特許 6041868 光源をポンプレーザアレイとして組み合わせる方法及び装置

(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】6041868

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】光源をポンプレーザアレイとして組み合わせる方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/094 20060101AFI20161206BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/094

   H01S5/022

【請求項の数】7

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-513650(P2014-513650)

(86)(22)【出願日】2012年5月30日

(65)【公表番号】特表2014-515565(P2014-515565A)

(43)【公表日】2014年6月30日

(86)【国際出願番号】US2012039919

(87)【国際公開番号】WO2012166758

(87)【国際公開日】20121206

【審査請求日】2015年5月28日

(31)【優先権主張番号】13/118,939

(32)【優先日】2011年5月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】バティア，ヴィクラム

(72)【発明者】

【氏名】コブ，ジョシュア エム

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００３７６０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０９６８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 W.Clarkson, et. al.，“Two-mirror beam-shaping technique for high-power diode bars”，OPTICS LETTERS，１９９６年 ３月１５日，Vol.21, No.6，pp.375-377

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００−３／３０

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／２６

Ｇ０２Ｂ ６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１波長λ１のポンプ光を、第２波長λ２で発光するレーザに供給する装置において：
光を第１軸に沿って第１方向に誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第１レーザと、
光を前記第１軸に平行な第２軸に沿って誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第２レーザであって、前記第１及び第２軸により第１平面Ｐ１が定義される、前記第２レーザと、
前記第１波長λ１の合成光ビームを形成するように配置されるフィルタ装置と、
を備え、
前記フィルタ装置は、前記第１レーザと前記第２レーザから誘導された光の光路に配置される屈折材料である透明体の上に形成され、かつ：
（ｉ）前記フィルタ装置の第１表面に形成される第１フィルタであって、該第１フィルタが、前記第１及び第２軸に対して傾斜角で配置され、かつ前記第１波長λ１を透過し、そして前記第２波長λ２を反射する、前記第１フィルタと、
（ｉｉ）前記フィルタ装置の第２表面に形成される第２フィルタであって、前記第２表面が、前記第１表面に平行であり、前記第２フィルタが前記第１波長λ１を反射し、そして前記第２波長λ２を透過する、前記第２フィルタと、
（ｉｉｉ）前記フィルタ装置の前記第１表面の、前記第１フィルタの配置位置とは異なる位置に形成され、かつ前記第１フィルタと同一平面に在り、そして前記第１波長λ１を反射し、そして前記第２波長λ２を透過する第３フィルタと、
を有し、
前記フィルタ装置は、前記第１及び第２軸を、前記第１平面Ｐ１と直交し、かつ前記第１方向に平行である第２平面Ｐ２に沿って並ぶように再調整し、
前記フィルタ装置は更に、前記第１平面Ｐ１に平行である傾斜調整軸を有し、そして前記傾斜調整軸の回りの回転により、再調整された前記第１軸と前記第２軸との間の前記第２平面Ｐ２内の距離を調整する、
装置。

【請求項2】

更に、前記フィルタ装置の前記第２表面の、前記第２フィルタの配置位置とは異なる位置に形成され、かつ前記第１波長λ１を透過し、そして前記第２波長λ２を反射する第４フィルタを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記フィルタ装置の前記第１及び第２表面が略平行である、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

光を前記第１軸に平行な第３軸に沿って誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第３レーザをさらに備え、
前記第２フィルタは更に、前記第１及び第２レーザからの光を反射して、屈折して方向変更した前記第３軸上の光に一致させる、請求項１から３いずれか１項に記載の装置。

【請求項5】

第１波長λ１のポンプ光を、第２波長λ２で発光するレーザに供給する装置において：
光を第１軸に沿って第１方向に誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第１レーザと、
光を前記第１軸に平行な第２軸に沿って誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第２レーザであって、前記第１及び第２軸により第１平面Ｐ１が定義される、前記第２レーザと、
前記第１波長λ１の合成光ビームを形成するように配置されるフィルタ装置と、
を備え、
前記フィルタ装置は、前記第１および第２レーザから誘導された光の光路に配置される屈折材料である透明体の上に形成され、かつ：
（ｉ）前記フィルタ装置の第１表面に形成される第１短波長透過フィルタであって、該第１短波長透過フィルタが、前記第１及び第２軸に対して傾斜角で配置され、かつ前記第１波長λ１を透過し、そして前記第２波長λ２を反射する、前記第１短波長透過フィルタと、
（ｉｉ）前記フィルタ装置の第２表面に形成される第１長波長透過フィルタであって、前記第２表面が、前記第１表面に平行であり、前記第１長波長透過フィルタが前記第１波長λ１を反射し、そして前記第２波長λ２を透過する、前記第１長波長透過フィルタと、
（ｉｉｉ）前記フィルタ装置の前記第１表面の、前記第１短波長透過フィルタの配置位置とは異なる位置に形成され、かつ前記第１波長λ１を反射し、そして前記第２波長λ２を透過する第２長波長透過フィルタと、
を有し、
前記フィルタ装置は、前記第１及び第２軸を、前記第１平面Ｐ１と直交し、かつ前記第１方向に平行である第２平面Ｐ２に沿って並ぶように再調整し、
前記フィルタ装置は更に、前記第１平面Ｐ１に平行である傾斜調整軸を有し、そして前記傾斜調整軸の回りの回転により、再調整された前記第１軸と前記第２軸との間の前記第２平面Ｐ２内の距離を調整する、
装置。

【請求項6】

複数のレーザ光源からの第１波長λ１のポンプ光を光ファイバに結合させる装置において、該装置は：
光を第１軸に沿って第１方向に誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第１レーザと、
光を前記第１軸に平行な第２軸に沿って誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第２レーザであって、前記第１及び第２軸により第１平面Ｐ１が定義される、前記第２レーザと、
前記第１波長λ１の合成光ビームを形成するように配置されるフィルタ装置であって、前記フィルタ装置が、記第１および第２レーザから誘導された光の光路に配置される屈折材料である透明体の上に形成され、かつ：
（ｉ）前記フィルタ装置の第１表面に形成される第１フィルタであって、該第１フィルタが、前記第１及び第２軸に対して傾斜角で配置され、かつ前記第１波長λ１を透過し、そして前記第２波長λ２を反射する、前記第１フィルタ、
（ｉｉ）前記フィルタ装置の第２表面に形成される第２フィルタであって、前記第２表面が、前記第１表面に平行であり、前記第２フィルタが前記第１波長λ１を反射し、そして前記第２波長λ２を透過する、前記第２フィルタ、
（ｉｉｉ）前記フィルタ装置の前記第1表面の、前記第１フィルタの配置位置とは異なる位置に形成され、前記第１フィルタと同一平面に在り、かつ前記第１波長λ１を反射し、そして前記第２波長λ２を透過する第３フィルタ、
（ｉｖ）前記フィルタ装置の前記第２表面の、前記第２フィルタの配置位置とは異なる位置に形成され、前記第１波長λ１を透過し、そして前記第２波長λ２を反射する第４フィルタであって、前記フィルタ装置が、前記第１及び第２軸を、前記第１平面Ｐ１と直交し、かつ前記第１方向に平行である第２平面Ｐ２に沿って並ぶように再調整する、前記第４フィルタ、および
（ｖ）前記第１平面Ｐ１に平行であり、かつ調整され、反射され、方向変更した前記第１軸と方向変更した前記第２軸との間の前記第２平面Ｐ２内の距離を調整するために回転することができる傾斜調整軸、
を有する、前記フィルタ装置と、
前記第１及び第２表面のうちの１つ以上の表面の少なくとも一部と並んで配置されて、前記第２波長λ２の光を吸収する１つ以上の吸光体と、
前記合成光ビームを光ファイバに誘導するように配置されるコンバイナレンズと、
を備える、装置。

【請求項7】

前記第１及び第２軸は互いから等距離で第１距離だけ離れており、そして再調整されたこれらの軸は、互いから等距離で前記第１距離よりも短い第２距離だけ離れている、請求項６に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０１１年５月３１日に出願された米国特許出願第１３／１１８，９３９号の優先権の利益を主張するものであり、この特許出願の内容は、本明細書で参照することにより、当該出願の内容全体が援用され、そして本明細書に組み込まれる。

【技術分野】

【0002】

本発明は概して、複数光源からの光を合成する光学装置に関するものであり、更に詳細には、複数のレーザ光源を、励起レーザとの干渉のような干渉からの或るレベルの保護を確保した状態で空間的に組み合わせる装置及び方法に関するものである。

【背景技術】

【0003】

レーザ及び他の固体光源を組み合わせる多くの用途が存在する。一般的に、或る用途において、単一のレーザ光源から放射することができるパワーよりも大きなパワーが必要とされる場合、一般的な解決策では、同じ波長の２つ以上のレーザからの光を合成する。追加のレーザ群は物理的に異なる位置にあるので、レーザ出力ビーム群を合成し、そして積み重ねて、合成出力ビームの “ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ（デッドスペース）” を出来る限り無くすことが必要になる。

【0004】

レーザ群をこのようにして組み合わせる場合、組み合わせた光源を出来る限り小さくして（すなわち、エテンデューを可能な限り最も小さくして）、合成ビームのエネルギーを別の光学系に効果的かつ効率的に集光し、そして伝達することができるようにする。レーザ群が偏光光を放出する場合、これらのレーザを組み合わせるという通常の解決策は、偏光光学素子及び偏光面を用いる偏光合成である。波長差を利用しても偏光状態を利用してもレーザ光の合成には使用することができない場合、空間的組み合わせを用いる必要がある。空間的組み合わせでは、複数レーザ光源及び光軸方向変更光学系をコンパクトで正確な配置になるように位置決めして、合成ビーム群を出来る限り近接して詰め込んで、エテンデューを可能な限り小さくしながら光源エネルギーを供給する必要がある。

【0005】

複数光源の空間的組み合わせが特に肝心となる１つの用途は、ファイバレーザのポンプ励起である。ファイバレーザでは、活性利得媒体は、適切な希土類元素がドープされた光ファイバである。ポンプエネルギーは、多数の種類の光源から、例えば利得媒体にファイバ接続される一連の複数レーザダイオードを用いて供給することができる。多数のポンプ光源を用いることにより、より大きい光パワーを利得媒体に導くことができる。多数のレーザ光源を用いることによっても、ポンプレーザ群の各ポンプレーザを、所定のアンプ利得に対応するより低いパワーレベルで動作させることができるので、これらのポンプレーザの寿命を伸ばすことができ、従ってアンプの信頼性を高めることができる。これによって更に、ポンプレーザ群のうちの１つのポンプレーザが故障した場合に、或る程度の冗長性を持たせることができる。

【0006】

ポンプエネルギーには１つの波長しか必要としないので、個々の光源を正確に整合させる必要があり、実際にはレーザダイオード群が選択される。しかしながら、レーザダイオード群は、断面が円形のビーム、すなわち中心軸の回り高い対称性を有するエネルギー分布を持つビームを供給することができない。その代わり、出力光のアスペクト比は、著しく異なる発散角を直交方向に持つ状態で高い非対称性を示すので、ビームの幅（“ｆａｓｔ（高速）”軸に沿った）の数倍とすることができる長さ（“ｓｌｏｗ（低速）”軸に沿っていると考えられる）を有する出力ビームを生成する。この非対称性により、ビームを構成する出力ビーム群を出来る限り密に重ね合わせて、更に対称に近いアスペクト比を持つ合成ビームを形成することが望ましい。制限要素として、ポンプエネルギーを受光する入力光ファイバは非常に小さい開口数（Ｎ．Ａ．）を有し、これにより、入力合成ビームの角度範囲が制限され、そして成分ビーム群の間のデッドスペースを出来る限り無くすことが望ましい。

【0007】

複数レーザ光源を組み合わせてポンプレーザとして使用するために実施されてきた、または提案されてきた種々の解決策の中でもとりわけ、垂直方向にずらして配置されるレーザダイオード群及び対応するミラー群を備えるモジュール式ポンプモジュールがある。図１Ａ及び１Ｂは、この種類の代表的なポンプモジュール１０の上面図及び側面図をそれぞれ示している。この手法では、３つのレーザ１２ａ，１２ｂ，及び１２ｃの各レーザは、ビームを、対応するシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂ，及び１４ｃを通過してミラー１６ａ，１６ｂ，及び１６ｃにそれぞれ到達するように誘導する。フィルタ３０は、以下に更に詳細に説明するように、戻り光ＦＢからの保護対策を実現する。次に、合成ビーム２８をレンズ１８で光ファイバ２０に集光させてポンプエネルギーとして使用する。また、これらの図には示していないが、更に別のレンズを各レーザ１２ａ，１２ｂ，及び１２ｃの端部に設ける。

【0008】

図を分かり易くするために垂直方向距離を意図的に誇張して描いている図１Ｂの側面図が示しているように、レーザ１２ａ，１２ｂ，及び１２ｃ、及びこれらのレーザに対応するシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂ，及び１４ｃ、及びミラー１６ａ，１６ｂ，及び１６ｃは、垂直方向にずらして配置される。反射素子をこのように配置すると、ビームを構成する出力ビーム群の間にずれ許容余裕度が殆ど残らない。レーザ１２ａからの光は、例えばミラー１６ｂの上部で取り出される。同様に、レーザ１２ｂからの光は、例えばミラー１６ｃの上部で取り出される。図１Ａの挿入図Ｗは、合成ビーム２８が、出力ビーム２２ａがレーザ１２ａから、出力ビーム２２ｂがレーザ１２ｂから、そして出力ビーム２２ｃがレーザ１２ｃから放出される状態で形成される過程を示している。或る程度のデッドスペース２４が出力ビーム群の間に、これらのビームが折り返しミラー１６ｂ及び１６ｃを通過するために必要な許容範囲を設けるために必要になる。

【0009】

図１Ａ及び１Ｂを参照して説明した解決策は有効であることが立証されたが、改善の余地は残っている。製造許容誤差は非常に小さく、製造バラツキの余裕が殆ど無い。各部品を正確に位置合わせして、ミラー１６ａ，１６ｂ，及び１６ｃからの光を正しく方向変更する必要がある。各レーザ光は、異なるミラーで反射されるので、ミラー１６ａ，１６ｂ，及び１６ｃの間の発熱バラツキが、系の位置合わせ状態に動作中に悪影響する。極めて重要なことであるが、実用的な理由から、この種類の解決策によって、少ない数のレーザしか、３つ、またはそれよりも少ないレーザしか組み合わせることができない。複合出力ビームのアスペクト比は、合成系の設計により決定される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

テーパ付きライトパイプを用いる、または様々な配置の合成ミラーを用いるようなビーム整形及びビーム合成に関する他の提案解決策は、必要なものが不足し、そして例えば組み合わせることができるレーザの数及び配置が制限されることにより、または結果として得られるビームのアスペクト比が固定されることにより他の制約をもたらす。レーザポンプ光の個別の光ビームを合成するこれらの従来の解決策は、ファイバレーザ自体により生成される戻り光によるダメージが生じる可能性があるという問題を解決することができない。レーザにおいて生成される高パワーのレーザ光は、ポンプレーザ波長とは異なり、通常、より長い波長である。ごく少量のこのファイバレーザ光がポンプレーザに戻る方向に進む場合でも、ポンプレーザに対するダメージが生じてしまう。この問題を解消するために、ポンプレーザダイオードモジュールの製造業者は通常、１つ以上のフィルタをポンプモジュールの出力に付加して、ファイバレーザからの如何なる戻り光も減衰させる。図１Ａは、この目的のために合成ビーム２８の経路に沿って設けられるフィルタ３０によって戻り光ＦＢを減衰させ、そして阻止する様子を示している。しかしながら、この解決策によって、コスト及び部品がポンプ光モジュールの設計に付加される。

【0011】

一般的に、より効果的に、不所望な波長をフィルタで減衰させ、そして所望の波長をフィルタで透過させると、フィルタがより複雑になり、かつフィルタのコストが高く付く。非常に急峻な遷移領域を透過と反射との間に有するフィルタはまた、不所望な波長に亘って一層顕著な“ｒｉｎｇｉｎｇ（リンギング）”またはリップルを示す。更に、例えばフィルタ表面の微小領域に集中するエネルギーレベルが高いことに起因するフィルタ性能の経時的な低下によって、この解決策が幾つかの用途において満足の行くものではなくなり、そして素子寿命が短くなる。

【0012】

従って、光源群を空間的に組み合わせる方法及び装置が必要であり、当該方法及び装置が、可変数のレーザダイオードまたは他のレーザ光源への使用に適合し、そして当該方法及び装置によって、ファイバレーザまたは他の励起レーザ光源からの戻り光を減少させる、または無くす際の問題を解決し易くなる必要があることが分かる。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の目的は、レーザビーム合成の技術を発展させることにある。この目的を念頭に置いて、本開示は、第１波長λ１のポンプ光を、第２波長λ２で発光するレーザに供給する装置を提供するものであり、前記装置は：
光を第１軸に沿って第１方向に誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第１レーザと、
光を前記第１軸に平行な第２軸に沿って誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第２レーザであって、前記第１及び第２軸により第１平面が定義される、前記第２レーザと、
前記第１波長λ１の合成光ビームを形成するように配置されるフィルタ装置と、
を備え、
前記フィルタ装置は、前記誘導光の光路に配置される透明体の上に形成され、そして：
（ｉ）前記フィルタ装置の第１表面に形成される第１フィルタであって、該第１フィルタが、前記第１及び第２軸に対して傾斜角で配置され、かつλ１を透過し、そしてλ２を反射する、前記第１フィルタと、
（ｉｉ）前記フィルタ装置の第２表面に形成される第２フィルタであって、前記第２表面が、前記第１表面に平行であり、前記第２フィルタがλ１を反射し、そしてλ２を透過する、前記第２フィルタと、
（ｉｉｉ）前記フィルタ装置の前記第１表面に形成され、かつ前記第１フィルタと同一平面に在る第３フィルタであって、該第３フィルタが、λ１を反射し、そしてλ２を透過する、前記第３フィルタと、
を有し、
前記フィルタ装置は、前記第１及び第２軸を、Ｐ１と直交し、かつ前記第１方向に平行である第２平面Ｐ２に沿うように再調整する。

【0014】

別の実施形態では、本発明は、第１波長λ１のポンプ光を、第２波長λ２で発光するレーザに供給する装置を提供するものであり、該装置は：
光を第１軸に沿って第１方向に誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第１レーザと、
光を前記第１軸に平行な第２軸に沿って誘導するように励起できる、前記第１波長λ１の第２レーザであって、前記第１及び第２軸により第１平面Ｐ１が定義される、前記第２レーザと、
前記第１波長λ１の合成光ビームを形成するように配置されるフィルタ装置と、
を備え、
前記フィルタ装置は、前記誘導光の光路に配置される透明体の上に形成され、そして：
（ｉ）前記フィルタ装置の第１表面に形成される第１短波長透過フィルタであって、該第１短波長透過フィルタが、前記第１及び第２軸に対して傾斜角で配置され、かつλ１を透過し、そしてλ２を反射する、前記第１短波長透過フィルタと、
（ｉｉ）前記フィルタ装置の第２表面に形成される第１長波長透過フィルタであって、前記第２表面が、前記第１表面に平行であり、前記第１長波長透過フィルタがλ１を反射し、そしてλ２を透過する、前記第１長波長透過フィルタと、
（ｉｉｉ）前記フィルタ装置の前記第１表面に形成される第２長波長透過フィルタであって、該第２長波長透過フィルタがλ１を反射し、そしてλ２を透過する、前記第２長波長透過フィルタと、
を有し、
前記フィルタ装置は、前記第１及び第２軸を、Ｐ１と直交し、かつ前記第１方向に平行である第２平面Ｐ２に沿うように再調整する。

【0015】

本発明の特徴は、短波長透過フィルタ素子及び長波長透過フィルタ素子を組み合わせて使用して、合成ポンプ光ビームを個々の成分ビーム群から形成することである。

【0016】

本発明の利点は、個々の成分ビーム群から形成される合成ビームのアスペクト比を調整することができ、そしてこれらの成分ビームの間のデッドスペースの距離を増減させることができる能力である。

【0017】

本発明の別の利点は、可変数のレーザ光源からの光を合成することができ、そしてこれらの光源に対する保護レベルを、極めて高価なフィルタを必要とすることなく向上させることができる本発明の能力である。

【0018】

開示される発明の他の所望の目的、特徴、及び利点は、この技術分野の当業者には想到することができる、または明らかになる。本発明は添付の請求項により規定される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1A】レーザ群を組み合わせて合成ビームを供給する従来のレーザポンプモジュールの上面ブロック図である。

【図1B】レーザ群を組み合わせて合成ビームを供給する図１Ａに示す従来のレーザポンプモジュールの側面ブロック図である。

【図2A】従来の光学フィルタのスペクトル特性を示すグラフであり、急峻な遷移領域から離れた位置の波長におけるリップルを示している。

【図2B】本発明の１つの実施形態によるフィルタ装置の動作原理を示す簡易斜視模式図である。

【図2C】光を、フィルタ装置を用いて合成する装置を示し、そして本発明の１つの実施形態による光路を示す斜視模式図である。

【図2D】図２Ｃに示す光合成装置の上面図である。

【図2E】図２Ｃに示す光合成装置の後面図である。

【図3A】本発明の１つの実施形態による図２Ｂ〜２Ｅのフィルタ装置における短波長透過フィルタのスペクトル特性曲線を示すグラフである。

【図3B】本発明の１つの実施形態による図２Ｂ〜２Ｅのフィルタ装置における長波長透過フィルタのスペクトル特性曲線を示すグラフである。

【図4】光を、フィルタ装置を用いて合成する装置の斜視図であり、成分光ビーム群の間の距離を調整するための傾斜調整軸を示している。

【図5】傾斜角が合成光ビームの間隔及びアスペクト比に与える影響を示すブロック断面図である。

【図6A】フィルタ装置が２つの別の傾斜角になっている状態の合成出力ビームの空間形状の断面図である。

【図6B】フィルタ装置が２つの別の傾斜角になっている状態の合成出力ビームの空間形状の断面図である。

【図7】合成装置が３個よりも多くのレーザ光源を有する構成の別の実施形態を示す斜視図である。

【図8】図７の別の実施形態における光路を示す上面図である。

【図9】合成装置が３個よりも多くのレーザ光源を有する構成の別の実施形態を示す斜視図である。

【図10】図９の別の実施形態における光路を示す上面図である。

【図11】反射出力ビームを有する別のバージョンを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本明細書において示され、そして説明される図は、種々の実施形態による光学装置の動作及び製造の重要原理を例示するために提供され、そして多数のこれらの図は、実際のサイズまたは寸法を示すつもりで描かれていない。ある程度誇張して、基本的な構造関係または動作原理を強調する必要がある。例えば、幾つかの同一平面構造を互いから若干ずらして、これらの構造が重なり合う箇所が見えるようにしている。

【0021】

本開示に関連して、“ｔｏｐ”及び“ｂｏｔｔｏｍ”または“ａｂｏｖｅ”及び“ｂｅｌｏｗ”という用語は、相対関係を表わす用語であり、構成要素または表面の何れかの必要な向きを決して示唆している訳ではなく、構成要素内の、または材料ブロック内の反対側の表面または異なる光路を指すためにのみ、そして区別するためにのみ使用されるに過ぎない。同様に、“ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ”及び“ｖｅｒｔｉｃａｌ” という用語は、種々の形状物に対する相対的な状態を指すために使用することにより、異なる平面で位置合わせされる構成要素群または光ビーム群の相対的な直交関係を表わすことができ、例えば、真の水平方向及び垂直方向の向きについて必要とされる構成要素の何れかの向きを決して示唆している訳ではない。

【0022】

これらの用語が用いられる場合、“ｆｉｒｓｔ”，“ｓｅｃｏｎｄ”などの用語は、必ずしも何れかの普通の意味における関係、または優先順位関係を指しているのではなく、１つの要素または時間区間を別の要素または時間区間から、より明確に区別するために使用される。固定された“ｆｉｒｓｔ”要素または“ｓｅｃｏｎｄ”要素は、本明細書において教示されるものには含まれず；これらの表現は、本開示の関係では、１つの要素を別の類似の要素から明確に区別するために使用されるに過ぎない。同様に、フィルタ指示記号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，及びＦ４は、異なるフィルタをこれらの図中に、そして以下の説明中に特定するために割り当てられ、そしてフィルタ機能を特定し易くしている；普通の意味における関係、または優先順位関係は、或いは光路における必要な順序は、この部品番号付けに暗示されていない。

【0023】

本発明に関連して、特定の波長を“ｒｅｆｌｅｃｔ（反射する）”または特定の波長に対して反射性を有すると考えられる表面は、当該波長の入射光の少なくとも約９５％を反射する。特定の波長を“ｔｒａｎｓｍｉｔ（透過する）”または特定の波長に対して透過性を有すると考えられる表面は、当該波長の入射光の少なくとも約８０％を透過する。光フィルタに関連して、“ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅ ｐａｓｓ”，“ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｐａｓｓ”及び“ＳＷＰ”という用語は同じ意味を持つと考えられ；同様に、“ｌｏｎｇ ｗａｖｅ ｐａｓｓ”，“ｌｏｎｇ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｐａｓｓ”及び“ＬＷＰ”という用語は同じ意味を持つと考えられる。

【0024】

本発明に関連して、 “ｏｂｌｉｑｕｅ ａｎｇｌｅ（傾斜角）”というフレーズを用いて、法線方向以外の角度を指す、すなわち傾斜していて法線とは異なる状態、すなわち９０度から、または９０度の整数倍から、少なくとも１つの軸に沿って少なくとも約２度以上異なる状態を指す。傾斜角は、この一般的定義を用いて９０度未満とすることができる。

【0025】

本発明の実施形態は、ファイバレーザまたは他の種類のレーザのレーザポンプ光を、複数のレーザ光源から放出される光に基づいて形成される合成ビームとして供給する装置及び方法を提供する。本発明の実施形態は更に、ポンプレーザ光源を、ファイバレーザまたは他の種類の励起レーザからの漏洩光からフィルタで保護することができる。

【0026】

図１Ａに戻ってこの図を参照するに、フィルタ３０の機能は、ポンプ光源であるレーザ１２ａ，１２ｂ，及び１２ｃからの光を透過させ、そして高出力ポンプレーザからの戻り光ＦＢを阻止することである。理想的には、ポンプ光の全てを透過させ、そして戻り光ＦＢの全てを阻止する。光学技術分野の当業者の良く知るところであるが、１つの波長領域でほぼ１００％の透過率を有し、そして異なる波長領域でほぼ１００％の減衰率を実現する高性能フィルタは非常に高価であり、そして大きなリップルを、尖鋭な端面から取り出される光の波長領域において発生させる場合が多いスペクトル特性を有する。

【0027】

一例として、図２Ａは、短波長透過フィルタのスペクトル特性曲線８０を示し、百分率表示の反射率を波長に対してプロットしている。曲線８０は、９９０ｎｍ近傍の低反射率と１０１０ｎｍ近傍を過ぎる位置での高反射率との間の急峻な遷移領域を示している。この種類のフィルタを用いて、例えば９９０ｎｍのポンプ光を必要とし、かつ１０３０ｎｍ以上の波長の高出力レーザ光を放出するレーザからの戻り光ＦＢを減衰させることができる。しかしながら、実際には、１０３０ｎｍレーザのレーザポンプ光は、発光波長から５０ｎｍ以上離れた通常用途における９７６ｎｍのような異なる波長の光となってしまう。図２Ａを再度参照するに、スペクトル特性曲線８０は、９７６ｎｍ近傍の光に対して殆ど２０％に近い反射率を示している。従って、このようなフィルタによる戻り光ＦＢの除去率が高いにも拘らず、スペクトル特性曲線８０における極めて大きなリップルはまた、レーザ励起に必要なポンプ光（９７６ｎｍ）を減衰させてしまうという思いもよらない影響をもたらす。

【0028】

リップルの影響を低く抑えながらコストを抑え、かつ高性能を実現する１つの方法では、一連の低コストフィルタを“ｓｔａｃｋｅｄ（積層）”手法で使用し、この積層手法では、２つ以上のフィルタを、光路に沿って順番に配置する。減衰させる場合、積層フィルタの正味の効果は増倍し；この場合、第１及び第２フィルタはそれぞれ０．０１の透過率を有し、これらのフィルタを積層して組み合わせると、０．０００１の合計透過率が得られる。更に、低性能フィルタは普通、図２Ａの例において図示されるよりも目立たない大きさのリップルを持つ。この積層フィルタ手法により、低性能フィルタの利点を生かし易くなる；しかしながら、この積層フィルタ手法は、構成部品群が設計に付加されるだけでなく、光学アセンブリに対応して容積を付加するか、または“ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ（設置面積）”を加える必要があるので、レーザポンプモジュール設計には実用的ではなくなってしまう。

【0029】

本発明の実施形態は、レーザポンプ光を、戻り光を低減または無くしながら、光ファイバにより得られる適切なフィルファクタを実現するように効率的に合成する際の問題を解決する。これらの機能は、小型パッケージに収納される透過フィルタ及び反射フィルタからなる機構を利用して行なわれる。有利な点として、本発明の実施形態において提供される本発明による解決策によって、急峻な遷移領域を必要としないフィルタ群を、不所望な波長を大幅に減衰させながら使用することができる。更に、本発明の実施形態により、多数のポンプレーザからの光を光ファイバの開口部に誘導する、または開口数が小さい他の或る系の入力に誘導する或る程度の調整が可能になる。

【0030】

図２Ｂの簡易模式図は、フィルタ装置４０を用いる合成装置６０の構成要素群を示し、そしてレーザ光の関連する光路を示しており、この場合、フィルタ群で不所望な波長を減衰させ、そして光を再調整して合成光ビーム５０を形成する。フィルタ表面の間の距離を誇張して描いて、光路を方向変更する原理を示している。動作原理を示すために、２個のレーザ１２ａ及び１２ｂのみが図示され、各レーザを励起して光を誘導することにより、光がシリンドリカルレンズ１４ａ及び１４ｂを通って、対応する軸Ａ及びＢにそれぞれ沿って伝搬するようにする。レーザ１２ａ及び１２ｂは波長λ１の光を放出し、この光を利用してレーザポンプ光を、光ファイバ２０を経由して供給する。フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、及びＦ４を形成し、そして配置することにより、波長光λ１を、図２Ｂに示す光路に収まるように選択的に保持し、そして波長光λ２を当該光路から外す。フィルタＦ１〜Ｆ４は、ガラスプレートまたはガラスブロックのような透明屈折体６８の表面に形成されて、光路の屈折を生じさせることにより、軸Ａが屈折して屈折体６８内の方向変更軸Ａ１となり、そして軸Ｂが屈折して屈折体６８内の方向変更軸Ｂ１となる。任意の第１フィルタＦ１は、第１軸Ａ及び第２軸Ｂに対して傾斜角で配置される短波長透過フィルタであり、そしてより短い波長λ１を透過し、そしてより長い波長λ２を反射する。第２フィルタＦ２は、第１フィルタＦ１から離間配置され、かつ第１フィルタＦ１に平行である。フィルタＦ２は、より短い波長λ１を反射し、そしてより長い波長λ２を透過する長波長透過フィルタである。第３長波長透過フィルタＦ３は、任意の短波長透過フィルタＦ１と同一平面に在り、かつλ１を反射し、そしてλ２を透過する。第４短波長透過フィルタＦ４は、より短い波長λ１を透過し、そしてより長い波長λ２を反射する。これらの構成部品を適正に離間させた状態で、フィルタ装置４０は、最初に第１平面に沿うように調整される方向変更軸Ａ１及びＢ１を、軸Ａ及びＢからなる第１平面と直交し、かつ軸Ａ及びＢに平行に延在する第２平面に沿うように再調整する。同一平面（ｃｏｐｌａｎａｒ）とは；平行な第１及び第２薄膜フィルタが、第１フィルタの任意の層が、第２フィルタの任意の層を含む同じ平面に沿って延在する場合に同一平面であると考えることができるという従来通りの意味を持っている。

【0031】

本明細書において提示される説明及び例では、ポンプレーザ１２ａ，１２ｂの波長λ１は、励起レーザ波長λ２よりも短いと仮定する。これは通常、ポンプレーザの場合に当てはまる；しかしながら、本発明のフィルタ装置４０は、λ１がλ２よりも大きく、フィルタＦ１〜Ｆ４のスペクトル特性がそれに応じて変化する別の状況に対応して設計することができることを容易に理解できる。何れの状況においても、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、及びＦ４を形成し、そして配置することにより、波長光λ１を図２Ｂに示す光路に収まるように選択的に保持し、そして波長光λ２を当該光路から外すことができる。

【0032】

図２Ｂの２レーザモデルを拡張して、３個以上の励起レーザを組み合わせることができ、この場合、フィルタリングを行なって、これらのポンプレーザを戻り光エネルギーから保護する。図２Ｃのそれぞれの斜視ブロック図、及び図２Ｄの対応する上面図、及び図２Ｅの後面図を参照するに、本発明の１つの実施形態によるフィルタ装置４０を用いるレーザポンプモジュールの合成装置６０が図示されている。ポンプレーザアレイ７０のポンプレーザ１２ａ，１２ｂ，及び１２ｃの各ポンプレーザは、光をフィルタ装置４０の入射面３６に向けて放出する。ポンプレーザ１２ａは、発光軸Ａに沿って発光し；ポンプレーザ１２ｂは、発光軸Ｂに沿って発光し；そしてポンプレーザ１２ｃは、発光軸Ｃに沿って発光する。ポンプレーザ１２ａ，１２ｂ，及び１２ｃは、第１波長λ１の光を放出し；この光を励起レーザ３２のポンプ光として利用し、この励起レーザ３２が、図２Ｄに示す第２波長λ２の光を放出する。励起レーザ光は通常、供給されるポンプ光よりも波長が長い。励起レーザ３２は、本発明の１つの実施形態によるファイバレーザである。各レーザ１２ａ，１２ｂ，及び１２ｃからの光は誘導されて、当該レーザに対応するシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂ，及び１４ｃをそれぞれ通過する。フィルタ装置４０は、ガラスプレートのような透明体または透明プレート４２に形成される。第１波長λ１の光は、任意の短波長透過フィルタＦ１を透過し、そして透明プレート４２の屈折材料に入射する。フィルタ装置４０内の長波長透過フィルタＦ２とＦ３との間で続いて反射されると、そして短波長透過フィルタＦ４で順次フィルタリングされると、最初に平行に透過し、そして第１平面にあるように、または第１方向に向くように互いに調整されたレーザビーム群は、第１平面と略直交する、すなわち直角から約＋／−２度の範囲に収まる角度で交わる第２平面に沿うように、または第２方向に向くように互いに再調整される。励起レーザ３２からの第２波長λ２の迷光となる戻り光ＦＢは必ず、フィルタ装置４０内の光路から、短波長透過フィルタＦ４で反射され、長波長透過フィルタＦ２及びＦ３を透過し、そして任意の短波長透過フィルタＦ１で反射されることにより除去される。戻り光ＦＢをこのように除去することにより、フィルタ装置４０の表面を利用して多数の積層フィルタで保護するときの影響をエミュレートすることができる。

【0033】

図２Ｄの上面図では、放出されるレーザビーム群の軸は、軸Ａ，Ｂ，及びＣを含む第１平面Ｐ１を定義する第１方向に沿うように調整される（第１平面は、図２Ｃの図では、略水平面であり、そして図２Ｄのページの平面に在る）。発光軸Ａ，Ｂ，及びＣは、平面Ｐ１において互いから等距離に位置し、かつ図２Ｄに示す軸間距離２６だけ離間している。フィルタ装置４０の出力では、合成ビーム群は第２直交方向に並ぶように再調整される、すなわちこれらの軸が直交平面Ｐ２（図２Ｄに示すように、ページから垂直な方向に飛び出し、かつ図２Ｅに表現されている）に沿って並ぶように調整され、そして平面Ｐ２にあるフィルタリングされた合成光のこれらの軸の間の距離は、平面Ｐ１にある入射光の軸間距離２６よりも短い。これらの合成ビームは、合成光ビーム５０を合成軸Ｃ２に沿って形成する。これらの成分ビームは、図１Ａの例における差し込み図Ｗに図示されているように、この方向に離間して位置している。図２Ｄ、及び以下に続く上面から見た同様の図を参照するに、フィルタＦ１及びＦ３は、より見え易くするために互いからずらして図示されている。本発明の実施形態では、フィルタＦ１及びＦ３は、同一平面に在る。

【0034】

従って、図２Ｂを参照して説明される基本パターンに続いて、図２Ｃ、及び更には図２Ｄ及び２Ｅの上面図及び後面図は、合成装置６０内の光ビーム群がフィルタ装置４０内で連続的にシフトし、そして１つのフィルタから次のフィルタに誘導される過程を示している。軸Ａに沿った光は、屈折し、そしてプレート４２内または他の屈折体内を、方向変更軸Ａ１に沿って、後面５４に形成される長波長透過後面フィルタＦ２に向かって伝搬する。レーザ１２ａから放出されて軸Ａ１に沿って進む第１波長λ１の光は、長波長透過フィルタＦ２で反射されて、長波長透過前面フィルタＦ３に向かって伝搬する。次に、光軸Ａ１は、レーザ１２ｂから軸Ｂに沿って放出されるこの場合も同じ第１波長λ１の光の入射点の直ぐ下の前面フィルタＦ３に入射する。後面フィルタＦ２及び前面フィルタＦ３は共に、光源１２ａ〜１２ｃからの波長λ１の光を反射してフィルタ装置４０内に戻し、そして励起レーザ３２からの発光レーザ波長λ２の光を透過してフィルタ装置４０から外側に出射するように処理される、またはその他には、形成される。図２Ｃに示すように、軸Ｂに沿った光は、プレート４２に、長波長透過前面フィルタＦ３の縁部の直ぐ上の位置、または縁部を超えた直ぐ傍の位置で入射する。次に、プレート４２で屈折すると、入射光は軸Ｂから、方向変更軸Ａ１に並ぶように調整される方向変更軸Ｂ１に方向変更し、軸Ａ１及びＢ１の調整方向は、軸Ａ、Ｂ、及びＣの初期調整方向（平面Ｐ１）と直交する。

【0035】

図２Ｃ、２Ｄ、及び２Ｅに示す光路についての説明を続けると、第１波長λ１の光の光軸Ａ１及びＢ１は、長波長透過後面フィルタＦ２で反射されて前面フィルタＦ３に向かって戻される。この時点で、光軸Ａ１及びＢ１は、長波長透過前面フィルタＦ３により、軸Ｃに沿ったレーザ１２ｃからの光の入射点の直ぐ下で反射される。この場合も同じく、図２Ｃに示すように、軸Ｃに沿った光はプレート４２に、前面フィルタＦ３の縁部の直ぐ上の位置、または縁部を超えた直ぐ傍の位置で入射する。次に、プレート４２で屈折すると、入射光は軸Ｃから、方向変更軸Ａ１及びＢ１と方向が一致する方向変更軸Ｃ１に方向変更し、軸Ａ１、Ｂ１、及びＣ１の調整方向は、軸Ａ、Ｂ、及びＣの初期調整方向（平面Ｐ１）と直交する。図２Ｃ、２Ｄ、及び２Ｅの３つのレーザ形態では、方向変更軸Ａ１、Ｂ１、及びＣ１に沿った波長λ１の光は同じようにして、長波長透過後面フィルタＦ２により反射されて前面フィルタＦ３に向かい、そしてプレート４２から、短波長透過フィルタＦ４を通って出射されることにより、合成光ビーム５０を形成する。任意のレンズ４８は、図１Ａに示したように、合成光ビーム５０を、光ファイバまたは他の素子に向かって、励起レーザ３２に向かう方向に集光させる。

【0036】

図２Ｃ〜２Ｅに示す実施形態における各光路を辿ると、各光路が全ての４つのフィルタＦ１〜Ｆ４に至る様子が分かる。レーザ光源１２ａ〜１２ｃの各レーザ光源からの入射光は、短波長透過フィルタＦ１及びＦ４の各短波長透過フィルタに１回だけ入射する。レーザ１２ｃから延びる光路Ｃ〜Ｃ１もまた、長波長透過後面フィルタＦ２に１回だけ入射し、そして長波長透過前面フィルタＦ３に１回だけ入射する。レーザ１２ｂから延びる光路Ｂ〜Ｂ１は、長波長透過後面フィルタＦ２に２回入射し、そして長波長透過前面フィルタＦ３に２回入射する。レーザ１２ａから延びる光路Ａ〜Ａ１は、長波長透過後面フィルタＦ２に３回入射し、そして長波長透過前面フィルタＦ３に３回入射する。この配置によって、励起レーザからの戻り光ＦＢを大幅に低減することができ、そして戻り光ＦＢがポンプレーザに達するのを殆ど無くすことができることが分かる。従って、図２Ｂに示す４個のフィルタＦ１〜Ｆ４を配置することにより、任意の数のレーザに対応する積層フィルタの性能を効果的に向上させることができる。前に説明したように、短波長透過フィルタＦ１を設けるかどうかは任意である。別の実施形態では、図２Ｂ〜２ＥのフィルタＦ１またはフィルタＦ４の何れかについて図示される位置に設けることができる短波長透過フィルタを１つだけ設ける。短波長透過フィルタＦ１を用いない場合、反射防止（ＡＲ）コーティングが普通、対応する表面に設けられる。

【0037】

図２Ａから、非常に急峻な遷移領域を短い波長領域に亘って有するフィルタを用いる場合に生じ得る問題が判明した。図２Ｂ〜２Ｅの実施形態を用いる場合、フィルタ装置４０により得られる積層フィルタの効果により、不所望な戻り光ＦＢを、長波長透過フィルタＦ３及びＦ２が標準並みの品質でしかない場合でも減衰させることができるという方法を考えると有益である。

【0038】

図３Ａを参照するに、短波長透過（ＳＷＰ）フィルタＦ１及びＦ４のスペクトル特性曲線８２が、本発明の１つの実施形態による透過率について図示されている。曲線８２が示しているように、不所望な１０３０ｎｍ波長の戻り光ＦＢが、或る程度透過している。しかしながら、これらの短波長透過フィルタのうちの２つの短波長透過フィルタが光路に位置している実施形態では、各フィルタに３％の透過率（０．０３）が許容される場合でも、２つの短波長透過フィルタＦ１及びＦ４を透過することになる１０３０ｎｍ波長の光が占める割合は：
（０．０３）^２＝０．０００９または０．０９％となる。

【0039】

図３Ｂを参照するに、長波長透過（ＬＷＰ）フィルタＦ２及びＦ３のスペクトル特性曲線８４がこの場合も同じように、本発明の１つの実施形態による透過率について図示されている。曲線８４が示しているように、不所望な１０３０ｎｍ波長の戻り光ＦＢの反射率が、依然として或る程度残っている。しかしながら、積層フィルタの効果も作用してこの場合は有利に働いている。前面及び後面の長波長透過フィルタＦ３及びＦ２がＦＢ光をこの光の９６％を透過させることにより減衰させ、そして短波長透過フィルタＦ１及びＦ４がＦＢ光を当該光の９７％を反射することにより減衰させる図２Ｃの例示的な系について考察すると、ポンプレーザ１２ｃが受光してしまうＦＢ光の割合は積：
（０．０４）^２（０．０３）^２＝０．０００００１４または０．０００１４％
で表わされる。

【0040】

ポンプレーザ１２ｂが受光してしまうＦＢ光の割合は次式の通りである：
（０．０４）^４（０．０３）^２＝２．３０４Ｅ−７＝０．００００００２３９４または０．００００２３９４％
ポンプレーザ１２ａが受光してしまうＦＢ光の割合は次式の通りである：
（０．０４）^６（０．０３）^２＝３．６８６４Ｅ−１２＝０．０００００００００００３６８６４または０．０００００００００３６８６４％
このように、フィルタ装置４０は、励起レーザからの迷光となる戻り光を減衰させて、如何なる戻り光ＦＢも、無視できる程度に大幅に低減させることにより、ポンプレーザ１２ａ〜１２ｃへのダメージに対する保護を容易にするという大きな利点をもたらす。戻り光ＦＢに対する高い減衰率は、フィルタ群をこの配置で積層することにより得られるので、個々の性能が標準並みのフィルタ群を用いる場合でも、これらのフィルタを組み合わせると結果的に、単一のフィルタを用いて可能となるスペクトル特性を上回ることができるスペクトル特性が得られる。

【0041】

図２Ｄは更に、励起レーザ３２からの迷光となる戻り光ＦＢを吸収する或る種類の光ダンプとして設けられる任意の吸光体５６の配置を示している。１つの吸光体５６は、長波長透過後面フィルタＦ２を透過した光を吸収する後面５４の近傍に配置される。別の吸光体５６は、入射面３６の近傍に配置されて、長波長透過前面フィルタＦ３の一部の上縁部に位置合わせされる様子が図示されている。吸光体５６は、長波長透過フィルタＦ３またはＦ２のいずれかの後面に形成することができるか、またはフィルタ装置４０の表面と並んで、かつフィルタ装置４０の表面から離間して個別に形成し、そして配置することができる。

【0042】

図２Ｄを参照し続けると、前面フィルタＦ３及び後面フィルタＦ４を不本意に透過してくる励起レーザ３２からの戻り光ＦＢを吸収するために設けられる吸光体５６は、ポンプ光の出射点Ｑにより近接する位置で、戻り光ＦＢからのエネルギーのより大きな部分を受光することになる。長波長透過フィルタＦ３及びＦ２による減衰を繰り返した後、戻り光ＦＢの無視できる構成成分のみが、例えば出射点Ｑから遠く離れた表面３６または５４を透過する可能性がある。従って、吸光体５６は、フィルタＦ３及びＦ２の全長に亘って延在させなくてもよい、または例えば出射点Ｑからの当該吸光体の距離によって異なるが、可変の厚さとすることができる。

【0043】

図２Ｃ〜２Ｅが示しているように、光はフィルタ装置４０に向かって傾斜入射角で誘導される。少なくとも軸Ａ及びＢで定義される平面内で、図２Ｄの平面Ｐ１内で斜めに入射すると、各軸に沿った光が屈折して方向変更するので、第１軸から出射されて長波長透過前面フィルタＦ３及びＦ２により反射される光は、隣接する軸に沿った入射光と方向が一致する。図２Ｄの軸Ｃに沿ってαで指示される角度は、表面３６の法線を基準にして図示され、そして入射面３６と平面Ｐ１内に在る入射軸Ａ，Ｂ，及びＣのうちの何れかの軸とがなす角度である。本開示に関連して、この入射角αは、面内角であると考えられる。

【0044】

平面Ｐ１に在る入射光に対して入射面が傾斜している他に、フィルタ装置４０は更に、平面Ｐ１に平行である軸に対する傾斜指標を有する。有利な点として、この傾斜は調整可能であり、そしてフィルタ装置４０に、当該フィルタ装置が合成光ビーム５０のアスペクト比を制御することができる能力を付与する。これにより、図１Ａにデッドスペース２４として図示される成分光ビーム群の間の距離を調整することができる。図４の斜視図は、傾斜を調整するための傾斜調整軸５２を示している。傾斜調整軸５２は、光軸Ａ、Ｂ、及びＣを含む平面（図２Ｄ及び２Ｅの平面Ｐ１）に平行である。傾斜調整軸５２の回りの回転が生じると、入射面３６と軸Ａ、Ｂ、及びＣに沿った光とがなす入射角が変化し、そして波長λ１の光が長波長透過前面フィルタＦ３及び長波長透過後面フィル板フィルタＦ２で反射される角度に、それに応じた変化を起こすことができる。１つの実施形態では、取り付け金具をフィルタ装置４０に取り付けることにより、傾斜調整軸５２の回りの回転調整が、例えば合成装置６０の初期調整及び設定中に可能になる。吸光体群５６のうちの１つ以上の吸光体も傾斜調整軸５２の回りを、フィルタ装置４０を回転させると回転することができる。

【0045】

図５の断面図は、傾斜調整軸５２の回りの傾斜が成分ビーム５０に与える影響を示している。傾斜角θ１が法線（図５の表示における垂直方向）を基準としている図５の上側の方の第１傾斜角θ１では、出力ビーム２２ａ，２２ｂ、及び２２ｃは、図示のように、デッドスペース２４の距離だけ離間している。図５の下側部分に図示される、より小さい傾斜角θ２で傾斜すると、出力ビーム２２ａ，２２ｂ、及び２２ｃの間のデッドスペース２４の距離がそれに応じて小さくなる。これにより、ビーム５０のアスペクト比が変化し、このアスペクト比は、例えばフィルタ装置４０によって形成される合成光ビームのｙに対するｘの比、または幅に対する高さの比として表現することができる。図を参照すると、傾斜角θ１及びθ２は、図２Ｄの平面Ｐ１と直交する方向を基準とし、この場合、直交する方向は、図５の破線Ｌ１として図示される。平面Ｐ１は、ページに垂直であり、かつ図５の断面図におけるＡ，Ｂ，Ｃ軸に沿っている。

【0046】

図５に示すように、アスペクト比を１回の傾斜調整で変えることができる能力は、光ファイバ２０または他の光学素子に入力する合成光ビーム５０を整形するために有利である。一例として、図６Ａ及び６Ｂは、３個のレーザを使用し、かつ２つの異なる傾斜角になっているフィルタ装置４０を用いる装置からのエネルギー強度の測定空間形状を示している。図６Ｂが示しているように、より小さい傾斜角θを使用すると、ビームを構成する出力ビーム群の間のデッドスペースが圧縮される、または無くなる。比較するために、図６Ａ及び６Ｂの各図の円は、光ファイバの概略開口数（Ｎ．Ａ．）を示している。

【0047】

Ｆ１〜Ｆ４を備えるフィルタ装置４０を用いる場合の更なる利点は、図１Ａ及び１Ｂを参照して既に説明した限界のような現在の限界が従来の装置について見られるように、３個よりも多くのレーザを使用することができる能力に関連している。図７の斜視図、及び図８の側面図を参照するに、合成装置６０は、４個のレーザ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，及び１２ｄをポンプレーザアレイ７０として有する。各レーザ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，及び１２ｄは、対応するシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，及び１４ｄを有する。この別の角度から見て表示されているように、光軸Ａ，Ｂ，Ｃ、及びＤは、フィルタ装置４０の入射面で垂直方向に並んでおり、そして水平方向に再調整されて合成光ビーム５０となる。図を分かり易くするために図７の図には図示していない任意の吸光体５６を更に、この実施形態において設けることができる。

【0048】

更に別のレーザを、４個を超えるように、フィルタＦ１〜Ｆ４を備えるフィルタ装置４０を用いて追加することができ、この場合、長波長透過前面フィルタＦ３及び長波長透過後面フィルタＦ２の寸法は適切に設定される。図９及び１０は、５個のレーザ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，及び１２ｅをポンプレーザアレイ７０として有する合成装置６０の斜視図及び側面図をそれぞれ示している。各レーザ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，及び１２ｅは、対応するシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，及び１４ｅを有し、そして光を、これらのシリンドリカルレンズの対応する軸Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，またはＥに沿って誘導する。図９及び１０の実施形態では、レーザ１２ｅは長波長透過フィルタＦ３及びＦ２によって保護されない。これは可能な実施形態であるが、短波長透過フィルタＦ４及び任意の短波長透過フィルタＦ１が、レーザ波長λ２の戻り光に対する高い除去率を有することを必要とする。

【0049】

図１１の斜視図は、出力合成光ビーム５０が長波長透過後面フィルタＦ２によって反射され、かつ短波長透過フィルタＦ４が短波長透過フィルタＦ１及び長波長透過フィルタＦ３と同一平面に在る構成の別の実施形態を示している。この実施形態では、後面５４を長波長透過フィルタＦ２で部分的に、または全面的に被覆することができる。短波長透過フィルタＦ１及びＦ４を任意であるが組み合わせて、十分な長さの単一のフィルタを形成することにより、入射光及び出射光をフィルタリングすることができる。この実施形態は、図２Ｃ〜２Ｅの実施形態について説明したのと同じようにして、積層フィルタをエミュレートすることができ、そしてパッケージ封止し、そして光路を折り返すという利点を有することができる。しかしながら、この実施形態では、合成光ビーム５０のアスペクト比を調整することができず、アスペクト比を調整すると、出射合成光軸Ｃ２の角度も変わってしまう（垂直平面Ｐ２に対して）。

【0050】

本発明の合成装置６０は、多数のレーザ光源を組み合わせて単一の合成光ビームを形成する従来の解決策よりも優れた多数の特徴及び利点を提供する。これらの利点として：
（ｉ）レーザ光を同じ平面に沿って配置し、そしてレーザ光を平行に誘導することにより、レーザアレイの使用が可能となり、そして図１Ｂを参照して説明した配置のような以前のレーザダイオード配置に関して段階的に高くするという要求よりもレーザ光調整を簡易化することができること。

【0051】

（ｉｉ）フィルタコーティングを施したガラスプレートのような低コストの透明プレートを使用する。薄膜コーティングを使用することにより、非常に鋭利な端面を入射光ビームに対して持つことができるので、散乱及び他の影響を低減することができること。

【0052】

（ｉｉｉ）図４〜６Ｂを参照して前に説明したように、アスペクト比が調整可能であること。

【0053】

（ｉｖ）図７及び８を参照して説明したように、４個以上のレーザを用いる実施形態を含む２個以上のレーザからレーザの数を変更することができるので拡張可能性があること。

【0054】

（ｖ）熱安定性が、全てのポンプレーザから光が同じフィルタ素子を透過するように誘導されるので向上すること。

【0055】

（ｖｉ）干渉波長光から保護する、特に励起レーザから放出される漏れ光から保護する内蔵型保護機能があること。

【0056】

（ｖｉｉ）製造及び調整が簡易化されること。

【0057】

（ｖｉｉｉ）素子寿命が向上すること。これは、ポンプレーザ自体の寿命とともにフィルタ表面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，及びＦ４の寿命が、従来の単一フィルタを配置する場合、または積層フィルタを配置する場合よりも長くなることを意味すること。例えば、薄膜フィルタは、他のフィルタ種類よりも優れていることにより、高い損傷閾値をレーザ光に対して有していること。

【0058】

製造
フィルタ装置４０の透明プレート４２は通常、所望のレーザ波長に適合するように選択されるガラスプレートである。他の透明材料を用いることができ、これらの透明材料として、例えば結晶材料及びプラスチックを挙げることができる。図２Ｃ及び２Ｄを参照して前に説明したように、従来の取り付け方法を用いてフィルタ装置４０を、放出レーザビームに対して適切な面内傾斜角αとなるように位置決めすることができる。面内角αは、選択されるガラスの屈折率ｎ、または透明プレート４２または他の透明体に使用される他の透明材料ブロックの屈折率ｎにより決定される。

【0059】

長波長透過前面フィルタＦ３及び長波長透過後面フィルタＦ２を形成することにより、またはその他には、処理することにより、より短い第１波長λ１の光を、この場合はポンプ光波長の光を反射し、そしてより長い第２波長λ２の光を、この場合は励起レーザ波長の光を透過する。フィルタＦ３及びＦ２は、１つの実施形態では、ダイクロイックコーティングで形成することができ、高いフィルタ選択性、反射性、及び透過性を有する非常に薄い表面を実現するので有利である。所定のスペクトル特性を実現する薄層ダイクロイックコーティングの設計は、薄膜設計技術の当業者には公知であり、そして当該設計では通常、近似設計から開始して、一連の最適化を、所望のスペクトル特性が得られるまで繰り返し行なう。

【0060】

調整可能機構を設けて、図５の傾斜角θ１及びθ２として説明された傾斜角の調整を可能にする。この調整は手動で行なうか、またはモータまたは他の自動装置を用いて行なうことができる。ロックダウン装置を設けて傾斜調整を固定することができる。

【0061】

合成装置６０のフィルタ装置４０は、２本以上のレーザビームを合成して、上に説明した単一の出射軸に沿って導き、そしてレーザダイオード群からのポンプレーザ光を合成するために特に適合しており、この場合、放出光ビームは１つの軸に沿って細長いので、これらのビームを一括積層してアスペクト比が可変の合成光ビームを形成することができる。上に提示される本発明の実施形態は、同時に生成されるビーム群を合成するフィルタ装置４０の使用について記述している。光学技術の当業者であれば容易に理解できることであるが、フィルタ装置４０の合成作用を交互に利用して光を、発光軸を同じ平面に沿って有する複数のレーザを有するレーザ集合のうちの任意の適正な非空の部分集合から導くことができる。従って、例えば単一のポンプレーザを用いて、１つのパワーレベルの光を透過させ、そして２つのレーザを用いて、より大きなパワーレベルのポンプ光を透過させることができる。別の構成として、異なる波長のレーザを選択して軸Ｃ２に沿って透過させることができる。

【0062】

本発明について、本発明の特定の好適な実施形態を具体的に参照して詳細に説明してきたが、変更及び変形は、上に説明され、かつ添付の請求項に記載される本発明の範囲内で、この技術分野の当業者によって本発明の範囲から逸脱しない限り加えることができることを理解できるであろう。本発明は、これらの請求項により規定される。

【0063】

従って、提供されるのは、レーザポンプ光源への使用、及び固体レーザ光源を用いる他の合成用途への使用に極めて良好に適合する、レーザ光を合成する装置及び方法である。

【符号の説明】

【0064】

１０ ポンプモジュール
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ レーザ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ シリンドリカルレンズ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ ミラー
１８、４８ レンズ
２０ 光ファイバ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 出力ビーム
２４ デッドスペース
２６ 軸間距離
２８ 合成ビーム
３０ フィルタ
３２ 励起レーザ
３６ 入射面、表面
４０ フィルタ装置
４２ 透明プレート
５０ 合成光ビーム、成分ビーム
５２ 傾斜調整軸
５４ 後面、表面
５６ 吸光体
６０ 合成装置
６８ 透明屈折体
７０ ポンプレーザアレイ
８０，８２ スペクトル特性曲線
Ａ 第１軸、発光軸、光路
Ａ１、Ｂ１、Ｃ１ 方向変更軸
Ａ１、Ｃ１ 光路
Ｂ 第２軸、発光軸
Ｃ 発光軸、光路
Ｃ２ 合成軸、出射合成光軸
Ｄ，Ｅ 軸
Ｆ１ 第１フィルタ、短波長透過フィルタ
Ｆ２ 第２フィルタ、長波長透過フィルタ、後面フィルタ
Ｆ３ 第３フィルタ、長波長透過フィルタ、前面フィルタ
Ｆ４ 第４フィルタ、短波長透過フィルタ
ＦＢ 戻り光
Ｌ１ 破線
ｎ 屈折率
Ｐ１ 第１平面
Ｐ２ 第２平面、直交平面
Ｑ 出射点
λ１ 第１波長、波長光
λ２ 第２波長、波長光、発光レーザ波長
θ１、θ２ 傾斜角

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図6A】

【図6B】