JP2017194686A - レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 少なくとも２つの、異なって直線偏光されるレーザビームの偏光結合を可能にするレーザ装置を提供する。
【解決手段】 レーザ装置１の偏光結合手段は、光入射面８０と、反射面８１と、光出射面８２とを有する偏光結合プリズム８として形成される。第１レーザユニット２のレーザビーム５は、光入射面８０を通過して、偏光結合プリズム８内に入射可能である。第１レーザユニット２のレーザビーム５は、内部全反射の臨界角よりも大きな角度で反射面８１上にぶつかる。第１レーザユニット２のレーザビーム５は、反射面８１における内部全反射の後に、そこを通過して、偏光結合プリズム８から出射可能であり、そこで屈折可能である。第２レーザユニット３のレーザビーム６は、光出射面８２で、第１レーザユニット２の、光出射面８２で屈折されたレーザビーム５の伝播方向に対応する方向に反射可能であるようにぶつかる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、動作中に、第１方向に伝播するレーザビームを出射可能な第１レーザユニットと、動作中に、第１方向とは異なる、好ましくは、第１方向に垂直に向けられた第２方向に伝播するレーザビームを出射可能な、少なくとも１つの第２レーザユニットと、偏光結合手段であって、第１方向に偏光される、第１レーザユニットのレーザビームと、第２方向に偏光される、第２レーザユニットのレーザビームとを、これら２つのレーザビームの共線重畳によって、第１合成レーザビームを得ることができるように結合することが可能であるように構成されてなる偏光結合手段とを含むレーザ装置に関する。
冒頭で挙げられたタイプのレーザ装置は、技術水準から、種々の実施形態において知られており、たとえば、レーザダイオードバーの形態、または、“スタック”と呼ばれることも多い、レーザダイオードバー積層体の形態の半導体素子を含む。上述のタイプの半導体素子において、各ダイオードバーまたは各ダイオードバースタックによって出射された、それぞれ異なって直線偏光される光は、偏光結合手段によって、合成レーザビームに統合され、次いで、適切な光学系で、たとえば直接、加工されるべき工作物上に集光される、または、光ファイバ内に導入される。
偏光結合の場合、少なくとも２つの、異なって直線偏光される、特に、互いに対して垂直に偏光されたレーザビームであって、２つの異なる、特に、互いに垂直な空間方向に伝播するレーザビームが、偏光結合手段によって結合されて、よって、合成レーザビームに共線重畳される。このような偏光結合手段は、多くの場合、誘電性被覆層を有するミラーとして実施され、かかる誘電性被覆層は、たとえば、入射平面に垂直な偏光方向については、理想的には、反射率ＲＳ＝１００％、入射平面に平行な偏光方向については、理想的には反射率Ｒｐ＝０％を有している。
本発明は、別の方法において、少なくとも２つの、異なって直線偏光されるレーザビームの偏光結合を可能にする、冒頭で挙げたタイプのレーザ装置を提供することを課題とする。
この課題の解決によって、請求項１の特徴部の特徴を有する、冒頭で挙げたタイプのレーザ装置が提供される。
発明に従ったレーザ装置は、偏光結合手段は、偏光結合プリズムとして形成され、かかるプリズムは、光入射面であって、第１レーザユニットのレーザビームがそこを通過して、偏光結合プリズム内に入射することが可能である光入射面と、反射面であって、光入射面に対する関係では、第１レーザユニットのレーザビームが、内部全反射の臨界角よりも大きな角度で、その反射面上にぶつかるように、配設された反射面と、光出射面であって、第１レーザユニットのレーザビームが、反射面における内部全反射の後に、そこを通過して、偏光結合プリズムから出射することが可能であり、そしてそこで屈折することが可能である光出射面とを有し、第２レーザユニットは、偏光結合プリズムに対する関係では、第２レーザユニットのレーザビームが、光出射面上に、その光出射面で、第１レーザユニットの、光出射面で屈折されたレーザビームの伝播方向に対応する方向に反射可能であるようにぶつかることが可能であるように配設され、したがって、それら２つのレーザビームの共線重畳によって、第１合成レーザビームを得ることが可能となる。発明に従ったレーザ装置は、別の方法では、少なくとも２つの異なって直線偏光されたレーザビームの偏光結合を可能とし、それによって、ビーム品質を維持しながら、第１合成レーザビームを得ることが可能であり、その出力は、実質的に、第１レーザユニットの偏光されたレーザビームの出力と、第２レーザユニットの偏光されたレーザビームの出力の合計に対応している。
第１レーザユニットのレーザビームが光入射面上にぶつかる場合に起こりうる反射損失を回避する、または低減するために、好ましい実施形態においては、偏光結合プリズムの光入射面が、反射防止被覆層を有してなる。その場合、好ましくは、誘電反射防止層とすることが可能である。
特に好ましい実施形態においては、偏光結合プリズムの光出射面は、誘電性被覆層であって、第１レーザユニットの第１方向に偏光されたレーザビームの場合、反射率ＲＰ＝０％、ＴＰ＝１００％となる誘電性被覆層を含んでなる構成とすることが可能である。このように対処することによって、第１レーザユニットの、反射面で全反射されたレーザビームが光出射面上にぶつかる場合の反射損失を、好ましい方法で回避することが可能である。
好ましい実施形態において、第２レーザユニットの第２方向に偏光されたレーザビームのための誘電性被覆層は、反射率ＲＳ＝１００％、ＴＳ＝０％とすることが可能である。これによって、同様に、第２レーザユニットのレーザビームが光出射面上に現れる場合の透過損失も、好ましい方法で回避することが可能である。
好ましくは、偏光結合プリズムは、第１レーザユニットに対する関係では、第１レーザユニットのレーザビームが、面法線に対して平行に向けられて光入射面上にぶつかるように配設可能である。光入射面上への、第１レーザユニットの偏光されたレーザビームの垂直入射によって、第１レーザユニットのこの偏光されたレーザビームのビーム経路についてはより高い透過率が達成される。
好ましい実施形態において、第１レーザユニットのレーザビームは、このレーザビームが偏光結合プリズム上に当たる方向において、入射平面に対して平行に偏光されるように構成される。好ましくは、第２レーザユニットのレーザビームは、このレーザビームが偏光結合プリズム上に当たる方向において、入射平面に対して垂直に偏光されることが可能である。特に、２つのレーザビームを互いに直交して、偏光させることが可能である。
好ましい実施形態において、第１レーザユニットのレーザビームは、第２レーザユニットのレーザビームの中心波長λ１と同一である、中心波長λ１を有することが可能である。
特に好ましいさらなる実施形態において、レーザ装置は、少なくとも、動作中にレーザビームを放射することが可能である第３レーザユニットと、レーザ装置のビーム経路内に、偏光結合された第１合成レーザビームを、第３レーザユニットのレーザビームと共線重畳させることが可能であるように配設される波長結合手段とを含み、したがって、第２合成レーザビームを得ることが可能である。この波長結合によって、レーザ装置の出力をさらに高めることが可能である。
好ましくは、波長結合手段は、多層誘電性被覆層を有するミラーとして形成することが可能である。これによって、効率的な波長結合を達成することが可能である。
好ましい実施形態では、波長結合手段、特にミラーは、レーザ装置のビーム経路に、第１合成レーザビームと第３レーザユニットのレーザビームとが、波長結合手段上にぶつかったとき、９０°より大きい角度を互いに形成するように、配設されてなる。
好適な実施形態において、第３レーザユニットのレーザビームは、第１レーザユニットおよび第２レーザユニットのレーザビームの中心波長λ１とは異なる中心波長λ２を有してなる。
好ましい実施形態において、ミラーの誘電性被覆層は、この誘電性被覆層が、第３レーザユニットによって放射されたレーザビームがミラー上にぶつかる入射角については、レーザビームに対して透過率Ｔλ２＝１００％および反射率Ｒλ２＝０％を有するように構成されてなる。この構成によって、第３レーザユニットによって放射されたレーザビームの最大透過率を達成することが可能である。
特に好ましい実施形態において、ミラーの誘電性被覆層は、偏光結合された第１合成レーザビームがミラーにぶつかる入射角については、反射率Ｒλ１＝１００％および透過率Ｔλ１＝０％を有するように構成することが可能である。それにより、透過損失を有利な方法で回避することが可能である。
ここに挙げたレーザ装置は、中心波長λ１を有する偏光結合された第１合成レーザビームと、中心波長λ２を有する第３レーザユニットのレーザビームとが、波長結合手段上にぶつかる場合に互いに好ましくは９０°より大きい角度を形成するものであり、特に、好ましくはミラーとして形成された波長結合手段の構成を単純化することが可能であり、誘電性被覆層の積層数は、従来の波長結合手段の場合よりも明らかに少なくすることが可能である。したがって、波長結合手段の製造コストを低下させることが可能である。さらにまた、吸収作用は有利な方法で低下させることが可能である。発明におけるミラーの誘電性被覆層の積層数が、従来の、波長結合手段として用いられるミラーと比較して、低減されない場合には、偏光結合によって得られる第１合成レーザビームは、第３レーザユニットのレーザビームと結合可能であり、この場合、波長差Δλ＝λ２−λ１は、技術水準よりも小さくすることが可能である。したがって、有利な方法で、近い波長λ１，λ２の結合が可能である。
さらなる態様に従えば、本発明は、レーザ装置に関し、該レーザ装置は、第１レーザユニットであって、動作中、第１方向に伝播する、ある中心波長を有する、第１偏光方向に偏光されたレーザビームを発することが可能である第１レーザユニットと、第１方向に偏光されたレーザビームであって、第１レーザユニットのレーザビームの中心波長とは異なる中心波長を有し、第１方向とは異なる、好ましくは、第１方向に垂直な方向に向けられた第２方向に伝播するレーザビームを、動作中に発する、少なくとも１つの第２レーザユニットと、波長結合手段であって、第１レーザユニットのレーザビームを、第２レーザユニットのレーザビームと、これら双方のレーザビームの共線重畳によって、第１合成レーザビームを得ることが可能であるように、結合することが可能であるように配設し構成されてなる波長結合手段とを含む。
レーザビームの波長結合のためには、技術水準においては、通常、誘電性被覆層を有するミラーとして実施されている、波長結合手段が利用される。
さらにまた、本発明は、別の方法で２つのレーザビームの波長の結合を可能にする、上で述べたタイプのレーザ装置を提供することを課題とする。
請求項１４に従えば、さらなる発明に従ったレーザ装置は、波長結合手段は、波長結合プリズムとして実施され、該波長結合プリズムは、光入射面であって、そこを通過してその波長結合プリズム内に第１レーザユニットのレーザビームが入射することが可能である光入射面と、反射面であって、光入射面に対する関係では、第１レーザユニットのレーザビームが、内部全反射の臨界角よりも大きな角度で、その反射面上にぶつかるように、配設された反射面と、光出射面であって、第１レーザユニットのレーザビームが、反射面における内部全反射の後に、その光出射面を通過して、偏光結合プリズムから出射することが可能であり、そしてその光出射面で屈折することが可能である光出射面とを有し、第２レーザユニットは、偏光結合プリズムとの関係では、第２レーザユニットのレーザビームが、光出射面上に、その光出射面で、第１レーザユニットの、光出射面で屈折されたレーザビームの伝播方向に対応する方向に反射可能であるようにぶつかることが可能であるように配設され、したがって、それら２つのレーザビームの共線重畳によって、第１合成レーザビームを得ることが可能となる。
本発明は、別の方法で、少なくとも２つの、同様に偏光されたレーザビームの波長結合を可能とし、これによって、ビーム品質を維持しながら、第１合成レーザビームを得ることができ、その合成レーザビームの出力は、実質的に、第１レーザユニットのレーザビームの出力と第２レーザユニットのレーザビームの出力との和に対応している。独立請求項１および独立請求項１４の共通の概念は、請求項１に従えば、２つのレーザビームの偏光結合に用いられ、請求項１４に従えば２つのレーザビームの波長結合に用いられるプリズムを利用するところにある。
さらなる好ましい実施形態において、レーザ装置は、少なくとも、第３レーザユニットであって、第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光されるレーザビームを、動作中に発することが可能である第３レーザユニットと、偏光結合手段であって、レーザ装置のビーム経路に、第１合成レーザビームを、第３レーザユニットのレーザビームと共線重畳することが可能であるように配設される偏光結合手段とを含み、したがって、第２合成レーザビームを得ることが可能であり、その場合、偏光結合手段は、好ましくは、複数の誘電性被覆層を有するミラーとして形成される。請求項９に従った実施例とは逆に、ここでは、誘電性被覆層を有するミラーは、偏光結合のために用いられている。好ましくは、２つの偏光方向は、互いに直交している。偏光結合によって、レーザ装置の出力はさらに高めることが可能である。第１レーザユニットのレーザビームが、波長結合プリズムの光入射面にぶつかるときの反射損失をできる限り避けるまたは低下させるために、好ましい実施形態においては、光入射面は、反射防止層を有している。好ましくは、誘電性反射防止層とすることが可能である。
特に有利な実施形態において、波長結合プリズムの光出射面は、誘電性被覆層を有し、該誘電性被覆層は、第１レーザユニットのレーザビームについては、反射率Ｒλ１＝０％、透過率Ｔλ１＝１００％である。このようにすることによって、第１レーザユニットの、反射面で全反射されたレーザビームが、光出射面に入射するときの、反射損失を回避することが可能である。
有利な実施形態において、第２レーザユニットのレーザビームに対する光出射面の誘電性被覆層は、反射率Ｒλ２＝１００％および透過率Ｔλ２＝０％を有することが可能である。これによって、同様に第２のレーザユニットのレーザビームが光出射面にぶつかる場合の透過損失を、好適な方法で回避することが可能である。
好ましくは、波長結合プリズムは、第１レーザユニットに対する関係では、第１レーザユニットのレーザビームが、面法線に対して平行に向けられて、光入射面上にぶつかるように、配設することが可能である。このような、第１レーザユニットのレーザビームの光入射面上へ垂直入射によって、第１レーザユニットのレーザビームのビーム経路について高い透過率が達成される。
好ましい実施形態において、偏光結合手段、特にミラーは、レーザ装置のビーム経路において、第１合成レーザビームと第３レーザユニットのレーザビームとが、波長結合手段上にぶつかったとき、９０°より大きい角度を互いに形成するように、配設されてなる。
好ましい実施形態において、ミラーの誘電性被覆層は、第３レーザユニットによって放射された（偏光された）レーザビームがミラーにぶつかる入射角については、反射率Ｒ＝１００％および透過率Ｔ＝０％を有するように構成することが可能である。このようにすることによって、第３レーザユニットによって発せられたレーザビームの最大透過率を達成することが可能である。
特に好ましい実施形態において、ミラーの誘電性被覆層は、偏光されて波長結合された第１合成レーザビームがミラーにぶつかる入射角については、反射率Ｒ＝１００％および透過率Ｔ＝０％を有するように構成することが可能である。それにより、透過損失を有利な方法で回避することが可能である。
さらに詳しくは、本発明は、動作中に、第１方向（ｘ）に伝播するレーザビーム（５）を出射可能な第１レーザユニット（２）と、
動作中に、第１方向（ｘ）とは異なる、好ましくは、第１方向（ｘ）に垂直に向けられた第２方向（ｚ）に伝播するレーザビーム（６）を出射可能な、少なくとも１つの第２レーザユニット（３）と、
偏光結合手段であって、第１方向に偏光される、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）と、第２方向に偏光される、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）とを、これら２つのレーザビーム（５，６）の共線重畳によって、第１合成レーザビーム（９）を得ることができるように結合することが可能であるように構成されてなる偏光結合手段とを含むレーザ装置（１）において、
偏光結合手段は、偏光結合プリズム（８）として形成され、かかるプリズムは、光入射面（８０）であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）がそこを通過して、偏光結合プリズム（８）内に入射することが可能である光入射面（８０）と、反射面（８１）であって、光入射面（８０）に対する関係では、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、内部全反射の臨界角よりも大きな角度で、その反射面（８１）上にぶつかるように、配設された反射面（８１）と、光出射面（８２）であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、反射面（８１）における内部全反射の後に、そこを通過して、偏光結合プリズム（８）から出射することが可能であり、そしてそこで屈折することが可能である光出射面（８２）とを有し、第２レーザユニット（３）は、偏光結合プリズム（８）に対する関係では、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）が、光出射面（８２）上に、その光出射面（８２）で、第１レーザユニット（２）の、光出射面（８２）で屈折されたレーザビーム（５）の伝播方向に対応する方向に反射可能であるようにぶつかることが可能であるように配設され、したがって、それら２つのレーザビーム（５，６）の共線重畳によって、第１合成レーザビーム（９）を得ることが可能となることを特徴とするレーザ装置（１）である。
本発明において、偏光結合プリズム（８）の光入射面（８０）が、反射防止被覆層（８００）を有してなることを特徴とする。
本発明において、偏光結合プリズム（８）の光出射面（８２）は、誘電性被覆層（８２０）であって、第１レーザユニット（２）の第１方向に偏光されたレーザビーム（５）の場合、反射率ＲＰ＝０％、ＴＰ＝１００％となる誘電性被覆層（８２０）を含んでなることを特徴とする。
本発明において、第２レーザユニット（３）の第２方向に偏光されたレーザビーム（６）のための誘電性被覆層（８２０）は、反射率ＲＳ＝１００％、ＴＳ＝０％とすることを特徴とする。
本発明において、偏光結合プリズム（８）は、第１レーザユニット（２）に対する関係では、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、面法線（Ｎ）に対して平行に向けられて光入射面（８０）上にぶつかるように配設されることを特徴とする。
本発明において、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）は、このレーザビーム（５）が偏光結合プリズム（８）上に当たる方向において、入射平面に対して平行に偏光されることを特徴とする。
本発明において、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）は、このレーザビーム（６）が偏光結合プリズム（８）上に当たる方向において、入射平面に対して垂直に偏光されることを特徴とする。
本発明において、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）は、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）の中心波長（λ１）と同一である、中心波長（λ１）を有することを特徴とする。
本発明において、レーザ装置（１）は、少なくとも、動作中にレーザビーム（７）を放射することが可能である第３レーザユニット（４）と、レーザ装置（１）のビーム経路内に、第１合成レーザビーム（９）を、第３レーザユニット（４）のレーザビーム（７）と共線重畳させることが可能であるように配設される波長結合手段とを含み、したがって、第２合成レーザビーム（１１）を得ることが可能であり、好ましくは、波長結合手段は、多層誘電性被覆層を有するミラー（１０）として形成すること特徴とする。
本発明において、波長結合手段、特にミラー（１０）は、レーザ装置（１）のビーム経路に、第１合成レーザビーム（９）と第３レーザユニット（４）のレーザビーム（７）とが、波長結合手段上にぶつかったとき、９０°より大きい角度を互いに形成するように、配設されてなることを特徴とする。
本発明において、第３レーザユニット（４）のレーザビーム（７）は、第１レーザユニット（２）および第２レーザユニット（３）のレーザビーム（５，６）の中心波長（λ１）とは異なる中心波長（λ２）を有してなることを特徴とする。
本発明において、ミラー（１０）の誘電性被覆層は、この誘電性被覆層が、第３レーザユニット（４）によって放射されたレーザビーム（７）がミラー（１０）上にぶつかる入射角については、レーザビーム（７）に対して透過率Ｔλ２＝１００％および反射率Ｒλ２＝０％を有するように構成されてなることを特徴とする。
本発明において、ミラー（１０）の誘電性被覆層は、偏光結合された第１合成レーザビーム（９）がミラーにぶつかる入射角については、反射率Ｒλ１＝１００％および透過率Ｔλ１＝０％を有するように構成されてなることを特徴とする。
また本発明は、第１レーザユニット（２）であって、動作中、第１方向（ｘ）に伝播する、ある中心波長（λ１）を有する、第１偏光方向に偏光されたレーザビーム（５）を発することが可能である第１レーザユニット（２）と、
第１方向に偏光されたレーザビーム（６）であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）の中心波長（λ１）とは異なる中心波長（λ２）を有し、第１方向（ｘ）とは異なる、好ましくは、第１方向（ｘ）に垂直な方向に向けられた第２方向（ｚ）に伝播するレーザビーム（６）を、動作中に発する、少なくとも１つの第２レーザユニット（３）と、
波長結合手段であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）を、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）と、これら双方のレーザビーム（５，６）の共線重畳によって、第１合成レーザビーム（９）を得ることが可能であるように、結合することが可能であるように配設し構成されてなる波長結合手段とを含むレーザ装置（１）において、
波長結合手段は、波長結合プリズム（８）として実施され、該波長結合プリズムは、光入射面（８０）であって、そこを通過してその波長結合プリズム（８）内に第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が入射することが可能である光入射面（８０）と、反射面（８１）であって、光入射面（８０）に対する関係では、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、内部全反射の臨界角よりも大きな角度で、その反射面（８１）上にぶつかるように、配設された反射面（８１）と、光出射面（８２）であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、反射面（８１）における内部全反射の後に、その光出射面を通過して、偏光結合プリズム（８）から出射することが可能であり、そしてその光出射面で屈折することが可能である光出射面（８２）とを有し、第２レーザユニット（３）は、偏光結合プリズム（８）との関係では、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）が、光出射面（８２）上に、その光出射面で、第１レーザユニット（２）の、光出射面（８２）で屈折されたレーザビーム（５）の伝播方向に対応する方向に反射可能であるようにぶつかることが可能であるように配設され、したがって、それら２つのレーザビーム（５，６）の共線重畳によって、第１合成レーザビーム（９）を得ることが可能となることを特徴とするレーザ装置（１）である。
本発明において、レーザ装置（１）は、少なくとも、第３レーザユニット（４）であって、第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光されるレーザビーム（７）を、動作中に発することが可能である第３レーザユニット（４）と、偏光結合手段であって、レーザ装置（１）のビーム経路に、第１合成レーザビーム（９）を、第３レーザユニット（４）のレーザビーム（７）と共線重畳することが可能であるように配設される偏光結合手段とを含み、したがって、第２合成レーザビーム（１１）を得ることが可能であり、その場合、偏光結合手段は、好ましくは、複数の誘電性被覆層を有するミラー（１０）として形成されることを特徴とする。
レーザ装置１の光学ビーム経路を示す図である。
本発明のさらなる特徴および利点は、レーザ装置１の光学ビーム経路を示す、添付の図１を参照して、以下の好適な実施形態についての説明によって明らかになるであろう。さらに、図１においては、第１空間方向（ｘ方向）と、第１空間方向に直交して延びる第２空間方向（ｚ方向）とが符号で表されているデカルト座標系が描かれている。
レーザ装置１は、この実施例においては、全部で３つのレーザユニット２，３，４を含み、これらのレーザユニットは、それぞれ、半導体レーザ素子２０，３０，４０と、これらに割り当てられた光学手段２１，３１，４１とを含む。半導体レーザ素子２０，３０，４０は、好ましくは、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバースタックとして実施することが可能である。半導体レーザ素子２０，３０，４０から出射されるレーザビーム５，６，７の伝播方向において、半導体レーザ素子２０，３０，４０の背後に配設された光学手段２１，３１，４１は、図１においては、レンズとして、単に概略的に簡易化されて示されている。光学手段２１，３１，４１は、特に、速軸コリメーションレンズと、１または複数の遅軸コリメーションレンズと、さらなるビーム形成手段とを含むことが可能である。この場合、速軸コリメーションレンズは、半導体レーザ素子２０，３０，４０によって発せられたレーザビーム５，６，７の、遅軸方向としても記載される、速軸方向に垂直に延びる方向におけるよりも、大きなビームダイバージェンスを有する、いわゆる速軸方向における、少なくとも部分的なコリメーションに役立つ。 それに対応して、遅軸コリメーションレンズは、遅軸方向における、半導体レーザ素子２０，３０，４０によって発せられたレーザビーム５，６，７の少なくとも部分的なコリメーションに役立つ。レーザユニット２，３，４の光学手段２１，３１，４１のさらなるビーム形成手段は、ホモジナイザ、または、合成されるべき、半導体レーザ素子２０，３０，４０によって発せられたレーザビーム５，６，７の各部分ビームの統合のためのレンズコンビネーションとすることが可能である。レーザユニット２，３，４のそれぞれは、それらから、相対的によくコリメートされた、特に、均質で良好に焦点に集めることが可能であるレーザビーム５，６，７が出射するように構成することが可能である。
図１に示されたレーザ装置１は、偏光結合プリズム８として構成されてなる偏光結合手段をさらに含む。この偏光結合プリズム８は、レーザ装置１の第１レーザユニット２のレーザビーム５であって、該レーザビーム５が偏光結合プリズム８上にぶつかる方向において、入射平面に対して平行に偏光されるレーザビーム５を、第２レーザユニット３のレーザビーム６であって、ある方向において入射平面に対して垂直に偏光されるレーザビーム６と、これら２つのレーザビーム５，６の共線重畳によって、第１合成レーザビーム９とビーム品質の維持を達成することが可能であるように結合することが可能であるように、構成されて、レーザ装置１のビーム経路に配設される。この場合、第１レーザユニット２のレーザビーム５と第２レーザユニット３のレーザビーム６は同じ中心波長λ１を有する。
偏光結合プリズム８は、この場合、二等辺三角形形状の底面を有する、ストレートプリズムである。プリズム８は、光入射面８０を含み、この光入射面８０を通過して、第１レーザユニット２の、入射平面に対して平行に偏光（ｐ偏光）されたレーザビーム５は、ｘ方向において、偏光結合プリズム８内に、面法線Ｎに対して平行に入射することが可能である。偏光結合プリズム８は、さらに、反射面８１を有し、該反射面８１と光入射面８０とのなす角は、第１レーザユニット２の、ｘ方向に伝播するｐ偏光されたレーザビーム５が、反射面８１上に、内部全反射の臨界角より大きな角度でぶつかるように選択される。これによって、第１レーザユニット２のｐ偏光されたレーザビーム５は、反射面８１で、反射損失なしに全反射される。第１レーザユニット２のｐ偏光されたレーザビーム５の光入射面８０上への垂直入射によって、第１レーザユニット２のｐ偏光されたレーザビーム５のビーム経路については、高い透過度が達成される。光入射面８０における反射損失を回避するまたは最小にするために、この関連においては、本実施例において設けられているように、光入射面８０は、反射防止層８００を有するのが好ましい。
偏光結合プリズム８は、誘電性被覆層８２０であって、入射平面に対して平行に偏光された光については、反射率ＲＰ＝０％、透過率ＴＰ＝１００％となり、入射平面に対して垂直に偏光された光については、反射率Ｒｓ＝１００％、透過率Ｔｓ＝となる、誘電性被覆層８２０を有する光出射面８２を含む。このように対処することによって、第１レーザユニット２の、偏光結合プリズム８の光反射面８１で全反射され、ｐ偏光されたレーザビーム５は、光出射面８２で反射されず、最大限透過されて屈折させることが達成される。
第２レーザユニット３は、その第２レーザユニット３から発せられて、ｓ偏光されたレーザビーム６は、ｘ方向に伝播し、ある場所で、光出射面８２上にぶつかり、反射率ＲＳ＝１００％であるので、ここで全反射され、第１レーザユニット２のｐ偏光されたレーザビーム５は、光出射面８２から、屈折されて出射される。光出射面８２におけるｓ偏光されたレーザビーム６の反射角は、光出射面８２における、ｐ偏光されたレーザビーム５の屈折角に相当する。このような方法で、第１レーザユニット２のｐ偏光されたレーザビーム５と第２レーザユニット３のｓ偏光されたレーザビーム６とは、中心波長λ１を有する第１合成レーザビーム９に共線重畳されることが可能である。この偏光結合によって、第１レーザユニット２のｐ偏光されたレーザビーム５と第２レーザユニット３のｓ偏光されたレーザビーム６とは、ビームパラメータが変わらずに、一緒になって、第１合成レーザビーム９となり、その出力は、ｐ偏光されたレーザビーム５の出力とｓ偏光されたレーザビーム６の出力との和に相当する。
８ 第３レーザーユニット４から発せられたレーザビーム７は中心波長λ２を有し、この中心波長λ２は、第１レーザユニット２のｐ偏光されたレーザビーム５および第２レーザユニット３のｓ偏光されたレーザビーム６の（同一）の中心波長λ１とは異なる。図１に明らかであるように、第３レーザユニット４によって発せられたレーザビーム７は、ｚ方向において、偏光結合プリズム８の光出射面８２において反射する前に、第２レーザユニット３のｓ偏光されたレーザビーム６に対して平行に伝播する。
レーザ装置は、さらに、波長結合手段を含み、その波長結合手段は、波長結合によって得られる第１合成レーザビーム９を、第３レーザユニット４によって発せられたレーザビーム７と結合し、共線的に第２合成レーザビーム１１にまとめるように構成されてなり、この第２合成レーザビーム１１は、ここではｚ方向に伝播する。レーザ装置１の出力をさらに高めることが可能である波長結合手段は、ここではミラーとして形成されており、そのミラーは、多層の誘電性被覆層を有している。図１において明らかであるように、ミラー１０は、第３レーザユニット４によって発せられたレーザビーム７の伝播方向であり、第２合成レーザビーム１１の伝播方向でもあるｚ方向に関して、傾いて方向付けられている。ミラー１０の多層誘電性被覆層は、第３レーザユニット４によって発せられたレーザビーム７の入射角に対して、透過率Ｔλ２＝１００％および反射率Ｒλ２＝０％を有するように形成される。第１合成レーザビーム９のミラー１０上への入射角は、第１合成レーザビーム９が、第３レーザユニット４によって発せられたレーザビーム７の伝播方向において、ここではｚ方向において、ミラー１０によって反射することが可能であるように選択される。それによって、第３レーザユニット４によって発せられたレーザビーム７と波長結合手段１０で反射された第１合成レーザビーム９とが、ｚ方向に伝播する第２合成レーザビーム１１に共線重畳される。ミラー１０の多層誘電性層は、第１合成レーザビーム９がミラー１０上に入射する入射角については、反射率Ｒλ１＝１００％、透過率Ｔλ１＝０％を有するように形成される。
レーザ装置１の光学ビーム経路は、３つのレーザユニット２，３，４によって発せられたレーザビーム５、６，７の、効率的な偏光結合および波長結合を可能とし、従来の偏光結合手段の場合に生じるような、偏光結合のために、９０°のビームの偏向を必要とすることもない。同時に、第１レーザユニット２のｐ偏光されたレーザビーム５と第２レーザユニット３のｓ偏光されたレーザビーム６とが偏光結合プリズム８上にぶつかる前に、互いに垂直に伝播するという構成は維持される。これによって、第１レーザユニット２と第２レーザユニット３とのレーザ装置１のビーム経路における調整を単純化することが可能である。また、有利なことに、第３レーザユニット４のレーザビーム７は、偏光結合プリズム８にぶつかる前に、第２レーザユニット３のレーザビーム６に平行に伝播する。
ここに挙げたレーザ装置１は、特に、ミラーとして形成された波長結合手段の構成を単純化することが可能であり、誘電性被覆層の積層数は、従来の波長結合手段の場合よりも明らかに少なくすることが可能である。したがって、ミラー１０の製造コストを低下させることが可能である。さらにまた、吸収作用は有利な方法で低下させることが可能である。
ミラー１０の誘電性被覆層の積層数が、従来の、波長結合手段として用いられるミラーと比較して、低減されない場合には、偏光結合によって得られる第１合成レーザビーム９は、第３レーザユニット４のレーザビーム７と結合可能であり、この場合、波長差Δλ＝λ２−λ１は、技術水準におけるよりも小さくすることが可能である。したがって、有利な方法で、近い波長λ１，λ２の結合が可能である。
図１に示された概念は、基本的に、波長結合プリズムとして働く偏光結合プリズム８を用いた波長結合も可能にする。したがって、第１レーザユニット２によって発せられたレーザビーム５は、第２レーザユニット３によって発せられたレーザビーム６の中心波長λ２とは異なる中心波長λ１を有する。第１レーザユニット２と第２レーザユニット３の各レーザビーム５，６は、共通の第１方向において偏光される。この波長結合によって、再び、第１合成レーザビーム９が得られる。第３レーザユニット４は、第１偏光方向とは異なる、特に、これに対して垂直に方向付けられている第２偏光方向において偏光されるレーザビーム７を発する。ミラー１０は、第１実施例とは対照的であるこの変形例においては、波長結合手段を形成しているのではなく、偏光結合手段を形成している。第１合成レーザビーム９の、第３レーザユニット４によって発せられたレーザビーム７との偏光結合によって、第２合成レーザビーム１１が得られる。波長結合プリズムの光出射面８２の誘電性被覆層８２０は、有利なことに、第１中心波長λ１については、反射率Ｒλ１＝０％、透過率Ｔλ１＝１００％であり、第２中心波長λ２については、反射率Ｒλ２＝１００％、透過率Ｔλ２＝０％を有する。ミラー１０の誘電性被覆層は、第１偏光方向において偏光された、第１合成レーザビーム９を反射させることが可能であり、第３レーザユニット４の第２偏光方向において偏光されたレーザビーム７を、透過させることが可能であるように構成されてなり、したがって、偏光結合を得ることができる。
１ レーザ装置
２ 第１レーザユニット
３ 第２レーザユニット
４ 第３レーザユニット
５，６，７ レーザビーム
８ 偏光結合プリズム
９ 第１合成レーザビーム
１０ ミラー
１１ 第２合成レーザビーム
２０，３０，４０ 半導体レーザ素子
２１，３１，４１ 光学手段
８０ 光入射面
８１ 反射面
８２ 光出射面
８００ 反射防止層
８２０ 誘電性被覆層

Claims (15)

  1. 動作中に、第１方向（ｘ）に伝播するレーザビーム（５）を出射可能な第１レーザユニット（２）と、
    動作中に、第１方向（ｘ）とは異なる、好ましくは、第１方向（ｘ）に垂直に向けられた第２方向（ｚ）に伝播するレーザビーム（６）を出射可能な、少なくとも１つの第２レーザユニット（３）と、
    偏光結合手段であって、第１方向に偏光される、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）と、第２方向に偏光される、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）とを、これら２つのレーザビーム（５，６）の共線重畳によって、第１合成レーザビーム（９）を得ることができるように結合することが可能であるように構成されてなる偏光結合手段とを含むレーザ装置（１）において、
    偏光結合手段は、偏光結合プリズム（８）として形成され、かかるプリズムは、光入射面（８０）であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）がそこを通過して、偏光結合プリズム（８）内に入射することが可能である光入射面（８０）と、反射面（８１）であって、光入射面（８０）に対する関係では、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、内部全反射の臨界角よりも大きな角度で、その反射面（８１）上にぶつかるように、配設された反射面（８１）と、光出射面（８２）であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、反射面（８１）における内部全反射の後に、そこを通過して、偏光結合プリズム（８）から出射することが可能であり、そしてそこで屈折することが可能である光出射面（８２）とを有し、第２レーザユニット（３）は、偏光結合プリズム（８）に対する関係では、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）が、光出射面（８２）上に、その光出射面（８２）で、第１レーザユニット（２）の、光出射面（８２）で屈折されたレーザビーム（５）の伝播方向に対応する方向に反射可能であるようにぶつかることが可能であるように配設され、したがって、それら２つのレーザビーム（５，６）の共線重畳によって、第１合成レーザビーム（９）を得ることが可能となることを特徴とするレーザ装置（１）。
  2. 偏光結合プリズム（８）の光入射面（８０）が、反射防止被覆層（８００）を有してなることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ装置（１）。
  3. 偏光結合プリズム（８）の光出射面（８２）は、誘電性被覆層（８２０）であって、第１レーザユニット（２）の第１方向に偏光されたレーザビーム（５）の場合、反射率ＲＰ＝０％、ＴＰ＝１００％となる誘電性被覆層（８２０）を含んでなることを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザ装置（１）。
  4. 第２レーザユニット（３）の第２方向に偏光されたレーザビーム（６）のための誘電性被覆層（８２０）は、反射率ＲＳ＝１００％、ＴＳ＝０％とすることを特徴とする、請求項３に記載のレーザ装置（１）。
  5. 偏光結合プリズム（８）は、第１レーザユニット（２）に対する関係では、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、面法線（Ｎ）に対して平行に向けられて光入射面（８０）上にぶつかるように配設されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ装置（１）。
  6. 第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）は、このレーザビーム（５）が偏光結合プリズム（８）上に当たる方向において、入射平面に対して平行に偏光されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ装置（１）。
  7. 第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）は、このレーザビーム（６）が偏光結合プリズム（８）上に当たる方向において、入射平面に対して垂直に偏光されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ装置（１）。
  8. 第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）は、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）の中心波長（λ１）と同一である、中心波長（λ１）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ装置（１）。
  9. 少なくとも、動作中にレーザビーム（７）を放射することが可能である第３レーザユニット（４）と、レーザ装置（１）のビーム経路内に、第１合成レーザビーム（９）を、第３レーザユニット（４）のレーザビーム（７）と共線重畳させることが可能であるように配設される波長結合手段とを含み、したがって、第２合成レーザビーム（１１）を得ることが可能であり、好ましくは、波長結合手段は、多層誘電性被覆層を有するミラー（１０）として形成すること特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ装置（１）。
  10. 波長結合手段、特にミラー（１０）は、レーザ装置（１）のビーム経路に、第１合成レーザビーム（９）と第３レーザユニット（４）のレーザビーム（７）とが、波長結合手段上にぶつかったとき、９０°より大きい角度を互いに形成するように、配設されてなることを特徴とする、請求項９に記載のレーザ装置（１）。
  11. 第３レーザユニット（４）のレーザビーム（７）は、第１レーザユニット（２）および第２レーザユニット（３）のレーザビーム（５，６）の中心波長（λ１）とは異なる中心波長（λ２）を有してなることを特徴とする、請求項９または１０に記載のレーザ装置（１）。
  12. ミラー（１０）の誘電性被覆層は、この誘電性被覆層が、第３レーザユニット（４）によって放射されたレーザビーム（７）がミラー（１０）上にぶつかる入射角については、レーザビーム（７）に対して透過率Ｔλ２＝１００％および反射率Ｒλ２＝０％を有するように構成されてなることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のレーザ装置（１）。
  13. ミラー（１０）の誘電性被覆層は、偏光結合された第１合成レーザビーム（９）がミラーにぶつかる入射角については、反射率Ｒλ１＝１００％および透過率Ｔλ１＝０％を有するように構成されてなることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか１項に記載のレーザ装置（１）。
  14. 第１レーザユニット（２）であって、動作中、第１方向（ｘ）に伝播する、ある中心波長（λ１）を有する、第１偏光方向に偏光されたレーザビーム（５）を発することが可能である第１レーザユニット（２）と、
    第１方向に偏光されたレーザビーム（６）であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）の中心波長（λ１）とは異なる中心波長（λ２）を有し、第１方向（ｘ）とは異なる、好ましくは、第１方向（ｘ）に垂直な方向に向けられた第２方向（ｚ）に伝播するレーザビーム（６）を、動作中に発する、少なくとも１つの第２レーザユニット（３）と、
    波長結合手段であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）を、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）と、これら双方のレーザビーム（５，６）の共線重畳によって、第１合成レーザビーム（９）を得ることが可能であるように、結合することが可能であるように配設し構成されてなる波長結合手段とを含むレーザ装置（１）において、
    波長結合手段は、波長結合プリズム（８）として実施され、該波長結合プリズムは、光入射面（８０）であって、そこを通過してその波長結合プリズム（８）内に第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が入射することが可能である光入射面（８０）と、反射面（８１）であって、光入射面（８０）に対する関係では、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、内部全反射の臨界角よりも大きな角度で、その反射面（８１）上にぶつかるように、配設された反射面（８１）と、光出射面（８２）であって、第１レーザユニット（２）のレーザビーム（５）が、反射面（８１）における内部全反射の後に、その光出射面を通過して、偏光結合プリズム（８）から出射することが可能であり、そしてその光出射面で屈折することが可能である光出射面（８２）とを有し、第２レーザユニット（３）は、偏光結合プリズム（８）との関係では、第２レーザユニット（３）のレーザビーム（６）が、光出射面（８２）上に、その光出射面で、第１レーザユニット（２）の、光出射面（８２）で屈折されたレーザビーム（５）の伝播方向に対応する方向に反射可能であるようにぶつかることが可能であるように配設され、したがって、それら２つのレーザビーム（５，６）の共線重畳によって、第１合成レーザビーム（９）を得ることが可能となることを特徴とするレーザ装置（１）。
  15. 少なくとも、第３レーザユニット（４）であって、第１偏光方向とは異なる第２偏光方向に偏光されるレーザビーム（７）を、動作中に発することが可能である第３レーザユニット（４）と、偏光結合手段であって、レーザ装置（１）のビーム経路に、第１合成レーザビーム（９）を、第３レーザユニット（４）のレーザビーム（７）と共線重畳することが可能であるように配設される偏光結合手段とを含み、したがって、第２合成レーザビーム（１１）を得ることが可能であり、その場合、偏光結合手段は、好ましくは、複数の誘電性被覆層を有するミラー（１０）として形成されることを特徴とする、請求項１４に記載のレーザ装置（１）。
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