(57)【要約】      （修正有）【課題】安定化された高パワーＷＢＣ（波長ビーム結合）システムを提供する。【解決手段】ＷＢＣシステム１００ｂ内で放出されるビームは、配列次元に沿って結合される。光学要素１０８は、入力正面図１１２によって示されるようなＷＢＣ次元１１０に沿って、各ビームを結合するために使用される。光学要素は、結合されたビームを分散要素１１４上に重ね合わせる。一次回折ビームは、部分反射ミラー上に入射する。結合されたビームは、単一出力プロファイルとして、出力カプラ１１６上に送光される。この出力カプラは、出力正面図１１８によって示されるような結合されたビーム１２０を送光する。【選択図】図１Ｂ
2015106707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定化波長ビームコンバイナであって、
各々がビームを生成する複数のエミッタと、
前記ビームを受光して、分散要素上に送達するように構成されている集光光学系であって、前記分散要素は、前記ビームを結合されたビームプロファイルとして送光する、集光光学系と、
前記結合されたビームを前記分散要素から受光して、前記結合されたビームの一部を前記分散要素に向かって反射し、前記結合されたビームを複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームとして送光するように配列されている部分反射出力カプラと、
前記エミッタと前記部分反射出力カプラとの間の前記ビームの光学経路に沿って配置されている少なくとも２つの再帰反射器と
を備えている、安定化波長ビームコンバイナ。
【請求項２】
前記ビームエミッタのうちの少なくとも２つは、固定位置関係を有する、請求項１に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
【請求項３】
前記ビームエミッタは、第１の反射表面および光学利得媒質を含む、請求項１に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
【請求項４】
ビームを前記ビームエミッタから受光して、１つ以上のビームを前記ビームの次元に沿ってコリメートするように構成されているコリメーション光学系をさらに含む、請求項１に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
【請求項５】
前記放出されるビームは、非対称プロファイルを有する、請求項１に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
【請求項６】
前記部分反射出力カプラは、前記システム内で唯一の非再帰反射器である、請求項１に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
【請求項７】
前記反射表面は、湾曲している、請求項１に記載の再帰反射器。
【請求項８】
反射表面間の角度は、９０度未満である、請求項１に記載の再帰反射器。
【請求項９】
前記再帰反射器は、プリズムである、請求項１に記載の再帰反射器。
【請求項１０】
安定化波長ビームコンバイナであって、
各々がビームを生成する複数のエミッタと、
前記ビームを受光して、分散要素上に送達するように構成されている集光光学系であって、前記分散要素は、前記ビームを結合されたビームプロファイルとして送光する、集光光学系と、
前記結合されたビームを受光および送光するように構成されている偏光ビームスプリッタと、
前記結合されたビームを前記ビームスプリッタから受光するように位置付けられている４分の１波長板と、
前記結合されたビームを前記４分の１波長板から受光して、前記結合されたビームを前記４分の１波長板に戻るように方向転換させるように構成されている再帰反射器と、
前記結合されたビームを前記分散要素から受光して、前記結合されたビームの一部を前記分散要素に向かって反射し、前記結合されたビームを複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームとして送光するように配列されている部分反射出力カプラと
を備えている、安定化波長ビームコンバイナ。
【請求項１１】
前記エミッタと前記部分反射出力カプラとの間の前記ビームの光学経路に沿って配置されている少なくとも追加の２つの再帰反射器をさらに含む、請求項１０に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
【請求項１２】
波長ビーム結合方法であって、
複数のビームエミッタによって放出された電磁ビームを選択的に回転させることと、
前記選択的に回転されたビームを分散要素上に向けることと、
結合されたビームプロファイルを前記分散要素から送光することと、
前記結合されたビームの一部を前記ビームエミッタに戻るように方向転換させることと、
前記結合されたビームを複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームとして送光することと、
前記出力ビームおよびフィードバックビームの空間および角度オフセットを低減させることと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記ビームを選択的に回転させることに先立って、前記放出されたビームをある次元に沿って個々にコリメートすることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ビームエミッタのうちの少なくとも２つは、固定位置関係を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
後置共振器が、
偏光マルチプレクサと、
光学再構成要素と、
アナモフィック要素と、
前記複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームを受光する光ファイバモジュールと
から成る、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
安定化多波長レーザシステムであって、前記システムは、
波長ビーム結合共振器であって、前記波長ビーム結合共振器は、
各々がビームを生成する複数のエミッタと、
前記ビームを受光して、分散要素上に送達するように構成されている集光光学系であって、前記分散要素は、前記ビームを結合されたビームプロファイルとして送光する、集光光学系と、
前記結合されたビームを受光および送光するように構成されている偏光ビームスプリッタと、
前記結合されたビームを前記ビームスプリッタから受光するように位置付けられている４分の１波長板と、
前記結合されたビームを前記４分の１波長板から受光して、前記結合されたビームを前記４分の１波長板に戻るように方向転換させるように構成されている再帰反射器と、
前記結合されたビームを前記分散要素から受光して、前記結合されたビームの一部を前記分散要素に向かって反射し、前記結合されたビームを複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームとして送光するように配列されている部分反射出力カプラと
から成る、波長ビーム結合共振器と、
後置共振器であって、前記後置共振器は、
偏光マルチプレクサと、
光学再構成要素と、
アナモフィック要素と、
光ファイバモジュールと
を含む、後置共振器と
を備えている、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、概して、レーザシステムに関し、より具体的には、波長ビーム結合システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長ビーム結合（ＷＢＣ）は、レーザダイオードバー、ダイオードバーのスタック、ならびに１次元または２次元配列に配列される他のレーザからの出力パワーおよび輝度をスケーリングするための方法である。
【０００３】
ＷＢＣ方法は、各エミッタの遅相次元または進相次元に沿ってビームを結合するために開発された。ビーム品質は、単一エミッタのものに制限される。しかしながら、単一エミッタのビーム品質であるが、複数のエミッタのパワー出力を有する多波長出力を生成するように、複数のエミッタが結合され得る。ＷＢＣシステムは、数キロワットから最大メガワットの出力パワーを生成するようにスケーリングされ得る。しかしながら、出力パワーの増加は、ミラー等の共通構成要素を安定に保つよう負担を課す。本方法は、能動的冷却システムを有するマウントおよびプレートにそのようなミラーを搭載することを含む。
【０００４】
以下の出願内容は、ＷＢＣシステム内のパワー増加のための安定化システムを提供することによって、述べられた問題を解決しようとするものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
各々がビームを生成する複数のエミッタと、ビームを受光して、分散要素上に送達するように構成されている集光光学系であって、分散要素は、結合されたビームプロファイルとしてビームを送光する、集光光学系と、結合されたビームを分散要素から受光し、結合されたビームを複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームとして送光する分散要素に向かって、結合されたビームの一部を反射するように配列される、部分反射出力カプラと、エミッタと部分反射出力カプラとの間のビームの光学経路に沿って配置されている少なくとも２つの再帰反射器とを含むことができる安定化波長ビームコンバイナ。
【０００６】
本発明はさらに、例えば、以下を提供する。
（項目１）
安定化波長ビームコンバイナであって、
各々がビームを生成する複数のエミッタと、
上記ビームを受光して、分散要素上に送達するように構成されている集光光学系であって、上記分散要素は、上記ビームを結合されたビームプロファイルとして送光する、集光光学系と、
上記結合されたビームを上記分散要素から受光して、上記結合されたビームの一部を上記分散要素に向かって反射し、上記結合されたビームを複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームとして送光するように配列されている部分反射出力カプラと、
上記エミッタと上記部分反射出力カプラとの間の上記ビームの光学経路に沿って配置されている少なくとも２つの再帰反射器と
を備えている、安定化波長ビームコンバイナ。
（項目２）
上記ビームエミッタのうちの少なくとも２つは、固定位置関係を有する、上記項目に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
（項目３）
上記ビームエミッタは、第１の反射表面および光学利得媒質を含む、上記項目のいずれか一項に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
（項目４）
ビームを上記ビームエミッタから受光して、１つ以上のビームを上記ビームの次元に沿ってコリメートするように構成されているコリメーション光学系をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
（項目５）
上記放出されるビームは、非対称プロファイルを有する、上記項目のいずれか一項に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
（項目６）
上記部分反射出力カプラは、上記システム内で唯一の非再帰反射器である、上記項目のいずれか一項に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
（項目７）
上記反射表面は、湾曲している、上記項目のいずれか一項に記載の再帰反射器。
（項目８）
反射表面間の角度は、９０度未満である、上記項目のいずれか一項に記載の再帰反射器。
（項目９）
上記再帰反射器は、プリズムである、上記項目のいずれか一項に記載の再帰反射器。
（項目１０）
安定化波長ビームコンバイナであって、
各々がビームを生成する複数のエミッタと、
上記ビームを受光して、分散要素上に送達するように構成されている集光光学系であって、上記分散要素は、上記ビームを結合されたビームプロファイルとして送光する、集光光学系と、
上記結合されたビームを受光および送光するように構成されている偏光ビームスプリッタと、
上記結合されたビームを上記ビームスプリッタから受光するように位置付けられている４分の１波長板と、
上記結合されたビームを上記４分の１波長板から受光して、上記結合されたビームを上記４分の１波長板に戻るように方向転換させるように構成されている再帰反射器と、
上記結合されたビームを上記分散要素から受光して、上記結合されたビームの一部を上記分散要素に向かって反射し、上記結合されたビームを複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームとして送光するように配列されている部分反射出力カプラと
を備えている、コンバイナ。
（項目１１）
上記エミッタと上記部分反射出力カプラとの間の上記ビームの光学経路に沿って配置されている少なくとも追加の２つの再帰反射器をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の安定化波長ビームコンバイナ。
（項目１２）
波長ビーム結合方法であって、
複数のビームエミッタによって放出された電磁ビームを選択的に回転させることと、
上記選択的に回転されたビームを分散要素上に向けることと、
結合されたビームプロファイルを上記分散要素から送光することと、
上記結合されたビームの一部を上記ビームエミッタに戻るように方向転換させることと、
上記結合されたビームを複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームとして送光することと、
上記出力ビームおよびフィードバックビームの空間および角度オフセットを低減させることと
を含む、方法。
（項目１３）
上記ビームを選択的に回転させることに先立って、上記放出されたビームをある次元に沿って個々にコリメートすることをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１４）
上記ビームエミッタのうちの少なくとも２つは、固定位置関係を有する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１５）
後置共振器が、
偏光マルチプレクサと、
光学再構成要素と、
アナモフィック要素と、
上記複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームを受光する光ファイバモジュールと
から成る、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１６）
安定化多波長レーザシステムであって、上記システムは、
波長ビーム結合共振器であって、上記波長ビーム結合共振器は、
各々がビームを生成する複数のエミッタと、
上記ビームを受光して、分散要素上に送達するように構成されている集光光学系であって、上記分散要素は、上記ビームを結合されたビームプロファイルとして送光する、集光光学系と、
上記結合されたビームを受光および送光するように構成されている偏光ビームスプリッタと、
上記結合されたビームを上記ビームスプリッタから受光するように位置付けられている４分の１波長板と、
上記結合されたビームを上記４分の１波長板から受光して、上記結合されたビームを上記４分の１波長板に戻るように方向転換させるように構成されている再帰反射器と、
上記結合されたビームを上記分散要素から受光して、上記結合されたビームの一部を上記分散要素に向かって反射し、上記結合されたビームを複数の波長を有する光学的放射を含む多波長ビームとして送光するように配列されている部分反射出力カプラと
から成る、波長ビーム結合共振器と、
後置共振器であって、上記後置共振器は、
偏光マルチプレクサと、
光学再構成要素と、
アナモフィック要素と、
光ファイバモジュールと
を含む、後置共振器と
を備えている、システム。
【０００７】
（摘要）
再帰反射器を利用するＡＢＣシステムを安定化するシステムおよび方法。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、単一横列のエミッタの配列次元に沿った波長ビーム結合（ＷＢＣ）方法の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、エミッタの２次元配列の配列次元に沿ったＷＢＣ方法の概略図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、エミッタの２次元配列のスタック次元に沿ったＷＢＣ方法の概略図である。
【図２】図２は、ダイオードレーザエミッタの２次元配列のスタック次元に沿ったＷＢＣ方法におけるスマイルの影響を示す、略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ビームの１次元配列を選択的に回転させる光ロータを含む、ＷＢＣシステムの概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ビームの２次元配列を選択的に回転させる光ロータを含む、ＷＢＣシステムの概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、ビームの２次元配列を選択的に再配向する光ロータを含む、ＷＢＣシステムの概略図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、光ロータを伴う場合および伴わない場合の図３Ｃのシステムの出力プロファイル図を図示する。
【図４】図４Ａ−Ｃは、光ロータの実施例を図示する。
【図５−１】図５Ａ−Ｅは、ＷＢＣシステムとの使用のための種々の再帰反射器を図示する。
【図５−２】図５Ａ−Ｅは、ＷＢＣシステムとの使用のための種々の再帰反射器を図示する。
【図５−３】図５Ａ−Ｅは、ＷＢＣシステムとの使用のための種々の再帰反射器を図示する。
【図６−１】図６Ａ−Ｂは、複数のミラーを組み込むＷＢＣシステムの基本概略図と、実際のビーム対理想的ビームの角度および空間フィードバックとを図示する。
【図６−２】図６Ａ−Ｂは、複数のミラーを組み込むＷＢＣシステムの基本概略図と、実際のビーム対理想的ビームの角度および空間フィードバックとを図示する。
【図７Ａ】図７Ａ−Ｃは、ミラーと再帰反射器との置換を図示し、空間的および角度的両方の理想対実際のビーム出力およびフィードバックを示す。
【図７Ｂ】図７Ａ−Ｃは、ミラーと再帰反射器との置換を図示し、空間的および角度的両方の理想対実際のビーム出力およびフィードバックを示す。
【図７Ｃ】図７Ａ−Ｃは、ミラーと再帰反射器との置換を図示し、空間的および角度的両方の理想対実際のビーム出力およびフィードバックを示す。
【図８】図８は、最大１キロワット以上のパワーを小開口数および小コア径を有する光ファイバに光学的に結合するように構成される、ＷＢＣシステムの光学概略図を図示し、使用されるミラーは、安定性を増加させるために、再帰反射器と置換され得る。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の側面および実施形態は、概して、波長ビーム結合技法を使用して、レーザソースを高パワーおよび高輝度にスケーリングする分野に関する。より具体的には、本発明は、波長ビーム結合システムの輝度、安定性、および有効性を増加させるための方法に関する。
【００１０】
本明細書に説明される実施形態は、１００Ｗ超、５００Ｗ超、および１キロワット超のものを含む、高パワー量をもたらす、ＷＢＣシステムの安定性増加に対処することを含む。本明細書に説明される種々の実施形態および技法を通して、安定化高輝度多波長出力レーザシステムが、達成され得る。
【００１１】
本明細書に説明されるアプローチおよび実施形態は、遅相軸、進相軸、または他のビーム結合次元に沿って、１次元および２次元ビーム結合システムに適用され得る。本願の目的の場合、光学要素は、レンズ、ミラー、プリズム、および任意の他の様式において、電磁放射を方向転換、反射、屈曲、集光、または光学的に操作する等のいずれかを指し得る。加えて、用語「ビーム」は、電磁放射を含む。ビームエミッタは、電磁ビームを発生させるが、自己共振することも、しないこともある半導体要素等の任意の電磁ビーム発生デバイスを含む。これらはまた、ファイバレーザ、ディスクレーザ、非固体レーザ、ダイオードレーザ等を含む。概して、各エミッタは、背面反射表面、少なくとも１つの光学利得媒質、および正面反射表面から成る。光学利得媒質は、電磁放射の利得を増加させることに関連し、電磁スペクトルの可視、ＩＲ、または紫外線部分に限定されない。エミッタは、複数のビームを放出するように構成されるダイオードバー等の複数のビームエミッタから成り得る。本明細書で使用される実施例および実施形態の多くは、ダイオードバーの使用を説明する。しかしながら、任意のエミッタ、特に光学利得要素を有するエミッタおよび特に広利得帯域幅を伴うものが使用され得ることが想定される。
【００１２】
加えて、いくつかの先行技術は、用語「スタックまたはスタック次元」を一緒に積層された２つ以上の配列と定義するものがあり、この場合、ビームの進相次元は、スタック次元と同一である。これらのスタックは、機械的または光学的に事前に配列された。しかしながら、本願の目的の場合、スタックは、ビームまたは光学利得要素の縦列を指し、進相次元に沿うことも、沿わないこともある。特に、前述のように、個々のビームまたは要素は、スタックまたは縦列内で回転され得る。
【００１３】
配列のエミッタの個々の遅相次元または進相次元はまた、配列次元に沿って整列され得るが、この整列は、前提とされるものではない。これは、本明細書に説明されるいくつかの実施形態が、個々に、配列または横列に沿って整列された各ビームの遅相次元を回転させるので、重要である。加えて、ビームの遅相軸は、光学利得媒質から出射するビームのより広い次元を指し得、典型的には、また、最遅相発散次元であり、進相軸は、通常、ビームのより狭い次元を指し、典型的には、最速相発散次元である。遅相軸はまた、単一モードビームも指し得る。
【００１４】
いくつかの実施形態では、各放出されたビームの配列次元および遅相次元が、最初に、同一の軸を横断して配向されることに留意することは有用である。しかしながら、それらの次元は、本願に説明されるように、互に対してあるオフセット角度で配向されることができる。他の実施形態では、配列次元および配列次元に沿ったエミッタ配列の一部のみ、完全に整列される。例えば、ダイオードバーの配列次元は、配列次元に沿って配列されるエミッタを有することができるが、スマイル（多くの場合、バーの変形または反り）のため、個々のエミッタの遅相放出次元は、若干、配列次元から斜めにされるかまたはオフセットされる。
【００１５】
本明細書における側面および実施形態は超低出力パワーから数百およびさらには数メガワットの出力パワーまでの結合または同軸ビームを発生させる、高パワーおよび／または高輝度多波長安定化システムに関する。結合されたビームは、本明細書に説明されるＷＢＣシステム内で使用される集光光学系および分散要素の意図的設置の結果、可変ビーム生成パラメータを有し得る。
【００１６】
波長ビーム結合方法は、それらのそれぞれの遅相軸または進相軸次元を横断して、非対称ビーム要素を結合するように開発された。本発明が提供しようとする利点の１つは、遅相軸または進相軸ＷＢＣ方法ならびにその２つのハイブリッドにおいて使用される空間または配向のいずれかによって、入力ビームを選択的に再構成する能力である。本発明の別の利点は、他の入力ビームに対して固定位置関係が存在するとき、入力ビームを選択的に再構成する能力である。
【００１７】
図１Ａは、基本ＷＢＣアーキテクチャを図示する。この特定の例証では、ＷＢＣは、広面積エミッタに対して、配列次元、または遅相次元に沿って行なわれる。個々のビーム１０４は、破線または単一線によって図に図示されており、ビームの長さ次元、すなわち、より長い次元（破線）が、広面積エミッタに対して、配列次元、すなわち、遅相発散次元を表し、高さ次元、またはより短い次元が、速相発散次元を表す。ダイオードバー１０２のエミッタは、各放出されたビーム１０４の遅相次元端が、時として、配列と称される、単一横列に沿って並んで整列されるような様式で整列される。いくつかの構成では、コリメーションレンズ１０６が、速相発散次元に沿って、各ビームをコリメートするために使用されることができる。コリメーション光学系はさらに、別個の進相軸コリメーションレンズおよび遅相軸コリメーションレンズから成ることができる。
【００１８】
さらに図１Ａに図示されるように、光学要素１０８は、入力正面図１１２によって示されるようなＷＢＣ次元１１０に沿って、各ビームを結合するために使用されることができる。光学要素１０８は、円筒形または球状レンズあるいはミラーであり得る。光学要素１０８は、次いで、結合されたビームを分散要素１１４（ここでは、反射回折格子として示される）上に重ね合わせる。一次回折ビームは、部分反射ミラー上に入射する。共振器が、光学利得要素のバックファセットと部分反射ミラーとの間に形成される。したがって、結合されたビームは、次いで、単一出力プロファイルとして、出力カプラ１１６上に送光される。この出力カプラは、次いで、出力正面図１１８によって示されるような結合されたビーム１２０を送光する。出力カプラ１１６は、部分反射ミラーまたは表面あるいは光学コーティングであり得、ダイオード配列１０２内の全光学利得要素に対して波長安定化フィードバックを提供する共通フロントファセットとして作用する。フィードバックは、方向転換し各エミッタに戻される一意の波長にフィルタリングする分散要素１１４に向けられる。
【００１９】
同様に、図１Ｂは、それぞれ、４つのエミッタを有する、レーザダイオードバーのスタックを図示しており、各バーは、三重に積層される。図１Ａ同様に、本実施形態では、ビームの２次元配列である、図１Ｂの入力正面図１１２は、結合され、出力正面図１１８またはビーム１２０の単一縦列を生成する。ＷＢＣシステム１００ｂ内で放出されるビームは、配列次元に沿って結合された。ここでは、光学要素１０８は、配列に沿ってビームを結合するために使用される、円筒形レンズである。しかしながら、全ビームを分散要素上に重ね合わせるように光学要素を配列し、非ビーム結合次元に沿った全ビームが、出力カプラに垂直に伝搬することを確実にするように、光学要素または光学系の組み合わせが使用されることもできる。そのような光学系の単純実施例として、非ビーム結合次元に沿って無限焦点テレスコープを形成し、光学系に像を部分反射ミラー上に投影させる２つの円筒形レンズと共に使用する、ビーム結合次元に沿った適切な焦点距離を伴う、単一円筒形レンズの使用が挙げられる。この光学系の多くの変形例が、類似機能性を達成するために利用されることができる。
【００２０】
図１Ｂの配列次元はまた、マルチモードダイオードレーザエミッタの場合における各放出されたビームの遅相次元と同一の軸である。したがって、このＷＢＣシステムはまた、遅相軸結合と呼ばれ得、結合次元は、ビームの同一次元である。
【００２１】
対照的に、図１Ｃは、１２０によって示されるように、ビーム２次元配列を形成するレーザダイオード配列１０２のスタック１５０を図示しており、図１Ａ−Ｂにおけるような配列次元に沿った結合の代わりに、ＷＢＣ次元は、ここでは、エミッタのスタック次元に従う。ここでは、スタック次元はまた、放出されたビームのそれぞれの進相軸次元とも整列される。入力正面図１１２は、ここでは、ビームの単一縦列１２０が示される出力正面図１１８を生成するように結合される。
【００２２】
全３つの構成には、種々の短所がある。図１Ａおよび１Ｂに示される構成の主な短所の１つは、ビーム結合が、配列次元に沿って行なわれることである。したがって、波長安定化動作は、ダイオード配列の欠陥に大きく依存する。構成１Ｃの不利点は、出力ビーム品質が、単一レーザバーの品質に制限され、ビーム対称化のための外部ビーム成形が、ファイバへの効率的結合のために要求され得ることである。
【００２３】
図２に図示されるように、スマイルまたは指向誤差を伴う、ダイオード配列は、集光レンズ、回折格子、および出力カプラから成る、ＷＢＣシステムの光学要素からのフィードバックが、ダイオード光学利得要素に再結合することを妨害し得る。このような結合不良のいくつかの悪影響は、ＷＢＣレーザが、波長ロックを破壊し、ダイオードレーザまたは関連パッケージングが、結合不良または整列不良フィードバックが光学利得媒質に再入射しないことによって損傷を受け得ることである。例えば、フィードバックは、潜在的に、ダイオードバーに接触または近接する何らかのエポキシまたははんだに衝打し、ダイオードバーを壊滅的に故障させ得る。
【００２４】
図２の横列１は、いかなる誤差も伴わない、単一レーザダイオードバー２０２を示す。図示される実施形態は、放熱板上に搭載され、進相軸コリメーション光学系２０６によってコリメートされる、ダイオードバーの例示である。縦列Ａは、コリメーション光学系２０６を通過する、出力ビーム２１１の軌道の斜視図または３Ｄ図を示す。縦列Ｄは、コリメーション光学系２０６を通過する、放出されたビーム２１１の軌道の側面図を示す。縦列Ｂは、コリメーション光学系２０６に対する、各個々の光学利得要素２１３を伴う、レーザファセットの正面図を示す。横列１に図示されるように、光学利得要素２１３は、完全に直線である。加えて、コリメーション光学系２０６は、全光学利得要素２１３に対して中心に置かれる。縦列Ｃは、この種類の入力によって、システムから予期される出力ビームを示す。横列２は、指向誤差を伴う、ダイオードレーザ配列を図示する。横列２の縦列Ｂに示されるように、光学利得要素とコリメーション光学系とは、若干、互からオフセットされる。その結果、図示されるように、放出されるビームは、望ましくない軌道を有し、多波長安定化システムに対して、レーザ発生効率の低下をもたらし得る。加えて、出力プロファイルも、オフセットされ、システムを非効果的にするか、または追加の修正を生じさせ得る。横列３は、パッケージング誤差を伴う、配列を示す。そのようなパッケージング誤差は、光学利得要素をもはや直線上に並ばせず、したがって、潜在的に、バーの曲線を導入し得る。この曲率は、時として、「スマイル」と称される。横列３に示されるように、スマイルは、均一経路、すなわち、システムに共通の方向が存在しないので、さらなる軌道問題を導入し得る。横列３の縦列Ｄはさらに、種々の角度で出射するビーム２１１を図示する。横列４は、光学利得要素がねじられ、または角度が付けられた様式にある、不整列コリメーションレンズを図示する。その結果、出力ビームは、概して、最もコリメーションまたはねじり誤差を有するため、恐らく、全てのうちで最悪となる。ほとんどのシステムにおいて、ダイオード配列およびスタックの実際の誤差は、横列２、３、および４における誤差の組み合わせである。ＶＢＧおよび回折格子を使用する、横列２および３の両方に示されるように、欠陥を伴う光学利得要素は、もはや光学軸に平行な方向に向かない出力ビームをもたらし得る。これらの光学軸がずれたビームは、異なる波長で光学利得要素の各々がレーザを発生させることをもたらす。複数の異なる波長は、システムの出力スペクトルを増加させ、前述のように、出力スペクトルは広くなる。
【００２５】
ダイオードレーザバーのスタックのスタック次元（ここでは、主に、進相次元でもある）に沿ってＷＢＣを行う利点の１つは、図２に示されるように、スマイルを補償することである。指向および他の整列誤差は、配列次元（主に、遅相次元でもある）に沿ってＷＢＣを行うことによって補償されない。ダイオードバー配列は、典型的には、１９〜４９個以上のエミッタの範囲を有することができる。注記されるように、ダイオードバー配列は、典型的には、配列次元が、各エミッタの遅相次元が他のエミッタと並んで整列される場所であるように形成される。その結果、配列次元に沿ってＷＢＣを使用すると、ダイオードバー配列が１９または４９個のエミッタ（または、任意の他の数のエミッタ）を有するかどうかにかかわらず、結果は、単一エミッタのものと同様となる。対照的に、同一の単一ダイオードバー配列の直交、すなわち、進相次元に沿ってＷＢＣを行うと、その結果、各放出されるビームは、スペクトル輝度が増加する。すなわち、スペクトル帯域幅が狭くなるが、ビームの数の減少はない（空間輝度の増加がないことに匹敵する）。
【００２６】
この問題に対処する本発明の一実施形態は、図３Ａに図示されており、本実施形態は、コリメーションレンズ３０６後であって、かつ光学要素３０８の前である場所に設置された光ロータ３０５を含む、３００ａに示されるＷＢＣシステムの概略図を示す。光学要素３０８は、いくつかのレンズまたはミラーあるいは他の光学構成要素から成り得ることに留意されたい。光ロータ３０５は、入力正面図３１２に示される各放出されたビームの速相および遅相次元を個々に回転させ、再配向された正面図３０７を生成する。光ロータは、他のビームには関係なく各ビームを選択的に個々に回転させることができるか、またはいくつかの事例では、全ビームを同一の角度を通して同時に回転させることが可能であることに留意されたい。また、２つ以上のビームの集合体が、同時に回転されることができることにも留意されたい。ＷＢＣが配列次元に沿って行なわれた後の結果として生じる出力は、単一エミッタとして、出力正面図３１８に示される。分散要素３１４は、反射回折格子として示されるが、また、分散プリズム、グリズム（プリズム＋回折格子）、透過回折格子、またはＥｃｈｅｌｌｅ回折格子であり得る。
【００２７】
図３Ａに図示されるこの特定の実施形態は、４つのレーザエミッタのみを示す。しかしながら、前述のように、本システムは、より多くの要素、例えば、４９個を含む、レーザダイオード配列も利用することができる。加えて、本実施形態は、特定の波長帯域（例えば、９７６ｎｍ）を有する単一バーを示すが、実際の実践では、全て同一の特定の波長帯域において、並んで配列される、複数のバーで構成されることができる。さらに、各帯域が複数のバーから成る、複数の波長帯域（例えば、９７６ｎｍ、９１５ｎｍ、および８０８ｎｍ）が、単一キャビティ内で結合されることができる。ＷＢＣが、各ビームの進相次元を横断して行なわれるとき、より高い輝度（バー欠陥に鈍感であることによるより高い効率）を伴うシステムを設計することがより容易となる。加えて、より狭い帯域幅およびより高いパワー出力もまた、このプロセスによって達成される。
【００２８】
図３Ｂは、図３Ａに類似する実装を示すが、レーザ配列３０２のスタック３５０は、２Ｄ入力プロファイル３１２を形成する。ＷＢＣシステム３００ｂは、コリメーションレンズ３０６、光ロータ３０５、光学要素３０８、分散要素３０８（ここでは、回折格子）、および部分反射表面を伴う出力カプラ３１６から成る。ビームの各々は、光ロータ３０５によって個々に回転され、ロータ通過後プロファイル３０７を形成する。本実施例では、ＷＢＣ次元は、配列次元に沿うが、回転に伴って、ビームの各々は、その進相軸を横断して結合されることができる。進相軸ＷＢＣは、非常に狭い線幅および高スペクトル輝度を伴う、出力を生成する。これらは、通常、溶接等の工業用途に理想的である。光学要素３０８が、回転されたビームを分散要素３１４上に重ね合わせた後、単一出力プロファイルが、生成され、部分的に、キャビティを通して光学利得要素内に反射される。出力プロファイル３１８は、ここでは、比較的に非対称であり得る、３つのビームの線から成り得る。
【００２９】
図３Ｃは、２Ｄ光学利得要素に適用されるときと同一の実装を示す。システムは、２Ｄ光学利得要素３０２、光ロータ３０５、光学系（３０８および３０９ａ−ｂ）、分散要素３１４、および部分反射ミラー３１６から成る。図３Ｃは、各バーが光ロータ３０５を有する、レーザダイオードバー３０２のスタック３５０を図示する。ＷＢＣシステム３００ｃに示されるように、ダイオードバー３０２（合計３つ）の各々は、４つのエミッタを含む。入力正面図３１２が、光ロータ３０５によって再配向された後、再配向された正面図３０７は、ここでは、各ビームの遅相次元であり、スタック次元に沿って整列されている。ＷＢＣは、次いで、ここでは、各ビームの遅相軸である、この次元に沿って行なわれることができ、出力正面図３１８は、ここでは、スタック次元に沿って配向された各ビームの遅相次元を伴う、単一縦列のビームを備えている。
【００３０】
光学系３０９ａおよび３０９ｂは、配列次元に沿って結像するための円筒形テレスコープを提供する。３つの円筒形レンズの機能は、２つの主要機能を提供することである。１つ目は、中央円筒形レンズ３０８が、集光レンズであり、その主要機能は、全ビームを集光し、それらを分散要素上に向けることである。２つ目に、２つの他の円筒形レンズ３０９ａおよび３０９ｂが、非ビーム結合次元に沿って、無限焦点円筒形テレスコープを形成する。その主要機能は、非ビーム結合に沿った全光学利得要素が、部分反射ミラーに垂直な伝搬となることを確実にすることである。したがって、図３Ｃに示されるような実装は、図１Ｃに示されるものと同一の利点を有する。
【００３１】
しかしながら、図１Ｃに示されるような実装と異なり、出力ビームは、入力ビームと同一ではない。図３Ｃにおける出力ビーム３１８内のエミッタの数は、スタック内のバーの数と同一である。例えば、２Ｄレーザソースが、３バースタックから成り、各バーが、４９個のエミッタから成る場合、図１Ｃにおける出力ビームは、４９個のエミッタを伴う、単一バーである。しかしながら、図３Ｃでは、出力ビームは、３つのみのエミッタを伴う、単一バーである。したがって、出力ビーム品質または輝度は、２桁以上高くなる。この輝度改良は、ファイバ結合にとって非常に有意である。より高いパワーおよび輝度スケーリングのために、複数のスタックが、並んで配列されることができる。
【００３２】
この構成をさらに図示するために、例えば、３バースタックのＷＢＣが行なわれ、各バーが、１９個のエミッタから成ると仮定する。これまで、３つの選択肢があった。第１に、波長ビーム結合は、配列次元に沿って行なわれ、図１Ｂに示されるように、３つのビームを発生させることができる。第２に、波長ビーム結合は、スタック次元に沿って行なわれ、図１Ｃに示されるように、１９個のビームを発生させることができる。第３に、波長ビーム結合は、ビームロータを使用して、配列次元に沿って行なわれ、図３Ｃに示されるように、１９個のビームを発生させることができる。３つの構成全てには、種々のトレードオフがある。第１の場合では、最も高い空間輝度を与えるが、スペクトル輝度は最も低い。第２の場合では、最も低い空間輝度を与え、スペクトル輝度はそれなりであり、ファイバに結合するためにビーム対称化を必要としない。第３の場合では、最も低い空間輝度を与えるが、スペクトル輝度は最も高く、光ファイバに結合するためにはビーム対称化が必要となる。用途によっては、この方がより望ましい場合もある。
【００３３】
非対称性の低減を図示するために、図３Ｄは、３００ｂのシステムが光ロータを有していない最終出力プロファイル３１９ａと、システムが光ロータを含む出力プロファイル３１９ｂとを示す。これらの図は、正確な縮尺で描かれていないが、これらは、ＷＢＣが各ビームの遅相次元を横断して行なわれるこの構成を伴うシステムにおいて、光ロータを利用することによって達成される利点を図示する。より短くかつ広い３１９ｂは、より高くかつ細い３１９ａよりファイバ結合により好適である。
【００３４】
種々の光ロータの実施例が、図４Ａ−Ｃに示される。図４Ａは、入力ビーム４１１ａを新しい配向４１１ｂに回転させる、円筒形レンズ（４１９ａおよび４１９ｂ）の配列を図示する。図４Ｂは、同様に、ある角度でプリズムに入射する入力４１１ａを示し、これは、新しい配向または回転ビーム４１１ｂをもたらす。図４Ｃは、一式の階段状ミラー４１７を使用して、入力４１１ａを８０〜９０度の角度で回転させ、他の入力ビームが、それらのそれぞれの進相軸に沿って並んだビーム４１１ｂの新しい整列をもたらす、実施形態を図示する。これらのデバイスおよびその他は、偏光非感応ならびに偏光感応手段の両方を通して回転を生じさせることができる。これらのデバイスの多くは、入射ビームが、少なくとも進相次元においてコリメートされる場合、より効果的となる。また、光ロータは、選択的に、９０度未満、９０度、および９０度超を含む、種々の角度でビームを回転させることができることを理解されたい。
【００３５】
前述の実施形態の光ロータは、選択的に、個々のビーム、ビームの横列または縦列、およびビーム群を回転させることができる。いくつかの実施形態では、８０〜９０度の範囲等、設定回転角度が、プロファイル全体またはプロファイルの一部に適用されることができる。他の事例では、さまざまな回転角度が、各ビーム、横列、縦列、またはプロファイルの一部に独自に適用される。例えば、ビームの１つは、時計回り方向に、４５度回転されることができる一方、隣接するビームは、反時計回り方向に、４５度回転される。また、ビームの１つは、１０度回転されることができ、別のビームは、７０度回転されることができることも想定される。システムが提供する柔軟性は、種々の入力プロファイルに適用されることができ、これは、ひいては、出力プロファイルがどのように形成されるかを決定するのに役立つ。例えば、放出されたビームの遅相次元と進相次元との間の中間角度に沿ってＷＢＣを行なうこともまた、十分に本願の範囲内である。
【００３６】
前述のＷＢＣ実施形態では、折り畳みミラーまたは光学系は、示されない。しかしながら、多くの実践的用途では、折り畳みミラーが、より可搬性である単一の箱にビーム経路を閉じ込めるために、または種々の用途のために閉じ込めるために使用される。例えば、前述のいくつかの実施形態では、指向性円筒形レンズ１０８が、エミッタと分散要素との間に設置されることができ、ビーム結合次元に沿った複数のビームを分散要素上またはその近傍に集束または収束させる。このレンズ１０８が、エミッタおよび分散要素から離れた各側の焦点距離に設置される場合、これは、エミッタと分散要素との間の最小経路長が、１０８の焦点距離の少なくとも２倍であることを意味する。この経路長は、最大１メートルの長さとなり得る。したがって、ＷＢＣシステムの全体的専有面積を縮小させるために、複数の折り畳みミラーが、これらの光学要素間に挿入され、１メートルの長さから１／３メートルまで経路長を短縮することができ、これは、ＷＢＣシステムが、よりコンパクトな筐体内に設置されることを可能にする。分散要素の後に置かれる追加の折り畳みミラーもまた、種々の他の目的のために、他の光学要素と共に使用され得る。
【００３７】
（安定性増加のための再帰反射器）
図５Ａ−Ｅは、ＷＢＣシステム内で使用され、安定性を増加させ得る、種々の再帰反射器を図示する。図５Ａは、２つの反射表面５０２ａ−ｂ間の角度が、９０°である、再帰反射器５００ａを図示する。これらの種類の再帰反射器は、多くの場合、ポロプリズムと呼ばれる。しかしながら、本願の目的の場合、９０°未満（図５Ｃ）または超（図５Ｂ）の角度を有する、少なくとも２つの反射表面が、ＷＢＣシステムを安定化させるのに役立てるために使用されることができる。加えて、いくつかの再帰反射器は、互に対して固定位置に搭載されるが、図５Ａ−Ｃ等におけるような他の反射表面が出合う交点の代わりに、開口部５０４を有する、２つの反射表面を有する。他の再帰反射器は、図５Ｅに示される再帰反射器５００ｅ等、相互を中心として固定位置を有する、多角表面または複数の反射表面を含む。ここでは、５００ｅは、それを中心として反射表面が位置付けられる交点の代わりに、開口部５０４を有し、交点５０６が、反射表面が出合い、角度を形成する場所に位置する、４つの反射表面５０２ａ−ｄを有する。いくつかの再帰反射器（図示せず）は、曲率が表面を横断して変動するものを含め、湾曲表面を有するものを含む。２Ｄおよび３Ｄ再帰反射器の両方が、ここでは想定される。
【００３８】
図６Ａ−Ｂは、複数のミラーを組み込む、ＷＢＣシステムの基本概略図を図示し、したがって、実際のビーム対理想的ビームの角度および空間フィードバックを図示する。ダイオードバー６０２は、ＳＡＣレンズ６０４を通過し、インターリーバミラーである第１のミラー６０６に衝突する複数のビームを放出し、インターリーバミラーは、システム内のエミッタ間の空間距離を減少させるために、複数のダイオードバーからの放出されたビームを交互配置させることができる。ミラー６０６から、ビームは、別のミラー６０８に衝突し、これは、ビームをミラー６１０上、次いで、貫通ミラーとして図示される、ミラー６１２上に方向転換させる。代替として、いくつかの実施形態では、ミラー６１２が、ビームを平面外に、次いで、部分反射出力カップラ６１４上に方向転換させるために使用されることができ、部分反射出力カップラ６１４は、出力ビーム６２０を送光し、一部を元のエミッタ６０２に反射して戻す。ＷＢＣシステム内における正しいフィードバックは、各個々のエミッタが、ほぼ一意の波長を適切にレーザ発生することを可能にし、これは、ひいては、ある場合には、単一エミッタのものと同様のビーム品質を有することができる、高パワー多波長出力ビームプロファイルをもたらすのに役立つ。
【００３９】
しかしながら、前述のように、複数の反射表面は、ＷＢＣシステムの専有面積を減少させるが、ひいては、複数の光学要素を横断して正確な光学位置を維持する必要性を増加させる。光学要素がそれぞれ搭載される、ブレードまたは他の筐体システムでは、加熱、冷却、振動、および他の応力が、マウント部をシフト移動させ、したがって、図６Ｂに示されるように、理想的ビーム経路６２０を実際のビーム経路６２２に改変させ得る。図６Ｂは、本実施例の目的の場合、示されるミラーのそれぞれに対して同一であると仮定され得る、ピッチδθ  ６３０、すなわち、ミラー６１０に対する垂線からの位置を図示する。図６Ｃ−Ｄに示される式の場合、Ｎは、出力ビームおよびフィードバックビームに対する空間シフトδｘを決定するために使用される、ミラーの数に等しい。
【００４０】
あるシナリオでは、以下のパラメータが、使用される。
１）  ビーム発散は、約２．８ｍｒａｄ、したがって、２＊Ｎ＊２＊δθ≦０．２８ｍｒａｄまたはδθ≦０．０１４ｍｒａｄとなる
２）  Ｎ＝５  ミラーの合計数
３）  ミラーによって２の階乗となる（二重通過経路のため）（δθピッチは、２＊δθとなる）
４）  ミラー間の間隔は、以下の通りである
ａ．  ６０６−６１４：約１２００ｍｍ（インターリーバからカプラまでの距離）
ｂ．  ６０８−６１４：約１０００ｍｍ（Ｍ１からカプラまでの距離）
ｃ．  ６１０−６１４：約７００ｍｍ（Ｍ２からカプラまでの距離）
ｄ．  ６１２−６１４：約４００ｍｍ（Ｍ３からカプラまでの距離）
ｅ．  ６０４−６１４：約１５００ｍｍ（カプラからＳＡＣまでの距離）
５）  出力カプラにおけるビームサイズは、約３．５ｍｍ、したがって、δｘ”≦０．３５ｍｍ
６）  δｘ”＝２＊δθ＊（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．３５ｍｍ
７）  δｘ”＝２＊０．０１４ｍｒａｄ＊４８００ｍｍ＝０．１３ｍｍ≦０．３５ｍｍ
８）  δθが、最悪の状態で、約０．２ｍｒａｄである場合、
９）  フィードバック角度オフセットは、約４ｍｒａｄであり、
１０）  フィードバック空間重複オフセットは、約１．９ｍｍであり、これは、ゼロフィードバックをエミッタのそれぞれにもたらすであろう。
【００４１】
したがって、前述の実施例は、複数のミラーを有するＷＢＣシステム内の安定化を維持するのに役立つ解決策の必要性の図示に有用である。
【００４２】
図６Ａ−Ｄに示される設定に対する解決策の１つは、図７Ａに図示されており、５つのミラーのうちの３つは、再帰反射器と置換される。出力カプラ６１４は、４分の１波長板７１８、再帰反射器７１６、および偏光ビームスプリッタキューブ７１７によって置換されることができる。この配列は、図７Ｂに図示されるように、ミラー７９８、７１０、および７１６を空間または角度シフトに左右されないようにすることによって、システムの安定化を増加させるのに役立ち、各々は回転されているが、ビーム経路は、依然として、維持するために平行に走り、角度または空間シフトを永続させない。
【００４３】
図７Ｃはさらに、再帰反射器とミラーのいくつかとの置換に基づいて、理想的ビームと比較して、実際のビーム出力およびフィードバック経路が被り得る、シフトの量を図示する。例えば、空間シフト（δｘ）に寄与する、ミラーの数、すなわち、Ｎが、５から２に減少され、ピッチ（δθ）が両方のミラーに対して同一であると仮定する場合、空間シフトを６０％減少させることができる。さらに、フィードバック角度オフセットは、ここでは、再帰反射器によってもたらされる平行経路のため、ゼロまで減少される。
【００４４】
最大１キロワット以上のパワーを単一光ファイバに結合するように構成される、ＷＢＣキロワットレーザシステム１１００を図示する、図９に示される光学概略図は、そうでなければ、システムをコンパクトに保つために、ミラーとなるであろう、１１１６、１１２８および１１３０に対して再帰反射器を組み込むことから利益を享受する。ソースレーザ１１０２は、ダイオードレーザバーの機械的スタックである。ソースダイオードレーザは、１ｋＷ／スタック超を提供することができ、そのうち、２つの機械的スタック１１０２が、描写される概略図に取り付けられている。ダイオードレーザの機械的スタックは、このレーザシステム１１００内にソースエミッタ１１０２を備えている。共振器は、波長ビーム結合のために、外部キャビティを備えている。後置共振器は、ビーム成形光学系を備え、ビーム成形光学系は、偏光マルチプレクサ１１３４と光学再構成要素１１３６とを含み、光学再構成要素１１３６は、共振器から出射するバー形状の非対称ビームプロファイルをファイバ結合に好適であるより対称の方形ビームプロファイルに変形させる。後置共振器はまた、アナモフィック光学系１１３８、部分的に、ファイバ結合のための集束要素を含む、ファイバ光学モジュール（ＦＯＭ）１１４０、および結合ファイバ１１４２を含むことができる。
【００４５】
１１００において採用される機械的ダイオードスタック１１０２は、種々の市販のダイオードレーザスタックを介して提供されることができる。例えば、一実施形態では、２つの１５バースタックが、使用され、スタック内の各バーは、１９個のエミッタから成る。４９エミッタバーを含む、他のタイプのダイオードレーザバーもまた、使用されることができる。同実施形態の場合、３．５ｍｍキャビティ長バーが、使用されることができるが、１〜５ｍｍの範囲を有するキャビティ長も、実行可能である。バー内の各多モードエミッタは、通常、１００ミクロンのストライプ幅を有する。各ダイオードレーザバーはエミッタのファセットの後に１１０６として示される、進相軸コリメーション（ＦＡＣ）および遅相軸コリメーション（ＳＡＣ）レンズを有する。
【００４６】
図８に示される実装では、各バーが、９７６ｎｍにおいて約８０Ｗのレーザパワーに寄与する場合、２×１５バースタック（合計３０個のバー）に対して、スタックからの総原パワーは、約２．４ｋＷとなる。再帰反射器の使用は、熱管理システムの必要性を排除しないであろうが、システムをより柔軟性にし、ダイオードバー等の他の重要な構成要素に焦点を当てることを可能にする。
【００４７】
ＷＢＣ共振器の光学構成は、空間インターリーバ１１０８および以下の光学系：Ｌ１  １１１０、Ｌ２  １１１２、Ｌ３  １１１４、Ｍ４  １１１６、波長板１１１８、回折格子１１２０、Ｌ４  １１２２、Ｌ５ｙ  １１２４、Ｌ５ｘ  １１２６、Ｍ５  １１２８、Ｍ６  １１３０、および出力カプラ１１３２を含むことができる。空間インターリーバ１１０８は、２つの機械的ダイオードレーザスタック１１０２からの光学出力を空間的に交互配置する役割を果たす。各（実装された）マイクロチャネル冷却器の厚さは、約２ｍｍであるので、各機械的スタックは、バーピッチ２ｍｍを有する。空間インターリーバ１１０８は、１ｍｍのピッチにおいて、ＨＲおよびＡＲコーティングを交互させるストライプを有する、光学窓であることができる（他の設計も可能である）。２つのスタック間に４５度の角度で設置される（スタックは、互に対して９０度に角度付けられる）と、空間インターリーバ１１０８は、出力バーが、空間的に交互配置され、効果的に、１ｍｍピッチで３０個のバーから成るダイオードレーザバーの光学スタックをもたらすことを可能にする。
【００４８】
レンズ（Ｌ１−Ｌ５ｘｙ）、回折格子１１２０、および共振器のミラーは、本明細書に説明されるＷＢＣシステムに従って配列され得る。Ｍ４−Ｍ６は、再帰反射器と置換されることができ、さらに、出力カプラ１１３２は、図７Ａ−Ｃに示されるものによって置換されることができることに留意されたい。
【００４９】
レーザ１１００の利点は、比較的に効率的かつコンパクトであり、完全自立型の初期設定不要システム内において、最大ｋＷクラス以上の高輝度ダイオードレーザ出力を多くの用途（工業用途および軍事用途を含む）に送達することができることである。レーザシステム全体は、一般に、電子機器のために使用される、標準的１９インチラックの内側に嵌めることができる。レーザシステムのパワー変換効率は、４０％以上の範囲にあることができ、そのような効率的システムは、全体的レーザシステムのパワーおよび冷却要件の両方を著しく低減させる。
【００５０】
後置共振器１１５０は、偏光マルチプレクサ１１３４、光学再構成要素１１３６、アナモフィック要素１１３８、光ファイバモジュール（ＦＯＭ）１１４０、および光ファイバ１１４２から成る。偏光マルチプレクサ１１３４は、レーザ出力を偏光解消し、２つの偏光を空間的に結合することによって、出力ビーム品質を２倍改善させる。エミッタ分布は、偏光マルチプレクサの後で１×１９から１×１０に変換されることができる。適切なＨＲおよびＡＲコーティングを伴う単一光学板または前述の他の実施形態から成ることができる、光学再構成要素１１３６は、エミッタプロファイルを１×１０から５×２に再分布させる。アナモフィック要素１１３８は、５×２ビーム分布の曲線因子を増加させ、ビームが、ファイバ結合のために、遠距離場において、好適なサイズおよび開口数を伴う、ほぼ方形であることを確実にするように構成される、一連のレンズであることができる。後置共振器構成要素のための他の光学変換係数もまた、可能である。
【００５１】
光ファイバモジュール（ＦＯＭ）１１４０は、レーザ出力をファイバ１１４２内に集束させるために使用される、レンズおよび並進システムから成ることができ、ｋＷクラスの動作を取り扱うように、能動的に冷却されることができる。光ファイバ１１４２は、ＬＬＫ−Ｂ光ファイバと適合性があり、コア径２００μｍおよび開口数（ＮＡ）最大０．２を有することができる。光ファイバ１１４２は、ＮＡをほぼ保存するため、ＦＯＭ１１４０に入力されるレーザビームのビーム品質に応じて、０．２未満のＮＡを伴うレーザ出力を得ることが可能である。また、限定されないが、ＱＢＨおよびＬＬＫＤファイバを含む、任意の他のタイプの高パワーファイバの使用も、ある程度の成功を収め得る。
【００５２】
以上の説明は、単なる例示にすぎない。好ましい実施形態を含む本発明の少なくとも１つの実施形態の様々な側面についてこのように説明したが、種々の変更、修正、および改良が当業者には容易に想起されることが認められるはずである。このような変更、修正、および改良は、本開示の一部であることを意図しており、本発明の精神および範囲に該当することを意図している。したがって、以上の説明および図面は、単なる一例にすぎないものとする。
【図１Ａ】
2015106707.tif 000003
【図１Ｂ】
2015106707.tif 000004
【図１Ｃ】
2015106707.tif 000005
【図２】
2015106707.tif 000006
【図３Ａ】
2015106707.tif 000007
【図３Ｂ】
2015106707.tif 000008
【図３Ｃ】
2015106707.tif 000009
【図３Ｄ】
2015106707.tif 000010
【図４】
2015106707.tif 000011
【図５−１】
2015106707.tif 000012
【図５−２】
2015106707.tif 000013
【図５−３】
2015106707.tif 000014
【図６−１】
2015106707.tif 000015
【図６−２】
2015106707.tif 000016
【図７Ａ】
2015106707.tif 000017
【図７Ｂ】
2015106707.tif 000018
【図７Ｃ】
2015106707.tif 000019
【図８】
2015106707.tif 000020
【外国語明細書】
2015106707000001.pdf