(57)【要約】  本発明のシステム及び方法は、複数のダイオードバーアセンブリからの放射ビームを合成することで、個々のアセンブリにおける熱分配の必要に対応しつつ、合成された出力ビームの出力濃度を高める。本発明は、照射光を出射平面で合成することで、光度ＩM≒Ｍ×Ｉstack及び輝度ＢM≒Ｍ×Ｂstack（ただし、ＩstackとＢstackとはそれぞれ一つのスタックアレイにおける照射光の出射平面における光度及び輝度を示し、ＩMとＢMとはそれぞれＭ層のスタックアレイにおける照射光の合成出射平面における光度及び輝度を示す）を有する、面積Ａgの一つの合成ビームを形成することを可能とする。このように、本発明は、高光度、高輝度の光エネルギーを必要とする用途において有用である。
2007507748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁エネルギー波を合成するシステムであって、
第１の端に入射面と、第２の端に出射面とを備える第１の透過板と、
第１の端に入射面と、第２の端に出射面とを備える第２の透過板と、
を有し、
該第１の透過板と該第２の透過板の少なくとも一方が、前記入射面に入射する放射波を前記出射面へ反射するための反射不連続部をさらに有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、さらに、
第１の複数の波エミッタの第１のバーと、
第２の複数の波エミッタの第２のバーと、
を有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１のバー及び前記第２のバーは、ダイオードバーを含む電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４】
請求項２に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の透過板の前記入射面は、前記第１のバーとほぼ平行であり、前記第１の複数の波エミッタによって放射される複数の第１の波が、前記入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で該入射面に入射し、
前記第２の透過板の前記入射面は、前記第２のバーとほぼ平行であり、前記第２の複数の波エミッタによって放射される複数の第２の波が前記入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で該入射面に入射する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項５】
請求項４に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、さらに、
複数の前記第１のバーと、
複数の前記第２のバーと、
前記複数の第１のバーに対応する複数の前記第１の透過板と、
前記複数の第２のバーに対応する複数の前記第２の透過板と、
を有し、
前記複数の第１及び第２の透過板は、交互に配置され、前記対応する複数の第１及び第２のバーに対して、前記第１の複数の波エミッタ及び前記第２の複数の波エミッタの放射波が前記第１及び第２の透過板の前記出射面を含む出射領域において交互となる位置に設けられる電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項６】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記透過板は、前記第１の透過板の前記出射面と、前記第２の透過板の前記出射面とが、同一平面上で互いに隣接するよう配置される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記透過板は、前記第１の透過板の前記出射面及び前記第２の透過板の前記出射面における出射波が、該出射面に対してほぼ垂直となる伝播方向で出射するよう配置される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項８】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記反射不連続部は、前記透過板の斜め端面を含む電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項９】
請求項８に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記斜め端面は、反射コーティングが施される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１及び第２の透過板に入射する前記波は、前記入射面及び前記出射面との間で全反射する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１及び第２の透過板は互いに接着される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、さらに、
前記第１及び第２の透過板の間にシムを有し、前記第１及び第２の透過板は該シムに接着される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１３】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１及び第２の透過板の両方が、前記反射不連続部を有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記複数の第１の透過板の前記入射面は、第１の入射平面に沿って位置し、
前記複数の第２の透過板の前記入射面は、第２の入射平面に沿って位置し、
前記複数の第１及び第２の透過板の出射面は、共通の出射平面に沿って位置する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面とは、同一平面上にある電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１６】
請求項１４に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面とは、平行に配置され互いに間隙を介する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１７】
請求項１４に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面とは、互いに角度を有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１８】
請求項１４に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面との少なくとも１つが、前記出射平面に対して角度を有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記角度は、９０度である電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２０】
請求項１４に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面との少なくとも１つが、前記出射平面に対して平行である電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２１】
請求項１４に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記複数の第１及び第２の透過板の少なくとも一方の前記入射面が、共通の入射基板に接着される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２２】
請求項１４に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１及び第２の透過板の前記出射面は、共通の出射基板に接着される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２３】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１及び第２の透過板の少なくとも一方の前記入射面は、入射電磁エネルギーを前記透過板内で集光させる一体型レンズ構成を備える電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２４】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の板における前記入射面と前記出射面との間の伝播長さは、前記第２の板における伝播長さとは異なる電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２５】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記電磁エネルギー波は、レーザビームを含む電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２６】
請求項１に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
複数の前記第１の透過板と、
複数の前記第２の透過板と、
を有し、
前記複数の第１及び第２の透過板は、交互に配置される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２７】
電磁エネルギー波を合成するシステムであって、
第１の複数の波エミッタの複数の第１のバーと、
第２の複数の波エミッタの複数の第２のバーと、
前記複数の第１のバーに対応する複数の第１の板と、
前記複数の第２のバーに対応する複数の第２の板と、
を有し、
前記複数の第１の板と前記複数の第２の板との少なくとも一方が、前記対応する複数の第１及び第２のバーの前記波エミッタの放射波を出射領域へ反射するための反射不連続部を有し、
前記第１及び第２の板は交互に配置され、前記対応する複数の第１及び第２のバーに対して、該第１及び第２のバーの前記第１の複数の波エミッタ及び前記第２の複数の波エミッタの放射波が、前記出射領域において交互となるような位置に設けられる電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記複数の第１の板の各々は、第１の端に入射面と、第２の端に出射面とを備える第１の透過板であり、該第１の透過板の前記入射面は、前記第１のバーとほぼ平行であり、各第１のバーの前記第１の複数の波エミッタによって放射される複数の第１の波が、前記入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で該入射面に入射し、
前記複数の第２の板の各々は、第１の端に入射面と、第２の端に出射面とを備える第２の透過板であり、該第２の透過板の前記入射面は、前記第２のバーとほぼ平行であり、各第２のバーの前記第２の複数の波エミッタによって放射される複数の第２の波が、前記入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で該入射面に入射し、
前記反射不連続部は、前記各々の透過板の前記入射面に入射する放射光を、前記出射面へ反射する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項２９】
請求項２８に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記透過板は、前記第１の透過板の前記出射面と、前記第２の透過板の前記出射面とが、同一平面上で互いに隣接するよう配置される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記透過板は、前記第１の透過板の前記出射面及び前記第２の透過板の前記出射面における出射波が、該出射面に対してほぼ垂直となる伝播方向で出射するよう配置される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３１】
請求項２８に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１及び第２の透過板のそれぞれに入射する前記波は、前記入射面及び前記出射面との間で全反射する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３２】
請求項２７に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記出射領域の断面積は、前記複数の第１のバーに対応する第１の入射領域の面積と、前記複数の第２のバーに対応する第２の入射領域の面積との和よりも小さい電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３３】
請求項３２に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記出射領域の断面積は、前記第１及び第２の入射領域の面積と略等しいかより大きい電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３４】
請求項２７に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記反射不連続部は、前記板の斜め端面を含む電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３５】
請求項３４に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記斜め端面は、反射コーティングが施される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３６】
請求項３５に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記反射コーティングは、前記板内への内部方向の反射性を有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３７】
請求項３５に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記反射コーティングは、外部方向の反射性を有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３８】
請求項３７に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記複数の第１の板の各々は、レンズまたは屈折率分布型を含む電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項３９】
請求項２７に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記複数の第１及び第２の板は、互いに接着される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４０】
請求項２７に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムはおいて、さらに、
前記第１及び第２の板の間にシムを有し、該第１及び第２の板は該シムに接着される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４１】
請求項２７に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１及び第２の複数の板の両方が、前記反射不連続部を有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４２】
請求項２７に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の複数のバーは、第１の入射平面に沿って位置し、
前記第２の複数のバーは、第２の入射平面に沿って位置し、
前記出射領域の断面は、出射平面に沿って位置する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４３】
請求項４２に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面とは、同一平面上にある電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４４】
請求項４２に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面とは、平行に配置され互いに間隙を介する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４５】
請求項４２に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面とは、互いに角度を有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４６】
請求項４２に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面との少なくとも１つが、前記出射平面に対して角度を有する電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４７】
請求項４６に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記角度は、９０度である電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４８】
請求項４２に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面との少なくとも１つが、前記出射平面に対して平行である電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項４９】
請求項４２に記載の電磁エネルギー波を合成するシステムにおいて、
前記第１及び第２の板の前記出射面は、共通の基板に接着される電磁エネルギー波を合成するシステム。
【請求項５０】
電磁エネルギー波を合成する方法であって、
第１の複数の波エミッタの複数の第１のバーにおいて複数の第１の波を放射し、
第２の複数の波エミッタの複数の第２のバーにおいて複数の第２の波を放射し、
前記複数の第１のバーに対応する複数の第１の板と、前記複数の第２のバーに対応する複数の第２の板とを用いて、前記放射された複数の第１の波と第２の波とを出射領域に伝送し、
前記複数の第１の波及び第２の波の少なくとも一方を、反射不連続部において反射し、
前記放射された第１及び第２の波を、前記出射領域において合成出射波として出射する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項５１】
請求項５０に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１及び第２の板は交互に配置され、前記対応する複数の第１及び第２のバーに対して、該第１及び第２のバーの前記第１の複数の波エミッタ及び前記第２の複数の波エミッタの放射波が前記出射領域において交互となるような位置に設けられる電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項５２】
請求項５０に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１及び第２の板は、それぞれ第１及び第２の透過板であり、
各第１のバーの前記第１の複数の波エミッタによって放射される複数の第１の波が、前記第１の透過板の入射面に、該入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で入射し、
各第２のバーの前記第２の複数の波エミッタによって放射される複数の第２の波が、前記第２の透過板の入射面に、該入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で入射し、
前記反射不連続部は、前記各々の透過板の前記入射面に入射する放射光を前記出射面へ反射する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項５３】
請求項５２に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記透過板は、前記第１の透過板の前記出射面と、前記第２の透過板の前記出射面とが、同一平面上で互いに隣接するよう配置される電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項５４】
請求項５３記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記透過板は、前記第１の透過板の前記出射面及び前記第２の透過板の前記出射面における出射波が、該出射面に対してほぼ垂直となる伝播方向で出射するよう配置される電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項５５】
請求項５２に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１及び第２の透過板のそれぞれに入射する前記波は、前記入射面及び前記出射面との間で全反射する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項５６】
請求項５０に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記出射領域における前記出射波の断面積は、前記複数の第１のバーに対応する第１の入射領域の面積と、前記複数の第２のバーに対応する第２の入射領域の面積との和よりも小さい電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項５７】
請求項５６に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記出射領域の前記断面積は、前記第１及び第２の入射領域と略等しいかより大きい電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項５８】
請求項５０に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記反射不連続部は、前記板の斜め端面を含む電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項５９】
請求項５７に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記斜め端面は、反射コーティングが施される電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６０】
請求項５９に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記反射コーティングは、前記板内への内部方向の反射性を有する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６１】
請求項５９に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記反射コーティングは、外部方向の反射性を有する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６２】
請求項５０に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１及び第２の複数の板の両方が、前記反射不連続部を有する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６３】
請求項５０に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１の複数のバーは第１の入射平面に沿って位置し、
前記第２の複数のバーは第２の入射平面に沿って位置し、
前記出射領域の断面は、出射平面に沿って位置する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６４】
請求項６３に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面とは、同一平面上にある電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６５】
請求項６３に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面とは、平行に配置され互いに間隙を介する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６６】
請求項６３に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面とは、互いに角度を有する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６７】
請求項６３に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面との少なくとも１つが、前記出射平面に対して角度を有する電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６８】
請求項６７に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記角度は、９０度である電磁エネルギー波を合成する方法。
【請求項６９】
請求項６３に記載の電磁エネルギー波を合成する方法において、
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面との少なくとも１つが、前記出射平面に対して平行である電磁エネルギー波を合成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交互配置された光学板を用いたビーム合成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオードレーザアセンブリは、様々な用途に用いられている。このようなアセンブリは、互いに隣接して構成された複数のダイオードアレイ「バー」を有する。これらのアセンブリは、一般に積層アレイと呼ばれる。図１は、このようなアセンブリの一例を示す斜視図である。アセンブリ２０において、複数のダイオードバー２２は互いに隣接している。各バーの間には、支持手段及び熱除去手段としての構造体２３が設けられている。各ダイオードバー２２における各ダイオードエミッタ２４は公称出力を放射する。アセンブリにおける各ダイオードエミッタ２４及び各ダイオードバー２２は、トータルで、高い入力励起エネルギーを必要とする大規模レーザの励起等、特定の用途に有用な大きな総出力を放射するよう機能する。
【０００３】
図２は、一般的なダイオードバー装置を示す斜視図である。この例において、ダイオードバー２２は１０個のダイオードエミッタ２４を有する。各ダイオードバー２２の幅は例えば１５０ミクロンであるが、例えばわずか幅１ミクロン、長さ１００ミクロンの各エミッタ２４の発光面から、出力ビーム２６を発する。個々のダイオードエミッタ２４が発するビーム２６は、一の方向又は軸に沿って比較的広い角度で発散し、それと直交する方向又は軸に沿って比較的狭い角度で発散する（それぞれ「速軸」「遅軸」と呼ばれることが多い）。このように発散角が大きく異なるのは、端面発光レーザダイオードの出力の特徴である。例えば、図２のX軸に沿った第１の垂直方向においては、出力ビームの発散角θ1は１０度であり、図２のＹ軸に沿った第２の垂直方向においては、出力ビームの発散角θ2は３０度である。シリンドリカルレンズは、一般的に、ダイオードバーが発する多数のビームを平行光とし、Ｙ軸方向の発散を調整するために用いられる。両軸を平行とするために、エミッタ列の上部に小型レンズアレイを設けることもある。従来の構成においては、このようなレーザは、例えば、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓに形成されて９４０ｎｍの波長を放射するか、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｌＡｓに形成されて８０８ｎｍの波長を放射する。
【０００４】
Ｐ1は各エミッタ２４の出力、Ωはビーム発散立体角、Ａeはエミッタ面積であるとき、ビーム２６がバー２２から出力される際の各発光ビームの輝度Ｂ（Ｗａｔｔｓ／ｃｍ2／ｓｔｅｒ）は、Ｐ1／（Ａe×Ω）で表される。この例においては、Ω≒θ1×θ2×（π／１８０）2 、またＡe≒１×１００ミクロンである（ここで、"≒"は「略等しい」の意を示す記号である）。エミッタがバー２２に組み込まれ、バーがアセンブリ２０において積層されると、有効輝度はＮ×Ｐ1／（Ａstack×Ω）（Ｎはバー上のエミッタ総数とアレイ上のバー総数との積、Ａstackは積層されたアレイの面積）となる。スタック（積層体）の面積は、バーの長さと、バー間の距離と、スタック上のバーの数との積である。バー間の距離は、バーの幅と、支持及び冷却のために必要な構造体の幅との和であって、一般的におよそ２ｍｍ〜３ｍｍ程度である。スタックからの放射の立体角Ωは、個々のエミッタの放射立体角にほぼ等しい。対応する平均光度Ｉ（Ｗａｔｔｓ／ｃｍ2）は、Ｎ×Ｐ1／（Ａstack）である。
【０００５】
スタックの輝度は、バー上のエミッタ間に必要なスペースと、バー間のスペースとによって制限される。このスペースは、エミッタからの廃熱を除去する必要に応じて決まる。適切な熱分配と温度勾配制御がなされない場合、部品の耐用年数が短くなり、また発光ビームの波長が経時変化しやすくなってしまう。現在、連続発振ダイオードバーを用いたシステムにおいては、およそ２００Ｗ／ｃｍ2程度の出力密度が実現されている。現在のところ、出力密度はこの値が限界であり、これは熱分配の関係上、ダイオードバーは互いに３ｍｍ（６０Ｗダイオードアレイの場合）以内で近接するような位置に設けることはできないためである。
【０００６】
出射面においてより高い出力密度を実現するために、シリコンモノリシックマイクロチャネルレーザ(ＳＩＭＭ)を用いたレーザアレイを採用する方法もある。ＳＩＭＭを用いる手法は、アセンブリからの廃熱除去効果を高め、ダイオードエミッタの密度及び非発光面積に対する発光面積の割合を増加することができる。このような装置においては、およそ６００Ｗ／ｃｍ2、すなわち現行のダイオードバーアセンブリの約３倍の出力密度を実現することができ、Ｘ軸に沿って０．６度、Ｙ軸に沿って６度という極めて低い発散度を有するレンズアレイ構成を利用できる。しかしながら、ＳＩＭＭを用いる手法は非常に高価であり、実用的でない。
【０００７】
また、光学板が交互に積層されたスタックを用いることで、二つのレーザアセンブリの出力を合成する方法もある。この方法の一例が、非特許文献１に記載されている。この例では、左右のレーザダイオードバー、すなわち「 スタック」 の出力ビームを、各スタックのピッチの半分の高さを有する平行板にそれぞれ取り入れる。平行板はそれらのビームを交互に配置して輝度を増加させ、その結果交互に配置された出力ビームの出力密度が増加する。しかしながら、この方法は、コリメータ・レンズを使用してレーザスタックの出力ビームをそれぞれ対応する板に入力する必要がある。コリメータ・レンズが必要であるのは、バーの出力は角度を持って板に入射しなければならず、このためバーとバーの一端に設けられた板との間の距離が長くなるためである。コリメータ・レンズがない場合、ビームの発散角度が大きくなり、板から最も遠い側からの光の大部分が入射面に入射できなくなる。角度を持って板へ入射することが必要なのは、この方法は板を通してビームを屈折させることで、出力ビームを一つにまとめているからである。多くの用途において、コリメータ・レンズの追加は、複雑さとコストの増加につながる。さらに、広い発散角を要する場合は、板の出力側に別途レンズを設ける必要がある。
【０００８】
【非特許文献１】レイブリーチ他（Leibriech et al.）著、「パワーリング  ブライトネス （Powering Brightness）」、エスピーアイエー  オーエー  マガジン（SPIE OE Magazine）、２００１年９月 、ｐ．１８−１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来の手段における制限事項を解決するためのシステム及び方法を提供することである。特に、本発明は、複数のダイオードバーアセンブリからのビームを合成することで、各アセンブリにおける熱分配の必要に対応しつつ、合成された出力ビームの出力濃度を高めるシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、光を出射平面で合成することができるため、光度ＩM≒Ｍ×Ｉstack、輝度ＢM≒M×Ｂstack（ただし、Ｉstack及びＢstackはそれぞれ一つのスタックアレイにおける照射光の出射平面における光度及び輝度を示し、ＩM及びＢMはそれぞれＭ層のスタックアレイにおける照射光の合成出射平面における光度及び輝度を示す）を有し、面積がＡgである、一つに同化したビームを形成できる。
【００１１】
このように、本発明は、高光度、高輝度の光を必要とする用途において有用である。例えば、照明、観察、写真加工、光化学反応、光硬化、光エージング、光露光、蛍光源として放射を行うための気体・液体・固体媒体の光励起、レーザ作用、ラマン散乱、その他様々な発光や輝度を必要とする工程などがある。特に、本発明のシステム及び方法は、成長結晶で製造できるレーザゲイン媒体の励起、もしくはＮｄ−ＹＡＧまたはＹｂ−ＹＡＧ結晶やセラミックスなどの圧縮焼結セラミックスレーザゲイン媒体材料の励起のための、複数のダイオード積層アレイの出力ビームの合成において適用できる。励起レーザは、連続出力、単一パルス、繰り返しパルスのいずれでもよく、高出力でも低出力でも良い。本発明は、高平均出力である場合に特別の効果を奏し、穿孔・切削・表面加工・診断・伝送・送電・防衛システム・医療等を含む研究、金属成形、材料成形等で用いられる高出力レーザにおける使用に適している。
【００１２】
本発明の一つの態様は、電磁エネルギー波を合成するシステムである。第１の透過板は第１の端に入射面、第２の端に出射面を備え、第２の透過板は第１の端に入射面、第２の端に出射面を備える。第１の透過板と第２の透過板の少なくとも一方は、入射面に入射する放射波を出射面へ反射するための反射不連続部をさらに有する。
【００１３】
本発明の他の態様は、電磁エネルギー波を伝送するシステムである。このシステムは、第１の端に入射面、第２の端に出射面を備える第１の透過板と、第１の端に入射面、第２の端に出射面を備える第２の透過板とを有する。第１の透過板と第２の透過板の少なくとも一方は、入射面に入射する電磁エネルギーを出射面へ反射するための反射不連続部をさらに有し、透過板は、第１の透過板の出射面と、第２の透過板の出射面とが、同一平面上で互いに隣接するよう配置される。
【００１４】
一例として、電磁エネルギー波は、光学波長等のレーザビームを含む。例えば、反射不連続部は透過板の斜め端面を含み、斜め端面には反射コーティングが施される。第１及び第２の透過板に入射する電磁エネルギー波は、入射面及び出射面との間で全反射しても良い。
【００１５】
第１及び第２の透過板は互いに接着されても良い。さらに、第１及び第２の透過板の間にシムを設けても良く、その場合は、第１及び第２の透過板はシムに接着される。
【００１６】
また、第１及び第２の透過板の両方が反射不連続部を有する形態としても良い。
【００１７】
第１と第２の透過板の入射面は平行であっても良く、同一方向または反対方向に電磁エネルギーが入射する。もしくは、第１と第２の透過板の入射面は、例えば９０度等、互いに角度を有することもできる。
【００１８】
一例として、システムは、複数の第１の透過板と複数の第２の透過板を有し、複数の第１と第２の透過板は交互に配置される。複数の第１の透過板の入射面は第１の入射平面に沿って位置し、複数の第２の透過板の入射面は第２の入射平面に沿って位置し、複数の第１及び第２の透過板の出射面は共通の出射平面に沿って位置しても良い。第１の入射平面と第２の入射平面とは、同一平面上で互いに間隙を介するか、もしくは互いに角度を有しても良い。第１の入射平面と第２の入射平面との少なくとも１つが、出射平面に対して角度を有しても良く、もしくは出射平面に対して平行であっても良い。
【００１９】
複数の第１及び第２の透過板の少なくとも一方の入射面が共通の入射基板に接着され、第１及び第２の透過板の出射面が共通の出射基板に接着されても良い。
【００２０】
第１及び第２の透過板の少なくとも一方の入射面は、入射電磁エネルギーを透過板内で集光させる一体型レンズ構成を備えていても良い。
【００２１】
本発明の他の態様は、電磁エネルギー波を合成するシステムである。このシステムは、第１の複数の波エミッタの第１のバー（例えば、ダイオードバー）と、第２の複数の波エミッタの第２のバーとを有する。第１の透過板は第１の端に入射面と、第２の端に出射面とを備え、第１の透過板の入射面は第１のバーとほぼ平行であり、第１の複数の波エミッタによって放射される複数の第１の波が、入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で入射面に入射する。第２の透過板は第１の端に入射面と、第２の端に出射面とを備え、第２の透過板の入射面は第２のバーとほぼ平行であり、第２の複数の波エミッタによって放射される複数の第２の波が入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で入射面に入射する。第１の透過板と第２の透過板との少なくとも一方は、入射面に入射する放射波を出射面へ反射するための反射不連続部をさらに有する。
【００２２】
透過板は、第１の透過板の出射面と第２の透過板の出射面とが、同一平面上で互いに隣接するよう配置されていても良い。さらに、透過板は、第１の透過板の出射面及び第２の透過板の出射面における出射波が、出射面に対してほぼ垂直となる伝播方向で出射するよう配置されていても良い。
【００２３】
システムは、さらに、複数の第１のバーと、複数の第２のバーと、複数の第１のバーに対応する複数の第１の透過板と、複数の第２のバーに対応する複数の第２の透過板とを有し、複数の第１及び第２の透過板は交互に配置され、対応する複数の第１及び第２のバーに対して、第１の複数の波エミッタ及び第２の複数の波エミッタの放射波が第１及び第２の透過板の出射面を含む出射領域において交互となるような位置に設けられても良い。
【００２４】
複数の第１の透過板の入射面は第１の入射平面に沿って位置し、複数の第２の透過板の入射面は第２の入射平面に沿って位置し、複数の第１及び第２の透過板の出射面は共通の出射平面に沿って位置することができる。また、第１の入射平面と第２の入射平面とは、同一平面上で平行に配置され、互いに間隙を介するか、もしくは互いに角度を有して構成しても良い。第１の入射平面と第２の入射平面との少なくとも一方が、出射平面に対して角度を有しても良く、もしくは出射平面と平行であっても良い。
【００２５】
第１の板における入射面と出射面との間の伝播長さは、第２の板における伝播長さとは異なっていても良い。
【００２６】
本発明の他の態様は、電磁エネルギー波を合成するシステムである。このシステムは、第１の複数の波エミッタの複数の第１のバーと、第２の複数の波エミッタの複数の第２のバーとを有する。複数の第１の板が複数の第１のバーに対応し、複数の第２の板が複数の第２のバーに対応する。複数の第１の板と複数の第２の板の少なくとも一方が、対応する複数の第１及び第２のバーの波エミッタの放射波を出射領域へ反射するための反射不連続部を有する。第１及び第２の板は交互に配置され、対応する複数の第１及び第２のバーに対して、第１及び第２のバーの第１の複数の波エミッタ及び第２の複数の波エミッタの放射波が出射領域において交互となるような位置に設けられる。
【００２７】
一実施の形態においては、複数の第１の板の各々は、第１の端に入射面と、第２の端に出射面とを備える第１の透過板であり、第１の透過板の入射面は第１のバーとほぼ平行であり、各第１のバーの第１の複数の波エミッタによって放射される複数の第１の波が入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で入射面に入射し、複数の第２の板の各々は、第１の端に入射面と、第２の端に出射面とを備える第２の透過板であり、第２の透過板の入射面は第２のバーとほぼ平行であり、各第２のバーの第２の複数の波エミッタによって放射される複数の第２の波が入射面に対しほぼ垂直となる伝播方向で入射面に入射する。この場合、反射不連続部は、各々の透過板の入射面に入射する放射光を、出射面へ反射する
【００２８】
透過板は、第１の透過板の出射面と、第２の透過板の出射面とが、同一平面上で交互に位置するよう配置されても良い。また、透過板は、第１の透過板の出射面及び第２の透過板の出射面における出射波が、出射面に対してほぼ垂直となる伝播方向で出射するよう配置されても良い。この場合、第１及び第２の透過板のそれぞれに入射する波は、入射面及び出射面との間で全反射することが望ましい。
【００２９】
出射領域の断面積は、複数の第１のバーに対応する第１の入射領域の面積と、複数の第２のバーに対応する第２の入射領域の面積との和よりも小さい。一例として、出射領域の断面積は、第１及び第２の入射領域の面積と略等しいかより大きい。
【００３０】
反射不連続部は板の斜め端面を含み、この斜め端面には反射コーティングが施されても良い。一例として、板は透過板を含み、反射コーティングは板内への内部方向の反射性を有する。他の一例として、板は反射板を含み、反射コーティングは外部方向の反射性を有する。
【００３１】
本発明の他の態様は、電磁エネルギー波を合成する方法である。第１の複数の波エミッタの複数の第１のバーにおいて複数の第１の波を放射し、第２の複数の波エミッタの複数の第２のバーにおいて複数の第２の波を放射する。複数の第１のバーに対応する複数の第１の板と、複数の第２のバーに対応する複数の第２の板とを用いて、放射された複数の第１の波と第２の波とを出射領域に送る。複数の第１の波及び第２の波の少なくとも一方を、反射不連続部において反射する。放射された第１及び第２の波を、出射領域において合成出射波として出射する。
【００３２】
本発明の上記及び他の目的、特徴、効果については、以下、添付図面を参照して詳細に説明する本発明の好適な実施形態の中で明らかにする。図面において、同様の符号は異なる図面間における同一の要素を示す。図面は、本発明の原理を図示することに重点を置いたものであり、必ずしも一定の比例には拡大されていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図３は本発明の第一の実施の形態における斜視図であり、例えばダイオードバーアセンブリもしくはスタックのような、二つの波エミッタバーアセンブリからの出力ビームを合成するためのシステム及び方法を示す。図３に示すように、このシステムは第１及び第２のダイオードバーアセンブリ２０Ａ、２０Ｂを有している。上述のように、各ダイオードバーアセンブリは複数のダイオードバー２２Ａ、２２Ｂをそれぞれ有しており、各ダイオードバーは複数のダイオードエミッタを有している。ダイオードバー２２Ａ及び２２Ｂは、外方向に光を発する。この構成において、ダイオードアセンブリのダイオードバー２２Ａ、２２Ｂは互いに対向するような位置に設けられ、それぞれのダイオードエミッタは互いの方向へ向けて出力ビームを放射する。
【００３４】
第１組の透過板２８Ａは第１のダイオードバーアセンブリのダイオードバー２２Ａによって放射されるビームの経路上に、第２組の透過板２８Ｂは第２のダイオードバーアセンブリのダイオードバー２２Ｂによって放射されるビームの経路上に、それぞれ設けられる。透過板２８Ａ及び２８Ｂの幅は十分に狭く、それぞれ離間しているため、アセンブリに取り付けると図示のように交互に配置することができる。各透過板、例えば板２８Ａは、入射面３２Ａと、反射面３０Ａと、出射面３４Ａとを有している。板の入射面３２Ａには、光反射防止コーティングを施して、ダイオードの放射光を最大限に板に入射させるようにしてもよい。さらに、出射面３４Ａ及び３４Ｂにも反射防止コーティングを施して、板からビームが最大限に出射するようにしてもよい。
【００３５】
図４Ａ及び図４Ｂの分解図と組立側面図とに示すように、第１のアセンブリ２０Ａのダイオードバー２２Ａから放射された放射光ビーム３６Ａは、第１の透過板２８Ａの入射面３２Ａに入射し、反射面３０Ａへ進む。反射面３０Ａにおいて、ビーム３６Ａは出射面３４Ａの方へ向きを変える。これにより、ビーム３６Ａは、第１の透過板２８Ａの出射面３４Ａから出射する。同時に、第２のアセンブリ２０Ｂのダイオードバー２２Ｂから放射された放射光ビーム３６Ｂは、第２の透過板２８Ｂの入射面３２Ｂに入射し、反射面３０Ｂへ進む。反射面３０Ｂにおいて、ビーム３６Ｂは出射面３４Ｂの方へ向きを変える。これにより、ビーム３６Ｂは、第２の透過板２８Ｂの出射面３４Ｂから出射する。
【００３６】
このように、本発明は、第１の透過板２８Ａの出射面において第１のダイオードアセンブリ２０Ａのダイオードバー２２Ａによって放射される光エネルギーを供給し、隣接して交互に配置される第２の透過板２８Ｂの出射面において第２のダイオードアセンブリ２０Ｂのダイオードバー２２Ｂによって放射される光エネルギーを供給する。これらの板は交互に隣接して配置されるため、二つのアセンブリの出射面３４における合成出力密度もしくは光度は、各アセンブリの個々の出力密度の約２倍となる。したがって、表面積は一つのダイオードバーアセンブリもしくはスタックの出射面とほぼ同一でありながら、出射面３４の実効もしくは見かけの輝度は各ダイオードバーアセンブリのおよそ２倍となる。
【００３７】
さらに、各透過板を一体化した透過板アセンブリ２８の出射面３４と、ダイオードバーアセンブリの各々の出射面とは、平行平面上に位置しない。この構成は、放射光の方向転換が必要な用途、またこのような方向転換が必要な実装条件を有する用途などにおいて効果を奏する。
【００３８】
さらに、この構成においては、第１及び第２のダイオードバースタックにおける第１及び第２のダイオードバーのダイオードエミッタは異なる出力を有し、異なる波長を放射することができる。また、スペースは透過板の入射面の位置に対応するとして、それぞれのダイオードスタックにおけるダイオードバーの間のスペースを必要に応じて異ならせることもできる。このように、本発明においては、異なる出射波及び異なる波長の組み合わせ、また様々なスペースを有するよう構成することが可能である。
【００３９】
本発明において、直線及び／又は平坦表面を用いた実施の形態は、エミッタ放射の角度分布が変化しないという特長を有する。板の表面が互いに直線的である場合、板内部において、それらの表面からのビームの反射は、角度の符号は変動するが、大きさ自体は変わらない。この分布がどの程度維持されるかは、板と出力ビームの中心軸との整合度、対向面どうしの平行度、入射及び出射面と側面との垂直度による。非レンズアレイの一般的な放射分布角度は、遅軸１０度、速軸３０度である。このような分布は、容易に維持できる。さらに、本発明は、一般的に遅軸０．５度、速軸４度の分布を有するレンズアレイとともに用いることができる。この場合、板の準備や位置合わせにさらなる慎重さが必要となるが、一般的な光学手法の範囲内に過ぎない。
【００４０】
透過板の特性を変化させることで、出射の角度分布を変更することができる。Ｙ軸において角度分布を減少させる方法として、透過板の厚みを漸減して、ダイオードバーに最も近い端において厚みが薄くなるようにすることが挙げられる。板２８の長さが長く、板２８の薄い面を形成する表面に対して多くの伝播波の戻りがある場合は、Ｙ軸角度分布は入射厚対出射厚の比率で減少する。
【００４１】
さらに、本発明の実施の形態は、ビームをダイオードバーアセンブリ２０Ａ及び２０Ｂから板アセンブリ２８の出射面３４へ運ぶ際に、光ビームの屈折に依存しないという特長を有する。したがって、反射面３０において波が全反射するように、透過板は適切な屈折率を有する材料で形成することが好ましい。適切な屈折率は例えば１．６であり、プラスチックやガラス等の材料が適している。また、面３０における反射を高めるため、透過板２８に適切な金属又は誘電性のコーティングを施しても良い。透過板の側壁における界面も、板の全反射特性に影響を及ぼしうる。界面としては空気が好適であるが、屈折率が板材料よりも十分に低い場合は、エポキシ樹脂や接着剤等の接合材も、透過板内において全反射を確保するための好適な界面となる。
【００４２】
一の媒体を通過した光が、屈折率の低い媒体で形成された境界にゼロではない入射角で入射したとき、スネルの法則に基づいて、屈折が起こらず、光は第１の媒体中に完全に 保持される「臨界角」が存在する。これを「全反射」という。 スネルの法則に従って、広い入射角の範囲で全反射が起こるようにするためには、板の外部の媒体の屈折率をできる限り低減し、二つの媒体の屈折率の差を大きくすることが望ましい。
【００４３】
図５Ａは、本発明の第２の実施の形態の側面図であり、３つのダイオードバーアセンブリからの出力ビームの合成を示している。本実施の形態においては、第１、第２、第３のダイオードバーアセンブリ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは互いに９０度の位置となるよう構成されている。板２８Ａは装置２０Ａが放射したビームを出射面３４へ送る。板２８Ｂは装置２０Ｂが放射したビームを出射面３４へ送る。板２８Ｃは装置２０Ｃが放射したビームを出射面３４へ送る。図３及び図４に示す実施の形態で説明したように、板２８Ａ及び、板２８Ｂを経由したビームは反射する。一方、起点となるアセンブリ２０Ｃは既に出射面の方向に向いているため、板２８Ｃを経由したビームは反射しない。上記に述べたように、第１、第２、第３のアセンブリからの各ビームは、出射面において交互に配置される。
【００４４】
図５Ｂは、本発明の第３の実施の形態の側面図であり、５つのダイオードバーアセンブリからの出力ビームの合成を示している。本実施の形態において、第１〜第３のダイオードアセンブリ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び対応する板２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃは、図５Ａと同様に構成されている。第４及び第５のレーザダイオードアセンブリ２０Ｄ及び２０Ｅは、第１、第２、第３のアセンブリ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに対して４５度の位置となるよう配置されている。したがって、第４及び第５のアセンブリ２０Ｄ、２０Ｅにそれぞれ対応する板２８Ｄ、２８Ｅは、入射面と出射面との間で放射ビームを４５度で反射するよう構成される。例えば、第１〜第５の透過板２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、２８Ｅは、図３を参照して説明したように交互に配置され、アセンブリのダイオードバーのピッチ毎に５つの交互に配置された板を配置できるように十分な薄さでなければならない。
【００４５】
図５Ｃは、本発明の第４の実施の形態の側面図であり、５つのダイオードバーアセンブリからの出力ビームの合成を示している。本実施の形態においては、ダイオードバーアセンブリ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅは図示のように積層されている。対応する透過板２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、２８Ｅは、図示のとおり長さが徐々に長くなるよう構成されており、それぞれの板の伝播長が異なり、また各々の入射面は、積層されたアセンブリ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅの対応する積層ダイオードバーとそれぞれ整合するような構成となっている。全透過板２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、２８Ｅは、入射面と出射面との間で放射ビームを９０度で反射する。第１〜第５の透過板２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、２８Ｅは、例えば図３を参照して説明したように交互に配置され、アセンブリのダイオードバーのピッチ毎に５つの板を交互に配置できるように十分な薄さでなければならない。この構成は、ダイオードバーアセンブリの数にかかわらず、２つであっても、また交互配置が可能で一つの出射面に光を集めるのに実用的な数である限りいくつであっても、同じように好適に適用できる。
【００４６】
図６Ａと図６Ｂは、本発明に係るダイオードバーセンブリと透過板アセンブリの入射面との界面を示す側面図である。基本的に全ての出力波が板２８に入力するよう、板２８の入射面３２Ａは、エミッタ２２の出力側と十分に近い位置に配置されなければならない。好適な実施の形態では、ダイオードの機能に影響を及ぼすことを避けるため、板２８はエミッタ２２の出射面には接触しない。全ての板２８は、好適な取付け構造によってダイオードアセンブリ２０に最も近い位置に設けられ、固定される。上述の構成と同様に、第２のアセンブリに取り付けられた第２の板は、それぞれ第１のアセンブリの板の間に差し込まれるような構成となる。
【００４７】
図６Ｂに示す実施の形態では、入射面３２Ａは、例えば屈折率整合接着剤のような接合材によって、入射基板４８と結合される。さらに、入射基板４８は、例えば板４８の隅部においてセメント４９によって、ダイオードバー２２の出射面に近い位置に取り付けられる。この実施の形態では、各透過板２８は、アセンブリ２０とは離れた位置で一列に並んで基板４８に接着され、一つの結合部においてアセンブリに取り付けられる。この構成においては、エミッタダイオード２２に対向する基板４８の表面のみに反射防止コーティングを施せば良く、各板２８の入射面３２を個別にコーティングする時間とコストを削減することができるという利点がある。
【００４８】
図７は、透過板２８Ａの入射面の側面図であり、入射光を透過板に取り入れるために、一体型シリンドリカルレンズを備えるように加工されている。このレンズ構造は、透過板材料で形成してもよいし、別に製造して、屈折率整合接着剤等の好適な材料を用いて接合してもよい。また、各エミッタの光を個別に平行光とするため、マイクロレンズアレイを取り付けても良い。これらのレンズ構成は、屈折レンズ又は回折レンズとすることができる。これらは、スタック構造に取り付けられたシリンドリカルコリメータレンズと同様の機能を有し、Ｙ軸に沿って角度分布を減少させる。透過板２８Ａの入射面がダイオードバーアセンブリ２０に直接接合されず、また角度分布の減少が望まれる用途において有用である。
【００４９】
板アセンブリ２８において、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、例えば板アセンブリをダイオードバーアセンブリの出射面に近接して取り付ける前に、透過板２８Ａと２８Ｂとを直接互いに接着してもよい。図８Ａにおいては、交互配置された板２８Ａ、２８Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ・・・の隣接する側壁どうしをセメント４０で固めることで、透過板を接着している。板における全反射のために、セメントは板材料よりも低い屈折率を有する。一方、図８Ｂにおいては、板間に適切な間隔を持たせるために、透過板はシム４２によって互いに離間されている。図８Ｂに示す実施の形態において、隣接する透過板２８Ａと２８Ｂとは、共通のシム４３の反対の面に、例えばセメントによってそれぞれ接着されている。もしくは、板間には接着剤をつけず、板群の外側から取付け構成によって板どうしを接合してもよい。
【００５０】
図８Ａ及び図８Ｂに示す実施の形態における透過板アセンブリ２８の出射面３４は、実質的に平面であり、平面ダイオードバーアセンブリ２０Ａ及び２０Ｂからの放射光を平面的に広げることができる。本実施形態において、基板４０は、例えば屈折率整合接着剤等によって透過板アセンブリ２８の出射面に接着され、アセンブリの出射面が平面になるようにする。図６Ｂに示す入射結合板４８と同様に、出射基板４１を設けることにより、出射面４３、すなわち板２８Ａ、２８Ｂとは反対側の面のみに反射防止コーティングを施せばよく、各板の出射面に個別に施す必要がない。さらに、本実施形態は、上記で説明したように図６Ｂに示す入射板４８を取り付けるなどの、板の位置を固定する他の方法と組み合わせて使用すると、入射板４８と出射基板４１とをそれぞれセメントで固めた後にシム４２を除去することで、シム４２によって形成される板２８間のスペースが明確になるという特長がある。これは、板がダイオードのビームを吸収した場合に、板２８間のスペースに空気又は水などの流動体を流すことで、板を冷却する手段を提供するという利点がある。
【００５１】
他の実施の形態として、透過翼板が純物質で形成されている場合、翼板が出射領域で融合して、それぞれの主体性を失い、一つの同化した翼板の断面となりうる。本実施の形態は、出射面を一体化させる上記とは別の方法を提供するものである。
【００５２】
図９は、本発明に係る透過板の斜視図である。透過板２８は、入射面３２、出射面３４、反射不連続部３０を有する。この例では、反射不連続部３０は、反射コーティング４６が施された斜め端面の形を有する。例えば、反射コーティング４６は、ダイオードの波長と４５度の公称入射角を考慮に入れて、金属コーティング又は誘電コーティングである。上述のように、さらに、透過板の主面に任意の被覆加工４４を施して、透過ビームを出射面３４から出射されるまで完全に閉じ込めるようにしてもよい。また、反射不連続部は他の形でもよく、例えば屈折率分布型（ＧＲＩＮ：Ｇｒａｄｅｄ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｉｎｄｅｘ）のものを用いても良い。
【００５３】
図１０は、図９に示す透過板２８の他の実施の形態の側面図である。本実施の形態においては、透過板２８の入射面３２は板２８の主部から延出しており、入射面３２と出射面３４の左端面３５とは同一平面上にない。本実施の形態は、図９に示す実施の形態のような台形の透過板２８よりも形が複雑で製造がより難しくなるが、ダイオードアセンブリの変形構成において用いられることがある。図３に示す実施の形態を参照して上記で説明したような透過型又は内部方向反射型の光学板、また図１１に示す実施の形態を参照して下記で説明するような外部方向反射型の光学板は、他の形や構成を有していてもよく、本発明の原理において等しく応用可能である。
【００５４】
図１１は、本発明の他の実施の形態の斜視図であり、２つのダイオードバーアセンブリすなわちスタックからの放射光を合成するシステム及び方法を示す。本実施の形態では、図３の実施の形態における内部方向への反射性を有する透過板２８の代わりに、外部方向への反射性を有する板を用いて、各ダイオードバースタックからの放射光の方向を変えたり、交互配置したりする。
【００５５】
図１１に示すシステムは、第１及び第２のダイオードバーアセンブリ２０Ａ、２０Ｂを有している。上述のように、各ダイオードバーアセンブリは、複数のダイオードバー２２Ａ、２２Ｂを有し、各ダイオードバーは複数のダイオードバーエミッタを有する。ダイオードバー２２Ａ、２２Ｂは、外側へ向けて光を放射する。図３に示す構成と同じく、この構成においても、各々のダイオードバーアセンブリのダイオードバー２２Ａ、２２Ｂは互いに対向するような位置に設けられており、各々のダイオードエミッタは互いの方向へビームを放射する。
【００５６】
第１組の透過板５６Ａは第１のダイオードアセンブリ２０Ａのダイオードバー２２Ａによって放射されるビームの経路上に、第２組の透過板５６Ｂは第２のダイオードアセンブリ２０Ｂのダイオードバー２２Ｂによって放射されるビームの経路上に、それぞれ設けられる。透過板５６Ａ及び５６Ｂの幅は十分に狭く、それぞれ離間しているため、システムに取り付けたときに、図示のとおり交互に配置されるようになっている。各反射板、例えば板５６Ａは、外部方向反射面５８Ａを有している。反射面においては、図９の内部方向反射板について上述したように、反射板５６の斜面に外部方向反射材で加工を施してもよい。
【００５７】
図１２Ａ及び１２Ｂの分解図と組立側面図とに示すように、第１のアセンブリ２０Ａのダイオードバー２２Ａから放射された放射光ビーム３６Ａは、第１の板５６Ａの反射面５８Ａに入射し、そこで方向を変えてシステムの出力ビーム６０Ａを形成する。同時に、第２のアセンブリ２０Ｂのダイオードバー２２Ｂから放射された放射光ビーム３６Ｂは、第２の板５６Ｂの反射面５８Ｂに入射し、そこで方向を変えてシステムの出力ビーム６０Ｂを形成する。
【００５８】
図１１及び１２に示す反射型の実施の形態は放射波３６Ａ、３６Ｂをダイオードバー２２Ａ、２２Ｂと反射面５８Ａ、５８Ｂとの間の導波路に閉じ込めないため、本実施の形態においては、放射光３６Ａ、３６Ｂのエネルギーを平行光とし、反射面５８Ａ，５８Ｂに集光させるレンズを採用することが好ましい。このようなコリメータレンズは、ダイオードバーアセンブリの技術において広く知られている。構成によっては、同様の放射レンズを用いて、システムの出力側で放射波６０を集光するようにしてもよい。
【００５９】
本発明の実施の形態においては、ダイオードバーアセンブリの配置や用途に応じて、図１１や図１２のように外部方向への反射性のみを有する板を交互配置して設けても良いし、外部方向への反射性（図１１参照）及び内部方向への反射性の両方を有する透過板（図３参照）を交互配置して設けても良い。
【００６０】
このように、本発明は、出力ビーム６０を構成するビーム放射光３６Ａと３６Ｂとが出力ビーム６０において隣り合う位置になるように、第１のダイオードアセンブリ２０Ａのダイオードバー２２Ａから放射される出力ビーム６０における光エネルギーと、第２のダイオードアセンブリ２０Ｂのダイオードバー２２Ｂから放射される出力ビーム６０における光エネルギーとを生成する。その結果、合成された出力ビームの出力密度や光度は、各ダイオードアセンブリの個々の出力密度のほぼ２倍となる。出射面３４の面積は１つのダイオードバー又はスタックとほぼ同一であるが、出射面３４における出射波の実効又は見掛けの輝度は、個々のダイオードバーアセンブリの約２倍となる。複数のダイオードバースタック又はアセンブリからの光エネルギーも同様に合成することが可能であり、各ダイオードアセンブリ又はアレイの面積に対して実効又は見掛けの輝度を同じだけ増加させることができる。
【００６１】
さらに、合成された出力ビーム６０の出射平面は、ダイオードバーアセンブリの各出射面の平面とは同一でない。このような構成は、上述の図３に示す透過（内部方向反射）型の実施の形態におけるような、放射光の方向転換が必要な用途、またこのような方向転換が必要な実装条件を有する用途などにおいて効果を奏する。
【００６２】
このように、本発明は、透過板アセンブリにおいて複数のダイオードバーアセンブリからのビームを合成することで、個々のアセンブリにおける熱分配の必要に対応しつつ、複合出力ビームの出力濃度を高めるシステム及び方法を提供する。また、外部方向反射面を有する反射板を交互に配置することで、ビームの合成を同様に実現することもできる。個々のアセンブリを合わせた出射面積を組み合わせてダイオードスタックの一つに相当する出力ビームの面積とすることで、アセンブリの出力ビームの輝度を効果的に増加することができる。さらに、ダイオードバーアセンブリの各々の出射面とは平行でない面を出力ビームが通過することで、ビームの屈折に拠らずに放射ビームの方向を変えることができる。
【００６３】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、クレームによって定義される本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは、当業者にとって自明である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来のダイオードレーザアセンブリすなわちスタックアレイの斜視図である。
【図２】図１に示す従来のダイオードレーザアセンブリのダイオードバーの斜視図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態における、二つのダイオードバーアセンブリからの出力ビームの合成を示す斜視図である。
【図４Ａ】本発明に係る、図３に示す第一の実施の形態における分解側面図である。
【図４Ｂ】本発明に係る、図３に示す第一の実施の形態における組立側面図である。
【図５Ａ】本発明の第二の実施の形態における、３つのダイオードバーアセンブリからの出力ビームの合成を示す側面図である。
【図５Ｂ】本発明の第三の実施の形態における、５つのダイオードバーアセンブリからの出力ビームの合成を示す側面図である。
【図５Ｃ】本発明の第四の実施の形態における、５つのダイオードバーアセンブリからの出力ビームの合成を示す組立及び分解側面図である。
【図６Ａ】本発明に係る、ダイオードバーアセンブリと透過板アセンブリの入射面との界面を示す側面図である。
【図６Ｂ】本発明に係る、ダイオードバーアセンブリと透過板アセンブリの入射面との界面を示す側面図である。
【図７】本発明に係る、一体型レンズ構成を備えるよう加工された透過板の入射面を示す側面図である。
【図８Ａ】本発明に係る透過板アセンブリの出射面の他の実施の形態を示す側面図である。
【図８Ｂ】本発明に係る透過板アセンブリの出射面の他の実施の形態を示す側面図である。
【図９】本発明に係る透過板を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る透過板の他の実施の形態を示す側面図である。
【図１１】本発明の第二の実施の形態における、交互に配置された外部方向反射板の積層を有する二つのダイオードバーアセンブリからの出力ビームの合成を示す斜視図である。
【図１２Ａ】本発明に係る、図１１に示す第二の実施の形態の分解側面図である。
【図１２Ｂ】本発明に係る、図１１に示す第二の実施の形態の組立側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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