JP6283374B2 - 非球面ミラーを含む増強共振器 - Google Patents
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Description
本発明の目的または課題は、通常の技術の欠点を解消することができる改良された増強共振器を実現することである。特に、その増強共振器は、非点収差効果を回避しつつ、ビーム直径を拡大しおよび/またはキャビティ内光のビーム断面を整形することができ、例えば、全てのミラー上のビーム直径を拡大することができるものである。さらに、本発明の目的または課題は、増強共振器を含む改良されたレーザ装置を実現することである。さらに、本発明の目的または課題は、通常の増強共振器技術の限界を回避することができるような、高いパワーのレーザ光を生成する改良された方法を実現することである。
これらの目的または課題は、独立請求項の特徴を含む、増強共振器、レーザ装置、およびキャビティ内レーザ光を生成する方法によって達成または解決される。本発明の好ましい実施形態および適用例が従属請求項に記載されている。
以下、本発明の各実施形態を、4つまたは3つの共振器ミラーを有する増強共振器を典型例として参照して説明する(図1〜4参照)。本発明は、4つより多い(5つ以上の)共振器ミラー、例えば12個の共振器ミラーで、類似の(analogue)形態で実装することができる(図5参照)ことを強調しておく。共振器の幾何学的配置は、実験によって、または利用可能なソフトウェア・ソリューションに基づく光学的設定の数値設計によって、調節することができる。本発明の好ましい実施形態が、非球面共振器ミラーの配置を特に参照して説明する。従って、図1〜5は増強共振器の設計に焦点を当てたものであり、一方、図10は本発明によるレーザ装置の光学的な他の特徴を示している。各図において、全ての非球面共振器ミラー(および任意に使用される球面共振器ミラー)が湾曲した形状で概略的に示されている。実際に使用される反射器形状が略記によって示されている(平面:“pl”、シリンドリカル:“cly”、トロイダル:“tor”、または球面:“sph”)。高パワーのレーザ光を生成する方法およびレーザ装置の各特徴は、特に、入力結合ミラーの設計および調節、レーザ源装置および増強共振器の同期化、および低減したガス圧(特に空気圧)の環境における増強共振器の配置に関して、通常の技術、例えば国際公開第2012/031607号、米国特許6038055号または米国特許出願公開第2006/0268949号で公知である限り記載しない。これらの文献の内容を参照によりこの開示内容に組み込む。
Claims (31)
- 入力レーザ光のコヒーレント重ね合わせによって共振器内レーザ光(1)を生成するよう構成された増強共振器(20)であって、
− 1つの共通共振器平面におけるレーザ光増幅媒質のない循環共振器経路にわたる少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)を含み、
特徴として、
− 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、少なくとも2つのトロイダル・ミラーおよび/または少なくとも1つのシリンドリカル・ミラーを含むものであり、
− 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)の反射面における入射伝播方向に垂直な共振器内レーザ光(1)の断面積の差が前記断面積の中のいずれを基準にしても互いに±10%以下となるように、構成されているものである、
増強共振器。 - 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、前記少なくとも2つのトロイダル・ミラーおよび少なくとも1つの平面ミラーを含むものである、請求項1に記載の増強共振器。
- ボウタイ構成を有する、2つのトロイダル・ミラーおよび2つの平面ミラーを含む、請求項2に記載の増強共振器。
- 入射角が全てのミラー上で少なくとも30度である構成を有する、2つのトロイダル・ミラーおよび少なくとも1つの平面ミラーを含む、請求項2に記載の増強共振器。
- 前記2つのトロイダル・ミラーは同じ面形状および曲率を有するものである、請求項1乃至4のいずれかに記載の増強共振器。
- 前記トロイダル・ミラーの各ミラーは、所与の入射角に対して、前記共振器平面および前記共振器平面に垂直な平面において同じ焦点距離を有するものである、請求項1乃至5のいずれかに記載の増強共振器。
- 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、前記少なくとも1つのシリンドリカル・ミラーおよび少なくとも2つの球面ミラーを含むものである、請求項1に記載の増強共振器。
- ボウタイ構成を有する、2つのシリンドリカル・ミラーおよび2つの球面ミラーを含む、請求項7に記載の増強共振器。
- 前記2つの球面ミラーは同じ面形状および曲率を有し、および前記2つのシリンドリカル・ミラーは同じ面形状および曲率を有するものである、請求項7または8に記載の増強共振器。
- 前記少なくとも2つのトロイダル・ミラーおよび/または前記少なくとも1つのシリンドリカル・ミラーは、変形可能な表面を有する適応型反射器を含むものである、請求項1乃至9のいずれかに記載の増強共振器。
- 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)の反射面における入射伝播方向に垂直な共振器内レーザ光(1)の断面積の差が前記断面積の中のいずれを基準にしても互いに±5%以下となるように、構成されているものである、請求項1乃至10のいずれかに記載の増強共振器。
- 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、前記断面積が同じであるかまたは前記断面積の差が前記断面積の中のいずれを基準にしても互いに±1%以下となるように、構成されているものである、請求項11に記載の増強共振器。
- 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、前記伝播方向に垂直な前記共振器内レーザ光(1)の断面領域が円形状を有するように、構成されているものである、請求項1乃至12のいずれかに記載の増強共振器。
- 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、前記共振器ミラー(21、22、23、24)の反射面上の前記入射伝播方向に垂直な前記共振器内レーザ光(1)の断面領域が楕円形状を有し、前記楕円形状のより長い主軸が前記共振器平面に平行であるように、構成されているものである、請求項1乃至12のいずれかに記載の増強共振器。
- − 前記共振器経路は、前記共振器内レーザ光(1)のビーム整形のために配置される屈折要素がない、
− 他の折畳み平面ミラーが前記共振器経路の折り畳まれた構成を形成する、および
− 前記共振器内レーザ光と、ターゲット材料とまたは前記増強共振器(20)の外部の電子束との相互作用によって形成された放射を結合するよう構成された出力結合装置が設けられる、
という特徴のうちの少なくとも1つの特徴を含む、請求項1乃至14のいずれかに記載の増強共振器。 - 前記出力結合装置は、前記形成された放射を出力結合するための開孔を有する前記共振器ミラーの中の1つのミラーを含むものである、請求項15に記載の増強共振器。
- 前記共振器ミラー(21、22、23、24)の中の球面ミラーおよび/またはトロイダル・ミラー上の前記共振器経路の入射角が10度未満である、請求項1乃至16のいずれかに記載の増強共振器。
- − 入力レーザ光(2)を供給するよう配置されたレーザ源装置(10)と、
− 請求項1乃至17のいずれかに記載の増強共振器(20)と、
を含み、
− 前記レーザ源装置(10)は、前記入力レーザ光(2)を前記増強共振器(20)内に結合するよう配置されているものである、
レーザ装置。 - 共振器内レーザ光(1)を生成する方法であって、
− 1つの共通の共振器平面におけるレーザ光増幅媒質のない循環共振器経路にわたる少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)を含む増強共振器(20)内に、入力レーザ光(2)を結合するステップと、
− 前記共振器内レーザ光(1)が形成されるよう前記増強共振器において前記入力レーザ光(2)をコヒーレントに重ね合わせるステップと、
を含み、
特徴として、
− 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、少なくとも2つのトロイダル・ミラーおよび/または少なくとも1つのシリンドリカル・ミラーを含むものであり、
− さらに、前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)の反射面上の入射伝播方向に垂直な前記共振器内レーザ光(1)の断面積の差が前記断面積の中のいずれを基準にしても互いに±10%以下となるように、前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)を構成するステップ
を含む方法。 - 前記共振器経路は、前記少なくとも2つのトロイダル・ミラーおよび少なくとも1つの平面ミラーによって形成されるものである、請求項19に記載の方法。
- 前記共振器経路は、前記少なくとも1つのシリンドリカル・ミラーおよび少なくとも2つの球面ミラーによって形成されるものである、請求項19に記載の方法。
- 前記共振器経路は、ボウタイまたは三角形構成を有するように形成されている、請求項19乃至21のいずれかに記載の方法。
- − 前記少なくとも2つのトロイダル・ミラーおよび/または前記少なくとも1つのシリンドリカル・ミラーは、変形可能な表面を有する適応型反射器を含み、
− 前記適応型反射器の前記変形可能な表面を設定するステップを含む、請求項19乃至22のいずれかに記載の方法。 - 前記少なくとも3つの共振器ミラーを構成する前記ステップは、前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)の反射面上の入射伝播方向に垂直な前記共振器内レーザ光(1)の断面積の差が前記断面積の中のいずれを基準にしても互いに±5%以下となるように、前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)を構成することを含むものである、請求項19乃至23のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)は、前記断面積が同じであるかまたは前記断面積の差が前記断面積の中のいずれを基準にしても互いに±1%以下となるように、構成されているものである、請求項24に記載の方法。
- 前記伝播方向に垂直な前記共振器内レーザ光(1)の断面領域が円形状を有するように、前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)を構成するステップを含む、請求項19乃至25のいずれかに記載の方法。
- 前記共振器ミラー(21、22、23、24)の反射面上の入射伝播方向に垂直な前記共振器内レーザ光(1)の断面領域が楕円形状であり、前記楕円形状のより長い主軸が前記共振器平面に平行であるように、前記少なくとも3つの共振器ミラー(21、22、23、24)を構成するステップを含む、請求項19乃至25のいずれかに記載の方法。
- 前記共振器経路は、他の折畳み平面ミラーを用いて折り畳まれているものである、請求項19乃至27のいずれかに記載の方法。
- − 前記共振器ミラーの中の2つのミラーの間の少なくとも1つの焦点位置(25)にまたはその付近にターゲット材料または電子束を配置するステップと、
− 前記ターゲット材料または前記電子束を、前記少なくとも1つの焦点位置(25)にまたはその付近に前記共振器内レーザ光(1)と相互作用させるステップと、
をさらに含む、請求項19乃至28のいずれかに記載の方法。 - 前記増強共振器(20)の外部で前記相互作用によって形成されたコヒーレントな放射を出力結合する、または前記増強共振器(20)内で前記相互作用によって形成された非コヒーレントな放射を収集して導くステップを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記コヒーレントな放射は、前記共振器ミラーの中の1つのミラーにおける開孔を通して出力結合することによって、前記増強共振器(20)の外部で結合されるものである、請求項30に記載の方法。
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