DE112018002600B4

DE112018002600B4 - Adaptiv-optische vorrichtung, optisches system und optisches wellenfrontkompensationsverfahren

Info

Publication number: DE112018002600B4
Application number: DE112018002600.0T
Authority: DE
Inventors: Akiyoshi Hayakawa; Ryuji NAGAOKA; Toru Nagai; Fumio WANI; Tokunari Nishimura
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: DE112018002600T5; JPWO2018212253A1; GB2576993A; US20200092005A1; WO2018212253A1; JP6831909B2; US11469820B2; GB2576993B; GB201915729D0

Abstract

Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601), umfassend:einen ersten verformbaren Spiegel (4), der eine reflektierende Oberfläche (21), die Licht reflektiert, das sich durch eine Atmosphäre ausgebreitet hat, und eine Antriebseinheit (22), die mehrere Antriebselemente (23) aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21) verändert, beinhaltet;einen zweiten verformbaren Spiegel (5), der eine reflektierende Oberfläche (26), die Licht von dem ersten verformbaren Spiegel (4) reflektiert, und eine Antriebseinheit (27), die mehrere Antriebselemente (28) aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche (26) verändert, beinhaltet;einen Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609), der eine Lichtintensität des Lichts von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) erfasst, undeine Steuerung (10, 210, 510, 610), welche die Antriebseinheit von sowohl dem ersten verformbaren Spiegel (4) als auch dem zweiten verformbaren Spiegel (5) steuert, wobeidie Steuerung (10, 210, 510, 610) derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, Folgendes auszuführen:einen ersten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) eines verformbaren Spiegels (4, 5) von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609), um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern; undeinen zweiten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) des anderen verformbaren Spiegels (4, 5) von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) auf Grundlage eines Formveränderungsbetrags der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) von einer vorgegebenen Ausgangsform durch wiederholtes Ausführen des ersten Aktualisierungsvorgangs für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des anderen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine adaptiv-optische Vorrichtung, ein optisches System und ein optisches Wellenfrontkompensationsverfahren.
Allgemeiner Stand der Technik
Herkömmlicherweise ist eine satellitenmontierte optische Kommunikationsvorrichtung bekannt, die mit einem optischen Wellenfrontkrümmungskorrektor für eine Verzerrung einer optischen Wellenfront ausgestattet ist, die durch atmosphärische Schwankungen verursacht wird (siehe z. B. JP 2000-68934 A ).
Der optische Wellenfrontkrümmungskorrektor ist eine Einheit zum Korrigieren einer Wellenfrontkrümmung eines optischen Signals und verschiebt eine Spiegelfläche eines adaptiv-optischen Spiegels (verformbaren Spiegels) für jeden Minutenabschnitt auf Grundlage der Entsprechungsbeziehung zwischen der Intensität des optischen Signals und der Wellenfrontkrümmung. Auf diese Weise lässt sich ein Einfluss durch atmosphärische Schwankungen unterdrücken. Darüber hinaus ist es zudem möglich, eine Funktion zum Kompensieren des Einflusses von atmosphärischen Schwankungen unter Verwendung eines Sensors zur Wellenfrontüberwachung zu erreichen. [0004] US 8 853 604 B1 offenbart eine adaptiv-optische Vorrichtung mit zwei verformbaren Spiegeln und einer Steuerung und Antriebseinheiten.
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Der in JP 2000-68934 A beschriebene optische Wellenfrontkrümmungskorrektor bezieht sich jedoch auf ein Verfahren zum Steuern von lediglich der Krümmung einer Wellenfront unter Verwendung eines Signals einer Fokussteuerschleife. Dahingegen kann, wenn ein Wellenfrontsensor verwendet wird, eine Verzerrung höherer Ordnung korrigiert werden, kann jedoch keine Kompensationsleistung unter Bedingungen erhalten werden, unter denen die atmosphärischen Schwankungen stark sind.
Lösung des Problems
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, beinhaltet eine adaptiv-optische Vorrichtung einen ersten verformbaren Spiegel, der eine reflektierende Oberfläche, die Licht reflektiert, das sich durch eine Atmosphäre ausgebreitet hat, und eine Antriebseinheit, die mehrere Antriebselemente aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche verändert, beinhaltet, einen zweiten verformbaren Spiegel, der eine reflektierende Oberfläche, die Licht von dem ersten verformbaren Spiegel reflektiert, und eine Antriebseinheit, die mehrere Antriebselemente aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche verändert, beinhaltet, einen Detektor, der eine Lichtintensität des Lichts von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel erfasst, und eine Steuerung, welche die Antriebseinheit von sowohl dem ersten verformbare Spiegel als auch dem zweiten verformbaren Spiegel steuert, wobei die Steuerung derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, einen ersten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit eines verformbaren Spiegels von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Detektor auszuführen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels zu verändern, und einen zweiten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit des anderen verformbaren Spiegels von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel auf Grundlage eines Formveränderungsbetrags der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels von einer vorgegebenen Ausgangsform durch wiederholtes Ausführen des ersten Aktualisierungsvorgangs mit einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen auszuführen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des anderen verformbaren Spiegels zu verändern.
Bei dieser Konfiguration kann die Steuergeschwindigkeit der adaptiv-optischen Vorrichtung unter Verwendung des Optimierungsverfahrens verbessert werden, kann das Optimierungsverfahren auf eine Kompensation einer optischen Wellenfront höhere Ordnung nach Veränderungen bei Schwankungen unter Bedingungen angewandt werden, unter denen die atmosphärischen Schwankungen stark sind, und kann die Kompensation der optischen Wellenfront höherer Ordnung genau durchgeführt werden.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, ist ein optisches Wellenfrontkompensationsverfahren ein optisches Wellenfrontkompensationsverfahren einer adaptiv-optischen Vorrichtung, die einen ersten verformbaren Spiegel, der eine reflektierende Oberfläche, die Licht reflektiert, das sich durch eine Atmosphäre ausgebreitet hat, und eine Antriebseinheit, die mehrere Antriebselemente aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche verändert, beinhaltet, einen zweiten verformbaren Spiegel, der eine reflektierende Oberfläche, die Licht von dem ersten verformbaren Spiegel reflektiert, und eine Antriebseinheit, die mehrere Antriebselemente aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche verändert, beinhaltet, einen Detektor, der eine Lichtintensität des Lichts von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel erfasst, und eine Steuerung, welche die Antriebseinheit von sowohl dem ersten verformbare Spiegel als auch dem zweiten verformbaren Spiegel steuert, beinhaltet, wobei das Verfahren einen ersten Aktualisierungsvorgangsschritt zum Steuern der Antriebseinheit eines verformbaren Spiegels von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Detektor auszuführen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels zu verändern, und einen zweiten Aktualisierungsvorgangsschritt zum Steuern, durch die Steuerung, der Antriebseinheit des anderen verformbaren Spiegels von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel auf Grundlage eines Formveränderungsbetrags der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels von einer vorgegebenen Ausgangsform durch wiederholtes Ausführen des ersten Aktualisierungsvorgangs mit einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des anderen verformbaren Spiegels zu verändern.
Bei dieser Konfiguration kann die Steuergeschwindigkeit der adaptiv-optischen Vorrichtung unter Verwendung des Optimierungsverfahrens verbessert werden, kann das Optimierungsverfahren auf eine Kompensation einer optischen Wellenfront höhere Ordnung nach Veränderungen bei Schwankungen unter Bedingungen angewandt werden, unter denen die atmosphärischen Schwankungen stark sind, und kann die Kompensation der optischen Wellenfront höherer Ordnung genau durchgeführt werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung erzeugt eine Wirkung dass eine Steuergeschwindigkeit einer adaptiv-optischen Vorrichtung unter Verwendung eines Optimierungsverfahrens verbessert werden kann.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines optischen Systems, das eine adaptiv-optische Vorrichtung nach Ausführungsform 1 beinhaltet, und ein Konfigurationsbeispiel eines Strahlengangs eines Leitlasers beim Oszillieren des Leitlasers veranschaulicht.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des optischen Systems aus 1 und ein Konfigurationsbeispiel eines Strahlengangs eines Hauptlasers beim Oszillieren des Hauptlasers veranschaulicht.
3 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der adaptiv-optischen Vorrichtung des optischen Systems aus 1 schematisch veranschaulicht.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des optischen Systems aus 1 veranschaulicht.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des optischen Systems aus 1 veranschaulicht.
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines ersten Aktualisierungsvorgangs des optischen Systems aus 1 veranschaulicht.
7 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des Optimierungsvorgangs des optischen Systems aus 1 veranschaulicht.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines optischen Systems, das eine adaptiv-optische Vorrichtung nach Ausführungsform 2 beinhaltet, und ein Konfigurationsbeispiel eines Strahlengangs eines Leitlasers beim Oszillieren des Leitlasers veranschaulicht.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des optischen Systems aus 8 veranschaulicht.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines optischen Systems veranschaulicht, das eine adaptiv-optische Vorrichtung nach Ausführungsform 3 beinhaltet.
11 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines optischen Systems veranschaulicht, das eine adaptiv-optische Vorrichtung nach Ausführungsform 4 beinhaltet.
12 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines optischen Systems veranschaulicht, das eine adaptiv-optische Vorrichtung nach Ausführungsform 5 beinhaltet.
13 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des optischen Systems aus 12 veranschaulicht.
14 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines optischen Systems veranschaulicht, das eine adaptiv-optische Vorrichtung nach Ausführungsform 6 beinhaltet.
15 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des optischen Systems aus 14 veranschaulicht.
16 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines Optimierungsvorgangs des optischen Systems aus 14 veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist. Ferner sind im Folgenden gleiche oder entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen in sämtlichen Zeichnungen gekennzeichnet und wird auf die redundante Beschreibung verzichtet.
(Ausführungsform 1)
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines optischen Systems 100, das eine adaptiv-optische Vorrichtung 1 nach Ausführungsform 1 beinhaltet, und ein Konfigurationsbeispiel eines Strahlengangs eines Leitlasers beim Oszillieren des Leitlasers veranschaulicht.
Das optische System 100 beinhaltet z. B. Laseroszillatoren (einen Leitlaseroszillator 7 und einen Hochleistungslaseroszillator 101, wie weiter unten beschrieben) und wird für eine Anwendung zum Ausbreiten von Laserlicht über eine lange Strecke (z. B. mehrere Kilometer oder mehr) in der Atmosphäre durch einen Bereich, der eine Nähe zum Boden beinhaltet, verwendet, um ein bestrahltes Objekt A zu bestrahlen. Bei dieser Anwendung findet, wenn der Boden durch Sonneneinstrahlung erwärmt wird, eine Konvektion von diesem aus statt, die zu Turbulenz wird und einen Zustand verursacht, in dem eine Ungleichmäßigkeit der Temperaturverteilung in der Atmosphäre, d. h. eine atmosphärische Schwankung, erzeugt wird. Die Ungleichmäßigkeit der Temperaturverteilung entspricht einer Ungleichmäßigkeit des Brechungsindex von Licht, das sich um Raum ausbreitet, eine optische Wellenfront verzerrt und eine Verschlechterung des Konzentrationsgrads, Schwankungen in der Ankunftsposition eines Laserstrahls und dergleichen verursacht. Das optische System 100 beinhaltet eine adaptiv-optische Vorrichtung 1 zum Kompensieren der Verschlechterung des Konzentrationsgrads, Schwankungen in der Ankunftsposition eines Laserstrahls und dergleichen. Bei dem bestrahlten Objekt A handelt es sich z. B. um ein fliegendes Objekt, wie z. B. ein Flugzeug, das sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt.
Die adaptiv-optische Vorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, welche die Verschlechterung des Konzentrationsgrads, Schwankungen in der Ankunftsposition eines Laserstrahls und dergleichen aufgrund atmosphärischer Schwankungen unter Verwendung von z. B. einem Optimierungsverfahren kompensiert. Als das Optimierungsverfahren kann z. B. ein stochastisches paralleles Gradientenabstiegsverfahren (Stochastic Parallel Gradient Descent - SPGD) verwendet werden, jedoch ist es nicht darauf beschränkt und kann stattdessen z. B. ein evolutionärer Algorithmus verwendet werden. Nachfolgend wird eine Konfiguration näher beschrieben, die das stochastische parallele Gradientenabstiegsverfahren verwendet.
Die adaptiv-optische Vorrichtung 1 beinhaltet ein optisches Vergrößerungssystem 2, einen Schnelllenkspiegel 3, einen ersten verformbaren Spiegel 4, einen zweiten verformbaren Spiegel 5, einen Wellenlängentrennspiegel 6, einen Leitlaseroszillator 7, einen metrischen Sensor 8, einen Kippsensor 9, eine Steuerung 10, einen ersten Strahlteiler 11 und einen zweiten Strahlteiler 12.
Der Leitlaseroszillator (Beacon Laser - BL) 7 ist eine Vorrichtung, die Laserlicht oszilliert, und oszilliert Laserlicht mit einer Leistung auf einem Niveau, bei dem reflektiertes Licht von dem bestrahlten Objekt A durch den metrischen Sensor 8 und den Kippsensor 9, d. h. der Leitlaser, erfasst werden kann. Dann tritt das von dem Leitlaseroszillator 7 oszillierte Laserlicht durch den ersten Strahlteiler 11 durch und tritt dann durch den Wellenlängentrennspiegel 6, den zweiten verformbaren Spiegel 5, den ersten verformbaren Spiegel 4, den Schnelllenkspiegel 3 und das optische Vergrößerungssystem 2 in dieser Reihenfolge durch und wird nach außen von dem optischen System 100 abgegeben und erreicht das bestrahlte Objekt A als Licht, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat. Dieser Strahlengang stellt einen Strahlengang auf einer abgehenden Gangseite in dem optischen System 100 (der adaptiv-optischen Vorrichtung 1) dar.
Ferner tritt von dem bestrahlten Objekt A reflektiertes Laserlicht in das optische System 100 als Licht ein, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat, tritt durch das optische Vergrößerungssystem 2, den Schnelllenkspiegel 3, den ersten verformbaren Spiegel 4, den zweiten verformbaren Spiegel 5, den Wellenlängentrennspiegel 6, den ersten Strahlteiler 11 und den zweiten Strahlteiler 12 in dieser Reihenfolge durch und erreicht den metrischen Sensor 8 und den Kippsensor 9. Dieser Strahlengang stellt einen Strahlengang auf einer rückführenden Gangseite des optischen Systems 100 (der adaptiv-optischen Vorrichtung 1) dar. Dann sind der Strahlengang auf der abgehenden Gangseite zwischen dem bestrahlten Objekt A und dem Wellenlängentrennspiegel 6 und der Strahlengang auf der rückführenden Gangseite zwischen dem bestrahlten Objekt A und dem Wellenlängentrennspiegel 6 derselbe Gang. Darüber hinaus ist die Reihenfolge der Elemente auf den Strahlengängen des Laserlichts nicht auf die oben beschriebene Reihenfolge beschränkt. Beispielsweise können die Reihenfolge des ersten verformbaren Spiegels 4 und des zweiten verformbaren Spiegels 5 umgekehrt werden.
Das optische Vergrößerungssystem (LBD) 2 weist eine Funktion zum Vergrößern eines Strahldurchmessers von abgegebenem Laserlicht auf eine vorgegebene Größe auf und beinhaltet z. B. einen asphärischen Reflexionsspiegel, der nicht veranschaulicht ist. Das optische Vergrößerungssystem 2 ist z. B. an einer Endposition eines inneren Abschnitts der adaptiv-optischen Vorrichtung 1 in dem Strahlengang auf der abgehenden Gangseite, d. h., an einer Anfangsposition eines inneren Abschnitts der adaptiv-optischen Vorrichtung 1 in dem Strahlengang auf der rückführenden Gangseite, angeordnet.
Der Schnelllenkspiegel (Fast Steering Mirror - FSM) 3 ist derart konfiguriert, dass er dazu imstande ist, eine Tip-Tilt-Komponente einer Wellenfront zu korrigieren, verändert eine Reflexionsrichtung von auftreffendem Licht auf Grundlage eines Antriebssignals, das von einer Tip-Tilt-Steuerung 32 empfangen wird, und steuert eine Richtung des abgegebenen Lichts (eine Bestrahlungsrichtung von Laserlicht). Somit wird Laserlicht auf dem abgehenden Gang, das von dem Schnelllenkspiegel 3 abgegeben wird, in einer Richtung zum Bestrahlen einer vorgegebenen Position des bestrahlten Objekts A angepasst, nachdem es durch atmosphärische Schwankungen beeinflusst wurde.
3 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der adaptiv-optischen Vorrichtung 1 schematisch veranschaulicht.
Wie in 3 veranschaulicht, beinhaltet der erste verformbare Spiegel (DM1) 4 eine reflektierende Oberfläche 21, die Laserlicht reflektiert, und eine Antriebseinheit 22, die eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche 21 verändert. Der erste verformbare Spiegel 4 wird verwendet, um einen Wellenfrontfehler von Laserlicht zu kompensieren, indem die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 21 verändert wird. Die reflektierende Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 reflektiert Licht, das sich durch die Atmosphäre im Strahlengang auf der rückführenden Gangseite ausgebreitet hat. Ferner reflektiert die reflektierende Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 Laserlicht von dem zweiten verformbaren Spiegel 5 im Strahlengang auf der abgehenden Gangseite. Die Antriebseinheit 22 beinhaltet mehrere Antriebselemente 23 und einen Antrieb 24 des ersten verformbaren Spiegels. Dann wird jedes Antriebselement 23 auf Grundlage eines Antriebssignals betrieben, das von einer weiter unten beschriebenen adaptiv-optischen Steuerung 31 empfangen wird.
Der zweite verformbare Spiegel (DM2) 5 beinhaltet eine reflektierende Oberfläche 26, die Laserlicht reflektiert, und eine Antriebseinheit 27, die eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 verändert. Ebenso wie der erste verformbare Spiegel 4 wird der zweite verformbare Spiegel 5 verwendet, um einen Wellenfrontfehler von Laserlicht zu kompensieren, indem die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 verändert wird. Die reflektierende Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 reflektiert Laserlicht von dem ersten verformbaren Spiegel 4 im Strahlengang auf der rückführenden Gangseite. Ferner reflektiert die reflektierende Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 Laserlicht von dem Wellenlängentrennspiegel 6, d. h. Laserlicht, das durch den Leitlaseroszillator 7 und den Hochleistungslaseroszillator 101 oszilliert und mit dem gleichen Strahlengang im Strahlengang auf der abgehenden Gangseite überlagert wird. Die Antriebseinheit 27 beinhaltet ein Antriebselement 28 und einen Antrieb 29 des zweiten verformbaren Spiegels. Dann wird jedes Antriebselement 28 auf Grundlage eines Antriebssignals betrieben, das von der weiter unten beschriebenen adaptiv-optischen Steuerung 31 empfangen wird.
Der erste verformbare Spiegel 4 und der zweite verformbare Spiegel 5 sind z. B. verformbare Spiegel vom Stapelanordnungstyp und sind jeweils derart konfiguriert, dass mehrere Antriebselemente (Piezoaktoren) (Antriebselemente 23, Antriebselemente 28) mit einer Rückseite eines dünnen Glassubstrats verklebt sind, das eine Spiegelfläche bildet und eine Vorderseite aufweist, auf die eine stark reflektierende Beschichtung einer dielektrischen mehrlagigen Schicht oder dergleichen aufgebracht ist. Die mehreren Antriebselemente sind in Zeilen und Spalten auf der Rückseite der reflektierenden Oberfläche angeordnet. Das Antriebselement dehnt sich in einer senkrechten Richtung (d. h. einer Richtung aus der Ebene heraus) der reflektierenden Oberfläche je nach einer angelegten Spannung aus und zieht sich in dieser zusammen. Dann kann die Form der reflektierenden Oberfläche durch Verändern einer Kombination aus Ausdehnungs-/Zusammenziehungsvorgängen der mehreren Antriebselemente verändert werden. Daher erhöhen sich, wenn die Anzahl von Antriebselementen (Anzahl von Kanälen) der verformbaren Spiegel zunimmt, die Herstellungskosten, kann aber eine komplexe unebene Form gebildet werden, die zur Kompensation eines Wellenfrontfehlers höherer Ordnung in einem Zernike-Polynom angewandt werden kann. Somit wird die Anzahl von Antriebselementen gemäß dem Bereich der Größenordnung eines zu kompensierenden Wellenfrontfehlers ausgewählt. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Anzahl von Antriebselementen des ersten verformbaren Spiegels 4 und des zweiten verformbaren Spiegels 5 jeweils z. B. 37, was die gleiche Anzahl ist.
Dann ist jedes Antriebselement 23 des ersten verformbaren Spiegels 4 mit einem der mehreren Antriebselemente 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 in einer Eins-zu-Eins-Entsprechungsbeziehung assoziiert. Dann ist die Position jedes Antriebselements 23, das auf einer Rückseite der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 angeordnet ist, an der gleichen Position wie das assoziierte Antriebselement 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zueinander angeordnet und sind die Verteilung der Antriebselemente 23 in dem ersten verformbaren Spiegel 4 und die Verteilung der Antriebselemente 28 in dem zweiten verformbaren Spiegel 5 derart konfiguriert, dass sie gleich sind.
Ferner ist eine maximale Verschiebung (Hubbreite) der Antriebseinheit 27 des zweiten verformbaren Spiegels 5 derart konfiguriert, dass sie kleiner als eine maximale Verschiebung (Hubbreite) der Antriebseinheit 22 des ersten verformbaren Spiegels 4 ist. Beispielsweise liegt die Hubbreite des ersten verformbaren Spiegels 4 bei 2 µm und liegt die Hubbreite des zweiten verformbaren Spiegels 5 bei 80 nm. Dann kann mit größer werdender Hubbreite ein unabhängiger verformbarer Spiegel einen Wellenfrontfehler niedrigerer Ordnung im Zernike-Polynom kompensieren, nimmt aber die Reaktionsfähigkeit ab. In dem verformbaren Spiegel wird es mit abnehmender Hubbreite schwierig, einen Wellenfrontfehler niedrigerer Ordnung im Zernike-Polynom zu kompensieren, verbessert sich aber indessen die Reaktionsfähigkeit. Beispielsweise beträgt eine Schaltfrequenz eines Formveränderungsvorgangs der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 mit einer großen Hubbreite 10 kHz und beträgt eine Schaltfrequenz eines Formveränderungsvorgangs der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 mit einer kleinen Hubbreite 50 kHz Somit ist der erste verformbare Spiegel 4 ein verformbarer Spiegel mit einem langen Hub und einer niedrigen Geschwindigkeit und ist der zweite verformbare Spiegel 5 ein verformbarer Spiegel mit einem kurzen Hub und einer hohen Geschwindigkeit.
In der vorliegenden Ausführungsform sind der erste verformbare Spiegel 4 und der zweite verformbare Spiegel 5 verformbare Spiegel vom Stapelanordnungstyp, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Stattdessen kann ein verformbarer Spiegel vom bimorphen Typ oder MEMS-Typ verwendet werden.
Der Wellenlängentrennspiegel (DCM) 6 wählt eine zu reflektierende Wellenlänge und eine durchzulassende Wellenlänge für jede Wellenlänge des Laserlichts aus, wie in 1 veranschaulicht. Das heißt, die Wellenlänge des von dem Leitlaseroszillator 7 (Leitlaser) oszillierten Laserlichts und die Wellenlänge des von dem Hochleistungslaseroszillator 101 (Hauptlaser) oszillierten Laserlichts werden derart ausgewählt, dass es sich dabei um unterschiedliche Wellenlängen handelt. Somit können z. B. in einem Fall, in dem der Wellenlängentrennspiegel 6, der das Leitlaser durchlässt und den Hauptlaser reflektiert, der Leitlaser und der Hauptlaser koaxial auf der abgehenden Gangseite überlagert werden. Ferner ist es auf der rückführenden Gangseite durch Leiten des durch den Wellenlängentrennspiegel 6 durchgelassenen Lichts möglich, Rückkehrlicht des Hauptlasers (des am bestrahlten Objekts A reflektierten Hauptlasers) und Rückkehrlicht des Leitlasers (des am bestrahlten Objekt A reflektierten Leitlasers) auszuwählen. Die Transmission und Reflexion für jede Wellenlänge des Leitlasers und des Hauptlasers in dem Wellenlängentrennspiegel 6 können umgekehrt konfiguriert sein.
Der metrische Sensor (MS) (Detektor) 8 erfasst eine Lichtintensität von Laserlicht von dem ersten verformbaren Spiegel 4 und dem zweiten verformbaren Spiegel 5 über den Wellenlängentrennspiegel 6 im Strahlengang auf der rückführenden Gangseite und gibt einen erfassten Wert aus. Der metrische Sensor 8 beinhaltet z. B. eine Kondensorlinse 41 und einen Sensorhauptkörper 43, der eine Lichtintensität von Laserlicht erfasst, das durch ein feines Loch 42 mit einem geeigneten Durchmesser durchgetreten ist, das an einer Lichtsammelstelle der Kondensorlinse 41 angeordnet ist. Der Sensorhauptkörper 43 ist ein Hochgeschwindigkeitslichterfassungselement, wie z. B. eine Photodiode, und ist derart konfiguriert, dass ein erfasster Wert in einem gewünschten Zustand der auftreffenden Wellenfront maximiert wird. Somit ist der metrische Sensor 8 dazu konfiguriert, den Grad der Sammelleistung von Laserlicht zu erfassen. Der erfasste Wert, der von dem metrischen Sensor 8 ausgegeben wird, wird in die adaptiv-optische Steuerung 31 eingegeben. Darüber hinaus ist das vom metrischen Sensor 8 erfasste Licht nicht auf Licht beschränkt, das von dem Leitlaseroszillator 7 oszilliert wird.
Der Kippsensor (Tilt Sensor - TS) 9 erfasst einen Abweichungsbetrag von der Mittelachse einer Lichtsammelposition, das einer Neigungskomponente (Tip-Tilt-Komponente) einer optischen Wellenfront entspricht, wenn durch das bestrahlte Objekt A reflektiertes Laserlicht durch atmosphärische Schwankungen beeinflusst wird und in das optische System 100 eintritt, und gibt einen erfassten Wert aus. Der vom Kippsensor 9 ausgegebene erfasste Wert wird in die Tip-Tilt-Steuerung 32 eingegeben.
Die Steuerung 10 besteht z. B. aus einer arithmetischen Einheit, wie z. B. einer Mikrosteuerung, einer CPU, einer ASIC oder einer programmierbaren logischen Schaltung (PLD), wie z. B. FPGA. Die Steuerung 10 kann aus einer unabhängigen Steuerung bestehen, die eine zentralisierte Steuerung durchführt, oder kann aus mehreren Steuerungen bestehen, die eine verteilte Steuerung in Zusammenarbeit miteinander durchführen. Die Steuerung 10 beinhaltet zudem eine Speichereinheit (nicht veranschaulicht), die verschiedene Programme und Daten speichert. Die Steuerung 10 beinhaltet eine adaptiv-optische Steuerung 31 und eine Tip-Tilt-Steuerung 32. Die adaptiv-optische Steuerung 31 und die Tip-Tilt-Steuerung 32 können jeweils als ein Funktionsblock konfiguriert sein, der durch die Steuerung 10 umgesetzt wird, die ein vorgegebenes in der Speichereinheit gespeichertes Steuerprogramm ausführt.
Die adaptiv-optische Steuerung (SPGD AO) 31 steuert die Antriebseinheit 22 des ersten verformbaren Spiegels 4 und die Antriebseinheit 27 des zweiten verformbaren Spiegels 5 auf Grundlage eines erfassten Werts, der von dem metrischen Sensor 8 empfangen wird. Das heißt, die adaptiv-optische Steuerung 31 steuert den Betrieb der mehreren Antriebselemente 23 über den Antrieb 24 des ersten verformbaren Spiegels, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 21 zu verändern. Ferner steuert die adaptiv-optische Steuerung 31 den Betrieb der mehreren Antriebselemente 28 über den Antrieb 29 des zweiten verformbaren Spiegels, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 zu verändern (siehe 3).
Weiterhin ist die adaptiv-optische Steuerung 31 derart konfiguriert, dass sie dazu imstande ist, einen ersten Aktualisierungsvorgang und einen zweiten Aktualisierungsvorgang auszuführen (Einzelheiten sind weiter unten beschrieben). Die adaptiv-optische Steuerung 31 gibt ein Steuersignal an den ersten verformbaren Spiegel 4 und ein Steuersignal an den zweiten verformbaren Spiegel 5 aus.
Die Tip-Tilt-Steuerung 32 berechnet eine Kippkomponente (Tip-Tilt-Komponente) einer optischen Wellenfront, wenn Laserlicht in dem Rückkehrgang durch atmosphärische Schwankungen beeinflusst wird und in das optische System 100 auf Grundlage eines von dem Kippsensor 9 empfangenen erfassten Werts eintritt. Dann wird ein Steuersignal an den Schnelllenkspiegel 3 zum Steuern des Betriebs des Schnelllenkspiegels 3 ausgegeben, sodass die Kippkomponente der optischen Wellenfront in dem Kippsensor 9 null wird, d. h., die abgehende Gangseite die gleiche Kippkomponente wie die rückführende Gangseite aufweist.
Der erste Strahlteiler 11 und der zweite Strahlteiler 12 reflektieren teilweise auftreffendes Licht und lassen das übrige Licht durch, um das Laserlicht in verschiedene Strahlengänge zu teilen oder Strahlengänge von mehreren Laserlichtern verschiedener Strahlengänge in einem Strahlengang zusammenzufassen (zu überlagern).
Der erste Strahlteiler 11 reflektiert einen Teil des Laserlichts, das von dem Wellenlängentrennspiegel 6 auftrifft, auf den zweiten Strahlteiler 12 in dem Strahlengang auf der rückführenden Gangseite. Darüber hinaus verlagert (überlagert) der erste Strahlteiler 11 von dem Leitlaseroszillator 7 abgegebenes Laserlicht im Strahlengang auf der abgehenden Gangseite auf den gleichen Strahlengang wie den Strahlengang auf der rückführenden Gangseite, durch den Laserlicht von dem Wellenlängentrennspiegel 6 auf den ersten Strahlteiler 11 auftrifft.
Der zweite Strahlteiler 12 reflektiert teilweise Laserlicht, das von dem ersten Strahlteiler 11 auftrifft, im Strahlengang auf der rückführenden Gangseite, und das reflektierte Laserlicht trifft auf den metrischen Sensor 8 auf. Ferner lässt der zweite Strahlteiler 12 das übrige Laserlicht durch und trifft das durchgelassene Laserlicht auf den Kippsensor 9 auf.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des optischen Systems 100 und ein Konfigurationsbeispiel eines Strahlengangs des Hauptlasers beim Oszillieren des Hauptlasers veranschaulicht.
Wie in 2 veranschaulicht, beinhaltet das optische System 100 einen Hochleistungslaseroszillator 101. Der Hochleistungslaseroszillator 101 ist eine Vorrichtung, die Laserlicht oszilliert, und oszilliert Hochleistungslaserlicht, d. h. den Hauptlaser. Die Wellenlänge des Hauptlasers ist derart konfiguriert, dass sie sich von der Wellenlänge des Leitlasers unterscheidet. Dann tritt das von dem Hochleistungslaseroszillator 101 oszillierte Laserlicht durch den Wellenlängentrennspiegel 6, den zweiten verformbaren Spiegel 5, den ersten verformbaren Spiegel 4, den Schnelllenkspiegel 3 und das optische Vergrößerungssystem 2 in dieser Reihenfolge durch und wird nach außen von dem optischen System 100 abgegeben, breitet sich durch die Atmosphäre aus und erreicht das bestrahlte Objekt A. Der Strahlengang eines Abschnitts zwischen dem Wellenlängentrennspiegel 6 (dem zweiten verformbaren Spiegel 5) und dem bestrahlten Objekt A ist der gleiche Gang wie ein Strahlengang des Leitlasers in dem gleichen Abschnitt.
[Betriebsbeispiel]
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel des optischen Systems 100 beschrieben.
Die 4 und 5 sind Ablaufdiagramme, die ein Betriebsbeispiel des optischen Systems 100 veranschaulichen. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines ersten Aktualisierungsvorgangs des optischen Systems 100 veranschaulicht. 7 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des Optimierungsvorgangs des optischen Systems 100 veranschaulicht.
Zunächst tritt, wenn der Leitlaseroszillator 7 Laserlicht oszilliert, das oszillierte Laserlicht durch den ersten Strahlteiler 11 durch und tritt durch den Wellenlängentrennspiegel 6, den zweiten verformbaren Spiegel 5, den ersten verformbaren Spiegel 4, den Schnelllenkspiegel 3 und das optische Vergrößerungssystem 2 in dieser Reihenfolge durch und wird nach außen von dem optischen System 100 abgegeben, breitet sich durch die Atmosphäre aus und erreicht das bestrahlte Objekt A. Dann tritt von dem bestrahlten Objekt A reflektiertes Laserlicht in das optische System 100 als Licht ein, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat, und tritt durch das optische Vergrößerungssystem 2, den Schnelllenkspiegel 3, den ersten verformbaren Spiegel 4, den zweiten verformbaren Spiegel 5, den Wellenlängentrennspiegel 6, den ersten Strahlteiler 11 und den zweiten Strahlteiler 12 in dieser Reihenfolge durch und erreicht den metrischen Sensor 8, und der metrische Sensor 8 erfasst eine Lichtintensität des reflektierten Lichts, das durch atmosphärische Schwankungen beeinflusst wird.
Dann führt die adaptiv-optische Steuerung 31 wiederholt den folgenden Optimierungsvorgang mit einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen (z. B. 25-mal) aus. Danach führt, wenn ein vorgegebener Zeitraum T (siehe 7) abläuft, der gemäß Bedingungen atmosphärischer Schwankungen eingestellt ist, die adaptiv-optische Steuerung 31 wiederholt den Optimierungsvorgang erneut aus.
Bei dem Optimierungsvorgang führt die adaptiv-optische Steuerung 31 zunächst den ersten Aktualisierungsvorgang durch (Schritt S10). Der erste Aktualisierungsvorgang ist ein Vorgang zum Steuern der Antriebseinheit 27 des zweiten verformbaren Spiegels 5 auf Grundlage eines erfassten Werts von dem metrischen Sensor 8, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zu verändern.
Konkret erzeugt beim ersten Aktualisierungsvorgang die adaptiv-optische Steuerung 31 zunächst eine Zufallszahlenmatrix R mit der gleichen Anzahl von Komponenten wie der Anzahl von Kanälen des zweiten verformbaren Spiegels 5 (Schritt S11).
Als Nächstes berechnet die adaptiv-optische Steuerung 31 V+ gemäß der folgenden Gleichung (1). $V_{+} = V_{n} + R \cdot Δ V_{d}$
Hierbei ist:

V+ eine Matrix der an die Antriebselemente des zweiten verformbaren Spiegels angelegten Spannung zu einem Zeitpunkt einer Störung in einer positiven Richtung zu einem Zeitpunkt des ersten Aktualisierungsvorgangs,
V_n eine Matrix der an den zweiten verformbaren Spiegel angelegten Spannung vor dem ersten Aktualisierungsvorgang bei einem n-ten (n ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Mal, und
ΔV_d eine vorgegebene Spannung, die einer vorgegebenen Störamplitude entspricht.

Dann legt die adaptiv-optische Steuerung 31 eine Spannung, die sich auf ein Element von V+ bezieht, das jedem Antriebselement 28 entspricht, an jedes Antriebselement 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 an, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 von einer Form vor dem Beginn des ersten Aktualisierungsvorgangs beim n-ten Mal zu einer ersten Form zu verändern, um die reflektierende Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 in der positiven Richtung zu verändern (um einen positiven Dither zu erhalten) (Schritt S12). Wie in der oben stehenden Gleichung (1) angegeben, ist die erste Form die Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5, die durch Hinzufügen eines Formveränderungsbetrags, der zufällig zu jedem Zeitpunkt des ersten Aktualisierungsvorgangs für die mehreren Antriebselemente 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 ausgewählt wird, zu der Form vor Beginn des ersten Aktualisierungsvorgangs beim n-ten Mal definiert ist. Bei dem ersten Aktualisierungsvorgang, der wiederholt auf diese Weise ausgeführt wird, ist es möglich, wirksam zu verhindern, dass in ein lokales Optimum in dem Optimierungsvorgang gefallen wird, indem der Formveränderungsbetrag bei jedem Vorgang zufällig ausgewählt wird. Zu beachten ist, dass in der vorliegenden Ausführungsform R eine Matrix ist, in der eines von 1 oder -1 zufällig ausgewählt wird und ΔV_d ein vorgegebener Wert ist.
Als Nächstes erhält die adaptiv-optische Steuerung 31 eine Lichtintensität J+ des reflektierten Lichts, das durch den ersten verformbaren Spiegel 4 und den zweiten verformbaren Spiegel 5 durchgetreten ist, in denen die reflektierende Oberfläche 26 in der +(Plus)-Richtung in dieser Reihenfolge gestört wird, und den metrischen Sensor 8 erreicht hat (Schritt S13).
Als Nächstes berechnet die adaptiv-optische Steuerung 31 V- gemäß der folgenden Gleichung (2). $V_{-} = V_{n} - R \cdot Δ V_{d}$
Hierbei ist:

V_- eine Matrix der an die Antriebselemente des zweiten verformbaren Spiegels angelegten Spannung zu einem Zeitpunkt einer Störung in einer negativen Richtung zu einem Zeitpunkt des ersten Aktualisierungsvorgangs.

Dann legt die adaptiv-optische Steuerung 31 eine Spannung, die sich auf ein Element von V-bezieht, das jedem Antriebselement 28 entspricht, an jedes Antriebselement 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 an, um sie zu einer zweiten Form zu verändern, um die reflektierende Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 in der negativen Richtung zu stören (um einen negativen Dither zu erhalten) (Schritt S14). Wie in der oben stehenden Gleichung (2) angegeben, ist die zweite Form eine Form, bei der die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 symmetrisch zu der ersten Form in Bezug auf die Form vor Beginn des ersten Aktualisierungsvorgangs beim n-ten Mal ist.
Als Nächstes erhält die adaptiv-optische Steuerung 31 eine Lichtintensität J_- des reflektierten Lichts, das durch den ersten verformbaren Spiegel 4 und den zweiten verformbaren Spiegel 5 durchgetreten ist, in denen die reflektierende Oberfläche 26 in der +(Minus)-Richtung in dieser Reihenfolge gestört wird, und den metrischen Sensor 8 erreicht hat (Schritt S15).
Als Nächstes berechnet die adaptiv-optische Steuerung 31 den Formveränderungsbetrag C gemäß den folgenden Gleichungen (3) und (4) (Schritt S16). $C = G \cdot R \cdot Δ J \cdot Δ V_{d}$
$Δ J = J_{+} - J_{-}$
Hierbei ist:

G eine Verstärkung bei dieser Optimierungssteuerung und ist ein vorgegebener Wert.

Als Nächstes legt die adaptiv-optische Steuerung 31 eine Spannung, die sich auf ein Element von V_n+1 der folgenden Gleichung (5) bezieht, die jedem Antriebselement 28 entspricht, an jedes Antriebselement 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 an, wodurch sie die Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 aktualisiert (Schritt S17). $V_{n+1} = V_{n} + C$
Wie in den Gleichungen (1) bis (5) angegeben, stellt bei dem Optimierungsverfahren unter Verwendung des stochastischen parallelen Gradientenabstiegsverfahrens der erfasste Wert des metrischen Sensors 8 eine Bewertungsfunktion in dem Optimierungsverfahren dar.
Wie oben beschrieben, verändert bei dem ersten Aktualisierungsvorgang die adaptiv-optische Steuerung 31 die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 in eine Form von der ersten Form und der zweiten Form, die eine stärkere Lichtintensität aufweist, die von dem metrischen Sensor 8 erfasst wird, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zu aktualisieren. Das heißt, wenn der Wert der Lichtintensität J+ größer als die Lichtintensität J_- ist, wird der Wert von ΔJ positiv und kennzeichnet der Wert des Formveränderungsbetrags C einen Wert, der dazu führt, dass die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 in die erste Formseite von der Form vor Beginn des ersten Aktualisierungsvorgangs beim n-ten Mal verändert wird. Dahingegen wird, wenn der Wert der Lichtintensität J+ kleiner als die Lichtintensität J_- ist, der Wert von ΔJ negativ und kennzeichnet der Wert des Formveränderungsbetrags C einen Wert, der dazu führt, dass die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 in die zweite Formseite von der Form vor Beginn des ersten Aktualisierungsvorgangs beim n-ten Mal verändert wird. Das heißt, die adaptiv-optische Steuerung 31 berechnet den Formveränderungsbetrag C, sodass die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 in einer Richtung verändert wird, in der die Lichtintensität zunimmt, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zu aktualisieren.
Ferner wird, wie in der oben stehenden Gleichung (3) angegeben, der Wert des Formveränderungsbetrags C kleiner, wenn sich die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 einer konvergierenden Form nähert und der Wert von ΔJ kleiner wird, und kann somit die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 in etwa konvergiert werden.
Als Nächstes führt die adaptiv-optische Steuerung 31 den ersten Aktualisierungsvorgang mit einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen aus (Schritt S20). Wenn sich der Konzentrationsgrad aufgrund des Einflusses atmosphärischer Schwankungen verschlechtert und sich der Strahldurchmesser an der Lichtsammelstelle ausdehnt, wird die Lichtintensität, die durch eine an der Lichtsammelstelle bereitgestellte kleine Öffnung, wie etwa ein feines Loch, durchtritt, schwach. Die adaptiv-optische Steuerung 31 aktualisiert wiederholt die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5, sodass sich die Lichtintensität eines mittleren Abschnitts an einer Lichtsammelstelle für dieses Laserlicht einem maximalen Wert unter Verwendung des Optimierungsverfahrens annähert.
Nach dem Ausführen des ersten Aktualisierungsvorgangs für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen führt die adaptiv-optische Steuerung 31 als Nächstes einen zweiten Aktualisierungsvorgang aus (Schritt S30). Der zweite Aktualisierungsvorgang ist ein Vorgang zum Steuern der Antriebseinheit 22 des ersten verformbaren Spiegels 4 auf Grundlage eines Formveränderungsbetrags der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 von einer vorgegebenen Ausgangsform (der Form, wenn der erste Aktualisierungsvorgang erstmals begonnen wird) durch wiederholtes Ausführen des ersten Aktualisierungsvorgangs für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 zu verändern und zu aktualisieren.
Das heißt, bei dem zweiten Aktualisierungsvorgang betreibt die adaptiv-optische Steuerung 31 jedes Antriebselement 23 des ersten verformbaren Spiegels 4 derart, dass eine Differenz in der Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zwischen einem Anfangszeitpunkt und einem Endzeitpunkt des ersten Aktualisierungsvorgangs zu der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 hinzugefügt wird. Konkret berechnet die adaptiv-optische Steuerung 31 ein Betriebsbetrag (Bewegungsbetrag) vom Anfangszeitpunkt bis zum Endzeitpunkt des ersten Aktualisierungsvorgangs der Antriebselemente 28 für jedes Antriebselement 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 und betriebt das Antriebselement 23 des ersten verformbaren Spiegels 4, das diesem Antriebselement 28 entspricht, für den gleichen Betriebsbetrag wie den berechneten Betriebsbetrag. Insbesondere legt die adaptiv-optische Steuerung 31 eine Spannung, die sich auf ein Element von V2_n+1 der folgenden Formel (6) bezieht, die jedem Antriebselement 23 entspricht, an jedes Antriebselement 23 des ersten verformbaren Spiegels 4 an, wodurch die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 aktualisiert wird. $V 2_{n+1} = V 2_{n} + Vc$
Hierbei ist:

V2n eine Matrix der an den ersten verformbaren Spiegel angelegten Spannung vor dem Optimierungsvorgang beim n-ten Mal, und
Vc eine Matrix des Veränderungsbetrags der angelegten Spannung, um die Antriebselemente des ersten verformbaren Spiegels dazu zu veranlassen, mit dem gleichen Betriebsbetrag wie dem Betriebsbetrag vom Anfangszeitpunkt bis zum Endzeitpunkt des ersten Aktualisierungsvorgangs der Antriebselemente des zweiten verformbaren Spiegels betrieben zu werden.

Auf diese Weise kann der Formveränderungsbetrag der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 genau auf die reflektierende Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 übertragen werden, um die reflektierende Oberfläche zu aktualisieren. Während dieses Zeitraums ist die adaptiv-optische Steuerung 31 dazu konfiguriert, den ersten Aktualisierungsvorgang anzuhalten.
Zu beachten ist, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl von Kanälen des ersten verformbaren Spiegels 4 und des zweiten verformbaren Spiegels 5 gleich ist und jedes der Antriebselemente 23 des ersten verformbaren Spiegels 4, die den Antriebselementen 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 entsprechen, mit dem gleichen Betriebsbetrag wie dem Betriebsbetrag vom Anfangszeitpunkt bis zum Endzeitpunkt des ersten Aktualisierungsvorgangs des Antriebselements 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 betrieben wird, wodurch der Formveränderungsbetrag des zweiten verformbaren Spiegels 5 auf den ersten verformbaren Spiegel 4 übertragen wird. Wenn jedoch z. B. die Anzahl von Kanälen des ersten verformbaren Spiegels 4 und des zweiten verformbaren Spiegels 5 unterschiedlich ist und die Antriebselemente 23 des ersten verformbaren Spiegels 4 und die Antriebselemente 28 des zweiten verformbaren Spiegels 5 nicht miteinander assoziiert sind, kann die adaptiv-optische Steuerung 31 den Betriebsbetrag der Antriebselemente 23 des ersten verformbaren Spiegels 4 auf Grundlage des Formveränderungsbetrags der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 berechnen.
Als Nächstes führt die adaptiv-optische Steuerung 31 einen Initialisierungsvorgang des zweiten verformbaren Spiegels 5 aus (Schritt S40). Der Initialisierungsvorgang des zweiten verformbaren Spiegels 5 ist ein Vorgang zum Aktualisieren der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zu einer vorgegebenen Ausgangsform (einer Form, wenn der erste Aktualisierungsvorgang erstmals begonnen wird). Somit sind der erfasste Wert des metrischen Sensors 8 vor dem zweiten Aktualisierungsvorgang und der erfasste Wert des metrischen Sensors 8 nach dem Initialisierungsvorgang derart konfiguriert, dass sie im Wesentlichen den gleichen Wert angeben. Der Formveränderungsbetrag des zweiten verformbaren Spiegels 5 kann auf den ersten verformbaren Spiegel 4 durch eine Reihe dieser Vorgänge übertragen werden.
Zu beachten ist, dass der Initialisierungsvorgang zum Zeitpunkt der Ausführung des zweiten Aktualisierungsvorgangs durchgeführt wird. Obwohl der Initialisierungsvorgang in der vorliegenden Ausführungsform sofort nach dem zweiten Aktualisierungsvorgang durchgeführt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann der Initialisierungsvorgang stattdessen gleichzeitig mit dem zweiten Aktualisierungsvorgang oder unmittelbar vor dem zweiten Aktualisierungsvorgang durchgeführt werden.
Dann führt, wie in 7 veranschaulicht, die adaptiv-optische Steuerung 31 den ersten Aktualisierungsvorgang in einem Zeitbereich T1 durch und führt den zweiten Aktualisierungsvorgang und den Initialisierungsvorgang in einem Zeitbereich T2 durch. Ferner führt in einem Zeitbereich Ta, der in dem Zeitbereich T1 enthalten ist, in dem der erste Aktualisierungsvorgang ausgeführt wird, die adaptiv-optische Steuerung 31 eine Störung in der positiven Richtung und eine Störung in der negativen Richtung des zweiten verformbaren Spiegels 5 und einen Aktualisierungsvorgang der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 durch. Dann führt die adaptiv-optische Steuerung 31 den ersten Aktualisierungsvorgang in einem Zeitbereich T3 durch und führt den zweiten Aktualisierungsvorgang und den Initialisierungsvorgang in einem Zeitbereich T4 durch. Auf diese Weise führt die adaptiv-optische Steuerung 31 wiederholt den ersten Aktualisierungsvorgang, den zweiten Aktualisierungsvorgang und den Initialisierungsvorgang aus. Darüber hinaus kann geschätzt werden, dass eine atmosphärische Kompensationssteuerbandbreite von etwa 270 Hz durch Aufrechterhalten dieses sich wiederholenden Vorgangs erhalten werden kann.
Wie oben beschrieben, kann in der vorliegenden Ausführungsform, da die adaptiv-optische Vorrichtung 1 dazu konfiguriert ist, wiederholt den ersten Aktualisierungsvorgang für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen unter Verwendung des zweiten verformbaren Spiegels 5 durchzuführen, der eine hohe Reaktionsleistung aufweist, während er eine geringe Hubbreite aufweist, eine Hochgeschwindigkeitsoptimierung durchgeführt werden und kann eine Steuergeschwindigkeit verbessert werden. Da der Formveränderungsbetrag auf den zweiten verformbaren Spiegel 5 übertragen wird, nachdem der erste Aktualisierungsvorgang für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen durchgeführt wurde, ist es möglich zu verhindern, dass die Hubbreite unzureichend wird, wenn der Optimierungsvorgang wiederholt durchgeführt wird, und ist es möglich, nicht nur eine Kompensation eines Wellenfrontfehlers höherer Ordnung, sondern auch eine Kompensation eines Wellenfrontfehlers niederer Ordnung durchzuführen.
Wie oben beschrieben, führt die adaptiv-optische Vorrichtung 1 eine Kompensation unter Verwendung des Optimierungsverfahrens durch, um wiederholt die unebenen Formen der reflektierenden Oberflächen der verformbaren Spiegel unter Verwendung eines erfassten Werts von dem metrischen Sensor 8 als eine Bewertungsfunktion zu verändern; selbst wenn eine spiralförmige Phasenkomponente unter Bedingungen erzeugt wird, unter denen die atmosphärischen Schwankungen stark sind oder dergleichen, kann eine Kompensation davon mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Konkret kann eine spiralförmige Phasenkomponente vorliegen und kann eine große stufenartige Komponente in der optischen Wellenfront vorliegen. Es ist jedoch schwierig, diese stufenartige Komponente z. B. mit einem Wellenfrontsensor vom Shack-Hartmann-Typ zu messen, der einen auftreffenden Strahlquerschnitt in mehrere Teilöffnungen unterteilt und eine Lichtsammelposition in jeder Teilöffnung als eine mittlere Wellenfrontneigung verwendet, um die gesamte Wellenfrontform wiederzugeben, und wenn eine Kompensationssteuerung auf dieser Grundlage durchgeführt wird, verschlechtert sich umgekehrt der Konzentrationsgrad. Da jedoch die adaptiv-optische Vorrichtung 1, durch das Optimierungsverfahren, den Prozess zum Verändern der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche des verformbaren Spiegels in eine Form, die schließlich den Konzentrationsgrad erhöht, wenn die stufenartige Komponente vorhanden ist, selbst unter Bedingungen durchführt, unter denen die atmosphärischen Schwankungen stark sind oder dergleichen, kann, wenn die Steuergeschwindigkeit der Geschwindigkeit der atmosphärischen Schwankungen folgen kann, die Kompensation genau durchgeführt werden.
Im Übrigen erfordert im Vergleich zu der adaptiv-optischen Vorrichtung, die den Wellenfrontsensor verwendet, die adaptiv-optische Vorrichtung, auf die das Optimierungsverfahren angewandt wird, eine überwältigend hohe Steuergeschwindigkeit beim Verfolgen atmosphärischer Schwankungen mit der gleichen Geschwindigkeit. Somit war es schwierig, eine praktisch angemessene Steuergeschwindigkeit unter Bedingungen sicherzustellen, unter denen die atmosphärischen Schwankungen stark sind, um eine ausreichende Kompensation durchzuführen. In einem Fall, in dem die adaptiv-optische Vorrichtung 1 ein Optimierungsverfahren verwendet, um den verformbaren Spiegel dazu zu verlassen, in die optimale Form durch mehrere Aktualisierungsvorgänge zu konvergieren, kann, selbst wenn es schwierig ist, eine Steuergeschwindigkeit (Reaktionsgeschwindigkeit) und einen Hub sicherzustellen, die für einen unabhängigen verformbaren Spiegel notwendig sind, durch zusammenwirkendes Steuern des ersten verformbaren Spiegels 4 und des zweiten verformbaren Spiegels 5, wie oben beschrieben, ein zur Kompensation erforderlicher Hub sichergestellt werden und kann eine Steuergeschwindigkeit, die der Geschwindigkeit atmosphärischer Schwankungen folgen kann, sichergestellt werden. Das heißt, das Optimierungsverfahren kann auf eine adaptiv-optische Vorrichtung angewandt werden, die unter Bedingungen verwendet wird, unter denen die atmosphärischen Schwankungen stark sind, und eine Kompensation einer optischen Wellenfront höherer Ordnung kann unter Bedingungen, unter denen die atmosphärischen Schwankungen stark sind, genau durchgeführt werden.
Dann kann, da der Strahlengang auf der abgehenden Gangseite zwischen dem bestrahlten Objekt A und dem zweiten verformbaren Spiegel 5 und der Strahlengang auf der rückführenden Gangseite zwischen dem bestrahlten Objekt A und dem zweiten verformbaren Spiegel 5 als der gleiche Gang konfiguriert sind, durch Durchführen eines Kompensationsvorgangs zum Korrigieren des Einflusses atmosphärischer Schwankungen auf der rückführenden Gangseite, eine ähnliche Kompensation auf der abgehenden Gangseite durchgeführt werden.
<Abwandlungsbeispiel>
Darüber hinaus kann der erste verformbare Spiegel 4 eine hohe Geschwindigkeit und einen kurzen Hub aufweisen und kann der zweite verformbare Spiegel 5 eine niedrige Geschwindigkeit und einen langen Hub aufweisen und kann der zweite Aktualisierungsvorgang an dem ersten verformbaren Spiegel 4 ausgeführt werden und kann der erste Aktualisierungsvorgang an dem zweiten verformbaren Spiegel 5 ausgeführt werden.
Ferner ist der erste verformbare Spiegel 4 nicht auf einen einzigen verformbaren Spiegel beschränkt. Beispielsweise können mehrere verformbare Spiegel bereitgestellt werden, die eine niedrige Geschwindigkeit und einen langen Hub aufweisen und dem ersten verformbaren Spiegel 4 entsprechen, und kann in dem zweiten Aktualisierungsvorgang die adaptiv-optische Steuerung 31 einen verformbaren Spiegel aus mehreren verformbaren Spiegeln, die dem ersten verformbaren Spiegel 4 entsprechen, auf Grundlage des Formveränderungsbetrags der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 durch den ersten Aktualisierungsvorgang ausgewählt werden, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des ausgewählten verformbaren Spiegels zu verändern und zu aktualisieren.
(Ausführungsform 2)
Nachfolgend werden eine Konfiguration und ein Betrieb des optischen Systems 200, das eine adaptiv-optische Vorrichtung 201 nach Ausführungsform 2 beinhaltet, mit Schwerpunkt auf Unterschieden zu Ausführungsform 1 beschrieben.
[Konfiguration]
8 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des optischen Systems 200 nach Ausführungsform 2 und ein Konfigurationsbeispiel von Strahlengängen eines Leitlasers und eines Hauptlasers beim Oszillieren des Leitlasers und des Hauptlasers veranschaulicht.
Wie in 8 veranschaulicht, beinhaltet die adaptiv-optische Vorrichtung 201 nach Ausführungsform 2 ein optisches Vergrößerungssystem 2, einen Schnelllenkspiegel 3, einen ersten verformbaren Spiegel 4, einen zweiten verformbaren Spiegel 5, einen Wellenlängentrennspiegel 6, einen Leitlaseroszillator 7, einen Hochleistungslaseroszillator 101, einen ersten metrischen Sensor 208A, eine erste Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A, einen zweiten metrischen Sensor 208B, eine zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B, eine Steuerung 210, die eine adaptiv-optische Steuerung 231 beinhaltet, einen ersten Strahlteiler 11 und einen Hochleistungslaserreflexionsspiegel 211 mit einer Lichtmengenüberwachungsfunktion. Zu beachten ist, dass in 8 der Kippsensor 9, der zweite Strahlteiler 12 und die Tip-Tilt-Steuerung 32 von Ausführungsform 1 in der Veranschaulichung weggelassen sind, dass jedoch auch in Ausführungsform 2 die adaptiv-optische Vorrichtung 1 diese ebenso wie bei Ausführungsform 1 beinhaltet und eine Korrektur einer Tip-Tilt-Komponente einer Wellenfront unter Verwendung des Schnelllenkspiegels 3 durchführt.
Das optische System 200 leitet sowohl Licht, das von dem Wellenlängentrennspiegel 6 reflektiert wird, als auch Licht, das durch den Wellenlängentrennspiegel 6 in dem Strahlengang auf der rückführenden Gangseite durchgelassen wird, sodass Rückkehrlicht des Hauptlasers und Rückkehrlicht des Leitlasers (Laserlicht, das an einem bestrahlten Objekt A reflektiert wird) getrennt und in zwei verschiedene Strahlengänge geteilt wird. Dann tritt das Rückkehrlicht des Leitlasers, nachdem es durch den Wellenlängentrennspiegel 6 durchgetreten ist, durch den ersten Strahlteiler 11 und die erste Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A in dieser Reihenfolge durch und erreicht den ersten metrischen Sensor 208A. Ferner wird das Rückkehrlicht des Hauptlasers, nachdem es durch den Wellenlängentrennspiegel 6 durchgetreten ist, zu einem Strahlengang geleitet, der sich von dem Strahlengang des Rückkehrlichts des Leitlasers unterscheidet, und wird durch den Hochleistungslaserreflexionsspiegel 211 mit einer Lichtmengenüberwachungsfunktion durchgelassen und tritt durch die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B in dieser Reihenfolge durch und erreicht den zweiten metrischen Sensor 208B.
Der Hochleistungslaserreflexionsspiegel 211 mit Lichtmengenüberwachungsfunktion wird konstruiert, indem eine stark reflektierende Beschichtung auf eine Vorderseite eines Substratmaterials, wie z. B. synthetischen Quarz, mit einer sehr hohen Durchlässigkeit für eine Hauptlaserwellenlänge und einer Antireflexbeschichtung auf einer Rückseite davon aufgebracht wird. In dem Strahlengang auf der rückführenden Gangseite wird, wenn das Rückkehrlicht des Hauptlasers, das von dem Wellenlängentrennspiegel 6 auftrifft, auf dem Hochleistungslaserreflexionsspiegel 211 mit einer Lichtmengenüberwachungsfunktion reflektiert wird, eine geringe Lichtmenge, die durch die stark reflektierende Beschichtung auf der Vorderseite durchgelassen wird, als Überwachungslicht verwendet, das auf den zweiten metrischen Sensor 208B auftreffen soll.
Der erste metrische Sensor (MS1) (Detektor) 208A erfasst eine Lichtintensität von Rückkehrlicht des Leitlasers von dem ersten verformbaren Spiegel 4 und dem zweiten verformbaren Spiegel 5 über den Wellenlängentrennspiegel 6 im Strahlengang von Rückkehrlicht auf der rückführenden Gangseite und gibt einen erfassten Wert aus. Der erfasste Wert, der von dem ersten metrischen Sensor 208A ausgegeben wird, wird in die adaptiv-optische Steuerung 231 eingegeben. Die andere Konfiguration des ersten metrischen Sensors 208A ist ähnlich der des metrischen Sensors 8 der oben stehenden Ausführungsform 1 und damit wird auf deren Beschreibung verzichtet.
Die erste Lichtmengeneinstellvorrichtung (OAM1) 213A ist derart bereitgestellt, dass sie zwischen dem Wellenlängentrennspiegel 6 und dem ersten metrischen Sensor 208A im Strahlengang von Rückkehrlicht des Leitlasers auf der rückführenden Gangseite angeordnet ist. Die erste Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A stellt die Lichtmenge des Leitlasers ein, die durch die erste Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A durchgetreten ist und auf den ersten metrischen Sensor 208A auftrifft. Bei der ersten Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A handelt es sich um einen Einstellmechanismus, der eine Hinzufügung eines ND-Filters vom Reflexionstyp mit mehreren Reflexionsgraden durch einen externen Steuerantrieb als ein Lichtmengensteuerverfahren aktiviert, das den Wellenfrontzustand des Rückkehrlichts nicht stört.
Der zweite metrische Sensor (MS2) (Hochleistungslaserdetektor) 208B erfasst eine Lichtintensität des Hauptlaserlichts von dem ersten verformbaren Spiegel 4 und dem zweiten verformbaren Spiegel 5 über den Wellenlängentrennspiegel 6 im Strahlengang des Rückkehrlichts des Hauptlasers auf der rückführenden Gangseite und gibt einen erfassten Wert aus. Der erfasste Wert, der von dem zweiten metrischen Sensor 208B ausgegeben wird, wird in die adaptiv-optische Steuerung 231 eingegeben. Die andere Konfiguration des zweiten metrischen Sensors 208B ist ähnlich der des ersten metrischen Sensors 208A und damit wird auf deren Beschreibung verzichtet.
Die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung (OAM2) 213B (Hochleistungslaser-Lichtmengeneinstelleinheit) ist derart bereitgestellt, dass sie zwischen dem Wellenlängentrennspiegel 6 und dem zweiten metrischen Sensor 208B im Strahlengang von Rückkehrlicht des Hauptlasers auf der rückführenden Gangseite angeordnet ist. Die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B stellt die Lichtmenge des Hauptlasers ein, die durch die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B durchgetreten ist und auf den zweiten metrischen Sensor 208B auftrifft. Die andere Konfiguration der zweiten Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B ist ähnlich jener der ersten Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A und damit wird auf deren Beschreibung verzichtet.
Die Steuerung 210 steuert die Laseroszillation des Leitlaseroszillators 7 und des Hochleistungslaseroszillators 101. Ferner steuert die Steuerung 210 die erste Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A, um die Menge an durchtretendem Licht auf Grundlage eines erfassten Werts einzustellen, der von dem ersten metrischen Sensor 208A empfangen wird, um dafür zu sorgen, dass die Lichtintensität des Rückkehrlichts des Leitlasers, das auf den ersten metrischen Sensor 208A auftrifft, in einen Dynamikumfang (der maximale Wert und der minimale Wert einer Lichtmenge, die für einem Sensor unterscheidbar sind) des ersten metrischen Sensors 208A fällt. Weiterhin steuert die Steuerung 210 die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B, um die Menge an durchtretendem Licht auf Grundlage eines erfassten Werts einzustellen, der von dem zweiten metrischen Sensor 208B empfangen wird, um dafür zu sorgen, dass die Lichtintensität des Rückkehrlichts des Hauptlasers, das auf den zweiten metrischen Sensor 208B auftrifft, in einen Dynamikumfang des zweiten metrischen Sensors 208B fällt.
In Ausführungsform 1 kann, obwohl die Lichtmengeneinstellvorrichtung in den Darstellungen weggelassen ist, auch bei Ausführungsform 1 wie in der vorliegenden Ausführungsform eine durch die Steuerung 10 gesteuerte Lichtmengeneinstellvorrichtung derart bereitgestellt werden, dass sie zwischen dem Wellenlängentrennspiegel 6 und dem metrischen Sensor 8 angeordnet ist.
Die adaptiv-optische Steuerung 231 wählt einen von dem ersten metrischen Sensor 208A und dem zweiten metrischen Sensor 208B aus und steuert die Antriebseinheit 22 (siehe 3) des ersten verformbaren Spiegels 4 und die Antriebseinheit 27 (siehe 3) des zweiten verformbaren Spiegels 5 auf Grundlage eines erfassten Werts, der von dem ausgewählten metrischen Sensor empfangen wird. Die andere Konfiguration der adaptiv-optischen Steuerung 231 ist ähnlich jener der adaptiv-optischen Steuerung 31 und damit wird auf deren Beschreibung verzichtet.
[Betriebsbeispiel]
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel des optischen Systems 200 beschrieben.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des optischen Systems 200 veranschaulicht.
Zunächst oszilliert in der Steuerung 210 der Leitlaseroszillator 7 Laserlicht (Leitlaser) (Schritt S201). Dann wird der Leitlaser nach außen von dem optischen System 200 abgegeben, breitet sich durch die Atmosphäre aus und erreicht das bestrahlte Objekt A. Danach tritt von dem Objekt A reflektiertes Rückkehrlicht des Leitlasers in das optische System 200 als Licht ein, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat, und tritt dann durch das optische Vergrößerungssystem 2, den Schnelllenkspiegel 3, den ersten verformbaren Spiegel 4, den zweiten verformbaren Spiegel 5, den Wellenlängentrennspiegel 6, den ersten Strahlteiler 11 und die erste Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A in dieser Reihenfolge durch und erreicht den ersten metrischen Sensor 208A, und der erste metrische Sensor 208A erfasst einen Wellenfrontzustand des reflektierten Lichts, das von atmosphärischen Schwankungen beeinflusst ist, und gibt einen erfassten Wert davon aus.
Als Nächstes steuert die Steuerung 210 die erste Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A, um die Lichtmenge einzustellen, die durch die erste Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A durchtritt, und um die Lichtmenge, die auf den ersten metrischen Sensor 208A auftrifft, auf Grundlage eines erfassten Werts einzustellen, der von dem ersten metrischen Sensor 208A ausgegeben wird, um dafür zu sorgen, dass die Lichtmenge des Rückkehrlichts des Leitlasers, das auf den ersten metrischen Sensor 208A auftrifft, in den Dynamikumfang des ersten metrischen Sensors 208A fällt (Schritt S202).
Dann führt, wenn die Einstellung der Lichtmenge, die durch die erste Lichtmengeneinstellvorrichtung 213A durchtritt, abgeschlossen ist, die adaptiv-optische Steuerung 231 als Nächstes den Optimierungsvorgang unter Verwendung der Lichtintensität des Laserlichts durch, das von dem ersten metrischen Sensor 208A erfasst wird (Schritt S203). Dieser Optimierungsvorgang ist ähnlich dem Optimierungsvorgang (Schritte S10 bis S40) der oben stehenden Ausführungsform 1 mit der Ausnahme, dass der erste metrische Sensor 208A anstelle des metrischen Sensors 8 zur Bewertung der Lichtintensität verwendet wird, und damit wird auf dessen detaillierte Beschreibung verzichtet.
Als Nächstes veranlasst die Steuerung 210, dass der Hochleistungslaseroszillator 101 zusätzlich zum Leitlaser Laserlicht (Hauptlaser) oszilliert (Schritt S204). Der Hauptlaser und der Leitlaser werden auf demselben Strahlengang überlagert, indem sie durch den Wellenlängentrennspiegel 6 durchtreten, und werden nach außen von dem optischen System 200 abgegeben. Dann werden der überlagerte Hauptlaser und Leitlaser nach außen von dem optischen System 200 abgegeben, breiten sich durch die Atmosphäre aus und erreichen das bestrahlte Objekt A. Danach tritt das von dem Objekt A reflektierte Rückkehrlicht des Hauptlasers in das optische System 200 als Licht ein, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat, wird durch den Wellenlängentrennspiegel 6 zu einem anderen Strahlengang als dem Strahlengang des Leitlasers geleitet, tritt durch den Hochleistungslaserreflexionsspiegel 211 mit einer Lichtmengenüberwachungsfunktion und die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B in dieser Reihenfolge durch und erreicht den zweiten metrischen Sensor 208B, und der zweite metrische Sensor 208B erfasst einen Wellenfrontzustand des reflektierten Lichts, das von atmosphärischen Schwankungen beeinflusst ist, und gibt einen erfassten Wert aus.
Als Nächstes stellt die Steuerung 210 die Lichtmenge ein, die durch die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B durchtritt, und stellt die Lichtmenge, die auf den zweiten metrischen Sensor 208B auftrifft, auf Grundlage des von dem zweiten metrischen Sensor 208B ausgegebenen erfassten Werts ein, um dafür zu sorgen, dass die Lichtmenge des Rückkehrlichts des Hauptlasers, das auf den zweiten metrischen Sensor 208B auftrifft, in den Dynamikumfang des zweiten metrischen Sensors 208B fällt (Lichtmengeneinstellvorgang, Schritt S205).
Dann führt, während die Steuerung 210 die Lichtmenge einstellt, die durch die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B durchtritt, die adaptiv-optische Steuerung 231 weiterhin den Optimierungsvorgang unter Verwendung der Lichtintensität des Rückkehrlichts des Laserlichts durch, das von dem ersten metrischen Sensor 208A erfasst wird (Schritt S206). Da der Leitlaser und der Hauptlaser auf demselben Strahlengang überlagert sind, kann der Wellenfrontfehler des Hauptlasers kompensiert werden, indem die optische Wellenfront unter Verwendung der Lichtintensität des Rückkehrlichts des Leitlasers kompensiert wird.
Im Übrigen ist es, da die Lichtintensität des Rückkehrlichts des Hauptlasers je nach der Entfernung zum bestrahlten Objekt A, dem Oberflächenreflexionsgrad des bestrahlten Objekts A und dergleichen variiert, schwierig für die Steuerung 210, die Lichtmenge einzustellen, die durch die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B durchgelassen wird, bevor mit der Bestrahlung durch den Hauptlaser begonnen wird, um dafür zu sorgen, dass die Lichtintensität des Rückkehrlichts des Hauptlasers in den Dynamikumfang des zweiten metrischen Sensors 208B fällt, und ist es zudem schwierig für die adaptiv-optische Steuerung 231, den Optimierungsvorgang unter Verwendung des zweiten metrischen Sensors 208B auszuführen, wenn mit der Bestrahlung durch den Hauptlaser begonnen wird. In der vorliegenden Ausführungsform führt, wenn mit der Bestrahlung durch den Hauptlaser begonnen wird, die adaptiv-optische Steuerung 231 jedoch weiterhin den Optimierungsvorgang unter Verwendung der vom ersten metrischen Sensor 208A erfassten Lichtintensität des Rückkehrlichts des Leitlasers aus, wenn mit der Bestrahlung durch den Hauptlaser begonnen wird, und ist es somit möglich, einen Wellenfrontfehler des Hauptlasers aufgrund des Einflusses atmosphärischer Schwankungen zu kompensieren, wenn mit der Bestrahlung durch den Hauptlaser begonnen wird.
Dann führt, wenn die Einstellung der Lichtmenge, die durch die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B durchtritt, abgeschlossen ist, die adaptiv-optische Steuerung 231 der Steuerung 210 als Nächstes einen Schaltprozess, um in den ersten Aktualisierungsvorgang zu schalten, einen Vorgang zum Steuern der Antriebseinheit 27 des zweiten verformbaren Spiegels 5 auf Grundlage eines von dem ersten metrischen Sensor 208A erfassten Werts, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zu verändern, und einen Vorgang zum Steuern der Antriebseinheit 27 des zweiten verformbaren Spiegels 5 auf Grundlage eines von dem zweiten metrischen Sensor 208B erfassten Werts, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zu verändern, durch, um den Optimierungsvorgang auszuführen (Schritt S207). Das heißt, dieser Optimierungsvorgang ist ähnlich dem Optimierungsvorgang (Schritte S10 bis S40) der oben stehenden Ausführungsform 1 mit der Ausnahme, dass der zweite metrische Sensor 208B anstelle des metrischen Sensors 8 zur Bewertung der Lichtintensität verwendet wird, und damit wird auf dessen detaillierte Beschreibung verzichtet.
Im Übrigen ist es, um die Störung der optischen Wellenfront des Rückkehrlichts des Hauptlasers, das von dem Objekt A reflektiert wird, und die Störung der optischen Wellenfront des Rückkehrlicht des Leitlasers, das von dem Objekt A reflektiert wird, zu vereinheitlichen, notwendig, den Hauptlaser genau mit demselben Strahlengang wie dem Leitlaser zu überlagern, und nimmt mit einer zunehmenden Abweichung zwischen dem Strahlengang des Hauptlasers in der Atmosphäre und dem Strahlengang des Leitlasers in der Atmosphäre eine Kompensationsleistung (Strehl-Verhältnis) der optischen Wellenfront für den Hauptlaser unter Verwendung der Lichtintensität des Leitlaser ab. Da die adaptiv-optische Steuerung 231 jedoch den Optimierungsvorgang unter Verwendung der Lichtintensität von Laserlicht ausführt, die von dem zweiten metrischen Sensor 208B erfasst wird, kann, sobald die Einstellung der Lichtmenge, die durch die zweite Lichtmengeneinstellvorrichtung 213B durchtritt, abgeschlossen ist, eine Kompensationsgenauigkeit des Hauptlasers verbessert werden.
(Ausführungsform 3)
Ein Betrieb eines optischen Systems nach Ausführungsform 3 wird nachfolgend mit Schwerpunkt auf Unterschieden zu Ausführungsform 1 beschrieben.
[Betriebsbeispiel]
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des optischen Systems nach Ausführungsform 3 veranschaulicht.
In der vorliegenden Ausführungsform führt die adaptiv-optische Steuerung 31 des optischen Systems zunächst den Optimierungsvorgang im Betriebsbeispiel von Ausführungsform 1 durch (Schritt 310).
Als Nächstes bestimmt die adaptiv-optische Steuerung 31, ob die von dem metrischen Sensor 8 erfasste Lichtintensität kleiner gleich einem vorgegebenen Schwellenwert J_th ist (Schritt S320). Der vorgegebene Schwellenwert J_th wird z. B. gemäß der folgenden Gleichung (7) berechnet. $J_{th} = J_{0} \cdot k_{a}$
Hierbei ist:

J₀ ein Wert der Lichtintensität, der von dem metrischen Sensor 8 erfasst wird, wenn der Optimierungsvorgang begonnen wird, und
k_a ein vorgegebener Koeffizient (z. B. 0,7).

Dann setzt, wenn die adaptiv-optische Steuerung 31 bestimmt, dass die von dem metrischen Sensor 8 erfasste Lichtintensität größer gleich dem vorgegebenen Schwellenwert J_th ist (Nein in Schritt S320), die adaptiv-optische Steuerung 31 den Optimierungsvorgang fort. Dahingegen führt, wenn die adaptiv-optische Steuerung 31 in Schritt S320 bestimmt, dass die Lichtintensität des von atmosphärischen Schwankungen beeinflussten reflektierten Lichts kleiner gleich dem vorgegebenen Schwellenwert J_th ist (Ja in Schritt S320), die adaptiv-optische Steuerung 31 einen Initialisierungsvorgang des ersten verformbaren Spiegels 4 (zweiten Initialisierungsvorgang) aus (Schritt S330). Der Initialisierungsvorgang des ersten verformbaren Spiegels 4 ist ein Vorgang zum Aktualisieren der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche 26 des ersten verformbaren Spiegels 4 zu einer vorgegebenen Ausgangsform (einer Form, wenn der erste zweite Aktualisierungsvorgang begonnen wird). Wie oben beschrieben, führt die adaptiv-optische Steuerung 31 wiederholt den Optimierungsvorgang unter Verwendung des stochastischen parallelen Gradientenabstiegsverfahren aus, um zu veranlassen, dass die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des verformbaren Spiegels einer Veränderung der atmosphärischen Schwankungen folgt. Bei dem Optimierungsvorgang kann sie jedoch in ein lokales Optimum fallen, d. h., es kann sich nicht um ein allgemeines Optimum, sondern um ein Optimum in einem bestimmten lokalen Bereich handeln, und wenn sie in ein lokales Optimum fällt, kann die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des verformbaren Spiegels in einigen Fällen nicht verändert werden, um einer Veränderung atmosphärischer Schwankungen zu folgen, und kann sich der Konzentrationsgrad verschlechtern. In der vorliegenden Ausführungsform führt, wenn sich der Konzentrationsgrad auf einen bestimmten Betrag oder mehr verschlechtert hat, d. h., wenn die adaptiv-optische Steuerung 31 bestimmt, dass die von dem metrischen Sensor 8 erfasste Lichtintensität kleiner gleich dem vorgegebenen Schwellenwert J_th ist, die adaptiv-optische Steuerung 31 den Initialisierungsvorgang des ersten verformbaren Spiegels 4 aus. Somit ist es möglich, sich von einem Zustand zu erholen, in dem in ein lokales Optimum gefallen wird, und ist es möglich zu verhindern, dass sich ein Zustand fortsetzt, in dem sich der Konzentrationsgrad verschlechtert hat. Dann setzt die adaptiv-optische Steuerung 31 den Optimierungsvorgang fort.
(Ausführungsform 4)
Eine Konfiguration und ein Betrieb eines optischen Systems 400 nach Ausführungsform 4 werden nachfolgend mit Schwerpunkt auf Unterschieden zu Ausführungsform 1 beschrieben.
[Konfiguration]
11 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des optischen Systems 400 nach Ausführungsform 4 veranschaulicht.
Das optische System 400 beinhaltet eine adaptiv-optische Vorrichtung 401 und eine Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450.
Die adaptiv-optische Vorrichtung 401 ist ähnlich jener der oben stehenden Ausführungsform 1 mit der Ausnahme, dass eine adaptiv-optische Steuerung 431 anstelle der adaptiv-optischen Steuerung 31 bereitgestellt wird, und damit wird auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet. Zu beachten ist, dass obwohl der Hochleistungslaseroszillator 101, der zweite Strahlteiler 12, der Kippsensor 9 und die Tip-Tilt-Steuerung 32 in 11 nicht veranschaulicht sind, sie ähnlich konfiguriert sind wie jene in der oben stehenden Ausführungsform 1.
Die adaptiv-optische Steuerung 431 steuert die Antriebseinheit 22 (siehe 3) des ersten verformbaren Spiegels 4 und die Antriebseinheit 27 des zweiten verformbaren Spiegels 5 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 auf Grundlage eines erfassten Werts, der von einem metrischen Sensor 408 der weiter unten beschriebenen Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 empfangen wird, zusätzlich zu einem erfassten Wert, der von dem metrischen Sensor 8 empfangen wird. Die andere Konfiguration der adaptiv-optischen Steuerung 431 ist ähnlich jener der adaptiv-optischen Steuerung 31 und damit wird auf deren Beschreibung verzichtet.
Bei der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 handelt es sich um eine Vorrichtung, die Licht erfasst, das von einem Leitlaseroszillator 7 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 abgegeben wird, auf eine optische Wellenfront bereinigt und abgegeben wird und von einem bestrahlten Objekt A reflektiert wird, und die ein Bewertungsbetrag zum Bewerten des Kompensationsgrads für atmosphärische Schwankungen eines Strahlengangs auf einer abgehenden Gangseite durch die adaptiv-optische Vorrichtung 401 erfasst und ausgibt. Die Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 beinhaltet nicht den Leitlaseroszillator 7 und den Hochleistungslaseroszillator 101. Ferner wird ein erster metrischer Sensor 408 anstelle des ersten metrischen Sensors 8 bereitgestellt. Dann ist der Bewertungsbetrag zum Bewerten des Kompensationsgrads und -zustands z. B. ein Strahldurchmesser des Leitlasers auf dem bestrahlten Objekt A. In diesem Fall kann der metrische Sensor 408 der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 z. B. ein Bildsensor sein. Dann wird eine Bildausgabe dieses Bildsensors bildverarbeitet und wird der Strahldurchmesser des Leitlasers auf dem bestrahlten Objekt A berechnet. Dann wird dieser Strahldurchmesser als ein Bewertungsbetrag J_e ausgegeben. Der von dem metrischen Sensor 408 ausgegebene Bewertungsbetrag J_e wird nicht nur in die adaptiv-optische Steuerung 31 der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450, sondern auch in die adaptiv-optische Steuerung 31 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 eingegeben. Die Konfiguration der anderen Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 ist ähnlich jener der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 und damit wird auf deren Beschreibung verzichtet.
[Betriebsbeispiel]
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel des optischen Systems 400 beschrieben.
Zunächst wird, wenn der Leitlaseroszillator 7 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 Laserlicht oszilliert, das oszillierte Laserlicht nach außen von dem optischen System 100 abgegeben, breitet sich durch die Atmosphäre aus und erreicht das bestrahlte Objekt A.
Dann tritt ein Teil des Laserlichts, das von dem bestrahlten Objekt A reflektiert wird, in die adaptiv-optische Vorrichtung 401 als Licht ein, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat, und erreicht den metrischen Sensor 8 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 und erfasst der metrische Sensor 8 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 eine Lichtintensität des reflektierten Lichts. Gleichzeitig tritt ein Teil des Laserlichts, das von dem bestrahlten Objekt A reflektiert wird, in die Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 als Licht ein, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat, und erreicht den metrischen Sensor (Detektor zur Bewertung) 408 und erfasst der metrische Sensor 408 einen Bewertungsbetrag J_e eines Kompensationsergebnisses von der adaptiv-optischen Vorrichtung 401.
Dann führt die adaptiv-optische Steuerung (Steuerung zur Bewertung) 31 der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 wiederholt den Optimierungsvorgang unter Verwendung eines Optimierungsverfahrens aus, das wiederholt die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des verformbaren Spiegels (verformbarer Spiegel zur Bewertung) unter Verwendung des Bewertungsbetrags J_e des metrischen Sensors 408 der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 als eine Bewertungsfunktion verändert. Bei diesem Optimierungsvorgang handelt es sich um einen Vorgang (Abbildungsvorgang) zum Verändern der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche des verformbaren Spiegels, sodass sich der Bewertungsbetrag J_e verbessert, d. h., der Strahldurchmesser, welcher der von dem metrischen Sensor 408 erfasste Bewertungsbetrag J_e ist, minimiert wird. Da der Abbildungsvorgang ähnlich dem Optimierungsvorgang der oben stehenden Ausführungsform 1 ist, wird auf dessen detaillierte Beschreibung verzichtet. Somit kann die Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 Fehler des Bewertungsbetrags des Kompensationsergebnisses, die durch eine Störung einer optischen Wellenfront aufgrund atmosphärischer Schwankungen des Strahlengangs auf der rückführenden Gangseite von dem bestrahlten Objekt A zu der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 verursacht werden, durch den Bewertungsbetrag J_e des Kompensationsergebnisses von der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 verringern und kann der Bewertungsbetrag des Kompensationsergebnisses auf der abgehenden Gangseite der adaptiv-optischen Vorrichtung 401, die andere Strahlengänge als die Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 aufweist, zuverlässiger von dem metrischen Sensor 408 erfasst werden, auch wenn er stark von der Störung der optischen Wellenfront aufgrund atmosphärischer Schwankungen des Strahlengangs auf der rückführenden Gangseite beeinflusst wird.
Dann führt parallel zum Optimierungsvorgang der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 die adaptiv-optische Steuerung 431 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 den Optimierungsvorgang aus. Bei dem Optimierungsvorgang in der oben stehenden Ausführungsform 1 ist die Verstärkung G in der Gleichung (4) ein vorgegebener Wert (konstant). Dahingegen ist in der vorliegenden Ausführungsform die Verstärkung G in der Gleichung (4) ein Wert, der auf Grundlage des metrischen Sensors 408 der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 berechnet wird, und ist eine Variable, die z. B. gemäß der folgenden Gleichung (8) berechnet wird. $G = - {dJ}_{e} / dt \cdot k_{b} + k_{c}$
Hierbei sind:

k_b und k_c vorgegebene Koeffizienten.

Daher nimmt in der vorliegenden Ausführungsform die Verstärkung G einen großen Wert an, wenn der Veränderungsbetrag im Bewertungsbetrag, der von dem metrischen Sensor 408 der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 erfasst wird, in einer gewünschten Richtung groß ist, und nimmt die Verstärkung G einen niedrigen Wert an, wenn der Veränderungsbetrag im Bewertungsbetrag in einer unerwünschten Richtung groß ist. Hierbei ist, wenn der Bewertungsbetrag der Strahldurchmesser des Leitlasers auf dem bestrahlten Objekt A ist, eine Richtung, in der es kleiner wird, eine gewünschte Richtung und weist somit der erste Term der Gleichung (8) ein negatives Vorzeichen auf. Ferner wird, wenn keine Veränderung in dem Bewertungsbetrag vorliegt, bestimmt, dass die Kompensation stabilisiert wird, und wird der in der Gleichung (3) der oben stehenden Ausführungsform 1 veranschaulichte feste Verstärkungswert G = k_c genommen. Somit verwendet in der vorliegenden Ausführungsform die adaptiv-optische Steuerung 431 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 einen erfassten Wert des metrischen Sensors 408 der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 als eine sekundäre Bewertungsfunktion. Folglich kann in der Anfangsphase des Optimierungsvorgangs, oder wenn eine große atmosphärische Schwankung innerhalb einer kurzen Zeit auftritt, der Formveränderungsbetrag des zweiten verformbaren Spiegels 5 erhöht werden, kann eine Konvergenz der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zu der optimalen Form beschleunigt werden und kann eine Kompensationssteuergeschwindigkeit verbessert werden. Dahingegen kann in einem Zustand, in dem die reflektierende Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zu der optimalen Form konvergiert, der Formveränderungsbetrag der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 verringert werden und ist es möglich zu verhindern, dass der Konzentrationsgrad sich umgekehrt verschlechtert, indem die reflektierende Oberfläche 26 verändert wird, welche die optimale Form übersteigt.
Darüber hinaus kann, wenn die optische Wellenfront auf der rückführenden Gangseite, die von dem metrischen Sensor 8 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 erfasst wird, ursprünglich als Punktlichtquelle von dem bestrahlten Objekt A kommt, nur eine Wellenfrontverzerrung aufgrund atmosphärischer Schwankungen erfasst werden. In der Praxis kann jedoch, da sie zu einer Wellenfront mit Superposition von reflektiertem Licht von begrenzten Bereichen in verschiedenen Oberflächenzuständen des bestrahlten Objekts A wird, der Einfluss eines dadurch erzeugten Specklemusters nicht vernachlässigt werden, und in einigen Fällen sind die Störung der optischen Wellenfront auf der abgehenden Gangseite ohne den Einfluss einer Reflexion auf das bestrahlte Objekt A und die Störung der optischen Wellenfront auf der rückführenden Gangseite mit dem Einfluss einer Reflexion auf das bestrahlte Objekt A weitgehend unterschiedlich. In derartigen Fällen gibt es, selbst wenn das reflektierte Licht von dem metrischen Sensor 8 der adaptiv-optischen Vorrichtung 401 bewertet wird und ein Kompensationsvorgang zum Korrigieren der Wellenfrontverzerrung an dem Strahlengang auf der rückführenden Gangseite durchgeführt wird, Fälle, in denen es nicht möglich ist, eine Kompensation durchzuführen, um einen Wellenfrontverzerrungseffekt aufgrund atmosphärischer Schwankungen auf den Strahlengang auf der abgehenden Gangseite aufzuheben, und die Lichtsammelleistung nicht erhöht werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform erfasst der metrische Sensor 408 der Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung 450 jedoch zur Verringerung des Einflusses des reflektierenden Zustands des bestrahlten Objekts A den Bewertungsbetrag eines Ergebnisses des Korrigierens des Einflusses einer Störung der optischen Wellenfront aufgrund atmosphärischer Schwankungen des Strahlengangs auf der abgehenden Gangseite und führt die adaptiv-optische Vorrichtung 401 den Optimierungsvorgang unter Verwendung dieser als eine sekundäre Bewertungsfunktion durch. Somit ist es möglich, die Lichtsammelleistung des Laserlichts zuverlässiger zu verstärken.
(Ausführungsform 5)
Im Folgenden werden eine Konfiguration und ein Betrieb eines optischen Systems 500, das eine adaptiv-optische Vorrichtung 501 nach Ausführungsform 5 beinhaltet, mit Schwerpunkt auf Unterschieden zu Ausführungsform 1 beschrieben.
[Konfiguration]
12 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des optischen Systems 500 nach Ausführungsform 5 veranschaulicht.
Die adaptiv-optische Vorrichtung 501 beinhaltet ein optisches Vergrößerungssystem 2, einen Schnelllenkspiegel 3, einen ersten verformbaren Spiegel 4, einen zweiten verformbaren Spiegel 5, einen Wellenlängentrennspiegel 6, einen Leitlaseroszillator 7, einen metrischen Sensor 8, einen Kippsensor 9, einen Wellenfrontsensor 502, eine Steuerung 510, einen ersten Strahlteiler 11, einen zweiten Strahlteiler 12 und einen dritten Strahlteiler 513. Das optische Vergrößerungssystem 2, der Schnelllenkspiegel 3, der erste verformbare Spiegel 4, der zweite verformbare Spiegel 5, der Wellenlängentrennspiegel 6, der Leitlaseroszillator 7, der metrische Sensor 8, der Kippsensor 9, der erste Strahlteiler 11 und der zweite Strahlteiler 12 sind ähnlich konfiguriert wie jene in der oben stehenden Ausführungsform 1, und somit wird auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet.
Der Wellenfrontsensor (WFS Wellenfrontformdetektor) 502 ist ein Sensor, der eine Wellenfrontform von Laserlicht erfasst und einen erfassten Wert ausgibt. Bei dem Wellenfrontsensor 502 handelt es sich z. B. um den vorgenannten Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor.
Die Steuerung 510 beinhaltet eine erste adaptiv-optische Steuerung 531, eine zweite adaptiv-optische Steuerung 532 und eine Tip-Tilt-Steuerung 32.
Die erste adaptiv-optische Steuerung (SPGD AO) 531 ist eine Steuerung, die ähnlich wie die Steuerung 10 der oben stehenden Ausführungsform 1 konfiguriert ist und eine Kompensation unter Verwendung eines Optimierungsverfahrens durchführt, um wiederholt die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des verformbaren Spiegels unter Verwendung eines detektierten Werts des metrischen Sensors 8 als eine Bewertungsfunktion zu verändern. Darüber hinaus wird, da die Tip-Tilt-Steuerung 32 ähnlich jener der oben stehenden Ausführungsform 1 ist, auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet. Ferner wird, da die andere Konfiguration der Steuerung 510 ähnlich jener der Steuerung 10 der oben stehenden Ausführungsform 1 ist, auf deren Beschreibung verzichtet.
Die zweite adaptiv-optische Steuerung (WFR AO) 532 steuert die Antriebseinheit 22 des ersten verformbaren Spiegels 4 auf Grundlage einer Wellenfrontform, die von dem Wellenfrontsensor 502 empfangen wird. Ferner ist die zweite adaptiv-optische Steuerung 532 derart konfiguriert, dass sie dazu imstande ist, einen Wellenfrontkorrekturvorgang auszuführen (Details sind weiter unten beschrieben). Die zweite adaptiv-optische Steuerung 532 gibt ein Steuersignal an den ersten verformbaren Spiegel 4 aus.
Der dritte Strahlteiler 513 reflektiert ebenso wie der erste Strahlteiler 11 und der zweite Strahlteiler 12 teilweise auftreffendes Licht und lässt das übrige Licht davon durch, um Laserlicht in verschiedene Strahlengänge zu teilen oder Strahlengänge von mehreren Laserlichtern verschiedener Strahlengänge in einem Strahlengang zusammenzufassen (zu überlagern). Der dritte Strahlteiler 513 wird auf einem Strahlengang zwischen dem zweiten Strahlteiler 12 und dem metrischen Sensor 8 in der oben stehenden Ausführungsform 1 bereitgestellt und reflektiert teilweise in einem Strahlengang auf einer rückführenden Gangseite Laserlicht, das von dem zweiten Strahlteiler 12 auftrifft, und reflektiertes Laserlicht, das auf den Wellenfrontsensor 502 auftrifft. Der dritte Strahlteiler 513 lässt das übrige Laserlicht durch und das durchgelassene Laserlicht trifft auf den metrischen Sensor 8 auf.
Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform verläuft der Strahlengang auf der rückführenden Gangseite durch das optische Vergrößerungssystem 2, den Schnelllenkspiegel 3, den ersten verformbaren Spiegel 4, den zweiten verformbaren Spiegel 5, den Wellenlängentrennspiegel 6 und den ersten Strahlteiler 11 in dieser Reihenfolge und erreicht den zweiten Strahlteiler 12 und wird im zweiten Strahlteiler 12 in einen Strahlengang zum Kippsensor 9 und einen Strahlengang zum dritten Strahlteiler 513 geteilt. Weiterhin wird der Strahlengang im dritten Strahlteiler 513 in einen Strahlengang zum metrischen Sensor 8 und einen Strahlengang zum Wellenfrontsensor 502 geteilt.
[Betriebsbeispiel]
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel des optischen Systems 500 beschrieben. 13 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des optischen Systems 500 veranschaulicht.
Zunächst bestimmt die Steuerung 510, welcher von dem Optimierungsvorgang und dem Wellenfrontkorrekturvorgang durchgerührt werden soll, je nach der Intensität atmosphärischer Schwankungen (Schritt S510). Beispielweise bestimmt, wenn die Steuerung 510 bestimmt, dass sie Bedingungen mit starken atmosphärischen Schwankungen ausgesetzt ist, wie z. B., dass eine Rytov-Zahl (logarithmische Amplitudendispersion), die aus einem Messwert des metrischen Sensors 8 berechnet werden kann, 0,2 überschreitet (die Rytov-Zahl beträgt 0,2 oder mehr) (Ja in Schritt S510), die Steuerung 510, dass der Optimierungsvorgang durchgeführt werden soll (Schritt S520). Der Optimierungsvorgang in der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich dem Optimierungsvorgang (Schritte S10 bis S40) der oben stehenden Ausführungsform 1 und somit auf dessen detaillierte Beschreibung verzichtet.
Ferner bestimmt, wenn die Steuerung 510 bestimmt, dass sie Bedingungen mit schwachen atmosphärischen Schwankungen ausgesetzt ist, wie z. B., dass die Rytov-Zahl unter 0,2 liegt (die Rytov-Zahl ist kleiner als 0,2) (Nein in Schritt S510), die Steuerung 510, dass der Wellenfrontkorrekturvorgang (dritter Aktualisierungsvorgang) durchgeführt werden soll, und führt den Wellenfrontkorrekturvorgang durch (Schritt S530). Bei dem Wellenfrontkorrekturvorgang stellt die Steuerung 510 die Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 auf eine vorgegebene Ausgangsform ein. Die vorgegebene Ausgangsform ist z. B. eine flache Oberfläche. Gleichzeitig steuert die zweite adaptiv-optische Steuerung 532 der Steuerung 510 die Antriebseinheit 22 des ersten verformbaren Spiegels 4, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 so zu verändern, dass sie die Wellenfrontverzerrung auf Grundlage der Wellenfrontform von Laserlicht, die von dem Wellenfrontsensor 502 erfasst wird, korrigiert.
Wie oben beschrieben, ist in der vorliegenden Ausführungsform das optische System 500 dazu konfiguriert, je nach der Situation sowohl den Optimierungsvorgang unter Verwendung des Optimierungsverfahrens als auch den Wellenfrontkorrekturvorgang, der eine Form einer optischen Wellenfront direkt erfasst und eine erfasste optische Wellenfrontverzerrung korrigiert, ordnungsgemäß zu verwenden. Auf diese Weise wird unter Bedingungen, unter denen atmosphärische Schwankungen schwach sind und es keine Möglichkeit gibt, dass eine große stufenartige Komponente in der optischen Wellenfront erzeugt wird oder dergleichen, eine Wellenfrontverzerrung aufgrund des Einflusses atmosphärischer Schwankungen von einem Wellenfrontsensor gemessen und direkt an den verformbaren Spiegel zur Korrektur durch den Wellenfrontkorrekturvorgang zurückgegeben. Somit kann der Verarbeitungsgeschwindigkeit eine Spanne hinzugefügt werden.
(Ausführungsform 6)
Nachfolgend werden eine Konfiguration und ein Betrieb eines optischen Systems 600, das eine adaptiv-optische Vorrichtung 601 nach Ausführungsform 6 beinhaltet, mit Schwerpunkt auf Unterschieden zu Ausführungsform 1 beschrieben.
[Konfiguration]
14 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des optischen Systems 600 nach Ausführungsform 6 veranschaulicht.
Die adaptiv-optische Vorrichtung 601 beinhaltet ferner einen ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 608, einen zweiten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 609, einen ersten Strahlabtaster 612, einen zweiten Strahlabtaster 613 und eine Wellenfrontübertragungssteuerung 610 zusätzlich zu der adaptiv-optischen Vorrichtung 1 der oben stehenden Ausführungsform 1.
Der erste Strahlabtaster 612 ist in einem Strahlengang zwischen dem Schnelllenkspiegel 3 und dem ersten verformbaren Spiegel 4 bereitgestellt und entnimmt einen Teil des Leitlaserlichts auf der abgehenden Gangseite zum ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 608. Ferner ist der zweite Strahlabtaster 613 in dem Strahlengang zwischen dem ersten verformbaren Spiegel 4 und dem zweiten verformbaren Spiegel 5 bereitgestellt und entnimmt einen Teil des Leitlaserlichts auf der abgehenden Gangseite zum zweiten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 609.
Der erste Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor (WFS1) 608 und der zweite Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor (WFS2) 609 sind Sensoren, die eine Wellenfrontform von Laserlicht erfassen, und sind z. B. die oben genannten Shack-Hartmann-Wellenfrontsensoren. Der erste Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 608 empfängt Leitlaserlicht, das von dem ersten Strahlabtaster 612 extrahiert wurde, d. h. Leitlaserlicht, das durch den ersten verformbaren Spiegel 4 und den zweiten verformbaren Spiegel 5 durchgetreten ist und dessen Wellenfront von dem ersten verformbaren Spiegel 4 und dem zweiten verformbaren Spiegel 5 verformt wurde, erfasst dessen Wellenfront und gibt einen erfassten Wert aus. Es ist möglich, aus der erfassten Wellenfront eine Form zu berechnen, bei der die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 mit der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 überlagert ist. Ferner empfängt der zweite Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 609 das von dem zweiten Strahlabtaster 613 extrahierte Leitlaserlicht, d. h. den Leitlaserstrahl, der eine Wellenfront aufweist, die durch den zweiten verformbaren Spiegel 5 verformt wurde, erfasst dessen Wellenfront und gibt einen erfassten Wert aus. Die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 kann aus der erfassten Wellenfront berechnet werden.
Die Wellenfrontübertragungssteuerung 610 steuert die Antriebseinheit 22 des ersten verformbaren Spiegels 4 auf Grundlage eines Steuersignals für den ersten verformbaren Spiegel 4, das von der adaptiv-optischen Steuerung 31 ausgegeben wird, und der von dem ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 608 und dem zweiten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 609 erfassten Wellenfront. Die Antriebseinheit 22 (siehe 3) des ersten verformbaren Spiegels 4 treibt jedes Antriebselement 23 (siehe 3) auf Grundlage eines Antriebssignals an, das von der Wellenfrontübertragungssteuerung 610 empfangen wird. Die Wellenfrontübertragungssteuerung 610 kann einstückig mit der adaptiv-optischen Steuerung 31 und der Tip-Tilt-Steuerung 32 der Steuerung 10 konfiguriert sein.
[Betriebsbeispiel]
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel des optischen Systems 600 beschrieben.
15 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des optischen Systems 600 veranschaulicht. 16 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines Optimierungsvorgangs des optischen Systems 600 veranschaulicht.
Der Optimierungsvorgang des optischen Systems 100 der oben stehenden Ausführungsform 1 und der Optimierungsvorgang des optischen Systems 600 der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich im Betrieb nach Schritt S20.
In der vorliegenden Ausführungsform speichert, wenn die adaptiv-optische Steuerung 31 einen ersten Aktualisierungsvorgang (Schritt S605) für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen (Ja in Schritt S610) ausführt, die Wellenfrontübertragungssteuerung 610 einen erfassten Wert V2b, der von dem zweiten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 609 erfasst wird. Dieser erfasste Wert V2b ist ein Wert, der den Formveränderungsbetrag S2b - S2a von einer unebenen Form S2a der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 vor dem ersten Aktualisierungsvorgang in eine unebene Form S2b der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 nach dem ersten Aktualisierungsvorgang widerspiegelt. Gleichzeitig speichert die Wellenfrontübertragungssteuerung 610 einen erfassten Wert V1b, der von dem ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 608 erfasst wird. Der erfasste Wert V1b ist ein Wert, der die Wellenfrontform widerspiegelt, die durch Überlagern der unebenen Form S1a = S1b der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 erhalten wird, der keine Veränderung bei dem ersten Aktualisierungsvorgang aufweist, mit der unebenen Form S2b der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 nach dem ersten Aktualisierungsvorgang erhalten wird (Schritt S615).
Als Nächstes führt die adaptiv-optische Steuerung 31 einen Initialisierungsvorgang des zweiten verformbaren Spiegels 5 aus (Schritt S620). Der Initialisierungsvorgang des zweiten verformbaren Spiegels 5 ist ähnlich dem Initialisierungsvorgang des zweiten verformbaren Spiegels 5 in dem Betriebsbeispiel der oben stehenden Ausführungsform 1, und somit wird auf dessen detaillierte Beschreibung verzichtet.
Als Nächstes verwendet die Wellenfrontübertragungssteuerung 610 den in Schritt S615 gespeicherten erfassten Wert V2b des Wellenfrontzustands des zweiten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensors 609 nach Abschluss des ersten Aktualisierungsvorgangs und einen aktuellen erfassten Wert V2c, um aus V2b - V2c den Antriebsbetrag zu berechnen, der einem Formverformungsbetrag Dt entspricht, der an das Antriebselement 23 des ersten verformbaren Spiegels 4 zum Antreiben befohlen werden soll (Schritt S625). Hierbei wird, wenn ein erfasster Wert V2a des Wellenfrontzustands des zweiten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensors 609 vor dem ersten Aktualisierungsvorgang und der erfasste Wert V2c des Wellenfrontzustands nach dem Initialisierungsvorgang vollkommen gleich sind, der oben beschriebene Formverformungsbetrag Dt gleich dem aus V2b - V2a berechneten Formverformungsbetrag D. Oftmals stimmen sie jedoch nicht vollkommen überein, da die Antriebselemente des verformbaren Spiegels Hystereseeigenschaften aufweisen. Unter Verwendung des Formverformungsbetrags Dt, bei dem es sich um eine Formdifferenz in Bezug auf den aktuellen V2c handelt, ist es möglich, eine Wellenfrontübertragung genau durchzuführen, um die Wellenfront vor und nach der Übertragung aufrechtzuerhalten.
Als Nächstes fügt die Wellenfrontübertragungssteuerung 610 den Formveränderungsbetrag Dt zu der unebenen Form S1c der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 hinzu, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 zu aktualisieren (zweiter Aktualisierungsvorgang, Schritt S630). Konkret betreibt zunächst die adaptiv-optische Steuerung 31 das Antriebselement 23, sodass die reflektierende Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 eine Form nach der Aktualisierung aufweist.
Als Nächstes erhält die Wellenfrontübertragungssteuerung 610 den erfassten Wert V1d des ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensors 608 und vergleicht ihn mit dem in Schritt S615 erhaltenen erfassten Wert V1b des ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensors 608 (Schritt S635). Dann wird, wenn eine Differenz zwischen den beiden erfassten Werten V1b, V1d vorliegt, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, d. h., wenn sie nicht übereinstimmen (Nein in Schritt S635), die unebene Form der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 auf Grundlage eines Differenzwerts zwischen den erfassten Werten V1b und V1d korrigiert. Dann wird Schritt S635 erneut ausgeführt und wird die unebene Form S1d des ersten verformbaren Spiegels 4 korrigiert, bis der erfasste Wert V1d mit dem erfassten Wert V1b übereinstimmt (Schritte S635 bis S640).
Wenn die Wellenfrontübertragungssteuerung 610 bestimmt, dass der erfasste Wert V1d mit dem erfassten Wert V1b übereinstimmt (Ja in Schritt S635), wird Schritt S605 erneut ausgeführt. Das heißt, die Wellenfrontübertragungssteuerung 610 verändert die unebene Form des ersten verformbaren Spiegels 4 (Korrekturvorgang für reflektierende Oberflächen), sodass der erfasste Wert V1b vor Beginn des Initialisierungsvorgangs und des zweiten Aktualisierungsvorgangs mit dem erfassten Wert V1d nach Abschluss des Initialisierungsvorgangs und des zweiten Aktualisierungsvorgangs übereinstimmt.
Wie oben beschrieben, kann in der vorliegenden Ausführungsform das optische System 600 die Formdifferenz Dt der reflektierenden Oberfläche 26 des zweiten verformbaren Spiegels 5 zwischen einem Endzeitpunkt des ersten Aktualisierungsvorgangs und einem Endzeitpunkt des Initialisierungsvorgangs genau zu der unebenen Form S1a der reflektierenden Oberfläche 21 des ersten verformbaren Spiegels 4 auf Grundlage erfasster Werte des ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensors 608 und des zweiten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensors 609 hinzufügen.
Wie im oben stehenden Betriebsbeispiel veranschaulicht, ist die Wellenfronterfassung zum Übertragen des Wellenfrontformveränderungsbetrags des ersten Aktualisierungsvorgangs durch den zweiten verformbaren Spiegel 5 durch die Formveränderung durch den ersten verformbaren Spiegel 4 auch durch den ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 608 allein möglich. Ein erfasster Wellenfrontwert von dem ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 608 erfordert einen Dynamikumfang, da sich eine Formveränderung aufgrund des ersten Aktualisierungsvorgangs ansammelt. Dahingegen ist, da der zweite verformbare Spiegel 5 bei jedem ersten Aktualisierungsvorgang initialisiert wird, der Formveränderungsbetrag der Wellenfront gering und kann der zweite Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 609 unmittelbar danach einen kleinen Dynamikumfang unterdrücken, und ist es möglich, den Formveränderungsbetrag der Wellenfront genauer zu erfassen. Daher kann, da die Berechnung des Antriebsbetrags des ersten verformbaren Spiegels 4, der nach dem Initialisierungsvorgang auf Grundlage eines erfassten Werts von dem zweiten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensor 609 angetrieben wird, genau wird, Schritt S635 zum Agleichen des erfassten Werts V1d des ersten Wellenfrontübertragungswellenfrontsensors 608 mit dem erfassten Wert V1b in einer kürzeren Zeit abgeschlossen werden, was dazu beiträgt, den Kompensationsvorgang zu beschleunigen.
Wie oben in den Ausführungsformen 1 bis 6 beschrieben, beinhaltet die adaptiv-optische Vorrichtung einen ersten verformbaren Spiegel, der eine reflektierende Oberfläche, die Licht reflektiert, das sich durch eine Atmosphäre ausgebreitet hat, und eine Antriebseinheit, die mehrere Antriebselemente aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche verändert, beinhaltet, einen zweiten verformbaren Spiegel, der eine reflektierende Oberfläche, die Licht von dem ersten verformbaren Spiegel reflektiert, und eine Antriebseinheit, die mehrere Antriebselemente aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche verändert, beinhaltet, einen Detektor, der eine Lichtintensität des Lichts von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel erfasst, und eine Steuerung, welche die Antriebseinheit von sowohl dem ersten verformbare Spiegel als auch dem zweiten verformbaren Spiegel steuert, wobei die Steuerung derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, einen ersten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit eines verformbaren Spiegels von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel auf Grundlage eines von dem Detektor erfassten Werts auszuführen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels zu verändern, und einen zweiten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit des anderen verformbaren Spiegels von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel auf Grundlage eines Formveränderungsbetrags der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels von einer vorgegebenen Ausgangsform durch wiederholtes Ausführen des ersten Aktualisierungsvorgangs mit einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen auszuführen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des anderen verformbaren Spiegels zu verändern.
Bei dieser Konfiguration kann die Steuergeschwindigkeit der adaptiv-optischen Vorrichtung unter Verwendung des Optimierungsverfahrens verbessert werden, kann das Optimierungsverfahren auf eine Kompensation einer optischen Wellenfront höherer Ordnung nach Veränderungen bei Schwankungen unter Bedingungen angewandt werden, unter denen die atmosphärischen Schwankungen stark sind, und kann die Kompensation der optischen Wellenfront höherer Ordnung genau durchgeführt werden.
Eine maximale Verschiebung der Antriebselemente des einen verformbaren Spiegels kann kleiner als eine maximale Verschiebung der Antriebselemente des anderen verformbaren Spiegels sein.
Bei dieser Konfiguration kann der erste Aktualisierungsvorgang wiederholt mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung des verformbaren Spiegels ausgeführt werden, der dazu imstande ist, einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb durch Einstellen eines kleinen maximalen Verschiebungsbetrags durchzuführen. Somit kann die Geschwindigkeit des Kompensationsvorgangs für die optische Wellenfront unter Verwendung des Optimierungsverfahrens verbessert werden.
Die Steuerung kann die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels auf die Ausgangsform zu einem Zeitpunkt aktualisieren, zu dem der zweite Aktualisierungsvorgang ausgeführt wird.
Bei dieser Konfiguration kann die Kompensation der optischen Wellenfront unter Verwendung des ersten verformbaren Spiegels und des zweiten verformbaren Spiegels geeignet konfiguriert werden.
Die Steuerung kann derart konfiguriert sein, dass sie dazu imstande ist, einen ersten Initialisierungsvorgang zum Aktualisieren der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels auf die Ausgangsform zu einem Zeitpunkt des Ausführens des zweiten Aktualisierungsvorgangs und einen zweiten Initialisierungsvorgang zum Aktualisieren, wenn bestimmt wird, dass der erfasste Wert von dem Detektor kleiner gleich einem vorgegebenen Schwellenwert nach Ausführen des ersten Initialisierungsvorgangs ist, der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche des anderen verformbaren Spiegels auf eine vorgegebene Ausgangsform auszuführen.
Bei dieser Konfiguration ist es möglich, sich von einem Zustand zu erholen, in dem in ein lokales Optimum gefallen wird, und ist es möglich zu verhindern, dass sich ein Zustand fortsetzt, in dem sich der Konzentrationsgrad verschlechtert hat.
Die adaptiv-optische Vorrichtung kann ferner einen Laseroszillator beinhalten, der Laserlicht oszilliert, wobei der Detektor eine Lichtintensität des Laserlichts erfassen kann, das durch einen Strahlengang auf einer abgehenden Gangseite, in dem das oszillierte Laserlicht durch den zweiten verformbaren Spiegel und den ersten verformbaren Spiegel in dieser Reihenfolge durchtritt und nach außen abgegeben wird und ein bestrahltes Objekt als Licht erreicht, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat, und einen Strahlengang auf einer rückführenden Gangseite, in den das von dem bestrahlten Objekt reflektierte Laserlicht als Licht eintritt, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat, und durch den ersten verformbaren Spiegel und den zweiten verformbaren Spiegel in dieser Reihenfolge durchtritt, verlaufen ist, und ein Strahlengang eines Abschnitts zwischen dem zweiten verformbaren Spiegel und dem bestrahlten Objekt des Strahlengangs auf der abgehenden Gangseite und ein Strahlengang eines Abschnitts zwischen dem zweiten verformbaren Spiegel und dem bestrahlten Objekt des Strahlengangs auf der rückführenden Gangseite derselbe Gang sein können.
Bei dieser Konfiguration kann durch Durchführen eines Kompensationsvorgangs zum Korrigieren des Einflusses atmosphärischer Schwankungen auf der rückführenden Gangseite eine ähnliche Kompensation auf der abgehenden Gangseite durchgeführt werden.
Die adaptiv-optische Vorrichtung kann ferner einen Hochleistungslaseroszillator, der Hochleistungslaserlicht mit einer Leistung, die höher als die des Laserlichts ist, oszilliert, und einen Hochleistungslaserdetektor, der eine Lichtintensität des Hochleistungslaserlichts erfasst, das von dem Hochleistungslaseroszillator oszilliert wurde und durch den Strahlengang auf der abgehenden Gangseite und den Strahlengang auf der rückführenden Gangseite verlaufen ist, und eine Hochleistungslaserlichtmengeneinstelleinheit, die eine Lichtmenge des Hochleistungslaserlichts einstellt, das auf den Hochleistungslaserdetektor auftrifft, beinhalten, wobei die Steuerung die Hochleistungslaserlichtmengeneinstelleinheit steuern kann und derart konfiguriert sein kann, dass sie dazu imstande ist, einen Lichtmengeneinstellvorgang auszuführen, der während der Ausführung mindestens eines Vorgangs von dem ersten Aktualisierungsvorgang und dem zweiten Aktualisierungsvorgang ausgeführt wird, und eine Lichtmenge des Hochleistungslaserlichts einzustellen, das auf den Hochleistungslaserdetektor auftritt, um dafür zu sorgen, dass die von dem Hochleistungslaserdetektor erfasste Lichtintensität des Hochleistungslaserlicht in einen Dynamikumfang des Hochleistungslaserdetektors fällt, und einen Schaltvorgang, der ausgeführt wird, nachdem der Lichtmengeneinstellvorgang abgeschlossen ist, zum Schalten im ersten Aktualisierungsvorgang eines Vorgangs zum Steuern der Antriebseinheit des einen verformbaren Spiegels auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Detektor, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels zu verändern, in einen Vorgang zum Steuern der Antriebseinheit des einen verformbaren Spiegels auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Hochleistungslaserdetektor, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels zu verändern.
Bei dieser Konfiguration ist es möglich, einen Wellenfrontfehler aufgrund des Einflusses atmosphärischer Schwankungen des Hochleistungslasers zu kompensieren, wenn mit einer Hochleistungslaserbestrahlung begonnen wird. Ferner kann die Kompensationsgenauigkeit des Hochleistungslasers verbessert werden.
Die adaptiv-optische Vorrichtung kann ferner einen Wellenfrontsensor beinhalten, der eine Wellenfront des Laserlichts erfasst, das von dem Laseroszillator oszilliert wurde und durch den zweiten verformbaren Spiegel und den ersten verformbaren Spiegel in dem Strahlengang auf der abgehenden Gangseite durchgetreten ist, wobei die Steuerung derart konfiguriert sein kann, dass sie dazu imstande ist, einen Initialisierungsvorgang zum Aktualisieren der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels auf die Ausgangsform zu einem Zeitpunkt, zu dem der zweite Aktualisierungsvorgang ausgeführt wird, und einen Korrekturvorgang für reflektierende Oberflächen zum Verändern der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche des anderen verformbaren Spiegels nach Abschluss des Initialisierungsvorgangs auszuführen, sodass eine Form einer optischen Wellenfront des Laserlichts, die von dem Wellenfrontsensor vor Beginn des Initialisierungsvorgangs und des zweiten Aktualisierungsvorgangs erfasst wird, mit einer Form der optischen Wellenfront des Laserlicht, die von dem Wellenfrontsensor nach Abschluss des Initialisierungsvorgangs und des zweiten Aktualisierungsvorgangs erfasst wird, übereinstimmt.
Bei dieser Konfiguration kann eine Formdifferenz der reflektierenden Oberfläche des zweiten verformbaren Spiegels zwischen einem Endzeitpunkt des ersten Aktualisierungsvorgangs und einem Endzeitpunkt des Initialisierungsvorgangs genau zu der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche des ersten verformbaren Spiegels hinzugefügt werden.
Die adaptiv-optische Vorrichtung kann ferner einen Wellenfrontformdetektor beinhalten, der eine Wellenfrontform des Lichts von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel erfasst, wobei die Steuerung derart konfiguriert sein kann, dass sie dazu imstande ist, einen dritten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit eines verformbaren Spiegels von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Wellenfrontformdetektor auszuführen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels zu verändern, und kann den ersten Aktualisierungsvorgang und den zweiten Aktualisierungsvorgang ausführen, wenn die Steuerung bestimmt, dass eine Intensität atmosphärischer Schwankungen größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, und kann den dritten Aktualisierungsvorgang ausführen, wenn die Steuerung bestimmt, dass die Intensität der atmosphärischen Schwankungen kleiner als der vorgegebene Wert ist.
Bei dieser Konfiguration wird unter Bedingungen, unter denen atmosphärische Schwankungen schwach sind und es keine Möglichkeit gibt, dass eine große stufenartige Komponente in der optischen Wellenfront erzeugt wird oder dergleichen, eine optische Wellenfront durch den Wellenfrontkorrekturvorgang kompensiert und kann somit zu der Verarbeitungsgeschwindigkeit eine Spanne hinzugefügt werden.
Bei dem ersten Aktualisierungsvorgang bei einem n-ten (n ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Mal kann die Steuerung die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels von einer Form vor Beginn des ersten Aktualisierungsvorgangs beim n-ten Mal zu einer ersten Form verändern und eine von dem Detektor erfasste Lichtintensität erhalten, die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels in eine zweite Form verändern, die zu der ersten Form in Bezug auf eine Form zu Beginn des ersten Aktualisierungsvorgangs beim n-ten Mal symmetrisch ist, und eine von dem Detektor erfasste Lichtintensität erhalten und die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels zu einer Form von der ersten Form und der zweite Form verändern, die eine höhere vom Detektor erfasste Lichtintensität aufweist, um die unebene Form des einen verformbaren Spiegels zu aktualisieren.
Bei dieser Konfiguration ist es möglich, eine optische Wellenfront unter Verwendung des Optimierungsverfahrens passend zu kompensieren.
Die erste Form kann eine Form sein, die durch Hinzufügen eines Formveränderungsbetrags, der jedes Mal zufällig bei dem ersten Aktualisierungsvorgang ausgewählt wird, zu mehreren der Antriebseinheiten definiert ist, die den einen verformbaren Spiegel in eine Form bringen, wenn der erste Aktualisierungsvorgang zum n-ten Mal begonnen wird.
Bei dieser Konfiguration ist es möglich, wirksam zu verhindern, dass in ein lokales Optimum bei der Kompensation der optischen Wellenfront unter Verwendung des Optimierungsverfahrens gefallen wird.
Ferner beinhaltet ein optisches System die adaptiv-optische Vorrichtung und eine Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung, wobei die Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung einen verformbaren Spiegel zur Bewertung beinhaltet, der eine reflektierende Oberfläche und eine Antriebseinheit beinhaltet, die mehrere Antriebselemente aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche verändert, einen Detektor zur Bewertung, der das von dem bestrahlten Objekt reflektierte Laserlicht erfasst, das als Licht auftrifft, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat und durch einen Strahlengang durchgetreten ist, der durch den verformbaren Spiegel zur Bewertung verläuft, und einen Bewertungsbetrag eines Bewertung eines Kompensationsgrades für atmosphärische Schwankungen des Strahlengangs auf der abgehenden Gangseite durch die adaptiv-optische Vorrichtung erfasst, und eine Steuerung zur Bewertung, welche die Antriebseinheit des verformbaren Spiegels zur Bewertung steuert, wobei die Steuerung zur Bewertung derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, einen Abbildungsvorgang zum Verändern der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche des verformbaren Spiegels zur Bewertung auszuführen, sodass sich der von dem Detektor zur Bewertung erfasste Bewertungsbetrag verbessert, und der erste Aktualisierungsvorgang ein Vorgang zum Steuern der Antriebseinheit eines verformbaren Spiegel von dem ersten verformbaren Spiegel und dem zweiten verformbaren Spiegel auf Grundlage eines erfassten Werts, der von dem Detektor zur Bewertung erfasst wird, zusätzlich zu einem erfassten Wert von dem Detektor ist, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels zu verändern.
Bei dieser Konfiguration ist es möglich, die Lichtsammelleistung von Laserlicht schneller zu verbessern.
Aus der vorstehenden Beschreibung werden dem Fachmann viele Verbesserungen und anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Demnach sollte die oben stehende Beschreibung als rein beispielhaft verstanden werden und dient dazu, dem Fachmann den besten Weg zur Ausführung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Die strukturellen und/oder funktionellen Details können im Wesentlichen geändert werden, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: adaptiv-optische Vorrichtung
4: erster verformbare Spiegel
5: zweiter verformbare Spiegel
8: metrischer Sensor
10: Steuerung
21: reflektierende Oberfläche
22: Antriebseinheit
23: Antriebselement
26: reflektierende Oberfläche
27: Antriebseinheit
28: Antriebselement
31: adaptiv-optische Steuerung
100: optisches System

Claims

Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601), umfassend: einen ersten verformbaren Spiegel (4), der eine reflektierende Oberfläche (21), die Licht reflektiert, das sich durch eine Atmosphäre ausgebreitet hat, und eine Antriebseinheit (22), die mehrere Antriebselemente (23) aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21) verändert, beinhaltet; einen zweiten verformbaren Spiegel (5), der eine reflektierende Oberfläche (26), die Licht von dem ersten verformbaren Spiegel (4) reflektiert, und eine Antriebseinheit (27), die mehrere Antriebselemente (28) aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche (26) verändert, beinhaltet; einen Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609), der eine Lichtintensität des Lichts von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) erfasst, und eine Steuerung (10, 210, 510, 610), welche die Antriebseinheit von sowohl dem ersten verformbaren Spiegel (4) als auch dem zweiten verformbaren Spiegel (5) steuert, wobei die Steuerung (10, 210, 510, 610) derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, Folgendes auszuführen: einen ersten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) eines verformbaren Spiegels (4, 5) von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609), um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern; und einen zweiten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) des anderen verformbaren Spiegels (4, 5) von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) auf Grundlage eines Formveränderungsbetrags der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) von einer vorgegebenen Ausgangsform durch wiederholtes Ausführen des ersten Aktualisierungsvorgangs für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des anderen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern.
Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach Anspruch 1, wobei eine maximale Verschiebung der Antriebselemente (23, 28) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) kleiner als eine maximale Verschiebung der Antriebselemente (23, 28) des anderen verformbaren Spiegels (4, 5) ist.
Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung (10, 210, 510, 610) die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) auf die Ausgangsform zu einem Zeitpunkt aktualisiert, zu dem der zweite Aktualisierungsvorgang ausgeführt wird.
Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung (10, 210, 510, 610) derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, Folgendes auszuführen: einen ersten Initialisierungsvorgang zum Aktualisieren der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) auf die Ausgangsform zu einem Zeitpunkt, zu dem der zweite Aktualisierungsvorgang ausgeführt wird; und einen zweiten Initialisierungsvorgang zum Aktualisieren, wenn bestimmt wird, dass der erfasste Wert von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609) kleiner gleich einem vorgegebenen Schwellenwert nach Ausführen des ersten Initialisierungsvorgangs ist, der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche des anderen verformbaren Spiegels (4, 5) auf eine vorgegebene Ausgangsform.
Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen Laseroszillator (7, 101), der Laserlicht oszilliert, wobei der Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609) eine Lichtintensität des Laserlichts erfasst, das durch einen Strahlengang auf einer abgehenden Gangseite, in dem das oszillierte Laserlicht durch den zweiten verformbaren Spiegel (5) und den ersten verformbaren Spiegel (4) in dieser Reihenfolge durchtritt und nach außen abgegeben wird und ein bestrahltes Objekt als Licht erreicht, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat, und einen Strahlengang auf einer rückführenden Gangseite, in den das von dem bestrahlten Objekt reflektierte Laserlicht als Licht eintritt, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat und durch den ersten verformbaren Spiegel (4) und den zweiten verformbaren (5) Spiegel in dieser Reihenfolge durchgetreten ist, verlaufen ist, wobei ein Strahlengang eines Abschnitts zwischen dem zweiten verformbaren Spiegel (5) und dem bestrahlten Objekt des Strahlengangs auf der abgehenden Gangseite und ein Strahlengang eines Abschnitts zwischen dem zweiten verformbaren Spiegel (5) und dem bestrahlten Objekt des Strahlengangs auf der rückführenden Gangseite derselbe Gang sind.
Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach Anspruch 5, ferner umfassend: einen Hochleistungslaseroszillator (101), der Hochleistungslaserlicht mit einer Leistung, die höher als die des Laserlichts ist, oszilliert, einen Hochleistungslaserdetektor (208), der eine Lichtintensität des Hochleistungslaserlichts erfasst, das von dem Hochleistungslaseroszillator (101) oszilliert wurde und durch den Strahlengang auf der abgehenden Gangseite und den Strahlengang auf der rückführenden Gangseite verlaufen ist; und eine Hochleistungslaserlichtmengeneinstelleinheit (213), die eine Lichtmenge des Hochleistungslaserlichts einstellt, die auf den Hochleistungslaserdetektor (208) auftrifft, wobei die Steuerung (10, 210, 510, 610) die Hochleistungslaserlichtmengeneinstelleinheit (213) steuert und derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, Folgendes auszuführen: einen Lichtmengeneinstellvorgang, der während der Ausführung von mindestens einem Vorgang von dem ersten Aktualisierungsvorgang und dem zweiten Aktualisierungsvorgang ausgeführt wird, und Einstellen einer Lichtmenge des auf den Hochleistungslaserdetektor auftreffenden Hochleistungslaserlichts, um dafür zu sorgen, dass die Lichtintensität des vom Hochleistungslaserdetektor (208) erfassten Hochleistungslaserlichts in einen Dynamikumfang des Hochleistungslaserdetektors (208) fällt, und einen Schaltvorgang, der ausgeführt wird, nachdem der Lichtmengeneinstellvorgang abgeschlossen ist, zum Schalten im ersten Aktualisierungsvorgang eines Vorgangs zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609), um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern, in einen Vorgang zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Hochleistungslaserdetektor (208), um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern.
Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Wellenfrontsensor (502), der eine Wellenfront des Laserlichts erfasst, das von dem Laseroszillator (7, 101) oszilliert wurde und durch den zweiten verformbaren Spiegel (5) und den ersten verformbaren Spiegel (4) im Strahlengang auf der abgehenden Gangseite durchgetreten ist, wobei die Steuerung (10, 210, 510, 610) derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, Folgendes auszuführen: einen Initialisierungsvorgang zum Aktualisieren der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) auf die Ausgangsform zu einem Zeitpunkt, zu dem der zweite Aktualisierungsvorgang ausgeführt wird; und einen Korrekturvorgang für reflektierende Oberflächen (21, 26) zum Verändern der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des anderen verformbaren Spiegels (4, 5) nach Abschluss des Initialisierungsvorgangs, sodass eine Form einer optischen Wellenfront des Laserlichts, die von dem Wellenfrontsensor (502) vor Beginn des Initialisierungsvorgangs und des zweiten Aktualisierungsvorgang erfasst wird, mit einer Form der optischen Wellenfront des Laserlichts, die von dem Wellenfrontsensor (502) nach Abschluss des Initialisierungsvorgangs und des zweiten Aktualisierungsvorgangs erfasst wird, übereinstimmt.
Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend einen Wellenfrontformdetektor (608, 609), der eine Wellenfrontform des Lichts von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) erfasst, wobei die Steuerung (10, 210, 510, 610) derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, einen dritten Aktualisierungsvorgang zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) eines verformbaren Spiegels (4, 5) von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Wellenfrontformdetektor (608, 609) auszuführen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern, und den ersten Aktualisierungsvorgang und den zweiten Aktualisierungsvorgang ausführt, wenn die Steuerung (10, 210, 510, 610) bestimmt, dass eine Intensität atmosphärischer Schwankungen größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, und den dritten Aktualisierungsvorgang ausführt, wenn die Steuerung (10, 210, 510, 610) bestimmt, dass die Intensität der atmosphärischen Schwankungen kleiner als der vorgegebene Wert ist.
Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei dem ersten Aktualisierungsvorgang bei einem n-ten, wobei n eine ganze Zahl von 1 oder mehr ist, Mal die Steuerung (10, 210, 510, 610) die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) von einer Form vor Beginn des ersten Aktualisierungsvorgangs beim n-ten Mal zu einer ersten Form verändert und eine von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609) erfasste Lichtintensität erhält, die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) in eine zweite Form verändert, die zu der ersten Form in Bezug auf eine Form zu Beginn des ersten Aktualisierungsvorgangs beim n-ten Mal symmetrisch ist, und eine von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609) erfasste Lichtintensität erhält und die unebene Form der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels (4, 5) zu einer Form von der ersten Form und der zweite Form verändert, die eine höhere vom Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609) erfasste Lichtintensität aufweist, um die unebene Form des einen verformbaren Spiegels (4, 5) zu aktualisieren.
Adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach Anspruch 9, wobei die erste Form eine Form ist, die durch Hinzufügen eines Formveränderungsbetrags, der jedes Mal zufällig bei dem ersten Aktualisierungsvorgang ausgewählt wird, zu mehreren der Antriebseinheiten (22, 27) definiert ist, die den einen verformbaren Spiegel (4 ,5) in eine Form bringen, wenn der erste Aktualisierungsvorgang zum n-ten Mal begonnen wird.
Optisches System (100, 200, 400, 500, 600), umfassend die adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) nach Anspruch 5 und eine Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung (450), wobei die Kompensationsergebnisbewertungsvorrichtung (450) Folgendes umfasst: einen verformbaren Spiegel (4, 5) zur Bewertung, der eine reflektierende Oberfläche (21, 26) und eine Antriebseinheit (22, 27) beinhaltet, die mehrere Antriebselemente (23, 28) aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) verändert; einen Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609) zur Bewertung, der das von dem bestrahlten Objekt reflektierte Laserlicht erfasst, das als Licht auftrifft, das sich durch die Atmosphäre ausgebreitet hat und durch einen Strahlengang, der durch den verformbaren Spiegel (4, 5) zur Bewertung verläuft, durchgetreten ist, und einen Bewertungsbetrag zum Bewerten eines Kompensationsgrades für atmosphärische Schwankungen des Strahlengangs auf der abgehenden Gangseite durch die adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601) erfasst, und eine Steuerung (31, 231, 431, 531) zur Bewertung, welche die Antriebseinheit (22, 27) des verformbaren Spiegels (4, 5) zur Bewertung steuert, wobei die Steuerung (31, 231, 431, 531) zur Bewertung derart konfiguriert ist, dass sie dazu imstande ist, einen Abbildungsvorgang zum Verändern der unebenen Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des verformbaren Spiegels (4, 5) zur Bewertung auszuführen, sodass sich der von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609) zur Bewertung erfasste Bewertungsbetrag verbessert, und der erste Aktualisierungsvorgang ein Vorgang zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) eines verformbaren Spiegels (4, 5) von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) auf Grundlage eines erfassten Werts, der von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609) zur Bewertung erfasst wird, zusätzlich zu einem erfassten Wert von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609) ist, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern.
Optisches Wellenfrontkompensationsverfahren für eine adaptiv-optische Vorrichtung (1, 201, 401, 501, 601), umfassend: einen ersten verformbaren Spiegel (4), der eine reflektierende Oberfläche (21), die Licht reflektiert, das sich durch eine Atmosphäre ausgebreitet hat, und eine Antriebseinheit (22), die mehrere Antriebselemente (23) aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21) verändert, beinhaltet; einen zweiten verformbaren Spiegel (5), der eine reflektierende Oberfläche (26), die Licht von dem ersten verformbaren Spiegel (4) reflektiert, und eine Antriebseinheit (27), die mehrere Antriebselemente (28) aufweist und eine unebene Form der reflektierenden Oberfläche (26) verändert, beinhaltet; einen Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609), der eine Lichtintensität des Lichts von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) erfasst, und eine Steuerung (10, 210, 510, 610), welche die Antriebseinheit (22, 27) von sowohl dem ersten verformbaren Spiegel (4) als auch dem zweiten verformbaren Spiegel (5) steuert, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen ersten Aktualisierungsvorgangsschritt zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) eines verformbaren Spiegels (4, 5) von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) auf Grundlage eines erfassten Werts von dem Detektor (8, 9, 208, 408, 608, 609), um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des einen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern; und einen zweiten Aktualisierungsvorgangsschritt zum Steuern der Antriebseinheit (22, 27) des anderen verformbaren Spiegels (4, 5) von dem ersten verformbaren Spiegel (4) und dem zweiten verformbaren Spiegel (5) auf Grundlage eines Formveränderungsbetrags der reflektierenden Oberfläche des einen verformbaren Spiegels (4, 5) von einer vorgegebenen Ausgangsform durch wiederholtes Ausführen des ersten Aktualisierungsvorgangsschritts für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen, um die unebene Form der reflektierenden Oberfläche (21, 26) des anderen verformbaren Spiegels (4, 5) zu verändern.