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▶ トゥー−シックス レイザー エンタープライズ ゲーエムベーハーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5740654
(24)【登録日】2015年5月15日
(45)【発行日】2015年6月24日
(54)【発明の名称】遠視野ファイバ結合放射の均質化
(51)【国際特許分類】
G02B 6/42 20060101AFI20150604BHJP
G02B 6/02 20060101ALI20150604BHJP
【ＦＩ】
G02B6/42
G02B6/02 421
【請求項の数】26
【全頁数】30
(21)【出願番号】特願2012-550122(P2012-550122)
(86)(22)【出願日】2011年1月20日
(65)【公表番号】特表2013-518299(P2013-518299A)
(43)【公表日】2013年5月20日
(86)【国際出願番号】US2011021931
(87)【国際公開番号】WO2011091170
(87)【国際公開日】20110728
【審査請求日】2013年12月20日
(31)【優先権主張番号】61/297,700
(32)【優先日】2010年1月22日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】514200811
【氏名又は名称】トゥー−シックス レイザー エンタープライズ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】サン−キ・パク
(72)【発明者】
【氏名】エドムンド・エル・ウォラック
(72)【発明者】
【氏名】ジョーン・ケリー・ジョンソン
(72)【発明者】
【氏名】サージ・カティラス
【審査官】
吉田 英一
(56)【参考文献】
【文献】
特表２０１１−５２０２９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１７５５７９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｂ ６／４２
Ｇ０２Ｂ ６／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の直線的に間隔を置かれた発光体であり、複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを、中心発光体の中心出力軸について対称的に分布されるそれぞれの発光体の出力軸に沿って、それぞれ生成するように構成された、複数の直線的に間隔を置かれた発光体と、
前記複数の発光体に動作可能に結合され、前記発光体からの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを合焦するように構成された合焦光学部品と、
前記合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を含み、前記中心発光体の前記中心出力軸に実質的に平行に配置される縦軸を含む透過コアを含む光導管であり、前記入力表面が、
それぞれのファセット表面の各々と前記縦軸に垂直な面との間で測定され、前記光導管に入射する合焦された複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームによって画定される面内に実質的に存在し、およそ
θ1／４（ｎ−１）
の大きさを含む入力角度を形成するタガネ様形状の２つのファセットを含み、ここで、θ1は前記合焦光学部品と前記光導管の入力部との間のビームの隣接する発光体ビーム軸間に形成される角度であり、ｎは前記透過コアの屈折率である、光導管と、
を含む光学システム。
前記複数の発光体に動作可能に結合され、前記発光体からの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを合焦するように構成された合焦光学部品と、
前記合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を含み、前記中心発光体の前記中心出力軸に実質的に平行に配置される縦軸を含む透過コアを含む光導管であり、前記入力表面が、
それぞれのファセット表面の各々と前記縦軸に垂直な面との間で測定され、前記光導管に入射する合焦された複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームによって画定される面内に実質的に存在し、およそ
θ1／４（ｎ−１）
の大きさを含む入力角度を形成するタガネ様形状の２つのファセットを含み、ここで、θ1は前記合焦光学部品と前記光導管の入力部との間のビームの隣接する発光体ビーム軸間に形成される角度であり、ｎは前記透過コアの屈折率である、光導管と、
を含む光学システム。
【請求項2】
各ビームをその軸のまわりに約８０度から約１００度回転させるように構成されるビームリフォーマッティング光学部品をさらに含む請求項１に記載の光学システム。
【請求項3】
前記合焦光学部品と前記光導管の前記入力部との間の隣接する発光体の軸間で形成される前記角度が、隣接する発光体間のピッチを前記合焦光学部品の焦点距離で除算したものに実質的に等しい請求項１に記載の光学システム。
【請求項4】
前記ファセットが凸状タガネ様形状を含む請求項１に記載の光学システム。
【請求項5】
前記ファセットが凹状タガネ様形状を含む請求項１に記載の光学システム。
【請求項6】
前記入力角度が約０．８度から約２度である請求項１に記載の光学システム。
【請求項7】
前記複数の直線的に間隔を置かれた発光体が、直線アレイに配置された複数のレーザダイオードを含むレーザ発光体棒状物を含む請求項１に記載の光学システム。
【請求項8】
前記レーザ発光体棒状物が約３個から約１５個の発光体を含む請求項７に記載の光学システム。
【請求項9】
前記光導管が、透過コアを含む光ファイバを含む請求項１に記載の光学システム。
【請求項10】
前記光ファイバの前記透過コアが固体材料を含む請求項９に記載の光学システム。
【請求項11】
前記透過コアの前記固体材料がガラスを含む請求項１０に記載の光学システム。
【請求項12】
前記光ファイバが多モード光ファイバを含む請求項９に記載の光学システム。
【請求項13】
前記複数の発光体がすべて実質的に同じ波長で光を放出する請求項１に記載の光学システム。
【請求項14】
前記複数の発光体が約３５０ｎｍから約２０００ｎｍの間の波長で光を放出する請求項１３に記載の光学システム。
【請求項15】
複数の直線的に間隔を置かれた発光体であり、複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを、中心発光体の中心出力軸について対称的に分布されるそれぞれの発光体の出力軸に沿って、それぞれ生成するように構成された、複数の直線的に間隔を置かれた発光体と、
前記複数の発光体に動作可能に結合され、前記発光体からの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを合焦するように構成された合焦光学部品と、
前記合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を含み、前記中心発光体の前記中心出力軸に実質的に平行に配置される縦軸を含む透過コアを含む光導管であり、前記入力表面が、
それぞれのファセット表面の各々と前記縦軸に垂直な面との間で測定され、およそ
θ1／４（ｎ−１）
の大きさを含む入力角度を形成する凸状ピラミッド形状の４つのファセットを含み、ここで、θ1は前記合焦光学部品と前記光導管の入力部との間のビームの隣接する発光体ビーム軸間に形成される角度であり、ｎは前記透過コアの屈折率である、光導管と、
を含む光学システム。
前記複数の発光体に動作可能に結合され、前記発光体からの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを合焦するように構成された合焦光学部品と、
前記合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を含み、前記中心発光体の前記中心出力軸に実質的に平行に配置される縦軸を含む透過コアを含む光導管であり、前記入力表面が、
それぞれのファセット表面の各々と前記縦軸に垂直な面との間で測定され、およそ
θ1／４（ｎ−１）
の大きさを含む入力角度を形成する凸状ピラミッド形状の４つのファセットを含み、ここで、θ1は前記合焦光学部品と前記光導管の入力部との間のビームの隣接する発光体ビーム軸間に形成される角度であり、ｎは前記透過コアの屈折率である、光導管と、
を含む光学システム。
【請求項16】
各ビームをその軸のまわりに約８０度から約１００度回転させるように構成されるビームリフォーマッティング光学部品をさらに含む請求項１５に記載の光学システム。
【請求項17】
前記合焦光学部品と前記光導管の前記入力部との間の隣接する発光体の軸間で形成される角度が、隣接する発光体間のピッチを前記合焦光学部品の焦点距離で除算したものに実質的に等しい請求項１５に記載の光学システム。
【請求項18】
前記入力角度が約０．８度から約２度である請求項１５に記載の光学システム。
【請求項19】
前記複数の直線的に間隔を置かれた発光体が、直線アレイに配置された複数のレーザダイオードを含むレーザ発光体棒状物を含む請求項１５に記載の光学システム。
【請求項20】
前記レーザ発光体棒状物が約３個から約１５個の発光体を含む請求項１９に記載の光学システム。
【請求項21】
前記光導管が、透過コアを含む光ファイバを含む請求項１５に記載の光学システム。
【請求項22】
前記光ファイバの前記透過コアが固体材料を含む請求項２１に記載の光学システム。
【請求項23】
前記透過コアの前記固体材料がガラスを含む請求項２２に記載の光学システム。
【請求項24】
前記光ファイバが多モード光ファイバを含む請求項２１に記載の光学システム。
【請求項25】
前記複数の発光体がすべて実質的に同じ波長で光を放出する請求項１５に記載の光学システム。
【請求項26】
前記複数の発光体が約３５０ｎｍから約２０００ｎｍの間の波長で光を放出する請求項２５に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願］本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、サンキ パク（Sang-Ki Park）らによって、２０１０年１月２２日に出願され、代理人整理番号ＯＣＬ−０３０３−ＰＶを付与された「遠視野ファイバ結合放射の均質化」（HOMOGENIZATION OF FAR FIELD FIBER COUPLED RADIATION）という名称の米国仮特許出願第６１／２９７，７００号の優先権を米国特許法第１１９（ｅ）条の下で主張するものである。
【0002】
光導管からの均質な遠視野ビーム出力を維持しながらレーザエネルギーを光導管に効率的に結合するために使用することができる光学システムおよびその構成要素が開示される。いくつかの実施形態は、より具体的には、複数の個別の発光体からの光ファイバ結合放射の遠視野ビーム均質化に関する。
【背景技術】
【0003】
光エネルギー、実施形態によって、レーザエネルギーを必要とする用途は、レーザエネルギー源として、一般に入手可能であり、動作に信頼性があり、比較的に費用対効果の大きいレーザダイオードなどの固体光源の使用から利益を得ることができる。そのようなデバイスは、単一の棒状物に複数のレーザ発光体を含み、各々は実質的に平行な方位にレーザ光を同時に放出することができる。さらに、多数の固体またはレーザ発光体棒状物は、いくつかの事例ではさらに高いパワーレベルを生成させるために積み重ね形状で配置することができる。レーザダイオード棒状物は、多くの場合、通信技術デバイスと、医用用途と、軍事用途などの他の用途とで使用される。これらの用途のものも、そうでないものも、単一の固体発光体棒状物または積み重ね形状の多数の棒状物のすべての発光体の出力を単一の光ファイバまたは他の光導管に結合することが望ましいことがある。
【0004】
状況によっては、直線アレイの多数の個別の発光体からのレーザ放射を光導管に結合すると、光導管から放出された遠視野パターンに光導管からの非均質出力がもたらされることがある。そのような非均質遠視野パターンは、光導管の縦方向入力軸に対する光導管に結合される多数の発光体の個別の角度分布に起因することがある。これは、光学システムの光学構成要素のうちの少なくともいくつかを通って伝搬する間、各ビームを隣接するビームから隔てる必要がある光学システムの実施形態で特に当てはまることがある。いくつかのシステムでは、離隔は隣接するビーム間の間隙を含み、それが、光導管への各ビームまたはビームの組の個別の送り込み角をもたらすことがある。光導管への個別の送り込み角により、光導管からの放出の非均質な遠視野パターンが生成される。このタイプの遠視野パターンは低い強度の領域を含み、低い強度の領域は遠視野における光の結合または送出を非効率にすることがある。さらに、このタイプの遠視野パターンは高い強度の領域またはホットスポットを含むことがあり、それは、遠視野ビームが相互作用する材料に損傷を引き起こすことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
必要とされているものは、光導管の出力に対して均質または実質的に均質な遠視野ビーム分布を生成させるための方法およびデバイスである。より具体的には、必要とされているものは、個別の送り込み角を有する多数のビームをもつ入力光源から、光導管からの均質な遠視野ビームパターンを生成するための方法およびデバイスである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
光学システムのいくつかの実施形態は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを生成するように構成された直線アレイの複数の等しく直線的に間隔を置かれた発光体を含む。出力ビームは、中心発光体の中心出力ビーム軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸に沿って伝搬する。光対称軸を有し、発光体からの複数の実質的に平行な出力ビームを合焦するか、またはさもなければ集光するように構成される合焦光学部品をシステムはさらに含むことができる。合焦光学部品は、合焦光学部品の光対称軸が、中心出力軸から複数の発光体のピッチの約８分の１から複数の発光体のピッチの約８分の３変位されるように横方向にシフトすることができる。光学システムは、光導管の入力表面が合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合されるように位置づけられる光導管をさらに含むことができる。いくつかの事例では、システムは、各ビームをその軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度回転させるように構成されたビームリフォーマッティング光学部品を含むことができる。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ、遅軸コリメータ、または両方をさらに含む。
【0007】
光学システムのいくつかの実施形態は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを生成するように構成された直線アレイの複数の等しく直線的に間隔を置かれた発光体を含む。出力ビームは、中心発光体の中心出力ビーム軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸に沿って伝搬することができる。発光体からの複数の実質的に平行な出力ビームを合焦するか、またはさもなければ集光するように構成される合焦光学部品をシステムはさらに含むことができる。合焦光学部品は、中心出力軸に位置合わせされた、または実質的に位置合わせされた光対称軸を含む。システムは、透過コアを有する光導管をさらに有する。光導管の透過コアは、合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を含む。透過コアは、中心ビーム出力軸に対してある傾斜角で配置された縦軸をさらに含む。傾斜角は光導管に入射する複数のビームよって画定される面内に実質的に存在することができる。傾斜角は、合焦光学部品と光導管の入力部との間に配置されたビームの隣接する発光体ビーム軸間で形成される角度の約２分の１の大きさを有することができる。いくつかのシステムの実施形態は、各ビームをそのビームの縦軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度だけ回転させるように構成されたビームリフォーマッティング光学部品をさらに含む。いくつかの実施形態では、合焦光学部品と光導管の入力部との間の隣接する発光体の軸間で形成される角度は、隣接する発光体間のピッチを合焦光学部品の焦点距離で除算したものと実質的に等しくすることができる。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ、遅軸コリメータ、または両方をさらに含む。
【0008】
光学システムのいくつかの実施形態は、直線アレイの複数の等しく直線的に間隔を置かれた発光体を含む。発光体は、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸に沿って伝搬するそれぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを生成するように構成することができる。合焦光学部品は、複数の発光体に動作可能に結合され、発光体からの複数の実質的に平行な出力ビームを合焦するように構成されうる。システムは、合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を含む透過コアを有する光導管をさらに含むことができる。透過コアは、中心発光体の中心出力軸に実質的に平行に配置される縦軸を含む。入力表面は、透過コアの縦軸に垂直な面を基準にした入力角度をさらに含む。入力角度は、光導管に入射する複数のビームよって画定される面内に実質的に存在し、およそθ１／４（ｎ−１）
の大きさを有することができ、ここで、θ１は合焦光学部品と光導管の入力部との間のビームの隣接する発光体ビーム軸間に形成される角度であり、ｎは透過コアの屈折率である。いくつかの事例では、システムは、各ビームを各ビームの縦軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度だけ回転させるように構成されたビームリフォーマッティング光学部品をさらに含む。いくつかの実施形態では、合焦光学部品と光導管の入力部との間の隣接する発光体の軸間で形成される角度は、隣接する発光体間のピッチを合焦光学部品の焦点距離で除算したものに実質的に等しい。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ、遅軸コリメータ、または両方をさらに含む。
【0009】
光学システムのいくつかの実施形態は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを生成するように構成された複数の等しく直線的に間隔を置かれた発光体を含む。出力ビームは、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸に沿って伝搬するように構成される。合焦光学部品は、複数の発光体に動作可能に結合され、発光体からの複数の実質的に平行な出力ビームを合焦するか、またはさもなければ集光するように構成されうる。システムは、透過コアを有する光導管をさらに含むことができる。透過コアは、合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を含むことができる。透過コアは、中心発光体の中心出力軸に実質的に平行に配置される縦軸をさらに含むことができる。入力表面は、それぞれのファセット表面の各々と透過コアの縦軸に垂直な面との間で測定される入力角度を形成するタガネ様形状の２つのファセットを含む。入力角度は、光導管に入射する複数のビームよって画定される面内に実質的に存在し、およそθ１／４（ｎ−１）
の大きさを有することができ、ここで、θ１は合焦光学部品と光導管の入力部との間のビームの隣接する発光体ビーム軸間に形成される角度であり、ｎは透過コアの屈折率である。ある実施形態では、入力表面の２つのファセットは凸状形状を有し、他の実施形態では、透過コアの入力表面の２つのファセットは凹状形状を有する。いくつかの実施形態では、システムは、各ビームを各ビームの縦軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度だけ回転させるように構成されたビームリフォーマッティング光学部品をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、合焦光学部品と光導管の入力部との間の隣接する発光体の軸間で形成される角度は、隣接する発光体間のピッチを合焦光学部品の焦点距離で除算したものに実質的に等しい。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ、遅軸コリメータ、または両方をさらに含む。
【0010】
光学システムのいくつかの実施形態は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを生成するように構成された複数の等しく直線的に間隔を置かれた発光体を含む。出力ビームは、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸に沿って伝搬するように構成される。合焦光学部品は、複数の発光体に動作可能に結合され、発光体からの複数の実質的に平行な出力ビームを合焦するか、またはさもなければ集光するように構成されうる。システムは、合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面をもつ透過コアを有する光導管をさらに含むことができる。光導管の透過コアは、中心発光体の中心出力軸に実質的に平行に配置することができる縦軸を有する。入力表面は、それぞれのファセット表面の各々と透過コアの縦軸に垂直な面との間で測定される入力角度を形成する凸状トロカール様形状の４つのファセットを含む。入力角度は、およそθ１／４（ｎ−１）
の大きさを有することができ、θ１は合焦光学部品と光導管の入力部との間のビームの隣接する発光体ビーム軸間に形成される角度であり、ｎは透過コアの屈折率である。いくつかの実施形態では、システムは、各ビームを各ビームの縦軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度だけ回転させるように構成されたビームリフォーマッティング光学部品を含むことができる。いくつかの実施形態では、合焦光学部品と光導管の入力部との間の隣接する発光体の軸間で形成される角度が、隣接する発光体間のピッチを合焦光学部品の焦点距離で除算したものに実質的に等しい。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ、遅軸コリメータ、または両方をさらに含む。
【0011】
光学システムのいくつかの実施形態は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを生成するように構成された複数の等しく直線的に間隔を置かれた発光体を含む。出力ビームは、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸に沿って伝搬するように構成される。合焦光学部品は、複数の発光体に動作可能に結合され、発光体からの複数の実質的に平行な出力ビームを合焦するか、またはさもなければ集光するように構成されうる。システムは、透過コアをもつ光導管をさらに含む。透過コアは、合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を有する。入力表面は、入力表面に実質的に中心をもつ頂点を有する丸形形状を含む。いくつかの実施形態では、システムは、各ビームを各ビームの縦軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度だけ回転させるように構成されたビームリフォーマッティング光学部品を含むことができる。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ、遅軸コリメータ、または両方をさらに含む。いくつかの事例では、透過コアの入力表面の丸形形状は実質的に球状とすることができ、約０．４ｍｍから約１．２ｍｍの曲率半径を有することができる。
【0012】
光学システムのいくつかの実施形態は、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸に沿ってそれぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体を含む。合焦光学部品は、複数の発光体に動作可能に結合され、発光体からの複数の実質的に平行な出力ビームを合焦するように構成されうる。システムは、合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を含む透過コアを有する光導管をさらに含むことができる。光導管の入力表面は、入力表面に実質的に中心をもつ円柱レンズ要素を含む。入力表面は、光導管に入射するビームよって画定される面内に実質的に存在する曲率半径をさらに有する。いくつかの実施形態では、円柱レンズ要素は凸状形状を有し、いくつかの実施形態では、円柱レンズ要素は凹状形状を有する。円柱レンズ要素の曲率半径は、いくつかの事例では、約０．２ｍｍから約１．５ｍｍとすることができる。いくつかの実施形態では、システムは、各ビームを各ビームの縦軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度だけ回転させるように構成されたビームリフォーマッティング光学部品をさらに含むことができる。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ、遅軸コリメータ、または両方をさらに含む。
【0013】
光学システムのいくつかの実施形態は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを生成するように構成された複数の等しく直線的に間隔を置かれた発光体を含む。出力ビームは、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸に沿って伝搬するように構成することができる。合焦光学部品は、複数の発光体に動作可能に結合され、発光体からの複数の実質的に平行な出力ビームを合焦するか、またはさもなければ集光するように構成されうる。システムは、合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を含む透過コアを有する光導管をさらに含むことができる。光学シフト要素が、複数の発光体と合焦光学部品との間に一般に配置されうる。光学シフト要素は中心出力ビーム軸の一方の側にある出力ビームの光軸を屈折およびシフトするように構成することができる。システムのいくつかの実施形態は、各ビームをそのビームの縦軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度だけ回転させるように構成されたビームリフォーマッティング光学部品をさらに含むことができる。光学シフト要素のいくつかの実施形態は、出力表面に平行な入力表面を有する透過材料のブロックを含む。光学シフト要素は透過材料のくさびをさらに含むことができる。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ、遅軸コリメータ、または両方をさらに含む。
【0014】
光学システムのいくつかの実施形態は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビームを生成するように構成された複数の等しく直線的に間隔を置かれた発光体を含む。ビームは、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸に沿って伝搬するように構成することができる。合焦光学部品は、複数の発光体に動作可能に結合され、発光体からの複数の実質的に平行な出力ビームを合焦するか、またはさもなければ集光するように構成されうる。システムは、合焦光学部品の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面を有する透過コアを有する光導管をさらに含むことができる。光学システムは、複数の直線的に間隔を置かれた発光体と合焦光学部品との間の光学システムの光学トレイン内に機能する構成で配置される望遠鏡アレイをさらに含むことができる。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ、遅軸コリメータ、または両方をさらに含む。そのような実施形態では、望遠鏡アレイは、速軸コリメータと合焦光学部品との間に配置することができる。いくつかの事例では、望遠鏡アレイは、光学システムのオプションのビームリフォーマッティング光学部品と遅軸コリメータとの間に配置することができる。いくつかの実施形態では、したがって、望遠鏡アレイは、オプションのビームリフォーマッティング要素または光学部品のすぐ隣に配置することができる。望遠鏡アレイは、ビームを光導管に合焦する前に、レーザ発光体棒状物からの各ビームを拡大して、隣接するビームに接触させるか、または重ね合わせるように構成することができる。各ビームの拡大は、個々のビームの大幅なまたは著しい発散または収束を加えることなしに望遠鏡要素によって達成することができる。いくつかの実施形態では、システムは、各ビームをその軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度回転させるように構成することができるビームリフォーマッティング光学部品を含むことができる。いくつかの実施形態では、望遠鏡アレイは、複数の直線的に間隔を置かれた発光体と実質的に同じピッチを有するケプラー望遠鏡のアレイを含むことができる。いくつかの実施形態では、望遠鏡アレイは、複数の直線的に間隔を置かれた発光体と実質的に同じピッチを有するガリレイ望遠鏡のアレイを含むことができる。
【0015】
実施形態のこれらの特徴は、添付の例示的な図面に関連して行われる以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】光ファイバからの遠視野ビーム出力パターンの概略表示の図である。
【図1A】レーザ発光体棒状物の実施形態の斜視図である。
【図2】多数の発光体を光導管に結合するための光学システムの上面図である。
【図3A】ビームリフォーマッティング光学部品の一実施形態の正面図である。
【図4】合焦レンズが中心ビームを基準にして中心対称形状で配置された多数の平行ビームをもつ光学システムの概略図である。
【図6】多数の平行ビームが、多数の平行ビームの光軸に対して傾けられた縦軸を有する光ファイバに合焦される光学システムの概略図である。
【図7】光ファイバの縦軸に対して非垂直である斜めの入力表面を有する光ファイバの正面図である。
【図8】空気中を伝搬し、光ファイバの縦軸に垂直である光ファイバ入力表面に入射するビームの屈折の光線追跡を示す図である。
【図9】空気中を伝搬し、光ファイバの縦軸に垂直である面に対して角度αを形成する光ファイバ入力表面に入射するビームの屈折の光線追跡を示す図である。
【図10】凸状タガネ形入力表面を有する光ファイバの入力部分の正面切断図である。
【図12】凹状タガネ形入力表面を有する光ファイバの入力部分の正面切断図である。
【図14】４つのファセットをもつピラミッド形入力表面を有する光ファイバの端面図であり、正方形の入射ビームの輪郭が入力表面に示される。
【図16】４つのファセットをもつピラミッド形入力表面を有する光ファイバの端面図であり、正方形の入射ビームの輪郭が入力表面に示される。
【図18】凸状球形入力表面形状を有する光ファイバの入力部分の正面切断図である。
【図20】凹状球形入力表面形状を有する光ファイバの入力部分の正面切断図である。
【図22】凸状円柱レンズ化入力表面形状を有する光ファイバの入力部分の正面切断図である。
【図24】凹状円柱レンズ化入力表面形状を有する光ファイバの入力部分の正面切断図である。
【図26】パターンの高い強度の環状領域のシフト方向を示す光ファイバからの遠視野ビーム出力パターンの概略表示の図である。
【図27】パターンの高い強度の環状領域のシフト方向を示す光ファイバからの遠視野ビーム出力パターンの概略表示の図である。
【図28】多数の平行ビームを結合し、中心ビームまたはシステムの光軸の一方の側に配置されたビームの位置を側方向にシフトさせるのに使用される光学要素を含む光学システムの側面図である。
【図29】ケプラー型望遠鏡要素のアレイを示す図である。
【図30】単一のケプラー型望遠鏡要素を通過することによって横方向に拡大されるビームの光線追跡を示す図である。
【図31】単一のガリレイ型望遠鏡要素を通過することによって横方向に拡大されるビームの光線追跡を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本明細書で説明する実施形態は、１つまたは複数の発光体が中に配置されているレーザ発光体棒状物またはチップなどの多数の発光体の出力を扱うための方法およびデバイスに関する。本明細書で説明する実施形態は、さらに、光ファイバなどの光導管にレーザ発光体棒状物の出力を結合するための方法およびデバイスに関する。多数の発光体の出力ビームを光導管に結合するのに有用であるいくつかの光学システムの実施形態はビームリフォーマッティング光学部品（beam reformatting optic）を含むことができる。そのような光学システムのいくつかの実施形態は、各発光体からの各ビームを個々に回転させるか、または他のなんらかのリフォーマッティング機能を行なうビームリフォーマッティング光学部品を含むことができる。そのような実施形態では、ビームが光学システムの光学トレインの少なくとも１つの部分を通って伝搬するとき、各ビーム間の空間離隔を維持することが望ましいことがある。光学システムのビームが光導管への送り込みに際して隣接するビームから隔てられる場合、各ビームまたはビームの組の個別の送り込み角は光導管の出力の遠視野パターンに非均質出力分布をもたらすことがある。
【0018】
図１は、多モード光ファイバの形態の光導管の出力からの遠視野パターン１０の一実施形態を示す。図示の遠視野パターン１０は、５つのそれぞれの発光体を有するレーザ発光体棒状物の５つの発光体の出力ビームを結合した結果である。遠視野パターン１０の高い強度の中心領域１２はレーザ発光体棒状物の中心発光体の出力ビームに対応しうる。レーザ発光体棒状物の中心発光体は、ビームを光導管に結合する光学システムの光軸に位置合わせすることができる。中心領域１２のまわりに配置された高い強度の第１のリング１４は、中心ビームに隣接する２つのビーム、すなわち、中心＋１のビームおよび中心−１のビームから生成される。中心発光体を基準にして対称な光軸を有する光学システムでは、中心ビームに隣接する各ビームは、光ファイバへの同様の送り込み角を有することができ、第１の高い強度のリング１４をもたらす。同様に、高い強度の第１のリング１４のまわりに配置されているが、それから隔てられている高い強度の光の第２のリング１６は、レーザ発光体棒状物からの外側のビーム対から生成されうる。そのビーム対は、そのようなシステムの５つのビームのうちの最大の大きさの送り込み角を有する。再度、最も外側のビーム、すなわち、中心＋２および中心−２のものの各々は光ファイバへの同様の送り込み角を有し、第２の高い強度のリング１６をもたらす。パターン１０は、第１の低い強度のリング１７および第２の低い強度のリング１８を含む。
【0019】
図２および図３は、５つの発光体を有するレーザ発光体棒状物２２の出力を光ファイバ２４の形態の光導管に結合するための光学システムの実施形態２０を示す。図示の光学システム２０は、図１Ａに示されたレーザ発光体棒状物などのレーザ発光体棒状物２２、速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、合焦光学部品３２、および光ファイバ２４の形態の光導管を含む。システム２０はビームリフォーマッティング光学部品３４をさらに含む。一般に、光は、レーザ発光体棒状物２２の５つの発光体の各々によって生成され、図１Ａに示される速軸３６に沿って各ビームをコリメートする速軸コリメータ２６に伝搬する。次に、各ビームは、それぞれのビームの各々の縦軸のまわりで各ビームを個々に回転させるビームリフォーマッティング光学部品３４を通過する。いくつかの実施形態では、各ビームは約９０度回転される。次に、各ビームは遅軸コリメータ２８を通過し、遅軸コリメータ２８は各ビームをその遅軸に沿って実質的にコリメートする。最後に、５つのビームすべてのアレイの各ビームおよびビームパターンは、一緒に、合焦光学部品３２によって、光ファイバ２４の入力表面３７に合焦されるか、またはさもなければ集光される。速軸コリメータ２６および遅軸コリメータ２８は、図２および図３のシステムで示されるように、各ビームを回転させるビームリフォーマッティング光学部品を含むシステムの同じ面に屈折力を働かせるように構成することができることに留意すべきである。さらに、速軸コリメータ２６は、速軸コリメータに入射する出力ビームの形状に応じて単一の光学要素または多数の光学要素を含むことができる。同じことが遅軸コリメータ２８に当てはまる。図２および図３に示されたシステムの実施形態２０では、速軸コリメータ２６および遅軸コリメータ２８の両方は、出力ビームアレイの端から端まで延び、有効である単レンズユニットである。
【0020】
レーザ発光体棒状物２２に関して、図１Ａは、互いに実質的に平行なビーム４６である光軸４４を有する総数５つの発光体４２を含む出力表面３８を有するレーザ発光体棒状物２２を示す。本明細書で説明される光学システムの実施形態は、一般に、単一の発光体棒状物での使用に関するが、２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれを超えるレーザ発光体棒状物２２の積み重ねアレイをいくつかの実施形態で使用することができる。レーザ発光体棒状物２２の発光体４２は、図１Ａの矢印４８で示されるように、発光体の遅軸方向に沿って実質的に直線的な並びで配置される。発光体の速軸方向は遅軸方向に垂直であり、図１Ａの矢印３６で示される。発光体は、遅軸方向４８および速軸方向３６の両方に垂直とすることができる放出またはビーム軸４４に沿って伝搬する出力ビーム４６の光エネルギーを放出するように位置づけられるか、またはさもなければ構成される。図１Ａに示された矢印３６で示された速軸方向および矢印４８で示された遅軸方向はレーザ発光体棒状物２２のすぐ隣のビームに適用可能であることに留意すべきである。ビームを回転させるものなどのビームリフォーマッティング光学部品を含むシステムの実施形態では、これらの軸の一方または両方の方位は光学システム内の場所に応じて変化させることができる。
【0021】
レーザ発光体棒状物の実施形態２２は、約１個の発光体から約１００個の発光体、より詳細には、約３個の発光体から約１２個の発光体などの任意の好適な数の発光体を有することができる。いくつかの実施形態では、約５個の発光体４２を有する各レーザ発光体棒状物２２は、約５ワット（Ｗ）から約９０Ｗ、より具体的には、約１５Ｗから約７０Ｗ、さらにより具体的には、約２０Ｗから約３０Ｗの出力パワーを有することができる。発光体４２は、端面発光レーザダイオード、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などのようなレーザダイオードを含むことができる。レーザ発光体棒状物２２の発光体４２の材料は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、または任意の他の好適なレーザ利得媒体などの半導体材料を含むことができる。
【0022】
一般に、発光体の実施形態４２のレーザダイオードの実施形態の放出開口は形状において長方形とすることができ、発光体の長寸法は典型的には数十または数百ミクロンのサイズを有し、一方、短寸法は典型的にはサイズにおいて１から数ミクロンである。発光体４２から出て来る放射は発散し、発散角は短い発光体方向に沿ってより大きい。発散角は長い発光体方向の方向でより低い。発光体４２のいくつかの実施形態は、約３０ミクロンから約３００ミクロン、より具体的には、約５０ミクロンから約２００ミクロンの物理的な幅を有することができ、発光体は約１ミクロンから約３ミクロンの高さとすることができる。いくつかの発光体の実施形態４２は、約０．５ｍｍから約１０ｍｍ、より具体的には、約１ｍｍから約７ｍｍ、さらにより具体的には、約３ｍｍから約６ｍｍの共振器長（cavity length）を有することができる。そのような発光体の実施形態４２は、遅軸方向に約２度から約１４度、より具体的には、約４度から約１２度の光エネルギー出力の発散、および速軸方向に約３０度から約７５度の光エネルギー出力の発散を有することがある。
【0023】
レーザ発光体棒状物２２のいくつかの実施形態は、約７００ｎｍから約１５００ｎｍ、より具体的には、約８００ｎｍから約１０００ｎｍの波長を有する光エネルギーを放出する発光体４２を有することができる。発光体４２は、近赤外スペクトルにわたる波長を含む約３００ｎｍから約２０００ｎｍ、より具体的には、約６００ｎｍから約１０００ｎｍの重心またはピーク波長を有する光を放出することができる。有用な発光体４２のいくつかの特定の実施形態は、約３５０ｎｍから約５５０ｎｍ、６００ｎｍから約１３５０ｎｍ、または約１４５０ｎｍから約２０００ｎｍのピーク波長で光を放出することができる。そのようなレーザダイオード棒状物２２はパルスモードまたは連続波モードのいずれかで動作することができる。しばしば、波長制御（例えば、体積屈折率回折格子などからの波長依存フィードバックを行うことによる波長制御）が行われない個々の発光体４２の出力スペクトルバンドは、約０．５ｎｍから約２．０ｎｍ、またはそれを超えることがありうる。個々の発光体４２の各々のスペクトルバンドに加えてピーク放出波長の変動により、いくつかの実施形態では、レーザ発光体棒状物の全体的な帯域幅は約２ｎｍから約５ｎｍとなることがある。
【0024】
ビームリフォーマッティング光学部品３４に関して、図３Ａは、屈折オフセット円柱レンズアレイ３４の形態のそのような光学部品の一実施形態を示す。レンズアレイ３４は図２および図３の光学システム２０に含まれ、レーザ発光体棒状物２２の各発光体４２からの個別のビーム４６の各々を９０度回転させるように構成される。図３Ｂは屈折オフセット円柱レンズアレイ３４の斜視図である。光学部品３４は対角線の向きの円柱レンズ５２の対置する対のアレイを含む。ビームリフォーマッティング光学部品３４の各対置する対のレンズ５２は、システム２０のレーザ発光体棒状物２２の個々の発光体４２の側方向離隔、すなわちピッチと実質的に同じ側方向離隔、すなわちピッチ５４を有することができる。屈折ビームリフォーマッティング光学部品は、ガラス、石英、シリカなどのような任意の好適な光学材料から製作することができる。各対置する対のレンズ５２間に配置される透過ブロック５６は、任意の対置する対称な対の円柱レンズ要素５２が透過ブロック５６の本体内の同じ点あるいは線に合焦するように大きさを合わせることができる。そのような形状は、出力ビーム４６の速軸および遅軸を逆にすることができるように約９０度だけビーム４６の縦軸４４のまわりに入射出力ビーム４６を回転させるように調整することができる。個々の出力ビーム４６を回転すると、速軸と遅軸との間で対称なビーム生成物およびビームプロファイルを達成するのに有用であり、輝度を維持しながら出力ビーム４６の後続の合焦または集中をしやすくすることができる。ビームリフォーマッティング光学部品３４の円柱レンズ要素５２の傾きまたは角度方位は、図３Ａの矢印５８によって示されるように、約４０度から約５０度の角度に設定することができる。
【0025】
上述で説明したように、レーザ発光体棒状物２２の各発光体４２は個別のビーム４６を放出し、それは速軸コリメータによって速軸に沿って実質的にコリメートされる。その後、各ビームは、各ビームの光軸のまわりに約８０度から約１００度、より具体的には、約８８度から約９２度回転するためにビームリフォーマッティング光学部品３４のそれぞれのレンズ対を通過する。出力ビーム４６がビームリフォーマッティング光学部品３４を通過した後、遅軸コリメータ２８を通過する。出力ビーム４６の速軸および遅軸はビームリフォーマッティング光学部品３４によって逆にされているので、ビームリフォーマッティング光学部品３４の後ろに配置された遅軸コリメータ２８は、シングレット円柱レンズとすることができる。遅軸コリメータ２８は個々のビーム４６の各々を遅軸方向に沿って実質的にコリメートする。遅軸コリメータ２８を透過した後、実質的にコリメートされたビーム４６は各々合焦光学部品３２に伝搬する。
【0026】
合焦光学部品３２は、実質的にコリメートされたビーム４６を領域または焦点に合焦するか、またはさもなければ集光するように構成される単レンズまたは複合光学系を含むことができ、それゆえ、実質的にコリメートされたビーム４６は光導管または光ファイバ２４の入力表面３７に誘導されうる。図示の光導管は光ファイバ２４を含み、光ファイバ２４は、非晶質コア材料と、コア材料の屈折率よりも低い屈折率を有する非晶質クラッド材料とを有する多モード光ファイバとすることができる。中実材料の多モード光ファイバの実施形態２４が示されているが、任意の他の好適な光導管を使用することができる。特に、光導管は、単一モード光ファイバ、中空導波路、結晶光ファイバ、高分子光ファイバなどを含むことができる。ビームリフォーマッティング光学部品３４はビーム４６間で重なり合いまたは接触なしに各ビームに個別に作用するので、合焦光学部品３２に入射する各ビームは、接触または重なり合いなしに依然として個別とすることができる。そのため、各ビーム４６または対称な対の対置されたビームは合焦光学部品３２によって合焦され、個別の角度で光ファイバ２４の入力表面３７に送り込まれることになる。次に、この構成は、光ファイバ２４の出力表面（図示せず）からの遠視野放出パターン１０に、図１のパターン１０によって示されたようなビーム強度分布を生成することがある。これは、中心ビームの光軸４４が合焦レンズ３２の光軸と実質的に位置合わせされている図示の実施形態で特に当てはまる。
【0027】
図１の非均質遠視野パターン１０は、光ファイバ２４の高強度の出力を使用する方法によっては様々な理由で望ましくないことがある。上述で説明したように、このタイプの遠視野パターン１０は低い強度の領域１７および１８を含み、それらは遠視野における光の結合または透過を非効率にすることがある。さらに、このタイプの遠視野パターン１０は高い強度の領域１４および１６またはホットスポットを含み、それらは、遠視野ビームが相互作用する材料に損傷を引き起こすことがある。したがって、用途によっては、図１に示される遠視野パターンの分離性をぼかすこともまた望ましいことがある。遠視野パターン１０を実質的に均質化するために、出力パターンの高い強度の部分を出力パターンの低い強度の領域に、またはその逆にシフトすることが望ましいこともある。
【0028】
図４〜図５Ａは、光ファイバ２４から放出される遠視野パターン１０を実質的に均質化するために図２および図３の光学システム２０で使用することができる合焦レンズ３２および光ファイバ２４の一実施形態を示す。図４は、合焦光学部品３２に誘導されるピッチＰを有する５つの個別のビーム４６の典型的な実施形態を示す。図４の実施形態では、中心ビーム６４の光軸６２は、光ファイバ２４のコア６８の光軸６６と実質的に位置合わせされる。光ファイバはクラッド７０をさらに含むことができ、クラッド７０は図４Ａに示されるようなステップインデックスクラッド（step index cladding）とすることができる。図２および図３に示されたものと同様のそのような構成は、図１で示された非均質遠視野パターン１０を生成することがある。図５は、ビーム４６の光軸が個々のビーム４６のピッチＰの約２分の１だけ合焦レンズ３２および光ファイバ２４の光軸に対して側方向にシフトされている異なる構成を示す。レーザ発光体棒状物２２の出力の中心ビーム６４の光軸６２に対する合焦レンズ３２の光軸の側方向シフトを使用して、光ファイバ２４の遠視野パターン１０をぼかすことができる。図５Ａはこの手法の別の実施形態を示す。図５Ａは、図２および図３に示された光学システム２０に組み込むことができる合焦光学部品３２および光導管２４を含む。
【0029】
そのような光学システム２０は、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布の発光体４２の出力軸４４に沿ってそれぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。合焦光学部品３２は、光対称軸を含み、発光体４２からの複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するように構成される。光導管２４は、光導管２４の入力表面３７が合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合されるように位置づけられる。合焦光学部品３２は、さらに、合焦光学部品の光対称軸が中心ビームの中心出力軸から複数の発光体４２のピッチの約８分の１から複数の発光体４２のピッチの約８分の３変位されるように横方向にシフトされる。いくつかの実施形態では、合焦光学部品３２は中心出力軸から複数の発光体４２のピッチＰの約４分の１横方向にシフトされる。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体４２の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体４２の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。速軸コリメータ２６および遅軸コリメータ２８は、図２および図３のシステムで示されているように、各ビーム４６を回転させるビームリフォーマッティング光学部品３４を含むシステムの同じ面に屈折力を働かせるように構成することができることに留意すべきである。
【0030】
図６は、光導管２４の遠視野パターンを均質化するための別の手法を示す。図６は、図２および図３の光学システム２０に組み込むことができる合焦光学部品３２および光ファイバ２４を示す。光学システム２０は、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布の発光体４２の出力軸４４に沿ってそれぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。合焦光学部品３２は、発光体４２からの複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するように構成される。合焦光学部品３２は、中心ビームの中心出力軸に位置合わせされた光対称軸をさらに含む。多モード光ファイバ２４の形態の光導管は、合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力部を含む透過コアを含む。光導管２４は、中心ビームの中心出力軸６２に対して傾斜角φで配置された縦軸６６をさらに含む。傾斜角φは、合焦光学部品３２および光導管２４に入射するビーム４６によって画定される面に実質的に存在する。いくつかの実施形態では、光導管２４の傾斜角φは、合焦光学部品と光導管の入力部との間の隣接する発光体の軸間で形成される角度θ１の約２分の１の大きさを有することができる。いくつかの実施形態では、合焦光学部品３２と光導管２４の入力部３７との間の隣接する発光体の軸４４間で形成される角度θ１は、隣接する発光体４２間のピッチＰを合焦光学部品３２の焦点距離で除算したものと実質的に等しくすることができる。
【0031】
いくつかの事例では、システムの実施形態２０は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含むことができる。速軸コリメータ２６は、各発光体４２の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体４２の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0032】
図７〜図９は、個別の発光体ビーム４６に結合された光導管２４の遠視野パターン１０を均質化するための手段の別の実施形態を示す。図７〜図９は、図２および図３の光学システム２０に組み込むことができる光導管の実施形態２４を示す。光学システム２０は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。出力ビーム４６は、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体４２の出力軸４４に沿って伝搬することができる。合焦光学部品３２は、複数の発光体４２に動作可能に結合され、発光体４２からの複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するように構成されうる。光導管２４は、合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面３７を含む透過コア６８を含むことができる。光導管は、光導管２４の中実光ファイバの実施形態ではクラッド７０をさらに含むことができる。光導管２４は、中心発光体の中心出力軸６２に実質的に平行に配置された縦軸６６をさらに含むことができる。入力表面３７は、光導管２４のコアの縦軸６６に垂直な面を基準にした入力角度αをさらに含むことができる。そのような実施形態では、遠視野パターン１０の均質化は、光ファイバ２４の縦軸６６のまわりの光ファイバ２４の適切な回転方位を必要とすることがある。特に、入力角度αは、光導管２４および合焦光学部品３２に入射するビーム４６によって画定される面内に実質的に存在することができる。入力角度αは、約θ１／４（ｎ−１）
の大きさを有することができる。ここで、θ１は合焦光学部品３２と光導管２４の入力３７との間のビーム４６の隣接する発光体ビーム軸４４間に形成される角度であり、ｎは光ファイバ２４の透過コアの屈折率である。
【0033】
いくつかの実施形態では、合焦光学部品３２と光導管２４の入力部３７との間の隣接する発光体の軸４４間で形成される角度θ１は、隣接する発光体間のピッチＰを合焦光学部品３２の焦点距離で除算したものと実質的に等しくすることができる。いくつかの実施形態では、入力角度αは約１度から約３度とすることができる。いくつかのシステムの実施形態２０は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体４２の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体４２の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0034】
図８は、光ファイバの入力表面と入力表面を囲む空気との間の界面で屈折する２つの光線またはビーム４６の概略表示を示す。図８の表示では、ファイバの入力表面３７は入力角度αを有していない。そのため、合焦光学部品３２によってファイバの入力表面３７上に合焦されるビームアレイの中心ビーム６４（光線０）は、屈折の前後の両方で入力表面３７に実質的に垂直である。光線０としても示された中心ビーム６４に隣接するビーム、すなわち、光線１として表わされた中心＋１のビームは光ファイバの入力表面３７に対して入射角θ１を形成する。一般に、θ１は、上述で説明したように、合焦光学部品３２の前のビームまたは発光体のピッチＰを合焦光学部品３２の焦点距離で除算したものと等しくすることができる。図８に示された実施形態では、光線０と光線１との間の角度離隔θ１は、図１に図示し、上述で説明したような非均質な遠視野パターン１０を生成することがある。
【0035】
図９は、光ファイバ２４の入力表面３７と入力表面を囲む空気との間の界面で屈折する２つの光線の概略表示である。図９に示された実施形態では、光ファイバ２４の入力表面３７は、光ファイバ２４の入力表面３７と光ファイバコア６８の縦軸６６に垂直な面７２との間に角度αで傾斜がつけられている。入力角度、光ファイバのコアの材料の屈折率、および図９に示された光線０および光線１の入射角の特定の形状では、光線０および光線１は、屈折の後で光ファイバ２４の縦軸６６に対して対称である。
【0036】
光線０および光線１について、以下の式がスネルの法則によって与えられる。ｓｉｎα ＝ ｎ ｓｉｎΦ０ （１）
ｓｉｎ（θ１＋α） ＝ ｎ ｓｉｎΦ１ （２）
ここで、ｎは光ファイバコア６８の屈折率であり、光ファイバコア６８の入力表面３７のまわりに配置される空気は１の屈折率を有する。
【0037】
式（１）および（２）は次のように近似することができる。α ＝ ｎΦ０ （３）
θ１＋α ＝ ｎΦ１ （４）
【0038】
光線０および光線１が光ファイバ２４の縦軸６６に対して対称となる上述で説明した状況では、光ファイバ２４の遠視野出力パターン１０の中心部分１２は、暗くなるか、または低い強度になることになる。この形状を達成するには、α−Φ０ ＝ Φ１−α （５）
である。
【0039】
式（３）〜式（５）を組み合わせると、α ＝ θ１／２（ｎ−１） （６）
が与えられる。
【0040】
遠視野パターン１０の中心部分１２を満たすには、入力角度は式（６）で与えられる角度αの約２分の１とするべきである。したがって、光ファイバ出力の遠視野パターンを実質的に均質化するように構成することができる光ファイバのコアへの所望の入力角度α´の一実施形態は、上述で説明したように、およそα´ ＝ θ１／４（ｎ−１）
とすることができる。
【0041】
いくつかのそのような実施形態では、θ１は合焦光学部品の前のビームのピッチを合焦光学部品の焦点距離で除算したものと等しくすることができる。
【0042】
図１０〜図１３は、個別の発光体ビーム４６に結合された光導管２４の遠視野パターン１０を均質化するための手段の実施形態を示す。図１０および図１１は、図２および図３の光学システム２０に組み込むことができる光導管の実施形態２４を示す。組み込み後の光学システム２０は、中心発光体の中心出力軸６２のまわりで対称分布のそれぞれの発光体の出力軸４４に沿ってそれぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。合焦光学部品３２は、複数の発光体４２に動作可能に結合され、発光体からの複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するように構成されうる。光導管２４は透過コア６８を含み、合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面３７を有することができる。光導管２４は、中心発光体の中心出力軸に実質的に平行に配置された縦軸６６をさらに含むことができる。光導管２４の入力表面３７は、入力角度αを形成する凸状タガネ様形状における２つのファセット７６を有し、入力角度αはそれぞれのファセット表面７６の各々と光導管２４の縦軸６６に垂直な面７２との間で測定される。そのような実施形態では、遠視野パターン１０の均質化は、光ファイバ２４の縦軸６６のまわりの光ファイバ２４の適切な回転方位を必要とすることがある。特に、入力角度αは、光導管および合焦光学部品３２に入射するビーム４６によって画定される面内に実質的に存在することができる。入力角度αは、およそθ１／４（ｎ−１）
の大きさを有することができる。ここで、θ１は合焦光学部品３２と光導管２４の入力３７との間のビーム４６の隣接する発光体ビーム軸４４間に形成される角度であり、ｎは光ファイバ６８の透過コアの屈折率である。いくつかの実施形態では、合焦光学部品３２と光導管２４の入力部３７との間の隣接する発光体の軸４４間で形成される角度は、隣接する発光体４２間のピッチＰを合焦光学部品３２の焦点距離で除算したものに実質的に等しい。いくつかの実施形態では、入力角度αは約０．８度から約２度とすることができる。いくつかのシステムの実施形態２０は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体４２の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体４２の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0043】
図１２および図１３は、光ファイバ２４のファセット化タガネ様入力表面３７が凹状タガネ様形状を有することを除いて図１０および図１１と同様の実施形態を示す。そのような構成は、図２および図３に示された光学システム２０に同様に組み込むことができる。組み込まれたときの光学システムは、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体４２の出力軸４４に沿ってそれぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。合焦光学部品３２は、複数の発光体４２に動作可能に結合され、発光体４２からの複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するように構成されうる。透過コア６８を含む光導管２４は、合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面３７を有することができる。光導管２４は、中心発光体の中心出力軸に実質的に平行に配置された縦軸６６をさらに含むことができる。光導管２４の入力表面３７は、入力角度αを形成する凹状タガネ様形状における２つのファセット７６を有し、入力角度αはそれぞれのファセット表面７６の各々と光導管２４の縦軸６６に垂直な面７２との間で測定される。そのような実施形態では、遠視野パターン１０の均質化は、光ファイバ２４の縦軸６６のまわりの光ファイバ２４の適切な回転方位を必要とすることがある。特に、光導管２４に入射するビーム４６によって画定され、合焦光学部品３２と光導管２４との間に配置される面内に入力角度αは実質的に存在することができる。入力角度αは、およそθ１／４（ｎ−１）
の大きさを有することができる。ここで、θ１は合焦光学部品３２と光導管２４の入力３７との間のビーム４６の隣接する発光体ビーム軸４４間に形成される角度であり、ｎは透過コア６８の屈折率である。いくつかの実施形態では、合焦光学部品３２と光導管２４の入力部３７との間の隣接する発光体の軸４４間で形成される角度θ１は、隣接する発光体４２間のピッチＰを合焦光学部品３２の焦点距離で除算したものに実質的に等しい。いくつかの実施形態では、入力角度αは約０．８度から約２度とすることができる。いくつかのシステムの実施形態２０は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体４２の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータは、各発光体４２の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0044】
図１４〜図１７は、個別の発光体ビーム４６に結合された光導管２４の遠視野パターン１０を均質化するための手段の実施形態を示す。図１４および図１５は、図２および図３の光学システム２０に組み込むことができる光導管の実施形態２４を示す。図１４は光ファイバの実施形態２４の入力表面３７の端面図を示し、正方形の入射ビーム７８の輪郭がファセット化入力表面３７に示される。図１４および図１５に示される実施形態では、実質的に合焦されたビームの正方形の輪郭７８は、入力表面のファセット境界８０間に配置されたコーナ、または入力表面のファセット境界８０間に等間隔で配置されたコーナを有する。図１６および図１７は図１４および図１５の光導管２４を示すが、実質的に合焦された入力ビームの正方形の輪郭７８のコーナは入力表面３７のファセット境界８０に実質的に位置合わせされる。
【0045】
組み込まれたときの光学システム２０は、中心発光体の中心出力軸６２のまわりで対称分布のそれぞれの発光体４２の出力軸４４に沿ってそれぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。合焦光学部品３２は、複数の発光体４２に動作可能に結合され、発光体４２からの複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するように構成されうる。光導管２４は、合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面３７を有する透過コア６８を含むことができる。透過コア６８は、中心発光体の中心出力軸６２に実質的に平行に配置される縦軸６６を有することができる。光導管２４の入力表面３７は、図１７に示されるように、入力角度αを形成する凸状トロカール様形状における４つのファセット８２を含むことができ、入力角度αはそれぞれのファセット表面８２の各々と光導管コアの縦軸６６に垂直な面７２との間で測定される。いくつかの事例では、このタイプの構成で実質的に均質な遠視野パターン１０を達成するのは、光ファイバ２４およびその入力表面３７の角度方位にそれほど依存しない。しかし、若干の回転方位依存が依然として存在する。この比較的弱い回転依存が生じるが、それは、図１６に数字の「１」で示されたビーム入力スポットの区域のみがビーム均質化に寄与するからである。図１６に数字の「１」で示されたファセットは、入力ビームによって形成される面内に存在する入力角度を有する。
【0046】
そのような実施形態では、入力角度αは、およそθ１／４（ｎ−１）
の大きさを有することができる。ここで、θ１は合焦光学部品３２と光導管２４の入力表面３７との間のビーム４６の隣接する発光体ビーム軸４４間に形成される角度であり、ｎは透過コア６８の屈折率である。いくつかの実施形態では、合焦光学部品３２と光導管２４の入力表面３７との間の隣接する発光体の軸４４間で形成される角度θ１は、隣接する発光体４２間のピッチＰを合焦光学部品３２の焦点距離で除算したものに実質的に等しい。いくつかの実施形態では、入力角度αは約１度から約３度とすることができる。いくつかのシステムの実施形態２０は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体４２の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体４２の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0047】
図１８〜図２１は、丸形入力表面３７を有する光ファイバ２４を含む、個別の発光体ビーム４６に結合された光導管２４の遠視野パターン１０を均質化するための手段の実施形態を示す。図１８および図１９は、図２および図３の光学システム２０に組み込むことができる光導管の実施形態２４を示す。組み込まれたときの光学システム２０は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。出力ビーム４６は、中心発光体の中心出力軸６２のまわりで対称分布のそれぞれの発光体４２の出力軸４４に沿って生成され、伝搬することができる。光学システム２０は、複数の発光体４２に動作可能に結合された合焦光学部品３２をさらに含むことができる。合焦光学部品３２は、複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するか、またはさもなければ集光するように構成することができる。光導管２４は透過コア６８を有することができ、合焦光学部品３２に隣接して配置することができる。光導管２４は、レーザ発光体棒状物２２の中心ビームのビーム軸６２に実質的に平行な縦軸６６を有することができる。光導管の実施形態２４の入力表面３７は、レーザ発光体棒状物２２のビーム４６が、組み込まれたシステム２０の動作中、光導管２４の入力表面の実施形態３７に合焦されるか、または実質的に合焦されるように合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合することができる。いくつかのシステムの実施形態２０は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含むことができる。速軸コリメータ２６は、各発光体４２の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0048】
光導管２４の入力表面３７は凸状丸形形状を含むことができ、凸状丸形形状は入力表面３７に実質的に中心をもつか、または光導管の縦軸６６に位置合わせされる光軸８４もしくは表面頂点を有することができる。入力表面の凸状丸形形状は、いくつかの実施形態では、入力表面の光軸８４または光導管２４のコアの縦軸６６に対して実質的に対称とすることができる。いくつかの事例では、光導管は、図７Ａに示されるようなステップインデックス構成によるコア６８およびクラッド７０を有する多モード光ファイバなどの光ファイバ２４とすることができる。いくつかのそのような実施形態では、光ファイバ２４の入力表面３７の丸形形状は光ファイバ２４の透過コア６８の材料から形成することができる。場合によっては、丸形凸状入力表面３７は、光ファイバ２４のコア材料６８を加熱および溶融し、溶融したコア材料の表面張力および凝集により、溶融したコア材料が丸い形状になるようにすることによって形成することができる。そのような技法は、ガラス、シリカなどのコア材料を有する光ファイバ２４で使用することができる。そのような溶融技法のための熱は、光ファイバ２４のコア材料６８によって吸収される波長を有する、光ファイバ２４の入力表面３７に入射するレーザエネルギーによって与えることができる。
【0049】
いくつかの実施形態では、光導管２４の入力表面３７の丸形形状は、透過コア６８から切り離された材料から形成することができ、機能する構成で透過コア６８に固定することができる。いくつかの事例では、光導管２４の入力表面３７の丸形形状は、実質的に球状の形状または部分的に球状の部分を含む。実質的に球状の部分の形状を有する丸形形状は、いくつかの実施形態では約３００ミクロンから約９００ミクロンの曲率半径Ｒを有することができ、他の実施形態は約４００ミクロンから約１２００ミクロンの曲率半径Ｒを有することができる。いくつかの実施形態では、光導管２４は、約５０ミクロンから約４００ミクロンの横寸法、すなわち直径をもつコア６８を有する多モード光ファイバ２４を含むことができる。
【0050】
図２０および図２１は、凹状丸形入力表面形状が光ファイバ２４の丸形凸状入力表面の代わりに使用されていることを除いて、図１８および図１９の実施形態にいくつかの点で類似する光ファイバ２４の一実施形態を示す。図１８および図１９で示されたような光ファイバの実施形態２４は、やはり、図２および図３に示されたような光学システム２０に組み込むことができる。そのように組み込まれた光ファイバの実施形態２４をもつ光学システム２０は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。出力ビーム４６は、レーザ発光体棒状物２２によって生成され、中心発光体の中心出力軸６２のまわりで対称分布のそれぞれの発光体４２の出力軸４４に沿って伝搬する。光学システム２０は、複数の発光体４２に動作可能に結合された合焦光学部品３２をさらに含む。合焦光学部品３２は、複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するか、またはさもなければ集光するように構成される。光導管２４は透過コア６８を含むことができる。光導管２４は、さらに、システム２０の光学トレイン中の合焦光学部品３２に隣接して配置することができる。光導管２４は、合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面３７を含む。入力表面３７は凹状丸形形状を含み、凹状丸形形状は入力表面３７に実質的に中心をもつか、または光導管２４の縦軸６６に位置合わせされる光軸８４を有することができる。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0051】
いくつかの実施形態では、光導管２４の入力表面３７の凹状丸形形状は光導管２４の透過コア６８の材料中に形成することができる。いくつかの実施形態では、光導管２４の入力表面３７の凹状丸形形状は、透過コア６８から切り離された材料中に形成することができ、機能する構成で透過コア６８に固定することができる。いくつかの事例では、光導管２４の丸形入力表面３７の丸形形状は、実質的に球状の形状または部分的に球状の部分を含む。実質的に球状の部分の形状を有する丸形形状は、いくつかの実施形態では約３００ミクロンから約９００ミクロンの曲率半径Ｒを有することができる。
【0052】
図２２〜図２５は、個別の発光体ビームに結合された光導管２４の遠視野パターン１０を均質化するための手段の実施形態を示す。図２２および図２３は、図２および図３の光学システム２０に組み込むことができる、入力表面３７に形成された凸状の実質的に円柱の表面を有する光導管の実施形態２４を示す。組み込まれたときの光学システム２０は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。出力ビーム４６は、レーザ発光体棒状物２２によって生成され、中心発光体の中心出力軸６２のまわりで対称分布のそれぞれの発光体４２の出力軸４４に沿って伝搬する。光学システム２０は、複数の発光体４２に動作可能に結合された合焦光学部品３２をさらに含む。合焦光学部品３２は、複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するか、またはさもなければ集光するように構成することができる。光導管２４は透過コア６８を含む。光導管２４は、やはり、合焦光学部品３２に隣接して配置することができる。いくつかのシステムの実施形態２０は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0053】
光導管２４の入力表面３７は合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される。入力表面３７は、入力表面３７に実質的に中心をもつ凸状円柱レンズ要素８８で構成することができる。円柱レンズ要素８８は、光導管２４の入力表面３７に入射するビーム４６によって画定される面内に実質的に存在する曲率半径Ｒを有することができる。この構成は、遠視野パターン均質化を有効にするのに、そのような円柱レンズ要素８８では、光導管２４およびその入力表面３７の適切な回転方位が必要とされることがある点で望ましいことがある。いくつかの実施形態では、円柱レンズ要素８８の表面に合致する想像上の円柱（図示せず）の縦軸は、光導管の入力表面３７に当たるビーム４６の収束ビームレット軸４４によって形成される面に垂直である。特に、円柱レンズ要素の曲率半径Ｒが、入力表面に入射する複数の収束性合焦ビームによって画定される面内に実質的に存在しない場合、入力表面３７は、光導管２４からの遠視野パターン１０を均質化するのに有効でないことがある。いくつかの実施形態では、入力表面３７の円柱レンズ要素８８は約０．２ｍｍから約１．５ｍｍの曲率半径を有することができる。
【0054】
いくつかの実施形態では、光導管２４の入力表面３７の凸状円柱レンズ要素８８は光導管２４の透過コアの材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、光導管２４の入力表面３７の凸状円柱レンズ要素８８は透過コア６８から切り離された材料から形成することができ、機能する構成で透過コア６８に固定することができる。いくつかの事例では、光導管２４の入力表面３７の凸状円柱レンズ要素８８は、いくつかの実施形態では、約３００ミクロンから約９００ミクロンの曲率半径Ｒを有することができる。
【0055】
図２４および図２５は、光ファイバの凸状円柱レンズ要素の入力表面が凹状形状を有することを除いて、図２２および図２３のものと同様の光導管の実施形態２４を示す。そのような構成は、図２および図３に示された光学システム２０に同様に組み込むことができる。図２４および図２５の実施形態を組み込んだときの光学システム２０は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。出力ビーム４６は、中心発光体の中心出力軸のまわりで対称分布のそれぞれの発光体４２の出力軸４４に沿って生成され、伝搬する。光学システムの実施形態２０は、複数の発光体４２に動作可能に結合された合焦光学部品３２をさらに含む。合焦光学部品３２は、複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するか、またはさもなければ集光するように構成される。光導管２４は透過コアを含み、合焦光学部品３２に隣接して配置することができる。いくつかのシステムの実施形態２０は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体４２の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体４２の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0056】
光導管２４は、合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面３７を含む。入力表面３７は、入力表面３７に実質的に中心をもち、光導管２４に入射するビーム４６によって画定される面内に実質的に存在する曲率半径Ｒを有する凹状円柱レンズ要素９０を含む。いくつかの事例では、凹状円柱レンズ要素９０は、約０．２ｍｍから約１．５ｍｍの焦点距離を有することができる。いくつかの実施形態では、光導管２４の入力表面３７の凹状円柱レンズ要素９０は光導管２４の透過コア６８の材料中に形成することができる。いくつかの実施形態では、光導管２４の入力表面３７の凹状円柱レンズ要素９０は透過コア６８から切り離された材料中に形成することができ、機能する構成で透過コア６８に固定することができる。いくつかの事例では、光導管２４の入力表面３７の凹状円柱レンズ要素９０は、いくつかの実施形態では、約３００ミクロンから約９００ミクロンの曲率半径Ｒを有することができる。
【0057】
個別の入力送り込み角を有する光が供給される光導管２４の出力の遠視野パターン１０を均質化するための別の手段は、遠視野のホットスポットの位置をクールスポットに、またはその逆にシフトすることである。図２６は遠視野ビーム出力パターン１０の概略表示を示す。さらに、明るい領域またはリング１２、リング１４、またはリング９４、あるいはそれらの任意の組合せを遠視野中で低い強度の領域またはリング１７またはリング１８に重ね合わせることによって強度分布を実質的に平均化するために、明るいリング１２、リング１４、およびリング９４のシフトの可能な方向を外側方位で示す矢印９２が図２６に示されている。図２７は同じ遠視野パターン１０を示すが、矢印９６は遠視野パターンの分布１０を平均化するための明るい領域１４または領域９４あるいは両方の内側へのシフトを示す。遠視野パターンの様々な個別の領域のそのようなシフトは様々な方法によって達成することができる。１つのそのような方法は、光導管２４の入力表面３７へのいくつかのビーム４６の送り込み角をシフトすることを含む。
【0058】
図２８は、図２および図３に示された光学システム２０に組み込むことができる光学システム１００の一部を示す。そのような光学システム２０は、それぞれの発光体４２の出力軸４４に沿ってそれぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含むことができる。出力ビーム４６は、中心発光体の中心出力軸６２のまわりに対称分布で配置することができる。組み込まれたシステム２０は、複数の発光体４２に動作可能に結合され、発光体４２からの複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するように構成された合焦光学部品３２をさらに含むことができる。いくつかのシステムの実施形態２０は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体４２の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体４２の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0059】
合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面３７をもつ透過コア６８を有する光導管２４は、システム２０に含まれうる。光学シフト要素１０２は、一般に、複数の発光体４２と合焦光学部品３２との間に、または任意の他の好適な場所に配置することができる。光学シフト要素１０２は中心出力軸６２の一方の側にある出力ビーム４６の光軸４４をシフトするように構成することができる。いくつかの実施形態では、光学シフト要素１０２は、所望の厚さおよび平行な入出力表面を有するブロックを含むことができる。光学シフト要素１０２はくさびを含むこともできる。光学シフト要素１０２は、ガラス、シリカ、固体材料などのような屈折または透過光学材料で製作することができる。いくつかの実施形態では、光学シフト要素１０２は、出力表面１０６に平行、または実質的に平行な入力表面１０４を有することができる。いくつかの事例では、光学シフト要素のブロックの実施形態１０２は約０．５ｍｍから約２ｍｍの厚さを有することができる。
【0060】
図２８の説明図で分かるように、光学シフト要素１０２を通過する２つの上方のビーム４６は中心ビーム６４の方に内側に横方向にシフトされる。側方向に内側にシフトされた２つのビームは、互いに平行なままであり、かつ位置が側方向にシフトされなかったレーザ発光体棒状物２２からの他のビーム４６と平行なままである。所望の横方向シフトの量は、特定の実施形態および必要とされる遠視野パターンによって決まりうる。いくつかの実施形態では、内側シフトの量は、中心発光体と中心−１の発光体との間の角度ギャップ、および中心−１の発光体と中心−２の発光体との間の角度ギャップを埋めるように構成される。
【0061】
光学システム２０の光導管２４の出力からの遠視野ビームパターン１０を均質化するための手段の別の実施形態は、ビーム拡大のためのデバイスおよび方法を含むことができる。望遠鏡などのビーム拡大デバイスを使用して、ビーム４６を光導管２４に合焦する前に、レーザ発光体棒状物２２からの各ビーム４６を拡大して、隣接するビーム４６に接触させるか、または重ね合わせることができる。図２９はケプラー型望遠鏡のアレイ１１０の平面図を示し、その望遠鏡要素１１２の各々は凸状入力レンズ１１４および凸状出力レンズ１１６を有する。凸状入力レンズ１１４の各々は望遠鏡本体内のそれぞれのビーム４６を合焦するように構成される。次に、ビーム４６は、焦点１１８の後で入力ビームよりも大きい幅に拡大され、次に、凸状出力レンズ１１６によって再コリメートされうる。
【0062】
凸状入力レンズ１１４および凸状の出力レンズ１１６の焦点距離ならびにこれらのレンズの離隔は、それぞれのビーム４６の各々を望遠鏡構造体の側方向の境界まで拡大するように構成することができる。望遠鏡１１２は、さらに、各ビーム４６を拡大して、図２９のビーム光線追跡によって示されるように隣接するビーム４６に接触させる、ほとんど接触させる、または重ね合わせるように構成することができる。図３０は、望遠鏡アレイ１１０のうちの単一の望遠鏡要素１１２を通るビーム光線追跡を示す。各ビーム４６の拡大は、個々のビーム４６の大幅なまたは著しい発散または収束を加えることなしに望遠鏡要素１１２によって達成することができる。いくつかの実施形態では、望遠鏡アレイ１１０の望遠鏡要素１１２のピッチ１２０は、レーザ発光体棒状物２２のピッチ１２０、または望遠鏡要素１１０のアレイの入力側でのビーム４６のビームアレイのピッチ１２０に一致するように選択することができる。
【0063】
いくつかのシステムの実施形態２０は、それぞれの複数の実質的に平行な等間隔の出力ビーム４６を生成するように構成された複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２を含む。出力ビーム４６は、中心発光体の中心出力軸６２のまわりで対称分布のそれぞれの発光体４２の出力軸４４に沿って伝搬するように構成することができる。合焦光学部品３２は、複数の発光体４２に動作可能に結合され、発光体４２からの複数の実質的に平行な出力ビーム４６を合焦するか、またはさもなければ集光するように構成されうる。合焦光学部品３２の出力軸および合焦領域に動作可能に結合される入力表面３７を含む透過コア６８を有する光導管２４は、組み込まれるシステム２０にも含まれうる。望遠鏡アレイ１１０は、複数の直線的に間隔を置かれた発光体４２と合焦光学部品３２との間の光学システム２０の光学トレイン内に機能する構成で配置することができる。望遠鏡アレイ１１０は、ビーム４６を光導管２４に合焦する前に、レーザ発光体棒状物２２からの各ビーム４６を拡大して、隣接するビーム４６に接触させるか、または重ね合わせるように構成することができる。いくつかのシステムの実施形態は、ビーム軸４４に動作可能に結合することができる速軸コリメータ２６、遅軸コリメータ２８、または両方をさらに含む。速軸コリメータ２６は、各発光体の出力を速軸方向に実質的にコリメートするように構成することができ、遅軸コリメータ２８は、各発光体４２の出力を遅軸方向に実質的にコリメートするように構成することができる。
【0064】
一般に、望遠鏡アレイ１１０は、図２および図３に示された光学システム２０などの光学システム２０の光学トレイン内で、速軸コリメータ２６と合焦光学部品３２との間に位置づけることができる。いくつかの事例では、望遠鏡アレイ１１０は、光学システム２０のオプションのビームリフォーマッティング光学部品３４と遅軸コリメータ２８との間に配置することができる。いくつかの実施形態では、したがって、望遠鏡アレイ１１０は、オプションのビームリフォーマッティング要素または光学部品３４のすぐ隣に配置することができる。いくつかの実施形態では、遅軸コリメータ２８は望遠鏡アレイ１１０のどちらかの側に配置することができる。図２９に示された望遠鏡アレイ１１０はケプラー型望遠鏡１１２のアレイを含んでいるが、他の望遠鏡またはビーム拡大デバイスを一般に使用することができる。図３１は、ケプラー型望遠鏡のアレイに関して上述した方法と同じように使用することができるガリレイ型望遠鏡要素１２２の上面図を示す。ガリレイ型望遠鏡要素１２２の材料、寸法、構成、および配置は、ケプラー望遠鏡要素１１２のものと同じまたは同様とすることができる。望遠鏡要素１２２は凹状入力レンズ１２４および凸状出力レンズ１２６を含む。ビーム４６は、焦点を通過することなしに、望遠鏡要素１２２の物理的限界まで広がる。
【0065】
上述の詳細な説明に関して、本明細書で使用される同様の参照番号は、同じまたは同様の寸法、材料、および形状を有することができる同様の要素を表す。実施形態の特定の形態が図示および説明されているが、本発明の実施形態の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことできることは明らかであろう。したがって、本発明は前述の詳細な説明によって限定されるものではない。
【符号の説明】
【0066】
１０ 遠視野パターン１２ 高い強度の中心領域
１４ 高い強度の第１のリング
１６ 高い強度の光の第２のリング
１７ 第１の低い強度のリング
１８ 第２の低い強度のリング
２０ 光学システム
２２ レーザ発光体棒状物、レーザダイオード棒状物
２４ 光導管、光ファイバ
２６ 速軸コリメータ
２８ 遅軸コリメータ
３２ 合焦光学部品、合焦レンズ
３４ ビームリフォーマッティング光学部品
３６ 速軸方向
３７ 光ファイバの入力表面、光導管の入力表面
３８ 出力表面
４２ 発光体
４４ ビーム軸、出力軸
４６ 出力ビーム
４８ 遅軸方向
５２ 円柱レンズ要素
５４ ピッチ
５６ 透過ブロック
６２ 中心発光体の中心出力軸
６４ 中心ビーム
６６ 光ファイバのコアの光軸、光ファイバのコアの縦軸
６８ 光ファイバのコア
７０ クラッド
７２ 光ファイバコアの縦軸に垂直な面
７６ ファセット表面
７８ 正方形の入射ビーム
８０ ファセット境界
８２ ファセット表面
８４ 入力表面の光軸
８８ 凸状円柱レンズ要素
９０ 凹状円柱レンズ要素
１００ 光学システム
１０２ 光学シフト要素
１０４ 入力表面
１０６ 出力表面
１１０ ケプラー型望遠鏡のアレイ
１１２ 望遠鏡要素
１１４ 凸状入力レンズ
１１６ 凸状出力レンズ
１１８ 焦点
１２０ ピッチ
１２２ ガリレイ型望遠鏡要素
１２４ 凹状入力レンズ
１２６ 凸状出力レンズ