JPH06505834A - レーザーシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザーシステム この発明は、米国陸軍ミサイル司令部によって与えられた契約ＤＡＡＨＯ１−８ ８−Ｃ−０４８１に基づく政府の援助を得てなされたものである。政府は、この 発明に、一定の権利を有している。

このｔＵｔは、１９９０年１月１１日に、ハロルド・エム・エブステン（Ｂ訂ｏ ｌｄＭ、　Ｅｐｓｔｅｌｎ）　、アラン−ｘイチ・クロア（＾１ｌａｎ　Ｈ，Ｃ １ａｕｅｒ）　、ボイド・ニー・ミューラ−（Ｂｏｙｄ　Ａ、　Ｍｕｅｌｌｅｒ ）　、ジェフリー・エル・デュラニー（Ｊｅｆｆｒｅｙ　Ｌ。

Ｄｕｌａｎｅｙ）　ｓパーナート・イー・キャンベル（Ｂｅｒｎｅｒｄ　Ｅ、　 Ｃａ閤ｐｂｅ１１）　、フレイブ・ティー・ウォルター（Ｃｒａｉｇ　Ｔ、　ｆ ａｌｔｅｒｓ）により、材料特性の改良方法として出願され、現在では放棄され ている米国特許出願番号０７／４６３，５７７の一部継続出願である。

この出願は、また、１９９０年１２月７日に、ハロルド・エム・エプステン、ジ ェフリー・エル・デュラニーにより、無偏光レーザ発振器として出願され、現在 では、１９９１年１２月２４日に交付された米国特許第５．０７５，８９３号の 一部継続出願である。

発咀Ω公！ この発明は、高出力の干渉性放射パルスを供給するためのレーザーシステムに関 する。このレーザーシステムは、典型的には、衝撃波を供給して固体材料の特性 を改良するために使用されるようなシステムに有益な、高出力のレーザー装置に より構成される必要がある。このようなレーザシステムは、特に、金属材料の硬 度、強度、疲労強度、腐食抵抗等の所望の物理的な特性を増強しあるいは創作す るために、および、金属表面間の溶接性の改善に有益である。

辷の発明は、１９７４年１１月２６日にフィリップ・ジェイ・マロ１チー（Ｐｈ ｉｌｉｐ　Ｊ、　Ｍａｌｌｏｚｚｉ）　、バリー・ピー・ファイランド（Ｂａｒ ｒｙ　Ｐ、　Ｆａｌｒａｎｄ）の材料特性の改変方法に交付された米国特許第３ ，８５０，６９８号の装置に重大な改良を加えたものである。その他の関連特許 としては、１９８３年８月３０日にγラン・エイチ・クロア、バリー・ビー・フ ァイランド、ステファン・シー・フォード（Ｓｔａｐｈｅｎ　Ｃ，Ｆｏｒｄ）　 、フレイブ・ティー・ウオルターのレーザー衝撃加工に付与された米国特許第４ ，４０１，４７７号がある。

発■立鷺立 マロフチ−とファイランドの特許が指摘するよう（こ、従来の固体材料の衝撃加 工方法は、典型的に、固体材料と接触する高性能爆薬材料、あるいは、固体材料 に付与する衝撃波を発生させるために固体材料を叩く板を加速する高性能爆薬材 料を使用する。このような方法には、多くの不都合がある。例えば、（ａ）平滑 でない表面および複雑な形状における衝撃加工が困難かつ高コストであること、 （ｂ）高性能爆薬材料の貯蔵、取り扱いが危険であること、（ｃ）自動化が困難 であり、したがって、工業上のニーズに適合しないこと、（ｄ）高性能爆薬材料 が、高温高真空のような極限環境において使用することができないこと、が挙げ られる。

ショットピーニングは、材料の表面に衝撃処理を施すことにより疲労強度、硬度 、腐食低特性を改良する広く知られかつ確立された別の方法である。ショットピ ーニングでは、たくさんの小さな玉あるいはビーズが材料の表面に高速で投げ付 けられる。玉あるいはビーズは、処理装置から飛び出して周囲に飛散することが ある。これらは、周囲の機械に入り込み、機械を破損することがあるので、ショ ットピーニングを製造ラインに組み入れて使用することは通常困難である。ショ ットピーニングは、機械加工表面に使用されれば、必ずこれを傷つけることとな るので、通常は、このような場所に使用されることはない。

これに対し、レーザー衝撃加工設備は、周囲の設備を破損することなく製造ライ ンに組み入れることが可能である。そして、レーザ衝撃加工設備は、製造ライン のアプリケ−シロンとしてより魅力的な自動制御を適用可能である。し力）も、 高硬度金属および合金の機械加工表面に破損を生じさせることなく適用すること ができる。

パルス化されたレーザ光線と材料の表面との相互作用ζよ、材料内部に伝達され その特性紮変化させる圧力パルス（衝撃波）を生じる。金属の場合には、例えば 、材料の硬度および強度を増大させる冷間加工の導入により、特性の変化が発生 させられる。ｆ＋ｌｌ波のピーク圧力と波幅の適当な調整により、腐食抵抗等の 他の特性に影響を与えることなく、疲労強度等の特定の材料の特性を選択的に増 大させることができる。また、加工物の表面に、密接に被覆される薄肉の防食層 が設けられていても、これを破損することな（衝撃加工を行うことができる。

干渉性放射光による衝撃加工には、上記利点の他にも、次のような多くの利点が ある。（ａ）放射源が、高制御性、高再生性を有すること。（ｂ）放射光は、予 め選択された表面領域に容易に焦点を結ばせることができ、動作形態を容易に変 更することができること。このことは、衝撃を与えるべき加工物の領域への、柔 軟な衝撃圧力の設定と繊細な制御とを可能とする。（Ｃ）高温高真空のような極 限環境におかれる加工物に対しても、衝撃加工を行うことができる。（ｄ）加工 物に繰り返し衝撃を与えることが容易である。このことは、材料の特性を段階的 に向上することができる場合に望ましい。すなわち、加工物に、低圧で複数回に 亙って衝撃を加えることにより、加工物に発生する大きな変形や剥離を回避する ことができる。（ｅ）加工を自動化し易い。＜１＞精巧かつ高価な衝撃集中機構 を使用することな（、平滑でない加工物に衝撃加工を施すことができる。

多くの刊行物は、固体内に応力波を供給するレーザーの使用法について取り扱っ ている。このような刊行物の多くは、上述したように、本出願が一部継続出願と なっている最初の親出願において引用され議論されている。

発胆皇亜丞 衝撃波を供給して固体材料の特性を改善する本発明の代表的な装置において、レ ーザー発振器１０ａは、干渉性放射光１１２の複数のパルスを供給する。各パル スの前縁は、それぞれ金属箔１８（図１）あるいは誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ ）セル１８ｄ、１８ｅおよびファラデーアインレータ１８ｂを有する位相共役反 射手段１８ａ（図６）または１８ｅ（図１１）によって尖鋭化される。

各パルスは、プリアンプ２０ａから、ミラー１２９、遅延板１３０、レンズ１３ １．１３２、ミラー１３３、絞り１３４を介して、所定の直径を有する放射光１ １２の光線として、第１、第２のレーザー増幅ロッド２３ａ、２３ｂを直列に接 続してなるアンプ１２３に指向される。第１のレーザー増幅ロッド２３ａにおい て増幅された放射光１１２の大部分は、第２のレーザー増幅ロッド２３ｂに指向 され、増幅された後に固体材料のターゲ、トｌｌ（図１）の表面に指向される放 射光１１２の実質的に均一な空間的増幅は、以下の方法の少なくとも一つにおい て達成される。各レーザー増幅ロブド２３ａ、２３ｂに、各ロッドを駆動するた めの一対の閃光灯７０．７１（図７）が、それぞれ設けられている。これらの閃 光灯７０，７１および第１のレーザー増幅ロッド２３ａの軸心は、実質的に、相 互に平行で、かつ、同一の水平面内に配されている。また、第１のレーザー増幅 口１ド２３ａの軸心と概略同一方向に向けられる第２のレーザー増幅ロブド２３ ｂおよび前記閃光灯７０．７１の軸心は、垂直面を定義する。そして、レーザー 発振器１０ｃ（図１２〜１４）は、無偏光でしかも後続の各パルスが光線の空間 的増幅形態において先行するパルスの形態と実質上鏡面対称となり（図１２〜１ ３）、その軸心回りに予め設定された小角度で回転された干渉性放射光１２Ｔを 供給する（図１４〜１５）。

図面の簡単な説明 図１は、この発明の代表的な実施例を示す模式図である。

図２は、この発明で使用される金属フィルムを高速で移動させる装置の平面図で ある。

図３は、図２の矢視３−３を示す縦断面図である。

図４は、図２、図３に示す装置の側面図である。

図５は、この発明において衝撃波を供給するための放射光ｔ４ルスの平均相対強 さく縦軸Ｙ）と時間ｎ５ｅｃ　（横軸Ｘ）との関係を示すオシロスコープ画面を 示す図である。

図６は、図１およびその説明に示した装置にいくつかの有益な特色を加えたこの 発明の代表的な装置を示す平面図である。

図７は、図６の装置に示した代表的なプリアンプにおいて、内部構造を見せるた めに中央部を破断した斜視図である。

図８は、図６の装置で使用される代表的なりリブトン閃光灯の波長（ｎｍ）（横 軸Ｘ）に対するスペクトル放射輝度（μＷ／　ｃ　ｍ２、距離５０ｃｍ）（縦軸 Ｙ）を示す図である。図８は、口径０．６ｍｍ、アーク長５０．８９ｃｍ、入力 １．３ｋＷにおけるクリプトン閃光灯のスペクトラムを示している。

図９は、図６の装置で使用される代表的なキ妄／ン閃光灯の波長（ｎｍ）（横軸 Ｘ）に対するスペクトル放射輝度（Ｘ　１０＝Ｊ　／　ｃ　ｍ２、距離５０ｃｍ ）（縦軸Ｙ）を示す図である。図９は、軸心に対して垂直に５０ｃｍ離れた位置 で低出力密度（Ｅ　Ｚ　ＴＡ比−２９００）となる３９０トルのキセノンを有す る閃光灯のものを示している。

図１０は、図６の装置の代表的な使用条件における無次元化半径位置（ｒ　／　 Ｒ）（横軸Ｘ）に対する相対エネルギ密度（縦軸Ｙ）を示す図である。図１０は 、２重量％ネオジム濃度の半径１５ｍｍにおける放射エネルギ蓄積分布を示して いる。

図１１は、図６に示す装置において置き換え可能な、パルス尖鋭化手段を有する 他のレーザー発振器回路を示す平面図である。

図１２は、この発明における代表的な無偏光レーザー発振器を示す平面図である 。

図１３は、図１２に示す発振器の特長部分を示す平面図である。

図１４は、図１２と同様の発振器に他の効果を奏する装置を加えた実施例を示す 平面図である。

図１５は、図１４の一部の装置の代替装置を示す図である。

ｘ更色実施■ 図１は、ターゲＦ）１１に配される金属材料に衝撃波を供給することにより、そ の特性を改良する本発明を実施するために好適な装置１０を示している。この装 置ｉｏは、金属材料のターゲツト１１の表面に向けて、少なくとも約１０Ｊ／Ｃ ｍ２の平均エネルギフルエンスを有し、約５ｎｓｅｃより長くない立ち上刃ｆり 時間で、約０．５〜５ｍ５ｅｃ間持続する蛍光エンベロープ内におしＸで約１０ ０〜２００（μ５ｅｃ）当たりに１放射パルスの割合で複数の干渉性放射光１２ のパルスを指向させる。

この発明を実施する装置１０において、破線で囲まれた要素１５°〜１９’　は 、選択的に採用される。最初の実施例は、これらの要素を含まないものである。

ノずルス　フ　ルム 干渉性放射光１２は、後部ミラー１３、レーザーポンプ空洞１４、偏光器１５、 ポッケルスセル１６、出力カブラ１７よりなるレーザ発振器により発生させられ る。

レーザーポンプ空洞１４は、ネオジム−ガラスレープロ１ドのような増幅媒体を 有し、パルス形成網（ＰＦＮ）によって約０．１〜１０ｓｅｃの規則的な間隔を おいて作動させられる閃光灯により駆動される。装置１０内において簡易に使用 されているレーザーポンプ空洞１４の１つとして、以下に示す要素を有するサウ スカロライナ・ヒルトンヘッドのキグル社製のものがある。

・ＦＣ−５００／２　レーザー室、アーク長８インチ・３／１ｉｌＸ７．５イン チ　Ｑ−９８レーザーロツド、３％添加レベル、両端が逆方向に１″′傾斜、両 端反射防止塗装・２つの液冷式閃光灯 ・３３０Ｗ補助電源機構付モデル８８３コントローラ・閉サイクル冷却システム 発振器１３〜Ｉ７は、０．１〜５ｍ５ｅｃ持続する概略矩形の蛍光エンベロープ を供給する。レーザーポンプ空洞１４から出射される干渉性放射光１２は、直線 的に偏光されている。偏光器１５は、放射光１２を２つの直交する成分に分割す る。その一つ（成分Ｂ）は、１２Ｂで示される方向に反射され、他の成分（成分 Ａ）は、１２Ａで示される方向に透過してポッケルスセル１６に入射される。

適当な電圧（重水化リン酸二水素カリウムの１つのセル当たり約３３００Ｖ）を 付与することにより、ポッケルスセル１６は、偏光器１５に向けて半分を反射し て戻す出力カブラ１７に受け渡すまでに干渉性放射光１２Ａを１／４波長（９０ ″）遅延させる。反射されたエネルギは、ポッケルスセル１６を透ｉすることに よりさらにｌ／４波長（９０’）遅延させられて逆方向に進行する。そして、そ の逆向きの放射光は、成分への前向きの放射光よりも１／２波長（１８０”）位 相がずれており、従って正反対の偏光（Ｂ）となり、偏光器１５によって１２Ｃ で示す方向に反射されるので、レーザーポンプ空洞１４に戻ることはない。この ように、発振が起らないので、レーザーエネルギは、レーザーポンプ空洞１４内 のレーザーロッド内に集積かつ蓄積される。

少なくとも約１００μＢｅＣ後には、ポッケルスセル１６に付与される電圧が０ に減じられ、典型的には、１〜５μｓｅｃの間に接地される。そして、ボ１ケル スセル１６の接地は、その後、約１００〜２００μｓｅ（の間隔をおいて繰り返 される。したがって、ポッケルスセル１６は、接地されるので、放射光１２を遅 延することなく、発振器１３〜１７は、約２〜６ｏの放射光１２のパルスを各蛍 光エンベロープ内に生成する。パルス間隔は十分であるので、レーザロフト内に 蓄積エネルギが集積される間における蛍光損失は最小限に保持される。

出力カブラ１７は、放射光の波面を歪めることのないように実質上透明かつ十分 に薄い支持フィルム上に厚さ１５０〜５０００人のアルミニウム塗膜を形成する ことにより、各放射光１２のパルスの約半分のエネルギをパルスシャーブナ−１ ８に向けて透過する半透過ミラーを具備している。支持フィルムは、代表的には 、厚さ約１〜４０μｍに伸延された少なくとも部分的に結晶質のポリエチレンテ レフタレートのような強度のあるポリエステル材料で構成されている。私達が使 用しているこのような材料の１つとして、デュポン社（Ｅ、　１．ｄｕ　Ｐｏｎ ｔ　ｄｅ　Ｈｅ腸０Ｕｒｓ　＆　Ｃｏｍｐａｎｙ）　＆！のマイラー（Ｍｙｌａ ｒ）がある。マイラーは、複屈折性を有し、その先軸は偏光器１５および１５’ 　による偏光と一致する方向に配される。

放射光１２のパルスは、アルミニウムフィルム１８に当てられ、約０．１〜３ｎ ｓｅｃの間に約０．１〜０．２ｍｍ２の領域を蒸発させる。そして、その後に、 約２〜１０ｎｓｅｃの間に、蒸発領域が１〜１０００　ｍｍ２に拡大される。こ れにより、蒸発されることによりアルミニウムフィルム１８に形成された孔を通 過する際に、放射光１２のパルスの前縁は尖鋭化され、プリアンプ２０に指向さ せられる。アルミニウムフィルム１８とプリアンプ２ｏとの間の放射光１２の経 路には、放射光１２の経路を変更あるいは調整するための平滑なミラー１９が配 されている。

プリアンプ２０は、レーザーポンプ空洞１４と同様のもので、放射光１２のパル スを、約３〜１０ｄＢ増幅する。そして、増幅された放射光１２のパルスは、凹 レンズ２１と凸レンズ２２とを有する望遠鏡を経由して、放射光１２のパルスを さらに５〜１５ｄＢ増幅するアンプ２３に進行させられる。装置１０に使用され るアンプ２３としては、以下に示す構成のサウスカロライナ・ヒルトンヘッドの キグル社製のものが挙げられる。

・パワーアンプユニット、ＦＡ−１０００／２・直径２７ｍｍｘ長さ８１０ｍｍ 　Ｑ−８９レーザロッド（後述）・２つの液冷式閃光灯　アーク長６３ｃｍ・８ ８３コントローラと互換性のある８８６−２型電源・双ハルス形成Ｗａ　（Ｄ　 ｕ　ａ　Ｉ　Ｐ　Ｆ　Ｎ　）二二、ト・水−冷媒冷却システム 増幅された放射光１２のパルスは、凸レンズ２４によって、ターゲットｌｌ上の 表面２５の所望の領域に集光され、少な（とも約１０Ｊ／ｃｍ２、好ましくは約 １０〜５００Ｊ／ｃｍ２の平均エネルギフルエンスを供給する。そして、ターゲ ットに与えられる平均的なエネルギ密度は、パルスの波長が約ｌθ〜１０００ｎ ｓｅｃにおいて、少なくとも約１０７Ｗ／　ｃ　ｍ２、好ましくは約ｔｏｅ　〜 １０１１Ｗ／Ｃｍ２である。最大エネルギ密度は、ターゲット表面における反射 プラズマの形成により制限される。この最大エネルギ密度は、レーザーの波長が 縮小されることにより増大させられる。例えば、波長０．５３μｍのレーザーに よる最大エネルギ密度は、波長１．０６μｍのレーザーの場合の約４倍になる。

アンプ２３から出力される放射光１２の約ｌＯ％は、分光器３７およびミラー３ ９によって、第２の増幅された放射光１２”のパルスを供給するために第２アン プ２３′に指ｎされ、凸レンズ２４′によってターゲット１１の表面２５の所望 の領域に、アンプ２３からの放射光１２のパルスと同時に集光される。同様に、 アンプ２３′から出力される放射光１２のパルスの一部は、分光器３７′等によ って指向される。また、ターゲット１１に向けて追加の放射パルスを供給する任 意数のアンプを設けることとしてもよい。

異なるアンプから指向される放射パルスは、ターゲット１１の表面２５の同一領 域、あるいは、重なり合う領域、または、ターゲット１１の対向表面上の領域に 指向される。光線が同一表面上の重なり合う領域に指向された場合には、重ね合 わせられた放射パルスの有効立ち上がり時間が、個々の放射パルスの立ち上がり 時間に等しくなるように、各放射パルスが実質的に同時にターゲットに達する必 要がある。このことは、全ての放射パルスの経路長を等しくすることを要求され 、他の放射パルスよりも先にターゲットに到達する各放射パルス用に、それぞれ 付加的な経路を供給することにより達成される。

アルミニウム箔１８は、放射光１２の経路を簡単に閉塞することができるが、放 射光１２によって即座に蒸発させられる。蒸発は、まず、小さい領域で発生し、 次に、その領域が光線の経路の全領域に亙るまで急激に外側に向かって広がるよ うに発生する。この動作により、各放射光１２の金縁が極めて尖鋭化されること になる。このように、アルミニウム箔１８の切り換えは空間的な横断により行わ れる。アルミニウム箔１８の個々の領域は、アルミニウム箔蒸気がその体積を元 の体積の約３倍に拡大するのに要する時間内に、反射から透過へと切り換えられ る。アルミニウムの沸点温度２０５７℃においては、蒸気は、約１２００ｍ／Ｓ ｅｃの速度で拡大する。厚さ約ｌＯμｍのマイラー支持フィルム上に厚さ約３０ ０人のアルミニウム層を有する市販のフィルムによれば、放射光を照射されたア ルミニウムは４８ｐｓｅｃでその体積が３倍になる。このように、放射パルスを 照射される領域内の任意の点の切り換え時間は、全域に亙って平均された切り換 え時間の約１００倍速い。

ターゲ。ｙトｌｌに当てられる放射光！２のパルスの平均相対強さの経時変化を 示す図５において、放射光１２のパルスの立ち上がり時間（約２０ｎｓｅｃ）は 、アルミニウム箔１８の蒸発領域が放射パルスの全領域に広がるまでにかかる時 間を示している。アルミニウム箔の小領域を反射から透過へと切り換えるのに要 する実時間は、上記立ち上がり時間の約１００倍短い（約０．２ｎｓｅｃ）。

適合環境は、光装置技術者協会（Ｓｏｃｌｅｔｙ’ｏｆ　Ｐｈｏｔｏ−ｏｐｔｉ ｃａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｗ＋ｅｎｔａｔｉｏｎＥｒ１ｇｌｎａｅｒｓ）の１９７６ 年８月の会報に、次の記事として記載されている。

エム・ニー・デ１ゲイ（Ｍ、＾、Ｄｕｇｕａｙ）　、エム・ニー・ノｆ７レマー （Ｍ、＾、Ｐａ１ｍｅｒ）、アール・イー・バルマー（Ｒ，Ｅ、Ｐａｌｍｅｒ） 　ｒレニザー作動すブナノ秒プラストシャブタ−Ｊ、５ＰＥＥ会報、９４巻、高 速光学技術、２−６頁概要：今日、アイソレータとして高出力レーザーシステム にお４％”（使用されている、いわゆる「プラストシャフタ−」の開口時間が計 測されたＯシャッター（嘘、厚さ１２μｍの透明のプラスチックフィルム上に配 される厚さ２７５人のアルミニウム箔を具備している。そのアルミニウム箔は、 ネオジム：ガラスレーザー（波長１．０６μｍ）から発せられる高出力の放射ノ ずパルスにさらされることにより、突然に除去される。放射パルスは、５０ｐｓ ｅｃ間持続されること（こより、０．５〜３Ｊ／ｃｍ２のエネルギをアルミニウ ム箔上に伝達する。吸収されたエネルギは、フィルムを過熱し、アルミニウム箔 を急激にアルミニウム蒸気（こ変化させる。連続波アルゴンレーザーからの青い レーザー光線は、シャッタを通過し分解能５０ｐｓｅｃに設定された超高速スト リークカメラによって検知される。

これを１０〜９０％の範囲で調整することにより、０．８〜４ｎｓｅｃの範囲で 変化させられるシャ１夕の開口時間が計測された。前者は、レーザー／臂ルスエ ネルギ密度が２Ｊ／ｃｍ２の場合に発生する。

上記において引用した概要において言及したアイソレータζよ、以下１こ示す１ ９７７年の米国特許に記載されている。

マロメチ−（Ｍａｌｌｏｚｚｉ）他、米国特許番号第４，００２，４０３号、１ ９７７年１月１１日、「超発光の抑圧方法（Ｓｐｐｒｅｓｓｉｎｇ　５ｕｐｅｒ ｒａｄｉａｎｃｅ）　Ｊここで使用されている箔は、アルミニウム、金、銀、プ ラチナ、銅、鉛を含有し、約ｌＯＯ〜ｔｏｏｏ人の厚さを有し、ガラス、水晶、 ボーノエチレンテレフタレート、その他の透明なプラスチックにより、好ましく はｌＯ波長よりも薄い厚さに形成された透明な支持フィルムに塗布されている。

これらの材料および他の材料は、適宜適用され、本発明のパルスシャーブナ−１ ８，１ｇ’に使用されるパルスシャーブナ−に使用される箔としては、本質的に はレーザー光を透過しない、厚さ数１００人の任意の金属が使用される。アルミ ニウムを使用することの主な利点は、厚さ数１００人のアルミニウムを表面に塗 布した薄いプラスチックフィルムが既に利用可能な状態で存在し、かつ、安価に 入手することができることである。これは、祝賀用カードとして広（使用されて いる。それに加えて、アルミニウムの表面は酸化されにくい。銅や銀製のフィル ムの表面は酸化により有害に作用する。参考Ｍにおいて使用されているプラスチ ック上のアルミニウム箔は、参考Ｎおよび本発明の実施例において使用されてい るものと同じである。

アルミニウム箔１Ｂは、もちろん、次の放射パルスが発生される前に放射パルス の経路内に、該アルミニウム箔の蒸発されていない異なる領域を供給するために 、高速で移動される必要がある。発振器１３〜１７からの放射光１２の光線は、 直径約１ｃｍである。したがって、アルミニウム箔１８は、蒸発させられた領域 を約１００〜２００ｍ５ｅｃの間に経路から外すために、放射光１２の光線の経 路を横切るように、約５０〜１００ｍ／ｓ　ｅ　ｃの速度で移動させられる。し かし、光線は、アルミニウム箔１８に当てられる前に、直径約０．３ｃｍに容易 に集光することができるので、箔の供給速度は、約１５〜３０　ｃｍ／ｓ　ｅ　 ｃに減じられる。さらに、放射光１２の光線を集中することは、エネルギ密度が 、放射光１２自体を遮るアルミニウムプラズマの形成される臨界値を超過するこ とになるので望ましくない。このことは、発振器１３〜１７から出射される出力 を減じるとともに、最終アンプ２３に十分な入力レベルを供給するようにプリア ンプ２０のゲインを増大させることにより回避することができる。

図２ないし図４は、アルミニウム箔１８を所望の速度で移動させるために好適な 装置の模式図である。

円筒状のドラム４１は、アルミニウム箔１８を所望の速度で供給するための十分 に速い速度で、その軸心４２回りに回転する。アルミニウム箔１８は、ドラム４ １内周近傍に配される供給スプール４３と駆動スプール４４との間に取り付けら れる。矢印４５で示す方向へのドラム４１の各回転の間に、ドラム４１０対向側 面に設けられているスロット４６．４７が、放射光１２のパルスの経路を横切る ことになる。これにより、いくつかの放射パルス１２は、入ロスロフト２６から ドラム４１の内部に入り、アルミニウム箔１８を照射してこれを蒸発させ、出口 スロット４７から図１に示すミラー１９等に向けて出射される。

スロット４６．４７が放射光１２の経路を横切る直前の適当な時間に、ドラム４ １に設けられた駆動要素４８により駆動手段（図示時）が起動される。例えば、 駆動要素４８は、スロット４６．４７が放射光１２の経路を横切り始めるときに 、レーザーポンプ空洞内の閃光灯１４を閃光させるタイミングパルスを供給する ために、光線を光学式検出器に反射する。放射光１２のパルスのいくつかは、ア ルミニウム箔１８のそれぞれ別の領域に当てられ、図１にしたがって上述したよ うに進行させられる。

この手順は、約０．１〜１０ｓｅｃごとの周期的に繰り返され、その間、駆動手 段は自動的に停止される。その間に、アルミニウム箔４８は、その新たな領域を 入口スロット４６に当てかうように駆動スプール４４によって進行させられる。

このアルミニウム箔１８は、各放射光１２のパルス群のために、異なる領域を供 給するように駆動スプール４４によって比較的ゆつ（り継続的に進行させられる 。アルミニウム箔を塗布されたマイラーフィルムの１０−ルは、幅約６インチ、 長さ１０００フイートであり、１０００００〜１００００００の放射光１２のパ ルスを尖鋭化する。

）ｆルス　ルムの フィルムの特別な高速移動手段を必要としない本発明の他の実施例についても図 １に記載されている。このような実施例においては、装置１０に、破線ｌＯ′内 に示した構成要素が含まれる。

この装置ＩＯのうち既に述べた部分においては、上述した方法と同様の方法によ り１つの尖鋭化されたパルスを供給する。この場合に、ポッケルスセル、レーザ ーポンプ空洞１４の閃光灯の閃光後約２００μｓｅｃに一度だけ接地される。し たがって、成分Ａの干渉性放射光の放射光１２のパルスが、各蛍光エンベロープ においてターゲット１１に向けて１つだけ供給される。パルスシャーブナ−１８ から進行した放射光１２のパルスも、ミラー１９によってプリアンプ２０に指向 される前に、第２偏光器１５’　を透過する。

レーザーポンプ空洞１４、偏光器１５、ポッケルスセル１６′および出力カブラ １７’　は第２発振器１４〜１７’　を構成する。゛これにより、他の放射成分 １２Ｂが、バルスンヤープナー１８’，ミラー１９”　および放射成分Ｂを第１ ミラー１９の方向に指向させる偏光器１５°を経て、１つの尖鋭化された放射光 １２’を生成する。そして、偏光器１５′の位置から放射成分１２Ａの放射光１ ２の経路と一致させられる。

第２発振器１４〜１７’　の動作は、第１発振器１３〜１７と同様である。この 第２発振器１４〜１７′は、約０．１〜５ｍｓ　ｅｃ間持続する概略矩形の蛍光 エンベロープを供給する。そして、レーザポンプ空洞１４からの干渉性放射光１ ２は、直線的に偏光されている。偏光器１５は、放射光１２を２つの直線偏光さ れた直交成分に分割する。一方の成分Ｂは，１２Ｂで示されるように、ボアケル スセル１６°に向けて反射される。他方の成分Ａは、１２Ａで示されるように、 ポー１ケルスセル１６に向けて透過される。

適当な電圧（リン酸二水素カリウムの１つのセル当たり約ａａｏｏｖ）を付与す ることにより、ポッケルスセル１６’　は、偏光器１５に向けて半分を反射して 戻す出力カブラ１７’　に受け渡すまでに干渉性放射光１２Ｂを１７４波長（９ ０＠）遅延させる。反射されたエネルギは、ポッケルスセル１６’　を透過する ことによりさらに１７４波長（９０＠）遅延させられて逆方向に進行する。そし て、その逆向きの放射光は、成分Ｂの前向きの放射光よりも１／２波長（１８０ ′″）位相がずれており、したがって正反対の偏光（Ａ）となり、レーザーポン プ空洞１４に戻らないように、偏光器１５によって１２Ｃで示す方向に透過され る。このように、発振が起らないので、レーザーエネルギは、レーザーポンプ空 洞１４内のレーザーエネルギに集積かつ蓄積される。

所望の設定時に、ポッケルスセル１６’　に付与される電圧が、典型的には、１ 〜５μｓｅｃの間に接地されることによりＯに減じられる。したがって、ボツケ ルスセル１６’　は、接地されるので、放射光１２Ｂを遅延することなく、発振 器！４〜１７’　は、第２の放射光１２’のパルスを各蛍光エンベロープ内に生 成する。　ポッケルスセル１６’は、ポッケルスセル１６の約１５０μｓｅｃ後 に接地されるので、第２の放射光１２′のパルスは、第１の放射光１２のパルス の約１５０μｓｅｃ後にターゲット１１に当てられる。偏光器１５’、ポッケル スセル１６°、出力カブラ１７′、パルスシャープ＊−ｘｓ′およびミラー１９ ′　は、それぞれ、対応する番号の付けられた装置１５〜１９と実質的に同一の ものである。

このように、鎖線１０’で囲まれた要素を含む装置１０は、２つの放射光１２の パルスを各蛍光エンベロープのためにターゲット１１に向けて供給する。

この手順は、約０．１〜１０ｓｅｃごとの周期的に繰り返される。その間に、ア ルミニウム箔１８は、その新たな領域を入口スロット４６に当てがうように駆動 スプール４４によって進行させられる。このアルミニウム箔１８．１Ｂ’は、各 放射光１２のパルスに、異なる領域を供給するように約１ｃｍ／ｓｅｃの速度で 移動させられる必要がある。このような速度での移動は、任意の簡易な、または 特別の手段によって、容易に達成することができる。この移動は、連続的または 間欠的のどちらでもよい。

上述したように、１または他のポッケルスセル１６．１６’が接地されている間 を除き、各蛍光エンベロープに亙って発振がなく、レーザーエネルギは、レーザ ーポンプ空洞１４のレーザーロフト内に集積され蓄積される。なぜなら、逆向き の放射パルスは、偏光器１５によって１２Ｃに示す方向に指向され、レーザーポ ンプ空洞に戻ることがないからである。ポッケルスセル１６を通った逆向きの放 射光は、偏光器１５によって１２Ｃに示す経路に沿って反射され、ポッケルスセ ル１６’　を通った逆向きの放射光は、１２Ｃに示す経路に沿って偏光器１５を 透過する。

放射パルスが発振されるまでの間、各放射パルスは、それぞれのパルスシャーブ ナ−１８，１８°に向けて出力カブラ１７．１７′　を透過させられるが、これ らの放射パルスは、金属箔を蒸発させるには弱く、金属箔は、そのまま残される ことになる。

高効率 本発明に係る衝撃加工においては、各放射パルスは、衝撃波を発生させるために 、特定の臨界値を超えた十分なエネルギを有している必要がある。固体材料を加 工することができるエネルギは、放射パルスの平均出力ｔこ概略比例している。

高効率および最適な結果を得るために、固体材料に干渉性放射光を供給するレー ザーおよびその装置は、レーザー媒体の熱に対して高比率の出力エネルギを産み 出す必要がある。その比率は、蓄積されたエネルギの抽出効率およびポッケルス セルによるＱスイッチング時の蓄積エネルギの分別によって決定される。抽出効 率は、飽和パラメータＳに対する出力フルエンスの比を示す単調増加関数である 。

ｓ＝ｈν／σＬ ｈνは、レーザー光子エネルギ、σＬは、誘発放出の横断面である。１つの放射 パルス内の出力フルエンスは、レーザーガラスの損傷臨界値によって限られ、し たがって、１つのパルスにおけるエネルギの抽出にも限りがある。出力フルエン スが８Ｊ／ｃｍ２の場合には、一般的なりん酸グラスにおいて、その効率は約４ ０％となるように計算される。しかしながら、この抽出効率の限度は、単一の蛍 光パルスエンベロープ内に、２またはそれ以上の数のレーザーパルスを供給する ことにより、克服することができる。

効率は、共振されたパルス幅を蛍光の存続時間よりも短くすることにより向上す ることができる。しかし、このことは、レーザーを効率的に励起するためにスペ クトルが十分に遠紫外領域内となるような十分に大きなパワーを閃光灯に付与す るとともに、閃光の存続時間を十分に短くすることを必要とする。１つの蛍光エ ンベロープからのＱスイッチングがなされた１つ以上のパルスの抽出により、Ｑ スイッチング時の不完全なエネルギ蓄積による効率損失を回避することが好まし い。レーザーレベルが上限に励起された総エネルギの約半分がＱスイッチング時 に蓄積されている。残余のエネルギは、Ｑスイッチング後にそのレーザーレベル が上限に励起され、または、Ｑスイッチング前に蛍光減衰によって消失されるプ 内の複数のパルスは、効率を実質的に向上することができる。システムの効率は 、単一パルスの場合における約２％から、複数パルスの場合における６％に向上 することができる。

増幅材料 上述したように、本発明により金属材料を加工することができる速度は、衝撃波 を発生させる放射パルスの平均的な出力に概略比例しており、供給された各放射 パルスは、特定の臨界値を超えた十分な二ネルギ有している。我々は、ターゲッ ト１１への放射パルスを出射するアンプ２３内に、新型の強化りん酸レーザガラ スを使用することにより本発明による生産速度を約５倍に増大させることができ ることを見い出した。

強化ガラスをこのように使用することは、−見して明白のようにみえる加も知れ ない。しかし、高出力レーザーシステムにおける広範な使用が発見されることな （，１０年以上もの間、強化レーザーガラスは利用可能であった。多くのレーザ ー適用例においては、レーザー光線の輝度および干渉性が第１番目に重要であり 、これら両方ともが、レーザー光線が通常の強化されていないガラスの破壊応力 にまで達しない適用例においては無用であるという程度まで、平均出力を低下さ せる。そのうえ、高い屈折率温度係数と高い屈折率応力係数とを有するけい酸塩 ガラスが強化された形態で長年に亙って利用可能であったが、この強化ガラスは 、強化されていないガラスに対してなんら平均出力を向上するものではなかった 。このけい酸塩ガラスのゲインは、りん酸ガラスの２／３であり、高出力を必要 とする適用例には適していない。

従来、強化ガラスを使用する主な理由は、出荷時または他の取り扱い時において 、壊れ難いということである。本発明のように、強化りん酸ガラスのアンプを衝 撃加工において使用することにより、生産速度の飛躍的な増大が得られるという ことには、思いもよらず、また、明らかでもなかった。

イオン交換強化りん酸ガラスは、１９８５年頃から利用可能となっている。これ は、それ以前のりん酸ガラスよりも５倍程度大きな平均出力能力を有している。

屈折率温度係数は、密度係数を相殺する傾向があり、結果として、温度による屈 折率の変化は、けい酸塩ガラスに比べて低減される。したがって、ガラスの強度 に概略比例した高出力を得ることが可能である。強化のために必要な特殊なガラ ス構成であるために、強化ガラスの効率は、強化されていない等価なガラスの効 率の約７５％である。これは、本衝撃加工が、高輝度の放射光線を必要とせず、 応力複屈折に起因する混合偏光が悪影響を及ぼさないためであり、本発明の衝撃 加工における、より高い生産速度をもたらすまうに平均出力を大幅に改善する本 発明の実施例において、使用されるレーザーガラスは、キグル社（Ｈｇｒｅ）製 Ｑ−８９強化りん酸レーザーガラスである。Ｑ−８９は、高ゲイン、高損傷臨界 値というりん酸ガラスの特性と、高強度、耐久性というけい酸塩ガラスの特性と を併せ持つ強化りん酸レーザーガラスである。キグル社（Ｈｇｒｅ）とロシュス タ−（Ｒｏｅｈｅｓｔｅｒ）大学との共同研究により、通常のりん酸ガラスの５ 〜６倍に破断強さを増大させるイオン交換加工を施したレーザーガラスが開発さ れた。その結果、新しいレーザー材料により高い平均出力を供給するレーザーガ ラスの性能を飛躍的に向上することができる。

キグル社Ｑｉｇｒｅ）は、Ｑ−８９の特性を以下のように示している。

分光特性 ピーク波長　（ｎｍ）　１０５４ 横断面　（Ｘ　１０−２００−２Ｏ−３，８蛍光存続時間（ｕｓｅｃ）　３５０ 放射存続時間（ｕｓｅｃ）　３０８ 線幅　（ｎｍ）　ＦＷＨ−−２１，２ 損失＠レイジング波長（％・ｃ　ｍ−’）・・・・・・・・　０．０８光の特性 一屈折率　（Ｎｄ）　１．５５９ アブへ数　・・・・・・・・　６３．６熱特性 変態温度　℃　４９５ 熱膨張　（１０＝／’Ｃ）（２０〜４０℃）・・・・　９９熱伝導性　（Ｗ／ｍ −Ｋ）　０．８２ 物理的特性 密度　（ｇｍ／ｃｃ）　ｓ、１４ ソラリゼーシ■ン抵抗 優秀 Ｑ−８９ガラスについての詳しい情報は、１９８８年の下記刊行物に記載されて いる。

ケー・ニー・サーカ（Ｌ＾、Ｃｅｒｑｕａ）　、エム・ジェイ・シロラブＩ　Ｉ 　Ｉ　（Ｍ、Ｊ、５ｈｏｕｐｌ　ｉ　Ｉ）　、ディー・エル・スミス、ニス・デ ィー・ヤコブ、ジェイ・エイチ・ケリー、［高しブ率動的ミラーアンプ幾何にお ける強化りん酸ガラス」、応用光学、２７巻、１２号、１９８８年６月１５日、 ２５６７〜２５７２頁概要：動的ミラー幾何におけるイオン交換強化りん酸ガラ スは、同様の幾何における強化されていないりん酸ガラスの平均ポンプ破壊限の ３倍のポンプ出力においても破壊されることなく保持される。これに加えて、処 理の前後に、イオン交換誘導表面変化を定量化するために１組の矩形基板につい て、表面波面および凹凸の計測が行われる。強化ブロックの誘導処理波面変形の 実験的な計測は、処理回数を増大させたためにモデル値よりも小さい変形量を示 している。

固体ターゲット１１は、少なくとも一種類の金属、合金、金属間化合物超電導体 、または、他の金属材料により構成されている。この発明において特に有用なタ ーゲットの材料としては、銀、銅、マグネシウム、アルミニウム、カドミウム、 亜鉛、鉄、ニッケルおよびチタンである。

固体または液体被覆材料層２６が、ターゲｔト１１の表面に取り付けられる。

そして、放射光１２のパルスは、その被覆材料層２６に指向される。放射光１２ の吸収材としてのターゲット１１および被覆材料層２６を加えた厚さは、少なく とも、放射光１２の平均自由経路よりも約２μｍ大きいことが好ましい。ターゲ ット１１は、テーブル等の構造物に確実に固定きれているターゲットよりも大き な固体支持部材３１に搭載され、または、固定手段によって確実に固定されるこ とが好ましい。

被覆は、処理されることによってターゲット１１の表面に施される。このような 被覆材料としては、レーザー放射光を透過する透明なものとそうでない不透明な ものの２つのタイプがある。それらは、単独であるいは結合状態で使用されるが 、ターゲラ）１１の表面２５に不透明な被覆材料を直接被覆し、その上から透明 な被覆材料３ｏまたは２７を被覆した状態で使用されることが好ましい。

被覆材料層２６は、レーザー放射光が照射される全領域に亙って密接な面接触と なるように、ターゲット１１の表面２５に確実に取り付けられる必要がある。

いくつかのまたは全ての被覆材料が、２７に示すように、液体である場合には、 少なくとも前面２９が放射光１２を透過する容器２８によってそれを保持するか 、または、容器により保持することなく、処理されるべき領域にそれを流通させ る。透明な液体被覆材料２７が使用される場合には、透明な固体被覆材料３ｏを 省略してもよい。透明な固体被覆材料３ｏのみが使用される場合には、液体被覆 材料２７および容器２８はなくてもよい。

種々の適正な被覆材料およびターゲット材料およびそれらの結合については、上 述した最初の親出願に記載されている。その明細書には、この発明の利点のいく つかが例示されている。

区立−ｍ１上Ω構成 図６は、固体材料に衝撃波を供給することによりその特性を改善するこの発明の 装置例を示している。この装置は、複数の干渉性放射光１１２のパルスを供給す るレーザー発振器１０ａ、これらの放射光１１２のパルスの前縁を尖鋭化する手 段１８ａ等の手段を具備している。

レーザー発振器１０ａは、反射率１００％の球面鏡よりなる後部ミラー１３８、 ポッケルスセルよりなるＱスイッチ１６ａ、偏光器１５ａ、レーザーポンプ空洞 １４ａおよび出力カブラ１７ａを具備している。

レーザーポンプ空洞１４ａは、パルス形成＠（ＰＦＮ）により約０．１〜１０ｓ ｅｃおきに閃光する閃光灯により駆動されるネオジムガラスレーザロッドのよう な増幅媒体を具備している。図６のような装置に簡易に使用されるこのようなレ ーザーポンプ空Ａ１１４ａとしては、下記の構成要素を有するキグル社（Ｋｉｇ ｒｅ）のものがある。

・ＦＣ−５００／２　レーザーポンプ空洞、アーク長８インチ・３／８Ｘ７．５ インチ　Ｑ−９８レーザーロ１ド、３％添加レベル、両端が逆方向に１＠傾斜、 両端反射防止塗装 ・２つの液冷式閃光灯 ・３３０Ｗ補助電源機構付モデル８８３コントローラ・閉サイクル冷却システム 発振器１０ａは約０．１〜５ｍ５ｅｃ持続する概略矩形な蛍光エンベロープを供 給する。レーザーポンプ空洞１４ａからの干渉性放射光１１２は、直線的に偏光 されている。偏光器１５８は、放射光１１２を２つの直交する成分に分割する。

その一つの成分は反射され、他の成分は、レーザーポンプ空洞１４日とポッケル スセル１６ａとの間を伝搬する。

適当な電圧（リン酸二水素カリウムの１つのセル当たり約３３００Ｖ）を付与す ることにより、ポッケルスセル１６ａは、レーザーポンプ空洞１４ａを経由して 、偏光器１５８にその一部（約１０〜６０％）を反射する出力カブラ１７ａに伝 搬されるまでの間に干渉性放射光１１２を１／４波長（９０＠）遅延させる。

反射されたエネルギは、ポッケルスセル１６８を透過することによリサラにｌ／ ４波長（９０＠）遅延させられて逆方向に進行する。そして、その逆向きの放射 パルスは、前向きの放射光に対して位相がずれており、したがって、正反対の偏 光となり、レーザーポンプ空洞１４８に戻らないように偏光器１５ａによって反 射される否。このように、発振が行われないので、レーザーエネルギは、レーザ ーポンプ空洞１４ａ内のレーザーロッド内に集積がっ蓄積される。

少なくとも約１００μｓｅｃ後には、ポッケルスセル１６ａに付与される電圧が ０に減じられ、典型的には、１〜５μｓｅｃの間に接地される。そして、ボ・ツ ケルスセル１６ａの接地は、その後、約１００〜２００μｓｅｃの間隔をおいて 繰り返される。したがって、ポッケルスセル１ｌｊａは、接地されるので、放射 光１１２を遅延することなく、発振器１０ａは、約２〜５ｏの放射光１１２のパ ルスを各蛍光エンベロープ内に生成する。パルスの間隔は十分であるので、レー ザロッド内に蓄積エネルギが集積される間における蛍光損失は最小限に保持され る。　出力カブラ１７ａは、放射光１１２の各パルスのエネルギの一部をパルス シャーブナ−１８ａに伝搬する半透過ミラーを具備し、尖鋭化された放射光１１ ２のパルスは、プリアンプ２０ａに向けて進行する。

プリアンプ２０ａは、レーザーポンプ空洞１４ａと同様のもので、尖鋭化された 放射光１１２のパルスを、約３〜１０ｄＢ増幅する。そして、増幅された放射光 １１２は、所定の直径の光線として第１、第２のレーザー増幅ロブドを直列に配 する７ンブ１２３に進行させられる。

放射光１１２の各パルスをプリアンプ２０ａから第ル−ザー増幅ロフト２３ａに 指向させる手段は、ミラー１２９、半波板等の遅延板１３ｏ１凹レンズ１３１、 凸レンズ１３２およびミラー１３３を含む、指向、等価化、波光手段である。遅 延板１３０は、アンプ鎖１２３．１２３“により供給されるエネルギを等しくす るために、分光器１３７によって第２、東３のレーザー増幅ロフト２３ｂ１２３ ′　Ｂに供給されるエネルギを調整する。波光手段は、光線の直径を約１ｃｍ（ プリアンプ２０ａのロブドの直径）から約２．５ｃｍ（増幅ロッド２３ａの直径 ）に、２．５倍に拡大するために、凸レンズ１３２の前に凹レンズ１３１を配置 している。

アンプ１２３は、第１増幅ロッド２３８によって増幅された放射光１１２の大部 分を第２増幅ロブド２３ｂに指向させる分光器１３７よりなる手段を具備するこ の装置は、さらに、第２増幅ロッド２３ｂによって増幅された放射光１１２を固 体材料の表面に指向させる手段、および、固体材料の表面に指向された放射光１ １２に実質的に均一な空間的増幅を供給する。

第ル−ザ増幅ロッド２３ａは、プリアンプ１８から出射される放射光１１２のパ ルスをさらに５〜１５ｄＢ増幅する。この装置に簡易に使用されるアンプ２３ａ として、下記構成を有するサウスカロライナ・ヒルトンへ１ドのキグル社（Ｋ贈 ｒｅ）製のものがある。

・パワーアンプユニット、ＦＡ−１０００／２・直径２７ｍｍｘ長さ８１０ｍｍ 　Ｑ−８９レーザロッド（後述）・２つの液冷式閃光灯　アーク長６３ｃｍ・８ ８３コントローラと互換性のある８８６−２型電源・双ハルス形成１１　（Ｄｕ ａ　Ｉ　ＰＦＮ）ユニット・水−冷媒冷却システム 以下、図１に基づいて、放射光１１２を固体材料の表面に指向させる手段につい て説明する。増幅された放射光１１２のパルスは、凸レンズ２４によって、ター ゲプ）１１上の表面２５の所望の領域に集光され、少なくとも約１０Ｊ／ｃｍ２ 、好ましくは約１０〜５００Ｊ／ｃｍ２の平均エネルギフルエンスを供給する。

そして、ターゲットに与えられる平均的なエネルギ密度は、約１０〜１０００ｎ ｓｅｃの波長で少な（とも約１０　’Ｗ／　ｃ　ｍ２、好ましくは約１０９〜１ ０１１Ｗ／ｃｍ２である。最大エネルギ密度は、ターゲット表面における反射プ ラズマの形成により制限される。この最大エネルギ密度は、レーザーの波長が縮 小されることにより増大させられる。例えば、波長０．５３μｍのレーザーによ る最大エネルギ密度は、波長１．０６μｍのレーザーの場合の約４倍になる。

第１増幅ロッド２３ａから出力される放射光１１２の約ｌＯ％は、分光器１３７ およびミラー１３９によって、第２の増幅された放射１１２′の１１ルスを供給 するための第２アンプ１２３′に指向され、凸レンズによってレーザ・、　ト１ １の表面２５の所望の領域に、アンプ１２３からの放射光１１２の／ずルスと同 時に集光される。同様に、アンプ２３’　ａから出力される放射光１１２’の一 部は、分光器３７’等によって指向される。また、ターゲット１１に向けて追加 の放射パルスを供給する任意数のアンプを設けることとしてもよい。

異なるアンプから指向される放射パルスは、ターゲット１１の表面２５の同一領 域、あるいは、重なり合う領域、または、ターゲット１１の対向表面上の領域に 指向される。光線が同一表面上の重なり合う領域に指向された場合には、重ね合 わせられた放射パルスの有効立ち上がり時間が、個々の放射パルスの立ち上がり 時間に等しくなるように、各放射パルスが実質的に同時にターゲットに達する必 要がある。このことは、全ての放射パルスの経路長を等しくすることを要求され 、他の放射パルスよりも先にターゲットに到達する各放射パルス用に、それぞれ 付加的な経路を供給することにより達成される。

抱二望空固拾増門 この発明の好適な具体例では、放射光１１２の実質的に均一な空間的増幅を供給 する手段は、増幅手段１２３を具備している。図７に示すような具体例において 、増幅手段１２３は、レーザー増幅ロッド２３ａ、２３ｂのそれぞれについて、 増幅ロフト２３８を駆動するための一対の閃光灯７０．７１を具備する。各閃光 灯７０．７１の軸心は、レーザ増幅ロッド２３８の軸心と相互に平行で、同一平 面内に配されている。そして、第２レーザ増幅ロッド２３ｂの軸心とその閃光灯 ７０，７１の軸心とを含む平面は、第ル−ザ増幅ロッド２３ａとその閃光灯７０ ．７１の軸心とを含む平面に対して直交している。

例えば、図７に示すように、第１増幅ロブド２３ａとその閃光灯７０．７１とは 、同一の水平面内に配される。このとき、第２増幅ロッド２３ｂの軸心は、第１ 増幅ロプド２３の軸心と同じ水平面内に、しかも、概略（完全にではなく）同一 方向（少なくとも光学的に）に延びる。支持構造７２は、しかしながら、増幅口 １ド２Ｆｂの軸心回りに９０′１回転させられており、これにより、増幅口１ド ２３ｔ＋の軸心とその閃光灯７０．７１の軸心（水平方向に指向している）は、 実質的に鉛直面を定義する。もちろん、配列は逆でもよ（、他の配列に代えても よい。

装置は、第１増幅ロ１ド２３ａによって増幅された放射光１１２の一部を直列に 配される第３、第４のレーザー増幅ロブド２３’　ａ、２３’　ｂを有する第２ 増幅手段１２３’（増幅手段１２３と同様でよい）に指向させる手段１３７．１ ４３〜１４８を具備している。分光器１３７は、放射光１１２の分光された一部 分を第１増幅ロｙド２３８から凸レンズ１４３、ミラー１４４．１４５、凹レン ズ１４Ｇおよびミラー１４７を介して、絞り１４８を透過させ第３増幅ロッド２ ３゛　ａに指向させる。

この装置は、さらに、第３増幅ロブド２３′　８によって増幅された放射光１１ ２′の大部分を、絞り１４９を透過させて第４増幅ロ！ド２３’　ｂに指向させ る手段、第４増幅ロッド２３′　ｂにより増幅された放射光１１２′を固体材料 １１の表面に指向させる手段（図１に示し　上述した構成を有する）、そして、 任意数の同様の付加的な増幅手段を具備している。

放射光１１２．１１２°を固定材料のレーザｙｅｌｌの表面に指向させる各手段 は、約ｌＯ〜５θＯＪ／ｃｍ２の強さの放射パルスを表面に供給する。また、放 射パルスを固体材料の表面に指向させる各手段は、他の手段が指向させる放射パ ルスの領域と、少なくとも部分的に重なるように、その放射パルスの部分を実質 的に同時に同一表面の領域に指向させる。各光線の光路長は、各放射パルスの部 分が表面に実質的に同時に達するように選定される。固体材料の同一表面の領域 に放射パルスを指向させる各手段は、上述した全ての手段が、放射パルスが重な らないように表面領域の全体に同時に指向されたときにカバーする領域の少なく とも約１／３の連続する領域に全放射パルスを概略平均的に指向させるような表 面上の領域に、それぞれの放射パルスの部分を指向させることが最適である。

言い換えれば、各光線を２つ目の光線と重ならせることは、少なくとも、全領域 に亙って確実であり、それよりも小さい領域で３つ目の光線と重ならせることは 可能である。

一方、少なくとも１つの放射パルスを固体材料の表面に指向させる手段は、その 放射パルスの部分を、少なくとも上述した他の手段が放射パルスの部分を指向さ せる固体材料の異なる表面上の領域に同時に指向させることとしてもよい。そし て、０れらの手段はそれぞれの放射パルスの部分を固体材料の相互に対向する領 域および反対側の領域に指向させる。

この発明の具体例において、放射パルスに実質上均一な空間的増幅を行う手段は 、増幅手段１２３．１２３′を具備している。各増幅手段は、各々レーザー増幅 口７ド２３ａ、２３ｂ、２３’　ａ、２３’　ｂについてそれを駆動する一対の 閃光灯７０．７１を具備し、各閃光灯の軸心と、増幅ロッドの軸心とが実質上相 互に平行で、かつ、同一の平面（図７に示す水平面）内に配奈れる。

第２レーザー増幅ロブド２３ｂの軸心とその対応する閃光灯７０，７１の軸心と を含む平面は、第ル−ザー増幅ロフト２３ａの軸心とその対応する閃光灯７０． ７１とを含む平面に対して実質上垂直に配される。

第４レーザー増幅ロッド２３゛　ｂの軸心とその対応する閃光灯７０，７１の軸 心とを含む平面は、第３レーザー増幅ロブド２３’ａの軸心とその対応する閃光 灯７０．７１の軸心とを含む面に対して実質上垂直に配される。

そして、これと同様にして、他の付加的な増幅手段が設けられている。

パルス供給手段は、１つの増幅ロッドとそれを駆動する１対の閃光灯とを有し、 各閃光灯の軸心と増幅ロッド１０ａ、ＸＯ″ａの軸心とが、実質上相互に平行で かつ実質上同一平面内に配されるレーザー発振器１０ａ、１０″ａと、増幅ロッ ドとそれを駆動する一対の閃光灯とを含み、閃光灯の軸心と増幅ロッドの軸心と が実質上相互に平行でかつ実質上同一平面内に配されるプリアンプ２０ａとを具 備している。

放射パルスに均一な空間的増幅を与える手段は、レーザー発振器ｉｏ’、ｉｏ″ ａおよび増幅器２０ａを具備している。そして、増幅ロッドの軸心および対応す る閃光灯の軸心を含む平面は、発振器ロッドの軸心および対応する閃光灯の軸心 を含む平面に対して実質上垂直である。

この発明のいくつかの好適な具体例では、放射パルスに均一の空間的増幅を与え る手段は、パルス供給手段１０ｃを具備する。このパルス供給手段は、偏光され ておらずかつその各パルスが光線の空間的増幅形態において、先行するパルスに 対して実質上鏡面対称となる干渉性放射１２″の光線を供給する手段を具備しこ のような具体例において、干渉性放射光線を供給する手段は、ａ、無偏光干渉性 放射光１２″の光線を予め設定された第１の方向（図１２において上向き）に供 給するレーザ一手段１４ｃ、ｂ、放射光１２”を偏光された直交成分１２Ａ’、 １２Ｂ’　に分割し、−成分１２Ａ゛を第１の方向（上向き）に透過させ、他の 成分１２Ｂ’　を予め設定された第２の方向（図１２において右上向き）に反射 するための放射光１２′の経路に配置された偏光手段１５ｃ。

Ｃ０偏光手段１５ｃを透過した成分１２Ａ’を、偏光手段１５ｃに戻すように、 第２の方向とは正反対の予め設定された第３の方向（図１２における左下向き） に指向されることによって終了する第１の閉じた経路１５ｃ、１７ｃ、１８ｃ、 １９ｃ、１５ｃ　（図１２において時計回り）に沿って反射するとともに、偏光 手段１５ｃによって反射された成分１２Ｂ′を、偏光手段１５ｃに戻すように第 １の方向とは正反対の予め設定された第４の方向（図１２における下向き）に指 向されることによって終了する第１の閉じた経路１５ｃ、１７ｃ、１８ｃ、１９ ｃ％１５１：とは逆の第２の閉じた経路１５ｃ、１９ｃ、１８ｃ、１７ｃ、１５ ｃ（図１２において反時計回り）に沿って反射する手段１７．１８．１９、ｄ、 透過成分１２Ａ゛の一部（約１０〜５０％）を、偏光手段１５ｃに到達する前に 成分１２Ｂ°に変換し、反射成分１２Ｂ’　の一部（上記と同じ）を再び偏光手 段１５ｃに到達する前に成分１２Ａ′に変換するために、各成分１２Ａ’。

１２Ｂ’　を予め設定された波長分く波長の約０．１〜０．２５）遅延させるよ うに、閉じた経路１５ｃ％１９ｃ、１８ｃ、１７ｃＳ１５ｃ；１５ｃ、１７ｃ、 １８ｃ、１９ｃ、１５ｃ内に配されるＱスイッチ（ボブケルスセル）手段１６ｃ 。

ｅ、したがって、変換された透過成分（現状１２Ｂ’）は、偏光手段１５ｃによ って第４の方向（下向き）に配されるレーザ一手段１４ｃに反射され、その内部 で発振し続ける。また、変換された反射成分（現状１２Ａ’）は、偏光手段１５ ｃを第４の方向く下向き〉に配されるレーザ一手段１４ｃに透過され、その内部 で発振し続ける。そして、 ｆ、透過成分１２Ａ’未変換部分は、偏光手段１５ｃを第３の方向く左下向き） に透過され、反射成分１２Ｂ’　の未変換部分は、偏光手段１５ｃから第３の方 向（左下向き）に反射される。

ｇ、これにより、上記最後の二つの成分１２Ａ′および１２Ｂ’は、合成されて 、第３の方向（左下向き）に指向される無偏光の有益な出力放射Ｅαπの光線１ ２Ｔを形成する。

他の同様の具体例において、放射パルスに実質上均一な空間的増幅を供給する手 段は、無偏光で、後続の各パルスが、光線の空間的増幅形態において、先行する パルスに対して、予め設定された角度だけ軸心回りに回転された干渉性放射の光 線を供給する手段を具備するパルス供給手段よりなる。

このような具体例は、上記８〜ｇの手段に加えて、以下の手段を具備する。

ｈ、放射光１２”をその軸心回りに（少なくとも約５”）回転させるために、閉 じた経路１５ｃ、１７ｃ、１８ｃ、１９ｃ、１５ｃ；１５ｃ、１９ｃ、１８ｃ、 １７ｃ、１５ｃに配される、図１４に示すダブプリズム３０ｃまたはこれに透過 な図１５に示すミラー３４ｃ、３５ｃ、３６ｃの配列３０’ｃよりなる手段、１ 、閉じた経路を通る通過から次なる通過までの間に、放射光１２″を各方向への 遅延手段の一方向通過ごとに予め設定された波長分（約１／８〜３／８波長、好 ましくは約１／４波長）遅延させるためにレーザ一手段１４ｃに配される手段３ １ｃ（好ましくは１７４波長遅延板）、すなわち、遅延手段における二方向通過 に対して合計約１／４〜３／４波長く好ましくは約１／２波長）遅延する。

ｊ、したがって、遅延された放射光１２″は、閉じられた経路内の各通過から次 なる通過までの間に、予め設定された角度だけ回転させられる（少なくとも約５ ＠）。

パルスジ　−ブ　− この発明における装置において、各パルスの前縁を尖鋭化する手段は、約５ｎｓ ｅｃよりも短い時間で立ち上がり時間を制限する放射パルスの位相共役反射を供 給する手段を具備している。このような手段は、液体または気体よりなる反射材 料が充填されている誘導ブリ二アン散乱（Ｓ　Ｂ　Ｓ）セルを具備している。反 射材料は、四塩化炭素、六フメ化硫黄、メタン、アセトン、ベンゼン、二硫化炭 素、エチレングリコールよりなる。

安定動作のための条件を含むレーザーのＱスイッチングにおける誘導ブリユアン 散乱の使用について記載した論文を以下に示す。最初の２つは、この発明を実施 するために、十分に有用な程度に立ち上がり時間を短くする尖鋭化を示すパルス の輪郭（図５に示すものと多少類似）を示している。

・エイチ・メング（Ｈ，Ｍｅｎｇ）　、ブイ・アポイト（Ｖ、　Ａｂｏｉｔｅｓ ）　、エイチ・ジェイ・イークラ＝（１，Ｊ、　Ｅｌｃｈｌｅｒ）、ｒｓＢｓ　 Ｑスイッチ化ネオジム：ヤグレーザ−Ｊ　、Ｒｅｖｉｓｔａ　Ｍｅｘｉｃａｎａ 　ｄｅ　Ｆｉｓｉｃａ　３ｇ、３号（１９，９０年）、３３５〜３３９頁。

−ｘス・ビー、　＝＋　−ｖ　−（Ｓ、　Ｂ、　ｆｏｒ＋＋ｅｒ）　、ジー・ジ ー・コチェマソフ（Ｇ、　Ｇ、　Ｋｏｃｈｅｍａｓｏｖ）　、入ス・エム・クリ コツ（Ｓ、　Ｍ、　Ｋｕｌｉｋｏｖ）　、パル・ディー・ニコラエフ（Ｖａｌ、 　Ｄ、　Ｎ１ｋｏｌａｅｖ）　、ビク・ディー・ニフラエフ（Ｙｉｋ、　Ｄ、　 Ｎ１ｋｏｌａｅｖ）、ニス・エイ・スクハレフ（Ｓ、＾、　５ｕｋｈａｒｅｖ） 　、ｒピーキングパルスおよびレーザー核融合実験における中間非干渉のための 誘導ブリ二アン散乱の使用法」、Ｓｏｖ、Ｐｈｙｓ、　Ｔｅｃｈ、　Ｐｈｙｓ、 ２５（６）、１９８０年６月、７５７−７５８頁。

・ブイ・アイ・ベツロドニ−（Ｖ、　１．　Ｂｅｚｒｏｄｎｙｉ）　、エフ・ア イ・イブラギモフ（Ｆ、　１．　Ｉｂｒａｇｌｍｏｖ）　、ブイ・アイ・キスレ ンコ（Ｖ、　１．　Ｋ１５ｌｅｎｋｏ）　、アール・アイ・ベトレンコ（Ｒ０＾ 、　Ｐｅｔｒｅｎｋｏ）　、ブイ・エル・ストリチェブスキー（Ｖ。

Ｌ、　５ｔｒｌｚｈｅｖｓｋｌり　、イー・エイ・チクホノフ（Ｅ、　Ａ、　７ ｉｋｈｏｎｏｖ）、「相互誘導拡散によるレーザーＱスイッチング機構Ｊ　、Ｓ ｏｗ、　Ｊ、量子エレクトロン１０　（３）、１９８０年３月、３８２〜３８３ 頁。

誘導ブリユアン散乱セル１８ｅは、図１１に示すように発振器１０ａ″に配置さ れ、または、図６に示すように発振器１０ａの外部に配置される。（図１１は、 図６に示す発振器１０ａ、パルスシャーブナ−１８ｍ、プリアンプ２０８、指向 ミラー１２９（後部ミラー１３ａから点１２９ａまでの図６の左部の全て）の結 合の他の具体例を含んでいる。

光音響拡散により位相共役反射を供給する手段は、放射パルスのファラデー回転 を供給する手段も具備している。このような手段は、ファラデーアイソレータｔ ｓｂおよび誘導ブリ二アン散乱セル１８ｄよりなる。

ブリ二アン散乱は、媒体を通過する音波との相互作用による媒体内の光の自然散 乱の非線形な先約現象である。この散乱は、原子レベルで発生する。ファラデー 回転は、ファラデーによって１８４５年に発見された効果であって、これにより 、光的に不活性な材料または物質が、回転方向に成分を有する強磁場に配される ことにより、それらを通過する偏光放射（光）の偏光面を回転させることができ るようになる。この効果を利用した一般的な先約装置には、ファラデー回転器が ある。そして今日法（知られている適用例としては、システム下流におけるター ゲット等からの逆反射により高出力レーザーシステムの破壊を防止するために使 用される保護部材がある。

この発明の具体例では、各レーザー増幅ロッド２３ａ、２３ｂ；２３’　ａ、２ ３”ｂの直径は、約２〜３ｃｍである。各レーザー増幅ロフト２３８．２３ｂ； ２３’　ａ、２３“　ｂにおける出力フルエンスレベルは、約６〜２０　Ｊ　／ 　ｃ　ｍ２ｍ’ある。

増幅手段１２３．１２３′における閃光灯効率、空洞移動効率、量子欠損、量子 効率、抽出効率に影響する要素は、全体の効率が実質上最大となるように選択さ れることが好ましい。セリウムは、０．８６μｍよりも短い波長の発光光子数を 最小化するために閃光灯７０，７１の壁材として使用される。クリプトンは、０ ．８５μｍよりも長い波長の発光光子数を最小化するために閃光灯７０，７１に 使用される。これらは、主に、閃光灯７０，７１からの放射光を、約０．８５μ ｍよりも若干小さい波長の狭い範囲に限定するために使用される。

増幅口ｙＦ２３ａ、２３ｂＨ２３’　ａ、２３’　ｔ＋は、約１０−３／ｃｍよ りも小さい吸収断面積と、約４ｘｌｏ′２０ｃｍ２よりも大きな誘導放射断面積 とを有する材料よりなる。このようなロフトは、典型的には、約１．５〜２．５ 重量％のネオジム濃度のネオジム添加ガラスよりなる。

速い立ち上がり時間のパルスは、衝撃加工に欠くことのできないものである。

ピーク圧力は、ピーク電力ＰＭ、立ち上がり時間τとして、概略ＰＭτに比例す る。ピーク圧力は、短いパルスと高いピーク電力とを必要とするので、材料にお ける衝撃波の必要貫通深さを達成するために、パルスには高い合計エネルギが必 要である。このことは、効率的な衝撃加工のために非対称のパルスが必要である ことを意味する。前縁は、尖鋭化されている必要がある。これは、多くの方法に より達成される。薄いフィルム、ポブヶルスセル、速い非線形色素、そして誘導 ブリユアンミラーが考えられる。アルミニウム箔および誘導ブリユアン散乱セル は、これまでもっとも効果的であった。新しい技術開発により、後に、他の好適 な尖鋭化手段が見出されるかもしれない。

Ｌヱズ劾座 図６に示す装置において、発振器およびプリアンプは、全く標準的なものである が、アンプは、この適用例の性能を最適化するために設計されている。衝撃加工 には、アンプの高い平均出力と／マルスエネルギ能力が非常に重要である。光線 の輝度または発散は、多くのレーザー適用例において重要であるが、衝撃加工に おいては、発散は、リレー光学の詳細のみに影響する。

ターゲット上における最小限のスポットサイズと必要なフルエンスを得るために 少なくとも約５０Ｊのパルスエネルギが必要であると考えられる。アンプは、こ れらの要求値よりも太き（設計されている。最良のプラチナフリーのレーザーガ ラスの安全な稼働には、フルエンスを約１０Ｊ／ｃｍ２に限定し、少なくとも約 ５ｃｍ２の光線範囲が必要である。この適用例の最適なロッドの直径１よ、約２ 〜３ｃｍである。なぜなら、最大ポンプ速度は、ポンプ長のみに依存し、直径を 大きくしても、平均出力は高められないからである。

アンプ効率は、閃光灯効率、空洞移動効率、量子欠損、量子効率および抽出効率 の５つの項目の積である。

閃光灯効率は、閃光灯により放射された電子エネルギの一部である。エネルギ損 失は、ロッドの最大平均出力に影響しないので、閃光灯の壁面および極板ζこお いてのみ生ずる。閃光灯効率は、量子欠損を向上するために犠牲Ｉこされること 力ｉある。

空洞移動効率は、閃光灯から口・メトへのエネルギ移動に関係しており、平均出 力の限定に直接的な効果を有しない。しかしながら、大きな間接的効果力；ある 。

もし、ポンプ空洞の反射器における吸収が低く保たれていなけれ：ｆ、ロブドボ ンビングにおける反射器の貢献度は、均一なボンピングを続けるため；こ４−分 に高くなく、平均レーザーフルエンスは空間的均一性に必要なＩＯＪ／ｃｍ２よ りも大きく低落する。したがって１．ｆルス当たりのエネルギ量Ｃよ、所望の５ ０Ｊよりも小さくなる。また、閃光灯は最適な壁面熱負荷を超えて駆動されな１ すれ１ｆならなくなる。

このことは、放射スペクトルを紫外方向に移動させ、量子欠損（蓄積された有用 な増幅媒体において吸収された光子エネルギを補う効率）を減少させる。

０．８５μｍの波長を有する吸収された光子は、０．７８の量子欠損を有する。

低レーザーレベルから基底状態までの遷移において失われたエネルギだけが失わ れる。０．８５μｍよりも長い波長を有する吸収された光子は、量子欠損がない ので、蓄積エネルギに寄与しない。０．８５μｍよりも短い波長λを有する吸収 された光子は、０．７８λ１０．８５に等しい量子欠損を有する。ここで、λの 単位はμｍである。ロッドの過熱を最小化するために、紫外光子および０．８５ μｍよりも長い波長の光子の数を最小化することが重要である。紫外放射は、閃 光灯の壁材にセリウムを加えることにより閃光灯スペクトルから除かれる。より 長い波長の放射光は、（図８および図９に示すように）効率的なキセノンに代え て、クリプトン充填ガスを採用することにより最小化することができる。

量子効率は、高いレーザーレベルから低いレーザーレベルを経た基底状態への移 行の一部である。この量子効率は、レーザーガラスの構成および不純物により影 響を受ける。（このことは一般的に知られていない。）バテルは、有用な蓄積エ ネルギと同時に熱を測定する特殊な干渉計を構成した。キグル（にｉｇｒｅ）　 Ｑ　−８８およびスコｙ　）　（Ｓｅｈｏｔｔ）　Ｌ　Ｇ　７６０は、Ｚ＝１． ５５において試験された最良のものである。ここで、χは、有用な蓄積エネルギ に対する熱の比率である。　最後に、抽出効率は、例え効率が出力フルエンスレ ベルよりもＩＯＪ／ｃｍ２以上外れていても、出力フルエンスとともに増大する 。このことは、１０Ｊ／ｃｍ２を設計出力として選択した理由の一つである。レ ーザー波長１．０５μｍで、低い吸収断面積αと高い誘導放射断面積σとが、高 い抽出効率を得るために必要である。ゲインＧは、これらの断面積と方稈式％式 ％） の関係がある。ここで、Ｎ１は、上限レーザーレベルにおける原子数であり、Ｌ は、ゲイン媒体の長さである。この適用例においては、レーザーガラスは、αく １０　”’／　ｃ　ｍ、σ＞４ＸｌＯ−２０のものが選択されている。

ゲイ／媒体中に蓄積されたエネノ□レギの効率的な使用は、高い平均出力のため の２つの要求のうちの１つだけである。もう一つは、最適な物理的特性、すなわ ち、高強度、高熱伝導性、低膨張係数を有するレーザーガラスの選択である。表 面に配されるイオン交換による強化ガラスは、屈折出力臨界値を６倍程度増大さ せることは既に示した。

パルス当たりの合計エネルギは、増幅口・ラドの出力面におけるピークエネルギ 密度により制限されているので、空間的均一性は本質的なものである。エネルギ は、円筒面を通してロッド内に供給され、中央に向けて貫通するときに減じられ る。ポンプ放射光の集光なしに、吸収されたエネルギは、円筒面において最大と なり、中心において最小となる。しかしながら、ロッドは円柱レンズとして、中 心において強さを増すように作用する。最適なネオジム濃度を選択することによ り、これらの２つの効果は、はとんど均衡され、全く平滑な分布となる。計算の 結果は、図１Ｏに示すように、２重量％ネオジムが良好な放射光平滑化を与える ことを示している。

２つの閃光灯の配置によってもかなりの環境的不均一性がある。この歪みは、ア ンプ鎖中の第２アンプを９０°回転することにより最小化されている。１つのア ンプを他に対して回転することは、４つの閃光灯を各先頭に配置するのがよりよ い。なぜなら、低コストで閃光灯間に大きな空間（電気的故障を防止するため） を与え、反射器域（反射器の吸収損失を小さくする）が小さくて済むからである 。

環境的な閃光灯駆動を解決する他の方法としては、ロッドの周囲に等間隔で配置 される螺旋状の閃光灯を使用するものがある。しかしながら、この方法は、閃光 灯およびＩＩ源供給コストの両方において幾らか高価である。

゛　レーザー 図！または図６に示す装置の発振器１３〜１７または１０８の、他の有効な発振 器を図１２〜図１５に示す。これらの発振器は、偏光されていない干渉性放射光 を供給する。

図１２に示す発振器のＱス付チ（ポッケルスセル）の時系列動作を以下番ご説明 する。

時刻ｔ□において、閃光灯が駆動される。ｔ○において、ポッケルスセルに作用 する電圧はない。伝達された偏光は、リングを時計回りに移動し、再度偏光器に 当たったときにそれを透過してリングから排出される。反射された偏光は、リン グを半時計回りに移動し、再度偏光器に当たったときにそれに反射されてリング から排出される。ポッケルスセルの空洞は電圧なしの状態で開かれており、エネ ルギはロッド内に蓄積される。時刻【１において、ポッケルスセルに電圧が与え られる。１／４波電圧が付与されたとき、半分の光線が透過され、半分は反射さ れる。これは、５０％出力カプラと等価である。低い電圧は、効率的な反射性を 低減し、高い電圧は、それを増大する。

光線は、偏光されずにロッドを通過するので、光線に不均一性を生ずる応力複屈 折損失はない。同様に、空洞には、偏光器からの反射による予期せぬ損失はない 。

この形態は、種々の利点を有している。

Ａ、ポッケルスセルは、最低の電圧で、所望の出力を発生し続けるように作動さ せることができ、空洞内における再循環エネルギを最小化し、偏光器およびポッ ケルスセルの寿命を改善する。

Ｂ、マルタ十字機構の削除に起因する均一性の改善に加えて、図１３に示すよう な各通過ごとに、頂点から底点、または、側面から側面へ光線形態を切り換える 。

Ｃ１出力カブラが不要である。現状のシステムには、多くの出力カブラが必要で ある。

Ｄ。この形態は、もし、ボ１ケルスセルが、多（の光子通過時間の蓄積のための 半波電圧で作動させられるならば、調整なしに空洞ダンプモードで作動させるこ とができる。

詳細な作動順序は以下の通りである。

時刻ｔｏで、レーザーポンプ空洞１４ｃの閃光灯（図示略）が、ポッケルスセル ｊ６ｃに電圧を印加することなく駆動される。透過された偏光１２Ａ’　は、ミ ラーのリングを時計回り１７ｃ％１８ｃ、１９ｃに移動する。そして、偏光器１ ５Ｃにおいて１２７で示す方向に出射される。空洞は透過された偏光１２Ａ’　 のために開かれており、レーザー光を発することはない。同様にして、反射され た偏光１２Ｂ′は、ミラーのリングを反時計回りの方向１９ｃ１１８ｃ、１７ｃ に移動し、偏光器１５ｃによって反射されて、１２Ｔで示す方向に出射される。

空洞はこの偏光１２Ｂ’のためにも開かれており、レーザー光を発することはな い。　時刻ｔ１で、閃光灯が数１００（例えば１００〜ｓ　ｏ　ｏ、）μｓｅｃ 点灯された後に、ポッケルスセル１６ｃは、上述した放射光の各偏光経路におい て約ｌ／ｌＯ〜１／４波長の遅延を生じさせるために約１〜４ｋＶの電圧を与え られる。

したがって、ポッケルスセル１６ｃを透過して上方に通過する偏光された放射光 １２Ａ′は、偏光１２Ｂ’　に変換される。そして、ミラー１７ｃ、１８ｃ、１ ９Ｃによって時計回りの方向に偏光器１５ｃに向けて反射され、そこから、後部 ミラー１３ｃに戻される。その間に、偏光された放射光１２Ｂ゛は、ポッケルス セル１６ｅを透過して下方に貫通し、偏光１２Ａ’　に変換され、偏光器１５ｃ を透過して、後部ミラー１３ｃに戻される。これにより、増幅媒体（ロッド２０ Ｃ）の蓄積エネルギが所望のレベルまで集積されたときに、両側光のための空洞 が閉鎮される。空洞の後部ミラー１３ｃは、凹面鏡であって、偏光器１５ｃは事 実上の出力カブラである。

各経路において結合されるエネルギーの一部は、ポッケルスセル１６ｃに印加さ れる電圧により決定される。１つのＫＤＰ（重水化リン酸二水素カリウム）セル に対して、約３．３ｋＶで半分のエネルギが結合され、約６．６ｋＶでエネルギ は結合されない（現状では、Ｑスイッチ発振器は、出力カブラによって除去され たエネルギの２０〜５０％で作動される〉。ポッケルスセルに印加される電圧は 、数（約０．１＝１０）ｐｓｅｃ持続される。

誘電分極器の隠蔽率は、反射光線よりも透過光線の方がより良好である。反射光 線の隠蔽率が小さいと、充填時間の間における発振器からのエネルギ洩れが発生 することがある。こめ問題は、偏光面を約０．１−１ｍｍ離して近接させた２つ の誘電分極器を使用することにより修正することができる。所望の偏光における 損失を防止するための通常のブルースター角は、双偏光を行う空洞においては有 効ではないので、他の表面には、反射防止膜を形成しておく必要がある。

干渉性放射光１２″は、後部ミラー１３ｃ、レーザーポンプ空洞１４ｃ、偏光器 １５ｃ、ポッケルスセル１６ｃ、３つのミラー１７ｃ、１８ｃ、１９ｃを有する 発振器１０ｃ　（図１２全体）により発生させられる。レーザーポンプ空洞１４ Ｃは、パルス形成網（ＰＦＮ）（図示略）により作動させられる閃光灯（図示略 ）によって駆動される少なくとも１つのネオジム・ガラスレーザーロッド２０ｃ のような増幅媒体を有している。発振器１０ｃにおいて簡易に使用されるこのよ うなレーザーポンプ空洞１４ｃは、フランスのジェネラル・エレクトリック社（ Ｃｏｍｐｉｇｎｉｅ　Ｇｅｎｅｒａｌｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｑｕｅ）において製造 される下記構成要素を具備している。

・　ＣＧＥ−６４０レーザーポンプ空洞、長さ６７ｃｍ、螺旋状の閃光灯・　１ ％ネオジム添加、両端に反射防止膜を具備する　６４ｍｍｘ６７０ｍｍ簡単のた めに、図１２および図１３は、１つのレーザーロッド２０ｃのみを示している。

我々は、上述したように、２つのロフトを使用する。そして、適宜数が適用可能 である。後部ミラー１３ｃは平面鏡でも球面鏡でもよい。上記装置においては、 １００％の反射率と２０ｍの曲率半径を育する球面鏡である。

発振器１０ｃは、蛍光エンベロープを供給する。レーザーポンプ空洞１４ｃから の干渉性放射光１２″は、偏光されていない。偏光器１５ｃは、その放射光１２ マを２つの直線偏光された直交成分１２Ａ’　、１２Ｂ’　に分割する。一方（ 成分Ａ’）は、１２Ａ′で示されるように、時計回りに移動し、他方（成分Ｂ’ ）は、１２Ｂ′で示されるように、ポッケルスセル１６ｃに向けて反時計回りに 反射される。

適当な電圧（重水化リン酸二水素カリウムの１つのセル当たり約１〜４ｋＶ）を 付与することにより、ポッケルスセル１６ｃは、ミ５−１７ｃ、１８ｃ、１９Ｃ を介して偏光器１５ｃに向けて時計回りに移動する間に干渉性放射光成分１２Ａ ’　を遅延させる。偏光器１５ｃは、干渉性放射光成分１２Ａ’　の一部をロッ ド２０ｃを通して後部ミラー１３ｃに反射するとともに、残り１２Ｔをターゲッ トに向けて、Ｅα涯で示すように反射する。反射された放射成分１２Ｂ’　は、 ミラー１９ｃ、１８ｃ、１７ｃを経由してポッケルスセル１６ｃを通過するよう に反時計回りに進行する。そして、放射成分１２Ｂ″の一部をロッド２０ｃを通 して後部ミラーｉ３ｃに向けて透過させ、残り１２Ｔを、Ｅα片で示すようにタ ーゲットに向けて反射する偏光器１５ｃに達するまでに、放射成分１２Ｂ’　を 遅延させる。

閃光灯が発光させられると、ポッケルスセル１６ｃの電圧はゼロになる。時計回 り放射成分１２Ａ’　も、反時計回り放射成分１２Ｂ′　も、全てのエネルギが 空洞内に存在するために、後部ミラーに戻ることができず、偏光器１５ｃによる 透過（１２Ａ’）も反射（１２Ｂ’）も、ロッド２０ｃから、１２ＴおよびＥＱ ＪＴで示す方向に出射される。この時間の間に、ロッド２０ｃ内にエネルギが集 積される。約１００〜５００μｓｅｃ後に、レーザーパルスを発生させるために ポッケルスセル１６ｃに電圧が付与される。電圧は、約０．１〜１０μｓｅｅ後 にポッケルスセル１６ｃから除去される。

図１２〜図１４から明らかなようにそのＰ字状ゆえに「２発振器」と称される図 １２に示すような発振器からの出力光線の均一性は、主に、出力１２Ｔが、上述 したように、レーザーポンプ空洞１４ｃから発せられる放射光１２″の両成分１ ２Ａ’、１２Ｂ’　の結合により構成されるために生ずる。さらに、図１３に示 すように、本発明の固有の効果により、均一性は、増大される。特に、各通過に おける光線の形態は、後述する先行する通過から左右に双安定的に切り換えられ る（図１２および図１３に示されるように）。

光線１２”の最初の通過においては、光線１２″の左側の成分１２Ｂ’　は、実 線で示されるように反時計回りに内側の経路ａｂｃｄｅｆを通って、ｅとｆとの 間に（ポッケルスセル１６ｃによって）成分１２Ａ′に変換される。そして、偏 光器１５ｃを透過してｆからｇに向けて下方に伝えられる。

この成分１２Ａ’（光線１２″の右側）は、後部ミラー１３ｃによってｇから偏 光器１５ｃを透過するｆに向けて上方に反射される（これが第２の通過である。

）。それから、ポッケルスセル１６ｃによって成分１２Ｂ°に変換され、時計回 りの内側経路ｅｄｃｂ　（実線）に沿って進行し、偏光器１５ｃによってｂから ８に向は石下方に反射され、後部ミラー１３ｃに達する。

その次の（第３番目の）通過において、成分１２Ｂ°は（再度左側となった）、 上記第１の通過における光線１２″の左側の成分１２Ｂ゛と同様にして、経路ａ ｂｃｄｅｆｇに沿って反射される。

同様にして、第４番目の通過は、上記第２番目の通過と同じであり、第５番目の 通過は、第８番目の通過と同じであり、モしｔ、その後続の各通過も同様である 。

第１番目の光線１２”の通過においては、光線１２″の右側部分に破線で示され た反時計回りの外側経路ｇｆｈｌｊｌ）に沿う成分１２Ｂ’は、Ｊとｂとの間に おいて（ポッケルスセル１６ｃによって）成分１２Ａ’　に変換され、偏光器１ ５Ｃをｂからａに向けて下向きに透過する。

この成分１２Ａ’　（光線１２”の左側）は、後部ミラー１３ｃによって８から 偏光器１５ｃを上方に向けて透過するｂに向けて反射されて戻される（これが、 第２番目の通過である。）。その後に、ポッケルスセル１６ｃによって成分１２ Ｂ゛に変換され時計回りの外側経路ｊｌｈｆ（破線）に沿って進行し、偏光器１ ５ｃによって、ｆからｇに向かう下向きに反射され、後部ミラー１３ｃに指向さ れる。

その次の（第３番目の）通過において、成分１２Ｂ°は（再度右側となった）、 上記第１の通過における光線１２’″の右側の成分１２Ｂ”と同様にして、経路 ｇｆｈｌＪｔ）に沿って反射される。

同様にして、第４番目の通過は、上記第２番目の通過と同じであり、第５番目の 通過は、第３番目の通過と同じであり、そして、その後続の各通過も同様である 。

第１番目の通過における光線１２″の各側における成分１２Ａ′の記述は、上記 第２の通過における記述と同じであり、第２番目の通過における記述は、上記第 ３番目の通過における記述と同じであり、以下同様である。

−約すると、各通過における光線の各側において開始される各成分は、後部ミラ ー１３ｃへ光線の反対側の逆成分として戻され、そこから次なる通過が開始され る。このように、両成分は、各通過において一側から他側へと双安定的に切り替 わり、全ての不均一性は解消される。

標準的な発振器は、ボンピングの不均一性に基づ（出力光線の角不均−性を呈す る。典梨的なポンプ空洞は、筒状楕円の焦点軸の１つに閃光灯を配し他の焦点軸 にレーザーロフトを配した単一の楕円空洞を有した形態となっている。この配置 は、１つの焦点軸から発せられた光線が他の焦点軸にお〜１て捕らえられるので 効果的である。しかしながら、ポンプ放射光の大部分は、閃光灯に近接するロフ トの側面に当てられる。この不均一性は、各々閃光灯を有する多くのの部分的な 楕円によりポンプ空洞を構成することにより部分的に平滑化されるが、スカラッ プ効果が残り、かつ、容器増加によって複雑化してしまう。他の形態としては、 近接した一対の楕円的集光を伴わないポンプ空洞がある。閃光灯に近接するロッ ドの領域では、依然として最高ポンプ強さが発生する。

図１４に示す装置は、無視できる量の角不均−性を有する干渉性放射光を供給す る。この装置は、図１２に示す構成の全てに加えて、閉経路１５ｃ、１７ｃ。

１８ｃ、１９ｃ、１５ｃ；１５ｃ、１９ｃ％１８ｃ、１７ｃ、１５ｃ内に配され るダブプリズム３０ｃと、後部ミラー１３ｃとレーザーロフト２０ｃとの間に配 される好ましくは１７４波板である遅延板ａｌｅとを具備している。その動作は 、図１２についての上記記載と同様であるが、各通過におけるレーザー光線の形 態を先行経路の形態からの双安定切り換えに代えて、通過ごとに同一方向に少な くとも小角度でその軸心回りに回転させる点で異なり、これにより、図１２の装 置におけるよりも遥かに均一な出力を得ることができる。

閉経路１５ｃ、１７ｃ、１８ｃ、１９ｃ、１５ｃ；　１５ｃ、１９ｃ、１８ｃ。

１７ｃ、１５ｃは、同一平面（図１２および図１４における紙面）上に配列され 、ダブプリズム３０ｃは、その軸心を閉経路の一部に沿うように配置され、３２ Ｃで示すように、そのペースに対して垂直に閉経路の平面から一定の角度で配置 されている。これにより、各放射成分１２Ａ’　％　１２Ｂ’　は、閉経路の平 面から外れるように進行された後に戻され、あたかもダブプリズム３０ｃを透過 するように進行させられる。そして、これにより、光線は閉経路の平面とダブプ リズムのベースの法線とのなす角の約２倍の角度だけ回転させられる。偏光器１ ５ｃによって口１ド２０ｃおよび遅延板３１ｃを通過して戻る方向に指向される 回転させられた光線の一部は、下向きに指向された成分１２Ａ’　、１２Ｂ’が 後部ミラー１３ｃによって上方に反射され、遅延板３１ｃおよび口γド２０ｃを ２度目に透過して、次なる放射光１２”が１／２波長遅延させられ、各成分１２ Ａ’、１２Ｂ’が先行する閉経路に沿う通過と同じ成分で偏光器１５ｃに向けて 上方に反射されるように、後部ミラー１３ｃによつて反射される。したがって、 閉経路の通過ごとに、光線は同じ角度だけ同一方向に回転させられ、複数回の通 過の後に完全に一回転し、さらに同様にして、極めて高い角駒−性を有する出力 光線が供給され続けられる。

図１５の装置は、ダブプリズム３０ｃに代えて閉経路内に配されるミラー３４ｃ 、３５ｃ、３６ｃの組み合わせ３０゛　Ｃにより同様に作動させられる。ユニ１ ）３０’　ｃは、ダブプリズム３０ｃと同様にして、上記のように配置される。

−このユニット３０′　ｃは、各ミラー３４ｃ、３５ｃ、３６ｃの法線が、閉経 路の平面に対して一定角度、少なくとも２．５”をなすように配置され、光線の 各成分１２Ａ’　、１２Ｂ’　をダブプリズム３０ｃについて上述したようにそ の角度の２倍の角度分回転する。

主ＩＪＩ成Ｉ皇 この特許出願のとともに提出され、現在この出願に綴じ込まれている付録は、図 １および図６における多くの特長を含み優れた効果をもたらすこの発明の具体例 における主要構成要素（および他の多くの要素）を列記している。この付録には 、購入品に対して、その供給元および型番が示されている。

この発明の形態では、現状において構成される好適な具体例を開示しているけれ ども、他の多（の具体例も可能である。それは、可能な限りの等価な形態や分岐 の全てについて記載しようとはしていないからである。それは、ここで使用され ている語句が、限定しているというよりもむしろ、単に説明的なものであり、こ の発明の意図および趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うこととしてもよい ことはいうまでもない。

帛　の ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ × ＦＩＧ、　５ ２３ａ ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、　９ ＦＩＧ、　７０ ＦＩＧ、７７　ＦＩＧ、　１２ 悶ａｉｍ審親牛 フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，Ｓ　識別記号　庁内整理番号ＨＯＩＳ　３／３０　 Ｚ　８９３４−４Ｍ（７２）発明者　ソコル、　デヴイッド　ダブリュアメリカ 合衆国　オハイオ　４３２０２　コロンバス　ウェスト　ペイスモント　ロード Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固体材料に衝撃波を供給することによりその特性を改善する装置であって、 干渉性放射光の複数のパルスを供給する手段と、各パルスの前縁を尖鋭化する手 段と、 各パルスを、予め設定された直径の光線として第１および第２のレーザー増幅ロ ッドを直列に配設してなる増幅手段に指向させる手段と、第１のレーザー増幅ロ ッドによって増幅された放射光の少なくとも大部分を第２のレーザー増幅ロッド に指向させる手段と、第２のレーザー増幅ロッドによって増幅された放射光を固 体材料の表面に指向させる手段と、 固体材料の表面に指向させられる放射光に実質上均一な空間的増幅を供給する手 段とを具備することを特徴とする装置。 ２．放射光に実質上均一な空間的増幅を供給する手段が増幅手段を具備し、該増 幅手段が、各レーザー増幅ロッドに、それらを駆動ずるための一対の閃光灯を具 備し、各閃光灯の軸心とレーザー増幅ロッドの軸心とが、実質上相互に平行でか つ実質上同一平面内に配されており、第２のレーザー増幅ロッドの軸心および対 応する閃光灯の軸心を含む平面が、第１のレーザー増幅ロッドの軸心とそれに対 応する閃光灯の軸心とを含む平面に対して実質上直交していることを特徴とする 請求項１記載の装置。 ３．第１のレーザー増幅ロッドによって増幅された放射光の小部分を、第３およ び第４のレーザー増幅ロッドを直列に配列してなる第２の増幅手段に指向させる 手段と、 第３のレーザー増幅ロッドによって増幅された放射光の少なくとも大部分を第４ のレーザー増幅ロッドに指向させる手段と、第４のレーザー増幅ロッドによって 増幅された放射光を、固体材料の表面に指向させる手段と、 これと同様にして、任意の数の付加的な同様の増幅手段とを具備することを特徴 とする請求項１記載の装置。 ４．固体材料の表面に放射光を指向させる各手段が、約１０から５００Ｊ／ｃｍ ２の強さで表面に放射光を供給することを特徴とする請求項３記載の装置。 ５．固体材料の表面に放射光を指向させる各手段が、他の手段がその放射光の部 分を指向する領域の少なくとも一部を重ね合わせた同一表面の領域に、実質上同 時に、その放射光の部分を指向させることを特徴とする請求項３記載の装置。６ ．各光線の光路長が、各放射光の部分が実質的に同時に表面に到達するように選 択されていることを特徴とする請求項５記載の装置。 ７．固体材料の同一表面に放射光を指向させる各手段が、全ての手段が共に放射 光全体を連続する領域に亙って概略平均的に指向させるように、それぞれの放射 光の部分を表面上の領域に指向させることを特徴とずる請求項５記載の装置。８ ．固体材料の表面に放射光を指向きせる少なくとも１つの手段が、少なくとも他 の１つの手段がその放射光の部分を指向させる表面とは異なる固体材料の表面上 の領域に、実質上同時に、その放射光の部分を指向させることを特徴とする請求 項３記載の装置。 ９．固体材料の表面に放射光を指向させる手段が、個々の放射光の部分を、実質 上相互に対向し、固体材料の反対面に配される領域に指向させることを特徴とす る請求項８記載の装置。 １０．実質的に均一な空間的増幅を放射光に供給する手段が、増幅手段を具備し 、 各増幅手段が、各レーザー増幅ロッドに、それを駆動するための一対の閃光灯を 具備し、閃光灯の軸心とレーザー増幅ロッドの軸心とが実質上相互に平行かつ実 質上同一平面内に配されており、 第２のレーザー増幅ロッドの軸心とそれに対応する閃光灯の軸心とを含む平面が 、第１のレーザー増幅ロッドの軸心とそれに対応する閃光灯の軸心とを含む平面 に対して実質上直交しており、 第４のレーザー増幅ロッドの軸心とそれに対応する閃光灯の軸心とを含む平面が 、第３のレーザー増幅ロッドの軸心とそれに対応する閃光灯の軸心とを含む平面 に対して実質上直交しており、 全ての付加的な同様の増幅手段においてもこれと同様とされていることを特徴と する請求項３記載の装置。 １１．パルス供給手段が、１つのレーザー増幅ロッドとそれを駆動ずる一対の閃 光灯とを具部し、各閃光灯の軸心とレーザー増幅ロッドの軸心とが実質上相互に 平行でかつ実質上同一平面内に配されているレーザー発振器と、１つのレーザー 増幅ロッドとそれを駆動ずる一対の閃光灯とを具備し、各閃光灯の軸心とレーザ ー増幅ロッドの軸心とが実質上相互に平行でかつ実質上同一平面に配されている プリアンプとを具備し、 実質上均一な空間的増幅を放射光に供給する手段が、レーザー発振器とプリアン プとを具備し、 プリアンプのレーザー増幅ロッドの軸心とその対応する閃光灯の軸心とを含む平 面が、レーザー発振器のレーザー増幅ロッドの軸心とその対応する閃光灯の軸心 とを含む平面に対して実質上直交していることを特徴とする請求項１記載の装置 。 １２．実質上均一な空間的増幅を放射光に供給する手段がパルス供給手段よりな り、そのパルス供給手段が、偏光きれておらずかつ先行するパルスに対して後続 のパルスがそれぞれ、光線の空間的な増幅形態において、実質上鏡面対称の形態 となっている干渉性放射光線を供給する手段を具備していることを特徴とする請 求項１記載の装置。 １３．干渉性放射光線を供給する手段が、ａ．予め設定された第１の方向に無偏 光干渉性放射光線を供給するレーザー手段と、 ｂ．一成分を第１の方向に透過させ、他の成分を予め設定された第２の方向に反 射することにより、放射光を２つの直線的に偏光された直交成分に分光するため に光線の経路に配置される偏光手段と、ｃ．偏光手段を透過した成分を、再度偏 光手段に指向されることによって終了する第１の閉経路に沿って、第２の方向と は逆の予め設定された第３の方向に反射し、偏光手段において反射された成分を 、再度偏光手段に指向されることによって終了する第１の閉経路に逆行する第２ の閉経路に沿って、第１の方向とは逆の予め設定された第４の方向に反射する手 段と、ｄ．放射光の各成分を予め設定きれた波長分遅延させ、透過成分の実質的 な部分を偏光手段に再度到達する前に反対成分に変換し、反射成分の実質的な部 分を偏光手段に再度到達する前に反対成分に変換するために閉経路に配置される 手段と、 ｅ．偏光手段において、その内部で発振を持続させるためにレーザー手段にむけ て第４の方向に反射される変換された透過成分と、偏光手段において、その内部 で発振を持続させるためにレーザー手段に向けて第４の方向に透過きれる変換さ れた反射成分と、 ｆ．偏光手段において第３の方向に透過され、変換されずに残った透過成分の一 部と、偏光手段において第３の方向に反射され、変換されずに残った反射成分の 一部と、 ｇ．結合することによって、第３の方向に指向される偏光されていない有用な出 力放射光線を形成する最後に言及した２つの成分とを具備することを特徴とする 請求項１２記載の装置。 １４．放射光に実質上均一な空間的増幅を供給する手段が、パルス供給手段より なり、そのパルス供給手段が、偏光されておらずかつ先行するパルスに対して後 続のパルスがそれぞれ、光線の空間的な増幅形態において、その軸心回りに予め 設定された角度だけ回転されている干渉性放射光線を供給する手段を具備してい ることを特徴とする請求項１記載の装置。 １５．干渉性放射光線を供給する手段が、ａ．予め設定された第１の方向に無偏 光干渉性放射光線を供給するレーザー手段と、 ｂ．一成分を第１の方向に透過させ、他の成分を予め設定された第２の方向に反 射することにより、放射光を２つの直線的に偏光された直交成分に分光するため に光線の経路に配置される偏光手段と、ｃ．偏光手段を透過した成分を、再度偏 光手段に指向されることによって終了する第１の閉経路に沿って、第２の方向と は逆の予め設定された第３の方向に反射し、偏光手段において反射された成分を 、再度偏光手段に指向されることによって終了する第１の閉経路に逆行する第２ の閉経路に沿って、第１の方向とは逆の予め設定された第４の方向に反射する手 段と、ｄ．放射光の各成分を予め設定された波長分遅延させ、透過成分の実質的 な部分を偏光手段に再度到達する前に反対成分に変換し、反射成分の実質的な部 分を偏光手段に再度到達する前に反対成分に変換するために閉経路に配置される 手段と、 ｅ．偏光手段において、その内部で発振を持続させるためにレーザー手段にむけ て第４の方向に反射される変換された透過成分と、偏光手段において、その内部 で発振を持続させるためにレーザー手段に向けて第４の方向に透過される変換さ れた反射成分と、 ｆ．偏光手段において第３の方向に透過きれ、変換されずに残った透過成分の一 部と、偏光手段において第３の方向に反射され、変換されずに残った反射成分の 一部と、 ｇ．結合することによって、第３の方向に指向される偏光されていない有用な出 力放射光線を形成する最後に言及した２つの成分と、ｈ．放射光線をその軸心回 りに回転させるために閉経路内に配置される手段とｉ．レーザー手段に設けられ 、閉経路内における各通過からその次の通過までの間に放射光線を予め設定され た波長分遅延させる手段と、ｊ．閉経路内における各通過からその次の通過まで の間に予め設定された角度だけ回転させられる放射光線とを具備することを特徴 とする請求項１４記載の装置。 １６．各パルスの前縁を尖鋭化する手段が、パルスの立ち上がり時間を約５ｎｓ ｅｃよりも長くない時間に制限するために放射光の位相共役反射を供給する手段 よりなることを特徴とする請求項１記載の装置。 １７．位相共役反射を供給する手段が、誘導プリュアン散乱セルよりなることを 特徴とする請求項１６１記載の装置。 １８．誘導ブリュアン散乱セルにおける反射材料が、液体または気体よりなるこ とを特徴とする請求項１７記載の装置。 １９．誘導プリュアン散乱セルにおける反射材料が、四塩化炭素、六フッ化硫黄 、メタン、アセトン、ベンゼン、二硫化炭素、またはエチレングリコールよりな ることを特徴とする請求項１７記載の装置。 ２０．誘導ブリュアン散乱セルが発振器空洞に配されていることを特徴とする請 求項１７記載の装置。 ２１．誘導ブリュアン散乱セルが発振器空洞の外側に配されていることを特徴と する請求項１７記載の装置。 ２２．位相共役反射を供給する手段が、放射光のファラデー回転を供給する手段 をも具備していることを特徴とする請求項２１記載の装置。 ２３．位相共役反射を供給する手段が、ファラデーアイソレータおよび誘導ブリ ュアン散乱セルを具備していることを特徴とする請求項１６記載の装置。 ２４．各レーザー増幅ロッドの直径が約２から３ｃｍであることを特徴とする請 求項１記載の装置。 ２５．各レーザー増幅ロッドにおける出力フルエンスレベルが約６から２０Ｊ／ ｃｍ２であることを特徴とする請求項２４記載の装置。 ２６．閃光灯効率、空洞移動効率、量子欠損、量子効率、抽出効率に影響する増 幅手段における要素が、実質上全体の効率を最大化するように選択されることを 特徴とする請求項１記載の装置。 ２７．波長が実質上０．８５μｍよりも短い発光光子数を最小化するために、閃 光灯の壁材としてセリウムが供給され、約０．８５μｍよりも長い波長の発光光 子数を最小化するために閃光灯内にクリプトンが供給され、閃光灯からの放射光 を、約０．８５μｍよりも若干小さい波長の狭い範囲に限定することを特徴とす る請求項２６記載の装置。 ２８．レーザー増幅ロッドが、約１０−３／ｃｍ２よりも小さい吸収断面積を有 するとともに、約４×１０−２０ｃｍ２よりも大きな誘導放射断面積を有する材 料よりなることを特徴とする請求項２６記載の装置。 ２９．レーザー増幅ロッドがネオジム添加ガラスよりなることを特徴とする請求 項２８記載の装置。 ３０．レーザー増幅ロッドにおけるネオジム濃度が、約１．５から２．５重量％ であることを特徴とする請求項２９記載の装置。