(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザエミッタバーの出力を光ファイバの入力面に結合させるフェルールのアセンブリを提供する。【解決手段】光ファイバ44の入力面42を配置するためのフェルールのアセンブリ56であって、内側穿孔部81を有するバレル部80と、入力端と、前記バレル部80から半径方向に延在するフランジ部材82と、を有する外側スリーブと、当該外側スリーブの内側穿孔部で軸方向に摺動するように構成され、外面及び入力端と同心円状の軸方向の内腔87を有する、円柱状のファイバ連結スリーブ83と、入力端が前記ファイバ連結スリーブ83の入力端を超えて軸方向に延在した状態で、前記軸方向の内腔81に、及び前記外側スリーブの内側穿孔部に固定される光ファイバ44とを具える。【選択図】図５
2014095916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの入力面を配置するためのフェルールのアセンブリであって、
内側穿孔部を有するバレル部と、
入力端と、
前記バレル部から半径方向に延在するフランジ部材と、
を有する外側スリーブと、
当該外側スリーブの内側穿孔部で軸方向に摺動するように構成され、外面及び入力端と同心円状の軸方向の内腔を有する、円柱状のファイバ連結スリーブと、
入力端が前記ファイバ連結スリーブの入力端を超えて軸方向に延在した状態で、前記軸方向の内腔に、及び前記外側スリーブの内側穿孔部に固定される光ファイバと、
を具えることを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記光ファイバの入力端が実質的に、前記フランジ部材と軸方向に同延であることを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項３】
光ファイバの入力面を配置するためのフェルールのアセンブリであって、
内側穿孔部を有するバレル部と、
入力端と、
前記バレル部から半径方向に延在するフランジ部材と、
を有する外側スリーブと、
当該外側スリーブの内側穿孔部で軸方向に摺動するように構成され、
スリーブの入力端から近位に延在する、内腔の横方向の寸法の副の部分と、
当該横方向の寸法の副の部分から前記スリーブの近位端に延在する、内腔の横方向の寸法の主の部分と、
を有し、外面と同心円状の軸方向の階段状の内腔を有する、円柱状のファイバ連結スリーブと、
入力端が前記ファイバ連結スリーブの入力端を超えて遠位に配置された状態で、前記軸方向の内腔に、及び前記外側スリーブの内側穿孔部に同心円状に固定される光ファイバと、
を具えることを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項４】
請求項３に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記光ファイバの入力端が実質的に、前記外側スリーブのフランジ部材の前面と軸方向に同延であることを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項５】
請求項３に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記光ファイバが、
前記スリーブの軸方向の内腔の、前記横方向の寸法の主の部分で軟質はんだによって、及び、
前記スリーブの軸方向の内腔の、前記横方向の寸法の副の部分で硬質はんだによって、
前記ファイバ連結スリーブに固定されることを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記軟質はんだがインジウム銀はんだを含むことを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項７】
請求項５に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記硬質はんだが金錫はんだを含むことを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項８】
請求項３に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記スリーブの軸方向の内腔の、前記横方向の寸法の副の部分が、約１２５ミクロンないし約７００ミクロンの横方向の寸法を有することを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項９】
請求項３に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記スリーブの軸方向の内腔の、前記横方向の寸法の主の部分が、約５００ミクロンないし約１５００ミクロンの横方向の寸法を有することを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項１０】
請求項３に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記光ファイバの外面が、前記ファイバ連結スリーブ内で前記光ファイバの軸方向部分にわたって配置される金属層を更に具えることを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記光ファイバの外面が、前記ファイバ連結スリーブから遠位に延在する一部の光ファイバ上に金属層を有しないことを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項１２】
請求項３に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記ファイバ連結スリーブが約５ｍｍないし約１５ｍｍの軸長を有することを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【請求項１３】
請求項３に記載のフェルールのアセンブリにおいて、前記ファイバ連結スリーブの前面入力面が金めっきを含むことを特徴とするフェルールのアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、Ｓ．Ｃｕｔｉｌｌａｓらによる「Ｌａｓｅｒ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ」という名称の、２００７年１２月１７日提出の米国特許出願第６１／０１４，３６４号による優先権を主張し、その全体が本明細書中に引用によって取り込まれる。
【背景技術】
【０００２】
光エネルギ、及びいくつかの実施形態においてレーザエネルギを要求するアプリケーションは、レーザエネルギ源として一般に利用可能で、動作に信頼性があり、かつ比較的経済的な、レーザダイオードといった固体光源の使用により有益となる。このようなデバイスは単一バーの中に、共通の方向に同時にレーザ光を放出する複数のレーザエミッタを含みうる。更に、複数の固体又はレーザエミッタバーは、均一の高出力レベルを生成するように積層型の構成で配置されうる。一般的にはこのような固体エミッタバーのエミッタは動作中に有意な量の熱を生成し、精巧かつ高価な冷却システムの必要なしに十分な冷却を許容すべく、互いに間隔を置いて配置される。
【０００３】
レーザダイオードバーは多くの場合、通信技術用デバイス、医療用アプリケーション、及び単一の固体エミッタバー又は積層型構成の複数のバーの総てのエミッタの出力を単一の光ファイバ又は他の光導管に結合することが所望される、軍事用アプリケーションといった他のアプリケーションで用いられる。一部の一般的な光学部品の取付手順は密閉されたアセンブリにおいて好適ではない。例えば、密閉されたユニットにおけるエポキシ接着での光学部品の取付けは、エポキシ材料からのガス放出がシステム、又はシステム内の光学部品を汚染しうるため、有機物用ゲッターがなければ、いくつかの実施形態について好適にできない。このように、この実施形態の熱散逸及び光学配列の要求によって、アセンブリのハーメチックシールが要求されるシステムにおいて特に、ダイオードバーの構築及びパッケージングが困難になりうる。
【０００４】
レーザエミッタバーの動作により生成される熱を有効に散逸する、信頼性があり、かつ堅固な構成を提供する有効かつ経済的な方法で実行されうる、１又はそれ以上のレーザエミッタバーをパッケージングするための方法及びデバイスが要求されてきた。密閉されたこのようなシステムを提供するのに好適な方法及びデバイスは更に要求されてきた。
【発明の概要】
【０００５】
いくつかの実施形態の光学装置は底部と、側壁部と、蓋部とを有するハウジングを具える。ヒートシンクスペーサは底部の内面に固定され、ヒートシンクは前記ヒートシンクスペーサの上面に固定される。前記光学装置は先記ヒートシンクの上面に固定されるレーザエミッタバーを具えるとともに、光学基板は前記ヒートシンクスペーサの上面に固定される。速軸コリメータは、前記レーザエミッタバーの出力面に隣接する前記光学基板に取付けられ、かつ、速軸方向に前記レーザエミッタバーの出力を実質的にコリメートするように構成される。熱伝導性及び電気絶縁性材料の層は、前記ハウジングから前記レーザエミッタバーを電気的に絶縁すべく、前記レーザエミッタバーと前記ハウジングの底部との間に配置される。
【０００６】
いくつかの実施形態の光学装置は底部と、側壁部と、蓋部とを有するハウジングを具えるとともに、ヒートシンクスペーサは前記底部の内面に固定される。熱伝導性及び電気絶縁性材料の上層部を有するヒートシンクは、前記ヒートシンクスペーサの上面に固定される。レーザエミッタバーは前記ヒートシンクの前記熱伝導性及び電気絶縁性の上層部に固定され、光学基板は前記ヒートシンクスペーサの上面に固定される。速軸コリメータは、前記レーザエミッタバーの出力面に隣接する前記光学基板に取付けられ、かつ、速軸方向に前記レーザエミッタバーの出力を実質的にコリメートするように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態の光学装置は底部と、側壁部と、蓋部とを有するハウジングを具える。熱伝導性及び電気絶縁性のヒートシンクスペーサは前記底部の内面に固定され、ヒートシンクは前記ヒートシンクスペーサの上面に固定される。複数のエミッタを有するレーザエミッタバーは前記ヒートシンクの上面に固定される。光学基板は前記ヒートシンクスペーサの上面に固定される。速軸コリメータは、前記レーザエミッタバーの出力面に隣接する前記光学基板に取付けられ、かつ、速軸方向に前記レーザエミッタバーの出力を実質的にコリメートするように構成される。いくつかの実施形態については、ビームコンディショニング光学部品は更に、前記速軸コリメータに隣接する前記光学基板に取付けることができる。
【０００８】
いくつかの実施形態の光学装置は底部と、蓋部と、前記底部と前記蓋部との間に配置される側壁部と、壁部に配置される開口部とを有する、密閉された筐体を具える。熱伝導性及び電気絶縁性のヒートシンクスペーサは前記底部の内面に固定され、ヒートシンクは前記ヒートシンクスペーサの上面に固定される。レーザエミッタバーは前記ヒートシンクの上面に配置され、光学基板は前記ヒートシンクスペーサの上面に固定される。速軸コリメータは、前記レーザエミッタバーの出力面に隣接する前記光学基板に取付けられ、かつ、速軸方向に前記レーザエミッタバーの出力を実質的にコリメートするように構成される。遅軸コリメータは、前記レーザエミッタバーの出力を、出力ビームの遅軸方向にコリメートするように構成される。フランジを有する調節可能なフェルールのアセンブリは前記筐体の壁部に密閉して固定され、光ファイバは前記調節可能なフェルールのアセンブリ内に配置され固定される。集束光学部品は前記装置の光学縦列に配置され、かつ、前記光ファイバの入力面へ前記レーザエミッタバーの出力を集束するように構成される。
【０００９】
レーザエミッタモジュールを能動的に位置調整するいくつかの実施形態の方法は、レーザエミッタバーとハウジングとを有するレーザエミッタモジュールを提供するステップを具える。前記ハウジングは底部と、前記レーザエミッタバーの出力ビームを収容するように調整及び配置される開口部とを具える。当該開口部は前記底部と一定の関係にある前記ハウジングの壁部に配置される。選択される前記ハウジングの表面の方向及び位置は外部基準部材に対して決定される。レーザエミッタバーのファセットの、前記外部基準部材に対する位置及び方向は次いで、前記ハウジングに対し前記レーザエミッタバーを位置調整するのに用いることができる。
【００１０】
レーザエミッタモジュールを能動的に位置調整するいくつかの実施形態の方法は、ハウジングを有するレーザエミッタモジュールを提供するステップを具える。前記ハウジングは底部と、当該底部と一定の関係にあるレーザエミッタバーと、当該レーザエミッタバーの出力ビームを収容するように調整及び配置される開口部とを具える。当該開口部は前記底部と一定の関係にある前記ハウジングの壁部に配置される。前記レーザエミッタバーの少なくとも１のエミッタは励起され、励起された前記少なくとも１のエミッタの出力ビームの特性は、前記出力ビームを撮像することによってモニタリングされる。その後、速軸コリメータは前記出力ビームに配置され、ビームの勾配及びエッジの鋭さが所望の品質となるまで位置調整される。速軸コリメータは次いで、前記ハウジングに対し定位置に固定できる。前記遅軸コリメータは次いで、前記出力ビームに配置され、ビームの勾配及びエッジの鋭さが所望の品質となるまで位置調整できる。前記遅軸コリメータは次いで、前記ハウジングに対し定位置に固定できる。集束光学部品は次いで、前記出力ビームに配置され、ビームの寸法及び位置が所望の品質となるまで位置調整できる。前記集束光学部品は次いで前記ハウジングに対し定位置に固定できる。
【００１１】
レーザエミッタモジュールを能動的に位置調整するいくつかの実施形態の方法は、レーザエミッタバーとハウジングとを有するレーザエミッタモジュールを提供するステップを具える。前記ハウジングは底部と、前記レーザエミッタバーの出力ビームを収容するように調整及び配置される開口部とを具える。当該開口部は前記底部と一定の関係にある前記ハウジングの壁部に配置される。選択される前記ハウジングの表面の、外部基準部材に対する方向及び位置が決定される。レーザエミッタバーのファセットの、前記外部基準部材に対する位置及び方向が、前記ハウジングに対し前記レーザエミッタバーを位置調整するために用いられる。前記レーザエミッタバーの少なくとも１のエミッタが励起され、励起された前記少なくとも１のエミッタの出力ビームの特性が、前記出力ビームを撮像することによってモニタリングできる。速軸コリメータが前記出力ビームに配置され、ビームの勾配及びエッジの鋭さが所望の品質となるまで位置調整される。前記速軸コリメータは前記ハウジングに対し定位置に固定できる。いくつかの実施形態については、再配置素子のようなビームコンディショニング光学部品は、前記速軸コリメータを有するサブアセンブリとして別個に、あるいは組合わせて固定してもよい。ビームの勾配及びエッジの鋭さ、レーザエミッタバーのファセットから設定される仮想基準によるスポットの位置、及びフラウンホーファー領域全体のビームの大きさは配列を最適化する場合に考慮される因子としてもよい。遅軸コリメータは前記出力ビームに配置され、ビームの勾配及びエッジの鋭さが所望の品質となるまで位置調整される。前記遅軸コリメータは前記ハウジングに対し定位置に固定できる。集束光学部品が前記出力ビームに配置され、ビームの寸法及び位置が所望の品質となるまで位置調整される。前記集束光学部品は次いで前記ハウジングに対し定位置に固定できる。
【００１２】
レーザエミッタモジュールの素子を能動的に位置調整するいくつかの実施形態の方法は、ハウジングを含むレーザエミッタモジュールを提供するステップを含む。前記ハウジングは底部と、当該底部と一定の関係にあるレーザエミッタバーと、前記ハウジングの壁部に前記レーザエミッタバーの出力ビームを収容するように調整及び配置される開口部とを具えることができる。前記ハウジングの壁部は前記底部と一定の関係にできる。前記レーザエミッタバーの少なくとも１のエミッタは次いで励起される。励起された前記少なくとも１のエミッタの出力ビームの特性はその後、前記開口部の平面で前記少なくとも１のエミッタの出力を撮像することによって、かつ、前記レーザエミッタモジュールの光学素子の配列中にフラウンホーファー領域のビームにおける前記少なくとも１のエミッタの出力を同時に撮像することによってモニタリングできる。
【００１３】
光ファイバの入力面を配置するためのいくつかの実施形態のフェルールのアセンブリは内側穿孔部を有するバレル部と、入力端とを有する外側スリーブを具える。フランジ部材は更に前記バレル部から半径方向に延在する。入力端を有する円柱状のファイバ連結スリーブは、前記外側スリーブの内側穿孔部で軸方向に摺動するように構成され、その外面と同心円状に配置される軸方向の内腔を有する。光ファイバは連結スリーブの前記軸方向の内腔に固定される。前記光ファイバの入力端は前記ファイバ連結スリーブの入力端を超えて軸方向に延在し、かつ前記外側スリーブの内側穿孔部に配置される。
【００１４】
いくつかの実施形態の光学装置は、底部を有するハウジングと、前記底部と一定の関係で固定されるレーザエミッタバーと、速軸方向に前記レーザエミッタバーの出力を実質的にコリメートするように構成される速軸コリメータとを具える。この装置は更に、内側穿孔部を有するバレル部と、入力端とを有する外側スリーブを有する光ファイバの入力面を配置するためのフェルールのアセンブリを具える。フランジ部材は前記バレル部から半径方向に延在し、前記ハウジングに固定される。円柱状のファイバ連結スリーブは前記外側スリーブの内側穿孔部で軸方向に摺動するように構成され、その外面に対し同心円状に配置される軸方向の内腔を有する。前記ファイバ連結スリーブは更に入力端を具える。光ファイバは、当該光ファイバの入力端が前記ファイバ連結スリーブの入力端を超えて軸方向に延在した状態で、前記軸方向の内腔に固定される。前記光ファイバの入力端は更に前記外側スリーブの内側穿孔部に配置される。
【００１５】
いくつかの実施形態の光学装置は、底部を有するハウジングと、出力スペクトル帯を有し、前記底部と一定の関係で固定されるレーザエミッタバーと、速軸方向に前記レーザエミッタバーの出力を実質的にコリメートするように構成される速軸コリメータとを具える。集束素子は前記レーザエミッタバーの出力を集束するように構成され、ミラーコーティングはこの装置の光学素子上に配置される。前記ミラーコーティングは前記レーザエミッタバーから放射される光エネルギのスペクトル帯と異なる光エネルギのスペクトル帯を反射するように構成される。
【００１６】
いくつかの実施形態の光学装置は、底部を有するハウジングを具えるレーザエミッタモジュールを具え、レーザエミッタバーは前記底部と一定の関係で固定される。前記レーザエミッタバーは出力スペクトル帯を有し、速軸コリメータは速軸方向に前記レーザエミッタバーの出力を実質的にコリメートするように構成される。集束素子は前記レーザエミッタバーの出力を集束するように構成される。前記レーザエミッタモジュールに連結される光学部品は、前記レーザエミッタバーの出力スペクトル帯を受けるように構成される。いくつかの実施形態については、このような光学部品は前記レーザエミッタバーのスペクトル帯と異なるスペクトル帯を有する光エネルギを、前記レーザエミッタモジュールへ逆向きに伝達できる。ミラーコーティングは前記レーザエミッタモジュールの光学素子の上に配置され、前記レーザエミッタモジュールに連結される前記光学部品によって伝達される前記スペクトル帯を反射するように構成される。前記ミラーコーティングは更に、前記レーザエミッタバーのスペクトル帯を伝達するように構成される。
【００１７】
いくつかの実施形態の光学装置は、底部を有するハウジングと、出力スペクトル帯を有し、前記底部と一定の関係で固定されるレーザエミッタバーと、速軸方向に前記レーザエミッタバーの出力を実質的にコリメートするように構成される速軸コリメータとを具える。集束素子は前記レーザエミッタバーの出力を集束するように構成でき、オプトアイソレータは前記ハウジング内に、又はそれに隣接して配置され、前記レーザエミッタバーのスペクトル帯と異なる光エネルギのスペクトル帯の、前記レーザエミッタバーへの逆向きの伝達を防ぐように構成できる。
【００１８】
いくつかの実施形態の光学装置は、底部を有するハウジングと、出力スペクトル帯を有し、前記底部と一定の関係で固定されるレーザエミッタバーと、速軸方向に前記レーザエミッタバーの出力を実質的にコリメートするように構成される速軸コリメータとを具える。集束素子は前記ハウジング内に配置され、前記レーザエミッタバーの出力を集束するように構成される。光学部品は前記レーザエミッタモジュールに連結され、前記レーザエミッタバーの出力スペクトル帯を受けるように構成される。このような光学部品は更に、前記レーザエミッタバーのスペクトル帯と異なるスペクトル帯を有する光エネルギを、前記レーザエミッタモジュールへ逆向きに伝達できる。オプトアイソレータは前記ハウジング内に又はそれに隣接して配置され、前記光学部品によって伝達される前記スペクトル帯を反射し、前記レーザエミッタバーのスペクトル帯を伝達するように構成できる。
【００１９】
光ファイバの入力面を配置するためのいくつかの実施形態のフェルールのアセンブリは、内側穿孔部を有するバレル部と、入力端と、前記バレル部から半径方向に延在するフランジ部材とを有する外側スリーブを具える。円柱状のファイバ連結スリーブは前記外側スリーブの内側穿孔部で軸方向に摺動するように構成され、外面と同心円状の軸方向の階段状の内腔を有する。前記軸方向の階段状の内腔は、スリーブの入力端から近位に延在する、内腔の横方向の寸法の副の部分と、当該横方向の寸法の副の部分から前記スリーブの近位端に延在する、内腔の横方向の寸法の主の部分とを具える。光ファイバは、当該光ファイバの入力端が前記ファイバ連結スリーブの入力端を超えて遠位に配置された状態で、前記軸方向の内腔に、及び前記外側スリーブの内側穿孔部に同心円状に固定される。
【００２０】
これらの実施形態の特徴は、添付の例示的な図面と併用した場合に、以下の詳細な説明から更に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、ある実施形態のレーザエミッタバーの透視図である。
【図２】図２は、ある実施形態のレーザエミッタバーの積層型アレイの透視図である。
【図３】図３は、図２の実施形態の積層型アレイのレーザエミッタバーの放射アレイを示す。
【図４】図４は、ある実施形態のレーザエミッタモジュールの一部の断面における正面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、部分的に破断した、ある実施形態のレーザエミッタモジュールの一部の透視図である。
【図５】図５は、レーザエミッタモジュールのハウジングの壁部に固定される、ある実施形態のフェルールのアセンブリの部分断面における正面図である。
【図６】図６は、レーザエミッタバー及び速軸コリメータをハウジングの底部に取付けるための、ある実施形態の取付けアセンブリの透視図である。
【図７】図７は、その壁部に大きな開口部を有する、ある実施形態のレーザエミッタモジュールの筐体の底部及び側壁部分の透視図である。
【図８】図８は、ある実施形態のレーザエミッタモジュールの一部の断面における正面図である。
【図９】図９は、基準ブロックと接触状態にある前面を有する、ある実施形態のレーザエミッタモジュールのハウジングの正面図である。
【図１０】図１０は、図９のレーザエミッタモジュールの上面図である。
【図１１】図１１は、レーザエミッタバーの前面及び側面に位置調整される十字線の拡大図である。
【図１２】図１２は、開口した上部でのレーザエミッタバーの取付けのための、ある実施形態のハウジング、及び、レーザエミッタバーの出力ビームに位置調整された、ある実施形態のビームプロファイルデバイスの概略図である。
【図１３】図１３は、ある実施形態のビームコンディショニング光学部品の正面図である。
【図１４】図１４は、図１３のビームコンディショニング光学部品の透視図である。
【図１５】図１５は、レーザエミッタモジュールのハウジングの壁部に固定された、ある実施形態のフェルールのアセンブリの一部の断面における正面図である。
【図１６】図１６は、図１５のライン１６−１６に沿って得られる図１５のフェルールのアセンブリの横方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書中で述べられる実施形態は、レーザエミッタバー又はレーザエミッタチップが１又はそれ以上の内部配置されるエミッタを有するよう、エミッタをパッケージングする方法及びデバイスに関する。本明細書中で述べられる実施形態は更に、レーザエミッタバーの出力を、光ファイバといった光導管に連結する方法及びデバイスに関する。このようなバー又はチップは、多様な方法によって実施形態の光学システムに取付けられ、そうでない場合は組み込まれうる。このような光学パッケージについては、チップの出力アレイが適切に位置調整されるべきであり、このような配列は簡便かつ正確に得られ、最終的な構成がチップによって生成される熱を効率良く散逸すべきことは重要である。いくつかの実施形態については、光学部品の筐体は、実施形態のアセンブリの出力に信頼性及び一貫性を提供するために、密閉すべきであることは更に重要である。
【００２３】
図１は、互いに対して実質的に平行な光軸を有する全部で５のエミッタ１６を具える、出力面１４を有するレーザエミッタバー１２を示す。図２及び３は、４のレーザエミッタバー１２の積層型アレイ１０を示す。各々のレーザエミッタバー１２は、互いに隣接して配置される全部で５のエミッタ１６を含む出力面１４を有する。各々のバー１２のエミッタ１６は、矢印１８によって示されるように、エミッタ１６の遅軸方向に沿って実質的には直線状の列に配置される。エミッタ１６の速軸方向は遅軸方向１８に対し垂直であり、矢印２０で示される。エミッタ１６は、遅軸方向１８及び速軸方向２０の双方に垂直な放射軸２２に沿って伝播する出力ビームで光エネルギを放射するように配置されるか、そうでない場合は構成される。積層型アレイのエミッタ１６の放射軸２２は互いに実質的に平行であってもよい。
【００２４】
レーザエミッタバー１２はエミッタ１６の速軸方向２０に沿って積層され、周期的かつ規則的な分布で積層してもよい。図２の実施形態においては、底部のレーザエミッタバー１２のエミッタは、積層型アレイ１０の高さになりうる矢印２４によって示される距離だけ、隣接するレーザエミッタバー１２のエミッタから垂直方向に分離される。いくつかの実施形態の積層型アレイ１０については、矢印２４によって示される高さは約１ｍｍないし約３ｍｍ、特に約１．５ｍｍないし約２．０ｍｍであってもよい。このように、積層型アレイ１０のレーザエミッタバー１２及びエミッタ１６によって、多量の光エネルギ又は出力が、いくつかの実施形態については小型デバイスで生成できるようにしてもよい。
【００２５】
実施形態のレーザエミッタバー１２は、約１のエミッタないし約１００のエミッタ、特に約３のエミッタないし約１２のエミッタといった好適な数のエミッタ１６を有してもよい。いくつかの実施形態については、約５のエミッタ１６を有する各々のレーザエミッタバー１２は、約５Ｗないし約５０Ｗ、特に約１０Ｗないし約２０Ｗの出力電力を有してもよい。エミッタ１６はエッジ型発光レーザダイオード、及び垂直共振器表面発光ダイオードレーザ（ＶＣＳＥＬ）等といったレーザダイオードを含んでもよい。レーザエミッタバー１２のエミッタ１６用の材料はＧａＡｓ、ＩｎＰ、又はその他の好適なレーザ利得媒質といった半導体材料を含んでもよい。
【００２６】
通常、エミッタ１６の実施形態のレーザダイオードの放射開口部は、エミッタ１６の長辺が一般的には数十ないし数百ミクロンの大きさであり、その短辺は一般的には１ないし数ミクロンの大きさである形状の矩形である。エミッタ１６から出る放射線は発散し、発散角はエミッタ１６の短手方向に沿って大きくなる。発散角はエミッタ１６の長手方向の方向で小さくなる。エミッタ１６のいくつかの実施形態は、約５０ミクロンないし約３００ミクロンの物理的な幅と、約１ミクロンないし約３ミクロンの高さと、約０．５ｍｍないし約５ｍｍの空洞長を有してもよい。このように、実施形態のエミッタ１６は、遅軸方向１８での約２度ないし約１２度の光エネルギ出力の発散と、速軸方向２０での約３０度ないし約７５度の光エネルギ出力の発散を有してもよい。
【００２７】
レーザダイオードバー１２のいくつかの実施形態は、約７００ｎｍないし約１５００ｎｍ、特に約８００ｎｍないし約１０００ｎｍの波長を有する光エネルギを放射するエミッタ１６を有してもよい。エミッタ１６は約３００ｎｍないし約２０００ｎｍ、特に約６００ｎｍないし約１０００ｎｍの中心又はピーク波長を有する光を放射し、近赤外スペクトルにわたる波長を含んでもよい。有用なエミッタのいくつかの特定の実施形態は、約３５０ｎｍないし約５５０ｎｍ、６００ｎｍないし約１３５０ｎｍ、又は約１４５０ｎｍないし約２０００ｎｍのピーク波長で光を放射してもよい。このようなレーザダイオードバーはパルスモード又は連続波モードのいずれで動作させてもよい。頻繁に、波長制御されない（例えば、体積回折格子（ｖｏｌｕｍｅ  ｉｎｄｅｘ  ｇｒａｔｉｎｇ）等からの波長依存性のフィードバックを提供することによって波長制御されない）別個のエミッタ１６の出力スペクトル帯は、約０．５ｎｍないし約２．０ｎｍ又はそれ以上であってもよい。別個の各エミッタでのスペクトル帯に加えて、ピーク放射波長の変化によって、レーザエミッタバー１２の全体の帯域幅はいくつかの実施形態については約２ｎｍないし約５ｎｍであってもよい。積層型アレイ１０は４のレーザエミッタバー１２を含むが、他の実施形態の積層型アレイ１０は、任意の好適な数のレーザエミッタバー１２であってもよい。いくつかの実施形態の積層型アレイ１０は約２のレーザエミッタバー１２ないし約３０のレーザエミッタバー１２、特に約２のレーザエミッタバー１２ないし約１０のレーザエミッタバー１２を有してもよい。
【００２８】
図３によると、積層型アレイ１０は選択的に積層型アレイ１０のエミッタ１６上に選択的に配置され、速軸方向２０に各レーザエミッタバー１２のエミッタ１６の出力ビームを実質的にコリメートするように構成される、シリンドリカルレンズアレイの形態で、速軸コリメータ２６とともに示される。図３で示される実施形態はバー１２に直接的に固定される速軸コリメータを示すが、以下に詳細に述べるように、同一のコリメートの効果が１又はそれ以上のバー１２から離れ、かつ一定の関係で固定された速軸コリメータ２６で得られうる。速軸コリメータ２６は各レーザエミッタバー１２用の１のシリンドリカルレンズ又は１又はそれ以上の一体型レンズアレイ、ならびにその他の好適な構成を含んでもよい。このエミッタ出力の速軸コリメーションは示されたような出力アレイ２８を生成し、各レーザエミッタバー１２の各エミッタ１６の光エネルギ出力３０はエミッタ１６の速軸２０に沿って実質的にコリメートされるが、エミッタ１６の遅軸１８に沿って発散し続ける。各レーザエミッタバー１２の光エネルギ出力３０は、伝播方向に対して横方向の矩形の断面を実質的に有することができ、示したように出力アレイ２８を生成するよう相互に平行である。選択的に、任意の多様なビームコンディショニングデバイスが、出力面１４の上又はその近くに配置されてもよい。例示的なビームコンディショニングデバイスは限定しないが、体積ブラッグ回折格子、格子、ビーム結合器、偏光子、及びビームツイスター等を含む。
【００２９】
図４ないし７は、レーザエミッタバー１２の出力を光ファイバ４４の入力面４２に結合するためのレーザエミッタモジュールの形態で、光学装置アセンブリ４０の実施形態を例示する。アセンブリ４０は底部４８と、蓋部５０と、底部４８と蓋部５０との間に配置される側壁部５２とを有するハウジング４６の形態で密閉された筐体を含む。開口部５４はレーザエミッタバー１２と逆位の壁部５２に配置され、筐体４６の壁部に密封固定できる、半径方向に延在するフランジ５８を有する調節可能なフェルールのアセンブリ５６を受けるように構成される。開口部５４は、以下に詳細に述べるように、装置４０の光学部品を能動的に位置調整するために、レーザエミッタバー１２の出力３０が開口部５４を通過できるよう更に調整できる。特に、開口部５４はレーザエミッタバー１２の出力軸６０に実質的に位置調整される筐体４６の壁部に配置される比較的大きな開口部５４であってもよい。レーザエミッタバー１２に対する開口部５４の横方向の寸法及び位置は、速軸コリメータ６２又は他のコリメーティング光学部品からの実質的に総てのレーザエミッタバー１２の放射光出力３０が開口部５４を通過できるよう構成できる。いくつかの実施形態については、開口部５４は約３ｍｍないし約２０ｍｍ、特に約５ｍｍないし約１０ｍｍの横方向の寸法を有してもよい。レーザエミッタバー１２は、５のエミッタ１６とともに示されるが、モジュール４０は上述のように好適な数のエミッタ１６を有するレーザエミッタバー１２を含んでもよい。
【００３０】
ハウジング４６は更に、複数の大電流導電体を収容するように構成される、開口部５４と逆位の壁部に配置される１又はそれ以上の開口部を具える。示された実施形態については、第１の導電体６４及び第２の導電体６６はハウジング４６内に配置される１又はそれ以上のレーザエミッタバー１２に電力供給するために、電気出力をハウジング４６の内部に供給するように用いられる。導体６４及び６６は固体の導電性材料を含んでもよく、可動性のためにマルチフィラメントの編組又は撚線として構成してもよい。導体６４及び６６は銅、銀、又は金等といった高率の導電率を有する材料から生成してもよい。導体６４及び６６の一部はフランジ部材５８と一定かつ密閉された関係で固定され、フランジ部材５８はハウジング４６の壁部５２と一定かつ密閉された関係で更に固定してもよい。導体６４及び６６とフランジ５８との間、ならびにフランジ５８とハウジング４６との間の封止材は、いくつかの実施形態についてはハーメチックシールであってもよい。
【００３１】
熱伝導性及び電気絶縁性のヒートシンクスペーサ７０は、ヒートシンクスペーサ７０と底部４８との間に配置される結合剤層（図示せず）で、底部４８の内面７２に固定してもよい。示された実施形態のヒートシンクスペーサ７０は、その下面と実質的に平行な上面を有し、実質的に矩形である。いくつかの実施形態については、ヒートシンクスペーサ７０は、その上にヒートシンク７４を取付けるための熱伝導性及び電気絶縁性の台座を提供するよう構成してもよい。ヒートシンク７４は、モジュール４０のレーザエミッタバー１２を取付けるべく、台座として用いてもよい。いくつかの実施形態については、レーザエミッタバー１２は熱伝導性接着、熱圧着、軟質はんだ、又は金錫はんだを含む硬質はんだ等でヒートシンク７４に固定してもよい。
【００３２】
ヒートシンクスペーサ７０と底部４８との間の結合剤層は、ヒートシンクスペーサ７０の底面全体を覆う、薄く、実質的に均一な層であってもよく、硬質はんだ、軟質はんだ、銀エポキシ又は銀ガラスといった熱伝導性接着剤、溶接、又はガラス接着等を含んでもよい。ヒートシンクスペーサ７０と底部４８との間の結合剤層用の好適なはんだは、ＩｎＳｎ、ＡｇＳｎ、ＡｕＧｅ、及びＡｕＳｎのはんだ、ならびに他のものを含んでもよい。ＡｕＳｎといった、いくつかの実施形態の硬質はんだについては、Ａｕの密度はＳｎの密度に対して約８０パーセントないし約８６パーセントであってもよい。しかしながら、軟質はんだの使用は、ヒートシンクスペーサ７０を底部４８の熱膨張及び／又は熱ひずみと切り離すように作用しうる。いくつかの実施形態については、硬質はんだは少なくとも摂氏約２８０度の融点を有してもよく、軟質はんだは摂氏約２８０度未満の融点を有してもよい。いくつかの実施形態については、ヒートシンクスペーサ７０と底部４８との間の結合剤層は約１０ミクロンないし約１５０ミクロンの厚さを有してもよい。
【００３３】
ヒートシンクスペーサ７０の熱伝導度は、ヒートシンク７４を通過し、レーザエミッタバー１２によって生成される熱エネルギの散逸用のコンジットを提供できる。いくつかの実施形態については、ヒートシンクスペーサ７０の電気絶縁特性は、一般的に底部４８及び筐体４６からレーザエミッタバー１２を電気的に絶縁するように構成してもよい。いくつかの実施形態については、熱伝導性及び電気絶縁性のヒートシンクスペーサ７０の材料は、窒化アルミニウムといったセラミック、ならびに他の好適な材料を含んでもよい。いくつかの実施形態については、ヒートシンクスペーサ７０は更に、筐体４６の底部４８の熱膨張係数と実質的に合致する熱膨張係数を有する材料を含んでもよい。いくつかの実施形態については、ヒートシンクスペーサ７０が約１．５×１０１１Ｐａないし約４×１０１１Ｐａ、特に約３×１０１１Ｐａないし約３．５×１０１１Ｐａのヤング率を有することが所望されうる。いくつかの実施形態については、ヒートシンクスペーサ７０は約０．５ｍｍないし約５ｍｍ、特に約１ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有してもよい。
【００３４】
レーザエミッタバー１２によって生成される熱の散逸用のヒートシンク素子７４は、ヒートシンクスペーサ７０の上面とヒートシンク素子７４の底面との間に配置される結合剤層（図示せず）によってヒートシンクスペーサ７０の上面に固定してもよい。上述したように、レーザエミッタバー１２は多様な好適な方法によってヒートシンク素子７４の上面に固定してもよい。いくつかの実施形態については、ヒートシンク素子７４はその底面と実質的に平行な上面を有する形状で矩形であってもよい。ヒートシンク素子７４は、いくつかの実施形態では導電性にでき、他の実施形態では電気絶縁性にできる熱伝導性材料から生成されてもよい。いくつかの実施形態については、ヒートシンク素子７４は約０．５ｍｍないし約５ｍｍ、特に約１ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有してもよい。
【００３５】
ヒートシンクスペーサ７０とヒートシンク素子７４との間の結合剤層は、いくつかの実施形態については、ヒートシンク素子７４の底面全体を覆う薄く実質的に均一な層であってもよく、硬質はんだ、軟質はんだ、銀エポキシ又は銀ガラスといった熱伝導性接着剤、溶接、又はガラス接着等を含んでもよい。ヒートシンクスペーサ７０とヒートシンク素子７４との間の結合剤層用の好適なはんだは、銀錫であるＡｇＳｎ、インジウム銀であるＩｎＡｇ、金ゲルマニウムであるＡｕＧｅ、及び金錫であるＡｕＳｎのはんだを含んでもよい。ＡｕＳｎといった、いくつかの実施形態の硬質はんだについては、ＡｕＳｎはんだは、Ｓｎの密度に対して約８０パーセントないし約８６パーセントのＡｕの密度を有してもよい。いくつかの場合においては、ヒートシンク素子７４の熱膨張係数が、ヒートシンクスペーサ７０の熱膨張係数と実質的に合致することが所望されうる。例えば、いくつかの実施形態においては、ヒートシンクスペーサ７０は摂氏１度につき約４．２ｐｐｍの熱膨張係数を有する窒化アルミニウムで生成してもよく、ヒートシンク素子７４は摂氏１度につき約６．５ｐｐｍの熱膨張係数を有する銅タングステンによって生成してもよい。このように、ヒートシンクスペーサ７０とヒートシンク素子７４との間の熱膨張係数の差が摂氏１度につき約３ｐｐｍ未満である実施形態について、ＡｇＳｎ又はＩｎＡｇといった軟質はんだは結合剤層で所望されうる。いくつかの実施形態については、ヒートシンクスペーサ７０とヒートシンク素子との間の結合剤層は、約１０ミクロンないし約１５０ミクロンの厚さを有してもよい。
【００３６】
任意の光学基板７６は更にヒートシンクスペーサ７０の上面に固定するとともに、速軸コリメータ６２は光学基板７６の上面に固定してもよい。いくつかの実施形態については、光学基板７６は低い熱伝導度を有するセラミック又はガラスを含んでもよく、ヒートシンクスペーサ７０の熱膨張係数と実質的に同一の熱膨張係数を有してもよい。光学基板７６はいくつかの実施形態については、はんだ付け、溶接、又はガラス接着によってヒートシンクスペーサ７０に固定してもよい。いくつかの実施形態については、光学基板７６はエポキシ接着によってヒートシンクスペーサ７０に固定してもよい。いくつかの実施形態については、ヒートシンクスペーサ７０はレーザエミッタバー１２、速軸コリメータ６２、及び光学基板７６をハウジング４６から機械的に切り離すように作用しうる。
【００３７】
その密閉された実施形態といった、いくつかの実施形態の装置４０については、エポキシのような、ガス放出を生成しうる結合剤が用いられる場合、ハウジング内に有機物用ゲッターを含むことが所望されうる。図４はカバー４６の内面に固定される有機物用ゲッターアセンブリ７６Ａと、底部４８に留められる有機物用ゲッターアセンブリ７６Ｂを示す。このようなゲッターアセンブリ７６Ａ及び７６Ｂは本明細書中に記載の実施形態のモジュールのいずれかに含んでもよい。有機物用ゲッターアセンブリ７６Ａ及び７６Ｂは、モジュール４０の内側で生じる有機物のガス放出を吸収するよう構成してもよい。このような有機物用ゲッターアセンブリは本明細書中に述べた実施形態のモジュールアセンブリのいずれかに含んでもよい。
【００３８】
速軸コリメータ６２はレーザエミッタバー１２の出力面１４に隣接する固定位置に固定される。速軸コリメータ６２は、伸長型のシリンドリカルレンズを含んでもよく、速軸方向にレーザエミッタバー１２の出力を実質的にコリメートするように構成してもよい。いくつかの実施形態については、速軸コリメータ６２ははんだ付け、溶接、又はガラス接着によって光学基板７６に固定してもよい。いくつかの実施形態については、速軸コリメータ６２はエポキシ接着によって光学基板７６に固定してもよい。いくつかの実施形態については、ビームコンディショニング素子は速軸コリメータ６２に加え、光学基板７６の上面に固定してもよい。
【００３９】
モジュール４０のいくつかの実施形態については、１又はそれ以上のビームコンディショニング光学部品７７は、ビーム再構成光学部品を含んでもよく、速軸コリメータ６２と任意の光学部品９０との間のモジュール４０の光学縦列、又はその他の好適な位置に配置してもよい。このようなビームコンディショニング光学部品７７はサブアセンブリとして速軸コリメータ６２と別個に、あるいは組合わせて固定してもよい。図４及び８に示した実施形態については、ビームコンディショニング光学部品７７は、コンディショニング光学部品７７を光学基板７６に固定することによって、ハウジング４６の底部４８と一定の関係で固定され、光学基板７６は更に各ヒートシンクスペーサに固定される。ビームコンディショニング光学部品７７は、はんだ付け、溶接、ガラス接着、又はエポキシ接着を含む接着結合等によって、光学基板７６、ヒートシンク、又はヒートシンクスペーサ、又は直接的に底部４８に固定してもよい。いくつかの実施形態については、ビームコンディショニング光学部品７７は、本明細書中で述べる能動的な配列方法によって、ハウジング４６と一定の関係で固定される前に、能動的に位置調整してもよい。ビームの勾配及びエッジの鋭さ、対応するレーザエミッタバー１２のファセットから設定された、仮想基準によるスポットの位置、及びフラウンホーファー領域全体のビームの大きさは、配列を最適化する際に考慮される因子である。いくつかの実施形態のビームコンディショニング光学部品７７は、伝播軸周りで別個のビーム片を湾曲するか、あるいは水平方向に隣接する部分を垂直方向に再構成するビーム再構成光学部品として動作してもよい。
【００４０】
ビームコンディショニング光学部品７７は、モジュール４０の構成中に光学部品７７の処理を促進するように光学部品７７に固定される任意のハンドル部７７Ａを有してもよい。ハンドル部７７Ａが光学部品７７の上面から延在するように、接着結合又ははんだ付け等により光学部品７７に固定される硬質又は半硬質材料のブロックを、ハンドル部７７Ａは含んでもよい。これによって、光学部品７７の重要な入力及び出力面と接触させることなく、構成中にピンセット又は他の処理装置によって、光学部品７７が把持及び配置できる。ハンドル部７７Ａは更に、光学部品７７の各側に固定してもよい。ハンドル部の材料は、いくつかの実施形態については、ガラス、石英、又はシリカ等といった、光学部品７７と同様の材料であってもよい。このようなハンドル部７７Ａは更に本明細書中に述べた他の光学部品のいずれかに固定して、実施形態のモジュールのアセンブリを容易にしてもよい。
【００４１】
図４Ａによると、光学基板７６を含まず、一対のＶ字形のプリズム部材７５によってヒートシンクスペーサ７０に固定されるビームコンディショニング光学部品７７を有するモジュール４０の一部が示される。プリズム部材７５は、接着結合又ははんだ付け等でヒートシンクスペーサ７０に直接的に固定される底面を有する。各プリズム部材７５の各々の側面はヒートシンクスペーサ７０との結合に用いられるように、同一又は同様の方法によってビームコンディショニング光学部品７７の逆側面に固定される。ビームコンディショニング光学部品７７はレーザエミッタバー１２の正面に配置され、その出力に位置調整される。プリズム部材７５の材料は、いくつかの実施形態については、ガラス、石英、又はシリカ等といった、光学部品７７と同様の材料であってもよい。速軸コリメータ６２は図４Ａに示した実施形態については、ビームコンディショニング光学部品７７の後面に直接的に固定される。速軸コリメータ６２の側面は更に、プリズム部材７５の各側面に固定してもよい。
【００４２】
ビームコンディショニング光学部品の実施形態は、Ｙ．Ｈｕらによって２００７年５月１０日に出願された代理人整理番号ＮＰＴ−０２３０−ＵＴの「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｗｉｔｈ  Ｂｅａｍ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称の米国特許出願第１１／７４７，１８４号に記載されており、これは本明細書中に全体として引用により取り込まれている。特に、米国特許出願第１１／７４７，１８４号は、本明細書中で述べる実施形態のレーザエミッタモジュール用のビームコンディショニング光学部品７７として用いられうる、様々なビーム変換システムについて述べている。このようなビームコンディショニング又は変換用の光学部品の１つは本明細書中で図１３及び１４に示され、以降で更に論じられる。
【００４３】
出力ビームの遅軸方向１８にレーザエミッタバー１２の出力をコリメートするように構成される遅軸コリメータ７８は更に、図４に示される底部４８に固定してもよい。遅軸コリメータ７８はレーザエミッタバー１２の出力のコリメーションを行うように構成されるシリンドリカルレンズ又はレンズアレイを含んでもよい。遅軸コリメータ７８はいくつかの実施形態については、はんだ付け、溶接、又はガラス接着等によって、ならびにエポキシ接着の使用で、底部と一定の関係で固定してもよい。更に、遅軸コリメータ７８は本明細書中に述べた能動的な配列方法のいずれかによって固定される前に、能動的に配置してもよい。
【００４４】
図４及び５によると、光ファイバ４４は中心管状バレル８０と、バレル８０から半径方向に延在するフランジ部分８２とを有する外側スリーブを含む調節可能なフェルールのアセンブリ５６内に配置及び固定される。バレル８０は、バレル８０の第１の末端からバレル８０の第２の末端に延在する実質的に同心円状の内腔８１を含む。フランジ部分８２は開口部５４に隣接する筐体の壁部５２の外面と結合するよう構成される扁平の内面８４を含んでもよい。フランジ部分８２は更に開口部５４の横方向の外寸より大きな横方向の外寸を有する。フランジ部分８２は更に、浅い円柱状の突起部分８６を含んでもよく、その横方向の寸法は、突起部分８６が開口部５４と機械的に係合し、その筐体４６と一定の関係でフェルール５６を固定する前に、光ファイバ入力面４２の位置調整を可能にするよう横方向に移動できるように、開口部５４の横方向の寸法未満であってもよい。
【００４５】
入力端８５を有する円柱状のファイバ連結スリーブ８３は、外側スリーブ型バレル８０の内側穿孔部８１内で軸方向に摺動するように構成され、その外面と同心円状に配置される軸方向のファイバ受容内腔８７を有する。光ファイバ４４の外面は圧着、はんだ付け、ろう付け、溶接、又は接着結合等を含む、様々な好適な方法によって、連結スリーブ８３の軸方向の内腔８７内に固定してもよい。入力端４２の近位に配置される光ファイバ４４の被覆部分は、示されるように接着剤８７Ａに埋込まれ、そうでない場合はファイバ連結スリーブ８３の内面に固定してもよい。テーパされた構成を有する弾力性のひずみ軽減素子８７Ｂは更に、曲げ応力による光ファイバ４４の損傷を防ぐために、連結スリーブ８３の近位の光ファイバ４４上に配置し、かつ連結スリーブ８３に固定してもよい。
【００４６】
光ファイバの入力端４２はファイバ連結スリーブ８３の入力端８５を軸方向に超えて、かつ、外側スリーブ８０の内側穿孔部８１内に配置される。いくつかの実施形態については、図５中の破線によって示されるように、光ファイバ４４の入力端４２はフランジ部分８２の扁平面８４と同一平面にあることが所望されうる。この構成によって、フランジ部分８２は、溶接処理によるハウジングに対するファイバ４４の入力端４２の位置の最小の機械的なひずみで、ハウジング４６の壁部５２に対しシーム溶接、あるいはレーザシーム溶接できる。この構成は更に、溶接連結法を用いる実施形態によって、外側スリーブ８０のハウジングの壁部５２に対するレーザシーム溶接中に、異物混入から光ファイバ４４の入力端４２を保護するように作用しうる。
【００４７】
いくつかの実施形態については、ファイバ４４の入力端４２は約０．５ｍｍないし約２ｍｍの軸方向距離で突起８６の前端部から内腔８１内に引き込まれてもよい。いくつかの実施形態については、内腔８１は約１ｍｍないし約３ｍｍの横方向の内寸又は内径を有してもよい。いくつかの実施形態については、外側スリーブ８０はＫｏｖａｒ（登録商標）、３０４Ｌステンレス鋼等のステンレス鋼、２０１ニッケル等のニッケルといった材料から生成してもよい。いくつかの実施形態については、外側スリーブ８０は、モジュールを密閉して保持するために、レーザシーム溶接中に微細な亀裂を生成しないレーザ溶接用の好適な材料を含んでもよい。いくつかの実施形態については、ファイバ連結スリーブ８３、外側スリーブ８０、及び表面８４は腐食から未加工の金属を保護するよう構成されるコーティングを含んでもよい。いくつかの実施形態については、このような腐食保護コーティングは電解ニッケルめっき、又はモジュールを密閉して保持するために、レーザシーム溶接中に微細な亀裂を生成しないレーザ溶接に好適なその他のコーティング材料を含んでもよい。いくつかの実施形態については、外側スリーブ８０、ファイバ連結スリーブ８３、又はその双方は、Ａｒｃａｐ（登録商標）といった材料、あるいは、はんだ付け又はエポキシ接着に好適な他の材料から生成してもよい。いくつかの実施形態については、光ファイバ４４の入力端４２はファイバ連結スリーブ８３の入力面８５から約０．５ｍｍないし約１ｍｍの長さで延在してもよい。
【００４８】
示された実施形態については、フランジ部分８２は外側スリーブ８０とハウジング４６との間にハーメチックシールを生成するために、その外周部全体を囲むようにハウジング４６の壁部５２にシーム溶接してもよい。ファイバ連結スリーブ８３は更に、外側スリーブ８０とファイバ連結スリーブ８３との間にハーメチックシールを生成するために、外側スリーブ８０の近位部分のその外面の外周部全体を囲むようにシーム溶接してもよい。ファイバ４４の外面がはんだ付けされる場合、あるいはそうでない場合にファイバ連結スリーブの内腔８７に密閉される場合、ファイバ４４の外面とハウジングとの間のハーメチックシールは、信頼性のあるシールを生成し、更に装置４０の構成中に光ファイバ４４の入力端４２の半径方向及び軸方向の位置の調整を可能にするよう生成してもよい。更に、筐体４６の蓋部５０は、はんだ付け又はレーザシーム溶接等といったハーメチックシール技術によってハウジング４６に更に固定してもよい。このように、ハーメチックシールは全体として光ファイバ４４の外面と筐体４６の内部空洞との間に形成してもよい。
【００４９】
集束素子８８はレーザエミッタバー１２のエミッタ１６から延在する装置４０の光学縦列に配置できる。集束素子８８はレーザエミッタバー１２の、光ファイバ４４の入力面４２への出力を集束するように構成できる。集束素子８８はいくつかの実施形態については、速軸２０及び遅軸１８の双方にレーザエミッタバー１２の出力ビームを集束するように構成される１又はそれ以上のシリンドリカルレンズを含んでもよい。集束素子８８は、はんだ付け、レーザ溶接を含む溶接、及びガラス接着等を含む様々な好適な方法によって、筐体４６の底部４８と一定の関係で固定してもよい。エポキシ接着は更に、いくつかの実施形態については、集束素子８８を固定するために用いてもよい。いくつかの実施形態については、集束素子８８は本明細書中に述べる能動的な配列方法のいずれかによって固定されうる前に、能動的に配置してもよい。
【００５０】
光学部品９０は、上述のものに加えて、更に装置の光学縦列内に動作可能に配置してもよく、レンズ、フィルタ、プリズム、偏光子、１／４波長板及び１／２波長板といった波長板を含んでもよい。このような部品は、出力の光ファイバへの結合を更に増加させるために、レーザエミッタバー１２の出力を調整するのに用いてもよい。これらの光学部品に加え、光学部品９０は体積ブラッグ回折格子（ＶＢＧ）といったスペクトル帯コンディショニング素子を含んでもよく、エミッタ１６の出力ビームを制限する、あるいはそうでない場合に調整するのに用いることができる。
【００５１】
いくつかの実施形態については、装置４０の光ファイバ４４は光学部品に光エネルギの供給源を提供するように光学部品に連結してもよい。いくつかの実施形態については、光学部品はレーザであってもよく、光ファイバレーザ等を含み、ポンプエネルギ等を提供するために装置４０に連結される。このような構成において、装置４０のレーザエミッタバー１２内に反射され、あるいは、そうでない場合には逆向きに伝達される光学部品からの光エネルギを防止することは重要になりうる。装置、特にレーザエミッタバー１２に入る、このような反射又は漏出した光エネルギは、装置に対し有害となりうる。このことは、光学部品がファイバ４４を通って装置４０へ逆向きに伝達される高エネルギのパルス光を生成可能な場合に特に当てはまりうる。このような反射光のエネルギがレーザエミッタバー１２に到達するのを防ぐ構成を有することが、このように、いくつかの実施形態の装置について所望されうる。多くの場合、装置４０に連結されるレーザのような光学部品は、装置４０のレーザエミッタバー１２の出力スペクトル帯と異なるスペクトル帯で動作しうる。このような場合において、ミラーコーティングは装置４０に連結される光学部品のスペクトル帯で光エネルギを反射し、装置のレーザエミッタバー１２のスペクトル帯の光エネルギを伝達する装置４０内で、光学素子のうちの１又はそれ以上に配置できる。レーザエミッタバー１２のスペクトル帯での反射防止用の、装置の光学素子のうちの１又はそれ以上での反射防止コーティングを含むことが更に所望されうる。
【００５２】
いくつかの実施形態については、レーザエミッタモジュール４０に連結される光学部品は、レーザエミッタバーの出力スペクトル帯を受容し、レーザエミッタバー１２のスペクトル帯と異なるスペクトル帯を有する光エネルギをレーザエミッタモジュールへ逆向きに伝達するように構成してもよい。ミラーコーティングはレーザエミッタモジュールの光学素子に配置してもよく、レーザエミッタモジュールに連結される光学部品によって伝達されるスペクトル帯を反射し、かつレーザエミッタバー１２のスペクトル帯を伝達するように構成してもよい。このような反射及び反射防止コーティングの用途に好適になりうる装置４０の光学素子は、速軸コリメータ６２、遅軸コリメータ７８、集束素子８８、又はビームコンディショニング光学部品を含みうる他の光学素子９０等を含んでもよい。いくつかの実施形態については、ビームコンディショニング光学部品は伝播軸周りで別個のビーム片を湾曲するか、あるいは水平方向に隣接する部分を垂直方向に再構成しうるビーム再構成素子を含んでもよい。いくつかの実施形態については、レーザエミッタバー１２のスペクトル帯は約７５０ナノメートルないし約９９９ナノメートル、特に約９００ナノメートルないし約９９５ナノメートルの中心波長を有してもよい。いくつかの実施形態のミラーコーティングは、約１０００ナノメートルないし約１０９５ナノメートルの中心波長を有するスペクトル帯を反射するよう構成してもよい。このような構成は、約１０００ナノメートルないし約１０９５ナノメートルの中心波長を有するスペクトル帯で動作する光学部品、及び約９００ナノメートルないし約９９５ナノメートルの中心波長のスペクトル帯の出力を有するレーザエミッタバー１２に連結される装置４０に好適になりうる。
【００５３】
いくつかの実施形態については、ミラーコーティングは二酸化ケイ素、アルミナ、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、及びハフニア、ならびに他の好適な材料を含んでもよい。上述の所望の効果は適切に選択された反射及び反射防止コーティングの使用で得られうるが、同一又は同様の効果はレーザエミッタモジュール４０内に、あるいはそれに隣接して配置された１又はそれ以上のオプトアイソレータ（図示せず）で得られうることは留意すべきである。いくつかの実施形態については、このようなオプトアイソレータは、その放射が光ファイバ４４の入力端４２の方に向けられる場合に、約７５０ナノメートルないし約９９９ナノメートル、特に約９００ナノメートルないし約９９５ナノメートルのエミッタ波長での高レベルの伝達を有してもよい。いくつかのこのような実施形態のアイソレータは更に、エミッタに向かう光ファイバ４４などのような、エミッタの出力と異なる方向に向けられた、約１０００ナノメートルないし約１１５０ナノメートル又はそれ以上、特に約１０４０ナノメートルないし約１０９５ナノメートルの波長を有する、低い光伝達又は高い反射率の光エネルギを有してもよい。いくつかの実施形態の好適なオプトアイソレータは、レーザエミッタバー１２の偏光に実質的に平行な偏光方向を有する光エネルギを伝達する第１の偏光素子と、偏光回転素子と、レーザエミッタバー１２からの光エネルギに対し高伝達性であるが、レーザエミッタバー１２に向かい、逆方向に伝播する光エネルギに対し実質的に非伝達性であるように関連づけられる第２の偏光素子とを含んでもよい。
【００５４】
図８は、レーザエミッタバー１２の出力を光ファイバ４４の入力面４２に連結するための、ある実施形態の光学装置アセンブリ９２を例示する。図８の実施形態の装置９２は、図４ないし７について上述した装置４０の特徴、寸法及び材料と同一又は同様の、特徴、寸法及び材料の一部を有してもよい。しかしながら、図８の実施形態９２については、ヒートシンク素子９４はアセンブリ９２のヒートシンクスペーサ素子９８でこのような特性を不要にできる熱伝導性及び電気絶縁性材料９６の上層部を含むことができる。特に、ヒートシンクスペーサ素子９８は更に比較的高い熱伝導度を要求され、導電性材料で生成してもよい。
【００５５】
装置９２は底部４８と、側壁部５２と、蓋部５０とを有するハウジング４６を含む。実施形態のヒートシンクスペーサ９８は底部４８の内面に固定される。実施形態のヒートシンクスペーサ９８はセラミック又は金属を含んでもよい。金属材料はヒートシンクスペーサ９８の上面に固定されるヒートシンク９４の上面にある電気絶縁層のため、いくつかの実施形態の構造で許容可能になりうる。ヒートシンク素子９４は、ヒートシンク９４の上層部に配置され、ヒートシンク９４の上面を形成する、熱伝導性及び電気絶縁性材料９６の上層部を含む。熱伝導性及び電気絶縁性材料９６は窒化アルミニウムといったセラミック材料を含んでもよく、底部４８からレーザエミッタバー１２を電気的に絶縁するように作用しうる。いくつかの実施形態については、ヒートシンク素子９４は約０．５ｍｍないし約５ｍｍ、特に約１ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有してもよく、熱伝導性及び電気絶縁性材料９６の上層部は約１００ミクロンないし約５００ミクロン、特に約３００ミクロンないし約４００ミクロンの厚さを有してもよい。
【００５６】
レーザエミッタバー１２は熱伝導性接着又は熱圧着等といった好適な方法によってヒートシンク９４の熱伝導性及び電気絶縁性の上層部９６に固定できる。光学基板７６は更に、任意の好適な方法によってヒートシンクスペーサ９８の上面に固定してもよい。速軸コリメータ６２はレーザエミッタバー１２の出力面１４に隣接する光学基板７６に固定され、速軸方向２０にレーザエミッタバー１２の出力を実質的にコリメートするように構成される。任意のビームコンディショニング光学部品７７は同様に、示したように速軸コリメータ６２と光学部品９０との間に取付け又は固定してもよい。
【００５７】
所望の、あるいは最適なレベルの動作効率を得るために、レーザエミッタバー１２ならびにレーザエミッタモジュール４０及び９２の光学素子は、デバイスの光軸に沿って適切に位置調整されることが必要である。このような高レベルの光学配列を得るための一手段が、能動的な配列技術を用いることであり、これによってレーザエミッタバー１２のエミッタ１６が光学素子を通して光エネルギを放射している間に、モジュールの光学素子が位置調整される。このような方法については、レーザエミッタバー１２のレーザエミッタ１６の出力は、光学素子から放射されるビーム質をモニタリングするのに用いられる診断機器にアクセス可能にされなければならない。大きな開口部５４は、レーザエミッタバー１２の出力３０が、動作中に大きな開口部を実質的に通過するように十分に位置調整された場合に、このようなアクセスを可能にする。レーザエミッタバー１２の出力を大きな開口部に位置調整するために、図９ないし１１に示されたような配置を用いてもよい。
【００５８】
図９ないし１１によると、レーザエミッタモジュールを位置調整する方法は、外部基準部材に対する、前面１００のような、選択されるハウジングの表面の方向及び位置を決定するよう、基準面又は点に対してレーザエミッタモジュール４０のハウジング４６を配置するステップを含む。図９及び１０は、ハウジング４６の前面１００の位置が基準ブロック１０２と相対的に認識されるように、基準ブロック１０２の結合面に対し堅固に配置されたレーザエミッタモジュール４０のハウジング４６の前面１００を示す。図１０に示されるように、基準ブロック１０２に対するハウジング４６の位置は更に、テーパされた円錐形の栓１０４の、ハウジング４６の開口部５４への貫入によって制限される。この配置においては、基準ブロック１０２の結合面はハウジング４６の前後の動作を防ぎ、テーパされた円錐形の栓１０４は基準ブロック１０２に対する横方向又は左右方向の動作、ならびにハウジング４６の垂直方向の動作を防ぐ。いくつかの実施形態については、円錐形の栓１０４の結合円錐面が、基準ブロック１０２に対するハウジング４６の位置を維持するのを助けるべく一定の係合力で開口部５４に係合するように、円錐形の栓１０４は順方向にばねの力のような弾性力によって付勢してもよい。
【００５９】
ＣＣＤカメラ１０６のような撮像デバイスは、配列手順中にハウジング４６の内部を映像化できる位置に配置してもよい。基準ブロックに対する位置が更に、カメラ１０６の視野に対する位置を決定するのに用いることができるように、カメラ１０６は基準ブロック１０２と一定の関係にある。図１１に示したように、カメラ１０６の視野は、レーザエミッタバー出力の光軸の、ハウジングの開口部５４との適切な配列を得るために、レーザエミッタバー１２の前方ファセットの適切な位置を示す、相互に垂直な２のラインを有する十字線１０８を含む。このように、レーザエミッタバー１２からの多数の出力が、レーザエミッタバー１２の前面ファセット及び側面を、十字線１０８の対応するラインに位置調整することによって開口部を通過するように、外部基準部材１０２に対するレーザエミッタバー１２のファセットの位置及び方向は、ハウジング４６に対してレーザエミッタバー１２を位置調整するのに用いてもよい。レーザエミッタバーの位置の微調整は、ハウジングに対して正確に配置できる空気式ピンセット等を含むロボットツールで行ってもよい。レーザエミッタバー１２が十字線１０８に一度適切に位置調整されると、レーザエミッタバー１２は、はんだ付け、熱伝導性接着、又は熱圧着等によって、ハウジングと一定の関係で固定できる。
【００６０】
レーザエミッタバー１２がハウジング４６内に一度適切に配置及び固定されると、モジュール４６の光学素子はレーザエミッタバー１２の光軸に能動的に位置調整され、同様にハウジング４６に対して一定の位置に固定できる。図１２は、ビームプロファイリングアセンブリ１１０と機能的に関連して配置されるハウジング４６及びレーザエミッタバー１２のアセンブリを例示する。レーザエミッタバー１２の出力軸がビームプロファイリングアセンブリ１１０の入力の方に向けられるように、ハウジング４６は配置される。レーザエミッタバー１２の出力が開口部５４を通過し、実施形態の能動的な配列プロセス時にビームプロファイリングデバイス１１０によってモニタリング及び特徴づけできるように、ハウジング４６の前面にある開口部５４は開口される。ハウジング４６は上述の基準ブロック１０２と同様になりうる基準ブロック（図示せず）と一定の関係で固定してもよい。
【００６１】
ハウジング４６及び基準ブロックは更に、光学素子の能動的な配列プロセス時に好適に角度調整するために、光学素子６２、７８、８８、又は９０に対して最大６の自由度で移動するように構成されるアセンブリ１１０に固定してもよい。いくつかの実施形態については、レーザエミッタバー１２の回転、高さ、及び偏揺れは、配置中の光学素子の光軸に対するレーザエミッタバー１２のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の変換と同様に、配置すべき光学素子に対して調整してもよい。ハウジング４６内に配置すべき光学素子は、速軸コリメータ６２、遅軸コリメータ７８、集束素子８８、ならびにその他のビームコンディショニング光学部品９０を含む。いくつかの実施形態の配列方法は特定の順序で様々な光学素子を取付けることに関するが、他の実施形態については、光学素子は任意の所望の順序で取付けてもよい。
【００６２】
実施形態のビームプロファイリングアセンブリはビームスプリッタ１１２と、参照レーザ１１４の正面に配置されるピンホール素子１１３と、第１の減光器１１６と、第２の減光器１１８と、ビーム絞り１２０と、第１の濃度フィルタセット１２４、第１のレンズ１２６と、第１のＣＣＤ面１３０を有する第１のＣＣＤカメラ１２８とを含む。アセンブリは更に第２の濃度フィルタセット１３２と、第２のレンズ１３４と、第２の像平面１３８を有する第２のＣＣＤカメラ１３６とを含む。
【００６３】
いくつかの実施形態の能動的な配列手順については、そこに固定されるレーザエミッタバー１２を有するハウジング４６は、速軸コリメータ６２、遅軸コリメータ７８、集束素子８８、又は他のビームコンディショニング部品９０といったその他の光学素子の追加前に、ビームプロファイリングデバイス１１０の正面に配置される。ハウジング４６が一度配置されると、参照レーザ１１４が励起できる。参照レーザ１１４は、コリメートされた出力ビームを有するヘリウムネオンレーザ又は低出力赤色半導体レーザ等であってもよい。参照レーザ１１４からの参照ビームはピンホール１１３を通って伝わり、ビームスプリッタ１１２から開口部５４を通って、かつ、レーザエミッタバー１２の前面ファセット面、又は前面ファセットの位置に配置できる参照反射器に反射される。参照ビームは次いでレーザエミッタバー１２の前面ファセット、又はレーザエミッタバー１２の前面ファセット位置に配置される参照反射器から反射される。参照レーザ１１４は、前面ファセットからの反射ビームがピンホール１１３と位置調整されるように調整してもよい。その後、参照レーザビームはレーザエミッタバー１２の前面ファセット又は出力面１４と垂直になるように、レーザエミッタバーの光軸を規定しうる。いくつかの実施形態については、レーザエミッタバー１２の前面にあるファセットの一部が、表面の反射率を増加させるべく、金属部分を有してもよい。いくつかの実施形態については、金のような金属は、レーザエミッタバー１２のファセットの反射率を増加させるのに用いてもよい。レーザエミッタバー１２の前面ファセットから反射される参照ビームは次いで、第１のＣＣＤカメラ１２８によって映像化できる。第１のＣＣＤカメラ１２８によって測定される参照ビームの衝突点は、レーザエミッタバー１２の光軸を決定するのに用いてもよい。レーザエミッタバー１２の光軸が位置調整されない場合、ハウジング４６の位置は、エミッタバー１２の光軸が適切に位置調整されるまで調整できる。
【００６４】
レーザエミッタバー１２の光軸が一度、適切に構築されると、光学素子はハウジング４６と一定の関係で別個に追加され、能動的に位置調整され、固定されうる。いくつかの実施形態については、光学素子６２、７８、８８、及び９０といった２又はそれ以上の光学素子は、サブアセンブリ中に事前接着してもよく、次いでサブアセンブリをハウジング４６に能動的に位置調整及び固定してもよい。いくつかの実施形態については、速軸コリメータ６２は空気式ピンセットといったピンセットによって把持し、レーザエミッタバー１２の出力面１４の正面に配置してもよい。レーザエミッタバー１２のエミッタ１６は次いで励起でき、レーザエミッタバー１２の出力ビームはレーザエミッタバー１２の光軸に対する速軸コリメータ６２の配列の質を判定するためモニタリングしてもよい。第１の減光器１１６及び第２の減光器１１８は、レーザエミッタバー１２から放射中の波長の光エネルギを反射することによって、ビームの出力を減衰するのに用いられる。第１の濃度フィルタセット１２４及び第２の濃度フィルタセット１３２は、第１及び第２のＣＣＤカメラ１２８及び１３６によって撮像するのに好適なビーム強度を生成するために、レーザエミッタバー１２の出力強度を減ずるのに用いられる。
【００６５】
速軸コリメータ６２の配置の質は、第１のレンズ１２６による出力ビームの空間分布から換算された出力ビームの角度分布を測定することにより評価される。角度分布は第１のＣＣＤカメラ１２８で測定される。開口部５４でのビーム位置は更に、速軸コリメータ６２からの出力の光軸の配列を測定するのに用いられうる第２のＣＣＤカメラ１３６で、ハウジングの開口部５４での出力ビームを撮像することによってモニタリングされる。速軸コリメータ６２の配列は、第１及び第２のＣＣＤカメラでのビーム位置、ビーム発散度、及び速軸方向におけるエッジの鋭さが所望のレベルになるまで調整され、そうでない場合は最適化される。所望の速軸コリメータ６２の配列が一度得られると、速軸コリメータはハウジング４６及びレーザエミッタバー１２と一定の関係で固定できる。速軸コリメータ６２は、速軸コリメータ６２の取付け部分がはんだ付け、レーザ溶接を含む溶接、ろう付け、接着結合、又はその他の好適な方法によって光学基板７６の取付け部分に接触する状態で固定してもよい。第１及び第２のＣＣＤカメラ１２８及び１３６又は他の撮像デバイスの出力信号は、ビデオディスプレイ上で視覚的にモニタリングしてもよく、あるいは、他の好適なディスプレイデバイス及び方法によってモニタリングしてもよい。速軸コリメータはビームコンディショニング光学部品７７で事前構成してもよい。ビームコンディショニング光学部品７７は更に、光学基板７６、あるいはヒートシンクスペーサ７０上又はパッケージの底部４８上のいずれかにある第２の光学基板（図示せず）に、別個に位置調整及び接着してもよい。
【００６６】
速軸コリメータ６２、及び選択的にビームコンディショニング光学部品７７が一度固定されると、遅軸コリメータ７８は次いで空気式ピンセットといったピンセットによって把持でき、速軸コリメータ６２の出力面の正面に、又はモジュール４０の光学縦列中のその他の好適な位置に配置できる。レーザエミッタバー１２のエミッタ１６は次いで励起でき、レーザエミッタバー１２の出力ビームは、レーザエミッタバー１２の光軸に対する遅軸コリメータ７８の配列の質を判定するためにアセンブリ１１０でモニタリングしてもよい。遅軸コリメータ７８の配列の質は、第１のレンズ１２６による出力ビームの空間分布から換算された出力ビームの角度分布を測定することにより評価される。角度分布は第１のＣＣＤカメラ１２８で測定される。速軸コリメータ６２の配列の質は更に、遅軸コリメータ７８からの出力の光軸の配列を測定するのに用いられうる第２のＣＣＤカメラ１３６で、ハウジングの開口部５４での出力ビームを撮像することによって評価される。遅軸コリメータ７８の配列は、第１及び第２のＣＣＤカメラでのビーム位置、ビーム発散度、及び遅軸方向におけるエッジの鋭さが所望のレベルになるまで調整され、そうでない場合は最適化される。所望の遅軸コリメータ７８の配列が一度得られると、遅軸コリメータ７８はハウジング４６及びレーザエミッタバー１２と一定の関係で固定できる。遅軸コリメータ７８は、遅軸コリメータ７８の取付け部分がはんだ付け、溶接及びレーザ溶接、ろう付け、接着結合、又はその他の好適な方法によって、ハウジング、あるいは、遅軸コリメータ７８とハウジングとの間に配置されるスペーサに接触する状態で固定してもよい。
【００６７】
集束素子８８は空気式ピンセットといったピンセットによって把持してもよく、遅軸コリメータ７８の出力面の正面に、あるいはモジュール４０の光学縦列中のその他の好適な位置に配置してもよい。レーザエミッタバー１２のエミッタ１６は次いで励起でき、レーザエミッタバー１２の出力ビームはレーザエミッタバー１２の光軸に対する集束素子８８の配列の質を判定するためにアセンブリ１１０でモニタリングしてもよい。
【００６８】
集束素子８８の配列の質は、ハウジング４６の開口部５４の平面で出力ビームのスポットの大きさ及び位置を測定することによって評価される。スポットの大きさ及び位置は、第２のＣＣＤカメラ１３６によってモニタリングされ、焦点が開口部５４に中心配置されるまで集束素子８８の位置が調整される。所望の集束素子８８の配列が一度得られると、集束素子８８はハウジング４６及びレーザエミッタバー１２と一定の関係に固定できる。集束素子８８は、集束素子８８の取付け部分がはんだ付け、レーザ溶接を含む溶接、ろう付け、接着結合、又はその他の好適な方法によってハウジングに接触する状態で固定してもよい。いずれか又は総ての光学素子６２、７８、８８、又は９０は能動的に位置調整された各光学部品を硬く接着することによって、ハウジング４６と一定の関係に固定してもよい。いくつかの実施形態については、能動的に位置調整された各光学部品は、レーザ溶接又ははんだ付けによって各取付け部位に硬く接着してもよい。
【００６９】
アセンブリ４０内部の光学部品が一度、ハウジング４６と一定の関係に能動的に位置調整及び固定されると、光ファイバ４４及びフェルールのアセンブリ５６はハウジング４６と一定の関係に位置調整及び固定できる。いくつかの実施形態については、レーザエミッタバー１２と光ファイバ４４との間の光学的結合が最大になるように、光ファイバ４４の入力端４２は、レーザエミッタバー１２の出力ビームの集束に対し位置調整される。光ファイバ４４の入力端４２、バレル８０、及びフェルールのアセンブリ５６のファイバ連結スリーブ８３が一度適切に配置されると、フェルールのアセンブリ５６のフランジ部分８２は、はんだ付け、レーザ溶接を含む溶接、又は上述の構成といった構成における他の好適な方法によってハウジング４６と一定の関係で固定できる。更にファイバ連結スリーブ８３は、はんだ付け、レーザ溶接を含む溶接、又は上述の構成のような構成中の他の好適な方法によって外側スリーブ８０に固定してもよい。フェルール５６が一度固定され、及びいくつかの実施形態について、密閉されると、ハウジング４６の蓋部５０は、はんだ付け、レーザ溶接を含む溶接、又は他の好適な方法によってハウジング４６の壁部５２の上縁部に固定できる。複数の実施形態については、エポキシ接着といった接着結合はフェルール及び蓋部を固定するのに用いてもよい。
【００７０】
図１３及び１４は、上述し、取り込まれた米国特許出願第１１／７４７，１８４号に更に述べられるような、ある実施形態のビームコンディショニング又は変換光学部品７７を示す。ビームコンディショニング光学部品はエミッタバー１２の各エミッタ素子１６からの各出力の、９０度のビーム回転のための屈折オフセット式のシリンドリカルレンズアレイ１６２を含む。いくつかの実施形態の、このような屈折オフセット式のシリンドリカルレンズアレイは、伝達ブロックの対向する平行面に対称的に位置調整される、対角線上に向けられたシリンドリカルレンズ素子１７８か、あるいはガラス又はシリカといった屈折性の固体で生成されうる基質１８０を含んでもよい。任意の対向する対称的なシリンドリカルレンズ素子１７８の組合せが伝達ブロック１８０の本体内での同一点又はラインで集束するように、伝達ブロック１８０は調整してもよい。このような構成は、出力ビームの速軸及び遅軸が反転されるように約９０度で入射出力ビームを回転させる。別個の出力ビーム１６の回転は、速軸と遅軸との間でビーム生成とビーム特性を対称的にするのに有用にでき、輝度を維持する間に後の集束又は密度の出力ビームを促進する。ビーム変換システム１６２のシリンドリカルレンズ素子１７８の傾斜又は角度方向は、図１３の矢印１８５によって示されるように、約４０度ないし約５０度の角度に設定してもよい。９０度のビーム回転用の複数の実施形態の屈折オフセット式のシリンドリカルレンズアレイ１６２は、ドイツ国ドルトムンドのボッケンブルゲヴェーグ４−８にあるＬＩＭＯ社で作成されたような、製品を含んでもよい。
【００７１】
本明細書中に述べた実施形態のモジュールで用いられうる、ある実施形態の調節可能なフェルールのアセンブリ２００は、図１５及び１６に示される。光ファイバ４４は、図５に示されるフェルールのアセンブリ５６と同一又は同様の、いくつかの特徴及び材料を有しうる調節可能なフェルールのアセンブリ２００の部品に直接的又は間接的に配置又は固定される。フェルールのアセンブリ２００は、中心管状バレル８０と、バレル８０から半径方向に延在するフランジ部分８２とを有する外側スリーブを含む。バレル８０は、バレル８０の第１の端部からバレル８０の第２の端部に延在する実質的に同心円状の内腔８１を含む。フランジ部分８２は、ハウジング４６の開口部５４に隣接する筐体の壁部５２の外面と結合するように構成される扁平な内面又は前面８４を含んでもよい。フランジ部分８２は更に、開口部５４の横方向の外寸より大きな横方向の外寸を有する。突起部分８６が開口部５４に機械的に係合でき、かつ筐体４６と一定の関係でフェルールのアセンブリ２００を固定する前に、光ファイバの入力面４２の位置調整を可能にするよう横方向に移動できるように、フランジ部分８２は更に、浅い円柱状の突起部分８６を含んでもよく、その横方向の寸法は開口部５４の横方向の寸法未満としてもよい。入力端２０４を有する円柱状のファイバ連結スリーブ２０２は、内側穿孔部８１とスリーブ２０２との間で同心性を維持し、相対的な軸移動を可能にするように構成される締りばめとともに、外側スリーブ型バレル８０の内側穿孔部８１内で軸方向に摺動するように構成される。連結スリーブ２０２は、スリーブの外面内に同心円状に配置され、かつその長さで延在する、階段状の軸方向のファイバ受容内腔２０６を有する。光ファイバ４４の外面は、圧着、はんだ付け、ろう付け、溶接、又は接着結合等を含む様々な好適な方法によって、連結スリーブ２０２の軸方向の内腔２０６内に固定してもよい。
【００７２】
光ファイバ４４の入力端４２は、いくつかの実施形態については、示されるように、ファイバ連結スリーブ２０２の入力端２０４を超えて、かつ外側スリーブ８０の内側穿孔部８１内に軸方向に固定してもよい。いくつかの実施形態については、光ファイバ４４の入力端４２は、図１５で破線２０８によって示されるように、フランジ部分８２の扁平の前面８４と実質的に同延又は同一平面となることが所望されうる。この構成によってフランジ部分８２は、溶接処理によってハウジングに対してファイバ４４の入力端４２の位置の最小の機械的ひずみで、ハウジング４６の壁部５２にシーム溶接又はレーザシーム溶接できる。この構成は更に、溶接連結法を用いる実施形態について、外側スリーブ８０の、ハウジングの壁部５２へのレーザシーム溶接中に、異物混入から光ファイバ４４の入力端４２を保護するように作用しうる。
【００７３】
高エネルギのレーザ光を光ファイバの入力部に結合することに関連する差異の一部は、熱生成及び、ファイバ入力部を取り囲むフェルールのアセンブリの一部に衝突し、かつ混入物を生成するこのような熱過剰なレーザエネルギの散逸を生じさせる光ファイバからの損失と、位置安定性と、光ファイバとフェルールのアセンブリ２００の周囲部及びハウジング４６のモジュールとの間で良好な封止を維持することとを含む。示された実施形態のフェルールのアセンブリ２００は、これらの問題の少なくとも一部のために設けられ、かつ解決するように構成される。特に、ファイバ連結スリーブ２０２の軸方向の階段状の内腔２０６は、その長さで延在し、スリーブ２０２の外面と同心円状になる。軸方向の階段状の内腔２０６は、スリーブの入力端から近位に延在する、内腔の横方向の寸法の副の部分２１２を含む。軸方向の内腔は更に、横方向の寸法の副の部分２１２からスリーブ２０２の近位端２１６に延在する、内腔２０６の横方向の寸法の主の部分２１４を含む。はんだといった異なる結合材料は、異なる結合材料の性能利益を最大にするように、光ファイバ４４の外面と、軸方向の内腔２０６の各部分の内面との間の空間内に配置してもよい。軸方向の内腔２０６の階段状の構成は、ファイバ４４とフェルールのアセンブリ２００との間の結合を更に強固にし、アセンブリ及びアセンブリの製造を促進する。
【００７４】
例えばいくつかの実施形態については、光ファイバ４４は、スリーブの軸方向の内腔２０６の横方向の寸法の主の部分２１４を実質的に充填する軟質はんだ２１８と、スリーブの軸方向の内腔の横方向の寸法の副の部分２１２を実質的に充填する硬質はんだ２２０とにより、ファイバ連結スリーブ２０２に固定してもよい。例えば金錫はんだＡｕＳｎといった硬質はんだ２２０は、ファイバ連結スリーブ２０２の前端部で、高強度、高熱伝導度、及び高反射性を有する接着を提供できる。このような構成は、定位置に確実に光ファイバ４４を保持するように作用し、熱を十分に散逸し、フェルールのアセンブリ２００、特にファイバ連結スリーブ２０２の前面２０４に与えられる、光ファイバ４４内に結合されない過剰なレーザ光エネルギを反射する傾向がある。このような硬質はんだ２２０の使用に対する１の潜在的な弱点は、このような材料の費用である。このような、光ファイバ４４の外面とファイバ連結スリーブ２０２の内面との間の硬質はんだ接着は更に、ファイバ連結スリーブ２０２の全軸長にわたって延在する場合、所望されない機械的負荷を生成しうる。このように、インジウム銀はんだＩｎＡｇといった低費用の軟質はんだ２１８は、横方向の寸法の副の部分２１２中の硬質はんだの適用後に内腔２０６を充填するために、軸方向の内腔２０６の横方向の寸法の主の部分２１４内に配置してもよい。この構成は、低コストで良好な機械的安定性と熱散逸とを提供しうる。実施形態の硬質はんだと、実施形態の軟質はんだとの間の融点における差異は更に、この充填プロセスを促進する。スリーブ２０２の前端部での硬質はんだ２２０は最初に適用して、その後低融点を有する軟質はんだ２１８を適用してもよい。スリーブ２０２の近位部分に適用される低融点の軟質はんだ２１８は更に、上述のそれに隣接するファイバの高分子成分に対する融解又は他の熱関連の損傷を防ぐのに有益になりうる。いくつかの実施形態については、硬質はんだ２２０と軟質はんだ２１８との間の境界部は、硬質はんだ２２０と軟質はんだ２１８との間で熱伝導を可能にするが、２のはんだ間で混合を防ぐ、円板又は障壁の材料（図示せず）を含んでもよい。
【００７５】
図１５及び１６に示された実施形態について、軸方向の内腔２０６の横方向の寸法の副の部分２１２は、横方向の内寸における、横方向の寸法の主の部分からの段階的な減少と、横方向の内寸における、横方向の寸法の副の部分内での別の段階的な減少とを含む。このような構成は、横方向の寸法の副の部分２１２内の軸方向の内腔２０６で、第１又は近位の横方向の寸法の副の部分２２１と、第２又は遠位の横方向の寸法の副の部分２２３とを生成する。延在した長さにわたり小さな直径孔を切削することは、いくつかの製造技術で高価になりうるため、軸方向の内腔２０６内の、この複数の段差の配置は、連結スリーブ２０２のコストを低くすることに対し有用になりうる。特に、その孔の横方向の内寸の約５倍より大きな長さにわたる軸方向の内腔２０６の、第２又は遠位の副の横方向の寸法といった、調整された小さな直径孔を生成することは、いくつかの状況においては困難であるか、あるいは高価である。いくつかの実施形態については、横方向の寸法の副の部分２１２は、いくつかの実施形態で一般的に、約１２５ミクロンないし約７００ミクロンの横方向の内寸又は内径を有してもよい。いくつかの実施形態の連結スリーブ２０２について、横方向の寸法の副の部分２１２の、第２又は遠位の副の横方向の寸法は約２００ミクロンないし約４００ミクロン、特に約２５０ミクロンないし約３５０ミクロンの横方向の内寸を有してもよい。いくつかの実施形態については、横方向の寸法の副の部分２１２の、第１又は近位の主の横方向の寸法は約５００ミクロンないし約７００ミクロン、特にいくつかの実施形態については約５５０ミクロンないし約６５０ミクロンであってもよい。スリーブの軸方向の内腔２０６の横方向の寸法の主の部分２１４はその軸長にわたる実質的に一定の直径を有してもよく、約５００ミクロンないし約１５００ミクロン、特にいくつかの実施形態については約１１５０ミクロンないし約１２５０ミクロンの横方向の内寸を有してもよい。横方向の寸法の副の部分２１２の長さは約１ｍｍないし約２ｍｍ、特にいくつかの実施形態については、約１．４ｍｍないし約１．６ｍｍであってもよい。実施形態のファイバ連結スリーブ２０２は３の異なる横方向の内寸部分を有して示されるが、他の実施形態は、２、４、５個又はそれ以上を含む任意の好適な数の異なる横方向の寸法部分を含んでもよい。
【００７６】
いくつかの実施形態については、ファイバ連結スリーブ２０２は約５ｍｍないし約１５ｍｍの軸長と、約１ｍｍないし約５ｍｍ、特に約２ｍｍないし約３ｍｍの横方向の外寸又は外径を有してもよい。いくつかの実施形態については、ファイバ連結スリーブ２０２は、そこに配置される光ファイバ４４に安定した機械的な支持を提供する程度に大きく、かつ、製造及び構築中にはんだ付けならびに他の好適なプロセスでの十分な熱伝達を可能にする程度に薄い壁厚を有することが所望されうる。このようにいくつかの実施形態については、その外面と軸方向の内腔２０６との間でのファイバ連結スリーブ２０２の壁厚は、約０．２ｍｍないし約１ｍｍ、特に約０．３ｍｍないし約０．５ｍｍであってもよい。ファイバ連結スリーブ２０２の材料は更に、様々なコーティングを含んでもよい。いくつかの実施形態については、ファイバ連結スリーブは約２ミクロンないし約８ミクロンの厚さを有する、全体的なニッケル又は他の好適な材料の金属コーティングを有してもよい。金又は他の好適な材料の別のコーティングは、約０．１ミクロンないし約２ミクロンの厚さを有する軸方向の内腔２０６内にのみ配置してもよい。このようなコーティングはいくつかの実施形態については、はんだ及び接着剤等といった結合材料の接着を改善するのに有用になりうる。
【００７７】
熱を散逸し、かつ光ファイバ４４とフェルールのアセンブリ２００との間で良好なハーメチックシールを維持するのに有用になりうる別の特徴は、図１５中の矢印２２４によって示されるように、ファイバ連結スリーブ２０２内の光ファイバ４４の軸方向部分にわたって配置される金属層２２２の使用を含む。光ファイバ４４の外面上にあるこのような層２２２は、真空めっき、スパッタリング、又はめっき等といった任意の好適な方法によって蒸着してもよく、ファイバ連結スリーブ２０２に固定される光ファイバ４４のその部分にわたって配置してもよい。このような金属層によってコーティングされない光ファイバ４４の曝露部分を残すことは更に所望されうる。いくつかの実施形態については、光ファイバ４４の外面は、高エネルギレーザ光がそうでない場合に金属コーティング２２２と直接的に接触する光ファイバ４４の入力端４２近傍の、内部に配置されるファイバ連結スリーブ２０２又は硬質はんだ２２０から遠位に延在する光ファイバ部分の一部に、金属層を含まない。いくつかの実施形態については、金属コーティング２２２は約０．１ミクロンないし約２ミクロンの厚さを有する、光ファイバ４４の外面上の薄い金コーティングを含んでもよい。金属コーティング２２２は更に、金、ニッケル、チタン、クロム、ならびに任意の他の好適な材料を含む、１又はそれ以上の中間又は障壁層コーティングの材料を含んでもよい。いくつかの実施形態については、これらのコーティングは、はんだ付け又は最大摂氏約３２０度の温度に到達する他の結合プロセスと互換的であってもよい。いくつかの実施形態については、表面２０４で過剰なレーザエネルギ入射の反射を最大にするように、ファイバ連結スリーブ２０２の入力面２０４に、このような金属コーティング（図示せず）を含むことは更に有用になりうる。
【００７８】
ファイバ連結スリーブ２０２の近位端２１６で、光ファイバ４４はフェルールのアセンブリ２００の近位にある光ファイバ４４の外面を密閉及び保護する、アクリラート性の緩衝材といった高分子緩衝材２２６によってコーティングされる。いくつかの実施形態については、アクリラート性の緩衝材２２６は光ファイバ４４にわたる均一コーティングにしてもよく、約５０ミクロンないし約１００ミクロンの壁厚を有してもよい。いくつかの実施形態については、光ファイバ４４は更に、光ファイバのガラス又は他の材料より少ない開口部の数を有するシリコン樹脂材料の層でコーティングし、光ファイバとアクリラート性の緩衝材２２６との間に配置してもよい。アクリラート性の緩衝材２２６は更に高強度の高分子コーティング２２８によって覆われてもよく、フェルールのアセンブリ２００の近位にある光ファイバ４４に更なる強度と保護を提供し、光ファイバ４４とフェルールのアセンブリ２００との間で接着とひずみ軽減とを促進するコーティングである、Ｄｕｐｏｎｔ社によって製造されたＨｙｔｒｅｌ（登録商標）といった可塑性ポリエステルエラストマを含んでもよい。ファイバ連結スリーブ２０２の近位部分あるいは横方向の寸法の主の部分２１４で軟質はんだ２１８を用いる別の利益は、摂氏約１２５度ないし摂氏約１７５度の低い融解温度によって、いくつかの実施形態については、ファイバ連結スリーブ２０２の近位にある光ファイバ４４の高分子緩衝材２２６及びコーティング２２８を融解、又はそうでない場合に損なうことなく、はんだ付けプロセスがフェルールのアセンブリ２００の構成中に行われることである。いくつかの実施形態については、高分子コーティング２２８は約０．２ｍｍないし約０．４ｍｍの壁厚を有し、約Ａ６５ないし約Ａ９０のショアー硬さを有してもよい。テーパされた円柱状のひずみ軽減部２３０はファイバ連結スリーブ２０２に隣接する高分子コーティング２２８にわたって配置してもよく、更に硬性のファイバ連結スリーブ２０２と、比較的軟性の高分子コーティング２２８及びその近位にある緩衝材２２６との間で円滑な遷移を提供するように、ファイバ連結スリーブ２０２の近位端２１６に固定してもよい。柔軟性におけるこのような円滑な遷移は、そうでない場合に光ファイバ４４に対する機械的な支持の急激な遷移を生じうる、応力点での光ファイバ４４の破損を防ぐのに有用になりうる。ひずみ軽減部２３０は、室温加硫（ＲＴＶ）シリコン樹脂等のシリコン樹脂を含む軟性高分子といった任意の好適な材料で生成してもよい。
【００７９】
いくつかの実施形態については、ファイバ４４の入力端４２は約０．５ｍｍないし約２ｍｍの軸方向距離で、突起８６の前端部から内腔８１内に引き込まれてもよい。いくつかの実施形態については、外側スリーブの内腔８１は約１ｍｍないし約３ｍｍの横方向の内寸又は内径を有してもよい。いくつかの実施形態については、外側スリーブ８０、ファイバ連結スリーブ２０２、又はその双方はＫｏｖａｒ（登録商標）、３０４Ｌステンレス鋼等のステンレス鋼、及び２０１ニッケル等のニッケルなどといった材料から生成してもよい。いくつかの実施形態については、外側スリーブ８０は、モジュールを密閉して保持するために、レーザシーム溶接中に微細な亀裂を生成しないレーザ溶接用の好適な材料を含んでもよい。いくつかの実施形態については、ファイバ連結スリーブ２０２、外側スリーブ８０、及び外側スリーブの前面８４は腐食から未加工の金属を保護するよう構成されるコーティングを含んでもよい。いくつかの実施形態については、このような腐食保護コーティングは電解ニッケルめっき、又はモジュールを密閉して保持するために、レーザシーム溶接中に微細な亀裂を生成しないレーザ溶接に好適なその他のコーティング材料を含んでもよい。いくつかの実施形態については、外側スリーブ８０、ファイバ連結スリーブ２０２、又はその双方は、Ａｒｃａｐ（登録商標）といった材料、あるいは、はんだ付け又はエポキシ接着に好適な他の材料から生成してもよい。いくつかの実施形態については、光ファイバ４４の入力端４２はファイバ連結スリーブ２０２の入力面２０４から約０．５ｍｍないし約１ｍｍの距離で延在してもよい。
【００８０】
示された実施形態については、フランジ部分８２は外側スリーブ８０とハウジング４６との間にハーメチックシールを生成するために、その外周部全体を囲むようにハウジング４６の壁部５２にシーム溶接してもよい。ファイバ連結スリーブ２０２は更に、外側スリーブ８０とファイバ連結スリーブ２０２との間にハーメチックシールを生成するために、外側スリーブ８０の近位部分の外面の外周部全体を囲むようにシーム溶接してもよい。ファイバ４４の外面がはんだ付けされる場合、あるいはそうでない場合でファイバ連結スリーブ２０２の軸方向の内腔に密閉される場合、ファイバ４４の外面とハウジング４６との間のハーメチックシールは、信頼性のあるシールを生成し、更に装置４０の構成中に光ファイバ４４の入力端４２の半径方向及び軸方向位置の調整を可能にするよう生成してもよい。更に、筐体４６の蓋部５０は、はんだ付け又はレーザシーム溶接等といったハーメチックシール技術によってハウジング４６に更に固定してもよい。このように、ハーメチックシールは全体として光ファイバ４４の外面と筐体４６の内部空洞との間に形成してもよい。
【００８１】
上の詳細な記載について、本明細書中で用いられる同様の引用番号は、同一又は同様の寸法、材料及び構成を有しうる同様の要素である。特定の形態の実施形態が例示及び記載されてきたが、様々な変更が本発明の実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく、なされうることは明らかであろう。従って、本発明は前述の詳細な説明によって限定すべきことを意図していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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