(57)【要約】多数の空間モードを含む強度分布を伴った光ビームを放出する、レーザマルチモードダイオード部材(101)を含んだ、少なくとも2本の出力ビームを生成するレーザシステム。二重フィードバックキャビティは、光軸の両側に、前記多数の空間モードの1つに対応して選択するための、第1および第2の選択手段(108,110,111)、および、レーザダイオード部材および反射部材が二重キャビティを定め、さらに放出光ビームの選択された部分のフィードバック部分を反射して、レーザダイオード部材へ戻し、それぞれの出力ビーム（113,114）を生成するよう適合されている、第1および第2の反射部材(106,112)によって提供される。
2005522039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸の周りに強度分布を有し、モードが光軸(107)に対するそれぞれの放出角度に対応した、多数の空間モードを含む逓信光ビームを放出する第1の表面(116)を含むレーザダイオード部材(101)と、
光軸の第1の側において第1の放出角度で放出される、前記多数の空間モードのうちの最初の1つに対応する放出光ビームの第1の部分を選択する、第1の選択手段(109,110, 502)と、
レーザダイオード部材および第1の反射部材が第1のキャビティを定めるものであって、放出光ビームの選択された第1の部分の第1のフィードバック部分を反射して、レーザダイオード部材へ戻すよう適合され、さらに、放出光ビームの選択された第1の部分の、第1の出力部分に対応する第1の出力ビーム(113)を生成するよう適合されている第1の反射部材(106, 502)と、
第1の側の反対側の光軸の第2の側において、第2の放出角度で放出される、前記多数の空間モードのうちの第2の1つに対応する放出光ビームの第2の部分を選択する第2の選択手段(109,111; 503)と、
レーザダイオード部材および第2の反射部材が第2のキャビティを定めるものであって、放出光ビームの選択された第2の部分の第2のフィードバック部分を反射して、レーザダイオード部材へ戻すよう適合され、さらに、放出光ビームの選択された第2の部分の、第2の出力部分に対応する第2の出力ビーム(114)を生成するよう適合されている第2の反射部材(112; 503)と
を含むレーザシステム。
【請求項２】
多数の空間モードの各々が、対応するモード番号に関連付けられており、第1および第2の選択手段が、第1のモード番号が第2のモード番号に等しい、対応する第1および第2のモード番号に関連づけられた、対応する第1および第2の空間モードを選択するよう適合されていることを特徴とする、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３】
第1および第2のフィードバック部分が、実質的に同一部分であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項４】
システムが、少なくとも1つの光学要素の回折平面(103)内の放出光ビームの光学フーリエ変換を生成する、少なくとも1つの光学要素(108)をさらに含み、第1および第2の選択手段の少なくとも1つのが、少なくとも1つの光学要素の回折平面内に実質的に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項５】
レーザシステムが、レーザダイオード部材の第1の側面上に、0.05％〜20％の反射率、好ましくは0.1％〜2％の反射率を提供する反射防止膜をさらに含んでいることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項６】
光軸の周りの強度分布が、レーザダイオードのハイコヒーレンス軸およびローコヒーレンス軸を定め、ローコヒーレンス軸および光軸がローコヒーレンス平面を定め、多数の空間モードがローコヒーレンス平面内でそれぞれの放出角度で放出され、そして、レーザシステムが、ローコヒーレンス平面を横切る方向の放出光ビームの一部を選択する第3の選択手段（105）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項７】
第1および第2の選択手段が、レーザダイオード部材に埋め込まれた第1(1203)および第2(1204) のグレーティングを含み、第1および第2のグレーティングは、それらの間の角度を、選択された空間モードの放出角度に対応して定めることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項８】
レーザダイオード部材の第1の表面が、第1および第2の領域の間の角度を、選択された空間モードの放出角度に対応して定める、第1(1307)および第2(1308) の領域を含み、第1および第2の反射部材が、対応する第1および第2の領域上に対応する反射膜(1311、1312)を有することを特徴とする、請求項７に記載のレーザシステム。
【請求項９】
レーザダイオード部材が、シングルエミッタダイオードのバー(1501)を含むことを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項１０】
レーザダイオード部材が、シングルエミッタダイオードのスタック(1400) を含むことを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項１１】
システムが、第1および第2の出力ビームの少なくとも1つを変調する、変調器要素(2001,2002,2102,2202)をさらに含むことを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のレーザシステム。
【請求項１２】
光軸(107)の周りに強度分布を有し、各モードが光軸に対するそれぞれの放出角度に対応した、多数の空間モードを含む光ビームを放出する第1の表面(116)を含むレーザダイオード部材(101)と、
前記少なくとも1つの光学要素の回折平面内の放出光ビームの、光学フーリエ変換を生成する、少なくとも1つの光学要素(108)と、
光軸の第1の側において第1の放出角度で放出される、前記多数の空間モードのうちの最初の1つに対応する放出光ビームの第1の部分を選択する、第1の選択手段(109,111)；
レーザダイオード部材および、放出光ビームの選択された第1の部分のフィードバック部分を反射して、レーザダイオード部材に戻すよう適合されている反射部材がキャビティを定める、反射部材(2601)と、
第1の側の反対側の光軸の第2の側において、第2の放出角度で放出される、前記多数の空間モードのうちの第2の1つに対応する放出光ビームの第2の部分を選択するものであって、少なくとも1つの光学要素の回折平面内に配置されている、第2の選択手段(109,110)と
を含むレーザシステム。
【請求項１３】
多数の空間モードの各々が、それぞれ対応するモード番号に関連付けられており、第1および第2の選択手段が、第1のモード番号が第2のモード番号に等しい、対応する第1および第2のモード番号に関連づけられた、対応する第1および第2の空間モードを選択するよう適合されていることを特徴とする、請求項１２に記載のレーザシステム。
【請求項１４】
ローコヒーレンス平面およびハイコヒーレンス平面を定める光軸(107)の周りに、強度分布を有し、かつ各モードが光軸およびローコヒーレンス平面に対する、それぞれの放出角度に対応した、多数の空間モードを含む光ビームを放出する第1の平面を含むレーザダイオード部材(101)光ビームと、
ローコヒーレンス平面内の、光軸の第1の側において第1の放出角度で放出される、前記多数の空間モードのうちの最初の1つに対応する放出光ビームの第1の部分を選択する、第1の選択手段(109,111)と、
放出光ビームの選択された第1の部分の第2の部分を、ローコヒーレンス平面を横切る方向(FA)において選択する第2の選択手段(105)と、
レーザダイオード部材および反射部材がキャビティを定めるものであって、放出光ビームの、選択された第2の部分のフィードバック部分を反射してレーザダイオード部材に戻すよう適合されている、反射部材(2601)と、
を含むレーザシステム。
【請求項１５】
第2の選択手段および第2の反射部材が非活動状態の間に、放出光ビームの所定の特性を測定するステップと、
測定された所定の特性の所定値を有する放出光ビームを得るために、第1の反射部材および第1の選択手段の少なくとも1つの位置および方向の少なくとも１つを調整するステップと、
レーザシステムに第1および第2の出力ビームを生成させるよう、第2の選択手段および第2の反射部材を作動させるステップと、
第1および第2の出力ビームの品質の、所定の大きさを測定するステップと、
第1および第2の出力ビームの品質の測定された所定の大きさを改良するために、第2の反射部材および第2の選択手段の少なくとも1つの、位置および方向の少なくとも1つを調整するステップと
を含む、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のレーザシステムのアライン方法。
【請求項１６】
グラフィック産業における、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のレーザシステムの使用。
【請求項１７】
内部ドラム画像設定システムにおける、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のレーザシステムの使用。
【請求項１８】
感光材料(2302)を受ける内部表面を有するドラム部材(2301)と、
前記ドラム部材に対して可動な形で取り付けられたサポート部材(2306)と、
少なくとも2本の出力ビームを生成するものであって、前記サポート部材に取り付けられる、請求項1から請求項11のいずれかに従うレーザシステムと、
少なくとも2本の出力ビームに対するそれぞれのビーム経路を定め、感光材料上に少なくとも2本の出力ビームを合焦させる、少なくとも1つの光学要素(2303)と、
少なくとも1本の出力ビームを、ドラム部材の内部表面上の所定位置へ向かって方向付ける手段(2303)と
を含む、内部ドラム画像設定システム。
【請求項１９】
少なくとも1本の出力ビームを、ドラム部材の内部表面上の所定位置に向かって方向付ける手段が、少なくとも1本の出力ビームをドラム部材の内部表面上の所定位置に向かって方向付けるため、可動な形で取り付けられたサポート部材と連携するよう適合された、少なくとも1本の出力ビームのビーム経路内に、旋回可能な形で取り付けられたミラー(2303)を含んでいることを特徴とする、請求項１８に記載の内部ドラム画像設定システム。
【請求項２０】
少なくとも1つの光学要素が、出力ビームの1つのビーム経路に挿入される4分の1波長板(2005)をさらに含むことを特徴とする、請求項１８または請求項１９に記載の内部ドラム画像設定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオードは、合理的な値段の、小型で強健なレーザビームソースとしてよく知られている。小さな出力パワー、および良好なコヒーレンス特性を備えた、従来型のレーザダイオードが利用可能となっており、これらはＣＤプレーヤ、バーコードリーダなど、多数のアプリケーションで使用されている。
【０００３】
さらに最近では、数ワットの出力パワーを有するレーザダイオードが利用可能となっている。これらのハイパワーレーザダイオードは、グラフィック産業でのプリントプレートの露光など、他の領域に適用される可能性がある。しかしながら、これらのレーザダイオードは、広い光放出領域を有しており、その結果、出力ビームのコヒーレンス特性が不十分となってしまう。こうしたダイオードのシングルエミッタのレイアウトは、典型的には数100μｍの幅、1〜2μｍの高さ、および0.5〜2.5ｍｍのキャビティ長を有している。こうしたダイオードにより、幅方向に放出される光は、マルチモードであり、不十分な空間コヒーレンス特性を有している。高さ方向への放出光は、通常シングルモードであり、良好なコヒーレンス特性を有している。多数の場合、ハイコヒーレンス方向は速軸(FA)と呼ばれている。また、多数の場合、ローコヒーレンス方向は遅軸(SA)と呼ばれている。速軸および遅軸という用語は、これらの2つの方向へのビーム拡がりの差角度を示している。
【０００４】
したがって、概して、ハイパワーマルチモードレーザダイオードのローコヒーレンス軸のコヒーレンス特性の改良が好ましい。こうしたダイオードはシングルエミッタダイオードまたは、いくつかのエミッタが、バー、スタック、またはアレイとしての構成で配置される、ダイオードのいずれかであり得る。さらに、ダイオードは、エッジ放出ダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)、ノバラックスエクステンデッドキャビティ表面発光レーザ（Novalux Extended Cavity Surface Emitting Lasers） (NECSEL)などであってもよい。将来的には、2本のローコヒーレンス軸を有するダイオードも利用可能となろう。
【０００５】
ハイパワーマルチモードレーザダイオードにより放出される光のローコヒーレンスに起因して、こうしたレーザダイオードからの出力ビームは、ローコヒーレンス軸におけるロービーム品質および低輝度を有している。これは、例えば、遠距離から小さなスポットにレーザビームの焦点を合わせなければならないアプリケーションにおいては不便である。
【０００６】
一方、例えば、ガスレーザと比べ、これらのタイプのダイオードレーザは、物理的に小さく、かつ安価である。したがって、こうしたレーザダイオードが、ビーム品質および輝度に関して改良可能であるなら、高い利益を得ることができる。
【０００７】
ハイパワーマルチモードレーザダイオードから放出される光が、光学パワー総量を分散させる多数のモードを含んでいることが知られている。これらのモードは、異なる空間角度に放出され、それにより、低輝度を引き起こす。
【０００８】
レーザビームの品質の尺度はビーム線質係数Ｍ２である。理想的ガウスビームプロフィールを有するビームは、Ｍ２＝１のビーム線質係数に対応しており、一方、標準ガウスビームとは異なるビームプロフィールを有するビームでは、Ｍ２はより大きくなる。従来型ハイパワーマルチモードレーザダイオードのローコヒーレンス軸の典型的なＭ２値は10〜数100であり、これに対して、ハイコヒーレンス軸のＭ２値は、通常およそ1である。
【０００９】
ビーム線質係数は、どの程度良好にレーザビームの焦点を合わせることが可能か、そして、それにより、どの程度小さな焦点を得ることが可能かの示度を提供する。この特性は、プリントプレートを露光されるために、例えば、８３０ｎｍの波長および８Ｗのパワーで、例えば、３００ｍｍの距離を超えて１０μｍのスポットに合焦させなければならない、例えばグラフィック産業などでは非常に重要である。ここで、焦点のサイズは、コンピュータトゥプレート(CtP)処理での露光により、プリントプレート上へ転写される画像内の解像度に対する限定要因となっている。
【００１０】
特許文献１は、レーザダイオードおよびリフレクタを含み、そのレーザダイオードおよびリフレクタがキャビティを定め、さらにリフレクタが、レーザダイオードにより放出光ビームの選択部分を反射し、フィードバックビームとしてダイオードに戻す、レーザシステムを開示している。フィードバック光は、レーザ媒体でさらに増幅され、出力ビームとして放出される。上記の従来技術システムによると、リフレクタは、レーザダイオードへと戻る最大ゲインを伴うモードより高いモード番号を有する空間モードを反射する。
【特許文献１】国際特許出願公開第ＷＯ０２／２１６５１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
たとえ上記従来技術システムが、数１００ミクロンまでのエミッタ幅を有するシングルエミッタレーザダイオード上で良好に働くと知られていても、エミッタ幅の増加により出力効率が減少し、さらに出力パワーがポンプ電流の増加により大きくされたならば、ダイオードが永久的に破損する場合があるのは、上記従来技術システムの問題である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の、および他の問題は、以下のレーザシステムにより解決される。このレーザシステムは、
光軸の周りに強度分布を有し、モードが光軸に対するそれぞれの放出角度に対応した、多数の空間モードを含む光ビームを放出する第1平面を含むレーザダイオード部材と、
光軸の第1の側上において第1の放出角度で放出される、前記多数の空間モードのうちの最初の1つに対応する放出光ビームの第1の部分を選択する第1選択手段と、
レーザダイオード部材および第1の反射部材が第1のキャビティを定める、放出光ビームの選択された第1の部分の第1のフィードバック部分を反射して、レーザダイオード部材へ戻すよう適合され、さらに、放出光ビームの選択された第1の部分の、第1の出力部分に対応する第1の出力ビームを生成するよう適合されている、第1の反射部材と、
第1の側の反対側の光軸の第2の側上において、第2の放出角度で放出された前記多数の空間モードのうちの第2の1つに対応する、放出光ビームの第2の部分を選択する第2の選択手段と、
レーザダイオード部材および第2の反射部材が第2のキャビティを定める、放出光ビームの選択された第2の部分の第2のフィードバック部分を反射して、レーザダイオード部材へ戻すよう適合され、さらに、放出光ビームの選択された第2の部分の、第2の出力部分に対応する第2の出力ビームを生成するよう適合されている、第2の反射部材と
を含む。
【００１３】
結果的に、2つの協同的キャビティを備えたレーザシステムが提供され、それにより、光軸に対して少なくとも部分的に対称な二重フィードバックを提供する。
【００１４】
光軸の周りの放出された光の強度分布により、ローコヒーレンスの平面およびハイコヒーレンスの平面が定められる。ローコヒーレンスの平面は、光軸、およびローコヒーレンスの方向、すなわち、レーザダイオードの遅軸により定められ、さらにハイコヒーレンスの平面は、光軸、およびハイコヒーレンスの方向、すなわち、レーザダイオードの速軸により定められる。空間モードは、ローコヒーレンスの平面内の対応する方向、すなわち、光軸に対して異なる放出角度、かつローコヒーレンスの平面内に放出される。したがって、第1および第２の選択手段により提供されるフィルタリングは、ローコヒーレンスの方向に沿って提供される。
【００１５】
好ましい実施例によると、レーザシステムは、ローコヒーレンスの平面を横切る方向に、すなわち、ローコヒーレンスの平面から突出する方向に放出光ビームの一部を選択する、第3の選択手段をさらに含んでいる。したがって、ハイコヒーレンスの軸に沿った放出ビームのフィルタリングが提供され、それにより、例えば、レンズにおける回折および表面からの散乱により引き起こされる雑音が、フィードバックシステム内に導入されるのを防止し、結果として、さらに出力パワー効率が改良される。
【００１６】
本発明のさらなる利点は、フィードバックのクローズドループコントロールを提供することであり、それにより、外部妨害および内部のシステムパラメータの変化に対する感度を減少させる。
【００１７】
レーザダイオード部材は、適当な増幅媒体を含む1つ以上のエミッタを含んでいてもよい。こうしたレーザダイオード部材の例は、好ましくは大きなストライプ幅を伴った広域レーザダイオードを含んでいる。増幅媒体として使用可能な半導体ダイオード材料の例には、GaAs、InGaAlP、GaAlAs、InGaAs、InGaAsPが含まれるが、これらに制限されない。さらなる他の好ましい実施例によると、レーザシステムは、バー、スタック、アレイなどを含んでおり、それにより、システムの総出力パワーを維持しながら、より低い幅を有するエミッタが使用可能となる。したがって、モード数は、上記および以下で説明されるような、広いダイオードにより引き起こされる若干の有害な影響と同様に、さらに減少される。
【００１８】
選択手段という用語は、放出光ビームの一部が、反射部材の少なくとも1つに、選択的に到達するのを可能にする、いかなる適当な構成をも含んでいる。こうした選択手段の例は、異なる形状の開口部、グレーティングなどを有する、狭いスリットまたはフィルタなどの空間フィルタを含んでいる。さらに、選択手段および対応する反射部材は、単一要素内に結合されていてもよい。例えば、ミラーの方向に伝播される第1の光ビームの部分だけが反射されてレーザダイオードへ戻るので、反射部材は、ミラーの縁が空間フィルタを定める、狭いストライプミラーを含んでいてもよい。
【００１９】
選択手段の1つ以上は、例えば、空間フィルタに、2つのスリットおよび/または1つ以上の方形開口部などを提供することにより、1つの装置または構成内に結合されていてもよいことは、さらに理解される。
【００２０】
反射部材は、入射光ビームのある部分を反射し、入射光ビームの他の部分はリフレクタを通過して伝送する、部分的透明リフレクタであってもよい。こうしたリフレクタの例は、ミラー、位相共役ミラー、プリズム、またはグレーティングなどを含んでいる。
【００２１】
1つの実施例では、第1および第2の反射部材は別々の部材であってもよいし、また、他の実施例では、それらは単一の反射部材内に結合されてもよい。
【００２２】
多数の空間モードの各々は、対応するモード番号に関連づけられているのが好ましい。そして、第1および第2の選択手段は、第1のモード番号が第2のモード番号に等しい、対応する第1および第2のモード番号に関連づけられた、対応する第1および第2の空間モードを選択するよう適合されていることが好ましい。結果的に、2つの選択手段は、実質的にシングルモードに対応した、ツインローブ分散の対応するローブを選択する、すなわち、第１の選択手段が遅軸方向の光軸に対する第1の半平面内のN番目のモードを選択した場合は、第2の選択手段はその光軸に対する対応するもう片方の半平面内のN番目のモードを選択するように調整される。結果的に、2つの反射されたローブを選択することにより、いかなるモード競合も抑圧されるので、システムは安定する。
【００２３】
もっとも、代替的実施例では、発振システムが、それぞれの半平面内の異なるモードに対応するローブを選択することにより取得されてもよいことが理解される。この場合、選択されたモード間のモード競合は、時間にわたって、2つのモード間のエネルギー分散を変化させる場合がある。この状況は、総エネルギーが、交互的に2つのモード内へ集中されるようにさせ、それにより、発振システムを提供することに利用されてもよい。
【００２４】
レーザダイオード内部では、レーザ処理状態に打ち勝つ全てのモードは、異なる空間角度内へ放出する個々の小さなレーザビームとして存在している。これらの伝播角度は、個々のモードの波長に関連している。異なるモードは、それらがここで空間内に混合されているので、互いから容易には区別することができない。フレネル回折のレジームはここに存在すると言われている。ダイオードからの距離が共焦点パラメータより遥かに大きいところでは、フラウンホーファー回折が存在すると言われている。これらの2つのレジームの特性は、多数の場合、それぞれ、近接場および遠方場と呼ばれている。本記述では、これらの2つのタイプの回折間の違いは、モードが、フレネル回折のレジーム内ではなく、フラウンホーファー回折のレジーム内で互いに空間的に分離するという事実を意味する。結果的に、空間フィルタは、フラウンホーファー回折のレジームのみで、個々のモード選択を実行することができる。
【００２５】
しかしながら、遠方場が近接場のフーリエ変換として発生する場合もあり、さらに、その逆も同様である。結果的に、フーリエレンズとして機能する光学要素を用いることにより、長さが遠方場への距離より遥かに僅かな、モード選択システムが取得可能となる。
【００２６】
したがって、他の好ましい実施例では、システムは、前記少なくとも1つの光学要素の回折平面内の放出光ビームの光学フーリエ変換を生成する、少なくとも1つの光学要素をさらに含み、また、第1および第２の選択手段の少なくとも1つが、少なくとも1つの光学要素の回折平面内に実質的に配置されている。
【００２７】
本説明のために、回折平面は、フーリエレンズが、対応するフーリエ変換の結果を返す平面であるため、フーリエ平面とも呼ばれている。回折平面または遠方場では、レーザダイオードからの光学出力内に含まれている個々のモードは、それらの伝播角度の違いのために、空間内で分離される。回折平面内または遠方場内に配置されると、空間フィルタは、個々のモード選択を実行可能な、モードフィルタリングを提供する。
【００２８】
多くの市販のレーザダイオードでは、効率的なレーザキャビティ、およびレーザビームの効率的出力カップリングを提供するために、光放出ファセット、および光放出ファセットと正反対のバックファセットは、コーティングされている。通常、バックファセットは、90％より大きな反射率を提供する、高反射率(HR)コーティングが施されており、それにより、それぞれ第1および第2の反射部材により定められた、終端の反対側のレーザキャビティの一方の終端を定める。代替的に、反射バックファセットを備えたレーザダイオードを提供する代わりに、例えば、グレーティング、外部ミラー、または外部グレーティングなどの、他の形式の反射部材が使用されてもよい。
【００２９】
市販のレーザダイオードのフロントファセットは、通常、反射率がおよそ8〜10％の反射防止(AR)膜でコーティングを施されている。これは、外部キャビティを伴わずにダイオードを作動させるときには、好ましい選択である。しかしながら、本発明に従ってダイオードが動作される際は、フロントファセット上のAR膜の反射率は、フィードバックの影響の制御に利用されてもよい。一方で、フロントファセット上のAR膜の反射係数は減少させるのが好ましいが、その理由は、より高いインカップリング（in-coupling）をもたらし、その結果、フィードバックシステムで選択されていないモードのより低い増幅がもたらされるからである。これは、より低い反射が、ダイオードの閾値を増加させるという事実に起因しており、それにより、選択されていないモードの、モード抑圧効果が増加される。他方、反射係数は、レーザ処理の開始を妨げるほど低くするべきではない。
【００３０】
したがって、好ましい実施例では、レーザシステムは、レーザダイオード部材の第１の側、すなわち、フロントファセット上に反射防止膜をさらに含んでおり、この反射防止膜は、0.05％〜20％の間の反射率、望ましくは0.1％〜2％の間の反射率を提供する。
【００３１】
さらに他の好ましい実施例では、第1および第2の選択手段は、レーザダイオード部材に埋め込まれたそれぞれの第1および第2のグレーティングを含み、第1および第2のグレーティングは、それらの間の角度を、選択された空間モードの放出角度に対応して定める。
【００３２】
結果的に、選択手段をレーザダイオード内へ統合することにより、特にコンパクトなレーザシステムが提供される。
【００３３】
さらなる好ましい実施例によると、レーザダイオード部材の第1表面は、その間の角度を、選択された空間モードの放出角度に対応して定める、第1および第2の領域を含み、さらに、第1および第2の反射部材は、対応する第1および第2の領域上に対応する反射膜を含んでいる。したがって、さらに反射部材をレーザダイオード内に統合することにより、さらにコンパクトなレーザシステムが提供される。
【００３４】
選択手段と反射部材との統合のさらなる利点は、レーザシステムが、振動、温度の変動などの妨害に対して、より強健となることである。
【００３５】
選択手段と反射部材との統合のさらなる利点は、これらの構成要素にいかなるアラインも必要でないことである。
【００３６】
他の好ましい実施例では、システムは、第1および第2の出力ビームの少なくとも1つを変調する変調器要素をさらに含んでいる。結果的に、例えば、オンおよびオフ期間の交番系列を提供するために、レーザビームの変調を提供し得るレーザシステムが提供されることになる。例えば、変調器要素は、音響光学変調器、電気光学変調器、グレーティングライトバルブ(GLV)空間光変調器、MEMS空間光変調器、等角グレーティング電気機械システム(GEMS)、液晶空間光調器などの空間光変調器、または他の適当ないかなる変調器装置などを含んでいてもよい。1つの実施例では、変調器要素は、被変調ポンプ電流と組み合わされたレーザダイオードを含んでいる。
【００３７】
本発明は、上記および以下に説明されるシステム、こうしたシステムをアラインする方法、こうしたシステムのグラフィック産業での応用、および、各々が最初に言及されたシステムに関連して説明された1つ以上の利益および利点をもたらし、および、各々が最初に言及されたシステムに関連して説明され、かつ従属請求項で説明された好ましい実施例に対応する、1つ以上の好ましい実施例を有する、さらなる製品手段を含む、異なる方法で実行可能である。
【００３８】
本発明の別の態様によると、上記の従来技術システムのビーム品質は、以下のレーザシステムにより改良され得る。このレーザシステムは、
光軸の周りに強度分布を有し、モードが光軸に対するそれぞれの放出角度に対応した、多数の空間モードを含む光ビームを放出する第1の表面を含むレーザダイオード部材と、
少なくとも1つの光学要素の回折平面内での放出光ビームの、光学フーリエ変換を起こす、少なくとも1つの光学要素と、
光軸の第1の側において第1の放出角度で放出される、前記多数の空間モードのうちの最初の1つに対応する放出光ビームの第1の部分を選択する、第1選択手段と、
レーザダイオード部材および反射部材がキャビティを定め、さらに、反射部材が、放出光ビームの選択された第1の部分のフィードバック部分を反射してレーザダイオード部材に戻すよう適合されている、反射部材と
第1の側の反対側の光軸の第2の側において、第2の放出角度で放出された前記多数の空間モードのうちの第2の1つに対応する、放出光ビームの第2の部分を選択する第2の選択手段であって、少なくとも1つの光学要素の回折平面内に実質的に配置される第2の選択手段と
を備える。
【００３９】
したがって、第2の選択手段を、実質的に回折平面内に位置決めすることにより、出力ビームのモード選択フィルタリングが提供され、それにより、レーザシステムのＭ２および出力パワーが改良される。この改良は、実質的に回折平面内に配置されると、追加的空間フィルタが実際に、単純なビーム切断よりむしろモード選択を実行するという事実に起因する。
【００４０】
好ましい実施例によると、多数の空間モードの各々は、対応するモード番号に関連付けられ、そして、第1および第2の選択手段は、第1のモード番号が第2のモード番号に等しい、対応する第1および第2のモード番号に関連づけられた、対応する第1および第2の空間モードを選択するよう適合されている。したがって、フィードバックが第1キャビティ内に提供されるモードは、第2の選択手段により選択される。
【００４１】
本発明のさらに別の態様によると、上記の従来技術システムのビーム品質は、以下を含むレーザシステムにより改良され得る。
【００４２】
このレーザシステムは、
ローコヒーレンス平面およびハイコヒーレンス平面を定める光軸の周りに、強度分布を有し、モードが光軸およびローコヒーレンス平面に対する、それぞれの放出角度に対応した、多数の空間モードを含む光ビームを放出する第1の表面を含むレーザダイオード部材と、
ローコヒーレンス平面内の、光軸の第1の側において第1の放出角度で放出される、前記多数の空間モードのうちの最初の1つに対応する放出光ビームの第1の部分を選択する、第1の選択手段と、
放出光ビームの選択された第１の部分の第2の部分を、ローコヒーレンス平面を横切る方向で選択する第2の選択手段と、
レーザダイオード部材および、レーザダイオード部材に戻る放出光ビームの、選択された第２の部分のフィードバック部分を反射するよう適合されている、反射部材がキャビティを定める反射部材と
を備える。
【００４３】
したがって、ハイコヒーレンス軸、すなわち、ローコヒーレンス平面から突出する方向に沿った放出ビームのフィルタリングが提供され、それにより、例えば、レンズにおける回折および表面からの散乱により引き起こされる雑音が、フィードバックシステム内で防止され、結果として、さらに出力パワー効率が改良される。
【００４４】
本発明は、上記および以下で説明されるように、さらに、レーザシステムのアライン方法に関連する。このレーザシステムのアライン方法は、
第2の選択手段および第2の反射部材が非活動状態の間に、放出光ビームの所定の特性を測定するステップと、
測定された所定の特性の所定値を有する放出光ビームを取得するために、第1の反射部材および第1の選択手段の少なくとも1つの位置および方向の少なくとも1つを調整するステップと、
レーザシステムに第1および第2の出力ビームを生成させるよう、第２の選択手段及び第2の反射部材を作動させるステップと、
第1および第2の出力ビームの品質の、所定の大きさを測定するステップと、
第1および第2の出力ビームの品質の測定された所定の大きさを改良するために、第2の反射部材および第2の選択手段の少なくとも1つの、位置および方向の少なくとも1つを調整するステップと
を含む。
【００４５】
結果的に、本発明に従う、レーザシステムをアラインする、効率的な方法が提供される。利点は、効率的なモード選択が提供され、さらに高出力効率が達成されることである。さらなる利点は、高ビーム品質が得られることである。
【００４６】
第2の選択手段および第2の反射部材を非活動状態にして、第1の選択手段および第1の反射部材を最初にアラインすることにより、モードは、第1フィードバックキャビティにより選択される。続く、第1および第2のキャビティの構成要素をアラインするステップでは、同一モードが、双方のキャビティ内で確実に選択されるようにされ、それにより、モード競合が回避される。
【００４７】
ここで、「選択手段を非活動状態にする」という用語は、選択手段を光軸の対応する側で放出光ビーム内の、全てのモードを実質的に選択させることを含んでいる。例えば、これは、光路から空間フィルタ除去することなどにより、空間フィルタの開口部を実質的に完全に開くことにより達成し得る。同様に、「反射部材を非活動状態にする」は、例えば、反射部材を除去し、またはブラインディングすることにより、放出光ビームのいかなる部分も反射部材が反射せず、ダイオードレーザへ戻らないようにすることを含んでいる。したがって、「選択手段および／または反射部材を作動状態にする」は、それらが、放出光ビームの所望部分を選択し、さらに、放出光ビームの所望部分を反射してレーザダイオードに戻るようにすることを含んでいる。
【００４８】
第1の選択手段および第1の反射部材のアライン決定に使用される所定の特性は、所望のモード選択を決定する、適当ないかなる特性であってもよい。好ましい実施例では、所定の特性は、第1の光ビームの強度分布の形状である。さらなる好ましい実施例では、所定の形状は、放出光学パワーの大部分を含む、放出光ビームの遠方場内に狭いピークを含むという特徴を有している。
【００４９】
本発明の他の好ましい実施例によると、所定の特性は、放出光ビームが焦点を合わせられる能力の大きさであり、出力ビームのＭ２値であることが好ましい。
【００５０】
同様に、第1および第2の選択手段、および第1および第2の反射部材のアラインに使用される品質の大きさは、上記のいかなる特性を含んでいてもよい。例えば、品質の大きさは、第1および第2の出力ビームの総出力パワー、第1および第2の出力ビームのＭ２値などを含んでもよい。
【００５１】
本発明は、さらに、例えば、画像設定マシンなど、グラフィック産業における、上記および以下に説明されるレーザシステムの使用に関連している。
【００５２】
特に、レーザシステムは、内部ドラム画像設定システムに関連して、有利に使用されてもよい。
【００５３】
したがって、本発明は、さらに、以下の内部ドラム画像設定システムに関連している。この内部ドラム画像設定システムは、
感光材料を受ける内部表面を有するドラム部材と、
前記ドラム部材に対して、好ましくはドラム部材の内部に、可動な形で取り付けられたサポート部材と、
少なくとも2本の出力ビームを生成する、前記サポート部材に取り付けられる、上記および以下に説明されるレーザシステムと、
少なくとも2本の出力ビームに対するそれぞれのビーム経路を定め、さらに感光材料上に少なくとも2本の出力ビームを合焦させる、少なくとも1つの光学要素と、
少なくとも1本の出力ビームを、ドラム部材の内部表面の所定位置へ向かって方向付ける手段と
を備える。
【００５４】
特にコンパクトな実施例では、少なくとも1本の出力ビームを、ドラム部材の内部表面の所定位置に向かって方向付ける手段は、少なくとも1本の出力ビームのビーム経路内に、旋回可能な形で取り付けられたミラーを含んでおり、この旋回可能な形で取り付けられたミラーは、少なくとも1本の出力ビームをドラム部材の内部表面の所定位置に向かって方向付けるため、可動な形で取り付けられたサポート部材と連携して制御される。代替的に、出力ビームの焦点を、ドラム部材の内部表面上の異なる位置へ方向付ける他の構成は、例えば、回転ドラムおよび/またはその縦軸に沿って可動なドラムを提供することにより、提供されてもよい。
【００５５】
内部ドラム画像設定システムでは、ドラム上の焦点は、ガウス強度分布を伴った、円形または正方形をしていなければならない。しかしながら、本発明に従うレーザシステムにより生成された2本のビームのコヒーレンス特性に起因して、この2本のビームが同一領域上に合焦される場合、干渉ストライプは、不均等な強度分布を生成する焦点スポットを横切って形成されてもよい。
【００５６】
好ましい実施例によると、少なくとも1つの光学要素が、出力ビームの1つのビーム経路に挿入される4分の1波長板をさらに含んでいる。
【００５７】
ビームの1つに4分の1波長板を挿入することにより、一方のビームは線形偏光され、他方のビームは円形偏光されて、それにより、焦点での干渉ストライプは抑制される。同一の方法は、2本より多数のビームに拡張することができる。代替的実施例では、2分の1波長板が使用されてもよい。
【００５８】
本発明は、以下の好ましい実施例に関連し、および図面を参照して、さらに十全に説明される。
【発明の効果】
【００５９】
本発明によれば、少なくとも部分的に対称な二重フィードバックを提供することにより、レーザダイオード内部の強度分布が、ゲインの形状特性に起因して(部分的に)対称となることが実現される。したがって、総パワーは、非対称分布と比べ、局所材料破壊を引き起すことなく、さらに増加され得ることになる。この効果は、より大きな幅を有するエミッタストライプに対しては、さらに明確になる。1つの実施例では、両方の反射部材からのフィードバックは、とりわけ実質的に等強度で、実質的に対称である。
【００６０】
本発明のさらなる利点は、対称な二重キャビティのフィードバックが、ダイオードレーザの増幅媒体内にダイナミックグレーティングを導入することであり、それにより、それぞれ、第1および第2の選択手段と提携した、第1および第2の反射部材からフィードバックされない空間モードの効率的な抑圧を提供することである。結果的に、放出された光学パワーは、実質的にシングルモード内に集中し、それにより、良好なコヒーレンス特性および低Ｍ２値を伴う出力ビームを提供する。
【００６１】
ダイオードの幅が増加するにつれ、空間モードの数が増加し、それにより、効率的モード抑圧はさらに有利となる。したがって、本発明に従うシステム内のフィードバックを増加させることにより、改良されたモード選択が提供される。
【００６２】
本発明のさらなる利点は、第1および第2のフィードバック部分のそれぞれを調整することにより、フィードバックの対称性、すなわち、フィードバック部分の相対的強度が調整され得ることである。本発明の好ましい実施例では、第1および第2のフィードバック部分は、実質的に同一部分であり、それにより、高度の対称性が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
図1a、図1bは、本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図を示す。本発明に従うレーザシステムは、1つ以上のマルチモードレーザダイオード101の、外部キャビティからモード選択光学フィードバックを発生させる。例えば、フーリエレンズなどの光学要素108の回折平面103内、または、レーザダイオード101の光学出力の遠方場内に配置された空間フィルタ109は、例えば、誘電体ミラーなどの外部反射要素106、112と共に、レーザダイオード101へのモード選択光学フィードバックを発生させる。これが出力ビーム特性を変化させ、2未満のＭ２値および改良された輝度を伴う出力ビーム113、114が達成される。
【００６４】
ダイオードへの多重フィードバックは、レーザダイオードの活性領域内部でダイナミックグレーティングを発生させる。このグレーティングは、選択されたシングルモードフィードバックビーム間の干渉に起因して発生し、それにより、活性領域内に電子拡散を引き起こさせる。それにより、干渉パターンと同一レイアウトを有するグレーティングが得られる。多重フィードバックに使用されるモードは、キャビティ構造に起因して互いに結合されるため、それらは実際に同一モードである。これは干渉グレーティングに対して良好な状態を提供する。
【００６５】
選択モードがフィードバックのため余分なゲインを受ける一方で、非選択モードがより少ないゲインを受けるので、ダイオード内側の個々のモードのゲイン特性が制御可能である。さらに、グレーティングがそれを作成したモードを回折するのみとなるように最適化されるので、非選択モードは、ダイオード内側に導入されたダイナミックグレーティングにより抑圧される。空間フィルタと共に導入されたダイナミックグレーティングは、シングルモードに対するゲイン状態を強力に改良し、残るモードを抑圧する。これにより、実質的に、存在するのはシングルモードのみとすることができる。
【００６６】
ダイオードの活性領域内側で効率的ダイナミックグレーティングを発生させるために、シングルモード(例えば、モードN)から発生する2つのビームだけが、ダイナミックグレーティングを形成するために相互作用することは有利である。例えば、隣のモード(例えば、モードN-1、N+1)など、他のモードから発生するビームが、以前に言及したモードNに干渉する場合、所望されないモードのモード抑圧に対して最適化されていないダイナミックグレーティングが生成される。隣のモードの干渉に起因して、シングルモードのフィードバックにより形成された、理想グレーティングが洗い落とされ、それにより、隣のモードの効率的抑圧を回避する。さらに、モード競合または隣のモード間の結合を回避するため、ダイナミックグレーティングの構成処理の開始においてシングルモードから発生した2つのビームのみを有することは有利である。これは、フィードバックミラーと共同する空間フィルタの使用により達成される。
【００６７】
マルチモードローコヒーレンス軸の総合パワーは、ハイコヒーレンス軸のシングルモードに対応する、良好なビーム品質でシングルモードに集中される。
【００６８】
図1aは、ローコヒーレンス軸(SA)を含むローコヒーレンス平面内のレーザシステムの平面図を示しており、一方、図1bは、ハイコヒーレンス軸(FA)を含むハイコヒーレンス平面内のレーザシステムの平面図を示している。
【００６９】
図1aを参照すると、レーザシステムは、フロントファセット116上に、光放出活性領域を有するマルチモードダイオードレーザ101を含んでいる。ローコヒーレンス軸(SA)の方向では、放出された光は、各々、概してz‐軸として示される光軸107の周りの、ツインローブプロフィールに対応する、多数の空間モードに対応する。レーザシステムは、対応する回折平面103を有する、例えば、フーリエレンズなどの光学要素108をさらに含んでいる。空間フィルタ109は、回折平面103内に配置される。空間フィルタは、各々、選択された空間モードのローブに対応する放出光ビームの一部を選択する、2つの開口部110、111を提供する。例えば、空間フィルタは、2つのスリット110、111を提供してもよい。レーザシステムは、さらに、各々、開口部110、111により選択されたモードをそれぞれ反射し、レーザダイオード101にもどされる、100未満(例えば、50％)の反射インデックスを有する、例えば、誘電体ミラーなどの部分的透明反射要素106、112を含む。部分的透明反射要素106、112は、放出光ビームの一部を透過し、それにより、2つの出力ビーム113、114を発生させる。
【００７０】
部分的透明反射要素は、1つ以上の誘電体ミラーを含んでいてもよい。誘電体ミラーは、散乱光による出力ビームの妨害を減少させる利点を有する。代替的に、例えば、金属ミラー、位相共役ミラー、グレーティングなど、他のタイプのミラーが使用されてもよい。ミラーは平面、球体、などであってもよい。
【００７１】
部分的透明ミラーの代わりに、部分的透明反射要素が、例えば、ビームスプリッタなどの二重キャビティからの強度部分の出力カップリングの他の手段に結合される、非透過性リフレクタを含んでいてもよいことは、さらに留意される。
【００７２】
2つの反射要素106、112は、共通リフレクタ部分として提供可能であることが理解されよう。例えば、平行ビームが使用されている場合、リフレクタは、ミラーの異なる部分が2つの反射要素として機能する、フラットミラーであってもよい。非平行ビームが使用されている場合、単一球面ミラーが使用可能である。反射要素のそれぞれの反射面とz‐軸107との間の角度は、光学フィードバックを最適化するよう、90°であってもよく、または90°と異なっていてもよい。
【００７３】
したがって、レーザシステムは、2本の結合出力ビーム113、114を発生させる。これら2本のビームは、ダイオード内部のダイナミックグレーティングでの回折、および3つのミラーにより生成される、光学クローズドループを通して、互いに結合される：ダイオード101および2つの部分的透明反射要素106、112。したがって、レーザシステムは、二重外部フィードバックを生成する。2つの部分的透明反射要素106、112の反射係数は、フィードバックと出力に使われるパワーの量の間の比を制御する。さらに、2つの部分的透明反射要素に同一反射係数がない場合は、ダイオード内へ非対称フィードバックを導入し、それにより、活性領域内へ導入されるダイナミックグレーティングの特性を制御することが可能となる。したがって、2本の出力ビームのパワー間の比が制御可能である。
【００７４】
本発明によると、SAフーリエ平面内の2つのフィルタ開口部110、111は、ｚ軸107、すなわち、それぞれ、θおよび−θの角度で反射可能なモードを選択するように調整されている。すなわち、一方のフィルタが一方の半平面内のN番目のモードを選択した場合は、他方のフィルタは、図1aのｚ軸に対して、対応する他方の半平面内のN番目のモードを選択する。したがって、両側では、同一モード番号Nがあるモードが選択され、それにより、モード競合が回避され、安定したレーザ出力が提供される。
【００７５】
実際には、モードＮのローブは、θ＋δおよび−θの角度へ放出されてもよいことは理解されるであろう。ここでδは、ローブがθおよび−θの角度で放出される理想状態からのわずかな逸脱である。モードのローブが、θ＋δおよび−θの角度へ放出される、非理想ダイオードを補償するために、2つのフィルタ開口部110、111の位置は、互いに独立して調整可能である。
【００７６】
実験では、フーリエ平面内では、モードは、空間内で必ずしも完全な離散的分布として存在すると言うわけではないことが判明している。代わりに、モードが重なってもよく、さらに、回折、収差などによる雑音が存在してもよい。結果的に、開口部110、111の幅は、所望のモード、およびフィードバックに含まれるその最も近傍の寄与を選択するよう調整されてもよい。このようにして、ダイナミックグレーティングの構成上の隣のモードからの破壊的影響を、最小化し、または除去することができる。したがって、開口部110、111の幅が調整可能であることは、レーザシステムの高効率および高いビーム品質を得るのに有利である。
【００７７】
ダイオードは、1つ以上の方法でミラーと見なされてもよいことに留意されたい。以下にさらに詳細に説明されるように、ダイオードは、小さな反射率を提供するARコーティングされたフロントファセットを含んでいる。したがって、フロントファセットはフィードバックビームの一部を反射する。ビームのこの部分は、ダイオードの活性領域に入ることは決してないので、余分なゲインを得ることはない。ダイオードのバックファセットは、HRコーティング(通常、およそ90％またはそれ以上の反射)が施されており、それにより、ミラーとして機能する。ダイオード101内部のダイナミックグレーティングにより、それを作成したモードの回折が可能となる。
【００７８】
ここで図1bを参照すると、ハイコヒーレンス軸(FA)では、フィルタリングはハイコヒーレンス軸で実行され、それにより、この軸に沿ってもビーム品質を改良する。この理由は、例えば、光学要素内などの欠点が、この軸のビーム品質を低下させ、さらにフィードバックビームのビーム品質を減少させ、それにより、出力のビーム品質も減少させる。フィルタリングは、空間フィルタリングとして光学要素のフーリエ平面で実行されるので、周波数フィルタリングと見なされてもよい。したがって、レーザシステムは、例えばフーリエレンズなどの、回折平面102を有する光学要素104を含む。ハイコヒーレンス軸(FA)方向の放出ビームの一部を選択する空間フィルタ105は、回折平面102に配置される。さらに、また、図1bでは、参照番号106により指定された、フィードバックミラーのうちの1つが示されている。第2のフィードバックミラー(112)およびレンズ108は、この図では示されていない。
【００７９】
通常、マルチモードダイオードのハイコヒーレンス軸には、1つのモードしか存在しない。したがって、モード選択フィルタは、この方向には必要ない。しかしながら、フィルタ105によるFA‐方向のビームのフィルタリングは、例えば、回折、収差などに起因し、光学要素などに起因する雑音を除去するので、ビーム品質を増加させる。したがって、また、フィルタ105によるFA‐方向のビームのフィルタリングは、回折、収差などからの所望されない光による、選択されたモードからの光のダイオード内部の弱め合う干渉を防止する。結果として、フィルタをFA‐方向に使用することにより、レーザダイオード内部のダイナミックグレーティングの効率の減少は、回避される。
【００８０】
1つの実施例では、レンズ108、104は、異なる平面内に配置された円柱レンズである。
【００８１】
以下では、上記のレーザシステムの個々の構成要素が、さらに詳細に説明される。
1つの実施例では、レンズ108、104は、異なる平面内に配置された円柱レンズである。
【００８２】
図2は、本発明の実施例に従うレーザシステムで使用される、レーザダイオードの概略斜視図を示す。レーザダイオード101は、例えば、100〜1000μｍの幅206、1〜2μｍの高さ205を有するエミッタ204を備えた、マルチモードGa(Al)Asレーザダイオードなどの、マルチモードダイオードレーザである。通常、内部キャビティの長さ207は、0.5〜2.5ｍｍである。例えば、これらのタイプのダイオードは、２Ｗ未満から１０Ｗ以上まで変化可能な光学出力パワーを提供する、780〜850ｎｍ間の波長に対して利用可能である。
【００８３】
ダイオード101は、ポンプ電流が電極201を通してそれに適用される際に、増幅媒体を提供する。従来のレーザダイオードでは、2つの両端のファセットが反射膜でコーティングされ、それにより、それらの間にレーザキャビティを生成する。終端ファセットの1つ―いわゆるバックファセットが、高反射率(HR)膜202でコーティングされ、また、反対端のファセットいわゆるフロントファセット116―が、反‐反射(AR)膜203でコーティングされていれば、レーザビームは、光軸107に沿い、フロントファセットの活性領域204から放出される。従来のダイオードのAR膜が、通常、8％〜10％の反射率を提供するのに対し、例えば、HR膜は、90％以上の反射率を提供し得る。これらの膜は、ダイオードのキャビティミラーの特性、さらに、それにより、増幅率と光学出力率との間の関係を決定する。
【００８４】
本発明によると、フィードバックビームからの高度のイン‐カップリングが好ましい。フロントファセット上のAR膜の反射率の適当な選択により、それぞれ内部キャビティと外部キャビティからの寄与の相対的影響を制御してもよい。一方、フロントファセットでのAR膜の反射係数を最小にするのが有利であり、それにより、フィードバックのより高いイン、カップリングを提供し、フィードバックシステムで選択されないモードの比較的低い増幅をもたらす。これが、より低い反射がダイオードの閾値を増加させるという事実に起因し、それにより、モード抑圧の効果を増加させる。したがって、非選択モードがさらに抑圧され、さらに、それらは、レーザ処理状態に打ち勝つことができず、消失できないことが好ましい。他方、反射係数は、あまりに低く選ばれるべきではない。その場合、レーザ処理が始まることがなくなるためである。したがって、本発明によるなら、0.05％〜20％の反射率値が好適である。完全に対称なフィードバックの場合は、0.05％〜1％の間の反射係数、より好ましくは0.05％〜0.5％の間の反射係数が好適であり、一方、非対称なフィードバックの場合は、より大きな反射係数が好適である。
【００８５】
放出レーザビームは、エミッタストライプ204の幅206の方向(SA)内の低可干渉性軸、およびエミッタストライプ204の高さ205の方向(FA)に沿うハイコヒーレンス軸を有している。シングルエミッタダイオードの偏光は、ローコヒーレンス軸に対して、例えば、垂直、または平行などの線形である。
【００８６】
若干のダイオードでは、エミッタストライプ204は、多数のセグメントに区分されている。これは、いくつかのエミッタが互いに隣り合って配置される、いわゆるダイオードバーに類似している。しかしながら、区分されたダイオードでは、これらのエミッタは、同一エミッタから起こっている。エミッタは、例えば、レーザ材料内への数ミクロンの幅を有するダメージの導入により、または、電極201内へのこうした周期の導入により、いくつかの小区分に分割される。
【００８７】
図3aから図3cは、図2に示したように、レーザダイオードの遠方場の、遅軸および速軸に沿ったスキャンを示す。図3aおよび図3bの曲線の形状は、それぞれ、低(SA)および高(FA)可干渉性軸に対する遠方場プロフィールと呼ばれている。図3a、図3bの例は、808ｎｍの波長、およびコヒーレント（Coherent）社による200μｍ×1μｍのエミッタストライプを有する３Ｗダイオードに対して得られたものであり、一方、図3cは、異なるダイオードの遠方場プロフィールを示している。
【００８８】
図3aは、図2に関して説明したように、レーザダイオードのローコヒーレンス軸に沿ったビームプロフィールのスキャンを示している。各曲線は、ローコヒーレンス軸に沿った、および、ハイコヒーレンス軸のプロフィールの中央を通るクロススキャンを示している(図3bに示したように)。このスキャンは、高解像度スキャンの技術により取得される。異なる曲線は、ダイオードに対する異なるレベルのドライブ電流に対応し、それにより、異なる出力パワーに対応している：曲線301は3000ｍＡに対応し、曲線302は2500ｍＡに対応し、曲線303は2000ｍＡに対応し、304は1500ｍＡに対応し、曲線305は1000ｍＡに対応し、曲線306は500ｍＡに対応している。個々のモードは、曲線上の小さなスパイクと考えることができる。
【００８９】
概して、閾値電流を起えるドライブ電流に対して、ローコヒーレンス軸に沿った遠方場プロフィールはＭ形状を有している。しかしながら、詳細な形状はダイオードタイプかごとに―さらに、同一タイプのダイオードであってさえダイオードごとに―異なっていてもよい。とりわけ、形状は、ダイオードの形状(キャビティの幅および長さ)に依存している。さらに、図3aに示したように、ドライブ電流は強い影響力を有している。
【００９０】
さらに図3aから、SA遠方場プロフィールが、中央の周り、すなわち、光軸の周りである程度対称であることがわかる。しかしながら、対称の程度は、個々のダイオードに依存する。通常、同一タイプの高品質なダイオードは、それらの遠方場プロフィールでほとんど同様であり、それらには、実質的に対称の遠方場プロフィールがある。
【００９１】
遠方場プロフィールは、光学フィードバックをダイオードに適用することにより、変更可能である。遠方場プロフィールでの変化は、出力ビームの個々のモード間の総出力分布の変化に対応している。ダイオード材料にダメージを与えることなく、可能な限り多数の出力パワーを、モードのうちの単一の1つに集中させることが好ましい。
【００９２】
最も低次のモードより大きなモード番号を有するシングルモードは、遠方場内の角度θ、−θに、2つのピークを示している。最も低次のモードは、角度θ＝0、すなわち、光軸に沿った放出に対応しており、一方、より高次のモードは、より大きな放出角度に対応している。角度θでピークを持つより高次のモードに対して、それぞれ、光軸の反対側上に同一特性による対称なピークが存在する。したがって、一方のピークが角度θで放出し、さらに他方のピークが角度−θで放出している。これらの2つのピークは、原則として互いに独立している。しかしながら、本発明に従うレーザシステムにより導入されるフィードバックを経由し、これらはクローズドループ光学フィードバックを通して、互いに非常に依存するようになり、ツインローブプロフィール、すなわち、θおよび−θの放出角度でのローブを有するシングルモードとして見なされてもよい。これは、このレーザシステムの特別な結合をした2ビームの出力をもたらす。
【００９３】
ドライブ電流が調整されるにつれ、ますます多数のモードが、レーザ処理状態に打ち勝つことができ、したがって、出力ビームにますます多数のモードが存在することに留意されるべきである。それにより、出力ビームの発散は、図3aに示したように、ドライブ電流の機能としてSA‐方向に変化する。したがって、フィードバックに対する最適モード選択は、ドライブ電流に依存している。さらに、通常、所与のドライブ電流には存在しないモードを、個々のモードに対するゲインの特性を変化させることにより、存在するように励起させることができる。以下で説明されるように、本発明に従う上記の特性は、モード選択手順において考慮に入れられる。
【００９４】
図3bは、図2に関して説明したように、レーザダイオードのハイコヒーレンス軸に沿ったビームプロフィールのスキャンを示す。各曲線は、ハイコヒーレンス軸に沿った、および、ローコヒーレンス軸のプロフィールの中央を通るクロススキャンを示している。このスキャンは、高解像度スキャン技術により取得される。異なる曲線は、ダイオードに対する異なるレベルのドライブ電流に対応し、それにより、異なる出力パワーに対応している：曲線312は2500ｍＡに対応し、曲線313は2000ｍＡに対応し、曲線314は1500ｍＡに対応し、315は1000ｍＡに対応し、曲線316は500ｍＡに対応している。この方向には、1つのモードだけが存在しているのがわかる。さらに、図3a、図3bは、プロフィールの幅が、ハイコヒーレンス軸に沿ってより大きくなること、すなわち、ビームはこの軸に沿ってより速く発散することを示している。図3a、図3bの例では、発散角はハイコヒーレンス軸では40°以上であるが、遅軸上では発散角は12°であるにすぎない。
【００９５】
図3cは、本発明の好ましい実施例で使用するレーザダイオードの、ローコヒーレンス軸に沿った遠方場プロフィールを示している。このダイオードは、830ｎｍで１０Ｗの出力パワーを提供する、l000μｍのエミッタ幅を有する単一ストライプダイオードである。
【００９６】
図4aから図4eは、フーリエレンズを含む光学的構成例の概略図を示している。
【００９７】
図4aは図1a、図1bに示されるように、レーザシステムのローコヒーレンス方向(SA)内の光学要素108によるフーリエ変換の生成を示している。上述のように、レーザダイオード101は、フロントファセットから異なる角度θでの異なるモードに対応する光を放出する。図4aでは、シングルモードに対応する光ビーム400が示されている。このモードは、レーザの表面全体から放出される。このモードの光線は、レーザダイオードの中央401からS1の距離で、レンズ108との相互作用が起こるまで、放出角度θで互いに平行に伝播される。
【００９８】
ローコヒーレンス軸におけるフーリエ変換の有利な特性は、1つのモードに対応するビームが、レーザダイオードの幅の如何にかかわらず、フーリエ平面内の同一点で終了することである。これは、ダイオードの幅に依存せず、ここで説明されたモード選択技術の効果の利点である。さらなる利点は、フーリエ変換が光放出装置の幅に依存していないので、このモード選択技術は、レーザアレイまたはレーザバーなど、他のタイプのレーザダイオードに対し理想的なことである。
【００９９】
レーザダイオードの非点行動に起因して、SA内のビームは、ダイオード中央から発するのが認められるが、FA内のビームは、ダイオード表面から発するのが認められることに留意すべきである。
【０１００】
このセットアップで対象に対応するダイオード101の中央には、ビームウエストがある。したがって、平面401は、対象平面と見なしてもよい。レンズ108は、レンズ108から距離S2の画像平面403内に、近接場の画像を生成する。レンズ108の焦点距離ｆに対応するレンズ108からの距離では、角度θで放出するモードの光線が、回折平面402内の点Ｐの空間で出合う。平面402内の点Ｐの位置は、角度θ、距離S1、および焦点距離fの関数である。したがって、レンズ108は、レンズ上への入射角θを、回折平面402内の位置Ｐへと変換する。異なる角度で伝播するモードは、回折平面の異なる位置に写像される。
【０１０１】
したがって、モードはスペース内に分離される。それらの伝播角度内の離散分布を伴う多数のモードが、マルチモードレーザダイオードから放出される光ビーム内に存在するので、これらのモードは、回折平面内に離散的に分布している。スクリーンが回折平面内に配置される場合、直線縞のパターンは、各縞が1つのモードに対応するところで見られる。パターンは、一方の軸がシングルモードに対応するFAに対応し、他方の軸がいくつかのモードに対応するSAに対応している二次元であると理解される。したがって、パターンは線で作成されている。仮にダイオードに2本のローコヒーレンス軸があるならば、ドットパターンが取得されるだろう。
【０１０２】
したがって、回折平面402内では、モードは、スペース内で分離されていてもよい。それに対応して、回折平面402内に配置された際は、図1aの空間フィルタ109が、本発明に対応するモードフィルタとして機能する。回折平面からの、例えば、フーリエレンズの焦点距離の10％未満、好ましくは5％未満の僅かな変位により、スペースにおいて異なるモードの区別がさらに可能となることが理解される。しかしながら、回折平面からさらに離れると、空間フィルタリングが実行され、空間フィルタはモード選択的ではなくなる。遠方、すなわち、回折平面から共焦点距離以上遠ざかると、空間フィルタは単なるビームカッターとして機能することになろう。
【０１０３】
上記の議論では、光線400を単一ダイオードから生成させるために、何も必要としていないことに留意すべきである。例えば、代替的に、バーとして配置された3個のダイオードから、3本の光線を生成することが可能であろう。重要なのは伝播角度である。したがって、本発明の1つの実施例によれば、バー、アレイなどは、純粋にシングルエミッタダイオードの代わりに使用可能であり、それにより、出力パワーがさらに増加される。
【０１０４】
こうしたフーリエ変換の作成に使用される全ての光学要素は、無収差(回折制限)で、良好にアラインされており、それにより、真の遠方場に可能な限り類似した、高品質な光学フーリエ変換が提供される。レンズが、例えば、収差を導入したり、アライン不良である場合、回折平面内のパターンは、遠方場内のパターンと等しくならない。
【０１０５】
さらに、図1aの空間フィルタ103とミラー106、112との間の距離は、可能な限り小さいことが望ましく、理想的には、距離はゼロとなるべきである。フィードバックミラーからの最適なフィードバック反射を得るには、ミラー表面をフーリエ平面内に配置しなければならない。これを得るために、モード選択の効率上、明確な相違を伴うことなく、僅かな距離(例えば、50μｍ)だけフーリエ平面の前方にフィルタを移すことができる。
【０１０６】
本発明に従うレーザシステムで使用する光学システムの構成においては、以下の態様が考慮されるべきである：第一に、レーザダイオード101のエミッタは、高さより幅の方が遥かに大きい。第二に、レーザダイオードには、非点収差が存在する。FAおよびSAの対象は、ｚ軸に沿った同一平面内には位置しない。対象は、それぞれ、ダイオード領域内のビームのFAおよびSA部分のビームウエストである。SAの対象が、図4aに参照番号401で示されるように、キャビティの中央に位置するのに対し、FAの対象はフロントファセット116に位置する。
【０１０７】
図4b、図4cは、例えば、一度に1つの軸上で作動する非球面円柱レンズなど、1軸の光学装置から構成された、フーリエ変換を作成するための光学システムの実施例を示している。この実施例では、少なくとも2個のレンズ104、108、一方はFA方向用、他方はSA方向用、が使用されている。この結果、FAおよびSAのフーリエ平面404、405は、それぞれ、2つの異なるｚ平面内に位置してもよく、すなわち、それらは必ずしも一致するわけではない。図4b、図4cの実施例では、レンズ104、108は平行ビームを生成する。
【０１０８】
FAおよびSA用の別々のレンズを使用することにより、FAフィルタリングおよびSAのフィルタリングを、さほど機械的手段を要さずに、それぞれ2つ異なる位置に分離する機会が提供される。異なる焦点距離を有する別々のレンズを使用することにより、レンズが2つの方向に倍率を提供するという、さらなる利点を有しており、それにより、広および狭ストライプの作像を改良し、第二に、出力ビームを、楕円形 (または長方形)というより、円形(または、正方形)にすることが可能となる。これにより、外部キャビティ後の、こうした補償の必要を排除する。
【０１０９】
代替的実施例では、遅軸および速軸双方に作用する共通光学要素が使用されてもよい。こうした結合レンズは、1つの視準のアラインを必要とするだけという利点を有している。
【０１１０】
図4b、図4cのシステムは、平行ビーム内でのフーリエ変換を提供し、それにより、外部キャビティ後に平行出力ビームを生成し、さらに、フィルタシステムの公差の要求は、回折平面内の高倍率に起因して低くなっている。
【０１１１】
この構成では、部分的透明反射要素(図4c、図4dには図示せず)は、平面ミラー、位相共役ミラーなどであってもよい。
【０１１２】
上記の構成では、図4bではレンズ108が示されておらず、また、図4cではレンズ104が示されていないことに留意する。
【０１１３】
図4d、図4eは、1軸の光学装置から構成され、かつ合焦されたビームを提供するフーリエ変換を作成する、光学システムの実施例を示す。若干の状況では、ビームの2つの部分を2つのレンズにより等しく視準するより、むしろ、同一ｚ平面内に、SAおよびFA軸の焦点を独自に合わせることにより非点収差を回避する方が、より容易であろう。図4d、図4eでは、合焦フーリエシステムの実施例が示されている。図4d、図4eでは、参照番号406、408が、それぞれFAおよびSAのフーリエ平面を示し、一方、参照番号407、409が、それぞれFAおよびSAの画像平面を示している。1つの実施例では、レンズ104、108は、FAおよびSAの合焦ビームをそれぞれ生成する非球面円柱レンズである。
【０１１４】
この実施例の利点は、非点収差が除去されることである。
【０１１５】
上記の構成では、図4dではレンズ108が図示されておらず、また、図4eではレンズ104が図示されていないことに留意する。
【０１１６】
1つの実施例では、部分的透明反射要素(図4d、図4eには図示せず)は、レンズ104、108の画像平面内に配置された、フラットミラーであってもよい。しかしながら、特にＭ２が1に近い場合、レーザビームの強度は、焦点において著しく大きくなる可能性があることに留意する。これにより、ミラー上のミラー膜が焼け落ちてしまうか、またはミラー基板が破損する危険性が惹起される。他の実施例では、部分的透明反射要素が、画像平面からその曲率半径の距離内に配置された球面フィードバックミラーであり、この問題が回避されている。
【０１１７】
図4d、図4eの実施例は、合焦ビームを生成し、さらに、軸独立倍率、およびＦＡ軸およびＳＡ軸の非点収差および不一致フーリエ平面の除去を可能にする。共通レンズは、その後、例えば、ビームを視準化し、変調器を通してビームを合焦させるためなどに使用可能である。
【０１１８】
例えば、FA内に合焦ビームを生成し、ＳＡ内に平行ビームを生成する、2つの非球面円柱レンズによる軸独立フーリエ変換を提供することにより、前述の2つの原則が結合されてもよいことが理解されよう。
【０１１９】
例えば、１つの実施例では、ビームは、速軸方向内のフィードバックミラー上に合焦可能である。これは、図4dに示されたセットアップに対応している。その表面が焦点内に配置されているため、ミラーは、この方向において平坦であってもよい。図1bのフィルタ105により示されるように、雑音を除去するために、空間フィルタをフーリエ平面内に配置してもよい。フィードバックミラーの後ろでは、出力を視準し、FAフーリエレンズと共にビームエキスパンダとして作動するための第3のレンズを使用可能である。これによる利点は、速軸のみに作用するビームエキスパンダにより、出力ビームの楕円率が除去可能であることである。第二に、視準を通して非点収差が除去可能である。
【０１２０】
平行ビームは、図4cに示されたように、遅軸に沿ってフーリエ平面を生成するために使用可能である。これによる利点は、倍率を大きくし、モードフィルタ機構に対する許容要件を低下させることである。
【０１２１】
概して、良好なモード選択を得るために、レーザシステムで使用されるレンズは、(可能な限り)回折を有していないのが好ましい。したがって、アクロマートまたは非球面レンズなどのレンズが好適であり、さらに、高い非点収差に起因して、1軸の光学装置が好適である。例えば、回折平面内で個々のモードを混合させる、レンズからの収差が回避されるので、高品質レンズは、レーザシステム内のビーム品質を改良し、有益なフィードバック確立を容易にする。
したがって、上記では、本発明に従うレーザシステム内でフーリエ変換を提供する、異なる光学システムが開示されている。
【０１２２】
図5a、図5cは、フーリエレンズを伴わないレーザシステムの概略図を示している。
【０１２３】
図5aのシステムは、上述のレーザダイオード101および球面ミラー501を含んでいる。球面ミラー501は、ダイオード101から、その曲率半径の距離に配置される。したがって、ダイオードからミラーまでの各放射角度θに対する光路長は、同一である。
【０１２４】
ミラー501は、部分的に反射し、さらに部分的に透明に製造された球部分502を含むが、残余表面504は光を吸収するよう製造される。したがって、遠方場でのモードの選択フィードバックが達成され、さらに、2本の出力ビーム503が提供される。
【０１２５】
異なる部分を備えたミラーに対して、代替的または追加的に、ダイオードとミラーとの間の空間フィルタが使用可能であることに留意する。さらに、レンズなどがダイオードの非点収差を除去しない場合、球の半径がFA方向およびSA方向で異なっているのが有利となり得ることに、留意する。
【０１２６】
このシステムの利点は、フーリエ変換光学装置を用いることなく、遠方場を直接使用することであり、それにより、外部キャビティは単純でかつ短くなる。しかしながら、キャビティの長さは、フラウンホーファー回折のルールにより制限されているのが理解さる。
図5b、図5cは、モード選択フィードバックが平面フィードバックミラーにより達成される、フーリエレンズを伴わない他のレーザシステムを示している。図5bは、矢印512により示されるように、フィードバックミラーへの垂直入射を伴うモードでのみ、クローズドループフィードバックが取得される、単一ローブモードのフィードバックを提供する、単一フィードバックミラー510を備えたシステムを示している。ミラーへの垂直入射ではないモードは、反射してダイオード101に戻されることがないか、または、矢印513により示されるように、少なくとも部分的に反射してダイオードに戻されるだけである。さらに、フィードバックミラーへの垂直入射ではないモードは、クローズドループ経路を確立することがなく、したがって、こうしたモードは、ミラー対してより垂直入射するモードと比較して、抑圧される。図5bは、モードの双方のローブのフィードバックを取得するための、平坦な部分反射フィードバックミラー510、511を伴う、対応するレーザシステムを示している。
【０１２７】
図6a、図6cは、本発明の実施例に従う、空間モードを選択する、空間フィルタの例を示している。
【０１２８】
前述のように、遠方場パターン、または遠方場パターンに十分近いパターンは、例えば、図4a、図4eに関して説明した光学フーリエ変換システムの１つにより生成された、例えばフーリエ平面内に存在し、そのモード選択は、こうした平面で実行されてもよい。このモード選択は、遠方場またはフーリエ平面内の空間フィルタによって行われる。
【０１２９】
図6aは、空間フィルタの実施例を示している。空間フィルタは、スリット603の形式で開口部を形作る、2枚のフィルタブレード601、602を含む。フィルタブレードの前部表面604、605、606、607、すなわち、レーザダイオードに対面する表面は、背面608、609と同じく、選択されないモードの反射および散乱を回避するために、低反射率を有しているのが好ましい。スリット603の縁610は、ビームの回折を制限可能な程度に鋭くなければならない。前部表面の領域606、607は、傾斜しており、それにより、選択されないモードからの反射が、ダイオードから遠ざかる方向に向けられる。スリットの縁610は、明確なモード選択を取得するよう、低粗度を有し、かつ(図平面と直交する)直線を定めている。例えば、フィルタブレードは、剃刀の刃、または空気スリットにより実現されてもよい。スリット603の幅および位置は、マイクロメートル解像度で調整可能であるのが好ましい。
【０１３０】
図6に示されたフィルタが、図1aのフーリエ平面103の半平面の1つに対するモードフィルタとして、すなわち、開口部603が、図1aの開口部110、111の1つに対応して、使用されてもよいことは理解されよう。さらに、図6に示されたフィルタは、ハイコヒーレンス軸内のフィルタとして、すなわち、図1bのフィルタ105として使用されてもよい。したがって、1つの実施例では、図1a、図1bのレーザシステムは、図6aに示されたタイプの3つの空間フィルタを含んでいる：FA方向に対する1つ、およびSA方向のフーリエ平面の各半平面に対して1つ。1つの実施例では、速軸および遅軸内のフィルタは、2d開口部を有する単一フィルタ構成に結合されてもよい。
【０１３１】
図6bは、レーザダイオードから見た、空間フィルタの実施例を示している。参照番号601は、上述のようにスリット603を形作るフィルタブレードを示している。参照番号611、612は、空間モードのモード線の概略表示を示している。したがって、各線611、612は、空間モードのローブを概略的を表わしており、モード611がフィルタの通過を妨げられている間に、線612に対応するモードが空間フィルタにより選択される。参照番号613は、図の平面へと入るz軸を指している。好ましくは、フィルタブレードは、図6bに示されたように、モード線611、612に平行となっているべきである。
【０１３２】
モード線が完全な直線ではなく、むしろ、例えば、光学装置などでの欠陥に起因して、曲がっているので、z軸613の周りのフィルタブレード601、602の回転は、レーザシステムのアライン内の最適化パラメータである。
【０１３３】
したがって、各空間フィルタのアラインの最適化パラメータは、以下を含む：
フィルタ位置：SAでは、これはモードの選択に影響を及ぼす；FAでは、これはビームの縁切断に影響を及ぼす。
フィルタ開口部の幅。
z軸の周りのフィルタの回転。
【０１３４】
フィルタのアライン手順は、結果として起こる出力をモニタしながら、上記の各パラメータを繰り返し調整して実行されるのが好ましい。したがって、フィルタは、上記のパラメータの独立制御を可能にするのが好ましい。調整は、μｍ−ねじまたは同様の装置により実行されてもよい。より過酷な場合には、例えば圧電技術を使用してもよい。自動化された最適化ピコ‐モータに対しては、直流モータなどが使用可能である。
【０１３５】
図6cは、部分的透明反射要素と統合された空間フィルタを示している。このフィルタは、縁622を有するフィルタブレードまたはミラー基板621を含んでいる。シングルモードの幅に対応する幅を有する部分反射/部分透過ミラーストライプ623は、フィルタブレードの縁622に配置される。したがって、この実施例では、ミラー表面はフーリエ平面内に配置される。この実施例では、ビームプロフィールの中央には、いかなるフィルタブレードも提供されていないが、フィードバックミラー基板621が、ビームの外側部分でフィルタとして作動している。
【０１３６】
図7は、本発明の実施例に従うレーザシステム内の増幅媒体における、ダイナミックグレーティングの生成を示している。上述のように、本発明に従うレーザシステムの外部キャビティは、光学フィードバックをレーザダイオードに提供する、例えば、ミラー、位相共役ミラー、プリズムなどの、少なくとも1つの反射要素を含んでいる。図7は、レーザダイオード101および2つの部分的透明反射要素106、112により生成される、二重キャビティからの光学フィードバックを示している。
【０１３７】
図7のレーザシステムは、別々のモードフィルタまたは光学装置を含まないことに、さらに留意すべきである。こうしたシステムにおけるモード選択は、モードが、ダイオードフロントファセットの表面法線107に対する対応角で伝播するという事実に依存している。したがって、フラットミラーの傾斜角は、これにより、実質的に、反射してレーザダイオードに戻す1つのモードにのみ調整可能である。他のモードは、ダイオードに当たることはない。したがって、ミラーは、モードフィルタとして機能する。
【０１３８】
外部ミラー106、112は部分的反射ミラーであり、入射ビームB1'、B2'のそれぞれの部分が、それぞれビームB3'、B4'として反射される。入射ビームの他の対応する部分は、それぞれ出力113、114として透過される。レーザダイオードは、フロントファセットのAR膜703、活性領域のダイナミックグレーティング701、およびバックファセットのHR膜702での反射を提供する、より高度なミラーと考えられてもよい。ダイオードミラーは、ビームを、入射ビームが来た同一キャビティに戻さずに、入射ビームを他のキャビティへと向け直す。このようにして、一方のキャビティのビームが他方のキャビティ内のビームに依存する、二重光学キャビティが得られる。レーザダイオード内部では、ビームB1'、B2'、B3'、B4'に対応するビームは、それぞれB1、B2、B3、B4として示されている。
【０１３９】
レーザダイオードからの出力は、上述された遠方場内にＭ形状のプロフィールを有している。本説明のために、こうした遠方場は、ミラー106、112の領域に存在すると想定されている。したがって、ミラー領域は、図7に関して上部平面(ミラー106に対応)および下部平面(ミラー112に対応)の、2つの半平面に分割可能である。したがって、Ｍプロフィールの一方のピークは一方の半平面内に位置し、他方のピークは他方の半平面内に位置している。上述のように、一方の半平面内のモードは、他方の半平面内の反射されたモードに対応しており、逆もまた同様である。原則として、これらの2つの反射されたモードは、互いに独立しているが、それらは反射された特性を有している。
【０１４０】
しかしながら、ミラー106、112による光学フィードバックは、一方の半平面のモードと、他方の半平面のモードとのカップリングをもたらす。2つのモード間のカップリング比は、反射要素106、112の反射係数を通して制御可能である。反射率が大きいなら、強いフィードバックを通して強いカップリングをもたらす。しかしながら、ビームの大部分がフィードバックに使用されているので、これは、低比率の出力パワーをもたらす。他方、反射率が小さいなら、弱いフィードバックに起因して、弱いカップリングがもたらされる。ここで、出力パワーは、最初の状況よりはるかに大きくなる。完全に対称なフィードバックシステムでは、各ミラーの反射率は10％〜50％であるのが好ましい。非対称のフィードバックが所望される状態では、一方のミラーが100％の近い反射率を有し、他方のミラーが5％〜50％の反射率を有しているのが好適である。
【０１４１】
ミラー106、112の反射係数が等しい場合は、対称な強度を伴うモードカップリングが、双方の半平面に提供される。一方のミラーの反射率が他方ミラーの反射率より大きい場合は、対応する半平面の出力ビームの強度は、他方の半平面の出力ビームの強度より小さくなる。したがって、非対称が、フィードバックおよびモードのカップリングの双方に導入される。それにより、2本の出力ビーム113、114の強度の相違は、2つの反射要素106、112の反射係数の比により決定される。
【０１４２】
したがって、フィードバックシステムは、光学フィードバックをダイオードに提供するだけではなく、出力ビームおよびフィードバックビームの双方の強度における、対称/非対称レベルも制御する。フィードバックシステムは、さらに、反射されたモードの対を互いにカップリングし、カップリング強度対出力パワーの比を制御する。
【０１４３】
以下では、モード選択フィードバックを伴う、レーザダイオード内部のメカニズムが説明されている。
ダイオード101の活性領域は、コーティングされたファセット702、703での複数ビーム反射および層の接合面での透過に起因して、複数ビーム干渉が存在可能な多層構造として作用する。入射角θで媒体表面に当るビームは、複数回数反射して構造を透過する。こうした複数ビーム干渉の古典的状態は、例えば、ペドロッティ、エフェル  アンド  ペドロッティ、エルエス（Pedrotti、FL&Pedrotti、LS）：「光学序論(Introduction to Optics)」、プレンティス  ホール（Prentice-Hall）国際版で説明されている。古典的状態に加え、本件のレーザダイオードでは、階層構造はいくつかの層にゲインを提供する。したがって、複数ビームは、古典的損失を有する代わりに、ダイオード媒体内での各内部反射に対して増幅される。増幅が、増幅媒体での損失を超える場合、強度は増大し、さらに、あるレベルで、強度があまりに高くなり、増幅媒体の材料を損傷させる。これが起こるレベルは、反射回数対入射ビームのゲインおよび強度により、決定される。増幅媒体を通る光路長離は、増幅を決定する。
【０１４４】
この階層構造のバックファセット702は、HRコーティングされている。したがって、複数ビームの大部分は反射され、ダイオードへ戻される。ARコーティングされたフロントファセット703は、出力の大部分を提供する。この出力は、複数ビーム干渉の垂直特性に起因して、干渉パターンを生成させることができる。
【０１４５】
図8は、レーザダイオードの算出遠方場干渉パターンを示している。こうした計算には、レーザダイオードの特性を伴うシステムに対する入射角の関数として、複数ビーム干渉パターンの計算が含まれている。各入射角に対する全ての干渉パターンの合計のその後の計算により、図8に示したような曲線がもたらされる。曲線801は、マルチモードレーザダイオードの遠方場で見られる干渉パターンを表す。計算は、ここでは、図3aに示したようなレーザダイオードの測定された遠方場プロフィールに一致するよう適合されている。
【０１４６】
曲線801は、モード情報などを用いることなく、真の遠方場へのラップアラウンド曲線に、実際に対応している。算出曲線801は、強めあう干渉(参照番号802で示す)の角度間隔に位置するモードが、フィードバックに使用されるべきであることを示唆している。弱め合う干渉(参照番号803で示す)の角度間隔に位置するモードは、低強度を有しており、したがって、それらは弱いフィードバックを提供することになる。
【０１４７】
遠方場プロフィールの特徴的なＭ形状は、算出された複数ビーム干渉パターンを伴う、強い類似性を有しているのがわかる。
【０１４８】
したがって、ダイオードの遠方場プロフィールは、ダイオードの内部キャビティの多層構造内部の、複数ビーム干渉特性に強く依存している。他の多数の効果も存在するが、ここで、複数ビーム干渉が重要な効果であることを認識するのは重要である。
【０１４９】
算出曲線801は、獲得されたいかなる自発的放出も曲線に寄与することはないと仮定する。しかしながら、自発的放出に起因して寄与するビームの部分は、より大きな強度の入力ビームと同じように振舞うであろう。したがって、このモデルは、フィードバック、または外部レーザのいずれかからの、入射ビームを得たダイオードと同様に、ダイオードを自由に作動させるのに有効である。
【０１５０】
Ｍ形プロフィール内の上昇旋回および下降旋回は、それぞれ、強めあう干渉、および弱めあう干渉により惹起される。入射角ゼロ度の近傍では干渉パターンが弱く、それらは互いに洗い流される。より大きな入射角度では、縞の間の距離はより大きくなり、強い干渉が存在している。したがって、曲線801は、中央での正規レベルと比べて、強めあう干渉、および弱めあう干渉の特性に起因して追加ゲインが達成される、角度間隔802の表示を提供する。
【０１５１】
Ｍ形状の遠方場の縁は、複数ビーム干渉計算によっては定められないが、ダイオードのキャビティの長さに対するダイオードのエミッタストライプの幅により、概略的に定められる。この情報は、例えば、図3aに示したように、弱めあう干渉が始まる角度である、±4度より上の遠方場プロフィールを分離するのに使用可能である。他の形状を有するダイオードに対しては、例えば、プロフィールの縁がゆっくり分離するなど、Ｍプロフィールの他の形状が現れる場合もある。しかしながら、最大強度を伴うものよりも、より大きな角度でのモードが、ダイオードによって自然に除去されるので、鋭角のＭプロフィールを備えたダイオードが好適である。また、ファセット膜での散乱、フォノン圧力のための発散、より高次の効果など、他の効果も、もたらされる干渉パターンに寄与していることに留意する。しかしながら、上記の簡易型線形モデルは、本発明に従うレーザシステムを理解するのに役立つ。
【０１５２】
結果として、選択手段により選択され、さらに、このようにしてフィードバックおよびモード選択で使用された角度は、これらのモードが、複数ビーム干渉から見て、フィードバックするために最も良好な適当なモードであるので、好ましくは、ダイオードによる「ゲイン報酬のある（gains  rewarded）」角度すなわち、図8での領域802における角度に対応するべき角度である。図8の例では、これは、ほぼ4度の角度に対応している。しかしながら、この値は、使用されるダイオードに依存している。
【０１５３】
モード選択フィードバックは、フィードバックビームを、実質的にはシングルモードビームにさせる。これらのビームは、ダイオードのゲイン特性に起因して、レーザダイオードの活性領域での励起された放出により増幅される。
【０１５４】
再び図7を参照すると、ダイオード101の内部で、ビームB1、B2、B3、B4は、以下の式の縞間隔を有する縞を伴う、干渉パターン701を生成する。
＜式＞  ｄ＝λ／（２・ｓｉｎθ)
【０１５５】
ここで、λはビームの波長、θは媒体内部での伝播角度である。
【０１５６】
例えば、４°の入射での830ｎｍのビームに対し、縞間隔はおよそ6μｍである。例えば、200μｍの広いエミッタ内には、この角度で、ダイオード内部に33の縞が存在し得る。
【０１５７】
この干渉パターンでのコントラストは、非対称フィードバックおよびゲイン特性に起因して、領域にわたってビーム強度が異なる場合があるので、ダイオードの活性領域の全領域で同一である必要はない。ビーム照射Ｉ１、Ｉ２での2本のビームによりそれぞれ惹起される縞コントラストは、以下の式で決定される。
縞コントラスト＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）
【０１５８】
ここで、
【数１】
2005522039.tif 000003
【０１５９】
さらに、
【数２】
2005522039.tif 000004
である。
【０１６０】
したがって、同一強度を有する２本のビームは、Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ０において、４Ｉ０の最大縞コントラストを起こす。したがって、干渉パターンの可視性は、照射サイズに依存する。
【０１６１】
干渉パターン内のコントラストの差は、ダイオード内部の干渉パターンに続く屈折率の変化を惹起する自由電子の拡散を引き起こすことが知られている。結果的に、グレーティング701が、ダイオードへ導入される。このグレーティングは、波長および伝播方向に選択的である。グレーティングは、それを生成するモードのビームを存在させるが、他のモードを抑圧し、それにより、レーザダイオード内の効率的なモード選択を提供する。
【０１６２】
作成されたグレーティング701は、動的であり、すなわち、フィードバックビームB3'、B4'が変化すると、グレーティングも変化する。したがって、このグレーティングは、外部フィードバックシステムにより制御可能である。フィードバックビームの照射はグレーティングの強度を制御し、さらに、非対称、フィードバックビームの強度間の比は、グレーティング内のコントラストを制御する。
【０１６３】
入射角が大きくなると、上記のグレーティングの強度は減少し、入射角が例えば、数10度などに、大きくなり過ぎると、グレーティングは消滅する。これは自由電子の再結合に起因しており、再結合時間は、グレーティング強度を決定する三次感受性に正比例する。結果として、小さな入射角度が用いられるべきであり、７°より小さいのが好ましい。グレーティングの効率は、ダイナミックグレーティング線の深さに依存している。したがって、入射角度が小さいと効率が高くなり、角度が大きいと効率は低くなる。
【０１６４】
他方、グレーティングの選択性は、大きい角度で最強であり、小さい角度で弱い。およそ３°より大きな角度が好適である。
【０１６５】
したがって、好ましい角度では、グレーティング効率、グレーティング選択性、および強めあう干渉の領域の上記の各効果間の折衷として、総合的に最も効果的なグレーティングが存在している。例として、3.5〜4.0°の領域は、図3a、図3bの例のダイオードに好適である。これは実験結果により確認されている。
【０１６６】
レーザダイオード内部での４波混合の発生により、出力ビームB1'が、出力ビームB2'と結合され、さらに逆もまた同様であることにも、さらに留意される。さらに、また、フィードバックビームB3'、B4'は、互いに結合される。４波混合は、上述の直線効果により生成された特性と、同一特性を有するグレーティングの生成に寄与する。したがって、4波混合効果は、非線形効果を安定させるように働き、それにより、さらに強いモード選択グレーティングを提供する。
【０１６７】
したがって、レーザダイオード内部での、有効なモード選択グレーティング生成のための条件は以下の通りである：
フィードバック角度は、図8に関して説明したように、強めあう干渉の間隔内に位置する角度に選択されるべきである。
変化の再結合時間に関連して、グレーティング強度を確実に大きくするために、この角度は十分に小さく、好ましくは７°未満に選択されるべきである。
回折効率を確実に最適化するために、この角度は、十分に大きく、好ましくは３°より大きく選択されるべきである。
【０１６８】
したがって、上記の条件は、入射角に対する好ましい間隔を見出すガイドラインを提供する。グレーティング効率、強度、および干渉は、レーザダイオードの材料および形状の特性に依存することが留意される。結果的に、動的モード選択グレーティングの生成に寄与する一次効果および三次効果は、二重フィードバックシステムの特性により制御される。
【０１６９】
図9は、本発明の実施例に対応する、クローズドループ制御システムのブロック図を示している。上述の光学フィードバックシステムの特性は制御システムと比較可能であり、光学制御システムとしての、二重光学フィードバックシステムが説明されることになる。ボックス901a、901bは、ビームB1、およびB2、B3、B4に寄与するレーザダイオード内の自発的放出に対応している。各ボックス902a、902bは、出力ビームB1'、B2'となる、増幅媒体により提供されたゲインに対応している。リフレクタ106、112は、それぞれフィードバック信号B4'、B3'を提供し、さらに、それぞれ出力信号113、114を提供する。
【０１７０】
したがって、図9の制御システムは、標準クローズドループシステムに対応している。フィードバック信号は、反射要素により光学的に読み取られる。このシステム内のすべての信号は、光学信号である。
【０１７１】
クローズドループシステムは、対称的に、すなわち、フィードバックにおける、したがって、出力における非対称な異なる角度と同様に、等しい強さのフィードバック信号B3'、B4'により動作可能であることに、留意される。クローズドループシステムは、オープンループシステムの特性に近い特性、すなわち、一方のフィードバックビームが、他方より遥かに強いという特性を伴いながらも、なおもクローズドループシステムの利益を伴って使用可能である。
【０１７２】
図10aから図10dは、本発明の実施例に使用される反射部材の例の概略図を示している。
【０１７３】
図10aは、反射要素の第1実施例を示している。反射要素1001は、ミラーの2つの半分106、112が、二重キャビティの2つの半平面に対して反射要素を提供する、単一の部分的透明ミラーを含んでいる。図10aの破線1002は、図示目的のためだけに追加されていることは、理解されよう。この実施例では、ミラーの2つの半分は、物理的に分離されていない。1つの実施例では、ダイオードから同一距離に、互いに平行に反射要素が位置決めされるので、単一ミラー1001内の反射要素106、112の組合せは可能である。したがって、この実施例では、反射要素106、112は、対称なフィードバックに対応して同一反射率を有している。
【０１７４】
代替的に、反射領域106、112は、例えば、AR膜、またはミラー表面に取り付けられた無反射要素などが設けられた非反射領域により分離されていてもよい。
【０１７５】
図10bは、反射要素の第2実施例を示している。反射要素は、ミラーの2つの部分106、112が、それぞれ異なる反射率を提供する反射膜をコーティングされた、単一の部分的透明ミラーを含んでいる。
【０１７６】
同一基板上に、異なる反射率を有する2つのミラー膜を配置することにより、共に、すなわち共通のユニットとしてアラインされる、2つの反射要素106、112が提供され、それにより、双方のミラーは、確実に正確に対称にアラインされる。
【０１７７】
図10bの例では、反射領域106、112は、例えば、AR膜、またはミラー表面に取り付けられた無反射要素などが設けられた非反射領域1004により分離されている。
【０１７８】
図10cは、反射要素の第3実施例を示している。この実施例によると、間に隙間1006を有する、2つの別々のミラー106、112が提供されている。この実施例は、双方のミラーが独自にアライン可能となるので、アラインに追加的な自由度を提供し、それにより、ダイオードにより放出されるビームの視準要件を減少させる。レーザダイオードから放出されるビームが発散する場合、各々のミラーは、アラインのために、以下の2つの自由度を必要とする：
1) FA軸の周りの回転(ＲｏｔＦＡ)、および
2) SA軸の周りの回転(ＲｏｔＳＡ)。
アラインの目的は、できる限り多数のフィードバックビームを、ダイオードへまっすぐに戻し、直角に当てることである。
【０１７９】
図10dは、反射要素の第4実施例を示している。この実施例によると、間に隙間を有する、2つの別々のミラー106、112が提供されている。空間フィルタ1008は、この隙間内に配置されている。このフィルタは、最適フィードバックを提供しないダイオードの、中央モードを遮断可能である。中央フィルタを有するミラーのアラインは、フィルタをモード線にアラインするために、ｚ軸の周りの回転のアラインをさらに必要とする場合があることに留意される。
【０１８０】
図 10aから図10dに示されたフィルタは長方形であるが、他の形状のミラーの選択可能であることに留意される。
【０１８１】
強いフィードバックは、フィードバック要素の反射率のみに依存するわけではないことに留意すべきである。ダイオードへのイン‐カップリング比は、スネルの法則の特性にも依存している。これにより、フィードバックのための最適角度の選択、さらにダイオードのフロントファセット上のAR膜の最適反射率が導かれる。
【０１８２】
ミラーの出口表面、すなわち、ダイオードから離れる方に向く表面は、AR膜が施されていてもよく、それにより、ミラーの第2の表面からの反射が抑制されることを留意される。
【０１８３】
概して、フィードバックミラーは、確実に高いビーム品質を得るために、好ましくは、λ/10、またはより良好な、高品質表面平坦度を有しているのが好ましい。ここで、λは、レーザビームの波長である。
【０１８４】
図11は、本発明の実施例に従う、4本の出力ビームを発生させるレーザシステムの概略図を示している。このレーザシステムは、両方向への出力ビームを生成するよう、各々がAR膜でコーティングされた、2つの出力ファセット1102、1103を備えたレーザダイオード1101を含んでいる。単一の出力ファセットを備えたレーザシステムと同じく、2つの出力ファセットを備えたレーザダイオードは、単一の出力ファセットを備えたレーザと同一の特性、すなわち、出力ファセット1102から放出されたビームは、出力ファセット1103から放出されたビームと同様に、ダイオードの活性領域のダイナミックグレーティングにより影響を受けるという特性を有している。
【０１８５】
上述の2本の出力ビームを提供するシステムと同様、レーザダイオードの両側には、各々が、フーリエレンズ1108、空間フィルタ1109、および部分的透明反射要素1106、1112を含む、二重キャビティが提供される。したがって、図11のレーザシステムは、合計4本の出力ビーム1113、1114、1115、1116を生成する。こうしたレーザシステムは、1つの出力ファセットを備えたシステムより大きな総パワーを生成することはないことが理解される；総パワーは、単に4本のビームに分散されるだけである。
【０１８６】
図12a、図12bは、本発明の実施例に従う、統合フィードバックシステムを備えたレーザダイオードの概略図を示している。
【０１８７】
図12aは、レーザダイオード内に統合された角度選択フィルタ1203、1204を有する、レーザダイオード1201を含むレーザシステムを示している。ダイオード1201は、増幅媒体1202、HRコーティングされたバックファセット1226、角度選択フィルタ1203、1204、それぞれの表面法線間に角度２θを有する、2つの非平行部分1207、1208を含む、ARコーティングされたフロントファセットを含んでいる。ここで、θは、選択されたモードの放出角度である。角度選択フィルタ1203、1204は、実質的に他の方向に伝播されるビームを妨害しながら、それぞれ部分1207、1208の表面と直交するビーム1215、1216を、選択的に透過させるよう配置されている。システムは、さらに、上述のように、フィードバックビーム1219、1220、および出力ビーム1223、1224を提供する、外部部分的透明反射部材1211、1212を含んでいる。したがって、図12aのレーザシステムは、選択手段がレーザダイオードと統合される、二重キャビティレーザシステムを提供する。
【０１８８】
統合角度依存フィルタを備えたレーザは、いくつかの方法で作成可能である。例えば：
角度依存グレーティング、ホログラムなどが、適当な材料(例えば、SiまたはInP)内に作成可能である。グレーティングまたはホログラムは、電子ビームリソグラフィ、ホログラフィックリソグラフィ、ナノ‐インプリントリソグラフィ、および他の方法により作成され得るものであり、それにより、光学フィルタが提供される。グレーティングまたはホログラムが作成された後、光学フィルタは、ハイブリッド統合として知られる光学要素の統合を用いて、レーザダイオードに取り付けられる。
レーザとフィルタとを単一装置内に統合するための、モノリシック技術が使用可能である。このフィルタは、上で用いられた手順、すなわち、グレーティングまたはホログラムが、電子ビームリソグラフィ、ホログラフィックリソグラフィ、ナノ‐インプリントリソグラフィ、および他の方法により作成されたのと同様の技術で作成される。グレーティングまたはホログラムは、レーザダイオードの製造に使われる同一材料、すなわち、GaAlAs、InGaAsなどで作成可能である。
【０１８９】
いずれの場合でも、外部ミラー1211、1212はフィードバックを提供するので、その結果、ビーム間の結合が達成される。
【０１９０】
図12bは、2つの出力方向を備えた、統合レーザの例を示している。この例では、角度選択フィルタ1203、1204、および外部ミラー1211、1212が、両側に非平行部分1207、1208を伴った出力ファセットを有している、レーザダイオード1201の両側に提供され、それにより、4本の出力ビーム1223、1224、1233、1234が提供される。
【０１９１】
図12a、図12bに示された統合レーザの断面形状は、示されたままの形状でもよいが、二次的であってもよく、または他の形状を有してもよい。
【０１９２】
図13a、図13bは、本発明の他の実施例に従う、統合フィードバックシステムを備えたレーザダイオードの概略図を示している。
【０１９３】
図13aは、図12aに関連して説明されたように、増幅媒体1302、HRコーティングされたバックファセット1315、角度選択フィルタ1303、1304、および2つの非平行部分1307、1308を備えたフロントファセットを含むレーザダイオード1301を示している。角度依存フィルタの統合は、上述と同様の方法により作成可能である。この実施例によると、フィードバックミラー1311、1312もまた、レーザダイオードに統合され、それにより、2本の出力ビームを生成する単一ユニットが提供される。フィードバックミラー1311、1312は、グレーティング、またはホログラムを用いて、または出力ファセットのコーティングにより、レーザダイオードと統合可能である。フィルタ1303、1304は、同一グレーティングまたはホログラム内の、フィードバックミラー1311、1312と、さらに結合されてもよく、それにより、グレーティングまたはホログラムが、例えば、ある一定の角度(例えば、6度)では0.5の反射率を持つが、6度と異なる角度では、反射率が0に近くなる(例えば、6.5度では反射率が0.05になり得る。統合ミラーはフィードバックを提供するため、その結果、全てのビーム間の結合が達成される。統合レーザは、2本の出力ビーム1323、1324を生成する。
【０１９４】
図13bは、2つの出力方向を有する統合レーザの例を示している。この例では、角度選択フィルタ1303、1304、およびフィードバックミラー1311、1312が、両側に非平行部分1307、1308を伴った出力ファセット  を有している、レーザダイオード1301の両側に統合され、それにより、4本の出力ビーム1323、1324、1333、1334が提供される。
【０１９５】
図14は、本発明の実施例に従うシングルエミッタダイオードのスタックを含むレーザシステムの概略図を示している。上述のように、レーザダイオード内部では、すべての既存のモードが空間内で混合されていて、空間フィルタリングによるモード選択は可能ではない。例えば、フーリエレンズにより生成された、フーリエ平面では、すべてのモードが空間内に分離される。ダイオード内部の角度は、フーリエ平面内の特定位置、またはダイオード外部の遠方場に対応している。ある角度で伝播する光は、ダイオード内部のあらゆる場所に存在する。しかしながら、ダイオード内部のその位置では、独立的に、それは、フーリエ平面または遠方場内の固定位置で終わることになる。したがって、フーリエ平面内では、ビームが、シングルエミッタダイオードから、または例えば、ダイオードバーから由来するかは重要ではない。
【０１９６】
したがって、この実施例に従うレーザシステムは、互いに上面に積み重ねられた、すなわちハイコヒーレンス軸(FA)の方向に積み重ねられた、多数の単一ダイオード1401、1402、1403を含むスタック1400を含んでいる。したがって、シングルエミッタ1401、1402、1403の速軸は一致している。
【０１９７】
この状態は、互いの上面に置いたシングルエミッタダイオードを伴う図1a、図1b内のように、単純に多数のレーザシステムを積み重ねているのと同様である。同一レンズ、および同一フィルタなどは、全てのダイオードにフィードバックを提供するために使用可能である。
【０１９８】
図14の例では、システムは、例えば、フーリエレンズ、アレイ円柱光学装置など、すべてのエミッタに対して共通フーリエ平面を提供する光学要素1404を含んでいる。システムはさらに、実質的に、光学要素1404のフーリエ平面内に配置された、2つの開口部1413、1414を有する空間フィルタ1405を含んでいる。システムはさらに、部分的透明ミラー1406を含む。システムは、出力ビーム1407、1408、1409、1410、1411、1412を提供する。すなわち、出力ビームの数はダイオードの数の2倍である。異なるエミッタからの出力ビームは、互いには結合されない。
【０１９９】
図15は、本発明の実施例に従う、シングルエミッタダイオードのバーを含む、レーザシステムの概略図を示す。この実施例に従うレーザシステムは、並んで配置された、すなわち、その遅軸(SA)方向に互いに隣り合って配置された、多数の単一ダイオード1502、1503、1504を含む、バー1501を含んでいる。したがって、それらの遅軸は一致している。
【０２００】
バー内の各エミッタは、シングルエミッタダイオード内のエミッタと同一の特性を有しており、さらにフーリエ変換特性も同一である。したがって、フーリエ平面内でモードが終わる位置は、バー内のその位置ではなく、未だにその伝播角度に依存している。したがって、モードが、バー内のどのダイオードからその起点を得ているかは重要ではない。結果として、図1a、図1bに関して説明された同一の構成であり、単一ダイオードは、ダイオードバーの場合でも使用可能である。図15では、これは、フーリエレンズ108、開口部110、111を提供する空間フィルタ109、ミラー106、112により示されている。図15のシステムは、2本の出力ビーム113、114を生成する。
【０２０１】
図14および図15の例では、3つのシングルエミッタを備えた、スタックおよびバーが示されていることに留意されたい。しかしながら、異なる数のダイオードを有するバーおよびスタックも、使用可能であることは理解されよう。また、図1bに関して説明されたような速軸でのフィルタリングが、ここで適用可能なことも、さらに理解される。
【０２０２】
さらに、アレイは、バーのスタックと見なしてもよい。アレイを使用するためのセットアップは、バーシステムのスタックと見なすことが可能であり、それにより、スタックに対して見られた同一数のビームが提供される。レンズおよびフィルタは全てのダイオードに共通であってもよい；代替的に、アレイ光学装置が使用されても良い。
【０２０３】
1つ以上のダイオードが使用されているとき、エラー、および、それによるビーム線質係数が増加することに、留意すべきであろう。しかしながら、例えば、本発明に従う二重フィードバックを有するアレイレーザの輝度およびビーム線質係数は、対応する自由走行アレイと比べて、かなり改良されるだろう。
【０２０４】
今日、利用可能な標準的レーザダイオードは、１×Ｎモードを有している。将来のダイオードは、Ｍ×Ｎモード、および2本のローコヒーレンス軸を有する場合もあろう。本発明が、単一ユニット、バー、スタック、またはアレイに配置されたものとしての双方のタイプのダイオードに関しても、適用可能であることは、理解されるであろう。
【０２０５】
したがって、上記では、本発明に従う二重フィードバックレーザシステムに関して、バー、アレイ、スタックなどの使用が開示されている。シングルエミッタと比べ、これらの種類のダイオードの利点は、レーザシステムからのより高出力パワーが達成されることである。
【０２０６】
図16は、本発明の実施例に従うレーザシステムのアライン方法のフロー図を示している。光学フィードバックを実現し、高いビーム品質を得るために、レーザシステムの全ての構成要素は、ビーム品質に影響するその自由度に対して、すなわち、直線軸とおよび回転軸に対してアラインされなければならない。位置決めステージの精度は、マイクロメートルの範囲、またはそれ以下であるのが好ましい。
【０２０７】
レーザダイオード自体のアラインも同様に重要であることに留意すべきである。中央モードはz軸に従うべきであり、さらにダイオードの傾斜も排除されるべきである。不良にアラインされたダイオードは、残余のアラインを著しく困難にしてしまう場合がある。
【０２０８】
以下では、本発明の実施例に従うアライン中の、レーザシステム構成の概略図を示した、図17のシステムも参照している。
【０２０９】
図17のレーザシステムは、図1a、図1bに関連して説明されたシステムに対応している。このシステムは、上でより詳細に説明したように、レーザダイオード、1つ以上のフーリエレンズ108、2つの開口部110、111を備えた空間フィルタ109、および2つのミラー106、112を含んでいる。このシステムは、例えば、図1bに示したようなハイコヒーレンス軸内で作用する、図17には示されないさらなる構成要素を含んでいてもよいことに留意されたい。
【０２１０】
上記の構成要素のアラインのために、システムは、ビームの遠方場プロフィールを見るビームスキャナ1704または他の装置をさらに含んでいる。例えば、くさび、平面プレートなどのビームスプリッタ1701は、ビームの一部1702が、フーリエ平面1703内に位置するビームスキャナ1704へ反射されるように、レンズ108と空間フィルタ109との間に配置される。例えば、ビームスプリッタは、ビームの主要部分、例えば99％をフィルタ109に向かって透過させ、ビームの僅かな部分、例えば1％を抽出可能である。
【０２１１】
さらに、2つのパワーメーター1705、1706は、2つの出力の個々のパワー、または総パワーを測定するために、それぞれ、2本の出力ビーム113、114の経路内に配置される。パワーメーターは、2本のビームの出力パワー内で、対称の度合いを決定するのに使用される。
【０２１２】
器具1704、1705、1706の開口部を合わせるために、追加レンズが追加可能なことに留意されたい。
【０２１３】
ここで、図16および図17を参照して、本発明の実施例に従うレーザシステムのアライン方法を説明する。
【０２１４】
初期ステップ1601では、レーザダイオードの特性が決定される。これは、遠方場プロフィール、閾値電流、スロープ効率、マウント上のアライン、エミッタなどのマイクロスコープ調査の決定を含んでいてもよい。調査は、不適当と推定されるダイオードを特定し、効率的モード選択フィーロバックの確立に重要な遠方場プロフィールなどの知識を確定する目的を有している。
【０２１５】
続いて、ステップ1602では、レーザシステムの構成要素、すなわちレンズなどは、事前にアラインされ、例えば、ビームスキャナ1704を用いて、回折平面内のスペクトルが、既知の遠方場の視野に適合することを確認される。これにより、確実に、回折平面の正しい位置が見出される。これにより、モードフィルタが、正しい位置に配置可能となり、モード選択がなされることになる。
【０２１６】
ステップ1603では、フィードバックを確立する最初の試みが実行されるが、初期には、必ずしもモード選択フィードバックを達成しようとするわけではない。このステップの間、ダイオードの危険を回避するため、ダイオードの閾値電流のすぐ上のダイオード電流が使用される。このステップでは、ビームスキャナ1704により測定されたように、回折平面1703内のパターンを観測している間、フィードバックミラー106、112の回転角を起えるスキャンが実行されてもよい。回折平面パターン内で変化が観測されると、ミラーは、ダイオード101にフィードバックを提供するようアラインされる。次に、フィードバックが検出される回転角の間隔が決定される。ミラーはこの間隔の中央にアラインされる。
【０２１７】
特に、1つの実施例では、以下の手順により、各ミラー106、112がアライン可能である：
ダイオード電流は、閾値のすぐ上に設定される。
ミラーの２Ｄスキャンは、高/ローコヒーレンス軸ＲｏｔＦＡ、ＲｏｔＳＡのそれぞれの周りの、回転に対する回転角を変化させることにより、実行される。
フィードバックビームがダイオードに当ると、遠方場プロフィールが変化する。
スキャンは、フィードバックが存在する、ＲｏｔＦＡ限界およびＲｏｔＳＡ限界を決定するために実行される。2つの角度方向に対応する中央位置が、対応するミラー位置として選択される。
【０２１８】
フィードバックが確立されると、モード選択フィルタ109は、フィードバックに対するモードを選択するよう調整される。二重フィードバック取得処理の最初のステップは、実際に完全に非対称なフィードバックを生成させることであり、それにより、第2のフィードバックに使用される、反射モードにおけるパワーを増加させる。したがって、反射モードのその後の選択は容易である。
【０２１９】
したがって、ステップ1604では、フィルタ開口部110が完全に開かれるか、または、別々の空間フィルタの場合に、フィルタの1つは除去されてもよい。さらに、対応するミラー106はブラインドされる。したがって、ミラー106からのフィードバックは使用不能となる。
【０２２０】
ステップ1605では、ミラー112からのフィードバックが最適化される：開口部111の幅は、例えば、遠方場プロフィールから推定されるように、または計算されるように、モードの幅に合うよう設定される。初期には、モードフィルタ開口部111は、ビームの外に配置される。レーザダイオード101は、閾値を僅かに超えてオンにされる。開口部111は、ビーム内へ移動され、その位置は、図7に関するモード選択の説明に従って最適化される。このステップ中に、ビームスキャナ1704により測定された遠方場パターンが観測される間、フィードバックミラー112およびフィルタ開口部111は繰り返し調整されてもよい。図18は、フィードバックのない遠方場プロフィールと比べた、所望される遠方場プロフィールに関する例を示している。フィードバックを最適化するために、ハイコヒーレンス軸の可能なフィルタ(図17には図示せず)が、このステップの間に調整可能であることに留意されたい。
【０２２１】
図18は、本発明の実施例に従うレーザシステムのアラインの間に得られた遠方場プロフィールを示している。実線1801は、ビームスキャナにより測定された、総非対称フィードバックを伴うダイオード遠方場プロフィールに対応しており、一方、点線1802は、フィードバックのないダイオード遠方場プロフィールに対応している。このダイオードは、200μｍ×１μｍ×１μｍのエミッタサイズを有する、コヒーレント(Coherent)社による３Ｗダイオードであった。自由走行出力パワーは３Ｗであった。フィードバックが適用された後は、Ｍ２50％＜３の内部のライトピークに、０．８Ｗのパワーが見出された。本発明に従って、二重フィードバックの提供、およびダイオード内部へのダイナミックグレーティングの導入は、結果をさらに改善する。
【０２２２】
したがって、ミラー112およびフィルタ開口部111は、遠方場プロフィール内の、狭くて強いピークを得るようアラインされる。
【０２２３】
再び図16および図17を参照すると、フィルタ開口部111がいったんアラインされたなら、ステップ1606においてアライン処理が継続される。ステップ1606では、フィルタ開口部110は、前のステップパスで取得された高いピークを(未だにミラー106からのフィードバックなしで)ただ行かせるように調整されており、それにより、前のステップで選択されたモードの反射モードを選択する。
【０２２４】
続くステップ1607で、二重フィードバックが繰り返し最適化される。まず、レーザダイオードがオフにされ、フィードバックミラー106へのアクセスは再度確立され、その後、レーザダイオードがオンに戻され、それにより、ミラー106からのフィードバックを再び作動させる。ここで、可能な限り狭い2つの出力ピークを達成し、システムを最適化するよう、フィルタ開口部110の位置、およびミラー106の方向付けを微調整することが可能であり、それによりモード競合による不安定性が回避される。
【０２２５】
最終的に、ステップ1608では、ダイオードパワーは、ドライブ電流を増加させることにより、増大される。しかしながら、これには、図7に関連して議論したように、最良のモードを選択するために、2つのモードフィルタ開口部110、111との間の距離を、中央107の周りで対称的に増加させるべきだという効果がある。再び、これは調整を繰り返すことにより、達成可能である。各タイプのダイオードは、この電流を超過したらならダイオードが破損されるという、最大電流に対応していることを留意されたい。最大電流は、フィードバック特性とダイオード特性に依存している。この限界は、レーザダイオードシステムの寿命を確実に長くするよう、各ダイオード/フィードバックの組合せに対して見出されるべきである。
【０２２６】
ビームスプリッタ1701、ビームスキャナ1704、およびパワーメーター1705、1706は、アライン後に除去されてもよい。代替的に、ビームスプリッタ1701は、システムに残されてもよく、さらに、ビームスキャナはパワー測定装置により取り替えられてもよい。レーザの動作中、こうしたパワー測定は、ダイオードのドライブ電流を制御する、制御システム用のフィードバック信号として使用可能であり、それにより、レーザのパワー安定化が得られる。
【０２２７】
モードフィルタおよびフィードバックミラーを調整するために使われる調整装置が動力化され、またはそうでなければ、自動的に動作可能であるなら、上記のアラインを自動化し得ることは理解されるであろう。この場合、自動アライン・ルーチンは、例えば、適当にプログラムされたマイクロプロセッサ、コンピュータなどにより制御されて、実行可能である。例えば、こうしたルーチンの間、2つのパラメータは、時間により、例えば、フィルタ開口部の2本の軸の周りのミラーの回転、フィルタ開口部の幅および位置、などが、変化してもよい。その後、自動化されたルーチンは、例えば、パワーメーター1705および/またはパワーメーター1706により測定された最高出力を提供するパラメータ値、またはビームスキャナ1704により検出された最高ピークとなる値など、所定の基準に対応するパラメータの組合せを選択することが出来る。
【０２２８】
さらに、上記のアラインは、出力パワー測定値のみ、すなわち、ビームスキャナのないセットアップ内に基づいてもよいことが理解されよう。
【０２２９】
図19は、本発明の実施例に従うレーザシステムの、遠方場プロフィールの例を示している。フィードバックが確立され、さらにレーザシステムからの出力が取得された後は、ビームスキャナ1704により測定されるレーザダイオードの遠方場プロフィールは、図19に示したような形状を有している。参照番号1901、1902、1903は、出力パワー対ビーム品質に関して、異なるレベルのサクセス（success）に対応したプロフィールを示している。3本の曲線は全て、2本の出力ビームに対応する2つのローブを伴った、ツインローブ構造を示している。曲線1901は、利用可能なパワーの総量が、実質的に、ピーク1905、1906の周りの小さな空間角度に集中しており、さらに、ビーム線質係数Ｍ２は、例えば2未満などの低い値となっている、好ましい結果を示している。図19は、フィードバックミラーからの出力ではなく、遠方場プロフィールを示していることに留意されたい。フィードバックミラーからの出力ビームは、モードフィルタによりさらに制限されている。曲線1902、1903は、サクセスのレベルが徐々に下がったものに対応しており、より少ないパワーがピークに集中している。曲線1902、903の下部の領域1904は、これらのビーム部分がモードフィルタにより取り除かれるので、パワー損失に対応する。アラインされた二重フィードバックシステムにおける、パワー損失の推定される理由はこのシステム内の収差、不良なアラインなどを含んで、弱いモード抑圧を引き起こし、したがって、より低いビーム品質、およびより小さな出力パワーを引き起こす。
【０２３０】
図20は、偏光カップリングの前の変調を含む、本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図を示している。多数のアプリケーションでは、レーザビームの変調が必要であり、それにより、オン／オフ期間の交互シーケンスが達成される。以下の例は、音響光学変調器、電気光学変調器装置、または他の変調器装置を用いることにより、これがいかに達成されるかを示している。
【０２３１】
図20の実施例では、本発明に従うレーザシステムは、レーザダイオード101、フーリエレンズ108、2つの開口部110、110を有するフィルタ109、および2つの部分的透明ミラー106、112を含んでいる。上記の構成要素は、すでにより詳細に上に説明されている。この実施例によれば、部分的透明ミラー106、112からの2本の出力ビーム113、114は、それぞれが対応する変調器2001、2002に、それぞれ供給されている。変調器2001、2002は、制御装置2000からの共通励起信号を受信する。この構成で使用される変調器は、音響光学変調器、または他のタイプの変調器でもよい。出力ビーム113、114は、連続波(CW)ビームであり、変調器ドライバーへの電気的信号または光学的信号により、オン/オフ可能である。したがって、変調ビーム2003および2004が生成される。
【０２３２】
1つの実施例では、変調後、変調ビーム2003、2004は、偏光カップリングにより、同一形状経路内へとカップリングされ、1本のビーム2008へ結合される。図20の実施例では、ビーム2003、2004は、単一変調ビーム2008を生成させるよう、偏光結合器2007により結合される。偏光カップリングは、ビームを2分の1波長板2005を通して供給することにより1本のビーム(ビーム2004)の偏光方向を回転させることにより、達成される。結果として生じるビーム2006は、偏光結合器2007により、ビーム2003と結合される。
【０２３３】
代替的実施例では、各変調器は、異なる励振信号を受信してもよい。例えば、DCレベルを伴う変調ビームは、2本のビームのうちの1本を変調し、続いてその変調ビームと連続ビームとをカップリングさせることにより生成可能である。
【０２３４】
図21は、偏光カップリング後の変調を含む、本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図を示している。上述のレーザシステムは、2本の出力ビーム113、114を提供する。この実施例によると、出力ビーム113、114は、上述のように、2分の1波長板2005および偏光結合器2007を用いて直接偏光結合される。変調器2102は、偏光結合器2007の後、すなわち、偏光結合器2007の結合された出力ビーム経路2101内に配置され、それにより、1つの変調器が必要とされるだけである。変調器2102は、ビーム2101が2つの直交方向に偏光されるので、ビーム2101の偏光方向から独立しているべきである。
【０２３５】
したがって、上記の例では、高レベルの安定性を提供する、本発明に従うレーザシステムの出力の変調が達成される。
【０２３６】
図22は、変調を含む、本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図を示している。上述のレーザシステムは、2本の出力ビーム113、114を提供する。この実施例によると、出力ビーム113、114は、レンズ2201により、レンズ2201の焦点内に配置された変調器2202へと合焦される。変調ビームは、例えば、2つの焦点レンズなどの、レンズシステム2203により、プレート2204上の共通焦点に合焦される。したがって、両方のビームの変調には、単一の変調器が必要とされるだけである。
【０２３７】
例えば、プレート2004は、露出されるべき、コンピュータトゥプレート（Computer to plate）(CtP)のプレートであってもよい。例えば、ｚ方向の焦点の位置は、望遠鏡を用いた自動焦点システムにより制御可能である。
【０２３８】
図23a、図23bは、内部ドラム画像設定器内の、本発明の実施例に従うレーザシステムの使用を示している。図23a、図23bは、それぞれ、コンピュータトゥプレート(CtP)画像設定システムの内部ドラムの、側面図および中心軸に沿った図を示している。
【０２３９】
このシステムは、感光材料のプレート2302を取り付け可能な内部表面を有している円柱ドラム2301を含んでいる。例えば、若干の市販のCtPプレートが、830ｎｍで露光される。プレート2302を露光するために、レーザビーム2304は、円柱2301の縦中央軸に沿って方向づけられる。ミラー2303は、円柱内部に、旋回可能な形で、すなわち、動作中、入力ビーム2304の方向の周りで回転するように取り付けられる。ミラーは、レーザビーム2304をプレート2302上へ方向づける。ミラーが縦軸の周りで回転すると、プレートの異なる点2305が露光される。ミラーが縦軸に沿ってさらに動かされると、プレート全体が露光可能である。したがって、ミラー2303は、ドラム内部に可動な形で取り付けられたサポート2306に取り付けられる。
【０２４０】
CtPマシンからの出力は、通常、4枚の露光したプレートである；赤色、青色、黄色、および黒色の、各々の色につき1枚である。印刷マシンでは、これらのプレートの各々は、一度に1つの色を印刷するために使用される。
【０２４１】
ミラーからドラムの内部表面までの距離は、露光されるプレートのサイズにより決定される。レーザビームは、高品質な印刷を確実にするために、プレート上の小さなスポットサイズに合焦されるのが好ましい。さらに、合焦されたビームは、露光時間を削減するために、大きな強度を有していなければならない。
【０２４２】
こうしたプレートを、ドットサイズ10μｍの解像度で、妥当な時間(数分)内に露光するには、プレート上の焦点2304内に、830ｎｍで最小８Ｗの光学パワーが必要である。ミラーの回転速度は、数万ｒｐｍである。
【０２４３】
図24は、本発明の実施例に従うレーザシステムを含む、内部ドラム画像設定器の概略図を示している。この実施例によると、図20に関して説明されたようなレーザシステムは、出力ビーム2008を生成させる。出力ビームは、内部ドラムシステムの回転ミラー2303上に、例えば、自動合焦システム、ズーム光学装置などを含むレンズシステム2401により合焦される。したがって、本発明に従うレーザシステムを、内部のドラム画像設定システムに結合することにより、10μｍのサイズを有するドットの露光は、ドラム上にビームを合焦させることにより達成される。
【０２４４】
本発明に従うレーザシステムの利点は、それが長距離にわたって焦点を合わせることが可能な、適当な周波数範囲内の、ハイパワービームを提供することである。
【０２４５】
本発明に従うレーザシステムのさらなる利点は、それがコンパクトなことである。結果的に、本発明に従うレーザシステムは、ミラー2303と同一のキャリッジ2306に取り付け可能であり、それにより、ドラムの中央の縦軸に沿って移動可能である。したがって、レーザシステムから焦点までの光路長は一定である。本発明に従うレーザシステムがコンパクトであるため、ドラム内部に光学システム全体を配置可能となり、それにより、短くて一定の光路長を備えた、特に効率的かつコンパクトなシステムが提供される。プレート上の焦点の経路は、ビームをオン/オフ可能ならせんである。
【０２４６】
図25は、本発明の他の実施例に従うレーザシステムを含む、内部ドラム画像設定器の概略図を示している。この実施例によれば、図24のシステムと同様のレーザシステムが使用されている。しかしながら、この実施例に従って、偏光結合器2007は、合焦光学装置2501と置き替えられている。したがって、2本の変調ビーム2003、2006は、上述のように、回転ミラー2303を通してドラム2301上へ合焦される。
【０２４７】
ドラムの焦点は、ガウス強度分布を有した円または正方形であるのが好ましい。しかしながら、2本のビームのコヒーレンスに起因して、干渉パターンは、焦点位置を横切って形成されることになり、それによって、不均等な強度分布が生成される。この問題の解決策は、一方のビーム内に、4分の1波長板2505を挿入することである。したがって、一方のビーム(2003)は直線偏光され、他方のビーム(2006)は円偏光され、それにより、焦点における干渉膜が阻止される。同じ方法は、2本以上のより多数のビームに拡張されてもよい。
【０２４８】
図26a、図26bは、本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図を示している。
【０２４９】
本発明のこの実施例に従うレーザシステムは、1つ以上のマルチモードレーザダイオード101の外部キャビティからの、モード選択非対称光学フィードバックを生成する。例えばフーリエレンズなどの光学要素108の回折平面115内、または外部反射構成要素2601と共に、レーザダイオード101の光学出力の遠方場内に配置された空間フィルタ109は、レーザダイオード101への非対称モード選択光学フィードバックを生成する。これにより、出力ビーム特性を変化させ、さらに２より小さなＭ２値、および改良された輝度を有する出力ビーム113が実現される。
【０２５０】
マルチモードのローコヒーレンス軸の総パワーは、ハイコヒーレンス軸のシングルモードに対応する良好なビーム品質を伴って、シングルモードへと集中される。
【０２５１】
図26aは、ローコヒーレンス軸(SA)を含む、ローコヒーレンス平面内のレーザシステムの平面図を示しており、図26bは、ハイコヒーレンス軸(FA)を含む、ハイコヒーレンス平面内のレーザシステムの平面図を示している。
【０２５２】
図26aを参照すると、レーザシステムは、フロントファセット116上に光放出活性領域を有する、マルチモードダイオードレーザ101を含んでいる。ローコヒーレンス軸(SA)の方向では、放出された光は、多数の空間モードに対応しており、各々は、概して、z-軸として示される、光軸107の周りのツインローブプロフィールに対応している。さらに、レーザシステムは、対応する回折平面103を有するフーリエレンズ108を含んでいる。空間フィルタ109は、回折平面102内に配置される。空間フィルタは、各々が、選択された空間モードのローブに対応して放出光ビームの一部を選択する、2つの開口部110、111を提供する。例えば、空間フィルタは、2つのスリット110、111を提供してもよい。さらに、レーザシステムは、開口部111により選択されたモードを反射し、レーザダイオードへ戻す、反射構成要素2601を含んでいる。この実施例によれば、反射構成要素2601は、実質的に全ての入射光を反射し、ダイオードへ戻し、それにより、選択されたモードに対してフィードバックを提供するのが好ましい。
【０２５３】
したがって、この実施例のレーザシステムは、単一出力ビーム113を提供する。
【０２５４】
フーリエ平面からある距離内の出力ビームの単純なビームカッティングを実行するより、むしろ、モード選択フィルタを、実質的にフーリエ平面103内に配置することにより、ビーム線質係数Ｍ２が改良される。
【０２５５】
本発明によれば、SAフーリエ平面内の2つのフィルタ開口部110、111は、各々が、z軸107内で、すなわち、θおよび−θの角度で、それぞれ、反射され得るモードを選択するように調整される。すなわち、一方のフィルタが、一方の半平面内のN番目のピークを選択すると、他方のフィルタは、図1a内のz軸に対して、対応する他方の半平面内のN番目のピークを選択する。
【０２５６】
したがって、この実施例に従って、フィードバックミラー2601およびフィルタ開口部111は、モード選択フィードバックを提供する。対応する反射モードは、回折平面の反対の半平面内の開口部110により選択され、それにより、改良されたビーム特性を伴なう実質的なシングルモード出力ビーム113が提供される。
【０２５７】
ここで、図26bを参照すると、周波数フィルタリングがハイコヒーレンス軸で実行され、それによっても、この軸に沿いビーム品質が改良される。この理由は、例えば光学部品などの欠陥が、この軸のビーム品質を低下させ、さらにフィードバックビームのビーム品質を減少させ、それにより、出力についてもビーム品質が減少することになるからである。周波数フィルタリングは、フーリエレンズの回折平面内で、空間フィルタリングとして実行される。したがって、レーザシステムは、回折平面102に対応するフーリエレンズ104を含んでいる。ハイコヒーレンス軸(FA)方向の放出ビームの一部を選択する空間フィルタ105は、回折平面102内に配置される。
【０２５８】
マルチモードダイオードのハイコヒーレンス軸内には、通常、1つのモードのみが存在している。したがって、この方向には、モード選択フィルタは必要ではない。しかしながら、フィルタ105によるFA方向のビームのフィルタリングは、光学要素などに起因する、回折、収差などによる雑音を除去するので、ビーム品質を向上させる。
【０２５９】
上記のレーザシステムの個々の要素は、上にさらに詳細に説明されている。
【０２６０】
上記の実施例は、本発明を限定するより、むしろ例示するものであり、当業者ならば、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、上述の実施例の特徴を結合した実施例を含む、代替的実施例を設計可能であることは、留意されるべきである。
【０２６１】
さらに、本発明に従うレーザシステムは、グラフィック産業、テレコミュニケーション、医療産業、材料科学などを含む、多くの分野で使用可能である。
【０２６２】
若干のアプリケーションでは、本レーザシステムは、他の光学技術と結合されてもよい。例えば、グラフィック産業では、ハイパワーを有するUVレーザは、長く必要と感じられてきた。したがって、本発明に従うレーザシステムを、例えば、780〜940ｎｍの領域のダイオードや、周波数逓倍装置と結合させることにより、1本以上のUVレーザビームが実現可能となる。例えば、本発明に従うレーザシステムからの780ｎｍレーザビームの周波数が倍にされると、390nmのビームが得られる。
【０２６３】
特に周波数逓倍増については、改良されたコヒーレンス、および低Ｍ２を有する出力ビームを提供するが本発明の利点であり、それにより、例えば、LBO、KTPなどの水晶内での第二高調波発生(SHG)により、周波数逓倍の高効率が提供される。こうした周波数逓倍は、当技術では既知である。ロバートダブリューボイド（Robert W. Boyd）著「非線形光学装置(Nonlinear Optics)」アカデミックプレス(Academic Press)（1991）参照。数十パーセントの効率が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２６４】
【図１ａ】本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図である。
【図１ｂ】本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図である。
【図２】本発明の実施例に従うレーザシステムに用いる、レーザダイオードの概要斜視図である。
【図３ａ】本発明の実施例に従うレーザシステムに用いる、レーザダイオードの遠方場の、遅軸および速軸に沿うスキャンを示す図である。
【図３ｂ】本発明の実施例に従うレーザシステムに用いる、レーザダイオードの遠方場の、遅軸および速軸に沿うスキャンを示す図である。
【図３ｃ】本発明の実施例に従うレーザシステムに用いる、レーザダイオードの遠方場の、遅軸および速軸に沿うスキャンを示す図である。
【図４ａ】フーリエレンズを含む光学的構成例の概略図である。
【図４ｂ】フーリエレンズを含む光学的構成例の概略図である。
【図４ｃ】フーリエレンズを含む光学的構成例の概略図である。
【図４ｄ】フーリエレンズを含む光学的構成例の概略図である。
【図４ｅ】フーリエレンズを含む光学的構成例の概略図である。
【図５ａ】フーリエレンズを含まないレーザシステム例の概略図である。
【図５ｂ】フーリエレンズを含まないレーザシステム例の概略図である。
【図５ｃ】フーリエレンズを含まないレーザシステム例の概略図である。
【図６ａ】本発明の実施例に従う、空間モードを選択する空間フィルタの概略図である。
【図６ｂ】本発明の実施例に従う、空間モードを選択する空間フィルタの概略図である。
【図６ｃ】本発明の実施例に従う、空間モードを選択する空間フィルタの概略図である。
【図７】本発明の実施例に従うレーザシステム内の、増幅媒体における、ダイナミックグレーティングの生成を示す図である。
【図８】レーザダイオードの算出された遠方場干渉パターンである。
【図９】本発明の実施例に対応する、クローズドループコントロールシステムのブロック図ある。
【図１０ａ】本発明の実施例で使用される反射部材例の概略図である。
【図１０ｂ】本発明の実施例で使用される反射部材例の概略図である。
【図１０ｃ】本発明の実施例で使用される反射部材例の概略図である。
【図１０ｄ】本発明の実施例で使用される反射部材例の概略図である。
【図１１】本発明の実施例に従う、4本の出力ビームを発生させるレーザシステムの概略図である。
【図１２ａ】本発明の実施例に従う、統合フィードバックシステムを伴ったレーザダイオードの概略図である。
【図１２ｂ】本発明の実施例に従う、統合フィードバックシステムを伴ったレーザダイオードの概略図である。
【図１３ａ】本発明の他の実施例に従う、統合フィードバックシステムを伴ったレーザダイオードの概略図である。
【図１３ｂ】本発明の他の実施例に従う、統合フィードバックシステムを伴ったレーザダイオードの概略図である。
【図１４】本発明の実施例に従う、シングルエミッタダイオードのスタックを含む、レーザシステムの概略斜視図である。
【図１５】本発明の実施例に従う、シングルエミッタダイオードのバーを含む、レーザシステムの概略図である。
【図１６】本発明の実施例に従うレーザシステムの、アライン方法のフロー図である。
【図１７】本発明の実施例に従うアラインの間の、レーザシステムの構成の概略図である。
【図１８】本発明の実施例に従うレーザシステムのアライン中に取得される遠方場プロフィールを示す図である。
【図１９】本発明の実施例に従うレーザシステムの遠方場プロフィールの例を示す図である。
【図２０】偏光カップリング前の変調を含む、本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図である。
【図２１】偏光カップリング後の変調を含む、本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図である。
【図２２】ビームの焦点合わせと共同する変調を含む、本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図である。
【図２３ａ】内部ドラム画像設定器内の、本発明の実施例に従うレーザシステムの使用を示す図である。
【図２３ｂ】内部ドラム画像設定器内の、本発明の実施例に従うレーザシステムの使用を示す図である。
【図２４】本発明の実施例に従うレーザシステムを含む、内部ドラム画像設定器の概略図である。
【図２５】本発明の他の実施例に従うレーザシステムを含む、内部ドラム画像設定器の概略図である。
【図２６ａ】本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図である。
【図２６ｂ】本発明の実施例に従うレーザシステムの概略図である。
【図１ａ】
2005522039.tif 000005
【図１ｂ】
2005522039.tif 000006
【図２】
2005522039.tif 000007
【図３ａ】
2005522039.tif 000008
【図３ｂ】
2005522039.tif 000009
【図３ｃ】
2005522039.tif 000010
【図４ａ】
2005522039.tif 000011
【図４ｂ】
2005522039.tif 000012
【図４ｃ】
2005522039.tif 000013
【図４ｄ】
2005522039.tif 000014
【図４ｅ】
2005522039.tif 000015
【図５ａ】
2005522039.tif 000016
【図５ｂ】
2005522039.tif 000017
【図５ｃ】
2005522039.tif 000018
【図６ａ】
2005522039.tif 000019
【図６ｂ】
2005522039.tif 000020
【図６ｃ】
2005522039.tif 000021
【図７】
2005522039.tif 000022
【図８】
2005522039.tif 000023
【図９】
2005522039.tif 000024
【図１０ａ】
2005522039.tif 000025
【図１０ｂ】
2005522039.tif 000026
【図１０ｃ】
2005522039.tif 000027
【図１０ｄ】
2005522039.tif 000028
【図１１】
2005522039.tif 000029
【図１２ａ】
2005522039.tif 000030
【図１２ｂ】
2005522039.tif 000031
【図１３ａ】
2005522039.tif 000032
【図１３ｂ】
2005522039.tif 000033
【図１４】
2005522039.tif 000034
【図１５】
2005522039.tif 000035
【図１６】
2005522039.tif 000036
【図１７】
2005522039.tif 000037
【図１８】
2005522039.tif 000038
【図１９】
2005522039.tif 000039
【図２０】
2005522039.tif 000040
【図２１】
2005522039.tif 000041
【図２２】
2005522039.tif 000042
【図２３ａ】
2005522039.tif 000043
【図２３ｂ】
2005522039.tif 000044
【図２４】
2005522039.tif 000045
【図２５】
2005522039.tif 000046
【図２６ａ】
2005522039.tif 000047
【図２６ｂ】
2005522039.tif 000048
【国際調査報告】
2005522039.tif 000049
2005522039.tif 000050
2005522039.tif 000051