特許 7468861 位相差計測装置、ビーム出力装置および位相差計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-08

(45)【発行日】2024-04-16

(54)【発明の名称】位相差計測装置、ビーム出力装置および位相差計測方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/00 20060101AFI20240409BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

H01S3/00 G

H01S3/00 A

H01S3/10 Z

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020061991

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2021163805

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-02-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591114803

【氏名又は名称】公益財団法人レーザー技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100205350

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 芳正

(74)【代理人】

【識別番号】100117617

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭策

(72)【発明者】

【氏名】濱本 浩一

(72)【発明者】

【氏名】森岡 朋也

(72)【発明者】

【氏名】西方 伸吾

(72)【発明者】

【氏名】醍醐 浩之

(72)【発明者】

【氏名】宮永 憲明

【審査官】小濱 健太

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１０８８５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２５４０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１６４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５３３８９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

通過する第１レーザ光を、通過した前記第１レーザ光の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる前記第１レーザ光の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換する位相変換装置と、
前記位相変換装置を通過した前記第１レーザ光のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光と、前記第１レーザ光が由来する種光としてのレーザ光に由来する第２レーザ光のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光とを同一光路上に合波して得られる検出用ビームのうち、前記検出用ビームの光軸に直交する断面の一部を、前記検出用ビームの前記断面と、前記位相変換装置の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビームによる干渉パターンの強度重心の方位角を検出し、前記方位角に基づいて前記第１レーザ光に対する前記第２レーザ光のビーム間位相差を検出する検出装置と
を具備する
位相差計測装置。

【請求項2】

請求項１に記載の位相差計測装置において、
前記検出装置は、
前記干渉パターンに含まれる複数の領域のそれぞれにおける光強度を検出する複数のセンサを有するセンサ装置と、
前記光強度に基づいて、前記干渉パターンの光強度重心の方位角を演算し、前記方位角に基づいて前記ビーム間位相差を演算する演算装置と
を具備する
位相差計測装置。

【請求項3】

請求項２に記載の位相差計測装置において、
前記センサ装置は、
前記干渉パターンに含まれる４つの領域にそれぞれ対応する４つの光強度をそれぞれ検出する４つのセンサを有する４象限検出器
を具備し、
前記４つの領域は、前記第１レーザ光の光軸に直交する任意の仮想平面に設けられた直交座標系によって定義される４つの象限である
位相差計測装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の位相差計測装置において、
前記位相変換装置は、
通過する前記第１レーザ光の波面を螺旋状に変換する螺旋位相板
を具備する
位相差計測装置。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか一項に記載の位相差計測装置において、
前記位相変換装置は、
通過する前記第１レーザ光の波面を螺旋状に変換する螺旋位相板のホログラム
を具備する
位相差計測装置。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか一項に記載の位相差計測装置において、
前記位相変換装置は、
通過する前記第１レーザ光の波面を多段階螺旋状に変換する多段階螺旋位相板
を具備する
位相差計測装置。

【請求項7】

種光となるレーザ光を第１レーザ光および第２レーザ光に分割する第１ビームスプリッタと、
通過する前記第１レーザ光を、通過した前記第１レーザ光の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる前記第１レーザ光の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換する位相変換装置と、
前記位相変換装置を通過した前記第１レーザ光のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光と、前記第２レーザ光のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光とを同一光路上に合波して得られる検出用ビームのうち、前記検出用ビームの光軸に直交する断面の一部を、前記検出用ビームの前記断面と、前記位相変換装置の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビームによる干渉パターンの強度重心の方位角を検出し、前記方位角に基づいて前記第１レーザ光に対する前記第２レーザ光のビーム間位相差を検出する検出装置と、
前記ビーム間位相差に基づいて前記第２レーザ光の位相を制御する位相制御器と
を具備する
ビーム出力装置。

【請求項8】

請求項７に記載のビーム出力装置において、
前記検出装置は、
前記干渉パターンに含まれる複数の領域のそれぞれにおける光強度を検出する複数のセンサを有するセンサ装置と、
前記光強度に基づいて、前記干渉パターンの光強度重心の方位角を演算し、前記方位角に基づいて前記ビーム間位相差を演算する演算装置と
を具備する
ビーム出力装置。

【請求項9】

請求項８に記載のビーム出力装置において、
前記センサ装置は、
前記干渉パターンに含まれる４つの領域にそれぞれ対応する４つの光強度をそれぞれ検出する４つのセンサを有する４象限検出器
を具備し、
前記４つの領域は、前記第１レーザ光の光軸に直交する任意の仮想平面に設けられた直交座標系によって定義される４つの象限である
ビーム出力装置。

【請求項10】

請求項７～９のいずれか一項に記載のビーム出力装置において、
前記位相変換装置は、
通過する前記第１レーザ光の波面を螺旋状に変換する螺旋位相板
を具備する
ビーム出力装置。

【請求項11】

請求項７～９のいずれか一項に記載のビーム出力装置において、
前記位相変換装置は、
通過する前記第１レーザ光の波面を螺旋状に変換する螺旋位相板のホログラム
を具備する
ビーム出力装置。

【請求項12】

請求項７～９のいずれか一項に記載のビーム出力装置において、
前記位相変換装置は、
通過する前記第１レーザ光の波面を多段階螺旋状に変換する多段階螺旋位相板
を具備する
ビーム出力装置。

【請求項13】

請求項７～１２のいずれか一項に記載のビーム出力装置において、
前記第２レーザ光を増幅する増幅器
をさらに具備する
ビーム出力装置。

【請求項14】

請求項７～１３のいずれか一項に記載のビーム出力装置において、
前記第２レーザ光を、前記第２レーザ光の一部の強度成分をそれぞれ有する複数の第２部分強度レーザ光に分割する分割装置と、
前記複数の第２部分強度レーザ光をそれぞれ増幅する複数の増幅器と
をさらに具備し、
前記位相変換装置は、前記第１レーザ光をビーム断面の一部で切り出した複数の第１部分断面レーザ光がそれぞれ通過するように配置された複数の位相変換装置を含み、
前記複数の位相変換装置のそれぞれは、通過する前記複数の第１部分断面レーザ光のそれぞれを、通過した前記それぞれの第１部分断面レーザ光の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる前記それぞれの第１部分断面レーザ光の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換し、
前記検出装置は、前記複数の第１部分断面レーザ光および前記複数の第２部分強度レーザ光をそれぞれ同一光路上に合波して得られる複数の検出ビームのうち、前記複数の検出ビームのそれぞれの光軸に直交する断面の一部を、前記それぞれの検出用ビームの前記断面と、前記それぞれの位相変換装置の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した複数の整形済み検出用ビームにおける複数の干渉パターンのそれぞれにおける強度重心の方位角を検出し、前記方位角に基づいて前記複数の第１部分断面レーザ光に対する前記複数の第２部分強度レーザ光のそれぞれのビーム間位相差を検出し、
前記位相制御器は、前記それぞれのビーム間位相差に基づいて、前記それぞれの第２部分強度レーザ光の位相を制御する
ビーム出力装置。

【請求項15】

請求項７～１３のいずれか一項に記載のビーム出力装置において、
前記第１レーザ光および前記第２レーザ光の少なくとも一方の直線偏光方向を変換する半波長板と、
前記第１レーザ光を増幅する他の増幅器と
直線偏光方向が互いに異なる前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を結合して第３レーザ光を生成する偏光ビームスプリッタと、
前記第３レーザ光を結合レーザ光および検出用レーザ光に分割する第２ビームスプリッタと、
前記検出用レーザ光を第１検出用レーザ光および第２検出用レーザ光に分割する第３ビームスプリッタと
をさらに具備し、
前記検出装置は、前記第１検出用レーザ光と前記第２検出用レーザ光が作る干渉パターンの強度重心の方位角を検出する
ビーム出力装置。

【請求項16】

位相変換装置を通過した第１レーザ光を、前記第１レーザ光の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる前記第１レーザ光の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換することと、
変換された前記第１レーザ光のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光と、前記第１レーザ光が由来する種光としてのレーザ光に由来する第２レーザ光のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光とを同一光路上に合波して得られる検出用ビームのうち、前記検出用ビームの光軸に直交する断面の一部を、前記検出用ビームの前記断面と、前記位相変換装置の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビームによる干渉パターンの強度重心の方位角を検出し、前記方位角に基づいて前記第１レーザ光に対する前記第２レーザ光のビーム間位相差を検出することと
を具備する
位相差計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は位相差計測装置、ビーム出力装置および位相差計測方法に関し、例えば、レーザ光の位相差計測装置、ビーム出力装置および位相差計測方法に好適に利用できるものである。

【背景技術】

【0002】

高品質かつ高出力のレーザ光は、レーザ加工、科学研究、核融合、宇宙デブリ除去、安全保障などの分野で必要とされている。しかし、発熱、光学的な破壊、非線形光学効果などの原因により、単独のレーザ光ビームとして可能な出力には限界がある。このため、複数のレーザ光を結合して高出力化を行うビーム結合技術が研究されている。

【0003】

ここで、複数のレーザ光を結合する際には、各レーザ光の位相を合わせることが好ましい。したがって、各レーザ光ビームに時間的な変調および／または復調（周波数シフトや位相変調など）を行うための装置や処理などが必要である。

【0004】

上記に関連して、特許文献１（米国特許公開公報第２００９／０１３４３１０号）には、複数のレーザ光を結合するレーザシステムが開示されている。このレーザシステムでは、各レーザ光の位相を算出するために、各レーザ光に周波数シフトをかけている。

【0005】

特許文献２（特開２０１４－２１６４１８号公報）には、複数のレーザ光を結合する位相同期レーザ装置が開示されている。この位相同期レーザ装置では、各レーザ光の位相を算出するために、各レーザ光に周波数シフトおよび位相変調をかけている。

【0006】

また、ビーム強度変化に対応するためには、複数のセンサで干渉パターンを観測して演算する必要がある。レーザ光のポインティングが変わると、干渉縞の出方が変わる（例：干渉縞が傾く、干渉縞の間隔が変わる、など）。このような変化に対応するためには、複数のセンサで干渉パターンを観測して演算する必要がある。

【0007】

上記に関連して、特許文献３（特許第６０７１２０２号公報）には、複数のレーザ光を結合する複数ビーム結合装置が開示されている。この複数ビーム結合装置では、各レーザ光の位相を制御するために空間的な干渉パターンを利用する。１次元的な干渉パターンに基づいて位相を制御するので、１つのビームについて２ヶ所以上の場所での位相測定が必要である。

【0008】

その他、非特許文献１（Ｋ． Ｓｕｅｄａ， Ｇ． Ｍｉｙａｊｉ， Ｎ． Ｍｉｙａｎａｇａ ａｎｄ Ｍ． Ｎａｋａｔｓｕｋａ著、「Ｌａｇｕｅｒｒｅ－Ｇａｕｓｓｉａｎ ｂｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｓｐｉｒａｌ ｐｈａｓｅ ｐｌａｔｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ」、ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、２００４年７月２６日発行、３５４８～３５５３頁）には、１６ステップ螺旋位相板の位相分布と、試作例と、１６ステップ螺旋位相ビームおよび被検ビームの干渉パターンとが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】米国特許公開公報第２００９／０１３４３１０号

【文献】特開２０１４－２１６４１８号公報

【文献】特許第６０７１２０２号公報

【非特許文献】

【0010】

【文献】Ｋ． Ｓｕｅｄａ， Ｇ． Ｍｉｙａｊｉ， Ｎ． Ｍｉｙａｎａｇａ ａｎｄ Ｍ． Ｎａｋａｔｓｕｋａ著、「Ｌａｇｕｅｒｒｅ－Ｇａｕｓｓｉａｎ ｂｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｓｐｉｒａｌ ｐｈａｓｅ ｐｌａｔｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ」、ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、２００４年７月２６日発行、３５４８～３５５３頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

高出力で高品質なレーザ光を生成するために、レーザ光の位相差を検出または計測する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0012】

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

【0013】

一実施形態による位相差計測装置（６）は、位相変換装置（６１、７、６１０）と、検出装置（６０）とを具備する。位相変換装置（６１、７、６１０）は、通過する第１レーザ光（Ｌ１）を、通過した第１レーザ光（Ｌ１）の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる第１レーザ光（Ｌ１）の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換する。検出装置（６０）は、位相変換装置（６１、７、６１０）を通過した第１レーザ光（Ｌ１）のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光（Ｌ１２）と、第１レーザ光（Ｌ１）が由来する種光としてのレーザ光（Ｌ０）に由来する第２レーザ光（Ｌ２）のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光（Ｌ２２）とを同一光路上に合波して得られる検出用ビーム（Ｌ４）のうち、検出用ビーム（Ｌ４）の光軸（Ａ４）に直交する断面の一部を、検出用ビーム（Ｌ４）の断面と、位相変換装置（６１、７、６１０）の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビーム（Ｌ５）における干渉パターンの強度重心（７１）の方位角（７２）を検出し、方位角（７２）に基づいて、第１レーザ光（Ｌ１）に対する第２レーザ光（Ｌ２）のビーム間位相差を検出する。

【0014】

一実施形態によるビーム出力装置（１、１０、１００）は、第１ビームスプリッタ（３、３０）と、位相変換装置（６１、７、６１０）と、検出装置（６０）と、位相制御器（５３）とを具備する。第１ビームスプリッタ（３、３０）は、種光となるレーザ光（Ｌ０）を第１レーザ光（Ｌ１）および第２レーザ光（Ｌ２）に分割する。位相変換装置（６１、７、６１０）は、通過する第１レーザ光（Ｌ１）を、通過した第１レーザ光（Ｌ１）の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる第１レーザ光（Ｌ１）の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換する。検出装置（６０）は、位相変換装置（６１、７、６１０）を通過した第１レーザ光（Ｌ１）のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光（Ｌ１２）と、第２レーザ光（Ｌ２）のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光（Ｌ２２）とを同一光路上に合波して得られる検出用ビーム（Ｌ４）のうち、検出用ビーム（Ｌ４）の光軸（Ａ４）に直交する断面の一部を、検出用ビーム（Ｌ４）の断面と、位相変換装置（６１、７、６１０）の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビーム（Ｌ５）における干渉パターンの強度重心（７１）の方位角（７２）を検出し、方位角（７２）に基づいて、第１レーザ光（Ｌ１）に対する第２レーザ光（Ｌ２）のビーム間位相差を検出する。位相制御器（５３）は、位相差に基づいて第２レーザ光（Ｌ２）の位相を制御する。

【0015】

一実施形態による位相差計測方法は、位相変換装置（６１、７、６１０）を通過する第１レーザ光（Ｌ１）を、通過した第１レーザ光（Ｌ１）の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる第１レーザ光（Ｌ１）の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換することと、変換された第１レーザ光（Ｌ１）のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光（Ｌ１２）と、第１レーザ光（Ｌ１）が由来する種光としてのレーザ光（Ｌ０）に由来する第２レーザ光（Ｌ２）のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光（Ｌ２２）とを同一光路上に合波して得られる検出用ビーム（Ｌ４）のうち、検出用ビーム（Ｌ４）の光軸（Ａ４）に直交する断面の一部を、検出用ビーム（Ｌ４）の断面と、位相変換装置（６１、７、６１０）の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビーム（Ｌ５）における干渉パターンの強度重心（７１）の方位角（７２）を検出し、方位角（７２）に基づいて、第１レーザ光（Ｌ１）に対する第２レーザ光（Ｌ２）のビーム間位相差を検出することとを具備する。

【発明の効果】

【0016】

前記一実施の形態によれば、高出力で高品質なレーザ光を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、一実施形態によるビーム出力装置の一構成例を示す図である。

【図2A】図２Ａは、一実施形態による位相差計測装置の動作原理を説明するための図である。

【図2B】図２Ｂは、一実施形態による螺旋位相板を通過した参照ビームの光軸方向に直交する断面における位相分布の一例を示す図である。

【図3】図３は、一実施形態によるアパーチャの一構成例を示す図である。

【図4A】図４Ａは、一実施形態による位相差計測装置で得られる干渉パターンから位相差を求めることを説明するための図である。

【図4B】図４Ｂは、一実施形態による位相差計測装置で得られる干渉パターンから位相差を求めることを説明するための図である。

【図4C】図４Ｃは、一実施形態による位相差計測装置で得られる干渉パターンから位相差を求めることを説明するための図である。

【図5】図５は、実際のビーム間位相差に対する、一実施形態による位相差計測装置で求めた干渉パターン強度重心の方位角の測定値および、位相差測定誤差の関係の一例を示すグラフである。

【図6】図６は、一実施形態による位相差計測装置で求めた干渉パターン強度重心の方位角を示す角度の測定結果の一例を示す図である。

【図7】図７は、一実施形態による位相差計測装置で求めた位相差測定誤差の一例を示すグラフである。

【図8】図８は、螺旋位相分布を生成可能なホログラムの一例を示す図である。

【図9A】図９Ａは、一実施形態による１６ステップ螺旋位相板の一構成例を示す俯瞰図である。

【図9B】図９Ｂは、図９Ａに示した多段階螺旋位相板を通過した参照ビームの光軸方向に直交する断面における位相分布の一例を示す図である。

【図9C】図９Ｃは、図９Ａに示した多段階螺旋位相板を通過した参照ビームと、被検出ビームとによる干渉パターンの一例を示す図である。

【図9D】図９Ｄは、図９Ａに示した多段階螺旋位相板を通過した参照ビームと、被検出ビームとの間の実際の位相差に対する、この多段階螺旋位相板を用いた位相差計測装置で求めた干渉パターン強度重心の方位角の測定値及び、位相差測定誤差との関係の一例を示すグラフである。

【図10】一実施形態によるビーム出力装置の一構成例を示す図である。

【図11】一実施形態によるビーム出力装置の一構成例を部分的に示す図である。

【図12】一実施形態によるビーム出力装置の一構成例を示す図である。

【図13】一実施形態によるビーム出力装置の一構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

添付図面を参照して、本発明による位相差計測装置、ビーム出力装置および位相差計測方法を実施するための形態を以下に説明する。以降、レーザ光ビームをレーザ光またはビームと称する場合がある。

【0019】

（第１の実施形態）
図１を参照して、一実施形態によるビーム出力装置１の構成要素について説明する。図１は、一実施形態によるビーム出力装置１の一構成例を示す図である。

【0020】

図１のビーム出力装置１は、レーザ発振器２と、ビームスプリッタ３と、参照ビーム生成部４と、被検出ビーム生成部５と、位相差計測装置６とを備えている。

【0021】

図１の参照ビーム生成部４の構成要素について説明する。参照ビーム生成部４は、ビーム拡大器４４と、反射鏡４５とを備えている。

【0022】

図１の被検出ビーム生成部５の構成要素について説明する。被検出ビーム生成部５は、制御装置５１と、位相制御器５３と、ビーム拡大器５４と、増幅器５５と、反射鏡５７とを備えている。

【0023】

図１の位相差計測装置６の構成要素について説明する。位相差計測装置６は、螺旋位相板６１と、ビームスプリッタ６２と、検出装置６０とを備えている。検出装置６０は、アパーチャ６３と、４象限検出器６４と、演算装置６５とを備えている。

【0024】

図１のビーム出力装置１の構成要素の接続関係について説明する。レーザ発振器２は、種光となるレーザ光Ｌ０を生成する。ビームスプリッタ３は、レーザ発振器２の後段に配置されており、生成されたレーザ光Ｌ０を第１レーザ光および第２レーザ光に分割する。第１レーザ光および第２レーザ光は、異なる方向に向けて出力されても良い。

【0025】

参照ビーム生成部４は、ビームスプリッタ３の後段に配置されており、第１レーザ光を入射して参照ビームＬ１を出力する。言い換えれば、参照ビーム生成部４は、第１レーザ光を入射する位置に配置されている。

【0026】

参照ビーム生成部４において、ビーム拡大器４４は反射鏡４５の前段に配置されていても良い。言い換えれば、ビーム拡大器４４は第１レーザ光の断面積を拡大して出力する。また、反射鏡４５は断面積を拡大された第１レーザ光を反射して、参照ビームＬ１として出力する。なお、断面積の拡大と、反射とは、順序を入れ替えても良い。言い換えれば、ビーム拡大器４４は、反射鏡４５の前段に配置されていても良いし、反射鏡４５の後段に配置されていても良い。

【0027】

被検出ビーム生成部５は、ビームスプリッタ３の後段に配置されており、第２レーザ光を入射して被検出ビームＬ２を出力する。言い換えれば、被検出ビーム生成部５は、ビームスプリッタ３から出力された第２レーザ光を入射する位置に配置されている。

【0028】

被検出ビーム生成部５において、位相制御器５３は、第２レーザ光を入射してその位相をシフトする。このとき、位相制御器５３は、制御装置５１から電気的に供給される位相制御信号ＣＳに基づいて第２レーザ光の位相シフトを行う。ビーム拡大器５４は、位相をシフトされた第２レーザ光を受けて、その断面積を拡大して出力する。言い換えれば、ビーム拡大器５４は、位相制御器５３の後段に配置されている。増幅器５５は、断面積を拡大された第２レーザ光を受けて、その光強度を増幅して出力する。言い換えれば、増幅器５５は、ビーム拡大器５４の後段に配置されている。反射鏡５７は、光強度を増幅された第２レーザ光を反射して、被検出ビームＬ２として出力する。言い換えれば、反射鏡５７は増幅器５５の後段に配置されている。制御装置５１は、後述する位相差計測装置６の演算装置６５から検出器信号ＤＳを電気的に供給され、検出器信号ＤＳに基づいて位相制御信号ＣＳを出力する。言い換えれば、制御装置５１は位相制御器５３より電気的に前段に接続されているが、被検出ビーム生成部５の他の構成要素との間に光学的に接続されていなくても良い。なお、被検出ビーム生成部５の構成要素の光学的な配置は、技術的に矛盾しない範囲内で任意に入れ替え可能である。

【0029】

ビームスプリッタ６２は片面が低反射コート、もう一面が無反射コートされており、被検出ビームＬ２のごく一部の強度成分（パワー）を反射した被検出ビームＬ２２と、参照ビームＬ１の強度成分（パワー）の大部分を透過した参照ビームＬ１２とを、互いに平行に検出装置６０に導く。位相差計測装置６は、参照ビームＬ１および被検出ビームＬ２を受けて、これら２つのビームＬ１、Ｌ２のビーム間位相差を計測した結果を示す検出器信号ＤＳを出力する。言い換えれば、位相差計測装置６は、参照ビーム生成部４の後段に配置されており、また、被検出ビーム生成部５の後段にも配置されている。なお、位相差計測装置６は、入力された参照ビームＬ１および被検出ビームＬ２のうち、位相差の計測に用いられなかった被検出ビームＬ２の大部分および参照ビームＬ１のごく一部を、結合ビームＬ３として出力する。なお、結合ビームＬ３は、他のビームと結合されるために出力されてもよく、この結合は図示しない別の光学系によって行われてもよい。

【0030】

位相差計測装置６において、螺旋位相板６１は、参照ビームＬ１を受けて通過させ、通過する参照ビームＬ１の位相分布を変換する。ビームスプリッタ６２は、一方では位相分布を変換された参照ビームＬ１の大部分を参照ビームＬ１２として透過させ、ごく一部を残留反射ビームＬ１１として反射する。また、ビームスプリッタ６２は、他方では被検出ビームＬ２のごく一部を被検出ビームＬ２２として反射し、被検出ビームＬ２の大部分を透過ビームＬ２１として出力させる。また、被検出ビームＬ２２および参照ビームＬ１２は、検出用ビームＬ４として検出装置６０に向けて出力される。言い換えれば、ビームスプリッタ６２は、参照ビームＬ１および被検出ビームＬ２が交差する位置に配置されている。なお、ビームスプリッタ６２の透過率および反射率は、上記の例に限定されない。

【0031】

検出装置６０において、アパーチャ６３は、検出用ビームＬ４を受けて、その一部を通過させる。４象限検出器６４は、アパーチャ６３を通過した一部の検出用ビームＬ４の光強度を検出し、その光強度分布を電気的に表す光強度信号ＰＳ１～ＰＳ４を生成する４分割センサを備える。言い換えれば、４象限検出器６４は、アパーチャ６３の後段に配置されているセンサ装置である。演算装置６５は、光強度信号ＰＳ１～ＰＳ４を電気的に供給され、これらに基づいて位相差を演算し、演算した位相差を電気的に表す検出器信号ＤＳを生成する。言い換えれば、演算装置６５は、４象限検出器６４の後段に電気的に接続されている。演算装置６５は、所定の演算を行うマイコンチップ、あるいは所定のプログラムを実行するＣＰＵ（中央処理装置）と、このプログラムおよび各種のデータを格納する記憶装置と、外部とデータの入出力を行う各種のインタフェースとを備える計算機を備えていても良い。なお、制御速度を上げるには、アナログマイコンの方が有利である。

【0032】

図１のビーム出力装置１の動作、すなわち本実施形態による位相差計測方法について説明する。まず、レーザ発振器２が、種光となるレーザ光Ｌ０を生成する。このレーザ光Ｌ０は、連続波であっても良いし、パルス波であっても良い。

【0033】

次に、ビームスプリッタ３がレーザ光Ｌ０を第１レーザ光および第２レーザ光に分割する。ここで、ビームスプリッタ３は、レーザ光Ｌ０の一部を第１レーザ光として透過させ、レーザ光Ｌ０の別の一部を第２レーザ光として反射するハーフミラーであっても良い。また、透過および反射の比率は必ずしも同じでなくても良い。

【0034】

次に、参照ビーム生成部４が第１レーザ光を受けて参照ビームＬ１を生成する。まず、ビーム拡大器４４が第１レーザ光の断面積を拡大して平行ビームとして出力する。ビーム拡大器４４は、例えば、複数のレンズの組み合わせを備えていても良い。次に、断面積を拡大された第１レーザ光を反射して、参照ビームＬ１として出力する。なお、断面積の拡大と、反射とは、順序を入れ替えても良い。

【0035】

参照ビームＬ１の生成と並行して、被検出ビーム生成部５が第２レーザ光を受けて被検出ビームＬ２を生成する。まず、制御装置５１が、検出器信号ＤＳに基づいて位相制御信号ＣＳを生成する。次に、位相制御器５３が、位相制御信号ＣＳに基づいて、第２レーザ光の位相を制御する。例えば、位相制御器５３を通過する第２レーザ光の位相を、位相制御信号ＣＳに基づいて調整する。次に、ビーム拡大器５４が、位相をシフトされた第２レーザ光の断面積を拡大して平行ビームとして出力する。次に、増幅器５５が、断面積を拡大した第２レーザ光を増幅する。次に、反射鏡５７が、増幅した第２レーザ光を反射して、被検出ビームＬ２としてビームスプリッタ６２に向けて出力する。なお、第２レーザ光に対する位相のシフト、断面積の拡大、増幅および反射を行う順序は、技術的な矛盾が生じない範囲内で入れ替えても良い。

【0036】

次に、位相差計測装置６が、参照ビームＬ１に対する被検出ビームＬ２のビーム間位相差を計測する。図２Ａは、一実施形態による位相差計測装置６の動作原理を説明するための図である。まず、螺旋位相板６１が、通過する参照ビームＬ１の位相分布を変換する。螺旋位相板６１は、空間的に位相が均一である入射ビームを、空間的な位相分布を有する透過ビームに変換する。例えば、図２Ａに示した螺旋位相板６１は、材質が透明であって、光軸Ａ１を回転中心とする方位角方向に徐々に厚さを増す構造を有している。この螺旋位相板６１によって、参照ビームＬ１の変換された位相分布が、参照ビームＬ１の光軸Ａ１に直交する任意の断面において、方位角に沿って一周期分の位相範囲、例えば０（ゼロ）ラジアンから２π（パイ）ラジアンまでの位相範囲を、全て含むように構成されている。好ましくは、参照ビームＬ１の光軸Ａ２に直交する任意の断面において、方位角に沿って所定の方向に一周するときに、一周期分の位相範囲に含まれる任意の位相の分布密度が一様であるように、螺旋位相板６１が構成されていても良い。例えば、参照ビームＬ１の光軸Ａ２に直交する所望の断面において、位相が方位角に等しくなるように、螺旋位相板６１が構成されていても良い。

【0037】

図２Ｂは、一実施形態による螺旋位相板６１を通過した参照ビームＬ１の光軸Ａ１に直交する断面における位相分布の一例を示す図である。図２Ｂの例では、本実施形態による螺旋位相板６１を通過した参照ビームＬ１の、図２Ａに示した光軸Ａ１に直交する任意の断面に含まれる任意の点における位相と、ｘ軸上に含まれる任意の基準点における基準位相との位相差は、参照ビームＬ１の光軸Ａ１を回転中心としてｘ軸から任意の点までの方位角に一致する。図２Ｂでは、より進んだ位相が濃い色で示されており、より遅れた位相が薄い色で示されており、最も濃い色はゼロラジアンの位相を示し、最も薄い色は２πラジアンの位相を示している。このように分布する位相を、便宜上、螺旋状の位相分布と呼ぶ。

【0038】

ビームスプリッタ６２は、螺旋位相板６１を通過した参照ビームＬ１と、被検出ビームＬ２とを合波し、結合ビームＬ３及び位相差検出用の検出用ビームＬ４を生成する。結合ビームＬ３において、透過ビームＬ２１と残留反射ビームＬ１１の光軸は互いに平行であり、したがって、位相差検出用の検出用ビームＬ４において、被検出ビームＬ２２と参照ビームＬ１２の光軸は互いに平行であるように、被検出ビームＬ２と参照ビームＬ１の交差角度とビームスプリッタ６２の設置角度を調整する必要がある。ここで、ビームスプリッタ６２は、参照ビームＬ１の大部分（例：９９％以上）を参照ビームＬ１２として透過させ、ごく一部分（例：１％未満）を残留反射ビームＬ１１として反射しても良い。

【0039】

ビームスプリッタ６２は、被検出ビームＬ２の大部分（例：９９％以上）を透過ビームＬ２１として透過させ、ごく一部分（例：１％未満）を被検出ビームＬ２２として反射しても良い。

【0040】

なお、結合ビームＬ３を他の結合ビームと結合して強力なレーザ光を生成する観点において、本来、残留反射ビームＬ１１を結合ビームＬ３に含める必要は無い。しかし、結合ビームＬ３に含まれる残留反射ビームＬ１１の割合はごくわずか（例：１万分の１）であるので、実質的に結合ビームＬ３の品質が下がる心配は無い。

【0041】

参照ビームＬ１２および被検出ビームＬ２２の集合を、検出用ビームＬ４と呼ぶ。検出装置６０は、検出用ビームＬ４に含まれる参照ビームＬ１２と被検出ビームＬ２２が作る干渉パターンにおける強度重心の方位角を検出する。まず、アパーチャ６３が、通過する検出用ビームＬ４の一部をマスクする。図３は、一実施形態によるアパーチャ６３の一構成例を示す図である。図３の例では、検出用ビームＬ４のうち、図２Ａに示した光軸Ａ４を中心に半径Ｒ１を有する円の内側に含まれる部分と、光軸Ａ４を中心に半径Ｒ２を有する円の外側に含まれる部分とが、アパーチャ６３によってマスクされる。

【0042】

なお、検出用ビームＬ４のうち、光軸Ａ４に近い領域に含まれる部分は、位相が不確定である可能性がある。また、検出用ビームＬ４のうち、光軸Ａ４から遠い領域に含まれる部分は、光強度が不均一である可能性がある。したがって、これらの領域をアパーチャ６３によってマスクすることによって、後述する強度重心の方位角の検出精度が向上することが期待される。検出用ビームＬ４のうち、アパーチャ６３によってマスクされなかった部分を、便宜上、整形済み検出用ビームＬ５と呼ぶ。

【0043】

４象限検出器６４は、整形済み検出用ビームＬ５を受光してその光強度を検出する。ここで、４象限検出器６４が受光する整形済み検出用ビームＬ５には、参照ビームＬ１２と被検出ビームＬ２２が作る干渉パターンが描かれている。図４Ａは、一実施形態による参照ビームＬ１２と被検出ビームＬ２２が作る基準干渉パターンの一例を示す図である。図４Ａでは、干渉パターンのうち、光強度がより高い部分をより薄い色で示し、光強度がより低い部分をより濃い色で示している。図４Ａの干渉パターンの外周は円形であり、この円形はアパーチャ６３の半径Ｒ２を有する円に対応している。また、図４Ａの干渉パターンの中心は、整形済み検出用ビームＬ５の光軸に対応している。図４Ａの干渉パターンの光強度は、中心から見て紙面に対して右向きの方向に強度がより強く分布している。干渉パターンにおける光強度分布の重心を、便宜上、干渉パターンの光強度重心または干渉パターン強度重心７１と呼ぶ。また、直交座標系ｘ、ｙにおいて、干渉パターン強度重心７１の方位角θは、ｘ軸から左回りに正の値を取るように定義する。図４Ａの例では、角度θがゼロラジアンであることを示しており、このことは、参照ビームＬ１２と被検出ビームＬ２２のビーム間位相差、即ちビームスプリッタ６２上での参照ビームＬ１と被検出ビームＬ２のビーム間位相差がゼロであることを示している。

【0044】

４象限検出器６４は４分割の光強度センサを有している。これら４分割の光強度センサは、整形済み検出用ビームＬ５を４つに分割した４つの部分の光強度をそれぞれ検出する。すなわち、整形済み検出用ビームＬ５の光軸に直交する仮想的な平面に、原点がこの光軸に一致する任意の直交座標系ｘ、ｙを定義し、この直交座標系ｘ、ｙにおける４象限を考える。第１象限は図２Ｂにおける方位角が０ラジアンからπ／２ラジアンの領域であり、第２象限はπ／２ラジアンからπラジアンの領域であり、第３象限はπラジアンから３π／２ラジアンの領域であり、第４象限は３π／２ラジアンから２πラジアンの領域である。

【0045】

４象限検出器６４が有する４分割の光強度センサは、整形済み検出用ビームＬ５のうち、これら４象限にそれぞれ対応する４つの部分の光強度をそれぞれ検出する。第１象限で検出された光強度をＰ_１と呼び、第２象限で検出された光強度をＰ_２と呼び、第３象限で検出された光強度をＰ_３と呼び、第４象限で検出された光強度をＰ_４と呼ぶ。４象限検出器６４は、検出された４つの光強度Ｐ_１～Ｐ_４をそれぞれ電気的に表す光強度信号ＰＳ１～ＰＳ４を生成して演算装置６５に向けて出力する。

【0046】

演算装置６５は、４象限検出器６４から光強度を電気的に表す光強度信号ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３およびＰＳ４を供給されて検出器信号ＤＳを生成する。一例として、演算装置６５は、以下の公式に基づいて、干渉パターン強度重心７１のｘ軸の座標Ｘおよびｙ軸の座標Ｙから、方位角７２を示す角度θを算出することができる。
Ｘ＝（Ｐ_１－Ｐ_２－Ｐ_３＋Ｐ_４）／（Ｐ_１＋Ｐ_２＋Ｐ_３＋Ｐ_４）
Ｙ＝（Ｐ_１＋Ｐ_２－Ｐ_３－Ｐ_４）／（Ｐ_１＋Ｐ_２＋Ｐ_３＋Ｐ_４）
ｃｏｓθ＝Ｘ／（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２
ｓｉｎθ＝Ｙ／（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２

【0047】

図４Ｂおよび図４Ｃを参照して、干渉パターンの光強度分布と、干渉パターン強度重心７１の方位角７２との間の関係の例を示す。図４Ｂおよび図４Ｃは、一実施形態による位相差計測装置６で得られる干渉パターンの光強度分布と、干渉パターン強度重心７１の方位角７２との間の関係の例を示す図である。図４Ｂの例では、干渉パターン強度重心７１が第２象限の、ｘ軸およびｙ軸の交差角度の二等分線の上に存在しており、その方位角７２を示す角度θは３π／４ラジアンである。図４Ｃの例では、干渉パターン強度重心７１が第３象限のｘ軸およびｙ軸の交差角度の二等分線の上に存在しており、その方位角７２を示す角度θは５π／４ラジアンである。

【0048】

演算装置６５は、方位角７２を示す角度θを算出すると、この角度θを表す検出器信号ＤＳを生成して被検出ビーム生成部５の制御装置５１に向けて出力する。

【0049】

次に、被検出ビーム生成部５が、検出器信号ＤＳに基づいて、被検出ビームＬ２の位相のフィードバック制御を行う。まず、制御装置５１に、位相差計測装置６の演算装置６５から出力された検出器信号ＤＳを供給される。制御装置５１は、検出器信号ＤＳが示す角度θに基づいて、位相制御器５３を制御するための位相制御信号ＣＳを生成して、位相制御器５３に向けて出力する。次に、位相制御器５３に、位相制御信号ＣＳを供給し、位相制御信号ＣＳが示す値に基づいて、参照ビームに対する位相差が所望の精度でゼロとなるように被検出ビームＬ２を制御する。

【0050】

図５～図７を参照して、本実施形態による位相差計測装置６による、参照ビームＬ１と被検出ビームＬ２のビーム間位相差の計測が優れた精度を有していることについて説明する。図５は、実際のビーム間位相差に対する、一実施形態による位相差計測装置６で求めた干渉パターン強度重心７１の方位角７２の測定値および、位相差測定誤差の関係の一例を示すグラフである。図５のグラフでは、横軸が参照ビームＬ１に対する被検出ビームＬ２の実際の位相差、すなわちビーム間位相差を示し、左側の縦軸が本実施形態による位相差計測装置６で求めた干渉パターン強度重心７１の方位角７２の測定値を示し、右側の縦軸がこれらの間の差分値、つまり位相差測定誤差を示している。図５のグラフに含まれる２本のグラフのうち、実線のグラフは左側の縦軸に対応しており、破線のグラフは右側の縦軸に対応している。図５から読み取れるように、本実施形態におけるビーム間位相差の測定誤差は、±１．５×１０^－５×πラジアンのオーダーの範囲に含まれている。このように、図５の例によれば、本実施形態による位相差計測装置６による、参照ビームＬ１と被検出ビームＬ２のビーム間位相差の計測が優れた精度を有している。

【0051】

図６は、一実施形態による位相差計測装置６で求めた干渉パターン強度重心７１の方位角７２を示す角度θの測定結果の一例を示す図である。図６の横軸および縦軸は、検出用ビームＬ４の光軸に直交する平面の直交座標系ｘ、ｙの各軸にそれぞれ対応している。図６の例では、参照ビームＬ１と被検出ビームＬ２のビーム間位相差Δφが、π／２ラジアンである場合と、－π／６ラジアンである場合と、－５π／６ラジアンである場合のそれぞれについて、参照ビームＬ１２に対する被検出ビームＬ２２の光強度比率を０．４４倍から４倍まで変化させながら、方位角７２を示す角度θを測定した。その結果、それぞれの位相差Δφにおいて、干渉パターン強度重心７１の位置は、各位相差Δφに対応する直線Ｄ１（π／２ラジアンの場合）、直線Ｄ２（－π／６ラジアンの場合）または直線Ｄ３（－５π／６ラジアンの場合）の上で移動するだけであって、角度θは変動しない、という結果が得られた。このように、本実施形態による位相差計測装置６による、参照ビームＬ１および被検出ビームＬ２の間の位相差の計測は、参照ビームＬ１と被検出ビームＬ２の光強度の比率の違いによる影響を受けない。

【0052】

図７は、一実施形態による位相差計測装置６で求めた位相測定誤差の一例を示すグラフである。図７において、横軸は参照ビームＬ１と被検出ビームＬ２のビーム間位相差を示し、縦軸は位相測定誤差を示している。図７は、第１グラフＧ１、第２グラフＧ２、第３グラフＧ３および第４グラフＧ４を含んでいる。第１グラフＧ１は、被検出ビームＬ２２の光軸方向（ポインティング）が参照ビームＬ１２に対して垂直方向（ｙ軸方向）にＤＬＤ／４だけずれた場合、すなわち参照ビームＬ１２に対する被検出ビームＬ２２の平行度が垂直方向にＤＬＤ／４だけずれた場合の、ビーム間位相差に対応する角度θの測定誤差を示している。ここで、ＤＬＤは、回折限界発散角（全角）（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ （Ａｎｇｌｅ））であり、ここではフラットトップ強度の円形ビームに対して以下の式で定義される。
ＤＬＤ＝２．４４×λ／Ｄ
ここで、λは整形済み検出用ビームＬ５の波長（実際には、レーザ発振器２に由来する各ビームの波長）を示し、Ｄは整形済み検出用ビームＬ５のビーム直径を示している。その他、第２グラフＧ２は、参照ビームＬ１２に対する被検出ビームＬ２２の平行度が水平方向（ｘ軸方向）にＤＬＤ／４だけずれた場合の、ビーム間位相差に対応する角度θの測定誤差を示している。同様に、第３グラフＧ３は、参照ビームＬ１２に対する被検出ビームＬ２２の平行度が水平方向にＤＬＤ／５だけずれた場合の、ビーム間位相差に対応する角度θの測定誤差を示している。また、第４グラフＧ４は、参照ビームＬ１２に対する被検出ビームＬ２２の平行度が垂直方向にＤＬＤ／５だけずれた場合の、ビーム間位相差に対応する角度θの測定誤差を示している。

【0053】

図７の第１グラフＧ１および第２グラフＧ２に注目すると、測定誤差の絶対値は約０．０５πラジアン未満である。また、図７の第３グラフＧ３および第４グラフＧ４に注目すると、測定誤差の絶対値は０．０３πラジアン未満である。このように、本実施形態による位相差計測装置６による、参照ビームＬ１と被検出ビームＬ２のビーム間位相差の計測は、参照ビームＬ１２と被検出ビームＬ２２の間の光軸のずれ、すなわち参照ビームＬ１と被検出ビームＬ２の間の交差角度のずれ、言い換えれば結合ビームＬ３における参照ビーム成分Ｌ１１と被検出ビーム成分Ｌ２１の平行度による影響を比較的小さく抑制できる。

【0054】

なお、参照ビームＬ１２に対する被検出ビームＬ２２の光軸方向のずれがＤＬＤ／４を超えている場合には、結合ビームＬ３における参照ビーム成分Ｌ１１と被検出ビーム成分Ｌ２１の平行度がずれており、ビーム結合のいかなる方法においても、ビームポインティングの計測と補正は別途必要である。したがって、ここでは参照ビームＬ１２に対する被検出ビームＬ２２の光軸方向のずれがＤＬＤ／４を超えている場合を考慮する必要は無い。

【0055】

なお、図１のビーム出力装置１の構成はあくまでも一例にすぎず、上記の動作が可能である限り、上記の構成要素の一部を省略したり、別の構成要素に置き換えたり、別の構成要素を追加したり、構成要素間の位置関係を変更してもよい。

【0056】

図１に示したビーム出力装置１の変形例として、螺旋位相板６１の代わりに、螺旋位相板６１に対応するホログラムを用いることが出来る。このホログラムは、位相変調型ホログラムであっても良いし、振幅変調型ホログラムであっても良い。このような技術は、非特許文献１「Ｋ． Ｓｕｅｄａ， Ｇ． Ｍｉｙａｊｉ， Ｎ． Ｍｉｙａｎａｇａ ａｎｄ Ｍ． Ｎａｋａｔｓｕｋａ著、「Ｌａｇｕｅｒｒｅ－Ｇａｕｓｓｉａｎ ｂｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｓｐｉｒａｌ ｐｈａｓｅ ｐｌａｔｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ」、ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、２００４年７月２６日発行、３５４８～３５５３頁」に開示されているので、さらなる詳細な説明を省略する。図８は、螺旋位相分布を生成可能なホログラム７の一例を示す図である。

【0057】

図１に示したビーム出力装置１の別の変形例として、螺旋位相板６１を多段階螺旋位相板６１０に置き換えた場合について説明する。図９Ａは、一実施形態による多段階螺旋位相板６１０の一構成例を示す俯瞰図である。図９Ａに示した多段階螺旋位相板６１０は、螺旋階段状の位相分布を与える機能を有しており、それぞれの階段は底面がπ／８ラジアンの中心角を有する扇型であり、厚さがそれぞれに異なる合計１６の柱体を、各底面を面一に配置し、各底面の中心角が互いに接するように集合させた形状を有している。また、図９Ａに示した多段階螺旋位相板６１０において、それぞれの扇形柱体の厚さと、厚さが最も薄い扇形柱体の厚さとの差が、π／８ラジアンの倍数であり、０ラジアンから１５π／８ラジアンまでの範囲で分布している。さらに、それぞれの扇形柱体は、中心角を回転するように、厚さの順に並んでいる。言い換えれば、図９Ａの多段階螺旋位相板６１０は、図２Ａに示した螺旋位相板６１の螺旋状の曲面を、複数の平行な平面の集合で近似したものである。このように構成された多段階螺旋位相板６１０は、螺旋状の曲面を有する螺旋位相板６１と比較して、より安価に、より容易に製造できると期待される。図９Ａに示した多段階螺旋位相板６１０は、合計１６種類の厚さを有しているので、１６ステップ螺旋位相板と呼んでも良い。なお、図９Ａの例では段階数が１６であるが、この値はあくまでも一例であって本実施形態を限定しない。

【0058】

図９Ｂは、図９Ａに示した多段階螺旋位相板６１０を通過した参照ビームＬ１の光軸方向に直交する断面における位相分布の一例を示す図である。図２Ｂに示した、螺旋位相板６１を用いた場合に得られる位相分布では、光軸を中心とした回転方向に位相が連続的に変化するが、図９Ｂに示した位相分布では、多段階螺旋位相板６１０の厚さが段階的に変化する位置で位相分布の位相も段階的に変化する。このような位相分布を有するレーザ光を、便宜上、多段階螺旋状の波面を有するレーザ光と呼ぶ。

【0059】

図９Ｃは、図９Ａに示した多段階螺旋位相板６１０を通過した参照ビームと、被検出ビームとが作る干渉パターンの一例を示す図である。図４Ｂに示した、螺旋位相板６１を用いた場合に得られる干渉パターンの光強度分布では、光軸を中心とした回転方向に干渉強度が連続的に変化するが、図９Ｃに示した干渉パターンの光強度分布では、多段階螺旋位相板６１０の厚さが段階的に変化する位置で干渉強度も段階的に変化する。

【0060】

図９Ｄは、図９Ａに示した多段階螺旋位相板６１０を通過した参照ビームに対する、被検出ビームの実際の位相差に対する、この多段階螺旋位相板６１０を用いた位相差計測装置６で求めた干渉パターン強度重心７１の方位角７２の測定値及び、位相差測定誤差の関係の一例を示すグラフである。図９Ｄのグラフは、図５に示したグラフと比較して、破線で示した位相差測定誤差が異なる。すなわち、図９Ｄに示した測定誤差は、０ラジアンから０．００７πラジアンのオーダーの範囲に含まれている。この範囲は、図５に示した、螺旋位相板６１を用いた場合の測定誤差よりも広いものの、位相差測定誤差としては十分に小さいと考えられる。このように、図１に示したビーム出力装置１に含まれる螺旋位相板６１を多段階螺旋位相板６１０で置き換えても、参照ビームＬ１および被検出ビームＬ２との間の位相差の計測を十分に高い精度で行うことが出来る。

【0061】

図１に示した螺旋位相板６１と、図８に示したホログラム７と、図９Ａに示した多段階螺旋位相板６１０とが、いずれも、通過するレーザ光を、通過したこのレーザ光の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれるこのレーザ光の断面が、一周期分の位相分布を含むように変換する位相変換装置であることに注目されたい。

【0062】

（第２の実施形態）
図１０を参照して、一実施形態によるビーム出力装置１について説明する。図１０は、一実施形態によるビーム出力装置１の一構成例を示す図である。

【0063】

本実施形態によるビーム出力装置１は、図１に示したビーム出力装置１を４つ用意して一体化したものにほぼ等しい。言い換えれば、本実施形態によるビーム出力装置１は、種光となるレーザ光Ｌ０を生成して参照ビームＬ１および被検出ビームＬ２に分割し、また、被検出ビームＬ２を４つの被検出ビームＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２ＣおよびＬ２Ｄに分割する。参照ビームＬ１は、ビーム拡大器４４で断面積が拡大され、拡大された参照ビーム中には、被検出ビームＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２ＣおよびＬ２Ｄがビームスプリッタ６２で反射された光路に一致するように、螺旋位相板６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ及び６１Ｄが設置され、等価的に４つの参照ビームを生成している。ここで、４つの螺旋位相板６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ及び６１Ｄをそれぞれ通過した４つの参照ビームが同一の位相を有するように、４つの螺旋位相板６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ及び６１Ｄを適宜に配置してもよい。さらに、本実施形態によるビーム出力装置１は、４つの参照ビームＬ１および４つの被検出ビームＬ２の間で４つの位相差を計測し、この計測結果に基づいて４つの被検出ビームＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２ＣおよびＬ２Ｄの位相を４つの検出器信号ＤＳＡ、ＤＳＢ、ＤＳＣおよびＤＳＤと、４つの位相制御信号ＣＳＡ、ＣＳＢ、ＣＳＣおよびＣＳＤとを介してフィードバック制御するとともに、４つの被検出ビームＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃ、Ｌ２Ｄのそれぞれがビームスプリッタ６２を透過した成分から構成される結合ビームＬ３を出力する。

【0064】

本実施形態によるビーム出力装置１の構成要素について説明する。図１０のビーム出力装置１は、レーザ発振器２と、ビームスプリッタ３と、参照ビーム生成部４と、被検出ビーム生成部５と、位相差計測装置６とを備えている。

【0065】

本実施形態による参照ビーム生成部４は、光路長調整部４２と、反射鏡４３と、ビーム拡大器４４とを備えている。図１０の光路長調整部４２は、４つのミラー４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃおよび４２Ｄを備えているが、この値はあくまでも一例であって本実施形態を限定しない。ビーム拡大器４４は、図１に示したビーム拡大器４４と同様に構成されても良い。

【0066】

本実施形態による被検出ビーム生成部５は、制御装置５１と、ビームスプリッタ５２と、４つの位相制御器５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃおよび５３Ｄと、４つのビーム拡大器５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃおよび５４Ｄと、４つの増幅器５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃおよび５５Ｄとを備えている。４つのビーム拡大器５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃおよび５４Ｄを区別しない場合には、これらを単にビーム拡大器５４とも呼ぶ。４つの増幅器５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃおよび５５Ｄを区別しない場合には、これらを単に増幅器５５とも呼ぶ。

【0067】

本実施形態による位相差計測装置６は、同じ素材と同じ厚さを有する４つの螺旋位相板６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃおよび６１Ｄと、ビームスプリッタ６２と、４つのアパーチャ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃおよび６３Ｄと、４つの４象限検出器６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃおよび６４Ｄと、４つの演算装置６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃおよび６５Ｄとを備えている。４つの螺旋位相板６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃおよび６１Ｄを区別しない場合には、これらを単に螺旋位相板６１とも呼ぶ。４つのアパーチャ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃおよび６３Ｄを区別しない場合には、これらを単にアパーチャ６３とも呼ぶ。４つの４象限検出器６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃおよび６４Ｄを区別しない場合には、これらを単に４象限検出器６４とも呼ぶ。４つの演算装置６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃおよび６５Ｄを区別しない場合には、これらを単に演算装置６５とも呼ぶ。

【0068】

光路長調整部４２が参照ビームＬ１の光路長を調節できることについて説明する。光路長調整部４２は、ビームスプリッタ３から出力される参照ビームＬ１を入射し、４つのミラー４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃおよび４２Ｄでこの順番に反射して反射鏡４３に向けて出力する。このとき、例えば、ミラー４２Ａおよび４２Ｄを固定し、ミラー４２Ｂおよび４２Ｃの位置を適宜に移動することによって、参照ビームＬ１がミラー４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃおよび４２Ｄを通る光路長を調節し、４象限検出器６４に到達する検出用ビームＬ４に含まれる参照ビームＬ１および被検出ビームＬ２の間の光路差をゼロに近づけることが出来る。

【0069】

特に、レーザ光Ｌ０がパルス波である場合には、この光路差はパルス時間幅の１０分の１に光速を乗じた距離より短いことが好ましい。なお、レーザ光Ｌ０が連続波である場合には、この光路差はコヒーレンス長の数分の１より短いことが好ましく、コヒーレンス長の１０分の１より短いことがより望ましい。

【0070】

ビームスプリッタ５２は、被検出ビームＬ２を複数の被検出ビームＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２ＣおよびＬ２Ｄに分割する分割装置である。ビームスプリッタ５２は、ミラー５２Ａ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｆ、５２Ｇ、５２Ｈ、５２Ｉ、５２Ｋ、５２Ｌおよび５２Ｍと、ハーフミラー５２Ｂ、５２Ｅおよび５２Ｊとを備える。図１０の例では、ミラー５２Ａと、ハーフミラー５２Ｂと、ミラー５２Ｃおよび５２Ｄと、ハーフミラー５２Ｅと、ミラー５２Ｆおよび５２Ｇとをこの順番に反射または透過することによって、ビームスプリッタ３から出力される被検出ビームＬ２の一部が被検出ビームＬ２Ａとして位相制御器５３Ａに到達する。また、ミラー５２Ａと、ハーフミラー５２Ｂと、ミラー５２Ｃおよび５２Ｄと、ハーフミラー５２Ｅと、ミラー５２Ｈとをこの順番に反射または透過することによって、ビームスプリッタ３から出力される被検出ビームＬ２の一部が被検出ビームＬ２Ｂとして位相制御器５３Ｂに到達する。また、ミラー５２Ａと、ハーフミラー５２Ｂと、ミラー５２Ｉと、ハーフミラー５２Ｊと、ミラー５２Ｌおよび５２Ｍとをこの順番に反射または透過することによって、ビームスプリッタ３から出力される被検出ビームＬ２の一部が被検出ビームＬ２Ｃとして位相制御器５３Ｃに到達する。また、ミラー５２Ａと、ハーフミラー５２Ｂと、ミラー５２Ｉと、ハーフミラー５２Ｊと、ミラー５２Ｋとをこの順番に反射または透過することによって、ビームスプリッタ３から出力される被検出ビームＬ２の一部が被検出ビームＬ２Ｄとして位相制御器５３Ｄに到達する。

【0071】

被検出ビームＬ２Ａは、位相制御器５３Ａ、ビーム拡大器５４Ａ、増幅器５５Ａ、ビームスプリッタ６２を介して４象限検出器６４Ａに到達する。被検出ビームＬ２Ｂは、位相制御器５３Ｂ、ビーム拡大器５４Ｂ、増幅器５５Ｂ、ビームスプリッタ６２を介して４象限検出器６４Ｂに到達する。被検出ビームＬ２Ｃは、位相制御器５３Ｃ、ビーム拡大器５４Ｃ、増幅器５５Ｃ、ビームスプリッタ６２を介して４象限検出器６４Ｃに到達する。被検出ビームＬ２Ｄは、位相制御器５３Ｄ、ビーム拡大器５４Ｄ、増幅器５５Ｄ、ビームスプリッタ６２を介して４象限検出器６４Ｄに到達する。

【0072】

ビーム拡大器４４から出力される参照ビームＬ１の一部は、螺旋位相板６１Ａ、ビームスプリッタ６２およびアパーチャ６３Ａを通過して４象限検出器６４Ａに到達する。ビーム拡大器４４から出力される参照ビームＬ１の別の一部は、螺旋位相板６１Ｂ、ビームスプリッタ６２およびアパーチャ６３Ｂを通過して４象限検出器６４Ｂに到達する。ビーム拡大器４４から出力される参照ビームＬ１のさらに別の一部は、螺旋位相板６１Ｃ、ビームスプリッタ６２およびアパーチャ６３Ｃを通過して４象限検出器６４Ｃに到達する。ビーム拡大器４４から出力される参照ビームＬ１のさらに別の一部は、螺旋位相板６１Ｄ、ビームスプリッタ６２およびアパーチャ６３Ｄを通過して４象限検出器６４Ｄに到達する。

【0073】

４象限検出器６４、演算装置６５および制御装置５１については、図１の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。

【0074】

図１１を参照して、図１０に示したビーム出力装置１の変形例について説明する。図１１は、一実施形態によるビーム出力装置１の一構成例を部分的に示す図である。

【0075】

図１１のビーム出力装置１は、図１０のビーム出力装置１に、以下の変更を加えることで得られる。すなわち、図１０のビームスプリッタ６２の代わりに２枚のビームスプリッタ６２Ａおよび６２Ｂを用いる。まず、ビーム拡大器５４および増幅器５５の配置を調整し、被検出ビームＬ２Ａ～Ｌ２Ｄが互いに平行となるように調整する。次いで、参照ビームＬ１および被検出ビームＬ２の光軸が平行になるように、ビーム拡大器４４の配置と２枚のビームスプリッタ６２Ａおよび６２Ｂの平行度を調整する。さらに、増幅器５５から出力された被検出ビームＬ２を、２枚のビームスプリッタ６２Ａおよび６２Ｂを介して４象限検出器６４に入射させる。

【0076】

図１１の構成例では、図１０の場合よりもビームスプリッタの数が増えたことによって、被検出ビームＬ２の大幅な減光が可能になる。言い換えれば、増幅器５５から出力された被検出ビームＬ２の光強度を、４象限検出器６４のセンサが耐えられる光強度まで減光するための比率がより大きければ、結合ビームＬ３の光強度をより大きく出来る。

【0077】

また、図１１の構成例では、参照ビームＬ１のうち、ビームスプリッタ６２Ｂを透過しなかった成分を、結合ビームＬ３とは別の方向に向けて出力することが可能になる。したがって、結合ビームＬ３に参照ビームＬ１が全く混入しないので、結合後のレーザ光の品質がさらに向上することが期待される。

【0078】

（第３の実施形態）
図１２を参照して、一実施形態によるビーム出力装置１０について説明する。図１２は、２ビームを同一光路上に結合する一実施形態におけるビーム出力装置１０の一構成例を示す図である。

【0079】

本実施形態によるビーム出力装置１０では、種光となるレーザ光Ｌ０をビームスプリッタ３で第１ビームＬ１０および第２ビームＬ２０に分割し、第１ビームＬ１０および第２ビームＬ２０の両方を増幅して結合するとともに、第１ビームＬ１０と第２ビームＬ２０のビーム間位相差を計測して第２ビームＬ２０の位相をフィードバック制御し、第１ビームＬ１０の位相と一致させることによって、高出力で高品質なレーザ光を生成する。なお、一致させる対象は、第１ビームＬ１０の位相に所定の位相差を加えた別の位相であってもよい。

【0080】

本実施形態によるビーム出力装置１０の構成要素について説明する。図１２のビーム出力装置１０は、レーザ発振器２と、ビームスプリッタ３と、ミラー３１と、ビーム結合ユニット１１とを備えている。ビーム結合ユニット１１は、第１ビーム生成部１４と、第２ビーム生成部１５と、ミラー１１１と、偏光ビームスプリッタ１１２と、位相差計測装置１６とを備えている。

【0081】

第１ビーム生成部１４は、半波長板４１と、光路長調整部４２と、ビーム拡大器５４Ａと、増幅器５５Ａとを備えている。

【0082】

第２ビーム生成部１５は、制御装置５１と、位相制御器５３と、ビーム拡大器５４Ｂと、増幅器５５Ｂとを備えている。

【0083】

位相差計測装置１６は、ビームスプリッタ１６１と、半波長板１６２と、偏光ビームスプリッタ１６３と、ビームスプリッタ１６４と、パワーモニタ１６５と、偏光ビームスプリッタ１６６と、光路長調整部１６７と、ミラー１６８と、半波長板１６９と、ミラー１７０と、位相差計測装置６とを備えている。位相差計測装置６の構成については、図１の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。

【0084】

本実施形態によるビーム出力装置１０の構成要素の動作について説明する。ここで、図１に示したビーム出力装置１および／または図１０に示したビーム出力装置１と符号が同じ構成要素については、同様に動作するので、詳細な説明を省略する場合がある。

【0085】

レーザ発振器２は、種光となるレーザ光Ｌ０を出力する。ビームスプリッタ３は、レーザ光Ｌ０を第１ビームＬ１０および第２ビームＬ２０に分割する。

【0086】

第１ビーム生成部１４は、第１ビームＬ１０を受光し、増幅して出力する。ここで、まず、半波長板４１が、第１ビームＬ１０の直線偏光方向をπ／２ラジアン回転させる。次に、レーザ光Ｌ０がパルス列である場合には、光路長調整部４２が、偏光ビームスプリッタ１１２における第１ビームＬ１０と第２ビームＬ２０の光路長誤差を、パルス時間幅の１０分の１に光速を乗じた距離より短い距離となるように調整する。あるいは、レーザ光Ｌ０が連続波である場合には、光路長調整部４２が、偏光ビームスプリッタ１１２における第１ビームＬ１０と第２ビームＬ２０の光路長誤差を、コヒーレンス長の数分の１より短い距離となるように調整する。次に、ビーム拡大器５４Ａが第１ビームＬ１０の断面積を拡大する。次に、増幅器５５Ａが第１ビームＬ１０の光強度を増幅する。

【0087】

第２ビーム生成部１５は、ミラー３１を介して第２ビームＬ２０を受光し、増幅して出力する。ここで、まず、制御装置５１が位相差計測装置６から供給された検出器信号ＤＳに基づいて位相制御信号ＣＳを生成する。次に、位相制御器５３が位相制御信号ＣＳに基づいて第２ビームＬ２０の位相を調整する。次に、ビーム拡大器５４Ｂが第２ビームＬ２０の断面積を拡大する。次に、増幅器５５Ｂが第２ビームＬ２０の光強度を増幅する。

【0088】

ここで、第１ビーム生成部１４から出力される第１ビームＬ１０と、第２ビーム生成部１５から出力される第２ビームＬ２０との間で、直線偏光方向が直交していることに注目されたい。ここでは、一例として、第１ビームＬ１０が偏光ビームスプリッタ１１２に対してｓ偏光、第２ビームＬ２０がｐ偏光であると仮定し、また、第１ビームＬ１０と第２ビームＬ２０の強度が等しいと仮定して説明する。

【0089】

偏光ビームスプリッタ１１２は、第１ビーム生成部１４から出力されてミラー１１１で反射した第１ビームＬ１０と、第２ビーム生成部１５から出力された第２ビームＬ２０とを結合して、結合ビームＬ３０を出力する。このとき、結合ビームＬ３０には、ｓ偏光の第１ビームＬ１０に由来する成分と、ｐ偏光の第２ビームＬ２０に由来する成分とが含まれている。すなわち、ｓ偏光とｐ偏光の位相が等しい場合には結合ビームは４５度傾いた直線偏光であり、それ以外の場合は楕円偏光あるいは円偏光となる。

【0090】

位相差計測装置１６は、偏光ビームスプリッタ１１２から出力された結合ビームＬ３０を受けて、結合ビームＬ３０に含まれる第１ビームＬ１０および第２ビームＬ２０の間の位相差を計測し、この計測の結果に基づいて第２ビームＬ２０の位相をフィードバック制御するための検出器信号ＤＳを出力し、位相フィードバック制御の結果として、結合ビームＬ３０に、偏光ビームスプリッタ１６３に適した直線偏光と偏光角度を与える。

【0091】

ここで、まず、ビームスプリッタ１６１が、結合ビームＬ３０を結合ビームＬ３１および検出用ビームＬ４０に分割する。次に、半波長板１６２が結合ビームＬ３０のｓ偏光成分およびｐ偏光成分それぞれの偏光方向を４５度回転させる。その結果、偏光回転された結合ビームＬ３１の、直線偏光方向あるいは楕円偏光の場合は楕円の主軸方向は、偏光ビームスプリッタ１６３のｐ偏光に一致し、出力ビームＬ３２が得られる。このとき、偏光回転された結合ビームＬ３１が楕円偏光である場合は、偏光回転された結合ビームＬ３１の偏光成分のうちで、偏光ビームスプリッタ１６３に対するｓ偏光成分がダンプビームＬ３３として、ダンプポートに向けて出力される。次に、ビームスプリッタ１６４が、出力ビームＬ３２の一部を、モニタ用ビームＬ３４として取り出し、パワーモニタ１６５によって、出力ビームＬ３５の光強度をモニタする。なお、ビームスプリッタ１６４による分割において、出力ビームＬ３２の大部分（例：９９％以上）が出力ビームＬ３５として透過し、出力ビームＬ３２のごく一部（例：１％未満）がモニタ用ビームＬ３４として分割されても良い。このとき、偏光ビームスプリッタ１１２の直後においてｓ偏光とｐ偏光の位相が等しい場合には、パワーモニタ１６５が受光するパワーは最大となる。

【0092】

次に、偏光ビームスプリッタ１６６が、ビームスプリッタ１６１によって分割された検出用ビームＬ４０を、ｓ偏光の第１検出用ビームＬ４１（結合されたビームＬ３０の内、第１ビームＬ１０の一部を検出用ビームとしたもの）と、ｐ偏光の第２検出用ビームＬ４２（結合されたビームＬ３０の内、第２ビームＬ２０の一部を検出用ビームとしたもの）とに分割する。次に、半波長板１６９が、ｓ偏光の第１検出用ビームＬ４１の直線偏光方向を９０度回転させて、ｐ偏光の第１検出用ビームＬ４１を出力する。次に、ミラー１７０と、螺旋位相板６１と、ビームスプリッタ６２と、アパーチャ６３とを介して、第１検出用ビームＬ４１が、位相差計測装置６の４象限検出器６４に入力される。その一方で、光路長調整部１６７と、ミラー１６８と、ビームスプリッタ６２と、アパーチャ６３とを介して、第２検出用ビームＬ４２も、位相差計測装置６の４象限検出器６４に入力される。ここで、４象限検出器６４において、第１検出用ビームＬ４１および第２検出用ビームＬ４２の直線偏光方向が同じであり、したがって第１検出用ビームＬ４１と第２検出用ビームＬ４２が作る干渉パターンの可視度が高くなることに注目されたい。なお、図１２に示す一実施形態において、ビームスプリッタ６２はハーフミラーであっても良い。

【0093】

その後の、４象限検出器６４、演算装置６５および制御装置５１の動作については、前述の各実施形態の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。

【0094】

このように、本実施形態のビーム出力装置１０によれば、種光となるレーザ光Ｌ０を２分割し、それぞれを２つの増幅器５５Ａおよび５５Ｂで増幅し、その大部分を同一光路上の出力ビームＬ３５として活用することが出来るので、複数本の結合に演繹すれば、２のｎ乗本（ｎは整数）のビームを同一光路上に結合した高出力のレーザ光を生成できることが期待される。ここで、図１０に示したタイル状結合と、図１２に示したＦｉｌｌｅｄ ａｐｅｒｔｕｒｅ結合とでは、形態が異なることに注目されたい。

【0095】

図１３を参照して、本実施形態によるビーム出力装置１０の変形例について説明する。図１３は、一実施形態によるビーム出力装置１００の一構成例を示す図である。

【0096】

図１３のビーム出力装置１００は、図１２のビーム出力装置１０を２つ用意し、これら２つのビーム出力装置１４０と１５０から出力される２つの結合ビームＬ３５ＡおよびＬ３５Ｂの間で位相差を計測して、一方の結合ビームＬ３５Ｂの位相をフィードバック制御し、２つの結合ビームＬ３５ＡおよびＬ３５Ｂの位相を揃えて結合することができる。

【0097】

図１３のビーム出力装置１００の構成要素について説明する。ビーム出力装置１００は、レーザ発振器２と、ビームスプリッタ３０と、ミラー３１０と、第１ビーム出力装置１４０と、第２ビーム出力装置１５０と、ミラー１１１と、偏光ビームスプリッタ１１２と、第１結合ビームＬ３５Ａと第２結合ビームＬ３５Ｂの位相差を計測するための位相差計測装置１６０とを備えている。

【0098】

第１ビーム出力装置１４０は、ビームスプリッタ３と、ミラー３１と、ビーム結合ユニット１１Ａとを備えている。

【0099】

第２ビーム出力装置１５０は、第２結合ビームＬ３５Ｂの位相を制御するための制御装置５１と、位相制御器５３と、ビームスプリッタ３と、ミラー３１と、ビーム結合ユニット１１Ｂとを備えている。

【0100】

図１３のビーム出力装置１００の動作について説明する。図１３のビーム出力装置１００は、図１２のビーム出力装置１０と同様に動作する。まず、図１３のレーザ発振器２、ビームスプリッタ３０およびミラー３１０は、それぞれ、図１２のレーザ発振器２、ビームスプリッタ３およびミラー３１に対応する。次に、図１３の第１ビーム出力装置１４０および第２ビーム出力装置１５０は、それぞれ、図１２のビーム結合ユニット１１を備えている。図１３の例では、第１ビーム出力装置１４０が備える、図１２のビーム結合ユニット１１に対応する構成を、ビーム結合ユニット１１Ａと表記し、第２ビーム出力装置１５０が備える、図１２のビーム結合ユニット１１に対応する構成を、ビーム結合ユニット１１Ｂと表記している。次に、図１３のミラー１１１、偏光ビームスプリッタ１１２および位相差計測装置１６０は、それぞれ、図１２のミラー１１１、偏光ビームスプリッタ１１２および位相差計測装置１６に対応する。また、図１３のビームスプリッタ３、ミラー３１は、図１２のビームスプリッタ３、ミラー３１に対応し、図１３の制御装置５１および位相制御器５３は、それぞれ、図１２の制御装置５１および位相制御器５３と同じ機能を有する。

【0101】

より詳細には、まず、２つのビーム結合ユニット１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれ、図１２のビーム結合ユニット１１と同様に動作する。すなわち、入力されたレーザ光をビームスプリッタ３で２つに分け、これら２つのレーザ光をそれぞれ増幅し、増幅された２つのレーザ光の間の位相差を計測し、この計測の結果に基づいて一方のレーザ光の位相をフィードバック制御し、位相を揃えた２つのレーザ光を結合したビームを出力する。

【0102】

次に、偏光ビームスプリッタ１１２および位相差計測装置１６０は、図１２の偏光ビームスプリッタ１１２および位相差計測装置１６と同様に動作する。すなわち、図１３の偏光ビームスプリッタ１１２は、ビーム結合ユニット１１Ａから出力されてミラー１１１を介して届いた第１結合ビームと、ビーム結合ユニット１１Ｂから出力された第２結合ビームとを結合した第３結合ビームを出力する。また、位相差計測装置１６０は、第３結合ビームに含まれる、第１結合ビームの少なくとも一部と、第２結合ビームの少なくとも一部との間で位相差を計測し、この計測の結果に基づいて第２結合用ビームの位相をフィードバック制御するための検出器信号を生成する。制御装置５１は、この検出器信号に基づいて位相制御信号を生成し、位相制御器５３はこの位相制御信号に基づいてミラー３１０を介して届いたレーザ光の位相を制御する。

【0103】

このように、図１３のビーム出力装置１００は、図１２のビーム出力装置１０の構成を再帰的な入れ子構造（ツリー構造）にすることによって、レーザ光Ｌ０を４つに分割してそれぞれ個別に増幅してから位相を合わせて結合することが出来る。さらに、図１３のビーム出力装置１００の構成を再帰的な入れ子構造にすれば、レーザ光Ｌ０を８つに分割してそれぞれ個別に増幅してから位相を合わせて結合することも出来る。同様に、再帰的な入れ子構造を繰り返すことによって、レーザ光Ｌ０を２の任意のべき乗に分割してそれぞれ個別に増幅してから位相を合わせて結合することが可能となるので、さらに高出力で高品質なレーザ光を生成することが出来る。

【0104】

以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。

【0105】

各実施形態に記載の位相差計測装置６は、例えば以下の様に把握される。

【0106】

（１）第１の態様に係る位相差計測装置６は、位相変換装置６１、７、６１０と、検出装置６０とを備える。

【0107】

第１の態様に係る位相差計測装置６は、位相変換装置６１、７、６１０と、検出装置６０とにより、参照ビームに対する被検出ビームのビーム間位相差を計測して調整することができる、という効果を奏する。

【0108】

位相変換装置６１、７、６１０は、通過する第１レーザ光Ｌ１を、通過した第１レーザ光Ｌ１の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる第１レーザ光Ｌ１の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換する機能を有する。位相分布をこのように変換する装置としては、通過するレーザ光の部位によって透過光の位相が異なるような光学素子が挙げられる。このような光学素子としては、螺旋位相板６１、螺旋位相板６１に対応するホログラム７、多段階螺旋位相板６１０などが挙げられる。言い換えれば、位相変換装置６１、７、６１０は、螺旋位相板６１、ホログラム７および多段階螺旋位相板６１０の上位概念を示す。

【0109】

検出装置６０は、位相変換装置６１、７、６１０を通過した第１レーザ光Ｌ１のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光である参照ビームＬ１２と、第１レーザ光Ｌ１が由来する種光としてのレーザ光Ｌ０に由来する第２レーザ光Ｌ２のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光である被検出ビームＬ２２とを同一光路上に合波して得られる検出用ビームＬ４のうち、検出用ビームＬ４の光軸Ａ４に直交する断面の一部を、検出用ビームＬ４の断面と、位相変換装置６１、７、６１０の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビームＬ５における干渉パターンの強度重心７１の方位角７２を検出し、方位角７２に基づいて、第１レーザ光Ｌ１に対する第２レーザ光Ｌ２のビーム間位相差を検出する機能を有する。このような機能を有する装置としては、干渉パターンの４象限にそれぞれ含まれる光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を検出する４つのセンサを備える４象限検出器６４などが挙げられる。

【0110】

（２）第２の態様に係る位相差計測装置６は、第１の態様に係る位相差計測装置６であって、さらにセンサ装置６４および演算装置６５を備える。これにより、干渉パターンに含まれる複数の領域における光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４をそれぞれ検出し、この検出の結果に基づいて干渉パターンの強度重心７１の方位角７２を演算し、方位角７２に基づいてビーム間位相差を演算することが出来るため、ビーム間位相差の検出をより少ないセンサでより高精度に実現できる、という効果を奏する。このような光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４は、干渉パターンの４象限の光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４であってもよい。

【0111】

（３）第３の態様に係る位相差計測装置６は、第２の態様に係る位相差計測装置６であって、さらに４象限検出器６４を備える。これにより、方位角の検出を４つのセンサで高精度に実現できる、という効果を奏する。

【0112】

（４）第４の態様に係る位相差計測装置６は、第１～第３のいずれかの態様に係る位相差計測装置６であって、さらに螺旋位相板６１を備える。これにより、干渉パターンの４象限にそれぞれ含まれる光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を一度検出すれば、参照ビームの断面に含まれる一周期分の位相分布における特定の位相に測定したいビーム間位相差を対応させることが出来る、という効果を奏する。

【0113】

（５）第５の態様に係る位相差計測装置６は、第１～第３のいずれかの態様に係る位相差計測装置６であって、さらに螺旋位相板６１のホログラム７を備える。これにより、螺旋位相板６１そのものを使用する場合よりも容易に、干渉パターンの４象限にそれぞれ含まれる光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を一度検出すれば、参照ビームの断面に含まれる一周期分の位相分布における特定の位相に測定したいビーム間位相差を対応させることが出来る、という効果を奏する。

【0114】

（６）第６の態様に係る位相差計測装置６は、第１～第３のいずれかの態様に係る位相差計測装置６であって、さらに多段階螺旋位相板６１０を備える。これにより、螺旋位相板６１そのものを使用する場合よりも容易に、干渉パターンの４象限にそれぞれ含まれる光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を一度検出すれば、参照ビームの断面に含まれる一周期分の位相分布における特定の位相に測定したいビーム間位相差を対応させることが出来る、という効果を奏する。

【0115】

（７）第１の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００は、第１ビームスプリッタ３、３０と、位相変換装置６１、７、６１０と、検出装置６０と、位相制御器５３とを具備する。

【0116】

ビーム出力装置１、１０、１００は、第１ビームスプリッタ３、３０と、位相変換装置６１、７、６１０と、検出装置６０と、位相制御器５３とにより、高出力で高品質なレーザ光を生成することができる、という効果を奏する。

【0117】

第１ビームスプリッタ３、３０は、種光となるレーザ光Ｌ０を第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２に分割する機能を有する。

【0118】

位相変換装置６１、７、６１０は、通過する第１レーザ光Ｌ１を、通過した第１レーザ光Ｌ１の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる第１レーザ光Ｌ１の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換する機能を有する。位相分布をこのように変換する装置としては、通過するレーザ光の部位によって位相が異なるような光学素子が挙げられる。このような光学素子としては、螺旋位相板６１、螺旋位相板６１に対応するホログラム７、多段階螺旋位相板６１０などが挙げられる。

【0119】

検出装置６０は、位相変換装置６１、７、６１０を通過した第１レーザ光Ｌ１のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光である参照ビームＬ１２と、第２レーザ光Ｌ２のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光である被検出ビームＬ２２とを同一光路上に合波して得られる検出用ビームＬ４のうち、検出用ビームＬ４の光軸Ａ４に直交する断面の一部を、検出用ビームＬ４の断面と、位相変換装置６１、７、６１０の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビームＬ５における干渉パターンの強度重心７１の方位角７２を検出し、方位角７２に基づいて、第１レーザ光Ｌ１に対する第２レーザ光Ｌ２のビーム間位相差を検出する機能を有する。このような機能を有する装置としては、干渉パターンの４象限にそれぞれ含まれる光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を検出する４つのセンサを備える４象限検出器６４などが挙げられる。

【0120】

位相制御器５３は、方位角７２の測定値に基づいて第２レーザ光Ｌ２の位相を制御する機能を有する。これにより、位相基準となる第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２の合波の際に両ビームのビーム間位相差を調整することができる。このような機能を有する装置としては、通過するレーザ光の位相を調整可能な位相変調器が挙げられる。

【0121】

（８）第２の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００は、第１の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００であって、さらにセンサ装置６４および演算装置６５を備える。これにより、干渉パターンに含まれる複数の領域における光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４をそれぞれ検出し、この検出の結果に基づいて干渉パターンの強度重心７１の方位角７２を演算し、方位角７２に基づいてビーム間位相差を演算することが出来るため、ビーム間位相差の検出をより少ないセンサでより高精度に実現できる、という効果を奏する。このような光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４は、干渉パターンの４象限の光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４であってもよい。また、このようなセンサ装置６４としては、４象限検出器６４などが挙げられる。

【0122】

（９）第３の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００は、第２の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００であって、さらに４象限検出器６４を備える。これにより、方位角７２の検出を４つのセンサで高精度に実現できる、という効果を奏する。

【0123】

（１０）第４の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００は、第１～第３のいずれかの態様に係るビーム出力装置１、１０、１００であって、さらに螺旋位相板６１を備える。これにより、干渉パターンの４象限にそれぞれ含まれる光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を一度検出すれば、参照ビームの断面に含まれる一周期分の位相分布における特定の位相に測定したいビーム間位相差を対応させることが出来る、という効果を奏する。

【0124】

（１１）第５の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００は、第１～第３のいずれかの態様に係るビーム出力装置１、１０、１００であって、さらに螺旋位相板６１のホログラム７を備える。これにより、螺旋位相板６１そのものを使用する場合よりも容易に、干渉パターンの４象限にそれぞれ含まれる光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を一度検出すれば、参照ビームの断面に含まれる一周期分の位相分布における特定の位相に測定したいビーム間位相差を対応させることが出来る、という効果を奏する。

【0125】

（１２）第６の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００は、第１～第３のいずれかの態様に係るビーム出力装置１、１０、１００であって、さらに多段階螺旋位相板６１０を備える。これにより、螺旋位相板６１そのものを使用する場合よりも容易に、干渉パターンの４象限にそれぞれ含まれる光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を一度検出すれば、参照ビームの断面に含まれる一周期分の位相分布における特定の位相に測定したいビーム間位相差を対応させることが出来る、という効果を奏する。

【0126】

（１３）第７の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００は、第１～第６の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００であって、さらに増幅器５５を備える。増幅器５５は、第２レーザ光Ｌ２を増幅する。これにより、高品質でより高出力のレーザ光を生成できる、という効果を奏する。

【0127】

（１４）第８の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００は、第１～第７の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００であって、さらに分割装置５２と、複数の増幅器５５とを備える。分割装置５２は、第２レーザ光Ｌ２を、第２レーザ光Ｌ２の一部の強度成分をそれぞれ有する複数の第２部分強度レーザ光である複数の被検出ビームＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃ、Ｌ２Ｄに分割する機能を有する。このような機能を有する装置としては、ミラーおよびハーフミラーの組み合わせ５２などが挙げられる。複数の増幅器５５は、複数の被検出ビーム（第２部分強度レーザ光）Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃ、Ｌ２Ｄをそれぞれ増幅する。第８の態様に係る位相変換装置６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄは、第１レーザ光Ｌ１をビーム断面の一部で切り出した複数の第１部分断面レーザ光がそれぞれ通過するように配置された複数の位相変換装置６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄを含む。複数の位相変換装置６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄのそれぞれは、通過する複数の第１部分断面レーザ光のそれぞれを、通過したそれぞれの第１部分断面レーザ光の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれるそれぞれの第１部分断面レーザ光の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換する機能を有する。第８の態様に係る検出装置６０は、複数の第１部分断面レーザ光および複数の被検出ビーム（第２部分強度レーザ光）Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃ、Ｌ２Ｄをそれぞれ同一光路上に合波して得られる複数の検出ビームのうち、複数の検出ビームのそれぞれの光軸に直交する断面の一部を、それぞれの検出用ビームの断面と、それぞれの位相変換装置６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄの中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した複数の整形済み検出用ビームによる複数の干渉パターンのそれぞれにおける強度重心７１の方位角７２を検出し、方位角７２に基づいて、複数の第１部分断面レーザ光に対する、複数の被検出ビーム（第２部分強度レーザ光）Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃ、Ｌ２Ｄのそれぞれのビーム間位相差を検出する機能を有する。第８の態様に係る位相制御器５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄは、それぞれのビーム間位相差に基づいて、それぞれの被検出ビーム（第２部分強度レーザ光）Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃ、Ｌ２Ｄの位相を制御する機能を有する。これにより、複数の第１部分断面レーザ光に対する、複数の被検出ビーム（第２部分強度レーザ光）Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃ、Ｌ２Ｄのそれぞれのビーム間位相差を同時に制御できるため、高品質でより高出力のレーザ光を生成できる、という効果を奏する。

【0128】

（１５）第９の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００は、第１～第８の態様に係るビーム出力装置１、１０、１００であって、半波長板４１と、第７または第８の態様における増幅器５５とは別の増幅器５５Ａと、偏光ビームスプリッタ１１２と、第２ビームスプリッタ１６１と、第３ビームスプリッタ１６６とを備える。レーザ発振器２が出力するレーザ光Ｌ０が直線偏光である場合、これをハーフミラーであるビームスプリッタ３で２分割してそれぞれ増幅した後に偏光ビームスプリッタ１１２で偏光合成して結合するためには、第１ビームＬ１０の偏光方向を偏光ビームスプリッタ１１２に対してｓ偏光、第２ビームＬ２０の偏光方向をｐ偏光にする必要がある。そのために、半波長板４１は、第１レーザ光Ｌ１０および第２レーザ光Ｌ２０の少なくとも一方の直線偏光方向を回転する。図１２では、便宜上、第１ビームＬ１０の光路にのみ、半波長板４１を図示しているが、本態様はこの例に限定されない。第７または第８の態様における増幅器５５とは別の増幅器５５Ａは、第２レーザ光Ｌ２０を増幅する。偏光ビームスプリッタ１１２は、直線偏光方向が互いに異なる第１レーザ光Ｌ１０および第２レーザ光Ｌ２０を結合して第３レーザ光Ｌ３０を生成する。第２ビームスプリッタ１６１は、第３レーザ光Ｌ３０を結合レーザ光Ｌ３１および検出用レーザ光Ｌ４０に分割する。第３ビームスプリッタ１６６は、検出用レーザ光Ｌ４０を第１検出用レーザ光Ｌ４１および第２検出用レーザ光Ｌ４２に分割する。第９の態様に係る検出装置６０は、第１検出用レーザ光Ｌ４１と第２検出用レーザ光Ｌ４２が作る干渉パターンの強度重心７１の方位角７２を検出する。これにより、干渉パターンを生成するための参照光として増幅されていたビームを用いることができ、２つのビームを同一光路上に結合することが可能になるため、高品質でより高出力のレーザ光を生成できる、という効果を奏する。

【0129】

（１６）第１の態様に係る位相差計測方法は、位相変換装置６１、７、６１０を通過した第１レーザ光Ｌ１を、第１レーザ光Ｌ１の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる第１レーザ光Ｌ１の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換する第１の工程と、変換された第１レーザ光Ｌ１のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光である参照ビームＬ１２と、第１レーザ光Ｌ１が由来する種光としてのレーザ光Ｌ０に由来する第２レーザ光Ｌ２のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光である被検出ビームＬ２２とを同一光路上に合波して得られる検出用ビームＬ４のうち、検出用ビームＬ４の光軸Ａ４に直交する断面の一部を、検出用ビームＬ４の断面と、位相変換装置６１、７、６１０の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビームＬ５における干渉パターンの強度重心７１の方位角７２を検出し、方位角７２に基づいて、第１レーザ光Ｌ１に対する第２レーザ光Ｌ２のビーム間位相差を検出する第２の工程とを具備する。

【0130】

第１の態様に係る位相差計測方法は、第１の工程と、第２の工程により、高出力で高品質なレーザ光を生成することができる、という効果を奏する。

【0131】

第１の工程は、通過する第１レーザ光Ｌ１を、通過した第１レーザ光Ｌ１の光軸に直交する任意の仮想平面に含まれる第１レーザ光Ｌ１の断面において方位角方向に一周期分の位相分布を含むように変換する機能を有する。このような機能としては、通過するレーザ光の部位によって位相が異なるような光学素子を用いて実現することなどが挙げられる。このような光学素子としては、螺旋位相板６１、螺旋位相板６１に対応するホログラム７、多段階螺旋位相板６１０などが挙げられる。

【0132】

第２の工程は、変換された第１レーザ光Ｌ１のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第１部分強度レーザ光である参照ビームＬ１２と、第１レーザ光Ｌ１が由来する種光としてのレーザ光Ｌ０に由来する第２レーザ光Ｌ２のうちの少なくとも一部の強度成分を有する第２部分強度レーザ光である被検出ビームＬ２２とを同一光路上に合波して得られる検出用ビームＬ４のうち、検出用ビームＬ４の光軸Ａ４に直交する断面の一部を、検出用ビームＬ４の断面と、位相変換装置６１、７、６１０の中心線とが交わる点を中心として円形に切り出した整形済み検出用ビームＬ５による干渉パターンの強度重心７１の方位角７２を検出し、方位角７２に基づいて、第１レーザ光Ｌ１に対する第２レーザ光Ｌ２のビーム間位相差を検出する機能を有する。このような機能を有する素子としては、干渉パターンの４象限にそれぞれ含まれる光強度Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を検出する４つのセンサを備える４象限検出器６４などが挙げられる。

【符号の説明】

【0133】

１、１０、１００ ビーム出力装置
２ レーザ発振器
３、３０ ビームスプリッタ
３１、３１０ ミラー
４ 参照ビーム生成部
４１ 半波長板
４２ 光路長調整部
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ ミラー
４３ 反射鏡
４４ ビーム拡大器
４５ 反射鏡
５ 被検出ビーム生成部
５１、５１Ａ、５１Ｂ 制御装置
５２ ビームスプリッタ
５２Ａ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｆ、５２Ｇ、５２Ｈ、５２Ｉ、５２Ｋ、５２Ｌ、５２Ｍ ミラー
５２Ｂ、５２Ｅ、５２Ｊ ハーフミラー
５３、５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ 位相制御器
５４、５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ ビーム拡大器
５５、５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄ 増幅器
５７ 反射鏡
６ 位相差計測装置
６０ 検出装置
６１、６１Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ 螺旋位相板
６１０ 多段階螺旋位相板
６２、６２Ａ、６２Ｂ ビームスプリッタ
６３、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄ アパーチャ
６４、６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄ ４象限検出器
６５、６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃ、６５Ｄ 演算装置
７ ホログラム
７１ 強度重心
７２ 方位角
１１、１１Ａ、１１Ｂ ビーム結合ユニット
１１１ ミラー
１１２ 偏光ビームスプリッタ
１４ 第１ビーム生成部
１４０ 第１ビーム出力装置
１５ 第２ビーム生成部
１５０ 第２ビーム出力装置
１６、１６０ 位相差計測装置
１６１ ビームスプリッタ
１６２ 半波長板
１６３ 偏光ビームスプリッタ
１６４ ビームスプリッタ
１６５ パワーモニタ
１６６ 偏光ビームスプリッタ
１６７ 光路長調整部
１６８ ミラー
１６９ 半波長板
１７０ ミラー
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ 光軸
ＣＳ、ＣＳＡ、ＣＳＢ、ＣＳＣ、ＣＳＤ 位相制御信号
ＤＳ、ＤＳＡ、ＤＳＢ、ＤＳＣ、ＤＳＤ 検出器信号
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 直線
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４ グラフ
Ｌ０ レーザ光
Ｌ１ 参照ビーム
Ｌ１０ 第１ビーム
Ｌ１１ 残留反射ビーム
Ｌ１２ 参照ビーム
Ｌ２、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃ、Ｌ２Ｄ 被検出ビーム
Ｌ２０ 第２ビーム
Ｌ２１ 透過ビーム
Ｌ２２ 被検出ビーム
Ｌ３、Ｌ３０ 結合ビーム
Ｌ３１ （偏光回転された）結合ビーム
Ｌ３２、Ｌ３５ 出力ビーム
Ｌ３３ ダンプビーム
Ｌ３４ モニタ用ビーム
Ｌ４、Ｌ４０、Ｌ４１、Ｌ４２ 検出用ビーム
Ｌ５ 整形済み検出用ビーム
Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４ 光強度
ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、ＰＳ４ 光強度信号
Ｒ１、Ｒ２ 半径

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】