(57)【要約】  光学的に積み重ねられたレーザダイオードアレイモジュール（１０）には、ステップ状で平行なダイオード取付面（１０１）を自身の一フェースに有する取付ブロック（１００）が含まれ、各ダイオード取付面は、ブロックにおける基準面（１０２、１０３）の各ペアと協働して各外側ブロックコーナーを形成し、一連のレーザダイオード（３００）がブロックに付着され、ダイオードのファセットが、ダイオードが配置された取付面とともに外側ブロックコーナーを形成している基準面と整列されて、各ダイオードのコーナーがブロックの各コーナーと整列するようにされ、またビーム反射器（２００）がブロックに固定され、かつ一連のステップ状で平行な面を有し、各面がレーザダイオードからの各ビーム（５００）の１つを遮って反射するように配置されて、反射ビームが平行になりかつ積み重ねられるようにする。レーザダイオード（３００）から放射されたビーム（５００）はマイクロレンズ（４００）によって視準され得る。
2008501236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に積み重ねられたレーザダイオードアレイモジュール（１０）であって、
一連のステップ状で平行なダイオード取り付け面（１０１）を自身の一フェースに有する取り付けブロック（１００）であって、各ダイオード取り付け面が、前記ブロックの基準面（１０２、１０３）のそれぞれのペアと協働して、それぞれの外側ブロックコーナーを形成する取り付けブロックと、
前記ブロックに付着された一連のレーザダイオード（３００）であって、各レーザダイオードが、前記ダイオード取り付け面（１０１）のそれぞれの１つに配置され、前記ダイオードのファセットが、前記ダイオードが配置された前記取り付け面とともに前記外側ブロックコーナーを形成している前記基準面（１０２、１０３）と整列されて、各ダイオードのコーナーが、前記ブロックのそれぞれのコーナーと整列するようにされ、各ダイオードの前記整列されたファセットの１つが、出力ファセット、すなわち前記ダイオードが作動された場合に、ビームがそこから直角に放射される出力ファセットを画定する一連のレーザダイオードと、
前記ブロックに固定されたビーム反射器（２００、３２００）であって、前記反射器が、一連のステップ状で平行な面を有し、各面が、前記ダイオード（３００）からのビーム（５００）のそれぞれ１つを遮って反射するように配置され、前記反射されたビームが平行になりかつ積み重ねられるようにするビーム反射器と、
を含むレーザダイオードアレイモジュール。
【請求項２】
前記ビーム反射器が、前記レーザダイオード（３００）に対して前記反射器（２００）をともに位置付ける、前記ブロック（１００）の２つの直交面（１０４、１０７）に固定される、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記ビーム反射器（２００）が固定される前記２つの直交面のうちの１つ（１０４）が、前記取り付けブロック（１００）の前記ダイオード取り付け面（１０１）に平行である、請求項２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記反射器（３２００）が、絶縁層（３３００）を通して前記取り付けブロックに固定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項５】
前記反射器（２００）が、前記取り付けブロックの面（１０４、１０７）に直接接して、前記取り付けブロック（１００）に直接固定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項６】
一連のレンズ（４００）をさらに含み、各レンズが、前記ダイオード（３００）のそれぞれ１つと前記ビーム反射器（２００）との間に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項７】
各レンズ（４００）が、接着剤で接着されること等によって、前記取り付けブロックにおける前記基準面（１０３）の対応する１つに付着される、請求項６に記載のモジュール。
【請求項８】
前記レンズ（４００）が、そのそれぞれのダイオード（３００）の前記出力ファセットに平行な円柱軸をそれぞれ画定し、及び／又は前記レンズが、そのそれぞれのダイオードの前記出力ビーム（５００）を整列させるために、取り付け中に調節可能である、請求項６に記載のモジュール。
【請求項９】
前記取り付けブロック（１００）に固定された、かつ各レーザダイオード（３００）のｎ面へと電気エネルギを供給及び導通するように配置された導電性電圧プレート（６００、７００）をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記電圧プレート（６００）が、ワイヤボンド（３０５）によって、各レーザダイオード（３００）に直接接続され、前記ダイオードに並列に電力を供給する、請求項９に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記電圧プレート（７００）が、前記レーザダイオード（３００）の１つに直接接続され、前記レーザダイオードのうちの他のものが、前記電圧プレートが直接接続された前記ダイオードから直列に電力を受け取るように配置された、請求項１０に記載のモジュール。
【請求項１２】
前記取り付けブロック（１００）が、前記レーザダイオード（３００）の動作によって生成される熱を除去する冷却流体の循環のために、自身の内に冷却通路（１２１、１４１）を画定する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項１３】
前記取り付けブロック（１００）が、上部セクション（１２０）及び下部セクション（１３０）を含み、前記冷却通路（１２１、１４１）を画定するために、前記上部セクション（１２０）及び下部セクション（１３０）は、自身の平坦な平面（１２２、１３４）に沿って永続的に連結され、特に前記冷却通路が、前記取り付けられたダイオード（３００）の少なくとも１つの真下を通る、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１４】
前記上部セクション（１２０）が、前記ダイオードが整列される前記ダイオード取り付け面（１０１）及び前記外側コーナーを画定する、請求項１３に記載のモジュール。
【請求項１５】
前記レーザダイオード（３００）が、前記ダイオード取り付け面に直接はんだ付けされることによって、前記取り付けブロック（１００）の前記ダイオード取り付け面（１０１）に直接固定される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項１６】
前記レーザダイオードが（３００）が、前記ダイオードと同様の熱膨張特性を有するように選択された材料のサブマウント（３１１、３１３）を通して前記取り付けブロックに付着される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項１７】
前記サブマウント（３１１）が、前記ダイオードを前記取り付けブロックから電気的に絶縁する、請求項１６に記載のモジュール。
【請求項１８】
前記取り付けブロック（１００）の前記ダイオード取り付け面（１０１）が、約０．０２ミクロン未満の表面粗さを有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項１９】
前記取り付けブロック（１００）の前記基準面（１０２、１０３）が、約０．０２ミクロン未満の表面粗さを有する、請求項１８に記載のモジュール。
【請求項２０】
各ダイオード取り付け面（１０１）及びそのそれぞれの前記基準面（１０２、１０３）のペアが、それらの相互のコーナーで互いに対して全て直角であり、前記コーナーが直角になるようにする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項２１】
請求項１に従ってそれぞれ組み立てられた多数のレーザダイオードモジュール（１０）と、
前記多数のレーザダイオードアセンブリからの前記ビーム（５００）を単一ビームへと結合するように構成された光学装置と、
を含む固体レーザ。
【請求項２２】
前記多数のレーザダイオードモジュール（１０）が、それぞれ、第１の共通取り付け面（３１）に取り付けられ、かつそれらの出力ビームが平行であるように配置された、請求項２１に記載のレーザ。
【請求項２３】
前記レーザダイオードモジュール（１０）が一列に配置され、前記列の交互のモジュールが、第２の共通取り付け面に取り付けられて、前記列の前記モジュールの全てのビーム反射器が重なるようにされ、かつ前記ビーム反射器の交互の反射器が反対方向を向いている、請求項２２に記載のレーザ。
【請求項２４】
前記第１及び第２の共通取り付け面が直角である、請求項２３に記載のレーザ。
【請求項２５】
前記単一ビームをファイバ（１６４０）に集光させる集積集光レンズを備えたファイバカプラ（１６００）をさらに含む、請求項２１〜２４のいずれか一項に記載のレーザ。
【請求項２６】
光学的に積み重ねられたレーザダイオードモジュールを組み立てる方法であって、
一連のステップ状で平行なダイオード取り付け面（１０１）を自身の一フェースに有する取り付けブロック（１００）に、一連のレーザダイオード（３００）を付着することであって、各ダイオード取り付け面が、前記ブロックの基準面（１０２、１０３）のそれぞれのペアと協働して、それぞれの外側ブロックコーナーを形成し、各レーザダイオードが、前記ダイオード取り付け面（１０１）のそれぞれの１つに配置され、前記ダイオードのファセットが、前記ダイオードが配置された前記取り付け面とともに前記外側ブロックコーナーを形成している前記基準面と整列されて、各ダイオードのコーナーが、前記ブロックのそれぞれのコーナーと整列されるようにし、各ダイオードの前記整列されたファセットの１つが出力ファセットを画定することと、
ビーム反射器（２００）を前記ブロックに固定することであって、一連のステップ状で平行な面を有する前記反射器が、それぞれ、前記ダイオードのそれぞれ１つによって生成されたビーム（５００）を遮って反射するように配置されることと、
接着剤等で一連のレンズ（４００）を前記取り付けブロックに固定することであって、各レンズが、前記ダイオードのそれぞれの１つと前記ビーム反射器との間に配置されることと、
前記レーザダイオード（３００）のそれぞれを作動させて、前記出力ファセットに直角に放射されるビームを生成することと、
前記レンズ（４００）の少なくとも１つの位置を調節して、その関連するダイオードから放射される前記ビームを整列させることと、
を含む方法。
【請求項２７】
前記レンズ（４００）が、それらが前記取り付けブロック（１００）に固定されるときに、それぞれ調節される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
多数のレーザダイオードを共通取り付けブロックに配置及び固定する方法であって、
一連のステップ状で平行なダイオード取り付け面（１０１）を自身の一フェースに有する取り付けブロック（１００）を設けることであって、各ダイオード取り付け面が、前記ブロックの基準面（１０２、１０３）のそれぞれのペアと協働して、それぞれの外側ブロックコーナーを形成し、このコーナーでは、前記コーナーを画定する前記ダイオード取り付け面及び基準面のそれぞれのペアが全て互いに直角であり、前記コーナーが直角になるようにすることと、
前記ブロックの前記基準面（１０２、１０３）のそれぞれを接触させることによって、自身に対して前記取り付けブロックを位置付ける面を備えた器具（８００）に取り付けブロックを配置することであって、前記器具の直角面（８１０、８２０）のペアが、前記外側ブロックコーナーのそれぞれにおいて、前記ブロックの直角面のペアと一致し、前記レーザダイオード取り付け面（１０１）が露出されていることと、
レーザダイオード（３００）を前記レーザダイオード取り付け面のそれぞれに配置することであって、各レーザダイオードの２つの側面が、前記器具における前記直角面（８１０、８２０）の関連するペアに接して、前記レーザダイオードの前記側面を、前記取り付けブロックの関連する基準面（１０２、１０３）と整列させることと、
前記レーザダイオード（３００）を、それらの整列された位置で前記取り付けブロックに付着することと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ダイオードレーザに関し、特に、複数のレーザダイオードをアレイ状に取り付けるためのモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力ダイオードレーザが、多くの異なる用途で用いられている。特定用途のためのレーザの有用性は、レーザの出力パワー、出力光のスペクトル線幅、及び出力光の空間ビーム品質によって特徴付けることができる。
【０００３】
空間ビーム品質は、いくつかの方法で特徴付けることができる。たとえば、空間ビーム品質の波長独立特性が、ビームウェストｗ０（すなわち、いわゆる「ウエスト」位置におけるビームの半径）とビームの遠視野半角発散Θ０との積として画定されるビームパラメータ積（「ＢＰＰ」）によって提供される。
ＢＰＰ＝ｗ０Θ０  （１）
【０００４】
別の例として、空間ビーム品質の無次元特性が、ビーム品質係数Ｍ２又はＱによって提供されるが、ここで、ビーム品質係数は、
Ｍ２＝１／Ｑ＝πｗ０θ０／λ  （２）
によって与えられ、λは出力レーザ光の波長である。
【０００５】
ＴＥＭ００モードで動作し、かつガウスビームを放射するレーザが、可能な最も低いＢＰＰ（Ｍ２＝１）を有する。このモードで動作するリッジ導波管及び利得ガイド型レーザダイオードは、単一モードエミッタと呼ばれ、典型的には、３μｍ幅のストライプ（レーザの横軸に沿った）からなる。これらのエミッタの出力電力は、レーザファセットのカタストロフィック光学損傷（「ＣＯＤ」）ゆえに約１Ｗに制限される。ファセットエリアを増加させるために、いわゆるテーパーエミッタを用いることができる。
【０００６】
半導体ダイオードレーザからの高パワー出力を達成するために、レーザにおいて活性物質の比較的広い有効横幅を用いることができる。かかるデバイスは、「ワイドストライプエミッタ」、「ブロードストライプエミッタ」、又は「マルチモードデバイス」として周知である。しかしながら、活性物質の有効横幅が、レーザ出力波長の数倍より大きい場合には、利得が、共振キャビティのより高次の空間モードに生じる場合があり、これは、出力レーザ光の空間ビーム品質を低減させる可能性がある。 
【０００７】
多数のワイドストライプエミッタ及び／又は単一モードエミッタをシングルチップ上に並べて製作し、シングルエミッタのアレイを作製することができる。アレイにおける多数の個別レーザダイオードエミッタの出力光を非干渉に結合して、チップからの全出力パワーを増加させることができる。しかしながら、結合された出力ビームのビーム品質は、一般に、アレイにおける個別エミッタの数とともに低下する。
【０００８】
これらのレーザダイオードアレイの全出力ビームは、一般に、強非対称である。たとえば、遅軸（すなわちレーザダイオードの横軸）に沿った１０ｍｍ幅アレイの典型的なビーム積パラメータ（「ＢＰＰ」）は、ＢＰＰｓｌｏｗ＝５００ｍｍ＊ｍｒａｄとなる可能性があり、一方で速軸（すなわちレーザダイオードの垂直軸）に沿ったアレイの典型的なＢＰＰは、デバイスがＴＥＭ００モードで典型的に動作している場合には、ＢＰＰＦａｓｔ＝０．３ｍｍ＊ｍｒａｄになる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
多くのレーザ用途において、対称ビームが必要とされている。しかしながら、アレイの強非対称なビームを対称的にするのは難しい。アレイの出力ビームは、部分に切り分けて再配列する（たとえば、ステップミラー、傾斜板又は傾斜プリズムによって）ことができ、その結果、再配列されたビームのＢＰＰは、両軸において等しくなるが、しかしかかるやり方で対称ビームを達成するためには、複雑な光学系が必要である。これらの全てのシステムの透過効率は、１００％未満である。したがって、１つ又は複数のアレイからの出力ビームを部分に切り分ける光学系を利用せずに、対称的な高パワー出力ビームを生成する光源を有することが望ましい。さらに、かかる高出力ビームの作成のために、複数のレーザダイオードアレイを取り付ける方法を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
本発明のいくつかの態様は、共通取り付けブロックを備えた、光学的に積み重ねられたレーザダイオードアレイモジュールを特色とするが、この共通取り付けブロックには、多数の個別レーザダイオードが、それらの個別ビームがビーム反射器により遮られて光学的に積み重ねられるような仕方で、別個に固定及び配置される。
【００１１】
本発明の一態様によれば、光学的に積み重ねられたレーザダイオードアレイモジュールには、取り付けブロック、ブロックに付着された一連のレーザダイオード、及びブロックに固定されたビーム反射器が含まれる。取り付けブロックは、一連のステップ状で平行なダイオード取り付け面を自身の一フェースに有し、各ダイオード取り付け面は、ブロックにおける基準面のそれぞれのペアと協働して、それぞれの外側ブロックコーナーを形成する。各レーザダイオードは、ダイオード取り付け面のそれぞれの１つに配置され、ダイオードのファセットは、ダイオードが配置された取り付け面とともに外側ブロックコーナーを形成している基準面と整列されて、各ダイオードのコーナーが、ブロックのそれぞれのコーナーと整列されるようにし、各ダイオードの整列されたファセットの１つは、出力ファセット、すなわちダイオードが作動された場合に、ビームがそこから直角に放射される出力ファセットを画定する。ビーム反射器は、一連のステップ状で平行な面を有し、各面は、ダイオードからのビームのそれぞれ１つを遮って反射するように配置されて、反射されたビームが平行になりかつ積み重ねられるようにする。
【００１２】
場合によっては、ビーム反射器は、レーザダイオードに対してともに反射器を位置付ける、ブロックの２つの直交面に固定される。より優れた位置決め精度のために、ビーム反射器が固定される２つの直交面の１つは、取り付けブロックのダイオード取り付け面に平行であってもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態において、反射器は、絶縁層を通して取り付けブロックに固定される。他のいくつかの場合では、反射器は、取り付けブロックの面に直接接して、取り付けブロックに直接固定される。
【００１４】
いくつかの実施形態にはまた一連のレンズが含まれ、各レンズは、ダイオードのそれぞれの１つとビーム反射器との間に配置される。各レンズは、接着剤等で、取り付けブロックの基準面の対応する一面に付着してもよい。いくつかの構成において、レンズはそれぞれ、そのそれぞれのダイオードの出力ファセットに平行な円柱軸を画定する。レンズは、そのそれぞれのダイオードの出力ビームを整列させるために、取り付け中に調節可能なのが好ましい。
【００１５】
いくつかの実施形態において、導電性の電圧プレートが、取り付けブロックに固定され、かつ各レーザダイオードのｎ面へ電気エネルギを導通させるように配置される。場合によっては、電圧プレートは、ワイヤボンド等によって、各レーザダイオードに直接接続され、ダイオードに電力を並列に供給する。他のいくつかの場合には、電圧プレートは、レーザダイオードのうちの１つに直接接続され、他のレーザダイオードは、電圧プレートが直接接続されたダイオードから直列に電力を受け取るように配置される。
【００１６】
取り付けブロックは、レーザダイオードの動作によって生成される熱を除去する冷却流体の循環のために、ブロック内に冷却通路を画定するのが好ましい。いくつかの構成において、取り付けブロックには上部セクション及び下部セクションが含まれるが、これらのセクションは、上部及び下部セクションの平坦な面に沿って永続的に連結され、冷却通路を画定する。たとえば、上部セクションは、ダイオード取り付け面、及びダイオードが整列される外側コーナーを画定してもよい。冷却通路は、取り付けられたダイオードの少なくとも１つの真下を通過するのが好ましい。
【００１７】
いくつかの実施形態において、レーザダイオードは、ダイオード取り付け面に直接はんだ付けされること等によって、取り付けブロックのダイオード取り付け面に直接固定される。他のいくつかの実施形態において、レーザダイオードは、ダイオードと同様の熱膨張特性を有するように選択された材料のサブマウントを通して取り付けブロックに付着される。たとえば、サブマウントは、取り付けブロックからダイオードを電気的に絶縁してもよい。
【００１８】
好ましくは、取り付けブロックのダイオード取り付け面は、約０．０２ミクロン未満の表面粗さを有する。より好ましくは、取り付けブロックの基準面もまた、約０．０２ミクロン未満の表面粗さを有する。
【００１９】
現在の好ましい構成において、各ダイオード取り付け面及びそのそれぞれの基準面のペアは全て、それらの相互のコーナーで互いに対して直角であり、コーナーが直角になるようにする。
【００２０】
本発明の別の態様は固体レーザを特色とするが、この固体レーザには、多数のレーザダイオードアセンブリからのビームを単一ビームに結合する光学装置とともに、それぞれが上記のように組み立てられた多数のレーザダイオードモジュールが含まれる。
【００２１】
いくつかの配置において、多数のレーザダイオードモジュールは、それぞれ、第１の共通取り付け面に取り付けられ、かつそれらの出力ビームが平行になるように、配置される。たとえば、例示的な一構成において、レーザダイオードモジュールは一列に配置され、列の交互のモジュールが第２の共通取り付け面に取り付けられて、列のモジュール全てのビーム反射器が重なるようにされ、かつビーム反射器のうちの交互の反射器が反対方向を向くようにされる。
【００２２】
いくつかの場合には、第１及び第２の共通取り付け面は直角である。
【００２３】
いくつかの例にはまた、単一ビームをファイバに集光させる集積集光レンズを備えたファイバカプラが含まれる。
【００２４】
本発明の別の態様は、光学的に積み重ねられたレーザダイオードモジュールを組み立てる方法を特色とする。本方法には、一連のステップ状で平行なダイオード取り付け面を自身の一フェースに有する取り付けブロックに、一連のレーザダイオードを付着させることであって、各ダイオード取り付け面が、ブロックの基準面のそれぞれのペアと協働してそれぞれの外側ブロックコーナーを形成し、各レーザダイオードが、ダイオード取り付け面のそれぞれの１つに配置され、ダイオードのファセットが、ダイオードが配置された取り付け面とともに外側ブロックコーナーを形成している基準面と整列されて、各ダイオードのコーナーが、ブロックのそれぞれのコーナーと整列されるようにし、各ダイオードの整列されたファセットの１つが、出力ファセットを画定することと、ビーム反射器をブロックに固定することであって、反射器が、ダイオードのそれぞれの１つによって生成されたビームを遮りかつ反射するようにそれぞれ配置された一連のステップ状で平行な面を有することと、一連のレンズが取り付けブロックに固定され、各レンズが、ダイオードのそれぞれの１つとビーム反射器との間に配置されることと、レーザダイオードのそれぞれを作動させて、出力ファセットに直角に放射されるビームを生成することと、レンズの少なくとも１つの位置を調節して、その関連するダイオードから放射されたビームを整列させることと、が含まれる。
【００２５】
レンズは、接着剤等を用いて取り付けブロックに固定されるときに、それぞれ調節されるのが好ましい。
【００２６】
本発明の別の態様は、共通取り付けブロックに多数のレーザダイオードを配置しかつ固定する方法を特色とする。本方法には、一連のステップ状で平行なダイオード取り付け面を自身の一フェースに有する取り付けブロックを設けることであって、各ダイオード取り付け面が、ブロックの基準面のそれぞれのペアと協働して、それぞれの外側ブロックコーナーを形成するが、このコーナーでは、コーナーを画定するダイオード取り付け面及び基準面のそれぞれのペアが互いに全て直角であり、コーナーが直角になるようにすることと、ブロックの基準面のそれぞれを接触させることによって、自身に対して取り付けブロックを位置付ける面を備えた器具に取り付けブロックを配置し、器具の直角面のペアが、外側ブロックコーナーそれぞれにおいて、ブロックの直角面のペアと一致し、レーザダイオード取り付け面が露出されていることと、レーザダイオード取り付け面のそれぞれにレーザダイオードを配置し、各レーザダイオードの２つの側面が、器具の直角面の関連するペアと隣接して、レーザダイオードの側面が取り付けブロックの関連する基準面と整列されることと、レーザダイオードを、それらの整列した位置で、取り付けブロックに付着することと、が含まれる。
【００２７】
以下でより詳細に論じる様々な実施形態において、レーザダイオードは、取り付けブロックの構成によって少なくとも部分的に可能にされる特に正確な高さ変位で、ステップに配置される。これらのステップのそれぞれに直角に、２つの面（互いに直角の）が設けられている。２つの面の第１の面は、レーザダイオードの外側結合ファセットのためのエンドストップとしての役割をする。これによって、レーザダイオードの放射は、この面に正確に直角であることが保証される。２つの面の第２の面は、レーザダイオードの側部ファセットのためのエンドストップとしての役割をする。この面もまた、複数のステップに属する他の全ての第２の面から正確に変位される。すなわち、レーザダイオードは、それらの間の所望の横方向距離で正確に配置される。正確な高さ変位とともに、本明細書で説明する構成が保証できるところでは、レーザダイオードから放射された複数のレーザビームは、３つの直交方向に正確に離間され、かつ互いに平行であり、個別ビームの光の積み重ねをより容易にできる。
【００２８】
以下で説明するいくつかの例がまた、正確に機械加工された面、すなわち２つの追加エンドストップ（再び、機械加工された面に直角な２つの面）を備えた機械加工された面に装着されたステップミラーを特色とし、ダイオードからの平行ビームのそれぞれに対して、ステップミラーの個別ステップのそれぞれを適切に整列することを保証するようにする。ステップミラーは、平行レーザビームを互いの上に正確に積み重ねる目的に役立つ。ステップミラーの位置を画定する３つの面は、取り付けブロックのダイオード取り付け及び基準面に対して正確に機械加工される。これによって、ビームは、大きな整列の手間なしに、互いの上に非常に正確に配置されることが保証される。
【００２９】
一セットの直交基準面はまた、円柱マイクロレンズ用の装着ベースとしての役割をする。レンズが固定されている基準面にレンズの円柱軸がほぼ直角になるようにレンズを配置することによって、マイクロレンズの整列を非常に容易にすることができ、またそれによって保証されるところでは、マイクロレンズの装着に用いられる接着剤は、実質的に、円柱軸に沿ったマイクロレンズの変位だけが生じるような仕方で収縮し、光学的影響が最小限か又は全くないようにする。ステップミラーが装着された後、マイクロレンズを個別に固定及び調節できるので、たとえブロックとステップミラーとの間のいくつかの位置決めエラーを考慮しても、レンズの調節は、完全に組み立てられたモジュールのために必要な唯一の整列ステップとして十分であり得る。
【００３０】
複数のかかる完全に調節された複合ダイオードモジュール又は「Ｍブロック」を、互いの上に光学的に積み重ねられるレーザビームの数を増加させるようなやり方で、結合することができる。下記の例は、互いに直角な２つの面を備えた中央架台を特色とする。各面は異なる高さでＭブロックを保持し、ステップミラーが、中央架台における第１及び第２の面に装着されたＭブロックからのビームを交互に積み重なるようにする。これによって、大きな整列の手間なしに、無制限な数のレーザダイオードのビームを、互いの上に正確に積み重ねることが保証される。なぜなら、中央架台の正確に機械加工された面に装着されるＭブロックの面は、Ｍブロックのダイオード取り付け及び基準面に対して正確に機械加工されるからである。
【００３１】
Ｍブロックは、電気絶縁体（酸化アルミニウム等の）で中央架台を被覆することによって、互いに電気的に絶縁することができる。
【００３２】
Ｍブロックのレーザダイオードは、正確な高さ変位のステップをまた含む適切なｎ接触部電圧プレートを用いることによって、電気的に並列に駆動することができる。代替として、Ｍブロックのレーザダイオードは、ｎ接触部のための導電性及び絶縁性シムの適切なシステムを用いることによって、電気的に直列に駆動することができる。
【００３３】
プラグを備えた単純等リル孔、蓋及びベースを含む部分におけるミリングされた冷却チャネル（この場合、蓋はベースに硬ろう付けされる）、ＤＢＣ（ダイレクトボンディッドカッパー）で作製された基板、又はマイクロチャネル冷却器もしくはフィン付き冷却器から作製された基板等、任意のレーザダイオードヒートシンク冷却方法を用いて、Ｍブロックを能動的に水冷することができる。
【００３４】
中央架台をベースプレートに正確に配置して、中央架台における複数のＭブロックからの複数の積み重ねられたレーザビームを、反対の偏光状態を備えた、別の中央架台における複数のＭブロックからの複数の積み重ねられたレーザビームと正確に結合できるようにすることができる。
【００３５】
いくつかの中央架台をベースプレートに正確に配置して、１つの中央架台における複数のＭブロックからの、１つの特定の波長を有する複数の積み重ねられたレーザビームを、別の中央架台における複数のＭブロックからの、別の特定の波長を有する複数の積み重ねられたレーザビームと正確に結合できるようにすることができる。
【００３６】
上述の技術を用いて、多数の特定の波長及び２つの偏光状態を備えた、中央架台におけるレーザダイオードの放射を結合することができる。
【００３７】
本発明の１つ又は複数の実施形態の詳細を、添付の図面及び下記の記載において説明する。本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明及び図面ならびに特許請求の範囲から明白になるであろう。
【００３８】
様々な図面における同様の参照符号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は、Ｍブロック１００及びステップミラー２００からなるＭブロックアセンブリ１０を示す。Ｍブロック１００は、互いに対して正確に機械加工された高さを備えて互いに平行な複数のステップ（たとえば６ステップ）１０１を有する。
【００４０】
第１の面１０２及び第２の面１０３は、ステップ１０１のそれぞれに直角である。また、面１０２及び１０３は、互いに直角である。複数の面１０１、１０２及び１０３の設計は、ミリング工具とＭブロックとの間で３つの異なる向きだけを用いてＭブロック１００上で面をミリングすることによって、これらの面を機械加工できるようにされている。各取り付け面１０１が残りの取り付け面と平行なので、各面１０１については、ステップミラー２００を取り付けるための位置決め面の１つと同様に、Ｍブロックを単一の位置に固定してダイヤモンドミリングし、許容誤差を最小限にして平行度を保証してもよい。同様に、全ての平行面１０２は、全ての平行面１０３が可能なように、単一の向きに保持されたＭブロックでミリングしてもよい。３つの全ての面セットは、使用されるＭブロックをレーザアセンブリに位置付ける面を始めとする面又は機構の共通セットによって決定される位置においてＭブロックが保持される向きに、ミリングしてもよい。ステップミラー２００は、Ｍブロック１００がステップミラー２００とは別に機械加工されるように、機械加工後にＭブロックに固定される。
【００４１】
面１０２のそれぞれによってエンドストップが提供され、このエンドストップに対して、発光デバイス（たとえば半導体ダイオードレーザ）３００の外側結合ファセットを整列させて、任意のかかるレーザダイオード３００から放射されたレーザビーム５００が、全ての面１０２に直角になるようにすることができる。レーザダイオード３００には１つ又は複数の放射領域を含むことができるが、この放射領域は、シングルチップ発光デバイスの一部とすることができ、またチップが１を超える放射領域を含む場合には、チップは、発光アレイ（たとえばダイオードレーザアレイ）として周知であろう。各レーザダイオード３００は、レーザダイオード３００から放射されるレーザビーム５００が全ての面１０２に直角であるように整列されるので、全てのレーザビーム５００は、レーザ３００又はそれらの出力ビーム５００を少しも能動的に整列させることなしに、互いに平行である。
【００４２】
面１０１のそれぞれによって、レーザダイオード３００の底部ファセットに対してエンドストップが提供される。面１０１が、互いに対して正確に機械加工された相対的高さでＭブロック１００に機械加工されるので、レーザ３００から放射される全ての平行レーザビーム５００の垂直変位は、互いに正確な相対的高さで整列される。
【００４３】
面１０３のそれぞれによって、レーザダイオード３００の側部ファセットの１つに対してエンドストップが提供される。面１０３が、互いからの正確に機械加工された距離に配置されるので、これによって、レーザビーム５００がレーザ３００から放射されてステップミラー２００の方向に移動する場合に、全ての平行レーザビーム５００間の正確な水平距離が保証される。
【００４４】
したがって、面１０１、１０２及び１０３によって保証されるところでは、全てのレーザダイオード３００のビームは、互いに平行であり、３つの全てのデカルト方向において、互いから水平及び垂直に正確に離間される。
【００４５】
ステップミラー２００は、図１には示していない、Ｍブロックの３つの面に正確に整列され、その結果、ステップミラーにおける各ミラー面は、それが反射するレーザビーム５００に対する正確に画定された向き、及びビーム５００を放射するレーザダイオード４００への正確な距離を有する。図１に示すように、ステップミラー２００のミラーは、レーザビーム５００を９０度偏向させ、それらを互いの上に積み重ねる。ステップミラー２００からの反射後、全てのレーザビーム５００の光路長は、同一である。これは、ステップミラー面及び面１０２を適切に配置することによって保証される。
【００４６】
また、面１０３は、レーザダイオード３００の速軸方向において、ビーム５００を集光又は視準させるための複数のマイクロレンズ４００の正確な配置を可能にする目的に役立つ。また、面１０２は、マイクロレンズ用の基準面の目的に役立ち、レーザダイオード３００の外側結合ファセットからの適切な距離を保証する。
【００４７】
全てのレーザダイオード３００は、ワイヤボンド３０５、又はたとえばｎ接触シム等の他の適切な手段を用いて、電気接続することができる。水入口及び出口取り付け具１１０及びプラグ１１１がまた示されているが、これらを用いて、Ｍブロック１００及び取り付けられたレーザダイオード３００の独自の能動的な冷却を達成することができる。冷却用流体をレーザダイオード３００の近くに搬送する内部孔は、図１に示されていない。
【００４８】
図２ａは、面１０２と平行な平面でＭブロック１００を示す。正確に配置されたマイクロレンズ４００がはっきりと見えるが、これらのマイクロレンズ４００は、互いから正確な横及び垂直距離を有する。面１０２と直角な方向にマイクロレンズ４００が有する正確な距離は見えない。面１０６が見えるが、図１７ａに示しかつ以下で説明するように、面１０６は、中央架台２０へのＭブロックの正確な装着が可能となるように、全ての面１０１、１０２及び１０３に対して正確に製造される。面１０６は面１０１に直角であり、面１０２及び面１０３に対しては４５度の角度に向けられている。
【００４９】
また、２つの非導電性ねじ６１０を用いてＭブロックに装着されたｎ接触部６００が見える。
【００５０】
マイクロレンズ４００は、互いに対して横及び垂直方向に正確な距離で配置され、ステップミラー２００の面による反射後に、結合されたビームの最大充填率を備えたビーム５００の最適な積み重ねを保証する。以下でより詳細に説明するように、面１０４及び１０７は、ステップミラー２００の正確な配置を保証し、面１０６は、複数のＭブロック１００を、中央架台へ、したがって互いに対して正確に配置することを保証する。接着剤貯蔵部１０５は、ステップミラー２００をＭブロック１００に接合する接着剤を保持するために用いられる。面１０２は、互いから正確に機械加工された距離で互いに平行であり、ステップミラー２００からの反射後に、個別ビームの同一光路長を保証するようにする。
【００５１】
図２ｂは、マイクロレンズ４００の正確な配置を示す。マイクロレンズ４００は、面１０３に直角な軸を有する円柱レンズである。レンズ４００をその適切な位置に固定する接着剤を保持するギャップ４２０が、面１０３とマイクロレンズ４００との間に存在する。硬化プロセス中に、接着剤は収縮し、結果としてマイクロレンズ４００の移動をもたらす。この収縮がほぼ円柱軸に沿ってマイクロレンズを移動させ、視準ビーム５００には光学的影響をもたらさないことが、特別なセットアップによって保証される。
【００５２】
図３は、全Ｍブロックアセンブリ１００の分解図である。複数の面１０１、１０２及び１０３を備えたＭブロック１００が示されている。Ｍブロック１００には、ステップミラー２００の正確な装着を可能にする、かつレーザビーム５００に対してステップミラー２００の適切な位置決めを保証する直角面１０４及び１０７（図２ａ）が含まれる。面１０４にはまたポケット１０５が含まれるが、このポケット１０５は、ステップミラー２００がＭブロック１００に接合される場合に、接着剤貯蔵部の役割をする。
【００５３】
取り付け具１１０及びプラグ１１１を用い、Ｍブロック１００を通して冷却流体を流し、また簡単な孔を通して流体を送って、複数のレーザダイオード３００の近くに冷却流体を搬送する。電気絶縁シート６２０が、面１０１上に配置されて、ｎ接触シート６００をＭブロック１００のベースから絶縁し、また２つの絶縁ねじ６１０によって、ｎ接触シート６００はＭブロック１００に装着される。ｎ接触シートとダイオードとの間の電気接触は、ワイヤボンド３０５又は他の適切な手段を用いて確立することができる。
【００５４】
レーザダイオード３００から放射された光を視準させるために、円柱マイクロレンズ４００が用いられる。
【００５５】
図４ａは、面１０１に平行な、Ｍブロック１００の一部の上面図を示す。ｎ接触シート６００及びねじ６１０が、絶縁シート６２０と同様に見て取れる。ワイヤボンド３０５は、レーザダイオード３００をｎ接触シート６００に接続する。マイクロレンズ４００は、レーザダイオード３００の光放射を速軸方向に視準させる。ステップミラー２００におけるミラーが各レーザダイオード３００に面しているが、このミラーは、ビームを９０度偏向させ、またビームが結合された場合に全てのレーザビーム５００の光路長が同一であることを保証するように、レーザダイオード３００に対して位置する。
【００５６】
取り付け具１１０及びプラグ１１１によって、冷却流体が、Ｍブロック１００を通って流れ、ブロックを冷却することが可能になる。
【００５７】
図４ｂは、面１０３に平行な、Ｍブロック１００の一部の側面図を示す。ステップミラー２００のミラーは、この平面に対して４５度の角度に向けられている。マイクロレンズ４００の円柱軸は、この平面に直角である。面１０３は互いに平行であり、互いに対して正確な距離に配置され、ビームの適切な光の積み重ねを保証するようにする。
【００５８】
図４ｃは、図４ｂの一部の詳細図であり、面１０３に平行なＭブロック１００の側面図を示す。レーザダイオード３００に対する円柱マイクロレンズ４００の正確な配置を図４ｄで見て取ることができるが、この配置によって、レーザビーム５００の適切な視準が保証される。また、互いに対するレーザダイオード３００の正確な位置決めが見える。図示の場合に、レーザダイオード３００は、ワイヤボンド３０５によってｎ接触シート６００に電気接続される。マイクロレンズ４００及びレーザダイオード３００は、レーザダイオード３００の放射線が最小の損失でステップミラー２００から反射されるように、配置される。この意味は、視準ビームの速軸における対称的な強度分布の場合に、レーザビームのそれぞれにおける光軸が、ステップミラー２００の対応するステップの中心にあるということである。
【００５９】
溝１０５は、ステップミラー２００を装着するための接着剤貯蔵部の一部である。
【００６０】
図４ｄは、図４ａの一部の詳細図であり、面１０１に平行な、Ｍブロック１００の一部の上面図を示す。面１０３及び１０２が、レーザダイオード３００を正確に配置するためのエンドストップとしてどのように役立つかを、図４ｄから見て取ることができる。また、マイクロレンズ４００を装着するための接着剤を含むギャップ４２０が見える。面１０３の正確な機械加工によって、極めて小さなギャップ幅４２０（１０μｍ以下のオーダ）が可能になり、したがって、接着剤の硬化中に非常に制御された収縮プロセスが保証される。さらに、ジオメトリの特定の選択によって保証されるところでは、収縮はマイクロレンズ４００のほぼ円柱軸に沿って発生し、したがって収縮は、視準ビーム５００に光学的影響を少しももたらさない。どのようにステップミラー２００の個別ステップが、面１０２及び１０３に対して４５度の角度で配置され、したがってビーム５００の正確な９０度の偏向を保証するかを、図４ｄから見て取ることができる。
【００６１】
図５は、マイクロレンズ４００を、レーザダイオード３００及び互いに対してどのように整列させることができるか、ならびにマイクロレンズの整列を、Ｍブロック１００へのステップミラー２００の装着後にどのように行い得るかを示す。面１０１、１０２及び１０３に対して非常に正確にステップミラー２００を配置することができるのに対して、ステップミラー２００のステップとレーザダイオード３００の外側結合ファセットとの間には、少なくとも２つのインタフェースを含む許容差チェーンが存在する。したがって、ステップミラー２００の装着後の、マイクロレンズ４００の能動的な整列を利用して、レーザダイオード３００の外側結合ファセットの配置とステップミラー２００のステップとの間のどんな不正確さも補償することができる。マイクロレンズ４００は、６軸アライメントステージに装着された真空コレット４９０を用いて、レーザダイオード３００の前部に配置される。能動的な整列中に、ステップミラー２００から遠い距離の偏向レーザビーム５００の位置及びサイズは、ビーム５００が、完全に視準され、他のレーザビームからの適切な垂直距離において（整列されるのが第１のビームである場合を除いて）、かつ水平方向に他のビームに並んで、正確に配置されるまで調節される。有利なことに、このアプローチによって、モジュールを完全に組み立て、かつ交換可能なユニットとして調節することが可能になる。
【００６２】
多数のＭブロック１００のレーザビーム５００が、互いに適切に整列されることになる場合には、整列器具、すなわちＭブロック面１０６が正確に装着されかつテンプレートが器具から遠い距離で配置される基準面を備えた整列器具が、各Ｍブロックの個々のレーザビームの所望のサイズ及び配置を指示する。このようにして、任意のＭブロックのレーザビーム５００の第１のビームは、面１０６及び面１０６の２つの直角エッジに反復可能に関係付けられ、１つの特定のＭブロック１００のレーザビーム５００が互いに正確に整列されるだけでなく、多数のＭブロック１００のレーザビーム５００もまた互いに整列され、これは、多数のＭブロック１００が中央架台に配置される場合には、有用になり得る。
【００６３】
マイクロレンズ４００の一側でのみＭブロック１００の面１０３にマイクロレンズ４００を装着することに、十分な信頼性がない場合には、レンズプレート４１０を、マイクロレンズ４００のもう他側及び隣接面１０３に装着して、両側からマイクロレンズ４００を保持することができる。
【００６４】
図６ａは、ｎ接触部６００の上面図を示す。ワイヤボンド３０５の装着を可能にする複数の薄い領域６０１が示されている。典型的には、ワイヤボンド３０５は、レーザダイオードとｎ接触部６００との間のかなりの高差を埋めることを考慮されていないので、領域６０１は薄くされる。他方で、ｎ接触部６００は、剛性及びいくらかの熱除去能力を保証するために、ある厚さを有するべきである。ワイヤボンド３０５を用いて、面１０１間の高差を埋める能力が制限されているために、ｎ接触シート６００は、面１０１と平行で、Ｍブロックと同様に離間されたステップを含む。ｎ接触シート６００のこれらのステップは、コイニング作業を用いて、非常に正確かつ安価に作製することができる。
【００６５】
図６ｂは、ワイヤボンディングのために用いられる薄い領域６０１を示す、ｎ接触部６００の側面図を示す。
【００６６】
図６ｃは、ｎ接触シート６００のステップを含む、ｎ接触部６００の側面図を示す。
【００６７】
図７ａは、代替冷却方式のための構造を備えたＭブロックを示す。図示のように、Ｍブロック１００には、硬ろうを用いてろう付けされた蓋１２０及びベース１３０が含まれる。ろう付け後に、面１０１、１０２、１０３、１１４及び１０６は、正確に機械加工される。上記のように、ステップミラー２００は、完成したＭブロック１００に装着される。
【００６８】
図７ｂは、この代替冷却方式の分解図を示す。蓋１２０には、レーザダイオード３００の非常に均一な冷却を保証する、機械加工された冷却チャネル１２１が含まれる。冷却流体は、ベース１３０を通って蓋１２０における冷却チャネル１２１に供給される。
【００６９】
図８は、複数の冷却チャネル１２１がはっきり見える蓋１２０の底面図を示す。面１２２は、ベース１３０への非常に良好な硬ろう付けを保証するために、平坦なのが好ましい。
【００７０】
図９ａは、ベース１３０の上面図を示すが、このベース１３０には、複数の冷却チャネル１２１を蓋に通す複数の冷却流体入口孔１３１、及び蓋における複数の冷却チャネル１２１から流体を除去する複数の冷却流体出口孔１３２が含まれる。面１３４は、蓋の面１２２をはんだ付けできる平坦な面である。平坦な面を用いて、非常に良好なはんだ接合を可能にすることができる。
【００７１】
図９ｂは、ベース１３０の側面図を示すが、このベース１３０には、複数の流体入力孔１３１及び水出力孔１３２から流体を供給及び除去する２つの冷却流体マニホールド孔１３３（そのうちの１つが示されている）が含まれる。
【００７２】
図１０は、上記の代替冷却方式を用いて組み立てられた全Ｍブロックアセンブリ１０の上面図を示す。複数のレーザダイオード３００の下の複数の冷却チャネル１２１が、破線として見える。また、ステップミラー２００、マイクロレンズ４００及びワイヤボンド３０５が見える。
【００７３】
図１１ａは、Ｍブロック１００の別の冷却代替を示すが、そこでは、ダイレクトカッパーボンディッド（ＤＣＢ）基板が用いられ、この基板からＭブロック１００が機械加工される。ダイレクトカッパーボンディッド基板には、２つのセラミックス層１４２、及び金属シートを直接接合することによって形成された多数の冷却チャネル１４１が含まれる。一番上のセラミックス層１４２の上には、ヒートシンク１４３が接合されるが、このヒートシンク１４３は、上記のように正確に機械加工され、その上にレーザダイオード３００が直接配置される。
【００７４】
図１１ｂは、レーザダイオード３００とヒートシンク１４３との間にサブマウント３１０が配置されていることを除いて、図１１ａと同じ構造を示す。サブマウント３１０は、レーザダイオード３００の硬ろう付けを可能にするために、レーザダイオード３００の結晶材料に対して膨張適合性とすることができる。かかる膨張適合性サブマウント３１０はまた、他の冷却方式とともに用いることができる。
【００７５】
図１２ａは、レーザダイオード３００に硬ろう付けするための膨張適合性サブマウント３１１を含む１つの代替取り付け構成を示す。Ｍブロック１００には、言及した冷却方法のいずれかによって形成された冷却チャネル１２１が含まれる。サブマウント３１１は、電気的に絶縁しており、レーザダイオード３００のｐ側は、絶縁性サブマウント３１１に硬ろう付けされる。レーザダイオード３００のｎ側は、ワイヤボンド３０５又は任意の他の適切な方法によって、ｎ接触シート６００に接触される。絶縁体６２０は任意である。
【００７６】
図１２ｂは、レーザダイオード３００を配置する硬ろう付けのための膨張適合性サブマウント３１３を含む別の取り付け構成を示す。Ｍブロック１００には、言及した冷却方法のいずれかによって形成された冷却チャネル１２１が含まれる。サブマウント３１３は、導電性であり、レーザダイオード３００のｐ側は、導電性サブマウント３１３に硬ろう付けされる。レーザダイオード３００のｎ側は、ワイヤボンド３０５又は任意の他の適切な方法によって、ｎ接触シート６００に接触される。ｎ接触シート６００は、絶縁体６２０を用いて導電性サブマウント３１３から分離され、また導電性サブマウント３１３及び絶縁体６２０は、絶縁体３１２上に配置される。
【００７７】
図１３ａは、ワイヤボンド３０５を用いてレーザダイオード３００とｎ接触シート６００との間で電気接触がどのようになされるかを一般的に示す。ｎ接触シート６００は、絶縁体６２０を用いてＭブロック１００から絶縁される。
【００７８】
代替として、図１３ｂは、ｎ接触シム３１５を用いてレーザダイオード３００とｎ接触シート６００との間で電気接触がどのようになされるかを示す。ｎ接触シート６００は、絶縁体６２０を用いてＭブロック１００から絶縁される。
【００７９】
図１４ａ及び１４ｂは、Ｍブロック１００における全てのレーザダイオード３００を直列に駆動するために、Ｍブロック１００をどのように構成できるかを示す。直列式のｎ接触シート７００によって、第１のレーザダイオード３００への電流フロー７０１が可能になる。図１４ｂは、図１４ａの詳細を示し、また第１のレーザダイオード３００のｎ接触部へ流れる電流７０２が、どのようにレーザダイオード３００を通過し、次に電流７０３が、小さなｎ接触シム７１０に沿って第２のダイオードのｎ側に流れ続けるかを示す。電流７０３は、第２のダイオードを、そのｐ側へと通過し、そこから電流７０４が、次のダイオードのｎ側へ流れる等である。図１４ａは、どのように電流７０５が最後のダイオードのｐ側から、いくつかの端部ワイヤボンドを通って、Ｍブロック１００に流れるかを示すが、Ｍブロック１００は、互いに直列の複数のレーザダイオード３００のシステムにおけるｐ接触部としての役割をする。
【００８０】
図１４ｂはまた、導電性サブマウント（又は金属めっきされた絶縁性サブマウント）３１４、及び小さなｎ接触シム７１０をサブマウント３１４から絶縁する小さな絶縁体７２０を示す。
【００８１】
小さなｎ接触シム７１０間の絶縁体７２０、ｎ接触シート７００、及び導電性又は金属被覆絶縁性サブマウント３１４が、よりよく見える。どのように電流７０２が、ダイオード３００のｎ側に流込み、電流７０３が、ｐ側から次のダイオードへ流れ出るかがまた明らかである。
【００８２】
図１５は、全てのダイオードが直列であるＭブロック１００の分解図を示す。ステップミラー２００、マイクロレンズ４００、Ｍブロック１００、導電性又は金属被覆絶縁性サブマウント３１４、レーザダイオード３００、絶縁体７２０、小さなｎ接触シム７１０、ｎ接触シート７００、及びｎ接触シート７００をＭブロック１００に装着する絶縁性ネジ６１０が見える。
【００８３】
図１６は、どのようにレーザダイオード３００が、接合プロセス中に面１０２及び１０３に正確に整列され得るかを示す。Ｍブロック１００は、ホルダ８４０内に配置される。正確に機械加工されたテンプレート８００には、正確に機械加工された面８１０及び８２０が含まれる。全ての面８１０は互いに平行であり、全ての面８２０は互いに平行である。面８１０は面８２０に直角であり、面８１０はアンダーカット８３０によって面８２０から分離される。全ての面８１０は、全ての面１０２と直接接触され、全ての面８２０は、面１０３と直接接触される。かかる許容差は、現代のダイヤモンド機械加工ツールの１．０μｍの精度ゆえに可能である。
【００８４】
接合プロセス中に、レーザダイオード３００の外側結合ファセットが面８１０に押しつけられ、その側部ファセットが面８２０に押しつけられて、レーザダイオード３００の正確な配置が保証される。次に、レーザダイオードは、面１０１に接合される。場合によっては、整列器具の面８１０は、それぞれわずかにステップ状にされ、整列のときに、レーザダイオードの外側結合ファセットは、約１０μｍの突き出しを備える等、取り付けブロックの取り付け面１０１の上にわずかに突き出すようにされる。これは、はんだが出力ファセットを這い上がらないように保証するのに役立つ。
【００８５】
図１７ａは、中央架台２０に装着された複数のＭブロック１０を示す。中央架台及びＭブロック面１０６が正確に機械加工されているので、全てのＭブロック１０における全てのレーザダイオードビームの極めて正確な配置を達成することができる。Ｍブロック１０は、互いから所定の距離離れて、中央架台２０の２つの装着面に交互に配置されている。装着面の１つにおいて、Ｍブロック１０は、逆さに装着され、最小の高さで最大数の合計ビーム５００を保証するが、これは、結合されたビームの最適な充填率に対応する。
【００８６】
図１７ｂ及び１７ｃは、Ｍブロックアセンブリ１０を含む中央架台２０の端面図及び側面図を示す。共通取り付け面３１に沿った機構３０によって、各Ｍブロックアセンブリは中央架台に正確に配置される。
【００８７】
図１８は、ファイバ結合ダイオードレーザシステムを示すが、このシステムは、第１の波長で光を放射する２つの中央取り付けＭブロックスタック１１００、及び第２の波長で光を放射する２つの中央取り付けＭブロックスタック１１５０に基づいている。４つの全ての中央取り付けＭブロックスタック１１００及び１１５０は、ビーム成形光学装置１２００を用いて成形される個別ビームのスタックを放射する。第１の波長の放射線は、折り曲げミラー１２２０を通った後、第２の波長には透過性で第１の波長には反射性であるダイクロイックミラー１２３０を用いて、第２の波長の放射線と結合される。これは、２度、すなわち左側の２つのスタックに対して一度、及び右側の２つのスタックに対して一度発生する。
【００８８】
結合された第１及び第２の波長の２つの残ったビームの１つは、半ラムダプレート１２４０を通ることによって、結合された第１及び第２の波長のもう一方のビームに直角にその偏光状態を変更する。
【００８９】
その後、結合された第１及び第２の波長の２つの残ったビームは、偏光結合プリズム１２５０において結合された偏光である。ビームは、一セットの後方散乱フィルタ１３００に沿ってビームスイッチ１４００へと進む。ビームは、ビームスイッチを出てビームダンプ１５００（待機中のレーザ）へと伝わるか、集積集光レンズを備えたファイバカプラ１６００へと伝わることができるが、これらの集積集光レンズは、ファイバプラグ１６２０を用いて固定されたファイバ１６４０へビームを集光させる。全システムは、ベースプレート１７００に取り付けられる。
【００９０】
図１９は、図１８に記載したシステムの３次元図及び詳細を示す。
【００９１】
図２０は、Ｍブロック３１００の代替設計を示す。この場合に、代替ステップミラー３２００は、絶縁体３３００を用いてＭブロックから分離される。
【００９２】
図２１は、別のかかる代替を示す。この場合に、Ｍブロック１００の各ステップ面１０１には複数のレーザダイオード３００が含まれるが、このステップ面１０１は、完全には膨張適合性でないサブマウントにレーザダイオード３００が硬ろう付けされる場合に、レーザダイオード３００に応力緩和を提供できる。さらに、この構成はまた、熱除去にもまた有益であろう。
【００９３】
特定の実施形態に関する他の詳細は、２００４年６月１日出願された係属中の米国仮特許出願第６０／５７５，３９０号明細書、又は「ダイオードレーザアレイスタック（ＤＩＯＤＥ  ＬＡＳＥＲ  ＡＲＲＡＹ  ＳＴＡＣＫ）」なる名称の、本発明者らによって本出願と同時に出願された米国特許出願で見出してもよい。これらの言及した出願の両方の内容全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
【００９４】
本発明の多くの実施形態を説明した。しかしながら、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、様々な修正をなし得ることが理解されるであろう。したがって、他の実施形態は、特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】多数の光学的に積み重ねられたレーザダイオードを備え、部分的に組み立てられたモジュールの斜視図である。
【図２ａ】ステップミラーが除去され、電圧プレートが装着された図１のモジュールの正面図である。
【図２ｂ】マイクロレンズの配置を示す拡大正面図である。
【図３】電圧プレート及び絶縁体を備えた図１のモジュールの分解図である。
【図４ａ】完全に組み立てられた図１のモジュールの上面図である。
【図４ｂ】完全に組み立てられた図１のモジュールの側面図である。
【図４ｃ】図４ｂにおけるエリア４ｃの拡大図である。
【図４ｄ】図４ａにおけるエリア４ｄの拡大図である。
【図５】図１のモジュールのアセンブリにおいて固定及び調節されるマイクロレンズを示す。
【図６ａ】図３のモジュールにおける電圧プレートの概略図である。
【図６ｂ】同上。
【図６ｃ】同上。
【図７ａ】２つの部分で形成されたモジュールブロックを含む、部分的に組み立てられたモジュールの斜視図である。
【図７ｂ】図７ａのアセンブリにおけるブロックを形成するように連結された２つのブロック要素の概略分解図を示す。
【図８】図７ａに示す取り付けブロックの上部要素の底面図である。
【図９ａ】図７ａに示す取り付けブロックの下部要素の上面図である。
【図９ｂ】図９ａにおける線９ｂ−９ｂに沿って取られた断面図である。
【図１０】図７ａの部分的に組み立てられたモジュールの上面図であり、内部冷却通路を示す。
【図１１ａ】ラミネートを含む代替取り付けブロック構造の断面図を示す。
【図１１ｂ】同上。
【図１２ａ】代替ダイオード取り付け構成の断面図であり、サブマウントを示す。
【図１２ｂ】同上。
【図１３ａ】レーザダイオードを電圧プレートに電気接続する代替方法を示す。
【図１３ｂ】同上。
【図１４ａ】ダイオードが電圧プレートに直列に接続されたモジュールの斜視図である。
【図１４ｂ】ダイオード間の電流フローを示す拡大図である。
【図１５】図１４ａ及び図１４ｂに示すモジュールアセンブリの分解図である。
【図１６】取り付けのためにレーザダイオードを位置決めするための整列器具における、図３のアセンブリのモジュールブロックの斜視図である。
【図１７ａ】モジュールアセンブリを形成するために単一の取り付けブロックに取り付けられた多数のレーザダイオードモジュールの斜視図である。
【図１７ｂ】モジュールアセンブリを形成するために単一の取り付けブロックに取り付けられた多数のレーザダイオードモジュールの側面図である。
【図１７ｃ】モジュールアセンブリを形成するために単一の取り付けブロックに取り付けられた多数のレーザダイオードモジュールの端面図である。
【図１８】他の光学部品と結合された、図１７ａに示すタイプの４つの複合モジュールアセンブリを含むファイバ結合ダイオードレーザシステムの上面図である。
【図１９】他の光学部品と結合された、図１７ａに示すタイプの４つの複合モジュールアセンブリを含むファイバ結合ダイオードレーザシステムの斜視図である。
【図２０】ステップミラーが取り付けブロックから絶縁された別のモジュール構造の斜視図である。
【図２１】同上。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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