"スケーラブルな波長ビーム結合システムであって、複数のモジュール状レーザ入力デバイスを備えており、各モジュール状レーザ入力デバイスが、電磁ビームを生成するように構成されている少なくとも1つのレーザエレメントと、少なくとも1つの変換光学系であって、各変換光学系が、放出されたビームを分散性エレメントにおいて重ね合わせ、前記分散性エレメントが、前記重ね合わされたビームを、単一出力プロファイルとして透過させる、変換光学系と、を含む、スケーラブルな波長ビーム結合システム。請求項1記載のシステムであって、更に、前記分散性エレメントを透過した前記単一出力プロファイルを受けて、前記単一出力プロファイルの一部を反射して前記レーザエレメントに戻すように構成されている出力カプラを含む、システム。スケーラブルな波長ビーム結合システムであって、複数のモジュール状レーザ入力デバイスを備えており、各モジュール状レーザ入力デバイスが、各々が電磁ビームを生成するように構成されている1つ以上のレーザエレメントと、前記ビームを受けるように構成されている少なくとも1つの主テレスコープ光学系と、前記主テレスコープ光学系の各々と共にテレスコープシステムを形成するように整列されている副テレスコープ光学系であって、前記テレスコープシステムが前記ビームを互いに平行に整列する、副テレスコープ光学系と、前記平行なビームを受け、ビーム結合次元に沿って前記平行なビームを結合するように構成されている変換光学系と、前記結合ビームの重複領域に位置付けられ、前記ビームを受けて透過させる分散性エレメントであって、出力プロファイルが形成される、分散性エレメントと、を含む、スケーラブルな波長ビーム結合。請求項3記載のシステムであって、更に、前記分散性エレメントから前記出力プロファイルを受け、この出力プロファイルの一部を反射して前記レーザエレメントに戻すように構成されている出力カプラを含む、システム。請求項3記載のシステムにおいて、前記変換光学系が、5インチ以下の直径を有する、システム。請求項3記載のシステムにおいて、前記変換光学系が、直径が5インチ以下の湾曲ミラーである、システム。WBCシステムをスケーリングする方法であって、複数の変換光学系を、各々が少なくとも1つの放出電磁ビームを受け、分散性エレメント上に重ね合わせるように配列するステップと、前記重ね合わされたビームから、単一の出力プロファイルを透過させるステップと、を備えている、方法。WBCシステムをスケーリングする方法であって、1つ以上のレーザエレメントのモジュールから放出された電磁ビームを、1つよりも多い入力面を有する光学テレスコープシステムに受け入れさせるステップであって、前記テレスコープシステムが、モジュール毎に入力面を有する、ステップと、前記受け入れられたビーム全てを互いに平行に整列するステップと、前記平行なビームを分散性エレメント上に重ね合わせるステップと、前記分散性エレメントから単一の出力プロファイルを透過させるステップと、を備えている、方法。拡張出力波長ビーム結合システムであって、選択的にオンまたはオフに切り替えられるように構成されている複数のレーザ入力モジュールであって、各モジュールが1つ以上のレーザエレメントを含む、レーザ入力モジュールと、各モジュールから放出される電磁ビームを受けて、これらの放出ビームを重ね合わせるように構成されている変換光学系と、前記重ね合わせの領域に配置され、単一出力プロファイルを受けて透過させる分散性エレメントと、を備えている、システム。請求項9記載のシステムであって、更に、前記単一出力プロファイルを受け、この単一出力プロファイルの一部を反射して前記レーザエレメントに戻し、前記単一出力プロファイルを透過させるように構成されている出力カプラを備えており、外部キャビティが形成される、システム。請求項9記載のシステムにおいて、前記単一出力プロファイルが、最小輝度および出力パワーを、少なくとも50,000時間維持する、システム。請求項9記載のシステムにおいて、前記単一出力プロファイルが、最小輝度および出力パワーを、少なくとも100,000時間維持する、システム。請求項9記載のシステムであって、更に、前記単一出力プロファイルのデータを検出するように構成されている検知システムを含む、システム。請求項13記載のシステムであって、更に、前記出力データを受け取り、選択的にレーザ入力モジュールをオンまたはオフに切り替えるように構成されているコントローラを含む、システム。請求項9記載のシステムであって、更に、レーザ入力モジュール毎に動作時間数を追跡するように構成されているカウンタを含む、システム。請求項9記載のシステムにおいて、多数のレーザ入力モジュールがオンに切り替えられる、システム。外部キャビティシステムであって、電磁放射線を放出するように構成されている複数の固定位置レーザエレメントと、前記放出された放射線を受けて、第1次元に沿って前記放射線を平行化するように構成されているマイクロレンズのアレイと、前記平行化された放射線を受けて、ビーム結合次元に沿って前記放射線を結合するように構成されている変換レンズと、前記結合の重ね合わせ領域に位置付けられ、前記結合放射線を受けて、単一出力プロファイルを透過させる分散性エレメントと、前記単一出力プロファイルを受け、その一部を反射して前記レーザエレメントに戻すように構成されている、出力カプラと、を備えている、外部キャビティシステム。請求項17記載のシステムであって、更に、前記マイクロレンズのアレイと共にテレスコープシステムを形成するように構成されている第2のマイクロレンズのアレイを含む、システム。請求項17記載のシステムであって、更に、前記放出された放射線を受け、第2次元に沿って平行化するように構成されている、第2のマイクロレンズのアレイを含む、システム。外部キャビティシステムであって、電磁放射線を放出するように構成されている複数の固定位置レーザエレメントと、少なくとも2つのレーザエレメントの放出経路内に配置されている少なくとも1つの平行化光学系であって、前記放射線が1つの次元に沿って平行化される、平行化光学系と、各レーザエレメントによって放出された放射線を受けて、前記システムの好ましい光軸に沿って前記複数のエレメントを整列させるように構成されているマイクロレンズのアレイと、前記整列された放射線を受け、ビーム結合次元に沿って前記放射線を結合するように構成されている変換光学系と、前記結合放射線の重ね合わせ領域に位置付けられ、前記結合放射線を受けて、単一出力プロファイルを透過させる分散性エレメントと、前記単一出力プロファイルを受け、前記プロファイルの一部を反射して前記分散性エレメントに向けて戻すように構成されている、出力カプラと、を備えている、外部キャビティシステム。請求項21記載のシステムにおいて、前記マイクロレンズのアレイが、前記平行化光学系から焦点距離のところに配置されている、システム。請求項21記載のシステムにおいて、前記結合次元が、各レーザエミッタの進相軸に沿っている、システム。レーザには、多数の工業用途、科学用途、および防衛用途がある。工業用途には、金属切断、スポット溶接、シーム溶接、穿孔、精密切断、およびけがきが含まれる。科学用途には、天文学用レーザガイド星、重力波検出、レーザ冷却および捕獲、ならびにレーザに基づく粒子加速が含まれる。防衛用途には、レーザに基づく兵器、レーザ誘起火花、およびLIDARが含まれる。前述のように応用可能なレーザの例には、高平均および高ピークのパワーファイバレーザおよび増幅器、高平均および高ピークのパワーアイセーフエルビウムドープEr-ドープファイバレーザおよび増幅器、工業用レーザの準連続波QCW:quasicontinuouswaveあるいはパルス状動作または長パルス状動作、工業用レーザの短パルス状数nsから数百nsのパルス幅動作等が含まれる。前述したような、応用可能なレーザを含む、本明細書に記載したレーザのいずれかに波長ビーム結合を応用すると、レーザ利用に影響を及ぼす関連要因の多くを大幅に改善することが可能になる。パワー出力のような側面を大幅に増大させることができ、輝度を大幅に高めることができ、コストを劇的に低減することができ、熱およびファイバに関する光学系の課題を容易に克服すること、または重大ではないところまで軽減することができ、全体的なサイズを縮小することができる等である。これらおよびその他の要因の結果を、波長ビーム結合によって、2桁以上改良することができる場合もある。レーザ以下の概略的な説明において記載するレーザのようなレーザは、本明細書において記載するイノベーションについての実施形態と関連付けて使用することができる。レーザは、一般に、光の誘導放出によって可視光または不可視光を生成するデバイスと定義することができる。レーザは、本来、輻射の誘導放出による光増幅の頭文字語であり、1957年にレーザの開発者であるGordonGouldによって名付けられたが、現在では、一般にレーザの原理を使用して光を生成するデバイスに専ら使用されている。レーザは、通常、種々の用途においてこれらが有用となる特性を有する。レーザの特性は、以下のことを含むことができる。光をレーザビームとして放出する。レーザビームは、大きく拡散することなく、長い距離を伝搬することができ、非常に小さな点に合焦することができる。非常に広いスペクトルを生成する殆どの他の光源と比較して、帯域幅が非常に狭い。光を連続的に放出することができ、あるいは僅か数フェムト秒も可能な短いバーストパルスで放出することもできる。レーザは、種々のタイプで市販されることがある。極普通のレーザタイプには、半導体レーザ、ソリッドステートレーザ、ファイバレーザ、およびガスレーザが含まれる。半導体レーザ殆どのレーザダイオードは、電気的または光学的に励起され、通常非常に高い出力パワーを効率的に発生することができるが、乏しいビーム品質を犠牲にする場合が多い。半導体レーザは、CDおよびDVDプレーヤにおける用途に合わせて、優れた空間特性で低いパワーを生成することもできる。更に他の半導体レーザには、高いパルスレート、低いパワーのパルス例えば、電気通信用途用を生成するのに適したものもある。特殊なタイプの半導体レーザには、量子カスケードレーザ中間赤外線光用、および表面放出半導体レーザVCSELおよびVECSELが含まれ、後者は高いパワーのパルス発生にも適している。更に、半導体レーザについては、レーザダイオードという題の下で本明細書の他のところで説明する。ソリッドステートレーザは、イオンドープクリスタルまたはガラス例えば、ドープ絶縁レーザに基づくことができ、放電ランプまたはレーザダイオードによって励起し、高い出力パワーを発生することができる。あるいは、ソリッドステートレーザは、非常に高いビーム品質、スペクトル純度、および/または安定性例えば、測定の目的のためで低いパワー出力を生成することもできる。ソリッドステートレーザの中には、ピコ秒またはフェムト秒期間の超短パルスを生成できるものもある。ソリッドステートレーザで使用される共通の利得媒体には、Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:YLF、Nd:ガラス、Yb:YAG、Yb:ガラス、Ti:サファイア、Cr:YAG、およびCr:LiSAFが含まれる。ファイバレーザは、ファイバコア内に何らかのレーザ活性イオンがドープされた光学グラスファイバに基づくことができる。ファイバレーザは、波長同調動作を妨げてきた、高いビーム品質で非常に高い出力パワーキロワットまでを達成することができる。狭幅ライン幅動作等も、ファイバレーザによってサポートすることができる。ガスレーザは、ヘリウム-ネオンレーザ、CO2レーザ、アルゴンイオンレーザなどを含み、通例放電によって励起されるガスに基づくことができる。頻繁に使用されるガスには、CO2、アルゴン、クリプトン、およびヘリウム-ネオンのようなガス混合体が含まれる。加えて、エキシマレーザは、ArF、KrF、XeF、およびF2の内いずれかに基づくことができる。その他の余り一般的でないタイプのレーザには、化学および核励起レーザ、自由電子レーザ、およびX-線レーザが含まれる。レーザダイオード以下の概略的な説明において説明するレーザダイオードのような、レーザダイオードは、本明細書において記載するイノベーションの実施形態と関連付けて、そして本明細書において引用する証拠において、使用することができる。レーザダイオードは、一般に、光子光の放出をサポートする単純なダイオード構造を基本とする。しかしながら、効率、パワー、ビーム品質、輝度、同調可能性等を改良するために、この単純な構造を修正して、種々の多くの実用的なタイプのレーザダイオードを提供するのが一般的である。レーザダイオードは、端面放出に様々な細かい変化を含み、高いビーム品質のビームで数ミリワットから凡そ半ワットの出力パワーを発生するタイプがある。レーザダイオードの構造タイプには、2つの高バンドギャップ層の間に狭持された低バンドギャップ材料の層を含む二重ヘテロ-構造レーザ、非常に薄い中間層量子井戸層を含み、レーザのエネルギの高い効率および量子化が得られる量子井戸レーザ、1つよりも多い量子井戸層を含み、利得特性を改良する多重量子井戸レーザ、中間層をワイヤまたはドットと置き換えて、更に高い効率の量子井戸レーザを生成する量子ワイヤまたは量子の海ドットレーザ、比較的長い波長においてレーザ動作を可能とし、量子層の厚さを変えることによって波長に同調することができる量子カスケードレーザ、最も一般的に市販されているレーザダイオードであり、量子井戸層の上下に他にも2層を含み、生成された光を効率的に閉じ込める分離閉じ込めヘテロ構造レーザ、厳しい光通信用途において一般に使用され、集積された回折格子を含み、1つの波長を反射させて利得領域に戻すことによって製造中に安定した波長セットを発生し易くした分散フィードバックレーザ、光が端面からではなく表面から放出されるということから、他のレーザダイオードとは異なる構造を有する垂直キャビティ面発光レーザVCSEL、主に二重ヘテロ構造ダイオードを使用し、格子または多重プリズム格子構成を含む同調可能なレーザである、垂直外部キャビティ面発光レーザVECSELおよび外部キャビティダイオードレーザが含まれる。外部キャビティダイオードレーザは、多くの場合波長が同調可能であり、小さな放出ライン幅を呈する。また、レーザダイオードのタイプには、種々の高パワーダイオード系レーザも含まれる。高パワーダイオード系レーザには、1×100μmの矩形出力ファセットを有するマルチモードダイオードを特徴とし、通常ビーム品質は乏しいが数ワットのパワーを発生するブロードエリアレーザ、1×100μmのテーパー状出力ファセットを有する非点モードダイオードを特徴とし、ブロードエリアレーザと比較すると、改良されたビーム品質および輝度を呈するテーパー状レーザ、1×4μmの楕円形出力ファセットを有する楕円モードダイオードを特徴とするリッジ導波路レーザ、および4×4μmのより大きな出力ファセットを有する円形モードダイオードを特徴とし、ほぼ円断面の回折限界ビームにおいてワットレベルの出力を発生することができるスラブ結合光導波路レーザSCOWL:slabcoupledopticalwaveguidelaserが含まれる。以上に記載したものに加えて、他のタイプのダイオードレーザも報告されている。レーザダイオードアレイ配列、バー、およびスタック積み重ねレーザダイオードアレイ、バー、および/またはスタックは、本明細書において記載するイノベーションの実施形態と関連付けて、そして本明細書において引用する証拠において、使用することができる。レーザダイオードは、一般に、一次元の行/アレイダイオードバーまたは二次元のアレイダイオードバースタックに、個別にまたは纏めてパッケージ化することができる。ダイオードアレイスタックは、一般に、ダイオードバーの垂直スタックである。レーザダイオードバーまたはアレイでは、一般に、同等の1つのブロードエリアダイオードよりも遙かに高いパワー、および価格効率性が得られる。高パワーダイオードバーは、一般に、ブロードエリアエミッタのアレイを内蔵し、比較的乏しいビーム品質で、数十ワットを発生する。ブロードエリアレーザダイオードよりもパワーは高いのであるが、輝度はこれよりも低い場合が多い。高パワーダイオードバーをスタックして、数百または数千ワットという非常に高いパワーを発生するための高パワースタックダイオードバーを生成することができる。レーザダイオードアレイは、自由空間またはファイバ内にビームを入射させるように構成することができる。ファイバ結合ダイオードレーザアレイは、ファイバレーザおよびファイバ増幅器のための励起源として便利に用いることができる。ダイオードレーザバーは、ブロードエリアエミッタの一次元アレイを内蔵する、または代わりに10から20個の狭い帯状エミッタを内蔵する半導体レーザの一タイプである。ブロードエリアダイオードバーは、通例、19から49個のエミッタを内蔵し、各エミッタは、例えば、1×100μm程度の幅となっている。1μm次元即ち進相軸に沿ったビーム品質は、通例、回折制限を受ける。100μm次元即ち遅相軸、または配列次元に沿ったビーム品質は、通例、何倍も回折制限を受ける。通例、商用のダイオードバーは、長さが1から4mm程度のレーザキャビティを有し、幅が約10mmであり、数十ワットの出力パワーを発生する。殆どのダイオードバーは、780から1070nmの波長領域で動作し、808nmネオジムレーザを励起するためおよび940nmYb:YAGを励起するためが最も突出している。915から976nmの波長範囲は、エルビウムドープまたはイットリウムドープの高パワーファイバレーザおよび増幅器を励起するために使用される。通常取り組まれるダイオードバーの特性は、出力空間ビームプロファイルである。殆どの用途では、ビームコンディショニング光学系が必要となる。したがって、ダイオードバーまたはダイオードスタックの出力をコンディショニングするために、多くの場合多大な労力が必要となる。コンディショニング技法には、ビーム品質を保存しつつビームを平行化するために非球面レンズを使用することが含まれる。進相軸に沿った出力ビームを平行化するために、微小光学進相軸コリメータが使用される。非球面円筒形レンズのアレイが、アレイ即ち遅相軸に沿った各レーザエレメントの平行化に、多くの場合使用される。ほぼ円形のビームウェストを有するビームを得るためには、各ダイオードバーまたはアレイのビーム品質を対称にするための特殊ビームシェーパを適用することができる。ダイオードバーの劣化特性は、スマイル、即ち、本質的に平面状に接続されるエミッタにおける小さな湾曲である。スマイルの不具合は、ダイオードバーからのビームを合焦する能力に、有害な影響を与える可能性がある。他の劣化特性に、遅相および進相軸の平行化誤差がある。例えば、進相軸平行化レンズを捻ると、事実上のスマイルが生ずる。これは、合焦する能力に有害な影響を及ぼす。スタックにおいて、各バーの指向誤差が最も目立つ影響である。指向誤差は、平行化誤差となる。これは、進相軸レンズからアレイまたはバーが偏倚した結果である。1μmの偏倚は、アレイ全体が1μmのスマイルを有することと同じである。ダイオードバーおよびダイオードアレイは、横断方向またはフィラメント形成における増幅自発放出または寄生レーザ発振というような、非常に広い単一エミッタの欠点を解消する。また、ダイオードアレイはより安定なモードのプロファイルで動作することができる。何故なら、各エミッタがそれ自体のビームを生成するからである。隣り合うエミッタのコヒーレント結合をある程度利用する技法では、ビーム品質を高めることができる。このような技法は、ダイオードバーの製作において含めることができるが、他の技法では外部キャビティを必要とする場合もある。ダイオードアレイの他の利点は、このアレイの幾何学的形状が、ダイオードバーおよびアレイを、遙かに高いビーム品質を得るためのコヒーレントまたはスペクトルビーム結合に非常に適したものにすることである。バーまたはアレイを加工せずに提供することに加えて、ダイオードアレイはファイバ結合形式でも入手可能である。何故なら、こうする方が、光が使用される場所からある距離だけ離れてダイオードの冷却が行われるように、各エミッタの出力を利用すること、およびダイオードバーを装着することが遙かに容易となるからである。通常、単純な進相軸コリメータを使用し遅相軸方向ではビームコンディショニングを行わずに、または輝度をより良く保存するために一層複雑なビームシェーパを使用して、光は1本のマルチモードファイバに結合される。また、エミッタからファイバの束エミッタ毎に1本のファイバにビームレットを発射することも可能である。ダイオードバーまたはダイオードアレイの放出帯域幅は、用途によっては、重要な考慮事項となる。光フィードバック例えば、体積型ブラッグ格子からのは、波長許容範囲および放出帯域幅を大幅に改良することができる。加えて、帯域幅および正確な中心波長も、スペクトルビーム結合には重要となる可能性がある。ダイオードスタックは、単に、非常に高い出力パワーを送り出すことができる、多数のダイオードバーの配列に過ぎない。ダイオードレーザスタック、マルチバーモジュール、または二次元レーザアレイとも呼ばれる、最も一般的なダイオードスタックの配列は、事実上端面放射型発光ダイオードの二次元アレイである、垂直スタックのそれである。このようなスタックは、ダイオードバーを薄いヒートシンクに取り付け、ダイオードバーおよびヒートシンクの周期的なアレイを得るようにこれらの組立体をスタックすることによって製作することができる。また、水平ダイオードスタック、および二次元スタックもある。高ビーム品質を得るためには、一般に、ダイオードバーをできるだけ互いに近づけなければならない。一方、効率的な冷却には、バーの間に装着するヒートシンクには何らかの最小厚さが必要となる。このダイオードバーの間隔のトレードオフの結果、垂直方向におけるダイオードスタックのビーム品質そして、その結果、その輝度も、単一のダイオードバーのそれよりも遙かに低くなる。しかしながら、例えば、異なるダイオードスタックの出力の空間的交互配置によって、偏光結合によって、または波長多重化によって、この問題を大幅に軽減する様々な技法がある。このような目的のために、種々のタイプの高パワービームシェーパおよび関連デバイスが開発されている。ダイオードスタックは、非常に高い出力パワー例えば、数百または数千ワットを供給することができる。また、水平ダイオードスタックもあり、ここでは、ダイオードスタックが横に並んで配列され、長い直線状のエミッタのアレイとなる。このような配列は、垂直に向けられたダイオードバー間に発生する自然対流冷却によって、一層容易に冷却することができ、したがってエミッタ毎の出力パワー増大を図ることができる。一般に、水平スタックにおけるダイオードバーの数したがって、全出力パワーは、垂直スタックにおけるよりも一層制限される。ダイオードバーおよびダイオードスタックは、数百ミリ秒の期間と、数十ヘルツのパルス繰り返し率とを有するパルスを発生することを含む準連続波動作を適用することによって、重大な冷却の課題もなく、非常に高いパワーを得ることができる。波長ビーム結合以下の概略的な説明において記載するような、波長ビーム結合の技術および実施形態は、本明細書において記載するイノベーションの実施形態と関連付けて、そして本明細書において引用する証拠において、使用することができる。レーザダイオードによって放出された光が線形に偏光されると、2つのダイオードの出力を、偏光ビームスプリッタによって結合することが可能になるので、1つのダイオードの2倍のパワーがあるが同じビーム品質のビームを得ることができるこれは、多くの場合、偏光多重化と呼ばれている。あるいは、ダイクロイックミラーを使用して、多少異なる波長のレーザダイオードのビームをスペクトル的に結合することも可能である。ビーム結合手法を更に系統立てることによって、高い出力ビーム品質で、更に多くのエミッタを結合することが可能になる。ビーム結合は、通常、多数のデバイスの出力を結合することによって、レーザソースのパワーをスケーリングするために使用される。ビーム結合の原理は、本質的に、多数のレーザソースの出力を、多くの場合、レーザアレイの形態で結合して1つの出力ビームを得るというように記述することができる。スケーラブルなビーム結合技術を応用することによって、結合されるビームに寄与する1つ1つのレーザがスケーラブルではなくても、パワーがスケーラブルなレーザソースを生成することができる。ビーム結合は、通常、出力パワーとほぼ同じだけ輝度を高めるように、ビーム品質を保存しつつ、出力パワーを倍増させることを目標とする。輝度向上を伴うビーム結合には多くの異なる手法があると考えられるが、全ての手法は3つのカテゴリ、コヒーレント、偏光、および波長ビーム結合の内1つに分類することができる。コヒーレントビーム結合は、互いにコヒーレントなビームにおいてうまく作用する。単純な例では、光周波数が同じである単色ビームを結合することができる。しかしながら、コヒーレントビーム結合の方式の中には、遙かに洗練されたものもあり、したがって、これらの方式は多数の周波数に跨がって行われる放出と合わせるとうまく作用し、全てのエミッタの放出スペクトルが同じものとなる。偏光ビーム結合は、2本の直線偏光ビームをポラライザ例えば、薄膜ポラライザによって結合する。勿論、この方法は反復可能ではない。何故なら、これは非偏光出力を発生するからである。したがって、この方法では、厳密な意味ではパワースケーリングが可能ではない。これら3つの技法の各々は、例えば、レーザダイオード特に、ダイオードバーおよびファイバ増幅器に基づいて、種々のレーザソースだけでなく、高パワーソリッドステートバルクレーザおよびVECSELにも適用することができる。波長ビーム結合スペクトルビーム結合または非コヒーレントビーム結合とも呼ばれるは、相互コヒーレンスを必要としない。何故なら、これは光スペクトルが重複しないエミッタを採用し、波長結合ビームを生成するために、そのビームが、プリズム、回折格子、ダイクロイックミラー、立体ブラッグ格子等のような、波長感応ビームコンバイナに供給されるからである。WBCの発明および実施態様は、米国特許第6,192,062号、第6,208,679号、および米国特許出願公開2010/110556号に記載されている。波長ビーム結合は、ビーム品質に重大な損失を全く生ずることなく、一層容易にビーム結合を首尾良く達成する。また、波長ビーム結合は、単一の高パワーレーザダイオードよりも信頼性が高い。何故なら、1つのエミッタが故障すると、単純に、出力パワーがそれに応じて低下するだけであるからである。波長ビーム結合の概略的な原理は、光スペクトルが重複しない数個のレーザダイオードビームを発生し、波長感応ビームコンバイナにおいてこれらを結合し、その結果同じ方向にこれらのビームが全て伝搬するようにすることである。多くのダイオードレーザを結合し高いビーム品質を得るために、結合されるレーザダイオードは、各々、利得帯域幅の小さな一部分でしかない放出帯域幅を有していなければならない。更に、波長ビーム結合の間におけるビーム品質は、ビームコンバイナの角度分散による影響を受ける。ビームコンバイナを、分散が十分に強く波長が安定しているレーザダイオードと共に用いると、波長ビーム結合の間に高いビーム品質を得るのに大いに役立つ。波長ビーム結合をやりやすくするためにレーザダイオードの波長を同調させる技法は、各レーザを所定の波長に独立して同調させることから、結合されたビームパスに対するその空間位置に基づいて、各レーザダイオードのビーム波長を自動的に調節することまでに亘る。波長ビーム結合は、パワースケーリングに使用することもできる。ほぼ無限のパワースケーリングの単純な例を挙げるとすると、独立して動作及び隣接する多数のレーザからの平行化ビームを重なり合わないように並べることであろうが、結合されたパワーはレーザの個数に比例して増大するものの、結合された出力のビーム品質は低下し、一方輝度はせいぜい単一のレーザと同等に過ぎない。通例、システムの輝度は、単一エレメントよりも遙かに低くなる。したがって、ビーム結合エレメントのビーム品質を保存するパワースケーリング方法は、非常に望ましいことが分かるであろう。波長ビーム結合は、ダイオードバー、ダイオードスタックなどを含む、種々のタイプのレーザダイオード構成に応用することができる。ダイオードバーは、ブロードエリアレーザエミッタの一次元アレイであり、種々のファイバおよび光学システムと組み合わせて、1つ以上の波長結合ビームを生成することができる。ダイオードバーは、2つから50個以上のレーザエミッタを1つの直線状基板上に含むことができる。ダイオードスタックは、本質的に、ダイオードの二次元アレイである。ダイオードバーは、垂直スタックまたは水平スタック配置でダイオードスタックに製作することができる。本明細書において記載するシステムおよび方法は、高い輝度およびパワーを生成するためのスケーリングWBC方法を対象とする。本明細書において記載する実施形態の一部は、複数のモジュール状レーザ入力デバイスを使用し、各デバイスは、スケーラブルなシステムを形成するために複数のレーザエレメントで構成される。モジュール状レーザ入力デバイスを用いてスケーリングを可能にすることによって、必要に応じてパワーを増減することに適用する際に柔軟性が得られ、必要とされる光学系のサイズを縮小し、場合によっては、システムの全体的なフットプリントも縮小することができ、これによって、小型でロバストなシステムが生み出される。このシステムは、キロワット、数十および数百キロワット、そしてメガワットのパワー出力、ならびに輝度までにもスケーリングすることができる。態様および実施形態は、一般に、外部キャビティ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し、更に特定すれば、一次元または二次元レーザソース双方を使用する、外部キャビティビーム結合方法および装置に関するものである。更に、態様および実施形態は、10から数百、更には数メガワットもの出力パワーの重複ビームまたは同軸ビームを発生する、高パワーおよび/または高輝度多重波長外部キャビティレーザに関するものである。とりわけ、態様および実施形態は、個々のレーザエミッタを組み合わせてモジュール状ユニットにし、これらの複数のモジュール状ユニットを全て単一のシステムにおいて組み合わせて、輝度およびパワーがスケーリングされた単一出力プロファイルを生成する方法および装置を対象とする。本明細書において提供する発明の利点の1つは、システムをスケーリングするために必要となる光学エレメントのサイズ縮小である。他の利点は、波長ビーム結合WBCシステムの全体的なフットプリントのサイズを縮小できることである。多くの場合、光学システムを簡素化することは、個々のシステムの中にある光学エレメントの数を減少させることと考えられていた。光学エレメントの数を増加させることは、システムまたはシステムの生産性の複雑度を増大させるように思われる。しかしながら、本明細書において記載する実施形態の一部は、WBCシステムにおける光学エレメントの数を増大させることによって、ある種の光学エレメントのアパーチャを縮小するというような、以前に論じた利点の内一部を達成する。例えば、図1aに基本的なWBCアーキテクチャを示す。4つのレーザエレメントを有するアレイ102が示されている。しかしながら、アレイ102は、それよりも遙かに多いレーザエレメントを有することもできる。アレイ102は、単一ダイオードレーザバーとして示されている。しかしながら、エレメントのアレイ即ち行が、多数のエレメントを有するファイバレーザであること、横に並べられた多数の個々のレーザエミッタであること、または一次元アレイに配列されたレーザエレメントの他のいずれかの組み合わせであることも可能であり、この場合、各エミッタが1つ以上の電磁ビームを放出し、このビームの遅相発散次元が配列次元即ち行次元に沿って整列されることを前もって考慮する。個々のビーム104は、図では破線または1本の線で示されており、ビームの長さ、即ち、長い方の次元は遅相発散次元を表し、高さ、即ち、短い方の次元は進相発散次元を表す。各ビームを進相次元に沿って平行化するために、1つの平行化光学系106が使用されている。変換光学系1つまたは複数108は、円筒形または球面のレンズまたはミラーあるいは組み合わせとすることができ、入力正面ビュー112によって示されるように、WBC次元110に沿って各ビーム104を結合するために使用される。次いで、変換光学系108は、結合されたビームを分散性エレメント回折格子を使用して示されている114上に重ね合わせ、次いで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上に伝えられる。この出力カプラは、次に、出力正面ビュー118によって示されるように、結合ビーム120を伝える。出力カプラは、部分的に反射し、この外部共振システム100aにおける全てのレーザエレメントに対して、共通フロントファセットとして作用する。外部キャビティとは、レーザ発生システムであり、各レーザエミッタの放出アパーチャまたはファセット表示されていないからある距離だけ離れたところに、副ミラーが転置させられている。一般に、放出アパーチャまたはファセットと出力カプラまたは部分的反射面との間に、追加の光学系が配置される。同様に、図1Bは、3つのレーザアレイまたはバー102のスタック積み重ね150を示し、各アレイが4つのエミッタを有する。図1Aにおけると同様、図1Bの入力正面ビュー112は、この場合はビームの二次元アレイであるが、ビームの配列次元に沿って結合され、出力正面ビュー118、即ち、ビームの単一列の単一出力プロファイル120を生成する。図1Cに示す他のWBC方法は、エミッタの二次元アレイを形成するレーザアレイ102のスタック150を示し、図1Aおよび図1Bにおけるようにビームを遅相次元に沿って結合する代わりに、WBC次元110は、ここでは、二次元プロファイルで配列されたビームのスタック次元に従う。ここでは、それぞれの進相発散次元即ち軸に沿って、ビーム120の単一列が示される出力正面ビュー118を生成するように、入力正面ビュー112が結合されている。以上の図1Aから図1CのWBC方法の例示では、1つの変換光学システムを利用する方法を示した。一次元または二次元入力プロファイル全体は、1つの変換光学システムによって、単一出力プロファイルに縮小される。しかしながら、列即ちスタック次元あるいはアレイ即ち行次元のような1つの次元に沿ってビームの数が増大すると、一次元または二次元プロファイル全体を受け入れるために、開口数のサイズを空間的に増大しなければならない。加えて、エミッタ間の空間が広がると、変換の開口数も同様に、更に広がる、即ち、空間的に離されるエミッタを受け入れるために、サイズを増大させる必要がある。例えば、典型的なCOTSダイオードスタックは、バー間に2mmのピッチを有する。つまり、100個のバーを組み合わせようとする場合、変換光学系のアパーチャは、少なくとも200mmでなければならない。殆どのCOTS光学系の直径は75mm未満であり、25mmが最も一般的である。WBCシステムの設計目標の1つが、多数のビームを結合する小型のシステムを生成することである場合、または個々のビームが空間的に広げられる場合、これは問題となる。ビームの数が増えると、またはビーム間が空間的に広がると、一次元または二次元ビームプロファイルが大きくなる。このため、変換光学系は、十分に大きなアパーチャを有することが必要となる。変換光学系のアパーチャが大きくなり過ぎると、製造が一層難しくなり、光学系のコストが通常上昇する。アパーチャが大きく収差が少ない光学系を作るのは、困難な作業である。容認可能な品質を有する市販の既製光学系は、直径が約5から6インチに制限され、1インチが最も一般的である。一般的な既製の高パワーレーザダイオードアレイおよびスタックに基づくレーザソースは、ブロードエリアダイオードレーザエレメントに基づく。通例、これらのエレメントのビーム品質は、進相軸に沿って回折制限を受け、更にレーザエレメントの遅相軸に沿って何倍も回折制限を受ける。尚、以下の論述は主にレーザダイオード、ダイオードバー、およびダイオードスタックに言及すると考えればよいが、本発明の実施形態は、レーザダイオードには限定されず、ファイバレーザ、個別にパッケージングされたダイオードレーザ、半導体レーザ、およびその他のタイプのレーザを含む、多くの異なるタイプのレーザエミッタとでも使用できることは認められてしかるべきである。更に、本明細書において使用する場合、アレイ配列という用語は、横に並べられた1つ以上のレーザエレメントを指す。図1Aから図1Cにおける配列次元は、ブロードエリアエミッタについては遅相軸に沿った方向である。しかしながら、配列次元に沿って整列させられた個々のエミッタが、進相軸に沿っていること、遅相軸からある角度だけずれていること、あるいはアレイまたは列に沿った各エミッタに対して不規則に並べられていることもあり得ると考えられる。本明細書において使用する場合、スタック積み重ねという用語は、一緒にスタックされた2つ以上のアレイを指す。スタックは、機械的または光学的に配列することができる。一例では、機械的に配列されたスタックが2つ以上のアレイを含み、これらのアレイは物理的に互いの上にスタックされて出力ビームを生成し、これらのビームが互いの上にスタックされる。光学的に配列されたスタックは、方向転換ミラーのような光学素子を使用することによって得ることができ、出力ビームが互いの上にスタックされるように、2つ以上のアレイからの出力ビームを配列し、各ビームは対応するアレイから放出される。図1Aから図1Cにおけるスタック次元は、進相軸に沿っている。しかしながら、スタック次元即ち列次元に沿って整列された個々のエミッタが、遅相軸に沿っていること、遅相軸からある角度だけずれていること、あるいはスタック即ち列に沿った各エミッタに対して不規則に並べられていることもあり得ると考えられる。レーザは、準連続波QCWまたはCWとして動作させることができ、出力パワーはミリワット未満から数十ワット以上となる。注記したように、レーザエレメントの波長ビーム結合WBCは、レーザシステムからのパワーおよび輝度をスケーリングするための魅力的な方法である。輝度は、NP/λ2MM2yiの積であり、ここでNは結合エレメントの総数であり、Pは各エレメントの出力パワーであり、λは動作波長であり、M2xM2yは、二次元に沿ったビーム品質であり、NPはパワーである。図1は、一般的な、部分的に反射する外部カプラを使用するWBCキャビティの3つの変形を示す。1図1aは、一次元アレイの波長ビーム結合を示し、ここでは、遅相次元でもある配列次元に沿って、ビーム結合が行われる。入力ビュー112および出力ビュー118が、図1Aの左側に示されている。出力ビームは単一エレメントのそれである。2図1Bは、遅相次元でもある、配列次元に沿った波長ビーム結合のための基準キャビティを示す。その結果、ビームの単一列が得られる。3図1Cは、第3のWBC外部キャビティを示す。波長ビーム結合は、進相次元でもある、スタック次元に沿って行われる。これは、キャビティ100aおよび100bにおいて示すように、WBC次元の逆である。結果的に得られる出力は、ビームのアレイとなる。一般に、3つのWBCキャビティは全て、レーザエレメントのアレイまたはスタック、変換光学系円筒形または球面のレンズあるいはミラー、分散性エレメント回折格子を使用して示されている、および部分的に反射する出力カプラで構成されている。変換光学系1つまたは複数は、レーザアレイの後ろに配置されている。変換光学系の位置は、光源によって異なる。理想的な点光源では、光源から焦点距離だけ離れたところに配置される。分散性エレメントは、全てのビームが空間的に重なり合うところに配置され、名目上は変換光学系の後部焦点面となる。分散性エレメントがこの名目的位置に配置されない場合、その結果出力ビーム品質の劣化が生ずる。出力カプラは、一次回折ビームの経路上に配置される。したがって、理想的には、レーザエレメントからの全ての出力ビームは、図1Aから図1Cに示したように、変換光学系によって、格子上において空間的に重ね合わされる。部分的に反射する出力カプラおよび格子は、レーザエレメントの一意の波長制御のためのフィードバックを与え、近場出力カプラにおけるおよび遠場においてビームを重ね合わせる。その結果、理想的には、出力ビームは単一ビーム結合エレメントと同じビーム品質を有するが、パワーは全てのレーザエレメントからの総和となる。更に高いパワーおよび高い輝度にスケーリングするためには、以上で論じた3つのWBCキャビティに対するこの基本的な光学設定では限界があり、ときとして非実用的であることもある。例示するために、図1Cに示したキャビティを使用する例を用いる。3000ワットのWBCシステムが望ましいと仮定する。典型的な市販されている既製品COTSの多数のエミッタを有するレーザダイオードバーでは、バー当たりの全出力パワーが100ワットに定められている。つまり、3000ワットを得るためには、100ワットのレーザダイオードバーが30本必要となる。このタイプのダイオードバー間のピッチは、通例、約2.0mmである。したがって、図1cにおける構成と同様に30本のバーをスタックすると、スタック次元に沿ったスタックの幅は、29×2=58mmとなる。ビームプロファイル全体を受光するために必要とされる変換光学系の直径は、それよりも多少大きくなければならないので、標準的なサイズの75mm、即ち、3インチが適したサイズとなる。収差が少ない光学素子は、この直径では、市販されているが、一層高価となり一般的でなくなる。以上の例示を3000ワットから10キロワットシステムにスケーリングするには、光学素子のサイズを3.3倍大きくする必要がある。即ち、約191.4mm~10インチにする必要がある。直径が10インチで収差が少ない光学素子を生産するには、非常に費用がかかり、時間がかかる特別な光学素子の製作が必要となる。これでは、市場では競争力のない10キロワットシステムとなる。加えて、3000Wおよび10kWのスペクトル帯域幅が同じであると仮定すると、10インチの焦点距離では、変換光学系/ミラーから回折格子までの距離が、大まかに3倍長くなることになる。より大きなアパーチャを有する光学エレメントを使用する問題に取り組む一実施形態を図2Aに示す。ここでは、複数のエミッタを単一出力プロファイルにスケーリングするためにWBC方法を使用する、外部キャビティ200aが、複数のより小さな変換光学系208を使用して、構成されている。エミッタのスタックを分析して、より小さなビーム-入力プロファイルを有する個々のモジュールを得ることによって、より小さな開口数を有する光学エレメントを使用することが可能になる。加えて、スタックのモジュール化によって、システムの柔軟性を高めることが可能になる。この柔軟性は、一度に1つのモジュールを交換できること、パワー増大が要求されるときに追加のモジュールをシステムに加入させること、および当業者には明白になるその他の利点を含む。キャビティ200aは、一次元または二次元プロファイルを生成する複数のレーザエレメント250、レーザエレメント250の1組毎の変換光学系、分散性エレメント透過回折格子が示されている、および出力カプラによって構成されている。キャビティ200aの個々のレーザ入力モジュール252は、一次元または二次元プロファイルを形成する1組の複数のレーザエレメント250と、1つの変換光学系208とによって構成されている。加えて、図2Aに示すように、レーザ入力モジュールは、平行化光学系、例えば、進相軸に沿ってビームを平行化するように構成されている、進相軸平行化光学系、即ち、FAC光学系206を含むことができる。他の光学エレメントも含むことができるが、基本的なレーザ入力モジュールは、少なくとも2つのエミッタと1つの変換光学系とを含む。レーザエミッタ250および変換光学系208の各組は、全てのレーザエミッタからの全てのビームが回折格子214上で空間的に重ね合わされるように、方向付けられている。各スタックの変換光学系は、FAC光学系206の後方焦点面から1焦点距離だけ離れたところに配置するとよい。回折格子214は、全てのビームが重ね合わせられるところに配置するとよい。名目的に、これは、変換光学系208の各焦点面となる。出力カプラ216は、通常、一次回折ビームの経路に配置される。この実施形態では、出力カプラ216を部分的に反射型にして、回折格子214と組み合わせたときに、レーザエミッタの一意の波長制御のためにフィードバックを供給することができる。これをウェーブロッキングと呼ぶことがある。加えて、格子および出力カプラは、近場出力カプラにおいておよび遠場双方にビームの重なり合いを生成することによって、単一出力プロファイルを形成する。許容される最大の光学エレメントが3インチであると仮定したレーザダイオードバーを使用する先の例示を続けると、レーザエレメント250は、30個のダイオードバーを含むスタックで構成されることになる。つまり、各レーザ入力モジュール252は、3000ワットの総パワーを生成し、3つのレーザ入力モジュールを有する図2Aに示したような外部キャビティ200aは、100の効率を仮定すると、9000ワットを生成することになる。第4のレーザ入力モジュールまたはn番目のレーザ入力モジュールを追加すると、追加の3000ワット分外部キャビティの出力が増大する。他の実施態様を図2Bに示す。高パワーのレーザシステムを設計するときにおける、実用上の考慮点の一部には、レーザエレメントの有限利得帯域幅、分散性エレメントの受入角度、分散性エレメント上におけるスポットサイズ、およびシステムの全体的なサイズが含まれる。外部キャビティ200bは、全体的なプロファイルのアパーチャサイズ、およびレーザ入力モジュール252の各々からの個々のビームを縮小する、テレスコープシステム264を形成するように構成されている副テレスコープ光学系262を含む。このプロファイルの縮小によって、変換光学系208が更に小さなアパーチャを有することが可能になり、一方、このために変換光学系208と回折格子214との間の距離270を短縮するのにも役立つ。外部キャビティ200bにおけるレーザ入力モジュール252は、図示のように、レーザエレメント250、FAC光学系206、および主テレスコープ光学系260によって構成されている。主テレスコープ光学系260は、副テレスコープ光学系262と結合されると、テレスコープシステム264を形成する。図2Aにおける実施形態と同様、図2Bにおけるレーザ入力モジュール250は、追加の光学エレメントを含むこともできるが、基本的形態では、少なくとも2つのレーザエミッタと、少なくとも1つの次元に沿った、ビーム間の距離を空間的に短縮するように構成された光学エレメントがあればよい。基本的なレーザ入力モジュールにおけるこれらの光学エレメントは、円筒形または球面のレンズあるいはミラーを含むことができる。この追加のテレスコープは、これらの殆どを軽減するのに役立つ。全体的なサイズは、変換光学系の焦点距離によって決まる。例えば、f=100mmの変換光学系を有し10mm幅で976nmのダイオードアレイ、およびミリメートル当たり1600ラインの格子を使用すると、1つの次元に沿ったサイズは、大まかに、変換光学系の焦点距離の2倍、即ち、約200mmとなる。しかしながら、f=10mmおよびf=1mmのテレスコープ、およびf=10mmの変換光学系を使用すると、約42mmという遙かに小さなサイズが得られる。出力ビーム特性は、単一のf=100mmの変換光学系と全く同じである。双方の場合の空間帯域幅は、約39nmである。39nmは、ほぼ976nmのダイオードレーザの利得帯域幅である。つまり、単一変換光学系のキャビティにレーザエレメントを更に追加しても、うまく作用しない。しかしながら、第2の例において、変換光学系をf=20mmに交換すると、空間帯域幅はの縮小は2倍になる。または、同じ空間帯域幅に対して、2つの10-mm幅のバーを波長ビーム結合することができる。これによって、全体的なサイズが大凡42mmから62mmに増大する。変換レンズを100mmに交換すると、全体的なサイズは約222mmとなり、単一変換光学系の設計に相当するが、この場合、10倍多いレーザエレメントを結合することができる。即ち、大凡10倍明るいシステムとなる。また、テレスコープの追加によって、格子上のスポットサイズも小さくなる。例えば、典型的なダイオードバーには、f=900μmの平行化光学系が取り付けられている。理想的な平行化を仮定すると、平行化されたビームは、約1mradの発散角度を有する。つまり、f=100mmの変換光学系を使用すると、格子上におけるスポットサイズは、WBC次元に沿って約100μmとなる。このような小さなスポットサイズは望まれない。格子上のスポットサイズが小さいと、このために、格子上のパワー密度が非常に高くなる。この結果、格子に光学的な損傷を及ぼす危険性が高くなる。追加のテレスコープによって、格子上のスポットサイズを、テレスコープの倍率だけ増大させることができる。f=10mm、f=1mm、即ち、10倍の倍率を使用した先の例では、格子上のスポットサイズは、100μmではなく、1mmとなる。同時に、空間帯域幅は、バー当たり39nmから3.9nmに減少する。つまり、先に述べたように、10本のバーを結合して、39nm帯域幅の全てを使用することができる。図2Bに示したような一例は、多数のダイオードスタックと、レンズのアレイおよび共通レンズを使用したテレスコープと、変換光学系と、格子と、WBC次元に沿ったテレスコープと、WBC以外の次元に沿ったテレスコープと、出力カプラとによって構成されている。WBC次元に沿って、図2Bに示すように、レンズ260のアレイおよび共通レンズ262が、テレスコープ264のアレイを形成する。各レーザモジュールは、それ自体のテレスコープを有する。レーザモジュールおよびテレスコープのアレイは、全てのビームが名目的に、テレスコープの後に互いに平行になるように位置付けられる。つまり、その機能は、各エミッタのサイズを縮小し、全てのレーザモジュールからの全体的なサイズをしかるべき所望のサイズに縮小することである。テレスコープの後ろにおけるビームサイズの縮小によって、格子上におけるビームサイズが大きくなり、つまり、パワー密度が同じ倍率だけ低下することになる。このスタックサイズの縮小によって、以上の例に示したように、スペクトル帯域幅を一層良く利用できるようになる。つまり、スタックの縮小画像が、テレスコープの共通光学系の焦点面において形成される。変換光学系は、これらを回折格子上に重ね合わせる。格子および出力カプラは、各レーザバーを一意の制御された波長で動作させる。このように、全てのビームが、近場および遠場双方において、空間的に重ね合わせられる。格子と出力カプラとの間にあるテレスコープは、ビーム結合次元に沿ったビームサイズを縮小するために使用される。WBC以外の次元に沿って、非ビーム結合次元に沿った全てのビームが、出力カプラに対して垂直に伝搬するように、追加の光学素子が必要となる。例えば、図示のように、格子と出力カプラとの間においてWBC以外の次元に沿ったテレスコープは、レーザアレイを出力カプラ上に再撮像する。このように、結果的に得られる出力ビームは、単一バーのそれと同じになる。尚、一層ロバストで損失が少ないキャビティを形成するために、図示しない追加の光学素子が必要となる場合もあることは、注記してしかるべきである。設計の一例として、レンズアレイが球面レンズであり、焦点距離が300mm、直径が3インチの光学素子であると仮定する。スタックは、2mmピッチの30本のバーで構成されている。共通テレスコープ光学系は、円筒形光学系で、焦点距離が2.8mmであると仮定する。また、格子はミリメートル当たり1760ラインの溝密度を有すると仮定する。変換光学系の焦点距離は、200mmである。このため、レーザスタックの帯域幅は約0.78nmとなる。30本のバーで構成されるスタックを10個スタックすると、帯域幅は約10×0.78/ffとなる。ここで、ffはスタック間の充填率である。スタック間充填率が0.9の場合、帯域幅は約8.7nmとなる。格子上におけるビームサイズは、約100mmとなる。空間インターリーバを使用して、偏光多重化を行うと、10スタック数×30スタック当たりのバー数×2空間インターリーバの効果×2偏光による=1200バーまで結合することができ、単一バーと同じ出力ビーム品質、1200×100W=120,000Wのバーパワー、および約8.7nmの空間ライン幅を得ることができる。低コスト、高信頼性、高輝度ダイオードレーザシステム非常に信頼性が高いダイオードレーザシステムは、工業用途のために強く求められている。工業界における顧客は、通例、システムが100,000時間まで、即ち、11年よりも長く存続することを求める。レーザの寿命は、レーザのタイプによって様々である。マイクロチャネルクーラを使用して能動的に冷却するダイオードの寿命は、約10,000時間以上である。受動的に冷却するダイオードレーザは、約20,000時間以上の寿命がある。密閉管CO2レーザの寿命は、約35,000時間である。保守は殆ど行われない。密閉管CO2レーザは、数百ワットが限界である。高パワーのkWクラスのCO2レーザシステムは、通例、100,000時間以上存続する。しかしながら、これらは1,000時間毎に保守を必要とし、8,000時間毎に完全な光学系の分解修理を必要とする。ランプ励起ソリッドステートレーザは、高パワーCO2レーザとほぼ同じサイクルタイムを有する。ファイバおよびバルクソリッドステートを含む、ダイオード励起ソリッドステートレーザの寿命は、CO2レーザよりも遙かに短い。最長でも、寿命はレーザダイオードの寿命が限界となる。本開示では、本発明の高輝度WBCダイオードレーザが、保守の必要性が全くなく、50,000時間まで、100,000時間、またはそれ以上の寿命を有することができることを示す。図1は、1つの基礎的な波長ビーム結合WBCキャビティを示す。このキャビティは、本発明者の新たなWBC外部キャビティに基づいており、スタック次元に沿ってビームを結合するものである。通常、各ビームの進相軸は、スタック次元と合わせられている。WBCキャビティは、ソースダイオードレーザスタックを含む。これは、機械的または光学的にスタックすることができ、あるいは機械的および光学的なスタックの組み合わせでもよい。また、この外部キャビティは、変換光学系、格子、および出力カプラも含む。出力カプラの後ろに、ビーム伝達のために、ビームシェーパ、ファイバ結合光学系、および出力処理ファイバが必要となる。あるいは、自由空間出力も可能なビーム伝達の選択肢である。WBCキャビティでは、新WBC、旧WBC、新-新WBC、および新-旧WBCを含む、本発明者が発明した範囲のWBCキャビティ、ならびに本発明者が発明した範囲のダイオードレーザのためのビーム結合技術および輝度向上技術を使用することが可能である。殆どの場合、ダイオードレーザの出力パワーは、時間に対して線形依存性を有し、近似的に次のように表される。ここで、P0は初期パワーであり、Ptは時間t後におけるレーザパワーであり、βは劣化率である。受動的に冷却するダイオードバーでは、劣化率は毎時約β~1×10-5となる。したがって、受動的に冷却するダイオードバーでは、約20,000時間で寿命の終末が来る。ここで、寿命の終末とは、出力パワーが初期値の80になったときと定義する。本システムの本質的な利点を例示するために、1,000Wシステムについて検討する。ダイオードレーザのコストが10/Wドルであると仮定する。つまり、1,000Wシステムでは、ダイオードのコストは10,000ドルとなる。本システムが100,000時間存続することを要求されることもあると仮定する。本発明者が、本システムにおいて1,000Wのダイオードレーザを用いてシステムを構築する場合、ダイオードレーザを20,000時間毎に交換しなければならない。つまり、4,000W相当分のダイオードレーザを交換しなければならない。したがって、この交換のコストは、40,000ドルに作業を加えたものとなる。バルクNd:YAG、薄型ディスク、およびファイバレーザを含む全てのダイオード励起ソリッドステートレーザは、この様式に従わなければならない。これは、ダイオード励起ソリッドステートレーザ用のレーザキャビティの基本である。例えば、バルクNd:YAGレーザでは、一旦ダイオードがその寿命終末状態に達したなら、それを交換しなければならない。それを交換しなければならず、そしてレーザ全体を光学的に整列し直さなければならない。基本的に、この要件はWBCシステムには適用しなくてもよい。本システムでは、出力ビームはレーザバーの数、エレメントの数、または本システムの出力パワーに関して不変である。たとえば、1,000Wのシステムを設計する場合、本システムに多数の1,000Wダイオードレーザ集合体を実装し、一度に1集合体ずつオンに切り替えることができる。20,000時間の終了時に、単に最初のダイオードレーザ集合体をオフに切り替え、そして第2集合体または組み合わせをオンにする。このように、本システムに対する交換および/または整列し直しは不要である。これは、本システムの基本的な特性である。本システムに本質的なこととして、ダイオードレーザは20,000時間しか存続しないが、100,000時間存続するレーザシステム、または所望される時間長であればどれだけでも存続するレーザシステムを作ることができる。先に述べた単純な例から要求される交換レーザダイオードの数を減少させることができる。例えば、本レーザダイオードシステムを製造するとき、合計で2,000W相当分のパワーのダイオードレーザを実装する。2,000Wのレーザは、ダイオードレーザのクラスタ5つで構成される。最初のクラスタは、1,200Wのパワーレベルを有する。残りのクラスタは、各々、200Wである。最初の20,000時間、その寿命終末まで、1200Wのクラスタを単に1000Wのパワーレベルで動作させる。20,000時間の終了時に、クラスタ1およびクラスタ2を動作させる。40,000時間の終了時に、クラスタ1、2、および3を動作させる。60,000時間の終了時に、クラスタ1,2,3,および4を動作させる。80,000時間の終了時に、これらのクラスタ全てを動作させる。本システムからの出力パワーは、いずれの所与の時点でも、常に約1,000Wとなる。この例では、ダイオードレーザの総コストは、先の例の50,000ドル初期ダイオードのための10,000ドルに加えて、交換ダイオードのための40,000ドルの代わりに、20,000ドルとなる。更に重要なのは、保守を予定する必要がないことである。本システムを交換し整列し直すために、密閉されたレーザシステムを開く必要はない。本システムの一部として、クラスタ動作がプログラミングされており、単純なパワー閾値検出器を用いたコンピュータによって制御する。ダイオードレーザが、平均寿命から予測されるよりも信頼性が高いことが分かった場合、コンピュータは、システムパワーが予め設定された閾値よりも低くなるまで、追加のクラスタをオンにする必要はなく、これによって更に動作時間を延長することができる。以上の例は、種々のクラスタを動作させるときに可能な1つのシーケンスを示すに過ぎない。可能なシステムのシナリオは多数存在する。更に、この手法を、ダイオードレーザの各クラスタからのパワーを下げることと組み合わせることも可能であり、これによって、各クラスタに予測される基準寿命が更に恐らくは劇的に改良される結果となる。単一周波数ダイオードアレイおよびスタックアルカリレーザの励起、およびスピン交換光励起というような、多くの用途におけるダイオードバーおよびスタックの最大限の利用は、広い出力スペクトルによって限定される。ダイオードバーおよびスタックの出力スペクトル帯域幅は、約3から5nmである。用途の中には、0.05nm未満の出力スペクトル帯域幅が要求される場合もある。更に、出力スペクトルは、通例、波長が安定しない。このため、中心波長が動作温度の関数として変動する。多くの用途において、これは望ましくなく、レーザシステムの破滅的損傷に至る可能性がある。温度による波長の典型的な変化は、摂氏1度毎に約0.33nmである。用途の中には、励起アルカリレーザのように、約0.05nmのシフトが、レーザシステムがレーザ発生を停止する原因となる場合もある。ライン狭幅および波長安定ダイオードアレイおよびスタックの方法は、大まかに3つある。第1の方法は、レーザ製造プロセスの一部として、内部格子を使用する。例えば、分散フィードバックDFBレーザおよび分散ブラッグ反射DBRレーザである。様々な会社が、内部波長安定ダイオードアレイおよびスタックを提供している。第1の方法の欠点は、ダイオードレーザの性能が、通例、内部格子の加入によって損なわれることである。第2の方法は、外部体積型ブラッグ格子VBGを使用する。VBGを提供する種々の会社がある。双方の方法は、時間がかかり費用もかかる。更に、結果的に得られるライン幅は約0.5nmであり、摂氏1度当たり約0.1nmの波長対温度係数を有する。通例、VBGには吸収があり、このため能動的冷却が必要となることもある。第3の方法は、外部回折格子を使用する。この第3の方法は、最も高い分散を有し、原理的に、非常に狭いライン幅を得ることができる。方法2および3では、結果的に得られるライン幅は、本システムが可能である幅よりも遙かに広い。出力スペクトルが広がるのは、レーザエミッタにおける欠陥が主な原因である。レーザダイオードバーにおいて現れるこれらの欠陥の一部を図3に示す。図3の行1は、全く誤差のない単一レーザダイオードバー302を示す。図示する実施形態は、ヒートシンク上に取り付けられ、進相軸平行化光学系306によって平行化されたダイオードバーの一例である。列Aは、平行化光学系306を通過する出力ビーム311の軌道の斜視図または3-D図を示す。列Dは、放出され平行化光学系306を通過したビーム311の軌道の側面図を示す。列Bは、レーザファセットの正面ビューを示し、個々のレーザエレメント313各々の平行化光学系306に対する位置を示す。行1に示すように、レーザエレメント313は完全に直線状である。加えて、平行化光学系306は、全てのレーザエレメント313に対して中心に位置付けられている。列Cは、この種の入力によって、システムから予測される出力ビームを示す。行2は、指向誤差があるダイオードレーザアレイを示す。行2の列Bによって示されるように、レーザエレメントおよび平行化光学系は、互いに多少偏倚している。その結果、図示のように、放出されたビームは望ましくない軌跡を有し、外部キャビティに対するレーザ発生効率を低下させる可能性がある。加えて、出力プロファイルが偏倚されて、システムを非効率的にしたり、または余分な変更を行わせたりする可能性もある。行3は、パッケージングの不具合があるアレイを示す。レーザエレメントはもはや直線上に並んでおらず、バーの湾曲がある。これはスマイルと呼ばれることもある。行3に示すように、スマイルは、均一の経路がない、即ち、システムに共通の方向がないので、一層厳しい軌跡の問題を招く可能性がある。行3の列Dは、更に、種々の角度で射出するビーム311を示す。行4は、平行化レンズが歪んでまたは傾いて、レーザエレメントと整列していない状態を示す。その結果、出力ビームは全体的に最も大きな平行化誤差または歪み誤差を有するので、恐らく、全ての内で最悪となる。殆どのシステムでは、ダイオードアレイおよびスタックにおける実際の不具合は、行2、3、および4における不具合の組み合わせである。VBGおよび回折格子を使用する方法2および3の双方では、欠陥のあるレーザエレメントによって、出力ビームは光軸に対して平行に向かわなくなる。これらの光軸から外れたビームのために、レーザエレメントの各々は異なる波長でレーザ発振する結果となる。複数の異なる波長がシステムの出力スペクトルを広げるので、前述のように、広くなる。図3において紹介した欠陥に取り組む1つの試みに、図4に示す外部キャビティ400システムがある。400は、波長狭域化、ならびにダイオードバー402およびダイオードバー450のスタックの安定化のために、回折光学系414を使用して設計された。光学系は、球面テレスコープ409、回折格子414、および出力カプラ416によって構成されている。ダイオードアレイ402およびスタック450は、第1球面レンズ410aの焦点面と平行化光学系406の焦点距離を加算した和のところに配置されている。2つの光学系の隔たりは、それらの焦点距離の和となる。格子414は、第2球面レンズ410bのほぼ焦点面のところに配置されている。出力カプラ416は、回折ビームの出力アームに配置されている。この構成において、何らかの欠陥があるレーザエレメントが異なる角度で格子に向いている。これは、破線で示されている。例えば、スタック450の中にある第1ダイオードアレイ403がスマイルを有する場合を考える。平行化光学系の焦点面において、全てのビームが空間的に重ね合わせられる。球面テレスコープ410は、重ね合わされたビームを取り込み、それを格子414上に位置付ける。回折格子および出力カプラの組み合わせによって、全てのビームが出力カプラに対して垂直に伝搬させられる。これを遂行することができる方法は、バーの中にあり欠陥がある各レーザエレメントに、キャビティによって決定される一意の波長で動作させることである。言い換えると、各バーからの出力スペクトルを、欠点に比例する量だけ、広げるのである。システム400に対するスマイルの影響を比較する分析ZEMAXを使用するを行った。そのモデルは、3-バーダイオードスタックを内蔵した。各エミッタの中心波長は、980nmの波長であった。各バーには、山から谷の間で、10μmのスマイルがあった。各バーは、f=1mm進相軸平行化光学系によって平行化される。球面テレスコープは、f=100のレンズ2枚で構成されている。格子は、1mm当たり600ラインの溝密度を有する。5μmのスマイルを有する最上位のエレメントは、約972.16nmで動作させられ、-5μmのスマイルを有するエレメントは987.82nmで動作させられる。スマイルが全くないエレメントは、980nmで動作する。したがって、各バーおよびスタック全体のスペクトルは、ここでは、約15.66nmとなる。通例、一つ一つのレーザエレメントのスペクトル帯域幅は、3~5nmである。技術的現状のダイオードアレイおよびスタックでは、スマイルの近似範囲は約3ミクロンであり、このモデルの下では、約5nmのスペクトル帯域幅となる。このように、スペクトル輝度を目的とするこのタイプのシステムは、自走スペクトル同様全く良くないと考えられる。図5は、ダイオードアレイおよびスタックの波長狭域化ならびに波長安定化のために回折を使用し、欠陥とは無関係である新たな基準キャビティ500を示す。この光学構成は、分散方向に沿った円筒形レンズアレイ533と、2つの円筒形テレスコープ509と、回折格子514と、出力カプラ516とによって構成されている。円筒形レンズアレイ533は、ダイオードスタック550と同じピッチを有する。2つの円筒形テレスコープ509がある。第1円筒形テレスコープ510cおよび510dは、配列次元に沿った撮像のためにある紙面から出る方向。第2円筒形望遠鏡510aおよび510bは、スタック方向図5に対して垂直に沿った撮像のためにある。円筒形レンズアレイ533は、この円筒形レンズアレイの焦点面および平行化光学系506の焦点距離の和にあたるところに配置されている。また、ダイオードスタック550は、アレイテレスコープの第1光学系501cの焦点面にある。出力カプラは、アレイテレスコープ510dの第2光学系の焦点面にある。この隔たりは、これらの焦点距離の和となる。図5に示すように、スタック次元に沿って、スタックテレスコープの第1光学系510aが、円筒形レンズアレイ533の焦点距離とスタックテレスコープの第1光学系510aの焦点距離との和にあたるところに配置されている。このスタックテレスコープの2つの光学系間の隔たりは、これらの焦点距離の和となる。格子514は、円筒形テレスコープの最後の光学系510bと出力カプラ516との間に配置されている。出力カプラ516は、回折ビームの出力アームに配置されている。この配列では、何らかの欠陥があるエレメントが全て、格子514上に対して同じ角度で向いている。全てのエレメントが同じ角度で向いているので、これらの全ては正確に同じ波長でレーザ発振する。この構成のZEMAXモデルも分析した。パラメータは、先のモデルにおけると同一であり、円筒形レンズアレイ533が含まれている。この円筒形レンズアレイは、焦点距離が100mmである。全てのエレメントは、正確に同じ波長で動作する。原理的には、出力スペクトルは単一周波数になることができる。このため、MHzおよびkHz範囲で動作する波長が高いスペクトル輝度を必要とする場合に多数の用途がある。また、このタイプのシステムは、温度の上昇または低下によるレーザ発振波長の変化に対して非熱的、即ち、影響を受けないということから、ロバストでもある。表1は、この光学発信機を競合する技法と比較する。図5におけるキャビティの設定の方が大きいが、これは全てのダイオードレーザバーおよびスタックでもうまく作用するということから万能である。これは、前述のようなひどい欠陥のあるアレイやスタックだけでなく、完全なアレイでもうまく作用する。出力スペクトルは、同調可能かつ非熱的な特性で、1つの周波数を生成する。これは、多くの用途において非常に望まれる。ダイオードレーザエレメントの二次元アレイの配列次元に沿った、波長ビーム結合WBC外部キャビティにおける円筒形レンズアレイの利用図1Bに、WBCが配列次元に沿って行われる、従来の外部キャビティ1-D波長ビーム結合WBCアーキテクチャを示す。このキャビティは、進相軸平行化FACレンズ、円筒形変換レンズ/ミラー、回折エレメント/格子、および部分的に反射する出力カプラを有するレーザエレメントのスタックによって構成されている。円筒形変換レンズ/ミラーは、FAC光学系の後方焦点面から焦点距離のところに配置されている。回折格子は、円筒形変換光学系の後方焦点面に配置されている。出力カプラは、一次回折ビームの経路上に配置されている。したがって、レーザエレメントからの出力ビームは、変換光学系によって、格子において空間的に重ね合わせられる。反射型出力カプラおよび格子は、レーザエレメントの一意の波長制御のためのフィードバックを与え、近場出力カプラにおいておよび遠場においてビームを重ね合わせる。WBCは、配列次元に沿って行われる。スタックは、パワースケーリングのためであり、輝度スケーリングのためにあるのではない。図1Bをモデリングする分析ZEMAXを使用するでは、スマイルが皆無であり,平行化誤差もない3つのダイオードバーを仮定する。FAC光学系106は、焦点距離が1mmであるが、これはCOTSFAC光学系の典型である。このモデルは、FAC光学系106を有する3つのダイオードバー102、変換光学系108、回折格子114、および出力カプラ116によって構成されている。変換光学系108は、焦点距離が100mmである。入力ビームおよび戻りビームは完全に重ね合わされており、したがってレーザキャビティに対する要件を満たすことが、図から見て取ることができる。平行化ダイオードエレメントのスマイルおよび指向誤差が少ないことは、ロバストで効率的な波長ビーム結合に非常に望まれる主要特性の内の2つである。スマイル、即ち、パッケージングの間におけるレーザダイオードアレイの物理的な屈曲、および平行化マイクロレンズの位置ずれによって生ずる指向誤差は、出力ビーム品質を劣化させ、ビーム結合効率を低下させる。外部キャビティの動作は、スマイルおよび平行化誤差の量によって非常に左右される。図1Bに示すような以前のWBCキャビティは、非常に少量のスマイルおよび平行化誤差しか許容することができない。キャビティが許容することができる誤差の量は、現在の技術的現状によって可能なものよりも、1桁厳しくなる。以前のWBCキャビティ図1Bの主な欠点は、外部キャビティがダイオードアレイおよびスタックにおける欠陥の量に非常に左右されることである。今日入手可能な最良のダイオードアレイおよびスタックでさえも約1ミクロンのスマイルがある、先に論じたように、第2光学モデルを実行するには十分に満足できる訳ではない。本願では、外部キャビティ動作がスマイルおよび平行化誤差の量には無関係なWBCアーキテクチャの実施形態を開示する。図6は、スマイルがあり、WBC以外の軸に沿った、図1Bと同じWBCキャビティを示す。図6における破線は、スマイルのあるエレメント603に対応する。スマイルのために、出力カプラ616からの戻りビーム637は、入射ビームと重なり合わない。つまり、外部キャビティの動作は不可能である。図1Bに基づく第2光学モデルZEMAXを使用するは、2ミクロンの山対谷差のスマイルを有する各バーを含む。加えて、3つのエレメントには、0、1、およびマイナスミクロンのスマイルがモデリングされている。スマイルが0のエレメントは、完全にそれ自体に戻ってくる。1ミクロンのスマイルがあるエレメントは、FAC光学系図1Bにおける106を完全に逸脱しFAC光学系の直径は1mmである、したがって外部キャビティ動作は不可能である。-1ミクロンのスマイルがあるエレメントも、FAC光学系を逸脱する。図7は、非ビーム結合次元に沿った基本的な光学レイアウトを示す。このキャビティは、空間輝度を高めるように設計されている。キャビティ700は、平行化光学系706を有するダイオードスタック750、円筒形レンズアレイ733、および出力カプラ716によって構成されている。円筒形変換光学系708および格子714は、ビーム結合次元に沿っている。円筒形レンズアレイ733は、平行化光学系706の後方焦点面から離れた焦点面に配置されている。円筒形レンズアレイ733は、ダイオードスタック750のピッチと同じピッチを有する。ダイオードスタック750および格子714は、円筒形変換光学系708の焦点面に配置されている。このようなキャビティでは、外部キャビティはダイオードバーおよびスタックにおけるいずれの欠陥にも無関係となる。キャビティ700の図7のモデリングZEMAXを使用するは、20ミクロンのスマイル山対谷を呈しFAC光学系706を有するダイオードバー703のパラメータを含む。これは、図1Bの第2光学モデルにおいて以前に論じたスマイルよりも10倍多いことに注意すること。ここでは、円筒形レンズアレイ733は、焦点距離が100mmである。その結果、戻りビーム737は入射ビームと重なり合い、スマイルおよび平行化誤差がなく、これらには無関係な外部キャビティ動作が得られる。このタイプの設計によるレーザキャビティは、高パワーレーザ切断業界や、その他の分野において多くの用途がある。ダイオードアレイおよびスタックの欠陥には無関係な2-Dダイオードレーザエレメントの外部キャビティ一次元1-D波長ビーム結合WBC関連技術として、以前の2-Dレーザエレメントの外部キャビティ1-DWBCアーキテクチャを図1Cに示す。ここでは、ビーム結合はスタック次元に沿って行われる。このキャビティは、進相軸平行化FAC光学系を有する2-Dダイオードレーザエレメントまたはダイオードレーザスタック、円筒形変換レンズ/ミラー、回折エレメント/格子進相軸即ちスタック次元に沿った分散がある、および部分的に反射する出力カプラによって構成されている。変換レンズ/ミラーは、FAC光学系の後方焦点面から焦点距離のところに配置されている。回折格子は、変換光学系の焦点面に配置されている。出力カプラは、一次回折ビームの経路上に配置されている。したがって、理想的には、レーザエレメントからの全ての出力ビームは、図1Cに示すように、変換光学系によって格子において空間的に重ね合わせられる。反射型出力カプラおよび格子は、レーザエレメントの一意の波長制御のためにフィードバックを与え、近場出力カプラにおいておよび遠場においてビームを重ね合わせる。WBCは、スタック次元に沿って行われる。これは、主に各ビームに対する進相軸次元である。配列次元は、パワーのスケーリングに使用され、輝度のスケーリングに使用されるのではない。図3において示したように、外部キャビティ動作は、スマイル、指向誤差、またはFAC歪み誤差には無関係である。回折損失を低減するために、配列次元に沿った円筒形テレスコープが、配列次元即ち遅相軸に沿った各エミッタを出力カプラ上に撮像する。この次元に沿って、円筒形テレスコープおよび回折格子は何もしない。光学的に図1CをモデリングするとZEMAXを使用する、ダイオードスタックからの出力ビームは1つの回折限界ビームであることが示される。このモデルに限って、3つのダイオードバーはスマイルが皆無であり、平行化誤差がないと仮定する。FAC光学系106は、焦点距離が1mmであり、これはCOTSFAC光学系の典型である。変換光学系108は、焦点距離が100mmである。全ての光学コンポーネントは理想的である概念を明示するためにのみと仮定する。このモデルには出力カプラ116を含めなかった。加えて、変換光学系の焦点面において、または回折格子において、全てのビームは完全に重ね合わせられる。全てのエレメントからの全てのビームが回折格子上で空間的に重ね合わせられるので、出力ビームは、キャビティにおいて動作するときには、1つの回折限界ビームとなる。図12は、スマイルがあり、WBC次元に沿ったWBCキャビティを示し、円筒形レンズテレスコープ109aおよび109bを除いて同じである。円筒形テレスコープは、非ビーム結合方向に沿っているので、関係がない。図12における破線は、スマイルのあるエレメント1203に対応する。図12をモデリングしたとき、各バーが山対谷で20ミクロンのスマイルを有することを除いて、使用したパラメータは以前の図1Cのモデリングの場合と同一であった。スマイル1203または平行化誤差があるエレメントは、図12に示すように、回折格子1214において空間的に重ね合わせられない。しかしながら、これらのエレメントは、格子1214および出力カプラ1216の機能によって、変わりなく動作する。しかしながら、出力ビームカプラに劣化が生ずる。出力ビームは、出力プロファイル1291に示すように、もはや1つのビームではなくなる。スマイルがあるエレメントを含む所与のバーの中にある全てのエレメントは、名目上同じ波長でレーザ発振する。位置とスペクトルとの間には1対1の対応があるので、この結果、出力カプラの後にビームサイズが広がることになる。しかしながら、スマイルまたは平行化誤差がある全てのエレメントに対して有効なフィードバックは、本質的に100であり、スマイルまたはいずれの平行化誤差の量にも無関係である。このWBCキャビティの主な欠点は、出力ビームの品質が、ダイオードバーおよびスタックにおける欠陥スマイルおよび平行化誤差の量に比例して劣化することである。これらの誤差は、10倍という多さで、出力ビームの品質を劣化させる可能性がある。スマイルおよび平行化誤差が少ないダイオードバーおよびスタックも入手可能であるが通例、出力ビームの品質において2倍から3倍の劣化に至る、これらの方が高価である場合が多い。本願では、新たなWBCアーキテクチャの実施形態について述べる。ここでは、ビーム結合次元に沿った出力ビームの品質は、ほぼ回折限界であり、スマイルおよび平行化誤差の量には無関係である。図8は、この基本的な光学レイアウトを示す。キャビティは、FAC光学系806を有するダイオードスタック850、円筒形レンズアレイ833、円筒形変換光学系808、格子814スタック次元に沿った分散がある、および出力カプラ816によって構成されている。アレイ即ち非ビーム結合次元に沿った円筒形テレスコープ809が、アレイを出力カプラ816上に撮像するために使用されている。円筒形レンズアレイ833は、FAC光学系806の後方焦点面から離れた焦点面に配置されている。この円筒形レンズアレイは、ダイオードスタック850のピッチと同じピッチを有する。変換光学系808は、円筒形レンズアレイ833の後方焦点面から焦点距離のところに配置されている。格子814は、変換光学系808の後方焦点面に配置されている。図13は、WBCキャビティのビーム結合次元に沿ったこの回折限界出力プロファイルのZEMAXモデルを示す。図13の左側の部分は、20ミクロンのスマイル山対谷があり、FAC光学系を有するダイオードバーを示す。図13の中間部分は、キャビティの一部を示す。円筒形変換光学系および円筒形レンズアレイは双方共、焦点距離は100mmである。図13の右側の部分は、回折格子上において空間的に重ね合わせされた全てのビームを示す。スマイルまたは平行化誤差には関係なく、全てのエレメントからの全てのビームが回折格子上で空間的に重ね合わせられるので、キャビティにおいて動作するとき、出力ビームは1つの回折限界ビームとなる。ダイオードアレイおよびスタックのビーム不具合補正ソリッドステートレーザの励起や材料加工における直接使用というような、多くの用途におけるダイオードバーおよびスタックの最大限の利用は、貧弱な出力ビームによって限定されてしまう。更に、ダイオードアレイおよびスタックの出力ビームの品質は、個々のエミッタ各々のビーム品質に対して、実際に可能なものよりも遙かに劣る。この劣化は、主に、パッケージングの不具合および平行化誤差によるものである。これらの不具合は、図3に示され、既に説明した。図9は、ダイオードアレイおよびスタックにおける欠陥を補正するために使用される極普通の方法の関連技術を示す。図9の左側の部分は、PowerPhotonic社の市販製品を示す。この製品は、位相のばらつきがある一片のガラスである。位相板は、殆どの欠陥を補正することができる。図9の右側の部分は、2つのタイプのスマイル補正用有形光学系を示す。この有形光学系は、指向および歪みの不具合を補正することはできない。先に示した3つの方法は、非常にカスタム化されている。各ダイオードアレイおよびスタックの欠陥を正確に測定する必要はない。一旦欠陥が分かったなら、位相板または有形レンズをカスタム製作する。これらの位相板または有形レンズは、他のアレイやスタックには使用することはできない。図11は、ダイオードアレイおよびスタックにおける殆どの欠陥を補正するための基準光学設定の他の実施形態を示す。この光学的構成は、球面テレスコープ1109、ガラスブロック1181、格子1114、および出力カプラ1116によって構成されている。他の可能な構成では、2つの円筒形テレスコープによって構成される。分散次元に沿ったテレスコープは、所与のバー内の全てのビームを回折格子上で重ね合わせる。非ビーム結合次元に沿ったテレスコープは、各エミッタを、部分的に反射するミラー上で結合する。ダイオードアレイ1102および1103は、第1球面レンズ1110aの焦点面と平行化レンズ1106の焦点距離とを加算した和のところに配置されている。2つのレンズの隔たりは、それらの焦点距離の和となる。格子1114は、第2球面光学系1110bの焦点面に配置されている。格子1114は、光軸からある角度をなして位置付けられているので、ガラスブロックのアレイが必要となる。出力カプラ1116は、回折ビームの出力アームに配置されている。この配列では、ダイオードアレイおよびスタックにおけるいずれの結果も、完全に補正される。例えば、第1ダイオードアレイ1103がスマイルを有する場合を考える。平行化光学系の焦点面において、全てのビームが空間的に重ね合わせられる。球面テレスコープ1109は、この重ね合わされたビームを取り込み、それを格子1114上に位置付ける。回折格子1114および出力カプラ1116の組み合わせによって、全てのビームを出力カプラ1116に対して垂直に伝搬させる。このため、出力ビームは単に1つのビームとなる。この状態を実現することができる唯一の方法は、欠陥があるバーの中にある各レーザエレメントを、キャビティによって決められる一意の波長において動作させることである。図11の概念および本質の構成をモデリングすることは、欠陥がない3バーダイオードスタックを使用し、980nmの波長で動作させることを含む。各バーは、f=1mmの進相軸平行化光学系によって平行化される。球面テレスコープは、2つのf=100mm光学系によって構成されている。格子は、1mm当たり600ラインである。予測されるように、キャビティからの出力ビームは、入力ビームと同じである。技術的現状のダイオードバーおよびスタックにおけるよりも約50倍多いスマイルである、100μmの山対谷のスマイルを有する最上位アレイおよび最下位アレイのような、同じキャビティでありながらダイオードアレイに欠陥があるものをモデリングする場合、中間のバーは、50mradの指向誤差を有する。これは、技術的現状のダイオードバーおよびスタックにおける指向誤差よりも25倍多い。この大きなスマイルおよび指向誤差があっても、得られるビームは、スマイルや指向誤差がない最初のモデルのビームと全く同じである。これを達成するためには、例えば、50μmのスマイルがある最上位および最下位のバーにおけるエレメントは901.08nmで動作し、一方-50μmのスマイルがある最上位および最下位のバーにおけるエレメントは1057.5nmで動作する。スマイルが全くないエレメントは、980nmで動作する。50mradの指向誤差がある中間バーは、901.08nmで動作する。尚、これは、バーおよびスタックの不具合補償に対するこの技法の効力を例示する極端な例であることは、述べておくべきであろう。実際には、技術的現状のバーのスマイルは2マイクロメートルの範囲であり、実際の補正キャビティにおいて得られるライン幅は約0.5nmである。この一層実用的な例は、本技法の狭帯域幅能力を示す。本明細書において説明したこの実施形態を使用すると、スマイル、指向、または歪みの不具合に関係なく、出力ビームの品質は最大限補償され、単一エレメントのそれと同じとなる。表1は、本光学キャビティを競合と比較したものである。本設定の唯一の欠点は、これの方が大きいことである。本設定は、スマイル、指向、および歪みの不具合を最大限補償することができる。本設定は万能である。この設定は、原理的に、全てのレーザでうまく作用する。ダイオードレーザバーおよびスタックの欠陥を測定したり、カスタムの補正用光学系を製作する必要はない。本手法は、完全なアレイおよびスタックからひどく欠陥のあるアレイおよびスタックまでうまく作用する。本設定は回折格子を必要とするので、出力スペクトルは狭いライン幅、同調可能、そして非熱的となる。これらの特性は、多くの用途において非常に望ましいものである。"