JPS63502453A - レーザビーム照準装置 - 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】 自動調心位相共役レーザ 発明の背景 １、発明の分野 この発明は照準および追随システムに使用される高エネルギーレーザおよび高精 度レーザ出力供給システムに関する。

特に、この発明は、光学媒体のゆがみを補償し、ジンバルのおよびジッタが補正 された自動調心ビームを出力するレーザシステムに関する。

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

ジンバルに支えられていないレーザ装置がジンバルに支えられた追従センサと結 合したレーザ照準および追従システムは視線の照準エラーを起こしやすい。これ らのエラーは１）熱屈折効果によるレーザビームのゆらぎとレーザ自身の光学台 のたわみによる場合、２）それぞれ熱応力と震動により生じた静的たわみと動的 運動による場合、および３）ジンバル軸のベアリングの消耗と非直交性による視 線の角度におけるゆらぎによる。レーザビームのゆらぎとはレーザビームの断面 の質量中心の位置の変化である。ベアリングの消耗とは、回転シャフトに対する ベアリングの軌道輪に関する種々の現象である。例えばラジアルの欠如とはベア リング軌道輪のシャフトの放射状の自由な遊びのことを指す。この遊びによりシ ャフトの軸が平行に所定量移行することができ、あるいは、ベアリングの面に対 して垂直な方向からずれることができる。

上述したレーザの照準および追随システムでは、温度を良好に制御し、構造設計 を適切に行い、コーナキューブやダハプリズムのような折畳み素子のようにその 位置を変化させても位置合せに影響を及ぼさない素子を用いることにより、レー ザビームのゆらぎを制御することが試みられた。また、最近ではビームの位相共 役を利用してレーザビームのゆらぎを制御することも試みられている。

レーザビームの波面歪みを修正するために位相共役を利用する技術は従来知られ ており、レーザシステムに組込むことにより種々の利点を有する。例えば、米国 特許第４．００５、。

９３５号は、遠隔地の目標に向けられた、位相補償された光学ビームを得るため の方法と装置を開示している。目標までの経路に沿った位相摂動の効果は実質的 に相殺され、目標に向けられたビームの回折が制限された収束が得られる。

米国特許第４．３２１．５５０号は高出力レーザシステムの光学歪みを修正し、 光学成分を最少限にする位相共役装置を開示している。この位相共役を修正する システムは特に慣性閉込め核融合システムに使用するのに適している。

米国特許第４．２３３．５７１号はレーザ内の光行差および時変現象によるレー ザ出力ビームの波面に生じた歪みを自己修正するレーザを開示している。時変現 象としては、空洞反射面の震動、加熱による反射面のそり、反射面のミスアライ ンメント、レイジング媒体の光行差、および（媒体が固体でない場合）レージン グ媒体の乱れなどが挙げられる。これらの原因による影響を自己修正することに より、システム効率を高め、回折が制限された状態、すなわち最適な焦点合せ能 力を有したシステムが得られる。

米国特許第４．４２９．３９３号は、レーザリング共振器に２つの異なる周波数 の位相共役をもちいて、いずれかの周波数または画周波数の、位相補償され、回 折制限された出力ビームを得る装置を開示している。

米国特許第４．３４４．０４２号は平均出力および／またはピーク出力を高めた シングルモード出力を得るために、効率損に影響を及ぼすことなく、強力にポン ピングされたレーザ媒体の光学的な不均一性を補償するために空洞内位相共役を 採用した自己再生レーザ発振増幅器用装置を開示している。

しかし、これらの発明はいずれもジンバル構造のコンプライアンス、ジンバルベ アリングの不完全性あるいは摩耗、およびジンバル軸の非直行性によるジンバル を有したレーザシステムの出力ビームのミスアライメントの問題について直接言 及しているものはない。現在、構造コンプライアンスの問題と、ジンバル軸のゆ れの問題は、機械設計を良くし、アクティブの入力ビームのアライメントシステ ムを用いて制御されている。一般的には、入力ビームアライメントシステムはビ ームの照準を合せる際の角度のずれを検出するための軸が平行に校正されたレー ザ源と受信装置を用いた閉ループサーボメカニカルシステムである。閉ループサ ーボメカニカルシステムは正確なビームステアリングミラーと組合わせることに より、じょう乱視線のバーニヤ校正を行っている。一般的にはこのような入力ビ ームアライメントシステムはきわめて複雑であり、反作用トルクフィードバック のためにサーボバンド幅が制限され、ミスアライメントしやすい。米国特許第４ ．３２６．８００号はこのようなレーザビーム波面と視線エラーを修正するため の複雑なシスムを開示している。このシステムは高エネルギー１次ビームの低エ ネルギーホログラフィのレプリカ回折格子である１次ミラーの頂点に低エネルギ ーの基準ビームを用いている。フォトディテクタをベースにしたサーボコントロ ールシステムは基準ビームの視線を低エネルギーレプリカの視線と比較し、主ビ ームの再配置を行うために、ビームステアリングミラーを作動させる制御信号を 発生する。サーボコントロールシステムは、波面センサも有している。センサは 低エネルギーレプリカの波面断面を解析し、贋の波面光行差を修正するために変 形可能なミラーを作動させる制御信号を発生する。

発明の要約゛ 自動調心位相共役レーザはレーザの照準および追跡システムの内部ジンバルに取 付けられた揺れ止めされたプラットフォームに自動的に調心される高出力レーザ ビームを出力する。

自動調心位相共役レーザはジンバル外のマルチパスレーザ出力増幅器と、位相共 役ミラー（通常共役ミラーと呼ばれている）ならびにジンバル上のシングル横モ ードレーザ発振器を用いて、出力するビームの特性と発振ビームの調心の安定化 を図っている。オプションで非線形の光学装置も用いた場合、自動調心位相共役 レーザは周波数逓倍のように、歪みの無い周波数変換を行うことができる。シン グルモードレーザ発信器と高出力レーザ増幅器は、ビームスプリッタと２つの反 射フォールディングエレメントにより光学的に結合される。２つの反射エレメン トの代わりに可とう性の導波管装置を用いてもよい。この導波管装置は例えばガ ラスあるいはプラスチックファイバで構成され、目標に光を管で送るように内部 反射を利用している。上述した構成の位相共役ミラーは増幅器および周波数変換 器の歪みによるビームの光行差ならびに、ジンバルに支持されたプラットフォー ムの移動と構造コンプライアンスの問題により、視線の角度とゆらぎの両方を補 償する。位相共役ミラーは種々の形態をとることができる。例３波混合、および フォトンエコー効果を使用した各装置などがある。

現行の入力ビーム調心システムの欠点はこの発明の自動調心位相共役レーザシス テムにより解決される。この発明のシステムでは、ビームのゆらぎおよびミスア ライメント（心の狂い）は、広帯域にわたって補償される。この発明によれば、 複雑な入力ビーム調心システムが不要になり、レーザおよびジンバルの設計も制 限が緩やかになる。

自動調心位相共役レーザは、レーザの照準および追随システムのジンバルに支持 されたプラットフォームに自動的に調心する高出力レーザビームを供給すること ができる。ジンバルの移動と構造コンプライアンスにより生じるビームの視線の 角度の変動とゆらぎを補償することができる。また、複雑なエレクトロメカニカ ルなサーボシステムも不要になる。このサーボシステムは反作用トルクフィード バックにより応答帯域が制限され、ミスアライメントを起こしやすいという欠点 がある。さらに、自動調心位相共役レーザを使えば、レーザとジンバルの構造に 伴う制約を緩和することができる。

従って、この発明はレーザの照準および追随システムにおけるビームの調心の新 しい方法を提供する。自動調心に対する受動的な位相共役アプローチには１）高 周波ジッタ（ゆらぎ）の補償、２）サーボ機構が不要になるのでシステムの信頼 度が高くなり、３）サイズおよび重量が減少し、４）開発および生産コストが安 くなるという利点がある。コストが安くなることにより、多くの潜在的な応用例 を考えることができる。

この発明が種々のアプリケーションに応用できることは、２つの全くかけはなれ たアプリケーションを考えれば明らかである。例えば、極端な例としてジンバル に支持されたプラットフォームは地球の大気圏上空の軌道を移動するサテライト 上にあり、高出力レーザ増幅器を地上に設ける場合が考えられる。他の極端な例 としては、外科医の手として、ジンバルを有したプラットフォームを使うことが 考えられる。この場合、高出力医学用レーザは、微妙で正確な手術を行う場合に 外科医の指、手、および腕の筋肉により方向が決められる可とう性の光学導波管 を介してビームを出力する。

従って、この発明の目的は、照準および追随システムのプラットフォームあるい はフレームに自動調心されるか、あるいは正確なレーザ出力供給システムの光フ ァイバの方向を持った末端により自動調心される高出力レーザビームを提供する ことである。

この発明の他の目的は、複雑でめんどうな閉ループサーボメカニカル入力ビーム 調心システムを使用することなく、広範囲な角度で方向付けができる高出力レー ザビームを提供することである。

この発明のさらに他の目的は、ビームのゆらぎおよびミスアライメントに対して 極めて広い帯域に渡って補償された高出力ジンバル配向レーザビームを供給し、 レーザおよびジンバルの構造上の制約を無（した高出力レーザビームを提供する ことである。

添附図面を参照して、好適実施例を説明することによりこの発明の目的をさらに 良く理解できる。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明の好適実施例の種々のセクションの配置を示すブロック図で ある。

好適実施例の説明 第１図は、自動調心移送共役レーザ１０の好適実施例を示す。シングル横モード レーザ発振器１２は、レーザ照準および追随システムあるいは高精度レーザ出力 供給システムの内部ジンバルの一部である、安定化プラットフォーム１３に取付 けられている。安定化プラットフォーム１３は、トラッキングセンサ１４および ビームスプリッタ１５が取付けられた光学ベンチとして機能する。トラッキング センサ１４は、一般にはテレビジョンカメラまたは前方監視赤外線（ＦＬＩＲ） センサであり、角度誤差信号をサーボメカニカルシステムに供給し、照準および 追随システムの内部ジンバルに位置する安定化フラットフオーム１３の照準を取 る。シングルモードレーザ発振器１２、トラックセンサ１４、およびビームスプ リッタ１５を、内部ジンバルの一部を構成する、安定化プラットフォーム１３に 取付けることにより、構造コンプライアンスにより生じるミスアライメントの誤 差およびゆらぎを最少にすることができる。高品質レーザ発振ビームは、反射平 表面の一部を構成するビームスプリッタ１５により反射されて内部ジンバルの安 定化プラットフォーム１３から出力される。ビームスプリッタ１５で反射された 後、高品質シングル横モードレーザ発振ビームは、ジンバル軸１６．１７からな る骨組（あるいは他の実施例における均等物）を通過し、２つの反射素子１８お よび１９および図示しない他の反射素子により反射さ゛れる。反射素子１８およ び１９は、”全角”反射素子である。すなわち、反射素子が回転する角度に等し い反射ビームの角度変動量が得られる。反射素子１８−は、照準および追随シス テムの内部ジンバルに取付けられてはいるが、安定化プラットフォーム１３の一 部ではない。反射素子１９はジンバルの外部に取付けられるが、特定の照準およ び追随システムでは、固定砲架に取付けられる。反射素子１８および１つの間の 光学路を曲げる反射素子をさらに設けても良い。

反射素子は多くの一般的な金属または誘電材料がコーティングされたミラーある いは、レーザ発振波長を含む波長レンジにおいて最大反射が得られる全反射プリ ズムで構成し得る。

他の実施例として、反射素子１８および１９は、ガラス、プラスチックまたは導 波管の一方から他方ヘレーザを”管で送る“ための全反射現象を利用した光学フ ァイバのような可とう性の光学導波管で構成してもよい。この実施例の場合には 、光学ファイバの可とう性を利用して、安定化プラットフォーム１３とジンバル 外部のレーザ増幅器２１あるいは非線形の周波数変換装置２０との間で前後に光 ビームを結合する。

このような実施例はレーザ外科医学や、レーザによるマイクロッアプリケーショ ンのように対象領域が極めて小さい場合に有効である。レーザ外科手術の場合に は、外科医の手は、第１実施例の安定化プラットフォームに相当する。

エネルギー密度が低いので、変換される周波数は小さい。レーザ電力増幅器２１ は複数の部分（図では１つしか示していない）からなり、発振波長のゲインを高 める。レーザ電力増幅器２１から出力されるレーザビームの波面は、レーザ電力 増幅器２１および非線形周波数変換装置２０（備わっている場合）のサーマルレ ンジング（ｔｈｅｒｍａｌｌｅｎｓｉｎｇ）によりずれる。光行差は、電力増幅 器と周波数変換装置の不等質性によるビームのゆらぎによっても生じる。さらに 、ビームはジンバルの構造の可とう性によって調心がずれたり、ベアリングの摩 耗や製造上の不完全さによってもゆらぎ、さらにはジンバル軸が互いに直交して いないために視線がゆらいだりする。　位相共役ミラー２２はその波面が入射波 面の複合位相共役像である反伝搬ビームを発生する。位相共役ミラー２２はその 機構に応じて種々の実施例が考えられるので、位相共役ミラー２２内に非線形光 学媒体を採用することにより、位相共役ミラー２２に入射するビームの位相共役 像を出力する。

ある実施例では、位相共役ミラー２２は誘導ブリユアン散乱として知られる効果 にもとずく装置である。音波は、加圧メタン、テトラフルメタン、あるいは二硫 化炭素などの非線形光学媒体中で作られる。ブリユアン散乱に使用できる非線形 光学媒体は、固体、液体、気体に関係なく使用できる。音波は電気ひずみの処理 を通して作られる。電気ひずみの処理は、入射ビームと非線形散乱媒体に存在す る大きな電界強度間の相互作用を含む。散乱媒体の濃度は電気ひずみ処理により 周期的に変調され、音波は電界に応答して作られる。この処理には例えばレーザ により供給されるような十分な光エネルギーが必要である。何故なら、ある電力 のしきい値があり、それ以下だと、誘導ブリユアン散乱が起こらないからである 。

散乱媒体に発生した音波はナノセコンドのオーダの時間間隔で作られる。このオ ーダは、乱流、熱伝導、機構的外乱、および多くの同類の現象に伴う時間よりも はるかに高速である。

誘導ブリユアン散乱内では、作られた音波は入射光学波面に一致し、音波に衝突 する波面の反射面の働きをする。音波に衝突する光波は反射され、それらの波面 は、入射波面の複合位相共役像になる。ドプラ効果から生じる周波数偏移は、誘 導ブリユアン散乱媒体において遠ざかる音波からの光波の逆反射により生じる。

この周波数偏移は１／１００，０００のオーダであり、性能に影響を及ぼす心配 は無い。

それゆえ、位相共役ビームがレーザ増幅器２１、非線形周波数変換装置２０、お よびジンバル光学１８．１９を横切ると、第１の通過後に現れるビームの光行差 と角ミスアライメントは、完全に補償される。レーザ出力増幅器２１を２度通過 した後では、ビームは十分な強度を有しているので、非線形周波数変換装置２０ を用いている場合には、それにより効率良く変換される。ビームスプリッタ１５ を介して結合される出力ビーム２３は、増幅媒体、非線形媒体、およびジンバル システムにより生じる視線ジッタあるいは光学ひずみにもかかわらず、安定化プ ラットフォーム１３に取付けられたジンバル上のレーザ発振器１２の光学特性と アライメント精度を示す。

非線形周波数変換クリスタル２０のような偏光検出素子を用いた場合、反射素子 １８．１９の移動により生じる偏光回転を補償するために偏光逆回転の手段が必 要になる。一方がビームスプリッタ１２と反射素子１８との間に位置し、他方が 反射素子１９と非線形周波数変換装置２０との間に位置する一対の四分の一波長 板あるいは、偏菱形プリズムにより所望の偏光逆回転を得ることができる。

レーザ発振器１２とレーザ出力増幅器２１は同一タイプの利得媒体を使用してい る。すなわち、少なくとも一部がオーバラップするような利得カーブを生じるよ うな同一波長を有するタイプである。利得媒体としては、ルビー、ネオジミウム をドーピングしたイットリウムーアルミニウムーガーネッ）　（ＹＡＧ）のよう な結晶体、ネオジミウムをドーピングしたガラスのようなドーピングガラス、ガ リウムーヒ素のような半導体、二酸化炭素のような気体、ローダミン６Ｇのよう な蛍光染料を含む液体、あるいは他の従来より知られている利得媒体が含まれる 。いずれの場合（レーザ発振器１２あるいはレーザ出力増幅器２１）にも、利得 媒体は、キセノンフラッシュランプ、高圧電気放電、高エネルギー電子ビームあ るいは他のレーザからの光のような図示しない一般的な手段により励起される。

両立可能な利得媒体を用いた例としては、発振器１２としてインジウムーガリウ ムーヒ素のような１．０６マイクロメータのレーザダイオードをレーザ外科手術 医療具の握りの部分に配置するとともに、１．０６マイクロメータのネオジミウ ム、ＹＡＧあるいはネオジミウム、ガラスレーザ増幅器２１を遠隔に配置し、グ ラスファイバの導波管を仔した器具の握りの部分と接続させる例がある。

位相共役ミラー２２は、下記にクレームするように、自動調心位相共役レーザ１ ０の実施例が変わることにより種々の形態を取ることができる。上述した第１実 施例に使用された誘導ブリユアン散乱の処理の他に、縮退四波混合、三波混合、 およびフォトンエコー効果と一般に呼ばれている現象が使用される他の実施例も 考えられる。これらの現象はすべて非線形光学を網羅した記事や本に記載されて いる。例えば、ニューヨークにおいて、Ｈａｌｔ、Ｒｉｎｅｈａｒｔ、およびＷ ｉｎｓｔｏｎにより１９８５年に出版されたＡｍｎｏｎＹａｒｔｖ著「光学エレ クトロニクス」の本の第３版、１９８５年にニューヨークでＮｏｒｔｈ−Ｈｏｌ 　１ａｎｄにより出版され、Ｍ、Ｂａ５ｓおよびＭ、５ｔｉｔｃｈにより編集さ れた「レーザハンドブック」第４巻の中の記事で、Ｄ、Ｍ、Ｐｅｐｐｅｒにより 書かれた”非線形光学位相共役”に、さらに１９８５年にニューヨークのアカデ ミツクブレス社により出版されたＲ、Ａ、Ｆｉｓｈｅｒ著「光学位相共役」に記 載がある。三波混合、縮退四波混合、およびフォトンエコー効果を利用した位相 共役ミラーの実施例は、従来より知られており、米国特許第４．３２１．５５０ 号（発明者：Ｅｖｔｕｈｏｖ）および米国特許第４，２３３，５７１号（発明者 ：Ｙａｒｉｖ）等の種々の米国特許に記載がある。

位相共役ミラー２２の第１実施例は誘導ブリユアン散乱装置である。この装置で は、光行差により変形した入射波面が、加圧メタン、テトラフルメタン、あるい は二硫化炭素等の媒体中において音波を作る。音波は、入射レーザビームの非常 に大きな電界強度が前記媒体と相互作用する処理である、電気ひずみ処理により 作られる。媒体の濃度は、入射光波の歪んだ波面を生じる恐れのある機構による 場合の時間に比べてはるかに短い時間で、電気ひずみ処理により周期的に変調さ れる。音波に相関した周期的な濃度変化は、音波に衝突する光行差を生じた波面 の反射面として作用する。入射光学波面の複合位相共役像は反射され、反射され た波が、最初変形を生じた光行差に再び遭遇すると、歪んだ波形は光行差を通過 することにより修正される。

位相共役ミラー２２の第２実施例では、波面の修正に縮退四波混合の処理を用い ている。同一波長を有する２つの同一レーザかもしくは１つのビームスプリッタ と組合わせて、放射された２つのポンプ波により、対向する方向から非線形媒体 に入射されるコヒーレント光学ビームを出力する。前記２つのポンプ波および前 記媒体によりずれた波面の相互作用により前記媒体中に位相ホログラムが作られ る。前記媒体に入射したずれた波面は位相共役波形として反射される。あるいは 、適当な吸収または増幅媒体を用いて、振幅ホログラムを前記媒体中に作り、位 相共役処理をおこなっても良い。

第３の実施例はパラメトリックダウンコンバージョンと呼ばれる三波混合処理を 使用することである。ずれた入射波面が非線形媒体をたたき、さらに外部レーザ が、ずれた波面であって同一方向から入射した波面の２倍のポンプ周波数を有す る波を放射する。波と媒体の相互作用により位相共役波形が生じ、非線形媒体を 介して伝搬される。つぎに、この波形は、一般的な手段により、ずれた入射波面 の最初の光学路に添って戻り送信される。

この発明の他の実施例では、フォトンエコーの処理を用いが異なる点を除いては 、誘導ブリユアン散乱に類似している。

フォトンエコー処理では、ずれた入射波面が媒体を変形させる。時間的に遅れて 同一媒体に衝突する外部レーザにより放出されるレーザパルスは、ずれた入射波 面の複合位相共役波面として反射される。この処理は非常に高速であり、誘導ブ リユアン散乱による処理よりも速い。この処理は、ずれた波面が入射される非線 形媒体の表面の数センチメートル内に生じる。

非線形周波数変換装置２０は採用される物理的機構の精度に応じて形態が異なる が、殆どはある媒体の非線形光学特性としも知られる周波数逓倍であり、もう１ つは誘導ラマン散乱である。

非線形光学媒体の周波数変換効果を説明することは、光ビームが誘電媒体を介し て伝搬する方法を説明することになる。

材料媒体は、核および相関する電子が電気双極子を形成する原子または分子を構 成する。光ビームの電磁放射はこれらの双極子と相互作用して、発振させる。こ れらの発振双極子は、自分自身が、電磁放射源となる。双極子の震動の振幅が小 さい場合、双極子が放出する放射線は入射放射線と同一周波数を有する。しかし ながら、入射放射線の強度が増大するにっれ、双極子の発振周波数の高調波を生 じるようになる。二次のかつ最も大きな周波数高調波は入射放射線の２倍の周波 数の現象は、中心線に対して対象の構造を有する固体には見られない。周波数逓 倍された光を生じる結晶では、分散により、周波数逓倍された光が、逓倍されな い周波数の光とは異なる速度で移動する。この結果弱め合う干渉効果により、結 晶を通過する周波数逓倍された光の強度に周期的変化を生じる。

ビームの伝搬速度を等しくできれば、さらに強力な周波数逓倍されたビームが得 られる。位相整合としても知られる速度等価技術は、複屈折よりも散乱が小さい 複屈折結晶を用いることにより得ることができる。アンモニウムジヒドドロジェ ンホスフエ−）　（ＡＤＰ）の結晶と、りん酸二水素（重水素）、カリウム（Ｋ Ｄ＊Ｐ）の結晶はこの材料グループに属し、２０ないし３０％の効率が得られる 商業用レーザシステムの二次高調波発生に共通に使用されている。さらに高い変 換効率を有する新しい材料がいくつか見付かっている。リチウムニオブ塩酸は高 い変換効率を有するが、屈折率はほとんどレーザ出力に依存する。この効果はオ プティカルダメージとして知られ、リチウムニオブ塩酸では、１６０℃以上では 生じないことが知られている。リチウム塩酸を用いた周波数逓倍器は位相整合さ せるように正確に制御された温度のオーブンの中に保持する必要がある。もう１ つの材料である、バリウムナトリウムニオブ塩酸はさらに高い周波数変換効率を 有し、オプティカルダメージの影響を受けない。

周波数変換に使用できるもう１つの効果は、誘導ラマン散乱である。通常のラマ ン散乱では、入射光ビームのフォトンは分子により散乱され、異なる波長を発生 する。単色性ビー放射線が入射ビームよりも長い波長を有している場合、”スト ークス線′と呼ばれる。入射ビームよりも短い波長を有する放射スペクトル線は ２反ストークス線”と呼ばれる。放射に対応するエネルギーの現象および反スト ークス線に対応するエネルギーの増大による、振動エネルギー、電子スピン、お よび分子の回転レベルの差による。特定の波長の散乱されたビームは、入射ビー ムの方向の周囲に明確な円すいとして現れる。誘導ラマン散乱では、通常のラマ ン効果で放出されたフォトンはさらにラマン放出するように誘導される。レーザ によってラマン能動媒体を強力にポンピングすることにより、ストークス線およ び反ストークス線に対応する波長の利得が得られる。このポンピングにより、上 述した波長の発振を行うことができる。水素、重水素およびメタンは、今まで使 用されている分子性気体の一部である。気体密度が増大すると効果が高まるので 、これらの気体は通常圧力をかけられる。

出願人の実験結果によれば、受動位相共役ミラーが、レーザビームのゆらぎを効 率よく補償する。５ＨｚのパルスのＮｄ　：　ＹＡＧレーザ、ビームのゆらぎを 誘導する走査プリズム、および焦点レンズと圧力のかけられたメタンを含むセル からなる簡単な位相共役ミラーを用いた場合、約４ミリラジアンの実行ビームの ゆらぎが、通常のレーザの約１０マイクロラジアンの残留ビームのゆらぎに減少 した。さらに、この３の概略値（１０００の係数、すなわち１０の３乗）の補償 能力は、何等の基本的制約がない。さらに大きなビームのゆらぎに対する補償は 、高平均出力の実用レーザ発振増幅器システムにおいてみられるビームのゆらぎ の補償条件を越えていると思われるので実験していない。位相共役ミラーは光学 路に存在すると思われるずれを補償するという結果も得られた。一般的なミラー に精度の悪い光学素子を用いると、３の係数だけビームの発散が増大したが、位 相共役ミラーを用いた場合には、ビームの発散の増大は１０％以下の無視できる 値であった。

以上、この発明について特定の好適実施例を挙げて説明したが、この発明の範囲 を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは当業者には当然理解できると ころである。

国際調査報告 ｍｆ１１＠ＩＩ８ＭＩＡ紳１１ｃｌｌｌ＠ＭＮａ、ＰＣＴ／υ５８６１０２５６ ７Ａ−”ａＪＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＳＥＡ、ＲＣ ＨＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．照準装置の実質的にすべての回転と移行が前記放射線放射手段により同時か つ同期して経験的に得られるように前記照準装置に機械的かつ固定的に結合され た放射線放射手段を有した、ビームまたは放射線を照準装置に自動的に調心する 装置。
2. ２．前記放射線放射手段はレーザであることを特徴とする請求の範囲１に記載の 装置。
3. ３．前記照準装置は外部放射ビームを走査し、一度前記外部放射ビームが検出さ れると前記外部放射ビームにロックするトラッキングセンサであることを特徴と する請求の範囲１に記載の装置。
4. ４．前記放射線放射手段および前記照準装置は固定的かつ機械的に共通のフレー ムに接続されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の装置。
5. ５．前記共通フレームはレーザウエポンシステムの内部ジンバルであることを特 徴とする請求の範囲１に記載の装置。
6. ６．知覚された外部偵察放射線ビームの方向に高エネルギーレーザウエポンの照 準を自動的に合せる方法において、移動する走査および検出手段を用いて前記外 部放射ビームを探索し、収集することにより前記外部放射ビームを検出するステ ップと； 前記検出された外部放射ビームを前記走査および検出手段に格納された基準値と 比較するステップと；前記検出された外部放射線が前記外部偵察放射ビームであ ると間違いなく認識されたとき、前記走査および検出手段の移動を凍結するステ ップと；および 前記走査および検出手段の移動が凍結されたとき、前記移動する走査および検出 手段に同期して、機械的に、および電気的に結合され、前記移動する走査および 検出手段を備えたジンバル上に配置された高エネルギーレーザを同時に放射して 、実質的かつ瞬時に高エネルギーレーザビームを前記外部偵察放射ビーム源に供 給するステップとで構成されることを特徴とする知覚された外部偵察放射線ビー ムの方向に高エネルギーレーザウエポンの照準をを自動的に合せる方法。
7. ７．リモートトランスミッタからの電磁信号を受取るステップと； 指向性アンテナ手段を、トラッキング調心手段を用いて、前記受信した電磁信号 の方向に合せるステップと；前記受信した電磁信号を、複数の格納された識別特 徴データと相関させるステップと；前記リモートトランスミッタからの電磁信号 を受信した時、前記指向性アンテナ手段の瞬時高度、瞬時方位マッチングおよび 瞬時空間オリエンテーションに対して、ローカルトランスミッタを同期させ、か つ実質的に平行な空間オリエンテーションを維持することにより、前記受信した 電磁信号の方向に前記ローカルトランスミッタの照準を合せるステツプと；およ び 前記リモートトランスミッタから受信した電磁信号が前記複数の格納された識別 特徴データと一致した場合に実質的に瞬時に前記ローカルトランスミッタを作動 させるステップとで構成されることを特徴とする、リモート放射線トランスミッ タおよびローカルトランスミッタを通信する方法。
8. ８．可動ジンバル上に取付けられ、遠隔地の目標に合せることができる、照準お よび追随センサと；前記可動ジンバル上に取付けられ、コヒーレントビームを放 射することのできるレーザ発振器と；前記コヒーレントビームを前記遠隔地の目 標に向けるフォーカス手段と；および 前記コヒーレントビームを増幅し、前記コヒーレントビームを自動的に調心し、 ビームのゆらぎを制御し、高周波ジッタを補償するレーザ増幅手段とで構成され るレーザシステム。
9. ９．前記レーザ発振器はシングル横モードレーザ発振器であることを特徴とする 請求の範囲８に記載のレーザシステム。
10. １０．前記フォーカス手段はビームスプリッタと複数のフォールディングミラー を有していることを特徴とする請求の範囲８に記載のレーザシステム。
11. １１．前記フォーカス手段は偏光出力カプラを有することを特徴とする請求の範 囲８に記載のレーザシステム。
12. １２．前記フォーカス手段は可とう性の光学導波管を有することを特徴とする請 求の範囲８に記載のレーザシステム。
13. １３．前記レーザ増幅手段はさらに前記コヒーレントビームを増幅する位相共役 手段をさらに有したことを特徴とする請求の範囲８に記載のレーザシステム。
14. １４．前記位相共役手段はブリュアン散乱を用いて前記コヒーレントビームを増 幅することを特徴とする請求の範囲１３に記載のレーザシステム。
15. １５．前記位相共役手段はパラメトリックダウンコンバージョンを用いて前記コ ヒーレントビームを増幅することを特徴とする請求の範囲１３に記載のレーザシ ステム。
16. １６．前記位相共役手段は四波混合を用いて前記コヒーレントビームを増幅する ことを特徴とする請求の範囲１３に記載のレーザシステム。
17. １７．前記位相共役手段はフォトンエコー効果を用いてコヒーレントビームを増 幅することを特徴とする請求の範囲１３に記載のレーザシステム。
18. １８．周波数変換手段をさらに有したことを特徴とする請求の範囲８に記載のレ ーザシステム。
19. １９．前記周波数変換手段は周波数逓倍装置であることを特徴とする請求の範囲 １８に記載のレーザシステム。
20. ２０．前記周波数変換手段は誘導ブリュアン散乱を使用することを特徴とする請 求の範囲１９に記載のレーザシステム。
21. ２１．目標を発見し、前記目標に対してレーザビームを発射する、トラッキング および射撃統制システムにおいて、プラットフォームに取付けられた可動ジンバ ルと；前記可動ジンバルに取付けられた照準およびトラッキングセンサと； 前記可動ジンバルに取付けられたシングル横モード発振器と； 前記可動ジンバルに取付けられ、前記レーザビームの照準を前記遠隔地の目標に 合せるフォーカス手段と；前記プラットフォームに取付けられた非線形周波数変 換器と； 前記プラットフォームに取付けられたレーザ増幅器と；前記プラットフォームに 取付けられた受動位相共役セルとを備え、 前記センサは、外部放射線を受信し、前記外部放射線を前記センサ内に電子的に 格納された複数の信号特徴値と比較し、前記受信した外部放射線が前記複数の格 納された信号特徴値と間違いなく相関している場合には、前記レーザ発振器に作 動信号を送信し、前記センサにより目標をとらえるのと同時に高エネルギーレー ザビームを前記目標に供給することができることを特徴とするトラッキングおよ びレーザ射撃統制システム。
22. ２２．プラットフォーム上に設けられたトラッキングセンサと照準機構とにより 制御される、共通の、安定化され、剛体の、可動プラットフォーム上に基準レー ザ発振器を載置するステップと；および 前記プラットフォーム外に取付けられた前記基準レーザ発振器およびレーザ電力 増幅器により発生され、時間反転装置に入射するずれた波面の伝搬方向を反転さ せると同時に、前記時間反転装置に対して、前記ずれた波面を反転させることな く、前記入射した、ずれた波面を保持する時間反転技術により、前記基準レーザ 発振器から出力され、前記プラットフォーム外に取付けられた複数の指向素子を 通過し、前記プラットフォーム外に取付けられたレーザ増幅器を通過した出力ビ ームが、前記プラットフォームに取付けられたトラッキングセンサにより指示さ れた目標方向に対応する視線方向に確実に合せるステップとで構成されることを 特徴とする遠隔地の目標にレーザエネルギーを供給する方法。