JP2565523B2 - 自動調心位相共役レーザのための自動照準規正方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 1.産業上の利用分野 この発明は、照準および追随システムに使用される高
エネルギーレーザに関する。特に、この発明は、能動ま
たは受動トラッキング（追随）センサを有した自動調心
位相共役レーザの基準ビームを調心する方法に関する。

2.従来の技術 レーザシステムを用いた多くの応用例では、レーザビ
ームの方向と波面プロフィルを正確に制御する必要があ
る。波面は光線群に直角な、一定の位相の３次元表面で
ある。波面のプロフィルの一般的な光学収差は、ビーム
の位相特性、焦点特性、あるいは非点収差特性を変える
ような光学収差を有している。これらのひずみの制御お
よびビームの視線の制御は、長距離通信、測量、目標に
対する照準の決定、武器システムの誘導、およびレーザ
出力の遠隔地への供給を含む多くの応用例において最も
重要である。

ジンバルに支えられていないレーザ装置が、ジンバル
に支えられた追随センサと結合したレーザ照準および追
随システムは、視線の照準エラーを起こしやすい。

これらのエラーは、 １）熱屈折効果と、光学台のたわみによる、レーザ自身
のレーザビームのゆらぎの場合、 ２）それぞれ、熱応力と震動により生じた静的たわみと
動的運動による場合、 および、 ３）ベアリングの消耗と、ジンバル軸の非直交性によ
る、視線の角度に関するゆらぎによる。

レーザビームの「ゆらぎ」は、レーザビームプロフィ
ルの質量中心の位置の変化に関係する。ベアリングの
「消耗」は、ベアリングの軌道輪の適合性または回転シ
ャフトに対する各軌道輪に関連する種々の現象に関係す
る。例えば、半径方向のゆらぎは、ベアリング軌道輪の
シャフトの放射状の自由な遊びに関係する。この遊びに
より、シャフトの軸が平行に所定量移行することがで
き、あるいは、ベアリングの面に対して垂直な方向から
ずれることができる。上述したレーザの照準および追随
システムでは、温度を良好に制御し、構造設計を適切に
行い、角の直角な素子（コーナキューブ）やルーフプリ
ズムのような組込み素子のように、その位置を変化させ
ても位置合わせに影響を及ぼさない素子を用いることに
より、レーザビームのゆらぎを制御することが試みられ
た。また、最近ではビームの位相共役を利用してレーザ
ビームのゆらぎを制御することも試みられている。

レーザビームの波面歪みを修正するために位相共役を
利用する技術は従来知られており、レーザシステムに組
込むことにより種々の利点を有する。例えば、米国特許
第４、005、935号は、遠隔地の目標に向けられた、位相
補償された光学ビームを得るための方法と装置を開示し
ている。目標までの経路に沿った位相不安定性の効果は
実質的に相殺され、目標に向けられたビームの回析がほ
とんど抑制された収束状態が得られる。

米国特許第４、321、550号は、高出力レーザシステム
の光学歪みを修正し、光学素子を最少にする位相共役装
置を開示している。この位相共役を修正するシステム
は、特に、慣性閉込め核融合システムに使用するのに適
している。

米国特許第４、233、571号は、レーザ内の光学収差お
よび時変現象（time−varying phenomena）によるレー
ザ出力ビームの波面に生じた歪みを自己修正するレーザ
を開示している。時変現象としては、空洞反射面の震
動、加熱による反射面のそり、反射面の調整ミス、レー
ザ媒体中での収差、および（媒体が個体でない場合）レ
ーザ媒体の乱れなどが挙げられる。これらの原因による
影響を自己修正することにより、システム効率を高め、
回析折が制限された状態、すなわち、最適な焦点合せ能
力を有したシステムが得られる。

米国特許第４、429、393号は、レーザリング共振器に
２つの異なる周波数の位相共役を用いて、いずれかの周
波数または両周波数の、位相が補償され、回析が制限さ
れた出力ビームを得る装置を開示している。

米国特許第４、344、042号は、平均出力および／また
はピーク出力を高めたシングルモード出力を得るため
に、効率の低下に影響を及ぼすことなく、強力にポンピ
ングされたレーザ媒体の光学的な不均一性を補償するた
めに、空洞内位相共役を採用した自己再生レーザ発振増
幅器用装置を開示している。しかし、これらの発明はい
ずれも、ジンバル構造の外力による撓み、ジンバルベア
リングの不完全性あるいは摩耗、およびジンバル軸の非
直交性によるジンバルに支持されたレーザシステムの出
力ビームの調心のずれの問題について直接言及している
ものはない。

また、追随センサを有する出力レーザビームの調心の
問題に言及しているものもない。

現在、構造の外力よる撓みの問題と、ジンバル軸のゆ
れの問題は、機械設計を適性化し、能動的な入力ビーム
調整システムを用いて制御されている。一般的には、入
力ビーム調整システムは、ビームの照準を合せる際の角
度のずれを検出するための軸が平行に校正されたレーザ
源と受信装置を用いた閉ループサーボメカニカルシステ
ムである。閉ループサーボメカニカルシステムは、高精
度ビームステアリングミラーと組み合わせて、外乱によ
り影響を受けた照準線のバーニャ校正（vernier corre
ction）を行うために使用される。このような入力ビー
ムの照準規正システムは一般に複雑であり、リアクショ
ントルクフィードバックにより，そのシステムのサーボ
帯域幅が制限される。従って、照準規正に誤差を生じや
すい。

米国特許第４、326、800号は，このようなレーザビー
ム波面と照準線との誤差を補正するシステムを開示す
る。このシステムでは、高エネルギー１次ビームの低エ
ネルギーホログラフィーレプリカを回折させるように格
子化された１次ミラーの頂点（vertex）に低エネルギー
基準ビームを用いている。光検出器を主としたサーボ制
御システムは、基準ビームの照準線と低エネルギーレプ
リカの照準線とを比較し、制御信号を発生する。この制
御信号を用いてビームステアリングミラーを操作し、主
ビームの方向を補正する。このサーボ制御システムはさ
らに波面センサを有する。このセンサは、低エネルギー
レプリカの波面の形状を解析し、制御信号を発生する。
この制御信号を用いて変形可能ミラーを操作し、偽波面
収差を補正している。

3.発明が解決しようとする課題および課題を解決するた
めの手段 受動的、自動調心位相共役レーザシステムの利用は、
すべてのビームのゆらぎおよびミスアライメント（調心
のずれ）に対して広帯域の補償を可能とする。従って、
能動的入力ビーム調心システムの主たる欠点の１つを克
服することができる。また、レーザとジンバルに対する
構造設計上の制約も無くなる。照準追随システムに使用
される自動調心位相共役レーザからのビームは、内部ジ
ンバルの安定化プラットフォームを用いて調心される。
この際、ジンバルの移動や、構造が外力を受けたときの
撓みによって生じる、ビームの視線の角度偏差と振動
は、自動的に補償される。従って、応答帯域が制限さ
れ、かつ調心のづれを起しやすい複合電気機械サーボシ
ステムを用いる必要は無くなり、さらに、自動調心位相
共役レーザを用いることにより、レーザとジンバルの構
造上の制約を緩和することができる。

自動調心位相共役レーザの場合、出力結合ビームスプ
リッタの照準規正誤差により生じる追加の指向誤差が存
在するであろうし、そして光路の位相共役脚に含まれな
い何らかの光学誤差があろう。また、内部ジンバルに付
属する安定化プラットフォームに取付けられたレーザ発
振器と追随センサの調心エラーもこの方法では補償でき
ない。

自動調心位相共役レーザの自動ボアサイト（照準規
正）技術は基準ビームを能動型または受動型のトラッキ
ング（追随）センサに一致させる簡単な手段を提供す
る。この自動照準規正技術は、発振器、追随センサ、お
よび共有開口システムにおける出力結合光学器照準規正
誤差を訂正する追随手段を提供する。すなわち、出力結
合ビームスプリッタを追随センサの光路に含めることに
より、この自動照準規正技術は、ビームスプリッタの照
準規正誤差により生じる指向誤差を補償する。出力ビー
ムが視野から外れた位置を明確にし又は捜し出すため、
発振器ビームの一部をトラッカ（追随器）に供給するこ
とにより、この自動照準規正技術は、レーザ発振器の照
準規正誤差により生じる指向誤差も補償する。自動照準
規正は、発振器ビームの位置と、追随センサにより観察
された目標像とを比較することにより行われる。すなわ
ち、この発振器ビームと目標像との角度のずれは、ジン
バル周りの追随サーボループを制御するのに使用する追
随誤差信号を発生させるのに使われる。レーザ発振器、
追随センサ、および出力ビーム結合光学系に課せられた
初期照準規正条件および照準規正維持条件は、この技術
を用いることにより緩和されるので、製造コストが低減
されるとともに、システムの保守性および信頼性が改善
される。

指向追随センサは２つの光信号（外部放射ビームおよ
び基準レーザビーム）を検出し、追従するように構成さ
れる。第１の光信号は、ビームスプリッタを介して最初
に送信された、校正された発振ビームの一部から得られ
る。この基準レーザビームは、指向追随センサによって
観測される視野から外れた出力ビームの位置を明確にし
又は捜し出すために使用される。第２の光信号は、追随
している実際の目標から得た追随信号である。この信号
は（自己の放射により生じた、あるいは周囲の放射の反
射による生じた）目標の受動像であるか、あるいは放射
源による目標への能動照射からの戻り信号である。受動
追随システムの場合には、二色性ビームスプリッタを用
いることができる。能動追随システムの場合には、1/4
波長板を用いて、最小の信号損失で、偏波選択技術によ
り、システムの出口開口部を分けることができる。

自動調心位相共役レーザ照準追随システムに自動照準
規正技術を使用することにより、自動調心位相共役レー
ザにより得られる利点をすべて得ることができる。これ
らの利点には、１）高周波ジッタの補償、２）サーボメ
カニズムを追加する必要は無いのでシステムの信頼性が
高い、３）システムのサイズと重量が減少する、および
４）開発および製造コストが安くなるなどがある。さら
に、自動照準規正技術はレーザ発振器、追随センサ、お
よび出力ビーム結合光学系の調心ずれにより生じるエラ
ーを補償する。コストが安くなると同時に性能、保守性
および信頼性が改善されたことにより、この発明は種々
のアプリケーションに応用できる。

この発明の目的は、レーザ発振器の調整ずれにより生
じるエラーを補償した自動調心位相共役照準追随システ
ムを指向する高出力レーザビームを提供することであ
る。

この発明の他の目的は、出力ビーム結合光学系の調整
ずれにより生じるエラーを補償した自動調心位相共役照
準追随システムにより方向を制御される、高出力レーザ
ビームを提供することである。

この発明のさらに他の目的は、追随センサの調整ずれ
によって生じるエラーを補償する自動調心位相共役照準
追随システムにより指向される高出力レーザビームを提
供することである。

この発明の他の目的ならびに動機に関する真の評価
は、この発明の添付図面を参照して、下記実施例を説明
することによりさらに良く理解できる。

4.実施例 第１図は、自動照準規正技術を用いた自動調心位相共
役レーザの好適な実施例を示す。シングル（単一）横モ
ードレーザ発振器12は、レーザ照準および追随システム
の内部ジンバル、すなわち可動安定化ジンバル、の一部
である安定化プラットフォーム13に取付けられている。
安定化プラットフォーム13は、追随センサ14およびビー
ムスプリッタ15が取付けられた光学ベンチとして機能す
る。追随センサ14は、一般にはテレビジョンカメラまた
は前方監視赤外線（FLIR）センサ、または四分割（象
限）アレイのフォトディテクタであり、角度誤差信号を
サーボメカニカルシステムに供給し、照準および追随シ
ステムの内部ジンバルに配置された安定化プラットフォ
ーム13の照準を行う。単一モードレーザ発振器12、追随
センサ14、およびビームスプリット15を、内部シンバル
の一部を構成する同じ安定化プラットフォーム13に取付
けることにより、構造が外力を受けたときの撓みにより
生じる調整ずれの誤差およびゆらぎを最少にすることが
できる。高品質レーザ発振ビームは、反射平面の一部を
構成するビームスプリッタ15により反射されて内部ジン
バルの安定化プラットフォーム13から出力される。ビー
ムスプリッタ15で反射された後、高品質単一横モードレ
ーザ発振ビームは、ジンバル軸16、17からなる骨組を通
過し、２つの反射素子18および19および図示しない他の
反射素子により反射される。反射素子18および19は、
“全角”反射素子である。すなわち、反射素子が回転す
る角度に等しい反射ビームの角度変動量が得られるよう
に配置されている。反射素子18は、照準および追随シス
テムの内部ジンバルに取付けられてはいるが、安定化プ
ラットフォーム13の一部ではない。反射素子19は、照準
追随システムの実施例に応じて、外部ジンバルまたは固
定砲架に取り付けられる。反射素子18および19の間の光
学路を曲げる反射素子をさらに設けても良い。反射素子
は多くの一般的な金属または誘電材料がコーティングさ
れたミラーあるいは、レーザ発振波長を含む波長レンジ
において最大反射が得られる全反射プリズムで構成し得
る。

適用例によっては、低電力、高品質レーザ発振ビーム
が非線形周波数変換装置20を通過するが、ビームのエネ
ルギー密度が低いので、変換される周波数は小さい。レ
ーザ電力増幅器21は複数の部分（図では１つしか示して
いない）からなり、発振波長の利得を高める。レーザ電
力増幅器21から放射されるレーザビームの波面は、レー
ザ電力増幅器の媒体および非線形周波数変換装置20（も
しあれば）の媒体における熱的レンズ効果（thermai le
nsing）のために光学収差を生じる。光学収差は、電力
増幅器と周波数変換装置の不等質性によるビームのゆら
ぎによっても生じる。さらに、ビームはジンバルの構造
の撓みによって調心がずれたり、ベアリングの摩耗や製
造上の不完全さによってもゆらぎ、さらにはジンバル軸
が互いに直交していないために視線がゆらいだりする。
位相共役ミラー22はその波面が入射波面の複素位相共役
像である反射伝搬ビームを発生する。位相共役ミラー22
はその機構に応じて種々の実施例が考えられるので、位
相共役ミラー22内に非線形光学媒体を採用することによ
り、位相共役ミラー22に入射するビームの位相共役像を
出力する。

第１の実施例の位相共役ミラー22は、誘導ブリュアン
散乱として知られる効果に基づくミラーである。音波
は、加圧メタン、テトラフルメタン、あるいは二硫化炭
素などの非線形光学媒体中で作られる。ブリュアン散乱
に使用できる非線形光学媒体は、固体、液体、気体に関
係なく使用できる。音波は電歪プロセスにより発生す
る。電歪プロセスは入射ビームの高電界強度と非線形光
学媒体間の相互作用により生ずる。散乱媒体の密度は、
電歪プロセスにより周期的に変調され、音波は電界に応
じて発生する。このプロセスには、例えばレーザにより
供給されるような十分な光エネルギーが必要である。何
故なら、あるしきい値以下のエネルギーではブリュアン
散乱は起らないからである。散乱媒体に発生した音波は
ナノセコンドオーダの周期を有する。このオーダは、乱
流、熱伝導、機械的外乱および多くの同類の現象に伴う
時間よりもはるかに高速である。

誘導ブリュアン散乱内では、作られた音波は入射光学
波面に一致し、音波に衝突する波面の反射面の働きをす
る。音波に衝突する光波は反射され、それらの波面は、
入射波面の複素位相共役像になる。ドプラ効果に起因す
る周波数偏移は誘導ブリュアン散乱媒体中の後退音波か
らの光波の再帰反射により生じる。この周波数偏移は1/
100,000のオーダであり、性能に影響を及ぼす心配は無
い。

それゆえ、位相共役ビームが、レーザ増幅器21、非線
形周波数変換装置20、およびジンバル光学系18および19
を通過すると、１回目の通過後に現れるビームの光学収
差および角度の不一致は完全に補償される。２回目にレ
ーザ増幅器21を通過した後は、ビームは、非線形周波数
変換装置20（もし使用されていれば）により効率よく変
換されるだけの十分な強度を有している。ビームスプリ
ッタ15により分光される出力ビーム23は、増幅媒体、非
線形媒体、およびジンバルシステムにより生じた視線の
振動あるいは光学歪みにもかかわらず、安定化プラット
フォーム13に取り付けられたジンバル上のレーザ発振器
12の光学特性を示し正確な照準規正が得られる。

非線形周波数変換水晶20のような偏光検出素子を用い
た場合、反射素子18、19の移動により生じる偏光回転を
補償するために偏光逆回転の手段が必要になる。一方が
ビームスプリッタ15と反射素子18との間に位置し、他方
が反射素子19と非線形周波数変換装置20との間に位置す
る、一対の四分の一波長板あるいは偏菱形プリズムによ
り、所望の偏光逆回転を得ることができる。

前記レーザ発振器12とレーザ電力増幅器21は、同一種
類の利得媒体か、もしくは利得特性の少なくとも一部が
重畳される同一周波数を有する互換タイプが使用され
る。このような利得媒体としては、ルビーのような結晶
体または、ネオジムをドーピングしたイットリウム−ア
ルミニウム−ガーネット（YAG）のような結晶体、例え
ばネオジムをドーピングしたようなガラス、ガリウム−
ヒ素のような半導体、二酸化炭素のような気体、ローダ
ミン6Gのような蛍光染料を含む液体、あるいはこの技術
分野で知られているその他の利得媒体がある。いずれの
場合（レーザ発振器12の場合あるいはレーザ電力増幅器
21の場合）にも、利得媒体は、図示しない汎用の手段、
例えば、キセノンフラッシュランプ、高電圧放電、高エ
ネルギー電子ビーム、その他のレーザ等の光により励起
される。前記互換タイプの利得媒体を用いた例として
は、インジウム−カリウム−ヒ素のような1.06マイクロ
メータレーザダイオード発振器および1.06マイクロメー
タのネオジム−YAGあるいはネオジム−ガラスレーザ増
幅器21がある。

位相共役ミラー22は、自動調心位相共役レーザ10の種
々の実施例に応じて種々の形態を取ることができる。上
述した第１実施例に使用された誘導ブリュアン散乱処理
の他に、縮退四波混合、三波混合、およびフォトンエコ
ー効果と通常呼ばれる現象を使用した他の実施例も考え
られる。これらの現象はすべて非線形光学を網羅した記
事や本に記載されている。例えば、ニューヨークにおい
て、Holt,Rinehart,およびWinstonにより1985年に出版
されたAmmon Yariv著「光学エレクトロニクス」の本の
第３版、1985年にニューヨークでNorth−Hollandにより
出版され、M.BassおよびM.Stitchにより編集された「レ
ーザハンドブック」第４巻の中の記事で、D.M.Pepperに
より書かれた“非線形光学位相共役”に、さらに1985年
にニューヨークのアカデミックプレス社により出版され
たR.A.Fisher著「光学位相共役」に記載がある。三波混
合、縮退四波混合、およびフォトンエコー効果を利用し
た位相共役ミラーの実施例は、従来より知られており、
米国特許第４、321、550号（発明者:Evtuhov）および米
国特許第４、233、571号（発明者:Yariv）等の種々の米
国特許に記載がある。

位相共役ミラー22の第１実施例は誘導ブリュアン散乱
装置である。この装置では、光学収差により変形された
入射波面が加圧メタン、テトラフルメタン、あるいは二
硫化炭素等の媒体中において音波を作る。この音波は電
歪により生じる。電歪は、入射レーザービーム中の非常
に大きな電界強度が前記媒体と相互作用するプロセスで
ある。媒体の密度は、入射光波の歪波面を生じるおそれ
のある何らかの機構に比べて極めて短い時間に前記電歪
処理により周期的に変調される。音波による周期的な密
度変化は音波に衝突する光学収差波面に対する反射面と
して使える。入射光波面の複素位相共役像は反射され、
その反射波は前記変形の原因となった１回目の光学収差
により歪が補正される。

位相共役ミラー22の第２の実施例では、縮退四波混合
処理により波面が補正される。同一波長を有する２つの
同一レーザもしくは、１つのレーザとビームスプリッタ
との組み合わせのいずれかにより放射された２つのポン
プ波は、両方向から非線形媒体に入射するコヒーレント
光ビームを作る。この２つのポンプ波とその媒体による
収差波面との相互作用により位相ホログラムがその媒体
中に作られる。この媒体に入射される収差波面は位相共
役波形として反射される。また、他の例では、適当な吸
収媒体または増幅媒体を用いて、振幅ホログラムをこの
媒体中に作り位相共役処理を行うようにしてもよい。

第３の実施例では、パラメトリックダウン変換と呼ば
れる三波混合処理を用いる。入射された収差波面が非線
形媒体に衝突し、さらに外部レーザにより、前記収差波
のポンプ周波数の２倍の周波数を有し、同一方向から前
記媒体に入射される波が放射される。この波と媒体との
相互作用により位相共役波形が作られ非線形媒体中を伝
搬する。この波は通常の手段により、前記入射された収
差波面の最初の光路に沿ってフィードバックされる。

さらに他の実施例では、フォトンエコー処理を用いて
位相共役反射波面を作る。この処理は、非線形媒体が異
なる点を除けば、誘電ブリュアン散乱処理と同様であ
る。フォトンエコー処理では、入射された収差のある波
面は媒体を変形する。その後、同一媒体に打ち込まれ
る、外部レーザからのレーザパルスが、収差のある入射
波形の複素位相共役波形として反射される。この処理は
極めて高速であり、誘導ブリュアン散乱処理よりも高速
である。この処理は、収差のある波面が入射される非線
形媒体表面の数センチメートル内に生じる。

非線形周波数変換装置20は、使用する正確な物理機構
により種々の形態を取ることができるが、殆どは、媒体
の非線形光学特性に依存する。この物理機構の代表的な
ものが二次高調波発生としても知られる周波数逓倍と誘
導ラマン散乱である。

非線形光学媒体の周波数変換効果を説明することは、
光ビームが誘導媒体を介して伝搬する方法を説明するこ
とになる。材料媒体は、核とそこに結合された電子が電
気双極子を形成する原子または分子から構成される。光
ビームの電磁放射はこれらの双極子と相互作用して、発
振させる。これらの発振双極子は、自分自身が、電磁放
射源となる。双極子の震動の振幅が小さい場合、双極子
が放出する放射線は入射放射線と同一周波数を有する。
しかしながら、入射放射線の強度が増大するにつれ、双
極子の発振信周波数は高調波を生じるようになる。二次
のかつ最も大きな周波数高調波は入射放射線の２倍の周
波数である。すべての個体が周波数逓倍を示すわけでは
ない。この現象は、対称中心の構造を有する個体には見
られない。周波数逓倍された光を生じる結晶では、分散
により、周波数逓倍された光が、逓倍されない周波数の
光とは異なる速度で移動する。この結果弱め合う干渉効
果により、結晶を通過する周波数逓倍された光の強度に
周期的変化を生じる。ビームの伝搬速度を等しくできれ
ば、さらに強力な周波数逓倍されたビームが得られる。
位相整合としても知られる速度等価技術は、複屈折より
も分散が小さい複屈折結晶を用いることにより得ること
ができる。リン酸二水素アンモニウム（ADP）の結晶
と、リン酸二水素（重水素）カリウム（KD＊Ｐ）の結晶
はこの材料グループに属し、20ないし30％の効率が得ら
れる商業用レーザシステムの二次高調波発生に共に使用
されている。さらに高い変換効率を有する新しい材料が
いくつか見付かっている。リチウムニオブ酸塩は高い変
換効率を有するが、屈折率はレーザ出力に強く依存す
る。この結果はオプティカルダメージとして知られ、リ
チウムニオブ酸塩では160℃以上では生じないことが知
られている。リチウムニオブ酸塩を用いた周波数逓倍器
は、位相整合させるように正確に制御された温度のオー
ブンの中に保持する必要がある。もう１つの材料であ
る、バリウムナトリウムニオブ酸塩はさらに高い周波数
変換効率を有し、オプティカルダメージの影響を受けな
い。

周波数変換に使用できるもう１つの効果は、誘導ラマ
ン散乱である。通常のラマン散乱では、入射光ビームの
光子は分子により散乱され、異なる波長を発生する。単
色性ビームの場合、一般に、１以上のシフトされたスペ
クトル線が存在する。放射線が入射ビームよりも長い波
長を有している場合、“ストークス線”と呼ばれる。入
射ビームよりも短い波長を有する放射スペクトル線は
“反ストークス線”と呼ばれる。放射光子と入射光子の
エネルギーの差は、ストークス線に対応するエネルギー
の減少および反ストークス線に対応するエネルギーの増
大をもたらし、これは振動エネルギー、電子スピン、お
よび分子の回転レベルの変化に起因する。特定の波長の
散乱されたビームが概略入射ビームの方向に明確な円錐
形状として現れる。誘導ラマン散乱では、通常のラマン
効果で放出された光子はさらにラマン放出するように誘
導される。レーザによってラマン活性媒体を強力にポン
ピングすることにより、利得はストークス線および反ス
トークス線に対応する波長に達することが可能となる。
このポンピングにより、上述した波長の発振を行うこと
ができる。水素、重水素およびメタンは、今まで使用さ
れている気体分子の一例である。気体密度が増大すると
効果が高まるので、これらの気体は通常圧力をかけられ
る。

出願人の実験結果によれば、受動的な位相共役ミラー
が、レーザビームのゆらぎを効率よく補償する。5Hzの
パルスのNd:YAGレーザビームと、ゆらぎを有するビーム
を誘導する走査プリズムと、焦点レンズと、圧力のかけ
られたメタンを含むセルからなる簡単な位相共役ミラー
を用いた場合、二乗平均が約４ミリラジアンの大きさの
ビームのゆらぎが、最初のレーザの約10マイクロラジア
ンの残留ビームのゆらぎに減少した。さらに、このほぼ
３桁（1000の係数、すなわち、10の３乗）の補償能力
は、この値に限定されるものではなく、さらに高い補償
能力を引き出すことが可能である。さらに大きなビーム
のゆらぎに対する補償は、高平均出力の実用レーザ発振
増幅器システムにおいてみられるビームのゆらぎの補償
条件を超えていると思われるので実験していない。位相
共役ミラーは光学路に存在すると思われる収差を補償す
るという結果も得られた。従来のミラーと組み合わせて
精度の悪い光学素子を用いると、３の係数だけビームの
発散が増大したが、位相共役ミラーを用いた場合には、
ビームの発散の増大は10％以下の無視できる値であっ
た。

自動照準規正技術を用いた自動調心位相共役レーザの
改善された装置の好適な実施例を第１図に示す。例えば
TVカメラからなる追随センサ14は、レーザ発振器12から
の出力放射線の一部を受取るようにビームスプリッタ15
をはさんでレーザ発振器12と反射側に位置している。さ
らに、追随センサは、センサに面するビームスプリッタ
の側から反射された目標からくる放射線24を受取る。発
振器、ビームスプリッタ、および追随センサが取付けら
れた安定化プラットフォーム13は、自動照準規正技術を
使用しないときに必要である剛性度を必要としない。ま
た、発振ビームと追随センサの初期照準規正はいずれも
必要としない。

自動照準規正技術の追随処理を第２図に示す。例え
ば、探索により外部放射ビームを検出し、安定化プラッ
トフォームに取り付けられた可動追随センサを用いて外
部放射ビームが収集される。第２図左側の図は、目標
（ここではタンク）が置かれた追随センサの視野26を示
す。破線の円および十字線は、レーザ発振器からの戻り
信号によりマークされた、目標から離れた視点27の出力
ビームの位置を表す。実線の円は選択された目標の照準
点28を表す。追跡器は、目標の照準点28と、目標から離
れた視点27の出力ビームの軌跡との間の角度のずれ（オ
フセット角）を測定し、ジンバルの方向付け機械に関す
る追随サーボループを制御するために使用される追随誤
差信号を発生するように設計されている。プラットフォ
ーム操縦手段を動作させ、誤差信号を零とする位置に安
定化プラットフォームが動かされる。第２図の右側に
は、追随ループの制御により、追随エラーが無くなった
後の追随センサの視野を示す。このようにして、察知さ
れた外部偵察放射ビームの方向に高エネルギーレーザビ
ーム兵器を照準することが可能となる。残っている唯一
の照準エラーは、基部の移動から内部ジンバルが完全に
絶縁されていないことにより生じる照準エラーと、セン
サノイズおよび目標の移動による不完全な追随により生
じる照準エラーである。ビームスプリッタ15の調整ミス
により生じたエラーは、発振器からのビームの対照的な
反射と、ビームスプリッタの追随信号により補償され
る。レーザ発振器12または追随センサ14の調整不良によ
り生じた誤差は、出力ビームが視野から外れた位置を明
確にし又は捜し出すために、発振器を使用することによ
り補償される。

以上、この発明を特定の好適な実施例を参照して詳細
に述べたが、当業者には、この発明の範囲を変えること
なく、種々の変形が可能であることは当然理解されるこ
とである。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明の好適な実施例についての複数部
分の配置を示すブロック図である。第２図は、自動照準
規正技術の追随処理を示す図である。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】安定化プラットフォームに取り付けられレ
   ーザビームを出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振
   器から出力されたレーザビームが通るレーザ増幅器と、
   前記レーザ増幅器を通ることにより増幅されたレーザビ
   ームを入射し、入射レーザビームと位相共役のレーザビ
   ームを出力する位相共役ミラーを有し、前記位相共役ミ
   ラーより出力された前記レーザビームは再度前記レーザ
   増幅器および前記安定化プラットフォームを通った後出
   力される自動調心位相共役レーザのための自動照準規正
   方法において、 前記安定化プラットフォームに取り付けられたセンサを
   目標の概略の方向に向けて前記目標の像を作り、前記目
   標上に所望の照準点を設定するステップと、 安定化プラットフォームに取り付けられたレーザ発振器
   を用いて基準レーザビームを発生するステップと、 前記基準レーザビームの一部を前記センサーに供給し、
   この出力ビームの位置を前記所望の照準点に概略一致す
   る位置に配置するステップと、 前記基準ビームと前記目標とにより形成される角度を計
   算するステップと、 および、前記プラットフォームの位置を調節して前記角
   度を零にするステップとから成ることを特徴とする 自動調心位相共役レーザのための自動照準規正方法。
2. 【請求項２】探索により外部放射ビームを検出し、安定
   化プラットフォームに取り付けられた可動追随センサを
   用いて、前記外部放射ビームを収集するステップと、 前記安定化プラットフォームに取り付けられた高品位ビ
   ームレーザ発振器からの基準レーザビームの第１の部分
   を前記可動追随センサの方向に向けるステップと、 前記可動追随センサにより受信した外部放射ビームの方
   向と前記基準レーザビームの第１の部分の方向とを比較
   するステップと、 前記外部放射ビームの方向と基準レーザビームの方向と
   の差に等しいオフセット角の値に相当する誤差信号を発
   生するステップと、 プラットフォーム操縦手段を動作させ、前記誤差信号を
   零とする位置に前記安定化プラットフォームを動かすス
   テップと、 安定化プラットフォームとは別個に取り付けられたレー
   ザ増幅器および位相共役ミラーに前記基準レーザビーム
   の第２の部分を通し、高エネルギー自動調心出力ビーム
   を発生するステップとで構成されることを特徴とする 察知された、外部偵察放射ビームの方向に高エネルギー
   レーザビーム兵器を照準するための自動照準規正方法。
3. 【請求項３】可動安定化ジンバルの一部である安定化プ
   ラットホームに取り付けられた指向追随センサと、 前記可動安定化ジンバルに取り付けられ、基準レーザビ
   ームを放射可能なレーザ発振器と、 前記可動安定化ジンバル上に取り付けられた前記基準レ
   ーザビームの第１の部分を前記指向追随センサに方向付
   けるとともに、前記基準レーザビームの第２の部分を指
   向手段に方向付けるビームスプリッタと、 前記可動安定化ジンバルと別個に取り付けられ、前記指
   向手段から出力された前記基準レーザビームの第２の部
   分を入力し増幅するように配置されたレーザ増幅器と、 前記可動安定化ジンバルと別個に取り付けられ、前記増
   幅器を通って増幅された前記基準レーザビームの第２の
   部分を受け、前記増幅器を通って増幅された前記基準レ
   ーザビームの第２の部分の収差を修正するために配置さ
   れた位相共役ミラーとを備え、 前記増幅器と前記ミラーは、前記ミラーから出力された
   前記収差を修正されたレーザビームが再度前記増幅器を
   通って前記可動安定化ジンバルから出力されるよう配置
   され、 基準ビームの方向と目標の方向との角度差に基づく誤差
   信号を発生するために、前記基準レーザビームの第１の
   部分と目標からの反射波とを共に受信するために配置さ
   れた前記指向追随センサと、 前記誤差信号はジンバル位置決め手段を駆動して前記目
   標に前記高エネルギー出力ビームを照準するために用い
   られることを特徴とする 高エネルギー出力ビームを発生する自動照準規正レーザ
   装置。
4. 【請求項４】前記指向追随センサは画像センサであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の自動照準規
   正レーザ装置。
5. 【請求項５】前記指向追随センサは四分割アレイのフォ
   トディテクタであることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の自動照準規正レーザ装置。
6. 【請求項６】前記レーザ発振器と前記レーザ増幅器との
   間に非線形波長変換器を配置したことを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の自動照準規正レーザ装置。
7. 【請求項７】前記目標と前記ビームスプリッタとの間に
   1/4波長板を配置したことを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の自動照準規正レーザ装置。