(57)【要約】ダイオードレーザー装置においては、パワーをスケーリング可能な放射源を、種々の冷却を適用でき、放射場の構成を種々の課題に対し簡単に適合させることができるように構成するという課題がある。このため、各ダイオードレーザーセルは互いに分離されて担持体の熱接触面と結合され、且つ互いに電気的に直列に接続されている。担持体は、ダイオードレーザーの線状の放射領域が一列に隣接してｐｎ移行面が熱接触面に対し平行に延びるように互いに並設されている。ダイオードレーザー装置は特にポンピング光源として適している。
2004515086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のダイオードレーザーセルを備え、各ダイオードレーザーセルが、それぞれ１つの熱拡散性担持体の熱接触面と結合し、且つ熱接触面に対し平行に延びているｐｎ移行面を有し、担持体がセル方向に互いに横に並んで且つ電気的に絶縁されて共通の冷却要素の冷却表面上に固定され、その結果冷却表面が熱接触面に対し平行に延びているダイオードレーザー装置において、
ダイオードレーザーセルが互いに分離されて担持体（３，２７，２７，４３，４４）の熱接触面上に固定され、且つ互いに電気的に直列に接続されており、各担持体（３，２７，２７，４３，４４）が、結合されているダイオードレーザーセルに対する電気接点として構成され、且つ電気的に絶縁して担持体と結合される他の接点（１０）を有していることを特徴とするダイオードレーザー装置。
【請求項２】
電気的に絶縁されて担持体（３，２７，２７，４３，４４）と結合されている接点（１０）の、それぞれ隣接する担持体（３，２７，２７，４３，４４）に対する電気接続部（１１）が直列接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項３】
各ダイオードセルに、放射されたレーザービームの高速軸であってｐｎ移行面（ｐ／ｎ）に対し垂直に延びている高速軸のためのコリメータ（１２，２８，２９，４５，４６）が付設されていることを特徴とする、請求項２に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項４】
冷却表面（５）が階段構造を有し、その段部（１４）に担持体（３，２６，２７）が載置されていることを特徴とする、請求項３に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項５】
ダイオードレーザーセルの下流側に転向要素（１５）が配置され、転向要素（１５）がレーザービームをその長尺状の拡がりに沿って配列させることを特徴とする、請求項４に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項６】
転向要素（１５）がそれぞれ１つのダイオードセルに付設されている個別要素の積層体からなり、個別要素の、対を成して互いに平行に延びている側面（１６，１７，１８，１９）のうち１つの側面が、ビーム入射面として用いられ、第１の端面（２１）が、ビーム射出用に設けられている第２の端面（２０）の方向へレーザービームを転向させる反射要素として構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項７】
ビーム入射面（１６）がｐｎ移行面（ｐ／ｎ）に対し垂直な方向に拡がりを持っており、この拡がりが前記方向におけるレーザービームの拡がりを上回っていることにより、減衰の少ないビームカップリングが保証されているとともに、個別要素の側面（１８，１９）における、高速軸（ＦＡ）方向への反射が回避されることを特徴とする、請求項６に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項８】
個別要素の側面（１６，１７）で内部全反射が生じてビームを均一にさせるような発散をレーザービームが緩速軸（ＳＡ）の方向に有していることを特徴とする、請求項７に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項９】
ビーム入射面（１６）とビーム射出用の端面（２０）とが反射防止コーティングされていることを特徴とする、請求項８に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１０】
共通の冷却要素（６，１３，２３，４７）が放熱手段と連結されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１１】
放熱手段がペルチエ要素であることを特徴とする、請求項１０に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１２】
放熱手段が水冷部として構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１３】
放熱手段が強制対流部を有していることを特徴とする、請求項１０に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１４】
担持体（３，２７，２７，４３，４４）と冷却表面（５）との間の熱伝導率が少なくとも０．０３Ｗ／ｍｍ２Ｋであることを特徴とする、請求項１３に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１５】
各ダイオードレーザーセルに、ｐｎ移行面（ｐ／ｎ）に対し平行に延びている放射レーザービームの低速軸（ＳＡ）用のコリメータが付設されていることを特徴とする、請求項３に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１６】
ダイオードレーザーセルが、偏光状態が互いに異なるレーザービームを放出することを特徴とする、請求項３に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１７】
ダイオードレーザーセルの下流側に、光路内でのレーザービームの偏光状態を変化させるための光学要素（３６，５９）が配置されていることを特徴とする、請求項３に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１８】
ダイオードレーザーセルが、波長が互いに異なるレーザービームを放出することを特徴とする、請求項３に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項１９】
ダイオードレーザーセルの光路内に、互いに異なるレーザービームの転向・カップリング要素（３０，４８）が配置されていることを特徴とする、請求項１６から１８までのいずれか一つに記載のダイオードレーザー装置。
【請求項２０】
転向・カップリング要素（４８）が板状の部分要素（４９，５０）から構成され、これら部分要素（４９，５０）が、それぞれ１つのダイオードレーザーセルに付設され、且つビームを転向させビーム射出部として用いられる端面（５５，５６，５７，５８）と、互いに平行に延びている側面（５１，５２，５３，５４）とを有し、これら側面のうちダイオードレーザーセル側の側面（５１，５３）がビーム入射面として用いられること、ビームを転向させる端面（５５，５６）が、付設のダイオードレーザーセルのレーザービームに対し反射性を持つように構成され、且つビーム射出部として用いられる端面（５７，５８）へのビーム指向性が保証されるような角度でビーム入射面（５１，５３）と交差しているとともに、該端面（５５，５６）は、隣接している部分要素の、ビーム射出部として用いられる端面と結合して、互いに異なるレーザービームをカップリングさせており、結合された端面（５６，５７）が、一方の部分要素（４９）から他方の部分要素（５０）にカップリングされるレーザービームに対し透過性を有していることを特徴とする、請求項１９に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項２１】
各ダイオードレーザーセルがその担持体（２６，２７）によって共通の冷却要素（２３）の階段状冷却表面の段部に載置されていることを特徴とする、請求項１９に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項２２】
転向・カップリング要素（３０）が個別要素（３１，３２）の積層体から成り、これら個別要素のうち積層体エッジにある個別要素がビーム射出要素として設けられ、他の個別要素がそれぞれ案内されるレーザービームを積層体内において隣接している個別要素へカップリングさせるために設けられていること、各個別要素（３１，３２）の、対を成して互いに平行に延びている側面のうち、１つの側面（３３，３５）がビーム入射面として用いられ、第１の端面（３４，３７）がレーザービームを第２の端面（３９，４０）の方向へ転向させる反射要素として形成されていること、互いに平行に延びている第２の端面（３９，４０）が積層体内で互いに結合されている側面のほうへ傾斜していることにより、互いに異なるレーザービームが選択的に反射と透過を行なうことにより第２の端面（３９，４０）を介して案内され、積層体エッジに位置している個別要素（３２）の第２の端面（４０）がすべてのレーザービームのためのビーム統合面として用いられることを特徴とする、請求項２１に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項２３】
ダイオードレーザーセルが、レーザービームの射出領域（８）を有している共通のケーシング（７）によって取り囲まれていることを特徴とする、請求項１から２２までのいずれか一つに記載のダイオードレーザー装置。
【請求項２４】
ケーシング（７）内に乾燥剤が設けられていることを特徴とする、請求項２３に記載のダイオードレーザー装置。
【請求項２５】
ケーシング（７）内に安全装置が組み込まれていることを特徴とする、請求項２３に記載のダイオードレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、複数個のダイオードレーザーセルを備え、各ダイオードレーザーセルが、それぞれ１つの熱拡散性担持体の熱接触面と結合し、且つ熱接触面に対し平行に延びているｐｎ移行面を有し、担持体がセル方向に互いに横に並んで且つ電気的に絶縁されて共通の冷却要素の冷却表面上に固定され、その結果冷却表面が熱接触面に対し平行に延びているダイオードレーザー装置に関するものである。
【０００２】
工業的レーザー材料加工においては、固体レーザーをポンピングするため、通常アレイとして構成される高出力レーザーダイオードが使用される。また医学の分野においても使用される。この種の高出力レーザーダイオードは積層されることにより放射パワーの高い２次元放射面を形成する。放射特性を改善するため、いわゆる高速軸（ｐｎ移行面に対し垂直な軸）の視準が行われ、また補助的に低速軸の視準も行なわれる。結局、ビーム変形またはビーム対称化により放射密度および放射クオリティがさらに改善される。セル幅の典型的なサイズはほぼ５ないし１２ｍｍで、積層高さは５−１００ｍｍである。レーザーダイオードアレイが５０個以下であれば、スタックと呼ばれる１つのレーザーダイオード積層体に重設させることができる。
【０００３】
積層可能なシステムはそのコンパクトな構成のために効率的な冷却が必要であり、しかも高出力密度を得るためにアレイ間の間隔をできるだけ小さくさせねばならないのでなおさらである。このため従来では水冷ヒートシンクの開発が行われた。水冷ヒートシンクは小さな熱抵抗を実現するためのマイクロダクト構造を有し、極めてコンパクトなサイズである。
【０００４】
この種のマイクロダクトヒートシンクはたとえばＤＥ４３１５５８０号およびＤＥ１９７５０８７９号から知られている。ＵＳ５１０５４２９号およびＵＳ５１０５４３０号はこのヒートシンクを主に積層可能なシステムを生じさせるために使用する。この場合冷却液は積層体により連続軌道で案内される。積層体内部の各マイクロヒートシンクは、上層部にマイクロダクトを備えた多層の層構造からなり、前記連続軌道に接続している供給部および排出部を有している。
【０００５】
前記ＵＳ５１０５４２９号およびＵＳ５１０５４３０号はＤＥ４３３５５１２号にも引用されている。ＤＥ４３３５５１２号はいわゆる「ヒートスプレッダー」を使用して、レーザーダイオードの小さな熱導入面を著しく拡大させることにより、冷却効率を複数倍に増大させている。
【０００６】
レーザーバーを、ヒートシンク上に載置され、部分領域に分類されている基板と結合させることも知られている。欧州特許公開第０５９０２３２Ａ１号公報では、レーザーバーの個々のレーザーダイオード間の熱的なクロストークを回避するため、個別ダイオードの間にある区域の下方に熱伝導性の低い領域が配置されているが、他方ドイツ連邦共和国特許公開第１９８２１５４４Ａ１号公報では、レーザーバーのレーザーダイオードは誘電性材料からなる個別細条部と結合されている。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９５３６４６３Ａ１号公報には、半導体をヒートシンク上に固定したレーザーダイオード素子が記載されている。ヒートシンクは電気伝導性と熱伝導性のある接続板を備えた冷却体からなり、接続板上に半導体が固定されている。この種のレーザーダイオード素子の多くはユニットとして製造された後、分断される。
【０００８】
ＤＥ４３１５５８０号に記載の原理的に積層に適したモジュール構造では、マイクロダクトヒートシンクの機能が５つの層に分割されている。マイクロダクトプレートまたはディストリビュータープレートにおいては、供給部を介して供給される冷却液が、カバー層に固定されているダイオードレーザーの下方にある複数個のマイクロダクトに分割される。冷却液は中間層にある連通ダクトを介して集積プレートへ誘導する。集積プレートからは排流部への連通部が延びている。
【０００９】
直接的な（能動的な）液冷は極めて効果的であるが、マイクロダクトヒートシンクにはいくつかの欠点もある。たとえばマイクロダクトの構造は製造的に高コストである。冷媒（水が使用されることが多い）は敏感な半導体素子のすぐ近くにあるため、液体案内材料、パッキン、冷媒のクオリティに対し非常に高度な要求が課される。
【００１０】
液体案内ダクトが電気ポテンシャルの異なるいくつかの領域を通過しなければならないことに関連しても問題が生じる。面倒な処置を施さないと非常に高い電場が発生し、複雑な電気化学的プロセスを生じさせることがある。
【００１１】
外部の環境の影響から保護するために積層体をケーシングに収納させる必要がある場合は、残留漏れ率のためにケーシング内に沈殿する凝縮物を除去したり、或いはこの種の凝縮物の形成を阻止するには特に高いコストが必要である。
【００１２】
積層部自体にも欠点がある。アレイ間の間隔が次第に狭くなっていくので常に効率的な冷却が必要であるばかりか、この間隔の減少自体に幾何学的な制限がある。
ＤＥ４３１５５８０号で提案されている装置では、複数のレーザーダイオードバーが広い面積のマイクロダクトヒートシンク上に取り付けられているが、この装置においても、エッジエミッターの放射面間の自由空間が幾何学的に制限されざるを得ない。
【００１３】
最後に、ダイオード積層体には、その放射場の構成が予め設定されているために特定の適用例に限定されるという欠点もある。
【００１４】
本発明の課題は、パワーをスケーリング可能な放射源において、種々の冷却を適用でき、放射場の構成を種々の課題に対し簡単に適合させることができるように構成することである。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するため、冒頭で述べた種類のダイオードレーザー装置においては、ダイオードレーザーセルが互いに分離されて担持体の熱接触面上に固定され、且つ互いに電気的に直列に接続されており、各担持体が、結合されているダイオードレーザーセルに対する電気接点として構成され、且つ電気的に絶縁して担持体と結合される他の接点を有していることを特徴とするものである。
【００１６】
電気的に絶縁されて担持体と結合されている接点の、それぞれ隣接する担持体に対する電気接続部は直列接続されている。
各ダイオードセルに、放射されたレーザービームの高速軸であってｐｎ移行面に対し垂直に延びている高速軸のためのコリメータが付設されているのが有利である。
【００１７】
特に有利な実施形態では、冷却表面は階段構造を有し、その段部に担持体が載置されている。このような配置構成では、レーザー光線は、ダイオードレーザーセルのセル方向に並んで位置するように且つ段部の高さだけずらして配置されている放射領域から放射される。特殊な光学系を用いてこのレーザー光線を変形させ、積層体の放射クオリティと比較しうるような放射クオリティを生じさせてもよい。前記光学系は転向要素の形態でダイオードレーザーセルの下流側に配置される。転向要素はレーザービームをその長尺状の拡がりに沿って配列させる。転向要素はそれぞれ１つのダイオードセルに付設されている個別要素の積層体からなり、個別要素の、対を成して互いに平行に延びている側面のうち１つの側面は、ビーム入射面として用いられ、第１の端面は、ビーム射出用に設けられている第２の端面の方向へレーザービームを転向させる反射要素として構成される。ビーム入射面はｐｎ移行面に対し垂直な方向に拡がりを持っており、この拡がりがこの方向におけるレーザービームの拡がりを上回っていることにより、減衰の少ないビームカップリングが保証されているとともに、個別要素の側面における、高速軸方向への反射が回避される。したがって、長さが異なる個別要素において著しい放射拡大が阻害されないよう保証される。高速軸の方向にレーザービームが発散することにより、個別要素の該当する側面に内部全反射が生じ、ビーム均一化のうえで有利である。
ビーム入射面とビーム射出用の端面とが反射防止コーティングされているのが有利である。
【００１８】
本発明による構成により、共通の冷却要素を種々の放熱手段（たとえばペルチエ要素、水冷部、強制対流部）と連結させることができる。いずれの場合も、担持体と冷却表面との間の熱伝導率は少なくとも０．０３Ｗ／ｍｍ２Ｋである。従来の技術で水冷の際に生じる凝縮物の形成に関わる問題も簡単に解決できる。というのは、液体を案内するダクトとパッキンをダイオードレーザーセルのために設けたられたケーシングの外側に設置できるからである。もちろん、レーザービームの射出領域を備えたケーシング内に補助的に乾燥剤を設けたり、安全装置を組み込んでもよい。
各ダイオードレーザーセルに、ｐｎ移行面に対し平行に延びている放射レーザービームの低速軸用のコリメータが付設されているのが有利である。
【００１９】
本発明によるダイオードレーザー装置は、偏光状態または波長が互いに異なるレーザービームを放出するダイオードレーザーセルを有していてよい。レーザービームの偏光状態を変化させるため、ダイオードレーザーセルの下流側に、光路内でのレーザービームの偏光状態を変化させるための光学要素が配置されている。このようなケースでは、ダイオードレーザーセルの光路内に、互いに異なるレーザービームの転向・カップリング要素が配置される。
【００２０】
レーザーダイオードセルがその担持体によって共通の平らな冷却要素上に配置される場合には、ビームを統合させるための転向・カップリング要素は板状の部分要素から構成され、これら部分要素はそれぞれ１つのダイオードレーザーセルに付設されている。しかも各部分要素は、ビームを転向させビーム射出部として用いられる端面と、互いに平行に延びている側面とを有し、これら側面のうちダイオードレーザーセル側の側面はビーム入射面として用いられる。ビームを転向させる端面は、付設のダイオードレーザーセルのレーザービームに対し反射性を持つように構成され、且つビーム射出部として用いられる端面へのビーム指向性が保証されるような角度でビーム入射面と交差しているとともに、該端面は、隣接している部分要素の、ビーム射出部として用いられる端面と結合して、互いに異なるレーザービームをカップリングさせており、結合された端面は、一方の部分要素から他方の部分要素にカップリングされるレーザービームに対し透過性を有している。
【００２１】
各ダイオードレーザーセルがその担持体によって共通の冷却要素の階段状冷却表面の段部に載置されている場合には、転向・カップリング要素は個別要素の積層体から成り、これら個別要素のうち積層体エッジにある個別要素はビーム射出要素として設けられ、他の個別要素はそれぞれ案内されるレーザービームを積層体内において隣接している個別要素へカップリングさせるために設けられている。各個別要素の、対を成して互いに平行に延びている側面のうち、１つの側面はビーム入射面として用いられ、第１の端面はレーザービームを第２の端面の方向へ転向させる反射要素として形成されている。互いに平行に延びている第２の端面が積層体内で互いに結合されている側面のほうへ傾斜していることにより、互いに異なるレーザービームが選択的に反射と透過を行なうことにより第２の端面を介して案内され、積層体エッジに位置しているの第２の端面はすべてのレーザービームのためのビーム統合面として用いられる。
【００２２】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１に図示した装置の場合、ダイオードレーザー１はダイオードレーザーセルまたはダイオードレーザーバーの形態で設けられ、それぞれのレーザーダイオード１は、熱放散のために、銅から成る別個の熱拡散担持体３の熱接触面２と結合している。図面をわかりやすくするため、同一構成の要素のうち１つだけを図示した。ダイオードレーザー１は放射領域を有し、放射領域は矢印４で示した膨張方向において熱接触面２に対し平行に長尺状に延びている。担持体３は互いに横に並んで配置され、しかし電気的に絶縁されて、共通の冷却要素６の冷却表面５上に小さな熱伝導抵抗で固定され、その結果冷却表面５は熱接触面２に対し平行に延在し、且つダイオードレーザー１はその膨張方向に沿って列を成し、よって線状のレーザービームプロフィールを持った光源を形成している。さらにダイオードレーザー１はそのｐｎ移行面ｐ／ｎが熱接触面２に対し平行になるように配置され、その結果レーザーダイオード特有の高速軸（ｆａｓｔ ａｘｉｓ）ＦＡは熱接触面２に対し垂直に延び、低速軸（ｓｌｏｗ ａｘｉｓ）ＳＡはこの熱接触面に対し平行に延びている（図１の詳細図を参照）。冷却要素６はたとえば銅のような熱伝導性に優れた材料から成り、通常どおりペルチエ要素（図示せず）で冷却される。しかし水冷でもよい。外部の影響から保護するため、ダイオードレーザー１はケーシングによって取り囲まれ、すなわち冷却要素６上にレーザービーム用の出口窓８を備えたフード７が載置されている（図２）。択一的にレーザービームを、ケーシングのターミネートを形成する光導体にカップリングさせてもよい。また、ファイバープラグ、合焦光学系、或いはビームガイド用の他の光学系を使用してもよい。このように構成したダイオードレーザーモジュールに、たとえばＥＳＤ損傷を防止するためのリレーまたは短絡ブリッジ、モニターダイオード、レーザーダイオードようの温度センサ、ダイオードレーザーデータ用の記憶媒体のような電気的安全装置を補助的に組み込んでもよい。さらにダイオードレーザーモジュールは事前にビーム位置調整されており、迅速且つ容易な交換を補償するため参照点（図示せず）を備えている。これらの参照点は１箇所の参照部位に対し再現可能に配置される。最も簡単には、たとえば所定の部位においてロックに係合するピンである。
【００２３】
水冷用の接続部が必要な場合は、ケーシングの外側に設けることができる。これを、冷却要素６の端面に設けたダクト９を破線で示すことにより図示した。本発明による解決法のコンセプトにより、ケーシング内部に液体に対する密封部を設ける必要はない。しかし、乾燥剤をケーシング内に収納しておくのが有利である。
【００２４】
ダイオードレーザー１は電気的に直列に作動させる。このようにすると、並列接続の場合のように電源装置や電気ケーブルに対し高度な要求を課す必要がないからである。このため担持体３はその熱拡散機能に加えて電気接点として構成され、ダイオードレーザー１のためのアノードとして用いる。直列接続のため、担持体３の上面に電気的に絶縁して取り付けられたカソード要素１０が電流ブリッジ１１によりそれぞれ隣接する担持体３と結合されている。
【００２５】
それぞれのダイオードレーザー１の下流側には、高速軸を視準するため、シリンダレンズの形態の光学系１２が配置されている。さらに、コリメーションアレイを用いて低速軸の発散も低減させることができ、たとえば半波位相遅延板のようなビームの偏光を変化させるための光学要素を設けてもよい。
【００２６】
図３に図示したヒートシンクは、図１の実施形態とは異なりリ、冷却表面が階段構造を有している冷却要素１３を有している。階段構造の段部１４に担持体３が載置され、担持体３はその上にダイオードレーザー１を備え、電気的に絶縁されているが、小さな熱伝導率を持っている。このような構成のために、放射領域の膨張方向に並んでいるダイオードレーザー１はそれぞれ段部１４の高さＨだけずらして配置されているので、放射領域から放出され高速軸において視準されたレーザービームを転向要素１５を用いて並べ替えることができる。結果的に、個々の「ビームパック」からなる光束が生じ、この光束はダイオード積層体（スタック）の光束に対応しており、個々のレーザービームはその長尺状の拡がりに沿って互いに隣接して配置されている。
【００２７】
転向要素１５は、有利には板状に構成された個別要素の積層体から成っている。個別要素の数量はダイオードレーザー１の数量に対応しており、個別要素はそれぞれダイオードレーザー１の光路内にそれぞれの段部１４の高さで配置されている。対を成して互いに平行に延びている側面１６，１７，１８，１９のうち、ダイオードレーザー１の波長に対し反射を防止するようにコーティングされた側面１６はビーム入射面として用いられ、同様にダイオードレーザー１の波長に対し反射を防止するようにコーティングされた第１の端面２０はビーム射出面として用いられる。ダイオードレーザー１の波長を反射する第２の端面２１はビーム入射面と角度αを成しており、この角度αはビーム射出用の端面２０の方向へレーザービームを転向させるように選定されている。本実施形態では入射角は４５゜である。端面２１での反射は高反射コーティングにより達成でき、或いは、レーザービームは全反射条件（たとえばｎ＝１．５の場合４１．８゜）が満たされるような角度で当たる。ビーム入射面として用いられる端面１６はｐｎ移行面に対し垂直な方向に膨張し、この膨張は上記方向で視準されるレーザービームの膨張を上回るものであり、その結果減衰の少ないビームカップリングが保証されているとともに、個別要素の側面１８，１９における、高速軸方向への反射が回避される。
【００２８】
これに対して、低速軸方向のレーザービームは別の挙動を示す。これを図４を用いて説明する。図３の実施形態に従って低速軸の方向へ弱く発散するレーザービーム２２は、転向性端面２１で反射した後、側面１６，１７により内部全反射によって案内され、その際ビームクオリティが維持される。これに関連して低速軸内でビームの混合が行なわれ、この低速軸に沿ったパワー分布が均一化されるので有利である。
【００２９】
重設されているビームパックの間隔は段部１４の高さとｐｎ移行面に対し垂直な方向における側面１６の膨張とによって決定されているので、パワー密度設定は冷却システムの実質的な整合およびダイオードレーザー１のデザインの整合を行わずに簡単に行なうことができる。したがって極めて適合性のあるシステムが得られ、その基本要素は常に同じ態様で製造され配置される。
【００３０】
転向要素１５の上流側および下流側に他の光学要素を設けてもよいことはもちろんである。この種の光学要素はたとえば上流側に配置されるビームコンバータである。下流側に配置される前記光学要素はたとえば合焦光学系であり、ポンプスポットを生じさせ、或いはレーザービームをファイバーにカップリングさせるためのものである。以上の構成の装置は図２を用いて説明したようにケーシングに組み込まれていてよい。
【００３１】
図５と図６の実施形態は、図３の実施形態に対応して、階段状の冷却要素２３上に２つのダイオードレーザー２４，２５を有している。ダイオードレーザー２４，２５は、熱拡散性の別個の担持体２６，２７と、高速軸に対し付設される視準光学系２８，２９とを備えている。発生した、視準されたレーザービームは、転向・カップリング要素３０に指向する。転向・カップリング要素３０も個別要素３１，３２からなっており、個別要素３１，３２内では導波管と同様のビーム案内が低速軸において行なわれる。図３の実施形態とは異なり、両ダイオードレーザー２４，２５のレーザービームはその偏光状態に関し、または波長に関し識別することができ、選択的に作用する、個別要素３１，３２の反射表面と非反射表面とを用いたビーム案内が行なわれる。
【００３２】
たとえばダイオードレーザー２４のＴＥ偏光レーザービームは、この偏光に対し高反射性があるように構成され且つビーム入射面３３に対し４５゜傾斜した、個別要素３１の鏡面３４に指向する。ビーム入射面３５を介して個別要素３２に入射する他のレーザービームはＴＭ偏光を有し、Ｓ偏光ビームトしてこの偏光のために作用する、鏡面３４に対し平行に指向している反射表面３７へ指向する。両レーザービームは図３と図４を用いて説明した案内態様でそれぞれの個別要素３１，３２を通過し、射出側でカップリング要素３８により合流する。このため個別要素の１つ（ここでは個別要素３１）は、光路に対し４５゜傾斜している端面側の反射面３９を有している。反射面３９はこの個別要素内で案内されるレーザービームを転向させて、反射面３９に対し平行に延びるように他の個別要素（ここでは個別要素３２）の端面側出口に設けた要素面４０へ指向させる。要素面４０は反射面３９によって転向されたレーザービームの偏光状態（ｓ偏光）に対しては高反射性を持つように、そして他の個別要素３２内で案内されるレーザービームの偏光状態（ｐ偏光）に対しては非反射性を持つように構成されている。両レーザービームを同じように偏光させる場合、ダイオードレーザーの偏光方向は破線で示したλ／２プレート３６を用いて回転させる。
【００３３】
同じようにして、波長選択的に作動する装置を構成でき、すなわち波長の異なるダイオードレーザーのレーザービームが一緒に案内される装置を構成できる。波長カップリングの場合には、２つ以上のレーザービームを重畳できる。更なる処理は従来のレーザーセルの場合と同様にたとえば再配列、フォーカシング等により可能である。
【００３４】
図７の他の実施形態では、熱拡散性の別個の担持体４３，４４と、高速軸用に付設される視準光学系４５，４６とを備えた２つのダイオードレーザー４１，４２が取り付けられている。ダイオードレーザー４１，４２の光路内に配置される板状の光学的転向・カップリング要素４８は板状の部分要素４９，５０から構成され、この場合部分板の数量は一般にカップリング可能なダイオードレーザーの数量に応じて決定される。両部分要素４９，５０は対を成して互いに平行に延びている側面を有し、それぞれ一対を５１，５２または５３，５４で示した。ダイオードレーザー側の側面５１，５３はビーム入射面として用いる。部分要素４９，５０のそれぞれ第１の端面５５，５６はビーム入射面と４５゜の角度を成し、付設のダイオードレーザー４１または４２のレーザービームに対し反射作用を及ぼす。部分要素４９，５０は、端面５６に対し平行に延びる第２の端面５７を備えた部分要素５０の第１の端面５６に部分要素４９を当接させることにより結合されている。互いに結合される端面５６，５７は、偏光状態または波長に関し異なっている複数のレーザービームを合流させるためのカップリング要素を形成している。偏光カップリングのため、ダイオードレーザー４２の一方のレーザービームの偏光状態に対する端面５６の反射特性は、すでに部分要素４９を案内通過してきたダイオードレーザー４１の他方のレーザービームの偏光状態に対するビーム透過性特性によって補完される。このために、両特性を統合したようなコーティングを用いるのが有利である。異なる偏光状態は、ダイオードレーザー４１，４２自身によって提供されるか（ＴＥ偏光またはＴＭ偏光）、或いは、両ダイオードレーザーの一方の光路内にλ／２プレート５９を配置する。このような実施形態を破線で図示した。
【００３５】
ビームの射出のために、部分要素５０の第２の端面５８が設けられている。端面５８はビーム伝播方向に対し垂直に交差し、両偏光状態またはすべての波長に対し反射防止処置が施されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
共通の平らな冷却要素上にダイオードレーザーを配置した構成の斜視図である。
【図２】
ケーシングによって取り囲まれたダイオードレーザー装置の斜視図である。
【図３】
光学的転向装置を備えた共通の階段状の冷却要素上にダイオードレーザーを配置した構成の斜視図である。
【図４】
図３の配置構成の平面図で、高速軸内でのレーザービームの放射態様を説明する図である。
【図５】
偏光状態または波長が異なっているレーザービームのための光学的転向・カップリング装置を備えた共通の階段状の冷却要素上にダイオードレーザーを配置した構成の平面図である。
【図６】
図５の転向・カップリング装置の側面図である。
【図７】
偏光状態または波長が異なっているレーザービームのための光学的転向・カップリング装置を備えた平らな冷却要素上にダイオードレーザーを配置した他の構成の平面図である。
【国際公開パンフレット】
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