CN112868150A - 具有阶梯式慢轴准直器的激光系统 - Google Patents

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B·查安
M·绍特
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Abstract

在各种实施例中，激光系统的非波长光束组合维度的指向误差通过阶梯式准直透镜至少部分地降低。

Description

具有阶梯式慢轴准直器的激光系统
相关申请
本申请要求2018年10月15日提交的美国临时专利申请No.62/745,623的权益和优先权，其全部公开内容通过引用并入本申请。
技术领域
在各种实施例中，本发明涉及激光系统，特别是具有慢轴准直器的特定布置的激光系统。
背景技术
高功率激光系统用于许多不同的应用，例如焊接、切割、钻孔和材料加工。这种激光系统通常包括激光发射器和光学系统，从所述激光发射器发出的激光被耦合到光学纤维(或简称为“光纤”)中，所述光学系统将来自光纤的激光聚焦到待加工的工件上。用于激光系统的光学系统通常设计成能产生最高质量的激光束或者相当于具有最小光束参数乘积(BPP)的光束。BP P是激光束发散角(半角)和光束在其最窄点(即光束腰，最小光斑尺寸)的半径的乘积。即，BPP＝NA×D/2，其中D是聚焦点(腰部)直径，NA是数值孔径；因此，可以通过改变NA和/或D来改变BPP。BPP量化了激光束的质量以及它能聚焦到小点的程度，并且通常以毫米-毫弧度(mm-mrad)为单位表示。高斯光束具有尽可能小的BPP，由激光的波长除以pi得到。实际光束的BPP与理想高斯光束的BPP在相同波长情况下的比用M2表示，其是与波长无关的光束质量的度量。
波长光束组合(WBC)是一种用于缩放来自激光二极管、激光二极管条、二极管条堆叠或以一维或二维阵列布置的其他激光的输出功率和亮度的技术。已经开发出沿着发射器阵列的一个或两个维度组合光束的WBC方法。典型的WBC系统包括多个发射器，例如一个或多个二极管条，其利用色散元件组合起来，形成多波长光束。WBC系统中的每个发射器单独谐振，并且通过来自公共部分反射输出耦合器的波长特定反馈来稳定，该耦合器由色散元件沿着光束组合维度进行滤波。示例性的WBC系统在2000年2月4日提交的美国专利No.6,192,062、1998年9月8日提交的美国专利No.6,208,679、2011年8月25日提交的美国专利No.8,670,180和2011年3月7日提交的美国专利No.8,559,107中详述，每个专利的全部公开内容通过引用并入本文。
各种WBC激光系统将光束发射器沿单个方向或维度(称为WBC维度)发射的光束组合在一起。因此，WBC系统，或“谐振器”，通常具有其各种组件位于在WBC维度上的相同平面中的特征。如上面提到的一些参考文献中所公开的，WBC激光系统通常具有二极管条或其他多光束发射器，其输出被组合为单个输出光束。为了紧凑和高效，每个二极管条都可以与快轴准直器和光学旋转器(或“光学扭曲器(optical twister)”)耦合，光学旋转器在垂直于光束传播方向的平面内将光束的快轴和慢轴旋转90°。在这样的WBC系统中，光束的慢轴在非WBC维度或在光学旋转器的光学下游的方向上。因此，单个二极管条的发射器可以全部通过单个慢轴准直透镜(或“慢轴准直器”)在慢轴上准直。
此外，为了使WBC谐振器效率最大化，通常将WBC系统中的色散元件配置为在WBC维度成利特洛角(Littrow angle)。为了防止来自色散元件的第一阶反射传播回发射器，色散元件可以在非WBC方向(即，沿慢轴)倾斜。然而，色散元件的该倾斜导致入射在色散元件上的不同光束的不同复合角(compound angle)，从而对于由不同发射器发射的光束，在色散元件的光学下游的慢轴中引起指向误差(pointing error)。因此，需要改进WBC系统设计，以防止这种指向误差并因此提高系统效率。
发明内容
根据本发明的实施例的系统和技术补偿由例如WBC系统中的色散元件在非WBC方向或维度上的倾斜所引起的指向误差(例如，慢轴指向误差)。非WBC维度不同于在其中组合光束的WBC维度，并且在各种实施例中，非WBC维度大致垂直于WBC维度。在各种实施例中，这种指向误差通过对各个交错反射镜(interleaving mirror)的操纵而被转换成在色散元件处的光束拖影(sm ear)。然后，本发明的实施例使用“阶梯式的(staircased)”慢轴准直(SAC)透镜阵列来减少或基本上消除光束拖影，所述阶梯式的即相对于彼此在高度和/或位置(例如，垂直位置)上变化。每个SAC透镜都与二极管条或其他发射器相关联，并且来自所有发射器的光束在光学下游被组合成多波长输出光束。
在本发明的实施例中，光束发射器(或简称为“发射器”)可以包括二极管激光器、光纤激光器、光纤尾纤二极管激光器等，基本上由以上所述组成，或由以上所述组成，并且可以单独封装或成组封装为一维或二维阵列。在各种实施例中，发射器或发射器阵列是高功率二极管条，每个条具有多个(例如，数十个)发射器。发射器可以具有附于其上的微透镜，用于发射器准直和光束成形。变换光学器件，通常是共焦的且位于发射器和色散元件(例如，衍射光栅)之间，将来自不同发射器的各个光束准直并将光束的所有主光线会聚到光栅中心，特别是在WBC维度上(即光束被组合的维度或方向)。被色散元件衍射的主光束传播到部分反射的输出耦合器，该耦合器向各个发射器提供反馈并通过色散元件限定各个发射器的波长。也就是说，耦合器将各种光束的一部分反射回它们各自的发射器，从而形成外部激光腔(lasing cavity)，并且将组合的多波长光束透射以用于诸如焊接、切割、机加工、加工等应用和/或用于耦合到一根或多根光纤中。
本发明的各种实施例可以与具有用于改变其输出激光束的BPP的技术的激光系统一起使用，例如在2015年2月26日提交的美国专利申请序列No.14/632,283和在2016年6月21日提交的美国专利申请No.15/188,076中描述的那些，每个申请的全部公开内容通过引用合并于此。根据本发明的实施例的激光系统还可以包括功率和/或光谱监视功能，如在2019年5月21日提交的美国专利申请序列No.16/417,861中所详细描述的那样，其全部公开内容通过引用合并于此。本发明的实施例还可以包含如在2019年1月28日提交的美国临时专利申请No.62/797,438中详细描述的对准技术和系统，其全部公开内容通过引用合并于此。
在本申请中，除非另外指出，“光学元件”可以指透镜、反射镜、棱镜、光栅等的任何一种，其重定向、反射、弯曲或以任何其他方式光学地操纵电磁辐射。在本申请中，光束发射器、发射器或激光发射器或激光器包括任何电磁束产生装置，例如半导体元件，其产生电磁束，但可以是或可以不是自谐振的。这些还包括光纤激光器、盘形激光器、非固态激光器等。通常，每个发射器包括后反射表面、至少一个光学增益介质和前反射表面。光学增益介质增加电磁辐射的增益，该增益不限于电磁光谱的任何特定部分，而是可以是可见光、红外光和/或紫外光。发射器可以包括多个光束发射器或基本上由多个光束发射器组成，例如配置为发射多个光束的二极管条。在本文的实施例中接收的输入光束可以是使用本领域中已知的各种技术组合的单波长或多波长光束。
尽管本文中将衍射光栅用作示例性的色散元件，但是本发明的实施例可以利用其他色散元件，例如色散棱镜、透射光栅或中阶梯光栅(Echelle grating)。除了一个或多个衍射光栅之外，本发明的实施例还可以利用一个或多个棱镜，例如，如在2017年1月19日提交的美国专利申请序列No.15/410,277中所描述的，其全部公开内容通过引用合并于此。
本发明的实施例将多波长输出光束耦合到光纤中。在各种实施例中，光纤具有围绕单个芯的多个包覆层、在单个包覆层内的多个离散芯区域(或“多个芯”)或被多个包覆层围绕的多个芯。在各种实施例中，输出光束可以被传递到工件以用于诸如切割、焊接等的应用。
激光二极管阵列、条和/或堆叠，诸如在以下一般描述中描述的那些，可以与在此描述的创新的实施例相关联地使用。激光二极管可以单独地或成组封装，通常以一维行/阵列(二极管条)或二维阵列(二极管条堆叠)的形式封装。二极管阵列堆叠通常为二极管条的垂直堆叠。激光二极管条或阵列通常比等效的单个大面积二极管(broad area diode)具有更高的功率和成本效益。高功率二极管条通常包含大面积发射器阵列，产生光束质量相对较差的数十瓦；尽管功率较高，但亮度通常低于大面积激光二极管。可以堆叠高功率二极管条以产生高功率堆叠二极管条，以产生数百瓦或数千瓦的极高功率。激光二极管阵列可以配置为将光束发射到自由空间或光纤中。光纤耦合二极管激光器阵列可以方便地用作光纤激光器和光纤放大器的泵浦源。
二极管激光器条是一种半导体激光器类型，包含一维阵列的大面积发射器，或者可选地包含子阵列，其包含例如10-20个窄条状发射器。宽发射域二极管条通常包含例如19-49个发射器，每个发射器的尺寸约为例如1μm×100μm。沿1μm维度或快轴的光束质量通常受衍射限制。沿100μm维度或慢轴或阵列尺寸的光束质量通常受很多倍的衍射限制。通常，用于商业应用的二极管条的激光谐振器长度约为1至4毫米，约10毫米宽，并产生数十瓦的输出功率。大多数二极管条工作在780至1070nm的波长范围内，波长为808nm(对于泵浦钕激光器)和940nm(对于泵浦Yb：YAG)是最突出的。915-976nm的波长范围用于泵浦掺铒或掺镱高功率光纤激光器和放大器。
二极管堆叠只是能够提供非常高的输出功率的多个二极管条的布置。也称为二极管激光器堆叠、多条模块或二维激光器阵列，最常见的二极管堆叠布置为垂直堆叠，其实际上是边缘发射器的二维阵列。这种堆叠可以通过将二极管条连接到薄的散热器并堆叠这些组件以便获得二极管条和散热器的周期性阵列来制造。也有水平二极管堆叠和二维堆叠。为了获得高光束质量，二极管条通常应尽可能靠近彼此。另一方面，有效的冷却要求安装在条之间的散热器的最小厚度。二极管条间距的这种折衷使二极管堆叠在垂直方向上的光束质量(以及随后的亮度)远低于单个二极管条的光束质量。然而，有几种技术来显著减轻该问题，例如，通过不同二极管堆叠的输出的空间交织，通过偏振耦合或通过波长复用。为此目的，已经开发了各种类型的高功率光束整形器和相关装置。二极管堆叠可以提供极高的输出功率(例如数百或数千瓦)。
与仅仅用光探测表面(例如，反射率测量)的光学技术相比，根据本发明的实施例产生的输出光束可用于加工工件，使得工件的表面被物理地改变和/或使得在表面上或表面内形成特征。根据本发明实施例的示例性加工包括切割、熔接、钻孔和焊接。本发明的各种实施例还可以在一个或多个点处或沿着一维线性或曲线加工路径加工工件，而不是用来自激光束的辐射充满全部或基本上全部工件表面。这种一维路径可以由多个段组成，每个段可以是线性的或曲线的。
本发明的实施例可以改变光束形状和/或BPP以针对不同类型的加工技术或正在加工的不同类型的材料改进或优化性能。本发明的实施例可以利用2015年2月26日提交的美国专利申请序列No.14/632,283、2015年6月23日提交的美国专利申请序列No.14/747,073、2015年9月14日提交的美国专利申请序列No.14/852,939、2016年6月21日提交的美国专利申请序列No.15/188,076、2017年4月5日提交的美国专利申请序列No.15/479,745、和2017年7月14日提交的美国专利申请序列No.15/649,841中描述的用于改变BPP和/或激光束形状的各种技术，其各自的公开内容通过引用整体并入本申请。
一方面，本发明的实施例的特征在于一种激光系统，其包括多个分别发射一个或多个光束的光束发射器、色散元件、多个准直器、多个交错反射镜和部分反射输出耦合器，基本上由以上所述组成，或由以上所述组成。色散元件接收光束，并在波长光束组合(WBC)维度上将光束组合为多波长光束。多个准直器布置在光束发射器的光学上的下游以及色散元件的光学上的上游。每个准直器从光束发射器接收一个或多个光束，并在非WBC维度准直所述一个或多个光束。多个交错反射镜布置在光束发射器的光学上的下游以及色散元件的光学上的上游。多个交错反射镜可以布置在多个准直器的光学上的下游。多个准直器可以布置在多个交错反射镜的光学上的下游。每个交错反射镜将一个或多个光束从光束发射器朝向色散元件反射。部分反射输出耦合器从色散元件接收多波长光束，透射多波长光束的第一部分作为输出光束，以及将多波长光束的第二部分朝向色散元件反射回去。色散元件在非WBC维度以非零角度倾斜，使得来自色散元件的光束的第一阶反射指向远离光束发射器的方向，从而将指向误差引入多波长光束。交错反射镜中的一个或多个在非WBC维度以非零角度倾斜，以降低多波长光束的指向误差，从而在非WBC维度在色散元件处将光束拖影(beam smear)引入。准直器中的两个或多个的光轴在非WBC维度彼此偏移，从而降低由倾斜的交错反射镜引起的光束拖影。
本发明的实施例可以包括以下各种组合中的任何一种的一个或多个。非WBC维度可以对应于光束的慢轴和/或光束发射器的慢轴。非WBC维度可以对应于光束的快轴和/或光束发射器的快轴。色散元件可以包括衍射光栅(例如，透射式衍射光栅或反射式衍射光栅)，基本上由其组成，或由其组成。光束发射器中的至少一个可以包括二极管条或其他配置为发射多个离散光束的发射器，基本上由其组成，或由其组成。对于第一光束发射器，(i)色散元件在非WBC维度上的倾斜可以引入具有第一角度的指向误差，并且(ii)与第一光束发射器相关联的交错反射镜在非WBC维度以第二角度倾斜。第二角度可以近似等于第一角度。
所有的交错反射镜可以在非WBC维度上以非零角度倾斜。交错反射镜的非零倾斜角度中的两个或多个或甚至全部可以彼此不同。交错反射镜中的至少两个可以在非WBC维度上以不同角度倾斜。除一个交错反射镜外，所有交错反射镜都可以在非WBC维度上以非零角度倾斜。与中心光束发射器相关联的交错反射镜可以在非WBC维度上不以非零角度倾斜(即，与中心光束发射器相关联的交错反射镜可以以大约为零的角度定位(例如，垂直于非WBC维度上的入射光束)。交错反射镜中的两个或多个可以不在非WBC维度上以非零角度倾斜。第二准直器和/或用于将一个或多个光束旋转大约90°的光学旋转器可以与每个光束发射器相关联。每个准直器可以是慢轴准直器和/或每个第二准直器可以是快轴准直器。每个准直器可以是快轴准直器和/或每个第二准直器可以是慢轴准直器。多个交错反射镜可以布置在多个准直器的光学上的下游。准直器中的每个与色散元件之间的光学距离可以近似相等。准直器中的两个或多个的高度可以不同。准直器中的两个或多个的高度可以近似相等。所有准直器的高度可以近似相等。激光系统可以包括一个或多个折叠反射镜。一个或多个折叠反射镜可以布置在色散元件的光学上的下游以及输出耦合器的光学上的上游。
另一方面，本发明的实施例的特征在于一种激光系统，其包括多个分别发射一个或多个光束的光束发射器、色散元件、多个准直器和部分反射输出耦合器，基本上由以上所述组成，或由以上所述组成。色散元件接收光束，并在波长光束组合(WBC)维度上将光束组合为多波长光束。多个准直器布置在光束发射器的光学上的下游以及色散元件的光学上的上游。每个准直器从光束发射器接收一个或多个光束，并在非WBC维度准直所述一个或多个光束。部分反射输出耦合器从色散元件接收多波长光束，透射多波长光束的第一部分作为输出光束，以及将多波长光束的第二部分朝向色散元件反射回去。色散元件在非WBC维度以非零角度倾斜，使得来自色散元件的光束的第一阶反射指向远离光束发射器的方向，从而将指向误差引入多波长光束。准直器中的两个或多个的光轴在非WBC维度上彼此偏移，从而降低由倾斜的色散元件引起的指向误差。
本发明的实施例可以包括以下各种组合中的任何一种的一个或多个。非WBC维度可以对应于光束的慢轴和/或光束发射器的慢轴。非WBC维度可以对应于光束的快轴和/或光束发射器的快轴。色散元件可以包括衍射光栅(例如，透射式衍射光栅或反射式衍射光栅)，基本上由其组成，或由其组成。光束发射器中的至少一个可以包括二极管条或其他配置为发射多个离散光束的发射器，基本上由其组成，或由其组成。准直器可以在非WBC维度在色散元件处引入光束拖影。第二准直器和/或用于将一个或多个光束旋转大约90°的光学旋转器可以与每个光束发射器相关联。每个准直器可以是慢轴准直器和/或每个第二准直器可以是快轴准直器。每个准直器可以是快轴准直器和/或每个第二准直器可以是慢轴准直器。准直器中的每个与色散元件之间的光学距离可以近似相等。准直器中的两个或多个的高度可以不同。准直器中的两个或多个的高度可以近似相等。所有准直器的高度可以近似相等。激光系统可以包括一个或多个折叠反射镜。一个或多个折叠反射镜可以布置在色散元件的光学上的下游以及输出耦合器的光学上的上游。
又另一方面，本发明的实施例的特征在于一种对准激光系统的方法。所述激光系统包括(i)分别配置为发射一个或多个光束的多个光束发射器；(ii)用于接收光束并在波长光束组合(WBC)维度将光束组合为多波长光束的色散元件，以及(iii)部分反射输出耦合器，用于接收来自色散元件的多波长光束，传输多波长光束的第一部分作为输出光束，以及将多波长光束的第二部分朝向色散元件反射回去，基本上由以上所述组成，或由以上所述组成。由多个光束发射器发射的光束在色散元件处被组合成多波长光束。在非WBC维度将指向误差引入多波长光束中。在非WBC维度在色散元件处引入光束拖影，以降低多波长光束的指向误差。在不增大多波长光束的指向误差的情况下，减少了光束拖影。
本发明的实施例可以包括以下各种组合中的任何一种的一个或多个。通过在非WBC维度以非零角度倾斜色散元件，可以将指向误差引入多波长光束中。通过在非WBC维度以非零角度倾斜一个或多个交错反射镜，可以引入光束拖影。所述一个或多个交错反射镜可以布置在光束发射器的光学上的下游以及色散元件的光学上的上游。通过在非WBC维度使两个或多个准直器的光轴彼此偏移，可以减少光束拖影。两个或多个准直器可以布置在光束发射器的光学上的下游以及色散元件的光学上的上游。两个或多个准直器可以是慢轴准直器。两个或多个准直器可以是快轴准直器。非WBC维度可以对应于光束的慢轴和/或光束发射器的慢轴。非WBC维度可以对应于光束的快轴和/或光束发射器的快轴。在将光束组合成多波长光束之前，可以将光束旋转大约90°。可以在WBC维度和/或非WBC维度对光束准直。
另一方面，本发明的实施例的特征在于一种对准激光系统的方法。所述激光系统包括(i)分别配置为发射一个或多个光束的多个光束发射器；(ii)用于接收光束并在波长光束组合(WBC)维度将光束组合为多波长光束的色散元件，以及(iii)部分反射输出耦合器，用于接收来自色散元件的多波长光束，传输多波长光束的第一部分作为输出光束，以及将多波长光束的第二部分朝向色散元件反射回去，基本上由以上所述组成，或由以上所述组成。由多个光束发射器发射的光束在色散元件处被组合成多波长光束。来自色散元件的第一阶反射被阻止传播回多个光束发射器。降低了多波长光束的指向误差。
本发明的实施例可以包括以下各种组合中的任何一种的一个或多个。阻止来自色散元件的第一阶反射传播回多个光束发射器可以包括在非WBC维度以非零角度倾斜色散元件，基本上由以上所述组成，或由以上所述组成。通过在非WBC维度使两个或多个准直器的光轴彼此偏移，可以降低指向误差。两个或多个准直器可以布置在光束发射器的光学上的下游以及色散元件的光学上的上游。两个或多个准直器可以是慢轴准直器。两个或多个准直器可以是快轴准直器。非WBC维度可以对应于光束的慢轴和/或光束发射器的慢轴。非WBC维度可以对应于光束的快轴和/或光束发射器的快轴。在将光束组合成多波长光束之前，可以将光束旋转大约90°。可以在WBC维度和/或非WBC维度对光束准直。
通过参考以下描述、附图和权利要求，本文公开的本发明的这些和其他目的以及优点和特征将变得更加显而易见。此外，应当理解，本文描述的各种实施例的特征不是相互排斥的，并且可以以各种组合和置换的形式存在。如本文所用的，术语“基本上”表示±10％，在一些实施例中，表示±5％。除非本文另有定义，术语“基本上由……组成”表示排除有助于实现功能的其他材料。但是这些其他材料可以以痕量共同或单独存在。在本文中，除非另有说明，术语“辐射”和“光”可互换使用。在本文中，“下游”或“光学上的下游”用于指示光束在遇到第一元件之后所撞击的第二元件的相对位置，该第一元件是第二元件的“上游”或“光学上的上游”。在本文中，两个部件之间的“光学距离”是两个部件之间光束实际行进的距离；由于例如来自镜子的反射或者光从一个部件行进到另一个部件所经历的传播方向上的其他变化，光学距离可以等于但不一定等于两个部件之间的物理距离。除非另有说明，否则本文中使用的“距离”可以被认为是“光学距离”。
附图说明
在附图中，不同视图中相同的附图标记通常代表相同的部件。而且，附图并不是一定按照比例，而是在于重点说明本发明的原理。在接下来的说明书中，参考以下附图对本发明的各种实施例进行描述，其中：
图1为根据本发明实施例的波长光束组合(WBC)谐振器的示意图；
图2A为根据本发明的实施例，在WBC维度的色散元件和各种光束的示意图；
图2B-2D为根据本发明的实施例，在非WBC维度的色散元件和各种光束的示意图；
图3A为根据本发明的实施例，由色散元件的倾斜引起的在非WBC维度的光束的指向误差的图线；
图3B为根据本发明的实施例，当图3A中所示的指向误差减小到近似零时在分散元件处的光束拖影的图线；
图4为根据本发明的实施例，用于将图3B的光束拖影减小到近似零的透镜位移的图线；
图5A为根据本发明的实施例，基于图4中所示的曲线，针对两种不同布置的相对透镜位移的图线；
图5B为根据本发明的实施例，由图5A的透镜位移产生的残留光束拖影的图线；
图6A为根据本发明的实施例，对于图5A的透镜位移的其中一个布置，二极管条的左边缘发射器和右边缘发射器相对于中心发射器的光束拖影的模拟差异的图线；
图6B为根据本发明的实施例，对于图5A的透镜位移的其中一个布置，二极管条的左边缘发射器和右边缘发射器相对于中心发射器的指向误差的模拟差异的图线；
图7A-7D为根据本发明的实施例，分别对应于图2A-2D中所示的实施例，在非WBC方向上的WBC谐振器的示意图；以及
图7E为根据本发明的实施例，如图7C所示倾斜的示例性交错反射镜的透视图。
具体实施方式
图1示意性地示出了WBC谐振器100的各种组件，在所示实施例中，WBC谐振器100组合由九个不同的二极管条(如本文所使用，“二极管条”是指任何多光束发射器，即，如下所述发射器：来自其的多个光束从单个封装发射)发射的光束。本发明的实施例可以以少于或多于九个发射器来使用。根据本发明的实施例，每个发射器可以发射单个光束，或者发射器中的每个可以发射多个光束。图1的视图沿WBC维度，即，来自条的光束在该维度组合。示例性的谐振器100具有九个二极管条105，并且每个二极管条105包括沿WBC维度的发射器的阵列(例如，一维阵列)，基本上由其组成，或由其组成。二极管条105的每个发射器发射非对称光束，在一个方向(称为“快轴”，此处相对于WBC维度垂直定向)具有较大的发散，在垂直方向(称为“慢轴”，此处沿WBC维度)具有较小的发散。
在各种实施例中，二极管条105中的每个与快轴准直器(FAC)/光学扭曲微透镜组件相关联(例如，附接或以其他方式光学地耦合)，所述快轴准直器/光学扭曲微透镜组件在将光束的快轴和慢轴旋转90°时准直所发射的光束的快轴，以使每个发射的光束的慢轴垂直于微透镜组件下游的WBC维度。微透镜组件还使来自每个二极管条105的发射器的主光线朝向色散元件110会聚。合适的微透镜组件在2011年3月7日提交的美国专利No.8,553,327和2015年6月8日提交的美国专利No.9,746,679中进行了描述，每个的全部公开内容通过引用结合于此。
本文提出的本发明的实施例将FAC透镜和光学扭曲器(例如，作为微透镜组件)与光束发射器的中每一个和/或发射的光束相关联，且因此SAC透镜(如下详述)影响非WBC维度的光束。在其他实施例中，所发射的光束不旋转，并且可以利用FAC透镜来改变非WBC维度的指向角。因此，应当理解，本文中对SAC透镜的提及通常指的是在非WBC维度具有能力(power)的透镜，并且在各种实施例中，这种透镜可以包括FAC透镜。因此，在各种实施例中，例如其中发射的光束不旋转和/或光束的快轴处于非WBC维度的实施例中，如本文中详述的那样，对于SAC透镜，可以利用FAC透镜(即，阶梯式)。
如图1所示，谐振器100还具有一组SAC透镜115，一个SAC透镜115与其中一个二极管条105相关联并从其中接收光束。每个SAC透镜115准直从单个二极管条105发射的光束的慢轴。在通过SAC透镜115在慢轴上准直之后，光束传播到一组交错反射镜120，将光束125朝向色散元件110重定向。交错反射镜120的布置使得能够减小或最小化二极管条105之间的自由空间。在色散元件110(其可以包括，例如，诸如图1所示的透射衍射光栅等的衍射光栅，基本上由其组成，或由其组成)的上游，透镜130可以可选地用来准直来自二极管条105的子光束(即，除了主射线之外的其他发射射线)。在各种实施例中，透镜130布置成与二极管条105相距一光学距离，该光学距离基本上等于透镜130的焦距。注意，在典型的实施例中，主光线在色散元件110处的重叠主要是由于交错反射镜120的重定向，而不是由于透镜130的聚焦能力(focusing power)。
图1中还示出了透镜135、140，它们形成了光学望远镜，用于减轻光学串扰，如2013年3月15日提交的美国专利No.9,256,073和2015年6月23日提交的美国专利No.9,268,142所公开的，其全部公开内容通过引用合并于此。谐振器100还可以包括一个或多个可选的折叠反射镜145，用于光束的重定向，使得谐振器100可以适配在较小的物理覆盖区内。色散元件110将来自二极管条105的光束合并为单个多波长光束150，其传播到部分反射的输出耦合器155。耦合器155将光束的一部分作为谐振器100的输出光束传输，同时将光束的另一部分反射回色散元件110，并因此反射到二极管条105作为反馈，以稳定每个光束的发射波长。
在各种实施例中，为了高衍射效率，至少在WBC维度，色散元件110以利特洛角定向，即，其中衍射角等于入射角。由于每个二极管条105的发射器必须在WBC维度上在空间上稍微分开，因此来自任何单个发射器的光束将以与由其他发射器发射的其他光束的入射角稍微不同的角度入射在色散元件110上。即，通常每个二极管条的至多一个发射器实际上发射以利特洛角撞击色散元件110的光束，而其他光束则以与利特洛角稍微不同的角度。参照图2A，来自二极管条105的以非利特洛角入射在色散元件110上的各种光束可能会遇到反馈问题。图2A示出了在WBC维度针对中心光束205(例如，光束发射器105的最中心的光束(或者其中一个，对于发射偶数个光束的光束发射器来说)以利特洛角(θ)配置的色散元件200。光束210和215为以不同于利特洛角的角度入射在色散元件200上的光束(例如，相邻光束和/或远离中心光束205的光束)。线220表示色散元件200的法线。如上所述，色散元件200将光束205、210、215组合成单个输出光束225，其朝向输出耦合器(图2A中未示出)传播。反馈230从输出耦合器接收，并且被色散元件200分离成单独的分量，每个分量传播回其中一个发射器(图2A中未示出)。例如，反馈235为传播回与光束215关联的发射器的反馈分量。
图2A还示出了色散元件200的第一阶反射240，在所示示例中，其也传播回光束215的发射器。第一阶反射240将与期望的反馈光束235竞争，且从而导致光束215的波长稳定性的不稳定，或者甚至使光束215稳定在不正确的波长。这将导致WBC谐振器的功率不稳定和/或降低。(本文中将本发明的示例性实施例描述为特征在于来自诸如衍射光栅之类的有问题的色散元件的第一阶反射，可能与期望的反馈光束竞争和/或产生发射和/或功率的不稳定性。然而，根据本发明的实施例，本文详细描述的原理、技术和系统可以应用于具有高阶有问题的反射(例如，二阶反射、三阶反射等)的情况。
期望的反馈235的波长λ1和来自色散元件200的第一阶反射的竞争波长λ2可以由以下等式确定：
Figure BDA0003021856500000091
Figure BDA0003021856500000092
其中，p为色散元件200的线密度(即，每单位长度的线)，而(θ+Δθ)为光束215的入射角，如图2A所示。这些等式表明，除非Δθ＝0，否则波长λ1和λ2总是不同的，在图2A中的示例性中心光束205就是这种情况。
为了避免由来自色散元件的第一阶反射而引起的反馈竞争，本发明的实施例包含色散元件200在非WBC方向上的轻微倾斜，如在图2A中的方向245所示。当色散元件200倾斜角度δ时，第一阶反射240将相对于来自未倾斜色散元件的反馈以2δ的角度传播，如图2B所示，其为图2B沿箭头A的视图。在图2B中，沿非WBC维度，入射光束205、210、215重叠，并且虚线250表示色散元件200的未倾斜方向。(注意，尽管本发明的说明性实施例将分散元件描述为定向在WBC维度的利特洛条件下，但并不一定是这种情况；在各种实施例中，分散元件可以在WBC维度以非利特洛角倾斜或定向，且本发明的实施例仍减轻了由分散元件在非WBC方向上的倾斜引起的问题。)
然而，如图2B所示，色散元件200的倾斜可能导致衍射光束225在非WBC方向上的色散，这是由于倾斜时入射光束与色散元件200的表面之间的小复合角所致。光束在非WBC方向上的这种色散或指向误差可能导致不稳定的波长稳定性和不稳定的WBC谐振器功率。
在本发明的各种实施例中，如图2C所示，通过调整将光束反射到色散元件的各个交错反射镜(即，图1中的反射镜120)，可以将来自波长分散的(即衍射的)光束的指向误差转化为在非WBC方向在色散元件处的总光束拖影ΔS。光束拖影使光束质量在非WBC方向降低(ΔS/S×100)％，其中S为在非WBC维度在色散元件处的光束尺寸。在各种实施例中，为了最小化产生的拖影ΔS，可以在非WBC方向，即图1中的慢轴(指向页面外)，单独地调节(例如平移)SAC透镜(例如，图1中的SAC透镜115)。(等效地，可以使用其中心光轴设置在所需的不同水平处的SAC透镜；即，SAC透镜可以具有不同的尺寸，其中每个的中心光轴都设置在阶梯的所需水平处。因此，此处提到的移位或调整SAC透镜应理解为等同于使用其光轴处于所需水平或位置的SAC透镜。)图2D示出了优化的情况，其中，通过调整交错反射镜120的倾斜，使光束的指向误差最小化，并且通过SAC透镜115在非WBC方向(例如，图1的示例中的慢轴)的位移，使产生的光束拖影最小化。
图3A、3B、4、5A和5B示出了根据本发明的实施例且基于图1的WBC谐振器100的数值示例的结果。在该示例中，色散元件110在慢轴方向上倾斜10mrad，并配置为在975nm的中心波长处的利特洛角(在WBC维度)，色散元件上的其他入射角在利特洛角的±3°内。在该示例中，还假设每个SAC透镜115将其相关联的二极管条105的光束的慢轴准直，以使得在色散元件110处，慢轴光束尺寸为大约3.5mm，并且慢轴分散为约4mrad。
图3A对应于图2B所示的情况。图3A为由图1的谐振器100的色散元件110的10mrad的倾斜引起的来自各个二极管条120的光束在非WBC方向上的指向误差的图线。图3B对应于图2C所示的情况。图3B为当通过各种交错反射镜120的单独调整将图3A中所示的指向误差减小到大约零时，在色散元件110处的光束拖影的图线。注意，在该示例中，中心二极管条105(即，图1中的#5二极管条)具有大约为零的指向误差，且因此与该二极管条105相关联的交错反射镜120(即，从二极管条105接收光束的交错反射镜120)不需要倾斜以补偿指向误差。因此，本发明的实施例包括其中一个或多个交错反射镜120(例如，除一个之外的所有交错反射镜120，例如除与中心发射器(例如，二极管条)相关联的交错反射镜120之外的所有交错反射镜120)但不是所有交错反射镜120都倾斜以补偿指向误差。(如本文中所使用的，“中心”发射器，诸如二极管条，为在发射器的阵列或行内的发射器，其中在其任一侧上布置大约相同数量的发射器。例如，中心发射器任一侧的发射器数量可以彼此相等；在其他发射器中，在中心发射器一侧的发射器数量可能比中心发射器另一侧的发射器数量多1、2或甚至3个。)在非WBC方向上大约为±0.4mrad的指向误差(图3A)对应于在色散元件处慢轴分散(slow-axis divergence)的大约20％，该指向误差可能会导致WBC谐振器100发生明显的功率损耗。由于指向误差的降低而产生的拖影(图3B)，即在慢轴上在色散元件处的光束位移，为约±0.4毫米，可能会使慢轴上的光束质量降低20％以上。
在本发明的各种实施例中，通过图1中所示的SAC透镜115在慢轴上的单独的位移，减少了在非WBC方向(例如，慢轴)上的光束拖影。图4为对于需要将图3B的光束拖影减小到近似零的SAC透镜115的位移(通过ZEMAX模拟建模)的图线。假设各种SAC透镜115具有大致相同的尺寸和形状，则各个SAC透镜的位移对应于SAC透镜的中心光轴的位移相同的量。如图4所示，取决于与SAC透镜115相关联的二极管条105，SAC透镜115可以各自移位不同的量(即使在如图1所示的实施例中，在发射器105之间在WBC维度上的间隔大致恒定)。然而，在其他实施例中，SAC透镜位移的该“阶梯”可以包括一个或多个SAC透镜，它们在非WBC维度(例如，慢轴)移位或定位为与一个或多个其他邻近SAC透镜大致相同的水平。这样的布置在SAC透镜周围的物理空间有限的实施例中可能是期望的，因为可能难以在有限空间中实现可靠的透镜平移调节而不会引起其他问题，例如引起顶点卷起(apex roll)。
图5A示出，基于图4中示出的理想曲线，根据本发明的实施例的用于两种不同布置(或“阶梯”)的SAC透镜的相对位移。每个实施例的总高度(即，位移的最大差)是相同的，大约为0.7mm。因为这两个实施例都不完全对应于图4的理想曲线，所以如图5B所示，在慢轴上存在残留的光束拖影。下表总结了标记为“阶梯1”和“阶梯2”的两种情况的镜头位移。
SAC# 1 2 3 4 5 6 7 8 9
阶梯1位移(mm) -0.1 -0.1 -0.05 -0.05 0 0.05 0.15 0.3 0.6
阶梯2位移(mm) -0.1 -0.09 -0.07 -0.04 0 0.06 0.14 0.3 0.6
如图所示，阶梯1具有较少的不同透镜位移，即，尽管导致残留拖影增加，但包含在大约相同高度处位移的SAC透镜。相较之下，阶梯2针对每个透镜具有不同的透镜位移，并且更接近地对应于图4的理想情况，从而减少了残留拖影。如图5B所示，在两种情况下，残留拖影的整个范围分别为约0.09mm和0.03mm，对应于慢轴上光束质量的下降为约2.6％和0.9％。本发明的实施例将由交错反射镜的倾斜调节引起的在慢轴上的残留光束拖影减小到低于约3mm、低于约2mm、低于约1mm、低于约0.5mm、低于约0.1mm或低于约0.05mm的水平。本发明的实施例将由交错反射镜的倾斜调节引起的慢轴光束劣化降低到低于约10％、低于约8％、低于约5％、低于约3％、低于约2％或低于约1％的水平。
值得注意的是，图5B的残留拖影仅表示每个二极管条105的中心发射器的行为。也就是说，图5B可以对应于其中每个二极管条105被仅发射单个光束的发射器代替的示例。然而，在各种实施例中，每个二极管条105具有多个发射器，且因此发射多个光束。在各种实施例中，包含多个发射器的二极管条105或其他光束源可以具有任意数量的发射器(和相应的光束)，例如，大于8、大于10、大于20、大于30、大于40、从10到50、或19到46。如上所述，由于在色散元件上的入射角略有不同，因此来自每个条上的非中心发射器的光束可以表现出不同的指向误差(以及产生的光束拖影)。在本发明的各种实施例中，针对每个二极管条的SAC透镜和交错反射镜相对于二极管条的中心发射器被最佳地定位和倾斜。因此，可能需要考虑与每个二极管条的其他发射器相关联的指向误差和光束拖影。图6A和6B为针对每个二极管条的左边缘发射器和右边缘发射器相对于条的中心发射器的拖影和指向误差的模拟差异的图线。假设残留拖影由于使用图5B的阶梯1产生。在模拟中，使用了9.4mm的条宽(即，左右边缘发射器之间的距离)。如图所示，与中心发射器相比，光束拖影的最大差异小于0.6μm，指向误差的最大差异小于0.05mrad，这两者对WBC谐振器100的性能的影响都可以忽略不计。
图7A-7D为谐振器100在非WBC方向的示意图，分别对应于关于图2A-2D所描述的情况。图7A-7D中的每一个都包括单个二极管条105、SAC透镜115和与二极管条105相关联的交错反射镜120、色散元件110和输出耦合器155。为了简单起见，省略了谐振器100的其他组件。在图7A中，谐振器光束150从二极管条105传播到输出耦合器155，并且由实线表示。由于在图7A的情况下，色散元件110不倾斜，所以谐振器光束150与垂直于输出耦合器155的中心线700重叠，并且光束在非WBC维度上的第一阶反射会有害地干扰来自输出耦合器155的反馈光束(即，通过传播回到发射器)。交错反射镜120上的黑点表示谐振器光束撞击反射镜120并朝向色散元件110反射的点。
如图7B所示，当色散元件110在非WBC方向(例如，慢轴)倾斜角度δ时，在谐振器光束150中引起具有角度α的指向误差。指向误差角α(以mrad为单位)与色散元件110的倾斜角δ(以mrad为单位)和色散元件的光栅线密度p(以线/μm为单位)近似成比例。指向误差角也近似与Δθ的正切值，即光束的入射角偏离利特洛(off-Littrow)(在WBC方向上)角的偏离成比例(如上相对于图2A所述)。这些关系可以用等式α≈0.5×δ×p×tan(Δθ)表示。在本发明的各种实施例中，色散元件110可以在非WBC方向(即，慢轴)倾斜高达5mrad、高达10mrad、高达15mrad、高达20mrad、高达25mrad、或者甚至高达30mrad的角度。在各种实施例中，倾斜可以为至少1mrad、至少2mrad、至少3mrad、或者甚至至少5mrad。
如图7C中所示，交错反射镜120的倾斜可以通过非WBC维度(例如，慢轴)的角度β来调整，以便消除指向误差角α，指向误差角可能会引起不稳定的波长稳定性。在本发明的各种实施例中，色散元件110的倾斜δ大于指向误差角α(例如，大约大10倍，或者甚至大100倍)。并且，在本发明的各种实施例中，交错反射镜倾斜角β近似等于指向误差角α。
如本文中所详细描述的，由色散元件的倾斜导致的在非WBC方向上的指向误差的校正通常导致在色散元件处在非WBC方向上的光束拖影增加。该光束拖影在图7C中用ΔS表示。如图7D所示，在非WBC维度(例如，慢轴)移动SAC透镜115(即，使得光束不撞击SAC透镜115的垂直中心和/或光轴)一个量T，导致在交错反射镜120处的光束位置偏移一个量ΔS′。如图7D所示，在各种实施例中，在交错反射镜处的该偏移ΔS'为：
Figure BDA0003021856500000121
其中，f为SAC透镜115的焦距，D为SAC透镜115和交错反射镜120之间的光学距离，L为SAC透镜115和色散元件110之间的光学距离，ε为在色散元件110处的残留光束拖影。由于在本发明的实施例中，残留光束拖影减少到大约为零，并且如上所述，由于β大约等于指向误差角α，因此SAC透镜的位移T可以表示为：
Figure BDA0003021856500000122
在本发明的各种实施例中，对于所有不同的发射器，从SAC透镜115到色散元件110的光学距离L大约相等。因此，根据本发明的实施例，SAC阶梯，即SAC透镜阵列的偏移/位移，可以近似地表示为：
Figure BDA0003021856500000123
其中，下标k代表每个光束发射器，即k＝1、2，…，n，其中n为光射束发射器的数量。从该等式可以明显看出，从SAC透镜115到交错反射镜120的距离越小，所需的SAC透镜偏移就越大。在对于每个光束发射器从SAC透镜115至交错反射镜120的光学距离D大约相同的实施例中，SAC阶梯偏移将遵循线性或基本上线性的关系与Δθk成比例。本发明的其他实施例，例如图4和图5A所示的实施例，包括基本上抛物线型的SAC透镜阶梯关系，至少部分是由于在这样的实施例中Tk与Dk成反比。根据本发明的实施例，各种SAC透镜与其对应的交错反射镜之间的光学距离D可以变化，且因此SAC透镜阶梯的形状不限于线性(或基本为线性)或抛物线(或基本为抛物线)，并且SAC透镜阶梯可能甚至不会单调增大；相反，它可以逐步增大(例如，以一个、两个或更多个步长的位移)。
本发明的实施例可以包括SAC透镜阶梯，甚至在其中不使用交错反射镜的WBC谐振器中也是如此。在这样的实施例中，SAC透镜阶梯可以被定义为大约：
Tk＝0.5×δ×p×tan(Δθk)×f。
在这样的实施例中，SAC透镜阵列的位移将基本上消除由色散元件的倾斜引入的指向误差，但是可能导致在色散元件处的残留未补偿的光束拖影。此类光束拖影可近似计算为：
Figure BDA0003021856500000131
例如，上述相同的数值示例，但是不使用交错反射镜，导致在色散元件处的总光束拖影超过0.9mm，对应于慢轴上超过25％的光束质量劣化。
图7E示出了如图7C所示倾斜的示例性交错反射镜120的透视视图。实线对应于入射光束，其示出为相对于图7C的中心线700。如图所示，交错反射镜120在非WBC(例如，慢轴)维度倾斜(即，旋转)，并且入射光束在非WBC(例如，慢轴)方向以角度β从交错反射镜120反射。
在本发明的各种实施例中，SAC透镜的偏移位移不大于其焦距的大约5％，或者甚至不大于其焦距的大约3％。例如，在上述利用焦距为50mm的SAC透镜的数值示例中，SAC透镜阶梯的最大位移可以被限制为大约2.5mm或更小，或者甚至被限制为大约1.5mm或更小。在本发明的各种实施例中，SAC透镜的偏移位移可以为其焦距的至少大约0.1％，至少大约0.2％，至少大约0.5％，或至少大约1％。
在本发明的实施例中，通过针对中心(或在各种实施例中为单一)发射器，将色散元件设置为小于利特洛角(在WBC方向上)的角度，可以减小SAC透镜阶梯的整体高度(即，SAC透镜阵列的位移的范围)。这样的实施例可以表现出稍低的衍射效率和稍低的色散元件的分散能力。对于上面提供的数值示例，将色散元件的倾斜角设置比利特洛角小于1°，使SAC透镜阶梯的整体高度从大约0.7mm降低至大约0.4mm。
在各种实施例中，通过在WBC谐振器中的一个或多个SAC透镜的位移(例如，垂直位移，垂直于光束入射方向)，可以实现SAC透镜阶梯。在其他实施例中，不同的SAC透镜可以各自在慢轴方向上具有不同的高度，使得每个透镜的中心点(例如，光轴)被布置在适当的水平。在这样的实施例中，各种SAC透镜的基底可以是(但不是必须是)基本共面的，而SAC透镜的中心偏移期望的量。在各种实施例中，SAC透镜中的两个或多个的位置(例如，基底位置)和高度都可以在阶梯内变化。
在各种实施例中，各种SAC透镜被放置在基本平的平台上，并且SAC透镜经由例如高度或厚度变化的垫片或透镜基底在基底上各种高度处移位。在其他实施例中，各种SAC透镜及其任何基底的尺寸和形状可以近似相同，并且公共平台可以自身限定不同高度的区域(例如，台面或其他突起)，可以在其上在适当的位置放置SAC透镜。在各种实施例中，SAC透镜中的一个或多个的位移可以在例如经由一个或多个致动器安装在公共平台上之后调节。
在各种实施例中，可以检测各种光束的光束拖影和/或指向误差，以便随后通过反射镜倾斜和/或透镜位移、通过检测系统对重叠的光束进行解复用以检查其各个光束分量进行校正，如在2019年1月28日提交的美国临时专利申请No.62/797,438中描述的方法，其全部公开内容通过引用并入本文。例如，通过由操作员或计算机控制的控制系统(以及机械调节器，如致动器、蜗轮等等)从而最大程度地减少观察到的光束拖影和/或指向误差，可以对光束拖影和/或指向误差进行检测，并且可以对各个分量的倾斜和/或位移进行调节。
本文使用的术语和表达用作描述的术语而非限制，并且在使用这些术语和表达时，无意排除所示和所述特征的任何等同物或其部分，而是应当认识到，在所要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。

Claims (50)

1.一种激光系统，包括：
多个光束发射器，每个光束发射器发射一个或多个光束；
色散元件，用于接收光束并在波长光束组合(WBC)维度将光束组合成多波长光束；
多个准直器，设置在光束发射器的光学的下游和色散元件的光学的上游，其中每个准直器从光束发射器接收一个或多个光束并在非WBC维度准直所述一个或多个光束；
多个交错反射镜，设置在光束发射器的光学的下游和色散元件的光学的上游，其中每个交错反射镜将来自光束发射器的一个或多个光束朝向色散元件反射；以及
部分反射输出耦合器，用于接收来自色散元件的多波长光束、透射多波长光束的第一部分作为输出光束，并将多波长光束的第二部分朝向色散元件反射回去，
其中：
色散元件在非WBC维度以非零角度倾斜，使得来自色散元件的光束的第一阶反射指向远离光束发射器的方向，从而将指向误差引入多波长光束，
交错反射镜中的一个或多个在非WBC维度以非零角度倾斜，以降低多波长光束的指向误差，从而在非WBC维度在色散元件处将光束拖影引入，以及
准直器中的两个或多个的光轴在非WBC维度彼此偏移，从而降低由倾斜的交错反射镜引起的光束拖影。
2.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述非WBC维度对应于所述光束的慢轴。
3.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述非WBC维度对应于所述光束的快轴。
4.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述色散元件包括衍射光栅。
5.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述光束发射器中的至少一个包括二极管条，配置为发射多个离散的光束。
6.根据权利要求1所述的激光系统，其中，对于第一光束发射器：
色散元件在非WBC维度的倾斜引入具有第一角度的指向误差；以及
与第一光束发射器相关联的交错反射镜在非WBC维度以第二角度倾斜。
7.根据权利要求6所述的激光系统，其中，所述第二角度近似等于所述第一角度。
8.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所有的交错反射镜在所述非WBC维度以非零角度倾斜。
9.根据权利要求1所述的激光系统，其中，交错反射镜中的至少两个在非WBC维度以不同的角度倾斜。
10.根据权利要求1所述的激光系统，其中，除一个交错反射镜外，所有交错反射镜都在非WBC维度以非零角度倾斜。
11.根据权利要求10所述的激光系统，其中，与中心光束发射器相关联的交错反射镜在非WBC维度不以非零角度倾斜。
12.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述交错反射镜中的两个或多个在非WBC维度不以非零角度倾斜。
13.根据权利要求1所述的激光系统，进一步包括，与每个光束发射器相关联的(i)第二准直器，以及(ii)用于将一个或多个光束旋转大约90°的光学旋转器。
14.根据权利要求13所述的激光系统，其中，每个准直器为慢轴准直器，并且每个第二准直器为快轴准直器。
15.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述多个交错反射镜设置在所述多个准直器的光学上的下游。
16.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述准直器中的每个与所述色散元件之间的光学距离大致相等。
17.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述准直器中的两个或多个的高度是不同的。
18.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述准直器中的两个或多个的高度近似相等。
19.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所有准直器的高度近似相等。
20.根据权利要求1所述的激光系统，进一步包括一个或多个折叠反射镜，其设置在所述色散元件的光学的下游以及所述输出耦合器的光学的上游。
21.一种激光系统，包括：
多个光束发射器，每个光束发射器发射一个或多个光束；
色散元件，用于接收光束并在波长光束组合(WBC)维度将光束组合成多波长光束；
多个准直器，设置在光束发射器的光学的下游和色散元件的光学的上游，其中每个准直器从光束发射器接收一个或多个光束并在非WBC维度准直所述一个或多个光束；以及
部分反射输出耦合器，用于接收来自色散元件的多波长光束、透射多波长光束的第一部分作为输出光束，并将多波长光束的第二部分朝向色散元件反射回去，
其中：
色散元件在非WBC维度以非零角度倾斜，使得来自色散元件的光束的第一阶反射指向远离光束发射器的方向，从而将指向误差引入多波长光束，以及
准直器中的两个或多个的光轴在非WBC维度上彼此偏移，从而降低由倾斜的色散元件引起的指向误差。
22.根据权利要求21所述的激光系统，其中，所述非WBC维度对应于所述光束的慢轴。
23.根据权利要求21所述的激光系统，其中，所述非WBC维度对应于所述光束的快轴。
24.根据权利要求21所述的激光系统，其中，所述色散元件包括衍射光栅。
25.根据权利要求21所述的激光系统，其中，所述光束发射器中的至少一个包括二极管条，配置为发射多个离散的光束。
26.根据权利要求21所述的激光系统，其中，所述准直器在非WBC维度在色散元件处引入光束拖影。
27.根据权利要求21所述的激光系统，进一步包括，与每个光束发射器相关联的(i)第二准直器，以及(ii)用于将一个或多个光束旋转大约90°的光学旋转器。
28.根据权利要求27所述的激光系统，其中，每个准直器为慢轴准直器，并且每个第二准直器为快轴准直器。
29.根据权利要求21所述的激光系统，其中，所述准直器中的每个与所述色散元件之间的光学距离大致相等。
30.根据权利要求21所述的激光系统，其中，所述准直器中的两个或多个的高度是不同的。
31.根据权利要求21所述的激光系统，其中，所述准直器中的两个或多个的高度近似相等。
32.根据权利要求21所述的激光系统，其中，所有准直器的高度近似相等。
33.根据权利要求21所述的激光系统，进一步包括一个或多个折叠反射镜，其设置在所述色散元件的光学的下游以及所述输出耦合器的光学的上游。
34.一种对准激光系统的方法，所述激光系统包括(i)分别配置为发射一个或多个光束的多个光束发射器；(ii)用于接收光束并在波长光束组合(WBC)维度将光束组合为多波长光束的色散元件，以及(iii)部分反射输出耦合器，用于接收来自色散元件的多波长光束，传输多波长光束的第一部分作为输出光束，以及将多波长光束的第二部分朝向色散元件反射回去，所述方法包括：
将由多个光束发射器发射的光束在色散元件处组合成多波长光束；
在非WBC维度将指向误差引入多波长光束中；
在非WBC维度在色散元件处引入光束拖影，以降低多波长光束的指向误差；以及
在不增大多波长光束的指向误差的情况下，减少光束拖影。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，通过在非WBC维度以非零角度倾斜色散元件，将指向误差引入多波长光束中。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，通过在非WBC维度上以非零角度倾斜一个或多个交错反射镜将光束拖影引入，所述一个或多个交错反射镜设置在光束发射器的光学上的下游以及色散元件的光学上的上游。
37.根据权利要求34所述的方法，其中，通过在非WBC维度相对于彼此移动两个或多个准直器的光轴来减少光束拖影，所述两个或多个准直器布置在光束发射器的光学上的下游以及色散元件的光学上的上游。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述两个或多个准直器为慢轴准直器。
39.根据权利要求37所述的方法，其中，所述两个或多个准直器为快轴准直器。
40.根据权利要求34所述的方法，其中，所述非WBC维度对应于光束的慢轴。
41.根据权利要求34所述的方法，其中，所述非WBC维度对应于光束的快轴。
42.根据权利要求34所述的方法，进一步包括，在将光束组合成多波长光束之前，将光束旋转约90°。
43.一种对准激光系统的方法，所述激光系统包括(i)分别配置为发射一个或多个光束的多个光束发射器；(ii)用于接收光束并在波长光束组合(WBC)维度将光束组合为多波长光束的色散元件，以及(iii)部分反射输出耦合器，用于接收来自色散元件的多波长光束，传输多波长光束的第一部分作为输出光束，以及将多波长光束的第二部分朝向色散元件反射回去，所述方法包括：
将由多个光束发射器发射的光束在色散元件处组合成多波长光束；
阻止来自色散元件的第一阶反射传播回多个光束发射器；以及
降低多波长光束的指向误差。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，阻止来自色散元件的第一阶反射传播回多个光束发射器包括：在非WBC维度以非零角度倾斜色散元件。
45.根据权利要求43所述的方法，其中，通过在非WBC维度相对于彼此移动两个或多个准直器的光轴来降低指向误差，所述两个或多个准直器布置在光束发射器的光学上的下游以及色散元件的光学上的上游。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述两个或多个准直器为慢轴准直器。
47.根据权利要求45所述的方法，其中，所述两个或多个准直器为快轴准直器。
48.根据权利要求43所述的方法，其中，所述非WBC维度对应于光束的慢轴。
49.根据权利要求43所述的方法，其中，所述非WBC维度对应于光束的快轴。
50.根据权利要求43所述的方法，进一步包括，在将光束组合成多波长光束之前，将光束旋转约90°。
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