００４７】
[0053]図７は、本発明の別の実施形態によるマルチパス増幅器の簡略図である。図７に示されるように、この実施形態は、マルチパス増幅器とともに図１に関して論じた空間フィルタ１００を利用する。空間フィルタ１００は、単一の水平スリット及び単一の垂直スリットを含んでおり、ビームは、マルチパス増幅器７００を通って伝搬するときフィルタリングされる。図７に示されるように、ビームは、増幅の期間中、同じ垂直スリット及び水平スリットを何度も繰り返して通る。本発明の実施形態により、スリットにおける強度がプラズマ生成の閾値未満であるので、同一のスリットにビームを何回も通すことができる。したがって、上記で論じたピンホール閉鎖現象は起こらない。したがって、本発明の実施形態は、球面レンズ及びピンホールフィルタを使用する、以前のパスで生成されたプラズマが後続のパスの期間中に依然として存在する可能性が高い従来の空間フィルタと対照をなす。増幅されたビームが増幅器を通る多数のパスを構成することが可能になることにより、フロントエンドレーザのサイズが、従来の手法と比較して縮小され得て、それによって原価が低減する。
【００４８】
[0054]図７を参照すると、入力ビームは、図面の左側から「ｐ」の偏光を有して導入され、入力ビームが偏光子７１０によって伝送されることを可能にしている。次いで、ビームは、偏光子７１０並びにポッケルスセル７２０を通り、ポッケルスセルは、偏光がこのポッケルスセルを通った後で「ｐ」のままであるように低電圧で動作される。次いで、ビームは、初めて増幅器７４０を通り、次いで空間フィルタ１００に到達する。図１に関して説明されたように、この実施形態では円柱レンズ及びスリットフィルタが利用される。追加の実施形態は、空間フィルタ１００の代わりに、図３に示された空間フィルタを利用する。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００４９】
[0055]増幅されたビームは、ポッケルスセル７２２を通る。このポッケルスセルが全電圧で動作するので、偏光が「ｐ」から「ｓ」へ回転され、ビームは偏光子７１２からミラー７３２へ反射される。ミラー７３２による反射の後、ビームは偏光子７１２に戻り、ここでビームはポッケルスセル７２２の方へ反射して戻され、ポッケルスセル７２２は依然として全電圧で動作している。したがって、ポッケルスセル７２２は、偏光を回転させて「ｐ」偏光へ戻す。光は、再び空間フィルタ１００を通った後で、増幅器７４０で２度目の増幅を受ける。次いで、ビームはポッケルスセル７２０を通り、ポッケルスセル７２０は、このとき全電圧であって、ビームの偏光を「ｓ」偏光へ回転させる。「ｓ」偏光されたビームは偏光子７１０によってミラー７３０へ反射され、次いで、ミラー７３０は、光学鎖によってビームを反射して戻す。ポッケルスセル７２０及び７２２が全電圧にとどまる限り、その結果、偏光子７１０及び７１２における偏光は常に「ｓ」であり、増幅されたビームは、ミラー７３０と７３２の間で循環し続けることになる。増幅器を通るパスの回数は、システムオペレータによって決定され得て、特定の実施形態では任意である。図７に示された実施形態によってもたらされる多数のパスの利点は、より大きなビーム増幅であり、したがって、入力パルスを生成するのにより小さなフロントエンドレーザが使用され、それによってシステム原価が低減する。さらに、パスがより多ければ、利得媒体の飽和フルエンスが光学系の損傷フルエンスに対して高いとき、増幅器からのエネルギー抽出効率を改善する付加利益を得ることができる。増幅器の利得が比較的小さく、十分なパスが構成され、その結果、増幅器を通って蓄積されたフルエンスが飽和フルエンスの数倍であれば、出力ビームのフルエンスが飽和フルエンス未満でさえ、効率的な抽出が可能である。
【００５０】
[0056]マルチパス増幅器からビームを抽出するために、ポッケルスセル７２２における電圧がゼロに低下され、偏光子７１２におけるビーム偏光は「ｐ」になり得る。「ｐ」偏光されたビームは、偏光子７１２によって伝送されて増幅器から出力される。
【００５１】
[0057]ビームが光ビーム経路を通る度に、ビームが空間フィルタ１００によって浄化されることに留意されたい。上記で論じたように、スリットを用いると各パスで同一のスリットを再利用することが可能であり（ピンホールでは不可能である）、その理由は、スリット縁端部におけるレーザビーム強度のフルエンスがプラズマ生成の閾値未満にとどまり、それによって、最初のパスの後に続くパスのビームを妨害することになるピンホール閉鎖（又はスリットに対してピンホール閉鎖と同等のもの）を防止するからである。
【００５２】
[0058]図５〜図７に示された増幅器は、本明細書で説明された空間フィルタを使用することによって動作パラメータを改善することができる特定の実装形態である。しかし、本発明はこれら特定の実装形態に限定されるものではなく、他の増幅器の構成も、増幅器システムのコンポーネントとして、円柱レンズ又は非点収差レンズとスリットフィルタとの組を有する空間フィルタを集積化することによって利益を得ることができる。単なる例として、Ｙｂ：ＳｒＦ２利得媒体を使用するマルチパス増幅器は、本明細書で説明された空間フィルタの集積化から利益を得ることができるシステムである。第２の例として、円柱レンズ又は非点収差レンズを使用する空間フィルタが、「リングレーザ」の設計に組み込まれ得て、同設計では、ビームは閉ループを通る多数のパスを構成し、パス数は１つ又は複数のポッケルスセル及び偏光子によって制御される。この実施形態では、ビームは、ビームが閉ループを通って構成する各往復で、空間フィルタを同一の方向に１回通る。当業者なら、多数の変形形態、変更形態、及び代替形態を理解するであろう。
【００５３】
[0059]本明細書に説明された例及び実施形態は説明のためだけのものであり、これらの例及び実施形態の光の様々な変更又は変化が、当業者に示唆されるはずであり、本出願及び添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれるべきであることも理解される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のフィルタ素子と、前記第１のフィルタ素子にオーバラップする第２のフィルタ素子とを具備する空間フィルタであって、
前記第１のフィルタ素子が、
第１の距離だけ離れ、それぞれが第１の焦点距離を有する第１の対の円柱レンズと、
前記第１の対の円柱レンズの間に配置された第１のスリットフィルタと
を備え、
前記第２のフィルタ素子が、
第２の距離だけ離れ、それぞれが第２の焦点距離を有する第２の対の円柱レンズと、
前記第２の対の円柱レンズの間に配置された第２のスリットフィルタと
を備える、空間フィルタ。
【請求項２】
前記第１の焦点距離と前記第２の焦点距離が同一の焦点距離である、請求項１に記載の空間フィルタ。
【請求項３】
前記第１のスリットフィルタと前記第２のスリットフィルタとの間の間隔が、前記同一の焦点距離より小さい所定の距離である、請求項２に記載の空間フィルタ。
【請求項４】
前記第１の対の円柱レンズの第１のレンズと前記第２の対の円柱レンズの第２のレンズとの間の距離が、前記同一の焦点距離と前記所定の距離の和の２倍に等しい、請求項３に記載の空間フィルタ。
【請求項５】
前記第１の対の円柱レンズの配向が前記第２の対の円柱レンズと直交する、請求項１に記載の空間フィルタ。
【請求項６】
前記第１のスリットフィルタが前記第２のスリットフィルタと直交する、請求項１に記載の空間フィルタ。
【請求項７】
前記第１の対の円柱レンズの第１のレンズのビーム縦横比が等しく、前記第２の対の円柱レンズの第２のレンズのビーム縦横比が等しい、請求項１に記載の空間フィルタ。
【請求項８】
第１の方向に関する第１の焦点距離及び前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に関する第２の焦点距離を有する第１の非点収差レンズと、
前記第１の非点収差レンズから前記第１の焦点距離だけ離れた第１のスリットフィルタと、
前記第１の非点収差レンズから前記第２の焦点距離だけ離れた第２のスリットフィルタと、
前記第１の方向に関する第３の焦点距離及び前記第２の方向に関する第４の焦点距離を有する第２の非点収差レンズと
を備える、空間フィルタ。
【請求項９】
前記第２の非点収差レンズが、前記第１のスリットフィルタから前記第３の焦点距離だけ離される、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１０】
前記第２の非点収差レンズが、前記第２のスリットフィルタから前記第４の焦点距離だけ離される、請求項９に記載の空間フィルタ。
【請求項１１】
前記第１のスリットフィルタと前記第２のスリットフィルタが、前記第１の焦点距離、前記第２の焦点距離、前記第３の焦点距離、及び前記第４の焦点距離より小さい所定の距離だけ離される、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１２】
前記第１のスリットフィルタが前記第２のスリットフィルタと直交する、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１３】
前記第１の非点収差レンズ及び前記第２の非点収差レンズで測定されるビーム領域が同一の領域である、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１４】
前記第１の非点収差レンズにおける第１のビーム断面が第１の方向と位置合わせされた第１の長軸によって特徴づけられ、前記第２の非点収差レンズにおける第２のビーム断面が前記第１の方向に対して直交して位置合わせされた第２の長軸によって特徴づけられる、請求項１３に記載の空間フィルタ。
【請求項１５】
前記第１の焦点距離が前記第３の焦点距離より小さく、
前記第２の焦点距離が前記第４の焦点距離より大きい、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１６】
入力部分及び反射部分を有する利得媒体と、
前記反射部分に光学的に結合された反射素子と、
前記入力部分に光学的に結合されたビーム経路と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている円柱レンズの第１の組と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている開口の組と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている円柱レンズの第２の組と、
前記開口の組と前記円柱レンズの第２の組の間に配置された導入ミラーと
を備える、ダブルパス増幅器。
【請求項１７】
前記利得媒体がＮｄ：ガラスを備える、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項１８】
前記反射素子がミラーを備える、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項１９】
前記円柱レンズの第１の組の第１の円柱レンズが、前記開口の組の第１の開口から前記第１の円柱レンズの焦点距離だけ離される、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項２０】
前記円柱レンズの第１の組の第２の円柱レンズが、前記開口の組の第２の開口から前記第２の円柱レンズの焦点距離だけ離される、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項２１】
前記開口の組の第２の開口が、２つのスリットを含む空間フィルタ素子を備える、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項２２】
前記導入ミラーが、前記２つのスリットのうちの１つを通して前記利得媒体へ光を反射するように動作可能である、請求項２１に記載のダブルパス増幅器。
【請求項２３】
入力部分及び反射部分を有する利得媒体と、
前記反射部分に光学的に結合された反射素子と、
前記入力部分に光学的に結合されたビーム経路と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている円柱レンズの第１の組と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている開口の組と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている円柱レンズの第２の組と、
前記開口の組と前記円柱レンズの第２の組の間に配置された導入ミラーと、
前記開口の組と前記円柱レンズの第２の組の間に配置された第１の絶縁ループミラーと、
前記開口の組と前記円柱レンズの第２の組の間に配置された第２の絶縁ループミラーと、
前記第１の絶縁ループミラーから光を受け取って前記第２の絶縁ループミラーへ光を向けるように動作可能な絶縁ループと
を備える、マルチパス増幅器。
【請求項２４】
前記反射素子がミラーを備える、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２５】
前記円柱レンズの第１の組の第１の円柱レンズが、前記開口の組の第１の開口から前記第１の円柱レンズの焦点距離だけ離される、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２６】
前記円柱レンズの第１の組の第２の円柱レンズが、前記開口の組の第２の開口から前記第２の円柱レンズの焦点距離だけ離される、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２７】
前記開口の組の第２の開口が、４つのスリットを含む空間フィルタを備える、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２８】
前記導入ミラーが、前記４つのスリットのうちの１つを通して前記利得媒体へ光を反射するように動作可能である、請求項２７に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２９】
前記第１の絶縁ループミラーが、前記４つのスリットのうち第２のものを通して前記絶縁ループへ光を反射するように動作可能である、請求項２８に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３０】
前記第２の絶縁ループミラーが、前記４つのスリットのうち第３のものを通して前記利得媒体へ光を反射するように動作可能である、請求項２９に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３１】
前記絶縁ループがビーム回転子を備える、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３２】
光路に沿ってビームを向けるように動作可能な入力光学系と、
前記光路に沿って配置された利得媒体と、
前記光路に沿って配置された空間フィルタと、
前記光路に沿って配置された出力光学系と
を具備する、マルチパス増幅器であって、
前記空間フィルタが、第１のフィルタ素子と、前記第１のフィルタ素子とオーバラップする第２のフィルタ素子とを備え、
前記第１のフィルタ素子が、
第１の距離だけ離れ、それぞれが第１の焦点距離を有する第１の対の円柱レンズと、
前記第１の対の円柱レンズの間に配置された第１のスリットフィルタと
を備え、
前記第２のフィルタ素子が、
第２の距離だけ離れ、それぞれが第２の焦点距離を有する第２の対の円柱レンズと、
前記第２の対の円柱レンズの間に配置された第２のスリットフィルタと
を備える、マルチパス増幅器。
【請求項３３】
前記入力光学系が第１の偏光子及び第１のポッケルスセルを備える、請求項３２に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３４】
前記第１の偏光子から光を受け取って前記第１の偏光子へ光を反射するように動作可能な第１のミラーをさらに備える、請求項３３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３５】
前記出力光学系が第２の偏光子及び第２のポッケルスセルを備える、請求項３３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３６】
前記第２の偏光子から光を受け取って前記第２の偏光子へ光を反射するように動作可能な第２のミラーをさらに備える、請求項３５に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３７】
前記第１の対の円柱レンズの配向が前記第２の対の円柱レンズと直交する、請求項３２に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３８】
前記第１のスリットフィルタが前記第２のスリットフィルタと直交する、請求項３２に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３９】
前記第１の対の円柱レンズの第１のレンズのビーム縦横比が等しく、前記第２の対の円柱レンズの第２のレンズのビーム縦横比が等しい、請求項３２に記載のマルチパス増幅器。
【請求項１】
第１のフィルタ素子と、前記第１のフィルタ素子にオーバラップする第２のフィルタ素子とを具備する空間フィルタであって、
前記第１のフィルタ素子が、
第１の距離だけ離れ、それぞれが第１の焦点距離を有する第１の対の円柱レンズと、
前記第１の対の円柱レンズの間に配置された第１のスリットフィルタと
を備え、
前記第２のフィルタ素子が、
第２の距離だけ離れ、それぞれが第２の焦点距離を有する第２の対の円柱レンズと、
前記第２の対の円柱レンズの間に配置された第２のスリットフィルタと
を備える、空間フィルタ。
【請求項２】
前記第１の焦点距離と前記第２の焦点距離が同一の焦点距離である、請求項１に記載の空間フィルタ。
【請求項３】
前記第１のスリットフィルタと前記第２のスリットフィルタとの間の間隔が、前記同一の焦点距離より小さい所定の距離である、請求項２に記載の空間フィルタ。
【請求項４】
前記第１の対の円柱レンズの第１のレンズと前記第２の対の円柱レンズの第２のレンズとの間の距離が、前記同一の焦点距離と前記所定の距離の和の２倍に等しい、請求項３に記載の空間フィルタ。
【請求項５】
前記第１の対の円柱レンズの配向が前記第２の対の円柱レンズと直交する、請求項１に記載の空間フィルタ。
【請求項６】
前記第１のスリットフィルタが前記第２のスリットフィルタと直交する、請求項１に記載の空間フィルタ。
【請求項７】
前記第１の対の円柱レンズの第１のレンズのビーム縦横比が等しく、前記第２の対の円柱レンズの第２のレンズのビーム縦横比が等しい、請求項１に記載の空間フィルタ。
【請求項８】
第１の方向に関する第１の焦点距離及び前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に関する第２の焦点距離を有する第１の非点収差レンズと、
前記第１の非点収差レンズから前記第１の焦点距離だけ離れた第１のスリットフィルタと、
前記第１の非点収差レンズから前記第２の焦点距離だけ離れた第２のスリットフィルタと、
前記第１の方向に関する第３の焦点距離及び前記第２の方向に関する第４の焦点距離を有する第２の非点収差レンズと
を備える、空間フィルタ。
【請求項９】
前記第２の非点収差レンズが、前記第１のスリットフィルタから前記第３の焦点距離だけ離される、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１０】
前記第２の非点収差レンズが、前記第２のスリットフィルタから前記第４の焦点距離だけ離される、請求項９に記載の空間フィルタ。
【請求項１１】
前記第１のスリットフィルタと前記第２のスリットフィルタが、前記第１の焦点距離、前記第２の焦点距離、前記第３の焦点距離、及び前記第４の焦点距離より小さい所定の距離だけ離される、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１２】
前記第１のスリットフィルタが前記第２のスリットフィルタと直交する、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１３】
前記第１の非点収差レンズ及び前記第２の非点収差レンズで測定されるビーム領域が同一の領域である、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１４】
前記第１の非点収差レンズにおける第１のビーム断面が第１の方向と位置合わせされた第１の長軸によって特徴づけられ、前記第２の非点収差レンズにおける第２のビーム断面が前記第１の方向に対して直交して位置合わせされた第２の長軸によって特徴づけられる、請求項１３に記載の空間フィルタ。
【請求項１５】
前記第１の焦点距離が前記第３の焦点距離より小さく、
前記第２の焦点距離が前記第４の焦点距離より大きい、請求項８に記載の空間フィルタ。
【請求項１６】
入力部分及び反射部分を有する利得媒体と、
前記反射部分に光学的に結合された反射素子と、
前記入力部分に光学的に結合されたビーム経路と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている円柱レンズの第１の組と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている開口の組と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている円柱レンズの第２の組と、
前記開口の組と前記円柱レンズの第２の組の間に配置された導入ミラーと
を備える、ダブルパス増幅器。
【請求項１７】
前記利得媒体がＮｄ：ガラスを備える、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項１８】
前記反射素子がミラーを備える、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項１９】
前記円柱レンズの第１の組の第１の円柱レンズが、前記開口の組の第１の開口から前記第１の円柱レンズの焦点距離だけ離される、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項２０】
前記円柱レンズの第１の組の第２の円柱レンズが、前記開口の組の第２の開口から前記第２の円柱レンズの焦点距離だけ離される、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項２１】
前記開口の組の第２の開口が、２つのスリットを含む空間フィルタ素子を備える、請求項１６に記載のダブルパス増幅器。
【請求項２２】
前記導入ミラーが、前記２つのスリットのうちの１つを通して前記利得媒体へ光を反射するように動作可能である、請求項２１に記載のダブルパス増幅器。
【請求項２３】
入力部分及び反射部分を有する利得媒体と、
前記反射部分に光学的に結合された反射素子と、
前記入力部分に光学的に結合されたビーム経路と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている円柱レンズの第１の組と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている開口の組と、
前記ビーム経路に沿って配置され、直交して配向されている円柱レンズの第２の組と、
前記開口の組と前記円柱レンズの第２の組の間に配置された導入ミラーと、
前記開口の組と前記円柱レンズの第２の組の間に配置された第１の絶縁ループミラーと、
前記開口の組と前記円柱レンズの第２の組の間に配置された第２の絶縁ループミラーと、
前記第１の絶縁ループミラーから光を受け取って前記第２の絶縁ループミラーへ光を向けるように動作可能な絶縁ループと
を備える、マルチパス増幅器。
【請求項２４】
前記反射素子がミラーを備える、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２５】
前記円柱レンズの第１の組の第１の円柱レンズが、前記開口の組の第１の開口から前記第１の円柱レンズの焦点距離だけ離される、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２６】
前記円柱レンズの第１の組の第２の円柱レンズが、前記開口の組の第２の開口から前記第２の円柱レンズの焦点距離だけ離される、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２７】
前記開口の組の第２の開口が、４つのスリットを含む空間フィルタを備える、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２８】
前記導入ミラーが、前記４つのスリットのうちの１つを通して前記利得媒体へ光を反射するように動作可能である、請求項２７に記載のマルチパス増幅器。
【請求項２９】
前記第１の絶縁ループミラーが、前記４つのスリットのうち第２のものを通して前記絶縁ループへ光を反射するように動作可能である、請求項２８に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３０】
前記第２の絶縁ループミラーが、前記４つのスリットのうち第３のものを通して前記利得媒体へ光を反射するように動作可能である、請求項２９に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３１】
前記絶縁ループがビーム回転子を備える、請求項２３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３２】
光路に沿ってビームを向けるように動作可能な入力光学系と、
前記光路に沿って配置された利得媒体と、
前記光路に沿って配置された空間フィルタと、
前記光路に沿って配置された出力光学系と
を具備する、マルチパス増幅器であって、
前記空間フィルタが、第１のフィルタ素子と、前記第１のフィルタ素子とオーバラップする第２のフィルタ素子とを備え、
前記第１のフィルタ素子が、
第１の距離だけ離れ、それぞれが第１の焦点距離を有する第１の対の円柱レンズと、
前記第１の対の円柱レンズの間に配置された第１のスリットフィルタと
を備え、
前記第２のフィルタ素子が、
第２の距離だけ離れ、それぞれが第２の焦点距離を有する第２の対の円柱レンズと、
前記第２の対の円柱レンズの間に配置された第２のスリットフィルタと
を備える、マルチパス増幅器。
【請求項３３】
前記入力光学系が第１の偏光子及び第１のポッケルスセルを備える、請求項３２に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３４】
前記第１の偏光子から光を受け取って前記第１の偏光子へ光を反射するように動作可能な第１のミラーをさらに備える、請求項３３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３５】
前記出力光学系が第２の偏光子及び第２のポッケルスセルを備える、請求項３３に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３６】
前記第２の偏光子から光を受け取って前記第２の偏光子へ光を反射するように動作可能な第２のミラーをさらに備える、請求項３５に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３７】
前記第１の対の円柱レンズの配向が前記第２の対の円柱レンズと直交する、請求項３２に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３８】
前記第１のスリットフィルタが前記第２のスリットフィルタと直交する、請求項３２に記載のマルチパス増幅器。
【請求項３９】
前記第１の対の円柱レンズの第１のレンズのビーム縦横比が等しく、前記第２の対の円柱レンズの第２のレンズのビーム縦横比が等しい、請求項３２に記載のマルチパス増幅器。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１３−５０２７２３（Ｐ２０１３−５０２７２３Ａ）
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２５６０２（Ｐ２０１２−５２５６０２）
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４４４０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２２０９
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５１０２１８０４３）ローレンス リバモア ナショナル セキュリティー， エルエルシー (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４４４０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２２０９
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５１０２１８０４３）ローレンス リバモア ナショナル セキュリティー， エルエルシー (7)
【Ｆターム（参考）】
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