知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023058749
(43)【公開日】2023-04-25
(54)【発明の名称】超高密度波長ビーム結合レーザシステム
(51)【国際特許分類】
H01S 5/02255 20210101AFI20230418BHJP
H01S 5/40 20060101ALI20230418BHJP
H01S 5/02253 20210101ALI20230418BHJP
【ＦＩ】
H01S5/02255
H01S5/40
H01S5/02253
【審査請求】有
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023028770
(22)【出願日】2023-02-27
(62)【分割の表示】P 2019568155の分割
【原出願日】2018-06-13
(31)【優先権主張番号】62/519,113
(32)【優先日】2017-06-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】316003531
【氏名又は名称】ヌブル インク
(74)【代理人】
【識別番号】100083895
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100175983
【弁理士】
【氏名又は名称】海老 裕介
(72)【発明者】
【氏名】ゼディカー， マーク
(72)【発明者】
【氏名】ステーゲマン， ロバート
(57)【要約】 （修正有）
【課題】高輝度可視波長レーザビームを提供する。
【解決手段】複数のレーザダイオード１０１と、該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと、該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための該レーザビーム経路内のコリメーティング光学手段１５１～１５５と、各レーザダイオードに対する１つのバンドエッジを有し、それにより各レーザダイオードの波長を決定し、該複数のレーザダイオードからの各レーザビーム経路を同一直線上に位置合わせし、空間で重なり合うようにすることにより、１つの複合出力レーザビームを提供するビーム結合光学手段とを有する。該複合出力レーザビームの、合成パワーを開口面積発散角積で除算した空間輝度が、該複数のレーザダイオード内の任意の単一レーザダイオードのレーザビームの輝度よりも大きくする。
【選択図】図１
【解決手段】複数のレーザダイオード１０１と、該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと、該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための該レーザビーム経路内のコリメーティング光学手段１５１～１５５と、各レーザダイオードに対する１つのバンドエッジを有し、それにより各レーザダイオードの波長を決定し、該複数のレーザダイオードからの各レーザビーム経路を同一直線上に位置合わせし、空間で重なり合うようにすることにより、１つの複合出力レーザビームを提供するビーム結合光学手段とを有する。該複合出力レーザビームの、合成パワーを開口面積発散角積で除算した空間輝度が、該複数のレーザダイオード内の任意の単一レーザダイオードのレーザビームの輝度よりも大きくする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ａ．各々が０．２５Ｗ以上の出力を有する複数のレーザダイオードであって、それぞれレーザビーム経路に沿ってレーザビームを提供するように構成される複数のレーザダイオードと；
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための該レーザビーム経路内のコリメーティング光学手段と；
ｄ．該共通の外部キャビティ内で該レーザ光路内のビーム結合光学手段であって、各レーザダイオードの対する１つのバンドエッジを有し、それにより各レーザダイオードの波長を決定し、該複数のレーザダイオードからの各レーザビーム経路を同一直線上に位置合わせし、空間で重なり合うようにすることにより、１つの複合出力レーザビームを提供するビーム結合光学手段と、
を有し、
ｅ．該複合出力レーザビームの、合成パワーを開口面積発散角積で除算した空間輝度が、該複数のレーザダイオード内の任意の単一レーザダイオードのレーザビームの輝度よりも大きくなるようにしたレーザシステム。
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための該レーザビーム経路内のコリメーティング光学手段と；
ｄ．該共通の外部キャビティ内で該レーザ光路内のビーム結合光学手段であって、各レーザダイオードの対する１つのバンドエッジを有し、それにより各レーザダイオードの波長を決定し、該複数のレーザダイオードからの各レーザビーム経路を同一直線上に位置合わせし、空間で重なり合うようにすることにより、１つの複合出力レーザビームを提供するビーム結合光学手段と、
を有し、
ｅ．該複合出力レーザビームの、合成パワーを開口面積発散角積で除算した空間輝度が、該複数のレーザダイオード内の任意の単一レーザダイオードのレーザビームの輝度よりも大きくなるようにしたレーザシステム。
【請求項2】
該ビーム結合光学手段が、帯域通過フィルタのスペクトルの低域端または高域端のいずれかのエッジで使用される一組の光学フィルタから形成される光学キャビティと、出力カプラまたはミラーを有する請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項3】
１０ワット以上の出力パワー及び０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で、４００－５００ｎｍの範囲で動作する請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項4】
１０ワット以上の出力パワー及び０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で、５００－６００ｎｍ範囲で動作する請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項5】
１０ワット以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で７２０－８００ｎｍの範囲で動作する請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項6】
１０ワット以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で８００－９００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項7】
１０ワット以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で９００－１２００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項8】
１０ワット以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で１２００ｎｍ－１１２０ｎｍの範囲で動作する請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項9】
１０ワット以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で１４００－１５００ｎｍの範囲で動作する請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項10】
１０ワット以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で１５００－２２００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項11】
該複数のレーザダイオードはバンド間カスケードレーザであり、１０ワット以上の出力および０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で２２００－３０００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項12】
該ビーム結合光学手段は、複数の体積ブラッグ格子フィルタを含み、第１の体積ブラッグ格子は、該複数のレーザダイオードの第１のレーザダイオードからの第１のレーザビームの光スペクトルの一部を該複数のレーザダイオードの第２のレーザダイオードからのレーザビームと同一線上に向け直すように構成される請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項13】
前記複数のレーザダイオードは量子カスケードレーザであり、１０ワット以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で３０００ｎｍ－１２０００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項14】
ｎが５以上である、請求項１、２、３、４または５のレーザシステム。
【請求項15】
前記ビーム結合光学手段は、複数の体積ブラッグ格子フィルタを含み、
第１の体積ブラッグ格子は、該複数のレーザダイオードの第１のレーザダイオードからの第１のレーザビームの光スペクトルの一部を該複数のレーザダイオードの第２のレーザダイオードからのレーザビームと同一線上に向け直すように構成されており、前記ｎが５以上である請求項１、２、３、４または５に記載のレーザシステム。
第１の体積ブラッグ格子は、該複数のレーザダイオードの第１のレーザダイオードからの第１のレーザビームの光スペクトルの一部を該複数のレーザダイオードの第２のレーザダイオードからのレーザビームと同一線上に向け直すように構成されており、前記ｎが５以上である請求項１、２、３、４または５に記載のレーザシステム。
【請求項16】
該複数のレーザダイオードは、Ｎ個のダイオードからなり、該Ｎ個のダイオードのそれぞれは、発振スペクトルの第１ピークを規定し、該ビーム結合光学手段は、Ｎ－１個の体積ブラッグ格子フィルタからなる複数の体積ブラッグ格子からなり、該複数の体積ブラッグ格子と該レーザダイオードのＮ－１は光学的に関連付けられて該複数の体積ブラッグ格子の各体積ブラッグ格子を通る最大透過点が、該複数のレーザダイオードの該Ｎ－１のレーザダイオードのＮ－１、Ｎ－２からＮ－（Ｎ－１）の第１ピークと一致するように構成されており、前記空間輝度が前記単一レーザダイオードのレーザビームの輝度の少なくともＮ－１倍となるようにされている請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項17】
前記空間輝度が前記単一レーザダイオードのレーザビームの輝度のＮとなるようされている、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項18】
前記複数のレーザダイオードのうちの１つのレーザダイオードは、体積ブラッグ格子と光学的に関連付けられておらず、当該レーザシステムは、該１つのレーザダイオードの最大ビーム偏向を提供する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項19】
放出されたレーザダイオード光の遅軸および個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項20】
放出されたレーザダイオード光の速軸および個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する、請求項１７に記載のレーザシステム。
【請求項21】
放出されたレーザダイオード光の遅軸および個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する、請求項１８に記載のレーザシステム。
【請求項22】
放出されたレーザダイオード光の速軸および個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項23】
放出されたレーザダイオード光の遅軸および個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する、請求項１７に記載のレーザシステム。
【請求項24】
放出されたレーザダイオード光の速軸および個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する、請求項１８に記載のレーザシステム。
【請求項25】
放出されたレーザダイオード光の遅軸および個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項26】
放出されたレーザダイオード光の速軸および個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項27】
１ワット以上の出力および０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で４００－５００ｎｍの範囲で動作する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項28】
１ワット以上の出力および０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で５００－６００ｎｍの範囲で動作する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項29】
１ワット以上の出力および０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で７２０－８００ｎｍの範囲で動作する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項30】
ａ．複数Ｎのレーザダイオードであって、それぞれが、１つのレーザビームパワーで、出力伝搬方向を含むレーザビーム経路に沿ってレーザビームを提供するように構成されている複数のレーザダイオードと；
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを作るための該レーザビーム経路に設けられるコリメーティング光学手段；
ｄ．共通外部キャビティ内で出力伝搬方向の該レーザビーム経路内に設けられるビーム結合光学手段と；
を有し、
ｅ．該ビーム結合光学手段は、光学コーティングを含むＮ－１個の光学素子を含み、該光学素子が、該複数のレーザダイオード内の１つのレーザダイオードからのレーザビームの光スペクトルの一部を、該レーザビーム経路に対して、９０°までの角度で方向を変え、これにより１つの輝度を画定する複合出力レーザビームを提供し、
ｆ．これにより、該複合出力レーザビームの、合成パワーを開口面積発散角積で除算した輝度が、複数のレーザダイオード内の任意の単一レーザダイオードの輝度のｎ倍になるようにしたレーザシステム。
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを作るための該レーザビーム経路に設けられるコリメーティング光学手段；
ｄ．共通外部キャビティ内で出力伝搬方向の該レーザビーム経路内に設けられるビーム結合光学手段と；
を有し、
ｅ．該ビーム結合光学手段は、光学コーティングを含むＮ－１個の光学素子を含み、該光学素子が、該複数のレーザダイオード内の１つのレーザダイオードからのレーザビームの光スペクトルの一部を、該レーザビーム経路に対して、９０°までの角度で方向を変え、これにより１つの輝度を画定する複合出力レーザビームを提供し、
ｆ．これにより、該複合出力レーザビームの、合成パワーを開口面積発散角積で除算した輝度が、複数のレーザダイオード内の任意の単一レーザダイオードの輝度のｎ倍になるようにしたレーザシステム。
【請求項31】
放出されたレーザダイオード光の遅軸で個々の反射光学コーティングのＴＥモードで動作する、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項32】
放出されたレーザダイオード光の遅軸で個々の反射光学コーティングのＴＭモードで動作するようにされており、該反射光学コーティングは単一の材料片への光学結合または他の低損失方法によって製造されている、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項33】
放出されたレーザダイオード光の速軸で個々の反射光学コーティングのＴＭモードで動作するようにされており、該反射光学コーティングは単一の材料片への光学結合または他の低損失方法によって製造されている、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項34】
Ｎ＝ｎである、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項35】
Ｎ－１＝ｎである、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項36】
１０Ｗ以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で４００－５００ｎｍの範囲で動作する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項37】
１０Ｗ以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で５００－６００ｎｍの範囲で動作する、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項38】
レーザビーム出力が０．５Ｗ以上である、請求項３０、３６および３７に記載のレーザシステム。
【請求項39】
レーザビーム出力が１Ｗ以上である、請求項３０、３６および３７に記載のレーザシステム
【請求項40】
ａ．Ｎ個の複数のレーザダイオードであって、それぞれは、１つのレーザビームパワーで１つの出力伝搬方向を含む１つのレーザビーム経路に沿ってレーザビームを提供するように構成される複数のレーザダイオードと；
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードからのそれぞれの平行ビームを作成するための該複数のレーザダイオードの該レーザビーム経路内にあるコリメーティング光学手段と；
ｄ．該外部キャビティ内で該複数のレーザダイオードのレーザビーム経路内にある１つのビーム結合光学手段と；を有し
ｅ．該ビーム結合光学手段はＮ－１個の光学素子を含み；
ｆ．該光学素子は、体積ブラッグ格子と光学コーティング要素で構成され、該体積ブラッグ格子と光学コーティング要素は、該複数のレーザダイオードのレーザビーム経路に前後して配置されており、該光学コーティングからの出力光の方向は、体積ブラッグ格子からの出力光の方向に対して最大９０°であり、それにより、１つの輝度を画定する結合出力レーザビームを提供するようにされており；
ｇ．該ブラッググ格子と該光学コーティングで結合された後の個々の該レーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度のｎ倍となるようにされており、この場合、ｎ＝Ｎまたはｎ＝Ｎ－１、Ｎは個々のレーザダイオードビームの数、Ｃは光学コーティングの数とした場合、Ｎ／Ｃは体積ブラッグ格子によって結合される個々のレーザダイオードビームの数となる、レーザシステム。
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードからのそれぞれの平行ビームを作成するための該複数のレーザダイオードの該レーザビーム経路内にあるコリメーティング光学手段と；
ｄ．該外部キャビティ内で該複数のレーザダイオードのレーザビーム経路内にある１つのビーム結合光学手段と；を有し
ｅ．該ビーム結合光学手段はＮ－１個の光学素子を含み；
ｆ．該光学素子は、体積ブラッグ格子と光学コーティング要素で構成され、該体積ブラッグ格子と光学コーティング要素は、該複数のレーザダイオードのレーザビーム経路に前後して配置されており、該光学コーティングからの出力光の方向は、体積ブラッグ格子からの出力光の方向に対して最大９０°であり、それにより、１つの輝度を画定する結合出力レーザビームを提供するようにされており；
ｇ．該ブラッググ格子と該光学コーティングで結合された後の個々の該レーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度のｎ倍となるようにされており、この場合、ｎ＝Ｎまたはｎ＝Ｎ－１、Ｎは個々のレーザダイオードビームの数、Ｃは光学コーティングの数とした場合、Ｎ／Ｃは体積ブラッグ格子によって結合される個々のレーザダイオードビームの数となる、レーザシステム。
【請求項41】
前記体積ブラッグ格子により結合されたレーザダイオードの個々の光学帯域幅は相互に排他的である、請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項42】
任意の中心青色波長λｃ、体積ブラッグ格子Ｍからの光学帯域幅＝ΔλＭ、体積ブラッグ格子Ｍ－１の光学帯域幅＝ΔλＭ－１とした場合、ΔλＭ－１≒ ΔλＭ、λｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１となり、 体積ブラッグ格子Ｍ－２からの光学帯域幅＝ΔλＭ－２とした場合、ΔλＭ－２≒ΔλＭ、λｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２となる請求項４１に記載のレーザシステム。
【請求項43】
任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光学帯域幅＝ΔλＸ、光学コーティングＸ－１の光学帯域幅＝ΔλＸ－１とした場合、ΔλＸ－１≒ΔλＸ、λｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１となり、光学コーティングＸ－２からの光学帯域幅＝ΔλＸ－２とした場合、ΔλＸ－２≒ΔλＸ、λｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２となる請求項４１に記載のレーザシステム。
【請求項44】
任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光学帯域幅＝ΔλＸ、体積ブラッグ格子の合計の光学帯域幅ΣΔλＭ１とした場合、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１、λｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）となり、光学コーティングＸ－１からの光学帯域幅＝ΔλＸ－１、および体積ブラッグ格子の合計の光学帯域幅ΣΔλＭ２とした場合、ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２、λｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）となる請求項４１に記載のレーザシステム。
【請求項45】
レーザダイオード遅軸でＴＥモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続きレーザダイオードの速軸でＴＥモード動作する光学コーティングとを使用する、請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項46】
レーザダイオード遅軸でＴＥモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続きレーザダイオードの速軸でＴＭモードで動作する光学コーティングとを使用する、請求項４１に記載のレーザシステム。
【請求項47】
レーザダイオード遅軸でＴＭモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続きレーザダイオードの速軸でＴＥモードで動作する光学コーティングとを使用する、請求項４２記載のレーザシステム。
【請求項48】
レーザダイオード遅軸でＴＭモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続きレーザダイオードの速軸でＴＭモードで動作する光学コーティングとを使用する、請求項４３に記載のレーザシステム。
【請求項49】
レーザダイオードの速軸でＴＭモード動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続きレーザダイオードの遅軸でＴＭモードで動作する光学コーティングを使用する、請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項50】
ａ．Ｎ個の複数のレーザダイオードであって、それぞれ、１つのレーザビームパワーで１つの出力伝搬方向を含むレーザビーム経路に沿って１つのレーザビームを提供するように構成された複数のレーザダイオードと；
ｂ．複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される１つの共通の外部キャビティと
ｃ．複数のレーザダイオードのそれぞれからの平行ビームを作成するため複数の該レーザビーム経路内の１つのコリメーティング光学手段と；
ｄ．該外部キャビティ内で該複数のレーザビーム経路内のビーム結合光学手段と；
ｅ．該ビーム結合光学手段はＮ－１個の光学素子を含み、
ｆ．該光学素子は、複数の体積ブラッグ格子と複数の光学コーティング要素からなり、該体積ブラッグ格子と光学コーティング要素は、該複数のレーザ光路に沿って設けられ、該体積ブラッグ格子からの出力光の方向は、該光学コーティング要素からの出力光の方向に対して最大９０°であり、それにより、１つの輝度を有する結合出力レーザビームを提供するものであり、
ｇ．該体積ブラッググ格子と該光学コーティングで結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度のｎ倍であり、ここで、ｎ＝Ｎまたはｎ＝Ｎ－１、Ｂを体積ブラッグ格子の数として、Ｎ／Ｂがグループとして光学コーティングによって結合される個々のレーザダイオードビームの数とされているレーザシステム。
ｂ．複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される１つの共通の外部キャビティと
ｃ．複数のレーザダイオードのそれぞれからの平行ビームを作成するため複数の該レーザビーム経路内の１つのコリメーティング光学手段と；
ｄ．該外部キャビティ内で該複数のレーザビーム経路内のビーム結合光学手段と；
ｅ．該ビーム結合光学手段はＮ－１個の光学素子を含み、
ｆ．該光学素子は、複数の体積ブラッグ格子と複数の光学コーティング要素からなり、該体積ブラッグ格子と光学コーティング要素は、該複数のレーザ光路に沿って設けられ、該体積ブラッグ格子からの出力光の方向は、該光学コーティング要素からの出力光の方向に対して最大９０°であり、それにより、１つの輝度を有する結合出力レーザビームを提供するものであり、
ｇ．該体積ブラッググ格子と該光学コーティングで結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度のｎ倍であり、ここで、ｎ＝Ｎまたはｎ＝Ｎ－１、Ｂを体積ブラッグ格子の数として、Ｎ／Ｂがグループとして光学コーティングによって結合される個々のレーザダイオードビームの数とされているレーザシステム。
【請求項51】
前記体積ブラッグ格子により結合されたレーザダイオードの個々の結合光学帯域幅は相互に排他的である、請求項５０に記載のレーザシステム。
【請求項52】
任意の中心青色波長λｃ、体積ブラッグ格子Ｍからの光学帯域幅＝ΔλＭ、体積ブラッグ格子Ｍ－１の光学帯域幅＝ΔλＭ－１として、ΔλＭ－１≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１となり、体積ブラッグ格子Ｍ－２からの光帯域幅＝ΔλＭ－２としてΔλＭ－２≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２となるようにされた請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項53】
任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光学帯域幅＝ΔλＸ、および光学コーティングＸ－１からの光学帯域幅＝ΔλＸ－１として、ΔλＸ－１≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１となり、光学コーティングＸ－２からの光学帯域幅＝ΔλＸ－２として、ΔλＸ－２≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２となるようにされた請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項54】
任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光学帯域幅Ｘ＝ΔλＸおよび体積ブラッグ格子の合計の光学帯域幅ΣΔλＭ１として、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１およびλｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）、光学コーティングＸ－１からの光学帯域幅＝ΔλＸ－１および体積ブラッグ格子の合計の光学帯域幅ΣΔλＭ２として、ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２およびλｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）となるような請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項55】
レーザダイオード速軸でＴＥモード動作する光学コーティング、及びその後に続くレーザダイオード遅軸でＴＥモード動作する反射体積ブラッグ格子を利用する、請求項５１記載のレーザシステム。
【請求項56】
レーザダイオードの速軸でＴＥモード動作する光学コーティングと、それに続くレーザダイオードの遅軸でＴＭモード動作する反射体積ブラッグ格子を利用する、請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項57】
レーザダイオード速軸でＴＭモード動作する光学コーティングと、それに続くレーザダイオードの遅軸でＴＥモード動作する反射体積ブラッグ格子を利用する、請求項５１に記載のレーザシステム。反射軸ブラッグ格子。
【請求項58】
レーザダイオード速軸でＴＭモード動作する光学コーティングと、その後に続くレーザダイオードの遅軸でＴＭモード動作する反射体積ブラッグ格子を利用する、請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項59】
レーザダイオード遅軸でＴＭモード動作する光学コーティングと、その後に続くレーザダイオード速軸でＴＭモード動作する透過体積ブラッグ格子を利用する、請求項５１記載のレーザシステム。
【請求項60】
レーザダイオード速軸でＴＭモード動作する光学コーティングと、その後に続くレーザダイオード遅軸でＴＭモード動作する透過体積ブラッグ格子を使用する、請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項61】
ａ．Ｎ個の複数のレーザダイオードであって、それぞれ、出力伝搬方向を含むレーザビーム経路に沿って１つのレーザビームパワーでレーザビームを提供するように構成された複数のレーザダイオードと；
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを作成するため該レーザビーム経路内のコリメーティング光学手段と；
ｄ．該外部キャビティ内で該レーザビーム経路内のビーム結合光学手段であって、
ｅ．Ｎ－１個の光学素子を含むビーム結合光学手段と；
を含み、
ｆ．該光学素子は以下を含む：
ｉ．レーザダイオードビームの波長を決定し、レーザダイオードビーム経路を出力経路に向ける第１の手段；
ｉｉ．レーザダイオードビームの波長を決定し、レーザダイオードビーム経路を出力経路に向ける第２の手段と、
ｉｉｉ．ここで、第１の手段の出力経路は、第２の手段の出力経路に対して９０°であり、それにより、１つの輝度を有する結合出力レーザビームを提供するようにされており、
ｇ．第１の手段および第２の手段によって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度よりもｎ倍明るいものであり、ここで、ｎ＝Ｎまたはｎ＝Ｎ－１、Ｎは個々のレーザダイオードビームの数、Ｅ’は第１または第２の手段の数、Ｎ／Ｅ’は第１または第２の手段によってグループとして結合される個々のレーザダイオードビームの数のとされているレーザシステム。
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを作成するため該レーザビーム経路内のコリメーティング光学手段と；
ｄ．該外部キャビティ内で該レーザビーム経路内のビーム結合光学手段であって、
ｅ．Ｎ－１個の光学素子を含むビーム結合光学手段と；
を含み、
ｆ．該光学素子は以下を含む：
ｉ．レーザダイオードビームの波長を決定し、レーザダイオードビーム経路を出力経路に向ける第１の手段；
ｉｉ．レーザダイオードビームの波長を決定し、レーザダイオードビーム経路を出力経路に向ける第２の手段と、
ｉｉｉ．ここで、第１の手段の出力経路は、第２の手段の出力経路に対して９０°であり、それにより、１つの輝度を有する結合出力レーザビームを提供するようにされており、
ｇ．第１の手段および第２の手段によって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度よりもｎ倍明るいものであり、ここで、ｎ＝Ｎまたはｎ＝Ｎ－１、Ｎは個々のレーザダイオードビームの数、Ｅ’は第１または第２の手段の数、Ｎ／Ｅ’は第１または第２の手段によってグループとして結合される個々のレーザダイオードビームの数のとされているレーザシステム。
【請求項62】
前記第１の手段が一次体積ブラッグ格子である、請求項６１に記載のシステム。
【請求項63】
前記第２の手段が二次体積ブラッグ格子である、請求項６１に記載のシステム。
【請求項64】
前記第２の手段は、二次体積ブラッグ格子である、請求項６２に記載のシステム。
【請求項65】
前記第１の手段が一次コーティングである、請求項６１に記載のシステム。
【請求項66】
前記第２の手段が二次コーティングである、請求項６１に記載のシステム。
【請求項67】
前記第２の手段が二次コーティングである、請求項６５に記載のシステム。
【請求項68】
４００－５００ｎｍの範囲で動作する請求項６１に記載のシステム。
【請求項69】
５００－６００ｎｍの範囲で動作する請求項６１に記載のシステム。
【請求項70】
７２０－８００ｎｍの範囲で動作する請求項６１に記載のシステム。
【請求項71】
８００－９００ｎｍの範囲で動作する請求項６１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）（１）により２０１７年６月１３日に提出された米国仮出願番号６２／５１９，１１３として出願日の恩恵をうけ、その開示全体は参照として本明細書に含まれる。
【背景技術】
【0002】
本発明は、レーザビームを結合して、溶接、切断、表面処理、表面被覆、３Ｄ印刷などのレーザ操作を実行するのに有用な特性を有するレーザビームを提供するシステム、方法および装置、および他のレーザシステムの励起源に関する。
【0003】
ＩＲ（赤外線）においては材料の反射率が高いため、現在のＩＲレーザでは処理できない材料を処理できるようにする強い必要性がある。青色レーザ光は、ＩＲで高反射する材料に強く吸収される可能性があるが、商業的なレーザ操作のための一般的な適用性や有用性は見つかっていない。現在利用可能な青色レーザビームおよびシステムは、例えば、パワー、輝度など、ＩＲレーザビームと同等の品質の青色レーザビームを提供することができない。本発明以前には、青色レーザビームシステムは、例えば、ＩＲの反射率が高い銅などの厚い材料を商業的に溶接することは出来なかった。このようなことで、ヌブル インク（Ｎｕｂｕｒｕ Ｉｎｃ．）による最近の進歩を除いて、十分な輝度の可視波長レーザを構築することは長年業界では行われておらず、周波数倍増（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ）は試みられてきたが、ダブリングクリスタル（ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｃｒｙｓｔａｌ）の制限により商業的にほとんど成功してない。青色レーザダイオード自体は、一般に、ＩＲで高反射性の材料を操作する商用レーザプリケーションの殆ど、全てではないが広範囲で、実行するには余りに低パワーである。これらの青色ダイオードのパワーレベルは通常非常に低く、これらのダイオードの「高パワー」は一般に約６ワット（Ｗ）を指す。さらに、従来のビーム結合方法（空間、偏光、離散波長）は、業界のニーズを満たすのに十分な輝度の青色レーザを構築するには不十分である。空間的結合は、レーザダイオードの光源をコリメートするために使用されるマイクロ光学素子の物理的なサイズによって輝度が制限される。偏光の結合（非コヒーレント）は、輝度を２倍にしか増やすことが出来ない。現在、波長の結合は、波長安定化・狭帯化素子または体積ブラッグ格子（ＶＢＧ：ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）などの波長選択素子を結合してレーザダイオードの波長を制御し、後続する一連のダイクロイックフィルタを使用してビームを結合し広い帯域幅の単一の空間ビームにすることで実現している。この方法は個々のＶＢＧを使用する必要があり、これはシステムの追加コストであると共にシステムのサイズを増加させる。コヒーレントな組み合わせは高輝度ソースを構築できるが、一般に商用システムに実装するには複雑で高価である。
【0004】
「レーザ加工」、「材料のレーザ加工」などの用語は、特に明記しない限り、可能な限り最も広い意味を与えられるべきであり、溶接、はんだ付け、製錬、接合、焼きなまし、軟化、粘着性、表面再形成、ピーニング、熱処理、融着、シーリング、およびスタッキングを含む。
【0005】
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、「ＵＶ」、「紫外線」、「ＵＶスペクトル」、および「スペクトルのＵＶ部分」および同様の用語は、最も広い意味を与えられるべきであり、約１０ｎｍから約４００ｎｍ（ナノメートル）、および１０ｎｍから４００ｎｍの波長の光を含む。
【0006】
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、「可視」、「可視スペクトル」、および「スペクトルの可視部分」という用語および同様の用語には、最も広い意味を与え、約３８０ｎｍから約７５０ｎｍ、および４００ｎｍから７００ｎｍの波長の光を含む。
【0007】
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「青色レーザビーム」、「青色レーザ」、および「青色」は最も広い意味を与えられるべきであり、概ね、レーザビームを提供するシステム、レーザビーム、及び例えば、約４００ｎｍから約５００ｎｍおよび４００ｎｍから５００ｎｍの波長を有する光又はレーザビームを提供伝搬するレーザおよびダイオードレーザなどのレーザ光源に言及する。
【0008】
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「緑色レーザビーム」、「緑色レーザ」および「緑色」は最も広い意味を与えられるべきであり、レーザビームおよび約５００ｎｍから約５７５ｎｍ、および５００ｎｍから５７５ｎｍの波長を有する光またはレーザビームを提供伝搬するレーザ及びダイオードレーザなどのレーザ源、レーザビームを提供するシステムなどに言及する。
【0009】
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「赤色レーザビーム」、「赤色レーザ」および「赤色」は最も広い意味を与えられるべきであり、概ね、約６００ｎｍ－約７５０ｎｍ、および６００ｎｍ－７５０ｎｍの波長を有する光またはレーザビームを提供伝搬するレーザ及びダイオードレーザなどのレーザ源、レーザビーム、レーザビームシステムに言及する。
【0010】
本明細書で使用される「約」という用語は、特に明記しない限り、プラスマイナス１０％の変動または範囲、規定値の取得に関連する実験または機器の誤差、および好ましくはこれらのうち大きい方を包含することを意味する。
【0011】
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、用語「ＩＲ」、「赤外線」、「ＩＲ波長」および「ＩＲスペクトル」は、最も広い意味を与えられるべきであり、レーザビーム、例えば、７００ｎｍ以上で約７５０ｎｍを超える波長を有するレーザビームまたは光を提供する例えばレーザおよびダイオードレーザなどのレーザ源、レーザビーム、レーザビームを提供するシステムに言及する。
【0012】
レーザキャビティにおけるレーザビームのスペクトルビームの結合は、１９９３年以来知られている（Ｐａｐｅｎ他による「外部キャビティに結合されたレーザダイオードアレイの多波長動作」Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １８，１４４１（１９９３））。しかしながら、高出力青色レーザダイオードと外部キャビティに配置された櫛形フィルタ素子とのスペクトルビーム結合は、本発明以前には実証も開示もされていないと考えられている。
【0013】
テラダイオード法（ＴｅｒａＤｉｏｄｅ Ｍｅｔｈｏｄ）は、当技術分野の課題を例示するものである。この方法は、ハミルトン（Ｈａｍｉｌｔｏｎ）らおよびサンチェス（Ｓａｎｃｈｅｚ）らの研究に基づいており、外部キャビティ（共振器）と格子を使用して、ｎ個の複数のレーザダイオードの出力を結合する。ただし、テラダイオード法では、レーザダイオードの表面にくし形フィルタ（ｃｏｍｂ ｆｉｌｔｅｒ）を生成するために使用される格子の分散が小さいため、非常に長い（約１ｍ以上）外部キャビティを必要とする。
【0014】
別の概念としては個々のレーザダイオードの波長が内部の格子構造を介してロックされるようにする方法であるが、これは高出力レベルでのレーザダイオードアレイの輝度を改善するためにレーザダイオードのスペクトルビーム結合には成功していない。ビームの結合は、一般的なレーザ共振器キャビティの外側の個々のレーザダイオードビームのそれぞれを空間的にオーバーラップさせる手段を提供する。空間ビーム結合誘電体フィルタアレイは、個々のレーザダイオードの出力波長特性と一致する必要があるため、スペクトルビーム結合のこの方法は複雑となる。さらに、レーザダイオード製造プロセス中にフィードバック構造を含める必要があるため、レーザダイオード構造の製造ははるかに複雑となる。可視レーザダイオードにおいてグレーティング（格子）構造を作ることはまだ実証されていないと考えられている。
【0015】
この技術には多くの欠点がある。重要なこととして、他の欠点の中でも、この技術は、青、青緑、緑のレーザビームと赤を結合したスペクトルビーム、または青、青緑、緑のレーザダイオードと赤レーザダイオードを組み合わせたスペクトルビームを教示または開示していない。当該技術が開示又は教示している外部キャビティは、大きく、熱機械的不安定になりやすい。とりわけ、当該技術は、コンパクトで安定したシステム、特に、青、青緑、緑、および赤の波長用のそのようなシステムを開示していないと考えられている。
【0016】
本発明の背景のセクションは、本発明の実施形態に関連し得る技術の様々な態様を紹介することを意図している。したがって、このセクションの以上の議論は、本発明をよりよく理解するための枠組みを提供するものであり、公知技術として承認するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
本発明の実施形態は、これらの長年の問題を克服して、高輝度可視波長レーザビーム、特に赤、緑、青、より具体的には、ＩＲの反射率が高い素材への高輝度での商業レーザ操作および他のすべての素材への改良されたパフォーマンスを行うのに十分なパワーを有する青レーザビームを提供する。本発明の実施形態は、とりわけ、波長ビーム結合システムおよび方法を大幅に単純化することにより、これを達成する。
【0018】
レーザダイオードは現在のファイバーレーザと競合するようになっているが、ダイオードレーザビームの低輝度は長年の問題であり、それらの幅広い受け入れと利用を妨げている。さらに、高輝度レーザビームを提供できるコンパクトで小型のレーザシステムに対する長年にわたる未解決のニーズが存在している。本発明は、とりわけ、本明細書で教示および開示される製造品、デバイスおよびプロセスを提供することにより、これらのニーズを解決する。
【課題を解決するための手段】
【0019】
本発明では以下を含む高出力高輝度レーザシステムが提供する：２つ以上の個々の高出力レーザダイオード；２つ以上の個々の高出力レーザダイオードで共有される共通の外部キャビティ；各高出力レーザダイオードから平行ビームを生成するコリメート光学手段；各レーザダイオードの波長を判定し、各レーザダイオードを空間的に同一直線上に重なり合うように整列させる、共通の外部キャビティ内のビーム結合光学手段；このレーザ光源の空間輝度は、単一のレーザダイオードのｎ倍の輝度であり、ここで輝度とは結合したパワーを開口面積発散角積（Ａｐｅｒｔｕｒｅ－ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔ）で除算したものとして定義される。
【0020】
さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有するこれらの高出力レーザ、システムおよび方法が提供される：ビーム結合光学手段がバンドパスフィルタのスペクトルのローパスまたはハイパス端のエッジで使用される光学フィルタのセットと、出力カプラまたはミラーで形成された光学キャビティからなる；４００－５００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワット以上で、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上；５００－６００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上；７２０－８００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上；８００－９００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上；９００－１２００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上；１２００ｎｍ－１１２０ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上；１４００－１５００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワット以上で、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上；１５００－２２００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上；２２００－３０００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上；３０００ｎｍ－１２０００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上。
【0021】
さらに、約０．１－約１０ｍｍ－ｍｒａｄ、約０．５ｍｍ－ｍｒａｄ以上、約０．３ｍｍ－ｍｒａｄ以上、約１ｍｍ－ｍｒａｄ以上、約２ｍｍ－ｍｒａｄ以上、約３ｍｍ－ｍｒａｄ以上、これらの範囲内のすべての値、およびより大きい値と小さい値のビームパラメータ積を有する出力レーザビームを有する、または提供するこれらの高出力レーザ、システムおよび方法が提供される。
【0022】
さらに、以下の特徴の１つ以上を有するこれらの高出力レーザ、システムおよび方法が提供される。ビーム結合光学手段が、一連の体積ブラッグ格子フィルタと、個々のレーザダイオードからの光スペクトルの一部の方向を変えてアレイ内の前のレーザダイオードと同一線上に配置する１つ以上の体積ブラッグ格子と、該光学キャビティを完成させる出力カプラとであり；体積ブラッグ格子によって導かれた後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度が、個々のレーザダイオードビームの輝度のＮ倍になるものであり、ここでＮは結合されるレーザダイオードの数；Ｎ個の一連の体積ブラッグ格子があって、体積ブラッグ格子Ｎの最大透過点はレーザダイオードＮ－１、Ｎ－２、Ｎ－３、…のレーザスペクトルのピークＮ－１、Ｎ－２、Ｎ－３、…と一致すると共に、レーザダイオードＮの最大ビーム偏向を同時に提供する。
【0023】
さらに、以下の特徴の１つ以上を有するこれらの高出力レーザ、システムおよび方法が提供される。放出されたレーザダイオード光の遅軸上で個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸上で個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の遅軸上で個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸で個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の遅軸で個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸で個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の遅軸上で個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸上で個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の遅軸上で単一の材料に作られた個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸と、単一の材料に作られた個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の遅軸上で単一の材料に作られた個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸上で単一に作られた個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の遅軸上で単一の材料に作られた個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸上で単一の材料に作られた個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の遅軸上で単一の材料に作られた個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸上で単一の材料に作られた個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する。
【0024】
さらに、以下を含むレーザ源が提供される：共通の出力カプラへのコリメート後、レーザダイオードの出力光伝搬方向に対して最大９０°の角度で個々のレーザダイオードからの光スペクトルの一部の方向を変える１つ以上の光学コーティング；ニアフィールド（近距離場）とファーフィールド（遠距離場）の光伝搬方向が、光学コーティングによって方向変えされた後で２つ以上の個々のレーザダイオード間でそれらを同一にするキャビティ内の往復経路によって画定され；レーザダイオードの数をＮとして、光学コーティングによって導かれた後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度のＮ倍になる；光学コーティングＮの最大透過点はレーザダイオードＮ－１、Ｎ－２、Ｎ－３、…のレーザスペクトルのピークＮ－１、Ｎ－２、Ｎ－３、…と一致すると共に、レーザダイオードＮの最大ビーム偏向を同時に提供する。
【0025】
さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有するこれらの高出力レーザ、システムおよび方法が提供される：放出されたレーザダイオード光の遅軸上で個々の反射光学コーティングのＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸上で個々の反射光学コーティングのＴＥモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の遅軸上で個々の反射光学コーティングのＴＭモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の速軸上で個々の反射光学コーティングのＴＭモードで動作する；放出されたレーザダイオード光の遅軸上で光学ボンディングまたはその他の低損失法によって単一の材料に加工された個々の反射光学コーティングのＴＥモードで動作する；放射されたレーザダイオード光の速軸上で光学ボンディングまたは他の低損失法によって単一の材料に加工された個別反射光学コーティングのＴＥモードで動作する；放射されたレーザダイオード光の遅軸上で光学ボンディングまたはその他の低損失法により単一の材料に加工された個々の反射光学コーティングのＴＭモードで動作する；放射されたレーザダイオード光の速軸上で光学ボンディングまたは他の低損失法によって単一の材料に加工された個々の反射光学コーティングのＴＭモードで動作する。
【0026】
さらに、以下を含むレーザ源が提供される：１つ以上の体積ブラッグ格子と、それに続く１つ以上の光学コーティング；光学コーティングからの出力光の方向は、体積ブラッグ格子からの出力光の方向に対して最大９０°であり、各レーザダイオード光源の波長を画定し光学キャビティを完成させる出力カプラを有し；体積ブラッグ格子、光学コーティング、出力カプラによって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度よりもＮ倍であり、ここでＮは個々のレーザダイオードビームの数、Ｃは光学コーティングの数とした場合、Ｎ／Ｃは体積ブラッグ格子によってグループとして結合される個々のレーザダイオードビームの数となる；体積ブラッグ格子により結合されたレーザダイオードの個々の光帯域幅は相互に排他的である；任意の中心青色波長λｃ、体積ブラッグ格子Ｍからの光帯域幅＝ΔλＭ、体積ブラッグ格子Ｍ－１の光帯域幅＝ΔλＭ－１とした場合、ΔλＭ－１≒ΔλＭ、λｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１となり、 体積ブラッグ格子Ｍ－２からの光帯域幅＝ΔλＭ－２とした場合、ΔλＭ－２≒ΔλＭ、λｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２などとなる；任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、光学コーティングＸ－１の光帯域幅＝ΔλＸ－１とした場合、ΔλＸ－１≒ΔλＸ、λｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１となり、光学コーティングＸ－２からの光帯域幅＝ΔλＸ－２とした場合、ΔλＸ－２≒ΔλＸ、λｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２などとなる；任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、体積ブラッグ格子の合計の光帯域幅ΣΔλＭ１とした場合、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１、λｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）となり、光学コーティングＸ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１、および体積ブラッグ格子の合計の光帯域幅ΣΔλＭ２とした場合、ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２、λｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）などとなる。
【0027】
さらに、以下の特徴の１つ以上を有するこれらの高出力レーザ、システムおよび方法が提供される：レーザダイオードの遅軸で反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＥモード動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの速軸で反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＥモードで動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの遅軸で反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、その後に続くレーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの速軸で反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの遅軸で反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＥモードで動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの速軸で反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＥモード動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの遅軸で反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの速軸で反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの遅軸で透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する透過体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＥモードで動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの速軸で透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する透過体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＥモードで動作する光学コーティングを利用する；レーザダイオードの遅軸で透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する透過体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの速軸で光学コーティングとＴＭモードで動作する光学コーティングを利用する。
【0028】
さらに、以下を含むレーザ源が提供される：１つ以上の光学コーティング、それに続く１つ以上の体積ブラッグ格子と；体積ブラッグ格子からの出力光の方向は、出力カプラによって完成される光学キャビティによって画定される光学コーティングからの出力光の方向に対して最大９０°であり；体積ブラッグ格子及び光学コーティングによって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度よりもＮ倍であり、ここで、Ｎは個々のレーザダイオードの数であり、Ｂを体積ブラッグ格子の数として、Ｎ／Ｂがグループとして光学コーティングによって結合される個々のレーザダイオードビームの数とされており；体積ブラッグ格子により結合されたレーザダイオードの個々の結合光帯域幅は相互に排他的であり；任意の中心青色波長λｃ、体積ブラッグ格子Ｍからの光帯域幅＝ΔλＭ、体積ブラッグ格子Ｍ－１の光帯域幅＝ΔλＭ－１として、ΔλＭ－１≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１となり、体積ブラッグ格子Ｍ－２からの光帯域幅＝ΔλＭ－２としてΔλＭ－２≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２などとなる；任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、および光学コーティングＸ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１として、ΔλＸ－１≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１となり、光学コーティングＸ－２からの光帯域幅＝ΔλＸ－２として、ΔλＸ－２≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２などとなる；任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸおよび体積ブラッグ格子の合計の光帯域幅ΣΔλＭ１として、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１およびλｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）、光学コーティングＸ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１および体積ブラッグ格子の合計の光帯域幅ΣΔλＭ２として、ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２およびλｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）などとなる。
【0029】
さらに、以下を含むレーザ源が提供される：１つ以上の体積ブラッグ格子、それに続く１つ以上の体積ブラッグ格子；体積ブラッグ格子からの出力光の方向が、出力カプラによって完成される光学キャビティによって画定される前の体積ブラッグ格子からの出力光の方向に対して最大９０°；体積ブラッグ格子によって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度のＮ倍であり、ここで、Ｎは個々のレーザダイオードの数、Ｂを二次体積ブラッグ格子の数として、Ｎ／Ｂがグループとして一次体積ブラッグ格子によってグループとして結合される個々のレーザダイオードビームの数とされている；一次体積ブラッグ格子により結合されたレーザダイオードの個々の結合光帯域幅は相互に排他的である；二次体積ブラッグ格子により結合されたレーザダイオードの個々の結合光帯域幅は相互に排他的である；任意の中心青色波長λｃ、一次体積ブラッグ格子Ｍからの光帯域幅＝ΔλＭ、二次体積ブラッグ格子Ｍ－１の光帯域幅＝ΔλＭ－１として、ΔλＭ－１≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１となり、二次体積ブラッグ格子Ｍ－２からの光帯域幅＝ΔλＭ－２としてΔλＭ－２≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２などとなる；任意の中心青色波長λｃ、二次体積ブラッグ格子Ｘからの光帯域幅＝ΔλＸ、および二次体積ブラッグ格子Ｘ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１として、ΔλＸ－１≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１となり、二次体積ブラッグ格子Ｘ－２からの光帯域幅＝ΔλＸ－２として、ΔλＸ－２≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２などとなる；任意の中心青色波長λｃ、二次体積ブラッグ格子Ｘからの光帯域幅＝ΔλＸおよび一次体積ブラッグ格子の合計の光帯域幅ΣΔλＭ１として、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１およびλｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）、二次体積ブラッグ格子Ｘ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１および一次体積ブラッグ格子の合計の光帯域幅ΣΔλＭ２として、ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２およびλｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）などとなる。
【0030】
さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有するレーザ源または方法が提供される：レーザダイオードの遅軸で動作する一次反射体積ブラッグ格子と、レーザダイオードの速軸上で二次反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸上で光学コーティングのＴＥモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸上で反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＥモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの速軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＭ－モードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＥモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、これに続いてレーザダイオードの遅軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＭ－モードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオードの速軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＥ－モードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオードの遅軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＥ－モード動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオードの速軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＭ－モード動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオードの遅軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＭモード動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、レーザダイオードの速軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で一次反射体積ブラッグ格子のＴＥモード動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続きレーザダイオードの遅軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する。レーザダイオードの速軸で一次反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、レーザダイオードの速軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を利用する；レーザダイオードの速軸で一次反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続きレーザダイオードの速軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で一次反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次反射体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの速軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次反射体積ブラッグ格子とを使用する；レーザダイオードの速軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの遅軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続くレーザダイオードの速軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオードの遅軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオード速軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオードの遅軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオード速軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子とを利用し、その後にレーザダイオードの遅軸で二次反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次反射体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオード速軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＥモード動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオードの遅軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、その後にレーザダイオード速軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、その後にレーザダイオードの遅軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオード速軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオードの遅軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＥモード動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの遅軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオード速軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子を使用する；レーザダイオードの速軸で一次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する一次透過体積ブラッグ格子と、それに続いてレーザダイオードの遅軸で二次透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する二次透過体積ブラッグ格子と、最終要素である出力カプラとを使用し、出力カプラからのフィードバックから各レーザ源の波長を画定するために各ブラッグ格子を通る光学キャビティを画定する。
【0031】
さらに、以下を含むレーザ源が提供される：請求項３０に記載の１つ以上の光学コーティングと、それに続く請求項３０に記載の１つ以上の光学コーティングであって、後続の光学コーティングからの出力光の方向は、その前の光学コーティングからの出力光の方向に対して９０°をなすようにされた光コーティングと、光学キャビティを完成し、各レーザダイオード光源からの波長を画定する往復光路を提供する出力カプラ；輝度が、光学コーティングで結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計であり、Ｎは、個々のレーザダイオードビームの数として、個々のレーザダイオードビームの輝度のＮ倍、Ｃを二次光学コーティングの数とした場合、Ｎ／Ｃは、一次光学コーティングによってグループとして結合される個々のレーザダイオードビームの数となる；一次光学コーティングによって結合されたレーザダイオードの個々の組み合わせの光帯域幅が相互に排他的；二次光学コーティングによって結合されたレーザダイオードの個々の組み合わせの光帯域幅が相互に排他的；任意の中心青色波長λｃ、一次光学コーティングＭからの光帯域幅＝ΔλＭ、一次光学コーティングＭ－１の光帯域幅＝ΔλＭ－１とした場合、ΔλＭ－１≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１となり、一次光学コーティングＭ－２からの光帯域幅≒ΔλＭ－２とした場合、ΔλＭ－２＝ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２等となる；任意の中心青色波長λｃ、一次光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、二次光学コーティングＸ－１の光帯域幅＝ΔλＸ－１とした場合、ΔλＸ－１≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１となり、二次光学コーティングＸ－２からの光帯域幅＝ΔλＸ２とした場合、ΔλＸ－２≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２など；任意の中心青色波長λｃ、二次コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、および一次光学コーティングの合計の光帯域幅ΣΔλＭ１とした場合、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１およびλｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）となり、二次光学コーティングＸ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１および一次光学コーティングの合計の光帯域幅ΣΔλＭ２とした場合、ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２およびλｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）等となる。
【0032】
さらに、以下の特徴の１つ以上を有するこれらの高出力レーザ、システムおよび方法が提供される：レーザダイオードの遅軸で一次光学コーティングのＴＥモードで動作する一次光学コーティングと、その後、レーザダイオードの速軸で二次光学コーティングのＴＥモードで動作するの二次光学コーティングを使用する；レーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＥモードで動作する一次光学コーティングと、続いてレーザダイオードの遅軸で二次光学コーティングのＴＥモードで動作する二次光学コーティングとを使用する；レーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＥモードで動作する一次光学コーティングと、続いてレーザダイオードの速軸で二次光学のＴＭモードで動作する二次光学コーティングとを使用する；レーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＥモードで動作する一次光学コーティングと、続いてレーザダイオードの遅軸で二次光学コーティングのＴＭモードで動作する二次光学コーティングとを使用する；レーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する一次光学コーティングと、続いてレーザダイオードの速軸で二次光学コーティングのＴＥモード動作する二次光学コーティングとを使用する；レーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する一次光学コーティングと、続いてレーザダイオードの遅軸で二次光学コーティングのＴＥモードで動作する二次光学コーティングとを使用する；レーザダイオードの遅軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する一次光学コーティングと、続いてレーザダイオードの速軸で二次光学コーティングのＴＭモードで動作する二次光学コーティングとを使用する；レーザダイオードの速軸で光学コーティングのＴＭモードで動作する一次光学コーティングと、続いてレーザダイオードの遅軸で二次光学コーティングのＴＭモードで動作する二次光学コーティングと、システムの出口にもうけた出力カプラであって、フィルターシステムを介して各レーザダイオード光源に光フィードバックを提供する出力カプラとを有する；出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が５ｍｍ－ｍｒａｄ以上で４００－５００ｎｍの範囲で動作する；５００－６００ｎｍの範囲で、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が５ｍｍ－ｍｒａｄ以上で動作する；７２０－８００ｎｍの範囲で、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が５ｍｍ－ｍｒａｄ以上で動作する；出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が５ｍｍ－ｍｒａｄ以上の８００－９００ｎｍの範囲で動作する。
【0033】
さらに、以下を有する高出力、高輝度レーザシステムが提供される：各々が０．２５Ｗ以上の出力を有する複数のレーザダイオードであって、それぞれがレーザビーム経路に沿ってレーザビームを提供するように構成される複数のレーザダイオード；複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティ；複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するためのレーザビーム経路内のコリメーティング光学手段； 共通の外部キャビティ内でレーザ光路内のビーム結合光学手段；ビーム結合光学手段は、各レーザダイオードの波長を判定し、複数のレーザダイオードからの各レーザビーム経路を同一直線上に整合し空間で重なり合わせることにより、１つの複合出力レーザビームが提供されており；複合出力レーザビームの結合されたパワーを開口面積発散角積で除算したものとして定義される空間輝度は、複数のレーザダイオードの単一レーザダイオードの輝度のｎ倍である。
【0034】
さらに、以下の特徴の１つ以上を有するこれらのレーザシステムおよび方法が提供される：ビーム結合光学手段が、バンドパスフィルタのスペクトルの低域端または高域端のいずれかのエッジで使用される光学フィルタのセットである；出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で４００－５００ｎｍの範囲で動作する；出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で５００－６００ｎｍの範囲で動作する；出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で７２０－８００ｎｍの範囲で動作する；出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で８００－９００ｎｍの範囲で動作する；出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で９００－１２００ｎｍの範囲で動作する；出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で１２００ｎｍ－１１２０ｎｍの範囲で動作する；出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で１４００－１５００ｎｍの範囲で動作する；出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で１５００－２２００ｎｍの範囲で動作する；ここで、複数のレーザダイオードがバンド間カスケードレーザである；システムが、出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で２２００－３０００ｎｍの範囲で動作する；ビーム結合光学手段が、複数の体積ブラッグ格子フィルタを含み、第１の体積ブラッグ格子が、複数のレーザダイオードの第１のレーザダイオードからの第１のレーザビームの光スペクトルの一部を複数のレーザダイオードの第２のレーザダイオードからのレーザビームと同一線上に方向を変えるように構成される；複数のレーザダイオードは量子カスケードレーザであり、システムが、出力が１００ワット以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で３０００ｎｍ－１２０００ｎｍの範囲で動作する。
【0035】
加えて、以下の特徴の１つ以上を有するこれらのレーザシステムおよび方法が提供される；ｎは２５以上である；ビーム結合光学手段が、複数の体積ブラッグ格子フィルタを含む；第１の体積ブラッグ格子は、複数のレーザダイオードの第１のレーザダイオードからの第１のレーザビームの光スペクトルの一部を方向を変えて、複数のレーザダイオードの第２のレーザダイオードからのレーザビームと同一線上となるように構成されている；ここで、ｎは２５以上である；ここで、複数のレーザダイオードはＮ個のダイオードからなる；ここで、Ｎ個のダイオードのそれぞれは、発振スペクトルの第１ピークを画定する；ここで、ビーム結合光学手段は、Ｎ－１個の体積ブラッグ格子フィルタからなる複数の体積ブラッグ格子と１つの出力カプラからなる；複数の体積ブラッグ格子とＮ－１レーザダイオードは光学的に結合されて、複数の体積ブラッグ格子の各体積ブラッグ格子の最大透過点が、複数のレーザダイオードのＮ－１レーザダイオードの第１ピークＮ－１、Ｎ－２からＮ－（Ｎ－１）のと一致するようにされ；Ｎはｎに等しく；ここで、Ｎ－１はｎに等しく；レーザダイオードＮ’は１つの体積ブラッグ格子と光学的に関連付けられておらず、システムは、レーザダイオードＮ’の最大ビーム偏向を提供する。
【0036】
さらに、以下を有する高出力、高輝度レーザシステムが提供される：Ｎ個の複数のレーザダイオードであって、それぞれが、１つのレーザビームパワーでレーザビーム経路に沿ってレーザビームを提供するように構成される；ここで、レーザビーム経路は出力伝搬方向を含む；複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティ；複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための出力伝搬方向のレーザビーム経路内のコリメーティング光学手段；共通外部キャビティ内で出力伝搬方向のレーザビーム経路内のビーム結合光学手段；ここで、ビーム結合光学手段は、光学コーティングを有するＮ－１個の光学素子を含む；光学素子は、複数のレーザダイオードのレーザダイオードからのレーザビームの光スペクトルの一部を、出力伝搬方向のレーザビーム経路に対して最大９０°の角度で方向転換して、１つの輝度を画定する複合出力レーザビームを提供する；これにより、複合出力レーザビームの開口面積発散角積で除算された合成パワーとして定義される輝度は、複数のレーザダイオード内の任意の単一レーザダイオードの輝度のｎ倍になる。
【0037】
さらに、Ｎ＝ｎ；Ｎ－１＝ｎとして、以下の特徴のうちの１つ以上を有するこれらのレーザシステムおよび方法が提供される。
【0038】
さらに、以下の特徴の１つ以上を有するこれらのレーザシステムおよび方法が提供される：出力が１０Ｗ以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で４００－５００ｎｍの範囲で動作する；出力が１０Ｗ以上、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上で５００Ｗ－６００ｎｍの範囲で動作する；レーザビームの出力は０．５Ｗ以上である；レーザビーム出力は１Ｗ以上である。
【0039】
加えて、以下を有する高出力、高輝度のレーザシステムが提供される：Ｎ個の複数のレーザダイオードであって、複数のレーザダイオードのそれぞれは、１つのレーザビームパワーでレーザビーム経路に沿ってレーザビームを提供するように構成される；ここで、レーザビーム経路は出力伝搬方向を含む；複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティ；複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための出力伝搬方向のレーザビーム経路のコリメーティング光学手段；共通外部キャビティ内で出力伝搬方向のレーザビーム経路内のビーム結合光学手段； ビーム結合光学手段は、Ｎ－１個の光学素子を含む；光学要素は、体積ブラッグ格子と光学コーティング要素からなり、体積ブラッグ格子と光学コーティング要素は、レーザ光路に沿って互いに順次配列される；光学コーティングからの出力光の方向は、体積ブラッグ格子からの出力光の方向に対して９０°であり、それにより、１つの輝度を画定する結合出力レーザビームを提供する；体積ブラッグ格子と光学コーティングによって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度よりもｎ倍明るくなる；ｎ＝Ｎまたはｎ＝Ｎ－１、Ｎは個々のレーザダイオードビームの数、Ｃは光学コーティングの数、Ｎ／Ｃは体積ブラッグ格子と出力カプラによって結合される個々のレーザダイオードビームの数。
【0040】
さらに、以下を有する高出力、高輝度レーザシステムが提供される：Ｎ個の複数のレーザダイオードであって、それぞれ、出力伝搬方向を含むレーザビーム経路に沿って１つのレーザビームパワーでレーザビームを提供するように構成されている複数のレーザダイオード；複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティ；複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための出力伝搬方向のレーザビーム経路内のコリメーティング光学手段；共通外部キャビティ内で出力伝搬方向のレーザビーム経路内のビーム結合光学手段；ビーム結合光学手段は、Ｎ－１個の光学素子を含み、光学素子は、体積ブラッグ格子と光学コーティング素子で構成される；ここで、体積ブラッグ格子と光学コーティング要素は、レーザビーム経路に沿って順次配列される；体積ブラッグ格子からの出力光の方向は、光学コーティング要素からの出力光の方向に対して９０°であり、それにより、１つの輝度を画定する結合出力レーザビームを提供する；体積ブラッグ格子と光学コーティングによって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度よりもｎ倍明るくなる；ここで、ｎ＝Ｎまたはｎ＝Ｎ－１、Ｎは個々のレーザダイオードビームの数、Ｂはボリュームブラッグ格子の数、Ｎ／Ｂはグループとして光学コーティングによって結合される個々のレーザダイオードビームの数。
【0041】
さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有するこれらのレーザシステムおよび方法が提供される：外部キャビティ内の体積ブラッグ格子と出力カプラによって結合されたレーザダイオードの個々の結合光帯域幅は、相互に排他的；任意の中心青色波長λｃ、体積ブラッグ格子Ｍからの光帯域幅＝ΔλＭ、体積ブラッグ格子Ｍ－１の光帯域幅＝ΔλＭ－１として、ΔλＭ－１≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１であり、体積ブラッグ格子Ｍ－２からの光帯域幅＝ΔλＭ－２として、ΔλＭ－２≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２など；任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、光学コーティングＸ－１の光帯域幅＝ΔλＸ－１として、ΔλＸ－１≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）ΔλＸ－１≧となり、光学コーティングＸ－２からの光帯域幅＝ΔλＸ－２として、ΔλＸ－２≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２など；任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸおよび体積ブラッグ格子の和の光帯域幅ΣΔλＭ１として、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１およびλｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）であり、光学コーティングＸ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１および体積ブラッグ格子の和の光帯域幅ΣΔλＭ２として、ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２およびλｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）などとなる。
【0042】
さらに、以下を有する高出力、高輝度レーザシステムが提供される：Ｎ個の複数のレーザダイオードであって、それぞれは、１つのレーザビームパワーでレーザビーム経路に沿ってレーザビームを提供するように構成される；レーザビーム経路は出力伝搬方向を含む；複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティ；複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための出力伝搬方向のレーザビーム経路内のコリメーティング光学手段；共通外部キャビティ内で出力伝搬方向のレーザビーム経路内のビーム結合光学手段；ビーム結合光学手段は、Ｎ－１個の光学素子を含む；光学素子は、レーザダイオードビームの波長を判定し、レーザダイオードビーム経路を１つの出力経路に向けるための第１の手段と、レーザダイオードビームの波長を判定し、レーザダイオードビーム経路を１つの出力経路に向ける第２の手段を有する；第１の手段の出力経路は、第２の手段の出力経路に対して９０°であり、それにより、１つの輝度を画定する結合出力レーザビームを提供する；第１の手段および第２の手段によって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度のｎ倍明るい；ここで、ｎ＝Ｎまたはｎ＝Ｎ－１、Ｎは個々のレーザダイオードビームの数、Ｅ’は第１または第２の手段の数、Ｎ／Ｅ’は第１または第２の手段によるグループとしての結合レーザダイオードビームの数。
【0043】
さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有するこれらのレーザシステムおよび方法が提供される：第１の手段は一次体積ブラッグ格子である；第２の手段は二次体積ブラッグ格子である；第１の手段は一次コーティングである；第２の手段は二次コーティングであり、出力カプラは、光学コーティングまたは体積ブラッグ格子であり得る部分反射要素である；システムは４００－５００ｎｍの波長範囲で動作する；システムは５００－６００ｎｍの波長範囲で動作する；システムは７２０－８００ｎｍの波長範囲で動作する；システムは８００－９００ｎｍの波長範囲で動作する。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【発明を実施するための形態】
【0057】
本発明は、概ね、より高輝度のレーザビームを提供するためのレーザビームのスペクトルビーム結合のための方法、システムおよび装置に関する。特に、本発明の実施形態は、レーザダイオードからのビームなどの低輝度レーザビームを結合し、ファイバーレーザから得られるレーザビームに匹敵する高輝度レーザビームにすることに関する。
【0058】
本発明の実施形態は、概ね、共通の外部キャビティ内で２つ以上の個々のレーザダイオードを使用して高出力および高輝度動作を可能とする高出力ダイオードレーザシステムである。レーザは、材料加工、レーザ支援蒸着製造、その他のレーザ利得媒体のポンピングなど、さまざまな適用ができる。共通の外部キャビティからのレーザの出力は、速軸、遅軸、または両方の軸のスペクトルビームの結合によって輝度を高める。スペクトルビーム結合のこの方法は、レーザダイオードアレイに対して想定されている他のすべてのビーム結合方法よりも簡潔で複雑ではない。
【0059】
本発明の実施形態は、狭いスペクトル帯域幅を有する高輝度レーザビームを提供する。この狭いスペクトル帯域幅は、希土類ファイバーレーザ、希土類レーザ、ラマンレーザ、およびラマンファイバーレーザをポンピングするのに利点がある。
【0060】
本発明の実施形態は、例えば、溶接、切断、表面被覆および３Ｄ印刷、ならびに他のレーザシステムおよび他の用途の励起源として有用である。本発明の実施形態は、現在のファイバーレーザに等しくそれに匹敵するレーザビーム輝度を提供するものであり、例えば約１ｋＷ－約１０ｋＷ、２ｋＷ－８ｋＷ、約５Ｗ－約２０Ｗ及びこれら範囲の全てのパワー、それ以上及び以下のパワーを有するレーザビームで、約１ｍｍ ｍｒａｄから約４０ｍｍ ｍｒａｄ、約３０ｍｍ ｍｒａｄから約３５ｍｍ ｍｒａｄのＢＰＰ（ビームパラメータ積）を有するパワー、およびこれらの範囲内のすべての値、およびより大きい値と低い値のパワーのビームを提供する。本発明の実施形態は、レーザダイオードアレイの空間輝度を増加させるための新規な方法であり、非常にコンパクトなシステム、例えば約１００ｃｍ、約５ｃｍ未満、約５ｃｍから約２００ｃｍ、これらの範囲内のすべてのサイズ、より大きなサイズとより小さなサイズ、システムから高輝度レーザビーム、さらに、とりわけ、スペクトルビーム結合レーザダイオードアレイの製造性を大幅に簡素化する。
【0061】
本発明は、レーザダイオードのすべての波長に適用される。したがって、本明細書が高出力可視青色レーザダイオードを使用して可視スペクトルの高出力高輝度レーザ光源を生成するためことに焦点を合わせている限り、本発明の適用およびその範囲はそのように限定されるべきではない。
【0062】
本発明の実施形態は、ＩＲレーザで処理することが不可能ではないにしても、非常に困難な高反射率材料をレーザ処理する能力の必要性に答える。可視レーザ光、好ましくは緑色および青色レーザ光、より好ましくは青色レーザ光は、通常、ＩＲを高反射する材料に強く吸収される。したがって、本発明に係るスペクトルビーム結合システムによって得られた輝度の増加した青色レーザ光は、銅、金、アルミニウム、銅からアルミニウム、銅から鋼、金からアルミニウム、金から鋼、銅からニッケル銅粉、アルミニウム粉、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、ニッケル合金などの材料の処理に最適である。
【0063】
本発明の実施形態は、外部キャビティ内のダイクロイックフィルタまたは体積ブラッグ格子を使用してＮ個のレーザダイオードの出力を結合することにより、波長ビーム結合方法を大幅に簡素化し、したがって、好ましくは、それぞれに別個の波長制御要素の必要性を無くす。レーザダイオードは、フロントファセットに最初に反射防止（ＡＲ）コーティングまたは低反射コーティングが施されているため、レーザダイオードはゲイン要素となり、外部キャビティへの統合に最適である。レーザダイオードの背面にある高反射率（ＨＲ）コーティングは広帯域（＞２０ｎｍ）であり、通常は修正する必要はない。外部キャビティ内の各フィルタは、透過関数が重なって所定の量だけ透過帯域が分離される限り、ローパス、ハイパス、またはバンドパスのいずれかのフィルタにできる。このフィルタは、Ｎ個のレーザのコリメート出力内に配置されるが、Ｎの値は、レーザ光源に必要な最終帯域幅と、チャネル間隔を設定する各フィルタのオーバーラップする透過帯域によって決められる。
【0064】
シングルモードダイオードを使用する実施形態では、発散は０．１ｍｍ ｍｒａｄであり得る。実施形態において、ビーム結合光学手段は、光学キャビティ内の光学フィルタから成り、ここで、ダイオードからフィルタを介した出力カプラへの往復により、各ダイオード素子の発振波長が規定される。一実施形態では、バンドパスフィルタは、各フィルタ間に空気がある個々の要素である。一実施形態では、バンドパスフィルタは、例えば、光学結合または透明接着剤のいずれかで組み立てられたモノリシック光学素子に組み立てられる。
【0065】
図１において、外部キャビティビーム結合アセンブリ１００が示されている。アセンブリ１００は、レーザダイオード光源１０１、例えば、レーザダイオードのアレイ、レーザダイオードバー、または個々のチップの集合体を有する。このアセンブリは、（好ましくは、遅軸、速軸、または両方でコリメートされたレーザビームを提供する）コリメーティング光学手段１５１、１５２、１５３、１５４、１５５を有する。レーザダイオード光源は、個々のレーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅを備えている。レーザダイオード光源１０１は、平行なレーザビーム経路に沿って進むレーザビーム１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅを提供する。レーザビームは、矢印１０７で示される偏光方向を持つ（ＴＥはダイオードレーザに関し、ＴＭはコーティングに関する）。各レーザダイオード、例えば１０１ａは、ＡＲ（反射防止）コーティングまたは低反射コーティングを有する表面または面、例えば１０３ａを有する。各レーザダイオード、例えば１０１ａは、ＨＲ（高反射）コーティングを有する表面または面、例えば１０４ａを有する。レーザビーム、例えば１０２ａは、ビーム経路に沿って移動し、一体型スタック・光カプラ１０５に到達する。光カプラ１０５は、レーザビーム１０２ａが光カプラの長さに沿って方向付けられ、レーザビーム１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、および１０２ｅと組み合わされるようにするＴＩＲ（全内部反射）表面１１２を有し、フィルタ１０８、１０９、１１０、１１１により、レーザビーム１０６を提供する。光カプラは、ガラスアセンブリに浸漬されコーティングか、光学コーティングの片側にエアギャップを備えた個別のガラス部品で、より急峻なバンドエッジを可能とする、第１の透過フィルタ１０８、第２の透過フィルタ１０９、第３の透過フィルタ１１０、および第４の透過フィルタ１１１を有する。第１の透過フィルタ１０８は、４４６．２５ｎｍのバンドエッジおよび６ｎｍのバンドパスを有し、これは透過プロファイル１０８ａによって示される（このプロファイルのそれぞれについて、ｙ軸は透過％であり、ｘ軸はｎｍ単位の波長である）。第２の透過フィルタ１０９は、４４７ｎｍのバンドエッジと６ｎｍのバンドパスを有し、これは透過プロファイル１０９ａによって示されている。第３の透過フィルタ１１０は４４７．７５ｎｍのバンドエッジと６ｎｍのバンドパスを有しており、これは透過プロファイル１１０ａによって示されている。第４の透過フィルタ１１１は、４４８．５ｎｍのバンドエッジと６ｎｍのバンドパスを有し、これは透過プロファイル１１０ａによって示される。
【0066】
一実施形態では、コリメート・レーザダイオードデバイスを出るレーザビームは、遅軸において４．５ｍｒａｄの発散を有する。この場合、レーザビームは約０．１ｍｒａｄから約５ｍｒａｄの発散軸を持つことができ、これは、レーザビームの発散がフィルタバンドエッジの急峻さを決定するためである。発散が大きいほど、バンドエッジがシャープでなくなり、その結果、各フィルタのために必要な間隔が広くなる。
【0067】
この実施形態では、外部キャビティビーム結合アセンブリ１００は、１、２、１０、２０、１２、数十個、および数百個のレーザダイオード、および対応するフィルタを有することができる。このアセンブリは、１、２、１０、２０以上のレーザダイオードバーと、各レーザダイオードに対応するフィルタを有することができる。好ましくは、各ダイオードレーザは、それ自身のフィルタと光学的に関連付けられている（すなわち、そのダイオードレーザのレーザビーム経路上にある）。しかし、１、２、３またはそれ以上のレーザダイオードを単一のフィルタに光学的に関連付けることができる。
【0068】
図１Ａには外部キャビティビーム結合アセンブリ２００が示されている。該アセンブリ２００は、レーザダイオード光源２０１（好ましくは、遅軸、速軸、または両方でコリメートされたレーザビームを提供する）、例えば、レーザダイオードのアレイ、レーザダイオードバー、または個々のチップの集合体を有する。レーザダイオード光源は、個々のレーザダイオード２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅを備えている。レーザダイオード光源２０１は、レーザビーム経路に沿って進むレーザビーム２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅを提供レーザする。レーザビームは、矢印２０７で示すように偏光方向を持っている。２０１ａなどのレーザダイオードはそれぞれ、ＡＲ（反射防止）コーティングを有する２０３ａなどの表面または面を有する。２０１ａなどのレーザダイオードはそれぞれ、ＨＲ（高反射）コーティングを有する２０４ａなどの表面または面を有する。レーザビーム、例えば、２０２ａは、ビーム経路に沿って、片側に一体型に又は分離型でエアギャップを備えた光学フィルタのスタック・光カプラ２０５に進む。一体型スタック・光カプラ２０５はＴＩＲ（全内部反射）表面２１２を有し、レーザビーム２０２ａを光カプラの長さ方向に向け、ＶＢＧノッチフィルタ２０８、２０９、２１０、２１１によって方向付けられてフィルタリングされるレーザビーム２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ、および２０２ｅと結合されてフィルタレーザビーム２０６を提供する。光カプラ２０５は、第１のＶＢＧノッチフィルタ２０８、第２のＶＢＧノッチフィルタ２０９、第３のＶＢＧノッチフィルタ２１０、第４のＶＢＧノッチフィルタ２１１を有する。結合されたＶＧＢの反射スペクトルは、グラフ２１３（ｙ軸は％透過率、ｘ軸はｎｍ単位の波長）に示されており、第１のＶＢＧノッチフィルタ２０８ａ、第２のＶＢＧノッチフィルタ２０９ａ、第３のＶＢＧノッチフィルタ２１０ａ、および第４のＶＢＧノッチフィルタ２１１ａの反射スペクトルを示す。ＶＢＧを使用すると、バンドパスフィルタ要素を使用した場合よりもチャネル間隔を大幅に近づけることができる。
【0069】
本明細書で使用される場合、「外部キャビティ」は、レーザダイオード光源の外側または離れた空間または領域にあり、一般に、１つの光学ブロック、複数の光学ブロックまたは光学部品を含み、または同様のタイプの構造とされる。
たとえば、外部キャビティは、一体型の光カプラ、またはフィルタとカプラのスタックによって形成される。外部キャビティは、光学的に透過性の固体材料（例えば、シリカ、サファイアなど）、自由空間（例えば、固体材料が存在しない）、またはその両方にあっても、またはそれらを含んでもよい。外部キャビティは、例えば、レーザセンブリ、レーザツール、またはレーザデバイスを構成または収容することができるハウジング内にあるか、またはハウジングによって画定されていてもよい。したがって、例えば、ハウジングは、一体型光カプラの一部またはすべてを含むことができ、または一体型光カプラとレーザダイオード光源の両方の一部またはすべてを含むことができる。
たとえば、外部キャビティは、一体型の光カプラ、またはフィルタとカプラのスタックによって形成される。外部キャビティは、光学的に透過性の固体材料（例えば、シリカ、サファイアなど）、自由空間（例えば、固体材料が存在しない）、またはその両方にあっても、またはそれらを含んでもよい。外部キャビティは、例えば、レーザセンブリ、レーザツール、またはレーザデバイスを構成または収容することができるハウジング内にあるか、またはハウジングによって画定されていてもよい。したがって、例えば、ハウジングは、一体型光カプラの一部またはすべてを含むことができ、または一体型光カプラとレーザダイオード光源の両方の一部またはすべてを含むことができる。
【0070】
図１３を参照すると、レーザセンブリ１３００の実施形態のブロック概略図が示されている。アセンブリ１３００は、それぞれレーザビーム経路１３０３ａ、１３０４ａ、１３０５ａ、１３０６ａに沿ってレーザビーム１３０３、１３０４、１３０５、１３０６を生成するダイオードアレイ１３０１を有する。レーザビームは、ダイオード１３７０、１３７１、１３７２、１３７３と光学的に関連するコリメーティング光学手段を持つダイオードによって生成される。コリメーティング光学手段は、レーザダイオード光源の速軸をコリメートするが遅軸はわずかにコリメートされないままにするのに使用される単一の非球面光学レンズとすることができるが、２つの光学要素すなわちレーザダイオードの速軸をコリメートする高速円筒光学部品と、レーザダイオードの遅軸をコリメートする低速円筒光学部品とを有するようにすることもできる。通常、高速円筒光学部品は焦点距離が短く、ダイオードレーザ自体の近くまたは上に取り付けられるが、低速円筒光学部品は、レーザ光源の発散を円形にしたり、アセンブリで使用されるフィルタまたはＶＢＧの許容角度の要件を満たしたりするために、十分に長い焦点距離を有する。レーザビーム経路は、ダイオードアレイ１３０１内のダイオードから、例えば図３の光学ブロック、図２のフィルタスタック、または図１、１Ａのカプラなどの光学アセンブリ１３２０まで延びる。光学アセンブリ１３２０は、レーザビームを結合して、レーザビーム経路１３０７ａに沿って進むレーザビーム１３０７にする。ダイオードアレイ１３０１の外部にある外部キャビティ１３０２がある。外部キャビティ１３０２は、ブロック１３２０、ならびにレーザビームおよびビーム経路を含む。外部キャビティは、ビーム経路１３０７ａに沿ってレーザビーム１３０７を伝送するための窓を有するハウジング１３５０に囲まれている。
【0071】
ダイオードレーザは、任意のタイプのダイオードレーザとすることができ、小型半導体レーザ、バンド間カスケードレーザ（ＩＣＬ）、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）などとすることができる。
【0072】
【0073】
図２には、ビーム結合アセンブリ２２０が示されている。アセンブリ２２０は、レーザダイオード光源２０１（好ましくは、遅軸、速軸、または両方でコリメートされたレーザビームを提供する）、例えば、レーザダイオードのアレイ、レーザダイオードバー、または個々のチップの集合体を有する。レーザダイオード光源は、個々のレーザダイオード２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２２１ｅを有する。レーザダイオード光源２２１は、レーザビーム２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅを提供し、レーザビームと一致するレーザビーム経路に沿って進む。レーザビームは、矢印２２７で示すように偏光方向を持っている。レーザダイオード、例えば２２１ａはそれぞれ、ＡＲ（反射防止）コーティングを有する表面または面、例えば２２３ａを有する。レーザダイオード、例えば２２１ａはそれぞれ、ＨＲ（高反射）コーティングを有する表面または面、例えば２２４ａを有する。レーザビーム、例えば、２２２ａは、ビーム経路に沿ってフィルタスタック２２５へと進む。フィルタスタック２２５は、レーザビーム２２２ａがスタックの長さに沿って方向付けられ、レーザビーム２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、および２２２ｅと組み合わされるように、ＴＩＲ（全内部反射）表面２３２を有する。これらは、レーザビーム２２６を提供するために、波長固有フィルタ２２８、２２９、２３０、２３１によって導かれ、フィルタにかけられる。各フィルタは、異なる波長、好ましくは他のフィルタに対してたとは異なる特定の波長を持ち、例えば、帯域通過、高帯域通過、低帯域通過、およびこれらの組み合わせのフィルタであり得る。レーザビーム２２６は、そのレーザビーム経路に沿って、スタック２２５の外部にありレーザビーム２３５を提供する出力カプラ２３３（Ｒ≦∞）まで進み、出力カプラ２３３はレーザダイオード（２２１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ）からコンバイナセンブリ（２２０）を通り、ミラー（２２３）に至り、コンバイナセンブリ（２２０）を通り、レーザダイオード（２２１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ）に戻る往復光路によって画定される、レーザ源へのフィードバックを提供する。
【0074】
加えて、スペクトルビーム結合は、図３に示されるように、より広い帯域幅で外部キャビティ内の速軸および遅軸において同時に起こり得る。すなわち、レーザダイオードの５つの列３０１、３０２、３０３、３０４、３０５の構成を有するレーザセンブリ３００があり、各列は５個のレーザダイオード、例えば３４０ａを有し、個々のレーザビーム、例えば３４０ｂを生成する。レーザビームは、レーザビーム経路に沿って第１の光学ブロック３２０に進み、そこで各行からのレーザビームは単一ビーム３１１、３１２、３１３、３１４、３１５に結合される。結合されたレーザビームは、レーザビーム経路に沿って第２の光学ブロック３３０に進んで結合されて単一のレーザビーム３１６になり、レーザビームパスに沿って光学手段３４０（適切な反射率（＞３０－４０％）の広帯域ミラーまたは狭帯域などの波長選択デバイスのいずれかになる）帯域ミラー）を通る。行（ｒｏｗ）の透過関数は例えば３ｎｍ幅だが、レーザダイオードの全体的なゲイン機能は２０ｎｍであり、最大６行を結合してレーザシステムの輝度をさらに高めることができる。このキャビティ透過関数は、図１０により詳細に示されている。
【0075】
図４には、結合器ブロックで使用される４つのバンドパスフィルタの透過関数の実施形態が示されており、最後の反射器が内部全反射面であるスペクトルビーム結合キャビティの複合透過関数を画定する。４つのバンドパスフィルタは、結合関数４１０を提供するために結合される透過関数４０１、４０２、４０３、４０４（それぞれシリーズ１、シリーズ２、シリーズ３、シリーズ４）によって示されている。図４－図８では、ｙ軸の透過率はパーセントで、ｘ軸の波長はｎｍである。
【0076】
コリメーションが１ｍｒａｄ以下の高度にコリメートされたレーザ光源に対する、外部キャビティ内のレーザダイオードのそれぞれに対する重なり合う複合透過関数が図５及び図６に示されている。図５は、透過関数の長波長エッジを使用して、各レーザダイオード光源の通過帯域を生成する場合のローパス構成である。ライン５０５は４５２．７５ｎｍ、ライン５０４は４５３．４０ｎｍ、ライン５０３は４５４．００ｎｍ、ライン５０２は４５４．６０ｎｍ、ライン５０１は４５５．００ｎｍである。ビームコンバイナの往復透過スペクトルは、図１を使用して最もよく説明できる。第１のライン５０５の往復透過関数は、図１に１１２として示されるＴＩＲ表面の広帯域反射特性と、後続の各フィルタ（４０１、４０２、４０３、４０４）の透過関数の積であるため広い。図４に示すようにフィルタはオーバーラップするように選択されているため、レーザビームには、上部波長帯域のエッジよりも短い波長の光を通過させるラウンドトリップ透過機能がある。ピーク５０４は、ピーク５０５よりも狭くなっている。これは、フィルタ１０８の反射特性（フィルタ４０１（１－透過））と、フィルタ４０２、４０３、４０４の透過特性の積であり、４５３．４ｎｍにおいて幅０．７５ｎｍの透過帯域となる。ピーク５０３は、フィルタ１０９（フィルタ４０２）の反射特性と、フィルタ４０３および４０４の透過特性の積であり、これにより、４５４ｎｍで０．７５ｎｍ幅の通過帯域が得られる。ピーク５０３は、フィルタ１１０（フィルタ４０３）の反射特性とフィルタ４０４の透過特性の積で、４５４．６ｎｍの通過帯域が得られる。ピーク５０２はフィルタ１１１（フィルタ４０４）の反射特性であり、帯域幅は出力カプラの帯域幅によって画定される。出力カプラの反射帯域幅が狭いほど、ピーク５０５と５０１は狭くなる。５０５と５０１のこの波長ピークは、出力カプラが幅２．２５ｎｍの帯域反射フィルタであることを前提としています。図６は、透過関数の短波長エッジを使用して外部キャビティ内の各レーザダイオードの一連の通過帯域を生成する場合のハイパス構成である。ライン６０１は４４６．００ｎｍ、ライン６０２は４４７．１４ｎｍ、ライン６０３は４４７．７３ｎｍ、ライン６０４は４４８．３３ｎｍの、ライン６０４は４４８．９４ｎｍである。各コンバイナフィルタは４５度の角度で配置され、１０マイクロラジアン以内で、各レーザダイオードビームが重なり合って、元のレーザダイオードの輝度のＮ倍の単一のレーザビームを形成する。結果として得られる透過関数は、レーザダイオードの波長、帯域幅、空間輝度を決定する。透過関数は上記と同じ方法で計算されるが、ここではフィルタの短い波長のエッジを使用し、長い波長の光を通過させる。この場合も、６０１および６０５の帯域幅は、幅が２．２５ｎｍの狭帯域出力カプラによって制限される。１０マイクロラジアンのアライメントは、複合ビームの１ｍｒａｄの発散からのわずかな偏差であり、該ビームはいずれかの軸で１．０５ｍｒａｄまたはＭ２値１．１になる。
【0077】
図５及び図６は、Ｍ２値で形成されるビームが１に近づくシングルモードレーザダイオード光源の使用に対応している。ただし、マルチモードレーザダイオードの遅軸の発散は０．２５度以下程度となり得る高い発散角を有するので、この高い発散角ではフィルタに対して異なる透過関数となる。図７及び図８は、０．２５度の発散を有するレーザ源に対してより広い透過関数を使用する場合の外部キャビティ結合器の複合透過関数を示している。フィルタはすべて、オーバーラップするポイントで透過関数を１０ｄＢ減少させるように設計されている。これは、通過帯域領域の外側の寄生レーザを抑制するのに十分である。図１７においてライン７０５は４５２．７５ｎｍ、ライン７０４は４５３．４０ｎｍ、ライン７０３は４５４．００、ライン７０２は４５４．６０ｎｍ、ライン７０１は４５５．００ｎｍである。図８において、ライン８０１は４４６．００ｎｍ、ライン８０２は４４７．１４ｎｍ、ライン８０３は４４７．７３ｎｍ、ライン８０４は４４８．３３ｎｍ、ライン８０５は４４８．９４ｎｍである。図５についての上記の説明と同様に、外側帯域は、使用される出力カプラによって規定されている。図７では、幅が２．２５ｎｍの出力カプラがライン７０５および７０１の帯域幅を画定する。ライン７０５は、ＴＩＲ表面とフィルタ４０１、４０２、４０３、４０４の反射曲線の積である。ライン７０４は、フィルタ４０１（１－透過）の反射曲線とフィルタ４０２、４０３、４０４の透過関数の積である。ライン７０３は、フィルタ４０２の反射曲線とフィルタ４０３および４０４の透過関数の積である。ライン７０２は、フィルタ４０３の反射曲線とフィルタ４０４の透過関数の積である。ライン７０１は、フィルタ４０４の反射曲線と、図４には示されていない出力カプラの透過関数との積である。図８では、より短い波長のエッジが使用され、図６に関する上記の説明と同様である。外側帯域は、使用される出力カプラによって規定される。図８では、幅２．２５ｎｍの出力カプラは、ライン８０５および８０１の帯域幅を画定する。ライン８０５は、ＴＩＲ表面とフィルタ４０１、４０２、４０３、４０４の反射曲線の積である。ライン８０４は、フィルタ４０４（１－透過）の反射曲線と、フィルタ４０１、４０２、４０３の透過関数の積である。ライン８０３は、フィルタ４０３の反射曲線とフィルタ４０１および４０２の透過関数の積である。ライン８０２は、フィルタ４０２の反射曲線とフィルタ４０１の透過関数の積である。ライン８０１は、フィルタ４０１の反射曲線と、図４には示されていない出力カプラの透過関数との積である。
【0078】
次に、本発明の実施形態のさらなる詳細な議論に移る。図１および１Ａにおいて、２つ以上のレーザダイオードは、レーザダイオードの裏側面に高反射コーティングを有し、レーザダイオードの表側面に反射防止コーティングを有する。レーザダイオードの速軸と遅軸で光をコリメートするために光学素子が使用されている。レーザダイオードの光がコリメートされると、一連の光学コーティングまたは体積ブラッグ格子（スペクトルビームコンバイナ）が、光の放射方向に対して最大９０°の角度で光を偏向する。光学コーティングまたは体積ブラッグ格子は、各レーザダイオードから放射される光が近接場（ニアフィールド）と遠方場（ファーフィールド）とで同時に空間的に重なるように配置される。光学コーティングまたは体積ブラッグ格子の設計により、当該システムを通過する通過帯域であって、外部キャビティの最小損失経路を決定し、各レーザダイオードが発振する波長と帯域幅を画定する透過帯域を決める。中心波長と対応する光帯域幅の各グループは、光スペクトルでは相互に排他的である。外部レーザキャビティは、出力カプラミラー、帯域幅制限反射光学コーティングまたは体積ブラッグ格子によって形成され、帯域幅制限光学コーティングまたは体積ブラッグ格子は、外部レーザキャビティの全光帯域幅を画定する。図１に示されるように、出力カプラミラー、帯域幅制限レーザキャビティ出力光学コーティングまたは体積ブラッグ格子は、個々の光学コーティングまたは体積ブラッグ格子を含むモノリシック光学素子の表面／サブサーフェス上に配置できる。出力カプラミラー、帯域幅制限レーザキャビティ出力光学コーティング、または体積ブラッグ格子は別の光学部品であることを除いて、図２は図１と同一である。
【0079】
レーザキャビティは、１つまたは２つのスペクトルビームコンバイナを含むことができる。２つのスペクトルビームコンバイナの場合、特定の各スペクトルビームコンバイナが、レーザダイオード光の速軸または遅軸のいずれかで動作し、両方のスペクトルビームコンバイナは、（レーザダイオード放射面に関して）お互いに直交する軸上で動作する必要がある。個別のスペクトルビームコンバイナは、スペクトルビームの合成が最初に１つの軸で実行され、その後直交軸で実行されるように、シリアル方式で動作する。
【0080】
外部キャビティの出力は、外部レーザキャビティ内のレーザダイオードの数がＮとした場合、単一のレーザダイオードと比較してＮ倍の輝度向上を示す。
【0081】
個々の各レーザダイオードは、外部レーザキャビティ内の光フィードバックにより、複合光学部品の透過機能内で最も損失の少ない波長でレーザ発光する。これは、外部レーザキャビティ内の光フィードバックにより、個々のレーザダイオードのゲイン帯域幅が複合光コンバイナの透過関数内に収まることを前提とする。
【0082】
外部キャビティレーザの発振帯域幅は、最低損失波長帯域のみが発振するようにキャビティの損失を制御するために外部キャビティ内の異なるタイプのフィルタで修正または変更することができる。
【0083】
単一軸スペクトルビーム結合外部キャビティのための光学コーティングまたは体積ブラッグ格子（バンドパスフィルタ）の設計が図４に示されている。外部レーザキャビティは、図５に示すようにローパス構成で動作するようにするか、図６に示すようなハイパス構成で動作するようにすることができる。図５及び図６は、レーザダイオード光の速軸または両軸においてシングルモードのダイオードレーザのフィルタ透過関数を示している。０．２５°の適度な発散のマルチモードレーザダイオードの場合に関し、図７はローパス構成の透過関数、図８はハイパス構成を示している。マルチモードレーザダイオードの発散角により、伝送損失がわずかに高くなっている。組み合わせることができるビーム発散にはさまざまな組み合わせがあるが、コンバイナブロックは概ね光源の発散と使用する光源のタイプ、たとえば個々のレーザダイオードまたはレーザダイオードバーに応じて、自由開口サイズとチャネル間隔に関して構成される
【0084】
図９は、例えば図４の実施形態の個々のバンドパスフィルタが重複するように設計され、その透過関数の積がΣΔλＢＰＦ≦ΔλＯＣである櫛形フィルタ型関数を生成する例を示しており、ここで、ΣΔλＢＰＦ（９０１）は光学コーティングまたは体積ブラッグ格子の透過関数、およびΣΔλＯＣ（９０２）は出力カプラの帯域幅である。Ｎを個々のレーザダイオードエミッタの数とすると、個々のバンドパスフィルタの帯域幅は、ΔλＢＰＦ≒ΔλＯＣ／Ｎ（９０３）となるように画定される。中心波長λＣの場合、λＣ
Ｎ（ΔλＢＰＦ
Ｎ）－λＣ
Ｎ－１（ΔλＢＰＦ
Ｎ－１）≧ΔλＢＰＦ
Ｎ－１、ここでλＣ
Ｎ（ΔλＢＰＦ
Ｎ）はバンドパスフィルタＮ（９０４）、λＣ
Ｎ－１（ΔλＢＰＦ
Ｎ－１）の中心波長は、バンドパスフィルタＮ－１（９０５）の中心波長であり、ΔλＢＰＦ
Ｎ－１はバンドパスフィルタＮ－１（９０６）の帯域幅である。さらに、λＣ
Ｎ－１（ΔλＢＰＦ
Ｎ－１）－λＣ
Ｎ－２（ΔλＢＰＦ
Ｎ－２）≧ΔλＢＰＦ
Ｎ－２なども、個々のレーザダイオードに固有の発振波長を確保するために保持される。
【0085】
４つのレーザダイオードを備える単一軸スペクトルビーム結合外部キャビティは、１つの軸の透過関数を直角をなす軸の透過関数と重ね合わせることにより、図３に示すように、両軸におけるスペクトルビーム結合に拡張することができる。この例では、個々のレーザダイオードからの光は、個別の光学手段によって速軸と速軸に集められる。次に、レーザダイオードの各列Ｘは、図１と構造が類似するが個々の行よりも広い櫛形フィルタ機能（例えば、図１０の１０５０は図３の行３０１に対応し、図１０の１０５１は、図３の行３０２に対応する）を備えているビームコンバイナによって速軸でスペクトル的にビーム結合される。前の場合と同様に、遅軸の個々のバンドパスフィルタは、それらの透過関数の積がΣΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ≒ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘになるようにスペクトル帯域幅が設計されている。ここで、ΣΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ（１００１）は行Ｘのバンドパスフィルタの透過関数の積、ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ（１００２）は行Ｘでスペクトル結合されたレーザダイオードに対応する速軸における次のバンドパスフィルタの帯域幅である。速軸においてＸ行を結合するための基準は、ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ≒ΔλＯＣ／ＸおよびΣΔλＢＰＦ，Ｆ≦ΔλＯＣであり、ここで、ΣΔλＢＰＦ，Ｆ（１００３）は速軸バンドパスフィルタの透過関数の積である。個々のレーザダイオードに固有のレーザ波長を確保するには、各行ＸのＭ個の個々のレーザダイオードを考慮し、以下の追加の制限がある。λＣ
Ｘ＊Ｍ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ）－λＣ
Ｘ＊Ｍ－１（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－１）≧ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊（Ｍ－１）、ここで、λＣ
Ｘ＊Ｍ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ）（１００４）は、行ＸのレーザダイオードＭの中心波長、λＣ
Ｘ＊Ｍ－１（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－１）（１００５）は行ＸのレーザダイオードＭ－１の中心波長、ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－１（１００６）は行ＸのレーザダイオードＭ－１の隣接するバンドパスフィルタによって画定されたくし形フィルタの帯域幅である。また、λＣ
Ｘ＊Ｍ－１（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－１）－λＣ
Ｘ＊Ｍ－２（ΔλＢＰＦ，ＳＸ＊Ｍ－２）≧ΔλＢＰＦ，ＳＸ＊Ｍ－２なども保持され、λＣ
Ｘ＊Ｍ－（Ｍ－１）（ΔλＢＰＦ，ＳＸ＊Ｍ－（Ｍ－１））＞λＣ
（Ｘ－１）＊Ｍ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
（Ｘ－１）＊Ｍ）、λＣ
（Ｘ－１）＊Ｍ－（Ｍ－１）（ΔλＢＰＦ，Ｓ
（Ｘ－１）＊Ｍ－（Ｍ－１））＞λＣ
（Ｘ－２）＊Ｍ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
（Ｘ－２）＊Ｍ）などまた、保持されなければならない。ここで、λＣ
Ｘ＊Ｍ－（Ｍ－１）（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－（Ｍ－１））は、行Ｘ（１００７）の最低波長バンドパスフィルタの中心波長；λＣ
（Ｘ－１）＊Ｍ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
（Ｘ－１）＊Ｍ）は、行Ｘ－１（１００８）の最高波長バンドパスフィルタの中心波長である。さらに、λＣ（ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ）－λＣ（ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ－１）≧ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ－１、ここで、λＣ（ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ）（１００９）は、行Ｘの速軸バンドパスフィルタの中心波長；λＣ（ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ－１）（１０１０）は、行Ｘ－１の速軸バンドパスフィルタの中心波長； ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ－１（１０１１）は、行Ｘ－１の速軸バンドパスフィルタの帯域幅である。また、λＣ（ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ－１）－λＣ（ΔλＢＰＦ、Ｆ
Ｘ－２）≧ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ－２なども保持する。最後に、ΣΔλＢＰＦ，Ｆ≒ΔλＯＣ、ここで、ΔλＯＣ（１０１２）は、外部レーザキャビティへの出力カプラの帯域幅である。この設計の別の反復では、速軸が最初にスペクトルビーム結合され、その後に遅軸のスペクトルビーム結合が続く。
【0086】
ΔλＢＰＦ＞ΔλＯＣの場合、透過関数は、外部レーザキャビティ出力カプラとして機能する帯域幅制限反射光学コーティングまたは体積ブラッグ格子を備えた外部キャビティ構成で動作する場合、速軸、遅軸、または両方の軸のいずれかにおいてエッジフィルタのように機能する。ここで、速軸または低軸、または両方の軸のいずれかにおいて固有の波長でＮ個の個別のエミッターを動作させる場合の制限について概説する。
【0087】
４個のレーザダイオードを備えた仮想単一軸スペクトルビーム結合外部キャビティについて、帯域通過フィルタの実装が図１１に示されている。連続フィルタの立ち上がり（または立ち下がり）エッジの中心波長に重なる個々のバンドパスフィルタの透過関数はλＣ
ＲＥ（ＢＰＦＮ）－λＣ
ＲＥ（ＢＰＦＮ－１）≒（１－１／Ｎ）＊ΔλＯＣとなる。ここで、λＣ
ＲＥ（ＢＰＦＮ）（１１０１）は、バンドパスフィルタＮの立ち上がり（または立ち下がり）エッジの中心波長、λＣ
ＲＥ（ＢＰＦＮ－１）（１１０２）は、バンドパスフィルタＮ－１の立ち上がり（または立ち下がり）エッジの中心波長、Ｎはレーザーダイオードキャビティ内の個々のエミッターの数である。さらに、ΔλＢＰＦ
Ｎ＞Δλ（Ｎ）、ΔλＢＰＦ
Ｎ－１＞Δλ（Ｎ－１）などとなり、ここで、ΔλＢＰＦ
Ｎ（１１０４）はＮ番目のバンドパスフィルタの帯域幅、Δλ（Ｎ）（１１０５）はＮ番目のレーザダイオードの帯域幅である。前述のように、λＣ
ＲＥ（ＢＰＦＮ）＞λＣ
ＲＥ（ＢＰＦＮ－１）、λＣ
ＲＥ（ＢＰＦＮ－１）＞λＣ
ＲＥ（ＢＰＦＮ－２）などの基準により、個々のレーザダイオードのための固有の発振波長が保証される。図１１のローパス構成では、λＣ
Ｎ＞λＣ
Ｎ－１の一連のＮ個のレーザダイオードの場合、λＣ
Ｎ（１１０６）はΔλＯＣ（１１０７）の最高波長エッジとΔλＢＰＦ
Ｎ（１１０８）の最低波長エッジ間でレーザを照射する。λＣ
Ｎ－１（１１０９）は、ΔλＢＰＦ
Ｎの最低波長エッジ（１１０８）とΔλＢＰＦ
Ｎ－１の最低波長エッジ（１１１０）の間でレーザを照射する。
【0088】
４つのレーザダイオード（図１および図２）を備える単軸スペクトルビーム結合外部キャビティは、図３に示されたアレイ構成を使用して、しかし図１２に示されるような行を結合する場合はバンドパスフィルタのより広い透過関数をもって、両軸におけるスペクトルビーム結合に拡張することができる。この例では、個々のレーザダイオードからの光は、個別の光学系によって速軸と遅軸において集められる。レーザダイオードの各行Ｘは、図１に示すコンバイナによって速軸でスペクトルビーム結合される。前のケースと同様に、遅軸に対する個々のバンドパスフィルタは、スペクトル帯域幅の合計がΣΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＞ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘになるようにスペクトル帯域幅に合わせて設計される。ここで、ΣΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ（１２０１）は、行Ｘのバンドパスフィルタのスペクトル帯域幅の合計、ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ（１２０２）は、行Ｘでスペクトル結合されたレーザダイオードに対応する、速軸における次のバンドパスフィルタの帯域幅である。速軸におけるＸ行を結合するための基準は、ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ≧ΔλＯＣ／ＸおよびΣΔλＢＰＦ，Ｆ≧ΔλＯＣであり、ここで、ΣΔλＢＰＦ，Ｆ（１２０３）は、速軸バンドパスフィルタの帯域幅の合計であり、ΔλＯＣ（１２０４）は、出力カプラの帯域幅である。個々のレーザダイオードごとに固有のレーザ波長を確保するには、各行ＸのＭ個の個々のレーザダイオード及び、以下の追加の制限λＣＲＥ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ）＞λＣ
ＲＥ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－１）、λＣ
ＲＥ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－１）＞λＣ
ＲＥ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－２）などを考慮する。ここで、λＣ
ＲＥ（ΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ）（１２０５）は行Ｘの遅軸バンドパスフィルタＭの立ち上がりエッジの中心波長、λＣ
ＲＥ（ΔλＢ
ＰＦ
，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－１）（１２０６）は行Ｘの遅軸バンドパスフィルタＭ－１の立ち上がりエッジなどである。また、λＣ（Ｘ＊Ｍ）＞λＣ（Ｘ＊Ｍ－１）＞λＣ（Ｘ＊Ｍ－２）なども保持します。また、λＣ（Ｘ＊Ｍ）＞λＣ（Ｘ＊Ｍ－１）＞λＣ（Ｘ＊Ｍ－２）なども保持する。ここで、λＣ（Ｘ＊Ｍ）（１２０７）はレーザダイオードＸ＊Ｍの中心波長、λＣ（Ｘ＊Ｍ－１）（１２０８）はレーザダイオードＸ＊Ｍ－１の中心波長などである。追加の基準、λＣ（Ｘ＊Ｍ－（Ｍ－１））＞λＣ（（Ｘ－１）＊Ｍ）、λＣ（（Ｘ－１）＊Ｍ－（Ｍ－１））＞λＣ（（Ｘ－２）＊Ｍ）なども保持されなければならない。ここで、λＣ（Ｘ＊Ｍ－（Ｍ－１））は、Ｘ行（１２０９）の最低波長レーザダイオードの中心波長で、λＣ（（Ｘ－１）＊Ｍ）は、Ｘ－１行（１２１０）の最高波長レーザダイオードの中心波長である。
【0089】
さらに、λＣ（ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ）＞λＣ（ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ－１）＞λＣ（ΔλＢＰＦ、Ｆ
Ｘ－２）などの条件が必要とされる。ここで、λＣ（ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ）（１２１１）は、行Ｘの速軸バンドパスフィルタの中心波長、λＣ（ΔλＢＰＦ，Ｆ
Ｘ－１）（１２１２）は、行Ｘ－１の速軸バンドパスフィルタの中心波長である。最後に、ΣΔλＢＰＦ，Ｆ≧ΔλＯＣ、ここでΔλＯＣ（１２０４）は外部レーザキャビティへの出力カプラの帯域幅である。図１２に示すように、λＣ
（Ｘ＊Ｍ）＞λＣ
（Ｘ＊Ｍ－１）の一連のＸ＊Ｍレーザダイオードの場合、λＣ（Ｘ＊Ｍ）（１２０７）はΔλＯＣ（１２１３）の最高波長エッジとΔλＢＰＦ、Ｓ
Ｘ＊Ｍ（１２１４）の最低波長エッジとの間でのレーザ放出、λＣ
（Ｘ＊Ｍ－１）（１２０８）は、ΔλＢＰＦ、Ｓ
Ｘ＊Ｍ（１２１４）の最低波長エッジとΔλＢＰＦ，Ｓ
Ｘ＊Ｍ－１（１２１５）などの最低波長エッジの間でのレーザ放出である。最後のパラメーターは、λＣ（１）（１２１６）がΔλＢＰＦ、Ｓ１（１２１７）の最高波長エッジと出力カプラ（１２１８）の最低波長の間でレーザ放出される。この設計の別の反復では、速軸で最初にスペクトルビーム結合され、その後に遅軸のスペクトルビーム結合が行われる。
【0090】
実施形態では、結合されたレーザビーム、例えば、１３０７の、開口面積発散角積で除算した合計出力として定義される。ここで、輝度は、レーザセンブリのためのダイオード集合（ダイオードアレイ、レーザダイオードのアレイ、レーザダイオードバー、または個々のチップの集合など）における単一のダイオードよりもｎ倍（「ｎ」ｘ）明るい。したがって、結合ビームは約１．５ｘ、約１０ｘ、約２５ｘ、約５０ｘ、約１５０ｘ、約３００ｘ、約１．５ｘから約３００ｘ、約１００ｘから約１５０ｘ、およびこれらの範囲内のすべての値、レーザダイオードの集合で使用される単一のレーザダイオードよりも５ｘ、５０ｘ、１００ｘ以上明るい。特に、輝度のこのｎ倍の増加は、青、緑、青緑、および可視波長のレーザビームの実施形態である。
【0091】
表１は、２次元スペクトルビーム結合構成の１４０－２．５ワットのレーザダイオードで達成可能な出力、輝度、および性能を示している。この表は、ビルディングブロック３５０Ｗモジュールに基づくレーザシステムの出力と輝度が、ファイバーコンバイナを使用してプロセスファイバーに入射することで、数ｋＷの出力レベルにどのように拡大するかを示している。
【0092】
表１
【0093】
同じモジュールは、輝度を保存するがモジュールの交換をわずかに複雑にする自由空間で組み合わせることができる。自由空間の組み合わせで達成できるパワーとビームのビームパラメータ積を表２に示す。
【0094】
表２
【0095】
以下の表は、各デバイスが約６．５ワットである高出力青色レーザダイオードを使用しての効果を示している。１４０個のレーザダイオードのベースモジュールは約９００ワットであり、これらのモジュールはファイバーコンバイナを介して結合され、表３に示すとおり、高出力、高輝度の青色レーザダイオードシステムを構築する。
【0096】
表３
【0097】
例（Ｅｘａｍｐｌｅｓ）
【0098】
以下の例は、本レーザシステムおよび動作の様々な実施形態を例示するものであり、電子記憶装置内のコンポーネントを含むコンポーネントを溶接するためのレーザシステムを含む。これらの例は、例示を目的とするものであり、予測的なものであり、本発明の範囲を制限するものと見なされるべきではなく、そうであると見なされるべきではない。
【0099】
例１
【0100】
高出力、高輝度レーザシステムの実施形態は、２つの個別の高出力レーザダイオードを有する。ダイオードは、約２Ｗ－１０Ｗの範囲のものとすることができる。好ましいダイオードレーザは、赤外線で達成可能なストライプ幅＜１００ミクロンの１０ワットのものである。青い波長範囲のダイオードは、ストライプ幅が４０ミクロン未満の約２．５Ｗ－６．５ワットのものとすることができる。このシステムは、これら個々の高出力レーザダイオードによって共有される共通の外部キャビティを有する。このシステムは、３、４、１０、１ダース以上のレーザダイオードを使用してスケーリングできる（たとえば、図３）。このシステムは更に、各高出力レーザダイオードから平行ビームを生成するためのコリメート光学手段を有する。このシステムは、共通の外部キャビティ内に各レーザダイオードの波長を決定するビーム結合光学手段を有し、各レーザダイオードは、同一直線上に整合され、空間で重なり合うように調整される。このシステムは、単一のレーザダイオードの輝度のｎ倍の、システムからのレーザ光源の空間輝度を提供するものであり、ここで輝度は、組み合わせたパワーを開口面積発散角積で割ったものとして定義される。レーザダイオードの利用可能なゲインカーブを完全に満たす２次元アレイは、単一のレーザダイオードの輝度の３０倍の光源を生成できる（たとえば、図３）。 最初の３０個のレーザダイオードのゲインスペクトル以外の異なるゲインスペクトルを持つレーザダイオードを選択することで、さらに高い空間輝度が実現可能になり、レーザダイオード光源の空間輝度を単一のデバイスの空間輝度の２倍から６０倍に増やすことが可能になる。これは、目的のレーザ光源の最終帯域幅に応じて、広範囲に拡張できる。実用的な範囲は、全体の空間輝度が１５０倍に近づく場合、～１００ｎｍ、たとえば４０５－５０５ｎｍである。
【0101】
例２
【0102】
外部キャビティの一実施形態では、ビーム結合光学手段は、バンドパスフィルタのスペクトルの低域端または高域端のいずれかのエッジで使用される光学フィルタのセットである。
【0103】
例３
【0104】
例１のシステムの実施形態では、外部キャビティレーザは４００－５００ｎｍの範囲で動作し、出力パワーは１ワット以上であり、ビームパラメータ積は０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上である。
【0105】
例４
【0106】
一実施形態では、外部キャビティレーザは５００－６００ｎｍの範囲で動作して、１ワット以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積となる。
【0107】
例５
【0108】
一実施形態では、外部キャビティレーザは、７２０－８００ｎｍの範囲で動作し、出力は１ワット以上であり、ビームパラメータ積は０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上である。
【0109】
例６
【0110】
外部キャビティレーザの一実施形態では、出力が＞１ワットで、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上の８００－９００ｎｍの範囲で動作している。
【0111】
例７
【0112】
外部キャビティレーザの一実施形態では、９００－１２００ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワットを超え、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上である。
【0113】
例８
【0114】
外部キャビティレーザの一実施形態では、１２００ｎｍ－１１２０ｎｍの範囲で動作し、出力が１ワット以上であり、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上である。
【0115】
例９
【0116】
外部キャビティレーザの一実施形態では、出力が１ワット以上で、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上の１４００－１５００ｎｍの範囲で動作している。
【0117】
例１０
【0118】
外部キャビティレーザの一実施形態では、１５００－２２００ｎｍの範囲で動作し、出力が＞１ワットであり、ビームパラメータ積が０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上である。
【0119】
例１１
【0120】
一実施形態では、バンド間カスケードレーザに基づく外部空洞レーザで、（１）＞１ワットの出力および０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で２２００－３０００ｎｍの範囲で動作する。
【0121】
例１２
【0122】
一実施形態では、量子カスケードレーザに基づく外部キャビティレーザで、（１）＞１ワットの出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で３０００ｎｍ－４０００ｎｍの範囲で動作する。
【0123】
例１３
【0124】
一実施形態では、システムの外部キャビティは、一組の体積ブラッグ格子フィルタであるビーム結合光学手段を有する。これらのフィルタは非常に狭い反射スペクトルを持つことができ、同じ性能を達成するためにダイクロイックコンバイナプローチのように２つのフィルタの違いに依存しない。さらに、これらのブラッグ格子は、単一の感光性ガラスに直接書き込むことができ、後研磨や個々のブロックの位置合わせの必要性を排除する。１つ以上の体積ブラッグ格子は、個々のレーザダイオードからの光スペクトルの一部を、アレイ内の前のレーザダイオードと同一線上に方向変えする。このようにして、体積ブラッグ格子によって導かれた後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度のＮ倍（Ｎは結合されるレーザダイオードの数）になる。このように、一連のＮ個の体積ブラッグ格子においては、体積ブラッグ格子Ｎを透過する最大点は、レーザダイオードＮ－１、Ｎ－２、Ｎ－３、…１のレーザスペクトルのピークＮ－１、Ｎ－２、Ｎ－３、…１と一致し、同時にレーザダイオードＮの最大ビーム偏向を提供する。この実施形態は、例１および他の例の実施形態で利用することができる。その実施形態の１つが図１Ａに示されている。
【0125】
例１４
【0126】
例１３のシステムなどのレーザシステムの実施形態では、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の遅軸上で個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する。
【0127】
例１５
【0128】
レーザシステムの実施形態、例えば例１３のシステムでは、放出されたレーザダイオード光の速軸上で個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する。
【0129】
例１６
【0130】
レーザシステムの実施形態、例えば、例１３のシステムでは、放出されたレーザダイオード光の遅軸上で個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する。
【0131】
例１７
【0132】
レーザシステムの実施形態、例えば、例１３のシステムでは、放出されたレーザダイオード光の速軸上で個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する。
【0133】
例１８
【0134】
レーザシステムの実施形態、例えば例１３のシステムでは、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の遅軸上で個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する。
【0135】
例１９
【0136】
例１３のシステムなどのレーザシステムの実施形態では、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の速軸上で個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する。
【0137】
例２０
【0138】
レーザシステムの実施形態、例えば例１３のシステムでは、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の遅軸上で個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する。
【0139】
例２１
【0140】
レーザシステムの一実施形態、例えば例１３のシステムでは、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の速軸上で個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する。
【0141】
例２２
【0142】
レーザシステムの一実施形態、例えば例１３のシステムでは、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の遅軸上で、単一素材に形成された個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する。
【0143】
例２３
【0144】
レーザシステムの実施形態、例えば例１３のシステムでは、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の速軸上で、単一の素材に形成された個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する。
【0145】
例２４
【0146】
レーザシステムの実施形態、例えば例１３のシステムでは、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の遅軸上で、単一の素材に形成された個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭードで動作する。
【0147】
例２５
【0148】
レーザシステムの一実施形態、例えば例１３のシステムでは、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の速軸上で、単一の素材に形成された個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する。
【0149】
例２６
【0150】
レーザシステムの一実施形態、例えば例１３のシステムでは、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の遅軸上で、単一素材に形成された個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する。
【0151】
例２７
【0152】
レーザシステムの一実施形態、例えば例１３のシステムでは、レーザシステムは、放出されたレーザダイオード光の速軸上で、単一素材に形成された個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する。
【0153】
例２８
【0154】
システムの一実施形態では、システムは、コリメーション後のレーザダイオード出力光伝搬方向に対して最大９０°の角度で個々のレーザダイオードからのパワーの一部を方向変えする１つ以上の光学コーティングを有する。このシステムでは、近距離場（ニアフィールド）と遠距離場（ファーフィールド）での光伝搬方向は、光学コーティングによって方向変えされた後、２つ以上の個々のレーザダイオード間で同一とされる。このようにして、光学コーティングによって導かれた後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度よりも、組み合わされるレーザダイオードの数Ｎとして、Ｎ倍明るくなる。したがって、一連のＮ個の光学コーティングでは、光学コーティングＮの最大透過点はＮ－１、Ｎ－２、Ｎ－３、…１のレーザダイオードのＮ－１、Ｎ－２、Ｎ－３、…１のレーザスペクトルのピークと一致し、同時にレーザダイオードＮの最大ビーム偏向を提供する。この実施形態は、例１の実施形態、および図１の実施形態を含む他の例において利用することができる。
【0155】
例２９
【0156】
一実施形態では、レーザ源は、１つ以上の体積ブラッグ格子を有する。光学コーティングからの出力光の方向は、体積ブラッグ格子からの出力光の方向に対して９０°である。体積ブラッグ格子と光学コーティングによって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、Ｎを個々のレーザの数とした場合、ダイオードビーム個々のレーザダイオードビームの輝度のＮ倍になり、光学コーティングの数をＣとした場合、Ｎ／Ｃはグループとして体積ブラッグ格子によってグループとして結合される個々のレーザダイオードビームの数となる。体積ブラッグ格子によって組み合わされた個々のレーザダイオードの組み合わせの光帯域幅は、相互に排他的となる。
【0157】
したがって、任意の中心青色波長λｃ、体積ブラッグ格子Ｍからの光帯域幅＝ΔλＭ、体積ブラッグ格子の光帯域幅Ｍ－１＝ΔλＭ－１、体積ブラッグ格子Ｍ－１の高額帯域幅＝ΔλＭ－１とした場合、ΔλＭ－１≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１となり、体積ブラッグ格子Ｍ－２からの光帯域幅＝ΔλＭ－２とした場合、ΔλＭ－２≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２などとなる。
【0158】
さらに、任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、光学コーティングＸ－１の光帯域幅＝ΔλＸ－１とした場合、ΔλＸ－１≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１、光学コーティングＸ－２からの光帯域幅＝ΔλＸ－２とした場合、ΔλＸ－２≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２等々となる。
【0159】
さらに、任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、および体積ブラッグ格子の光帯域幅ΣΔλＭ１とした場合、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１およびλｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）となり、光学コーティングＸ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１、および体積ブラッグ格子の合計の光帯域幅ΣΔλＭ２≒λｃとした場合、ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２およびλｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）などとなる。
【0160】
例３０
【0161】
一実施形態では、システムは、１つ以上の光学コーティングを有する。
体積ブラッグ格子からの出力光の方向は、光学コーティングからの出力光の方向に対して９０°である。体積ブラッグ格子と光学コーティングによって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、Ｎを個々のレーザの数とした場合、個々のレーザダイオードビームの輝度よりもＮ倍明るく、Ｂを体積ブラッグ格子の数とした場合、Ｎ／Ｂはグループとして光学コーティングによって結合される個々のレーザダイオードビームの数となる。体積ブラッグ格子によって組み合わされたレーザダイオードの個々の組み合わせの光帯域幅は、相互に排他的である。
体積ブラッグ格子からの出力光の方向は、光学コーティングからの出力光の方向に対して９０°である。体積ブラッグ格子と光学コーティングによって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、Ｎを個々のレーザの数とした場合、個々のレーザダイオードビームの輝度よりもＮ倍明るく、Ｂを体積ブラッグ格子の数とした場合、Ｎ／Ｂはグループとして光学コーティングによって結合される個々のレーザダイオードビームの数となる。体積ブラッグ格子によって組み合わされたレーザダイオードの個々の組み合わせの光帯域幅は、相互に排他的である。
【0162】
光学コーティングによって組み合わされたレーザダイオードの個々の組み合わせの光帯域幅は、相互に排他的である。
【0163】
したがって、任意の中心青色波長λｃ、体積ブラッグ格子Ｍからの光帯域幅＝ΔλＭ、体積ブラッグ格子Ｍ－１の光帯域幅＝ΔλＭ－１とした場合、ΔλＭ－１≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１であり、体積ブラッグ格子Ｍ－２からの光帯域幅＝ΔλＭ－２とした場合、ΔλＭ－２≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２などとなる。
【0164】
さらに、任意の中心青色波長λｃ、光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、光学コーティングＸ－１の光帯域幅＝ΔλＸ－１とした場合、ΔλＸ－１≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１で、光学コーティングＸ－２からの光帯域幅＝ΔλＸ－２とした場合、ΔλＸ－２≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２などとなる。
【0165】
さらに、任意の中心青色波長λｃ、体積ブラッグ格子Ｘからの光帯域幅＝ΔλＸおよびコーティングの合計の光帯域幅ΣΔλＭ１とした場合、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１およびλｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）となり、体積ブラッグ格子Ｘ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１、光学コーティングの合計の光帯域幅ΣΔλＭ２－１とした場合、λｃ（ΔλＸ－１）≧ΣΔλＭ２およびλｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）などとなる。
【0166】
例３０Ａ
【0167】
例３０の実施形態は、他の例の実施形態で利用される。
【0168】
例３１
【0169】
レーザシステムの実施形態では、システムは、後続の体積ブラッグ格子からの出力光方向が、その前の体積ブラッグ格子からの出力光方向に対して９０°である体積ブラッグ格子によって結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームの輝度よりもＮ倍明るくなる。この場合のＮは個々のレーザダイオードビームの数であり、Ｂを二次的体積ブラッグ格子の数とした場合、Ｎ／Ｂは、グループとして一次体積ブラッグ格子によって結合される個々のレーザダイオードビームの数となる。
【0170】
一次体積ブラッグ格子によって組み合わされたレーザダイオードの各個々の組み合わせの光帯域幅は、相互に排他的である。二次体積ブラッグ格子によって結合されたレーザダイオードの個々の組み合わせの光帯域幅は、相互に排他的である。
【0171】
したがって、任意の中心青色波長λｃ、一次体積ブラッグ格子Ｍからの光帯域幅＝ΔλＭ、一次体積ブラッグ格子Ｍ－１の光帯域幅＝ΔλＭ－１とした場合、ΔλＭ－１≒ΔλＭ、λｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１となり、二次体積ブラッグ格子Ｍ－２からの光帯域幅＝ΔλＭ－２とした場合、ΔλＭ－２≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２などとなる。
【0172】
さらに、任意の中心青色波長λｃ、一次体積ブラッグ格子Ｘからの光帯域幅＝ΔλＸ、二次体積ブラッグ格子Ｘ－１の光帯域幅＝ΔλＸ－１とした場合、ΔλＸ－１≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１となり、二次体積ブラッグ格子Ｘ－２からの光帯域幅＝ΔλＸ－２とした場合、ΔλＸ－２≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２などとなる。
【0173】
さらに、任意の中心青色波長λｃ、一次体積ブラッグ格子Ｘからの光帯域幅＝ΔλＸ、および一次体積ブラッグ格子の和の光帯域幅ΣΔλＭ１とした場合、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１およびλｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）となり、二次体積ブラッグ格子Ｘ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１、および一次体積ブラッグ格子の合計の光帯域幅ΣΔλＭ２とした場合、（ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２およびλｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）などとなる。
【0174】
例３１Ａ
【0175】
例３１の実施形態は、他の例の実施形態で利用される。
【0176】
例３２
【0177】
一実施形態では、レーザシステムは、１つまたは複数の光学コーティングを有する。次の光学コーティングからの出力光の方向は、前の光学コーティングからの出力光の方向に対して９０°とされる。光学コーティングで結合された後の個々のレーザダイオードビームの合計の輝度は、個々のレーザダイオードビームのＮ倍で、この場合のＮは個々のレーザダイオードビームの数であり、Ｃを二次光学コーティングの数とした場合、Ｎ／Ｃは、グループとして一次光学コーティングによって結合される個々のレーザダイオードビームの数となる。
【0178】
一次光学コーティングによって組み合わされたレーザダイオードの個々の組み合わせの光帯域幅は、相互に排他的である。二次光学コーティングによって組み合わされたレーザダイオードの個々の組み合わせの光帯域幅は、相互に排他的である。
【0179】
したがって、任意の中心青色波長λｃ、一次光学コーティングＭからの光帯域幅＝ΔλＭ、二次光学コーティングＭ－１の光帯域幅＝ΔλＭ－１とした場合、ΔλＭ－１≒ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ）－λｃ（ΔλＭ－１）≧ΔλＭ－１となり、二次光学コーティングＭ－２からの光帯域幅≒ΔλＭ－２とした場合、ΔλＭ－２＝ΔλＭおよびλｃ（ΔλＭ－１）－λｃ（ΔλＭ－２）≧ΔλＭ－２などとなる。
【0180】
さらに、任意の中心青色波長λｃ、二次光学コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸ、二次光学コーティングＸ－１の光帯域幅＝ΔλＸ－１とした場合、ΔλＸ－１≒ΔλＸ、λｃ（ΔλＸ）－λｃ（ΔλＸ－１）≧ΔλＸ－１となり、２次光学コーティングＸ－２からの光帯域幅＝ΔλＸ２とした場合、ΔλＸ－２≒ΔλＸおよびλｃ（ΔλＸ－１）－λｃ（ΔλＸ－２）≧ΔλＸ－２などとなる。
【0181】
さらに、任意の中心青色波長λｃ、二次コーティングＸからの光帯域幅＝ΔλＸおよび一次光学コーティングの合計の光帯域幅ΣΔλＭ１とした場合、ΔλＸ≧ΣΔλＭ１およびλｃ（ΔλＸ）≒λｃ（ΣΔλＭ１）となり、二次光学コーティングＸ－１からの光帯域幅＝ΔλＸ－１および一次光学コーティングの合計の光帯域幅ΣΔλＭ２とした場合、ΔλＸ－１≧ΣΔλＭ２およびλｃ（ΔλＸ－１）≒λｃ（ΣΔλＭ２）などとなる。
【0182】
例３２Ａ
【0183】
例３２の実施形態は、他の実施例の実施形態で利用される。
【0184】
本発明の実施形態の主題である、またはそれに関連する、新規で画期的なプロセス、システム、材料、性能、または他の有益な特徴および特性の基礎となる理論を提供または言及することは必要とされない。しかしながら、この分野の技術をさらに前進させるために、本明細書ではさまざまな理論が提供されている。本明細書に記載されている理論は、特に明記されていない限り、クレームされた発明に与えられる保護の範囲を決して制限、または狭めるものではない。これらの理論の多くは、本発明を利用するために必要でも実際的なものでもない。さらに、本発明は、本発明の方法、物品、材料、デバイス、およびシステムの実施形態の機能特徴を説明するための新しい、そしてこれまで未知の理論を導き得ることが理解される。そして、そのような後に開発された理論は、本発明に与えられる保護の範囲を制限するものではない。
【0185】
本明細書に記載のシステム、機器、技術、方法、活動および動作の様々な実施形態は、本明細書に記載のものに加えて、様々な他の活動および他の分野で使用することができる。
さらに、これらの実施形態は、例えば、以下で使用されてもよい：将来開発される可能性のある他の機器または活動；また、本明細書の教示に基づいて部分的に変更される可能性のある既存の機器またはアクティビティ。さらに、本明細書に記載のさまざまな実施形態は、異なるさまざまな組み合わせで互いに使用することができる。したがって、例えば、本明細書の様々な実施形態で提供される構成を互いに使用することができる。また、本発明に与えられる保護の範囲は、特定の実施形態、例、または特定の図の実施形態に記載されている特定の実施形態、構成または配置に限定されるべきではない。
さらに、これらの実施形態は、例えば、以下で使用されてもよい：将来開発される可能性のある他の機器または活動；また、本明細書の教示に基づいて部分的に変更される可能性のある既存の機器またはアクティビティ。さらに、本明細書に記載のさまざまな実施形態は、異なるさまざまな組み合わせで互いに使用することができる。したがって、例えば、本明細書の様々な実施形態で提供される構成を互いに使用することができる。また、本発明に与えられる保護の範囲は、特定の実施形態、例、または特定の図の実施形態に記載されている特定の実施形態、構成または配置に限定されるべきではない。
【0186】
本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、本明細書に具体的に開示されたもの以外の形態で具現化されてもよい。説明された実施形態は、すべての点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。
【図1】
【図1A】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【手続補正書】
【提出日】2023-03-29
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ａ．各々が０．２５Ｗ以上の出力を有する複数のレーザダイオードであって、それぞれレーザビーム経路に沿ってレーザビームを提供するように構成される複数のレーザダイオードと；
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための該レーザビーム経路内のコリメーティング光学手段と；
ｄ．該共通の外部キャビティ内で該レーザビーム経路内のビーム結合光学手段であって、各レーザダイオードの対する１つのバンドエッジを有し、それにより各レーザダイオードの波長を決定し、該複数のレーザダイオードからの各レーザビーム経路を同一直線上に位置合わせし、空間で重なり合うようにすることにより、１つの複合出力レーザビームを提供するビーム結合光学手段と、
を有し、
ｅ．該複合出力レーザビームの、合成パワーを開口面積発散角積で除算した空間輝度が、該複数のレーザダイオード内の任意の単一レーザダイオードのレーザビームの輝度よりも大きくなるようにしたレーザシステムであって、
該複数のレーザダイオードは、Ｎ個のダイオードからなり、該Ｎ個のダイオードのそれぞれは、第１ピークを有する発振スペクトルのレーザビームを放射し、該ビーム結合光学手段は、Ｎ－１個の体積ブラッグ格子フィルタからなる複数の体積ブラッグ格子からなり、該複数の体積ブラッグ格子と該レーザダイオードのＮ－１個は光学的に関連付けられて該複数の体積ブラッグ格子の各体積ブラッグ格子を通る最大透過点が、該複数のレーザダイオードの該Ｎ－１個のレーザダイオードのＮ－１、Ｎ－２からＮ－（Ｎ－１）から放射されたレーザビームの該第１ピークと一致するように構成されており、該空間輝度が該単一レーザダイオードのレーザビームの輝度の少なくともＮ－１倍となるようにされている、レーザシステム。
ｂ．該複数のレーザダイオードのそれぞれによって共有される共通の外部キャビティと；
ｃ．該複数のレーザダイオードのそれぞれから平行ビームを生成するための該レーザビーム経路内のコリメーティング光学手段と；
ｄ．該共通の外部キャビティ内で該レーザビーム経路内のビーム結合光学手段であって、各レーザダイオードの対する１つのバンドエッジを有し、それにより各レーザダイオードの波長を決定し、該複数のレーザダイオードからの各レーザビーム経路を同一直線上に位置合わせし、空間で重なり合うようにすることにより、１つの複合出力レーザビームを提供するビーム結合光学手段と、
を有し、
ｅ．該複合出力レーザビームの、合成パワーを開口面積発散角積で除算した空間輝度が、該複数のレーザダイオード内の任意の単一レーザダイオードのレーザビームの輝度よりも大きくなるようにしたレーザシステムであって、
該複数のレーザダイオードは、Ｎ個のダイオードからなり、該Ｎ個のダイオードのそれぞれは、第１ピークを有する発振スペクトルのレーザビームを放射し、該ビーム結合光学手段は、Ｎ－１個の体積ブラッグ格子フィルタからなる複数の体積ブラッグ格子からなり、該複数の体積ブラッグ格子と該レーザダイオードのＮ－１個は光学的に関連付けられて該複数の体積ブラッグ格子の各体積ブラッグ格子を通る最大透過点が、該複数のレーザダイオードの該Ｎ－１個のレーザダイオードのＮ－１、Ｎ－２からＮ－（Ｎ－１）から放射されたレーザビームの該第１ピークと一致するように構成されており、該空間輝度が該単一レーザダイオードのレーザビームの輝度の少なくともＮ－１倍となるようにされている、レーザシステム。
【請求項2】
該空間輝度が該単一レーザダイオードのレーザビームの輝度のＮ倍となるようされている、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項3】
該複数のレーザダイオードのうちの１つのレーザダイオードは、体積ブラッグ格子と光学的に関連付けられておらず、当該レーザシステムは、該１つのレーザダイオードの最大ビーム偏向を提供する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項4】
該放出されたレーザビームの遅軸および個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項5】
該放出されたレーザビームの速軸および個々の反射体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する、請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項6】
該放出されたレーザベームの遅軸および個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する、請求項３に記載のレーザシステム。
【請求項7】
該放出されたレーザビームの速軸および個々の反射体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項8】
該放出されたレーザビームの遅軸および個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する、請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項9】
該放出されたレーザビームの速軸および個々の透過体積ブラッグ格子のＴＥモードで動作する、請求項３に記載のレーザシステム。
【請求項10】
該放出されたレーザビームの遅軸および個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項11】
該放出されたレーザビームの速軸および個々の透過体積ブラッグ格子のＴＭモードで動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項12】
１ワット以上の出力および０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で４００－５００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項13】
１ワット以上の出力および０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で５００－６００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項14】
１ワット以上の出力および０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で７２０－８００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項15】
１０Ｗ以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で４００－５００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項16】
１０Ｗ以上の出力パワーおよび０．１ｍｍ－ｍｒａｄ以上のビームパラメータ積で５００－６００ｎｍの範囲で動作する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項17】
該複数のレーザダイオードのそれぞれのレーザビーム出力が０．５Ｗ以上である、請求項１５又は１６に記載のレーザシステム。
【請求項18】
該複数のレーザダイオードのそれぞれのレーザビーム出力が１Ｗ以上である、請求項１５又は１６に記載のレーザシステム