(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高出力レーザダイオードアレイであって、
出力レーザビームを放射する複数のレーザ発光体（２）を含む少なくとも１つの高出力レーザダイオード（４０ａ〜４０ｃ；４０）であって、該発光体はそれぞれ、出力レーザビームの伝搬方向（ｚ；ｚ’）に対して垂直な方向において、速軸（ｙ；ｙ’）及び遅軸（ｘ；ｘ’）を規定する、少なくとも１つの高出力レーザダイオード（４０ａ〜４０ｃ；４０）と、
前記速軸方向（ｙ；ｙ’）において前記出力レーザビームをコリメートし、速軸コリメートされた出力レーザビームを与える速軸コリメーティング手段（３２；７０）と、
前記遅軸方向（ｘ；ｘ’）において前記速軸コリメートされた出力レーザビームをコリメート又は合焦して複数の速軸および遅軸コリメート又は合焦された出力レーザビームを与える遅軸ビーム整形手段（４１；３７；７２）であって、前記少なくとも１つの高出力レーザダイオード（４０ａ〜４０ｃ；４０）の外部に配置される、遅軸ビーム整形手段（４１；３７；７２）とを備え、
前記レーザ発光体（２）は、前記速軸方向において、および／又は前記速軸及び前記遅軸方向において、それぞれ等距離間隔だけ互いに変位し、
前記遅軸ビーム整形手段（４１；３７；７２）が、さらに前記複数の速軸および遅軸コリメート又は合焦された出力レーザビームを配置して、全てのレーザ発光体の遠方場において、１００％又は概ね１００％の光学フィルファクタで、１次元又は２次元において継ぎ目がないように互いに隣接して配置される、前記複数の速軸及び遅軸コリメートされたか又は合焦された出力レーザビーム（３６ａ〜３６ｃ；５１）から成る出力レーザビームプロファイルを形成する、
ことを特徴とする、高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項２】
前記遅軸ビーム整形手段は、前記遅軸方向において前記速軸コリメートされた出力レーザビームをコリメート又は合焦するように構成され、前記速軸方向及び前記遅軸方向にコリメート又は合焦された出力レーザビームはそれぞれ、速軸及び遅軸方向に所定の幅を有し、
前記レーザ発光体（２）は、前記速軸方向（ｙ；ｙ’）において、該速軸方向の前記所定の幅の分数１／ｎだけ、且つ/又は前記遅軸方向において、前記遅軸方向（ｘ；ｘ’）の前記所定の幅の分数１／ｎだけ、互いに変位し、ここで、ｎは１以上の整数である、請求項１に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項３】
前記レーザ発光体は、前記速軸方向において個々の列の２つの隣り合うレーザ発光体が等距離間隔を成すように、少なくとも２つの列に沿って配置され、前記高出力レーザダイオードの隣り合う列は、前記間隔の分数１／ｎだけ遅軸方向において隣接する列に対し逆方向に向かうよう交互にシフトされ、ここで、ｎは１以上の整数である、請求項２に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項４】
前記高出力レーザダイオード（４０ａ〜４０ｃ）のそれぞれは、互いに離間して配置される前記複数の速軸及び遅軸コリメートされた出力レーザビーム（３６）を放射し、前記高出力レーザダイオードの２つの隣り合う列の該出力速軸及び遅軸コリメートされた出力レーザビーム（３６ａ〜３６ｃ）は互いに組み合わされた櫛の歯状に配列される、請求項２又は３に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項５】
隣り合う高出力レーザの列はそれぞれ、所定の間隔を置いて、ビーム伝搬方向（ｚ）に関して、隣接する列と逆方向に配置される請求項４に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項６】
前記遅軸ビーム整形手段のそれぞれは、前記遅軸方向において、関連する速軸コリメートされた出力レーザビーム（３４ａ〜３４ｃ；７４）をコリメート又は合焦し、前記関連する速軸コリメートされた出力レーザビーム（３４ａ〜３４ｃ；７４）を結像および偏向し、前記出力レーザビームプロファイル（５０）を形成するのに適している形状の反射性パラボラ中空ミラー（４１ａ〜４１ｃ；７２ａ〜７２ｃ）である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項７】
前記パラボラ中空ミラー（４１ａ〜４１ｃ）のうちのいくつか又は全てが、好ましくは銅又はガラスの共通基板内に形成される、請求項６に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項８】
前記共通基板は、前記パラボラ中空ミラーによって引き起こされる反射損及び／又は吸収損に起因して該共通基板が過熱されるのを避けるために、好ましくは前記共通基板の中に流体を流すことによって能動的に冷却される、請求項７に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項９】
前記遅軸ビーム整形手段のそれぞれは、前記遅軸方向において、前記関連する出力レーザビーム（３４ａ〜３４ｃ）をコリメート又は合焦するように構成される、反射性光学素子（３７）、詳細にはレンズアレイである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１０】
前記遅軸ビーム整形手段のそれぞれは遅軸ビーム合焦手段（４１ａ〜４１ｃ）であり、該遅軸ビーム合焦手段（４１ａ〜４１ｃ）は、該遅軸ビーム合焦手段の焦点距離に対応する、高出力レーザダイオード（４０ａ〜４０ｃ）の関連する列と該遅軸ビーム合焦手段（４１ａ〜４１ｃ）との間のそれぞれの距離において、前記遅軸方向において前記個々の出力レーザビームを合焦するように構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１１】
前記各遅軸ビーム合焦手段（４１ａ〜４１ｃ）のそれぞれは速軸ビーム合焦手段としての役割もさらに果たし、該速軸ビーム合焦手段は、該遅軸及び速軸光合焦手段（４１ａ〜４１ｃ）の焦点距離に対応する、前記高出力レーザダイオード（４０ａ〜４０ｃ）の関連する列と、該遅軸及び速軸ビーム合焦手段との間のそれぞれの距離において、速軸方向において前記個々の出力レーザビームを合焦するように構成され、それによって、複数の出力レーザビームを合焦するための別個の光学素子を不要にする、請求項１０に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１２】
前記速軸及び／又は遅軸ビーム合焦手段のそれぞれは、実際の前記レーザ発光体（２）の位置、及び該位置から全てのレーザ発光体の共通スポットへの距離に応じて、わずかに異なる焦点距離を有する、請求項１０又は１１に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１３】
前記高出力レーザダイオード（４０ａ〜４０ｃ）の前記全てのレーザ発光体（２）は、各レーザ発光体のビーム（３０）を前記レーザ発光体（２）の実装面に対して傾けられた方向に、特定の角度だけ、好ましくは９０°だけ偏向させるための偏向ミラー（７）を組み込む共通ヒートシンク（６）上に実装される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１４】
前記高出力レーザダイオード（４０ａ〜４０ｃ）の前記全てのレーザ発光体（２）は、前記偏向ミラー（７）を組み込むことなく、階段のような形状の共通ヒートシンク（６）上に実装される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１５】
前記速軸コリメーティング手段（３２）は、個々の高出力レーザダイオード（４０ａ〜４０ｃ）に組み込まれる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１６】
前記高出力ダイオードレーザのそれぞれは、
前記高出力ダイオードレーザの前記全てのレーザ発光体（２）を、又は該レーザ発光体を実装するために用いられる複数のサブマウントを実装するための共通ヒートシンク（６）と、
前記レーザ発光体によって放射される出力レーザビーム（３０）の伝搬方向に対して垂直接延在する平面基板手段（１０）とを備え、
前記平面基板手段（１０）は、前記速軸結像コリメーティング手段（３２）を直接支持する、請求項１５に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１７】
前記平面基板手段（１０）は、
それぞれが前記平面基板手段（１０）の下側表面上に形成され、且つ前記レーザ発光体（２）、又は前記サブマウント（１）と共に該レーザ発光体（２）を収容するように構成される、複数の切欠き（１４、１６）と、
所定の位置及び／又は向きにおいて前記速軸光結像手段（３２）を収容し、且つ／又は支持するために前記平面基板手段（１０；２６；２８）の上側表面上に形成される少なくとも１つの上側凹部（２７）とを備える、請求項１６に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１８】
前記速軸コリメーティング手段（３２）のそれぞれは、前記速軸方向（ｙ；ｙ’）において関連する出力レーダビームの所定のコリメーションを得るために、前記平面基板手段（１０）の上側凹部内に個別に配置される、球面円柱レンズ又は非球面円柱レンズである、請求項１６又は１７に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項１９】
前記速軸コリメーティング手段（３２）のそれぞれは、個々の発光体の前記遅軸位置（ｘ）を所定の量だけシフトするように、前記速軸（ｙ’）によって規定される軸を中心にして個々に傾けられる、請求項１８に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項２０】
前記円柱レンズ（３２）は、前記上側凹部の内側側壁にのみ結合され、該上側凹部の底面によって支持されない、請求項１８又は１９に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項２１】
前記レーザ発光体（２）のそれぞれは、それぞれが複数のレーザ発光体を含むダイオードレーザバーである、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の高出力レーザダイオードアレイ。
【請求項２２】
光ファイバ（６２）と、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の高出力レーザダイオードアレイと、該光ファイバの入射ファセット上に前記出力レーザビーム（５０）を合焦する合焦手段（６０）とを備えるレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には高出力ダイオードレーザに関し、詳細には、多数の発光体を有する少なくとも１つの高出力ダイオードレーザを含み、より好ましくは、多数の発光体を有する複数の高出力ダイオードレーザを含む、高出力レーザダイオードアレイに関する。本発明はさらに、高出力レーザダイオードアレイを製造する方法、及びそのような高出力レーザダイオードアレイの出力を光ファイバに結合する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大部分の高出力ダイオードレーザは端面発光半導体であり、１つのファセットからレーザが放射される。１つのダイオードレーザの典型的な寸法は、幅が５００ミクロンで、高さが１００ミクロンのファセットであり、長さは０．６ｍｍ〜３ｍｍである。ダイオードレーザの輝度は、その内部構造によって定められる。ｐｎ接合部に平行な（速軸）方向では、放射には回折限界があり、典型的な３０°（１／ｅ２の場合、半角）の発散で約１ミクロンの開口から放射が現れ、ダイオードレーザの実装面に対して平行な方向では、数ミクロン〜２００ミクロンの範囲の典型的なサイズを有する開口から、７°（１／ｅ２の場合、半角）の典型的な発散で光が現れる。
【０００３】
１００Ｗ以上の出力電力を有する高出力ダイオードレーザは、多数の端面発光ダイオードレーザ、いわゆるシングルチップを、１つの半導体、いわゆるアレイ内に互いに隣接して配置することによって実現される。そのような事例では、多数のダイオードレーザによって生成される熱を効率的に放散するために、特別な方策が取られなければならない。
【０００４】
端面発光ダイオードレーザの光を小さなスポットに合焦するには、コリメーション及び合焦用の光学素子が必要となる。しかしながら、そのような高出力レーザダイオードのビーム品質は極めて非対称であることに留意されたい。典型的には、速軸では、ビーム品質には回折限界があり、Ｍ２＝１によって特徴付けられるのに対して、遅軸では、１００ミクロンの広径の開口の場合のビーム品質はＭ２＝２４の範囲にある。速軸及び遅軸においてビーム品質が非対称であるという問題は、多数のシングルチップが遅軸方向において互いに隣接して１つの半導体内に配置されている高出力アレイの場合に、はるかに深刻である。速軸においてＭ２＝１のビーム品質では、遅軸のビーム品質はＭ２＝１．０００まで減少することがある。出力レーザビームが極めて非対称であるため、従来技術では、典型的には２つのコリメーティングステップが実行される。典型的には、速軸において大きく発散したビームをコリメートするために第１の微小光学レンズが用いられ、遅軸コリメーションのために第２のコリメーティングレンズが配置され、結果として、ビームは両方の軸においてコリメートされ、その後、１つ又は複数のレンズを用いて、そのビームを小さなスポットに合焦することができる。それでもなお、上記コリメートされた出力レーザビームの対称性は、多くの用途にとって十分ではない。したがって、高出力レーザダイオードが、高いビーム品質、特に高い対称性のレーザビームを出力することができるようにするために、簡単で、コスト効率が良い解決手段を提供することが必要とされている。
【０００５】
光を光ファイバに結合することは、本特許出願の主題の１つの好ましい用途であり、そのためには、ビーム品質は速軸及び遅軸において対称にされなければならない。これまで、ダイオードレーザアレイのビーム整形するために、いくつかの概念が展開されてきた。最新の解決手段は、屈折又は反射光学系を用いて、遅軸の放射をいくつかの断面に切断し、その後、速軸において配列し直している。速軸方向において発散角が大きいため、全ての手法は、レーザダイオードの発光ファセットから極めて短い距離に、速軸コリメーション用のコリメーティングレンズを配置し、すなわち、速軸コリメーションのために、焦点距離が短いコリメーティングレンズを使用する。この手法では通常、多数の微小光学レンズを６つの軸において正確に位置合わせする必要があり、それによって、構成全体が相対的に複雑になり、且つコスト高になる。それでもなお、レンズ又はダイオードアレイ又はビーム整形用の光学部品等の部品において、且つレーザ発光体（複数可）と関連する光学部品（複数可）との位置合わせ、及び光学部品そのものの位置合わせにおいて不可避の許容誤差があるため、ビーム品質は大きな損失を受ける。
【０００６】
上記の種類のレーザダイオードアレイは、たとえば、米国特許第２００３／００４８８１９Ａ１号、同第２００４／０１１４６４８Ａ１号、同第５，７１５，２６４号及び同第５，０９９，４８８号によって開示されている。
【０００７】
以下では、本特許出願の主題の基礎を形成し、本出願人らの欧州特許第１  ８３０  ４４３  Ａ１号及び米国特許第１０，７７８，８０６号において開示されている高出力レーザダイオードが、図１ａ〜図３を参照しながら説明される。図１ａに示されるように、当該高出力レーザダイオードは、共通ヒートシンク１０６と、平面位置合わせ基板１１０とを備える。レーザダイオード１０２がサブマウント１０１上に実装され、サブマウントは共通ヒートシンク１０６の上側表面上に実装される。図１ｂに示されるように、中央切欠き部１１４、左切欠き部１１５及び右切欠き部１１６によって形成される切欠きが、位置合わせ基板１１０内に形成され、上記切欠き部は位置合わせ基板１１０内にスルーホールとして形成される。図１ａに示されるように、サブマウント１０１上に実装されるレーザダイオード１０２は、位置合わせ基板１１０の切欠き部１１４〜１１６によって完全に収容される。図１ｂに示されるように、位置合わせ基板１１０は、切欠き１１４〜１１６の縁部として形成される係止部１１９を備える。図４ａ〜図５ｂを参照しながら以下でさらに詳細に説明されるように、これらの係止部１１９によって、レーザダイオード１０１及び／又はサブマウント１０２を正確に位置合わせすることができるようになる。
【０００８】
図１ａに示されるように、出力レーザビームを、以下においてｚ’（図２ａを参照）によって示される光の伝搬方向まで９０°の角度だけ偏向させるために、ヒートシンク１０６の上側表面上にミラー１０７が一体に設けられる。偏向した光ビームは、個々のレーザダイオード１０２の前面ファセット付近において位置合わせ基板１１０内に設けられる右切欠き１１６を通過する。
【０００９】
図２ａに示されるように、ガラスのような透明材料の平面スペーサ基板１３０が、位置合わせ基板１１０の上側表面上に結合される。さらに、速軸コリメーティングレンズ１３３がスペーサ基板１３０の上側表面上に結合され、オプションでは、そのレンズはアレイとして形成される。このために、速軸コリメーティングレンズ１３３は平凸レンズとして形成され、その背面はスペーサ基板１３０の上側表面３０１上に結合される。スペーサ基板１３０は、レーザダイオードチップ１０２の発光ファセットと、下流の速軸コリメーティングレンズ１３３との間の距離を正確に画定するために用いられる。レンズアレイの適切な向き及び位置合わせが得られたなら、レンズアレイ１３３をスペーサ基板１３０に結合することによって、この向き及び位置合わせが固定される。上記のような、この高出力レーザダイオードは、複数の速軸コリメートされた出力レーザビームを放射し、それらのビームは、隣接する出力レーザビームが等距離間隔を成すようにして同じ方向（ｚ’）に伝搬し、一本の線に沿って位置合わせされる。
【００１０】
その装置は、６つの軸においてヒートシンク上にダイオードレーザを極めて正確に配置することを基にしており、それは実際には極めて困難である。ＦＡＣレンズの個々の位置合わせに基づいて、４つの軸の場合に、且つコリメートされたビームのビームサイズの適切な設計によって、ダイオードレーザのための組立許容誤差を大幅に緩和することができる。
【００１１】
図３ａは、本出願人（ら）の欧州特許第１  ８３０  ４４３  Ａ１号及び米国特許第１０，７７８，８０６号に開示されているような、光学フィルファクタがそれぞれ５０％である、図２ａ及び図２ｂによる高出力レーザダイオードの２つの速軸コリメートされた出力レーザビームを重ね合わせた後に、遅軸コリメーションを実施する装置を示す。上記で略述されたように構成される２つの高出力レーザダイオードモジュールが、互いに垂直に配置される。そのモジュールのうちの左側にある出力レーザビームは、概ね影響を受けることなく、ビーム重ね合わせプリズム１３６を通過するのに対して、そのモジュールのうちの右側にある出力レーザビームは、プリズム１３６の傾いた表面によって反射され、２つの出力レーザビームが同一直線上にある光学軸で重ね合わせられるようになる。プリズム１３６の下流には、遅軸コリメーション用の共通コリメーティングレンズ１３７が設けられ、速軸及び遅軸コリメートされた出力レーザビーム１３８が生成される。したがって、２列のレーザダイオード発光体がインターリーブされ、出力レーザビームが重ね合わせられる。このために、約５０％のフィルレートを用いて、長い線の形を成すが、コリメートされたビームの遅軸及び速軸の発散が同じであるレーザビームを出力することができるようになる。図３ａに示されるような２つの出力レーザビームの重ね合わせは、光学インターリーバの誤差、及び個々の列の位置合わせ許容誤差を通じて、さらなる光学損を引き起こす。
【００１２】
米国特許第６，７７１，６８６Ｂ１号は、いくつかのレーザダイオードバーと、速軸方向においてセグメント化される関連する速軸コリメータと、遅軸コリメータとを備える高出力レーザダイオードアレイを開示する。ダイオードレーザバーの平面は、ビームピッチの半分だけ互いにオフセットされる。遅軸コリメータと合焦光学系との間に光学素子又は結合素子が位置付けられ、発光体のビームは、１００％のフィルファクタが得られるように互いにインターリーブされる。この構成は、出力レーザビームをインターリーブするために光学インターリーバを必要とする。
【００１３】
米国特許第２００５／００６９２６０Ａ１号は、インターリーブされた光学板を用いて、複数のレーザビームを合成する装置を開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、簡単な構成のダイオードレーザを提供することであり、各出力レーザビームが、１組の専用レンズ又はレンズセクションによって、速軸及び遅軸において個別にコリメートされ、光学インターリーバを用いることなく、１００％又は概ね１００％の光学フィルファクタで１次元又は２次元において継ぎ目がないように互いに隣り合って、すなわち互いに隣接して配置される複数の速軸及び遅軸コリメートされたか又は合焦された出力レーザビームから成る出力レーザビームプロファイルが形成される。本発明のさらなる関連する目的は、ダイオードレーザの放射を配列し直すためのあらゆるビーム整形光学系を用いることなく、反射光学系又は屈折光学系だけによってファイバ端にダイオードレーザの全てのファセットを結像することによって、全てのダイオードレーザが光ファイバ内に実効的に結合されるようにダイオードレーザを配列することである。本発明のさらなる関連する目的は、上記の構成の高出力レーザダイオードの結像特性及び光学損特性をさらに向上させること、そして同時に、厳しくない許容誤差において出力レーザビームの速軸及び遅軸コリメーションための簡単で、コスト効率の良い構成を可能にすることである。本発明のさらなる関連する態様によれば、そのような高出力レーザダイオードを製造するための対応する方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的及びさらなる目的は、添付の特許請求の範囲において述べられるような主題によって達成される。
【００１６】
本発明による高出力レーザダイオードアレイであって、出力レーザビームを放射する複数のレーザ発光体を含む少なくとも１つの高出力レーザダイオードであって、発光体はそれぞれ、出力レーザビームの伝搬方向に対して垂直な方向において、速軸及び遅軸を規定する、少なくとも１つの高出力レーザダイオードと、速軸方向において出力レーザビームをコリメートし、速軸コリメートされた出力レーザビームを与える速軸コリメーティング手段と、遅軸方向において出力レーザビームをコリメート又は合焦する遅軸ビーム整形手段であって、少なくとも１つの高出力レーザダイオードの外部に配置される、遅軸ビーム整形手段とを備え、レーザ発光体は、速軸方向において、又は速軸及び遅軸方向において、それぞれ等距離間隔だけ互いに変位し、光学手段は、全てのレーザ発光体の遠方場において、１００％又は概ね１００％の光学フィルファクタで、１次元又は２次元において継ぎ目がないように互いに隣接して、すなわち隣り合って配置される、複数の速軸及び遅軸コリメートされたか又は合焦された出力レーザビームから成る出力レーザビームプロファイルを形成するために設けられる。本発明によれば、遅軸ビーム整形手段は、光学手段によって構成されるか、又は形成される。
【００１７】
したがって、本発明によれば、継ぎ目がないように互いに隣接して速軸及び遅軸コリメートされた出力レーザビームを配置するように、出力レーザビームを結像するための役割を果たす同じ光学手段が、遅軸方向において上記出力レーザビームをコリメート又は合焦するための遅軸ビーム整形手段としての役割も果たす。本発明によれば、個々のレーザ発光体によって放射される出力レーザビームは、以下に述べられるような高出力レーザダイオードの特定の構成に起因して、既に互いに極めて近接して伝搬する。これは、個々のレーザ発光体によって放射される出力レーザビーム間に非常に狭い間隙しか存在しないこと、又は高出力レーザダイオードアレイのビームプロファイル全体が、１００％又は概ね１００％の光学フィルファクタで１次元又は２次元において継ぎ目がないように互いに隣り合って、すなわち隣接して配置される、上記複数の速軸及び遅軸コリメートされたか又は合焦された出力レーザビームから成ることを意味する。したがって、その光学手段は、従来技術の場合のように個々の出力レーザビームを配列し直すのではなく、１００％のフィルファクタを達成するために、隣接する出力レーザビーム間に間隙があるにしても、その間隙を概ね０まで低減するだけである。本発明のいくつかの実施の形態によれば、その光学手段はまた、速軸コリメートされた出力レーザビームを、遅軸方向において合焦又はコリメートする。しかしながら、他の実施の形態によれば、遅軸コリメーティング手段も、その光学手段の下流に配置されることがある。
【００１８】
一実施の形態によれば、パラボラ中空ミラー又は屈折光学レンズのアレイのような、適切な光学手段と組み合わせて、出力レーザビームが、１次元又は２次元において継ぎ目がないように互いに隣接して配置されるように、すなわち、隣り合った出力レーザビームが、その間で光強度が低下するか又は消失するような大きな間隙を生じることなく、互いに概ね隣接するように、レーザ発光体はチェス盤のようにして互いに変位する。このようにして、１００％又は概ね１００％の出力レーザビームプロファイルの光学フィルファクタが達成される。より具体的には、出力レーザビームプロファイルは、速軸方向においてコリメート又は合焦され、且つ遅軸方向においてコリメート又は合焦されて、チェス盤のように配置される複数の出力レーザビームから成ることが好ましい。隣り合う列の出力レーザビームは、ビームピッチの半分だけ変位することがあり、それによって、円形、楕円形、線形、長方形等のビームプロファイルのような、任意の形状の出力レーザビームプロファイルを効率的に生成することができるようになる。
【００１９】
一実施の形態によれば、各高出力レーザダイオードのレーザ発光体は、速軸方向において、好ましくは単一の列に沿って、互いに等距離間隔で配置される。さらに、隣り合う高出力レーザダイオードは、遅軸方向において、等距離間隔で互いにオフセットされる。このようにして、出力レーザビームを配列し直すか又は少なくとも偏向させるために用いられる従来技術による、付加的なインターリービング手段を用いることなく、出力レーザビームの上記のチェス盤のような構成が達成される。
【００２０】
一実施の形態によれば、速軸コリメーティング手段は、屈折レンズ、回折光学素子又は反射鏡のような、速軸コリメーティング光学素子を収容又は支持する平面基板手段を用いて、個々の高出力レーザダイオードに組み込まれる。したがって、安定した、且つ正確な速軸コリメーションが達成される。
【００２１】
別の好ましい実施の形態によれば、上記遅軸ビーム整形手段のそれぞれは、遅軸方向において、関連する出力レーザビームをコリメート又は合焦するのに適している形状の反射性パラボラ中空ミラーである。したがって、高出力レーザダイオードアレイは、速軸及び遅軸の両方においてコリメートされた、複数の出力レーザビームを与える。
【００２２】
別の好ましい実施の形態によれば、上記基板、好ましくは銅本体の微細機械加工又はダイヤモンド加工によって、又はガラスのプレス成形によって、上記パラボラ中空ミラーのうちのいくつか又は全てが共通基板内に形成され、それによって、遅軸コリメーティング手段を効率的に実装し、冷却することができるようにする。
【００２３】
別の実施の形態によれば、共通基板は、好ましくは共通基板の中に流体を流すことによって能動的に冷却され、上記パラボラ中空ミラーによって引き起こされる反射損及び／又は吸収損に起因して、共通基板が過熱されるのを避ける。
【００２４】
別の好ましい実施の形態によれば、遅軸ビーム整形手段は、遅軸方向において上記出力レーザビームをコリメートするように構成され、上記高出力レーザダイオードアレイが、速軸方向及び遅軸方向においてそれぞれ、所定の幅の速軸及び遅軸コリメートされた出力レーザビームを与えるようにし、上記レーザ発光体は、速軸方向において上記所定の幅の分数１／ｎ、且つ／又は遅軸方向において上記所定の幅の分数１／ｎだけ、速軸方向及び／又は遅軸方向において互いに変位し（ｎは１以上の整数であり、好ましくは２に等しい）、上記速軸及び遅軸コリメートされた出力レーザビームは、継ぎ目なくチェス盤のようにインターリーブされる。
【００２５】
別の実施の形態によれば、レーザ発光体は、少なくとも２つの列に沿って、それぞれの列の２つの隣り合ったレーザ発光体が等距離間隔を成すように位置合わせされ、高出力レーザダイオードの隣り合った列は、速軸方向において、上記間隔の分数１／ｎだけ交互にシフトされる（ｎは１以上の整数であり、好ましくは２に等しい）。この光学的な構成によって、チェス盤のように継ぎ目なくインターリーブされた複数の出力レーザビームから成る出力レーザビームプロファイルを得るために、出力レーザビームを効率的にインターリーブすることができるようになる。
【００２６】
別の実施の形態によれば、上記高出力レーザダイオードのそれぞれは、互いから離間して配置される複数の速軸及び遅軸コリメートされた出力レーザビームを放射し、高出力レーザダイオードの２つの隣り合った列の出力速軸及び遅軸コリメートされたレーザビームは、櫛状に互いに配列される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１ａ】従来技術による一実施形態のヒートシンク上への位置合わせ基板及びレーザダイオードサブマウントの実装を示す側面図である。
【図１ｂ】従来技術による一実施形態のヒートシンク上への位置合わせ基板及びレーザダイオードサブマウントの実装を示す平面図である。
【図２ａ】スペーサ基板の上側表面上に実装される速軸コリメーティングレンズを、出力レーザビームと共に示す、図１ａ及び図１ｂによる実施形態の側面図である。
【図２ｂ】スペーサ基板の上側表面上に実装される速軸コリメーティングレンズを、出力レーザビームと共に示す、図１ａ及び図１ｂによる実施形態の平面図である（ただし、１００％光学フィルファクタで図示される）。
【図３ａ】図２ａ及び図２ｂを参照しながら説明されたような構成の従来技術による、２つの単一レーザダイオードによって出力される２つのレーザビームの重ね合わせを示す図である。
【図４ａ】本発明の一実施形態による、共通のヒートシンク上にレーザダイオードサブマウントを実装するための位置合わせ基板を示す側面図である。
【図４ｂ】本発明の一実施形態による、共通のヒートシンク上にレーザダイオードサブマウントを実装するための位置合わせ基板を示す平面図である。
【図５ａ】速軸コリメーティングレンズが平面基板内に支持されている、図４ａ及び図４ｂによる実施形態を、出力レーザビームと共に示す側面図である。
【図５ｂ】速軸コリメーティングレンズが平面基板内に支持されている、図４ａ及び図４ｂによる実施形態を、出力レーザビームと共に示す平面図である。
【図５ｃ】高出力レーザダイオードの複数のレーザダイオードの位置合わせ方向に沿ってこの高出力レーザダイオードの端面を見た、図４ａ及び図４ｂによる実施形態の平面図である。
【図５ｄ】速軸光コリメーティングレンズを支持するための一体の平面基板を有する、図５ｃに示される実施形態の変更形態を示す図である。
【図５ｅ】下側及び上側平面基板から成る平坦基板を有する、図５ｃに示される実施形態の変更形態を示す図である。
【図５ｆ】速軸方向においてコリメートされた関連する出力レーザビームの位置を調整するための横方向ビームシフトを得るために、速軸コリメーティングレンズが傾けられる、図５ｃに示される実施形態の変更形態を示す図である。
【図５ｇ】複数の発光体が上側表面上に配置され、単一の列又は線に沿って位置合わせされている、本発明による高出力レーザダイオードの集積ビーム偏向ミラーを有する共通ビートシンクを上から見た斜視図である。
【図５ｈ】速軸コリメーションのための複数の円柱形の非球面レンズを保持するために、平坦基板が共通ヒートシンクの表面上に実装されている、図５ｇによる高出力レーザダイオードを示す図である。
【図６ａ】２つの軸において所定のピッチで互いに平行に配置される、３つの線形高出力レーザダイオードの遅軸コリメーションのための本発明の第１の実施形態による高出力レーザダイオードアレイを示す図である。
【図６ｂ】図６ａに示される第１の実施形態を用いて得られるビームプロファイルを示す図である。
【図６ｃ】１つの軸だけにおいて所定のピッチで互いに平行に配置される、３つの線形高出力レーザダイオードの遅軸コリメーションのための本発明の第２の実施形態による高出力レーザダイオードアレイを示す図である。
【図６ｄ】１つの軸において所定のピッチで互いに平行に配置される、３つの線形高出力レーザダイオードの遅軸コリメーションのための本発明の第３の実施形態による高出力レーザダイオードアレイを示す図である。
【図６ｅ】図６ｄに示される第３の実施形態を用いて得られるビームプロファイルを示す図である。
【図６ｆ】図６ａに示される第１の実施形態の高出力レーザダイオードを、共通ヒートシンク内に組み込まれる遅軸コリメータと共に示す平面図である。
【図６ｇ】図６ｆに示される光学装置の斜視図である。
【図６ｈ】図６ｇに示される光学装置と共に用いられる遅軸コリメータアレイを示す図である。
【図６ｉ】本発明による高出力レーザダイオードアレイの出力レーザビームが光ファイバの入射ファセット上に合焦される、本発明によるレーザ光源を示す図である。
【図７】レーザ発光体がそれぞれ階段状の基板上に配置され、その反対側にモノリシック遅軸ビーム整形手段が配置されている、本発明の別の実施形態を示す図である。
【図８】中空ミラーが、遅軸及び速軸の両方において出力レーザビームを合焦している、図６ａに示される高出力レーザダイオードアレイの変更形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では、本発明は、例示するために、添付の図面を参照しながら述べられ、それによって、さらなる特徴、利点、及び本発明によって解決されるべき問題が当業者には明らかになるであろう。
【００２９】
図面全体を通して、類似の参照符号は、全く同じか若しくは概ね同等である素子（構成要素）又は素子（構成要素）群に関連する。
【００３０】
図４ａ〜図５ｃを参照すると、本発明による高出力レーザダイオードアレイにおいて用いるための高出力レーザダイオードの構成、及びそのような高出力レーザダイオードを製造するための最も重要なステップが、さらに詳細に示される。
【００３１】
図４ａ及び図４ｂに示されるように、ダイオードレーザチップ２はサブマウント１の上側表面上に実装され、サブマウント１は互いに垂直で真直ぐな辺を有する概ね長方形の形状を有する。サブマウント１は、レーザダイオードチップを支持するのに適している任意の材料から形成することができる。ダイオードレーザチップ２によって生成される熱を、サブマウント１を支持するキャリア６に拡散させるために、サブマウントは高い熱伝導率の材料から成ることが好ましい。さらに、サブマウント１の材料は、ダイオードレーザチップの半導体材料と同じ熱膨張係数を有することが好ましい。本発明を制限するものと見なされるべきではないが、サブマウント１に適した材料はＡｌＮ、ＣｕＷｏ又はダイヤモンドである。本発明に従って用いるためのサブマウント１の典型的な寸法は、４ｍｍ×４ｍｍである。
【００３２】
サブマウント１の表面上には、従来どおりに、ダイオードレーザチップ２と接触するためのボンドパッドが設けられる。より具体的には、ダイオードレーザチップ２のｎドープ層と接触するためのボンドパッド３、及びダイオードレーザチップ２のｐドープ層と接触するためのボンドパッド４が設けられる。サブマウント１が導電性である場合には、上記ｐボンドパッドは設けられない。ダイオードレーザチップ２に電力を供給するために、ボンディングワイヤ５が、パッド３とレーザダイオードチップ２との間の間隙にわたって延在する。パッド３、４及びダイオードレーザチップ２はいずれも、サブマウント１の上側表面からわずかに突出することは当業者には明らかであろう。
【００３３】
図４ａに示されるように、ダイオードレーザチップ２は、コリメートされていない出力レーザビーム３０の伝搬方向（ｚ）に対して垂直な速軸（ｙ）と、速軸及びビーム伝搬方向に対して垂直な遅軸（ｘ）とを規定する。速軸ｙは、ダイオードレーザチップ２のｐｎ接合部によって画定される平面に対して平行である。図４ｂに示されるように、ダイオードレーザチップ２は、サブマウント１の上側表面上に明確に規定された向きに実装される。より具体的には、ダイオードレーザチップ２の前面ファセットは、サブマウント１の先端と概ね同一平面を成し、且つ平行であり、ダイオードレーザチップ２の長手方向の側面は、サブマウント１の縁部と概ね平行である。別の方法として、前面ファセットは、サブマウント１の先端からわずかに突出することもできるか、又はサブマウント１の先端から、わずかな距離に且つ平行に配置することができる。ダイオードレーザチップ２をサブマウント１の縁部に対してそのように位置合わせすることができるようにするために、サブマウント１の表面上に、以下で述べられるような係止部を設けることができ、ダイオードレーザチップの１つ又は複数の縁部が、関連する係止部と当接することによって、ダイオードレーザチップ２の適切な位置合わせが得られるようになる。したがって、図４ａ及び図４ｂによる実施形態では、出力レーザビーム３０が、サブマウント１の先端に概ね垂直であり、且つサブマウント１の上側表面と概ね平行であるｚ方向において放射される。ダイオードレーザチップ２は、サブマウント１上に任意の他の適切な向きにおいて実装することもできることは当業者には明らかになるであろう。全てのダイオードレーザチップの活性層は共通平面にあることは当業者には明らかになるであろう。
【００３４】
図４ａに示されるように、平坦な、すなわち平面平行スペーサ基板１０が、共通ヒートシンク６の上側表面上に実装される。以下でさらに詳細に説明されるように、本発明によれば、スペーサ１０は、所望の速軸コリメーションを得るために、ダイオードレーザチップの出力レーザビームの速軸コリメーションのために用いられる速軸コリメーティングレンズを正確な向き及び位置に、支持又は収容するための役割を果たす。ＦＡＣレンズの個々の位置合わせに基づいて、ダイオードレーザのための組立許容誤差は、３つ全ての並進軸において１０分の数マイクロメートルまで、１つの回転（遅軸ベクトルを中心にした）軸の場合に数度まで大幅に緩和される。以下でさらに詳細に述べられるように、速軸コリメーティングレンズは高出力レーザダイオードに組み込まれる。
【００３５】
スペーサ１０は概ね長方形の形状を有し、実装されるレーザダイオードサブマウントの全数に応じて複数の切欠き１４及び１６を有する。図４ｂによれば、切欠き１４及び１６は概ね長方形の窓を形成する。図５ａ及び図５ｂを参照しながらさらに詳細に説明されるように、切欠き１６は、出力レーザビームを、スペーサ基板を通じて、下流の速軸コリメーティングレンズに向かって送るための窓としての役割を果たすのに対して、切欠き１４は、サブマウント１に実装されるダイオードレーザ２に、そして個々のボンディングバッド３、４と共にボンディングワイヤ５に近づくための役割を果たす（図４ｂを参照）。切欠き１４及び１６は同じ幅を有することができ、サブマウントに実装され、結合されるダイオードレーザに部分的にしか近づけないようにする。さらに、切欠き１６は下側凹部１１を備えることがあり、下側凹部１１は、速軸コリメーティングレンズが下側凹部１１の上側表面上に載置され、切欠き１６の側壁２２によって所定の位置に概ね保持されるように形成される。レーザダイオードチップ及び／又はサブマウントを位置合わせすることができるようにするために、任意の他の適切な形状の切欠きを設けることができることは当業者には明らかになるであろう。
【００３６】
その内容全体が参照により本明細書に援用される、本出願人らの関連出願の欧州特許出願第１  ８３０  ４４３  Ａ１号及び米国特許出願第１０，７７８，８０６号にさらに詳細に記述されるように、レーザサブマウント及び／又はレーザダイオードチップを正確に配置するために、以下のようにして、精密工具又は基板１０を用いることができる。中央切欠き１４が、基板１０の右側の長手方向のウエブから突出する、中央の長方形の突出部によって制限される。突出部の上側は、以下でさらに詳細に説明されるように、ダイオードレーザチップのための位置合わせ係止部としての役割を果たす。突出部の右側に、小さな階段部が設けられ、それによって、以下でさらに詳細に説明されるように、位置合わせ係止部に垂直な第２の位置合わせ係止部を形成することができる。横方向における階段部の高さは、遅軸方向におけるレーザダイオードチップ２の幅よりも小さく、たとえば、遅軸方向におけるレーザダイオードチップ２の全幅の約１０％〜３０％に相当する。さらに、基板１０の厚みは、ｐｎ接合部の平面に対して垂直な方向におけるレーザダイオードチップの高さよりもはるかに大きくすることができる。基板１０の厚みは、サブマウント１の上側表面上のボンドパッド３、４（図４ｂを参照）の高さよりもはるかに大きいことが好ましい。こうして、サブマウントがスペーサ及び位置合わせ基板１０に実装されるときに、レーザダイオードチップ２及びボンドパッド３、４の両方が、ボンディングワイヤ５と共に、スペーサ及び位置合わせ基板１０の下側表面内に形成される切欠き１４、１６によって概ね完全に収容されるのを確実にすることができる。
【００３７】
スペーサは、所定の向きを有する真直ぐな位置合わせ係止部を正確に形成することができるようにするのに適している任意の材料から形成することができることは当業者には明らかになるであろう。本発明の好ましい実施形態によれば、スペーサは熱機械応力及び変形を最小限に抑えるために、ヒートシンク６の材料と同じ材料から、詳細には銅から形成されることになり、その場合、切欠き及び位置合わせ係止部は、従来の機械加工技術を用いて、容易に且つ正確に形成することができる。しかしながら、本発明は、スペーサのための基本的な材料として銅を使用することには限定されない。本発明を制限はしないが、他の適切な材料には、ガラス及びセラミックがある。これらの材料のうちのいくつかは、高い精度及び向きで、切欠き及び／又は位置合わせ係止部を形成する機械加工技術にも適している。切欠き及び／又は位置合わせ係止部はまた、サブミクロンの精度であっても、レーザ切断、微細機械加工等の他の加工技術を用いて製造することができることは当業者には明らかであろう。スペーサ及び位置合わせ基板は、出力レーザ光に対して光学的に透過性である必要はないことに留意されたい。
【００３８】
図４ａ及び図４ｂは、本発明の第１の実施形態よれば、レーザダイオードサブマウント１がヒートシンク６にいかに実装されるかを示す。図４ａ及び図４ｂに示されるように、サブマウント１、ボンドパッド３、４、及びレーザダイオードチップ１は、スペーサ１０内に形成される切欠き１４内に収容される。上記の係止部に起因して、レーザダイオードチップ２の長手方向の側面は、遅軸方向ｘにおいて基板１０に対してレーザダイオードチップ２の角方向を正確に調整するために、突出部上の位置合わせ係止部に対して概ね平行であるか、又は位置合わせ係止部に当接する。さらに、図４ｂによれば、レーザダイオードチップ２の端面発光ファセットは、基板１０に対するレーザダイオードチップ２の長手方向の位置、及び基板１０に対するレーザダイオードチップ２の角方向（ｙ方向；図４ａを参照）の両方を正確に調整するために用いられる階段部の位置合わせ係止部と概ね平行である。サブマウント１は左側の長手方向のウエブにも接触することができることに留意されたい。図４ｂに示されるように、サブマウント１内に張力が蓄積するのを防ぐために、サブマウント１の左端の一部は、基板１０の左側長手方向ウエブ１１と接触していない。図４ａに示されるように、スペーサ１０がヒートシンク６に実装されるときに、ボンドパッド３、レーザダイオードチップ２及びボンディングワイヤ５は、スペーサ１０内に形成される切欠きによって完全に収容される。別の実施形態によれば、レーザダイオードチップは、上記のように、サブマウントに対して位置合わせされる。サブマウント及び／又は平面スペーサ基板及び／又は平面位置合わせ基板上に設けられる位置合わせ機構によれば、それに合わせて正確に位置合わせすることができるようになることは当業者には明らかになるであろう。
【００３９】
図４ａに示されるように、９０°の角度だけ上方に、すなわちヒートシンク６の上側表面に対して垂直に出力レーザビームを偏向させるために、ヒートシンク６の上側表面上に反射ミラー７が配置される。ミラー７は、ヒートシンク６の上側表面に対して４５°だけ傾けられる。そのように傾けられた部分は、たとえば、ミラー７の表面をダイヤモンド加工することによって製造することができ、反射コーティング、たとえば金でコーティングされることがある。ミラー７は平面ミラーであることが好ましい。しかしながら、代替的な実施形態によれば、ミラー７は、出力レーザビームのビームプロファイルを整形するための表面形状を有することもでき、たとえば、ミラー７は、凹形又は凸形の中空ミラーとして形成されることがある。
【００４０】
動作時に、コリメートされていない出力レーザビーム３０は、ミラー７によって、伝搬方向ｚから、伝搬方向ｚ’まで９０°だけ偏向し、それによって、スペーサ１０の切欠き部１６を通過する（図４ｂを参照）。図４ａによる概略図には明示されないが、伝搬方向ｚ’におけるスペーサ１０の厚みは、レーザダイオードチップ２の横方向寸法よりもはるかに大きい。本発明によれば、スペーサ及び位置合わせ板１０の厚みは、ミリメートル（ｍｍ）台であり、適切な厚みは１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内にあり、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲内にあることがさらに好ましい。したがって、コリメートされていない出力レーザビーム３０の速軸方向ｙ、ｙ’における光円錐は、以下で説明されるように、速軸コリメーティングレンズの入射窓に達するときに、大きく開いている。
【００４１】
図４ｂを参照しながら上記で説明された切欠き１４及び１６は、スペーサ１０の全高を通じて（ｚ’方向において）延在するが、図５ａから判断することができるように、基板１０の上側表面の切欠き１６の中に凹部を形成することができる。切欠き１４及び１６の幅は同じ幅から成ることもある。図４ｂの平面図において示されるように、基板１０の平面において、この凹部は、基板１０の内側周囲１１／２２を画定する垂直な側壁によって制限される。より具体的には、内側周囲２２は縮小した幅の領域を画定し、レーザダイオードチップのコリメートされていない出力ビームが、妨げられることなく凹部まで伝搬することができるようにし、一方、切欠き１６内に挿入される速軸コリメーティングレンズは突出部に載置され、ダイオードレーザまでの具体的な距離を規定し、切欠き１６の凹部又は側壁２２のいずれに固定されることができる。
【００４２】
中央の切欠き１４は、熱管理及び熱放散をさらに向上させるために、スペーサ１０の全厚を通じて延在しなくてもよいが、組み立て中に、たとえば、サブマウント１及び／又はレーザダイオードチップ２のような下にある構成要素を実装し、且つ／又はこれらの構成要素の位置を調整するために、上から、これらの構成要素まで、妨げられることなく近づくことができるようにするために切り込むことができる。
【００４３】
図４ｂに示されるように、切欠き１６の２つの向かい合った側壁２２は、切欠き１６によって形成される周囲から突出する長方形の下側表面を形成することができる。以下で示されるように、これらの長方形の下側表面は、速軸コリメーティングレンズの平坦な背面を支持するための役割を果たすことができる。
【００４４】
図５ａに示されるように、速軸コリメーティングレンズ３２は、２つの向かい合った内側突出部２２によって形成される凹部の長方形の下側表面によって支持されることがある。速軸コリメーティングレンズは、この例では別個の非球面レンズ３２であるが、関連する実施形態によれば、平坦な背面を有するレンズアレイとして形成することができる。速軸コリメーティングレンズ３２は、凹部の長方形の下側表面上で、又は２つの向かい合った側壁２２において、その側端においてのみ支持されることがあるのに対して、出力レーザビームは、その中央領域においてのみ、レンズ３２を通過する。それゆえ、出力レーザビームのビームプロファイル及び均質性は、凹部の下側表面又は側壁２２のいずれかにおいてレンズ３２をスペーサ１０に結合しても影響を及ぼされない。
【００４５】
図４ａ及び図４ｂを参照しながら上記で説明されてきたものに対する代替形態として、基板１０は、速軸光コリメーティングレンズ３２を適切な態様で支持するためにのみ用いられることもあり、すなわち、レーザダイオードサブマウント及び／又はレーザダイオードチップそのものを正確に位置決めするために用いられないことがある。本発明のそのような好ましい実施形態によれば、レーザダイオードサブマウント及び／又はレーザダイオードチップは、レーザダイオードサブマウント及び／又はレーザダイオードチップを厳密に位置決めするためのテンプレート又はスクリーンのような位置決めデバイスを用いて、共通ヒートシンク６の上側表面上に厳密に位置決めされる。その後、位置決めデバイスによって位置決めされている間に、レーザダイオードサブマウント及び／又はレーザダイオードチップは、シングルリフロー工程等において、共通ヒートシンク上に結合又ははんだ付けされる。各チップを個々に位置合わせし、はんだ付けすることも可能である。位置決めデバイスが除去された後に、共通ヒートシンク６上に平面基板１０が実装されるが、極めて正確に位置決めされる必要はない。その後、速軸光コリメーティングレンズ３２が平面基板上に実装される。この目的のために、全ての速軸コリメーティングレンズ３２を少なくとも部分的に収容するのに適している単一の長方形の凹部、又はそれぞれが単一の速軸コリメーティングレンズ３２を少なくとも部分的に収容するのに適している複数の凹部が、基板１０の上側表面内に形成される。代替形態として、凹部（複数可）は、基板１０内に適切な形状のスルーホールとして形成されてもよい。
【００４６】
基板１０に速軸コリメーティングレンズ３２を実装するために、レンズ３２は、上から、オプションで凹部を有する切欠き１６の中に挿入され、その後、適切なビーム品質を確保するように調整される。個々のダイオードレーザに対する５軸における正確な位置合わせを通じて、ダイオードレーザ毎に個別に、速軸及び光学軸の方向におけるダイオードレーザの変位が補正される。遅軸ベクトルを中心にした角度の位置合わせ不良は、サブマウント２の実装面に対して平行な平面における速軸レンズの個々のシフトによって補正される。遅軸におけるダイオードレーザの並進の位置合わせ不良は、回転した速軸方向を中心にして速軸レンズ３２を傾けることによって補正される。速軸レンズは、１つの高出力ダイオードレーザのビーム３４が速軸方向において全てコリメートされ、その主軸３１が速軸及び遅軸方向において全て互いに平行であるように位置合わせされる。
【００４７】
こうして、基板１０は、（ａ）レーザダイオードチップの発光ファセットと、速軸コリメーティングレンズ３２の入射窓との間の距離を等しくするために、そして（ｂ）全てのダイオードレーザからの放射の向きを等しくするために、速軸レンズが正確に調整されるように、速軸レンズを支持するための役割を果たす。基板１０は、たとえば、周囲条件に対して速軸コリメートされたダイオードレーザを封止するために、低反射性窓のような、付加的な光学素子を基板に取り付けることができるように設計される。
【００４８】
速軸コリメーティングレンズ３２は、たとえば、透明なガラス基板若しくは樹脂をプレス成形又は微細機械加工することによって、又は任意の他の適切な方法によって形成される。それらのレンズは、反射性の速軸コリメーション光学素子を形成するために、銅内にダイヤモンド加工することもできるか、又は適切な材料内に任意の他の方法で加工することもできる。コリメーティングレンズ３２は、たとえば、接着、融着、はんだ付け又はレーザ溶接を用いて、凹部の底面に、又は切欠きの側壁に結合される。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態によれば、速軸コリメーティングレンズは、基板１０内の切欠き１６の内側側壁２２にのみ結合される。結合するために、レンズ３２の側壁と、切欠き１６の内側側壁２２との間の横方向の間隙１８（図５ｃを参照）に接着剤、好ましくはＵＶ硬化接着剤が満たされる。切欠き１６の中でレンズ３２の位置及び／又は向きを適切に調整した後に、たとえば、ＵＶ照射によって接着剤を硬化させる。本発明人らの膨大な実験によれば、驚くことに、硬化中に切欠き内のレンズ３２の位置及び向きが受ける影響は、無視することができる程度であることが明らかになった。言い換えると、基板１０の切欠き１６の中に少なくとも部分的に収容されるレンズ３２の位置及び／又は向きは、高出力レーザダイオードの光学的な品質を著しく低下させるほどの影響は受けない。図５ａから判断することができるように、そのような高出力レーザダイオードによって、速軸方向ｙ’において等距離間隔で複数の速軸コリメートされた光ビーム３４が放射され、全ての速軸コリメートされた光ビーム３４は、真直ぐな線又は列に沿って位置合わせされる。
【００５０】
ヒートシンク６は、ダイオードレーザが実装されている側とは反対側から、又はヒートシンク内に組み込まれる冷却水路を通じて冷却される。こうして、ダイオードレーザ及び少なくとも速軸コリメーションレンズを、不都合な周囲条件に対して封止することができる。出力ビーム品質へのあらゆる熱的な影響を避けるために、基板１０は、銅のような、共通ヒートシンク６と同じ材料から形成されることが好ましい。
【００５１】
図５ｂは、図５ａの実施形態の平面図を示す。速軸方向ｙ’における高出力レーザダイオードの出力ビーム３０の寸法及びその共通ヒートシンク６の寸法は、両方向において出力レーザビームの発散が異なることに起因して、遅軸方向ｘ’内よりもはるかに大きいことが明らかである。図５ｂから明らかなように、速軸方向ｙ’における速軸コリメートされた出力レーザビーム３４の光円錐は、速軸コリメーティングレンズ３２の入射窓を完全には満たさない。言い換えると、レンズ３２から出るときに、速軸方向ｙ’におけるコリメートされた出力レーザビーム３４のフィルレートは概ね５０％である。このフィルレートは、ビーム伝搬方向ｚ’における速軸レンズ３２の設計及び位置によって概ね与えられ、たとえば、１０％〜概ね１００％の範囲内で容易に調整することができることは当業者には明らかになるであろう。高いフィルレートは、コリメートされたビーム３４におけるビーム調整及びビーム歪みに関して問題を引き起こすことがあるため、本発明の好ましい実施形態によれば、フィルレートは約５０％又は３３％に、すなわち分数１／ｎに調整される。ここで、ｎは整数である。以下で説明されるように、ダイオードレーザを適切に配置することによって、いかなるビーム偏向光学系も追加することなく、１００％のフィルレートを達成することができる。
【００５２】
上記のように、好ましい実施形態によれば、本発明による高出力レーザダイオードは以下の態様で実装される。最初のステップでは、その上にボンドパッド３、４及びレーザダイオードチップ２を実装されているレーザサブマウント１が、共通ヒートシンク６の上側表面上に配置される。サブマウント１に対するレーザダイオードチップ２の位置及び角方向をさらに変更することができるように、レーザダイオードチップ２はまだ、サブマウント１の上側表面に固着されなくてもよい。次のステップとして、たとえば、中間クランピング又は他の中間の固定技法を用いて、スペーサ及び位置合わせ基板１０が、共通ヒートシンク６の上側表面上の所定の位置に配置される。その後、レーザダイオードチップ２及び／又はサブマウント１が、スペーサ及び位置合わせ基板１０の少なくとも１つの係止部に当接することによって位置合わせされる。その後、単一のステップにおいて、たとえば、はんだ付けによって、サブマウント１及び／又はレーザダイオードチップ２並びにスペーサ及び位置合わせ基板１０が共通ヒートシンク６に固定される。このステップでは、ヒートシンク及び／又はレーザダイオードチップの予め位置合わせされた位置が変化しないようにするために、注意を払わなければならない。このステップの後に、その長手方向の側端が突出部１７の上側にある係止部１８と平行になるように、且つ前面ファセットが階段部１９によって設けられる係止部と平行になり、それによってレーザダイオードチップ２が速軸方向及び遅軸方向において位置合わせされるように、レーザダイオードチップ２がサブマウント１上に配置される。
【００５３】
代替的には、レーザダイオードチップ２をサブマウント１に結合し、且つ／又はレーザダイオードチップ２が取り付けられているサブマウント１を共通ヒートシンク６に結合するリフローはんだ付け工程中に、共通ヒートシンク６に対してレーザダイオードチップ２及びサブマウント１を位置決めするために、スペーサ及び位置合わせ基板１０の代わりに、精密工具が用いられる。その工具は、サブマウント及び／又はチップを遅軸（ｘ）及び速軸（ｚ）方向において位置合わせ係止部に対して強く押すために、ばねのような手段を組み込むことができ、それによって、レーザダイオードチップの位置、及びｙ方向において平行なベクトルとの１つの角度を定めることができる。これらの構成要素と、ｘ及びｙ方向に対して平行なベクトルとの回転方向の位置合わせ不良を最小限に抑えるために、サブマウント１及び／又はレーザダイオードチップ２の上側表面上に、さらなる力をかけることもできる。ｚ方向に対して平行なベクトルとの回転方向の位置合わせ不良は、速軸コリメーションレンズ３２の正確な位置合わせによって補償することができないため、さらにビーム整形する上で致命的である。結合／はんだ付け後に、精密工具は除去され、はんだ付け又は接着等による個別の結合工程において、スペーサ基板１０が共通ヒートシンク６に取り付けられる。サブマウント及び／又はレーザダイオードチップのはんだ付け／結合工程は、はんだ、及び個々のはんだ付け工程を適切に選択することによって可能になる、自動センタリングによって改善されることがあることは当業者には理解されよう。
【００５４】
レーザダイオードチップ２が、既知のはんだ付け技法を用いて、サブマウント１の上側表面に結合されることは当業者には明らかになるであろう。はんだ付け中の条件は、上記で略述されたような係止部への当接によって決定されるような、レーザダイオードチップ２の向き及び位置合わせが概ね変更されないようにすることである。
【００５５】
代替形態として、サブマウントの縁部に対してダイオードレーザチップを適切に位置合わせするために、代替的には、上記の係止部のうちの少なくとも１つが、サブマウントの上側表面に直接配置されてもよいことは当業者には明らかになるであろう。その代替形態によれば、スペーサ及び位置合わせ基板に対してサブマウントを適切に位置合わせするために、サブマウントの上側側面上にある、同じ又は他の係止部が、後に適切に、且つ異なるように配置されなければならないスペーサ及び位置合わせ基板の切欠きの縁部と相互に係合する。
【００５６】
次のステップとして、速軸コリメーティングレンズがスペーサ及び位置合わせ基板１０の切欠き１６の中に挿入され、適切に調整及び位置決めされ、その後、上記で述べられたように、その側端において結合される。
【００５７】
そのような態様で組み立てられた高出力レーザダイオードは、複数の速軸コリメートされた出力レーザビーム３４を放射し、それらのビームは光学軸３１（図５ａを参照）に沿って互いに平行に伝搬する。単一の列に沿ってレーザダイオードチップを位置合わせすることに起因して、全ての出力レーザビーム３４は、全ての個々のビームの主軸によって画定される１つの平面において位置合わせされ、全て互いに平行であり、方向ｚ’（図５ａを参照）を指している。隣り合っている出力レーザビーム３４間のピッチは、方向ｙ’において隣り合っているレーザダイオードチップ間のピッチによって与えられる。
【００５８】
図５ｃは、高出力レーザダイオードの複数のレーザダイオードの位置合わせ方向に沿って高出力レーザダイオードの端面を見た、図４ａ及び図４ｂによる実施形態の平面図である。図５ｃに示されるように、凹部２５がスペーサ１０の底面の高さに形成される。レーザダイオードチップ（図示せず）の上側表面は、凹部２５の上側表面と概ね同じ高さにあり、出力レーザビーム３４が、基板１０の内側突出部の高さにおいて放射されるようにする。上側凹部が基板１０の表面内に形成され、それは基板１０の下側表面まで延在しない。内側突出部は、レンズ３２が誤ってレーザダイオード上に落下するのを防ぐ。しかしながら、本発明によれば、内側突出部は、レンズ３２の背面のための支持体として用いられないことが好ましい。
【００５９】
図５ｄは、スペーサ１０がさらに一体構成の部材である、さらなる変更形態を示す。しかし、図５ｄによれば、凹部２５が、速軸コリメーティングレンズ３２の背面まで延在する。しかしながら、この実施形態によれば、レンズ３２は基板１０の側壁内の段によって支持されないが、上側凹部の内側側壁に直接結合されるので好ましい。
【００６０】
図５ｅはさらなる変更形態を示しており、スペーサ及び位置合わせ基板１０は、好ましくはボンディングによって互いに接続される、平行平面上側基板２８及び平行平面下側基板２６から成る層状の二体構成の部材である。
【００６１】
図５ｆは、基板１０の上側表面内に形成される凹部内で速軸コリメーティングレンズ３２を傾ける効果を示す。その限りでは、レンズ３２はガラス板と見なすことができ、光学軸３１を中心にして傾けられる場合には、結果として、コリメートされたビームのビーム品質にほとんど影響を及ぼすことなく、透過した光ビームが、シフトされた位置３１’まで横方向にシフトされ、その横方向のシフトは、ガラスの屈折率、傾斜角、及び伝搬方向におけるガラス板の厚みによって決定される。したがって、本発明によれば、基板１０の上側表面内に形成される凹部内で速軸コリメーティングレンズ３２を、そのベクトルがｙ’に対して平行である１つの軸を中心に傾けることによって、遅軸方向（ｘ方向）におけるレーザダイオードチップ位置の位置合わせ不良を補償することができる。速軸コリメートされたレーザビームの光学軸３１を調整して、速軸方向において等距離間隔な直線（列）に沿った全ての出力速軸コリメートされたレーザビーム３４（図５ａを参照）の正確な位置合わせを得るために、他の２つの直交する軸、及び２つの直交する並進軸（ｙ及びｚ）を中心とする角度の位置合わせが実行されなければならない。
【００６２】
代替的には、速軸レンズを正確に位置合わせする代わりに、速軸レンズを固定することができ、関連するレーザダイオードを位置合わせすることができることは当業者には明らかになるであろう。
【００６３】
基板１０は速軸コリメーティングレンズを収容することができるだけでなく、本発明による高出力レーザダイオードアレイを封止するのに用いられるカバーガラスを収容又は支持することでもできることは当業者には明らかになるであろう。さらに、その基板は、さらにビームを調整するための体積ホログラフィック回折格子又は類似の光学部品のような、さらなる光学部品を収容するように構成することができる。
【００６４】
最適な調整及び性能を得るために、共通ヒートシンク及び速軸コリメーティングレンズホルダの熱膨張係数を同一にして、熱負荷を変更する場合に、関連するレーザダイオードに対する速軸コリメーティングレンズの位置合わせ不良を最小限に抑えることが重要である。
【００６５】
図５ｇは、本発明による高出力レーザダイオードの共通ヒートシンク６上の斜視図を示す。その上にレーザダイオードチップ２が実装されている複数のレーザダイオードサブマウント１が、速軸方向において等距離間隔で、且つ直線（列）に沿って位置合わせされた状態で配置される。ヒートシンク６の上側表面上に配置されるミラー７が、９０°だけ上方に、出力レーザビーム３１を偏向させる。
【００６６】
図５ｈは、その上に平面基板１０が実装されている、図５ｇによる高出力レーザダイオードを示しており、複数の円柱形の速軸コリメーティングレンズ３２が、基板１０の上側表面内にある単一の長方形の凹部内に部分的に収容される。参照符号３４は、速軸コリメートされた出力レーザビームを表し、参照符号８は、全てのレーザダイオードチップ１の電気接触子を指している。
【００６７】
図６ａ〜図６ｆは、遅軸コリメーションのための種々の光学アセンブリ、又は所定のピッチで互いに平行に配置される線形高出力レーザダイオードの合焦を含む、本発明による高出力レーザダイオードアレイの種々の実施形態を示す。これらの図面では、高出力レーザダイオードは、この高出力レーザダイオードの複数のレーザダイオードの位置合わせの方向に沿って高出力レーザダイオードの端面を見た平面図で示される。
【００６８】
図６ａに示されるように、上記のような高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃによって生成される速軸コリメートされた出力レーザビーム３４ａ〜３４ｃは、関連するパラボラ中空ミラー４１ａ〜４１ｃによって偏向する。この構成では、各パラボラミラー４１ａ〜４１ｃの中心からレーザダイオード４０ａ〜４０ｃの個々のダイオードレーザまでの距離は、全てのレーザダイオード４０ａ〜４０ｃの場合に同一である。これらのミラー４１ａ〜４１ｃの曲率は、遅軸において出力レーザビーム３４ａ〜３４ｃの遅軸コリメーションが達成され、偏向した出力レーザビーム３６ａ〜３６ｃが速軸及び遅軸の両方向においてコリメートされるような大きさである。言い換えると、レーザダイオード４０ａ〜４０ｃの個々のレーザ発光体は、個々のパラボラ中空ミラー４１ａ〜４１ｃの焦点に配置される。さらに、ミラー４１ａ〜４１ｃ及び高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃは、インターリーブされたチェス盤のように配置され、図６ｂに示される結果として生成される概略的なビームプロファイルによって示されるように、偏向した出力レーザビーム３６ａ〜３６ｃが概ね継ぎ目がないようにしてインターリーブされるようにする。個々の出力レーザビーム３６ａ〜３６ｃは、遅軸及び速軸方向において好ましくは同一の発散角で、速軸及び遅軸の両方向において概ねコリメートされるため、図６ｂに示される、結果として生成されるビームプロファイルは、最新のダイオードレーザのビームを配列し直すために、従来技術において一般的に用いられるようないかなる（微小）光学部品も必要とすることなく、概ね１００％のフィルファクタで、全ての周囲半径内の（encircled）ビームの場合に概ね一様な強度分布を示す。
【００６９】
図６ａによれば、上記のような３つの高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃは、互いに平行に、且つ３つの方向において隣り合った高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃ間の所定の距離が減少しないように配置される。より具体的には、図６ａでは、レーザダイオード４０ａ〜４０ｃは３つの方向において、すなわち、レーザダイオード基板上に配置されるミラーにおいて偏向した後の（たとえば、図５ｇを参照）、且つ速軸コリメーション後のビーム伝搬方向（ｚ’）に対して垂直な２つの方向（ｘ’、ｚ’）、及びレーザダイオード基板上に配置されるミラーにおいて偏向した後の速軸コリメートされた出力レーザビーム３４ａ〜３４ｃのビーム伝搬方向に対して平行な１つの方向（ｙ’）においてシフトされる。
【００７０】
以下の説明では、速軸方向（ｙ’）におけるフィルレートが５０％であるものと仮定しており、それは、等距離間隔において放射され、且つレーザ光ビームの断面において見た場合に、合わせて櫛形のパターンを形成する速軸コリメートされた出力レーザビームが、速軸方向において延在する長方形のストライプの５０％を占めることを意味する。この例示的な実施形態では、速軸方向（ｙ’＝ｙ’’）において、そのようにフィルレートが５０％であることに基づいて、高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃの隣り合う列が、以下のようにシフトされる。
（ａ）速軸（ｙ’＝ｙ’’）方向では、ピッチの半分だけ、すなわちレーザダイオード４０ａ〜４０ｃの隣り合うレーザ発光体間の距離の半分だけシフトされる。
（ｂ）遅軸（ｘ’）方向（レーザ基板上に配置されるミラーにおけるビーム偏向の前後）では、遅軸コリメートされたビーム３６ａ〜３６ｃのビーム幅の半分だけシフトされる。
（ｃ）遅軸コリメータとしての役割を果たす個々のパラボラ中空ミラー４１ａ〜４１ｃへの一定の距離を得るために、レーザ基板上に配置されるミラーにおけるビーム偏向後の光学軸の方向（ｚ’）においてシフトされる。
【００７１】
ダイオードレーザ及びコリメーションレンズをこのように配置する結果として、従来技術の場合のように個々のビームの方向又は位置を変更するためにさらなる光学系を用いることなく、速軸及び遅軸の両方向において、フィルレートが１００％になる。
【００７２】
異なるシフトによって、他のシフト及び他のフィルレートを達成することができることは当業者には明らかであろう。
【００７３】
ミラー４１ａ〜４１ｃ及び高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃを適切に配置及び構成することによって、任意の形状、たとえば、線状、長方形、円形、楕円形、星形のビームプロファイルを得ることが可能であることは当業者には明らかになるであろう。この効果を用いて、出力レーザビームを効率的に結像し、光ファイバ、レーザロッド（補助レーザ源の光学的なポンピング用）、又は任意の種類の光学媒体のような他の光学部品に結合することができる。
【００７４】
図６ａに示されるような隣り合う高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃ間のピッチを達成するために、図６ａに示される高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃは、平坦にすることができるか、又は階段のような形状を有することができる（図７を参照しながら以下で説明される）単一の基板、たとえば共通ヒートシンク上に配置することができることは当業者には明らかになるであろう。
【００７５】
図６ｃは、別の変更形態を示しており、全ての高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃが、共通の平坦なヒートシンク６の上側表面上に実装される。さらに、パラボラ中空ミラー４１ａ〜４１ｃが出力レーザビーム３４ａ〜３４ｃを結像し、それをヒートシンク６の上側表面に平行でなく、代わりに斜めになるように延在する方向に偏向させる。ここでもまた、偏向した出力レーザビーム３６ａ〜３６ｃは、速軸及び遅軸の両方向においてコリメートされる。こうして、図６ｃの構成におけるレーザ発光体は、互いに対して垂直な２つの軸においてシフトされる。
【００７６】
本発明のさらなる関連する態様によれば、図６ａ及び図６ｃに示されるパラボラ中空ミラーは、たとえば、ダイヤモンド加工又は微細機械加工によって、単一（一体構成）の基板に組み込むことができる。その基板は、光学活性表面に近い背面から実効的に冷却することができるようにするために銅から成り、それによってレンズを高密度に積重することが可能になり、さらに高出力レベルにおいて動作する屈折レンズ系から既知である熱レンズ効果及びその関連するビーム歪みを最小限に抑えることが好ましい。そのような基板内にパラボラ中空ミラーを形成した後に、中空ミラーの内側表面は、できる限り光学損を低減するために、高反射性コーティングをコーティングされることがある。代替形態として、中空ミラーのそのようなアレイは、中実のガラス本体内に、若しくは中空のガラス本体の上側表面内にレンズ若しくはレンズアレイを製造するために、プレス成形することができるか、又は他の最新の手段で機械加工することができ、ガラス本体は強制空気循環を通すことによって冷却することができる。
【００７７】
そのような変更形態が図６ｆに概略的に示される。反射性パラボラ（遅軸）コリメーション光学系のさらなる利点は、レンズの縁部に起因してビーム歪みを示す屈折光学系とは対照的に、ビーム品質を損失することなく、個々の光学系のフィルレートを１００％近くにすることができること、及び、放物面がぶれを最小限に抑え、それゆえ、直径が小さな光ファイバへの結合効率を最大にするための理想的な光学面を表すことである。
【００７８】
図６ｄは別の変更形態を示しており、全ての高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃが単一の平面内に位置合わせされ、出力速軸コリメートされたレーザ３４ａ〜３４ｃが屈折レンズ３６ａ〜３６ｃによって遅軸コリメートされる。そのレンズは、レンズアレイにすることもできる。したがって、図６ｄの構成のレーザ発光体は、互いに垂直な２つの軸においてシフトされる。図６ｅに示されるように、高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃ及び遅軸コリメーティングレンズ３７ａ〜３７ｃをインターリーブされるように適切に配列することによって、図６ｅに示される、結果として生成される概略的なビームプロファイルによって示されるように、偏向した出力レーザビーム３６ａ〜３６ｃが概ね継ぎ目がないようにインターリーブされる。個々の出力レーザビーム３６ａ〜３６ｃが速軸及び遅軸方向において概ね等しくコリメートされるため、図６ｅに示される結果として生成されるビームプロファイルは、遅軸及び速軸において概ね等しい発散を有する個々のビームから成る網羅的なビームプロファイルの、概ね一様な強度分布を示す。
【００７９】
具体的な用途に従うために、個々のビーム及び合成されたビームの発散は両方の軸において異なることがあることは当業者には明らかであろう。同じように、高出力ダイオードレーザの数、及び１つの高出力ダイオードレーザを構成するダイオードの数は、コリメートされたビームを合焦する際のビーム品質及び加工物におけるスポットサイズによって決定される。
【００８０】
図６ｆ及び図６ｇは、本発明による高出力レーザダイオードアレイの側面図及び斜視図を示す。パラボラ中空ミラーから成る単一（一体構成）のアレイ４１が、レーザダイオード（これらの図面では、レーザダイオードのうちの３つだけが参照符号４０ａ〜ｃによって表される）によって放射される速軸コリメートされた光ビームの遅軸コリメーションのために用いられ、それによって、速軸及び遅軸コリメートされた光ビームを、インターリーブされるように偏向させて結像し、概ね長方形で、継ぎ目がないようにインターリーブされた複数の速軸及び遅軸コリメートされたレーザビーム５１から成る概ね一様な出力レーザビームプロファイル（図６ｈを参照）を生成する。
【００８１】
遅軸コリメーティングレンズ３６ａ〜３６ｃ及び高出力レーザダイオード４０ａ〜４０ｃを適切に配置し、構成することによって、任意の形状、たとえば、線状、長方形、円形、楕円形、星形のビームプロファイルを得ることができることは当業者には明らかになるであろう。この効果を用いて、出力レーザビームを効率的に結像し、光ファイバ、レーザロッド（補助レーザ源の光学的なポンピング用）、又は任意の種類の光学媒体のような他の光学部品に結合することができる。
【００８２】
本発明の高出力レーザダイオードアレイの用途の一例として、図６は、全体として６０として表される合焦光学系によって、光ファイバの入射開口６２上に、上記のような高出力レーザダイオードアレイの出力レーザビーム５０を合焦することを示す。図６ｉの右側の部分に示されるように、出力レーザビーム５０は、図５ａ〜図５ｈを参照しながら上記で説明された光学構成によって速軸及び遅軸の両方においてコリメートされた、複数の概ね長方形の個別のレーザビーム５１から成る。光ファイバの概ね円形の入射開口６２に対応する、参照符号５０を有する図６ｉの右側の部分に示される円において、個々のレーザビーム５１は、概ね継ぎ目がないようにインターリーブされており、すなわち円５０全体を埋める。図６ｉの右側部分の概略図から明らかなように、本発明による個々の速軸及び遅軸コリメートされたレーザビームのチェス盤のようなインターリーブによって、任意の断面幾何学形状、たとえば図６ｉの例では、円５０を埋めることができるようになる。
【００８３】
図７は、本発明の別の実施形態による高出力レーザダイオードアレイを示す。そのアレイは、楔形基板６を備える。基板６の右側には、複数の階段状レーザダイオード支持部９ａ〜９ｃが形成され、その表面上には、サブマウントが個別に配置される。各サブマウントの表面上には、レーザダイオードが実装される。これらの構成要素を正確に位置決めするために、上記で略述されたような精密実装工具が用いられる。こうして、基板６の右側にある高出力レーザダイオード４０の個々のレーザ発光体は、等しい間隔で、速軸及び遅軸の両方向において互いにオフセットされる。各レーザ発光体の出射ファセットの前面には、速軸コリメーティング手段７０が設けられ、それは個別に位置決め及び位置合わせされる。
【００８４】
反対側、すなわち基板６の左側には、対応する数の階段状部分７１ａ〜７１ｃが設けられる。これらの部分７１ａ〜７１ｃの縁部は、速軸コリメートされたレーザビーム７４の遅軸コリメーション又は合焦のための中空ミラー７２ａ〜７２ｃとしての役割を果たすように凹面を成す。同時に、速軸コリメートされたレーザビーム７４は９０°だけ偏向する。偏向した速軸及び遅軸コリメートされたレーザビーム７５は、その後、ミラー７３を介して合成され、１００％又は概ね１００％の光学フィルファクタで１次元において継ぎ目がないように互いに隣接して配置される、複数の速軸及び遅軸コリメートされたか又は合焦された出力レーザビームから成る線形出力レーザビームプロファイル（図示せず）が形成される。
【００８５】
図７を参照しながら説明されたような、高出力レーザダイオードアレイのいくつかを組み合わせて、１００％又は概ね１００％の光学フィルファクタで、任意の形状において、２次元において継ぎ目がないように互いに隣接して配置される、複数の速軸及び遅軸コリメートされたか又は合焦された出力レーザビームから成る出力レーザビームプロファイルを形成することができることは当業者には明らかになるであろう。
【００８６】
図８は、本発明のさらに別の実施形態による、高出力レーザダイオードアレイを示す。図８に示されるように、図４ａ〜図５ｈを参照しながら上記で説明されたようなタイプのダイオードレーザ４０ａ〜４０ｃそれぞれが、速軸コリメートされたレーザビーム３４ａ〜３４ｃを放射し、それらのビームは（この例では）３つの単一の列に沿って位置合わせされ、各列のレーザ発光体は、隣り合うレーザ発光体が等距離間隔を成すように配置される。図８によれば、中空パラボラミラー４１ａ〜４１ｃは、出力レーザビーム３４ａ〜３４ｃを、速軸方向及び遅軸方向の両方において、単一の焦点６２上に合焦する。全ての出力レーザビームが同じ焦点６２上に合焦されることを確実にするために、各速軸及び遅軸合焦ミラー４１ａ〜４１ｃはわずかに異なる焦点距離を有することは当業者には明らかであろう。ミラー４１ａ〜４１ｃは、図６ｆを参照しながら上記で説明されたように、単一の共通基板に組み込んでもよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
0004980329.tif 000003
【図２ａ】
0004980329.tif 000004
【図２ｂ】
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【図３ａ】
0004980329.tif 000006
【図４ａ】
0004980329.tif 000007
【図４ｂ】
0004980329.tif 000008
【図５ａ】
0004980329.tif 000009
【図５ｂ】
0004980329.tif 000010
【図５ｃ】
0004980329.tif 000011
【図５ｄ】
0004980329.tif 000012
【図５ｅ】
0004980329.tif 000013
【図５ｆ】
0004980329.tif 000014
【図５ｇ】
0004980329.tif 000015
【図５ｈ】
0004980329.tif 000016
【図６ａ】
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【図６ｂ】
0004980329.tif 000018
【図６ｃ】
0004980329.tif 000019
【図６ｄ】
0004980329.tif 000020
【図６ｅ】
0004980329.tif 000021
【図６ｆ】
0004980329.tif 000022
【図６ｇ】
0004980329.tif 000023
【図６ｈ】
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【図６ｉ】
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【図７】
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【図８】
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