DE112011100813T5 - System und verfahren zur selektiven repositionier- und drehwellenlängenstrahlkombination - Google Patents

System und verfahren zur selektiven repositionier- und drehwellenlängenstrahlkombination Download PDF

Info

Publication number
DE112011100813T5
DE112011100813T5 DE112011100813T DE112011100813T DE112011100813T5 DE 112011100813 T5 DE112011100813 T5 DE 112011100813T5 DE 112011100813 T DE112011100813 T DE 112011100813T DE 112011100813 T DE112011100813 T DE 112011100813T DE 112011100813 T5 DE112011100813 T5 DE 112011100813T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
dimension
beams
along
laser
laser elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112011100813T
Other languages
English (en)
Inventor
Bien Chann
Robin Huang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp of North America
Original Assignee
Teradiode Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teradiode Inc filed Critical Teradiode Inc
Publication of DE112011100813T5 publication Critical patent/DE112011100813T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905—Dividing and/or superposing multiple light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • G02B19/0057—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode in the form of a laser diode array, e.g. laser diode bar
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
    • H01S5/405—Two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/03—Suppression of nonlinear conversion, e.g. specific design to suppress for example stimulated brillouin scattering [SBS], mainly in optical fibres in combination with multimode pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06729—Peculiar transverse fibre profile
    • H01S3/06733—Fibre having more than one cladding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094049—Guiding of the pump light
    • H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094049—Guiding of the pump light
    • H01S3/094057—Guiding of the pump light by tapered duct or homogenized light pipe, e.g. for concentrating pump light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/09408—Pump redundancy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094096—Multi-wavelength pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/17—Solid materials amorphous, e.g. glass
    • H01S3/175—Solid materials amorphous, e.g. glass phosphate glass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/17—Solid materials amorphous, e.g. glass
    • H01S3/176—Solid materials amorphous, e.g. glass silica or silicate glass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0057—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4062—Edge-emitting structures with an external cavity or using internal filters, e.g. Talbot filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

System und Verfahren zur Rekonfiguration einer Mehrzahl elektromagnetischer Strahlen, um die Vorteile aus den verschiedenen Techniken der Wellenlängenstrahlkombination zu nutzen. Die Rekonfiguration der Strahlen umfasst die individuelle Drehung sowie die selektive Repositionierung eines oder mehrerer Strahlen, bezüglich einer ursprünglichen Eingabeposition des Strahls.

Description

  • QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der folgenden provisorischen Anmeldungen, von denen jede hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist: US-Ser. Nr. 61/310,777, eingereicht am 5. März 2010, US-Ser. Nr. 61/310,781, eingereicht am 5. März 2010, und US-Ser. Nr. 61/417,394, eingereicht am 26. November 2010.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen allgemein Lasersysteme und insbesondere Systeme und Verfahren zur Wellenlängenstrahlkombination.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Wellenlängenstrahlkombination (WBC, Wavelength Beam Combining) ist ein Verfahren zum Skalieren der Ausgabeleistung und -helligkeit von Laserdiodenbarren, Stapeln von Diodenbarren sowie von anderen Laser, die in ein- oder zweidimensionalen Anordnungen angeordnet sind.
  • WBC-Verfahren wurden entwickelt, um Strahlen entlang der langsamen Dimension jedes Emitters sowie der schnellen Dimension jedes Emitters zu kombinieren. Siehe zum Beispiel die US-Patente Nr. 6,192,062 , 6,208,679 und 2010/0110556 A1 . In älteren Patenten, US-Patente Nr. 6,192,062 und 6,208,679 wird die Strahlkombination entlang der Anordnungsdimension durchgeführt. Der äußere Hohlraum ist an sich sensibler in Bezug auf Unvollkommenheiten in den Laserelementen. Wenn außerdem Breitstreifenlaserelemente verwendet werden, ist die spektrale Nutzung gering. In US 2010/0110556 A1 wird die Strahlkombination entlang der Stapeldimension ausgeführt. In solchen Implementationen ist der äußere Hohlraum viel weniger sensibel bezüglich Unvollkommenheiten in den Laserelementen. Da außerdem die Strahlkombination entlang der Stapeldimension oder in der Nähe der Beugungsbegrenzungsdimension durchgeführt wird, ist die spektrale Nutzung hoch. Einer der Hauptnachteile dieser Implementation ist jedoch, dass die Ausgabestrahlqualität auf die Strahlqualität eines einzelnen Strahl kombinierenden Elements oder eines einzelnen Barrens beschränkt ist. Typische COTS-Barren haben 19 bis 49 Emitter. Ein typischer 19-Emitter-Barren kann nur in 200 μm/0,22 NA-Fasern oder höchstens 100 μm/0,22 NA-Fasern koppeln. Die Helligkeit eines solchen Systems ist kaum angemessen für manche Anwendungen wie industrielles Laserschneiden von dünnen und dicken Metallblechen, umfassend Edelstahl, Normalstahl, Aluminium und Kupfer. Diodenlaserbarren mit einer geringeren Anzahl von Emittern sind für eine bessere Ausgabestrahlqualität erwünscht. Jedoch sind diese weniger leicht erhältlich bei viel höheren Kosten pro Ausgabeleistungseinheit im Vergleich zu Standarddiodenlaserbarren. Im Stand der Technik wird angenommen, dass diese einzelnen Emitter vorher ausgerichtet oder in einer festen Position zueinander angeordnet sind und dass das Ausgabestrahlprofil, das von der Kombination entlang einer dieser Dimensionen erzeugt wird, ein Resultat von dieser Vorausrichtung oder von der festen Lage der Emitteranordnung ist. Diese Anmeldung betrifft die Manipulation von sowohl einzelnen, eindimensionalen, zweidimensionalen als auch von zufällig angeordneten Emittern in eine bevorzugte Ausrichtung, die förderlich ist, ein bevorzugtes Ausgabestrahlprofil zu erzeugen. Das Resultat ist robuster und eine viel höhere räumliche Helligkeit kann unter Verwendung von COTS-Diodenlaserbarren und -stapeln mit einer großen Anzahl von Laserelementen (19 bis 49 oder mehr pro Barren) erreicht werden. Weitere Vorteile werden durch die detaillierte Beschreibung der Anmeldung ersichtlich.
  • Die folgende Anmeldung versucht, die genannten Probleme zu lösen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Optische und mechanische Mittel wurden entwickelt, um emittierte elektromagnetische Strahlen in eine gewünschte Orientierung und/oder in ein gewünschtes Muster in einer eindimensionalen oder zweidimensionalen Anordnung zur Verwendung mit einer Vielzahl von wellenlängenstrahlkombinierenden Systemen und Verfahren selektiv zu drehen und/oder selektiv zu repositionieren.
  • Insbesondere sind diese Systeme und Verfahren bei Emittern anwendbar, welche eine feste räumliche Beziehung zu anderen Emittern aufweisen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A ist eine schematische Darstellung eines Wellenlängenstrahlkombinationsverfahrens (WBC) entlang der Anordnungsdimension einer einzelnen Reihe von Emittern.
  • 1B ist eine schematische Darstellung eines WBC-Verfahrens entlang der Anordnungsdimension einer zweidimensionalen Anordnung von Emittern.
  • 1C ist eine schematische Darstellung eines WBC-Verfahrens entlang der Stapeldimension einer zweidimensionalen Anordnung von Emittern.
  • 2 ist eine schematische Darstellung, die Wirkungen von Smile bei einem WBC-Verfahren entlang der Stapeldimension einer zweidimensionalen Anordnung von Diodenlaseremittern zeigt.
  • 3A ist eine schematische Darstellung eines WBC-Systems umfassend eine optische Dreheinrichtung, um eine eindimensionale Anordnung von Strahlen selektiv zu drehen.
  • 3B ist eine schematische Darstellung eines WBC-Systems umfassend eine optische Dreheinrichtung, um eine zweidimensionale Anordnung von Strahlen selektiv zu drehen.
  • 3C ist eine schematische Darstellung eines WBC-Systems umfassend eine optische Dreheinrichtung, welche eine zweidimensionale Anordnung von Strahlen selektiv umorientiert.
  • 3D zeigt Ausgabeprofilansichten des Systems von 3C mit und ohne optische Dreheinrichtung.
  • 4A–C zeigen Beispiele von optischen Dreheinrichtungen.
  • 5A–C zeigen verwandte Verfahren zur Anordnung von kombinierenden Elementen, um eindimensionale oder zweidimensionale Laserelemente zu erzeugen.
  • 6 zeigt eine Ausführungsform einer WBC mit einem räumlichen Repositionierelement.
  • 7 zeigt eine Ausführungsform einer zweidimensionalen Anordnung von Emittern, welche vor einem WBC-Schritt umkonfiguriert werden und eine individuelle Strahldrehung nach dem WBC-Schritt.
  • 8 zeigt den Unterschied zwischen langsamer und schneller WBC.
  • 9A zeigt Ausführungsformen, die eine optische Dreheinrichtung vor der WBC verwenden, sowohl in einzelnen als auch in gestapelten Anordnungskonfigurationen.
  • 9B zeigt zusätzliche Ausführungsformen, die optischen Dreheinrichtungen vor der WBC verwenden.
  • 10 zeigt einen einzelnen Halbleiterchipemitter.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich allgemein auf das Gebiet des Skalierens von Laserquellen zu hohen Leistungen und hohen Helligkeiten unter Verwendung eines Außenhohlraums und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Außenhohlraumstrahlkombination unter Verwendung von sowohl eindimensionalen oder zweidimensionalen Laserquellen. In einer Ausführungsform umfasst das Außenhohlraumsystem eindimensionale oder zweidimensionale Laserelemente, ein optisches System, ein dispersives Element und ein teilweise reflektierendes Element. Ein optisches System sind ein oder mehrere optische Elemente, die zwei Grundfunktionen ausführen. Die erste Funktion ist es, alle Laserelemente entlang der Strahlkombinationsdimension auf ein dispersives Element zu überlappen. Die zweite Funktion ist sicherzustellen, dass alle Elemente entlang der Nicht-Strahlkombinationsdimension normal zum Ausgabekoppler propagieren. Besonderer Aufmerksamkeit gilt zu versichern, dass das optische System so wenig Verlust wie möglich einführt. Auf diese Weise werden die zwei Funktionen einen einzigen Resonanzhohlraum für alle Laserelemente ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das WBC-Außenhohlraumsystem wellenlängenstabilisierte eindimensionale oder zweidimensionale Laserelemente, ein optisches System und ein dispersives Element. Eindimensionale oder zweidimensionale wellenlängenstabilisierte Laserelemente mit eindeutiger Wellenlänge können unter Verwendung einer Vielzahl von Mitteln geschaffen werden, wie etwa Laserelemente mit Rückkopplung von Volumen-Bragg-Gittern mit gechirpten Wellenlängen, Laserelementen mit verteiltem Feedback (DFB, Distributed Feedback) oder Laserelementen mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR, Distributed Bragg Reflector). Hier ist die Hauptfunktion des optischen Systems, alle Strahlen auf das dispersive Element zu überlappen. Da es außerhalb des wellenlängenstabilisierten Laserelements keinen Ausgabekopplerspiegel gibt, ist es weniger wichtig, entlang der Nicht-Strahlkombinationsdimension parallele Strahlen zu haben. Aspekte und Ausführungsformen beziehen sich weiterhin auf Hochleistungs- und/oder Hochhelligkeits-Multiwellenlängenaußenhohlraumlaser, die einen überlappenden oder koaxialen Strahl von sehr geringer Ausgabeleistung bis zu hunderten oder sogar bis zu Megawatt Ausgabeleistung erzeugen.
  • Insbesondere sind Aspekte und Ausführungsformen auf ein Verfahren und ein Gerät zur Manipulation der Strahlen gerichtet, die von den Laserelementen dieser Außenhohlraumsysteme emittiert werden und auf das Zusammenführen dieser unter Verwendung eines WBC-Verfahrens, um ein gewünschtes Ausgabeprofil zu erzeugen. Wellenlängenstrahlkombinationsverfahren wurden entwickelt, um asymmetrische Strahlelemente über ihre langsame, beziehungsweise schnelle Achsdimension zu kombinieren. Ein Vorteil, den die Erfindung zu erzielen versucht, ist die Fähigkeit, Eingabestrahlen entweder räumlich oder durch Orientierung selektiv umzukonfigurieren zur Verwendung in WBC-Verfahren langsamer und schneller Achsen, sowie auch hybrid der beiden. Ein weiterer Vorteil ist, Eingangsstrahlen selektiv zu rekonfigurieren, wenn es eine feste räumliche Beziehung zu weiteren Eingangsstrahlen gibt.
  • 1A zeigt eine WBC-Basisarchitektur. Dies ist die Basis der US-Patente 6,192,062 und 6,208,679 . In dieser speziellen Darstellung wird WBC entlang der Anordnungsdimension oder langsamen Dimension für Breitstreifenemitter ausgeführt. Einzelne Strahlen 104 sind in den Figuren durch einen Strich oder eine einzelne Linie dargestellt, wobei die Länge oder die längere Dimension des Strahls die Anordnungsdimension oder langsame divergierende Dimension für Breitstreifenemitter darstellt und die Höhe oder kürzere Dimension die schnell divergierende Dimension darstellt. (Siehe auch linke Seite von 8). In dieser verwandten Technik ist ein Diodenbarren 102 mit vier Emittern dargestellt. Die Emitter sind so ausgerichtet, dass die Enden der langsamen Dimension jedes emittierten Strahls 104 miteinander Seite an Seite entlang einer einzelnen Reihe in einer Linie stehen, was manchmal als eine Anordnung (array) bezeichnet ist. Jedoch wird in Erwägung gezogen, dass jedes Laserelement verwendet werden kann und insbesondere Laserelemente mit einem breiten Verstärkungsbandbreitenprodukt. Typischerweise wird eine Kollimatorlinse 106 verwendet, um jeden Strahl entlang der schnell divergierenden Dimension zu kollimieren. In manchen Fällen können die Kollimatoroptiken aus einzelnen Kollimatorlinsen der schnellen Achse und Kollimatorlinsen der langsamen Achse zusammengesetzt sein. Typischerweise wird eine Transformationsoptik 108 verwendet, um jeden Strahl entlang der WBC-Dimension 110 zu kombinieren, wie durch die Eingabefrontansicht 112 gezeigt. Die Transformationsoptik 108 kann eine zylindrische oder sphärische Linse oder ein Spiegel sein. Die Transformationsoptik 108 überlappt dann den kombinierten Strahl auf ein dispersives Element 114 (hier dargestellt als ein reflektierendes Beugungsgitter). Die Strahlen der ersten Beugungsordnung werden auf einen teilweise reflektierenden Spiegel eingefallen. Der Laserresonator ist zwischen der Rückfacette der Laserelemente und dem teilweise reflektierenden Spiegel ausgebildet. Der kombinierte Strahl wird an sich als ein einzelnes Ausgabeprofil auf ein Ausgabekoppler 116 überführt. Dieser Ausgabekoppler übermittelt dann die kombinierten Strahlen 120 wie durch die Ausgabefrontansicht 118 dargestellt. Es ist denkbar, ein System ohne einen Ausgabekoppler zu schaffen. Beispielsweise kann ein eindimensionales oder zweidimensionales System mit wellenlängenstabilisierten Laserelementen und welche jedes eine eindeutige Wellenlänge aufweisen auf verschiedene Arten erreicht werden. Ein System oder ein Verfahren verwendet Laserelemente mit Rückkopplung von einem Volumen-Bragg-Gitter mit gechirpter äußerer Wellenlänge entlang der Strahlkombinationsdimension. Ein weiteres verwendet Laserelemente mit intern verteilter Rückkopplung (DFB) (Internal Distributed Feedback) oder Laserelemente mit intern verteiltem Bragg-Reflektor (DBR) (Internal Distributed Bragg Reflector). In diesen Systemen würde das einzelne Ausgabeprofil, das vom dispersiven Element übertragen wurde, dasselbe Profil wie 118 aufweisen. Der Ausgabekoppler 116 kann ein teilweise reflektierender Spiegel oder Oberfläche oder optische Beschichtung sein und als eine gemeinsame Frontfacette für alle Laserelemente in der Diodenanordnung 102 wirken. Ein Teil der emittierten Strahlen wird in diesem Außenhohlraumsystem 100a zurück in den optischen Verstärkungs- und/oder Laserabschnitt der Diodenanordnung 102 reflektiert. Ein Außenhohlraum ist ein Lasersystem, bei dem der zweite Spiegel um einen Abstand von der Emissionsblende oder Facette (nicht bezeichnet) jedes Laseremitters weg versetzt ist. Allgemein sind in einem Außenhohlraum zusätzliche optische Elemente zwischen der Emissionsblende oder -facette und dem Ausgabekoppler oder der teilweise reflektierenden Oberfläche angeordnet.
  • Ähnlich zeigt 1B einen Stapel von Laserdiodenbarren, welche jeweils vier Emitter aufweisen, wobei drei dieser Blöcke übereinandergestapelt sind. (Siehe auch linke Seite von 8). Wie in 1A wird die Eingangsfrontansicht 112 von 1B, welche in dieser Ausführungsform eine zweidimensionale Anordnung von Emittern ist, miteinander kombiniert, um die Ausgabefrontansicht 118 oder eine einzelne Säule von Emittern 120 zu erzeugen. Die emittierten Strahlen in dem Außenhohlraum 100b wurden entlang der Dimension der Anordnung kombiniert. Hier ist die Transformationsoptik 108 eine Zylinderlinse, welche dazu verwendet wird, die Strahlen entlang der Anordnung zu kombinieren. Jedoch kann eine Kombination von optischen Elementen oder ein optisches System so verwendet werden, dass die optischen Elemente alle Strahlen zum Überlappen auf das dispersive Element bringen und sicherstellen, dass alle Strahlen entlang der Nicht-Strahlkombinationsdimension normal zum Ausgangkoppler weiter propagieren. Ein einfaches Beispiel eines solchen optischen Systems wäre eine einzelne Zylinderlinse mit passender Brennweite entlang der Strahlkombinationsdimension und zwei Zylinderlinsen, die ein afokales Teleskop entlang der Nicht-Strahlkombinationsdimension bilden, wobei das optische System Bilder auf die teilweise reflektierenden Spiegel projiziert. Viele Varianten dieses optischen Systems können entworfen werden, um dieselben Funktionen zu erfüllen.
  • Die Anordnungsdimension in 1B ist auch dieselbe Achse wie die langsame Dimension eines jeden ausgesendeten Strahls im Falle von Multimoden-Diodenlaseremittern. Dieses WBC-System kann folglich auch als ein die langsame Achse kombinierendes System (Slow-Axis-Combining) bezeichnet werden, wobei die Kombinationsdimension dieselbe Dimension der Strahlen ist.
  • Im Gegensatz dazu zeigt 1C einen Stapel 150 von Laserdiodenanordnungen 102, die eine zweidimensionale Anordnung von Emittern bilden, wie durch 120 dargestellt, wobei anstelle des Kombinierens entlang der Anordnungsdimension wie in den 1A–B die WBC-Dimension nun entlang der Stapeldimension der Emitter folgt. Hier ist die Stapeldimension mit der Dimension der schnellen Achse von jedem der ausgesendeten Strahlen ebenfalls in Übereinstimmung gebracht. Die Eingabefrontansicht 112 ist nun vereint, dass sie eine Ausgabefrontansicht 118 erzeugt, wobei eine einzelne Säule 120 von Emittern dargestellt ist.
  • Es gibt eine Vielzahl von Nachteilen bei allen drei Anordnungen. Eine der Hauptnachteile der in 1A und 1B gezeigten Anordnungen ist, dass die Strahlkombination entlang der Anordnungsdimension ausgeführt wird. Der Außenhohlraumbetrieb ist an sich in höchstem Maße abhängig von Unvollkommenheiten der Diodenanordnung. Wenn breitstreifige Halbleiterlaseremitter verwendet werden, ist die spektrale Benutzung im WBC-System nicht so effizient, als wenn die Strahlkombination entlang der Dimension der schnellen Achse (Fast-Axis-Dimension) ausgeführt wird. Einer der Hauptnachteile der in 1C dargestellten Anordnung ist, dass eine äußere Strahlformung zur Strahlsymmetrisierung benötigt wird, um eine effiziente Kopplung in eine Faser zu erhalten. Die Strahlsymmetrisierungsoptik, welche für ein Hochleistungssystem benötigt wird, das eine große Anzahl von Emittern aufweist, kann komplex und nicht trivial sein. Ein weiterer Nachteil der Anordnung in 1C ist, dass die Qualität des Ausgabestrahls auf die eines einzelnen Laserbarrens beschränkt ist. Typische Halbleiter- oder Diodenlaserbarren weisen 19 bis 49 Emitter pro Barren auf, mit nahezu beugungslimitierter Strahlqualität in einer Dimension und einer Strahlqualität, welche mehrere hundert Male beugungslimitiert entlang der Anordnungsdimension ist. Nach der Strahlsymmetrisierung kann der Ausgabestrahl 120 bestenfalls in eine 100 μm/0,22 Numerische-Apertur-Faser (NA-fiber) gekoppelt werden. Um eine höhere Strahlqualität zu erreichen, wird eine geringere Anzahl von Emitterbarren benötigt. Um beispielsweise in eine 50 μm/0,22 NA-Faser einzukoppeln, wird ein Fünf-Emitter-Ausgabestrahl benötigt. In vielen industriellen Laseranwendungen wird ein Laserstrahl mit höherer Helligkeit benötigt. Beispielsweise wird bei manchen Anwendungen ein Zwei-Emitter-Ausgabestrahl benötigt, anstelle eines 19- oder 49-Emitter-Ausgabestrahls. Der Zwei-Emitter-Ausgabestrahl kann mit weit größerer Fertigungstoleranz und Spiel an eine Faser mit kleinerem Kerndurchmesser gekoppelt werden. Das zusätzliche Spiel im Kerndurchmesser und NA ist für einen dauerhaften Betrieb im Hochleistungsniveau (kW-Klasse) entscheidend. Während es möglich ist, Fünf-Emitter- oder Zwei-Emitter-Barren zu beschaffen, sind die Kosten und die Komplexität im Allgemeinen viel Höher im Vergleich zu einem Standard-19- oder -49-Emitter-Barren wegen der wesentlich reduzierteren Leistung pro Barren. In dieser Offenbarung zeigen wir Verfahren, um die oben genannten Nachteile zu überwinden. Die vorigen Darstellungen, 1A–C, zeigten Anordnungen und Stapel von Laseremittern, die vorangeordnet oder in festen Positionen angeordnet waren. Allgemein werden Anordnungen oder Stapel mechanisch oder optisch angeordnet, um ein spezielles eindimensionales oder zweidimensionales Profil zu erzeugen. Die feste Position wird also verwendet, um eine voreingestellte Bedingung der Laserelemente zu beschreiben, wobei die Laserelemente wie im Falle von Halbleiter- oder Diodenlaserbarren, die eine Vielzahl von Emittern oder Faserlasern aufweisen, die mechanisch voneinander in V-Kehlungen beabstandet sind, sowie weiterer Laseremitter, die mit den Emittern in einer fixierten Position verpackt kommen, zueinander mechanisch fixiert sind. Alternativ kann sich die feste Position auf eine gesicherte Platzierung eines Laseremitters in einem WBC-System beziehen, wobei der Laseremitter unbeweglich ist. Vorangeordnet (pre-arranged) bezieht sich auf eine optische Anordnung oder Profil, das als Eingabeprofil eines WBC-Systems verwendet wird. Oft ist die vorangeordnete Position ein Resultat von Emittern, die in einer mechanisch festen Position konfiguriert sind. Die vorangeordnete und feste Position kann also vertauschbar verwendet werden. Beispiele einer festen Position oder eines vorangeordneten optischen Systems sind in den 5A–C gezeigt.
  • 5A–5C beziehen sich auf im Stand der Technik dargestellten Beispielen von optisch angeordneten ein- oder zweidimensionalen Anordnungen. 5A zeigt einen optisch angeordneten Stapel von einzelnen optischen Elementen 510. Spiegel 520 werden verwendet, um die optischen Strahlen von optischen Elementen 530 anzuordnen, wobei jedes optische Element 530 ein Nahfeldbild 540 aufweist, um ein Bild 550 (welches optische Strahlen von jedem optischen Element 530 umfasst) zu erzeugen, das einem Stapel 560 (in der horizontalen Dimension) von den einzelnen optischen Elementen 510 entspricht. Obwohl die optischen Elemente 500 nicht in einem Stapel angeordnet sein müssen, ordnen die Spiegel 520 die optischen Strahlen so an, dass das Bild 550 mit dem Stapel 560 der optischen Elemente 510 zu korrespondieren scheint. Ähnlich können in 5B die Spiegel 520 dahingehend verwendet werden, um die optischen Strahlen von Diodenbarren oder -anordnungen 570 anzuordnen, um ein Bild 550 zu erzeugen, das einem Stapel 560 von Diodenbarren oder -anordnungen 575 entspricht. In diesem Beispiel hat jeder Diodenbarren oder jede Diodenanordnung 570 ein Nahfeldbild 540, das optische Strahlen 545 von jedem einzelnen Element in dem Barren oder in der Anordnung umfasst. Auf ähnliche Weise können die Spiegel 520 auch verwendet werden, um die Laserstapel 580 in einem offensichtlich größeren Gesamtstapel von individuellen Stapeln 585 anzuordnen, der dem Bild 550 wie in 5C dargestellt entspricht.
  • Die Nomenklatur, die im Stand der Technik verwendet wird, um den Term ”Anordnungsdimension” (array dimension) zu definieren, bezog sich auf ein oder mehrere Laserelemente, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die Anordnungsdimension ebenfalls entlang der langsamen Achse ausgerichtet ist. Ein Grund für diese Nomenklatur ist, dass die Diodenbarren mit einer Vielzahl von Emittern oft auf diese Weise angeordnet sind, wo jeder Emitter Seite an Seite ausgerichtet ist, so dass die langsame Dimension von jedem Strahl entlang einer Reihe oder einer Anordnung verläuft. Für die Zwecke dieser Anmeldung bezieht sich eine Anordnung oder Reihe auf individuelle Emitter oder Strahlen, welche entlang einer einzelnen Dimension angeordnet sind. Die individuelle langsame oder schnelle Dimension der Emitter der Anordnung kann auch entlang der Anordnungsdimension ausgerichtet sein, aber diese Ausrichtung soll nicht angenommen werden. Das ist wichtig, da manche hier beschriebenen Ausführungsformen die langsame Dimension von jedem Strahl individuell drehen, der entlang einer Anordnung oder Reihe ausgerichtet ist. Außerdem bezieht sich die langsame Achse eines Strahls auf die breitere Dimension des Strahls und ist typischerweise auch die am langsamsten auseinanderlaufende Dimension (slowest diverging dimension), während die schnelle Achse sich auf die engere Dimension des Strahls bezieht und typischerweise die am schnellsten auseinanderlaufende Dimension (fastest diverging dimension) ist. Die langsame Achse kann sich auch auf Einzelmodusstrahlen beziehen.
  • Weiter definieren manche Dokumente aus dem Stand der Technik den Term ”Stapeldimension” (stack or stacking dimension) als zwei oder mehrere Anordnungen, welche zusammengestapelt sind, wobei die schnelle Dimension des Strahls dieselbe ist wie die Stapeldimension. Diese Stapel wurden mechanisch oder optisch vorangeordnet. Für die Zwecke dieser Anmeldung bezieht sich ein Stapel jedoch auf eine Säule von Strahlen oder Laserelementen und kann oder kann nicht entlang der schnellen Dimension sein. Insbesondere, wie oben beschrieben, können einzelne Strahlen oder Elemente innerhalb eines Stapels oder einer Säule gedreht sein.
  • In manchen Ausführungsformen ist es sinnvoll zu bemerken, dass die Anordnungsdimension und die langsame Dimension von jedem ausgesendeten Strahl zu Beginn über die gleiche Achse orientiert sind, dass jedoch diese Dimensionen, wie in dieser Anmeldung beschreiben, mit einem Versatzwinkel relativ zueinander orientiert werden können. In manchen Ausführungsformen sind die Anordnungsdimensionen und nur ein Teil der entlang der Anordnung angeordneten Emitter perfekt mit der selben Achse bei einer bestimmten Lage in einem WBC-System ausgerichtet. Beispielsweise kann die Anordnungsdimension eines Diodenbarren Emitter aufweisen, welche entlang der Anordnungsdimension angeordnet sind, aber wegen smile (oft eine Verformung oder eine Einbeulung des Barrens) sind die langsam emittierenden Dimensionen von einzelnen Emittern leicht schief oder zu der Anordnungsdimension versetzt.
  • Laserquellen, welche auf gewöhnliche ”kommerzielle, handelsübliche” oder COTS-Hochleistungslaserdiodenanordnungen und -stapel beruhen, basieren auf breitstreifigen Halbleiter- oder Diodenlaserelementen. Typischerweise ist die Strahlqualität dieser Elemente entlang der schnellen Achse beugungslimitiert und entlang der langsamen Achse der Laserelemente vielfach beugungslimitiert. Es sollte geschätzt werden, dass, obwohl sich die folgende Diskussion hauptsächlich auf einzelne Emitterlaserdioden, Diodenlaserbarren und Diodenlaserstapel beziehen kann, die Ausführungsformen der Erfindung nicht auf Halbleiter- oder Lasserdioden beschränkt sind und mit vielen verschiedenen Typen von Laser und Verstärkungsemittern verwendet werden können, darunter Faserlaser und Verstärker, einzeln verpackte Diodenlaser, andere Arten von Halbleiterlasern einschließlich Quantenkaskadenlaser (QCLs, quantum cascade lasers), konische Laser (tapered lasers), feste Wellenführungslaser (RWG, ridge waveguide), Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB, distributed feedback), Laser mit verteilten Bragg-Reflektoren (DBR, distributed Bragg reflector), an Gitter gekoppelte oberflächenemittierende Laser, vertikale hohlraumoberflächenemittierende Laser (VCSEL, vertical cavity surface emitting laser) und andere Arten von Laser und Verstärkern.
  • Alle hierin beschriebenen Ausführungsformen können auf WBC von Diodenlasereinzelemittern, Barren und Stapeln und Anordnungen von solchen Emittern angewendet werden. In solchen Ausführungsformen, in welchen Stapeln von Diodenlaserelementen verwendet werden, können Techniken des mechanischen oder optischen Stapelns verwendet werden. Wo zusätzlich eine HR-Beschichtung an der Facette eines Diodenlaserelements angezeigt ist, kann die HR-Beschichtung durch eine AR-Beschichtung ersetzt sein, vorausgesetzt dass optische Komponenten mit äußerem Hohlraum, umfassend aber nicht beschränkt auf eine Kollimatoroptik und Bulk-HR-Spiegel, in Verbindung mit der AR-Beschichtung verwendet werden. Diese Herangehensweise wird beispielsweise bei WBC von Diodenverstärkungselementen verwendet. Die langsame Achse ist auch definiert als die Richtung der schlechteren Strahlqualität der Laseremission. Die langsame Achse entspricht typischerweise der Richtung parallel zum Halbleiterchip an der Ebene der Emissionsblende des Diodenlaserelements. Die schnelle Achse ist definiert als die Richtung der besseren Strahlqualität der Laseremission. Die schnelle Achse entspricht typischerweise der Richtung senkrecht zum Halbleiterchip in der Ebene der Emissionsblende des Diodenlaserelements.
  • Ein Beispiel eines einzelnen Halbleiterchipemitters 1000 ist in 10 gezeigt. Die Blende 1050 deutet ebenfalls auf das anfängliche Strahlprofil hin. Hier wird die Höhe 1010 bei 1050 entlang der Stapeldimension gemessen. Die Breite 1020 wird entlang der Anordnungsdimension bei 1050 gemessen. Die Höhe 1010 ist die kleinere Dimension als die Breite 1020 bei 1050. Jedoch expandiert die Höhe 1010 schneller oder divergiert zum Strahlprofil 1052, welches in einem Abstand zu der anfänglichen Blende 1050 angeordnet ist. Die schnelle Achse verläuft also entlang der Stapeldimension. Die Breite 1020 expandiert oder divergiert mit einer langsameren Rate, wie durch die Breite 1040 angedeutet wird, welche eine kleinere Dimension als die Höhe 1030 aufweist. Also verläuft die langsame Achse des Strahlprofils entlang der Anordnungsdimension. Obwohl nicht dargestellt, kann eine Vielzahl von einzelnen Emittern wie 1000 Seite an Seite entlang der Anordnungsdimension in einem Barren angeordnet sein.
  • Nachteile der Kombination von Strahlen entlang der Dimension ihrer langsamen Achse können umfassen: Verringerte Leistung und Helligkeit aufgrund von Laserineffizienz, erzeugt durch Ausrichtungsfehler, Smile und andere Versetzungsfehler. Wie in 2 dargestellt ist eine Laserdiodenanordnung mit einem Smile, der oft dadurch entsteht, dass die Diodenanordnung in der Mitte durchgebogen wird, was manchmal bei Herstellungsverfahren der Diodenlaserbarren erzeugt wird, eine, wo die individuellen Emitter entlang der Anordnung eine typische Krümmung ausbilden, die derjenigen eines Smiles entspricht. Ausrichtungsfehler sind individuelle Emitter entlang der Diodenbarren, die Strahlen mit einem Winkel emittieren, der von dem des normalen Emissionspunkts verschieden ist. Ausrichtungsfehler können mit Smile in Zusammenhang stehen, beispielsweise der Effekt des verschiedenen Ausstrahlens entlang der Barrenrichtung eines Diodenlaserbarrens mit Smile, wenn der Barren von einer horizontalen Kollimatorlinse der schnellen Achse geleitet wird. Diese Fehler erzeugen eine Rückkopplung vom äußeren Hohlraum, der aus der Transformationslinse, dem Gitter und dem Ausgabekoppler besteht, nicht zurück zu den Diodenlaserelementen zu koppeln. Manche negativen Effekte dieser Misskopplung sind, dass der WBC-Laser den Wellenlängenriegel (wavelength lock) bricht und der Diodenlaser oder damit zusammenhängende Packungen von missgekoppelter oder schlecht ausgerichteter Rückkopplung, die nicht wieder in das optische Verstärkungsmedium eintritt, beschädigt werden können. Beispielsweise kann die Rückkopplung Epoxy oder Kleber treffen, die im Kontakt mit einem oder in der Nähe eines Diodenbarrens sind und den Diodenbarren zu katastrophalem Ausfallen führen.
  • Reihe 1 von 2 zeigt einen einzelnen Laserdiodenbarren 2020 ohne Fehler. Die dargestellten Ausführungsformen sind beispielhaft für einen Diodenbarren, der auf einen Kühlkörper montiert ist und durch eine Kollimatoroptik der schnellen Achse 206 kollimiert wird. Spalte A zeigt eine perspektivische oder 3D-Ansicht der Trajektorie der Ausgabestrahlen 211, die durch die Kollimatoroptik 206 gehen. Spalte D zeigt eine Seitenansicht der Trajektorie der emittierten Strahlen 211, die durch Kollimatoroptik 206 gehen. Spalte B zeigt die Frontansicht der Laserfacette mit jedem einzelnen Laserelement 213 bezüglich der Kollimatoroptik 206. Wie in Reihe 1 dargestellt, sind die Laserelement 213 perfekt gerade. Zusätzlich ist die Kollimatoroptik 206 in Bezug auf alle Laserelemente 213 zentriert. Spalte C zeigt den erwarteten Ausgabestrahl von einem System mit dieser Art der Eingabe. Reihe 2 zeigt eine Diodenlaseranordnung mit Ausrichtungsfehler. Spalte B der Reihe 2 zeigt die Laserelemente und Kollimatoroptik geringfügig von einander versetzt. Das Ergebnis, wie dargestellt, sind die emittierten Strahlen mit unerwünschter Trajektorie, die für einen externen Hohlraum zu verringerter Lasereffizienz führen kann. Zusätzlich kann das Ausgabeprofil versetzt werden, um das System unwirksam zu machen oder zusätzliche Modifikationen zu verursachen. Reihe 3 zeigt eine Anordnung mit Packungsfehler. Die Laserelemente sitzen nicht mehr auf einer Geraden, und es liegt eine Krümmung des Barrens vor. Dies wird manchmal als „Smile” bezeichnet. Wie auf Reihe 3 dargestellt, kann Smile noch mehr Trajektorienprobleme einführen, da es keinen einheitlichen Pfad oder gemeinsame Richtung mit dem System gibt. Spalte D der Reihe 3 stellt ferner Strahlen 211 dar, die bei verschiedenen Winkeln austreten. Reihe 4 zeigt eine Kollimatorlinse, die mit den Laserelementen nicht ausgerichtet ist, in einer verdrehten oder abgewinkelten Weise. Das Ergebnis ist möglicherweise das schlimmste von allen, da die Ausgabestrahlen typischerweise die meisten Kollimations- oder Verdrehungsfehler haben. In den meisten Systemen ist der tatsächliche Fehler in Diodenanordnungen und -stapeln eine Kombination aus den Fehlern in den Reihen 2, 3 und 4. In den beiden Verfahren 2 und 3 mit VBGs und Beugungsgittern führen Laserelementen mit Unvollkommenheiten zu Ausgabestrahlen, die nicht mehr parallel zu der optischen Achse weisen. Diese von der optischen Achse versetzten Strahlen führen dazu, dass jedes Laserelement bei verschiedenen Wellenlängen lasert. Die Vielzahl von verschiedenen Wellenlängen erhöht das Ausgabespektrum des Systems, sodass es wie oben erwähnt breit wird.
  • Einer der Verteile der Durchführung von WBC entlang der Stapeldimension (hier also in erste Linie die schnelle Dimension) eines Stapels von Diodenlaserbarren ist, dass sie Smile wie in 2 dargestellt kompensiert. Ausrichtungs- und andere Anordnungsfehler werden nicht durch Ausführung von WBC entlang der Anordnungsdimension (auch in erster Linie langsame Dimension) kompensiert. Eine Diodenbarrenanordnung kann eine Menge von typischerweise 19 bis 49 Emittern oder mehr aufweisen. Wie bemerkt, werden Diodenbarrenanordnungen typischerweise so gebildet, dass die Anordnungsdimension dort liegt, wo die langsame Dimension eines jeden Emitters Seite an Seite zu den anderen Emittern liegt. Daraus folgt, dass wenn WBC entlang der Anordnungsdimension verwendet wird, egal ob ein Diodenbarrenanordnung 19 oder 49 Emitter aufweist (oder jede beliebige andere Anzahl von Emittern), das Resultat das eines einzelnen Emitters ist. Wenn im Gegensatz dazu WBC entlang der orthogonalen oder schnellen Dimension derselben einzelnen Diodenbarrenanordnung ausgeführt wird, ist das Resultat, dass jeder emittierte Strahl in spektraler Helligkeit erhöht wird, oder in spektraler Bandbreite verringert wird, aber es gibt keine Reduzierung der Anzahl der Strahlen (was gleichbedeutend damit ist, dass es keine Verstärkung in der räumlichen Helligkeit gibt).
  • Dieser Punkt ist in 8 dargestellt. Auf der linken Seite von 8 ist eine Frontansicht von einer Anordnung von Emittern 1 und 2 gezeigt, wobei WBC entlang der langsamen Dimension durchgeführt wird. Auf der rechten Seite unter Verwendung der gleichen Anordnung in 1 und 2 wird WBC entlang der schnellen Dimension durchgeführt. Wenn die Anordnung 1 verglichen wird, verringert WBC entlang der langsamen Dimension das Ausgabeprofil zu dem eines einzelnen Strahls, wohingegen WBC entlang der schnellen Dimension die spektrale Bandbreite verringert, wie auf der rechten Seite von Anordnung 1 gezeigt ist, aber verringert nicht die Ausgabeprofilgröße zu der eines einzelnen Strahls.
  • Unter Verwendung von COTS-Diodenbarren und -stapeln ist der Ausgabestrahl von Strahlkombination entlang der Stapeldimension gewöhnlicherweise höchst asymmetrisch. Symmetrisierung, oder Verringerung des Strahlprofilverhältnisses des Strahlprofils näher zu gleich 1, ist wichtig, wenn das resultierende Ausgabestrahlprofil in eine optische Faser zu koppeln versucht wird. Viele der Anwendungen, eine Mehrzahl von Laseremittern zu kombinieren, benötigen eine Kopplung an Fasern an einen Punkt in einem ausgedehnten System. Ein weiterer Vorteil der Anmeldung ist also, eine größere Kontrolle über das Ausgabeprofil zu besitzen.
  • Eine weitere Analyse der Anordnung 2 in 8 zeigt die Begrenzung der Anzahl von Emittern pro Laserdiodenanordnung, welche für die Ausführung von WBC entlang der schnellen Dimension praktisch ist, wenn eine sehr hohe Helligkeitsymmetrisierung des Ausgabeprofils gewünscht ist. Wie oben diskutiert, sind die Emitter in einem Laserdiodenbarren typischerweise Seite an Seite entlang ihrer langsamen Dimension angeordnet. Jedes zusätzliche Laserelement in einem Diodenbarren wird die Asymmetrie im Ausgabestrahlprofil erhöhen. Wenn WBC entlang der schnellen Dimension ausgeführt wird, ist das entstehende Ausgabeprofil, sogar wenn eine Anzahl von Laserdiodenbarren aufeinander gestapelt sind, immer noch das eines einzelnen Laserdiodenbarrens. Wenn man beispielsweise einen COTS-19-Emitterdiodenlaserbarren verwendet, ist das Beste, was man erwarten kann, die Ausgabe in eine 100 μm/0,22 NA-Faser zu koppeln. Um also in eine Faser mit einem kleineren Kern zu koppeln, wird eine niedrigere Anzahl von Emittern pro Barren benötigt. Man könnte einfach die Anzahl an Emittern in der Laserdiodenanordnung auf fünf Emitter festlegen, um mit dem Symmetrisierungsverhältnis zu helfen, jedoch führen weniger Emitter pro Laserdiodenbarrenanordnung generell zu einer Steigung der Kosten pro Barren oder der Kosten pro Watt an Ausgabeleistung. Beispielsweise können die Kosten von Diodenbarren mit fünf Emittern bei ungefähr 2000 $ liegen, wohingegen die Kosten eines Diodenbarrens mit 49 Emittern ungefähr bei demselben Preis liegen können. Jedoch kann der 49-Emitterbarren eine totale Leistungsausgabe von bis zu einer Größenordnung größer als die des 5-Emitterbarrens aufweisen. Es wäre also vorteilhaft für ein WBC-System, wenn es fähig wäre, Ausgabestrahlen mit sehr hoher Helligkeit zu erreichen unter Verwendung von COTS-Diodenbarren und -stapeln mit einer größeren Anzahl von Emittern. Ein zusätzlicher Vorteil von Barren mit einer großen Anzahl von Emittern ist die Fähigkeit, die Leistung pro Emitter herabzusetzen (De-Rating), um ein gewisses Leistungsniveau für ein gegebenes fasergekoppeltes Leistungsniveau zu erzielen, wodurch die Lebensdauer oder Verlässlichkeit des Diodenlaserbarrens erhöht werden.
  • Eine Ausführungsform, welche diesen Punkt betrifft, ist in 3A dargestellt, welche eine schematische Darstellung eines WBC-Systems 300a zeigt mit einer optischen Dreheinrichtung 305, die hinter Kollimatorlinsen 306 und vor der Transformationsoptik 308 angeordnet ist. Es sollte bemerkt werden, dass die Transformationsoptik 308 eine Anzahl von Linsen oder Spiegel oder anderer optischer Komponenten umfassen kann. Die optische Dreheinrichtung 305 dreht die schnelle und langsame Dimension des in der Eingabefront 312 dargestellten ausgesendeten Strahls einzeln um, um die umorientierte Frontansicht 307 zu erzeugen. Es sollte bemerkt werden, dass die optischen Dreheinrichtungen jeden einzelnen Strahl individuell selektiv drehen können, unabhängig von den anderen Strahlen, oder alle Strahlen simultan mit demselben Winkel drehen können. Es sollte außerdem bemerkt werden, dass ein Cluster von zwei oder mehreren Strahlen simultan gedreht werden kann. Die hieraus entstehende Ausgabe, nachdem WBC entlang der Anordnungsdimension durchgeführt wurde, ist in der Ausgabefrontansicht 318 als einzelner Emitter dargestellt. Das dispersive Element 314 ist als ein Reflexionsbeugungsgitter dargestellt, kann aber auch ein dispersives Prisma, ein Grisma (Gitter und Prisma), ein Transmissionsgitter und ein Echelle-Gitter sein. Diese spezielle dargestellte Ausführungsform zeigt nur vier Laseremitter; wie jedoch oben diskutiert wurde, könnte das System den Vorteil einer Laserdiodenanordnung annehmen, die viel mehr Elemente, beispielsweise 49, umfasst. Diese spezielle dargestellte Ausführungsform zeigt einen einzelnen Barren bei einem speziellen Wellenlängenband (beispielsweise bei 976 nm), aber in der tatsächlichen Praxis kann es aus einer Vielzahl von Barren bestehen, die alle mit demselben speziellen Wellenlängenband Seite an Seite zueinander angeordnet sind. Weiter können eine Vielzahl von Wellenlängenbänder (beispielsweise 976 nm, 915 nm und 808 nm), wobei jedes Band aus einer Mehrzahl von Barren besteht, in einem einzelnen Hohlraum miteinander kombinieren sein. Weil WBC über der schnellen Dimension jeden Strahls durchgeführt wurde, ist es leichter, ein System mit einer höheren Helligkeit (höhere Effizienz aufgrund der Unempfindlichkeit aufgrund Barrenunzulänglichkeiten) zu entwerfen; zusätzlich werden eine geringere Bandbreite und eine höhere Leistungsausgabe erreicht. Wie zuvor diskutiert, soll bemerkt werden, dass in manchen Ausführungsformen das WBC-System 300a keinen Ausgabekoppler und/oder Kollimatorlinse(n) 306 umfassen muss. Außerdem können Ausrichtungsfehler und Smile-Fehler kompensiert werden, indem entlang der Stapeldimension (in dieser Ausführungsform auch die schnelle Dimension) kombiniert wird. 3B zeigt eine Umsetzung ähnlich wie 3A, außer dass ein Stapel 350 von Laseranordnungen 302 ein 2D-Eingabeprofil 312 bildet. Der Hohlraum 300b besteht in ähnlicher Weise aus einer Kollimatorlinse oder Kollimatorlinsen 306, einer optischen Dreheinrichtung 305, einer Transformationsoptik 308, einem dispersiven Element 308 (hier ein Beugungsgitter) und einem Ausgabekoppler 316 mit einer teilweise reflektierenden Oberfläche. Jeder der Strahlen wird einzeln durch die optische Dreheinrichtung 305 gedreht, um ein Profil 307 nach der Drehung auszubilden. Die WBC-Dimension verläuft entlang der Anordnungsdimension, mit der Drehung wird aber jeder der Strahlen entlang seiner schnellen Achse kombiniert. WBC der schnellen Achse erzeugt Ausgaben mit sehr nahen Linienbreiten und hoher spektraler Helligkeit. Diese sind üblicherweise ideal für industrielle Anwendungen wie etwa Schweißen. Nachdem die Transformationsoptik 308 die gedrehten Strahlen auf das dispersive Element 314 überlappt, wird ein einzelnes Ausgabeprofil erzeugt und teilweise durch den Hohlraum in die Laserelemente zurückreflektiert. Das Ausgabeprofil 318 besteht nun aus einer Linie mit drei (3) Strahlen, die ziemlich asymmetrisch ist.
  • 3C zeigt dieselbe Umsetzung, wenn sie auf 2D-Laserelemente angewendet wird. Das System besteht aus 2D-Laserelementen 302, einer optischen Dreheinrichtung 305, einem optischen Transformationssystem (308 und 309a–b), einem dispersiven Element 314 und einem teilweise reflektierenden Spiegel 316. 3C stellt einen Stapel 350 von Laserdiodenbarren 302 dar, wobei jeder Barren eine optische Dreheinrichtung 305 aufweist. Jeder der Diodenbarren 302 (drei insgesamt) umfasst vier Emitter, wie in dem äußeren Hohlraum 302c dargestellt. Nachdem die Eingabefrontansicht 312 durch die optische Dreheinrichtung 305 umorientiert wird, die umorientierte Frontansicht 307, ist die langsame Dimension von jedem Strahl nun entlang der Stapeldimension ausgerichtet. WBC wird entlang der Dimension durchgeführt, welche nun die langsame Achse von jedem Strahl ist und die Ausgabefrontansicht 318 umfasst nun einzelne Säulen von Strahlen, wobei die langsame Dimension von jedem Strahl entlang der Stapeldimension orientiert ist. Die Optik 309a und 309b stellt ein zylindrisches Teleskop bereit, um entlang der Reihendimension abzubilden. Die Funktion der drei Zylinderlinsen ist, zwei Hauptfunktionen bereitzustellen. Die mittlere Zylinderlinse ist die Transformationslinse und ihre Hauptfunktion ist, alle Strahlen auf das dispersive Element zu überlappen. Die zwei anderen Zylinderlinsen 309a und 309b bilden ein afokales zylindrisches Teleskop entlang der Nicht-Strahlkombinationsdimension. Seine Hauptfunktion ist, sicherzustellen, dass alle Laserelemente entlang der Nicht-Strahlkombinationsdimension propagationsnormal zum teilweise reflektierenden Spiegel sind. Die Umsetzung wie in 3C dargestellt hat an sich dieselben Vorteile wie diejenige, die in 1C dargestellt ist. Jedoch ist der Ausgabestrahl nicht derselbe wie der Eingabestrahl, im Gegensatz zu der in 1C dargestellten Umsetzung. Die Anzahl von Emittern im Ausgabestrahl 318 in 3C ist dieselbe wie die Anzahl von Barren im Stapel. Wenn beispielsweise die 2D-Laserquelle aus einem Dreibarrenstapel mit jedem Barren zusammengesetzt aus 49 Emittern besteht, ist der Ausgabestrahl in 1C ein einzelner Barren mit 49 Emittern. In 3C ist der Ausgabestrahl ein einzelner Barren mit nur drei Emittern. Also wird die Ausgabestrahlqualität oder -helligkeit mehr als eine Größenordnung höher sein. Die Helligkeitsverbesserung ist sehr wesentlich für die Faserkopplung. Für höhere Leistung und Helligkeitsskalierung kann eine Vielzahl von Stapeln Seite an Seite zueinander angeordnet sein.
  • Um diese Konfiguration weiter zu beschreiben, nehmen wir an, die WBC sei von einem Drei-Barren-Stapel durchgeführt, wobei jeder Barren 19 Emitter umfasst. Soweit gibt es drei Möglichkeiten. Erstens kann die Wellenlängenstrahlkombination entlang der Anordnungsdimension durchgeführt werden, um 3 Strahlen wie in 1B dargestellt zu erzeugen. Zweitens kann die Wellenlängenstrahlenkombination entlang der Stapeldimension durchgeführt werden, um 19 Strahlen wie in 1C dargestellt zu erzeugen. Drittens kann die Wellenlängenstrahlkombination unter Verwendung der Strahldreheinrichtung entlang der Anordnungsdimension durchgeführt werden, um 19 Strahlen wie in 3C dargestellt zu erzeugen. Es gibt eine Vielzahl von Kompromissen für alle drei Konfigurationen. Der erste Fall ergibt die höchste räumliche Helligkeit, aber die niedrigste spektrale Helligkeit. Der zweite Fall ergibt die niedrigste räumliche Helligkeit mit moderater spektraler Helligkeit, und Strahlsymmetrisierung wird nicht benötigt, um in eine Faser zu koppeln. Der dritte Fall ergibt die niedrigste räumliche Helligkeit, aber die höchste spektrale Helligkeit, und Strahlsymmetrisierung wird benötigt, um in eine optische Faser zu koppeln. In manchen Anwendungen ist dies mehr wünschenswert.
  • Um die Verringerung in der Asymmetrie darzustellen wurde 3D gezeichnet, welche das endgültige Ausgabeprofil 319a zeigt, wo das System von 300b keine optische Dreheinrichtung hatte und das Ausgabeprofil 319b, wo das System eine optische Dreheinrichtung umfasst. Obwohl diese Figuren nicht auf Maßstab gezeichnet wurden, zeigen sie den Vorteil, welcher durch die Verwendung einer optischen Dreheinrichtung in einem System mit dieser Konfiguration erreicht wurde, wobei WBC über die langsame Dimension von jedem Strahl durchgeführt wurde. Die kürzere und breitere 319b ist geeigneter als die höhere und schmalere 319a zur Kopplung in Fasern.
  • Ein Beispiel von verschiedenen optischen Dreheinrichtungen ist in 4A–C gezeigt. 4A zeigt eine Anordnung von Zylinderlinsen (419a und 419b), welche einen Eingabestrahl 411a dazu veranlassen, in eine neue Orientierung bei 411b gedreht zu werden. 4B zeigt in ähnlicher Weise die Eingabe 411a, welche mit einem Winkel in das Prisma fällt, woraus eine neue Orientierung oder eine Drehung des Strahls 411b resultiert. 4C zeigt eine Ausführungsform unter Verwendung einer Menge von Step-Spiegeln 417, um die Eingabe 411a zu veranlassen, bei einem 80–90 Grad Winkel mit den anderen Eingabestrahlen zu drehen, wodurch eine neue Ausrichtung der Strahlen 411b entsteht, bei welcher diese Seite an Seite entlang ihrer entsprechenden schnellen Achse sind. Diese Vorrichtungen und weitere können eine Drehung erzeugen, sowohl durch nicht polarisationsempfindliche Mittel als auch durch polarisationsempfindliche Mittel. Viele von diesen Vorrichtungen werden effektiver, wenn die hereinkommenden Strahlen in zumindest der schnellen Dimension kollimiert werden. Es ist auch verständlich, dass die optischen Dreheinrichtungen die Strahlen selektiv in einer Vielzahl von Winkeln umfassend weniger als 90 Grad, 90 Grad und mehr als 90 Grad drehen können.
  • Die optischen Dreheinrichtungen in den vorherigen Ausführungsformen können einzelne, Reihen oder Säulen und Gruppen von Strahlen selektiv drehen. In manchen Ausführungsformen wird ein fester Drehwinkel, wie etwa ein Bereich von 80–90 Grad auf das gesamte Profil oder eine Untermenge des Profils angewendet. In anderen Fällen werden sich ändernde Drehwinkel auf jeden Strahl, jede Reihe, jede Säule oder Untermenge des Profils angewendet. (Siehe 9A–9B). Beispielsweise kann ein Strahl um 45 Grad im Uhrzeigersinn gedreht werden, während ein benachbarter Strahl um 45 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Es ist auch möglich, dass ein Strahl um 10 Grad und ein anderer um 70 Grad gedreht werden. Die Flexibilität, die das System bereitstellt, kann auf eine Vielzahl von Eingabeprofilen angewendet werden, was wiederum dabei hilft festzulegen, wie das Ausgabeprofil geformt werden soll.
  • WBC entlang eines Zwischenwinkels zwischen der schnellen und der langsamen Dimension der emittierten Strahlen durchzuführen ist ebenfalls im Rahmen der Erfindung möglich. (Siehe zum Beispiel 6 auf 9B). Manche hierin beschriebenen Laserelemente erzeugen elektromagnetische Strahlung und umfassen ein optisches Verstärkungsmedium. Wenn die Strahlung oder Strahlen das optische Verstärkungsmedium verlassen, werden sie im Allgemeinen entlang der langsamen und/oder schnellen Dimension durch eine Folge von Mikrolinsen kollimiert. Von diesem Punkt aus umfassten die bereits beschriebenen Ausführungsformen in diesem Abschnitt eine optische Dreheinrichtung, welche selektiv jeden Strahl drehte, bevor die Strahlen durch eine Transformationslinse entweder entlang der langsamen oder der schnellen Dimension von jedem Strahl auf ein dispersives Element überlappt wurden. Der Ausgabekoppler kann, aber muss nicht beschichtet sein, um die Strahlen teilweise zurück in das System zum Laserelement zu reflektieren, wobei die zurückgekehrten Strahlen dazu beitragen, mehr äußere Hohlraumrückkopplung im Abschnitt des optischen Verstärkungselements zu erzeugen, bis sie von einem vollständig reflektierenden Spiegel in den rückwärtigen Abschnitt des Laserelements weg reflektiert werden. Der Ort der oben aufgelisteten optischen Elemente und weiterer nicht aufgelisteter Elemente bezüglich der zweiten teilweise reflektierenden Oberfläche hilft zu entscheiden, ob die optischen Elemente innerhalb eines äußeren Hohlraumsystems oder außerhalb des Laserhohlraums sind. In manchen nicht dargestellten Ausführungsformen befindet sich der zweite teilweise reflektierende Spiegel am Ende der optischen Verstärkungselemente und vor der Kollimator- oder Drehoptik.
  • Ein weiteres Verfahren zur Manipulation von Strahlen und Konfigurationen zum Ausnutzen des Vorteils der verschiedenen WBC-Methoden, umfasst die Verwendung eines räumlichen Repositionierelements. Das räumliche Repositionierelement kann in einem äußeren Hohlraum an gleichen Orten wie jene des optischen Drehelements angeordnet sein. 6 zeigt beispielsweise ein räumliches Repositionierelement 603, das im äußeren Hohlraum-WBC-System 600 nach der Kollimatorlinse 606 und vor der/den Transformationsoptik(en) 608 angeordnet ist. Der Zweck eines räumlichen Repositionierelements ist es, eine Anordnung von Elementen in eine neue Konfiguration umzukonfigurieren. 6 zeigt einen Drei-Barren-Stapel mit N Elementen, die zu einem Sechs-Barren-Stapel mit N/2 Elementen umkonfiguriert sind. Räumliche Repositionierung ist insbesondere in solchen Ausführungsformen wie 600 zweckmäßig, wenn der Stapel 650 ein mechanischer Stapel ist oder einer, bei dem die Diodenbarrenanordnungen 602 und ihre Ausgabestrahlen mechanisch oder optisch aufeinander gestapelt wurden. Bei dieser Art von Konfiguration haben die Laserelemente zueinander eine feste räumliche, d. h. ortsfeste Lage. Die Verwendung eines räumlichen Repositionierelements kann eine neue Konfiguration erzeugen, welche idealer für WBC entlang der schnellen Dimension ist. Die neue Konfiguration kann das Ausgabeprofil geeigneter für die Faserkopplung machen.
  • Beispielsweise zeigt 7 eine Ausführungsform, in welcher eine zweidimensionale Anordnung von Emittern 712 während eines räumlichen Repositionierschrittes 703 von einem räumlich repositionierendem optischen Element, wie beispielsweise eine Anordnung von Periskopspiegeln umkonfiguriert wurde. Die umkonfigurierte Anordnung, dargestellt durch die umkonfigurierte Frontansicht 707, ist nun bereit für einen WBC-Schritt 710, der entlang der WBC-Dimension auszuführen ist, welche hier die schnelle Dimension von jedem Element ist. Das ursprüngliche zweidimensionale Profil in dieser beispielhaften Ausführungsform 700 ist eine 12 Emitter große und 5 Emitter breite Anordnung. Nachdem die Anordnung übertragen wurde oder vom räumlichen Repositionierelement reflektiert wurde, wurde eine neue 4 Elemente große und 15 Elemente breite Anordnung erzeugt. In beiden Anordnungen sind die Emitter so angeordnet, dass die langsame Dimension von jedem vertikal ist, während die schnelle Dimension horizontal ist. WBC wird entlang der schnellen Dimension durchgeführt, was die 15 Spalten von Emittern in der zweiten Anordnung in eine Spalte kollabieren lässt, die 4 Emitter groß ist. Diese Ausgabe ist bereits symmetrischer, als wenn WBC auf der ursprünglichen Anordnung ausgeführt worden wäre, was zu einer einzelnen, 15 Emitter großen Säule oder Spalte geführt hätte. Wie dargestellt kann diese neue Ausgabe weiter durch einen individuellen Drehschritt 705 symmetrisiert werden, bei welchem jeder Emitter um 90 Grad gedreht wird. Wiederum wird eine Nach-WBC-Frontansicht 721 erzeugt, welche der Breite von einem einzelnen Strahl entlang der langsamen Dimension entspricht und gestapelte 4 Elemente hoch ist, was geeigneter zur Kopplung in eine Faser ist.
  • Eine Weise, die Elemente in einem eindimensionalen oder zweidimensionalen Profil umzukonfigurieren, ist Schnitte (cuts) zu machen, oder das Profil in Abschnitte zu brechen und jeden Abschnitt entsprechend wieder auszurichten. Beispielsweise wurden in 7 zwei Schnitte 715 in 713 gemacht. Jeder Abschnitt wurde Seite an Seite angeordnet, um 707 zu bilden. Diese optischen Schnitte können wertgeschätzt werden, wenn wir bemerken, dass die Elemente von 713 eine zuvor angeordnete oder feste räumliche Beziehung zueinander hatten. Es ist natürlich vollständig im Rahmen, sich eine beliebige Anzahl von Schnitten vorzustellen, die gemacht wurden, um das anfängliche Eingabestrahlprofil zu repositionieren. Jeder dieser Abschnitte kann zusätzlich dazu, Seite an Seite angeordnet zu werden, übereinander oder sogar zufällig verteilt werden, wenn erwünscht.
  • Räumliche Repositionierelemente können aus einer Vielzahl von optischen Elementen bestehen, umfassend Periskopoptiken, welche sowohl polarisiert als auch nicht-polarisiert ist als auch weitere Repositionieroptiken. Step-Spiegel wie in 4A dargestellt, können ebenfalls umkonfiguriert werden, um ein räumliches Repositionierelement zu werden.
  • Es ist denkbar, dass räumliche Repositionierlemente und optische Dreheinrichtungen in demselben äußeren Hohlraumsystem oder in einer Kombination von innerhalb und außerhalb des Hohlraumsystems verwendet werden dürfen. Die Reihenfolge, welches Element zuerst erscheint ist nicht so wichtig und wird im Allgemeinen durch das gewünschte Ausgabeprofil bestimmt.
  • Weitere Ausführungsformen, die im Schutzbereich der Erfindung liegen, nicht beschränkend, sind in 9A–B dargestellt. Das in 1 von 9A dargestellte System zeigt eine einzelne Anordnung von vier Strahlen, die Seite an Seite entlang ihrer langsamen Dimension angeordnet sind. Ein optisches Drehelement dreht jeden Strahl einzeln. Die Strahlen werden dann entlang der schnellen Dimension kombiniert und zu einem einzelnen Strahl durch WBC reduziert. In dieser Anordnung ist es wichtig zu bemerken, dass die vier Strahlen leicht 49 oder mehr Strahlen sein könnten. Es sollte ebenfalls bemerkt werden, dass dann, wenn manche der Emitter physikalisch von anderen Emittern abgetrennt sind, die einzelnen Emitter mechanisch gedreht werden können, um in ein ideales Profil konfiguriert zu werden. Ein mechanisches Drehelement kann aus einer Vielzahl von Elementen bestehen, umfassend Reibgleitelemente, Hemmlager (locking bearings), Röhren und andere Mechanismen, die eingerichtet sind, das Laserelement zu drehen. Sobald einmal eine gewünschte Position erreicht wurde, können die Laserelemente ortsfest fixiert werden. Es ist ebenfalls angedacht, dass ein automatisches Drehsystem implementiert werden kann, das das Strahlprofil abhängig vom gewünschten Profil anpassen kann. Dieses automatische System kann entweder mechanisch einen Laser oder ein optisches Element umverlagern oder ein neues optisches Element kann in und außerhalb des Systems eingesetzt werden, um das Ausgabeprofil wie gewünscht zu verändern.
  • System 2, das in 9A gezeigt wird, zeigt eine zweidimensionale Anordnung, die drei gestapelte Anordnungen mit vier Strahlen aufweist, die entlang der langsamen Dimension ausgerichtet sind. (Ähnlich wie 3C). Wenn diese gestapelte Anordnung durch eine optische Dreheinrichtung und WBC entlang der schnellen Dimension hindurchtritt, wird eine einzige Säule von drei miteinander längs von oben nach unten entlang der langsamen Dimension ausgerichteten Strahlen erzeugt. Wiederum ist es erwünscht, dass, wenn die in diesem System dargestellten drei gestapelten Anordnungen 50 Elemente aufweisen würden, dasselbe Ausgabeprofil erzeugt werden würde, obschon eines, welches heller wäre und eine höhere Ausgabeleistung hätte.
  • System 3 in 9B zeigt ein Diamantmuster von vier Strahlen, wobei die Strahlen alle im Wesentlichen parallel zueinander sind. Das Muster kann auch ein zufälliges Muster andeuten. Die Strahlen werden gedreht und entlang der schnellen Dimension kombiniert, was zu einer Spalte von drei Strahlen führt, welche entlang der langsamen Dimension von oben nach unten ausgerichtet sind. Fehlende Elemente von Diodenlaserbarren und -stapeln auf Grund des Ausfalls von Emittern oder anderen Gründen ist ein Beispiel von System 3. System 4 zeigt ein System, in dem die Strahlen nicht zueinander ausgerichtet sind, aber das ein Strahl gedreht wird, um mit einem zweiten Strahl ausgerichtet zu werden, so dass beide Strahlen entlang der schnellen Dimension zur Bildung eines einzigen Strahls kombiniert werden. System 4 zeigt eine Anzahl von Möglichkeiten, welche WBC-Verfahren über die Verwendung von Laserdiodenanordnungen hinaus ausdehnen. Beispielsweise können die Eingabestrahlen in System 4 von CO2-Lasern stammen, Halbleiter- oder Diodenlasern, diodengepumpten Faserlasern, lampengepumpten oder diodengepumpten Nd:YAG-Lasern, Scheibenlasern, und so weiter. Die Fähigkeit, die zu kombinierenden Arten von Lasern und Wellenlängen von Laser zu mischen und aufeinander abzustimmen ist ein weiterer Vorteil, welcher im Rahmen der Erfindung liegt.
  • System 5 stellt ein System dar, bei dem die Strahlen nicht gedreht sind, um vollständig mit der WBC-Dimension ausgerichtet zu sein. Das Resultat ist eine Hybridausgabe, die viele von den Vorteilen der WBC entlang der schnellen Dimension aufrechterhält. In einigen Ausführungsformen werden die Strahlen um volle 90 Grad gedreht um mit der WBC-Dimension ausgerichtet zu sein, was oftmals die gleiche Richtung oder Dimension wie die schnelle Dimension ist. Jedoch zeigen System 5 und auch System 6, dass die optische Drehung der Strahlen als Ganzes (System 6) oder einzeln (System 5) so sein kann, dass die schnelle Dimension von einem oder mehreren Strahlen in einem Winkel Theta oder durch eine Anzahl von Graden mit Bezug auf die WBC-Dimension versetzt ist. Ein voller 90 Grad-Versatz würde die WBC-Dimension zu der langsamen Dimension ausrichten, während ein 45 Grad-Versatz die WBC-Dimension mit einem Winkel halb zwischen der schnellen und langsamen Dimension des Strahls orientieren würde, da diese Dimensionen orthogonal zueinander sind. In einer Ausführungsform weist die WBC-Dimension einen Winkel Theta von ungefähr 3 Grad von der schnellen Dimension des Strahls versetzt auf.
  • Die obige Beschreibung ist bloß veranschaulichend. Nachdem also mehrere Aspekte von zumindest einer Ausführungsform darunter die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird zu wertschätzen sein, dass eine Vielzahl von Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen dem Fachmann naheliegend sind. Solche Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen sind beabsichtigt, Teil dieser Offenbarung zu sein und sind beabsichtigt, im Geist und Schutzbereich der Erfindung zu liegen. Entsprechend sind die vorhergehenden Beschreibungen und Zeichnungen rein beispielhaft.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6192062 [0004, 0004, 0026]
    • US 6208679 [0004, 0004, 0026]
    • US 2010/0110556 A1 [0004, 0004]

Claims (20)

  1. Ein Wellenlängenstrahlkombinierer, aufweisend: eine optische Dreheinrichtung, die eingerichtet ist, Strahlen, die von einer Mehrzahl von Laserelementen emittiert wurden, selektiv zu drehen; eine Transformationslinse, die eingerichtet ist, die selektiv gedrehten Strahlen entlang einer Strahlkombinationsdimension zu empfangen und zu kombinieren; und ein dispersives Element, das angeordnet ist, um die kombinierten Strahlen zu empfangen und zu übertragen, wobei ein Ausgabeprofil gebildet wird.
  2. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Ausgabekoppler, der eingerichtet ist, das Ausgabeprofil vom dispersiven Element zu empfangen und einen Teil des Ausgabeprofils teilweise zurück in die Laserelemente zu reflektieren.
  3. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei der Laserelemente eine feste räumliche Beziehung zueinander aufweisen.
  4. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 1, wobei die Laserelemente eine erste reflektive Oberfläche und ein optisches Verstärkungsmedium aufweisen.
  5. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Kollimatorlinse, die eingerichtet ist, Strahlen von den Laserelementen zu empfangen und einen oder mehrere Strahlen entlang einer schnellen Dimension des Strahls zu kollimieren.
  6. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein räumliches Repositionierelement, das eingerichtet ist, einen oder mehrere Strahlen bevor sie von der Transformationslinse empfangen werden räumlich zu repositionieren.
  7. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 1, wobei die emittierten Strahlen ein asymmetrisches Profil aufweisen.
  8. Ein Wellenlängenstrahlkombinierer, aufweisend: ein räumliches Repositionierelement, das eingerichtet ist, Strahlen, die von einer Mehrzahl von Laseremittern emittiert wurden, räumlich zu repositionieren, eine Transformationslinse, die so angeordnet ist, dass sie die räumlich repositionierten Strahlen empfängt und die Strahlen entlang einer Strahlkombinationsdimension kombiniert, ein dispersives Element, das in einem Überlappungsbereich der kombinierten Strahlen angeordnet ist, um die kombinierten Strahlen zu empfangen und zu übertragen.
  9. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 8, weiter umfassend einen optischen Koppler, der eingerichtet ist, einen Teil der Strahlen teilweise zurück in die Laserelemente zu reflektieren.
  10. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl der Laserelemente ein zweidimensionales Profil erzeugt und das räumliche Repositionierelement die Anzahl der Strahlen entlang einer ersten Dimension reduziert, während es die Anzahl der Strahlen über eine zweite Dimension erhöht.
  11. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 8, wobei zumindest zwei der Laserelemente eine feste räumliche Beziehung zueinander aufweisen.
  12. Der Wellenlängenstrahlkombinierer nach Anspruch 8, weiterhin umfassend eine optische Dreheinrichtung, die eingerichtet ist, Strahlen bevor sie von der Transformationslinse empfangen werden selektiv zu drehen.
  13. Ein Wellenlängenstrahlkombinierer, aufweisend: eine Mehrzahl von Laserelementen, wobei jedes einen elektromagnetischen Strahl emittiert, eine Elementdreheinrichtung, die eingerichtet ist, jedes Laserelement selektiv zu drehen, eine Transformationslinse, die eingerichtet ist, die Strahlen der selektiv gedrehten Laserelemente zu empfangen und sie entlang einer Strahlkombinationsdimension zu kombinieren, und ein dispersives Element, das in einem Überlappungsbereich der kombinierten Strahlen angeordnet ist, um die kombinierten Strahlen zu empfangen und zu übertragen.
  14. Ein Wellenlängenstrahlkombinationsverfahren, umfassend: selektives Drehen von elektromagnetischen Strahlen, die von einer Mehrzahl von Laserelementen emittiert wurden, Kombinieren der selektiv gedrehten Strahlen entlang einer Strahlkombinationsdimension durch eine Transformationslinse und Dispergieren der kombinierten Strahlen mit einem dispersiven Element.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin umfassend: einzelnes Kollimieren der emittierten Strahlen entlang einer schnellen Dimension vor dem selektiven Drehen der Strahlen.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei zumindest zwei der Laserelemente eine feste räumliche Beziehung zueinander aufweisen.
  17. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei alle Strahlen um 90° gedreht werden.
  18. Ein Verfahren zur Wellenlängenstrahlkombination, umfassend: selektives Repositionieren von elektromagnetischen Strahlen, die von einer Mehrzahl von Laserelementen emittiert wurden, Kombinieren der selektiv repositionierten Strahlen entlang einer Strahlkombinationsdimension und Dispergieren der kombinierten Strahlen mit einem dispersiven Element.
  19. Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Mehrzahl von Laserelementen ein zweidimensionales Profil erzeugt und der Schritt des selektiven Repositionierens die Anzahl der Strahlen entlang einer ersten Dimension reduziert, während die Anzahl von Strahlen über eine zweite Dimension erhöht wird.
  20. Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei im Schritt des selektiven Repositionierens eine Anordnung von Periskopen verwendet wird.
DE112011100813T 2010-03-05 2011-03-04 System und verfahren zur selektiven repositionier- und drehwellenlängenstrahlkombination Pending DE112011100813T5 (de)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US31078110P 2010-03-05 2010-03-05
US31077710P 2010-03-05 2010-03-05
US61/310,781 2010-03-05
US61/310,777 2010-03-05
US41739410P 2010-11-26 2010-11-26
US61/417,394 2010-11-26
PCT/US2011/027277 WO2011109763A2 (en) 2010-03-05 2011-03-04 Selective repositioning and rotation wavelength beam combining system and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112011100813T5 true DE112011100813T5 (de) 2012-12-27

Family

ID=46282465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112011100813T Pending DE112011100813T5 (de) 2010-03-05 2011-03-04 System und verfahren zur selektiven repositionier- und drehwellenlängenstrahlkombination

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8553327B2 (de)
JP (1) JP5832455B2 (de)
CN (1) CN102986097B (de)
DE (1) DE112011100813T5 (de)
WO (1) WO2011109763A2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10616539B2 (en) 2016-03-31 2020-04-07 Fisba Ag Device and method for producing a light beam
DE102019118676A1 (de) * 2019-07-10 2021-01-14 Innovavent Gmbh Optisches System zur Homogenisierung der Intensität von Lichtstrahlung
DE102021126377A1 (de) 2021-10-12 2023-04-13 Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH Diodenlaseroptik und zugehöriges Diodenlasersystem

Families Citing this family (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9124065B2 (en) 2010-03-05 2015-09-01 TeraDiode, Inc. System and method for wavelength beam combination on a single laser emitter
TWI573650B (zh) * 2011-12-16 2017-03-11 應用材料股份有限公司 輻射源及用於結合同調光束的光束組合器
US9147990B2 (en) * 2012-02-07 2015-09-29 Robert H. Dueck Two-dimensional laser system employing two dispersive elements
WO2013123256A1 (en) 2012-02-14 2013-08-22 TeraDiode, Inc. Two-dimensional multi-beam stabilizer and combining systems and methods
US9823480B2 (en) 2012-02-22 2017-11-21 TeraDiode, Inc. Wavelength beam combining laser systems with micro-optics
US9104029B2 (en) * 2012-02-22 2015-08-11 TeraDiode, Inc. Multi-wavelength beam combining system and method
US9865985B1 (en) 2012-06-20 2018-01-09 TeraDiode, Inc. Widely tunable infrared source system and method
US8896827B2 (en) * 2012-06-26 2014-11-25 Kla-Tencor Corporation Diode laser based broad band light sources for wafer inspection tools
JP5980043B2 (ja) * 2012-08-22 2016-08-31 住友重機械工業株式会社 レーザ照射装置
EP2708935A1 (de) 2012-09-13 2014-03-19 Fisba Optik Ag Strahltransformationselement, Vorrichtung zur Transformation von elektromagnetischer Strahlung, Verfahren zur Herstellung eines Strahltransformationselements und Verfahren zur Transformation einer elektromagnetischen Emission
JP5693541B2 (ja) * 2012-10-05 2015-04-01 Ｈｏｙａ Ｃａｎｄｅｏ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ株式会社 光照射装置
US20140240831A1 (en) * 2012-11-28 2014-08-28 TeraDiode, Inc. Stabilization of High-Power WBC Systems
DE112013005773B4 (de) 2012-12-03 2018-03-01 Mitsubishi Electric Corporation Halbleiterlaservorrichtung
US9690107B2 (en) 2013-03-15 2017-06-27 Trumpf Laser Gmbh Device for wavelength combining of laser beams
US8922782B2 (en) 2013-03-15 2014-12-30 Axsun Technologies, Inc. OCT medical imaging system using gain waveguide array swept source
US10971896B2 (en) 2013-04-29 2021-04-06 Nuburu, Inc. Applications, methods and systems for a laser deliver addressable array
US10562132B2 (en) 2013-04-29 2020-02-18 Nuburu, Inc. Applications, methods and systems for materials processing with visible raman laser
JP6285650B2 (ja) * 2013-07-03 2018-02-28 浜松ホトニクス株式会社 レーザ装置
US9316846B2 (en) 2013-07-11 2016-04-19 Edmund L. Wolak Systems and methods to provide high brightness diode laser outputs
US9391713B2 (en) 2013-10-14 2016-07-12 Trumpf Laser Gmbh High brightness dense wavelength multiplexing laser
JP6424827B2 (ja) * 2013-10-17 2018-11-21 ソニー株式会社 光源装置、光源ユニット、及び画像表示装置
JP5767684B2 (ja) * 2013-11-15 2015-08-19 株式会社フジクラ 導光装置、製造方法、及び、ｌｄモジュール
US9306369B2 (en) 2013-11-22 2016-04-05 Trumpf Laser Gmbh Wavelength selective external resonator and beam combining system for dense wavelength beam combining laser
JP2015106707A (ja) * 2013-11-29 2015-06-08 テラダイオード， インコーポレーテッド 高パワーｗｂｃシステムの安定化
DE102014008047B4 (de) 2014-05-28 2019-05-09 TeraDiode, Inc. Stabilisierte Wellenlängenstrahlvereiniger, Verfahren zur Wellenlängenstrahlvereinigung und stabilisiertes Multiwellenlängenlasersystem
WO2015191659A1 (en) * 2014-06-13 2015-12-17 TeraDiode, Inc. Optical alignment systems and methods for wavelength beam combining laser systems
US11646549B2 (en) 2014-08-27 2023-05-09 Nuburu, Inc. Multi kW class blue laser system
US9568640B2 (en) 2014-09-15 2017-02-14 Baker Hughes Incorporated Displacement measurements using simulated multi-wavelength light sources
CN104269742A (zh) * 2014-10-10 2015-01-07 江南大学 高功率高光束质量的多阵列合束激光器
US20180205197A1 (en) 2014-10-23 2018-07-19 TRUMPF Laser GmbH (TLS) Open-loop wavelength selective external resonator and beam combining system
DE112015005587B4 (de) * 2014-12-10 2021-10-21 TeraDiode, Inc. Optische kreuzkopplung-abschwächungssysteme für wellenlänge-strahl-kombinierende lasersysteme
US9711950B2 (en) 2015-05-13 2017-07-18 Trumpf Laser Gmbh Dense wavelength beam combining with variable feedback control
DE112016002870T5 (de) * 2015-06-23 2018-03-15 Bien Chann Optische Elementanordnungen zum Verändern des Strahlparameterprodukts in Laserabgabesystemen
JPWO2017022142A1 (ja) 2015-08-04 2017-11-30 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
US10126558B2 (en) * 2016-01-11 2018-11-13 Ut-Battelle, Llc Stable, narrow spectral linewidth, fiber-delivered laser source for spin exchange optical pumping
CN108432067B (zh) * 2016-01-20 2020-04-28 特拉迪欧德公司 利用棱镜进行光束质量改善和带宽减少的波长光束组合激光系统
JP6390920B2 (ja) * 2016-02-04 2018-09-19 ウシオ電機株式会社 半導体レーザ光源装置
JP6658025B2 (ja) * 2016-02-04 2020-03-04 ウシオ電機株式会社 半導体レーザ光源装置
US20220072659A1 (en) * 2016-04-29 2022-03-10 Nuburu, Inc. Methods and Systems for Reducing Hazardous Byproduct from Welding Metals Using Lasers
US11612957B2 (en) * 2016-04-29 2023-03-28 Nuburu, Inc. Methods and systems for welding copper and other metals using blue lasers
EP3448621A4 (de) 2016-04-29 2020-01-22 Nuburu, Inc. Sichtbarer laser für generative fertigung
US10338354B2 (en) 2016-07-18 2019-07-02 Coherent, Inc. Achromatic anastigmatic anamorphic objective
JP6964654B2 (ja) * 2016-08-05 2021-11-10 テラダイオード， インコーポレーテッド モジュール式ダイオード源を有する高出力レーザシステム
JP6211237B1 (ja) 2017-01-20 2017-10-11 三菱電機株式会社 レーザ装置
JP7123061B2 (ja) * 2017-01-26 2022-08-22 テラダイオード， インコーポレーテッド ビーム成形のためのセルラコア光ファイバ利用するレーザシステム
JP6911153B2 (ja) 2017-01-31 2021-07-28 ヌブル インク 青色レーザーを使用して銅を溶接するための方法及びシステム
EP4220252A3 (de) 2017-04-21 2023-08-09 Nuburu, Inc. Mehrfach ummantelte optische faser
JP2020523793A (ja) 2017-06-13 2020-08-06 ヌブル インク 超高密度波長ビーム結合レーザシステム
JP6642546B2 (ja) * 2017-09-21 2020-02-05 日亜化学工業株式会社 波長ビーム結合装置
US10663700B2 (en) 2018-01-30 2020-05-26 Coherent, Inc. Achromatic astigmatic anamorphic objective
CN112219326A (zh) * 2018-05-22 2021-01-12 松下知识产权经营株式会社 波长光束组合激光系统中的功率和光谱监测
DE112019003882B4 (de) 2018-10-15 2022-12-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lasersystem mit treppenförmig angeordneten slow-axis-kollimatoren
US11611189B2 (en) 2018-10-15 2023-03-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Systems and methods for addressing pumping of thermal interface materials in high-power laser systems
WO2020107030A1 (en) 2018-11-23 2020-05-28 Nuburu, Inc Multi-wavelength visible laser source
DE112020000301T5 (de) 2019-01-28 2021-09-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Systeme und verfahren zur ausrichtung von wellenlängenstrahlkombinierenden resonatoren
JP2022523725A (ja) 2019-02-02 2022-04-26 ヌブル インク 高信頼性、高パワー、高輝度の青色レーザーダイオードシステムおよびその製造方法
JP7277716B2 (ja) * 2019-02-25 2023-05-19 日亜化学工業株式会社 光源装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、および光結合器
WO2020198553A1 (en) 2019-03-28 2020-10-01 Panasonic intellectual property Management co., Ltd Material processing utilizing high-frequency beam shaping
JP7445879B2 (ja) 2019-08-06 2024-03-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 デュアル波長レーザシステム及びそのシステムを用いた材料加工
CN114731020A (zh) 2019-10-16 2022-07-08 松下知识产权经营株式会社 用于激光系统的硅氧烷缓解
CN110854674A (zh) * 2019-10-31 2020-02-28 苏州长光华芯光电技术有限公司 一种半导体激光器光栅外腔光谱合束装置
CN114746799A (zh) 2019-11-28 2022-07-12 松下控股株式会社 射束耦合装置以及激光加工机
WO2021108054A1 (en) * 2019-11-29 2021-06-03 Cymer, Llc Apparatus for and methods of combining multiple laser beams
JP7411957B2 (ja) * 2020-01-28 2024-01-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長ビーム結合システム
US20220009027A1 (en) 2020-07-07 2022-01-13 Panasonic Intellectual Property Management Co. Ltd Step-core fiber structures and methods for altering beam shape and intensity
CN112347681B (zh) * 2020-11-20 2022-11-15 中国舰船研究设计中心 一种基于宏基函数阵列互耦特性预测的稳健波束形成方法
US11848541B2 (en) * 2020-12-15 2023-12-19 Ii-Vi Delaware, Inc. Spectral beam combiner with independent wavelength stabilization
US11768294B2 (en) * 2021-07-09 2023-09-26 Innovusion, Inc. Compact lidar systems for vehicle contour fitting

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6192062B1 (en) 1998-09-08 2001-02-20 Massachusetts Institute Of Technology Beam combining of diode laser array elements for high brightness and power
US6208679B1 (en) 1998-09-08 2001-03-27 Massachusetts Institute Of Technology High-power multi-wavelength external cavity laser
US20100110556A1 (en) 2008-11-04 2010-05-06 Massachusetts Institute Of Technology External-cavity one-dimensional multi-wavelength beam combining of two-dimensional laser elements

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60108802A (ja) * 1983-11-18 1985-06-14 Fuji Photo Film Co Ltd 光ビ−ム合成方法及び装置
US6044096A (en) * 1997-11-03 2000-03-28 Sdl, Inc. Packaged laser diode array system and method with reduced asymmetry
US6327292B1 (en) * 1998-09-08 2001-12-04 Massachusetts Institute Of Technology External cavity laser source using spectral beam combining in two dimensions
US6356576B1 (en) 1999-11-29 2002-03-12 Cymer, Inc. Deep ultraviolet catadioptric anamorphic telescope
US6763054B2 (en) 2002-11-19 2004-07-13 The Boeing Company Optical system for improving the brightness of a stack of lensed diode lasers
US6888679B2 (en) * 2002-11-20 2005-05-03 Mems Optical, Inc. Laser diode bar integrator/reimager
US7693206B2 (en) * 2003-05-09 2010-04-06 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor laser device including laser array or stack first collimator, path rotator, and an optical element
US6993059B2 (en) * 2003-06-11 2006-01-31 Coherent, Inc. Apparatus for reducing spacing of beams delivered by stacked diode-laser bars
US20070002925A1 (en) * 2004-10-25 2007-01-04 Nuvonyx, Inc. External cavity laser diode system and method thereof
DE102004053137A1 (de) * 2004-10-29 2006-05-11 Raab, Volker, Dr. Multispektraler Laser mit mehreren Gainelementen
JP2006171348A (ja) * 2004-12-15 2006-06-29 Nippon Steel Corp 半導体レーザ装置
JP2006189728A (ja) * 2005-01-07 2006-07-20 Ricoh Co Ltd 光源ユニット、光走査装置及び画像形成装置等
US7233442B1 (en) * 2005-01-26 2007-06-19 Aculight Corporation Method and apparatus for spectral-beam combining of high-power fiber lasers
JP2007165624A (ja) 2005-12-14 2007-06-28 Sony Corp 照射装置
JP2007194764A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Hitachi Ltd 運用管理システム
EP2283549A4 (de) * 2008-05-08 2013-08-28 Oclaro Photonics Inc Ausgabeverfahren und anordnungen für sehr helle dioden

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6192062B1 (en) 1998-09-08 2001-02-20 Massachusetts Institute Of Technology Beam combining of diode laser array elements for high brightness and power
US6208679B1 (en) 1998-09-08 2001-03-27 Massachusetts Institute Of Technology High-power multi-wavelength external cavity laser
US20100110556A1 (en) 2008-11-04 2010-05-06 Massachusetts Institute Of Technology External-cavity one-dimensional multi-wavelength beam combining of two-dimensional laser elements

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10616539B2 (en) 2016-03-31 2020-04-07 Fisba Ag Device and method for producing a light beam
DE102019118676A1 (de) * 2019-07-10 2021-01-14 Innovavent Gmbh Optisches System zur Homogenisierung der Intensität von Lichtstrahlung
KR20210007883A (ko) * 2019-07-10 2021-01-20 이노바벤트 게엠베하 광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템
DE102019118676B4 (de) 2019-07-10 2021-10-21 Innovavent Gmbh Optisches System zur Homogenisierung der Intensität von Lichtstrahlung und Anlage zur Bearbeitung einer Halbleitermaterialschicht
KR102512789B1 (ko) * 2019-07-10 2023-03-21 이노바벤트 게엠베하 광 방사선의 강도를 균일화하기 위한 광학 시스템
DE102021126377A1 (de) 2021-10-12 2023-04-13 Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH Diodenlaseroptik und zugehöriges Diodenlasersystem
DE102021126377B4 (de) 2021-10-12 2023-05-04 Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH Diodenlaseroptik und zugehöriges Diodenlasersystem

Also Published As

Publication number Publication date
JP5832455B2 (ja) 2015-12-16
US8553327B2 (en) 2013-10-08
WO2011109763A2 (en) 2011-09-09
CN102986097A (zh) 2013-03-20
WO2011109763A3 (en) 2012-03-15
CN102986097B (zh) 2016-03-09
JP2013521667A (ja) 2013-06-10
US20110216417A1 (en) 2011-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011100813T5 (de) System und verfahren zur selektiven repositionier- und drehwellenlängenstrahlkombination
DE112013007759B3 (de) Halbleiterlaservorrichtung
EP2973899B1 (de) Vorrichtung zur wellenlängenkopplung von laserstrahlen
DE112017000432B4 (de) Prismen zur verbesserung der strahlqualität und bandbreitenverminderung nutzende wellenlängenstrahlkombinationslasersysteme
WO2006045303A2 (de) Multispektraler laser mit mehreren gainelementen
DE10197205T5 (de) Optisches Kopplungssystem
DE112013000969T5 (de) Zweidimensionale Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersysteme und -verfahren
DE112015005587B4 (de) Optische kreuzkopplung-abschwächungssysteme für wellenlänge-strahl-kombinierende lasersysteme
DE102010031199A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Strahlformung
EP2217961A1 (de) Vorrichtung zur strahlformung
DE102008052475A1 (de) Polarisationskoppler
DE112015003430T5 (de) Halbleiter-Laservorrichtung
DE19846532C1 (de) Einrichtung zur Strahlformung eines Laserstrahls und Hochleistungs-Diodenlaser mit einer solchen Einrichtung
DE112019003882B4 (de) Lasersystem mit treppenförmig angeordneten slow-axis-kollimatoren
WO2009100845A1 (de) Diodenlaserstruktur zur erzeugung von diodenlaserstrahlung mit faserkopplungsoptimiertem strahlparameterprodukt
WO2004021525A2 (de) Halbleiterlaservorrichtung mit externem resonator und konkavem spiegel
EP2508934B1 (de) Diodenlaser
EP1601072B1 (de) Strahlformungsoptik und -modul für eine Diodenlaseranordnung
DE112020000301T5 (de) Systeme und verfahren zur ausrichtung von wellenlängenstrahlkombinierenden resonatoren
EP1637919A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überlagerung von Strahlenbündeln
EP2517318B1 (de) Optische anordnung zum optischen pumpen eines aktiven mediums
DE102021104213A1 (de) Lichtquellenvorrichtung und direktes Diodenlasersystem
DE102004040608B4 (de) Diodenlaser mit einer optischen Einrichtung zur Erhöhung der Strahldichte eines aus ihm austretenden Ausgangslaserstrahls
DE102014008047B4 (de) Stabilisierte Wellenlängenstrahlvereiniger, Verfahren zur Wellenlängenstrahlvereinigung und stabilisiertes Multiwellenlängenlasersystem
WO2018141670A1 (de) Vorrichtung zur kollimation eines lichtstrahls, hochleistungslaser und fokussieroptik sowie verfahren zum kollimieren eines lichtstrahles

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: MAIWALD GMBH PATENTANWAELTE, DE

Representative=s name: MAIWALD PATENTANWALTS- UND RECHTSANWALTSGESELL, DE

R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: MAIWALD GMBH, DE

Representative=s name: MAIWALD PATENTANWALTS- UND RECHTSANWALTSGESELL, DE

R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PANASONIC CORPORATION OF NORTH AMERICA (N.D.GE, US

Free format text: FORMER OWNER: TERADIODE, INC., LITTLETON, MASS., US