JPH06505835A - 多機能の共振器内損失の変調器 - 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】 多機能の共振器内損失の変調器 技術分野 本発明は、レーザシステムの出力制御に関し、特に、レーザ光線の空間的な性質 すなわち位置精度に重大な影響を及ぼすことなく、レーザ光線の広い範囲にわた って便利に適用できる、共振器内の可変損失の装置を用いる方法に関する。

発明の背景 レーザ技術における継続する進歩は、レーザが使用されている工業的および科学 的な適用数を非常に増大した。伝統的なレーザシステムは、たとえば、薄いフィ ルム抵抗体のトリミングまたは不完全な集積回路の補修のようなマイクロマシニ ング操作を実行するのに使用されつる。前記のような標的構造は、しばしば、５ から７５ミクロンの最小臨界寸法を有する。そのようなマイクロマシニング操作 は、標的構造への約１．０ミクロンの出力位置精度と形状公差とを有するレーザ システムを通常使用し、かつ、しばしば必要とする。

あるレーザシステムが、レーザ出力の制限された、しかし有益な振幅制御を与え るため設計されている。たとえば、ラザーグ　アープ−（ＬＡＳＡＧ　ＡＧＩの 英国特許ＧＢＩ、５４５，９３３は、パルス電流でボンピングされるレーザシス テムを記載している。これは、穴形成の間、溶融基板物質の蒸発を維持すること によって標的基板に所要深さの穴を作るため、汚れのない増加除去（ｃｌｅａｎ 　ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ　ａｂｌａｔｉｏｎｌを与えるべく高振幅のレーザ出 力を発生する。前記レーザシステムは、専用の融通のきかない駆動回路と、操作 特定長さを有する共振器と、レーザ出力の制限された、前もって選定された振幅 制御を与えるためのＱスイッチ（Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ）とを使用している。前記シ ステムはまた、選択的に長いレーザ共振器によって発生される出力のトレーリン グエツジを迅速に切断するための光スィッチを用いている。

コーチャ他（Ｋｏｃｈｅｒ　ｅｔ　ａｌ、ｌの米国特許第３，９６２，５５８号 は、時計の宝石に穴を創るため高振幅のレーザ出力の連続を用いる、パルス電流 でボンピングされるレーザシステムを記載している。このシステムは、透明物質 すなわち反射物質に吸収状態を創るため出力の初期スパイクの振幅を増大する。

前記レーザシステムは、しかしながら、非常に狭い変更できない範囲の振幅と、 高度に特別な操作のための存続期間とを有するレーザ出力を生成するべく設計さ れ、かつ、組み立てられている。さらに、これら適用によって必要とされる公差 は、全てのレーザシステムの光学要素の細心の、かつ、専用の出力−特定配列を 要する。

しかしながら、増大するレーザの利用は、より小さな臨界寸法をも有する標的構 造への出力振幅に広い異なる極限を用いる種々の操作を実行するためのより 多能なレーザシステムに対する要求を作り出した。たとえば、ジョンソン他（Ｊ ｏｈｎｓｏｎ　ｅｔ　ａｌ、ｌの米国特許第４，９３０，９０１号は、Ｑスイッ チと共同して、リードフレームから電気リードを切断するのに適する高振幅のレ ーザ出力を発生する、電流で連続的にボンピングされるレーザシステムを用いて いる。このシステムは、０．１２５Ａ／μＳの速度で電流を変化させることがで きる、プログラム可能な高速度の切換電源によって駆動されることが好ましい。

前記電源とＱスイッチとの切換時間は、出力期間と振幅レベルとの制御ばかりで なく、リーディングエツジおよびトレーリングエツジ両方の出力振幅の形状制御 を与えるため調整される。この多能な出力振幅の形状制御は、同じ連続的にボン ピングされるレーザシステムに、プリント回路にリードを接着するために選択で きる振幅の形状および期間の、低振幅のパルス電流でボンピングされるレーザ出 力をシミュレート（模擬実験）することを許す。このように、前記レーザシステ ムは、接着過程と切断過程とを実行できる。

そのようなレーザシステムの１つの不利は、前記レーザシステムのボンピングエ ネルギまたはボンピングパルス長さが変更される度に、レーザロッドの熱負荷が 影響を受けることである。前記レーザロッドの焦点長さは、より高い、またはよ り低いボンピングエネルギが生成される度に、あるいは、前記パルス長さが増加 され、または減少される度に、それぞれ短くなり、または長くなる。そのような 焦点長さの変化は、レーザ出力の空間的なモード内容、くびれ位置、および発散 に逆に影響する。

第２の不利は、ボンピング極限での高速度の変化がそのようなレーザシステムの 典型的に高価な光源を比較的短時間で消耗するであろう、ということである。加 えて、そのようなレーザシステムのパルスの繰返し速度は、電流が下方のしきい 値レベルと、所要の出力の振幅レベルを発生するのに必要であるボンピングレベ ルとの間で傾斜しつる速度によって制限される。

発明の概要 したがって、本発明の目的は、維持されたモードの質と、くびれ位置と、出力の 発散とを有し、比較的広い振幅範囲内の選択できる振幅と、比較的広い持続時間 範囲内の選択できる持続時間とを有する一レーザ出力を発生できるレーザ装置お よび方法を提供することにある。

あるレーザ装置は、レーザのＱスイッチング、外部変調、およびビームの偏向の ような種々の適用において極性を与えた光ビームを変調するための装置を用いる 。次の概要は、レーザ装置のための変調器、さらに詳しくは、音響−光学変調器 を参照してここでは例としてのみ示されている。

型にはまったレーザ変調器は、光学的に透明な音響−光学媒体を含み、それを通 った入射光が光路に沿って伝わる。音響波変換器が前記媒体に結合され、無線周 波数（ＲＦ）の信号に応答して、光路を横断する方向で前記媒体を通って伝わる 音響波を発生する。この音響波は、前記媒体の屈折率を変調し、前記入射光を回 折または偏向するあるタイプの回折格子を形成する。

前記変調器は、たとえば、レーザ発振を制御するためレーザ共振器内に位置する ことができ、それによって前記レーザ共振器内に蓄えられる放射すなわちエネル ギと、前記増幅媒体に蓄えられるエネルギとの強さを変調する。レーザ共振器の エンドミラーの１つを効果的に遮ることによって、そのような型にはまった共振 器内の変調器は、全部か無かのレーザの０Ｎ１０ＦＦスイツチすなわちＱスイッ チとして作用し、それによって共振器損失を非常に増加し、レーザ発振を妨げる 。このように、変調器が非伝達の、すなわち閉じた（ＯＦＦＩ状態にあるとき、 変調器は、出力光の発散が起こるのを妨げるが、レーザ共振器内の増幅媒体にボ ンピングエネルギが継続して蓄えられることを許容する。変調器が伝達の、すな わち開いた（ＯＮ）状態にあるとき、変調器は共振器損失を減らし、比較的高い ビークパワーのレーザパルスの形態で蓄えられたエネルギの抽出を許容する。

本発明は、レーザ共振器内の損失を可変的に、かつ、選択的に調整する変調器を 使用し、それによって、レーザ出力の開始、振幅および持続時間を制御する。好 ましい実施例では、前記変調器は、２つの音響波変換器に結合される。１つの変 換器は、０Ｎ１０ＦＦスイツチとして使用され、前記変調器をＱスイッチとして 作動するのに用いられる。前記変換器は、レーザ出力が必要でない時にはいつで も、レーザ発振を妨げるため前記光学媒体中で音響波を発生するべく充分な振幅 またはパワーのＲＦ倍信号受ける。この変換器に加えられるＲＦ倍信号、最高の レーザ発振を開始するため実質的に減らされる。

他方、第２の変換器によって受け入れられるＲＦ倍信号パワーレベルは、光学媒 体中に音響波を発生するため選定される。前記光学媒体は、前記レーザ共振器内 のレーザ発振のレベルを調整し、それによってレーザ出力の持続時間中、拡大さ れた範囲にわたる振幅を制御する。

レーザ出力の振幅またはパワーを制御する伝統的な方法とは異なり、本発明の方 法および装置は、レーザロッドの熱負荷すなわち焦点長さを変更しない。したが って、本発明は、比較的広い選択可能な振幅範囲を有する、使用に適するレーザ 出力を許容する。本発明にしたがうレーザ出力のモードの質、くびれ位置および 発散は、ボンピングエネルギの変化によって正常に生ずるゆがみを条件としてい ない。本発明によるレーザ出力振幅のそのような微同調は、異なる範囲の振幅を 必要とするいろいろな基板物質への高精度のマイクロマシニングを与えるための 単一のレーザ装置を許容する。

この技術の分野における当業者は、本発明が、制限するのではないが、単一の変 換器と多機能制御装置とによって、そのような制御装置を分配する２つの変換器 によって、独立した制御装置を有する２つの変換器によって、または、２つまた はそれ以上の別個の光学媒体であってそれぞれが単一の制御装置からもしくは複 数の制御装置から信号を受ける１つまたはそれ以上の変換器を有する光学媒体に よって実施することができる、ということを認識するであろう。

さらに、電気−光学変調器および別の周知の均等の可変の変調装置が本発明にし たがって使用されつる、ということが認識されるであろう。

本発明の付加的な目的や利点は、添付の図面を参照しての以下の好ましい実施例 についての詳細な説明から明らかとなるであろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明によって使用される変調器を組み込んだレーザ装置の好ましい実 施例の概略図である。

図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｂ′は、本発明の好ましい実施例にしたがって使用さ れる１つないし４つの変換器を有する音響−光学変調器の斜視図である。

図３Ａ、図３　Ｂ　ｓ□、および図３８ｓ４は、本発明にしたがう選択可能な振 幅のレーザ出力を生成するため変調器に加えられるＲＦ倍信号一連の異なるパワ ープロフィールの例を示すグラフである。

図４は、共通の計算機処理ユニットに結合される別個の制御ユニットを有する２ つの別個の変調器を使用している、本発明のレーザ装置の別の実施例の概略図で ある。

好ましい実施例の詳細な説明 図１はレーザ装置１０のブロック図であり、レーザ装置１０は、レーザ共振器１ ３内に配置された本発明の変調器１２を組み込んでいる。レーザ共振器１３は、 光軸２０に沿う一対のミラー１６．１８間に位置する、Ｎｄ　：　ＹＡＧまたは Ｎｄ　：　ＹＬＦタイプであることが好ましい、固体素子のロッド１４を含む。

レーザ装置１０は、レーザロッド１４から見てミラー１６の反対側に位置し、光 軸２０に沿って整列する光源２２を含むことが好ましい。ミラー１６と光源２２ との間に配置され、かつ、光軸２０に沿って位置する型にはまった設計のレンズ システム２４が、光源２２によって放射される出力光を平行にし、焦点を合わせ 、または校正する。当業者は、レーザ装置１０が種々の方法でボンピングされつ る、ということを認識するであろう。たとえば、光源２２は、レーザダイオード またはアークランプを含むことができ、連続状の、またはパルス状の電源２３か ら電流を受けることができ、そして光軸２ｏに沿うことに代えて、側部からボン ピングするのを可能にするため光軸２０に直交して位置することができる。側部 からボンピングをすることに関して言えば、ミラー１６はレーザロッド１４によ って放射される光を反射するだけに必要である。

ミラー１６は、光源２２によって放射される光の大部分を伝導し、レーザロッド １４によって放射される光の大部分を反射する。

そして、ミラー１８は、レーザロッド１４によって放射される光の部分を伝導す る。ミラー１８とレーザロッド１４との間の光軸２０に沿って配置される変調器 １２は、共振器の損失を変調し、このゆえにレーザの出力制御ユニット３６によ って決定されるようにレーザ出力りの強さを変調する。変調器１２は、制限する のではないが、石英ガラス５Ｆ−１０または５Ｆ−５７を含む音響−光学媒体４ ｏを用いることが好ましい。前記石英ガラスは、制御ユニット３６からＲＦ倍信 号受ける音響波変換器４２に接着される。当業者は、変調器−１２がこれに代え て、ボッケルズセル（Ｐｏｃｋｅｌ’ｓ　ｃｅＬＬｌのような電気−光学要素ま たはその他の均等物を用いることができ、さらに前記配置に代えて、ミラー１６ とレーザロッド１４との間に配置することかできる、ということを認識するであ ろう。

制御ユニット３６は、ＲＦ信号発振器４４を含むことが好ましく、ＲＦ信号発振 器４４は、選択可能な周波数、または前もって定めた周波数、典型的には、２０ 〜４０＆ｌＨｚの範囲の周波数の連続波信号を発生する。可変の利得増幅器４６ は、ＲＦ倍信号、中央処理装置（ＣＰＵ）５０から与えられる信号に応答して発 生されるパワーレベルに増幅し、可変的に増幅されたＲＦ倍信号変換器４２に送 り出す。このように、変換器４２に到着するＲＦ倍信号いくつかのパラメータが 選択的に変更可能である。

図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｂ’は、それぞれ音響−光学変調器１２Ａ、１２Ｂお よび１２Ｂ′の概略の等角斜視図であり、本発明にしたがうレーザ装置１０に使 用される変調器１２の代表的な実施例である。図２Ａを参照するに、変調器１２ Ａは、音響−光学媒体４０Ａの応力−抵抗ブロックであることが好ましいブロッ クに接着された音響波変換器４２Ａを含む。図２Ｂを参照するに、変換器５２． ５４は、光軸２０に平行に配置することが好ましいもので、音響−光学媒体４０ Ｂのそれぞれ異なる面５６．５８に互いに平行である。図２Ｂ’を参照するに、 変換器５２′、５４′は、光軸２０に平行に配置することが好ましいもので、音 響−光学媒体４０Ｂ′の面５６′と互いに同一面にある。

変調器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｂ′の操作は、図１に示した変調器１２、音響−光 学媒体４０および変換器４２を参照して記述される。変換器４２が増幅器４６の 出力からＲＦ倍信号受ける度に、変換器４２は、音響−光学媒体４０と相互に作 用する音響波を送り出す。この音響波は、典型的には、光軸２０に直交する方向 へ伝わり、音響−光学媒体４０の屈折率に変化を生じさせる。音響−光学媒体４ ０内を伝わる音響波のパワーレベルは、共振器１３の損失に影響を及ぼす。

フィードバックを妨げるのに充分なパワーの音響波が音響−光学媒体４０を経て 伝わる度に、光源２２によって発生されるエネルギは、ミラー１６．１８間で発 振するのを妨げられ、したがってレーザロッド１４内に蓄えられる。音響−光学 媒体４０を経て伝わる音響波が減少する度に、レーザロッド１４内に蓄積してい るエネルギがミラー１６．１８間に伝わり、レーザ出力りの形態で解放され、レ ーザ装置１０の光軸２０に沿って伝わる。

変換器４２に送り出されるＲＦ倍信号パワーレベルＰＩＩＦは、０〜Ｌｏｗであ ることが好ましい広い範囲にわたって可変である。パワー範囲の上限は、増幅器 ４６の利得限界と音響−光学媒体４ｏの応力抵抗とによって主として決定される 。変換器４２に送り出されるＲＦ倍信号最大パワーＰ、つば、与えられたボンピ ング条件ＱＰの下でレーザ出力を妨げるのに充分な共振器１３内の損失を発生す るのに必要とされるパワーであることが好ましい。そのような最大パワーＰ　ｐ ａｗは、レーザ出力を可能にするため変換器４２に加えられるＲＦパワーレベル のわずかな減少を許容する。

図３Ａは、ＲＦパワーの、ＲＦ倍信号レベルの時間プロフィール■〜ＩＶに対す る連続を例示するグラフであり、ＲＦ倍信号可変の利得増幅器４６から変調器１ ２Ａの音響波変換器４２Ａに加えられる。Ｐ、□は、たとえば、５ｗでありうる 。しかし、Ｐ□８とＯｗとの間の選択できる一定のパワーレベルで変換器４２Ａ に送り出される連続的なＲＦ倍信号、与えられたボンピングレベルのための所要 の強さすなわち振幅Ｉ、を有する連続的なレーザ出力を発生するため採用されつ る、ということが認識されるであろう。

図３Ａを参照するに、プロフィール■は、穴開けに使用するために、非常に短い 持続時間の高エネルギのレーザ出力を発生するため音響変換器４２Ａに供給され るＲＦパワーの制御を示している。そのようなレーザ出力は、たとえば、０．５ μｓ間に約４ｗのＲＦパワー降下を伴い、０．１μｓ間に１０．０００ｗのレー ザ出力を生ずる。

プロフィールＩＩは、フラッシュランプでボンピングされるレーザの１〜ｌＯｍ 　ｓのような長いパルス幅をシミュレートすることによってリードを基板に接着 するために、４００ｗのようなより低い強さのレーザ出力を発生するため、より 高いパワーとより長い適当な持続時間とを用いるＲＦレベルの制御を示している 。

プロフィールＩＩＩは、高度に反射的なリードを基板に接着するために用いられ ることが好ましい、最初のスパイクとこれに続く、減少する強さのテールとを有 するレーザ出力を発生するのに適するＲＦレベルの制御を示している。これらパ ルスは、３ｗのＲＦパワーの最初の降下と、これに続＜　ｌＯｍ　ｓの持続時間 にわたっての緩やかな増加とを伴い、６００ｗのスパイクとこれに続＜ｌｏｏｗ のトレーリングエツジとを有するレーザ出力の結果となる。

プロフィールＩＶは、接着強度を増加するべく非反射的なリードを基板に接着す るために、緩やかに増加する強さを有するレーザ出力を発生するのに適するＲＦ レベルの制御を示している。これらパルスは、典型的に、１０ｍ　ｓの持続時間 にわたって５から２．５ｗのＲＦパワーの緩やかな降下を伴い、０から４００ｗ の緩やかに増加するレーザ出力を生ずる。

プロフィール■〜ＩＶは、本発明のレーザ出力制御の多能を説明するだけに使用 される仮定的な例である、ということが特に言及される。しかしながら、実際に は、Ｐ、ｌ、と工、との間の関係は、典型的には、非線形である。ＱＰ、ＰＲＦ 、１１間の実際の数学的関係は、音響−光学媒体４０の選定されたタイプのため に異なりつる、ということがまた認識されるであろう。

したがって、好ましい実施例は、ＣＰＵ５０と連絡するレーザ出力のフィードバ ックシステム６０（図１）を採用する。フィードバックシステム６０は、出力り を、選択できる強さに、または前もって設定した強さに速やかに調整することを 許容する。フィードバックシステム６０は、たとえば、光学的に透明な光センサ ６２を含むことができる。光センサ６２は、出力りの強さに比例する電圧信号を 発生し、その電圧信号をオペレータによって選定された出力レベルとおそらく比 較する。この信号を受けると、ＣＰＵ５０は、増幅器４６に加えられる電圧を調 整し、このゆえに変換器４２に加えられるＲＦパワーレベルを調整し、したがっ てレーザ出力りの強さを調整する。この技術の分野の当業者は、より精巧なフィ ードバックシステムが採用できることを認めるであろう。

本発明によれば、レーザ出力り間の強さの実質的な選択された変化でも、出力り の質に実質的に影響を及ぼさない、ということが認識されるであろう。このよう に、レーザ出力りのモードの質、くびれ位置および発散は、外部の光学要素６４ と互いに影響し合うべく維持される。外部の光学要素６４の位置は、共振器の長 さまたはレーザ装置１０に供給されるボンピングエネルギに依存する。

図２Ｂおよび図２Ｂ′に示す変調器１２の別の実施例を参照するに、変換器５２ ．５２’　、５２″の操作は変換器５２を参照して記【される。変換器５２は、 第１に、０Ｎ１０ＦＦスイツチとして用いられる。変換器５２は、音響−光学媒 体４０Ｂに音響波を発生するのに少なくとも充分なパワーレベルを有するＲＦ倍 信号受ける。音響−光学媒体４０Ｂは、レーザ出力が必要でない時にはいつでも 、レーザ発振を妨げる。変換器５２に送り出されるＲＦ倍信号Ｐｌ、８は、与え られたボンピング条件の下でレーザ出力を妨げるのに充分な共振器１３内の損失 を生ずるため必要な最小パワーに等しいことが好ましい。したがって、変換器５ ２に送り出されるＲＦパワーのレベルのほんのわずかだけの減少は、レーザ発振 器にいくらかのレーザ出力を発生させるであろう。変換器５２に送り出されたＲ Ｆ倍信号、典型的なＱスイッチタイプの仕方で、抑制されていないレーザ操作を させるのを阻止される。すなわち、ＲＦ倍信号、やがて来ようとするレーザ出力 の振幅すなわち強さの範囲を制限するため選択された大きさに減らされつる。し かしながら、変換器５２の第１の機能は、レーザ出力りの持続時間を開始し、か つ、制御することである。

図３Ｂ、２は、ＲＦパワーの、ＲＦ倍信号レベルの時間プロフィール■〜ＩＶに 対する連続を例示するグラフを表している。前記ＲＦ倍信号、図１に関して記載 した可変利得増幅器４６と同様な可変利得増幅器から音響波変換器５２に加えら れる。

図２Ｂおよび図２Ｂ′を参照するに、変換器５４．５４′、５４″の操作は変換 器５４を参照して記載される。変換器５４によって受け入れられるＲＦ倍信号パ ワーレベルは、音響−光学媒体に音響波を発生するため選択的に選定される。前 記音響−光学媒体は、変換器５２へのＲＦ倍信号阻止され、それによってレーザ 出力の持続時間中、拡張された振幅範囲にわたってレーザ出力の振幅を制御する 時にはいつでも、レーザ共振器内のレーザ発振のレベルを調整するであろう。変 換器５４に送り出されるＲＦ倍信号連続することができ、または変換器５２に送 り出されるＲＦ倍信号交替に０Ｎ１０ＦＦに切り換えることができる。

図３Ｂ、４は、ＲＦパワーの、ＲＦ倍信号レベルの時間プロフィールＩ−ＩＶに 対する連続を例示するグラフを表している。前記ＲＦ倍信号、図１に関して示し た可変利得増幅器４６と同様な可変利得増幅器から音響波変換器５４に送り出さ れる。

変換器５２によって受け入れられるＲＦ倍信号パワーレベルは、制御ユニット３ ６と同様な制御ユニットによって決定されつる。変換器５４によって受け入れら れるＲＦ倍信号パワーレベルは、図４に関して後述する制御ユニット６６と同様 な制御ユニットによって決定されつる。音響−光学媒体５６上の変換器５２．５ ４の結合された相互作用は、たとえば、種々のレーザ出力を発生するために図３ Ａの工〜ＩＶに例示したパワー制御パルスと同じタイプをシミュレートするため このように用いられる。前記したように別個の変換器５２．５４を使用すること は、図２Ａに関して記載した実施例に関するレーザ出力の減衰の動的な範囲を増 加することができる。図２Ｂ’　に示した変換器５２″、５４″の第２の組は、 レーザ出力Ｌのトレーリングエツジのより細かな制御さえ可能にしつつ、変調器 １２Ｂ′の応答時間を増加するため用いることができる。

図４は、別個の変調器７２．７４を組み込んだ本発明の別の実施例を示している 。レーザ装置１ｏの主要点に対応するレーザ装置７０の主要点は、図４には、同 じ参照符号で示しである。図４を参照するに、変調器７２はＱスイッチに非常に 似た機能をする。すなわち、共振器１３に起こすべき発振を妨げ、または許容す ることによってレーザ出力の開始と持続時間とを主として決定する。変調器７２ は、共振器１２内の光軸２ｏに沿って、変調器７４から見てレーザロッド１４の 反対側に位置することが好ましい。

制御ユニット６６は、繰返し速度発振器７６と繰返し速度ゲート７８とを含む。

これらはＲＦ信号ゲート８０のゲート出力に一連のゲートパルスを与えるため共 同する。信号ゲート８ｏは、ＲＦ信号発振器８２から連続波の信号を入力し、繰 返し速度ゲート７８によって送り出されるパルスに応答し、これらパルスのパル ス幅によって決定される持続時間の間、信号発振器８２の周波数によって決定さ れる周波数のＲＦパルスの流れを発展させる。パルスの信号ゲート８ｏへの送り 出しは、信号ゲート８０の出力でＲＦパルスを生成するのを禁止する。

増幅器８４は、ＲＦパルスの流れを増幅し、それらを変調器７２の一部を形成す る音響波変換器８６に送り出す。変換器８６が増幅器８４の出力からＲＦパルス を受ける度に、変換器８６は、発振が共振器１３内で起こるのを防止するため音 響−光学媒体８８と相互に作用し、かつ、レーザロッド１４内に光源２２からの エネルギを蓄えさせる音響波を送り出す。変換器８６が増幅器８４の出力からＲ Ｆパルスを受け取らない時にはいつでも、音響−光学媒体８８を通って伝わる音 響波がなく、レーザロッド１４内に蓄えられたエネルギがミラー１６．１８間で 発振するのを許容され、かつ、光軸２０に沿って伝わるレーザ出力りの形態で解 放される。変調器７２の変換器８６に送り出されたＲＦパルスは、たとえば、図 ３Ｂ５□に示したＲＦパルスに似ることができる。

変調器７４は、制御ユニット３６から選択できる強さのＲＦ倍信号受ける単一の 音響波変換器４２に結合されることが好ましい音響−光学媒体４０を含む。変調 器７４の変換器４２に送り出されたＲＦパルスは、たとえば、図３８ｓ４に示し たＲＦパルスに似ることができる。別個の変調器７２．７４の使用は、レーザ出 力Ｌのために増加した動的範囲の減衰を許し、変調器の音響−光学媒体に加えら れる全体の応力を減らすことができる。したがって、音響−光学媒体は応力割れ をほとんど生じないであろう。

変調器７２．７４の相対位置が変えられうること、すなわち逆の配置にも変えら れうること、しかしそれでもなお、本発明の範囲内に入ることがまた認識される であろう。たとえば、変調器７２．７４は、レーザロッド１４の同じ側に光軸２ ｏに沿ういずれかの順序で位置することができる。

この技術の分野における当業者にとって、そこに潜む原理から離れることなく、 本発明の前記した実施例の詳細に種々の変更がなされつる、ということが明らか であろう。したがって、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ決定され る。

国際唄杏翰失 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ。

ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ。

Ｃ３，ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、 ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎ。

、　ＰＬ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ、　ＵＳ（７２）発明者　グヴエルヌ ール、カーティス　ジョンアメリカ合衆国　９７００７　オレゴン州　ビーヴア ートン　サウスウエスト　ワンハントレッド　アンド　ツイツチイーシックスス 　アヴエニュ−７１４１ （７２）発明者　アーランド、テリ　ジョンアメリカ合衆国　９７００７　オレ ゴン州　ビーヴアートン　サウスウエスト　プレイモン　コート　１９０２５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　　標的に衝突するためにレーザ出力を発生するレーザ装置であって、 レーザ共振器内に配置される光を増幅する光学媒体と、該光増幅媒体内にエネル ギの蓄積を発生するため前記光増幅媒体をポンピングするポンピング手段と、変 換器と前記光学媒体とを含む変調器手段であって前記光増幅媒体と相互に作用し てレーザ出力が起こらない第１の状態を与え、さらに、レーザ出力が比較的広い 振幅の範囲内で選択できる振幅を有し、かつ、比較的広い持続時間の範囲内で選 択できる持続時間を有するようにレーザ出力が起こる第２の状態を与える変調器 手段と、 該変調器手段を前記第１の状態に切り換え、それによってレーザ出力が起こらな いようにするため前もって定めたパラメータによって特徴づけられる第１の信号 を与えるために、さらに、前記変調器手段を前記第２の状態に切り換えるため前 記第１の信号を選択できるパラメータによって特徴づけられる第２の信号に変換 するために前記変調器手段と作用的に関係され、その結果前記変調器手段が、維 持されたモードの質と、くびれ位置と、発散と、前記第２の信号の前記パラメー タに応答する振幅とを有するレーザ出力を発生する変調器の制御手段とを含む、 レーザ装置。 ２　　前記変換器は、前記第２の信号がレーザ出力の前記持続時間を決定する選 択できる持続時間を有するように、かつ、前記第２の信号を特徴づける前記パラ メータがレーザ出力の前記振幅を制限するように前記第１および第２の信号を受 け入れるために適合された第１の変換器であり、前記レーザ装置は、さらに、選 択できるパラメータによって特徴づけられる第３の信号であって該第３の信号を 特徴づける前記パラメータが、前記第２の信号によって確立される制限内でレー ザ出力の振幅を実質的に決定するように前記変調器の制御手段から与えられる第 ３の信号を受けるための第２の変換器を含む、請求項１に記載のレーザ装置。 ３　　前記第１の変換器と前記第２の変換器とは、同じ光学媒体に結合されてい る、請求項２に記載のレーザ装置。 ４　　前記第１の変換器は第１の変調器を形成するため前記光学媒体に、また前 記第２の変換器は第２の変調器を形成するため第２の光学媒体に、前記変調器の 制御手段が前記第１および第２の変調器の作用を対等にするように結合され、そ の結果前記第２の変調器がレーザ出力の前記振幅を実質的に決定し、さらに、前 記第１の変調器がレーザ出力を開始するためのＱスイッチのように機能し、かっ 、レーザ出力の持続時間を決定する、請求項２に記載のレーザ装置。 ５　　前記光増幅媒体は、光軸に沿って前記第１の変調器と第２の変調器との間 に位置する、請求項４に記載のレーザ装置。 ６　　前記変調器手段は、音響−光学装置を含む、請求項１に記載のレーザ装置 。 ７　　前記パラメータはＲＦパワーであり、前記第２の信号は前記第１の信号の ＲＦパワーより少ないＲＦパワーを有する、請求項１に記載のレーザ装置。 ８　　さらに、質の密な、ダイオードポンピングされる固体素子のレーザを含む 、請求項１に記載のレーザ装置。 ９　　前記変調器手段は、ポッケルズセルを含む、請求項１に記載のレーザ装置 。 １０　前記変調器手段は音響−光学装置を含み、前記パラメータはＲＦパワーで あり、前記第２および第３の信号のそれぞれは、前記第１の信号のＲＦパワーよ り少ないＲＦパワーを有する、請求項２に記載のレーザ装置。 １１　選択できる振幅と持続時間とを有するレーザ出力を発生するためレーザ共 振器内に配置される光増幅媒体と光学変調器とを有するレーザを操作する方法で あって、 前記光増幅媒体をポンピングして前記光増幅媒体内にエネルギの蓄積を発生し、 前もって定めたパラメータによって特徴づけられる第１の信号を前記変調器の変 換器に与えて前記変調器を第１の状態に切り換え、それによってレーザ出力が起 こらないようにし、前記第１の信号を選択できるパラメータによって特徴づけら れる第２の信号に変換して前記変調器を第２の状態に切り換え、良好なモードの 質と、くびれ位置と、発散とを有するレーザ出力を発生し、 前記第２の信号を実質的に特徴づける前記パラメータを選択し、前記レーザ出力 の前記モードの質、くびれ位置および発散が、選択される出力の振幅から実質的 に独立に維持されるように比較的広い振幅の範囲からレーザ出力の振幅を決定す ることを含む、レーザの操作方法。 １２　前記第２の信号は、レーザ出力の前記持続時間を実質的に決定する持続時 間を有しており、前記第２の信号を特徴づける前記パラメータはレーザ出力の振 幅を制限しており、前記操作方法は、さらに、 選択できるパラメータによって特徴づけられる第３の信号を第２の変換器に、前 記第３の信号を特徴づける前記パラメータがレーザ出力の前記振幅を実質的に決 定するように与えることを含む、請求項１１に記載のレーザの操作方法。 １３　前記変換器と前記第２の変換器とは、同じ光学媒体に結合されている、請 求項１２に記載のレーザの操作方法。 １４　前記変調器は、前記光学媒体に結合される前記第１の変換器を含む第１の 変調器であり、前記第２の変換器は、第２の光学媒体に結合されていてレーザ出 力の前記振幅を実質的に決定する第２の変調器を形成し、前記第１の変調器は、 レーザ出力を開始し、かつ、レーザの持続時間を決定するためのＱスイッチのよ うに機能する、請求項１２に記載のレーザの操作方法。 １５　前記光増幅媒体は、光軸に沿って前記第１の変調器と前記第２の変調器と の間に配置されている、請求項１４に記載のレーザの操作方法。 １６　前記第１の変調器は音響−光学装置を含み、前記パラメータはＲＦパワー であり、前記第２および第３の信号は、前記第１の信号のＲＦパワーより少ない ＲＦパワーを有する、請求項１１に記載のレーザの操作方法。 １７　レーザ共振器を出る出力の振幅を合せる変調装置であって、光学媒体に結 合される変換器を含む変調器と、前記共振器内の光学フィードバックを選択的に 制御するために前記変調器と作用的に関係され、それによって前記出力の持続時 間を選択的に決定し、前記出力の持続時間の間ずっと前記出力の前記振幅を選択 的に形づくり、一方、前記出力のモードの質、くびれ位置および発散を比較的広 い振幅の範囲から選択される前記振幅から独立して維持する変調器の制御手段と を含む、変調装置。 １８　選択された振幅のプロフィールを有するレーザ出力を発生するためレーザ 共振器内の光学フィードバックを選択的に変調する方法であって、 前もって定めたパラメータによって特徴づけられる第１の信号を与えて共振器内 の変調器を共振器のフィードバックが起こらない第１の状態に切り換え、 前記第１の信号を選択できるパラメータによって特徴づけられる第２の信号に変 換して前記変調器を、前記共振器内で起こっている共振器のフィードバックの量 を決定する第２の状態に切り換え、前記第２の信号を特徴づける前記パラメータ が比較的広い振幅の範囲から前記レーザ出力の振幅を実質的に決定する、変調方 法。 １９　前記変調器は、前記信号を受け入れるために適合された音響波の変換器を 含み、前記パラメータはＲＦパワーであり、前記第１の信号のＲＦパワーは前記 第２の信号のＲＦパワーより大きく、前記レーザ出力はモードの質、くびれ位置 および発散を維持している、請求項１８に記載の変調方法。 ２０　前記第２の信号は、レーザ出力の持続時間を実質的に決定する持続時間を 有しており、前記第２の信号を特徴づける前記パラメータはレーザ出力の前記振 幅を制限しており、前記変調方法は、さらに、 選択できるパラメータによって特徴づけられる第３の信号を第２の変換器に、前 記第３の信号を特徴づける前記パラメータが前記第２の信号によって確立される 制限内でレーザ出力の前記振幅を実質的に決定するように与えることを含む、請 求項１９に記載の変調方法。