JPH0918071A - Aberration control of zigzag slab laser - Google Patents

Aberration control of zigzag slab laser

Info

Publication number
JPH0918071A
JPH0918071A JP15721196A JP15721196A JPH0918071A JP H0918071 A JPH0918071 A JP H0918071A JP 15721196 A JP15721196 A JP 15721196A JP 15721196 A JP15721196 A JP 15721196A JP H0918071 A JPH0918071 A JP H0918071A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zigzag
slab
light beam
laser
corrector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP15721196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Richard H Moyer
エイチ モイヤー リチャード
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Original Assignee
TRW Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Inc filed Critical TRW Inc
Publication of JPH0918071A publication Critical patent/JPH0918071A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanism which is easily applied to a zigzag slab laser to compensate a laser beam in a zigzag slab for its ununiuform wavefronts which intersect a direction of zigzag. SOLUTION: A zigzag slab laser 10 is equipped with a zigzag slab 12 which generates a light beam whose wavefront is ununiuform in a certain direction. The light beam is directed to a one-dimensional aberration corrector 32 which corrects the light beam on aberration in a certain direction so as to generate a light beam possessed of uniform wavefronts. The one-dimensional aberration corrector 32 comprises a liquid crystal spatial optical modular equipped with linearly arranged liquid crystal cells 36.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、広くはジグザグス
ラブレーザ(zig-zag slab laser)に関し、より詳しく
は、レーザのジグザグスラブから発せられる光ビームの
一方向での収差を補正する一次元補正器(one-dimension
al corrector) を備えたジグザグスラブレーザに関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to zig-zag slab lasers, and more particularly to one-dimensional correction for correcting aberrations in one direction of a light beam emitted from a zig-zag slab of a laser. Container (one-dimension
zigzag slab laser with al corrector).

【0002】[0002]

【従来の技術】高出力レーザ、特に高出力固体レーザ
は、軍事用、産業用及び商業用の多くの用途にとって重
要な装置である。これらの用途として、種々の材料の切
断及び穿孔、写真製版、宇宙通信及び医療用品がある。
最も高出力のレーザの用途では、レーザにより発生され
るレーザビームが高ビームクオリティ、すなわち最小の
ビーム収差を有することが必要である。レーザビームの
位相での収差は、ビームの波面の均一性を低下させ、従
ってビームが厳格に合焦する能力を低下させる。換言す
れば、ビームが正確に焦点に集まるには、ビーム波面の
均一性がフラットでなくてはならない。ビームが厳格に
焦点に集まる能力が低下すると、ビームの焦点強度(foc
al intensity) 及び焦点精度が低下する。例えば、小径
孔の穿孔に使用されるレーザビームの波面の非均一性を
引き起こす位相収差は、焦点に集まったビームのスポッ
トサイズを不鮮明にして非均一な孔を形成する。高出力
の用途に魅力的な形式の固体レーザとして、当該技術分
野においてジグザグスラブレーザと呼ばれているものが
ある。この種のレーザは、1993年11月5日に出願
された「ジグザグ増幅器を備えた高輝度固体レーザ(HI
GH BRIGHTNESS SOLID-STATE LASER WITH ZIG-ZAG AMPLI
FIER) 」の名称の米国特許出願第08/148,758号(この出
願は本願の譲受人に譲渡されたものであり、ここに援用
する)に開示されている。ジグザグスラブレーザは、レ
ーザビームを発生及び/又は増幅するための、イットリ
ウム−アルミニウム−ガーネット(YAG)結晶のよう
なレージング媒体の少なくとも1つのジグザグスラブを
有している。
BACKGROUND OF THE INVENTION High power lasers, especially high power solid state lasers, are important devices for many military, industrial and commercial applications. These applications include cutting and perforating various materials, photolithography, space communications and medical supplies.
The highest power laser applications require that the laser beam produced by the laser have high beam quality, i.e. minimal beam aberration. Aberrations in the phase of the laser beam reduce the uniformity of the wavefront of the beam and thus reduce the ability of the beam to be tightly focused. In other words, the beam wavefront uniformity must be flat for the beam to be accurately focused. When the beam's ability to focus tightly decreases, the beam's focus intensity (foc
al intensity) and focus accuracy are reduced. For example, phase aberrations that cause non-uniformity of the wavefront of the laser beam used to drill small diameter holes obscure the spot size of the focused beam, creating non-uniform holes. An attractive type of solid state laser for high power applications is what is referred to in the art as a zigzag slab laser. This type of laser is a high-brightness solid-state laser (HI) equipped with a zigzag amplifier filed on November 5, 1993.
GH BRIGHTNESS SOLID-STATE LASER WITH ZIG-ZAG AMPLI
No. 08 / 148,758 entitled "FIER)", which is assigned to the assignee of the present application and incorporated herein by reference. Zigzag slab lasers include at least one zigzag slab of lasing medium, such as yttrium-aluminum-garnet (YAG) crystals, for generating and / or amplifying a laser beam.

【0003】ジグザグスラブは、比較的密に間隔を隔て
た2つの平行側壁を備えたレージング媒体のブロックで
ある。ジグザグスラブ内に導入される又はジグザグスラ
ブ内で発生される光ビームは、ビームがスラブを通って
伝播すると、平行側壁の間で前後に反射される。次に、
強い光ビームがジグザグスラブの端面から発せられる。
ジグザグレーザのジグザグスラブレーザは高強度の光ビ
ームを発生するため、スラブを冷却する必要がある。光
ビームにより発生される熱及びスラブの冷却の結果とし
て、ジグザグスラブ内には、レージング媒体の異なる屈
折率の原因となる温度勾配ができる。スラブ内での異な
る屈折率は、光ビームの位相を種々の位置で種々に変化
させ、このためビームの波面が非均一になる。ビームは
スラブの平行な側壁から前後に反射されるため、異なる
屈折率を有する高割合のスラブ領域を通過する。この運
動によって、ビームのジグザグ光路の方向に、ビームの
波面を滑らかにする平均化効果が生じ、このため、この
方向での位相収差がなくなる。従って、波面の位相収差
は、一般的に、ビームのジグザグ光路に対して直交する
方向にのみ存在する。
Zigzag slabs are blocks of lasing media with two relatively closely spaced parallel sidewalls. A light beam introduced into or generated within the zigzag slab is reflected back and forth between the parallel sidewalls as the beam propagates through the slab. next,
A strong light beam is emitted from the end face of the zigzag slab.
Since the zigzag slab laser of the zigzag laser produces a high-intensity light beam, it is necessary to cool the slab. As a result of the heat generated by the light beam and the cooling of the slab, there are temperature gradients in the zigzag slab that cause different refractive indices of the lasing medium. The different indices of refraction within the slab cause the phase of the light beam to change differently at different positions, which results in a non-uniform wavefront of the beam. Since the beam is reflected back and forth from the parallel side walls of the slab, it passes through a high proportion of the slab areas with different refractive indices. This movement produces an averaging effect in the direction of the zigzag path of the beam that smooths the wavefront of the beam, thus eliminating phase aberrations in this direction. Therefore, the phase aberration of the wavefront generally exists only in the direction orthogonal to the zigzag optical path of the beam.

【0004】当該技術分野では、ビームのジグザグ光路
を横切る方向におけるジグザグスラブレーザの波面の非
均一性を補正する様々な考えが提案されている。その一
例として、ビームをスラブの側壁から反射させることに
加え、スラブの側壁に対して直角なスラブの頂面及び底
面からも光ビームを反射させるジグザグスラブを提供す
ることが提案されている。
Various ideas have been proposed in the art to correct the non-uniformity of the wavefront of a zigzag slab laser in the direction transverse to the zigzag path of the beam. As one example, it has been proposed to provide a zigzag slab that, in addition to reflecting the beam from the slab sidewall, also reflects the light beam from the top and bottom surfaces of the slab perpendicular to the slab sidewall.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、ジグザグスラブの頂面及び底面は、互いに近接して
配置されておらず、このことからビームがスラブの中を
伝播するときに、当該方向に最小数の反射を引き起こ
す。上記米国特許出願第08/148,758号のジグザグレーザ
では、ビーム波面の非均一性を低減させるために、位相
共役技術が用いられている。この技術は、ジグザグスラ
ブ増幅器から発せられた光ビームを位相共役ミラーに導
き、このビームをスラブ増幅器に通して反対方向に戻
し、スラブを通る元のジグザグ光路とは反対方向の収差
を補正するものである。しかしながら、波面の非均一性
を補正するこの技術は複雑である。要望されていること
は、ジグザグスラブレーザに容易に実施でき、スラブ内
のビームのジグザグ方向を横切る方向の波面の非均一性
を補償する機構である。従って本発明の目的は、このよ
うな機構を提供することにある。
However, in general, the top and bottom surfaces of the zig-zag slab are not located close to each other, which results in a minimum of the beam in that direction as it propagates through the slab. Causes a number of reflections. The zigzag laser of US patent application Ser. No. 08 / 148,758 uses a phase conjugation technique to reduce non-uniformity of the beam wavefront. This technique guides an optical beam emitted from a zigzag slab amplifier to a phase conjugate mirror, passes the beam back in the opposite direction through the slab amplifier, and corrects aberrations in the opposite direction of the original zigzag optical path through the slab. Is. However, this technique of correcting wavefront non-uniformity is complex. What is desired is a mechanism that can be easily implemented in a zigzag slab laser and that compensates for wavefront non-uniformity across the zigzag direction of the beam in the slab. Therefore, it is an object of the present invention to provide such a mechanism.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の教示によれば、
ジグザグスラブ内の光ビームのジグザグ光路に直交する
方向に、レーザのジグザグスラブにより発生される光ビ
ームの波面の非均一性を実質的に無くするジグザグスラ
ブレーザが開示される。本発明のジグザグスラブレーザ
は、スラブ内の光ビームのジグザグ光路に直交する方向
に、レーザのジグザグスラブから発せられる光ビームの
位相の収差を補正する一次元収差補正器を有する。一実
施態様では、一次元補正器は、リニア配列の液晶セルを
備えた液晶空間光変調器であり、この液晶セルは、波面
の非均一性を補償すべく、セルの屈折率を変えるように
選択的に付勢される。ジグザグレーザは、光ビームの位
相収差を補正するための一次元補正器に関連する種々の
形態の発振器及び増幅器を有していてもよい。本発明の
他の目的、長所及び特徴は、添付図面を参照して述べる
以下の説明及び特許請求の範囲の記載から明らかになる
であろう。
According to the teachings of the present invention,
A zigzag slab laser is disclosed that substantially eliminates the wavefront non-uniformity of the light beam generated by the zigzag slab of the laser in a direction orthogonal to the zigzag optical path of the light beam within the zigzag slab. The zigzag slab laser of the present invention has a one-dimensional aberration corrector that corrects the phase aberration of the light beam emitted from the zigzag slab of the laser in the direction orthogonal to the zigzag optical path of the light beam in the slab. In one embodiment, the one-dimensional corrector is a liquid crystal spatial light modulator comprising a linear array of liquid crystal cells, the liquid crystal cells varying the index of refraction of the cells to compensate for wavefront non-uniformity. Selectively activated. Zigzag lasers may have various forms of oscillators and amplifiers associated with a one-dimensional corrector for correcting phase aberrations of the light beam. Other objects, advantages and features of the present invention will become apparent from the following description and claims taken in conjunction with the accompanying drawings.

【0007】[0007]

【実施例】ジグザグスラブ及び一次元収差補正器を有す
るジグザグスラブレーザの好ましい実施例について述べ
る以下の説明は、事実上の単なる例示であり、いかなる
意味においても本発明及びその用途を制限するものでは
ない。図1は、本発明の一実施例のジグザグスラブレー
ザ10を示す。ジグザグスラブレーザ10はジグザグス
ラブ増幅器12を有し、この増幅器12は、イットリウ
ム−アルミニウム−ガーネット(YAG)結晶のような
適当な結晶の光学レージング材料のブロックである。も
ちろん、ジグザグスラブに適した当該技術分野で知られ
た任意の結晶材料を、本発明の目的のために適応するこ
とができる。図2はスラブ増幅器12の平面図である。
スラブ増幅器12は、互いにほぼ平行な近位端面14及
び遠位端面16を有している。スラブ増幅器12は、更
に、密に間隔を隔てた両側壁18、20を有し、これら
側壁18、20は互いに平行で且つ端面14、16に対
して傾斜している。また、スラブ増幅器12は頂面22
及び底面24を有し、これら頂面22及び底面24は互
いに平行で且つ側壁18、20に対して直角であり、ス
ラブ増幅器12を完成する全表面に対して直角である。
The following description, which describes a preferred embodiment of a zigzag slab laser with a zigzag slab and a one-dimensional aberration corrector, is merely illustrative in nature and is not intended to limit the invention and its application in any way. Absent. FIG. 1 shows a zigzag slab laser 10 according to an embodiment of the present invention. The zigzag slab laser 10 has a zigzag slab amplifier 12, which is a block of a suitable crystalline optical lasing material, such as a yttrium-aluminum-garnet (YAG) crystal. Of course, any crystalline material known in the art suitable for zigzag slabs can be adapted for the purposes of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the slab amplifier 12.
The slab amplifier 12 has a proximal end surface 14 and a distal end surface 16 that are substantially parallel to each other. The slab amplifier 12 further has closely spaced side walls 18, 20 which are parallel to each other and inclined with respect to the end faces 14, 16. The slab amplifier 12 has a top surface 22.
And bottom surface 24, which are parallel to each other and at right angles to the sidewalls 18, 20, and at right angles to all surfaces that complete the slab amplifier 12.

【0008】光ビーム26は、マスター発振器(図1に
は示されていない)のような適当な光源から、スラブ増
幅器12の近位端面14に導入される。光ビーム26は
適当な入射角で端面14に衝突し、これにより、側壁1
8又は20のうちの一方の側壁(ここでは、側壁18)
に向けて屈折すなわち指向される。この例では、端面1
4との界面での反射による損失を減少させるため、ビー
ム26の入射角は端面14に対して実質的に垂直であ
る。しかしながら、当業者ならば、他の入射角も適用で
きることが理解されよう。この実施例では、光ビーム2
6を側壁18に向わせるように、また、端面14に対し
て直角に増幅器スラブ12を衝突させるように、端面1
4、16が側壁18、20に対して傾斜している。スラ
ブ増幅器12の屈折率により、スラブ増幅器12の中で
の光ビーム26は側壁18、20の間を前後に反射さ
れ、図示のように増幅器12内でジグザグビーム28と
して増幅される。次に、ジグザグビーム28は、スラブ
増幅器12の遠位端面16から増幅された光ビーム30
として発せられる。ジグザグスラブ増幅器の作用は当該
技術分野で良く理解されている。光ビーム28は、レー
ジングプロセスによりスラブ増幅器12の内部で増幅さ
れる。スラブ増幅器12の外部で側壁18、20の一方
又は両方に隣接して、フラッシュランプ又はダイオード
のような適当な付勢用光源(図示せず)を配置してもよ
い。この付勢用光源は、スラブ増幅器12を構成する結
晶材料の原子に関連する電子のレベルを励起状態に高め
るように作用する。電子がその非励起状態に戻ると、光
が原子から発せられ、ビーム28の強度を増大させる。
スラブ12の原子の中への光の吸収プロセス及び原子か
らの光の放出プロセスにより、スラブ増幅器12の中に
多量の熱が蓄積するので、水チャンネル(図示せず)の
ような冷却源が側壁18、20に隣接して設けられる。
上記米国特許出願第08/148,758号には、ダイオード励起
源及び水冷チャンネルを備えたジグザグ増幅器が開示さ
れている。
Light beam 26 is introduced into the proximal end face 14 of slab amplifier 12 from a suitable light source, such as a master oscillator (not shown in FIG. 1). The light beam 26 impinges on the end face 14 at an appropriate angle of incidence, which causes the sidewall 1
One of the side walls 8 or 20 (here, the side wall 18)
Is refracted or directed toward. In this example, the end face 1
The angle of incidence of the beam 26 is substantially perpendicular to the end face 14 so as to reduce the loss due to reflection at the interface with 4. However, one of ordinary skill in the art will appreciate that other angles of incidence are applicable. In this embodiment, the light beam 2
End face 1 so that 6 faces the side wall 18 and impacts the amplifier slab 12 at right angles to the end face 14.
4, 16 are inclined with respect to the side walls 18, 20. Due to the index of refraction of the slab amplifier 12, the light beam 26 within the slab amplifier 12 is reflected back and forth between the sidewalls 18, 20 and amplified within the amplifier 12 as a zigzag beam 28 as shown. The zigzag beam 28 is then amplified by the light beam 30 amplified from the distal end face 16 of the slab amplifier 12.
Is issued as. The operation of zigzag slab amplifiers is well understood in the art. The light beam 28 is amplified inside the slab amplifier 12 by a lasing process. A suitable energizing light source (not shown), such as a flash lamp or diode, may be located outside the slab amplifier 12 and adjacent one or both sidewalls 18, 20. The energizing light source acts to raise the level of electrons associated with the atoms of the crystalline material that make up the slab amplifier 12 to an excited state. When the electron returns to its unexcited state, light is emitted from the atom, increasing the intensity of beam 28.
A large amount of heat accumulates in the slab amplifier 12 due to the absorption process of light into the atoms of the slab 12 and the emission process of light from the atoms, so that a cooling source such as a water channel (not shown) is provided on the side wall. It is provided adjacent to 18 and 20.
U.S. patent application Ser. No. 08 / 148,758 discloses a zigzag amplifier with a diode pump source and a water cooled channel.

【0009】レージングプロセス及び冷却源の冷却効果
により発生した熱は、スラブ増幅器12の全体に亘って
温度勾配を生じさせる。この温度勾配により、スラブ増
幅器12内の種々の領域で別の屈折率が存在する。異な
る屈折率は、ビーム28の波面が均一でなくなる、すな
わち、波面がフラットでなくなるように、スラブ増幅器
12内の光ビーム28の伝播特性に影響を与える。この
ことは、ビーム28の異なる波面領域が、ビーム収差を
引き起こす異なる位相を有することを意味する。ジグザ
グスラブの設計者は、一般に、スラブ増幅器12内での
温度勾配を減じるのに有効となるように、平行な側壁1
8、20を互いに近接させることを試みる。この設計上
の試みは、温度勾配を減少させる上で幾分の成功を収め
ている。しかしながら、高出力且つ高精度の用途では、
このような温度勾配は、許容できない波面の非均一性を
引き起こす。ジグザグスラブ増幅器のこの設計は、光ビ
ーム28のジグザグ光路の結果として、一方向での波面
収差を除去する。より詳しくは、ビーム28の光路が側
壁18、20の間で前後に交差するので、ビーム28が
スラブ増幅器12の拡大領域を通過することにより生じ
る平均化効果が発生する。この平均化効果は、ビーム2
8のジグザグ光路の方向の波面収差を補正する。
The heat generated by the lasing process and the cooling effect of the cooling source causes a temperature gradient across the slab amplifier 12. Due to this temperature gradient, there are different indices of refraction in various regions within the slab amplifier 12. The different indices of refraction affect the propagation characteristics of the light beam 28 within the slab amplifier 12 such that the wavefront of the beam 28 is not uniform, ie the wavefront is not flat. This means that different wavefront regions of beam 28 have different phases that cause beam aberrations. Zig-zag slab designers generally prefer parallel sidewalls 1 to be effective in reducing temperature gradients within the slab amplifier 12.
Try to bring 8, 20 closer together. This design attempt has had some success in reducing temperature gradients. However, for high output and high precision applications,
Such temperature gradients cause unacceptable wavefront non-uniformities. This design of the zigzag slab amplifier eliminates wavefront aberrations in one direction as a result of the zigzag path of the light beam 28. More specifically, because the optical path of beam 28 intersects back and forth between sidewalls 18, 20, there is an averaging effect created by beam 28 passing through the expanded region of slab amplifier 12. This averaging effect is
8 to correct the wavefront aberration in the direction of the zigzag optical path.

【0010】図1に示す例では、波面収差はX方向に補
正される。しかしながら、ビーム28のジグザグ光路に
対して直交する方向(すなわち、Y方向)には、依然と
して波面の非均一性が存在する。ジグザグ平均化効果に
よってもこの方向の収差は補正されない。従って、ビー
ム30はこの方向の波面の非均一性を依然として有して
おり、この非均一性は、多くの用途にとってビームクオ
リティに許容できない影響を与える。図1及び図2に示
すジグザグスラブ増幅器12は、該増幅器12に導入さ
れる光ビーム26を増幅するスラブ増幅器である。スラ
ブ増幅器12は、レーザビームを発生するジグザグスラ
ブ共振器又は発振器でもよい。共振器の例としては、近
位端面14が完全に又は一部ミラー化され、遠位端面1
6が一部ミラー化される。光ビーム28は、光がレージ
ングプロセスにより増幅されるとき、ビーム28のジグ
ザグ光路に沿って端面14、16の間で前後に反射され
る。変形例として、スラブ増幅器12の外部で端面1
4、16に隣接してミラーを配置し、光ビーム28を増
幅器12内で前後に反射させてもよい。ビームの強度が
ひとたび或るレベルに到達すると、光ビーム30が一部
ミラー化された端面16から発せられるであろう。ジグ
ザグスラブ増幅器12が共振器として使用されるか又は
増幅器として使用されるかは、後述のように、本発明の
範囲に影響を与えない。
In the example shown in FIG. 1, the wavefront aberration is corrected in the X direction. However, there is still wavefront non-uniformity in the direction orthogonal to the zigzag path of beam 28 (ie, the Y direction). Aberrations in this direction are not corrected even by the zigzag averaging effect. Thus, the beam 30 still has wavefront non-uniformity in this direction, which has an unacceptable effect on beam quality for many applications. The zigzag slab amplifier 12 shown in FIGS. 1 and 2 is a slab amplifier that amplifies the light beam 26 introduced into the amplifier 12. The slab amplifier 12 may be a zigzag slab resonator or oscillator that produces a laser beam. As an example of a resonator, the proximal end face 14 is wholly or partially mirrored and the distal end face 1 is
6 is partially mirrored. The light beam 28 is reflected back and forth between the end faces 14, 16 along the zigzag optical path of the beam 28 as the light is amplified by the lasing process. As a modification, the end face 1 is provided outside the slab amplifier 12.
Mirrors may be placed adjacent 4 and 16 to reflect the light beam 28 back and forth within the amplifier 12. Once the beam intensity reaches a certain level, the light beam 30 will emerge from the partially mirrored end face 16. Whether the zigzag slab amplifier 12 is used as a resonator or as an amplifier does not affect the scope of the invention, as will be described later.

【0011】本発明の実施例によれば、ビーム30の一
方向(この例ではY方向)の波面の非均一性を補正する
一次元収差補正器32が提供される。ビーム30は補正
器32に導入され、この補正器32からは、X方向及び
Y方向の両方向において均一であり、従って位相収差を
もたないビーム34が発せられる。補正器32は一次元
の収差を補正するだけでよいので、この補正器32は、
直交する2方向の収差を補正する二次元適応光学要素(t
wo-dimensional adaptive optics) に比べ非常に簡単な
機器である。図示の例では、一次元収差補正器32は、
リニア配列の液晶セル36を有する液晶装置である。リ
ニア配列のセル36は、図示のように、すなわち、セル
36がY方向に重ねられ且つ各セル36がX方向に連続
するように配置される。所望ならば、電気制御装置38
がセル36に電気制御信号を与えて、セル36の屈折率
を電気的に調節する。ビームの波面を滑めらかにするよ
うに、補正器32の種々の領域の屈折率を選択的に変え
ることにより、光ビーム30の種々の部分が、光ビーム
の他の部分から独立して変化される。液晶ディスプレイ
の種々の領域の屈折率を電気的に制御する操作は、当該
技術分野では良く知られている。干渉計のような適当な
光学機器(図示せず)により、波面の均一性について出
力ビーム34を光学的に調べることにより、個々のセル
36の屈折率を選択的に制御して、Y方向でのビーム3
0の波面の均一性を調節することができる。スラブ増幅
器12がジグザグスラブ共振器である場合には、補正器
32を共振器の内部又は外部のいずれにも配置できる。
In accordance with an embodiment of the present invention, a one-dimensional aberration corrector 32 is provided for correcting non-uniformity of the wavefront of beam 30 in one direction (Y direction in this example). The beam 30 is introduced into a corrector 32, which emits a beam 34 which is uniform in both the X and Y directions and thus has no phase aberration. Since the corrector 32 only needs to correct one-dimensional aberration, the corrector 32
Two-dimensional adaptive optical element (t
It is a very simple device compared to wo-dimensional adaptive optics. In the illustrated example, the one-dimensional aberration corrector 32 is
A liquid crystal device having a liquid crystal cell 36 in a linear array. The cells 36 in a linear array are arranged as shown, that is, the cells 36 are stacked in the Y direction and each cell 36 is continuous in the X direction. If desired, electrical control 38
Provides an electrical control signal to cell 36 to electrically adjust the index of refraction of cell 36. By selectively changing the index of refraction of different regions of the corrector 32 so as to smooth the wavefront of the beam, different parts of the light beam 30 are made independent of other parts of the light beam. Be changed. The operation of electrically controlling the refractive index of various regions of a liquid crystal display is well known in the art. By selectively examining the output beam 34 for wavefront homogeneity by suitable optics such as an interferometer (not shown), the index of refraction of the individual cells 36 is selectively controlled in the Y direction. Beam 3
The uniformity of the 0 wavefront can be adjusted. If the slab amplifier 12 is a zig-zag slab resonator, the compensator 32 can be located either inside or outside the resonator.

【0012】一次元収差補正器32は、ビームの波面の
種々の領域を単一方向に選択的に変化させるのに適した
任意の装置であってもよい。例えば、補正器32は、M
eadowlark Optics社(コロラド州、L
ongmont)が市販している空間光変調器(Sha
peShifter(商標))のようなアドレス可能な
液晶位相変調器であってもよい。この空間光変調器は、
光の選択された周波数の特性を変えることにより、光ビ
ームの時間的プロファイルを成形することができ且つ高
解像度、高速度及び低コストを与える。もちろん、他の
用途には他の一次元収差補正器を使用することもでき
る。例えば、当業者に良く知られた機械的に変形可能な
圧電により駆動されるミラーを用いることもできる。こ
の形式の変形可能なミラーは、低解像度、高速度及び高
コストになる。また、他の形式の特注研摩補正板(custo
m ground corrector plates)を使用することもできる。
図3〜図5は、一次元補正器と組み合わせるジグザグス
ラブを含む本発明の種々の実施例を示す。図3は、発振
器42及び本発明による一次元収差補正器44を備えた
レーザ40を示す平面図である。発振器42には、スラ
ブ増幅器12の形式のジグザグスラブ共振器であって、
一方向のみの波面の位相収差を有するレーザビーム46
を発生するため、この共振器の端面がミラー化されてい
るか、別の外部ミラーを備えたジグザグスラブ共振器を
設けることができる。この実施例では、補正器44が、
補正されない方向の収差を補正して、補正されたレーザ
ビーム48を発生する。
The one-dimensional aberration corrector 32 may be any device suitable for selectively varying various regions of the beam wavefront in a single direction. For example, the corrector 32 uses M
eadowlark Optics (L, Colorado)
ongmont) commercially available spatial light modulator (Sha
It may also be an addressable liquid crystal phase modulator such as peShifter ™. This spatial light modulator
By altering the characteristics of selected frequencies of light, the temporal profile of the light beam can be shaped and provides high resolution, high speed and low cost. Of course, other one-dimensional aberration correctors can be used for other applications. For example, mechanically deformable piezoelectric driven mirrors well known to those skilled in the art may be used. This type of deformable mirror results in low resolution, high speed and high cost. Also, other types of custom-made polishing compensators (custo
m ground corrector plates) can also be used.
3-5 show various embodiments of the present invention including a zigzag slab combined with a one-dimensional corrector. FIG. 3 is a plan view showing a laser 40 having an oscillator 42 and a one-dimensional aberration corrector 44 according to the present invention. The oscillator 42 is a zigzag slab resonator in the form of a slab amplifier 12,
Laser beam 46 having wavefront phase aberration in only one direction
In order to generate, the end face of this resonator can be mirrored or a zigzag slab resonator with another external mirror can be provided. In this embodiment, the corrector 44 is
The aberration in the uncorrected direction is corrected to generate the corrected laser beam 48.

【0013】図4は、発振器52、増幅器54及び本発
明の一次元収差補正器56を備えたレーザ50の他の実
施例を示す。増幅器54には、スラブ増幅器12の形式
のジグザグスラブ増幅器を設けることができる。この実
施例では、発振器52は発振器42と同じ形式のもので
よく、増幅器54は、高出力を目的として更に光増幅を
行なうもので構成することができる。発振器52内のジ
グザグスラブ共振器及び増幅器54内のジグザグスラブ
増幅器は、同方向の波面の収差を補正する。従って、増
幅器54から発射される光レーザビーム58は、補正さ
れない一方向の収差を有している。一次元補正器56
は、この方向の収差を補正して、補正されたビーム60
を発生する。図5は、上記発振器42、52の形式の発
振器64、増幅器54の形式の増幅器66、及び本発明
の一次元補正器68を備えたレーザ62を示す平面図で
ある。レーザ62は、増幅器66から発せられた未補正
のビーム72の光路を反転させる折畳み光学要素(foldi
ng optics)70を有し、これにより、光ビームは増幅器
66に戻され、更に増幅される。この例では、光ビーム
は補正器68を2回通過して、補正されたビーム74を
発生する。この実施例では、補正器68は、図示の位置
76を含む種々の位置に配置して、未補正のビーム72
の補正を行なうことができる。
FIG. 4 shows another embodiment of a laser 50 including an oscillator 52, an amplifier 54 and a one-dimensional aberration corrector 56 of the present invention. The amplifier 54 may be provided with a zigzag slab amplifier in the form of the slab amplifier 12. In this embodiment, the oscillator 52 may be of the same type as the oscillator 42, and the amplifier 54 may be configured to provide additional optical amplification for high power output. The zigzag slab resonator in oscillator 52 and the zigzag slab amplifier in amplifier 54 correct for coplanar wavefront aberrations. Therefore, the optical laser beam 58 emitted from the amplifier 54 has an uncorrected unidirectional aberration. One-dimensional corrector 56
Corrects the aberrations in this direction to obtain the corrected beam 60
Occurs. FIG. 5 is a plan view showing a laser 62 with an oscillator 64 in the form of the oscillators 42, 52, an amplifier 66 in the form of an amplifier 54, and a one-dimensional corrector 68 of the present invention. The laser 62 folds a fold optic that reverses the optical path of the uncorrected beam 72 emitted from the amplifier 66.
ng optics) 70, which returns the light beam to the amplifier 66 for further amplification. In this example, the light beam passes through the corrector 68 twice to produce a corrected beam 74. In this embodiment, the corrector 68 is placed in various positions, including the illustrated position 76, to provide the uncorrected beam 72.
Can be corrected.

【0014】上記説明は、本発明の例示実施例を単に開
示したに過ぎない。当業者ならば、上記説明、添付図面
及び特許請求の範囲の記載から、本発明の精神及び範囲
を逸脱することなく、種々の変更を容易に考えることが
できよう。
The above description merely discloses an exemplary embodiment of the present invention. Various modifications will readily occur to those skilled in the art from the above description, the accompanying drawings and the appended claims without departing from the spirit and scope of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例による一次元収差補正器を備え
たジグザグスラブレーザを示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a zigzag slab laser including a one-dimensional aberration corrector according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のジグザグスラブレーザのジグザグスラブ
を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a zigzag slab of the zigzag slab laser of FIG.

【図3】本発明の他の実施例による一次元収差補正器を
有するレーザを示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a laser having a one-dimensional aberration corrector according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の別の実施例による一次元収差補正器を
有するレーザを示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a laser having a one-dimensional aberration corrector according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の更に別の実施例による一次元収差補正
器を有するレーザを示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a laser having a one-dimensional aberration corrector according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ジグザグスラブレーザ 12 ジグザグスラブ増幅器 26 光ビーム 28 ジグザグビーム 30 増幅された光ビーム 32 一次元収差補正器 36 液晶セル 38 電気制御装置 42 発振器 54 増幅器 70 折畳み光学要素 10 Zigzag Slab Laser 12 Zigzag Slab Amplifier 26 Optical Beam 28 Zigzag Beam 30 Amplified Optical Beam 32 One-Dimensional Aberration Corrector 36 Liquid Crystal Cell 38 Electric Control Device 42 Oscillator 54 Amplifier 70 Folding Optical Element

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光増幅装置を有し、該光増幅装置は、第
1方向での実質的に均一なビーム波面を有する光ビーム
を生成し、 前記光増幅装置からの光ビームに応答する一次元補正器
を有し、該一次元補正器は、前記第1方向に対して実質
的に直角な第2方向での光ビームの波面の非均一性を補
正する、ことからなるレーザ。
1. A primary device responsive to a light beam from the optical amplification device, the optical amplification device producing a light beam having a substantially uniform beam wavefront in a first direction. A laser comprising a source corrector, the one-dimensional corrector correcting for non-uniformity of a wavefront of a light beam in a second direction substantially perpendicular to the first direction.
【請求項2】 前記光増幅装置が、互いに密に間隔を隔
てた2つの平行な側壁を備えたジグザグスラブを有し、
また、前記光ビームが、ジグザグスラブを通って伝播し
て、スラブから発せられる前の増幅中、前記側壁の間で
前後に反射される、請求項1に記載のレーザ。
2. The optical amplification device comprises a zigzag slab with two parallel side walls closely spaced from each other,
The laser of claim 1, wherein the light beam also propagates through a zig-zag slab and is reflected back and forth between the sidewalls during amplification before being emitted from the slab.
【請求項3】 前記一次元補正器が、リニアなセル配列
を備えた空間光変調器であり、該空間光変調器は、前記
第2方向の波面の非均一性を補正するためにセルの屈折
率を選択的に制御するための手段を備えている、請求項
1に記載のレーザ。
3. The one-dimensional corrector is a spatial light modulator having a linear cell array, and the spatial light modulator comprises a cell for correcting non-uniformity of the wavefront in the second direction. The laser of claim 1, comprising means for selectively controlling the index of refraction.
【請求項4】 前記一次元補正器が、液晶光変調器、変
形可能ミラー及び補正板からなる群から選択される、請
求項1に記載のレーザ。
4. The laser according to claim 1, wherein the one-dimensional corrector is selected from the group consisting of a liquid crystal light modulator, a deformable mirror and a correction plate.
【請求項5】 前記スラブが光共振器の一部を構成す
る、請求項2に記載のレーザ。
5. The laser according to claim 2, wherein the slab forms part of an optical cavity.
【請求項6】 前記一次元補正器が共振器の中に配置さ
れている、請求項5に記載のレーザ。
6. The laser of claim 5, wherein the one-dimensional corrector is located in a cavity.
【請求項7】 前記一次元補正器が共振器の外部に配置
されている、請求項5に記載のレーザ。
7. The laser of claim 5, wherein the one-dimensional corrector is located outside the resonator.
【請求項8】 前記光増幅装置がイットリウム−アルミ
ニウム−ガーネット(YAG)結晶を有する、請求項1
に記載のレーザ。
8. The optical amplifying device comprises an yttrium-aluminum-garnet (YAG) crystal.
A laser according to claim 1.
【請求項9】 前記光増幅装置が発振器であり、該発振
器は2つの平行な側壁を備えた第1ジグザグスラブを備
え、また、前記光ビームが、第1ジグザグスラブを通っ
て伝播してジグザグ光路で前記両側壁間で前後に反射さ
れ、前記第1方向がジグザグ光路の方向である、請求項
1に記載のレーザ。
9. The optical amplifying device is an oscillator, the oscillator comprising a first zigzag slab with two parallel sidewalls, the light beam propagating through the first zigzag slab. The laser of claim 1, wherein the laser is reflected back and forth between the side walls in an optical path, and the first direction is a zigzag optical path direction.
【請求項10】 ジグザグスラブ増幅器を更に有し、該
ジグザグスラブ増幅器は、前記一次元補正器が光ビーム
に応答する前に発振器からの光ビームに応答し、該ジグ
ザグスラブ増幅器は、2つの平行な側壁を備えた第2ジ
グザグスラブを備え、光ビームが第2ジグザグスラブを
通って伝播してこの第2ジグザグスラブの側壁からジグ
ザグ光路で反射され、また、前記第1ジグザグスラブ内
の光ビームのジグザグ光路が、第2ジグザグスラブ内の
光ビームのジグザグ光路と同方向である、請求項9に記
載のレーザ。
10. A zigzag slab amplifier further comprising a zigzag slab amplifier responsive to a light beam from an oscillator before the one-dimensional corrector responds to the light beam, the zigzag slab amplifier comprising two parallel beams. A second zig-zag slab with a side wall, the light beam propagating through the second zig-zag slab and reflected from the side wall of the second zig-zag slab in a zig-zag optical path, and the light beam in the first zig-zag slab. 10. The laser of claim 9, wherein the zigzag optical path of is in the same direction as the zigzag optical path of the light beam in the second zigzag slab.
【請求項11】 折畳み光学要素を更に有し、該折畳み
光学要素は、光ビームが前記一次元補正器を通過した後
に光ビームの方向を反転させ、該折畳み光学要素によっ
て、光ビームが前記一次元補正器及びジグザグスラブ増
幅器に通って戻る、請求項10に記載のレーザ。
11. A folding optical element further comprising reversing the direction of the light beam after the light beam has passed through the one-dimensional corrector, wherein the folding optical element directs the light beam to the primary beam. The laser of claim 10, returning through the original corrector and the zigzag slab amplifier.
【請求項12】 ジグザグスラブ増幅器を更に有し、該
ジグザグスラブ増幅器は、光ビームが一次元補正器を通
って伝播した後に光ビームに応答し、該ジグザグスラブ
増幅器は、2つの平行な側壁を備えた第2ジグザグスラ
ブを備え、光ビームが第2ジグザグスラブを通って伝播
して該第2ジグザグスラブの側壁からジグザグ光路で反
射され、また、前記第1ジグザグスラブでの光ビームの
ジグザグ光路が、第2ジグザグスラブでの光ビームのジ
グザグ光路と同方向であり、また、前記レーザは折畳み
光学要素を更に有し、該折畳み光学要素は、光ビームが
スラブ増幅器を通過した後に光ビームの方向を反転さ
せ、該折畳み光学要素によって、光ビームが前記増幅器
及び一次元補正器に通って戻る、請求項9に記載のレー
ザ。
12. A zigzag slab amplifier further comprising a zigzag slab amplifier responsive to the light beam after the light beam propagates through the one-dimensional corrector, the zigzag slab amplifier having two parallel sidewalls. A second zigzag slab provided, wherein a light beam propagates through the second zigzag slab and is reflected in a zigzag light path from a sidewall of the second zigzag slab, and a zigzag light path of the light beam in the first zigzag slab. Are in the same direction as the zigzag optical path of the light beam at the second zigzag slab, and the laser further comprises a folding optical element, which folds the optical beam of the light beam after passing through the slab amplifier. 10. The laser of claim 9, which reverses direction and causes the folding optical element to return a light beam through the amplifier and the one-dimensional corrector.
【請求項13】 光増幅材料からなるジグザグスラブを
有し、該スラブは、第1端面、第2端面、第1側壁及び
第2側壁を有し、これら第1及び第2側壁は実質的に平
行であり、第1端面はスラブ内に導入される光ビームに
応答し、該光ビームは、ジグザグスラブを通って伝播し
て、スラブの第2端面から増幅された光ビームとして発
せられる前にジグザグ光路で第1側壁と第2側壁との間
で前後に反射され、また、前記増幅された光ビームはジ
グザグ光路での方向の実質的な波面の均一性を有し、 ジグザグスラブからの増幅された光ビームに応答する一
次元補正器を有し、該一次元補正器は、波面の均一性を
もつ光ビームを発生するために、ジグザグ光路に直角な
方向での増幅された光ビームの波面の非均一性を補正す
る、ことからなる固体ジグザグスラブ増幅器。
13. A zigzag slab made of a light amplifying material, the slab having a first end face, a second end face, a first sidewall and a second sidewall, the first and second sidewalls being substantially Are parallel and the first end face is responsive to a light beam introduced into the slab, the light beam propagating through the zigzag slab and before being emitted as an amplified light beam from the second end face of the slab. Reflected back and forth between the first side wall and the second side wall in the zigzag path, and the amplified light beam has a substantial wavefront homogeneity in the direction of the zigzag path and is amplified from the zigzag slab. A one-dimensional corrector responsive to the modulated light beam, the one-dimensional corrector of the amplified light beam in a direction orthogonal to the zigzag path for producing a light beam with wavefront uniformity. Compensates for non-uniformity of wavefront Zig-zag slab amplifier.
【請求項14】 前記一次元補正器が、リニア配列のセ
ルを備えた空間光変調器であり、該空間光変調器は、ジ
グザグ光路に直角な方向での波面の非均一性を補正する
ためにセルの屈折率を選択的に制御するための手段を備
えている、請求項13に記載の増幅器。
14. The one-dimensional corrector is a spatial light modulator having cells in a linear array, the spatial light modulator for correcting non-uniformity of a wavefront in a direction perpendicular to a zigzag optical path. The amplifier of claim 13, further comprising means for selectively controlling the index of refraction of the cell.
【請求項15】 前記一次元補正器が、液晶光変調器、
変形可能ミラー及び補正板からなる群から選択される、
請求項13に記載の増幅器。
15. The one-dimensional corrector is a liquid crystal light modulator,
Selected from the group consisting of deformable mirrors and correction plates,
The amplifier according to claim 13.
【請求項16】 互いに間隔を隔てた2つの平行側壁を
備えたジグザグスラブを用意する工程と、 光ビームを、前記ジグザグスラブの側壁から前後に反射
するように、該ジグザグスラブに通じて伝播させる工程
と、 光ビームがジグザグ光路の方向に実質的に均一なビーム
波面をもつように、前記ジグザグスラブから光ビームを
発する工程と、 一次元収差補正器を用意する工程と、 ジグザグ光路の方向に直角な方向での光ビームの波面の
均一性を補正するため、光ビームを前記ジグザグスラブ
から前記一次元補正器に導く工程とからなる、光ビーム
の波面の非均一性を補正する方法。
16. Providing a zigzag slab with two parallel sidewalls spaced apart from each other, and propagating a light beam through the zigzag slab so as to reflect back and forth from the sidewalls of the zigzag slab. A step of emitting a light beam from the zigzag slab so that the light beam has a substantially uniform beam wavefront in the zigzag light path direction; a step of providing a one-dimensional aberration corrector; and a zigzag light path direction. Guiding the light beam from the zigzag slab to the one-dimensional corrector to correct the uniformity of the wavefront of the light beam in the orthogonal direction.
【請求項17】 前記一次元収差補正器を用意する工程
が、リニア配列のセルを備えた空間光変調器を用意する
ことからなり、該空間光変調器では、ジグザグ光路の方
向に直角な方向での波面の均一性を補正するために別々
のセルの屈折率が別々に且つ選択的に制御される、請求
項16に記載の方法。
17. The step of preparing the one-dimensional aberration corrector comprises preparing a spatial light modulator having cells in a linear array, wherein the spatial light modulator has a direction perpendicular to a zigzag optical path. 17. The method of claim 16, wherein the indices of refraction of the different cells are separately and selectively controlled to correct the uniformity of the wavefront at.
【請求項18】 前記ジグザグスラブを用意する工程
が、前記ジグザグスラブを備えた光共振器を用意するこ
とからなり、また、前記一次元補正器を用意する工程
が、前記共振器に一次元補正器を設けることからなる、
請求項16に記載の方法。
18. The step of preparing the zigzag slab comprises preparing an optical resonator provided with the zigzag slab, and the step of preparing the one-dimensional corrector corrects the resonator one-dimensionally. Consists of providing a vessel,
The method of claim 16.
JP15721196A 1995-06-19 1996-06-18 Aberration control of zigzag slab laser Pending JPH0918071A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US49225895A 1995-06-19 1995-06-19
US08/492258 1995-06-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0918071A true JPH0918071A (en) 1997-01-17

Family

ID=23955585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15721196A Pending JPH0918071A (en) 1995-06-19 1996-06-18 Aberration control of zigzag slab laser

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPH0918071A (en)
DE (1) DE19623843A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998052261A1 (en) * 1997-05-09 1998-11-19 Komatsu Ltd. Band narrowing laser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998052261A1 (en) * 1997-05-09 1998-11-19 Komatsu Ltd. Band narrowing laser

Also Published As

Publication number Publication date
DE19623843A1 (en) 1997-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6999491B2 (en) High intensity and high power solid state laser amplifying system and method
JP3265173B2 (en) Solid state laser device
US8031749B2 (en) Passively Q-switched microlaser with controllable peak power density
US20050238071A1 (en) One-dimensional illumination apparatus and imaging apparatus
EP0458576B1 (en) Laser apparatus
KR101548286B1 (en) Regenerative ring resonator
US5305345A (en) Zigzag laser with reduced optical distortion
JP2007523499A (en) Laser equipment
JPH09509010A (en) A device for minimizing laser beam depolarization due to thermally induced birefringence.
KR20130045245A (en) High power femtosecond laser with adjustable repetition rate and simplified structure
US12080996B2 (en) Laser processing machine, processing method, and laser light source
US9502854B1 (en) Self-seeding high power laser
US7480318B2 (en) Side-pumped solid-state laser source, and pumping process for a solid-state laser source
JP5657139B2 (en) CO2 laser device and CO2 laser processing device
US5193096A (en) Acousto-optic Q-switched solid state laser
EP3657237B1 (en) Transmission adaptive optical system
KR102128636B1 (en) Device for amplifying a laser pulse having improved temporal contrast
US6785319B1 (en) Ultraviolet laser device
JPH0918071A (en) Aberration control of zigzag slab laser
WO2023272894A1 (en) Excimer laser, and line width narrowing apparatus and method
KR20230119143A (en) A device for amplifying a laser beam
JP3272674B2 (en) Laser processing equipment
JP4132690B2 (en) Slab laser
JP2001257174A (en) Laser annealing device and method
WO1992012557A1 (en) Laser beam generator