JP2009542009A - キャリアエンベロープ位相を制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

チャープパルス増幅レーザーシステムである。システムは一般にレーザー源（１２）、パルス変換装置（１８）で分離距離だけ離れている第１および第２パルス変換要素を含むもの、位置決め要素（２４ｓ）、測定機器（２２）、およびフィードバック制御器（２６）から構成される。レーザー源（１２）はレーザーパルスを発生させることができ、パルス変換装置はレーザーパルスの少なくとも一部を変換することができる。位置決め要素（２４ｓ）はパルス変換装置の少なくとも一部を再配置することができ分離距離を変える。測定機器（２２）は発生したレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を測定することができ、さらにフィードバック制御器（２６）は測定されたキャリアエンベロープ位相に基づいて位置決め要素を制御することができ、パルス変換要素の分離距離を変えかつレーザー源により発生されたレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を制御する。

Description

仮出願ではない本出願明細書は２００６年７月２３日出願の「格子分離のフィードバック制御によるキャリアエンベロープ位相の安定化」と題する米国仮出願明細書第６０／８０５７１７号による利益を主張する。特定仮出願明細書を特定指示により本願に引用して本明細書とする。

本発明は米国政府の支援によるエネルギー省裁定の補助金交付番号ＤＥ−ＦＧ０２−８６ＥＲ１３４９１および国立科学財団裁定の補助金交付番号０４５７２６９により開発されたものである。したがって、米国政府は本発明に特定の権利を保有する。

本発明による実施態様は広くキャリアエンベロープ位相を制御する方法および装置に関係する。とりわけ、本発明による種々の実施態様は格子分離を制御することによるキャリアエンベロープ位相を制御する方法および装置に関係する。

チャープパルス増幅（ＣＰＡ）レーザーシステムはしばしばレーザーパルスをミリジュールレベル以上のエネルギーに増幅するために使用される。例えば、ＣＰＡレーザーシステムは高出力レーザーパルスを発生するために用いることが可能で、アト（１０^−１８）秒パルスの発生、超限界電離（above threshold ionization）、および分子解離のような原子物理学の種々の側面が研究できる。発生されたレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を安定させることは測定誤差を防ぐためにしばしば必要になる。ＣＰＡシステムに用いられるオシレータにフィードバックループを加えることによりキャリアエンベロープ位相を安定化できることは知られている。残念ながら、オシレータにフィードバックループを加えることはオシレータの出力を乱しフィードバックのバンド幅を制限し、これによりＣＰＡレーザーシステムの出力を妨害する場合がある。

本発明による実施態様は上に記載した問題を解決しさらに確かな前進をキャリアエンベロープ位相の制御技術にもたらす。より具体的には、本発明による種々の実施態様は格子分離を制御することによるキャリアエンベロープ位相の制御方法および装置を提供する。

種々の実施態様の中で本発明はチャープパルス増幅レーザーシステムを提供し、これはレーザー源、分離距離だけ離れている第１および第２パルス変換要素を含むパルス変換装置、位置決め要素、測定機器、およびフィードバック制御器から構成されている。レーザー源はレーザーパルスを発生させることができパルス変換装置はレーザーパルスの少なくとも一部を変換することができる。位置決め要素はパルス変換装置の少なくとも一部を再配置し分離距離を変えることができる。測定機器は発生されたレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を測定することができ、フィードバック制御器は測定したキャリアエンベロープ位相に基づき位置決め要素を制御することができパルス変換要素の分離距離を変えることによりレーザー源により発生された少なくとも１つのレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を制御する。

上述の概要および以降の詳細記述は典型的および説明的なもののみであり、したがって必ずしも主張する発明を制限するものでないことは当然である。添付した図面は明細書に組み込まれかつその一部を構成するもので、本発明による実施態様を説明すると共に概要と相まって本発明の理念を説明するものである。

本発明による実施態様は添付した図面を参照しながら上に詳細に記載されているが、ここに：
本発明による種々の実施態様にしたがって設定されたレーザーシステムのブロック図である。 本発明による実施態様で活用することができる格子コンプレッサの概略図である。 本発明による実施態様で活用することができるプリズムコンプレッサの概略図である。 本発明による実施態様で活用することができる格子ストレッチャの概略図である。 本発明による実施態様で活用することができるもう一つの格子ストレッチャの概略図である。 キャリアエンベロープ位相を描いたグラフである。 本発明による実施態様で活用することができるフィードバック制御器の概念図である。

図面の形態は本発明をここに開示および記載した特定の実施態様に限定するものではない。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ本発明による種々の実施態様を明確に描くことに重点をおいている。

本発明による種々の実施態様に関する以下の詳細な記述は本発明を実施できる特定の実施態様を描いた添付図面を参照文献としている。実施態様は本発明の態様を十分詳細に記載することにより同業者が本発明を実施することが可能になることを意図している。本発明の領域から逸脱することなく他の実施態様を活用することも変更を加えることも可能である。したがって以下の詳細な説明は制限的な感覚で解釈されるべきではない。本発明による領域は添付した請求項と共に、このような請求項に与えられた権利の全域によってのみ定義される。

本発明による種々の実施態様は図１に図解するようにレーザーシステム１０を活用している。幾つかの実施態様においてレーザーシステム１０はチャープパルス増幅（ＣＰＡ）レーザーシステムとして設定され、これはレーザーパルスを引き伸ばすおよび／または圧縮することができるパルス変換装置を含んでいる。

技術的に知られているように、ＣＰＡレーザーシステムは一般にチャープ機能を果たす部品を用いることにより高出力レーザーパルスをつくり出す。レーザー源は多波長の放射線を含むエネルギーの短持続パルスをつくり出す。パルスの持続期間は、例えば数１０フェムト（10×10^-14）秒台で、エネルギーは例えば、ナノジュール台である。レーザーパルスはストレッチャおよびコンプレッサを含むチャープシステムに組み込まれる。ストレッチャの機能は暫定的にレーザーパルスを引き伸ばし、またはパルスを分散することで；これによりパルスの異なる波長成分を異なる割合で遅延させ、一般には短めの波長の方が長めの波長より多く遅延するようになる。かくして、短めの波長の方が長めの波長より時間的に遅くストレッチャから出る。ストレッチャを出た後、パルスの持続期間はストレッチャに入るときの約１万倍の大きさである。パルスの持続期間を引き伸ばすことは同時に波形の出力を同じ割合で減少させる効果もある。パルスがチャープされたと称する。

チャープパルスは次に１つ以上の段階の増加媒体を介して１０^６倍以上に増幅される。増幅されたチャープパルスはコンプレッサに入り、ここではレーザーパルスを暫定的にストレッチャとは等しくかつ逆の方法で圧縮する。かくして、長めの波長は短めの波長に比べより遅延するため、レーザーパルスの持続期間はチャープ化の前とほぼ同じ状態に減少する。同様に重大なことは、パルスのピーク出力が同じ倍率で増加することで、パルスの出力は約１０^１２Ｗとなる。

幾つかの実施態様においては、レーザーシステム１０はレーザー源１２、オシレータ１４、ストレッチャ１６、増幅器１８、コンプレッサ２０、測定機器２２、位置決め要素２４ｓおよび２４ｃ、およびフィードバック制御器２６を含む場合がある。下でより詳細に議論されるが、レーザーシステム１０はストレッチャ１６および／またはコンプレッサ２０が採用する分離距離を調整することにより全体として安定したキャリアエンベロープ（ＣＥ）位相のレーザーパルスを発生することができる。

オシレータ１４のようなレーザーから放たれる放射線の電界は、一般に図６に示されるように特徴づけられ、高めの周波数のキャリア波４０が低めの周波数のエンベロープ４２の内部に接している。ＣＥ位相、ψ_ＣＥはエンベロープ波４２のピークおよびキャリア波４０の直近のピークの間の時間差である。

レーザー源１２、オシレータ１４、および増幅器１８は上に述べたように一般に標準的なＣＰＡレーザーシステムの構成要素であるとしてよい。かくして、例えばレーザー源１２は、レーザー光を発生または励起することができるどのような要素または要素の組合せを含んでいてもかまわない。レーザー源１２はＶｅｒｄｉ６レーザーのような励起レーザーおよび／または、本願に引用して本明細書とする米国特許ＵＳ７０５０４７４号に開示されているレーザー源を含む場合もある。レーザー源１２はさらに信号の出力を変調してレーザー信号のオフセット周波数を安定化させる音響光学変調器（ＡＯＭ）を含む場合もある。種々の実施態様において、レーザー源１２はオシレータ１４を含む場合がある。

オシレータ１４は希望する波長、振幅、および持続期間のレーザーパルスを発生することができる全ての要素または要素の組合せを含むことができる。幾つかの実施態様において、オシレータ１４は技術に知られている全ての標準的なキャリア位相エンベロープの安定化技法を活用することができる。オシレータ１４はチャープ反射鏡補正Ｔｉ：サファイヤフェムト秒オシレータを含むこともできる。当然ながら、レーザー源１２およびオシレータ１４は複数のレーザーパルスを発生することができる場合もある。

レーザーシステム１０から高い出力を得るために、オシレータ１４から同じキャリアエンベロープ位相を持つパルスを選定するためにポッケルセル（ＰＣ）を活用する場合がある。ＰＣは選定されたパルスを引き伸ばすためにストレッチャに供給することができる。同じまたは類似のキャリアエンベロープ位相を有するパルスをストレッチャ１６に供給することは測定を簡略化し、キャリアエンベロープ位相をより手軽に修正できるようにするので望ましい。

オシレータ１４はさらにＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒタイプのｆ−から−２ｆ光学干渉計およびＭｅｎｌｏｓｙｓｔｅｍｓＧｍｂＨ社が製造したフェムト秒位相安定化ユニットＸＰＳ８００のようなロッキング電子ユニットを含む場合もある。通常、光学干渉計はオシレータ自身から信号を受信しこれから光学干渉計はキャリアエンベロープのオフセット周波数を発生する。ロッキング電子ユニットはオフセット周波数を受け取りレーザー源１２のＡＯＭにフィードバックすることができるエラー信号を発生しこれがレーザー源１２の信号を変調させる。

ストレッチャ１６はレーザーパルスを引き伸ばしレーザーパルスの持続時間を増加することができ、このため回折格子（単に格子としても知られる）、プリズム、反射鏡、レンズ、これらの組合せなどのようなパルス変調要素を１つ以上活用している。例えば、パルスはほぼ８０ｐｓ（ピコセカンド１０^−１２秒）まで引き伸ばされ、以降でより詳細に議論するように増幅器１６による増幅を促進することができる。ストレッチャ１６は技術的に知られている全ての引き伸ばしの形態を活用することができる。

典型的な格子が図２に３０ｆおよび３０ｇとして拡大した形で示されている。見て判るように、各々の格子３０ｆ、３０ｇは一般にはガラスにエッチングした複数の平行かつ等間隔の溝を含む。溝には図２に示すように溝間隔がｄであり、それは約１μｍ程度である。

幾つかの実施態様においては、図４および５に描かれているように、ストレッチャ１６が回折格子ストレッチャ（単に格子ストレッチャとしても知られる）であり、１つ以上の格子を活用してレーザーパルスを引き伸ばす場合もある。図４の格子ストレッチャ１６はレンズをベースとした望遠鏡を使用しさらに２つの格子３０ａおよび３０ｂ、および３２ａ、３２ｂのような１つ以上のレンズ３２を含み、レーザーパルスを引き伸ばす。

図５による格子ストレッチャの実施態様は反射鏡をベースとした望遠鏡を使用しここでは格子３０ｄ、３０ｅおよび反射鏡３４ａ、３４ｂ、および３４ｃのような１つ以上の反射鏡を含み、レーザーパルスを引き伸ばす。当業者には当然解るように、ストレッチャ１６は全てのパルス変調要素の組合せを活用してレーザーパルスを少なくとも部分的に引き伸ばすことができるのでストレッチャ１６は上に列挙した特定の例には限定されない。

ストレッチャ１６で引き伸ばされたレーザーパルスは増幅のために増幅器１８に供給される。上で議論したように、増幅器１８は一般に標準的な増幅要素を活用して引き伸ばしたレーザーパルスを希望するどの様な出力レベルにも増幅することができる。例えば、増幅器１８は３ｎＪ、８０ｐｓのレーザーパルスを５ｍＪレーザーパルスまで増幅することができる。幾つかの実施態様においては、増幅器１８は１４パスのＴｉ：サファイヤー結晶増幅器を活用してパルスを増幅することができる。増幅器１８はさらに液体窒素冷却を活用して希望するレベルまで増幅を促進することおよび技術的に知られている全ての標準的なキャリア位相エンベロープ安定化技法を活用することができる。

コンプレッサ２０はストレッチャ１６で引き伸ばされかつ増幅器１８により増幅されているレーザーパルスを圧縮することができる。格子３０、プリズム３６、反射鏡３４、レンズ３２、これらの組合せおよびその他のような１つ以上のパルス変更要素を使用して、増幅したレーザーパルスを希望する持続期間に圧縮するために活用できる。幾つかの実施態様においては、コンプレッサ２０は増幅器で増幅された８０ｐｓのレーザーパルスを２５ｆｓまで圧縮することができる。コンプレッサ２０は技術的に知られている全てのコンプレッサ形態を使用することができる。

図２に描かれているように、幾つかの実施態様においてコンプレッサ２０は少なくとも２つの格子３０ｆ、３０ｇを活用してレーザーパルスを圧縮する格子コンプレッサを含む場合もある。格子３０ｆ、３０ｇは描かれている分離距離Ｇ だけ離されている。他の実施態様においては、図３に描かれているようにコンプレッサ２０はプリズムコンプレッサを含むことも可能で、プリズム３６ａ、３６ｂのような少なくとも２つのプリズム３６を活用してレーザーパルスを圧縮する。プリズム３６ａ、３６ｂの頂点も同様に分離距離Ｇだけ離されている。

コンプレッサ２０により圧縮されたレーザーパルスはターゲットなどの流出口へ向けることができ、これには１つ以上のパルス修正要素および／または通常の標準的な方法を活用して１つ以上の増幅されたパルスをターゲットに当てる。

種々の実施態様において、測定機器２２は１つ以上の圧縮されたレーザーパルスを測定できるように構成され圧縮されたレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を識別する。測定機器２２はビームスプリッターを含む場合があり、これはコンプレッサ２０により発生された出力パルスの一部を同一直線上のｆ−から−２ｆ光学干渉計に供給し、複数のレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相、またはその変形を測定することができる。しかしながら、測定機器２２は発生された１つ以上のレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を計ることができる全ての要素または要素の組合せを含むことができ、例えば超限界電離信号の空間的非対称性の測定をベースとした位相計のようなものがある。

フィードバック制御器２６は測定機器２２から信号を受信し次いで出力制御信号を位置決め要素２４ｓ、２４ｃに送信することができる。フィードバック制御器２６はコンピュータまたは他のデータ処理要素のような電子信号処理装置を含む場合があり、これらは特注のソフトウェアアプリケーション、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のような汎用電子回路、もしくは特定用途向け集積回路、またはこれらの組合せを実行することができる。

一般に、フィードバック制御器２６は測定機器２２から入力電子信号を受信し次いで１つ以上の電子信号を位置決め要素２４ｓ、２４ｃに出力する。フィードバック制御器２６はさらに図７に示すように、負のフィードバック制御系の仕組みを含む場合もある。測定機器２２からのフィードバック信号は負の入力として加算要素５０に接続される。望ましいＣＥ位相は加算要素５０に対する正の入力である。加算素子５０の出力は制御要素５２に接続される。制御要素には比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御器のような、ハードウェアおよびソフトウェアの両方で実装できる種々の制御回路の形態が可能である。制御要素５２の出力は位置決め要素２４ｓ、２４ｃに接続される。

位置決め要素２４ｓ、２４ｃはレンズ、反射鏡、および格子のようなストレッチャ１６およびコンプレッサ２０の構成要素の部品の位置を制御することができる。位置決め要素２４ｓ、２４ｃはレンズ、反射鏡、格子、その他を組み込むことができる圧電変換器（ＰＺＴ）要素付の電子駆動平行移動台を含む場合もある。ＰＺＴ台の例としてはＴｈｏｒｌａｂｓ社の製作によるＭａｘ３１１がある。位置決め要素は一般に信号をフィードバック制御器２６から受けることによりストレッチャ１６および圧縮器２０の構成要素を１つの直線軸に沿って何れの方向に移動することも可能である。幾つかの実施態様においては、レーザーシステム１０は位置決め要素２４ｓ、２４ｃの一方のみしか含まない場合もある。

位置決め要素２４ｓはストレッチャ１６と共に用いられる。種々の実施態様において、位置決め要素２４ｓは図５に示すように反射鏡３４ａと一体になっている。他の実施態様においては、位置決め要素２４ｓは格子３０ｄまたは格子３０ｅのいずれかと一体になっている。位置決め要素２４ｃはコンプレッサ２０と共に用いられる。種々の実施態様において、位置決め要素２４ｃは図２に示すように格子３０ｇと一体となっている。他の実施態様においては、位置決め要素２４ｃは格子３０ｆと一体となっている場合もある。しかしながら、下でより詳細に議論するとおり、位置決め要素２４ｓ、２４ｃはストレッチャ１６および／またはコンプレッサ２０の何れの部分と一体になることもできる。

種々の実施態様において、システム１０は次のように機能する。レーザーオシレータ１４はＡＯＭで調整された数サイクルのパルスを発生する。パルスのＣＥ位相オフセット周波数であるｆ_０はオシレータの反復率、ｆｒｅｐのある割合、例えば２５％にロックすることができ、ここにｆｒｅｐ（モード間隔周波数）は８０ＭＨｚ程度である。オシレータの出力は分割され、分割された出力の一部はｆ−から−２ｆ光学干渉計に入力され、ここでオフセット周波数が抽出されロッキング電子ユニットに出力される。オフセット周波数から、ロッキング電子ユニットは誤差信号εを測定するが、ここにε＝ｆ_０−ｆ_ｒｅｐ／４である。誤差信号の値は電子信号に変換されてＡＯＭにフィードバックされ、これはレーザーの出力を変調しオフセット周波数を安定化させる。

同じＣＥ位相のパルスはＰＣにより希望する反復速度、例えば１ｋＨｚで選択される。これらのパルスはストレッチャ１６へ先送りされる。図４または図５のストレッチャ実施態様を用いることができるが、全ての周知のストレッチャの形態を用いることもできる。図４の格子分離距離Ｇ_ｓは格子３０ｂおよび像３０ｃの間の距離であり、さらに図５では格子３０ｄおよび３０ｅの間のそれである。距離は次のように与えることができる：

（１）
ここにｌ_ｅｆｆは図４の格子３０ｂおよび３０ｃの間の、および図５の格子３０ｄおよび３０ｅの間の有効直線距離である。g_ｓは入射角であり、q_ｓは入射波および回折波の間の鋭角であり、および（ g_ｓ ＋ q_ｓ ）は回折角である。

２つのレンズ３２ａ、３２ｂが焦点を共有するかまたは２つの反射鏡３４ａ、３４ｂが焦点を共有するならば、ｌ_ｅｆｆは次のように与えられる：

（２）
ここにｆ_１およびｆ_２は格子３０ｂ、３０ｃまたは３０ｄ、３０ｅの間で望遠鏡を構成するレンズまたは反射鏡の焦点距離でｌは２つの格子３０ｂ、３０ｃまたは３０ｄ，３０ｅの間の幾何学的距離である。実施態様においてｆ_１＝ｆ_２＝ｆであるなら、上の式は次のように簡略化される：

（３）
式３を式１に代入した結果は次のようになる：

（４）
かくして、格子分離は格子間の距離（ｌ）および反射鏡またはレンズの焦点距離（ｆ）に依存している。

時間的に引き延ばされたパルスはストレッチャ１６から出力され次いで増幅器１８内で何桁もの大きさで増幅される。増幅されたパルスはそれからコンプレッサ２０に入力される。プリズムをベースとした図３の実施態様をコンプレッサ２０として用いることができるが、しかしながら、格子をベースとした図２の実施態様がより高いエネルギーのレーザーパルスをつくり出すので一般により高い出力を要する場合に用いられる。コンプレッサ２０の格子分離距離Ｇ_ｃは図２の実施態様にラベル表示されているように、直線距離Ｇである。

圧縮されたパルスはコンプレッサから出力されそのエネルギーの一部分（一般に１μＪ未満）が、通常はビームスプリッターで、分割され、測定機器２２と接続される。測定機器２２の同一直線上のｆ−から−２ｆ光学干渉計が出力パルスの相対的ＣＥ位相を測定する。光学干渉計が相対的ＣＥ位相を電圧レベルに変換しこれがフィードバック制御器２６に供給される。

本発明による実施態様では希望するＣＥ位相をフィードバック制御器に対する入力として構築することが可能になる。一例として、電圧レベルがフィードバック制御器２６に対するフィードバック信号入力として用いられている。フィードバック制御器２６内の加算要素５０は、希望するＣＥ位相の値を正数として負数である測定機器２２からの測定ＣＥ位相の値に加える。結果は希望するＣＥ位相と実際のＣＥ位相との間の差でこれは制御要素５２に入力される。差の大きさに基づき、制御要素５２は位置決め要素２４ｃ、２４ｓに信号を送り必要に応じて、パルス変換要素を移動する。

コンプレッサ２０に対しては、パルスのスペクトル位相は次のように与えられる：

（５）
ここにωはパルスの周波数成分でτは群遅延である。位相速度および群速度の差がコンプレッサ内にＣＥ位相を導入し、次のように与えられる：

（６）
ここに j_ＣＥ’は出口のＣＥ位相であり、格子間の分離が温度差による熱ドリフトおよび機械的振動によりΔＧの量だけ変化した場合、その結果生ずるＣＥ位相の変動は次のようになる：

（７）
入射角が格子の効率が最もよいリトロー角に近い場合、θ(ω_０）≒０で、式７は次のように単純化される：

（８）
かくして、コンプレッサ２０のＣＥ位相は回折格子の溝間隔ｄに依存しこれは一定であるが、それよりも重要なことは格子間の分離距離であるＧに依存する。

種々の実施態様において、位置決め要素２４ｃは一方または両方のパルス変換要素、格子３０ｆ、３０ｇと一体化している場合がある。さらに位置決め要素２４ｃも格子３０ｆ、３０ｇの一方または両方を移動し、格子間の分離距離を直接制御しこれにより式８に表されているＣＥ位相を制御することができる。しかしながら上で議論した通り、位置決め要素２４ｃはコンプレッサ２０のどの部分と一体となることも可能で、したがって必ずしも格子３０ｆ、３０ｇと一体とはならない。例えば、位置決め要素２４ｃは種々のレンズ３２と一体となる場合もある。

ストレッチャ１６に関しては、上のコンプレッサ２０の式５〜８に示したものに類似した誘導によりＣＥ位相について次の表現を得る：

（９）
式３を式９に代入して次を得る：

（１０）
かくして、ＣＥ位相は回折格子の溝間隔ｄに依存し、これは一定でコンプレッサ２０の回折格子の溝間隔定数とは異なる場合もある。ＣＥ位相はさらに格子（ｌ）間の有効距離およびレンズまたは反射鏡の焦点距離（ｆ）にも依存している。

種々の実施態様において、位置決め要素２４ｓは格子３０ａ、３０ｂ、３０ｄ、３０ｅのようなパルス変換要素に接続している場合もある。位置決め要素２４ｓは格子の間の分離距離を直接制御し、これにより式１０のｌを制御することでＣＥ位相を制御するために格子３０ａ、３０ｂ、３０ｄ、３０ｅの１つ以上を移動することができる。

しかしながら、上で議論したように、位置決め要素２４ｓはストレッチャ１６のどの部分とも一体となることが可能で必ずしも格子３０ａ、３０ｂ、３０ｄ、または３０ｅと一体とはならない。例えば、位置決め要素２４ｓはストレッチャ１６の反射鏡３４ａ、３４ｂに接続することもでき反射鏡を加算的にまたはその反対に動かすことができ、これらもまた式１０のｆを制御することによりＣＥ位相を制御する。反射鏡（または特定の実施態様においてはレンズ）の動きを制御することは、一般に反射鏡やレンズが格子よりも重量が軽いから有利かもしれない。

当然ながら、ここに記載した方法および装置は発生させたレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相の制御が要望される他のチャープパルス増幅レーザーシステムに応用できるであろう。かくして、上に提示した典型的な式は使用する特定のストレッチャ１６またはコンプレッサ２０の形態により変化する場合がある。

本発明による実施態様および付随する利点の多くは前記の説明により理解され、さらに種々の変更が形状、構造およびこれら構成要素の配置において本発明の範囲と精神から離れることなくまたはその物質的な利点を犠牲にすることなく行えることは明らかであろう。これまでに記載した形態は単にこれらの説明的な実施態様であり、このような変更を網羅し含むことが以下の特許請求範囲の意図するところである。

本発明による種々の実施態様をかく記載し、新規かつ特許状により保護されることを希望する主張は以下の特許請求の範囲を含む：

Claims (23)

1. 次のものから構成される、チャープパルス増幅レーザーシステム：
   レーザーパルスを発生することができるレーザー源；
   レーザーパルスの少なくとも一部を変換することができるパルス変換装置で、分離距離だけ離れた第１および第２パルス変換要素から構成されるパルス変換装置；
   パルス変換装置と一体となりかつ少なくともパルス変換装置の一部を再配置し分離距離を変えることができる位置決め要素；
   発生したレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を測定することができる測定機器；および
   位置決め要素および測定機器と一体となったフィードバック制御器で、位置決め要素をキャリアエンベロープ位相に基づいて制御することによりパルス変換要素間の分離距離を変化させかつレーザー源が発生した少なくとも１つのレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を制御することができるフィードバック制御器。
2. パルス変換要素が格子、プリズム、およびこれらの組合せから選択されている、請求項１に記載のシステム。
3. パルス変換装置がレーザーパルスの少なくとも一部を引き伸ばすことができる格子ストレッチャとして設定されかつ第１および第２パルス変換要素が一対の格子を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 位置決め要素が格子の１つと一体となりかつ格子を再配置して格子間の分離距離を変えることができる、請求項３に記載のシステム。
5. パルス変換装置がさらに格子と関連するレンズを含みかつ位置決め要素がレンズと一体となっていてレンズを再配置することにより格子間の分離距離を変えることができる、請求項３に記載のシステム。
6. パルス変換装置がさらに格子と関連する反射鏡を含みかつ位置決め要素が反射鏡と一体となっていて反射鏡を再配置して格子間の分離距離を変えることができる、請求項３に記載のシステム。
7. パルス変換装置がレーザーパルスの少なくとも一部を圧縮することができる格子コンプレッサとして作られかつ第１および第２パルス変換要素が一対の格子を含む、請求項１に記載のシステム。
8. 位置決め要素が格子の１つと一体となりかつ格子を再配置することができて分離距離を変える、請求項７に記載のシステム。
9. パルス変換装置がさらに格子と関連するレンズを含みかつ位置決め要素がレンズと一体となりレンズを再配置することができて格子間の分離距離を変える、請求項７に記載のシステム。
10. 位置決め要素が圧電変換器を含む、請求項１に記載のシステム。
11. 測定機器がｆ−から−２ｆの光学干渉計を含む、請求項１に記載のシステム。
12. フィードバック制御器が発生されたレーザーパルスの少なくとも１つのキャリアエンベロープ位相を希望する値に変えることができる、請求項１に記載のシステム。
13. 次のものから構成される、チャープパルス増幅レーザーシステム：
    レーザーパルスを発生することができるレーザー源；
    レーザーパルスの少なくとも一部を引き伸ばすことができる格子ストレッチャで、分離距離だけ離れた一対の格子から構成される格子ストレッチャ；
    格子ストレッチャと一体となりかつ格子ストレッチャの少なくとも一部を再配置して分離距離を変えることができる圧電変換器；
    発生したレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を測定することができるｆ−から−２ｆ光学干渉計；および
    圧電変換器および光学干渉計と一体となっているフィードバック制御器で、測定したキャリアエンベロープ位相に基づき圧電変換器を制御し、格子の分離距離を変えることによりレーザー源により発生された少なくとも１つのレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を制御できるフィードバック制御器。
14. 圧電変換器が格子の１つと一体となっていてかつ格子を再配置し分離距離を変えることができる、請求項１３に記載のシステム。
15. 格子ストレッチャがさらに格子と関連するレンズを含みかつ圧電変換器がレンズと一体となっていて、格子間の分離距離を変えるようにレンズを再配置することができる、請求項１３に記載のシステム。
16. 格子ストレッチャがさらに格子と関係する反射鏡を含みかつ圧電変換器が反射鏡と一体となっていて、格子間の分離距離を変えるように反射鏡を再配置することができる、請求項１３に記載のシステム。
17. さらに次のものを含む、請求項１３に記載のシステム：
    格子ストレッチャにより引き伸ばされたレーザーパルスの少なくとも一部を圧縮することができる格子コンプレッサで、分離距離だけ離れた第２の対の格子から構成されている格子コンプレッサ、および
    格子コンプレッサと一体となっていてかつ格子コンプレッサの少なくとも一部を再配置して第２の対の格子の分離距離を変えることができる第２の圧電変換器、
    フィードバック制御器で、第２圧電変換器と一体になっていてかつ測定されたキャリアエンベロープ位相に基づき第２圧電変換器を制御することができ、第２の対の格子の分離距離を変えることによりレーザー源により発生された少なくとも１つのレーザーパルスにおけるキャリアエンベロープ位相を安定化させる、フィードバック制御器。
18. 格子コンプレッサがさらに第２の対の格子に関連するレンズを含み、かつシステムがさらにレンズと一体となった第３の圧電変換器を含み、フィードバック制御器が第１、第２、および第３圧電変換器を制御することができてレーザー源により発生された少なくとも１つのレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を安定化させる、請求項１７に記載のシステム。
19. フィードバック制御器が少なくとも１つの発生したレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を希望する値に変えることができる、請求項１３に記載のシステム。
20. チャープパルス増幅レーザーシステム内のキャリアエンベロープ位相を安定化させる方法で、次のものから構成される方法；
    発生させたレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相の捕捉；および
    レーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を制御するためにレーザーシステムに使用されている第１および第２のパルス変換要素の分離距離を変更することで、このパルス変換要素は発生されたレーザーパルスを引き伸ばしまたは圧縮することができる。
21. キャリアエンベロープ位相が発生されたレーザーパルスの測定を通じて得られる、請求項２０に記載の方法。
22. 分離距離が第１および第２パルス変換要素の何れかを再配置することにより変えられる、請求項２０に記載の方法。
23. 複数の発生されたレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相の捕捉およびパルス変換要素の分離距離の変更をさらに含んで、少なくとも幾つかの発生されたレーザーパルスのキャリアエンベロープ位相を安定化させる、請求項２０に記載の方法。

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