DE112013000969T5

DE112013000969T5 - Zweidimensionale Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersysteme und -verfahren

Info

Publication number: DE112013000969T5
Application number: DE112013000969.2T
Authority: DE
Inventors: Parviz Tayebati; Bien Chann
Original assignee: Teradiode Inc
Current assignee: Panasonic Corp of North America
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2014-10-30
Also published as: US9325144B2; CN104428962B; CN104428962A; US20180083412A1; US11949206B2; US20160268761A1; JP6368250B2; US20220131332A1; US10447003B2; US20150333485A1; US11189983B2; WO2013123256A1; JP2015513792A; US9843154B2; US20200059061A1

Abstract

System und Verfahren zum Stabilisieren und Kombinieren einer Vielzahl von emittierten Strahlen in ein einziges System unter Verwendung von sowohl WBC- als auch WDM-Technologie.

Description

Querbezug zu verwandten Anmeldungen
Die Anmeldung beansprucht Priorität nach 35 U.S.C. § 119 der folgenden US-Provisional Patent Application, welche hiermit durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen wird: U.S. Ser. No. 61/598,470, eingereicht am 14. Februar 2012.
Urheberrechtsinformation
Ein Teil der Offenbarung dieses Patentdokuments enthält Material, welches einem Urheberrechtsschutz unterliegt. Der Inhaber des Urheberrechts hat keine Einwände gegen die originalgetreue Kopie durch jeden Dritten vom Patentdokument oder von der Patentoffenbarung, wie sie in Patentdateien oder Speichern des Patent- und Markenamts erscheint, behält sich jedoch andernfalls jegliche Urheberrechte vor.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegenden Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Lasersysteme und im speziellen auf wellenlängenstrahlenkombinierende Systeme und Verfahren.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Wellenlängenstrahlkombiniersysteme („Wavelength beam combining systems”, WBC) und Wellenlängendivisionsmultiplexiersysteme („Wavelength-division mutliplexing systems”, WDM) sind entwickelt worden, um die Leistung eines (eine Vielzahl von Wellenlängen umfassenden) einzelnen Ausgangsstrahls zur Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen hochzuskalieren. Die optische Architektur früherer Hochleistungssysteme setzt jedoch oftmals gewisse optische Elemente in derartigen WBC- oder WDM-Systemen voraus, um großen Mengen thermischen Aufladens widerstehen zu können, was zu teuren und hochaufwendigen Systemen führt. Gebraucht werden alternative Systeme, die thermisches Aufladen zerstreuen oder ableiten und welche die Verwendung von günstigeren Komponenten, sowie einfachere Herstellung und Einrichtung ermöglichen.
Die vorliegenden Systeme und hierin beschriebenen Verfahren oder Methoden zielen darauf ab, WDM- und WBC-Technologie in ein gemeinsames System zu vereinigen, geringeres thermisches Aufladen zu erreichen, einen Einsatz von Komponenten mit weniger Toleranz zu ermöglichen und flexibler skalierbare Hochleistungs- und Helligkeitssysteme zu sein.
Die folgende Anwendung versucht die genannten Probleme zu lösen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein System zur Stabilisierung und Kombinierung einer Vielzahl von Strahlen, die als ein hoch-heller Multiwellenlängenstrahl emittiert werden sollen, mit einem Stabilisierer/Resonator-System in Verbindung mit einem Strahlkombinierersystem.
In einer Ausführungsform werden eine Transformierlinse und andere optische Elemente von jedem System gemeinsam genutzt.
In einer Ausführungsform wird ein Beugungsgitter von beiden Systemen verwendet.
In einer Ausführungsform wird die Rückkopplung nullter Ordnung verwendet, um die Emitter im Resonator/Stabilisierer-Abschnitt bezüglich der Wellenlängen zu stabilisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Littrowresonator.
2A bis B zeigen ein Schema eines Wellenlängenresonator- und eines Wellenlängenkombinierersystems.
3A bis B zeigen eine Ausführungsform einer Wellenlängenstabilisiererkavität.
4A bis B zeigen eine Ausführungsform eines Wellenlängenkombinierers.
5A bis B zeigen eine Ausführungsform einer Wellenlängenstabilisiererkavität.
6A bis C zeigen eine Ausführungsform eines Wellenlängenkombinierers.
7 zeigt ein Littman-Metcalf-System mit einer externen Kavität.
8A bis B zeigen eine Ausführungsform einer Wellenlängenstabilisiererkavität unter Verwendung einer Reflektionsfläche.
9A bis B zeigen eine weitere Ausführungsform einer Wellenlängenstabilisiererkavität unter Verwendung einer Reflektionsfläche.
10A bis B zeigen eine Ausführungsform eines Wellenlängenkombinierers.
11A bis B zeigen eine Ausführungsform einer Wellenlängenstabilisiererkavität, welche stabilisierte Strahlen aus der Rückfläche eines optischen Verstärkungsmediums heraus emittiert.
12A bis B zeigen eine Ausführungsform einer Wellenlängenstabilisiererkavität, welche stabilisierte Strahlen unter Verwendung eines polarisierten Würfels emittiert.
13A bis B zeigen eine Ausführungsform einer Hybrid-Wellenlängen-Stabilisierer/Kombinierer-Kavität, wobei optische Elemente gemeinsam genutzt werden.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Hybrid-Wellenlängen-Stabilisierer/Kombinierer-Kavität, wobei das Dispersionselement gemeinsam genutzt wird.
15 zeigt eine konventionelle WBC-Kavität, wobei der Ausgangskoppler auf der ersten Ordnung des Beugungsgitters positioniert ist.
16 zeigt ein Hybrid-WBC-System, welches eine Rückkopplung nullter Ordnung zur Stabilisierung der Emitter verwendet.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Aspekte und Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf das Gebiet des Skalierens von Laserquellen zur Hochleistung und Hochhelligkeit unter Verwendung von Wellenlängenstrahlkombiniertechnologie. Im speziellen Verfahren zur Erhöhung von Helligkeit, Stabilität und Effektivität von Wellenlängenstrahlkombiniersystemen.
Hierin beschriebene Ausführungsformen umfassen die Adressierung: 1) der Erhöhung der Ausgangsleistung und -helligkeit durch Vereinigen von vielen Emittern in einem gemeinsamen System unter Einschluss von WDM- und WBC-Technologie. Durch die Vielzahl der hierin beschriebenen Ausführungsformen und Technologien kann ein Lasersystem mit stabilisierter hoch-heller Multiwellenlängenausgabe erreicht werden.
Die hierin beschriebenen Ansätze und Ausführungsformen können auf ein- und zweidimensionale Strahlkombiniersysteme entlang der langsamen Achse, der schnellen Achse oder entlang anderer Strahlkombinierdimensionen angewendet werden. Für den Zweck dieser Anmeldung können sich optische Elemente auf beliebige Elemente aus der Menge von Linsen, Spiegeln, Prismen oder ähnliches beziehen, welche elektromagnetische Strahlung umlenken, reflektieren, beugen oder in irgendeiner anderen Weise optisch manipulieren. Der Ausdruck ”Strahl” umfasst außerdem elektromagnetische Strahlung. Strahlemitter oder -emittierer umfassen beliebige elektromagnetische Strahlen erzeugende Vorrichtungen wie Halbleiterelemente, die einen elektromagnetischen Strahl erzeugen, aber welche selbst resonanzschwingend sein können oder nicht. Diese umfassen auch Faserlaser, Scheibenlaser, Nicht-Festkörperlaser, Diodenlaser usw. Im Allgemeinen besteht jeder Emitter aus einer rückseitigen Reflektionsfläche, zumindest einem optischen Verstärkungsmedium und einer frontseitigen Reflektionsfläche. Das optische Verstärkungsmedium bezieht sich darauf, die Verstärkung von elektromagnetischer Strahlung zu erhöhen und ist nicht auf visuelle, infrarote oder ultraviolette Abschnitte des elektromagnetischen Spektrums beschränkt. Ein Emitter kann eine Vielzahl von Strahlenemittern umfassen wie einen Diodenbarren, der eingerichtet ist, eine Vielzahl von Strahlen zu emittieren.
Wellenlängenstrahlkombinierung ist ein bewährtes Verfahren zur Skalierung der Ausgangsleistung und Helligkeit von Diodenelementen. Hierin wird ein neues Verfahren zur Kombination von Seite-an-Seite räumlicher und wellenlängenstrahlbezogener Kombination in einem gemeinsamen System offenbart. Das zentrale Konzept besteht aus einem Einzelresonator-Multiwellenlängen-Stabilisierer und einem separaten Wellenlängenkombinierer für zweidimensionale Diodenelemente. Ein Ziel und ein Ergebnis der hierin beschriebenen Ausführungsformen ist es, eine Vielzahl von eindeutigen Wellenlängen zu erzeugen, die stabilisiert sind und die in einem Multikavitätssystem resonant schwingen, welches eingerichtet ist, um in ein gemeinsames Strahlprofil kombiniert oder überlappt zu werden.
Wellenlängenstabilisierung/Wellenlängenkombinierung
Es gibt mehrere Methoden zur Stabilisierung der Wellenlänge von Diodenelementen. 1 zeigt einen bekannten Littrowresonator 100 zur Stabilisierung eines einzelnen Strahlungsemitters 102 in eine verengte und wohldefinierte Wellenlänge 105. Typischerweise besteht die optische Architektur 100 aus einer Transformieroptik oder Kollimatoroptik 108 und einem Beugungsgitter 114. Die Transformieroptik 108 kollimiert die Emission 103 des einzelnen Emitters 102, beispielsweise ein Diodenelement. Gewöhnlicherweise weist der emittierte Strahl nach der Transformieroptik einen sehr langen Raleigh-Bereich auf, so dass die Platzierung des Beugungsgitters 114 weniger kritisch ist. Die erste Ordnung, welche vom Gitter 114 durch Diffraktion oder Beugung des emittierten Strahls 103 erzeugt wird, wird als Rückkopplung 110 verwendet. Ein Resonator wird zwischen der Rückfläche des einzelnen Emitters 102 (Diodenelement) und dem Beugungsgitter 114 gebildet.
Wie erwähnt, ist es ein Ziel der vorliegenden Anmeldung, einen Multiwellenlängenstabilisierer und einen separaten Wellenlängenkombinierer für zweidimensionale Diodenelemente bereitzustellen. 2A bis B helfen dabei, dieses zentrale Konzept zu darzustellen. Die linken Seiten der 2A bis B zeigen einen Multiwellenlängenstabilisiererresonator 210a–b. Die rechten Seiten der 2A bis B zeigen einen Wellenlängenkombinierer 220a–b. Grundsätzlich fundamental für jeden Wellenlängenstabilisiererresonator und Wellenlängenkombinierer ist ein Dispersionselement oder streuendes Element. Zum Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird angenommen, dass die Dispersion entlang lediglich einer optischen Achse auftritt, außer wenn es anders angegeben ist. Entlang der Dispersionsdimension (2A) ist es die Hauptfunktion des Wellenlängenstabilisiererresonators 210a, jeden Emitter 202 (beispielsweise ein optisches Verstärkungselement oder ein anderes oben beschriebenes Strahlung erzeugendes Element) entlang dieser Dispersionsdimension zu stabilisieren, um eine eindeutige und wohldefinierte oder deutliche (distinkte) Wellenlängenausgabe zu erzeugen, die eine enge Bandbreite aufweist. Ein Stabilisierer 204 kann ein Dispersionselement und optische Elemente umfassen, welche eingerichtet sind, um die emittierten Strahlen 203a aufzunehmen und zumindest einen Teil dieser Strahlen mit wohldefinierten oder eindeutigen Wellenlängen mit einer im Allgemeinen engen Bandbreite in die Emitter 202 zurückzusenden.
Entlang der Nicht-Dispersionsdimension (2B) ist es die Hauptfunktion des Resonators 210b, für jede der Dioden und anderen optischen Verstärkungselemente 202 einen Resonator zu bilden. Die Hauptfunktion des Wellenlängenkombinierers 220a–b ist es, die zweidimensionalen Strahlen des Stabilisiererresonators 210a–b aufzunehmen und einen eindimensionalen Strahl zu erzeugen. Entlang der Dispersionsachse 200a nimmt der Kombinierer 222 eine Vielzahl von Eingangsstrahlen 205a auf und überlappt und/oder kombiniert jeden in ein Einzelstrahlprofil 225a. Das Einzelprofil besteht aus einer Vielzahl von eindeutigen Wellenlängen, die zumindest entlang einer Dimension überlappen. Die stabilisierten eindeutigen Wellenlängen erlauben die Ausbildung dieses Einzelprofils unter Beibehaltung von hohen Helligkeitsniveaus. Entlang der Nicht-Dispersionsachse 200b erhalten die optischen Elemente 224, beispielsweise eine telezentrische Optik, Eingangsstrahlen 205b und erzeugen die gleichen Ausgangsstrahlen 225b mit wenig oder keiner Verschlechterung der Ausgangsstrahlqualität. Kurzgefasst werden also zwei Systeme miteinander kombiniert, um eindeutige Wellenlängenstabilisierung und effiziente Strahlkombinierung zu steuern, um ein Multistrahlprofil mit hoher Helligkeit und hoher Ausgangsleistung zu erzeugen.
Wellenlängenstabilisierkavitäten
3 zeigt eine Ausführungsform zur Erzeugung von multiwellenlängenstabilisierten Elementen unter Verwendung einer Art des Littrowresonators. Die Ausführungsform verwendet ein gechirptes Gitter 314. In beiden Dimensionen wird ein einzelnes telezentrisches optisches System 306 verwendet. Wie gezeigt umfasst in seiner einfachsten Form die verwendete telezentrische Optik 306 einen Aufbau mit zwei konfokalen Linsen. Das gechirpte Gitter 314 kann ein Oberflächengitter sein oder ein Volumengitter. In dieser Ausführungsform ist es nur entlang einer Dimension 300a gechirpt. Sowohl in der Dispersionsdimension 300a als auch in der Nicht-Dispersionsdimension 300b haben die Emitter 302 den gleichen Inzidenzwinkel oder Einfallswinkel auf das Gitter 314. Die gebeugten Strahlen 308a–b von jedem Emitter werden als Rückkopplung zur Bildung eines stabilen Resonators verwendet. Da das Gitter 314 gechirpt ist, wird jeder Emitter durch den zwischen dem gechirpten Gitter 314 und der rückseitigen Reflektionsfläche jedes Emitters (ohne Bezugszeichen) gebildeten Resonator zu einer eindeutigen und definierten Wellenlänge stabilisiert. Der Ausgangsstrahl 305a wird von der nullten Ordnung des Gitters 314 genommen. Die in 3 offenbarte Ausführungsform und weitere unten beschriebene Ausführungsformen können ein Multikavitätssystem umfassen, wobei eine Vielzahl von Resonanzhohlräumen oder Resonanzkavitäten erzeugt werden. Diese Resonanzkavitäten können einen rückseitigen Flächenreflektor aufweisen, welcher an einem Ende eines Strahlungselements oder Emitters gebildet ist, und individuelle effektive Reflektivität der Vorderfläche (nicht dargestellt), des Dispersionselements (oder Beugungsgitters), des teilweise oder voll reflektierenden Spiegels und/oder jedes anderen reflektierenden optisches Elements, welches im System verwendet wird, oder jede beliebige Kombination davon. Manche dieser reflektierenden optischen Elemente wie beispielsweise das in 3 gezeigte gechirpte Gitter wirken als gemeinsamer Reflektor für eine Vielzahl von Emittern, wobei ein gemeinsames System erzeugt wird. Dieses gemeinsame System ist eines, bei welchem eine Vielzahl von Resonanzkavitäten erzeugt wird, unter Verwendung desselben reflektierenden optischen Elements zum Teil um deren entsprechenden Kavitäten zu erzeugen. Auf diese Weise wird jeder der aus der Vielzahl von Emittern emittierten Strahlen stabilisiert. Die Ausgabe 305a–b des in 3A–B gezeigten wellenlängenstabilisierenden Systems kann die Eingabe des Wellenlängenstrahlkombinierers in 4 sein.
5A–B stellen die dispersive und nicht-dispersive Architektur einer weiteren Wellenlängenstabilisierung dar, unter Verwendung einer Art Littrowresonators zur Stabilisierung der 2D-Emitter auf gewünschte Wellenlängen mittels eines Gitters 514 mit konstanter Rillendichte. Hier wird entlang der Dispersionsdimension 500a eine Transformieroptik 508 verwendet. Die Hauptfunktion der Transformieroptik 508 ist es, eindeutige Nahfeld-Positionen der Diodenemitter 502 in eindeutige Winkel auf das Dichtegitter 514 umzuwandeln. Die Rückkopplung 510a–b vom Gitter 514 wird in die Elemente 502 zurück gerichtet, wobei mit jedem der eine eindeutige Wellenlänge aufweisenden emittierten Strahlen ein Resonatorsystem gebildet wird. 5B zeigt die Kavität entlang der Nicht-Dispersionsdimension 500b. Hier wird nur telezentrische Optik 506 entlang der Nicht-Dispersionsrichtung verwendet, um zu gewährleisten, dass die Rückkopplung 510b in jeden der Emitter von 502 zurückgerichtet wird, wodurch die Resonanz entlang dieser Dimension stabilisiert wird. Die dargestellte telezentrische Optik 506 besteht aus zwei Zylinderlinsen. Der Ausgangsstrahl 505a–b ist ein Ergebnis der Beugung nullter Ordnung des Gitters 514. Die Ausgabe 505a–b kann als Eingabe für den Wellenlängenkombinierer in 6 verwendet werden.
7 zeigt ein konventionelles Littman-Metcalf-System 700 mit externer Kavität für ein einzelnes Verstärkungselement/Emitter 702. Das System 700 besteht aus einem einzelnen optischen Verstärkungselement 702, einer Kollimator- oder Transformieroptik 708, einem Dispersionselement 714 und einer totalreflektierenden Oberfläche/Spiegel 730, welche bzw. welcher derart positioniert ist, um eine der Beugungsordnungen von 714 zu empfangen. Ein Resonator wird zwischen der Rückfläche des Diodenelements 702 und dem Spiegel 730 gebildet, da die Rückkopplung 710 über den Spiegel 713 zurück zum Beugungsgitter 714 über 708 in das Diodenelement 702 zurückgeleitet wird. Der Ausgangsstrahl 725 wird hier von der nullten Ordnung des Beugungsgitters 714 bereitgestellt.
8A–B stellen ein Verfahren zur Stabilisierung von zweidimensionalen (2D) Elementen 802 auf die gewünschten Wellenlängen unter Verwendung einer Reflektionsfläche 830 dar. Diese Art von Littman-Metcalf-Kavität 700 ist zur Verwendung mit 2D-Emittern eingerichtet. Entlang der Dispersionsachse 800a weist jeder Diodenemitter 802 einen eindeutigen Einfallswinkel auf. Das optische Tranformierelement 808, welches Kraft bzw. Brechkraft in der Dispersionsdimension aber nicht in der Nicht-Dispersionsdimension aufweist, wird zum Teil eingesetzt, um dazu beizutragen, diese eindeutigen Einfallswinkel für jeden der emittierten Strahlen 803a erzeugen. Die erste Ordnung der vom Beugungsgitter 814 gebeugten Strahlen propagiert zum Spiegel 830. Zwischen der Rückfläche (ohne Bezugszeichen) jedes der Diodenemitter 802 und dem Spiegel 830 wird durch die Rückkopplung 810a–b ein Resonator gebildet. Als solcher wird jeder Emitter entlang der Dispersionsachse stabilisiert, um eine eindeutige und wohldefinierte Wellenlänge bereitzustellen. Entlang der Nicht-Dispersionsachse 800b wird eine telezentrische Optik 806, welche nur in dieser Dimension eine Brechkraft aufweist, verwendet, um die Rückkopplung 810b in die Emitter 802 umzuleiten und um entlang dieser Dimension Resonanz zu erzeugen. Die telezentrische Optik 806 überträgt die Strahltaille jedes Emitters optisch und projiziert sie auf den Spiegel, wobei der Spiegel für die Emitter als gemeinsamer Reflektor wirkt, um eine Vielzahl von Resonanzkavitäten zu erzeugen. Der Ausgangsstrahl wird von der nullten Ordnung des Gitters genommen. In dieser Konfiguration ist sämtliche Optik (806, 808) Zylinderlinsen. Es sollte verstanden sein, dass verschiedene Lichtordnungen für die Rückkopplung und ebenso für die Ausgabe in der Vielzahl der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können und im Rahmen der Anmeldung liegen.
9A–B stellen ein weiteres Verfahren zur Stabilisierung von 2D-Elementen 902 auf die gewünschten Wellenlängen unter Einsatz einer Reflektionsfläche 930 dar. In dieser Ausführungsform ist die telezentrische Optik 906 jedoch zwischen dem Gitter 914 und dem Spiegel 930 angeordnet. 906 hat Kraft in der Nicht-Dispersionsdimension 900b, kann aber auch in Verbindung mit der Transformieroptik 908 verwendet werden, hier mit Kraft in beiden Dimensionen (900a–b), um ein Teleskopsystem zum Stabilisieren der emittierten Strahlen 903b zu bilden, und Rückkopplung 910b, um ein Resonanzsystem entlang der Nicht-Dispersionsdimension 900b zu bilden. Die Transformieroptik 908 kann eine sphärische Linse sein, welche Strahlen 903a zwingt, entlang der Dispersionsdimension 900a auf das Beugungsgitter 914 zu konvergieren. Wiederum stellt die Rückkopplung 910a eine wellenlängenstabilisierte Rückkopplung entlang dieser Dimension zwischen der Rückfläche der Emitter 902 und dem Spiegel 930 bereit. Die Ausgabe 905a–b von 9 und 805a–b kann als Eingabe für den Kombinierer von 10 verwendet werden.
Die vorherigen Ausgangsstrahlen von den obigen wellenlängenstabilisierten Konfigurationen werden im Allgemeinen von der nullten Ordnung der Dispersionskomponente oder Gitters genommen. Der Ausgangsstrahl kann auch intrakavitativ (12A–B) oder von einer anderen Fläche (11A–B) genommen werden.
11A–B zeigen eine Ausführungsform einer Wellenlängenstabilisiererkavität, welche stabilisierte Strahlen emittiert, wobei der Ausgangsstrahl von der Rückfläche 1140 genommen oder emittiert wird. Die emittierten Strahlen 1103 verlaufen durch die telezentrische Optik 1106 auf das gechirpte Gitter 1114, wo sie in Ordnungen gebeugt werden, und wobei eine Rückkopplung 1110a–b zurück in Richtung der Emitter 1102 geführt wird, wodurch ein stabilisiertes System gebildet wird. Die Ausgangsstrahlen 1125a–b werden dann von der Rückfläche 1140 der Emitter 1102 emittiert. Die telezentrische Optik 1106 hat Kraft in sowohl die Dispersionsdimension 1100a als auch in die Nicht-Dispersionsdimension 1100b. Die Ausgabe 1125a–b kann dann in Verbindung mit einem Wellenlängenkombinierersystem benutzt werden.
12A–B stellen eine Konfiguration dar, bei der die Ausgangsstrahlen 1225a und 1227a direkt innerhalb der Kavität genommen werden. Die bevorzugte Auswahl hängt von vielen Parametern ab, wobei einer davon die Effizienz des Gitters 1214 ist. Zum Beispiel kann bevorzugt sein, die Ausgangstrahlen der nullten Ordnung des Gitters zu verwenden, falls die Effizienz des Gitters niedrig ist. Bevorzugt ist die effektive Rückkopplung 1210a–b vom gechirpten Gitter 1214 vergleichbar mit der Reflektivität der Diodenfläche(n) der Emitter 1202, wenn diese für die Ausgangsleistung optimiert sind. Die in 11 gezeigte Konfiguration kann für sehr robuste Wellenlängenverriegelung bevorzugt werden, wobei das Gitter optimiert sein muss um effizient arbeiten zu können. Der Hauptunterschied zur Konfiguration in 11A–B ist die Notwendigkeit, dass beide Flächen der Diodenemitter zugänglich sind. Die in 12 gezeigte intrakavitive Extraktion kann bei einer Vielzahl von Ausgangsstrahlen ein bevorzugtes Verfahren sein. Die Ausgabe 1227a kann eine Ordnung sein, welche wenig Licht oder Leistung in sich aufweist und in manchen Ausführungsformen auf eine Strahlenfalle („beam dump”) umgeleitet wird. In anderen Ausführungsformen ist auch angedacht, ein Recyclingsystem unter Verwendung von Reflektionsflächen und/oder zusätzlichen optischen Elementen zu verwenden, um die Ausgangsstrahlen umzuleiten. Die Ausgabe 1225a entsteht durch Einsatz eines polarisierenden oder strahlteilenden optischen Elements wie einen polarisierenden Würfel, um einen Hauptanteil des Lichts aus dem System herauszuschicken, während ein kleinerer Prozentanteil auf das gechirpte Gitter 1214 geführt wird, um das Licht in eindeutige Wellenlängen zu dispergieren und die stabilisierende Rückkopplung in den Emitter 1202 zu schicken.
Wellenlängenkombinierer
4 zeigt einen wellenlängenbezogenen und räumlichen Strahlkombinierer, welcher eingerichtet ist, um die Ausgabe 305a–b von der in den 3A–B gezeigten Wellenlängenstabilisiererkonfiguration zu erhalten. Entlang der Dispersionsdimension 400a kombinieren eine Transformieroptik 406 und ein Gitter 414 die Ausgabe/Eingabe 305a zu einen Einzelstrahl, wie in 4A dargestellt. Entlang der Nicht-Dispersionsachse 400b (4B) hilft die aus zylindrischer Optik bestehende telezentrische Optik 406, denselben Einfallswinkel wie der Resonator aus 3A–B zu reproduzieren. Idealerweise wird die Optik als solche die Qualität des Eingangsstrahls 305b bewahren. Jede Abweichung hiervon resultiert allgemein in einer Verschlechterung der Strahlqualität. Diese Abweichungen umfassen nicht-ideales Zusammenpassen („non-ideal matching”) der Transformieroptik und der Gitterkombination, die Lage des Gitters an anderen Stellen/Positionen neben dem Ort, wo die Hauptstrahlen überlappt sind, und die nicht-telezentrische Optik entlang der Nicht-Dispersionsachse. Es sollte bemerkt werden, dass in dieser Konfiguration die Transformieroptik 408 Kraft entlang der Dispersionsdimension 400a aufweist, um 305a Richtung 414 konvergierend auszurichten. Die telezentrische Optik 406 hat in ähnlicher Weise lediglich Kraft in der Nicht-Dispersionsdimension 400b. Die Ausgabe 425 besteht dann aus einem kombinierten multiplen Wellenlängenstrahl 425a entlang der Dispersionsdimension 400a, während die Ausgabe 425b entlang der Nicht-Dispersionsdimension das ursprüngliche Array oder die ursprüngliche Anzahl von Emissionsstrahlen von einem 2D-Profil bleibt.
6 zeigt einen Strahlkombinierer, welcher eingerichtet ist, die Ausgabe 505a–b von der in 5A–B dargestellten Wellenlängenstabilisiererkonfiguration zu erhalten. Die optischen Elemente entlang der Dispersionsdimension/Achse 600a umfassen einen Kollimator 608a, eine Transformieroptik 608b und ein Gitter 614. Der Kollimator 608a ist eingerichtet, um die Hauptstrahlen vom Eingang 505a zu kollimieren und wird mit der Transformieroptik 608b verwendet, um die Strahlen auf das Gitter 614 zu konvergieren oder zu überlappen. Die Kombination der zwei optischen Elemente und des Gitters kann derart gewählt sein, dass die Bandbreite der Wellenlänge der Diodenelemente übereinstimmt. Entlang der Nicht-Dispersionsdimension 600b sind alle Hauptstrahlen parallel. Ein Zylinderteleskop 606, welches aus Zylinderoptik besteht, hilft wiederum, die gleichen Einfallswinkel wie beim Resonator aus 5A–B zu reproduzieren, und erhält die Qualität des Eingangsstrahls 505b. Wie in 6 dargestellt gibt es vier Zylinderlinsen (606a–b, 608). Manche dieser Linsen können zu einer einzelnen sphärischen Linse kombiniert werden, so dass diese dieselben Funktionen wie gerade beschrieben ausführt. Beispielsweise können zwei sphärische Linsen die vier Zylinderlinsen ersetzen, wobei der Ausgangsstrahl 625a–b immer noch derselbe wäre.
10 zeigt eine räumliche und wellenlängenbezogene Kombiniererimplementation zur Verwendung mit den in 8A–9B gezeigten Resonatorkonfigurationen. Entlang der Dispersionsachse 1000a bestehen die optischen Elemente aus einem Hauptstrahlkollimator 1004 und einer Transformieroptik 1008. Der Kollimator nimmt die überlappenden Hauptstrahlen vom Eingang (805a, 905a) beim Gitter (814, 914) und parallelisiert sie. Die Transformieroptik 1008 überlappt daraufhin räumlich alle Hauptstrahlen auf das Gitter 1014. Als solcher existiert nur ein kombinierter Ausgangsstrahl 1025a entlang dieser Dimension. Entlang der Nicht-Dispersionsachse 1000b wird lediglich ein Einzellinsenhauptstrahlkollimator 1006 für 905b benötigt. Ein leicht modifiziertes System wäre für 805b nötig. Jedes dieser optischen Elemente ist Zylinderoptik. Jedoch kann in der Praxis manche Zylinderoptik ersetzt/kombiniert werden, um eine sphärische Optik zu bilden.
Hybridsystem
13A–B stellen eine Hybridversion eines Wellenlängenstabilisierers und -kombinierers dar, wobei Optik für den Resonator und den Kombinierer gemeinsam genutzt wird. Die Transformieroptik 1308 konvertiert alle Nahfeldpositionen der emittierten Strahlen 1303a in Winkel entlang der Dispersionsdimension 1300a. Die Kombination des Spiegels 1330 und des ersten Gitters 1314 stabilisiert die Verstärkungselemente 1302, indem eine Rückkopplung 1310a ausgesendet wird, um eindeutige Wellenlängen zu erzeugen. Das Wellenlängenkombinierergitter 1344 ist an dem Ort angeordnet, wo alle emittierten Strahlen überlappen. Also wird ein einziger Ausgangsstrahl 1325a entlang der Dispersions-/Kombinations-Dimension 1300a erzeugt. Die telezentrische Optik 1306 entlang der Nicht-Dispersionsdimension 1300b richtet Bilder der emittierten Strahlen 1303b auf den Spiegel 1330 und das Kombinierergitter 1344.
Die Effizienz der Beugungsgitter hängt in den meisten Systemen oft von der Polarisierung des Lasers ab. Die Verwendung einer Wellenplatte, welche zwischen dem Gitter und der Quelle eingesetzt ist, ist ein Weg, um die Polarisierung anzupassen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn als Emissionsquelle Diodenbarren oder andere asymmetrische Strahlen verwendet werden. Im Ergebnis wird unter Verwendung dieser Technologie ca. 90% des Lichts in die erste Ordnung und ca. 10% in die nullte Ordnung gebeugt und verschwendet. Alternativ hierzu wird ohne Wellenplatte ca. 10% des Lichts in die erste Ordnung gebeugt, und das verbleibende geht in die nullte Ordnung.
14 zeigt eine weitere Hybridversion eines Wellenlängenkombinierer- und -stabilisierersystems. Bei dem hybriden Wellenlängenstabilisierern/-kombinierern 1400 wird eine Wellenplatte 1417 zwischen dem Gitter 1414 und einer zweiten Reflektionsfläche 1431 angeordnet. Die Emitter 1402 emittieren einen Strahl, welcher durch eine Transformieroptik 1408 auf das Beugungsgitter 1414 überlappt wird, wobei in manchen Konfigurationen ungefähr 90% des Lichts in die nullte Ordnung gebeugt wird und auf die zweite Reflektionsfläche 1431 transmittiert wird, während die verbleibenden 10% in die erste Ordnung gebeugt und auf eine erste Reflektionsfläche 1430 geführt wird. Es sollte bemerkt werden, dass der Anteil des durch ein Gitter gebeugten und transmittierten Lichts variieren kann. Beispielsweise ermöglichen manche Gitter, dass 90% der ersten Ordnung durch das Gitter durchgelassen, d. h. transmittiert wird (wenn die Polarisierung übereinstimmt), und andere ermöglichen bis zu 95% und sogar bis zu 99%. Jedoch sind Gitter mit größerer Fähigkeit, Prozentanteile von Licht in einer einzelnen Ordnung zuzulassen, schwer und teuer herzustellen und zu kaufen.
Die Rückkopplung 1410 der ersten Reflektionsfläche 1430 wird auf das Beugungsgitter 1414 zurückgeführt, wo ein Hauptanteil (die nullte Ordnung von 1430 als Quelle) als Ausgabe 1435 als ein kombinierter Multiwellenlängenstrahl durchtritt. Ein anderer kleiner Anteil (die erste Ordnung von 1430 als Quelle) wird zurück in die Emitter 1402 geführt und dazu verwendet, um die Emitter mit eindeutigen Wellenlängen zu stabilisieren, basiert auf dem Winkel, mit welchem jeder Strahl auf das Gitter 1414 geführt wurde. Ähnlich zu den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen wird die telezentrische Optik 1406 entlang der Nicht-Dispersionsrichtung (nicht dargestellt) zur Stabilisierung der Emitter in dieser Dimension benutzt.
Die ursprünglichen 90% des Lichts 1405, welche von den Emittern 1402 in die nullte Ordnung in Richtung der zweiten Reflektionsfläche 1431 durchgelassen wird, wird mit einem optischen Element 1418 kollimiert. 1405 verläuft dann durch eine Viertelwellenplatte 1417 und wird als Rückkopplung 1412 auf das Gitter 1414 durch die zweite Reflektionsfläche 1431 zurückreflektiert, wo die Strahlen nun um ein weiteres Viertel polarisiert werden und orthogonal zu der ursprünglichen nullten Ordnung (1405) Richtung 1431 gerichtet werden. Das optische Element 1418 überlappt oder überlagert nun den Rückkehrstrahl 1412 auf das Gitter 1414, wo ein Hauptteil als Ausgabe 1425 durchtritt und ein kleinerer polarisierter Anteil zurück in die Emitter 1402 gerichtet wird. Diese polarisierte Rückkopplung beeinflusst die Stabilisierung der Emitter 1402 nicht und ist in einigen Fällen vernachlässigbar klein und wird im System als Wärme reabsorbiert. Die telezentrische Optik 1416 führt eine ähnliche Funktion im Kombiniererabschnitt des Systems aus wie 1406 im Stabilisierabschnitt des Systems, wobei beide Kraft entlang der Nicht-Dispersionsdimension aufweisen. Der Ausgangsstrahl 1425 ist also eine Kombination der Rückkopplung 1410 und 1410, welche eine multiwellenlängenstabilisierte Ausgabe bildet. In diesem System besteht der Stabilisierer/Resonator-Abschnitt aus optischen Elementen 1406, 1408, 1414 und 1430, während der Kombiniererabschnitt aus optischen Elementen 1414, 1416, 1417, 1418 und 1431 besteht, wobei 1414 von jedem Abschnitt gemeinsam genutzt wird.
Wie oben gezeigt und in anderen WBC-Architektursystemen wird die erste Ordnung des vom Gitter gebeugten Lichts verwendet, um die Emitter zu stabilisieren. 15 zeigt ein 3-Linsen-1D-WBC-Resonatorsystem 1500. Wie dargestellt gibt es in 15 drei Sätze von Strahlen (1525, 1526 und 1527), welche vom Gitter 1514 gebeugt werden. In dieser Ausführungsform gibt es zwei Strahlen nullter Ordnung (1526, 1527) und einen Strahl erster Ordnung (1525). Der Strahl erster Ordnung ist der Ausgangsstrahl 1525 und ist der hellste. Die Transformieroptik 1508 überlappt die emittierten Strahlen 1503 auf das Gitter 1514, wobei drei Sätze von gebeugten Strahlen 1525, 1526 und 1527 erzeugt werden. Ein teilreflektierender Ausgangskoppler 1520 wird verwendet, um einige der Strahlen erster Ordnung zurück in die Emitter 1502 zu leiten und das System bezüglich Wellenlängen zu stabilisieren. Ein afokales Teleskopsystem 1506a–b wird mit einem optionalen Schlitz 1509 verwendet, um dazu beizutragen, das Übersprechen zu reduzieren. Strahlfallen werden allgemein für 1526 und 1527 benötigt.
16 stellt ein Hybridsystem der WBC-Architektur dar, welches grundsätzlich unterschiedlich zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist, wobei an Stelle der Strahlen erster Ordnung (1625) der Strahl 1627 nullter Ordnung verwendet wird, um die Emitter 1602 bezüglich Wellenlängen zu stabilisieren, wobei dieser durch den ersten Spiegel 1631 reflektiert wird und als Rückkopplung 1612 verwendet wird. Durch Verwendung der nullten Ordnung zur Stabilisierung der Emitter 1602 wird in dieser neuen Implementation eine Anzahl von Beschränkungen überwunden, welche eine Kavität erster Ordnung mit sich bringt. Diese Beschränkungen sind: Höhere Effizienz der Kavität, einfacheres Ausrichten der Optik bei hohen Leistungen und leichteres Designen der strahlformenden Optik. 1600 kann modifiziert werden und auf alle WBC-Kavitäten (1-D- und 2-D-WBC von 1-D- und 2-D-Laser/Verstärker-Elementen) angewendet werden.
Im Vergleich von 1600 mit der in 15 dargestellten 1500, umfasst die Ausführungsform 1600 eine erste Transformierlinse/afokales Teleskop 1608, ein Beugungsgitter 1614, eine zweite Transformierlinse/afokales Teleskop 1618, einen ersten Spiegel 1631, expandierende optische Mittel/Systeme 1606a–b, einen optionalen Schlitz 1609 und einen zweiten Spiegel 1630. Der Ausgangsstrahl 1625 wird von der ersten Beugungsordnung des Gitters 1614 genommen. Alle emittierten Strahlen 1603 werden durch die erste Transformierlinse 1608 auf das Beugungsgitter 1614 überlappt. Der Strahl nullter Ordnung 1627 (als durch das Gitter transmittierend dargestellt) wird von 1618 abgefangen. 1608 und 1618 bilden ein afokales Teleskopsystem. Die Emitter 1602 sind in der Brennebene 1608 angeordnet und der erste Spiegel 1631 ist in der Brennebene von 1618 angeordnet. Der Abstand zwischen den beiden Linsen (1608, 1618) ist die Summe ihrer entsprechenden Brennweiten. Also werden reale Bilder der Emitter 1602 beim ersten Spiegel 1631 gebildet.
Wenn die Bilder als Rückkopplung 1612 weg vom ersten Spiegel 1631 reflektiert werden, laufen sie ein zweites Mal durch 1618. Nun funktioniert 1618 als Transformierlinse für die Rückkopplung 1612 (die realen Bilder der Elemente) und überlappt die Strahlen auf das Beugungsgitter 1614. Ein Teil der Rückkopplung 1612 wird nun als wellenlängenstabilisierte Rückkopplung in die Emitter 1602 zurückgeführt, während ein anderer Teil in Richtung des zweiten Spiegels 1630 gerichtet wird oder dem entgegen im Winkel zum gebeugten Strahl 1603 der ersten Ordnung. Ein expandierendes/kontrahierendes optisches System 1606a–b wird verwendet, um Übersprechen zu verringern, und kann mit einem optionalen Schlitz 1609 verwendet werden. Das Verhältnis der Brennweiten zwischen optischen Elementen 1606a:1606b kann im Bereich von 1:10, 1:25 oder 1:100 liegen. 1626 wird durch den zweiten Spiegel 1630 als Rückkopplung 1610 reflektiert, wo ein Hauptteil in Richtung des ersten Spiegels 1631 geführt wird und ein Teil als Ausgabe 1625 durchtritt, welcher aus dem transmittierten 1610 und der ersten Ordnung des gebeugten Lichts von 1603 besteht. Einer der Vorteile dieser Art von System ist, dass ein Hauptteil des Lichts rezirkuliert und verwendet wird, wobei keine Strahlfallen benötigt werden.
In vielen hierin beschriebenen Ausführungsformen wird ein zweidimensionales Array von Strahlungselementen oder Emittern entlang der Nicht-Dispersionsrichtung durch Einsatz eines telezentrischen optischen Systems stabilisiert, während ein zweites telezentrisches optisches System auf der Seite des Wellenlängenstrahlkombinierers des multistrahlhochhellen Ausgabelasersystems eingesetzt wird. Entlang der Dispersionsdimension und der Kombinierdimensionen wurden hier Ausführungsformen beschrieben, welche ein einzelnes Dispersionselement wie ein Beugungsgitter einsetzen, um 1) dazu beizutragen, dass eindeutige Wellenlängen entlang der Dispersionsrichtung und andere Dispersionselemente entlang der Strahlkombinierdimension stabilisiert werden, um 2) jeden der eindeutigen Strahlen in ein einzelnes Multistrahlausgangsprofil zu überlappen. Wie behandelt und dargestellt benötigt jedoch ein System mit einem gemeinsamen Dispersionselement zum 1) Stabilisieren von eindeutigen Wellenlängen und 2) später die eindeutigen Wellenlängen in einem zweiten Schritt zu kombinieren (als Hybridsystem bezeichnet) entlang des gemeinsamen gleichen Dispersionselements oder Gitters lediglich ein einzelnes Gitter.
Die obige Beschreibung ist lediglich illustrativ. Nachdem mehrere Aspekte zumindest einer Ausführungsform dieser bevorzugte Ausführungsformen umfassenden Erfindung beschrieben wurden, sollte erkannt werden, dass eine Vielzahl von Abwandlungen, Veränderungen und Verbesserungen vom Fachmann mitgelesen werden. Es ist beabsichtigt, dass derartige Abwandlungen, Veränderungen und Verbesserungen Teil dieser Offenbarung sind und im Geiste und Schutzbereich der Erfindung liegen. Entsprechend sind die vorige Beschreibung und Figuren lediglich beispielhaft.

Claims

Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem umfassend: einen zweidimensionalen Wellenlängenstabilisierer, welcher eine Dispersionsdimension und eine Nicht-Dispersionsdimension aufweist, umfassend: ein Array von Strahlenemittern, welcher jeder einen Strahl emittiert, eine telezentrische Optik, welche derart positioniert ist und eine Kraft entlang der Nicht-Dispersionsdimension aufweist, um emittierte Strahlen auf ein erstes Dispersionselement abzubilden, und wobei das erste Dispersionselement einen Teil der emittierten Strahlen zurück in jeden Strahlenemitter reflektiert und einen Teil der dispergierten Strahlen transmittiert, wobei zumindest zwei der transmittierten Strahlen unterschiedliche Wellenlängen aufweisen; und einen Wellenlängenkombinierer, welcher eine Dispersionsdimension und eine Nicht-Dispersionsdimension aufweist, umfassend: ein kombinierendes optisches Element, welches derart angeordnet ist, dass es die dispergierten Strahlen empfängt und die Strahlen zur Konvergenz entlang einer Strahlkombinierungsdimension zwingt, ein zweites Dispersionselement, welches entlang einer Strahlkombinierungsdimension angeordnet ist, um die Vielzahl von konvergierenden Strahlen zu empfangen und die Strahlen als Multiwellenlängenausgabe zu transmittieren.
Wellenlängenstabilisierer aus Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Transformieroptik, welche eingerichtet ist, um die emittierten Strahlen entlang der Dispersionsdimension zum Konvergieren in Richtung des ersten Dispersionselements zu zwingen.
Wellenlängenstabilisierer aus Anspruch 1, wobei das erste Dispersionselement ein gechirpetes Gitter ist.
Wellenlängenkombinierer aus Anspruch 1, weiterhin umfassend ein zweites telezentrisches optisches System, welches optische Kraft entlang der Nicht-Dispersionsdimension aufweist und derart angeordnet ist, dass es vom ersten Dispersionselement transmittierte Strahlen empfängt und diese Strahlen auf das zweite Dispersionselement abbildet.
Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem, umfassend: einen zweidimensionalen Wellenlängenstabilisierer, welcher eine Dispersionsdimension und eine Nicht-Dispersionsdimension aufweist, umfassend: ein Array von Strahlemittern, welcher jeder einen Strahl emittiert, zumindest ein transformierendes optisches Element, welches Kraft in der Dispersionsdimension aufweist und welches positioniert ist, um Strahlen zu empfangen und zum Konvergieren zu zwingen, ein erstes Dispersionselement, welches angeordnet ist, um die konvergierenden Strahlen vom transformierenden optischen Element zu empfangen und die Strahlen in zumindest zwei Ordnungen zu dispergieren, wobei eine der Ordnungen transmittiert wird, und eine Reflektionsfläche, welche eingerichtet ist, um die nicht-transmittierte Ordnung zu empfangen, die Ordnung zurück auf das erste Dispersionselement zu reflektieren, durch das transformierende optische Element hindurch und in jeden der Emitter, wobei ein Resonator zwischen dem Spiegel und einer Rückfläche eines jeden Emitters gebildet wird; und einen Wellenlängenkombinierer, welcher eine Dispersionsdimension und eine Nicht-Dispersionsdimension aufweist, umfassend: ein kombinierendes optisches Element, welches angeordnet ist, um die transmittierten Ordnungen von Strahlen zu empfangen und die transmittierten Strahlen zum Konvergieren entlang einer Strahlkombinierdimension zu zwingen, ein zweites Dispersionselement, welches entlang einer Strahlkombinierungsdimension angeordnet ist, um die konvergierenden Strahlen zu empfangen und die Strahlen als Multiwellenlängenausgabe zu transmittieren.
Wellenlängenstabilisierer aus Anspruch 5, weiterhin umfassend telezentrische optische Elemente, welche Kraft in der Nicht-Dispersionsdimension aufweisen, und zwischen den Emittern und dem ersten Dispersionselement angeordnet sind.
Wellenlängenstabilisierer aus Anspruch 5, wobei das erste Dispersionselement ein Transmissionsgitter ist.
Wellenlängenkombinierer aus Anspruch 5, weiterhin umfassend ein kollimierendes optisches Element, welches optische Kraft entlang der Dispersionsdimension aufweist, wobei das kollimierende optische Element positioniert ist, um die transmittierten Strahlen zu empfangen, die Strahlen zu kollimieren und sie auf das kombinierende optische Element zu transmittieren.
Wellenlängenkombinierer aus Anspruch 5, weiterhin umfassend: ein abbildendes optisches Element, welches Kraft entlang der Nicht-Dispersionsdimension aufweist und welches angeordnet ist, um die transmittierten Strahlen vom Bild des Emitterarrays entlang der Nicht-Dispersionsdimension auf das zweite Dispersionselement zu empfangen.
Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem, umfassend: einen zweidimensionalen Wellenlängenstabilisierer, welcher eine Dispersionsdimension und eine Nicht-Dispersionsdimension aufweist, umfassend: ein Array von Strahlemittern, welcher jeder einen Strahl emittiert, wobei jeder Emitter eine Vorder- und eine Rückfläche aufweist, telezentrische Optik, welche derart positioniert ist, dass sie Kraft entlang sowohl der Dispersionsdimension als auch entlang der Nicht-Dispersionsdimension aufweist, um emittierte Strahlen von der Vorderfläche auf das erste Dispersionselement abzubilden, und wobei das erste Dispersionselement die emittierten Strahlen zurück in jeden Strahlemitter reflektiert, dabei einen Resonator zwischen dem ersten Dispersionselement und der Rückfläche eines jeden Emitters bildet und wobei zumindest zwei der von der Rückfläche transmittierten Strahlen unterschiedliche Wellenlängen aufweisen; und einen Wellenlängenkombinierer, welcher eine Dispersionsdimension und eine Nicht-Dispersionsdimension aufweist, umfassend: ein kombinierendes optisches Element, welches angeordnet ist, um die dispergierten Strahlen von der Rückfläche jedes Emitters zu empfangen und die Strahlen entlang einer Dispersionsdimension zum Konvergieren zu zwingen, ein zweites Dispersionselement, welches entlang einer Dispersionsdimension angeordnet ist, um die Vielzahl von konvergierenden Strahlen zu empfangen und die Strahlen als eine kombinierte Multiwellenlängenausgabe zu transmittieren.
Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem, umfassend: einen zweidimensionalen Wellenlängenstabilisierer mit einer Dispersionsdimension und einer Nicht-Dispersionsdimension, umfassend: ein Array von Strahlemittern, welcher jeder einen Strahl emittiert, ein polarisierendes optisches Element, welches eingerichtet ist, um einen Teil der emittierten Strahlen umzuleiten und einen anderen Teil der Strahlen zu transmittieren, telezentrische Optik mit optischer Kraft entlang der Dispersionsdimension und der Nicht-Dispersionsdimension, welche hinter dem polarisierenden optischen Element angeordnet ist, um die transmittierten Strahlen von den Emittern auf ein erstes Dispersionselement abzubilden, und wobei das erste Dispersionselement die Strahlen zurück in jeden Emitter reflektiert und dadurch einen Resonator zwischen dem ersten Dispersionselement und der Rückfläche jedes Emitters bildet; und einen Wellenlängenkombinierer, welcher eine Dispersionsdimension und eine Nicht-Dispersionsdimension aufweist, umfassend: ein kombinierendes optisches Element, welches angeordnet ist, um die dispergierten Strahlen zum empfangen und die Strahlen entlang einer Strahlkombinierdimension zum Konvergieren zu zwingen, ein zweites Dispersionselement, welches entlang einer Strahlkombinierdimension angeordnet ist, um die Vielzahl von konvergierenden Strahlen zu empfangen und die Strahlen als eine Multiwellenlängenausgabe zu transmittieren.
Verfahren zum Stabilisieren und Kombinieren eines zweidimensionalen Arrays von Emittern, umfassend die folgenden Schritte: Bilden einer Stabilisiererkavität, wobei jeder Emitter einen Resonator mit einer externen Reflektionsfläche bildet und wobei jeder Strahl, welcher von dem Emitterarray emittiert wird, in ein Dispersionselement eingeführt wird, welches sich innerhalb des Resonators befindet; Transmittieren der Strahlen des Stabilisierers in einen Wellenlängenkombinierer hinein, welcher zumindest ein kombinierendes optisches Element aufweist; und Kombinieren der Strahlen entlang einer Dimension, um eine Multiwellenlängenstrahlausgabe zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Wellenlängenkombinierer weiterhin ein zweites Dispersionselement umfasst.
Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem, umfassend: einen zweidimensionalen Wellenlängenstabilisierer mit einer Dispersionsdimension und einer Nicht-Dispersionsdimension, umfassend: ein Array von Strahlemittern, welcher jeder einen Strahl emittiert, zumindest ein optisches Element, welches Kraft in der Dispersionsdimension aufweist und angeordnet ist, um jeden Strahl zu empfangen und dann konvergierende Strahlen zu transmittieren, und ein erstes Dispersionselement, welches angeordnet ist, um die konvergierenden Strahlen vom optischen Element zu empfangen und die Strahlen in zumindest zwei Ordnungen zu dispergieren, wobei eine der Ordnungen als konvergierende Ordnung der Strahlen transmittiert wird, und eine Reflektionsfläche, welche eingerichtet ist, um die nicht transmittierte Ordnung zu empfangen, die Ordnung zurück auf das erste Dispersionselement durch das optische Element hindurch und in jeden der Strahlemitter zu reflektieren, wobei ein Resonator zwischen dem Spiegel und einer Rückfläche eines jeden Resonators gebildet wird; und einen Wellenlängenkombinierer mit einer Dispersionsdimension und einer Nicht-Dispersionsdimension, umfassend: ein zweites Dispersionselement, welches entlang einer Strahlkombinierungsdimension angeordnet ist, um eine Vielzahl von konvergierenden Strahlen zu empfangen und die Strahlen als eine Multiwellenlängenausgabe zu transmittieren.
Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem umfassend: ein Array von Strahlemittern, welcher jeder einen Strahl emittiert; ein zentrales Dispersionselement, welches eingerichtet ist, um die emittierten Strahlen in zumindest nullter und erster Ordnung zu dispergieren; eine erste Transformierlinse, welche zwischen dem Dispersionselement und den Strahlemittern angeordnet ist, wobei die erste Transformierlinse eine Kraft entlang einer Kombinierungsdimension aufweist, um die emittierten Strahlen zu empfangen und sie auf das Dispersionselement zum Konvergieren zu zwingen; eine zweite Transformierlinse, welche hinter dem Dispersionselement in einem Abstand der kombinierten Brennweiten der ersten und zweiten Transformierlinsen angeordnet ist, wobei die zweite Transformierlinse die Stahlen nullter dispergierter Ordnung empfängt, die Stahlen nullter Ordnung kollimiert und die Stahlen nullter Ordnung in Richtung einer ersten Reflektionsfläche transmittiert; eine Viertelplatte, welche zwischen der zweiten Transformierlinse und der Reflektionsfläche angeordnet ist und welche eingerichtet ist, um die nullte Ordnung der Strahlen bei jeder Passage um ein Viertel zu rotieren; und eine zweite Reflektionsfläche, welche positioniert ist, um die erste Ordnung als Rückkopplung zu empfangen und auf das Dispersionselement und in jeden der Emitter zu reflektieren, wobei ein Resonator zwischen der Rückfläche von jedem Emitter und der zweiten Reflektionsfläche gebildet wird.
Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem aus Anspruch 9, ferner mit Teleskopoptik, welche Kraft entlang einer Nicht-Dispersionsdimension aufweist und zwischen den Emittern und dem Dispersionselement angeordnet ist.
Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem, umfassend: ein Array von Strahlemittern, welcher jeder einen Strahl emittiert; eine erste Transformationslinse, welche angeordnet ist, um die emittierten Strahlen zu empfangen und jeden Strahl zu zwingen, auf das Dispersionselement zu überlappen, wobei Strahlen einer divergierenden nullten Ordnung und Strahlen erster Ordnung erzeugt werden; eine zweite Transformationslinse, welche eingerichtet ist, um die Strahlen nullter Ordnung zu empfangen, die Strahlen nullter Ordnung zu kollimieren und sie auf eine erste Reflektionsfläche zu transmittieren, wobei die erste Reflektionsfläche die kollimierten Strahlen nullter Ordnung als Rückkopplung an die zweite Transformierlinse umleitet, welche dann die Rückkopplung dazu zwingt, auf das Dispersionselement zu konvergieren, wobei ein Teil der Rückkopplung in die Emitter als wellenlängenstabilisierte Rückkopplung geleitet wird und ein zweiter Teil auf eine zweite Reflektionsfläche geleitet wird, wobei ein Teil der Rückkopplung von der zweiten Reflektionsfläche zurück in Richtung der ersten Reflektionsfläche geleitet wird, und ein anderer Teil vom Dispersionselement transmittiert wird.
Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem aus Anspruch 17, weiterhin aufweisend Expandieroptik, welche zwischen dem Dispersionselement und der zweiten Reflektionsfläche angeordnet ist.
Expandieroptik aus Anspruch 18, umfassend zumindest zwei Linsen, die ein Brennweitenverhältnis im Bereich von 1:10 aufweisen.
Multistrahlstabilisierer- und -kombiniersystem aus Anspruch 17, wobei der vom Dispersionselement gebeugte Strahl erster Ordnung ein kombinierter wellenlängenstabilisierter Strahl entlang zumindest einer Dimension ist.