JP2019525475A - 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 - Google Patents

Abstract

種々の実施形態では、モジュール式のレーザシステムは、入力レーザビームモジュールを受け入れるためのインターフェースと、モジュールからのビームを結合された出力ビームに結合するための光学要素と、動作中、モジュールとインターフェースをとりかつそれを冷却させるための熱交換マニホルドとを有する封入体を特徴とする。一実施形態において、レーザビーム源のうちの１つ以上のものは、複数のレーザビームを放出するように構成されたダイオードバーを備えている。

Description

（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６２／３７１，３４１号（２０１６年８月５日出願）の利益およびそれに対する優先権を主張し、上記出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

（技術分野）
種々の実施形態では、本発明は、モジュール式のビーム源を有する高出力レーザシステムに関する。

高出力レーザシステムは、溶接、切断、穿孔、および材料処理等の多数の異なる用途に利用される。そのようなレーザシステムは、典型的には、それからのレーザ光が光ファイバ（または単に「ファイバ」）の中へ結合されるレーザエミッタと、ファイバからのレーザ光を処理されるべきワークピース上に集束させる光学システムとを含む。波長ビーム結合（ＷＢＣ）は、レーザダイオード、レーザダイオードバー、ダイオードバーのスタック、または１もしくは２次元アレイの中に配列された他のレーザからの出力電力および輝度をスケーリングするための技法である。ＷＢＣ方法は、エミッタのアレイの一方または両方の寸法に沿ってビームを結合するために開発されてきた。典型的ＷＢＣシステムは、多波長ビームを形成するために分散要素を使用して結合される１つ以上のダイオードバー等の複数のエミッタを含む。ＷＢＣシステムの中の各エミッタは、個々に共振し、ビーム結合寸法に沿って分散要素によってフィルタリングされる共通部分反射出力結合器からの波長特定のフィードバックを通して安定させられる。例示的ＷＢＣシステムは、それぞれの開示全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、２０００年２月４日に出願された米国特許第６，１９２，０６２号（特許文献１）、１９９８年９月８日に出願された米国特許第６，２０８，６７９号（特許文献２）、２０１１年８月２５日に出願された米国特許第８，６７０，１８０号（特許文献３）、および２０１１年３月７日に出願された米国特許第８，５５９，１０７号（特許文献４）で詳述される。

ＷＢＣ等の技法は、多種多様な用途のためのレーザベースのシステムを生成することに成功しているが、そのようなシステムのより広い採用は、さらに高いレベルのレーザ出力電力の需要をもたらしている。ＷＢＣシステム等の高出力レーザシステムおよび／またはファイバ結合レーザシステムは、非常に複雑であり、したがって、非常に高価であり得、したがって、信頼性が、そのようなシステムの重要な指標である。多くの高出力レーザシステムが、レーザシステム内に完全に統合される固体レーザダイオード（もしくは単に「ダイオード」）源を利用し、したがって、そのようなシステムの所有者の信頼性およびコストが、ダイオード故障の場合、ダイオード源が典型的には現場で交換されることができないという事実によって限定される。したがって、その中のダイオードレーザ源が、より容易に交換または修理され、それによって、システム稼働時間を改良し、かつ全体的なコストを減少させる高出力レーザシステムの必要性がある。

米国特許第６，１９２，０６２号明細書 米国特許第６，２０８，６７９号明細書 米国特許第８，６７０，１８０号明細書 米国特許第８，５５９，１０７号明細書

本発明の実施形態によると、高出力レーザシステムは、各々が、例えば、１つ以上のダイオードベースの源等の少なくとも１つのレーザ源を含む複数の個々に交換可能なレーザ源モジュールを特徴とする。源モジュールは、システムから除去され、エンドユーザによって「現場で」交換され、システム信頼性および動作時間を改良し得る。加えて、交換可能モジュールは、それらの交換性を与えられ、より高い電流で駆動され得る。いくつかの実施形態では、そのような高電流駆動は、個々のダイオード源のより早期の故障をもたらし得るが、より高い電流動作は、本発明の実施形態によるシステムがより少ない源（例えば、２０％〜５０％より少ない源）を利用し、したがって、対応してより安価になることを可能にし得る。

本発明の実施形態によるレーザ源モジュールは、モジュールからの個々のビームが単一の出力ビームに結合される（および、いくつかの実施形態では、光ファイバの中に結合される）ビーム結合封入体上の相補的な特徴とインターフェース接続する電気インターフェースおよび光インターフェースを特徴とする。これらの光学および電気的インターフェースは、該当する場合、最小限の量の源の関連付けられた整列を伴う入力レーザ源の容易な交換を促進する。本発明の実施形態によるシステムは、システム内で利用される任意の所望される数のレーザ源に容易に接続可能かつそれから接続解除可能であるモジュール式の熱交換マニホルドも特徴とする。源モジュールは、入力ビームが結合され、出力ビームを形成する封入体の中またはその上に配置される入力レセプタクルの中に挿入可能であり、それとインターフェース接続する。

本発明の実施形態によるレーザデバイスは、高輝度・低ビームパラメータ積（ＢＰＰ）レーザシステムを形成するために、ＷＢＣシステムで利用され得る。ＢＰＰは、レーザビームの発散角（半角）およびその最も狭い点（すなわち、ビームウェスト、最小スポットサイズ）におけるビームの半径の積である。ＢＰＰは、レーザビームの品質およびそれが小さいスポットに集束させられ得る程度を定量化し、典型的には、ミリメートル−ミリラジアン（ｍｍ−ｍｒａｄ）の単位で表される。ガウスビームは、ｐｉで除算されるレーザ光の波長によって求められる可能な最低のＢＰＰを有する。同一の波長における理想的ガウスビームのものに対する実際のガウスビームのＢＰＰの比は、Ｍ^２、またはビーム品質の波長非依存性尺度である「ビーム品質係数」で表され、「最良」品質は、１の「最低」ビーム品質に対応する。

本明細書で利用されるように、高い熱伝導度を伴う材料または「熱伝導性材料」は、少なくとも１００ワット／メートル／ケルビン（Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）、少なくとも１７０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１、またはさらに少なくとも３００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１の熱伝導度を有する。本明細書で利用されるように、高い電気伝導度を伴う材料または「導電性材料」は、例えば、２０℃において、少なくとも１×１０^５ジーメンス／メートル（Ｓ／ｍ）、少なくとも１×１０^６Ｓ／ｍ、またはさらに少なくとも１×１０^７Ｓ／ｍの電気伝導度を有する。本明細書で利用されるように、高い電気抵抗率を伴う材料または「電気絶縁材料」は、少なくとも１×１０^８オーム・メートル（Ω・ｍ）、少なくとも１×１０^１０Ω・ｍ、またはさらに少なくとも１×１０^１２Ω・ｍの電気抵抗率を有する。

当業者に公知であるように、レーザは、概して、刺激された光の放射を通して可視または不可視光を発生させるデバイスとして定義される。レーザは、概して、上記のように、それらを種々の用途で有用にする性質を有する。一般的なレーザタイプは、半導体レーザ、（例えば、レーザダイオードおよびダイオードバー）、固体レーザ、ファイバレーザ、およびガスレーザを含む。レーザダイオードは、概して、光子（光）の放射をサポートする、単純なダイオード構造に基づく。しかしながら、効率、電力、ビーム品質、輝度、同調性等を改良するために、この単純構造は、概して、種々の多くの実用的なタイプのレーザダイオードを提供するように修正される。レーザダイオードタイプは、高いビーム品質を伴うビームでは、数ミリワットから最大約０．５ワットまでの出力電力を発生させる小型縁発光型を含む。ダイオードレーザの構造タイプは、２つの高バンドギャップ層の間に挟まれた低バンドギャップ材料の層を特徴とする二重ヘテロ構造レーザ、高い効率およびレーザのエネルギーの量子化をもたらす非常に薄い中間量子井戸層を含む量子井戸レーザ、利得特性を改良するための２つ以上の量子井戸層を含む複数の量子井戸レーザ、より高い効率の量子井戸レーザを生成するためのワイヤまたはドットを伴う中間層に取って代わる量子ワイヤもしくは量子海（ドット）レーザ、量子層の厚さを改変することによって同調され得る比較的長い波長においてレーザ作用を可能にする量子カスケードレーザ、最も一般的な商用レーザダイオードであり、量子井戸層の上方および下方に別の２つの層を含み、生成される光を効率的に閉じ込める別個の閉じ込めヘテロ構造レーザ、要求の厳しい光学通信用途で一般的に使用され、利得領域に戻るように単一の波長を反射することによって製造中に安定した波長セットを発生させることを促進する統合回折格子を含む分布型フィードバックレーザ、光がその縁ではなくて表面から発せられるという点で他のレーザダイオードと異なる構造を有する垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、および主に二重ヘテロ構造ダイオードを使用し、格子または多重プリズム格子構成を含む同調可能レーザである垂直外部空洞面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）および外部空洞ダイオードレーザを含む。外部空洞ダイオードレーザは、多くの場合、波長同調可能であり、小さい輝線幅を呈する。レーザダイオードタイプは、縦長出力ファセットを伴うマルチモードダイオードによって特徴付けられ、概して、不良なビーム品質を有するが、数ワットの電力を発生させる広域レーザと比較すると、改良されたビーム品質および輝度を呈する、テーパ状出力ファセットを伴う非点収差モードダイオードによって特徴付けられるテーパ状レーザ、卵形出力ファセットを伴う楕円形モードダイオードによって特徴付けられるリッジ導波路レーザ、および出力ファセットを伴う円形モードダイオードによって特徴付けられ、略円形の外形を伴う回折限界ビームでワットレベルの出力を発生させ得るスラブ結合型光導波路レーザ（ＳＣＯＷＬ）を含む種々の高出力ダイオードベースのレーザも含む。

ダイオードレーザバーは、広域エミッタの１次元アレイを含むか、または代替として、例えば、１０〜２０個の狭ストライプエミッタを含むサブアレイを含む半導体レーザのタイプである。広域ダイオードバーは、各々が、典型的には、例えば、約１μｍ×１００μｍの寸法を有する、例えば、１９〜４９個のエミッタを含む。１μｍ寸法または高速軸に沿ったビーム品質は、典型的には、回折限定される。１００μｍ寸法または遅軸もしくはアレイ寸法に沿ったビーム品質は、典型的には、何度も回折限定される。典型的には、商業的用途のためのダイオードバーは、約１〜４ｍｍのレーザ共振器長を有し、幅が約１０ｍｍであり、数十ワットの出力電力を発生させる。殆どのダイオードバーは、７８０〜１，０７０ｎｍの波長領域中で動作し、（ネオジムレーザを励起するための）８０８ｎｍおよび（Ｙｂ：ＹＡＧを励起するための）９４０ｎｍの波長が、最も顕著である。９１５〜９７６ｎｍの波長範囲は、エルビウムドープまたはイッテルビウムドープ高出力ファイバレーザおよび増幅器を励起するために使用される。

本発明の実施形態は、光ファイバの中へ（例えば、本明細書に詳述されるようなパッケージ化されるレーザデバイスによって放出される）１つ以上のレーザビームを結合する。種々の実施形態では、光ファイバは、単一のコアを包囲する複数のクラッディング層、単一のクラッディング層内の複数の離散コア領域（もしくは「コア」）、または複数のクラッディング層によって包囲される複数のコアを有する。

本明細書では、「光学要素」は、電磁放射線を向け直す、反射する、曲げる、または任意の他の様式で光学的に操作するレンズ、鏡、プリズム、格子等のうちのいずれかを指し得る。本明細書では、ビームエミッタ、エミッタ、またはレーザエミッタ、もしくはレーザは、電磁ビームを発生させるが、自己共振式であることも、そうでないこともある、半導体要素等の任意の電磁ビーム発生デバイスを含む。これらは、ファイバレーザ、ディスクレーザ、非固体レーザ等も含む。概して、各エミッタは、後方反射面、少なくとも１つの光学利得媒質、および前方反射面を含む。光学利得媒質は、電磁スペクトルのいかなる特定の部分にも限定されないが、可視光、赤外線、および／または紫外線であり得る電磁放射線の利得を増加させる。エミッタは、複数のビームを発するように構成されるダイオードバー等の複数のビームエミッタを含み得るか、または本質的にそれらから成り得る。本明細書の実施形態で受け取られる入力ビームは、当技術分野で公知である種々の技法を使用して結合される、単一波長または多波長ビームであり得る。加えて、本明細書の「レーザ」、「レーザエミッタ」、または「ビームエミッタ」の言及は、単一ダイオードレーザだけではなく、ダイオードバー、レーザアレイ、ダイオードバーアレイ、ならびに単一の垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）もしくはそのアレイも含む。

ある側面では、本発明の実施形態は、複数の入力ビームを結合された出力ビームに結合するためのレーザシステムを特徴とする。レーザシステムは、封入体と、熱交換マニホルドと、複数の入力ビームモジュールと、封入体上に配置された複数の入力レセプタクルと、封入体内に配置された複数の光学要素とを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る。封入体は、結合された出力ビームを出力するためのビーム出力を含む。熱交換マニホルドは、（ｉ）熱交換流体を含むためのリザーバと、（ｉｉ）各々が、（ａ）熱交換流体を供給するための出力導管と、（ｂ）熱交換流体を受け取るための入力導管とを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る複数の熱交換インターフェースとを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る。各入力モジュールは、（ｉ）筐体と、（ｉｉ）筐体内に配置されたレーザビーム源と、（ｉｉｉ）筐体内に配置されたレーザビーム源によって放出される１つ以上の入力ビームを受け取り、集束させるための集束光学要素と、（ｉｖ）筐体上に配置された集束させられた１つ以上の入力ビームを筐体から外に伝送するための光インターフェースと、（ｖ）筐体上に配置された電力を筐体の中およびレーザビーム源に伝送するための電気的インターフェースと、（ｖｉ）（ａ）熱交換流体を熱交換マニホルドの出力導管のうちの１つから受け取り、熱交換流体をレーザビーム源と熱的接触するように配置するための冷却入力と、（ｂ）それらの間での熱交換の後、レーザビーム源から熱交換流体を受け取り、熱交換流体を熱交換マニホルドの入力導管に出力するための冷却出力とを備えている冷却インターフェースとを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る。各入力レセプタクルは、入力ビームモジュールのうちの１つを受け入れるように構成される。各入力ビームレセプタクルは、（ｉ）電力を供給するための電気出力と、（ｉｉ）入力ビームモジュールから１つ以上の入力ビームを受け取るための受光器と、（ｉｉｉ）入力ビームモジュールを封入体に機械的に整列させ、それによって、入力ビームモジュールが入力ビームレセプタクル内に受け入れられると、電気出力が、入力ビームモジュールの電気的インターフェースに電気的に接続され、受光器が、入力ビームモジュールの光インターフェースに光学的に整列させられる整列特徴とを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る。封入体内に配置された光学要素は、入力レセプタクルの受光器から入力ビームを受け取り、入力ビームを結合された出力ビームに結合し、結合された出力ビームをビーム出力に伝送する。

本発明の実施形態は、以下のうちの１つ以上のものを種々の組み合わせの任意のもので含み得る。ビーム出力は、光ファイバを受け取るための出力レセプタクルを含み得るか、本質的にそれから成り得るか、もしくはそれから成り得る光ファイバは、ビーム出力に結合され得る。ビーム出力は、自由空間出力ビームを伝送するための窓（例えば、出力ビームに対して実質的に透過性である開口部または固体部材）を含み得るか、本質的にそれから成り得るか、もしくはそれから成り得るレーザビーム源のうちの１つ以上のもの、もしくはさらにその全ては、複数のレーザビームを放出するように構成されたダイオードバーを含み得るか、本質的にそれから成り得るか、またはそれから成り得る封入体内に配置された複数の光学要素は、（ｉ）入力ビームを分散要素上に集束させるための集束光学系と、（ｉｉ）受け取られた集束入力ビームを受け取り、分散させるための分散要素と、（ｉｉｉ）分散されたビームを受け取り、分散されたビームの一部を結合された出力ビームとしてそれを通して伝送し、分散されたビームの第２の部分を分散要素に向かって後方に反射させるために位置付けられる部分的反射出力結合器とを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る封入体内に配置された複数の光学要素は、入力ビームをビーム出力上またはそれに接近して集束させるための集束光学系を含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る分散要素は、回折格子（例えば、透過格子または反射格子）を含み得るか、本質的にそれから成り得るか、もしくはそれから成り得る光学要素は、入力レセプタクルのうちの１つ以上のものが空であっても、入力ビームを結合された出力ビームに結合し、結合された出力ビームをビーム出力に伝送するように構成され得る。レーザシステムは、熱交換インターフェースの各々を通して熱交換流体の流動を制御するように構成されている制御システムを含み得る。制御システムは、少なくとも部分的に、入力ビームモジュールの各々の感知される温度に基づいて、熱交換流体の流動を制御するように構成され得る。入力ビームモジュールのうちの少なくとも１つの光インターフェースは、窓、プリズム、および／またはレンズを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る入力レセプタクルのうちの少なくとも１つの受光器は、窓、プリズム、および／またはレンズを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る

別の側面では、本発明の実施形態は、複数の入力ビームモジュールによって放出される複数の入力ビームを結合された出力ビームに結合するためのレーザシステムを特徴とする。入力ビームモジュールの各々は、（ｉ）筐体と、（ｉｉ）筐体内に配置されたレーザビーム源と、（ｉｉｉ）筐体内に配置されたレーザビーム源によって放出される１つ以上の入力ビームを受け取り、集束させるための集束光学要素と、（ｉｖ）筐体上に配置された集束させられた１つ以上の入力ビームを筐体から外に伝送するための光インターフェースと、（ｖ）筐体上に配置された電力を筐体の中およびレーザビーム源に伝送するための電気的インターフェースと、（ｖｉ）（ａ）熱交換流体を受け取り、熱交換流体をレーザビーム源と熱的接触するように配置するための冷却入力と、（ｂ）それらの間での熱交換の後、レーザビーム源から熱交換流体を受け取り、熱交換流体を出力するための冷却出力とを備えている冷却インターフェースとを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る。レーザシステムは、封入体と、熱交換マニホルドと、封入体上に配置される複数の入力レセプタクルと、封入体内に配置された複数の光学要素とを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る。封入体は、結合された出力ビームを出力するためのビーム出力を含む。熱交換マニホルドは、（ｉ）熱交換流体を含むためのリザーバと、（ｉｉ）各々が、（ａ）熱交換流体を入力ビームモジュールのうちの１つの冷却入力に供給するための出力導管と、（ｂ）入力ビームモジュールのうちの１つの冷却出力から熱交換流体を受け取るための入力導管とを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る複数の熱交換インターフェースとを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る。各入力レセプタクルは、入力ビームモジュールのうちの１つを受け入れるように構成される。各入力レセプタクルは、（ｉ）電力を供給するための電気出力と、（ｉｉ）入力ビームモジュールから１つ以上の入力ビームを受け取るための受光器と、（ｉｉｉ）入力ビームモジュールを封入体に機械的に整列させ、それによって、入力ビームモジュールが入力ビームレセプタクル内に受け入れられると、電気出力が、入力ビームモジュールの電気的インターフェースに電気的に接続され、受光器が、入力ビームモジュールの光インターフェースに光学的に整列させられる整列特徴とを含むか、本質的にそれらから成るか、もしくはそれらから成る。複数の光学要素は、入力レセプタクルの受光器から入力ビームを受け取り、入力ビームを結合された出力ビームに結合し、結合された出力ビームをビーム出力に伝送する。

本発明の実施形態は、以下のうちの１つ以上のものを種々の組み合わせの任意のもので含み得る。ビーム出力は、光ファイバを受け取るための出力レセプタクルを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る光ファイバは、ビーム出力に結合され得る。ビーム出力は、自由空間出力ビームを伝送するための窓（例えば、出力ビームに対して実質的に透過性である開口部または固体部材）を含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得るレーザビーム源のうちの１つ以上のもの、もしくはさらにその全ては、複数のレーザビームを放出するように構成されたダイオードバーを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、またはそれらから成り得る封入体内に配置された複数の光学要素は、（ｉ）入力ビームを分散要素上に集束させるための集束光学系と、（ｉｉ）受け取られた集束入力ビームを受け取り、分散させるための分散要素と、（ｉｉｉ）分散されたビームを受け取り、分散されたビームの一部を結合された出力ビームとしてそれを通して伝送し、分散されたビームの第２の部分を分散要素に向かって後方に反射させるために位置付けられる部分的反射出力結合器とを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る封入体内に配置された複数の光学要素は、入力ビームをビーム出力上またはそれに接近して集束させるための集束光学系を含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る分散要素は、回折格子（例えば、透過格子または反射格子）を含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、またはそれらから成り得る光学要素は、入力レセプタクルのうちの１つ以上のものが空であっても、入力ビームを結合された出力ビームに結合し、結合された出力ビームをビーム出力に伝送するように構成され得る。レーザシステムは、熱交換インターフェースの各々を通して熱交換流体の流動を制御するように構成されている制御システムを含み得る。制御システムは、少なくとも部分的に、入力ビームモジュールの各々の感知される温度に基づいて、熱交換流体の流動を制御するように構成され得る。入力ビームモジュールのうちの少なくとも１つの光インターフェースは、窓、プリズム、および／またはレンズを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る入力レセプタクルのうちの少なくとも１つの受光器は、窓、プリズム、および／またはレンズを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る。

これらおよび他の目的は、本明細書に開示される本発明の利点ならびに特徴とともに、以下の説明、付随する図面、および請求項の参照を通して、より明白となるであろう。さらに、本明細書に説明される種々の実施形態の特徴は、相互排他的ではなく、種々の組み合わせおよび順列で存在し得ることに留意されたい。本明細書で使用されるように、用語「実質的に」は、±１０％、いくつかの実施形態では、±５％を意味する。用語「本質的に〜から成る」は、本明細書で別様に定義されない限り、機能に寄与する他の材料を除外することを意味する。それでもなお、そのような他の材料は、集合的に、または個々に、微量で存在し得る。本明細書では、用語「放射線」および「光」は、別様に示されない限り、同義的に利用される。本明細書では、「下流」または「光学的に下流」は、第１の要素に遭遇した後に光ビームが衝打する第２の要素の相対的設置を示すために利用され、第１の要素は、第２の要素の「上流」または「光学的に上流」にある。本明細書では、２つの構成要素の間の「光学距離」は、光ビームによって実際に進行される２つの構成要素間の距離であり、光学距離は、例えば、鏡からの反射または構成要素のうちの一方から他方まで進行する光によって受けられる伝搬方向の他の変化に起因する、２つの構成要素の間の物理的距離であり得るが、必ずしもそうである必要はない。

図面では、同様の参照文字は、概して、異なる図の全体を通して同一の部分を指す。図面は、必ずしも一定の縮尺でもなく、代わりに、本発明の原理を例証することを強調している。以下の説明では、本発明の種々の実施形態が、以下の図面を参照して説明される。

図１は、従来のダイオードベースのレーザシステムの概略図である。 図２は、本発明の実施形態による、モジュール式のビーム源を有する高出力レーザシステムの概略図である。 図３は、本発明の実施形態による、ビーム結合封入体の要素の部分的概略図である。

図１は、従来のダイオードベースのレーザシステム１００の概略図である。示されるように、複数の個々のビーム源１０５は、システム封入体１１０内に、各ビーム源１０５を通して冷却剤（例えば、水）を流動させる冷却システム１１５と緊密に統合される。ビーム源１０５は、ビームコンバイナ１２５に向かってビームを集束させるレンズ１２０と高度に整列させられるように封入体１１０の中に搭載され、次いで、ビームコンバイナ１２５は、結合された出力ビーム１３０を出力する。図１に示されるように、任意の個々のビーム源１０５の除去および交換は、システム封入体１１０の中の交換源１０５とレンズ１２０との間の時間のかかる整列のみならず、残りの源１０５全てに対する冷却システム１１５の中断も要求する。

図２は、本発明の実施形態による、モジュール式のビーム源を有する高出力レーザシステム２００の概略図である。示されるように、レーザシステム２００は、ビーム結合封入体２１０、熱交換マニホルド２１５、および複数の入力ビームモジュール２２０を特徴とする。入力ビームモジュール２２０の各々は、筐体２３０内に配置されるレーザビーム源２２５（例えば、レーザダイオード等の単一ビーム源またはダイオードバー等の複数のビーム源）と、ビーム結合封入体２１０および熱交換マニホルド２１５とのインターフェースを促進する種々の構造とを特徴とする。本発明の種々の実施形態では、各入力ビームモジュール２２０は、その中に、レーザダイオード源によって放出されるビームを受け取り、集束させる１つ以上の集束光学系２３５（例えば、円筒ならびに／もしくは球面レンズ等の１つ以上の光学要素）を含み得る。

示されるように、各入力ビームモジュール２２０は、ビーム結合封入体２１０の中またはその上に配置される（もしくはその部分を形成する）複数の入力レセプタクル２４０のうちの１つと機械的、電気的、かつ光学的に接続し得る。入力ビームモジュール２２０とビーム結合封入体２１０との間の電気接続は、入力ビームモジュール筐体２３０上に配置される電気的インターフェース２４５を介して促進され得、電気的インターフェース２４５は、ビームモジュール２２０が入力レセプタクル２５０の中に受け取られると、ビーム結合封入体２１０上の入力レセプタクル２５０内の相補的な電気出力に電気的に接続する。例えば、入力ビームモジュールの電気的インターフェース２４５および電気出力２５０は、ワイヤ、反対に極性を与えられた（すなわち、オスならびにメス）電気コネクタ、バンプ接合、または他の導電性構造を含み得るか、本質的にそれから成り得るか、もしくはそれから成り得る。各入力ビームモジュール２２０は、それを通して集束入力ビームがビーム結合封入体２１０に伝送される光インターフェース２５５（例えば、１つ以上の光学要素、レンズ、プリズム、ならびに／もしくは窓）を含み得る。ビーム結合封入体２１０の入力レセプタクル２４０に対する種々の入力ビームモジュール２２０の機械的整列は、整列特徴（例えば、ソケット、突出部、締結具、留め金等の）によって促進され得、整列特徴は、入力ビームモジュール２２０を受け取り、それを、入力ビームモジュール２００とビーム結合封入体２１０との光学および電気的相互接続が結果として生じる向きに固定するように（例えば、ラッチするまたは圧力をかけて保持するように）成形される。各入力レセプタクル２４０は、入力ビームモジュール２２０が入力レセプタクル２４０に接続されると、入力ビームモジュール２２０から入力ビームを受け取る受光器２６０（例えば、１つ以上の光学要素、レンズ、プリズム、ならびに／もしくは窓）も含み得る。種々の実施形態では、入力レセプタクルの使用は、光ファイバ、または入力ビームモジュール２２０（ならびに／もしくはその中のビーム源）とビーム結合封入体２１０との間で他の別個のコネクタを利用する必要性を除去する。

種々の実施形態では、ビーム結合封入体２１０は、入力ビームモジュール２２０から放出されるビームの各々に対する光学利得の形成および／または増進のための利得媒質を含む。利得媒質は、入力ビームモジュール２２０からのビームによって励起されると、誘導放出を受ける１つ以上の材料を含み得るか、本質的にそれから成り得るか、もしくはそれから成り得る。例えば、利得媒質は、例えば、イットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、イットリウムオルトバナジウム酸（ＹＶＯ_４）、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、または臭化セシウムカドミウム（ＣｓＣｄＢｒ_３）等の１つ以上のイオン（例えば、ネオジム、イッテルビウム、またはエルビウム等の希土類イオン、またはチタンもしくはクロム等の遷移金属イオン）でドープされた１つ以上の結晶および／またはガラスを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、またはそれらから成り得る。例示的な利得媒質は、固体ピースまたは光ガラスファイバの形態で使用されるＮｄ：ＹＡＧ（ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット）、Ｙｂ：ＹＡＧ（イッテルビウムドープＹＡＧ）、Ｙｂ：ガラス、Ｅｒ：ＹＡＧ（エルビウムドープＹＡＧ）、もしくはＴｉ：サファイアを含む。

種々の実施形態によると、ビーム結合封入体２１０は、受光器２６０から入力ビームモジュール２２０によって放出される入力ビームを受け取り、入力ビームを結合された（例えば、多波長の）出力ビーム２６５に結合する１つ以上の光学要素２６２を含む。示されるように、出力ビーム２６５は、光ファイバ２７０の中に結合され得る。光ファイバ２７０の中に結合された状態になると、出力ビーム２６５は、ワークピースを加工する（例えば、切断する、溶接する、焼鈍しを施す、穿孔する等）ために利用され得る。

重要なことに、種々の実施形態では、ビーム結合封入体２１０の光学要素２６２が、入力ビームを結合するが、しかしながら、多くの入力ビームモジュール２２０が、入力レセプタクル２４０のうちの１つ以上のものが空であるかどうかにかかわらず、ビーム結合封入体２１０上に存在する。例えば、それからの入力ビームを、入力レセプタクル２４０の各々に関連付けられた光学要素２６２（例えば、１つ以上の鏡および／またはレンズ）が、存在し得、光学要素２６２は、全ての入力ビームが出力ビーム２６５に結合される共通焦点（別の光学要素２６２が配置され得る場合）に向かわせるように構成される。種々の実施形態では、コントローラ２９０は、例えば、１つ以上のステッパモータ、主ねじ、および／または光学要素２６２に関連付けられた回転可能なプラットフォームを介して、空の入力レセプタクル２４０に関連付けられた１つ以上の光学要素２６２をシフトおよび／または回転させ得、それによって、結合された出力ビーム２６５に、またはその中に向かわせられる浮遊光がない。コントローラ２９０は、例えば、機械スイッチ、（例えば、入力レセプタクル２４０を横断して向けられる光源、および、入力ビームモジュールがレセプタクル内に存在するとき、光源からの光ビームが断絶されたときを検出する光検知器を含む）光学配列、または、モジュール２２０が入力レセプタクル２４０の中に挿入されるとき、またはそれから除去されるとき、トリガされる他の検出器を介して、入力レセプタクル２４０が空であるか満たされているかを検出し得る。

出力ビームは、ビーム結合封入体２１０の中またはその上に配置されるビーム出力要素２７５（例えば、１つ以上のレンズ等の光学要素および／または１つ以上の窓）を介して放出され得る。種々の実施形態では、ビーム出力要素２７５は、自由空間出力ビーム２６５を放出するための窓または開口部、もしくは例えば、光ファイバ２７０に接続し、それによって、ファイバ結合出力を生成するレセプタクルを含み得るか、本質的にそれから成り得るか、またはそれから成り得る。結合された出力ビームは、次いで、例えば、切断または溶接等の材料加工のために利用され得る。

本発明の種々の実施形態では、ビーム結合封入体２１０内の結合光学要素２６２は、例えば、種々の光学要素およびレンズ、個々の源からのビームを分散させるための分散要素（例えば、回折格子）、および、分散ビームを受け取り、結合された出力（すなわち、個々のダイオード源によって放出された複数の波長から構成される出力ビーム）を出力するための部分的反射出力結合器を含み得る。図３は、ビーム結合封入体２１０内に存在し得る種々の光学要素の部分的概略図を描写する。図３に描写される実施形態では、入力ビームモジュール２２０は、ビーム３１０を発する４つのビームエミッタを有する、ダイオードバーを特徴とする（拡大入力表示３１５参照）が、本発明の実施形態は、任意の数の個々のビームを発する個々のダイオードまたは他のレーザ源、ダイオードバー、および／またはダイオードもしくはダイオードバーの２次元アレイまたはスタックを利用し得る。表示３１５では、各ビーム３１０は、線によって示され、線の長さまたは長い方の寸法は、ビームの低速発散寸法を表し、高さまたは短い方の寸法は、高速発散寸法を表す。上で議論されたように、入力ビームモジュールは、光インターフェース２５５を通してビームを放出し得る。１つ以上の円筒もしくは球面レンズおよび／もしくは鏡を含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、またはそれらから成り得る１つ以上の光学要素３２５（例えば、変換光学系）が、ＷＢＣ方向３３０に沿って各ビーム３１０を結合するために使用される。各光学要素３２５は、受光器２６０に対応し、単一の入力ビームモジュール２２０に関連付けられ、および／または、１つ以上の光学要素３２５が、受光器２６０から入力ビームを受け取り得る。光学要素３２５は、次いで、分散要素３３５（例えば、反射または透過回折格子等の回折格子を含み得るか、本質的にそれから成り得るか、もしくはそれから成り得る）上に結合ビームを向かわせ、および／または重複させ、結合ビームは、次いで、出力結合器３４０（ビーム出力要素２７５に対応し得る）上に単一の出力プロファイルとして伝送される。出力結合器３４０は、次いで、出力正面図３５０上に、示されるように、複合出力ビーム２６５を伝送する。出力結合器３４０は、典型的には、部分的に反射性であり、この外部空洞システムにおける全てのレーザ要素のための共通フロントファセットとしての役割を果たす。外部空洞は、二次鏡が各レーザエミッタの放射開口またはファセットから離れた距離に移されたレーザ発振システムである。いくつかの実施形態では、追加の光学系が、放射開口またはファセットと出力結合器または部分的反射面との間に設置される。出力ビーム２６５は、光ファイバ２７０の中に結合され、および／または溶接等の用途のために利用され得る。図３は、複数のビームが放出される１つの入力ビームモジュール２２０のみのためのビーム結合を描写するが、ビーム結合封入体２１０内の光学要素うちの１つ以上のもの（例えば、光学要素３２５および／または分散要素３３５）は、そのようなビームも出力ビーム２６５に結合されるように、１つ以上の追加の入力ビームモジュール２２０から１つ以上のビームを受け取り得る。加えて、図３は、種々の入力ビームモジュール２２０からの入力ビームが、ＷＢＣを介して共通他波長出力ビーム２６５に結合される実施形態を描写し、他の実施形態では、入力ビームモジュール２２０からのビームが、ＷＢＣを使用せずに単に出力ビーム２６５に空間的に重ねられる。

本発明の種々の実施形態では、熱交換マニホルド２１５は、冷却流体を入力ビームモジュール２２０まで循環させ、入力ビームモジュール２２０が動作中、過度または破損温度にまで加熱することを防止する。熱交換マニホルド２１５は、冷却流体のリザーバ２８０との流体連通を含むか、またはそれと流体連通し得る。リザーバ２８０および／または熱交換マニホルド２１５は、例えば、冷却流体が入力ビームモジュール２２０に供給されることに先立って、かつ加熱流体が入力ビームモジュール２２０から受け取られた後、冷却流体を冷却するための１つ以上の熱交換器との熱的接触を組み込むか、またはそれと熱的に接触し得る。示されるように、熱交換マニホルド２１５は、各々が入力ビームモジュール２２０のうちの１つに接続される複数の熱交換インターフェース２８５も含む。熱交換インターフェース２８５の各々は、例えば、入力ビームモジュール２２０から「使用済み」または加熱流体を受け取るための入力導管２８６と、冷却流体を入力ビームモジュール２２０に供給するための出力導管２８７とを含み得るか、本質的にそれらから成り得るか、もしくはそれらから成り得る。入力導管２８６および出力導管２８７は、入力ビームモジュール２２０の各々上に配置された冷却入力２８８および冷却出力２８９とインターフェース接続し得、それによって、熱交換マニホルド２１５から入力ビームモジュール２２０の各々に延び、熱交換マニホルド２１５（かつ／またはリザーバ２８０、ならびに／もしくは１つ以上の熱交換器）に戻る冷却流体のための再循環ループを形成する。本発明の種々の実施形態では、入力ビームモジュールのうちの１つ以上のもの上の入力２８８および出力２８９は、開示全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１７年６月２０日に出願された米国特許出願第１５／６２７，９１７号で説明されるようなビーム源２２５のための熱管理パッケージ（例えば、陽極ならびに／もしくは陰極冷却器）と流体連通する。

本発明の実施形態に従って利用され得る例示的冷却流体は、水、グリコール、または他の熱交換流体を含む。熱交換マニホルド２１５によって提供される冷却の程度は、取り付けられる入力ビームモジュール２２０の数に基づき得るか、またはフィードバック構成内の（例えば、１つ以上の取り付けられる入力ビームモジュール２２０の）監視温度に依存し得る。例えば、入力ビームモジュール２２０および／または入力レセプタクル２４０の各々は、その中に温度センサ（例えば、サーミスタ、温度計、熱電対等）を組み込み得、（熱交換マニホルド２１５の全てもしくは一部、ならびに／もしくはシステム２００の１つ以上の他の構成要素と動作可能に結合される）コントローラ（すなわち、「制御システム」）２９０は、少なくとも部分的に、感知温度に基づいて熱交換マニホルド２１５を通して冷却流体の流動を制御し得る。例えば、コントローラ２９０は、それぞれが熱交換インターフェース２８５のうちの１つ以上のものに関連付けられ、入力ビームモジュール２２０および／またはその中のビーム源のうちの１つ以上のものの感知温度に基づいて開放もしくは閉鎖し得る１つ以上の弁を制御し得る。コントローラ２９０は、熱交換マニホルド２１５を通して加熱流体の流量、および／または少なくとも部分的に、感知温度に基づいてリザーバ２８０内の冷却流体の温度を決定する１つ以上のポンプおよび／または弁も制御し得る。

コントローラ２９０は、ソフトウェア、ハードウェアのいずれか一方、またはそれらのある組み合わせとして提供され得る。例えば、システムは、Ｉｎｔｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆ）によって製造されたＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）またはＣｅｌｅｒｏｎファミリーのプロセッサ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｃｈａｕｍｂｕｒｇ，Ｉｌｌ）によって製造された６８０ｘ０およびＰＯＷＥＲ ＰＣファミリーのプロセッサ、ならびに／もしくはＡｄｖａｎｃｅｄ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．，（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，Ｃａｌｉｆ）によって製造されたＡＴＨＬＯＮラインプロセッサ等の１つ以上のプロセッサを含むＣＰＵ基板を有するＰＣ等、１つ以上の従来のサーバクラスコンピュータ上に実装されることができる。プロセッサは、上で説明された方法に関連するプログラムおよび／またはデータを記憶するための主要メモリユニットを含み得る。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、および／または１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、電気的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、プログラマブル読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、または読み取り専用メモリデバイス（ＲＯＭ）等の一般的に利用可能なハードウェア上に存在するフラッシュメモリを含み得る。いくつかの実施形態では、プログラムは、光ディスク、磁気ディスク、ならびに他の一般的に使用される記憶デバイス等の外部ＲＡＭおよび／またはＲＯＭを使用して提供され得る。機能が１つ以上のソフトウェアプログラムとして提供される実施形態に対して、プログラムは、ＦＯＲＴＲＡＮ、ＰＡＳＣＡＬ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ♯、ＢＡＳＩＣ等のいくつかの高レベル言語、種々のスクリプト言語、ならびに／もしくはＨＴＭＬのうちの任意のもので記述され得る。加えて、ソフトウェアは、標的コンピュータ上に存在するマイクロプロセッサに向けられるアセンブリ言語内に実装され得、例えば、ソフトウェアは、それがＩＢＭ ＰＣまたはＰＣクローン上で起動するように構成される場合、Ｉｎｔｅｌ ８０ｘ８６アセンブリ言語内に実装され得る。ソフトウェアは、限定ではないが、フロッピー（登録商標）ディスク、ジャンプドライブ、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはＣＤ−ＲＯＭを含む製品上に具現化され得る。

レーザ源２２５または入力ビームモジュール２２０のうちの１つの故障もしくはそれへの損傷の場合、レーザシステム２００のオペレータは、単に、影響を及ぼされる入力ビームモジュール２２０のプラグをビーム結合封入体２１０から抜き、入力ビームモジュール２２０を熱交換マニホルド２１５から接続解除し、不良な入力ビームモジュール２２０を交換用入力ビームモジュール２２０に交換し得る。機能不全の入力ビームモジュール２２０（および／または種々の入力レセプタクル２４０からの１つ以上の入力ビームモジュール２２０がない状態）の存在は、全体的な出力電力を低減させる以外にビーム結合封入体２１０の全体的な動作に影響を及ぼさない。ビーム結合モジュール２１０、熱交換マニホルド２１５、および入力ビームモジュール２２０の種々のインターフェースならびに接続特徴は、エンドユーザによるレーザシステム２００の展開中に入力ビームモジュール２２０の迅速な交換を促進する。したがって、本発明の実施形態によるレーザシステムは、従来の高出力レーザシステムよりも維持するためにより信頼性があり、かつより安価である。そのうえ、入力ビーム源２２５のうちの１つ以上のものの故障の場合、入力ビームモジュール２２０のみが、交換を要求するので、故障の場合、レーザシステム２００の残りの構成要素が、修理のために供給元に移動もしくは発送される必要がない。

本明細書で採用される用語および表現は、限定ではなく説明の用語として使用され、そのような用語および表現の使用には、示され、説明される特徴またはその部分のいかなる同等物も除外する意図はないが、種々の修正が請求される発明の範囲内で可能であることが認識される。

Claims (20)

1. 複数の入力ビームを結合された出力ビームに結合するためのレーザシステムであって、前記レーザシステムは、
   前記結合された出力ビームを出力するためのビーム出力を備えている封入体と、
   熱交換マニホルドであって、前記熱交換マニホルドは、
   （ｉ）熱交換流体を含むためのリザーバと、
   （ｉｉ）複数の熱交換インターフェースと
   を備え、前記複数の熱交換インターフェースの各々は、（ａ）熱交換流体を供給するための出力導管と、（ｂ）熱交換流体を受け取るための入力導管とを備えている、熱交換マニホルドと、
   複数の入力ビームモジュールであって、各入力ビームモジュールは、
   （ｉ）筐体と、
   （ｉｉ）前記筐体内に配置されたレーザビーム源と、
   （ｉｉｉ）前記筐体内に配置された集束光学要素であって、前記集束光学要素は、前記レーザビーム源によって放出される１つ以上の入力ビームを受け取り、集束させる、集束光学要素と、
   （ｉｖ）前記筐体上に配置された光インターフェースであって、前記光インターフェースは、前記集束させられた１つ以上の入力ビームを前記筐体から外に伝送する、光インターフェースと、
   （ｖ）前記筐体上に配置された電気的インターフェースであって、前記電気的インターフェースは、電力を前記筐体の中および前記レーザビーム源に伝送する、電気的インターフェースと、
   （ｖｉ）冷却インターフェースであって、前記冷却インターフェースは、（ａ）熱交換流体を前記熱交換マニホルドの前記出力導管のうちの１つから受け取り、前記熱交換流体を前記レーザビーム源と熱的接触するように配置するための冷却入力と、（ｂ）それらの間での熱交換の後、前記レーザビーム源から熱交換流体を受け取り、前記熱交換流体を前記熱交換マニホルドの前記入力導管に出力するための冷却出力とを備えている、冷却インターフェースとを備えている、複数の入力ビームモジュールと、
   前記封入体上に配置された複数の入力レセプタクルであって、各入力レセプタクルは、前記入力ビームモジュールのうちの１つを受け入れるように構成され、各入力レセプタクルは、
   （ｉ）電力を供給するための電気出力と、
   （ｉｉ）入力ビームモジュールから１つ以上の入力ビームを受け取るための受光器と、
   （ｉｉｉ）整列特徴と
   を備え、前記整列特徴は、入力ビームモジュールを前記封入体に機械的に整列させ、それによって、入力ビームモジュールが前記入力ビームレセプタクル内に受け入れられると、前記電気出力は、前記入力ビームモジュールの前記電気的インターフェースに電気的に接続され、前記受光器は、前記入力ビームモジュールの前記光インターフェースに光学的に整列させられる、複数の入力レセプタクルと、
   前記封入体内に配置された複数の光学要素であって、前記複数の光学要素は、前記入力レセプタクルの前記受光器から入力ビームを受け取り、前記入力ビームを結合された出力ビームに結合し、前記結合された出力ビームを前記ビーム出力に伝送する、複数の光学要素と
   を備えている、システム。
2. 前記ビーム出力は、光ファイバを受け取るための出力レセプタクルを備えている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ビーム出力は、自由空間出力ビームを伝送するための窓を備えている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記レーザビーム源のうちの１つ以上のものは、複数のレーザビームを放出するように構成されたダイオードバーを備えている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記封入体内に配置された前記複数の光学要素は、（ｉ）入力ビームを分散要素上に集束させるための集束光学系と、（ｉｉ）前記集束入力ビームを受け取り、前記受け取られた集束入力ビームを分散させるための分散要素と、（ｉｉｉ）部分的反射出力結合器とを備え、前記部分的反射出力結合器は、前記分散されたビームを受け取り、前記分散されたビームの一部を前記結合された出力ビームとしてそれを通して伝送し、前記分散されたビームの第２の部分を前記分散要素に向かって後方に反射させるために位置付けられている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記分散要素は、回折格子を備えている、請求項５に記載のシステム。
7. 前記光学要素は、前記入力レセプタクルのうちの１つ以上のものが空であっても、前記入力ビームを前記結合された出力ビームに結合し、前記結合された出力ビームを前記ビーム出力に伝送するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記熱交換インターフェースの各々を通して熱交換流体の流動を制御するように構成されている制御システムをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記制御システムは、前記入力ビームモジュールの各々の感知される温度に少なくとも部分的に基づいて前記熱交換流体の流動を制御するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記入力ビームモジュールのうちの少なくとも１つの前記光インターフェースは、窓、プリズム、またはレンズのうちの少なくとも１つを備えている、請求項１に記載のシステム。
11. 前記入力レセプタクルのうちの少なくとも１つの前記受光器は、窓、プリズム、またはレンズのうちの少なくとも１つを備えている、請求項１に記載のシステム。
12. 複数の入力ビームモジュールによって放出される複数の入力ビームを結合された出力ビームに結合するためのレーザシステムであって、前記入力ビームモジュールの各々は、
    （ｉ）筐体と、
    （ｉｉ）前記筐体内に配置されたレーザビーム源と、
    （ｉｉｉ）前記筐体内に配置された集束光学要素であって、前記集束光学要素は、前記レーザビーム源によって放出される１つ以上の入力ビームを受け取り、集束させる、集束光学要素と、
    （ｉｖ）前記筐体上に配置された光インターフェースであって、前記光インターフェースは、前記集束させられた１つ以上の入力ビームを前記筐体から外に伝送する、光インターフェースと、
    （ｖ）前記筐体上に配置された電気的インターフェースであって、前記電気的インターフェースは、電力を前記筐体の中および前記レーザビーム源に伝送する、電気的インターフェースと、
    （ｖｉ）冷却インターフェースと
    を備え、前記冷却インターフェースは、（ａ）熱交換流体を受け取り、前記熱交換流体を前記レーザビーム源と熱的接触するように配置するための冷却入力と、（ｂ）それらの間での熱交換の後、前記レーザビーム源から熱交換流体を受け取り、前記熱交換流体を出力するための冷却出力とを備えている、
    前記レーザシステムは、
    前記結合された出力ビームを出力するためのビーム出力を備えている封入体と、
    熱交換マニホルドであって、前記熱交換マニホルドは、
    （ｉ）熱交換流体を含むためのリザーバと、
    （ｉｉ）複数の熱交換インターフェースと
    を備え、前記複数の熱交換インターフェースの各々は、（ａ）熱交換流体を前記入力ビームモジュールのうちの１つの冷却入力に供給するための出力導管と、（ｂ）前記入力ビームモジュールのうちの１つの冷却出力から熱交換流体を受け取るための入力導管とを備えている、熱交換マニホルドと、
    前記封入体上に配置された複数の入力レセプタクルであって、各入力レセプタクルは、前記入力ビームモジュールのうちの１つを受け入れるように構成され、各入力レセプタクルは、
    （ｉ）電力を供給するための電気出力と、
    （ｉｉ）入力ビームモジュールから１つ以上の入力ビームを受け取るための受光器と、
    （ｉｉｉ）整列特徴と
    を備え、前記整列特徴は、入力ビームモジュールを前記封入体に機械的に整列させ、それによって、入力ビームモジュールが前記入力ビームレセプタクル内に受け入れられると、前記電気出力は、前記入力ビームモジュールの前記電気的インターフェースに電気的に接続され、前記受光器は、前記入力ビームモジュールの前記光インターフェースに光学的に整列させられる、複数の入力レセプタクルと、
    前記封入体内に配置された複数の光学要素と
    を備え、
    前記複数の光学要素は、前記入力レセプタクルの前記受光器から入力ビームを受け取り、前記入力ビームを結合された出力ビームに結合し、前記結合された出力ビームを前記ビーム出力に伝送する、システム。
13. 前記ビーム出力は、光ファイバを受け取るための出力レセプタクルを備えている請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ビーム出力は、自由空間出力ビームを伝送するための窓を備えている、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記封入体内に配置された前記複数の光学要素は、（ｉ）入力ビームを分散要素上に集束させるための集束光学系と、（ｉｉ）前記集束入力ビームを受け取り、前記受け取られた集束入力ビームを分散させるための分散要素と、（ｉｉｉ）部分的反射出力結合器とを備え、前記部分的反射出力結合器は、前記分散されたビームを受け取り、前記分散されたビームの一部を前記結合された出力ビームとしてそれを通して伝送し、前記分散されたビームの第２の部分を前記分散要素に向かって後方に反射させるために位置付けられている、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記分散要素は、回折格子を備えている、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記光学要素は、前記入力レセプタクルのうちの１つ以上のものが空であっても、前記入力ビームを前記結合された出力ビームに結合し、前記結合された出力ビームを前記ビーム出力に伝送するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
18. 前記熱交換インターフェースの各々を通して熱交換流体の流動を制御するように構成されている制御システムをさらに備えている、請求項１２に記載のシステム。
19. 前記制御システムは、前記入力ビームモジュールの各々の感知される温度に少なくとも部分的に基づいて、前記熱交換流体の流動を制御するように構成されている、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記入力レセプタクルのうちの少なくとも１つの受光器は、窓、プリズム、またはレンズのうちの少なくとも１つを備えている、請求項１２に記載のシステム。