KR920001493B1

KR920001493B1 - 연속 동작용 가변렌즈 및 복굴절 보상장치 및 방법

Info

Publication number: KR920001493B1
Application number: KR1019860700517A
Authority: KR
Inventors: 오셔 카한; 에드워드 그레고
Original assignee: 휴우즈 에어크라프트 캄파니; 에이. 더블유. 카람벨라스
Priority date: 1984-12-03
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1992-02-15
Also published as: ES549474A0; IL77077A0; GR852845B; EP0202322B1; TR25387A; NO170247B; NO863002L; IL77077A; KR870700148A; EP0202322A1; WO1986003601A1; NO170247C; NO863002D0; DE3582795D1; ES8801444A1

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

연속 동작용 가변렌즈 및 복굴절 보상장치 및 방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 일부분의 단면구조를 나타내는 본 발명의 일부분의 사시도.

제2도는 제1도의 선 2∼2를 따라 절취하여 도시한 본 발명의 부분절개 정면도.

제3a도, 제3b도 및 제3c도 내지 제3g도는 각각 포지티브 렌즈, 네가티브 렌즈의 작용 및 복굴절 특성을 도시한 설명도.

제4도는 동작시간의 함수로서 동적 렌즈의 광학 배율을 도시한 그래프.

제5도는 복굴절성 편광소거의 보상기로서의 본 발명의 효용성을 도시한 그래프.

제6도는 통합된 연속동작을 제공하는 쌍극 종방향 열제거 장치를 사용하는 2개의 정렬된 가변 렌즈 및 복굴절 어셈블리를 도시한 본 발명의 측면 사시도.

제7도는 제6도의 선 7-7을 따라 절취하여 도시한 어셈블리의 단면도.

제8도는 제6도에 도시한 직렬 배열의 기능을 통합하는 온도감지기 및 트리거 장치의 개략도.

제9도는 제8도에 도시한 트리거 장치의 선택적인 실시예의 개략도.

제10도는 레이저, 공진기 장치, 및 보상기를 검정하기 위한 장비와 함께 도시한 본 발명의 개략도.

제11도는 궤한 링크를 완성하고 본 발명이 폐쇄 루우프 동작내에 사용되게 하는 전원공급 및 전압제어 장치(22)내의 상세한 회로의 개략도.

제12도는 단일 보상기 실시예내에서 본 발명이 유리하게 될 경우와 유리하게 되지 않을 경우의 고장 레이저의 사용을 비교하는 그래프. 이 그래프는 본 발명의 단일 보상기 형태가 사용될 때 출력 비임의 집속도가 향상된다는 것을 나타낸다.

[발명의 상세한 설명]

[관련 특허 출원]

본 발명은 “가변 렌즈 및 복굴절 보상기”란 명칭의 미합중국 특허출원(제677,452호, 1984.12.3.자 출원)에 관련된다.

[발명의 배경]

1. 발명 분야

본 발명은 레이저 및 레이저 방사선의 광학 보상장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 말하자면, 본 발명은 레이저 로드(rod)내의 이상을 연속적으로 보상하기 위해 이용될 수 있는 방사상 의존성 광학통로 길이 및 편광 영역을 설정하기 위해 다수의 광학 물질체내의 온도 기울기를 발생시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

2. 배경 정보

레이저를 사용하는 통신 및 측정 시스템의 설계자들에게 당면하는 가장 번거로운 문제점들 중 한가지 문제점은 비임(beam)발산 현상이다. 레이저는 다수의 완전히 평행한 전자 방사선으로 구성되는 것으로 통상적으로 공지되어 있는 간섭성 광선을 발생시키지만, 이 광선들은 항상 소정의 넓이로 퍼진다. 공진기를 구성하는 광학 구성부품들이 광학 왜곡을 야기시키는 경우에 비임의 과대 발산이 발생한다. 다수의 레이저 증폭 매체 및 시스템 제한은 레이저 로드내의 왜곡을 야기시킨다. 예를들어, 전형적인 반복적으로 펌프된 고상 레이저 로드는 레이저의 펌핑 전력에 비례하여 발산하는 출력 방사선을 발생시키는 경향이 있다. 방사선을 발산시키는 광학장치는 제3a도에 도시한 바와같이 볼록 또는 포지티브(positive)렌즈의 가장 중요한 특성을 나타낸다.

조준되거나 평행한 광선으로 구성된 광선의 입사 비임이 균일하고 균등한 온도의 포지티브 렌즈를 향해 보내져 렌즈의 광학축과 평행하게 정렬되면, 렌즈이 출구측으로부터 나오는 각각의 광선의 방향은 렌즈면상의 표면 법선에 관련된 입사각 및 관선이 렌즈를 가로질러 주행하기 위해서 횡단해야 하는 광학통로 길이에 따라 변하게 된다. 각각의 광선은 표면 법선에 관련된 입사각 및 렌즈가 제조되는 광학 물질의 굴절률 및 광선이 횡단하는 렌즈와 두께에 따라 변하는 통로길이에 따라 변하는 크기만큼 만곡된다.

반복적으로 펌프된 레이저 로드의 경우에, 이 로드는 로드가 여기메카니즘으로부터 흡수하는 입력 전력에 비례하는 크기만큼 가열된다. 로드내의 열은 외부 표면에서 소모된다. 점착적으로 10초의 기간에 걸쳐,로드는 이 가열 및 냉각에 의해 포지티브 렌즈로 변형된다. 이 변형은 로드가 온도에 관하여 균일하거나 균등하게 균질성이 아니기 때문에 일어난다. 로드의 소정의 반경을 따르는 온도차이는 상이한 굴절률의 영역을 형성한다. 방사온도 기울기는 로드내에서 발생되고, 굴절률이 온도 의존성이기 때문에, 방사 굴절률 기울기로 로드내에서 설정된다. 이것은 제3a도에 도시한 실제 볼록 렌즈의 광학통로 길이를 모방하는 방사상 의존성 광학통로 길이의 분포를 갖고 있는 렌즈를 효율적으로 발생시킨다. 이 포지티브 렌즈의 배율은 온도가 이 렌즈내의 공간 굴절변화를 결정하기 때문에 가열되는 크기에 비례한다. 로드내에서 발생된 온도 기울기는 열흐름에 비례하고 굴절률은 온도 기울기에 대응한다. 온도 기울기에 이해 야기된 로드의 이 동적 렌징(lensing)작용은 불필요한 비임 발산의 원인이 된다.

레이저의 출력 비임이 방식으로 발산하면, 간섭성 방사선은 그 효력을 상당히 상실하는데, 그 이유는 비임에 의해 거점(distant point)으로 전달된 에너지가 얼마나 많은 비임이 제한된 면적의 목표점상에 접속되는지에 따라 변하기 때문이다. 최초 비임의 단면보다 넓은 면적에 걸쳐 분산되는 에너지는 덜 집속되므로 , 통신 및 측정 응용시에 덜 유용하다.

이 로드 렌징의 문제점을 해결하기 위해 다수의 복잡한 기계적 시스템들이 사용되어 왔다. 한가지 이러한 시스템은 상대 광학 배율의 한쌍의 단촛점 길이 렌즈로 구성되는 줌(zoom)렌즈이다. 렌즈들 사이의 간격은 렌즈쌍을 사용함으로써 발생되는 정미(net)광학 배율을 제어하기 위해 조정될 수 있다. 이 장치는 일정한 비임 발산을 유지하지만, 필요한 정밀 렌즈, 기계적 레이스(race), 직류 모터 및 복잡한 제어 전자회로의 과도한 가격은 이 해결 방법을 비효과적으로 되게 한다.

간단한 정적 오목 네가티브 렌즈가 로드의 동적 렌징 작용을 보상하기 위해 레이저 공진기 공동내에 사용되어 왔다. 그러나, 정적 네가티브 렌즈의 일정한 작용은 레이저 로드가 가열되어 간단한 고정 네가티브 렌즈가 보상하도록 설계되는 정확히 등가이지만 상대적인 광학 배율에 도달한 시간까지 레이저의 동작에 유해하다. 가변 반복률의 펄스파 레이저를 사용함으로써 더욱 복잡해진다. 1개의 정적 오목 네가티브 렌즈는 가변 반복률에 대치할 수 없는데, 그 이유는 가열된 레이저 로드에 의해 야기된 동적 렌징의 한 특정한 지정된 양 또는 크기를 최상으로 보상할 수 있기 때문이다.

고상 레이저의 성능에 관련된 다른 문제점은 레이저 비임을 편광소거시키고 편광 레이저내의 효율을 감소시키는 레이저 로드의 광학수차이다. 고상 로드가 여기 방사선으로 펌프되면, 대부분의 이 시뮬레이션 에니티는 로드내의 열로 변환된다. 이 로드 가열의 한가지 효과는 복굴절에 의한 레이저 비임의 편광소거이다. 비임 편광소거는 레이저 출력의 효력을 감소시킬수 있으므로, 레이저가 고전력 출력을 필요로 하는 상황시에 사용될 때 심각한 문제점에 직면한다.

고상 로드내에서, 플래쉬 램프 여기에 의해 발생되는 열은 로드를 물리적으로 변형시킨다. 로드 물질이 온도에 따라 팽창하기 때문에, 로드내의 방사상 의존성 복굴절을 발생시키는 방사 응력 기울기가 형성된다. 이중 골절로 공지된 복굴절은 물질이 물질에 의해 정해진 각각의 2개의 편광 방향에 대한 상이한 굴절률을 나타내는 광학 현상이다. 이 이중 굴절은 제3c도 내지 3g도에 복굴절성 결정체의 작용에 의해 도시되어 있다. 광선이 이 복굴절성 결정체를 통과하는 동안, 복굴절성 매체는 편광 비임을 2개의 성분 비임으로 분해시킨다. 각각의 비임은 특유한 방향들중 한 방향을 따라 편광되므로, 비임들은 상이한 속도로 물질을 횡단한다. 2개의 비임이 물질을 횡단한후 결합되면, 이 비임들은 더 이상 서로 동상(in phase)으로 되지 않고 편광상태는 변화된다.

제3c도 내지 제3g도는 이 복굴절 현상을 개략적으로 도시한 것이다. 제3c도에서, 벡터 I는 입사광선 비임의 편광방향을 나타낸다. 이 비임 I가 제3d도의 단면도내에 도시된 바와 같이 복굴절성 물질을 통과하면, 벡터 I는 2개의 성분, 즉 실선으로 도시한 S와 점선으로 도시한 F로 분해된다. 고굴절률 편광 및 저굴절률 편광을 나타내는 성분 S 및 F는 결정체로부터 나온후 상이한 속도로 주행하는 것으로 제3e도에 도시되어 있다. S성분은 복굴절 작용의 결과로서 F성분을 지체시킨다(제3f도). 벡터적으로 가산될 때, S와 F는(제3g도에 도시한 바와 같은)새로운 편광방향을 갖는 합성 벡터 R을 형성하도록 결합한다.

레이저 로드내의 열은 로드의 중심축으로부터의 각각의 내부영역의 거리에 따라 효력이 변하는 레이저 로드내의편광소거 영역을 발생시킨다. 상이한 영역들은 로드의 다르게 응력을 받은 부분의 굴절률내의 변화로 인해 로드 전체가 복굴절성이 되게 한다. 공진기 공동내에 배치된 간단한 단일 네가티브 렌즈의 작용에 의한 비임 분산의 보상의 제한의 경우와 같이, 이러한 단독 광학소자는 레이저 로드 열웅력 복굴절에 의해 야기된 편광소거를 보전하기에 동일하게 비효율적이다.

로드 복굴절을 보상하는 이미 공지된 방법은 동일한 출력 전력 레벨에서 동작된 한쌍의 로드 사이에 사용된 편광 회전기를 사용하는 수단을 포함한다. 로드들이 각각의 복굴절을 보상하도록 비임을 정렬시키기 위해 렌징 시스템이 사용된다. 그러나, 이 시스템은 매우 가격이 비싸고 양호한 기계적 정렬상태를 유지하기가 어려운 압력 베셀(vessel)외에 2개의 로드를 사용할 필요가 있다.

이 출원에 관련하여 출원된 명세서내에 기술된 다수의발명은 비임의여러 특성을 변경시키기 위해서 외부 제어식 광학 매체를 사용하여 방사선의 비음을 변형시키는 장치를 사용한다. 쥬크(Zook)의 미합중국특허 제3,735,046호에 가변전계에 의해 제어된 비임-어드레스식 광학메모리 장치를 사용하여 광선 비임의파두 형태를 조정하는 장치가 기술되어 있다. 밋첼(Mitchell)등은 온도-의존 광학 흡수 특성을 나타내는 광학 장치를 미합중국특허 제3,790,250호에 기술하였다. 미합중국특허 제3,945,715호 내에서 드레이트(Drake)에 의해 고안된 장치는 대규모 데이터 기억 시스템내의 전기-광학 변환기를 사용한다. 혼(Hon)등은 온도를 제어하고 주파수 배가 결정체의 전계를 조정하도록 오븐내에 장착된 전기-광학 물질의 결정체를 갖고 있는 궤한 장치를 사용한다.오노(Ono)등의 미합중국특허 제4,117,399호에는 , 레이저 광선 소오스, 편광기, 및 패러디 호전기를 포함하는 광학 변환기를 사용하는 전류 또는 전압을 측정하기 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다. 후이그나르드(Huignard)등은 위치가 신속히 변하는 물체상에 에너지의 입사 비임을 접속시키기 위해서 2개의 비점수차적(astigmatic) 전기-광학소자를 가변 전계에 종속시킴으로써 케르 효과(Kerr Effect)를 미합중국특허 제4,124,273호내에서 이용하였다. 수용액이 들어있는 폐쇄된 베셀을 포함하는 열-광학 변환기는 타마다(Tamada)등에 의해 미합중국특허 제4,169,661호에 기술되어 있다.

이전의 발명들 중 어느 것도 고상 로드 레이저내의 열적 유도 복굴절에 의해 발생된 비임 발산도는 편광소거의 유해한 효과의문제점을 해결하지 못한다. 명세서의기술된 발명들중 세가지는 방사선의 비임내의 수차를 어느정도 보상하도록 외부 제어식 광학 매체에 사용하는 것의 문제점에 더욱 직접 관련된다. 쿠마다(Kumada)는 결정체를 통하는 입사광선의 전송을 조절하는 전압을 부여하기 위해 사용되는 전원과 함께 사용된 전기-광학 결정체를 복굴절 특성을 변경시킴으로써 광선 전소을 제한한다. 쿠마다의 발명은 비이 발산을 완화시키거나 광선 간섭성 광선 이력내의 불필요한 편광소거를 보정하는 문제점에 관한 것이 안다. 웩스버그(Wakserg)등의 미합중국특허 제3,780,296호에는,전기-광학 레이저 비임 변조 시스템용 장치가 기술되어 있다. 이 장치는 특수 복굴절성 특성을 나타내어야 하는 매체를 필요로 할뿐만 아니라 복잡하 전자제어 및 분석 장비를 포함할 필요가 있다. 로트스페이치(Lotspeich)의 미합중국특허 제3,892,469로에는 결정물질의 고상체내에 매입되고 가변 촛점 길이를 갖고 있는 장치를 제공하기 위해서 원격 전원 공급기에 의해 활성화되는 원통형 전극들의 어레이를 사용하는 장치가 기술되어 있다. 로트스페이치의 장치는 특수화된 보상 매체내의 정밀하고 가격이 비싼 금속 전극을 필요로 한다. 부수적으로, 로트스페이치는 비임의 응력-관련 평광소거에 의해 부여된 어려움을 해결하려고 하지 않았다.

이 종래의 장치들은 어느것도 고출력 고상 레이저의 동작 및 성능을 저하시키는 상세하게 상술한 광학 수차를 효율적이고 가격이 저렴하게 해결하지 못한다. 이러한 해결방법은 신뢰할 수 있고 내구성이 있으며 가격이 저렴한 고출력 레이저를 필요로 하는 통신 및 측정 시스템을 계속 개발하는 레이저 및 광학산업의 현재 노력에 의해 명백해진 오랫동안 느껴왔던 필요성을 만족시키게 된다. 이러한 고전력 레이저의 계속된 개발 및 제조는 부수적인 유해한 측-효과를 발생시키지 않고 레이저 자체의 성능 및 증폭에 간섭하지 않는 방식으로 레이저 비임 불완전성을 보상하는 발명에 대한 부수적인 요구를 발생시켜왔다.이러한 보상기는 레이저 공진기 내부에서 동작하기에 이상적으로 적합하게 되고, 군사적으로 뿐만 아니라 상업적으로 응용하기 위한 동작범위를 포함하게 되는 넓은 온도범위에 걸쳐 효율적으로 작용하도록 요구된다.

[발명의 요약]

본 발명은 비임 발산 및 복굴절성 편강소거의 문제점에 대한 효율적이고 실용적이며 가격이 저렴학 간단한 해결방법을 제공한다. 본 발명은 보상기내의 조정가능한 방사온도 기울기를 설정하기 위해 한쌍의 열전달 장치에 열적으로 결합되는 2개의 광학 물체로 구성된 한쌍의 보상기를 사용한다. 보상기 본체는 레이저 조종에 악영향을 미치지 않고서 레이저로드의 어느 한 측의 레이저 공진기내에 존재하도록 설계되지만, 본 발명은 성능의 손실없이 레이저 공동의 외부에서 동작하기에 적합하게 될 수도 있다. 열이 레이저 로드의 가열정도에 정확히 비례하여 보상기 본체의 주변부에 가해지거나 주변부로부터 추출된다.

보상기 본체로부터 열을 가하거나 추출하는 것은 레이저 로드내의 기울기에 반대인 본체내의 방사열 기울기를 설정한다. 각각의 레이저 로드내에서, 그 주변부에서 영이 소모된다. 온도 의존 굴절률을 갖는 보상기 본체용 물질을 선택함으로써, 동적 렌즈를 발생시키기 위해 본체내의 온도의 공간변화가 이용될 수 있다. 또한, 온도가 증가될 때 고 굴절률을 향상시키는 물질을 선택함으로써,열전달 장치가 작동되어 보상기 본체의 온도를 상승시킬 때 각각의 보상기는 제3b도에 도시한 바와같은 네가티브 렌즈와 동일하게 작용하도록 될 수 있다. 고상 레이저 발산성 출력을 갖고 있는 적합한 배열내에 이러한 직렬 보상기를 배치시킴으로써, 비임 발산이 감소될 수 있는데, 그 이유는 레이저 로드의 포지티브 형태가 직렬 보상기에 의해 형성된 동적 렌즈의 정확한 상대 네가티브 형태에 의해 소거되기 때문이다. 더욱이, 레이저 로드 복굴절에 의해 야기된 평광소거는 유사하게 고정되는데, 그 이유는 동적 렌즈 내의 열 기울기가 레이저 로드들중 한 레이저 로드내으 반대개념의 기울기내에 있도록 신중히 부여되기 때문이다 온도에 따라 변하는 특정한 굴절률을 갖는 광학 물질을 선택함으로써, 이 단일장치는 광학 불완전성의 두가지 소오스의 상당한 부분을 간단하고 가격이 저렴하게 구별할 수 있다.

또한, 본 발명은 공진기 공동내의 간단한 단일 네가티브 렌즈를 사용함으로써 발생되는 문제점을 해결한다. 한쌍의 보상기의 작용은 항상 시뮬레이트된 레이저 로드의 작용에 비례하고 반대이다. 이 보상기 쌍은 초기에 광학적으로 중립이다. 광학 배율은 레이저 로드에 자동적으로 맞추어진다. 본 발명에 의해 발생된 렌징 현상은 항상 레이저 출력을 왜곡시키게 되는 발산 또는 복굴절 수차를 보정하기에 적합하게 된다.

오셔 카한(Osher Kahan) 및 에드워드 그레고(Eduard Gregor)에 의한 “가변 렌즈 및 복굴절 보상기”란 명칭의 관련 출원서에 기술된 발명의 제한점들 중 한가지는 이 발명이 제공하는 렌징 및 보상작용이 연속적이 아니라는 것이다. 이 장치는 어느정도의 유한 동작기간후에 과열되기 쉬운 1개의 광학 물질체만을 사용한다. 이 시스템이 온도 한계점에 도달된후, 열전달 장치에 공급되는 전력을 광학 물질을 냉각시키기 위해 턴 오프되어야 한다.

비임 발산 및 복굴절 편광소거를 연속적으로 보정하는 시스템에 매우 유리하게 되는데, 그 이유는 이 혁신적이고 중요한 장치의 연속작용으로부터 유리하게 되는 무수히 응용이 있기 때문이다.

본 발명의 가장 중요한 다른 특징은 각각의 통합된 가변 렌즈 및 복굴절 보상장치의 각각의 2개의 폴(pole)에 전개된 쌍극 열제거 장치를 사용한다는 것이다. 이 유리한 기술 혁신은 장치의 신뢰성, 내구성 및 사용수명을 더욱 향상시킨다. 부수적으로, 쌍극 종방향 열제거 장치를 사용하는 것은 오셔 카한 및 에드워드 그레고에 의한 앞서의 특허출원에 기술된 발명의 최최 양호한 실시예의특징을 정련하여 실시하므로, 이발명이 넓은 레이저 주위 범위에 걸쳐 사용하기 위해 시판될 수 있도록 상술한 연속동작 가능성을 제공한다.

본 발명의 한가지 특징은 한쌍의 로드 보상기의 동작에 의해 발생되는 열을 추출하는 열제거 장치를 제공하는 것이다. 열은 각각의 통합된 렌즈 어셈블리의 광학 물질의 로드의 극 영역으로부터 제거된다. 이 극 열추출작용은 보상기의 렌즈 특성을 변경시키지 않는 종방향 온도 기울기를 발생시킨다. 그러므로, 본 발명의 목적은 레이저 로드내의 비임 발산의 문제점을 보정하는 효율적이고 연속적인 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실용적이고 연속적인 동작을 제공하도록 쌍극 열제거 장치외에 다수의 통합된 가번 렌즈 및 복굴절 보상장치를 사용하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 레이저 로드 복굴절에 의해 야기된 레이저 비임의 불필요한 편광소거를 보정하기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 최소의 부품을 사용하는 가격이 저렴하고 신뢰할수 있는 방식으로 상술한 광학수차를 효율적으로 감소시키기 위한 것이다. 이러한 부품 이동제거는 마찰에의해 마모되기 쉬운 구성부품들을 일정하게 검정하고 대체시킬 가능성을 제거한다.

본 발명의 다른 목적은 레이저 로드의 측면이나 공진기의 외부상에 전개될 때 작용하게 되기에 충전속도가 다양한 보상기를 제공하기 위한 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 기술하겠다.

[양호한 실시예의 설명]

제1도 및 제2도는 상술한 바와같은 계류중인 미합중국특허출원 제677,452호에 기술된 단일 로드 발명의 본질을 포함하는 본 발명의 일부분을 도시한 것이다. 단일 로드 가변 렌즈 및 복굴절 보상기(10)은 전체 광학 물질체(12)의 주위에 감겨지는 가는 절연 도선의 코일로 구성되는 1개의 열교환 장치(14)에 의해 둘러싸여진 1개의 원통형 광학 물질체(12)를 포함한다. 열교환 장치(14)는 빈약한 열 전도체가 갖고 있는 특성을 갖는 폿팅(potting) 물질층(16)에 의해 싸여진다. 이 절연층은 광학 물질체(12)와 이 광학 물질체(12)내에서 발생하는 과열을 소모하기 위해 사용되는 방열기(18) 사이에 배치된다.

제2도에서, 배선(20)은 열교환 장치의 코일식 도선의 단부로 연장되는 것으로 도시되어 있다. 보상체(12)는 원통형 또는 디스크 형태로 되도록 선택될 수 있다. 설계자가 단일 로드 보상기의 광학특성을 이용하거나 변경시키기 위해서 소정의 선정된 온도 기울기를 부여하도록 하는 소정의 일반적으로 기다란 로드형태가 사용될 수 있다. 상황이 본 발명을 구성하는 중심 혁신적 개념의 이러한 변화를 필요로한 경우에 소정의 광학 보정 임무를 달성하기 위해 예를들어 타원형 단면을 갖고 있는 로드형 구조가 사용될 수 있다. 단일 로드 보상체의 길이는 단일 로드 보상기의 최대동작 간격에 영향을 미친다. 소정의 동작기간후, 과열은 단일 로드 보상기내에서 발생되고 열전달 장치 및 광학 물질체가 결국 열평형에 도달하기 때문에 보정전력에 악영향을 미친다. 예를들어,원통형 로드내에서, 1/2인치(1.25cm) 길이의 단일 로드는

분 동안 보상할 수 있다. 2인치(5cm)길이의 단일 로드는 약 8분 정도의 최대동작 간격을 갖는데, 이때, 단독 보상기는 다시 바람직한 결과에 사용될 수 있기 전에 냉각되어야 한다. 그러나, 비교적 긴 보상기 본체는 동일한 보정 레벨을 달성하기 위해 단위 체적당 적은 열 입력을 필요로 한다. 광학 물질은 비임 발산의 결함을 제거하는데 효율적이 되도록 온도 의존 굴절률의 특성을 나타내어야 한다.

이와 유사하게, 보상기가 복굴절 보정기로서 사용되도록 계획되면, 광학 물질은 그 온도가 편강소거를 제거하는 적합한 응력을 받은 영역을 형성하기 위해서 상승될 때 팽창해야 한다. 이 두가지 특성은 실제로 독립적인데, 그 이유는 보상기가 발산과 편광소거 상태를 완화시키기 위해 필요가 없기 때문이다. 그러나, 2가지 임무를 동시에 달성하는 물질이 선택될 수 있다. 소정의 이 제한들 내에서, 보상기의 설계자는 보상기의 본체용으로 광범위한 기질의 어레이를 자유롭게 사용할 수 이다. 유리, 플라스틱 또는 석영의 가장 적당한 선택을 제외하고, 상술한 특성을 나타내는 소정의 물질이 이 임무를 위해 선택될 수 있다. 액상 보상 매체이든지 기상 보상 매체이든지, 상술한 설계기준을 만족시켜면, 사용될 수 있다.

단일 로드 보상기가 본체 설계시에, 고려할 중요한 기준은 선택된 광학 물질의 열전도율이다. 열교환 장치에 의해 입력된 최소 열을 이러한 단일 로드 보상기가 비활성화되고 냉각되어야 하기 전에 동작 간격을 최대화시키게 된다. 보상기 본체에 허용된 열량을 최대화시키기 위해서, 온도내의 작은 변화가 보상기 내에서 발생된 온도 기울기내의 큰 변화를 발생시키는 물질을 선택하는 것이 매우 바람직하다. 낮은 열전도율 또는 확산률을 갖는 물질은 주입된 열이 너무 빠르게 보상기 본체의 중심으로 이동하는 것을 방지한다.

열교환 장치는 통상적으로 변압기 또는 인덕터 코일내에 사용된 가는 절연 도선의 코일외의 형태로 될 수 있다. 이러한 도선은 보상기 본체 주위에 겸겨질 수 있고 바람직한 열 교환율을 공급하게되는 소정의 장치내에서 떨어져 배치될 수 있다. 열전달 메카니즘의 선택적인 실시예는 보상기 본체상에 직접 피착된 저항성 물질층으로 구성된다. 이러한 봉입물 또는 덮개의 단부는 전류를 통과시키기 위해 전극에 결합하게 된다. 펠티에르(Peltier)물질과 같은 이러한 물질은 전류가 이 물질을 통과할 때 열을 발생시키거나 활성화될 때 냉각될 수 있다. 조정가능한 방사열 기울기를 보상기 본체 양단 및 전체에 걸쳐 부여한다는 동일한 목적을 달성하기 위해 상이한 온도의 주위 매질을 통해 외부 방사선 소오스, 음향진동, 또는 열교환을 사용하기 위해 열전달 장치의 발명 개념을 더욱 변화시킬 수 있다.

본 발명의 단일 보상기 실시예는 BK-7로 시판중인 통상적으로 유용한 광학 물질 디스크를 사용하여 구성된다. 이 디스크는 직경이 약 0.4인치(1cm)이고 단부로부터 단부까지 약 0.3인치(0.8cm) 연장된다. BK-7디스크는 표준 형태의 절연 변압기 도선으로 감겨진다. 디스크의 주변부를 가열시키기 위해 도선을 통과한 전류는 외부에서 소모된 열량에 비례하는 광학 배율을 갖고 있는 구면 렌즈를 효율적으로 형성하는 디스크내에 2차 온도분포를 부여한다. 렌즈의 주변부가 계속 온도를 증가시킬 때 열은 점차로 내향 확산된다. 광학 물질체가 열전달 장치와 열평형에 도달할 때, 단일 로드 보상기는 비효율적으로 되는 경향이 있고 비작동되어 냉각되어야 한다. 예를들어, BK-7은 입력 전력 레벨을 일정하게 하기 위해 약 1.25분동안 일정한 광학 배율 레벨을 유지한다. 광학 배융 감소하기 시작할 때 입력 전력을 증가시키면 동작 기간은 연장될 수 있지만, 보상기 본체의 단위 체적당 사용되는 입력열이 커질수록 렌징 작용의 기간은 짧아지는데 그 이유는 열평형이 더욱 신속히 달성되기 때문이다.

본 발명은 자이고(Zygo)간섭계를 사용하여 검사될 수 있다. 형성된 렌즈는 무 왯지 구면 렌즈와 동일한 특성을 갖는다. 레이저 로드 및 교차 편광들 사이에 배치된 보상기를 사용하는 검사 결과는 보상기가 편광소거를 상당히 감소시킨다는 것을 나타내는 결과를 발생시킨다.

본 발명의 효용성을 입증하는 실제 실험 데이터가 제4도에 도시되어 있다. 렌즈 배율(디옵터)는 보상기의 동작시간(초)의 함수로서 도시되어 있다. 제5도는 복굴절성 편광소거 보정 모우드내의 보상기의 효율을 도시한 그래프(38)이다. 그래프(38)은 소정의 입력 전력(w)의 경우의 보상기에 의해 나타난 복굴절률 특성을 나타낸다. 횡좌표상에 측정된 소광비는 최초에 소정의 방향으로 선형 편광되는 편광소거기를 통과한 방사서의 세기의 감소율을 표시하는 dB로 측정된 다음, 초기 편광 방향에 수직한 성분들에만 민감한 장치에 의해 측정된 양이다.

제6도는 도시하기 우해 제6도내에 참조번호(50 및 52)로 표시된 동일한 가변 렌즈 ac 복굴절 보상기의 질렬 동심장치(48)을 도시한 것이다. 어셈블리(50과 52)는 접속 볼트(55)에 의해 기계적으로 결합된다. 2개의 광학 물질체(12)는 로드 형태로 되어 있고, 광학 정렬되어 있다. 즉, 종축(80)과 동축이다. 각각의 쌍으로된 어셈블리(50 및 52)는 가는 절연 도선의 코일로 구성되는 열교환 장치(14A,14B)에 의해 둘러싸여진 로드(12A,12B)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 또한 열교환 장치(14A,14B)는 양단부에서 배선(20A,20B)에 접속된 반사성 물질의 슬리브 또는 피착물을 포함할 수 있다. 전류가 통과할 때 냉각되는 펠테에르 물질이 사용될 수도 있다. 열교환 장치(14A,14B)는 빈약한 열전도체인 풋팅 물질층(16)내에 봉입된다. 이 풋팅 물질(16)은 각각의 로드(12A,12B)의 원통형 표면, 즉 각각의 로드의 원형 단부 표면에 대향한 표면만을 덮는다.

이 선택적인 열 절연 전개는 방사방향으로 각각의 로드(12A,12B)로부터 떨어진 열의 방사를 차단하여, 열을 각각의 로드의 원형단부 표면으로 이동시킨다.

각각의 어셈블리(50 및 52)는 방열판 접속 볼트(55)에 결합되는 한쌍의 환상 알루미늄 방열판(54)를 포함한다. 각각의 알루미늄 방열판(54)는 통상적으로 사파이어(sapphire)라고 부르는 광학적으로 투명한 산화 알루미늄으로로된 디스크(58)을 둘러싼다. 각각의 알루미늄 링을 스프링-장하시킴으로써 형성된다. 사파이어 디스크(58)의 직경보다 약간 작은 내경을 갖고 있는 각각의 사파이어 디스크(58)의 외부 표면과 알루미늄 방열판(54)의 각각의 인접 내부벽 사이의 양호한 열전도, 경계 영역이 각각의 알루미늄 링(54)가 벌어져 디스크(58)상에 꼭 끼워지게 하는 작은 절단부(도시하지 않음)가 각각의 링을 통해 형성된다. 본 발명의 양호한 실시예내에서는 알루미늄이 사용되는데, 그 이유는 알루미늄이 매우 양호한 열전도체이고 비교적 가벼우며, 가격이 저렴하기 때문이다. 방열판 물질로서 사용하기에 적합한 다른 물질이 사용될 수 있다. 또한, 방열판은 각각의 전체 가변 렌즈 및 복굴절 보상기(50,52)를 봉입하는 물질의 고상 연속 슬리브와 같은 형태로서 될 수 있다. 제6도는 매끄러운 외부 표면을 갖고 있는 방열판(54)를 도시한 것이지만, 이 알루미늄링의 열전달 능력은 표면적을 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 방열판은 방사 휜(fin)(도시하지 않음)으로 형성될 수 있으므로 , 많은 열량이 가열된 로드(12A,12B)로부터 주위로 교환될 수 있다.

사파이어 디스크(58)은 매우 양호한 열전도체이고, 로드(12)로부터 나온 열을 축(80)을 따라 횡방향으로 끌어당긴다. 원통형 보상기로부터의 열은 로드의 단부 주위에 있는 사파이어 디스크(58)의 면(56)을 통해 추출된다. 각각의 로드(12A,12B)가 광학 정렬로부터 벗어나는 것을 방지하기 위해서, 제7도에 도시한 바와같이 경사부(57)이 각각의 로드(12A,12B)의 각각의 단부에 형성된다. 작은 접착성 링(59)는 각각의 로드(12A,12B)를 한쌍의 사파이어 디스크(58)에 접착시키기 위해 각각의 경사 표면(57)을 따라 피착된다.

각각의 로드(12A,12B)원통형 실린더의 온도는 열전쌍(60 및 61)에 의해 감지된다.이 열전쌍은 열교환 장치(14A,14B) 및 폿팅(16)에 의해 형성된 층 밑의 각각의 로드(12A,12B)의 표면내에 매입된다. 본 발명은 온도감지 장치로서 매입된 열전쌍을 사용하지만, 로드(12)의 원통형 경계영역에서의 열을 검출하기 위해 본 분야에 공지되어 있는 그외의 다른 다수의 기술들이 사용될 수 있다.

각각의 열전쌍(60 및 61)은 각각의 열전쌍 접합부로부터의 전기 신호를 이송하는 한쌍의 배선(62 및 64)를 갖고 있다. 열전쌍 접합부에서 발생된 신호는 각각의 접합부에서의 온도에 대응한다. 제8도는 한쌍의 제어히로(66 및 68)에 접속된 배선(62 및 64)를 도시한 것이다. 각각의 제어회로(66 및 68)은 순차횔(78)에 링크된다. 제어회로(66 및 68)로부터의 출력들은 열교한 장치 전원 공급기(70 및 72)에 공급된다. 전원공급기(70 및 72)는 전력을 어셈블리(50 및 52)의 각각의 열교환장치(14A 및 14B)로 이송하는 배선(20A 및 20B)에 접속된다.

제어회로(66 및 68) 및 순차회로(78)은 쌍으로 된 어셈블리(50 및 52)내의 로드(12A 및 12B)의 교호작용을 통합하는 트리거 장치로서 결합하여 작용한다. 순차회로(78)은 제어회로(66,68)의 상태를 감지하고 고레벨 스위칭 신호를 제어회로들중 한 제어회로에 공급하며 저레벨 스위치 신호를 항상 다른 제어회로에 공급한다. 순차회로가 제어회로들중 한 제어회로로부터 순차회로에 보내진 신호에 의해 토글되면, 고레벨 스위칭 신호와 저레벨 스위칭 신호가 역으로 된다. 즉, 순차회로(78)이 토글되면, 고레벨 스위칭 신호를 수신한 제어회로는 저레벨 스위칭 신호를 수신하고, 이 반대로도 된다.

열전쌍(60 및 61)은 배선(62 및 64)를 따라 신호들을 증폭시키고 이 신호들을 기억된 기준값들과 비교하느 제어회로(66 및 68)로 보내지는 전압을 발생시킨다. 입력 열전쌍 전압이 기준값과 동일하면, 순차회로(78)은 토글되어, 저레벨 또는 0신호를 비교동작을 한 제어회로에 다시 보낸다. 이 저레벨 신호는 수신 제어회로가 각각의 열교환 장치 전원 공급기(70 및 72)를 턴 오프시키게 한다. 저레벨 신호가 2개의 제어회로(66 또는 68)중 한 제어회로에 보내지면, 고레벨 신호는 동시에 다른 제어회로에 보내져, 이 제어회로에 접속되는 전원 공급기가 전류를 열교환 권선(14A 또는 14B)로 보내게 한다.

본 발명이 최초로 활성화되면, 2개의 열전쌍(60,61)은 기준값 이하인 온도를 감지한다. 기준값은 제어회로(66,68)내의 메모리장치 내에 프로그램되고 로드(12A, 12B)의 최대동작 온도를 나타내는 선정된 온도이다. 제어회로들은 열전쌍으로부터의 입력전압을 처리하는 증폭기뿐만 아니라 AND게이트 또는 입력과 기준값을 비교하는 등가물을 각각 포함한다. 2개의제어회로(66 및 68)중 한 제어히로만이 소정시간에 순차회로로부터 고레벨 스위칭 신호를 수신한다. 고레벨 스위칭 신호를 수신하는 제어회로는 이 제어회로가 접속되는 전원 공급기(70 또는 72)를 트리거시킨다.

이것을 설명하기 위해, 본 발명이 턴온될 때 제어회로(66)은 고레벨 스위칭 신호를 제어회로(68)은 저레벨 스위칭 신호를 수신한다고 가정될 수 있다. 열교환 장치(14A)는 전원 공급기(70)으로부터 전류를 수신하고, 권선(14A)내의 로드(12A)는 가열되어 가변 렌징 및 복굴절 보상 작용을 시작한다. 가변 렌즈쌍과 복굴절 보상기의 동작개시시에는 어셈블리(50)만이 작동되는데, 그 이유는 순차회로(78)이 고레벨 스위칭 신호를 2개의 어셈블리(50,52)중 한 어셈블리에만 보내기 때문이다. 로드(12A)의 원통형 표면이 기준값에 도달하면, 제어회로(66)은 신호를 순차회로(78)에 보내, 이 순차회로를 토글시킨다. 제어회로(66)은 제어회로(66)이 전원 공급기(70)을 턴 오프시키게 하는 저레벨 스위칭 신호를 수신한다. 이때 배선(20A)는 전류를 권선(14A)에 공급하는 것을 중지한다. 이때 로드(12A)는 냉각되기 시작하는데, 그 이유는 열의 소오스가 턴 오프되었기 때문이다. 로드(12B)는 동시에 가열되기 시작하는데, 그 이유는 순차회로(78)이 토글되고 제어회로(68)이 전원 공급기(72)를 작동시킬 때 권선(14B)가 활성화되기 때문이다.

로드(12B)가 최대동작 온도에 도달하면, 제어회로(68)은 이 상태를 감지하고, 이 싸이클을 다시 시작하도록 다시한번 순차회로(78)을 토글시킨다. 이 싸이클은, 각각의 로드가 가변 렌징 및 복굴절 보상 임무를 취할 때 계속된다. 로드(12A 및 12B)의 듀티 싸이클을 변경시키면, 본 발명은 계속 동작하게 된다. 제어 및 순차회로를 약간 변형시키면, 어셈블리(50 및 52)쌍의 동작 사이의 원활한 전이를 보장하기 위해서 2개의 어셈블리(50과 52) 사이의 스위칭의 타이밍이 개선될 수 있다. 예를들어, 활성 로드가 최대 온도에 접근할 때 비활성 로드가 서서히 가열되기 시작하는 경우에 이 어셈블리 쌍의 협력이 향상된다. 제어회로, 순차회로, 및 전원 공급기들은 종래의 완제품(off-the-shelf)구성품들로 구성된다. 상술한 회로들의 설계 및 동작은 전자공학 분야에 숙련된 기술자들에게 공지되어 있다.

또한 , 제9도는 직렬 어셈블리(50 및 52)의 작용이 통합될 수 있는 장치를 도시한 것이다. 상술한 제어 메카니즘은 충분히 단일 직접회로 칩으로 될 수 있다. 트리거 장치(66,68), 순차회로(78) 및 전원 공급기(70,72)의 이 선택적인 실시예는 집적회로(81)로서 개략적으로 도시되어 있다.

중앙처리장치(CPU,82)는 데이터 버스(86) 및 어드레스 버스(88)에 의해 주 버스(94)에 접속되고 회로통로(95)에 의해 다수의 집적장치에 접속된 것으로 도시되어 있다. CPU는 전자공학 분야에서 6502 CPU라고 부르는 통상적인 시판중이 장치이다. CPU(82)는 CPU용 일련의 조절 펄스를 발생시키는 시스템 클럭발생기(84)에 접속된다. 열전쌍(60 및 61)로부터의 신호들은 접속기(62 및 64)를 통해 집적회로(81)로 유입되어 아날로그 멀티플렉서(90)내로 유입된다. 이 멀티플렉서(90)은 시스템 클럭발생기(84)에 의해 정해지는 규칙적인 선정된 간격으로만 접속기(60 및 64)에서의 아날로그 전압을 샘플함으로써 2개의 상이한 신호들을 확인하여 분리한다. 아날로그-디지탈 변환기(92)는 열전쌍 접합부에서 발생되는 접속기(62 및 64)에서의 아날로그 전압을 디지털 값으로 변환시킨다.

이 디지털 값들은, CPU(82)에 의해 소거 가능한, 프로그램가능 메모리(EPROM,98)내에 기억된다. 소정의 특정한 디지털 값이 기억되는 EPROM(98)내의 어드레스는 CPU(82)와 협력하여 동작하고 CPU가 정보가 기억되는 트랙을 유지할 수 있게 하는 장치 선택 디코더(104)에 의해 선택된다. 열전쌍 온도를 나타내는 디지털 값이 EPROM(98)내에 기억될 때, CPU는 이 디지털 값을, 직렬 어셈블리(50,52)내의 로드(12A,12B)의 최대 동작온도를 나타내는 EPROM내에 기억된 다른 디지탈 값과 비교한다. 이 비교 처리 과정은 CPU가 열전쌍들중 한 열전쌍으로부터의 입력과 EPROM내에 기억된 미리 프로그램된 값 사이의 등가 조건을 감지할 때까지 매초 여러번 반복된다. CPU가 로드(12A,12B)가 한계값과 동일하거나 이 한계값을 초과하였다는 것을 결정할 때 , CPU는 신호를 장치 선택 디코더(104)로 보낸다. 그다음, 디코더(104)는 과열상태를 보전하기 위해서 CPU가 코일(14A 및 14B)의 전원공급을 변경시키도록 명령하는 정보를 포함하는 등속 호출 메모리(RAM,96)내의 어드레스를 CPU에 제공한다. 전력은 주 버스(94) 및 권선 배선(20A, 20B)에 접속되는 가변 전류 공급기(100,102)에 의해 코일(14A,14B)에 공급된다. RAM(96)은 과열 로드(12A 또는 12B)를 스위치 오프시키고 가변 렌징 및 복굴절 보상작용의 원활한 전이를 보장하기 위해서 즉시 다른 로드를 스위치 온시키도록 CPU에 의해 해독되어 사용된다. 어셈블리(50 및 52)를 스위치 온 및 오프시키는 이 싸이클은 본 발명이 계속 동작할 수 있게 하도록 상술한 바와같이 순차적으로 계속된다. 키보드, 포시기, 및 다수의 스위치들을 포함하는 외부 입/출력 인터페이스(106)은 직접회로의 동작을 제어하거나 재프로그램 및 리셋팅을 목적으로 영구 고정물 또는 임시 조정장치로서 주 버스(94)에 결합될 수 있다.

제9도에 도시되어 있는 상술한 모든 장치들은 전자공학 분야에 숙련된 기술자들에 의해 이 형태의 설계 내에 통상적으로 사용되는 종래의 회로소자들이다.

10도 및 제11도는 1개의 보상기만이 폐쇄 루우프 구성시에 사용되는 선택적인 실시예로 본 발명을 도시한 개략도이다. 이것은 상술한 직렬장치 대신에 1개의 보상기만을 사용하여 본 발명을 실시하기에 유용하게 될 수 있다. 이 두 도면은 이 목적을 달성하기 위해서 구성될 수 있는 장치를 도시한 것이다. 제2도에 도시한 바와같이, 배선(20)은 열교환 장치의 코일식 도선의 단부로 연장된다. 이 배선들은 반사경(26과 28)사이의 공진기내에 도시되어 있는 보상기(10)과 병렬로 접속되는 전원 공급 및 전압제어 장치(22)에 접속된다 레이저 공동은 후방 공진기 반사경(26), 레이저 로드(24), 보상기(10), 및 출력 공진기 반사경(28)을 포함한다.

출력이 감지되고 전력 입력들이 궤환에 의해 조정되는 폐쇄 루우프 동작시에, 전원공급 및 전압제어 장치는 레이저 로드에 의해 발생된 자극에 비례하는 크기만큼 광학 물질체를 가열시키도록 미리 배열되는 방식으로 레이저 로드의 여기장치(도시하지 않음)과 열교환 장치(14)를 활성화시킨다. 비임 분할 검정 반사경(30), 렌즈(32), 애퍼츄어(33) 및 검출기(34)는 가변 렌즈 및 복굴절 보상기에 의해 작동된 후 보정된 레이저 비임 출력을 감지하기 위해 사용되는 검정장치를 나타낸다. 비임 분하 검정 반사경(30)은 보상된 레이저 비임 출력을 감지하기 위해 사용되는 검정장치를 나타낸다. 비임 분할 검정 반사결(30)은 보상된 레이저 출력을 애퍼츄어(33)을 통해 검출기(34)상에 접속시키는 렌즈(32)를 통해 주 비임(31)부분을 보낸다. 이 검출기는 레이저 로드(24)에 의해 발생된 방사선에 민감한 시판중인 여러 종류의 방사선 검출기들로부터 선택될 수 있다. 전형적인 예는 0.5㎛ 내지 1.1㎛의 방사선에 응답하고 미합중국, 매사츄세츠주, 살렘(Salem, Massachussetts)에 소재한 이지 앤드 지 캄파니(EG ＆amp; G Company)제품인 SGD-100A 실리콘 확산 포토다이오드이다. 이러한 검출기는 표면상에 충돌하는 에너지에 비례하는 출력을 발생시킨다. 검출기(34)에 의해 감지된 방사선은 궤환 링크(36)을 통해 전원공급 및 전압제어 장치(22)에 공급된다. 제5도는 전원공급 및 전압제어 장치(22)내의 상세한 마이크로프로세서 회로를 나타내는 개략도이다. 궤환 링크(36)으로부터, 검출기 신호는 한쌍의 샘플 및 보유장치(22A 및 22B)에 교대로 공급된다. 이 한쌍의 샘플 및 보유장치의 출력들은 또한 비교기(22C)의 2개의 압력들 사이의 매 다른 펄스마다 교대로 스위치 온된다. 비교기 출력은 클럭회로(22E)에 의해 조절되는 업/다운 계수기(22D)에 공급된다. 디지털-아날로그 변환기 (22F)는 계수기의 디지털 출력을 전력 증폭기(22G)에 의해 증폭된 다음 전력결합 장치(37)을 통해 보상기(10)의 광학 물질체(12)를 둘러싸는 열교환 장치(14)에 공급될 수 있는 아날로그 신호로 변환시킨다. 제5도내의 열교환 장치는 다음에 상세하게 기술하는 다수의 선택적인 실시예들 중 한가지인 코일로서 도시되어 있다.

레이저 로드가 활성화되어 방사선으 발생시키면, 전원공급 및 전압제어 장치(22)는 소정의 공칭 전력을 가변 렌즈 및 복굴절 보상기(10)에 공급하기 시작한다. 샘플 및 보유장치(22A 및 22B)는 매 1/2초와 같은 규칙적인 선정된 간격으로 검출기(34)의 출력을 샘플한다. 검출기의 출력이 샘플 및 보유장치에 의해 기억된 디지털 계수를 한 스템만큼 증가 또는 상이하게 한다. 소정의 싸이클에서의 검출기의 출력이 선행보유값보다 낮으면, 비교기는 기억된 계수를 한 스텝만큼 감소시킨다. 소정의 선행값보다 낮은 3개의 연속 검출기 출력들이 있으면, 클럭회로(22E)는 업/다운 계수기(22D)가 계수를 다시 증가시키게 한다. 스텝의 크기는 레이저의 설계를 정합시키기 위해서 이 회로의 사용자에 의해 결정될 수 있다. 계수기(22D)로부터 발생하는 이 보유된 계수의 크기는 변환기(22F)에 의해 아날로그 신호로 번역된다. 그러므로, 전력 증폭기(22G)는 조절된 전력량을 결합장치(37)을 통해 가변 렌즈 및 복굴절 보상기(10)의 열교환 장치(14)에 공급한다.

바람직하지 못한 비임 발산이 레이저 출력내에서 발생하면,검출기는 광학 물질의 렌징 작용을 증가시키므로 비임의 발산을 감소시키기 위해서 전력 증폭기로부터 열교환 장치까지의 높은 전력을 야기시키는 적은 방사산을 감지한다.

제12도는 비임 발산의 수차를 보정하는 단일 보상기의 능력을 도시한 그래프이다. 이 그래프는 본 발명의 동적 렌징 작용을 갖고 있는 경우와 갖고 있지 않는 경우의 고상 로드 레이저에 대한 비임 발산상태를 비교한 것이다. 이 발산은 축 주위에서 회전되는 경우 비임 에너지의 90%를 둘러싸는 원뿔을 정하게 되는 레이저 비임의 광학 축으로부터 편향각을 측정함으로써 양으로 표시된다. y-축상에 밀리래디안으로 표시되는 비교적 작은 편향각을 더욱 엄격하고 적은 발산성이며 더욱 바람직한 에이저 비임 출력을 나타낸다. 90% 에너지 원뿔각은 넓은 범위의 레이저 펄스 주파수에 대하여 도시되었다.[p.r.f.는 p.p.s(초당 펄스)로 측정된 펄스율 주파수의 약자이다]. 제12도내의 상부 곡선(40)은 동적 렌즈 보상기를 사용하지 않고 1.5밀리래디안을 초과하고 2.0밀리래디안을 넘는 90% 에너지 원뿔각을 나타낸다. 하부곡선(42)는 보상기로 얻어진 결과를 나타낸다. 이 2개의 곡선의 비교결과, 보상기를 사용하면 레이저 비임 내에서 1/3 내지 1/2의 적은 발산이 발생된다.

Claims

동축의 원통형으로서 광학적으로 정렬된 다수의 광학 물질체(12)를 포함하되, 이 광학 물질체들 각각은 온도 의존 굴절률를 갖고 있고, 각각의 광학 물질체의 광학 특성을 제어하기 위해서 각각의 광학 물질체내에서 한 셋트의 조정가능한 독립 비선형 방사열 기울기를 발생시키기 위한 별도의 외부적으로 열적 결합된 자체 열교환 수단(14)를 갖고 있으며, 열제거 수단(18)을 갖고 있고, 또한 각각의 광학 물질체로부터 상기 열제거 수단에 의해 둘러싸여진 영역이외의 상기 광학 물질체들의 영역들의 주위환경에로 열이 전달되는 것을 제한하기 위해 열절연 수단(16)을 갖고 있으나, 여기서 상기 광학 물질체들 각각은 각각의 광학 물질체의 표면의 온도를 결정하기 위해 온도감지 수단(60,61)에 결합되며, 각각의 온도감지 수단은 각각의 광학 물질체에 결합된 각각의 열교환 수단(14)에 전력을 공급하기 위해 트리거 수단(66,68,70,72,78)에 결합되는 것을 특징으로 하는 연속동작 가변 렌즈 및 복굴절 보상장치.
제1항에 있어서, 상기 열교환 수단(14)가 상기 광학 물질체들 각각의 외부 표면 주위에 감겨지고 전기 에너지가 인가될 때 상기 광학 물질체들 각각에 열을 전달하는 금속 도선의 코일의 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 열교환 수단(14)가 상기 광학 물질체(12A,12B)의 외부 표면 주위에 배치된 도전성 물질의 슬리브를포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 열교환 수단이 각각의 광학 물질체(12A,12B)의 표면주위에 배치되고 전류가 통과될 때 각각의 광학 물질체의 온도를 변화시키는 펠티에르 접합물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 물질체(12A,12B)가 유리플라스틱 및 석영으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 물질체(12A,12B)가 각각의 광학 물질체의 광학 특성을 제어하도록 각각의 광학 물질체내에서 조정가능한 방사응력 기울기를 발생시키기 위해 상기 광학 물질체의 온도가 증가할 때 이 광학 물질이 팽창하도록 선정된 팽창 계술를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 열교환 수단(14A,14B)가 각각의 광학 물질체의 외부 표면 주위에 배치된 도전성 물질의 피착물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
다수의 동적 렌즈 및 복굴절 보상기를 제어함으로써 레이저 비임의 비임 발산 및 복굴절 유도 비임 편광소거의 광학 수차를 보정하기 위한 방법에 있어서, 온도 의존 굴절률을 갖고 있는 다수의 원통형 광학 물질체(12A,12B)를 레이저 공진기 공동내에 배치시키는 단계, 상기 광학 물질체(12A,12B)들내에서 통합된 조정가능한 독립 방사열 기울기 셋트를 발생시켜 변화시키는 단계 및 레이저로부터의 출력 방사선을 상기 광학 물질체를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
원통형 표면과 제1 및 제2 단부면을 갖고 있는 동축의 광학적으로 각각 정렬된 광학 물질체(12A,12B)를 포함하되, 이 광학 물질체 각각의 온도 의존 굴절률을 갖고 있고, 각각의 광학 물질체의 광학 특성을 제어하기 위해서 각각의 광학 물질체내에서 통합된 조정가능한 독립 비선형 방사열 기울기 셋트를 발생시키기 위한 별도의 자체 열교환 수단(14A,14B)를 갖고 있으며 단부면에 장착된 열제거 수단(54)를 갖고 있고 또한 각각의 공학 물질체로부터 상기 원통형 표면의 주위환경에로 열이 전달되는 것을 제한하기 위해 열절연 수단(16)을 갖고 있으며, 여기서 상기 광학 물질체가 각각의 광학 물질체의 표면의 온도를 결정하기 위해 온도감지 수단에 결합되며, 각각의 온도감지 수단은 각각 의 광학 물질체에 결합된 각각의 열교환 수단에 전력을 공급하기 위해 트리거 수단에 결합되는 것을 특징으로 하는 연속동작 가변 레즈 및 복굴절 보상장치.
제9항에 있어서, 상기 광학 물질(12A,12B)가 유리, 플라스틱 및 석영으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 광학 물질(12A,12B)가 각각의 광학 물질체의 광학 특성을 제어하도록 각각의 광학 물질체내에서 조정가능한 방사응력 기울기를 발생시키기 위해 광학 물질의 온도가 증가할 때 이 광학 물질이 팽창하도록 선정된 팽창계수를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 열교환 수단(14A,14B)가 각각의 광학 물질체(12A,12B)의 외부 표면 주위에 배치된 도전성 물질이 피착물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 열교환 수단(14A,14B)가 상기 광학 물질체(12A,12B)들 각각의 외부 표면 주위에 감겨지고 전기 에너지가 인가될 때 상기 광학 물질체들 각각에 열을 전달하는 금속 도선의 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 열교환 수단(14A,14B)가 상기 광학 물질체들 각각과 통신 관계로 배치된 도전성 물질의 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 열교환 수단(14A,14B)가 각각의 광학 물질체의 외부 표면 주위에 배치되고 전류가 통과될 때 각각의 광학 물질체의 온도를 변화시키는 펠티에르 접합물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 단부면 장착된 열제거 수단이 양호한 열전도체인 물질로 구성되는 최소한 1개의 환상 방열부재(58)을 포함하되, 이 부재중 최소한 하나는 상기 단부면들 중 최소한 1개의 단부면에 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
제16항에 있어서, 상기환상 방열부재(58)이 산화 알루미늄으로 제조되는 것을 특징으로 한는 장치.
제9항에 있어서, 상기 단부면 장치된 열제거 수단(54,58)이 산화 알루미늄으로 구성되고 각각은 외주 표면을 갖고 있는 한쌍의 원통형의 내부 방열층(58) 및 알루미늄으로 구성되는 한쌍의 원통형의 외부 방열층(58)을 포함하되, 상기 내부 방열층들 각각은 각각의 광학 물질체의 상기 단부 표면들을 둘러싸며, 상기 외부 방열층들 각각은 상기 내부 방열층들 중 한 내부 방열층의 상기 외주 표면에 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 온도감지 수단이 다수의 열전쌍(60)을 포함하되, 각각의 광학 물질체(12A, 12B)들 모두가 상기 광학 물질체의 외부 표면에서 상기 다수의 열전쌍(60)들중 최소한 1개의 열전쌍에 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 트리거 수단(66,68,90,72,78)이 상기 온도감지 수단(60) 및 상기 광학 물질체(12A,12B)들중 1개의 광학 물질체에 결합되는 열교환 수단(14A, 14B)에 각각 결합되며, 기준온도 값을 결합되는 각각의 온도감지 수단으로부터 수신된 입력과 각각 비교하고, 각각의 열교환 수단(14A, 14B)들을 교대로 순차적으로 스위치 온시키도록 링크수단(78)에 의해 결합되며, 각각의 온도감지 수잔(60)의 온도가 상기 기준온도와 동일할 때 각각의 열교환 수단을 각각 스위치 오프시키는 제1 및 제2 비교기 수단(66,68)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 트리거 수단(66,68,70,72,78)이 상기 연속동작 가변 렌즈 및 복굴절 보상장치의 순차적으로 동작을 통합하여 제어하기 위한 집적회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.