JP6045044B2 - マスタ発振器光学増幅器システムのキャリアエンベロープ位相安定化 - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、フェムト秒パルスを送達するためのレーザ発振器と増幅器との配列に関する。本発明は、特に、レーザパルスが増幅に先立って一時的に伸長され、増幅されたパルスが送達の前に一時的に圧縮されるような配列に関する。
数フェムト秒またはそれよりも短い持続時間を有する光パルスは、パルスのエンベロープ内のパルスの基本キャリア周波数におけるほんの数光サイクルのみを含み得る。パルスエンベロープは、典型的に、ガウスまたはＳｅｃｈ２形を有する。エンベロープにおけるピーク出力は、エンベロープに対するキャリアサイクルの位相に依存する。これは、キャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）と当業者によって呼ばれる。図１Ａは、キャリアが、パルスエンベロープに対して、量φＣＥだけ位相中で遅延させられた状態を図式的に図示するグラフである。最高ピーク出力は、キャリアサイクルのうちの１つのピークがエンベロープのピークと正確に同位相（φＣＥ＝０．０）であるときに生じる。これは、図１Ｂに図式的に図示される。エンベロープにおけるサイクルの数が少ないほど（すなわち、パルスが短いほど）パルス内のピーク出力のこの位相依存は大きくなる。
レーザ発振器のＣＥＰを安定化させるための技法は、長年、当該技術分野において公知である。そのような技法の１つは、ＣＥＰが測定され所望の値と比較される閉ループフィードバック配列を伴うものである。測定値と実際の値との間のいくらかの差異は、発振器の利得媒質に対する光励起出力を変動させて測定値を所望の値に戻すために、使用される。しかしながら、ＣＥＰ安定化発振器からのパルスがチャープパルス増幅配列内で増幅される場合、増幅されたパルスのＣＥＰは、通常、安定しないことが分かっている。そのような配列では、発振器からの入力パルスは、パルスストレッチャによって増幅前の元の持続時間から一時的に伸長され、光増幅器において増幅されて、おおよそ元のパルス持続時間に戻るようにパルスコンプレッサにおいて一時的に圧縮される。
チャープパルス増幅配列からの出力パルスを安定化させるためのアプローチの１つは、特許文献１に開示されており、参照によって本明細書に組み込まれる。ここでは、安定化が、ＣＥＰが再び測定されて所望の値と比較される閉ループ配列によってもたらされる。測定値と実際の値との間のいくらかの差異は、増幅器のパルスストレッチャまたはコンプレッサ内の回折格子の分離を変動させ、測定値を所望の値に戻すために使用される。
マスタ発振器と増幅器とのシステムにおけるＣＥＰ制御のためのこのアプローチおよび他の先行技術のアプローチに関する問題は、それらのアプローチが、全体的なＣＥＰの不安定性に寄与する異なる要因を考慮しないことである。一例として、熱効果による低速ＣＥＰドリフトと、パルスストレッチャ、光増幅器、またはパルスコンプレッサ内の機械的共振に起因するより高周波数のドリフトが存在し得る。
Ｙｕ ｅｔ ａｌ．に付与された特許文献２は、励起レーザからのビームによって光学的に励起されるモード同期発振器のＣＥＰを安定化させるための配列を、開示している。ここでは、平衡型ホモダイン検出システムが、ｆ−２ｆ干渉計において使用されることによって、超高速発振器のＣＥＰを安定化させるために使用されるＣＥＰ誤差信号を発生させる。誤差信号の２つの部分（平衡型ホモダイン検出器配列の各アームから１つずつ）は、第１のＰＩＤ（比例積分微分型）コントローラ（フィードバック回路）によって処理される。第１のＰＩＤコントローラからのフィードバック信号は、２つの部分に分割される。２つの部分のうちの第１の部分は、第２のＰＩＤコントローラにフィードされる。第２のＰＩＤコントローラからの信号は、発振器内の低速（低周波数）応答アクチュエータ（この場合、発振器において発振器の共振器（レーザキャビティ）ミラー間に位置し、第２のＰＩＤコントローラからの信号に応答して、圧電変換器（ＰＺＴ）によって移動可能であるプリズム）を調節するために使用される。第１のＰＩＤコントローラからの信号の２つの部分のうちの第２の部分は、レーザキャビティの外側の高速応答アクチュエータにフィードされ、その高速応答アクチュエータは、主に、第１のＰＩＤコントローラからの信号の高周波数成分に応答する。この場合、アクチュエータは、励起レーザビーム内に挿入された音響光学モジュレータ（ＡＯＭ）であって、発振器レーザキャビティ内の利得要素に送達される励起出力を精密に変調する。この方法論は、モード同期発振器のＣＥ位相を安定化させる際に有効であると説明されている。
Ｙｕ ｅｔ ａｌ．の特許の配列の欠点の１つは、低周波数アクチュエータを制御する信号が、高周波数アクチュエータを制御する信号から独立していないことである。第１のＰＩＤコントローラの利得のあらゆる調節は、直列の第１および第２のＰＩＤコントローラの正味利得を自動的に調節する。Ｙｕ ｅｔ ａｌ．の特許の配列の別の欠点は、高周波数アクチュエータおよび低周波数アクチュエータに印加される周波数帯を選択するための規定が存在しないことである。選択された特定のアクチュエータが、主に、存在するいかなる周波数選択をも決定する。Ｙｕ ｅｔ ａｌ．の特許の配列のさらに別の欠点は、低周波数制御が発振器レーザキャビティにおける可動要素を必要とすることである。動作中のこの要素の移動は、発振器のモード同期に干渉し得る。Ｙｕ ｅｔ ａｌ．の特許の開示のさらなる欠点は、発振器と増幅器とのシステムのＣＥＰを制御する問題に対処しないことである。これは、使用されているほとんどの超高速レーザシステムが発振器と増幅器とのシステムであるため、重要である。
超高速の発振器と増幅器とのレーザのシステムのＣＥＰを制御するための方法および装置の必要性が残る。そのような方法および装置は、前述の周波数依存ＣＥＰの不安定性の源に対処することが可能である一方、発振器制御のためのＹｕ ｅｔ ａｌ．の配列の欠点を克服することが可能であるべきである。
本発明による装置の一側面は、モード同期光パルスを発生させるためのレーザキャビティを含む発振器配列を備え、そのシーケンスは、そこから増幅のために選択され、そのシーケンスは、所定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を有する。光増幅器配列が、増幅のために選択された光パルスのシーケンスを増幅し、増幅されたパルスの対応するシーケンスを送達するために提供される。光パルスのシーケンスのＰＲＦに等しいかそれよりも小さい最大周波数において、増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間キャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）を表す第１の信号を周期的に発生させるための配列。電子的手段が、第１の信号を第２の信号および第３の信号に分割するために提供される。第２の信号は、ＤＣと最大周波数よりも小さい第１の周波数との間の第１の範囲における周波数成分を含み、第３の信号は、最大周波数よりも小さい第２の周波数と最大周波数との間の第２の範囲における周波数成分を含む。低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラが、増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するために提供される。ＣＥＰコントローラの各々は、発振器配列のレーザキャビティの外側に位置する。第１の信号処理デバイスが、第２の信号を受信するように配列され、第２の信号処理デバイスが、第３の信号を受信するように配列される。第１の信号処理デバイスおよび第２の信号処理デバイスは、第１の制御信号および第２の制御信号のそれぞれを発生させるように配列され、それらの各々は、増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間ＣＥＰと所望のＣＥＰとの間の差異を表す。第１の制御信号および第２の制御信号は、それぞれ、低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラを調節し、増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間ＣＥＰと所望のＣＥＰとの間の差異を最小限にする。
実施形態において、本発明は、例えば、下記の項目を提供する。
（項目１）
光学装置であって、前記光学装置は、
モード同期光パルスを発生させるためのレーザキャビティを含む発振器配列であって、前記光パルスのシーケンスは、増幅のためにそこから選択され、前記光パルスのシーケンスは、所定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を有する、発振器配列と、
増幅のために選択された前記光パルスのシーケンスを増幅し、増幅されたパルスの対応するシーケンスを送達するための光増幅器配列と、
前記光パルスのシーケンスのＰＲＦに等しいかそれよりも小さい最大周波数において、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間キャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）を表す第１の信号を周期的に発生させるための干渉計と、
前記第１の信号を第２の信号および第３の信号に分割するための周波数スプリッタであって、前記第２の信号は、ＤＣと前記最大周波数より小さい第１の周波数との間の第１の範囲における周波数成分を含み、前記第３の信号は、前記最大周波数より小さい第２の周波数と前記最大周波数との間の第２の範囲における周波数成分を含む、周波数スプリッタと、
前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するための低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラであって、前記低速応答ＣＥＰコントローラおよび前記高速応答ＣＥＰコントローラの各々は、前記発振器配列の前記レーザキャビティの外側に位置する、低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラと、
前記第２の信号を受信するように配列される第１の信号処理デバイスと、前記第３の信号を受信するように配列される第２の信号処理デバイスとであって、前記第１の信号処理デバイスおよび前記第２の信号処理デバイスは、第１の制御信号および第２の制御信号のそれぞれを発生させるように配列され、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の各々は、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間ＣＥＰと所望のＣＥＰとの間の差異を表す、第１の信号処理デバイスおよび第２の信号処理デバイスと、
を備え、
前記第１の制御信号および前記第２の制御信号は、それぞれ、前記低速応答ＣＥＰコントローラおよび前記高速応答ＣＥＰコントローラを調節し、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの前記瞬間ＣＥＰと前記所望のＣＥＰとの間の差異を最小限にする、
装置。
（項目２）
前記第１の周波数および前記第２の周波数は、ほぼ等しい、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記第１の周波数は、前記第２の周波数より小さい、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記第１の周波数は、前記第２の周波数より小さい、項目１に記載の装置。
（項目５）
前記高速応答ＣＥＰコントローラは、前記第２の信号に応答して、前記増幅されたパルスのＣＥＰを調節するための前記発振器配列のレーザキャビティによって送達される前記モード同期パルスのＣＥＰを調節するように配列される、項目１に記載の装置。
（項目６）
前記発振器配列の前記レーザキャビティは、励起レーザによって送達される励起ビームによって光学的に励起され、前記高速応答ＣＥＰコントローラは、前記レーザキャビティによって送達される前記モード同期パルスのＣＥＰを変動させるために、前記励起ビームを選択的に変調するための選択的可変モジュレータである、項目５に記載の装置。
（項目７）
前記低速応答ＣＥＰコントローラは、前記第１の信号に応答して、前記増幅されたパルスのＣＥＰを調節するための増幅に先立って、前記シーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するように配列される、項目５に記載の装置。
（項目８）
前記低速応答ＣＥＰコントローラは、前記第１の信号に応答して、前記増幅されたパルスのＣＥＰを調節するための増幅後、前記シーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するように配列される、項目５に記載の装置。
（項目９）
前記発振器配列の前記レーザキャビティは、前記シーケンスにおけるパルスの所定のＰＲＦを上回るＰＲＦにおいて、前記モード同期光パルスを送達し、前記発振器配列は、前記光パルスのシーケンスを前記モード同期光パルスから選択するためのパルスピッカを含む、項目１に記載の装置。
（項目１０）
前記モード同期パルスのＰＲＦは、約８０メガヘルツであって、前記パルスのシーケンスの所定のＰＲＦは、１０キロヘルツである、項目９に記載の装置。
（項目１１）
前記増幅器配列は、増幅に先立って増幅されるべきパルスの持続時間を延長するためのパルスストレッチャと、前記増幅を提供するための光増幅器と、前記増幅されたパルスの持続時間を短縮するためのパルスコンプレッサとを含み、前記パルスピッカは、前記パルスストレッチャと前記光増幅器との間に位置する、項目９に記載の装置。
（項目１２）
前記光増幅器は、再生増幅器である、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
前記パルスストレッチャおよび前記パルスコンプレッサのうちの１つは、追加的に、前記低速応答ＣＥＰコントローラとして機能する、項目１１に記載の装置。
（項目１４）
前記パルスストレッチャは、追加的に、前記低速応答ＣＥＰコントローラとして機能する、項目１に記載の装置。
（項目１５）
前記第１の信号処理デバイスは、ＰＩＤコントローラを含む、項目１に記載の装置。
（項目１６）
光学装置であって、該光学装置は、
モード同期光パルスを発生させるためのレーザキャビティを含む発振器配列であって、前記光パルスのシーケンスは、増幅のためにそこから選択され、前記光パルスのシーケンスは、所定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を有し、前記レーザキャビティは、励起レーザと前記レーザキャビティとの間の励起ビームにおいて位置する選択的可変モジュレータにより、前記励起レーザからの前記励起ビームによって光学的に励起される、発振器配列と、
増幅のために選択された前記光パルスのシーケンスを増幅して増幅されたパルスの対応するシーケンスを送達するためのチャープパルス光増幅器（ＣＰＡ）配列であって、前記ＣＰＡ配列は、増幅に先立ってパルスの持続時間を伸長するためのパルスストレッチャと、前記伸長されたパルスを増幅するための光増幅器と、前記増幅された伸長されたパルスを圧縮するためのパルスコンプレッサとを含む、ＣＰＡ配列と、
前記光パルスのシーケンスのＰＲＦに等しいかそれよりも小さい最大周波数において、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間キャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）を表す第１の信号を周期的に発生させるための干渉計と、
前記第１の信号を第２の信号および第３の信号に分割するための周波数スプリッタであって、前記第２の信号は、ＤＣと前記最大周波数より小さい第１の周波数との間の第１の範囲における周波数成分を含み、前記第３の信号は、前記最大周波数より小さい第２の周波数と前記最大周波数との間の第２の範囲における周波数成分を含む、周波数スプリッタと、
前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するための低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラであって、前記低速応答ＣＥＰコントローラおよび前記高速応答ＣＥＰコントローラの各々は、前記発振器配列の前記レーザキャビティの外側に位置し、前記パルスコンプレッサおよび前記パルスストレッチャのうちの１つは、選択的可変分散を有し、前記低速応答ＣＥＰコントローラとして機能し、前記選択的可変励起ビームモジュレータは、前記高速応答ＣＥＰコントローラとして機能する、低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラと、
前記第２の信号を受信するように配列される第１の信号処理デバイスと、前記第３の信号を受信するように配列される第２の信号処理デバイスとであって、前記第１の信号処理デバイスおよび前記第２の信号処理デバイスは、第１の制御信号および第２の制御信号のそれぞれを発生させるように配列され、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の各々は、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間ＣＥＰと所望のＣＥＰとの間の差異を表す、第１の信号処理デバイスおよび第２の信号処理デバイスと、
前記第１の制御信号および前記第２の制御信号は、前記低速応答ＣＥＰコントローラおよび前記高速応答ＣＥＰコントローラのそれぞれを調節し、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの前記瞬間ＣＥＰと前記所望のＣＥＰとの間の差異を最小限にする、
装置。
（項目１７）
前記所定のＰＲＦを有する前記パルスのシーケンスは、前記パルスコンプレッサと前記光増幅器との間に位置するパルスピッカによって、前記レーザキャビティから送達される前記モード同期パルスから選択される、項目１６に記載の装置。
（項目１８）
前記光増幅器は、再生増幅器である、項目１６に記載の装置。
実施形態において、本発明は、例えば、下記の項目を提供する。
（項目１）
光学装置であって、前記光学装置は、
モード同期光パルスを発生させるためのレーザキャビティを含む発振器配列であって、前記光パルスのシーケンスは、増幅のためにそこから選択され、前記光パルスのシーケンスは、所定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を有する、発振器配列と、
増幅のために選択された前記光パルスのシーケンスを増幅し、増幅されたパルスの対応するシーケンスを送達するための光増幅器配列と、
前記光パルスのシーケンスのＰＲＦに等しいかそれよりも小さい最大周波数において、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間キャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）を表す第１の信号を周期的に発生させるための干渉計と、
前記第１の信号を第２の信号および第３の信号に分割するための周波数スプリッタであって、前記第２の信号は、ＤＣと前記最大周波数より小さい第１の周波数との間の第１の範囲における周波数成分を含み、前記第３の信号は、前記最大周波数より小さい第２の周波数と前記最大周波数との間の第２の範囲における周波数成分を含む、周波数スプリッタと、
前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するための低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラであって、前記低速応答ＣＥＰコントローラおよび前記高速応答ＣＥＰコントローラの各々は、前記発振器配列の前記レーザキャビティの外側に位置する、低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラと、
前記第２の信号を受信するように配列される第１の信号処理デバイスと、前記第３の信号を受信するように配列される第２の信号処理デバイスとであって、前記第１の信号処理デバイスおよび前記第２の信号処理デバイスは、第１の制御信号および第２の制御信号のそれぞれを発生させるように配列され、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の各々は、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間ＣＥＰと所望のＣＥＰとの間の差異を表す、第１の信号処理デバイスおよび第２の信号処理デバイスと、
を備え、
前記第１の制御信号および前記第２の制御信号は、それぞれ、前記低速応答ＣＥＰコントローラおよび前記高速応答ＣＥＰコントローラを調節し、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの前記瞬間ＣＥＰと前記所望のＣＥＰとの間の差異を最小限にする、
装置。
（項目２）
前記第１の周波数および前記第２の周波数は、ほぼ等しい、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記第１の周波数は、前記第２の周波数より小さい、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記第１の周波数は、前記第２の周波数より小さい、項目１に記載の装置。
（項目５）
前記高速応答ＣＥＰコントローラは、前記第２の信号に応答して、前記増幅されたパルスのＣＥＰを調節するための前記発振器配列のレーザキャビティによって送達される前記モード同期パルスのＣＥＰを調節するように配列される、項目１に記載の装置。
（項目６）
前記発振器配列の前記レーザキャビティは、励起レーザによって送達される励起ビームによって光学的に励起され、前記高速応答ＣＥＰコントローラは、前記レーザキャビティによって送達される前記モード同期パルスのＣＥＰを変動させるために、前記励起ビームを選択的に変調するための選択的可変モジュレータである、項目５に記載の装置。
（項目７）
前記低速応答ＣＥＰコントローラは、前記第１の信号に応答して、前記増幅されたパルスのＣＥＰを調節するための増幅に先立って、前記シーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するように配列される、項目５に記載の装置。
（項目８）
前記低速応答ＣＥＰコントローラは、前記第１の信号に応答して、前記増幅されたパルスのＣＥＰを調節するための増幅後、前記シーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するように配列される、項目５に記載の装置。
（項目９）
前記発振器配列の前記レーザキャビティは、前記シーケンスにおけるパルスの所定のＰＲＦを上回るＰＲＦにおいて、前記モード同期光パルスを送達し、前記発振器配列は、前記光パルスのシーケンスを前記モード同期光パルスから選択するためのパルスピッカを含む、項目１に記載の装置。
（項目１０）
前記モード同期パルスのＰＲＦは、約８０メガヘルツであって、前記パルスのシーケンスの所定のＰＲＦは、１０キロヘルツである、項目９に記載の装置。
（項目１１）
前記増幅器配列は、増幅に先立って増幅されるべきパルスの持続時間を延長するためのパルスストレッチャと、前記増幅を提供するための光増幅器と、前記増幅されたパルスの持続時間を短縮するためのパルスコンプレッサとを含み、前記パルスピッカは、前記パルスストレッチャと前記光増幅器との間に位置する、項目９に記載の装置。
（項目１２）
前記光増幅器は、再生増幅器である、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
前記パルスストレッチャおよび前記パルスコンプレッサのうちの１つは、追加的に、前記低速応答ＣＥＰコントローラとして機能する、項目１１に記載の装置。
（項目１４）
前記パルスストレッチャは、追加的に、前記低速応答ＣＥＰコントローラとして機能する、項目１に記載の装置。
（項目１５）
前記第１の信号処理デバイスは、ＰＩＤコントローラを含む、項目１に記載の装置。
（項目１６）
光学装置であって、該光学装置は、
モード同期光パルスを発生させるためのレーザキャビティを含む発振器配列であって、前記光パルスのシーケンスは、増幅のためにそこから選択され、前記光パルスのシーケンスは、所定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を有し、前記レーザキャビティは、励起レーザと前記レーザキャビティとの間の励起ビームにおいて位置する選択的可変モジュレータにより、前記励起レーザからの前記励起ビームによって光学的に励起される、発振器配列と、
増幅のために選択された前記光パルスのシーケンスを増幅して増幅されたパルスの対応するシーケンスを送達するためのチャープパルス光増幅器（ＣＰＡ）配列であって、前記ＣＰＡ配列は、増幅に先立ってパルスの持続時間を伸長するためのパルスストレッチャと、前記伸長されたパルスを増幅するための光増幅器と、前記増幅された伸長されたパルスを圧縮するためのパルスコンプレッサとを含む、ＣＰＡ配列と、
前記光パルスのシーケンスのＰＲＦに等しいかそれよりも小さい最大周波数において、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間キャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）を表す第１の信号を周期的に発生させるための干渉計と、
前記第１の信号を第２の信号および第３の信号に分割するための周波数スプリッタであって、前記第２の信号は、ＤＣと前記最大周波数より小さい第１の周波数との間の第１の範囲における周波数成分を含み、前記第３の信号は、前記最大周波数より小さい第２の周波数と前記最大周波数との間の第２の範囲における周波数成分を含む、周波数スプリッタと、
前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するための低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラであって、前記低速応答ＣＥＰコントローラおよび前記高速応答ＣＥＰコントローラの各々は、前記発振器配列の前記レーザキャビティの外側に位置し、前記パルスコンプレッサおよび前記パルスストレッチャのうちの１つは、選択的可変分散を有し、前記低速応答ＣＥＰコントローラとして機能し、前記選択的可変励起ビームモジュレータは、前記高速応答ＣＥＰコントローラとして機能する、低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラと、
前記第２の信号を受信するように配列される第１の信号処理デバイスと、前記第３の信号を受信するように配列される第２の信号処理デバイスとであって、前記第１の信号処理デバイスおよび前記第２の信号処理デバイスは、第１の制御信号および第２の制御信号のそれぞれを発生させるように配列され、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の各々は、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間ＣＥＰと所望のＣＥＰとの間の差異を表す、第１の信号処理デバイスおよび第２の信号処理デバイスと、
前記第１の制御信号および前記第２の制御信号は、前記低速応答ＣＥＰコントローラおよび前記高速応答ＣＥＰコントローラのそれぞれを調節し、前記増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの前記瞬間ＣＥＰと前記所望のＣＥＰとの間の差異を最小限にする、
装置。
（項目１７）
前記所定のＰＲＦを有する前記パルスのシーケンスは、前記パルスコンプレッサと前記光増幅器との間に位置するパルスピッカによって、前記レーザキャビティから送達される前記モード同期パルスから選択される、項目１６に記載の装置。
（項目１８）
前記光増幅器は、再生増幅器である、項目１６に記載の装置。
類似特徴が類似参照番号によって指定される図面を継続して参照すると、図２および図２Ａは、本発明による超高速発振器−増幅器装置の一つの好ましい実施形態１０を図式的に図示する。これらの図面および本明細書で以下にさらに参照される他の図面では、電気経路は太線によって描写され、光学経路は細線によって描写される。
装置１０は、超高速レーザ発振器１２（ここでは、チタンでドープされたサファイア（Ｔｉ：サファイア）利得媒質を含む発振器）を含む。発振器１２（図２Ａ参照）は、励起放射のビーム１６を送達する励起レーザ１４を含む。ＡＯＭ等のモジュレータ１８は、ビーム１６を選択的に変調し、変調された励起ビーム２０をもたらすために提供される。ビーム２０は、モード同期レーザ共振器（レーザキャビティ）２２内のＴｉ：サファイア利得媒質（図示せず）を光学的に励起する。共振器２２は、約数十メガヘルツ（ＭＨｚ）のパルス繰り返し周波数において、モード同期パルスのシーケンス２８を送達する。
ビーム２８におけるパルスのＣＥＰは、インラインｆ−２ｆ干渉計３０を含んで電子装置（ＰＬＬ電子装置）３６を同期させる位相同期ループ３２によって、所定のオフセット周波数および位相（同期点）に同期させられる。オフセット周波数は、経路２８におけるパルスのＰＲＦの整数の約数である。一例として、オフセット周波数０．２５は、経路内の４つおきのパルスが先行または後続の４つ目のパルスとほぼ同じであることをもたらす。干渉計３０は、経路２８におけるパルスの瞬間ＣＥＰを表す信号３４を同期電子装置３６に提供する。
超高速技術の当業者に周知のように、ｆ−２ｆ干渉計内では、ＣＥＰ測定されるべきパルスの周波数スペクトルは、構造化ファイバ等の拡大デバイスによって、１オクターブを上回るようスペクトル的に拡大される。一般的な超高速利得媒質の利得帯域幅内の中心波長を有するパルスの場合、スペクトルは、白色光の連続体に拡大される。スペクトルは、高周波数部分および低周波数部分に分割され、その低周波数部分は、光学的非線形結晶によって、より高い周波数に変換される周波数である。高周波数部分および変換される低周波数部分は、一時的に分離され、時間的重複および対応するスペクトル重複を残す。２つの部分は、光学的に再結合され、ＲＦ信号として直接測定されるビート周波数を提供し、そのＲＦ信号から信号３４が計算される。同期電子装置は、瞬間ＣＥＰと所望の値との間の差異を表す制御信号３８を提供し、その信号は、ＡＯＭ２８に送達され、そのＡＯＭは、共振器２２に送達される励起出力を変化させることによって、経路２８におけるパルスのＣＥＰを所定の同期点の値に調節する。ＡＯＭは、高周波数応答を有し、経路２８におけるパルスのために想定される最高ＰＲＦにおいて応答可能である。
発振器１２のための一つの好適な発振器は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から市販されているモデルＭｉｃｒａ−ＣＥＰＳＴＭである。この発振器は、Ｍｅｎｌｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＧｍｂＨ（Ｍｕｎｉｃｈ， Ｇｅｒｍａｎｙ）からモデルＸＰＳ８００として市販のｆ−２ｆ干渉計および関連付けられた同期電子装置によって、前述のように、位相同期される。
継続して図２を参照すると、経路２８における位相同期パルスは、パルスストレッチャ４０、光増幅器４６、およびパルスコンプレッサ４８を含むチャープパルス増幅器（ＣＰＡ）システム４２に送達される。発振器１２から送達されるパルスのＰＲＦがパルスの後に続く増幅のためには高過ぎるため、パルスピッカまたは周波数分割器２６が、ビーム経路２８に沿って、パルス繰り返し周波数を数キロヘルツ（ＫＨｚ）まで低減させるために、（ここでは、パルスストレッチャと増幅器との間に）提供される。ＣＰＡ４２として使用するために好適な一つの光増幅器は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｉｎｃ．のモデルＬｅｇｅｎｄ−ＥｌｉｔｅＴＭであって、このモデルでは、増幅器４６が再生増幅器である。増幅器４６は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｉｎｃ．のモデルＥｖｏｌｕｔｉｏｎ−３０ＴＭ ＤＰＳＳ励起レーザ（図示せず）によって光学的に励起される。
パルスコンプレッサ４８からの増幅されたパルスは、ビームスプリッティングミラー５０によってサンプリングされ、サンプル５２は、増幅されたパルスのＣＥＰを測定するために、ｆ−２ｆ干渉計およびプロセッサ５４に送られる。干渉計５４は、好ましくは、各パルスのＣＥＰを測定するために十分に高速である検出器配列を有し、その検出器配列は、パルスコンプレッサ４８から送達されるそのシーケンスにおけるレーザパルス毎にデータ集合をもたらし、それによって、周波数ドメインにおいて検出されたＣＥ位相雑音情報を最大限にする。本発明の装置の実験評価のために使用された干渉計５４の実施例では、単一のアナログ検出器（光ダイオード）が、干渉計によって提供されるビート周波数スペクトルを測定するために使用された。検出器出力は、ＣＰＡからのパルスのＰＲＦに等しい最大率でサンプリングされた。これは、パルス毎の検出を可能にし（適切な同期を伴って）、スペクトロメータ検出器の最大サンプリング率（例えば、約３０Ｈｚ）とレーザシステムの繰り返し率（例えば、約１０ｋＨｚ）との間の周波数帯における周波数でのＣＥ位相雑音情報を提供する。
装置１０において、干渉計５４からのＣＥＰ電圧信号５６は、電子周波数スプリッタ５８によって、２つの部分に分割される。高周波数部分６４は、所定のスプリッティング周波数と最大周波数との間の周波数を含み、その周波数は、好ましくは、増幅されたパルスのパルス繰り返し周波数である。低周波数部分６４は、ＤＣとスプリッティング周波数との間の周波数を含む。低周波数部分は、処理電子装置６０（好ましくは、ＰＩＤコントローラＰＩＤ−１）によって受信される。ＰＩＤ−１は、瞬間的に測定されたＣＥＰと増幅されたパルスの所望のＣＥＰ値との間の差異を表す制御信号６２を発生させる。この信号は、パルスストレッチャ４０に送達され、このパルスストレッチャは、パルス伸長がパルスストレッチャにおける分散要素（回折格子またはプリズム等）によって提供される分散を変動させることによって選択的に変動され得るように、構成される。
パルスストレッチャにおける分散を変動させることによるＣＥＰ制御は、当該技術分野において公知である。前述のように、チャープパルス増幅配列からの出力パルスを安定化するための一つのアプローチは、米国特許公開第２０１０／００６１４１１号に開示されている。ここでは、測定値と所望の値との間の差異を表す誤差信号は、ＣＰＡシステムにおけるパルスストレッチャまたはコンプレッサにおける一対の回折格子の分離を変動させて測定値を所望の値に戻すために、使用される。好ましいアプローチは、分散、ひいてはＣＥＰを変化させるために、パルスストレッチャまたはパルスコンプレッサにおける回折格子の傾斜を変動させるための誤差信号の使用を伴う。このアプローチは、本発明の譲受人に譲渡された米国付与前特許公開第２０１１００１９２６７号に説明されており、その完全な開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
ＣＥＰを変化させるために必要とされる分散の変化は、パルス伸長のために必要とされる分散と比較して非常に小さい。したがって、前述の方法のいずれかを使用して、パルスストレッチャ４０は、ＣＰＡ増幅のために必要なパルス伸長機能を損なうことなく、低周波数ＣＥＰコントローラとして機能する。
周波数スプリッタ５８からの高周波数部分６４は、信号処理電子装置６６（ＰＩＤ−２）によって受け取られる。ＰＩＤ−２は、増幅されたパルスの瞬間的に測定されたＣＥＰと所望のＣＥＰ値との間の差異を表す制御信号６８を発生させる。この信号は、位相同期ループ３２の発振器同期電子装置３６に送達される。この信号は、信号３４に追加され、ＣＰＡ４２に導入される高周波数ＣＥＰ変化に対抗するために、同期電子装置によって、位相同期ループの同期点を変動させ、高周波数ＣＥＰコントローラ（ＡＯＭ）１８を介して、位相同期ＣＥＰを事前補償する。
ここでは、高周波数部分および低周波数部分へのＣＥＰ制御信号５６の分離は、周波数スプリッタ５８によって達成されるように前述されているが、全周波数を含む２つの部分に信号５６を分割することによって周波数スプリッティングを達成し、次いで、ＰＩＤ−１およびＰＩＤ−２においてまたはそれらに先行して別個の電子フィルタリングデバイスを使用して、周波数フィルタリングを提供することもまた可能であることに、留意されたい。これは、例えば、各ＰＩＤコントローラの利得帯域幅のより高い部分を使用することが有利であることが証明される場合、選択される高周波数および低周波数の範囲の重複を可能にする。そのような重複状態では、低周波数範囲の高周波数限界は、高周波数範囲の低周波数限界を上回る。
どのような周波数分離方法が選択される場合でも、高周波数および低周波数の範囲は、最大周波数までの周波数の範囲全体を満たす必要はない。実際、ＣＰＡ３６のいくつかの公知の特徴的機械共振周波数に整合するある程度の限定された高周波数範囲を選択することが、有用であり得る。重要なのは、信号処理電子装置（ＰＩＤ）が、相互から完全に独立して調節可能であって、前述のＹｕ ｅｔ ａｌ．の発振器安定化方法におけるように、相互に依存しないことである。
本発明のＣＥＰ制御方法は、位相同期Ｔｉ：サファイア発振器１２およびＣＰＡ３６が、上記で例示されたようなものである装置１０の実施例において評価された。パルスストレッチャ４０におけるＣＥＰの変動は、前述の付与前公開第２０１１００１９２６７号に説明される方法に準拠した。発振器出力パルスは、８０メガヘルツ（ＭＨｚ）のＰＲＦにおいて、約２０フェムト秒（ｆｓ）のＦＷＨＭ持続時間を有していた。この持続時間は、パルスストレッチャ４０において約１５０ピコ秒（ｐｓ）まで伸長された。伸長後、ＰＲＦは、パルスピッカ２６によって１０ｋＨｚまで低減された。増幅後、伸長されたパルスは、パルスコンプレッサ４８において４０ｆｓより短い持続時間まで圧縮された。圧縮された増幅されたパルスは、約０．５ミリジュール（ｍＪ）のパルスあたりエネルギーを有していた。ＰＩＤ−１に送達された低周波数信号部分は、ＤＣ〜１０Ｈｚの周波数を含んでいた。ＰＩＤ−２に送達された高周波数信号部分は、１０Ｈｚ〜１０ＫＨｚの周波数を含んでいた。ＰＩＤ−１およびＰＩＤ−２として使用するために好適なＰＩＤコントローラは、Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から市販されている。
図３は、図２の装置の前述の実験的実施例における圧縮された増幅パルスの測定されたＣＥＰを、時間の関数として、図式的に図示するグラフである。ＣＩＰは、１２０分の動作周期にわたって測定された。ＣＥＰのＲＭＳ位相変動は、約２００ミリラジアン（ｍｒａｄ）である。グラフから、ピーク間変動は、約１．３ラジアンであることが分かる。ピーク間変動の約２０％は、約６０分の周期にわたる超低周波数ドリフトに起因する。
図４は、本発明による装置１０Ａの別の好ましい実施形態を図式的に図示する。装置１０Ａは、図２の装置１０に類似するが、パルスストレッチャではなくパルスコンプレッサが、低周波数ＣＥＰコントローラとして使用される。コンプレッサの好ましい配列は、前述の付与前公開第２０１１００１９２６７号に説明されている。
本発明の実施形態は、二重機能を有していないＣＥＰコントローラが使用されることが可能である。一例として、ＰＩＤ−２の出力は、図２および４の配列における干渉計３０とパルスストレッチャ４０との間の経路における独立した高周波数応答ＣＥＰコントローラを駆動するために使用され得る。独立した低周波数応答ＣＥＰコントローラは、これらの配列のＣＰＡ４２における任意の場所に位置し得る。複数の段階の増幅を含む光増幅器では、そのような低周波数応答ＣＥＰコントローラは、増幅器段階間に位置し得る。本発明の装置のこれらの改変および他の改変は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく行なわれ得る。
独立した高速周波数応答ＣＥＰコントローラとして使用するために好適なデバイスとして、音響光学および電子光学周波数／位相シフタ（ＡＯＦＳ／ＡＯＰＳ／ＥＯＦＳ／ＥＯＰＳ）と、音響光学プログラマブル分散フィルタ（ＡＯＰＤＦ）、例えば、ＦＡＳＴＬＩＴＥ（Ｐａｒｉｓ， Ｆｒａｎｃｅ）から市販されているＤａｚｚｌｅｒとが挙げられる。高速周波数応答のために列挙されるデバイスはまた、独立した低周波数応答アクチュエータとしても使用されることができる。相互に対して選択的に並進可能な一対のガラス製対向楔もまた、低周波数応答アクチュエータとして使用され得る。
前述の本発明の装置の実験的実施例では、干渉計５４は、干渉計において生成された干渉縞スペクトルを調べるための単一のアナログ検出器のみ含んでいた。図５Ａは、簡略化された形態において、干渉計のこの特定の配列５４Ａを図式的に描写する。測定されるべきパルスから生成される白色光の連続体７０は、前述のように機能する多色性干渉縞形成光学素子７２に送達される。回折格子またはプリズム（図示せず）を含む分散デバイス７４は、光学素子７２における干渉縞パターンの干渉縞スペクトル７６を投射する。
スペクトルは、短波長λＳから長波長λＬまでの範囲内の波長における複数の干渉縞を有する。スペクトルは、例証の便宜上、ここでは、図面の平面に垂直な平面から図面の平面に回転されて示される。実験的実施例では、この範囲は、約４９０ｎｍ〜約５７０ｎｍであった。スリット配列７９は、単一のアナログ検出器８０が干渉縞全体に満たないところ（好ましくは、干渉縞の縁）を見るように、スペクトルの１つの干渉縞の幅に満たない幅を備える開口７８を有する。パルス間ＣＥＰ変動は、矢印Ｍによって図面に示されるように、干渉縞スペクトル７６の運動を生じさせる。これは、検出器８０に、検出器出力電圧Ｖの単純変動としてＣＥＰ変化を検知させる。信号処理電子装置８２は、検出器電圧をサンプリングし、対応する電圧（必要に応じて、増幅または減衰される）を発生させることによって、周波数スプリッティングのための信号５６を送信する。この信号は、ＤＣから最大サンプリング周波数（ここでは、実験的実施例において１０ｋＨｚである増幅器出力のＰＲＦ）までの周波数成分を有する。
図５Ａの配列の欠点は、検出器８０および関連付けられた信号処理電子装置８２が、スペクトル運動Ｍ（位相雑音）および振幅雑音のため、電圧変動間を区別することができないことである。図３で実証されたロバストな位相同期は、このためいっそう注目に値する。振幅雑音からの位相雑音のデカップリングは、安定化の改善につながり得、増幅器出力ＣＥＰが、安定化された発振器の同期点に続くのではなく、選択されたＣＥＰに同期されることを可能にするであろう。
図５Ｂは、振幅雑音からの位相雑音のいくらかのデカップリングを提供可能な干渉計５４の配列５４Ｂを図式的に図示する。配列５４Ｂは、配列５４Ａに類似するが、配列５４Ａの単一の検出器８０は、配列５５Ｂでは、多要素アレイ位置敏感検出器８４によって置き換えられる。スリット配列７９における開口は、検出器がスペクトル７６の干渉縞全体を「見る」ことができるよう十分に広く作製される。検出器によって受け取られる干渉縞は、検出器にわたって移動し、スペクトル運動Ｍに対応する。
位置敏感検出器は、アレイの軸に沿った干渉縞スポットの位置に敏感な電圧ＶＡおよびＶＢを発生させる。電圧ＶＡとＶＢとの間の差異は、検出器上の位置に比例し、それゆえ、干渉縞の位相に比例する。したがって、この差異信号は、直接、信号５６として使用される（必要に応じて、増幅または減衰される）。位置敏感検出器８４は、増幅器出力の繰り返し率を上回る動作帯域幅を有していなければならない。
図５Ｃは、振幅雑音からの位相雑音の完全デカップリングを本質的に提供可能な干渉計５４の配列５４Ｃを図式的に図示する。配列５４Ｃは、配列５４Ｂに類似するが、配列５４Ｂの位置敏感検出器８４は、配列５５Ｃでは、ＣＣＤアレイ５６によって置き換えられる。スリット開口は、干渉縞スペクトル７６の大部分がＣＣＤアレイに達するよう十分に広く作製される。干渉縞スペクトルは、ＣＣＤアレイ上の位置を変化させ、スペクトル運動Ｍに対応する。処理電子装置８２は、ここでは、増幅器出力のＰＲＦにおいて、一連のＣＣＤアレイをサンプリングする。位相電圧Ｖは、画素電圧Ｖ０のＶＮ（Ｎは、典型的に、２５５である）への高速フーリエ変換から計算される。波長の関数としての干渉縞振幅の読み出しは、診断目的のために抽出されることができる。ＣＣＤアレイサンプルの取得から計算（フーリエ変換）までのサンプリングおよび計算の全体は、増幅されたレーザパルスのＰＲＦで発生しなければならない。
概して、本発明は、好ましい実施形態および他の実施形態を参照して上記で説明された。しかしながら、本発明は、説明および描写される実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、本明細書に添付の請求項によって定義される。
Claims (39)
- レーザシステムであって、該レーザシステムは、
モード同期パルスを発生させるレーザと、
該モード同期パルスを伸長するためのストレッチャと、
該モード同期パルスを増幅するための光増幅器と、
該増幅されたパルスを圧縮するためのパルスコンプレッサと、
該圧縮されたパルスのキャリアエンベロープ位相を測定し、それに対応する出力信号を発生させるための検出器と、
該出力信号の変化に応答して第１のフィードバック信号を発生させるための第１のコントローラであって、該第１のフィードバック信号は、該モード同期レーザを制御するためのものであり、該第１のフィードバック信号は、第１の周波数範囲を有する、第１のコントローラと、
該出力信号の変化に応答して第２のフィードバック信号を発生させるための第２のコントローラであって、該第２のフィードバック信号は、該第１の周波数範囲よりも低い第２の周波数範囲を有し、該第２のフィードバック信号は、該パルスストレッチャまたは該パルスコンプレッサのうち一方を制御するためのものである、第２のコントローラと
を備える、レーザシステム。 - 前記検出器からの前記出力信号は、該信号を分割するための周波数スプリッタに供給されて、次いで、前記第１のフィードバック信号を発生させるための前記第１のコントローラおよび前記第２のフィードバック信号を発生させるための前記第２のコントローラに供給される、請求項１に記載のレーザシステム。
- 前記検出器からの前記出力信号は、２つの部分に分割され、各部分は、別個の周波数フィルタを通過させられて、該部分は、前記第１のフィードバック信号を発生させるための前記第１のコントローラおよび前記第２のフィードバック信号を発生させるための前記第２のコントローラに供給される、請求項１に記載のレーザシステム。
- 前記第１の周波数範囲と前記第２の周波数範囲とは、重複する、請求項３に記載のレーザシステム。
- 前記第２のフィードバック信号を受信する前記パルスストレッチャまたは前記パルスコンプレッサは、少なくとも１つの回折格子を含み、該回折格子の角度は、該第２のフィードバック信号に応答して調節される、請求項１に記載のレーザシステム。
- 前記第２のフィードバック信号を受信する前記パルスストレッチャまたは前記パルスコンプレッサは、一対の離間された回折格子を含み、該回折格子の間の間隔は、該第２のフィードバック信号に応答して調節される、請求項１に記載のレーザシステム。
- 前記モード同期レーザは、励起レーザによって送達される励起ビームによって励起される光学的キャビティを含み、該励起ビームは、該キャビティに進入することに先立って可変モジュレータを通過し、前記第１のフィードバック信号は、該可変モジュレータに供給される、請求項１に記載のレーザシステム。
- 前記可変モジュレータは、音響光学モジュレータである、請求項１に記載のレーザシステム。
- レーザシステムであって、該レーザシステムは、
モード同期パルスを発生させるレーザと、
該モード同期パルスを伸長するためのストレッチャと、
該モード同期パルスを増幅するための光増幅器と、
該増幅されたパルスを圧縮するためのパルスコンプレッサと、
該圧縮されたパルスのキャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）を測定し、それに対応する出力信号を発生させるための検出器と、
該出力信号の変化に応答して第１のフィードバック信号を発生させるための第１のコントローラであって、該第１のフィードバック信号は、該モード同期レーザから該光増幅器に送達される該パルスのＣＥＰを制御するためのものであり、該第１のフィードバック信号は、第１の周波数範囲を有する、第１のコントローラと、
該出力信号の変化に応答して第２のフィードバック信号を発生させるための第２のコントローラであって、該第２のフィードバック信号は、該パルスストレッチャまたは該パルスコンプレッサのうちの一方を制御するためのものであり、該第２のフィードバック信号は、該第１の周波数範囲よりも低い第２の周波数範囲を有し、該第２のフィードバック信号は、該圧縮されたパルスのＣＥＰを制御するためのものである、第２のコントローラと
を備える、レーザシステム。 - 前記検出器からの前記出力信号は、該信号を分割するための周波数スプリッタに供給されて、次いで、前記第１のフィードバック信号を発生させるための前記第１のコントローラおよび前記第２のフィードバック信号を発生させるための前記第２のコントローラに供給される、請求項９に記載のレーザシステム。
- 前記検出器からの前記出力信号は、２つの部分に分割され、各部分は、別個の周波数フィルタを通過させられて、該部分は、前記第１のフィードバック信号を発生させるための前記第１のコントローラおよび前記第２のフィードバック信号を発生させるための前記第２のコントローラに供給される、請求項９に記載のレーザシステム。
- 前記第１の周波数範囲と前記第２の周波数範囲とは、重複する、請求項１１に記載のレーザシステム。
- 前記第２のフィードバック信号を受信する前記パルスストレッチャまたは前記パルスコンプレッサは、少なくとも１つの回折格子を含み、該回折格子の角度は、該第２のフィードバック信号に応答して調節される、請求項９に記載のレーザシステム。
- 前記第２のフィードバック信号を受信する前記パルスストレッチャまたは前記パルスコンプレッサは、一対の離間された回折格子を含み、該回折格子の間の間隔は、該第２のフィードバック信号に応答して調節される、請求項９に記載のレーザシステム。
- 前記モード同期レーザは、励起レーザによって送達される励起ビームによって励起される光学的キャビティを含み、該励起ビームは、該キャビティに進入することに先立って可変モジュレータを通過し、前記第１のフィードバック信号は、該可変モジュレータに供給される、請求項９に記載のレーザシステム。
- レーザパルスを発生させるモード同期レーザを含むレーザシステムを動作させる方法であって、該レーザパルスは、ストレッチャに供給され、次いで増幅器に供給され、次いでコンプレッサに供給され、該方法は、
該コンプレッサを退出する該パルスのキャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）をモニターし、それに対応する出力信号を発生させることと、
該モニターされたＣＥＰに基づいて、別個の第１のフィードバック信号および第２のフィードバック信号を生成することであって、該第１のフィードバック信号は、第１の周波数範囲を有し、該第２のフィードバック信号は、第２の周波数範囲を有し、該第１の周波数範囲は、該第２の周波数範囲よりも周波数が高い、ことと、
該第１のフィードバック信号に基づいて該モード同期レーザのＣＥＰを調節することと、
該ストレッチャまたは該コンプレッサの一方に該第２のフィードバック信号を供給することにより、該圧縮されたパルスのＣＥＰを調節することと
を含む、方法。 - 前記出力信号は、周波数スプリッタによって２つの部分に分割される、請求項１６に記載の方法。
- 前記出力信号は、２つの部分に分割され、各部分は、別個の周波数フィルタを通過させられる、請求項１６に記載の方法。
- 前記第１の周波数範囲と前記第２の周波数範囲とは、重複する、請求項１８に記載の方法。
- 前記第２のフィードバック信号を受信する前記パルスストレッチャまたは前記パルスコンプレッサは、少なくとも１つの回折格子を含み、該回折格子の角度は、該第２のフィードバック信号に応答して調節される、請求項１６に記載の方法。
- 前記第２のフィードバック信号を受信する前記パルスストレッチャまたは前記パルスコンプレッサは、一対の離間された回折格子を含み、該回折格子の間の間隔は、該第２のフィードバック信号に応答して調節される、請求項１６に記載の方法。
- 前記モード同期レーザは、励起レーザによって送達される励起ビームによって励起される光学的キャビティを含み、該励起ビームは、該キャビティに進入することに先立って可変モジュレータを通過し、前記第１のフィードバック信号は、該可変モジュレータに供給される、請求項１６に記載の方法。
- 光学装置であって、該光学装置は、
モード同期光パルスを発生させるためのレーザキャビティを含む発振器配列であって、該光パルスのシーケンスは、増幅のためにそこから選択され、該光パルスのシーケンスは、所定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を有する、発振器配列と、
増幅のために選択された該光パルスのシーケンスを増幅し、増幅されたパルスの対応するシーケンスを送達するための光増幅器配列と、
該光パルスのシーケンスのＰＲＦに等しいかそれよりも小さい最大周波数において、該増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間キャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）を表す第１の信号を周期的に発生させるための干渉計と、
該第１の信号を第２の信号および第３の信号に分割するための周波数スプリッタであって、該第２の信号は、ＤＣと該最大周波数より小さい第１の周波数との間の第１の範囲における周波数成分を含み、該第３の信号は、該最大周波数より小さい第２の周波数と該最大周波数との間の第２の範囲における周波数成分を含む、周波数スプリッタと、
該増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するための低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラであって、該低速応答ＣＥＰコントローラおよび該高速応答ＣＥＰコントローラの各々は、該発振器配列の該レーザキャビティの外側に位置し、該低速応答ＣＥＰコントローラは、該第２の信号を受信するように配列され、該高速応答ＣＥＰコントローラは、該第３の信号を受信するように配列され、該低速応答ＣＥＰコントローラおよび該高速応答ＣＥＰコントローラは、第１の制御信号および第２の制御信号のそれぞれを発生させるように配列され、該第１の制御信号および該第２の制御信号の各々は、該増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間ＣＥＰと所望のＣＥＰとの間の差異を表す、低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラと
を備え、
該第１の制御信号および該第２の制御信号は、該増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの該瞬間ＣＥＰと該所望のＣＥＰとの間の差異を最小限にするために用いられる、装置。 - 前記第１の周波数および前記第２の周波数は、ほぼ等しい、請求項２３に記載の装置。
- 前記第１の周波数は、前記第２の周波数より小さい、請求項２３に記載の装置。
- 前記高速応答ＣＥＰコントローラは、前記第３の信号に応答して、前記増幅されたパルスのＣＥＰを調節するための前記発振器配列の前記レーザキャビティによって送達される前記モード同期パルスのＣＥＰを調節するように配列される、請求項２３に記載の装置。
- 前記発振器配列の前記レーザキャビティは、励起レーザによって送達される励起ビームによって光学的に励起され、前記高速応答ＣＥＰコントローラは、前記レーザキャビティによって送達される前記モード同期パルスのＣＥＰを変動させるために、前記励起ビームを選択的に変調するための選択的可変モジュレータである、請求項２６に記載の装置。
- 前記低速応答ＣＥＰコントローラは、前記第２の信号に応答して、前記増幅されたパルスのＣＥＰを調節するための増幅に先立って、前記パルスのシーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するように配列される、請求項２６に記載の装置。
- 前記低速応答ＣＥＰコントローラは、前記第２の信号に応答して、前記増幅されたパルスのＣＥＰを調節するための増幅後、前記パルスのシーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するように配列される、請求項２６に記載の装置。
- 前記発振器配列の前記レーザキャビティは、前記パルスのシーケンスにおけるパルスの所定のＰＲＦを上回るＰＲＦにおいて、前記モード同期光パルスを送達し、前記発振器配列は、前記光パルスのシーケンスを前記モード同期光パルスから選択するためのパルスピッカを含む、請求項２３に記載の装置。
- 前記モード同期パルスのＰＲＦは、約８０メガヘルツであって、前記パルスのシーケンスの所定のＰＲＦは、１０キロヘルツである、請求項３０に記載の装置。
- 前記増幅器配列は、増幅に先立って増幅されるべきパルスの持続時間を延長するためのパルスストレッチャと、前記増幅を提供するための光増幅器と、前記増幅されたパルスの持続時間を短縮するためのパルスコンプレッサとを含み、前記パルスピッカは、前記パルスストレッチャと前記光増幅器との間に位置する、請求項３０に記載の装置。
- 前記光増幅器は、再生増幅器である、請求項３２に記載の装置。
- 前記パルスストレッチャおよび前記パルスコンプレッサのうちの１つは、追加的に、前記低速応答ＣＥＰコントローラとして機能する、請求項３２に記載の装置。
- 前記パルスストレッチャは、追加的に、前記低速応答ＣＥＰコントローラとして機能する、請求項２３に記載の装置。
- 前記低速応答ＣＥＰコントローラおよび前記高速応答ＣＥＰコントローラは、ＰＩＤコントローラである、請求項２３に記載の装置。
- 光学装置であって、該光学装置は、
モード同期光パルスを発生させるためのレーザキャビティを含む発振器配列であって、該光パルスのシーケンスは、増幅のためにそこから選択され、該光パルスのシーケンスは、所定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を有し、該レーザキャビティは、励起レーザと該レーザキャビティとの間の励起ビームにおいて位置する選択的可変モジュレータにより、該励起レーザからの該励起ビームによって光学的に励起される、発振器配列と、
増幅のために選択された該光パルスのシーケンスを増幅して増幅されたパルスの対応するシーケンスを送達するためのチャープパルス光増幅器（ＣＰＡ）配列であって、該ＣＰＡ配列は、増幅に先立ってパルスの持続時間を伸長するためのパルスストレッチャと、該伸長されたパルスを増幅するための光増幅器と、該増幅された伸長されたパルスを圧縮するためのパルスコンプレッサとを含む、ＣＰＡ配列と、
該光パルスのシーケンスのＰＲＦに等しいかそれよりも小さい最大周波数において、該増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間キャリアエンベロープ位相（ＣＥＰ）を表す第１の信号を周期的に発生させるための干渉計と、
該第１の信号を第２の信号および第３の信号に分割するための周波数スプリッタであって、該第２の信号は、ＤＣと該最大周波数より小さい第１の周波数との間の第１の範囲における周波数成分を含み、該第３の信号は、該最大周波数より小さい第２の周波数と該最大周波数との間の第２の範囲における周波数成分を含む、周波数スプリッタと、
該増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスのＣＥＰを調節するための低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラであって、該低速応答ＣＥＰコントローラおよび該高速応答ＣＥＰコントローラの各々は、該発振器配列の該レーザキャビティの外側に位置し、該パルスコンプレッサおよび該パルスストレッチャのうちの１つは、選択的可変分散を有し、該低速応答ＣＥＰコントローラとして機能し、該選択的可変励起ビームモジュレータは、該高速応答ＣＥＰコントローラとして機能し、該低速応答ＣＥＰコントローラは、該第２の信号を受信するように配列され、該高速応答ＣＥＰコントローラは、該第３の信号を受信するように配列され、該低速応答ＣＥＰコントローラおよび該高速応答ＣＥＰコントローラは、第１の制御信号および第２の制御信号のそれぞれを発生させるように配列され、該第１の制御信号および該第２の制御信号の各々は、該増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの瞬間ＣＥＰと所望のＣＥＰとの間の差異を表す、低速応答ＣＥＰコントローラおよび高速応答ＣＥＰコントローラと
を備え、
該第１の制御信号および該第２の制御信号は、該増幅されたパルスのシーケンスにおけるパルスの該瞬間ＣＥＰと該所望のＣＥＰとの間の差異を最小限にするために用いられる、装置。 - 前記所定のＰＲＦを有する前記パルスのシーケンスは、前記パルスコンプレッサと前記光増幅器との間に位置するパルスピッカによって、前記レーザキャビティから送達される前記モード同期パルスから選択される、請求項３７に記載の装置。
- 前記光増幅器は、再生増幅器である、請求項３７に記載の装置。
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