KR20190094373A - 주파수 드리프트 및 복수의 출력들을 갖는 증폭기 시스템 - Google Patents

주파수 드리프트 및 복수의 출력들을 갖는 증폭기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은,
- 신장 팩터 tx_stretch 의 신장기 (10),
- 케스케이드에서의 M 개의 증폭기들 (201, ...20M),
- 각 증폭기의 출력부에 각각 배치된 M 개의 출력 압축기들 (311, ,,,30M)
을 포함하는 M-출력 (M>1) 처핑된 펄스 증폭 체인 (100) 에 관한 것이고,
그것이,
- 신장기와 제 1 증폭기 사이에 배치된 부분적 압축 디바이스 (50) 로서, 이 부분적 압축 디바이스는 적어도 하나의 부분적 압축 팩터를 가지고, 하나의 (또는 하나보다 많은) 부분적 압축 팩터(들)는 tx_stretch 보다 더 낮은, 상기 부분적 압축 디바이스 (50), 및
- 신장기 (10) 로부터 출력된 빔을 수신하도록 그리고 그 빔을 출력 압축기들 중에서 선택된 출력 압축기에 따라 부분적 압축 디바이스 (50) 에 또는 케스케이드의 제 1 증폭기 (201) 에 직접 보내도록 구성된 광학적 스위치 (40) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

주파수 드리프트 및 복수의 출력들을 갖는 증폭기 시스템
본 발명의 분야는 다중-출력 처핑된 증폭 체인들에 관한 것이다.
단일-출력 증폭 체인은 레이저 펄스를 신장 팩터 (stretching factor) tx_stretch 로 시간적으로 신장시키기 위한 기능의 신장기 (stretcher) 를 그것의 입력부에서 포함하는 것이 상기될 것이고, 도 1 에서 예시된 바와 같이, 신장된 펄스는 그 다음에 증폭기에 의해 증폭된 다음에, 진공 챔버에 놓인, 압축 팩터 tx_compression = tx_stretch 의 시간적 압축기에 의해 압축된다. 때때로, 문헌에서 규약에 의해, tx_compression = -tx_stretch 이지만, 이 규약은 이하에서 채택되지 않았다. 압축기 (compressor) 의 기능은 신장기의 신장에 대해 보상하기 위한 것이다. 신장기 및 압축기들은 통상적으로 회절 격자들 (diffraction gratings) 을 포함한다.
도 2 에서 예시된 바와 같이, M-출력 증폭 체인은 신장기 (100) 의 출력부에서 케스케이드로 M 개의 증폭기들을 포함하고, 각각의 증폭기 (20i) (i 는 1 에서부터 M 까지 변화됨) 는 그 자신의 압축기와 연관되며 (따라서 M 개의 압축기들 (30i) 이 존재함), 각 압축기의 출력부들은 함께 체인의 M 개의 출력부들을 형성한다. 각 레이저 증폭기로부터의 출력부에서, 레이저 빔은 상기 증폭기와 연관된 압축기로 또는 다음 증폭기로 전송될 수도 있다.
증폭 체인을 통한 펄스의 경로를 따라, 펄스는 각 광학 엘리먼트의 영향 및 에너지 제약들을 포함하는 소정의 제약들을 존중해야만 하고, 이는 각 광학 엘리먼트에 대해 최소 입사-빔 직경이 정의되어야 함을 필요로 한다. 다중-출력 증폭 체인의 경우에서, 이것은, 증폭기들의 수가 더 많을 수록, 케스케이드에서의 증폭기의 랭크가 증가함에 따라 최소 빔 직경은 더 크게 되고 (빔의 공간적 확산이 증가), 문제의 증폭기의 치수들이 더 크게 된다. 각 엘리먼트의 치수들이 이 직경에 의존함에 따라, 그리고 그것들이 특히 벌크 (bulk) 및 비용의 이유들로 인해 가능한 한 작게 만들어짐에 따라, 이것은 광학 엘리먼트의 치수들을 증가시키게 되고, 따라서 그것의 비용을 증가시키게 된다. 최소 직경은 체인의 단부에서, 즉, 출력 압축기 No. M 의 입력부에서 최대이다. 마지막 출력부에서의 마지막 압축기는 고 에너지의 레이저 펄스를 수신하고, 따라서, 이 압축기에서 사용되는 격자들이 그 레이저 플럭스를 견디는 것이 가능한 것을 보장하기 위해 큰 직경이다. 이 압축기에서의 레이저 빔의 비네팅 (vignetting) 을 제한하기 위해서, 격자들은 서로로부터 멀리 떨어지고, 이는 (비네팅을 고려하지 않고 레이저 증폭기들의 광학계의 플럭스 저항성에 대해 계산되었던) 신장기의 신장 팩터와 더 이상 동일하지 않은 압축 팩터에서의 증가를 초래한다. 구체적으로, 압축 팩터는 격자들 사이의 거리에 비례한다는 것이 상기될 것이다. 신장 팩터가 출력으로서 전달될 변환-제한된 펄스에 대한 압축 팩터와 동일하여야 함에 따라, 신장기는 나중의 압축기에 정합되어야만 하고, 마지막 압축기 (압축기 No. M) 의 압축 팩터와 동일한 신장 팩터를 가져야만 한다. 따라서 모든 중간 압축기들 (압축기들 Nos. 1 내지 M-1) 을 신장기의 신장 팩터에 정합 (match) 시킬 필요가 있다. 그것들의 격자들 사이의 거리는 그것들이 단일-출력 구성에서 사용되는 경우에서보다 더 크게 되고, 이것은 그것들의 격자들의 그리고 그것들의 진공 챔버의 치수들이 증가될 것을 요구한다.
이러한 문제는 매우 높은 에너지들 및 높은 파워들을 갖는 다음과 같은 예에서 예시될 것이다.
예를 들어, 10 ps/nm 과 동일한 신장 팩터의 신장기, 증폭기 No. 1 의 출력부에서의 25J 의 에너지, 압축기 No. 1 의 출력부에서의 1PW 의 파워, 증폭기 No. 2 의 출력부에서의 250J 의 에너지, 및 압축기 No. 2 의 출력부에서의 10PW 의 파워를 갖는 2-출력 체인을 고려하자.
각 압축기가 포함하는 회절 격자들은 통상적으로 약 200 mJ/cm² 의 플럭스 저항성을 갖는다. 각 압축기는 따라서, 안전성의 마진 (margin) 을 달성하기 위해서 그리고 손상의 위험성을 무릅쓰지 않기 위해서 100 mJ/cm² 의 평균 플루언스 (fluence) 로 작동하도록 디멘셔닝된다.
이러한 가정들 하에서, 매우 부피가 큰 No. 2 압축기가 필요하고, 그것의 다양한 회절 격자들은 임의의 비네팅을 회피하기 위해서 멀리 떨어져야만 한다. 이러한 압축기의 압축 팩터는 통상적으로 14 ps/nm 으로 높게 되고, 신장 팩터와 상이하다. 따라서, 전체 체인의 구성을 재검토할 필요가 있다.
제 1 솔루션 (solution) 은 압축기 No. 2 와 동일한 압축 팩터의 No. 1 압축기를 사용함에 있고, 이 압축 팩터는 신장 팩터, 즉, 우리의 예에서 14 ps/nm 와 동일하다. 이를 행하기 위해, 압축기 No. 1 의 회절 격자들은 10 ps/nm 의 신장 팩터에 대해서보다 더 떨어져야만 하고; 그것들은 따라서 더 커야만 한다. 압축기 No. 1 의 진공 챔버는 그것의 부분으로서는 또한 더 부피가 커야만 한다.
다른 솔루션은, 상이한 압축 팩터들, 예를 들어, 압축기 No. 1 에 대해 10 ps/nm 및 압축기 No. 2 에 대해 14 ps/nm 의 압축기들을 사용하는 것, 및 예를 들어 신장기의 제 2 격자를 전동화함으로써 예상되는 출력에 따라 신장기의 신장 팩터를 수정하는 것에 있다. 하지만, 신장기는 결정적 엘리먼트이다.
회절-격자-포함 신장기 (10) 의 일 예가 도 3 에 도시된다; 그것은 서로 평행한 2 개의 회절 격자들 (11, 12) 및 오프너 트리플렛 (Offner triplet) (1) 을 포함하는 신장기의 문제이다. 이러한 구성에서, 오프너 트리플렛이 나타내는 광학계는 오목 거울 (2) 및 볼록 거울 (3) 로 구성되고, 볼록 거울의 곡률 반경은 오목 거울의 곡률 반경의 절반이다. 이들 거울들은 동심 기하학으로 배치된다. 오프너 트리플렛은 대상과 동일한 사이즈의 이미지를 생성한다. 그것은 펄스들이 2 개의 경사진 회절 격자들 (11, 12) 사이에서 이동하는 경로 상에 배치된다. 신장기를 통한 하나 이상의 통로들 (이하에서 nbre_pass_ETR 로 표시됨) 은 도면에서 도시된 바와 같이 폴딩 프리즘 (다이헤드론 (dihedron) (13)) 에 의해 달성될 수도 있다. 신장기에 의해 도입된 분산 (dispersion) 의 양은 2 개의 격자들 (11, 12) 사이의 거리 G_ETR 에 의해 결정된다.
2 개의 격자들 중 하나의 전동화된 병진 (motorized translation) 동안, 다른 것은 색수차를 도입하지 않도록 하기 위해서 서로 평행한 채로 유지되어야만 한다. 그것들의 에칭된 홈들은 또한 서로 평행한 채로 유지되어야만 한다: 하나의 격자의 홈들은 다른 격자의 홈들에 대해 평행하게 유지된다.
도 3 에서 볼 수 있는 바와 같이, 따라서 2 개의 격자들 중 더 크고 따라서 더 무거운 것 (격자 (11)) 을 롤(roll)/요(yaw)/피치(pitch)에서 매우 양호한 안정성으로 평행이동시킬 필요가 있다.
하나의 출력으로부터 다른 것으로의 신속한 통과는 따라서 신장기의 재조정을 필요로 할 수도 있고, 따라서, 신장기의 출력부에서의 색수차에 대한 검사를 필요로할 수도 있다. 이러한 절차는 시간이 걸린다. 다이헤드론 (13) 을 무시할 수 없을 정도로 오버-디멘션 (over-dimension) 할 필요가 있음을 도 3 에서 또한 볼 수 있다.
따라서, 조정 안정성, 동작의 용이성, 벌크 및 비용의 면에서 동시에 전술된 요건들의 전부를 만족스럽게 충족시키는 다중-출력 처핑된 증폭 체인에 대한 필요성이 오늘날까지 여전히 남아 있다.
보다 확실하게, 본 발명의 하나의 주제는,
- 신장 팩터 tx_stretch 의 신장기,
- 케스케이드에서의 M 개의 증폭기들,
- 각 증폭기의 출력부에 각각 배치된 M 개의 출력 압축기들을 포함하는, M-출력 (여기서, M>1) 처핑된 (chirped) 펄스 증폭 체인이다.
그것은, 그것이,
- 신장기와 제 1 증폭기 사이에 배치된 부분적 압축 디바이스 (partially compressing device) 로서, 이 부분적 압축 디바이스는 적어도 하나의 부분적 압축 팩터를 가지고, 하나의 (또는 하나보다 많은) 부분적 압축 팩터(들)는 tx_stretch 보다 더 낮은, 상기 부분적 압축 디바이스, 및
- 신장기로부터 출력된 빔을 수신하도록 그리고 그 빔을 출력 압축기들 중에서 선택된 출력 압축기에 의존하여 부분적 압축 디바이스에 또는 케스케이드의 제 1 증폭기에 직접 보내도록 구성된 광학적 스위치 (optical switch) 를 포함하는 것을 주요 특징으로 한다.
신장기와 증폭기 No. 1 사이에 배치되는 부분적 압축 디바이스는 신장 팩터가 다양한 출력 압축기들의 압축 팩터에 정합되도록 허용한다.
신장기로부터 출력되는 빔은, 광학적 스위치에 의해, 부분적 압축 디바이스에, 또는 증폭기 No. 1 에 직접 중 어느 일방으로 전송된다. 사용자는 따라서, 종래 기술에서와 같이 신장기의 조정 없이, 하나의 동작 모드로부터 다른 것으로 신속하게 통과시킨다.
이것은, 신장기의 회절 컴포넌트를 전동화 (motorize) 하여야 하는 것을 회피하고 또한, 가능한 한 콤팩트한 중간 압축기들 (압축기들 (1 내지 M-1)) 을 획득하는 것 양자를 가능하게 한다.
M>2 일 때, 부분적 압축 디바이스는, 예를 들어 회절-격자-포함 부분적 압축기에서 회절 격자들 중 하나를 전동화함으로써 획득되는, 조정가능한 압축 팩터의 부분적 압축기를 포함할 수도 있다.
하나의 대안에 따르면, M>2 일 때, 부분적 압축 디바이스는 L 개의 부분적 압축기들을 포함하고, 1<L<M 이며, 각각의 부분적 압축기는 상수 압축 팩터 (constant compression factor) 를 갖는다.
본 발명에 따른 증폭 체인은 통상적으로, 100fs 보다 더 짧은 지속기간 (duration) 의 펄스를 증폭하도록 구성된다.
부분적 압축 디바이스는 신장기와 증폭기 No. 1 사이에 배치된다. 그것은 신장 팩터가 다양한 출력 압축기들의 압축 팩터들에 정합되도록 허용한다. 중간 출력부들 (출력부들 (1 내지 M-1)) 은 따라서 벌크 면에서 최적화된다. 이것은 신장기의 회절 컴포넌트를 전동화하여야 하는 것을 회피하고 또한, 가능한 한 콤팩트한 압축기들을 획득하는 것 양자를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 주제는, 펄스 증폭 체인을 사용하는 방법이고, 그것이 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 신장기로 펄스를 신장시키는 단계,
- 상기 출력 압축기들 중에서 선택된 출력 압축기에 의존하여, 펄스를 광학적 스위치를 통해 부분적 압축 디바이스에 전송하거나 다음 단계로 직접 패스하는 단계,
- 펄스를 증폭기들의 케스케이드를 통해서 제 1 증폭기로부터, 선택된 출력 압축기와 연관된 증폭기로 전송하는 단계,
- 펄스를 선택된 출력 압축기에 전송하는 단계.
신장기로부터 출력된 빔은, 광학적 스위치에 의해, 부분적 압축 디바이스에, 또는 증폭기 No. 1 에 중 어느 일방에 전송될 수도 있다. 사용자는 따라서, 종래 기술에서와 같이 신장기의 조정 없이, 하나의 동작 모드로부터 다른 것으로 신속하게 통과시킨다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예의 방식으로 주어진 이하의 상세한 설명을 읽으면 명백하게 될 것이다.
도 1 은, 이미 설명되었고, 종래 기술에 따른 단일-출력 처핑된 증폭 체인을 개략적으로 나타낸다.
도 2 는, 이미 설명되었고, 종래 기술에 따른 다중-출력 처핑된 증폭 체인을 개략적으로 나타낸다.
도 3 은, 이미 설명되었고, 종래 기술의 신장기의 일 예를 개략적으로 나타낸다.
도 4 는 종래 기술의 압축기의 일 예를 개략적으로 나타낸다.
도 5 는 본 발명에 따른 다중-출력 처핑된 증폭 체인을 개략적으로 나타낸다.
도 6 은 본 발명에 따른 증폭 체인의 상수-팩터 부분적 압축기의 일 예를 개략적으로 나타낸다.
도 7 은 본 발명에 따른 증폭 체인의, 폴딩 다이헤드론을 포함하는 조정가능-팩터 부분적 압축기의 제 1 예를 개략적으로 나타낸다.
도 8 은 본 발명에 따른 증폭 체인의, 회절 격자들의 2 개의 쌍들을 포함하는 조정가능-팩터 부분적 압축기의 제 2 예를 개략적으로 나타낸다.
도면들에서, 동일한 엘리먼트들은 동일한 참조부호들로 참조되었다.
서두에서 나타낸 바와 같이, 증폭 체인은 본질적으로 신장기, 증폭기 및 압축기를 포함한다. 회절 격자들을 포함하는 압축기들 및 신장기가 고려된다.
신장기들 및 압축기들은 유사하다: 신장기는 그것의 회절 격자들 사이의 네거티브 (negative) 동등 거리를 갖는 압축기이고, 이 거리는 서두에서 언급된 규약, -1 배율의 광학 시스템에 의해 생성된다.
2 개의 회절 격자들 (11, 12) 을 포함하는 신장기 (10) 의 일 예가 도 2 에서 도시된다. 단일 회절 격자를 포함하는 신장기를 사용하는 것도 가능하다. 단일 회절 격자를 포함하는 신장기의 원리는 동일하지만, 단일 격자는 오프너 트리플렛의 만곡부 (curvature) 의 중심으로부터 멀리 떨어져 놓인다.
신장기 (10) 는 다음과 같은 기하학적 파라미터들에 의해 특징지어진다:
- 2 개의 격자들 사이의 거리: G_ETR. 단일 회절 격자를 갖는 신장기의 경우에, G_ETR 은 오프너 트리플렛의 만곡부의 중심과 회절 격자 사이의 거리의 2 배이다.
- 제 1 격자 (12) 상의 (또는 단일 격자 상의) 입사 각: θ_ETR.
- 각 격자의 홈 밀도: N_ETR.
이미 나타낸 바와 같이, 신장기를 통한 1 이상의 통과들 (passages) 을 달성하는 것이 가능하다.
신장 팩터는:
Figure pct00001
이고, 여기서:
λ0 = 펄스의 스펙트럼의 평균 파장,
c = 광속,
θd_ETR = 식
Figure pct00002
에 의해 주어진 파장 λ0 에 대한 제 1 격자 (12) (또는 단일 격자) 에 의해 회절된 1-차 각도이다.
압축기 (30i) 의 다이어그램이 도 4 에서 도시된다. 이 압축기는 2 쌍들의 회절 격자들 (31i, 32i, 및 33i, 34i) 을 포함한다. 4 개 격자들 모두는 mm 당 동일한 수의 홈들을 갖는다. 격자들 (31i 및 34i) 은 동일한 치수들을 가지고; 격자들 (32i 및 33i) 에 대해서도 마찬가지지만, 후자의 치수들은 격자들 (31i 및 34i) 의 치수들보다 더 클 수도 있다. 제 1 격자 (31i) 에 입사하는 펄스 (5) 는 제 1 격자에 평행한 제 2 격자 (32i) 를 향해 회절된다. 그것은 이 제 2 격자에 의해 회절되고, 그 제 2 격자는 그것을 제 3 격자 (33i) 로 보내고, 그 제 3 격자는 그것을 제 4 격자 (34i) 를 향해 회절시킨다. 이 제 4 격자 (34i) 의 탈출 시에, 펄스 (5) 의 지속기간은 압축된다.
압축기의 기하학적 파라미터들은 다음과 같다:
- 각 쌍의 2 개의 격자들 사이의 거리: G_CPR,
- 제 1 격자 상의 입사 각: θ_CPR,
- 격자들의 홈 밀도: N_CPR.
압축 팩터는:
Figure pct00003
- θd_CPR, 파장 λ0 에 대해 제 1 격자에 의해 회절되는 각도, 는 식:
Figure pct00004
에 의해 주어진다.
신장기의 그리고 압축기의 스펙트럼적 위상 (spectral phase) 은,
Figure pct00005
인 경우에 정확히 반대이다.
증폭 체인에 아무런 분산 재료 (dispersive material) 도 놓이지 않는 이상적인 경우에, 스펙트럼적 위상은 제로이고, 레이저 펄스는 변환-제한된다, 즉, 그것의 지속기간은 이론적으로 가능한 만큼 가장 짧다. 물론, 증폭 체인의 레이저 빔은 분산 재료들, 예를 들어 증폭 크리스탈들을 통과한다. 하지만, 이러한 분산 엘리먼트들의 신장 팩터는 신장기의 또는 압축기들의 신장 팩터에 비해 무시가능하고; 이들 분산 엘리먼트들에 의해 도입된 신장 팩터 (또는 균등하게 스펙트럼적 위상) 는 따라서 여기서 무시된다.
본 발명에 따르면, 부분적 압축 디바이스 (50) 는 신장기 (10) 와 증폭기 No. 1 (201) 사이에 놓인다.
본 발명에 따른 M-출력 처핑된 증폭 체인 (100) 의 일 예가 도 5 를 참조하여 설명된다.
그것은 다음과 같은 것들을 포함한다:
- 신장기 (10), 이 신장기는 광학적 스위치 (40) 에 접속됨,
- 광학적 스위치 (40), 이 광학적 스위치는 부분적 압축 디바이스 (50) 에 그리고 제 1 증폭기 (201) 에 접속됨,
- 부분적 압축 디바이스 (50), 이것의 기능은 신장 팩터를 각 출력 압축기의 압축 팩터에 정합시키는 것이 가능하도록 하는 것임, 및
- 제 1 출력 압축기 (301) 와 연관된 제 1 증폭기 (201),
- 다른 증폭기들 (202, ..., 20M), 그 증폭기들 (202, ..., 20M) 모두는 케스케이드로 배치되고, 각각의 다른 증폭기 (202, ..., 20M) 는 하나의 다른 출력 압축기 (302, ..., 30M) 와 연관된다. 출력 압축기들의 압축 팩터들은 랭크와 함께 증가하고, 마지막 압축기, 압축기 M 은 최고의 압축 팩터를 갖는다.
선택된 출력부에 의존하여, 증폭기 (201, ..., 20M -1) 로부터 출력된 레이저 펄스는, 마지막 하나를 제외한 각 증폭기의 출력부에 놓인 광학적 스위치 (도면에 미도시) 를 통해, 이 증폭기와 연관된 압축기에, 또는 다음 증폭기에 중 어느 일방으로 향한다.
광학적 스위치 (40) (및 선택적으로 증폭기들의 출력부들에서의 스위치들) 는 광학적 불변이다. 그것은, 하나의 그리고 동일한 전동화된 병진가능 엘리먼트 상에 탑재된 2 개의 평행한 거울들, 또는 부분적 압축기를 해결하기 위해서 또는 그것을 회피하기 위해서 회전가능 스테이지 상에 탑재된 거울을 포함하는 거울들의 수축가능한 시스템일 수도 있다. 따라서, 부분적 압축 디바이스는 이 거울들의 시스템의 포지션에 의존하여 선택되거나 회피될 수도 있다.
출력 압축기들의 압축 팩터들에 의존하여, 부분적 압축 디바이스 (50) 에 대해 복수의 구성들이 그려진다.
다음과 같은 것들이 정의된다:
- tx_stretch_resist_flux: 플럭스를 견뎌내기 위해 레이저 증폭 체인의 광학계에 대해 필요한 신장기 (10) 의 최소 신장 팩터.
- tx_stretch(i) 압축기 No. i (압축기 (30i)) 에서의 비네팅을 제한하기 위해 또한 이 압축기, 즉, 압축기 No. i 의 상류의 레이저 증폭 체인의 광학계들이 플럭스를 견뎌낼 수 있는 것을 보장하기 위해서 필요한 신장기 (10) 의 신장 팩터; 따라서:
tx_stretch(i) > tx_stretch_resist_flux
그리고, 압축기 No. i 에 의해 수신된 에너지가 압축기 No. i-1 (압축기 30i-1) 에 의해 수신된 에너지보다 더 높음에 따라:
tx_stretch(i)
Figure pct00006
tx_stretch(i-1).
압축기 No. M 에 관해, 다양한 레이저 증폭기들 (201 내지 20M) 의 광학계의 플럭스 저항성보다는, 이 압축기, 압축기 No. M (즉, 압축기 (30M)) 의 격자들 사이의 거리를 제약하는 것은 비네팅이다.
- tx_stretch_max = max [tx_stretch(i)] = tx_stretch(M).
신장기 (10) 의 신장 팩터는 tx_stretch_max 이다.
- tx_compression_partial, 부분적 압축 디바이스 (50) 의 압축 팩터, 이는 최적화될 파라미터이다.
출력들 (i) 에 대해, 다음이 존중된다:
tx_stretch(i) = tx_stretch_max - tx_compression_partial
신장기 (10) 로부터 출력된 레이저 빔은 광학적 스위치 (40) 에 의해 부분적 압축 디바이스 (50) 로 향한다.
(tx_stretch(i) > tx_stretch_max - tx_compression_partial 이도록 되는) 다른 출력들에 대해, 신장기 (10) 로부터 출력되는 레이저 빔은 부분적 압축 디바이스 (50) 를 회피하기 위해 광학적 스위치 (40) 에 의해 벗어나게 되고; 빔은 증폭기 No. 1 으로 직접 편향된다. 이것은 특히 마지막 출력 (= 압축기 No. M 의 출력) 에 대한 경우이다.
따라서, 레이저 펄스는 먼저 신장기 (10) 를 통과한다. 사용되는 No. i 출력에 의존하여 (i 는 1 에서부터 M 까지 변화함), 펄스는 부분적 압축 디바이스 (50) 에 보내지거나, 또는 아니면 그것은 다음 스테이지로 직접 보내진다.
레이저 펄스는 그 다음에, 일련의 증폭기들 (201 내지 20i) 을 통과한다. 그것은 그 다음에, 압축기 (30i) 를 향해 편향된다. 그것은 증폭기 (20i+1) 를 통과하지 않는다.
다양한 출력부들의 다양한 압축기들은 신장기의 것들과 동등한 기하학적 파라미터들을 출력한다: θ_CPR(i) 및 N_CPR(i) 는 신장기의 파라미터들 θ_ETR 및 N_ETR 에 가깝다. 그것들은 이론적으로는 동일하지만, 신장기와 압축기들 사이의 분산 재료들 (예를 들어 증폭 크리스탈들) 때문에 실제로는 근사하다. 그것들의 격자 간 거리 G_CPR(i) 는 원하는 압축 팩터에 의존하여 설정된다.
부분적 압축 디바이스는 예를 들어, 다른 압축기들 (30i) 의 그리고 신장기 (10) 의 것들과 동등한 기하학적 파라미터들: 동일한 θ_CPR, 동일한 N_CPR 을 갖는 도 6 을 참조하여 설명된 트리시 압축기 (Treacy compressor) (50a) 이다. 그것은: 제 1 회절 격자 (51a), 제 2 회절 격자 (52a) 를 포함한다. 격자들 (51a 및 52a) 은 동일한 수의 홈들을 가지고, 그것들은 평행하고, 그것들의 홈들은 서로에 대해 평행하다. 그것들은 상이한 사이즈의 것일 수도 있고, 통상적으로, 52a 의 폭은 51a 의 폭보다 더 크다. 다이헤드론 (60a) 은 레이저 광선들이 52a 를 향해 리다이렉팅되도록 그리고 그것들의 높이가 변경되도록 허용한다. 레이저 광선들은 따라서 51a, 52a, 60a, 52a 및 51a 를 순서대로 통과한다.
거리 G_CPR_partial(i) 는 대략:
Figure pct00007
부분적 압축기의 압축 팩터, 즉, tx_compression_partial 는 그것으로부터 추론될 수도 있다. tx_compression_partial (i)= tx_stretch(M)- tx_stretch(i) 로 쓰는 것도 가능하다.
중간 출력 압축기들 Nos. 1 내지 M-1 (압축기들 301 내지 30M-1) 모두가 동일한 압축 팩터를 가지는 경우, 부분적 압축 디바이스 (50) 는 통상적으로, 상수 압축 팩터의 단일의 부분적 압축 디바이스 (50a) 를 포함하고, 그것의 하나의 예가 도 6 에서 도시된다.
압축기들 Nos. 1 내지 M-1 이 동일한 압축 팩터를 가지지 않는 경우 (증가하는 압축 팩터들을 갖는 압축기들), 부분적 압축 디바이스 (50) 는, 통상적으로 상이한 압축 팩터들의 압축기들 (30i) 만큼 많은 부분적 압축기들인, 복수의 부분적 압축기들을 포함할 수도 있다. 이들 부분적 압축기들의 각각의 부분적 압축 팩터는 일정하고, 거기에 대응하는 하나의 (또는 하나보다 많은) 출력 압축기(들)에 의존하여 설정된다. 이들 부분적 압축기들은 병렬적으로 배열된다.
하나의 대안에 따르면, 부분적 압축 디바이스 (50) 는 하나의 (또는 하나보다 많은) 부분적 압축기(들)를 포함하고, 그것의 압축 팩터는 대응하는 출력 압축기에 의존하여 조정가능하다.
이 조정가능한 팩터는 예를 들어 압축기를 이용하여 획득된다:
- 압축기의 제 2 회절 격자 (52a) 는 2 개의 격자들 플러스 폴딩 다이헤드론을 포함하는 압축기 (50a) 의 경우에 51a 및 52a 사이의 스펙트럼의 중심의 파장에 대응하는 중간 광선의 방향으로 병진 이동되고, 그것의 하나의 예가 도 7 에서 도시되고, 다이헤드론 (60a) 은 그러면 도 2 에서 도시된 신장기와 동일한 이유들로 인해 오버-디멘셔닝된다, 또는
- 압축기의 제 2 및 제 3 회절 격자들 (52b, 53b) 은 도 8 에서 도시된 바와 같이 2 쌍들의 격자들 (51b, 52b, 53b, 54b) 을 포함하는 압축기 (50b) 의 경우에 52b 및 53b 사이의 스펙트럼의 중심의 파장에 대응하는 중간 광선의 방향으로 병진 이동된다.
본 발명에 따른 이 증폭 체인은 신장기의 회절 컴포넌트를 전동화하는 것 및 가능한 한 콤팩트한 중간 압축기들 (압축기들 (301 내지 30M-1)) 을 사용하여야만 하는 것 양자를 회피할 수 있게 한다.
다음과 같은 사양들을 갖는 예시적인 실시형태가 이하에서 기술된다:
- 60nm 의 절반 최대치에서 전 폭의 800nm 에 중심을 두는 가우시안 스펙트럼. 720-890 nm 스펙트럼의 비네팅이 최소화되어야 한다.
- 532nm 에서 레이저들로 펌핑되는 Ti:Sa 크리스탈들을 갖는 3 레이저 증폭기들.
- 3 출력 압축기들 (각 레이저 증폭기 후에 하나씩).
- 최소 신장 팩터: tx_stretch_resist_flux = 9.58 ps/nm. 이 신장 팩터는 레이저 증폭기들의 광학계에 대한 손상이 방지되도록 한다.
증폭기들의 파라미터들:
증폭기 출력 에너지 (J) CPR 출력 에너지 (J)
출력 1 3.6 2.5
출력 2 35.7 25
출력 3 357.1 250
그것은 1480 홈들/mm 를 갖는 종래의 홀로그래픽 격자들에 기초하여 압축기들과 작업하도록 선택된다.
입사 각은 56° 부근에서 선택된다 (유용한 스펙트럼적 대역에서의 회절의 유효성, 및 비네팅의 제한 사이의 절충).
홀로그래픽 회절 격자들에 대한 최대 플루언스는 110 mJ/cm2 의 근방에 있다.
3 개의 압축기들의 입력부에서의 다음과 같은 직경들이 획득된다:
CPR 입력 직경 (mm) 면적 (cm²)
압축기 1 48 18
압축기 2 152 182
압축기 3 481 1816
거리 G_CPR(3) = 980 mm 는 압축기 No. 3 에서의 비네팅을 제한하도록 설정된다.
압축기 No. 3 의 압축 팩터는 14.1 ps/nm 이다. 그것은 따라서 단순히 플럭스 저항성을 보장하기 위해 필요한 것보다 더 높다, 즉, tx_stretch_resist_flux = 9.58 ps/nm 보다 더 높다.
본 발명에 따르면, 신장기는 본 경우의 압축기 No. 3 에서 체인의 단부에서 압축기 M 과 동일한 신장 팩터를 가지도록 설계된다.
출력 1 또는 2 가 사용될 때, 신장기의 신장 팩터 (14.1 ps/nm) 마이너스 부분적 압축 디바이스의 팩터 (4.52 ps/nm) 가 tx_stretch_resist_flux (9.58 ps/nm) 와 동일하도록 하기 위해서 레이저 펄스는 신장기로부터 부분적 압축 디바이스로 전송된다.
다양한 엘리먼트들의 파라미터들은 다음과 같다:
θ_ETR N_ETR G_ETR Nbre 패스 신장 팩터 (ps/nm)
신장기 56 ° 1480 홈들/mm 490mm 2 14.10
θ_CPR N_CPR G_CPR 압축 팩터 (ps/nm)
부분적 CPR 56 ° 1480 홈들/mm 314 mm 4.52
CPR1 56 ° 1480 홈들/mm 666 mm 9.58
CPR2 56 ° 1480 홈들/mm 666 mm 9.58
CPR3 56 ° 1480 홈들/mm 980 mm 14.10
압축기 3 은 따라서 명확하게 가장 부피가 큰 것이다.
이 예에서, 압축기들 1 및 2 는 동일한 압축 팩터를 갖는다; 부분적 압축 디바이스는 그러면 상수 팩터의 단일 압축기를 포함한다.

Claims (6)

  1. M-출력 (M>1) 처핑된 펄스 증폭 체인 (100) 으로서,
    - 신장 팩터 tx_stretch 의 신장기 (10),
    - 케스케이드에서의 M 개의 증폭기들 (201, ...20M),
    - 각 증폭기의 출력부에 각각 배치된 M 개의 출력 압축기들 (311, ...30M)
    을 포함하고,
    - 상기 신장기와 제 1 증폭기 사이에 배치된 부분적 압축 디바이스 (50) 로서, 이 부분적 압축 디바이스는 적어도 하나의 부분적 압축 팩터를 가지고, 하나의 (또는 하나보다 많은) 부분적 압축 팩터(들)는 tx_stretch 보다 더 낮은, 상기 부분적 압축 디바이스 (50), 및
    - 상기 신장기 (10) 로부터 출력된 빔을 수신하도록 그리고 그 빔을 상기 M 개의 출력 압축기들 중에서 선택된 출력 압축기에 따라 상기 부분적 압축 디바이스 (50) 에 또는 상기 케스케이드의 상기 제 1 증폭기 (201) 에 직접 보내도록 구성된 광학적 스위치 (40) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 증폭 체인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    M>2 이고, 상기 부분적 압축 디바이스는 조정가능한 압축 팩터의 부분적 압축기 (50a, 50b) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 증폭 체인.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 부분적 압축기는 적어도 하나의 병진 운동 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 증폭 체인.
  4. 제 1 항에 있어서,
    M>2 이고, 상기 부분적 압축 디바이스는 L 개의 회절-격자-포함 부분적 압축기들을 포함하고, 1<L<M 이며, 각각의 부분적 압축기는 상수 압축 팩터를 갖는 것을 특징으로 하는 펄스 증폭 체인.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    100fs 보다 더 짧은 지속기간의 펄스를 증폭하도록 구성되는, 펄스 증폭 체인.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 펄스 증폭 체인을 사용하는 방법으로서,
    - 상기 신장기 (10) 로 상기 펄스를 신장시키는 단계,
    - 상기 출력 압축기들 중에서 선택된 출력 압축기 (30i) 에 의존하여, 상기 펄스를 상기 광학적 스위치 (40) 를 통해 상기 부분적 압축 디바이스 (50) 에 전송하거나 다음 단계로 직접 패스하는 단계,
    - 상기 펄스를 증폭기들의 상기 케스케이드를 통해서 상기 제 1 증폭기 (201) 로부터 상기 선택된 출력 압축기 (30i) 와 연관된 증폭기 (20i) 에 전송하는 단계,
    - 상기 펄스를 상기 선택된 출력 압축기 (30i) 에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 증폭 체인을 사용하는 방법.
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