JP2021073681A - Applications, methods and systems for laser deliver addressable array - Google Patents

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Abstract

To provide an assembly and system for combining various laser beam sources into a single or a plurality of laser beams while maintaining and strengthening desired beam quality such as brightness and power.SOLUTION: A laser system for executing laser operation comprises: a plurality of laser diode assemblies 210, each of which includes a plurality of laser diodes capable of generating an individual blue laser beam along a laser beam path; and means 228 for spatially combining individual blue laser beams to create a combined laser beam having a single spot in a far field and capable of being combined to an optical fiber for delivery to a target material. The means for spatially combining combines the individual blue laser beams on the laser beam path and is optically associated with the respective laser diodes.SELECTED DRAWING: Figure 2D

Description

本願は、
(i)合衆国法典第35巻、第119条(e)(1)の下に、米国仮特許出願第62/193,047号、出願日2015年7月15日の恩典を主張するものであり、その各々の開示全体をここに参考文献として援用する。
This application is
(I) Claims the benefits of US Provisional Patent Application No. 62 / 193,047, filing date July 15, 2015, under US Code Vol. 35, Article 119 (e) (1). , The entire disclosure of each is incorporated herein by reference.

本発明は、レーザービームを結合するためのアレイ組立体に関するものであり、具体的には、製造、製作、娯楽、グラフィックス、画像化、分析、監視、組立、歯科、及び医療の諸分野でのシステム及び用途に使用するための高輝度レーザービームを提供することのできるアレイ組立体に関する。 The present invention relates to an array assembly for coupling laser beams, specifically in the fields of manufacturing, production, entertainment, graphics, imaging, analysis, surveillance, assembly, dentistry, and medicine. With respect to an array assembly capable of providing a bright laser beam for use in the systems and applications of.

多くのレーザー、特にレーザーダイオードの様な半導体レーザーは、極めて望ましい波長と、輝度を含む極めて望ましいビーム品質とを有するレーザービームを提供する。これらのレーザーは、可視範囲の波長、UV範囲の波長、IR範囲の波長、及びこれらの結合を有することができ、また更には、より高い波長及びより低い波長を有することもできる。半導体レーザー、及びファイバーレーザーのような他のレーザー光源の技術は急激に進化してきており、新たなレーザー光源が絶えず開発され既存のレーザー波長と新たなレーザー波長を提供している。これらのレーザーの多くは、望ましいビーム品質を有してはいるものの、特定の用途にとって望ましい又は必要とされるレーザーパワーよりも低いレーザーパワーを有している。かくして、これらの低いパワーは、これらのレーザー光源がより有用で商業的な用途を見出すことを妨げてきた。 Many lasers, especially semiconductor lasers such as laser diodes, provide a laser beam having a highly desirable wavelength and a highly desirable beam quality, including brightness. These lasers can have wavelengths in the visible range, wavelengths in the UV range, wavelengths in the IR range, and their couplings, and can even have higher and lower wavelengths. The technology of other laser light sources such as semiconductor lasers and fiber lasers is evolving rapidly, and new laser light sources are constantly being developed to provide existing laser wavelengths and new laser wavelengths. Many of these lasers have the desired beam quality, but have a lower laser power than the desired or required laser power for a particular application. Thus, these low powers have prevented these laser sources from finding more useful and commercial applications.

加えて、これらの型式のレーザーを組み合わせようとするこれまでの努力は、他にも理由はあるが幾つか例を挙げると、ビーム整列の難しさ、適用の間ずっとビームが整列された状態に保つことの難しさ、ビーム品質の損失、レーザー光源の特別な設置の難しさ、サイズの考慮、及びパワー管理のせいで、概して不十分であった。 In addition, previous efforts to combine these types of lasers have, for some other reason, the difficulty of beam alignment, leaving the beams aligned throughout the application. It was generally inadequate due to difficulty in keeping, loss of beam quality, difficulty in special installation of laser sources, size considerations, and power management.

ここでの使用に際し、別途明示的に表明されていない限り、「青色レーザービーム」、「青色レーザー」、及び「青色」という用語は、それらの最も広義な意味を与えられるべきであり、概して、レーザービームを提供するシステム、レーザービーム、レーザー光源、例えばレーザー及びダイオードレーザーであって、約400nmから約500nmの波長を有するレーザービーム又は光を提供するもの、例えば伝播させるもの、をいう。 In use here, the terms "blue laser beam," "blue laser," and "blue" should be given their broadest meaning, and generally, unless expressly stated otherwise. A system that provides a laser beam, a laser beam, a laser light source, such as a laser and a diode laser, which provides a laser beam or light having a wavelength of about 400 nm to about 500 nm, such as propagating.

概して、ここでの使用に際し、別途明示されていない限り、「約」という用語は、±10%の分散又は範囲、表明されている値を得ることに関連付けられる実験誤差又は計器誤差、及び望ましくはこれらのうちのより大きい方、を網羅するものとする。 In general, in use here, the term "about", unless otherwise stated, is a variance or range of ± 10%, experimental or instrumental error associated with obtaining the stated value, and preferably. The larger of these shall be covered.

発明の背景技術の項は、本発明の実施形態と関連付けられ得る当技術の様々な態様を紹介することを意図している。従って、本項での上記論考は、本発明をより深く理解するための枠組みを提供しており、先行技術の是認と見なされてはならない。 The technical background of the invention section is intended to introduce various aspects of the art that may be associated with embodiments of the invention. Therefore, the above discussion in this section provides a framework for a deeper understanding of the invention and should not be considered as an endorsement of the prior art.

米国仮特許出願第62/193,047号US Provisional Patent Application No. 62 / 193,047 国際公開第2014/179345号International Publication No. 2014/179345 米国特許出願第14/787,393号U.S. Patent Application No. 14 / 787,393

他にもあるが中でも特に、多様なレーザービーム光源を、輝度及びパワーの様な所望のビーム品質を維持及び強化しながら、単一又は複数のレーザービームに結合する組立体及びシステムに対する必要性が長年存在しており未だ成就されていない。本発明は、他にもあるが中でも特に、ここに教示され開示されている製造物品、装置、及びプロセスを提供することによって、これらの必要性を解決する。 There is a particular need for assemblies and systems that combine a variety of laser beam sources, among others, into a single or multiple laser beams while maintaining and enhancing the desired beam quality such as brightness and power. It has existed for many years and has not yet been fulfilled. The present invention solves these needs by providing, among others, the manufactured articles, devices, and processes taught and disclosed herein.

而して、レーザー動作を実行するためのレーザーシステムが提供されており、当該システムは、複数のレーザーダイオード組立体であって;各レーザーダイオード組立体が、個別青色レーザービームをレーザービーム経路に沿って発生させることのできる複数のレーザーダイオードを有している、複数のレーザーダイオード組立体と;個別青色レーザービームを空間的に結合する手段であって、ファーフィールドに単一スポットを有し標的材料への送達のために光ファイバーへ結合させることのできる結合レーザービームを作り出す手段と;を備え、空間的に結合する手段は、個別青色レーザービームをレーザービーム経路上で空間的に結合し、各レーザーダイオードと光学的に関連付けられている。 Thus, a laser system for performing laser operation is provided, which is a plurality of laser diode assemblies; each laser diode assembly has an individual blue laser beam along the laser beam path. With multiple laser diode assemblies having multiple laser diodes that can be generated; a means of spatially coupling individual blue laser beams with a single spot in the farfield and the target material. A means of creating a coupled laser beam that can be coupled to an optical fiber for delivery to; and a means of spatially coupling the individual blue laser beams are spatially coupled on the laser beam path and each laser. Optically associated with a diode.

更に、次の特徴のうちの1つ又はそれ以上を有している方法及びシステムを提供する。即ち、少なくとも3つのレーザーダイオード組立体を有している;各レーザーダイオード組立体が少なくとも30のレーザーダイオードを有している;レーザーダイオード組立体は、少なくとも約30ワットの総パワー及び20mm mrad未満のビームパラメータ特性を有するレーザービームを伝幡させることができる;ビームパラメータ特性は15mm mrad未満である;ビームパラメータ特性は10mm mrad未満である;空間的に結合する手段は、個別レーザービームのN倍の輝度の結合レーザービームを発生させる;ここに、Nはレーザーダイオード組立体のレーザーダイオードの数である;空間的に結合する手段は、青色ビームの輝度を維持しながら複合レーザービームのパワーを増加させる;結合レーザービームは個別レーザービームのパワーの少なくとも50倍のパワーを有し、結合レーザービームのビームパラメータ積は個別レーザービームのビームパラメータ積の2倍以下である;結合レーザービームのビームパラメータ積は個別レーザービームのビームパラメータ積の1.5倍以下である;結合レーザービームのビームパラメータ積は個別レーザービームのビームパラメータ積の1倍以下である;空間的に結合する手段は、個別レーザービームの輝度を維持しながらレーザービームのパワーを増加させる;結合レーザービームは、個別レーザービームのパワーの少なくとも100倍のパワーを有し、結合レーザービームのビームパラメータ積は個別レーザービームのビームパラメータ積の2倍以下である;結合レーザービームのビームパラメータ積は個別レーザービームのビームパラメータ積の1.5倍以下である;結合レーザービームのビームパラメータ積は個別レーザービームのビームパラメータ積の1倍以下である;光ファイバーは耐ソラリゼーションである;空間的に結合する手段は、レーザーダイオードの位置誤差又は照準誤差のうちの少なくとも1つを補正するための、整列平面平行板とウェッジから成る群より選択されている組立体を有している;空間的に結合する手段は、結合レーザービームの有効輝度を個別レーザービームに勝って増加させることのできる偏光ビームコンバイナを有している;レーザーダイオード組立体は、個別レーザービーム経路を各経路の間に空間を設けて画定しており、それにより個別レーザービームは各ビームの間に空間を有している;空間的に結合する手段は、個別レーザービームをレーザーダイオードの速軸でコリメートするためのコリメータと、コリメートされたレーザービームを結合するための周期ミラーと、を有し、周期ミラーは、レーザーダイオード組立体内の第1ダイオードからの第1レーザービームを反射し、レーザーダイオード組立体内の第2ダイオードからの第2レーザービームを透過させ、それにより、個別レーザービームの間の速軸方向の空間が充填される;空間的に結合する手段は、ガラス基板上のパターン化されたミラーを有している;ガラス基板は、レーザーダイオードからのレーザービームの垂直方向位置をシフトさせてレーザーダイオードの間の空間を満たすのに充分な厚さである;段状ヒートシンク有している;のうちの1つ又はそれ以上を有している方法及びシステムを提供する。 Further provided are methods and systems having one or more of the following features: That is, it has at least three laser diode assemblies; each laser diode assembly has at least 30 laser diodes; the laser diode assembly has a total power of at least about 30 watts and less than 20 mm mad. A laser beam with beam parameter characteristics can be transmitted; the beam parameter characteristics are less than 15 mm mrad; the beam parameter characteristics are less than 10 mm mrad; the means of spatially coupling are N times larger than the individual laser beams. Generate a coupled laser beam of intensity; where N is the number of laser diodes in the laser diode assembly; spatially coupled means increase the power of the composite laser beam while maintaining the brightness of the blue beam. The combined laser beam has at least 50 times the power of the individual laser beam, and the beam parameter product of the combined laser beam is less than twice the beam parameter product of the individual laser beam; the beam parameter product of the combined laser beam is The beam parameter product of the individual laser beams is less than 1.5 times the beam parameter product; the beam parameter product of the combined laser beam is less than 1 times the beam parameter product of the individual laser beams; Increase the power of the laser beam while maintaining brightness; the combined laser beam has at least 100 times the power of the individual laser beam, and the beam parameter product of the combined laser beam is 2 of the beam parameter product of the individual laser beam. Less than or equal to; the beam parameter product of the combined laser beam is less than or equal to 1.5 times the beam parameter product of the individual laser beams; the beam parameter product of the combined laser beam is less than or equal to 1 times the beam parameter product of the individual laser beams. The optical fiber is solarization resistant; the means of spatial coupling is selected from the group consisting of aligned plane parallel plates and wedges to correct at least one of the laser diode's positional or aiming errors. The spatially coupled means have a polarized beam combiner capable of increasing the effective brightness of the coupled laser beam over the individual laser beams; the laser diode assembly is individual. The laser beam paths are defined with a space between each path so that the individual laser beams have a space between each beam. Spatial coupling means include a collimator for collimating individual laser beams on the speed axis of the laser diode and a periodic mirror for coupling the collimated laser beams, the periodic mirror being the laser diode. It reflects the first laser beam from the first diode in the assembly and allows the second laser beam from the second diode in the laser diode assembly to pass through, thereby filling the space in the fast axis direction between the individual laser beams. The means of spatially coupling has a patterned mirror on the glass substrate; the glass substrate shifts the vertical position of the laser beam from the laser diode to the space between the laser diodes. Provided are methods and systems having one or more of which are thick enough to meet; have a stepped heat sink;

また更に、高輝度高パワーレーザービームを提供するためのレーザーシステムが提供されており、当該システムは、複数のレーザーダイオード組立体であって;各レーザーだオードが初期輝度を有する青色レーザービームを発生させることのできる複数のレーザーダイオードを有している、複数のレーザーダイオード組立体;及び、青色レーザービームを空間的に結合して、最終輝度を有しファーフィールドに単一スポットを形成し、光ファイバーへ結合させることのできる結合レーザービームを作り出すための手段;を有しており、各レーザーダイオードは、外部キャビティによって、結合レーザービームの輝度を実質的に増加させるように異なる波長にロックされ、それにより、結合レーザービームの最終輝度はレーザーダイオードからのレーザービームの初期輝度とほぼ同じである。 Furthermore, a laser system for providing a high-intensity, high-power laser beam is provided, the system being a plurality of laser diode assemblies; each laser ode produces a blue laser beam with initial brightness. Multiple laser diode assemblies having multiple laser diodes that can be made; and spatially coupled blue laser beams to form a single spot in the farfield with final brightness, optical fiber It has means for producing a coupled laser beam that can be coupled to; each laser diode is locked by an external cavity to a different wavelength so as to substantially increase the brightness of the coupled laser beam. Therefore, the final brightness of the combined laser beam is almost the same as the initial brightness of the laser beam from the laser diode.

更に、次の特徴のうちの1つ又はそれ以上を有している方法及びシステムを提供する。即ち、各レーザーダイオードは回折格子に基づく外部キャビティビティを使用して単一波長へロックされ、レーザーダイオード組立体のそれぞれは、狭い間隔の光学フィルタと回折格子から成る群より選択されている結合する手段を使用して結合ビームへ結合される;ラマン変換器は、より高い輝度の光源を現出させるための純粋な溶融石英のコアと、青色ポンプ光を収容するためのフッ素化された外側コアと、を有する光ファイバーである;ラマン変換器は、より高い輝度の光源を現出させるためのGeO2ドープされた中心コア及び外側コアと、青色ポンプ光を収容するための、中心コアより大きい外側コアと、を有する光ファイバーの様なラマン変換器をポンプするのに使用される;ラマン変換器は、より高い輝度の光源を現出させるためのP2O5ドープされたコアと、青色ポンプ光を収容するための、中心コアより大きい外側コアと、を有する光ファイバーである;ラマン変換器は、より高い輝度の光源を現出させるためのグレーデッドインデックス型のコアと、青色ポンプ光を収容するための、中心コアより大きい外側コアと、を有する光ファイバーである;ラマン変換器は、グレーデッドインデックス型のGeO2ドープされたコア及び外側のステップインデックス型コアである;ラマン変換器は、グレーデッドインデックス型のP2O5ドープされたコア及び外側のステップインデックス型コアであるラマン変換器ファイバーをポンプするのに使用される;ラマン変換器は、グレーデッドインデックス型のGeO2ドープされたコアであるラマン変換器ファイバーをポンプするのに使用される;ラマン変換器は、グレーデッドインデックス型のP2O5ドープされたコア及び外側のステップインデックス型コアである;ラマン変換器は、より高い輝度のレーザー光源を現出させるためのダイヤモンドである;ラマン変換器は、より高い輝度のレーザー光源を現出させるためのKGWである;ラマン変換器は、より高い輝度のレーザー光源を現出させるためのYVO4である;ラマン変換器は、より高い輝度のレーザー光源を現出させるためのBa(NO3)2である;及び、ラマン変換器は、より高い輝度のレーザー光源を現出させるための高圧ガスである;のうちの1つ又はそれ以上を有している方法及びシステムを提供する。 Further provided are methods and systems having one or more of the following features: That is, each laser diode is locked to a single wavelength using an external cavity based on the diffraction grid, and each of the laser diode assemblies couples selected from a group consisting of narrowly spaced optical filters and a diffraction grid. It is coupled to a coupled beam using means; the Raman converter has a pure fused optic core to reveal a brighter light source and a fluorinated outer core to accommodate the blue pump light. And is an optical fiber; the Raman converter has a GeO2-doped central and outer core to reveal a brighter light source and an outer core larger than the central core to accommodate the blue pump light. Used to pump a fiber optic-like Raman converter with, and to accommodate a P2O5-doped core to reveal a brighter light source and a blue pump light. An optical fiber with an outer core that is larger than the central core; the Raman converter is a graded index core for revealing a brighter light source and a center for accommodating blue pump light. An optical fiber having an outer core larger than the core; the Raman converter is a graded index GeO2-doped core and an outer step index core; the Raman converter is a graded index P2O5 doped. Used to pump Raman converter fibers, which are graded cores and outer step index cores; Raman converters pump Raman converter fibers, which are graded index GeO2-doped cores. The Raman converter is a graded index type P2O5 doped core and an outer step index type core; the Raman converter is a diamond for revealing a higher brightness laser light source. The Raman converter is a KGW for revealing a higher brightness laser light source; the Raman converter is a YVO4 for revealing a higher brightness laser light source; the Raman converter is higher One or more of Ba (NO3) 2 for revealing a bright laser light source; and a Raman converter is a high pressure gas for revealing a brighter laser light source; Provide methods and systems that have.

また更に、レーザー動作を実行するためのレーザーシステムが提供されており、当該システムは、複数のレーザーダイオード組立体であって;各レーザーダイオード組立体が青色レーザービームをレーザービーム経路に沿って発生させることのできる複数のレーザーダイオードを有している、複数のレーザーダイオード組立体;青色レーザービームを空間的に結合して、ファーフィールドに単一スポットを有しラマン変換器へ光学的に結合させることのできる結合レーザービームを作り出し、ラマン変換器をポンプして、当該結合レーザービームの輝度を増加させるための手段、を有している。 Furthermore, a laser system for performing laser operation is provided, which is a plurality of laser diode assemblies; each laser diode assembly produces a blue laser beam along the laser beam path. Multiple laser diode assemblies with multiple laser diodes capable; spatially coupling the blue laser beam to have a single spot in the farfield and optically coupling to the Raman converter. It has means for creating a combined laser beam capable of producing and pumping a Raman converter to increase the brightness of the combined laser beam.

加えて、結合レーザービームを提供する方法が提供されており、当該方法は、ラマン変換式レーザーのアレイを動作させて個別の異なる波長の青色レーザービームを生成する段階、及び、それらレーザービームを結合して、元の光源の空間輝度を維持しながらより高いパワーの光源を現出させる段階、を有している。 In addition, a method of providing a combined laser beam is provided, in which an array of Raman-converted lasers is operated to generate individual different wavelength blue laser beams, and the laser beams are combined. Then, it has a stage in which a light source having a higher power appears while maintaining the spatial brightness of the original light source.

その上更に、レーザー動作を実行するためのレーザーシステムが提供されており、当該システムは、複数のレーザーダイオード組立体であって;各レーザーダイオード組立体が、青色レーザービームをレーザービーム経路に沿って発生させることのできる複数のレーザーダイオードを有している、複数のレーザーダイオード組立体;レーザービーム経路に沿ってビームをコリメート及び結合する光学素子であって、結合レーザービームを提供させることのできる光学素子;及び、結合レーザービームを受け入れるための光ファイバー;を有している。 Moreover, a laser system for performing laser operation is provided, which is a plurality of laser diode assemblies; each laser diode assembly emits a blue laser beam along the laser beam path. A plurality of laser diode assemblies having a plurality of laser diodes capable of generating; an optical element that collimates and couples a beam along a laser beam path and is capable of providing a coupled laser beam. It has an element; and an optical fiber for receiving a coupled laser beam.

更に、次の特徴のうちの1つ又はそれ以上を有している方法及びシステム、即ち、光ファイバーは、希土類ドープされたファイバーと光学的に連通しており、それにより、結合レーザービームが希土類ドープされたファイバーをポンプして、より高い輝度のレーザー光源を現出させることができる;及び、光ファイバーは、輝度変換器の外側コアと光学的に連通しており、それにより、結合レーザービームは、輝度変換器の外側コアをポンプして、より高い輝度強化比を現出させることができる;のうちの1つ又はそれ以上を有している方法及びシステムが提供されている。 In addition, methods and systems that have one or more of the following features, namely optical fibers, are optically communicative with rare earth-doped fibers, whereby the combined laser beam is rare-earth-doped. The fiber can be pumped to reveal a higher brightness laser source; and the optical fiber is optically communicated with the outer core of the brightness converter, whereby the coupled laser beam is A method and system having one or more of the higher brightness enhancement ratios can be provided by pumping the outer core of the brightness converter.

また更に、ラマンファイバーが提供されており、当該ラマンファイバーは、デュアルコアにおいて、そのうちの一方は高輝度の中心コアあるデュアルコア;及び、高輝度の中心コアでの2次ラマン信号を抑制するための、フィルタ、ファイバーブラッググレーティング、1次及び2次のラマン信号についてのV数の差、及びマイクロベンド損失の差、から成る群より選択されている手段;を有している。 Furthermore, a Raman fiber is provided, in which one of the dual cores is a dual core with a high-brightness central core; and to suppress a secondary Raman signal at the high-brightness central core. The means selected from the group consisting of filters, fiber Bragg gratings, differences in V number for primary and secondary Raman signals, and differences in microbend loss.

加えて、第2高調波生成システムが提供されており、当該システムは、第1波長にあって当該第1波長の半分の波長の光を生成するためのラマン変換器;及び、半分の波長の光が光ファイバーを通って伝幡するのを防ぐように構成されている外部共振二倍化結晶;を有している。 In addition, a second harmonic generation system is provided, which is a Raman converter for producing light at the first wavelength and at half the wavelength of the first wavelength; and at half the wavelength. It has an external resonant doubled crystal that is configured to prevent light from transmitting through the optical fiber.

更に、次の特徴のうちの1つ又はそれ以上を有している方法及びシステム、即ち、第1波長は約460nmであ;外部共振二倍化結晶はKTPである;ラマン変換器はラマン変換効率を改善する構造の非円形外側コアを有している;のうちの1つ又はそれ以上を有している方法及びシステムが提供されている。 In addition, methods and systems that have one or more of the following features, i.e., the first wavelength is about 460 nm; the external resonant doubled crystal is KTP; the Raman transducer is the Raman transform. Methods and systems are provided that have a non-circular outer core with a structure that improves efficiency; one or more of them.

更に、第3高調波生成システムが提供されており、当該システムは、第1波長にあって当該第1波長より低い第2波長の光を生成するためのラマン変換器;及び、より低い波長の光が光ファイバーを通って伝幡するのを防ぐように構成されている外部共振二倍化結晶;を有している。 In addition, a third harmonic generation system is provided, which is a Raman converter for producing light at a second wavelength at the first wavelength and lower than the first wavelength; and at a lower wavelength. It has an external resonant doubled crystal that is configured to prevent light from transmitting through the optical fiber.

更に、第4高調波生成システムが提供されており、当該システムは、57.5nmの光を、当該57.5nm波長の光が光ファイバーを通って伝幡するのを防ぐように構成されている外部共振二倍化結晶を使用して生成するラマン変換器、を有している。 In addition, a second harmonic generation system is provided that is configured to prevent 57.5 nm light from being transmitted through the optical fiber to the 57.5 nm wavelength light. It has a Raman converter, which is produced using a resonant doubled crystal.

更に、第2高調波生成システムが提供されており、当該システムは、450nmの青色レーザーダイオードのアレイによってポンプされると473nmのレーザーを発して、外部共振二倍化結晶を使用して光源レーザーの半分の波長即ち236.5nmの光を生成し、短い波長の光が光ファイバーを通って伝幡するのは許容しない、ツリウムを有する希土類ドープされた輝度変換器、を有している。 In addition, a second harmonic generation system is provided, which emits a 473 nm laser when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes and uses an external resonant doubled crystal to generate a light source laser. It has a rare earth-doped brightness converter with turium, which produces half-wavelength or 236.5 nm light and does not allow short wavelength light to travel through an optical fiber.

更に、第3高調波生成システムが提供されており、当該システムは、450nmの青色レーザーダイオードのアレイによってポンプされると473nmのレーザーを発して、外部共振二倍化結晶を使用して118.25nmの光を生成し、短い波長の光が光ファイバーを通って伝幡するのは許容しない、ツリウムを有する希土類ドープされた輝度変換器、を有している。 In addition, a third harmonic generation system is provided, which emits a 473 nm laser when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes and uses an external resonant doubled crystal to emit 118.25 nm. It has a rare earth-doped brightness converter with a thulium, which produces light of the same and does not allow light of short wavelengths to travel through an optical fiber.

更に、第4高調波生成システムが提供されており、当該システムは、450nmの青色レーザーダイオードのアレイによってポンプされると473nmのレーザーを発して、外部共振二倍化結晶を使用して59.1nmの光を生成し、短い波長の光が光ファイバーを通って伝幡するのは許容しない、ツリウムを有する希土類ドープされた輝度変換器、を有している。 In addition, a fourth harmonic generation system is provided, which emits a 473 nm laser when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes and uses an external resonant doubled crystal to emit 59.1 nm. It has a rare earth-doped brightness converter with a thulium, which produces light of the same and does not allow light of short wavelengths to travel through an optical fiber.

更に加えて、レーザー動作を実行するためのレーザーシステムが提供されており、当該システムは、少なくとも3つのレーザーダイオード組立体であって;当該少なくとも3つのレーザーダイオード組立体の各々が、少なくとも10のレーザーダイオードを有しており、当該少なくとも10のレーザーダイオードの各々は、少なくとも約2ワットのパワー及び8mm−mrad未満のビームパラメータ積を有する青色レーザービームをレーザービーム経路に沿って発生させることができ、各レーザービーム経路は本質的に平行であり、それにより、レーザービーム経路に沿って進むレーザービームの間に空間が画定される、少なくとも3つのレーザーダイオード組立体;少なくとも30のレーザービーム経路の全てに配置されている、青色レーザービームを空間的に結合して輝度を維持するための手段であって、レーザービームの第1軸のためのコリメート用光学素子と、レーザービームの第2軸のための垂直方向プリズムアレイと、テレスコープと、を有している手段;を有しており、それにより、空間的に結合して輝度を維持するための手段は、レーザービームの間の空間をレーザーエネルギーで満たして、少なくとも約600ワットのパワーと40mm−mrad未満のビームパラメータ積の結合レーザービームを提供する。 In addition, a laser system for performing laser operation is provided, the system being at least three laser diode assemblies; each of the at least three laser diode assemblies has at least 10 lasers. Having a diode, each of the at least 10 laser diodes can generate a blue laser beam along the laser beam path with a power of at least about 2 watts and a beam parameter product of less than 8 mm-mrad. Each laser beam path is essentially parallel, thereby defining a space between the laser beams traveling along the laser beam path, at least three laser diode assemblies; on all of at least 30 laser beam paths. Arranged means for spatially coupling the blue laser beam to maintain brightness, for the collimating optical element for the first axis of the laser beam and for the second axis of the laser beam. A means having a vertical prism array and a telescope; whereby the means for spatially coupling and maintaining brightness is the laser energy in the space between the laser beams. To provide a combined laser beam with a power of at least about 600 watts and a beam parameter product of less than 40 mm-mrad.

その上更に、アドレス指定可能アレイレーザー加工システムが提供されいる。当該アドレス指定可能アレイレーザー加工システムは、目下説明されている型式の少なくとも3つのレーザーシステムであって;当該少なくとも3つのレーザーシステムの各々が各自の結合レーザービームを単一の光ファイバーへ結合するように構成されており;それにより、当該少なくとも3つの結合レーザービームの各々は各自の結合された光ファイバーに沿って透過でき;当該少なくとも3つの光ファイバーはレーザーヘッドと光学的に関係付けられている、少なくとも3つのレーザーシステム;及び、制御システムであって;結合レーザービームの各々を標的材料上の既定位置に送達するための既定シーケンスを有するプログラムを有している制御システム;を有している。 In addition, addressable array laser machining systems are provided. The addressable array laser processing system is at least three laser systems of the type currently described; so that each of the at least three laser systems couples its own coupled laser beam to a single optical fiber. It is configured; thereby allowing each of the at least three coupled laser beams to pass along their own coupled optical fiber; the at least three optical fibers are optically associated with the laser head, at least three. It has one laser system; and a control system; a control system having a program having a predetermined sequence for delivering each of the combined laser beams to a predetermined position on the target material.

更に、次の特徴のうちの1つ又はそれ以上を有しているアドレス指定可能アレイのための方法及びシステムを提供する。即ち、送達するための既定シーケンスは、レーザーヘッドからのレーザービームを個別にオン及びオフし、それにより粉末床上に結像させて、粉末を有する標的材料を融解させ部品へと融合させる段階を有している;レーザーヘッド内のファイバーは、線形、非線形、円形、菱形、方形、三角形、及び六角形から成る群より選択されている配列で構成されている;レーザーヘッド内のファイバーは、2x5、5x2、4x5、少なくとも5x少なくとも5、10x5、5x10、及び3x4から成る群より選択されている配列で構成されている;標的材料は、粉末床を有している;且つ、粉末床を横切ってレーザーヘッドを移動させ、それにより粉末床を融解させ融合させることのできるx−yモーションシステムと;融合された層の後ろに追加の粉末層を提供するようにレーザー光源の後ろに位置付けられている粉末送達システムと、を有している;レーザーヘッドを移動させて粉末床の表面より上のレーザーヘッドの高さを増加及び減少させることのできるzモーションシステムを有している;送達されたレーザービームが正x方向又は負x方向に進む際に当該レーザービームの真後ろに粉末を置くことのできる2方向粉末設置装置を有している;複数のレーザービーム経路と同軸である粉末給送システムを有している;重力粉末給送システムを有している;粉末が不活性ガスの流れに同伴される粉末給送システムを有している;Nのレーザービームに対し横断方向の粉末給送システムであって、ここにN≧1であり、粉末は重力によりレーザービームの前方に置かれる、粉末給送システムを有している;及び、Nのレーザービームに対し横断方向の粉末給送システムであって、ここにN≧1であり、粉末はレーザービームに交わる不活性ガスの流れに同伴される、粉末給送システムを有している;のうちの1つ又はそれ以上を有するアドレス指定可能アレイのための方法及びシステムが提供されている。 Further provided are methods and systems for addressable arrays having one or more of the following features: That is, the default sequence for delivery involves individually turning the laser beam from the laser head on and off, thereby forming an image on the powder bed, melting the target material with the powder and fusing it into the component. The fibers in the laser head are composed of an array selected from the group consisting of linear, non-linear, circular, rhombic, square, triangular, and hexagonal; the fibers in the laser head are 2x5, Consists of a sequence selected from the group consisting of 5x2, 4x5, at least 5x at least 5, 10x5, 5x10, and 3x4; the target material has a powder bed; and a laser across the powder bed. With an xy motion system that can move the head, thereby melting and fusing the powder bed; powder positioned behind the laser source to provide an additional powder layer behind the fused layer. Has a delivery system; has a z-motion system that can move the laser head to increase and decrease the height of the laser head above the surface of the powder bed; has a delivered laser beam. Has a two-way powder placement device that allows the powder to be placed directly behind the laser beam as it travels in the positive x or negative x direction; it has a powder feeding system that is coaxial with multiple laser beam paths. Has a gravity powder feeding system; has a powder feeding system in which the powder is accompanied by a stream of inert gas; in a transverse powder feeding system with respect to the N laser beam There is a powder feeding system where N ≧ 1 and the powder is placed in front of the laser beam by gravity; and a transverse powder feeding system with respect to the N laser beam. And here N ≧ 1, the powder has a powder feeding system that is accompanied by a stream of inert gas that intersects the laser beam; an addressable array with one or more of them. Methods and systems for are provided.

更にまた、高輝度を有する結合青色レーザービームを提供する方法が提供されており、当該方法は、複数のラマン変換式レーザーを動作させて複数の個別青色レーザービームを提供する段階;及び、個別青色レーザービームを結合して、元の光源の空間輝度を維持しながらより高いパワー光源を現出させる段階;を有しており、ここに、複数のレーザービームの個別レーザービームは異なる波長を有している。 Furthermore, a method of providing a coupled blue laser beam having high brightness is provided, which is a step of operating a plurality of Raman conversion lasers to provide a plurality of individual blue laser beams; and an individual blue. It has a step of combining the laser beams to reveal a higher power light source while maintaining the spatial brightness of the original light source; where the individual laser beams of the multiple laser beams have different wavelengths. ing.

また、標的材料をレーザー加工する方法が提供されており、当該方法は、目下説明されているシステムの型式の少なくとも3つのレーザーシステムを有するアドレス指定可能アレイレーザー加工システムを動作させて、3つの個別の結合レーザービームを3本の個別の光ファイバーの中へ生成する段階;各結合レーザービームを各自の光ファイバーに沿ってレーザーヘッドへ透過させる段階;及び、レーザーヘッドからの当該3つの個別の結合レーザービームを既定シーケンスで標的材料上の既定位置に方向決めする段階;を有している。 Also provided is a method of laser processing the target material, which operates an addressable array laser processing system having at least three laser systems of the type of system currently described, three individual. The stage of generating the combined laser beam of the above into three individual optical fibers; the stage of transmitting each combined laser beam through the laser head along the individual optical fiber; and the stage of transmitting the three individual combined laser beams from the laser head Has a step of orienting the laser to a predetermined position on the target material in a predetermined sequence;

本発明による実施形態のレーザー性能を示すグラフである。It is a graph which shows the laser performance of embodiment by this invention. 本発明によるレーザーダイオード及び軸集束レンズの概略図である。It is the schematic of the laser diode and the axial focusing lens by this invention. 本発明による、速軸及び遅軸集束の後のレーザーダイオードスポットの或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser diode spot after fast-axis and slow-axis focusing according to the present invention. 本発明によるレーザーダイオード組立体の或る実施形態の予想図である。It is a prediction figure of a certain embodiment of the laser diode assembly by this invention. 本発明によるレーザーダイオードモジュールの或る実施形態の予想図である。It is a prediction figure of a certain embodiment of the laser diode module by this invention. 図2Cの実施形態の部分図であり、本発明によるレーザービーム、レーザービーム経路、及びレーザービームの間の空間を示している。FIG. 2C is a partial view of the embodiment of FIG. 2C, showing the laser beam, the laser beam path, and the space between the laser beams according to the present invention. 図2Eのレーザービーム、レーザービーム経路、及びレーザービームの間の空間の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the laser beam, the laser beam path, and the space between the laser beams of FIG. 2E. 本発明によるレーザービーム、ビーム経路、及び光学素子の或る実施形態の予想図である。FIG. 5 is a predictive view of certain embodiments of a laser beam, beam path, and optical device according to the present invention. 本発明による、パターン化されたミラー後の結合レーザーダイオードビームの図である。FIG. 5 is a diagram of a coupled laser diode beam after a patterned mirror according to the present invention. 本発明による、ビームの均等スプリットを有するビームフォルダ後のレーザーダイオードビームの図である。FIG. 5 is a diagram of a laser diode beam after a beam folder with an even split of the beam according to the present invention. 本発明による、3−2列スプリットを有するビームフォルダ後のレーザーダイオードビームの図である。It is a figure of the laser diode beam after the beam folder which has a 3-2 row split by this invention. 本発明による、レーザーダイオードアレイの或る実施形態の出発又は標的材料上の走査の或る実施形態を描いている概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram depicting an embodiment of a starting or scanning of a laser diode array according to the present invention. 本発明による、加工パラメータを提供している表である。It is a table which provides the processing parameter by this invention. 本発明によるレーザーアレイシステム及びプロセスの或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of certain embodiments of a laser array system and process according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステム及びプロセスの或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of certain embodiments of a laser array system and process according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステム及びプロセスの或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of certain embodiments of a laser array system and process according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention. 本発明によるレーザーアレイシステムの或る実施形態で使用するためのレーザーファイバー束配列の或る実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an embodiment of a laser fiber bundle array for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention.

概して、本発明は、レーザービームを結合すること、これらの結合を作り出すためのシステム、及び組み合わされたビームを利用するプロセスに関する。特に、本発明は、幾つかのレーザービーム光源からのレーザービームを1つ又はそれ以上の結合レーザービームへと結合するためのアレイ、組立体、及び装置に関する。これらの結合レーザービームは、望ましいことに、個別光源からのレーザービームの維持された、強化された、又は維持され且つ強化された、様々な態様及び特性を有している。 In general, the present invention relates to the coupling of laser beams, the system for creating these couplings, and the process of utilizing the combined beams. In particular, the present invention relates to arrays, assemblies, and devices for coupling laser beams from several laser beam light sources into one or more combined laser beams. These coupled laser beams preferably have various modes and properties of maintained, enhanced, or maintained and enhanced laser beams from individual light sources.

本アレイ組立体の実施形態及びそれらが提供する結合レーザービームは、広範な適用可能性を見出すことができる。本アレイ組立体の実施形態はコンパクトで堅牢である。本アレイ組立体は、利用可能性として幾つか例を挙げるなら、溶接、3D印刷を含む積層造形;積層造形−フライス加工システム、例えば積層除去的製造;天文学;気象学;画像化;娯楽を含む映写;及び歯科を含む医用;に適用可能性を有する。 The embodiments of the array assembly and the coupled laser beams they provide can be found to have wide applicability. Embodiments of this array assembly are compact and robust. The array assembly includes laminating modeling including welding, 3D printing; laminating modeling-milling systems such as delamination manufacturing; astronomy; meteorology; imaging; entertainment, to name a few. Applicable to projection; and medical use including dentistry.

この明細書は青色レーザーダイオードアレイに主眼を置いているが、この実施形態は本発明によって構想されるアレイ組立体、システム、プロセス、及び結合レーザービームの諸型式を例示しているに過ぎないことを理解されたい。而して、本発明の実施形態は、固体レーザー、ファイバーレーザー、半導体レーザー、並びに他の型式のレーザー、及びこれらの結合及び変形型の様な、様々なレーザービーム光源からのレーザービームを結合するためのアレイ組立体を含む。本発明の実施形態は、全波長に亘ってレーザービームを結合すること、例えば、約380nmから800nmまで(例えば可視光線)、約400nmから約880nmまで、約100nmから400nmまで、約700nmから1mmまでの波長、及びこれらの様々な範囲内の特定の波長の結合及び変形型、を有するレーザービームを結合することを含んでいる。本アレイの実施形態は、マイクロ波コヒーレント放射(例えば、約1mmより大きい波長)にも適用可能性を見出すことであろう。本アレイの実施形態は、1つ、2つ、3つ、数十、又は数百のレーザー光源からのビームを結合することができる。これらのレーザービームは、数ミルワットから、数ワット、数キロワットまでを有することができる。 Although this specification focuses on blue laser diode arrays, this embodiment merely illustrates the types of array assemblies, systems, processes, and coupled laser beams envisioned by the present invention. I want you to understand. Thus, embodiments of the present invention combine laser beams from various laser beam sources, such as solid-state lasers, fiber lasers, semiconductor lasers, and other types of lasers, and their combined and modified types. Includes an array assembly for. Embodiments of the present invention combine laser beams over all wavelengths, eg, from about 380 nm to 800 nm (eg visible light), from about 400 nm to about 880 nm, from about 100 nm to 400 nm, from about 700 nm to 1 mm. Includes coupling laser beams with different wavelengths, and coupling and variants of specific wavelengths within these various ranges. Embodiments of this array will also find applicability for microwave coherent radiation (eg, wavelengths greater than about 1 mm). Embodiments of this array can combine beams from one, two, three, tens, or hundreds of laser sources. These laser beams can range from a few mil watts to a few watts and a few kilowatts.

本発明の実施形態は、望ましくは高輝度レーザー光源を現出させる構成で組み合わされている青色レーザーダイオードのアレイから成る。この高輝度レーザー光源は、材料を直接的に加工する、即ち、刻印、切削、溶接、ろう付け、熱処理、焼き鈍し、をするのに使用することができるだろう。加工される材料、例えば出発材料又は標的材料は、何れの材料又は成分又は組成物を含んでいてもよく、幾つか例を挙げると、限定するわけではないがTFT(薄膜トランジスタ)の様な半導体素子、3D印刷出発材料、金、銀、プラチナ、アルミニウム、及び銅を含む金属、プラスチック、組織、及び半導体ウェーハ、を含めることができる。直接的な加工には、幾つか例を挙げるなら、例えば、電子機器からの金の融除、映写ディスプレイ、及びレーザー光のショーを含めることができる。 Embodiments of the present invention consist of an array of blue laser diodes, preferably combined in a configuration that reveals a high-intensity laser light source. This high-intensity laser light source could be used to process materials directly, i.e., engrave, cut, weld, braze, heat treat, anneal. The material to be processed, for example, the starting material or the target material, may contain any material or component or composition, and to name a few examples, semiconductor devices such as TFTs (thin film transistors). 3, 3D printing starting materials, metals including gold, silver, platinum, aluminum, and copper, plastics, textures, and semiconductor wafers can be included. Direct processing can include, for example, melting gold from electronic devices, projection displays, and laser light shows, to name a few.

本高輝度レーザー光源の実施形態は、また、ラマンレーザー又はアンチストークスレーザーをポンプするのに使用することもできる。ラマン媒質は、ファイバー光学素子であってもよいし、又はダイヤモンド、KGW(タングステン酸カリウムガドリニウム、KGd(W04)2)、YVO4、及びBa(NO3)2の様な結晶であってもよい。或る実施形態では、高輝度レーザー光源は青色レーザーダイオード光源であって、400nmから500nmの波長範囲で動作する半導体デバイスである。ラマン媒質は、輝度変換器であり、青色レーザーダイオード光源の輝度を増加させることができる。輝度強化は単一モードの回折制限された光源を現出させるまでに及び、即ち、ビームは、約1及び1.5のM2値を有することになり、ビームパラメータ積は、波長に依存して1mm-mrad未満、0.7mm-mrad未満、0.5mm-mrad未満、0.2mm-mrad未満、及び0.13mm-mrad未満となる。 This high-intensity laser light source embodiment can also be used to pump a Raman or anti-Stokes laser. The Raman medium may be a fiber optic or crystals such as diamond, KGW (potassium nitrate gadolinium, KGd (W04) 2), YVO4, and Ba (NO3) 2. In certain embodiments, the high-intensity laser light source is a blue laser diode light source, a semiconductor device operating in the wavelength range of 400 nm to 500 nm. The Raman medium is a brightness transducer and can increase the brightness of a blue laser diode light source. The brightness enhancement extends to the emergence of a single mode diffraction-limited light source, i.e. the beam will have M2 values of about 1 and 1.5, and the beam parameter product will depend on the wavelength. It is less than 1 mm-mrad, less than 0.7 mm-mrad, less than 0.5 mm-mrad, less than 0.2 mm-mrad, and less than 0.13 mm-mrad.

或る実施形態では、「n」又は「N」(例えば、2つ、3つ、4つなど、数十、数百、又はそれ以上)のレーザーダイオード光源を光ファイバーの束に構成することができ、そうすれば、レーザー動作及び処置手順の2〜3の例として、材料の刻印、融解、溶接、融除、焼き鈍し、熱処理、切削、及びこれらの結合及び変形型、を行うのに使用することのできるアドレス指定可能な光源が可能になる。 In certain embodiments, "n" or "N" (eg, two, three, four, etc., tens, hundreds, or more) laser diode light sources can be configured in a bundle of optical fibers. , And then used to perform engraving, melting, welding, melting, annealing, heat treatment, cutting, and bonding and deformation of these, as a few examples of laser operation and procedure. A light source that can be addressed can be specified.

青色レーザーダイオードのアレイを光学組立体と組み合わせ、高輝度結合レーザービームを提供することのできる高輝度ダイレクトダイオードレーザーシステムを現出させることもできる。図1は、200ワットでの8mm−mradから4000ワットでの45mm−mradの範囲に及ぶ輝度を有するファイバーコンバイナ技法を使用した場合のビームパラメータ積の範囲の実施形態のレーザー性能(ビームパラメータ積対レーザーパワーW(ワット))についての表100を示している。線101は、レーザーダイオードアレイの或る実施形態についての性能を描いている。線102は、稠密波長ビーム結合アレイの性能を描いている。線103は、ファイバーコンバイナ技法を使用してスケールした場合の輝度変換技術の性能を描いている。線104は、輝度変換器の出力の稠密波長結合を使用した場合の輝度変換技術の性能を描いている。これは、パワーレベルがスケールされた際に、結合ビームが単一空間モード又はほぼ単一空間モードに留まれるようにする。稠密波長を結合する段階は、回折格子を使用して各個々の輝度変換式レーザーの波長を制御し、続いて回折格子によってそれらビームを単一ビームへ結合する。回折格子は、刻線回折格子、ホログラフィック回折格子、ファイバーブラッグ回折格子(FBG)、又は体積ブラッグ回折格子(VBG)とすることができる。更に、好適な実施形態は回折格子を使用するものとされてはいるが、プリズムを使用することも実現可能である。 An array of blue laser diodes can also be combined with an optical assembly to reveal a high brightness direct diode laser system capable of providing a high brightness coupled laser beam. FIG. 1 shows the laser performance (beam parameter product pair) of an embodiment in the range of beam parameter products when using a fiber combiner technique with brightness ranging from 8 mm-mrad at 200 watts to 45 mm-mrad at 4000 watts. Table 100 shows the laser power W (watt). Line 101 depicts the performance of a laser diode array for certain embodiments. Line 102 depicts the performance of a dense wavelength beam coupled array. Line 103 depicts the performance of the luminance conversion technique when scaled using the fiber combiner technique. Line 104 depicts the performance of the luminance conversion technique when using the dense wavelength coupling of the output of the luminance transducer. This allows the coupled beam to remain in single space mode or near single space mode when the power level is scaled. The step of combining dense wavelengths uses a diffraction grating to control the wavelength of each individual luminance converting laser, followed by a diffraction grating to combine those beams into a single beam. The diffraction grating can be an engraved diffraction grating, a holographic diffraction grating, a fiber Bragg diffraction grating (FBG), or a volume Bragg diffraction grating (VBG). Further, although a preferred embodiment is supposed to use a diffraction grating, it is also feasible to use a prism.

図2Aは、レーザービームをレーザービーム経路に沿って速軸コリメートレンズ201(FAC)へ伝幡させているレーザーダイオード200の概略図である。速軸パワーを捕捉し、輝度を維持し且つ光学チェーンへ至るビームの結合を可能にさせる的確な高さを有する回折制限されたビームを速軸に現出させるために、1.1mm、1.2mm、1.5mm、2mmの、又は4mmもの円筒形非球面レンズが使用されている。コリメートレンズ202は、レーザーダイオードの遅軸(発散角度がより小さい軸、典型的にはx軸)のコリメート用である。15mm、16mm、17mm、18mm、又は21mmの焦点距離の円筒形非球面レンズが、遅軸パワーを捕捉し、レーザー光源の輝度を維持するように遅軸をコリメートする。遅軸コリメータの焦点距離は、光学システムによって目標ファイバー直径にされるレーザービームレットの最適化された結合をもたらす。アレイの好適な実施形態では、遅軸コリメートレンズと速軸コリメートレンズはどちらも各レーザービーム経路に沿って配置されていて、個別レーザービームを成形するのに使用されている。 FIG. 2A is a schematic view of a laser diode 200 in which a laser beam is transmitted to a fast-axis collimating lens 201 (FAC) along a laser beam path. To capture the fast axis power, maintain brightness, and produce a diffraction-limited beam with the correct height to allow coupling of the beam to the optical chain, 1.1 mm, 1. Cylindrical aspherical lenses of 2 mm, 1.5 mm, 2 mm, or 4 mm are used. The collimating lens 202 is for collimating the slow axis of the laser diode (the axis having a smaller divergence angle, typically the x-axis). A cylindrical aspheric lens with a focal length of 15 mm, 16 mm, 17 mm, 18 mm, or 21 mm captures the slow axis power and collimates the slow axis to maintain the brightness of the laser light source. The focal length of the slow axis collimator results in an optimized coupling of the laser beamlet to the target fiber diameter by the optical system. In a preferred embodiment of the array, both the slow axis collimating lens and the fast axis collimating lens are arranged along each laser beam path and are used to form individual laser beams.

図2Bは、レーザーダイオードからのレーザービームが速軸集束レンズ及び遅軸集束レンズの両方を通過することによって形成されたレーザービームスポット203の概略図である。このシミュレーションは、光源の完全開口を横切る光源の最大発散を勘案している。方形、矩形、円形、楕円形、線形、及び、これら及び他の形状の結合及び変形型の様な、多くの異なる形状のレーザービームスポットを現出させることができるものと理解している。例えば、結合レーザービームは、青色レーザー光を用いて、100mmの焦点距離のレンズ、0.18のNAで、100μmのスポットサイズへ集束されたスポット203を現出させる。 FIG. 2B is a schematic view of a laser beam spot 203 formed by passing a laser beam from a laser diode through both a fast-axis focusing lens and a slow-axis focusing lens. This simulation takes into account the maximum divergence of the light source across the full aperture of the light source. We understand that it is possible to reveal laser beam spots of many different shapes, such as square, rectangular, circular, elliptical, linear, and combined and modified forms of these and other shapes. For example, the combined laser beam uses blue laser light to reveal a spot 203 focused to a spot size of 100 μm with a lens with a focal length of 100 mm and an NA of 0.18.

図2C及び図2Dを見ると、レーザーダイオード部分組立体210(例えば、ダイオードモジュール、バー、プレート、マルチダイパッケージ)及び4つのレーザーダイオード組立体210、210a、210b、210cを有するレーザーダイオードモジュール220の実施形態が示されている。 Looking at FIGS. 2C and 2D, a laser diode module 220 having a laser diode subassembly 210 (eg, diode module, bar, plate, multi-die package) and four laser diode assemblies 210, 210a, 210b, 210c. Embodiments are shown.

図2Eには、レーザービーム250a、251a、252aの一部の各自のレーザービーム経路250、251、252に沿った部分を示す詳細図が示されている。図2Fは、図2Eのレーザービームの断面図であり、開放空間の水平方向260及び垂直方向261(図の向きに基づく)を示している。ビーム結合光学素子は、最終スポット203(図2B)での開放空間、例えば260、261を排除するようにこれらビームを一緒に近づける。 FIG. 2E shows a detailed view showing a part of the laser beams 250a, 251a, 252a along the respective laser beam paths 250, 251, 252. FIG. 2F is a cross-sectional view of the laser beam of FIG. 2E, showing the horizontal direction 260 and the vertical direction 261 (based on the orientation of the figure) of the open space. The beam-coupling optics bring these beams together so as to eliminate the open space at the final spot 203 (FIG. 2B), such as 260, 261.

レーザーダイオードモジュール220は、結合レーザービームを発生させることができ、望ましくは図1の曲線101の性能を有する結合青色レーザービームを発生させることができる。レーザーダイオード組立体210は、熱伝導性材料例えば銅であるベースプレート211を有しており、ベースプレートは、ダイオード例えば213へ電気パワーを提供するために進入するパワーリード(一例としてワイヤ)例えば212を有している。このマルチダイパッケージの実施形態では、20のレーザーダイオード例えば213がカバープレートの後ろに5x4構成で配列されている。組立体内にnxnのダイオードを提供するのに他の構成、例えば、4x4、4x6、5x6、10x20、30x5、及び今日開発中の構成など、及びこれらの組み合せ及び変形型も構想される。各ダイオードは、複数の行例えば216を横切って単一の遅軸コリメート(SAC)レンズを使用する場合に、遅軸例えば214でのビームの位置を平行移動させるための平面平行板を有していてもよい。好適実施形態がそうであるように各レーザーダイオードのために個別遅軸レンズを使用している場合には、平面平行板は必要でない。組立体のプロセスの結果として、レーザービーム経路が個別レーザーダイオードの各々から伝幡してゆく際に、平面平行板が遅軸でのレーザービーム経路の位置を補正する。各レーザーダイオードのために個別FAC/SACレンズ対が使用されている場合は平面平行板は不要である。SAC位置はパッケージ内の何らかの組立体誤差を補償する。これらの手法の両方の結果は、個別レンズ対(FAC/SAC)を使用している場合か又は個別FAC/平面平行板の後に共用SACレンズを使用している場合に、ビームレットを整列させて平行にする、というものであり、平行で離間されたレーザービーム例えば251a、252a、250a及びビーム経路例えば251、252、250がもたらされる。 The laser diode module 220 can generate a coupled laser beam, preferably a coupled blue laser beam having the performance of curve 101 in FIG. The laser diode assembly 210 has a base plate 211 that is a thermally conductive material such as copper, and the base plate has a power lead (eg a wire) such as 212 that enters to provide electrical power to the diode such as 213. doing. In this multi-die package embodiment, 20 laser diodes, eg, 213, are arranged behind the cover plate in a 5x4 configuration. Other configurations for providing nxn diodes in the assembly, such as 4x4, 4x6, 5x6, 10x20, 30x5, and configurations under development today, and combinations and variants thereof are also envisioned. Each diode has a planar parallel plate for translating the position of the beam on the slow axis, eg 214, when using a single slow axis collimating (SAC) lens across multiple rows, eg, 216. You may. A planar parallel plate is not required if individual slow-axis lenses are used for each laser diode, as is the preferred embodiment. As a result of the assembly process, the planar parallel plate corrects the position of the laser beam path on the slow axis as the laser beam path propagates from each of the individual laser diodes. A flat parallel plate is not required if a separate FAC / SAC lens pair is used for each laser diode. The SAC position compensates for any assembly error in the package. The results of both of these techniques are that the beamlets are aligned when using individual lens pairs (FAC / SAC) or when using shared SAC lenses after individual FAC / planar parallel plates. It is to be parallel, resulting in parallel and spaced laser beams such as 251a, 252a, 250a and beam paths such as 251, 252, 250.

レーザーダイオード部分組立体、例えば210、210a、210b、210cの各々からの合成ビームは、4つのレーザーダイオード部分組立体からのビームを向け直して図2Gに示されている様に単一のビームへ結合するのに使用されるパターン化されたミラー例えば225へ伝搬する。4行のコリメートレーザーダイオードが他の3つのパッケージの4行と組み合わされ(interlaced)、複合(composite)ビームを現出させる。図2Hは、レーザー部分組立体210からのビーム例えば230の位置を示している。開口絞り235が、結合ビームレットからの何らかの不要な散乱光を削ぎ取り、ファイバー入力面への熱負荷を軽減する。偏光ビーム折り重ね組立体227が、ビームを遅軸で半分に折り重ねて、合成レーザーダイオードビームの輝度を二倍化する(図2I)。ビームは、どちらかのやり方として、中央の中央エミッタをスプリットすることによって折り重ねられて図21に示されているパターンがもたらされるようにしてもよく、その場合、ビーム231は偏光による遅軸方向への2つのビームレットの重なりであり、ビーム232は何れの他のエミッタにも重ならないスプリットビームレットである。ビームが第2ビームレットと第3ビームレットの間でスプリットされる場合(図2J)、ビーム折り重ね部は更に効率的であり、ビーム例えば233の列の2つが重ね合わされ、一方でビームの第3列例えば234は単にそのまま通過してゆく。テレスコープ組立体228は、結合ビームの遅軸を拡張するか又は速軸を圧縮してより小さいレンズの使用を可能にする。この実施例(図2G)に示されているテレスコープ228は、ビームを2.6倍の倍率で拡張し、そのサイズを11mmから28.6mmに増加させ、尚且つ同じ2.6倍の倍率で遅軸の発散を縮小させている。テレスコープ組立体が速軸を圧縮するのであれば、その場合、それは速軸を22mmの高さ(総合成ビーム)から11mmの高さに引き下げて11mmx11mmの合成ビームを与える2倍テレスコープということになる。これは、低コスト故に好適な実施形態である。非球面レンズ229は、合成ビームを、少なくとも50μm、100μm、150μm、又は200μmの直径の光ファイバー245(図2D)の中へ集束させる。多重レーザーダイオードモジュール220のファイバー出力は、ファイバーコンバイナを用いて組み合わされて、図1(線101)による更に高い出力パワーレベルのレーザーを発生させる。レーザーダイオードモジュールは、非球面レンズ229とファイバーコンバイナ240が剪断ミラーのセットで置き換えられ、当該剪断ミラーが次いで非球面レンズへ結合し、合成ビームを光ファイバーの端の中へ射出させる、という光学的組み合わせ方法を使用して組み合わされる。このやり方では、1つ、2つ、3つ、数十、及び数百のレーザーダイオードモジュールを光学的に関連付け、それら各自のレーザービームを結合することができる。このやり方で、結合レーザービームそれ自体を更に又は積層に結合して、多重結合レーザービームを形成させることもできる。 Synthetic beams from each of the laser diode subassemblies, such as 210, 210a, 210b, 210c, are redirected from the four laser diode subassemblies into a single beam as shown in FIG. 2G. Propagate to a patterned mirror used to combine, eg 225. The four rows of collimated laser diodes are interlaced with the four rows of the other three packages to reveal a composite beam. FIG. 2H shows the position of the beam, eg, 230, from the laser subassembly 210. The aperture diaphragm 235 scrapes off any unwanted scattered light from the coupled beamlet, reducing the heat load on the fiber input surface. The polarized beam fold assembly 227 folds the beam in half on the slow axis to double the brightness of the synthetic laser diode beam (FIG. 2I). The beam may either be folded by splitting the central central emitter to give the pattern shown in FIG. 21, in which case the beam 231 is polarized in the slow axis direction. The beam 232 is a split beamlet that does not overlap any other emitter. If the beam is split between the second beamlet and the third beamlet (FIG. 2J), the beam folds are more efficient, with two of the beams, eg, rows of 233, superimposed, while the beam's first. Three rows, for example 234, simply pass through as they are. The telescope assembly 228 extends the slow axis of the coupled beam or compresses the fast axis to allow the use of smaller lenses. The telescope 228 shown in this example (FIG. 2G) extends the beam at a magnification of 2.6x and increases its size from 11mm to 28.6mm, yet at the same magnification of 2.6x. The divergence of the slow axis is reduced. If the telescope assembly compresses the speed axis, then it is a double telescope that pulls the speed axis from a height of 22 mm (comprehensive beam) to a height of 11 mm to give a composite beam of 11 mm x 11 mm. become. This is a preferred embodiment due to its low cost. The aspheric lens 229 focuses the synthetic beam into an optical fiber 245 (FIG. 2D) having a diameter of at least 50 μm, 100 μm, 150 μm, or 200 μm. The fiber outputs of the multiplex laser diode module 220 are combined using a fiber combiner to generate a laser with a higher output power level as shown in FIG. 1 (line 101). The laser diode module is an optical combination in which an aspheric lens 229 and a fiber combiner 240 are replaced with a set of shear mirrors, which in turn couple to the aspheric lens and eject a synthetic beam into the end of the optical fiber. Combined using the method. In this way, one, two, three, tens, and hundreds of laser diode modules can be optically associated and their own laser beams coupled. In this way, the coupled laser beam itself can also be further coupled or coupled to a stack to form a multiple bond laser beam.

図2C及び図2Dの実施形態では、構成は、例えば200ワットに上るレーザービームパワーを単一の50μm、100μm、150μm、又は200μmのコアの光ファイバーの中へ射出することを実現可能にしている。図2C及び図2Dの実施形態は、50ワットの個別ダイオード組立体例えば50ワットモジュールを4つまで使用する200Wダイオードアレイ組立体例えば200Wの結合モジュールを作り出すための典型的な構成要素を示している。 In the embodiments of FIGS. 2C and 2D, the configuration makes it feasible to emit, for example, 200 watts of laser beam power into a single 50 μm, 100 μm, 150 μm, or 200 μm core optical fiber. The embodiments of FIGS. 2C and 2D show typical components for creating a 200 W diode array assembly, eg, a 200 W coupling module, which uses up to four 50 watt individual diode assemblies, eg, 50 watt modules. ..

複数の構成、パワー、及び結合ビーム数が実現可能であるものと理解している。図2C及び図2Dの実施形態は、パワー供給からレーザーダイオードへの電気接続を最小限にする。 We understand that multiple configurations, powers, and combined beam counts are feasible. The embodiments of FIGS. 2C and 2D minimize the electrical connection from the power supply to the laser diode.

而して、個別モジュール、組み合わせモジュール、及びそれら両方は、単一の結合レーザービームを提供するように構成されることもできれば、複数の結合レーザービーム、例えば2、3、4、数十、数百、又はそれ以上の結合レーザービームを提供するように構成されることもできる。これらのレーザービームは、それぞれ、単一ファイバーに射出されてもよいし、又はそれらはより少数のファイバーの中へ射出されるように更に組み合わされてもよい。従って、例示として、12の結合レーザービームを12本のファイバーの中へ射出させることもできるし、12のビームを組み合わせ、12本より少ないファイバー例えば10本、8本、6本、4本、又は3本のファイバーの中へ射出させることもできる。この結合する段階は、個別ファイバーの間でのパワー分配の釣り合いを図るか又は不釣り合いを図るために異なるパワーのビームとすることができ、また、異なる波長又は同じ波長を有するビームとすることができるものと理解されたい。 Thus, individual modules, combination modules, and both may be configured to provide a single combined laser beam, or multiple combined laser beams, such as 2, 3, 4, tens, numbers. It can also be configured to provide a hundred or more coupled laser beams. Each of these laser beams may be emitted into a single fiber, or they may be further combined so that they are emitted into a smaller number of fibers. Thus, as an example, 12 coupled laser beams can be ejected into 12 fibers, or a combination of 12 beams can be combined to produce less than 12 fibers such as 10, 8, 6, 4, or It can also be injected into three fibers. This coupling step can be a beam of different powers to balance or disproportionate the power distribution between the individual fibers, and can be a beam of different wavelengths or the same wavelength. Please understand that it can be done.

或る実施形態では、レーザーダイオードのアレイの輝度は、各アレイを異なる波長で動作させ、次いでそれらを回折格子か又は一連の狭帯域ダイクロイックフィルタを用いて結合することによって、改善することができる。この技術の輝度スケーリングは図1には直線に近い線102として示されている。出発点は、単一モジュールによって実現され得るものと同じ輝度であり、各モジュールが先のモジュールに線形様式で空間的に重ね合わされることから、ファイバー直径は変わらないが、射出されるパワーは、実際に、波長ビーム結合モジュールからのより高い輝度をもたらす。 In certain embodiments, the brightness of the array of laser diodes can be improved by operating each array at different wavelengths and then coupling them with a grating or a series of narrowband dichroic filters. The luminance scaling of this technique is shown in FIG. 1 as line 102, which is close to a straight line. The starting point is the same brightness that can be achieved by a single module, and since each module is spatially superposed on the previous module in a linear fashion, the fiber diameter does not change, but the power emitted is In fact, it provides higher brightness from the wavelength beam coupling module.

或る実施形態では、青色レーザーダイオードのアレイを、輝度変換器の助けを借りてほぼ単一モード又は単一モードの出力へ変換することができる。輝度変換器は、光ファイバー、結晶、又はガスとすることができる。変換プロセスは、青色レーザーダイオードのアレイからの出力を、共振器キャビティを用いて、光ファイバー、結晶、又はガスの中へ射出させることによって実現される誘導ラマン散乱を介して進行する。青色レーザーダイオードのパワーは誘導ラマン散乱を介して利得へ変換され、レーザー共振器はポンプ波長からストークスシフトだけオフセットされている第1ストークスラマン線上で発振する。例えば、米国特許出願第14/787,393号の明細書の図3及び関連付けられる開示に示されている実施形態は、国際公開第2014/179345号に基づくものであって、その開示全体をここに参考文献として援用する。この技術の性能の特徴は図1の線103に示されており、ファイバーコンバイナを使用して複数の高輝度レーザービームを結合する場合に、輝度は、200Wレーザーについては0.3mm−mradにてにて始り、4000Wレーザーについては2mm−mradとなる。 In certain embodiments, an array of blue laser diodes can be converted to a nearly single-mode or single-mode output with the help of a luminance transducer. The brightness transducer can be an optical fiber, a crystal, or a gas. The conversion process proceeds via induced Raman scattering, which is achieved by ejecting the output from the array of blue laser diodes into an optical fiber, crystal, or gas using a resonator cavity. The power of the blue laser diode is converted to gain via induced Raman scattering, and the laser cavity oscillates on a first Stokes Slaman line offset by the Stokes shift from the pump wavelength. For example, the embodiment shown in FIG. 3 of the specification of U.S. Patent Application No. 14 / 787,393 and the associated disclosure is based on WO 2014/179345, the entire disclosure of which is hereby. Incorporated as a reference. The performance features of this technique are shown in line 103 of FIG. 1, where when combining multiple high-intensity laser beams using a fiber combiner, the intensities are 0.3 mm-mrad for a 200 W laser. For a 4000W laser, it will be 2mm-mrad.

青色レーザー光源の輝度は、輝度変換された光源の出力を結合することによって更に高めることができる。この型式の実施形態の性能は図1の線104によって示されている。ここでは輝度は出発モジュールによって0.3mm−mradに画定されている。ラマン線の利得−帯域幅はレーザーダイオードのそれより実質的に広く、従ってレーザーダイオード技術単独の場合より多くのレーザーを、波長を介して結合することができる。結果は、200Wのレーザーと同じ0.3mm−mradを有する4kWレーザーである。これは、図1に平坦な線104によって示されている。 The brightness of the blue laser light source can be further increased by combining the outputs of the brightness-converted light sources. The performance of this type of embodiment is shown by line 104 in FIG. Here the brightness is defined by the starting module to 0.3 mm-mrad. The gain-bandwidth of the Raman wire is substantially wider than that of a laser diode, thus allowing more lasers to be coupled over a wavelength than with laser diode technology alone. The result is a 4kW laser with the same 0.3mm-mrad as a 200W laser. This is shown by the flat line 104 in FIG.

本明細書に記載されている本発明の技術は、溶接から、切削、ろう付け、熱処理、彫刻、成形、形成、接合、焼き鈍し、及び融除、並びにこれら及び様々な他の材料加工動作の組み合わせに及ぶ広い範囲の用途のためのレーザーシステムを構成するのに使用することができる。好適なレーザー光源は相対的に高輝度であるが、本発明は、より低い輝度要件に合致するシステムを構成する能力も提供する。また、これらのレーザーの群を長いラインへと結合することができ、それを使用すれば、例えば、フラットパネルディスプレイのTFTの様な広い面積の半導体デバイスを焼き鈍す場合の様に、標的材料のより広い面積へレーザー動作を実行することができるようになる。 The techniques of the invention described herein include welding, cutting, brazing, heat treatment, engraving, molding, forming, joining, annealing, and melting, as well as combinations of these and various other material processing operations. It can be used to construct a laser system for a wide range of applications. Although suitable laser sources have relatively high brightness, the present invention also provides the ability to configure systems that meet lower brightness requirements. You can also combine these groups of lasers into long lines that can be used to blunt a large area semiconductor device, such as a TFT in a flat panel display. It will be possible to perform laser operation on a larger area.

レーザーダイオード、レーザーダイオードアレイ、波長結合式レーザーダイオードアレイ、輝度変換式レーザーダイオードアレイ、及び波長結合式レーザーダイオードアレイのどれかの出力を使用して、独自の個別にアドレス指定可能な印刷機械を創出することもできる。各モジュールからのレーザーパワーはプラスチックの他に金属粉末も融解及び融合させるのに十分であるので、これらの光源は、積層造形用途はもとより積層−除去的製造用途(即ち、本レーザーの積層造形システムを、CNC機械又は他の型式のフライス加工機械並びにレーザー除去又は融除の様な伝統的除去製造技術と組み合わせる)にとっても理想的である。本システム及びレーザー構成は、小スポットサイズ、精密さ、及び他の因子を提供することのできる能力を有しているので、ミクロ及びナノスケールの積層的、除去的、及び積層−除去的製造技術にも用途を見出すことができるだろう。個別に接続されているレーザーのアレイを粉末表面へ結像させれば、単一の走査式レーザー光源のn倍の速さでオブジェクトを作成することができる。速さは、nスポットの各々についてより高いパワーのレーザーを使用することによって更に高めることができる。輝度変換式レーザーを使用した場合、ほぼ回折制限されたスポットをnスポットの各々について実現することができ、その結果、青色高輝度レーザー光源を用いて形成される個別スポットのサブミクロン性質のおかげで、より高い解像度の部品を作成することが実現可能になる。本構成及びシステムのこのより小さいスポットサイズは、先行技術の3D印刷技術に比べ、加工速度及び印刷プロセスの解像度における実質的改善をもたらす。本システムの実施形態が可搬式粉末給送装置と組み合わされれば、先行技術の積層造形機械の印刷速度の100倍を超える速さで層を次々と継続的に印刷することができる。位置決め装置がレーザー融合スポットの直後ろで正又は負の方向のどちらかに動いてゆく際にシステムが粉末を堆積させられるようにする(例えば、図5、粉末装置508、粉末装置508b)ことによって、システムは次層にとって必要な粉末を塗布する又は水平にするのに停止する必要無しに継続的に印刷することができる。 Create your own individually addressable printing machine using the output of a laser diode, laser diode array, wavelength coupled laser diode array, brightness conversion laser diode array, or wavelength coupled laser diode array You can also do it. Since the laser power from each module is sufficient to melt and fuse metal powders as well as plastics, these light sources are used for laminating-removal manufacturing as well as laminating-removal manufacturing applications (ie, the laser's laminating molding system). Is also ideal for CNC machines or other types of milling machines and traditional removal manufacturing techniques such as laser removal or melting). The system and laser configurations have the ability to provide small spot sizes, precision, and other factors, so micro and nanoscale stacking, removal, and stack-removal manufacturing techniques. You will also find uses. By imaging an array of individually connected lasers onto a powder surface, objects can be created n times faster than a single scanning laser light source. The speed can be further increased by using a higher power laser for each of the n spots. When using a brightness conversion laser, nearly diffraction-limited spots can be achieved for each of the n spots, and as a result, thanks to the submicron nature of the individual spots formed using the blue high brightness laser source. , It becomes feasible to create parts with higher resolution. This smaller spot size of the configuration and system provides a substantial improvement in processing speed and resolution of the printing process compared to prior art 3D printing techniques. When the embodiment of this system is combined with the portable powder feeder, the layers can be continuously printed one after another at a speed exceeding 100 times the printing speed of the prior art laminated molding machine. By allowing the system to deposit powder as the positioning device moves in either the positive or negative direction directly behind the laser fusion spot (eg, Figure 5, powder device 508, powder device 508b). The system can print continuously without the need to stop to apply or level the powder required for the next layer.

図3を見ると、2列の段違いのスポット例えばスポット303aと例えばスポット303bを有するレーザーシステムの場合のレーザープロセスの概略図が示されている。レーザースポット例えば303a、303bは、標的材料を横切って矢印301の方向に動かされ、例えば走査される。標的材料が粉末形態302であるとして、すると材料はレーザースポット304によって融解され、次いで転移線305にほぼ沿って固化して融合材料306としての形になる。ビームのパワー、ビームの照射時間、運動速度、及びこれらの組合せは、融解転移線305の既定形状をもたらす既定の方式で変えることができる。ビームを段違いにさせることのできる距離は、ファイバー及びそれらの光学構成要素を保持するのに要求される固定具によって必要とされる通りに、0mm、0.1mm、0.5mm、1mm、2mm離間させることができる。段違いは、更に、設定された段違いの段サイズで単調的に増加及び減少する位置であってもよいし、又は可変段サイズで増加及び減少する位置であってもよい。正確な速度という利点は製造される部品の標的材料及び構成に依存するであろう。 FIG. 3 shows a schematic diagram of the laser process in the case of a laser system having two rows of staggered spots, such as spots 303a and, for example, spots 303b. Laser spots such as 303a and 303b are moved in the direction of arrow 301 across the target material and scanned, for example. Assuming the target material is in powder form 302, the material is then melted by the laser spot 304 and then solidified approximately along the transition line 305 to form the fusion material 306. The power of the beam, the irradiation time of the beam, the velocity of motion, and combinations thereof can be changed in a predetermined manner that results in a predetermined shape of the melting transition line 305. The distances at which the beams can be staggered are 0 mm, 0.1 mm, 0.5 mm, 1 mm, 2 mm apart, as required by the fixtures required to hold the fibers and their optics. Can be made to. Further, the step difference may be a position where the step size is monotonically increased or decreased at the set step size, or a position where the step difference may be increased or decreased at the variable stage size. The advantage of accurate speed will depend on the target material and composition of the parts being manufactured.

図4は、図5−図7で20ビームシステムについて描かれている様なレーザーシステム及び構成の実施形態について実現され得る性能を要約しており、速度は、追加のビームがシステムへ加えられる毎に増加する。 FIG. 4 summarizes the performance that can be achieved for embodiments of the laser system and configuration as depicted for the 20 beam system in FIGS. 5-7, where the velocity is each time an additional beam is applied to the system. Increase to.

図5を見ると、アドレス指定可能レーザー送達構成を有するレーザーシステムの或る実施形態の概略図が提供されている。システムはアドレス指定可能レーザーダイオードシステム501を有している。システム501は、アドレス指定可能レーザービームを複数のファイバー502a、502b、502cへ独立に提供する(より大きい数又はより小さい数のファイバー及びレーザービームも構想される)。ファイバー502a、502b、502cは、保護管503又はカバーに収容されるファイバー束504へ組み合わされている。ファイバー束504のファイバー502a、502b、502cは、一体に融合されて印刷ヘッド505を形成しており、印刷ヘッド505は、レーザービームをビーム経路に沿って集束させ標的材料507へ方向決めする光学素子組立体506を含んでいる。印刷ヘッド及び粉末ホッパは、印刷ヘッドが510に従って正方向に動くのと共に一体に動く。追加の材料509が、印刷ヘッド又はホッパの通過の度に融合材料507の上に置かれてゆく。印刷ヘッドは、二方向性であり、印刷ヘッドが動く際に材料を両方向に融合させてゆき、従って粉末ホッパは印刷ヘッドの後ろで動作してレーザー印刷ヘッドの次の通過時に融合されることになる積層材料を提供する。 FIG. 5 provides a schematic representation of certain embodiments of a laser system having an addressable laser delivery configuration. The system has an addressable laser diode system 501. System 501 independently provides addressable laser beams to a plurality of fibers 502a, 502b, 502c (larger or smaller numbers of fibers and laser beams are also envisioned). The fibers 502a, 502b, 502c are combined into a fiber bundle 504 housed in a protective tube 503 or cover. The fibers 502a, 502b, and 502c of the fiber bundle 504 are integrally fused to form the print head 505, which is an optical element that focuses the laser beam along the beam path and directs it to the target material 507. Includes assembly 506. The print head and the powder hopper move integrally as the print head moves in the positive direction according to 510. Additional material 509 is placed on the fusion material 507 with each passage of the printhead or hopper. The printhead is bidirectional, causing the material to fuse in both directions as the printhead moves, so that the powder hopper operates behind the printhead and fuses on the next pass of the laser printhead. To provide a laminated material.

「アドレス指定可能アレイ」とは、パワー;照射の持続時間;照射のシーケンス;照射の位置;ビームのパワー;ビームスポットの形状、並びに焦点距離、例えばz方向の浸透深度;のうちの1つ又はそれ以上を、独立に変更、制御、及び予め既定できること、又は、各ファイバーの各レーザービームに、標的材料から高精密最終製品(例えば造形材料)を現出させることのできる精密で既定された送達パターンを提供させることができること、を意味する。アドレス指定可能アレイの実施形態は、更に、個別ビーム及びそれらのビームによって現出されるレーザースポットに、焼き鈍し、融除、及び融解の様な、可変、既定、及び精密なレーザー動作を実行させる能力を有することができる。 An "addressable array" is one or more of power; duration of irradiation; sequence of irradiation; position of irradiation; power of beam; shape of beam spot and focal length, eg, penetration depth in the z direction. More than that can be independently modified, controlled, and pre-defined, or precise and pre-defined delivery that allows each laser beam of each fiber to reveal a high precision final product (eg, shaping material) from the target material. It means that the pattern can be provided. Embodiments of addressable arrays also have the ability to allow individual beams and the laser spots exposed by those beams to perform variable, default, and precise laser movements such as annealing, melting, and melting. Can have.

図6を見ると、アドレス指定可能レーザー送達構成を有するレーザーシステムの或る実施形態の概略図が提供されている。レーザーシステムは、レーザーダイオードアレイシステム、輝度変換式システム、又は高パワーファイバーレーザーシステムとすることができる。本システムは、アドレス指定可能レーザーシステム601を有している。本システム601は、アドレス指定可能レーザービームを複数のファイバー602a、602b、602cへ独立に提供する(より大きい数又はより小さい数のファイバー及びレーザービームも構想される)。ファイバー602a、602b、602cは、保護管603又はカバーに収容されるファイバー束604へと組み合わされている。ファイバー束604のファイバー602a、602b、602cは、一体に融合されて印刷ヘッド605を形成しており、印刷ヘッド605は、レーザービームをビーム経路に沿って集束させ標的材料607へ方向決めする光学素子組立体606を含んでいる。標的材料607は焼き鈍されて焼き鈍し材料609を形成することができる。レーザーヘッドの運動方向は矢印610で示されている。 FIG. 6 provides a schematic representation of certain embodiments of a laser system having an addressable laser delivery configuration. The laser system can be a laser diode array system, a brightness conversion system, or a high power fiber laser system. This system has an addressable laser system 601. The system 601 independently provides addressable laser beams to a plurality of fibers 602a, 602b, 602c (larger or smaller numbers of fibers and laser beams are also envisioned). The fibers 602a, 602b, 602c are combined into a fiber bundle 604 housed in a protective tube 603 or cover. The fibers 602a, 602b, and 602c of the fiber bundle 604 are integrally fused to form the print head 605, which is an optical element that focuses the laser beam along the beam path and directs it to the target material 607. Includes assembly 606. The target material 607 can be annealed to form the annealed material 609. The direction of movement of the laser head is indicated by arrow 610.

図7を見ると、アドレス指定可能レーザー送達構成を有するレーザーシステムの或る実施形態の概略図が提供されている。システムはアドレス指定可能レーザーダイオードシステム701を有している。システム701は、アドレス指定可能レーザービームを複数のファイバー702a、702b、702cへ独立に提供する(より大きい数又はより小さい数のファイバー及びレーザービームも構想される)。ファイバー702a、702b、702cは、保護管703又はカバーに収容されるファイバー束704へと組み合わされている。ファイバー束704のファイバー702a、702b、702cは、一体に融合されて印刷ヘッド部粉末分配ヘッド720を形成している。粉末分配ヘッド720は、粉末をレーザービームと同軸に又はレーザービームを横断する向きに送達させることができる。粉末分配ヘッド720が追加材料の層709を提供すると、当該層は標的材料707へ及び標的材料の上に融合される。レーザーヘッドの運動方向は矢印710で示されている。 FIG. 7 provides a schematic representation of certain embodiments of a laser system having an addressable laser delivery configuration. The system has an addressable laser diode system 701. System 701 independently provides addressable laser beams to a plurality of fibers 702a, 702b, 702c (larger or smaller numbers of fibers and laser beams are also envisioned). The fibers 702a, 702b, 702c are combined into a fiber bundle 704 housed in a protective tube 703 or a cover. The fibers 702a, 702b, and 702c of the fiber bundle 704 are integrally fused to form the print head portion powder distribution head 720. The powder distribution head 720 can deliver the powder coaxially with the laser beam or in a direction across the laser beam. When the powder distribution head 720 provides a layer 709 of additional material, the layer is fused to and over the target material 707. The direction of movement of the laser head is indicated by arrow 710.

図8は、一体に融合されていて図5−図7に示されているシステムの様なシステムのレーザーヘッド内に使用されるファイバー例えば801の束800の構成を示している。当該構成はファイバー配列と同様の構成のレーザースポットを送達することになる。この実施形態では、単一の線形行に5本のファイバーがある1x5線形構成である。ファイバーの1xn線形行は、究極的なレーザー印刷ヘッドであり、ここにnは印刷される製品の物理的広がりに依存する。 FIG. 8 shows the configuration of a bundle 800 of fibers, eg, 801 that are integrally fused and used in the laser head of a system such as the system shown in FIGS. 5-7. The configuration will deliver a laser spot with a configuration similar to the fiber array. In this embodiment, there is a 1x5 linear configuration with 5 fibers in a single linear row. The 1xn linear line of fiber is the ultimate laser print head, where n depends on the physical spread of the product being printed.

図9は、一体に融合されていて図5−図8に示されているシステムの様なシステムのレーザーヘッド内に使用されるファイバー例えば901の束900の構成を示している。当該構成は、ファイバーの2つの線形行902、903を段違いにして菱形配列に配して有している。ファイバーは、ファイバー配列と同様の構成のレーザースポットを送達することになる。この実施形態では、各行5本のファイバーから成る線形行が2つある2x5線形構成である。 FIG. 9 shows the configuration of a bundle 900 of fibers, eg, 901, that are integrally fused and used in the laser head of a system such as the system shown in FIGS. 5-8. In this configuration, two linear rows 902 and 903 of the fiber are arranged in a diamond-shaped arrangement in a staggered manner. The fiber will deliver a laser spot with a configuration similar to that of the fiber array. In this embodiment, there is a 2x5 linear configuration with two linear rows consisting of five fibers in each row.

図10は、一体に融合されていて図5−図8に示されているシステムの様なシステムのヘッド内に使用されるファイバー例えば1001の束(1000)の構成を示している。当該構成は、ファイバーの3つの線形行1002、1003、1004を段違いにして菱形配列に配して有している。ファイバーは、ファイバー配列と同様の構成のレーザースポットを送達することになる。この実施形態では、各行5本のファイバーから成る線形行が3つある3x5線形構成である。 FIG. 10 shows the configuration of a bundle (1000) of fibers, eg, 1001, which are integrally fused and used in the head of a system such as the system shown in FIGS. 5-8. The configuration has three linear rows 1002, 1003, 1004 of the fiber arranged in a diamond-shaped arrangement in a staggered manner. The fiber will deliver a laser spot with a configuration similar to that of the fiber array. In this embodiment, there is a 3x5 linear configuration with three linear rows consisting of five fibers in each row.

図11は、一体に融合されていて図5−図8に示されているシステムの様なシステムのヘッド内に使用されるファイバー例えば1101の束1100の構成を示している。当該構成は、ファイバーの3つの線形行1102、1103、1104を段違いにして三角形配列に配して有している。ファイバーは、ファイバー配列と同様の構成のレーザースポットを送達することになる。この実施形態では、各行5本のファイバーから成る線形行が3つある3x5線形構成である。 FIG. 11 shows the configuration of a bundle 1100 of fibers, eg 1101, that are integrally fused and used in the head of a system such as the system shown in FIGS. 5-8. The configuration has three linear rows 1102, 1103, and 1104 of the fiber arranged in a triangular arrangement in a staggered manner. The fiber will deliver a laser spot with a configuration similar to that of the fiber array. In this embodiment, there is a 3x5 linear configuration with three linear rows consisting of five fibers in each row.

図12は、一体に融合されていて図5−図8に示されているシステムの様なシステムのヘッド内に使用されるファイバー例えば1201の束1200の構成を示している。当該構成は、ファイバーの4つの線形行1202、1203、1204、1205を段違いにせず方形配列に配して有している。ファイバーは、ファイバー配列と同様の構成のレーザースポットを送達することになる。この実施形態では、各行4本のファイバーから成る線形行が4つある4x4線形構成である。 FIG. 12 shows the configuration of a bundle 1200 of fibers eg 1201 that are integrally fused and used in the head of a system such as the system shown in FIGS. 5-8. The configuration has four linear rows 1202, 1203, 1204, 1205 of the fiber arranged in a square array without staggering. The fiber will deliver a laser spot with a configuration similar to that of the fiber array. In this embodiment, there is a 4x4 linear configuration with four linear rows consisting of four fibers in each row.

図13は、一体に融合されていて図5−図8に示されているシステムの様なシステムのヘッド内に使用されるファイバー例えば1301の束1300の構成を示している。当該構成は、ファイバーの5つの線形行1302を有している。ファイバーは段違いにはなっておらず、方形配列に配されている。ファイバーは、ファイバー配列と同様の構成のレーザースポットを送達することになる。この実施形態では、各行4本のファイバーから成る線形行が5つある5x4線形構成である。 FIG. 13 shows the configuration of a bundle 1300 of fibers, eg 1301, which are integrally fused and used in the head of a system such as the system shown in FIGS. 5-8. The configuration has five linear rows 1302 of fibers. The fibers are not staggered and are arranged in a square array. The fiber will deliver a laser spot with a configuration similar to that of the fiber array. In this embodiment, there is a 5x4 linear configuration with five linear rows consisting of four fibers in each row.

図14Aは、円形構成で配列された5本(n=5)のファイバー例えば1401aから成る束1401の構成を示している。 FIG. 14A shows the configuration of a bundle 1401 consisting of five (n = 5) fibers, for example 1401a, arranged in a circular configuration.

図14Bは、円形構成で配列されたファイバー例えば1402aと円の中心に位置するファイバー1402bの9本(n=9)のファイバーから成る束1402の構成を示している。中心のファイバー1402bは、媒質又は保持装置によってその場に保持されるか又は他のやり方で融合されることになろう。 FIG. 14B shows the configuration of a bundle 1402 composed of nine fibers (n = 9) of fibers arranged in a circular configuration, for example 1402a, and fibers 1402b located at the center of a circle. The central fiber 1402b will be held in place by the medium or holding device or otherwise fused.

図14Cは、内側の円のファイバー1405と中心のファイバー1403bとを有する19本(n=19)のファイバー例えば1403aから成る束1403の構成を示している。 FIG. 14C shows the configuration of a bundle 1403 consisting of 19 (n = 19) fibers, eg 1403a, having an inner circular fiber 1405 and a central fiber 1403b.

図15Aは、三角形の空間のある六角形配列を有している7本(n=7)のファイバー例えば1501aから成る束1501を示している。 FIG. 15A shows a bundle 1501 consisting of seven (n = 7) fibers, eg 1501a, having a hexagonal array with triangular space.

図15Bは、三角形の空間のある六角形配列を有している19本(n=19)のファイバー例えば1502aから成る束1502を示している。 FIG. 15B shows a bundle 1502 consisting of 19 (n = 19) fibers, eg 1502a, having a hexagonal array with triangular space.

図16A、図16B、及び図16Cは、任意の幾何学配列に配されたファイバー束の諸構成を示している。これらの構成は、構成内のファイバーの密度の様々なレベルを提供している。図16Aは、4分の1円構成のファイバー例えば1601aのn=16本の束1601である。図16Bは、方形構成のファイバー例えば1602bのn=8本の束1602である。図16Cは、三角形構成のファイバー例えば1604aのn=6本の束1604である。図16Dは、半円形構成のファイバー例えば1603aのn=9本の束1603である。 16A, 16B, and 16C show the configurations of fiber bundles arranged in any geometric arrangement. These configurations provide different levels of fiber density within the configuration. FIG. 16A is a bundle 1601 of n = 16 bundles of fibers having a quarter circle structure, for example, 1601a. FIG. 16B shows n = 8 bundles 1602 of square fibers, eg 1602b. FIG. 16C is a bundle of 1604 n = 6 bundles of triangular fibers, for example 1604a. FIG. 16D is a bundle 1603 of n = 9 bundles of semi-circular fibers, for example 1603a.

次の実施例は、本発明のレーザーアレイ、システム、装置、及び方法の様々な実施形態を例示するために提供されている。これらの実施例は、例示目的であり、本発明の範囲を限定するものと見なされてはならず、また他の形で本発明の範囲を限定するものでもない。 The following examples are provided to illustrate various embodiments of the laser arrays, systems, devices, and methods of the present invention. These examples are for illustrative purposes only and should not be considered as limiting the scope of the invention, nor are they otherwise limiting the scope of the invention.

実施例1
ファーフィールドに単一スポットを形成するように空間的に結合され、工作片への送達のために耐ソラリゼーション光ファイバーの中へ結合させることのできるように青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 1
An array of blue laser diodes that are spatially coupled to form a single spot in the furfield and can be coupled into a solarization resistant optical fiber for delivery to the workpiece.

実施例2
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、レーザービームの有効輝度を増加させるように結合された偏光ビームである青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 2
The array of blue laser diodes according to Example 1, which is a polarized beam coupled to increase the effective brightness of the laser beam.

実施例3
レーザーダイオードの速軸でのコリメートされたビームのそれぞれの間に空間を有する青色レーザーダイオードのアレイであって、第1の(単数又は複数の)レーザーダイオードを反射し第2の(単数又は複数の)レーザーダイオードを透過させて第1のアレイの速軸方向のレーザーダイオードの間の空間を充填するための周期板と組み合わされている、青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 3
An array of blue laser diodes having a space between each of the collimated beams on the fast axis of the laser diode, reflecting the first (s) laser diode and the second (s). An array of blue laser diodes combined with a periodic plate to allow the laser diodes to pass through and fill the space between the laser diodes in the fast axis direction of the first array.

実施例4
実施例3の空間充填を達成するために使用されるガラス基板上のパターン化されたミラー。
Example 4
A patterned mirror on a glass substrate used to achieve the space filling of Example 3.

実施例5
実施例3の空間充填を達成するためのガラス基板の一方の面上のパターン化されたミラーであって、ガラス基板は各レーザーダイオードの垂直方向位置をシフトさせて個別レーザーダイオードの間の空いた空間を充填するのに十分な厚さである、パターン化されたミラー。
Example 5
A patterned mirror on one surface of a glass substrate to achieve the space filling of Example 3, the glass substrate shifting the vertical position of each laser diode to allow space between the individual laser diodes. A patterned mirror that is thick enough to fill the space.

実施例6
実施例3の空間充填を達成し、実施例4に記載されているパターン化されたミラーである段状ヒートシンク。
Example 6
A stepped heat sink that achieves the space filling of Example 3 and is the patterned mirror described in Example 4.

実施例7
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイにおいて、個別レーザーの各々は、外部キャビティによって、アレイの輝度を単一のレーザーダイオード光源と同等の輝度まで実質的に増加させるように異なる波長へロックされる、青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 7
In the array of blue laser diodes described in Example 1, each of the individual lasers has an external cavity to a different wavelength that substantially increases the brightness of the array to the same brightness as a single laser diode light source. An array of blue laser diodes that are locked.

実施例8
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイにおいて、レーザーダイオードの個別アレイは、回折格子に基づく外部キャビティを使用して単一の波長へロックされ、レーザーダイオードアレイの各々は狭い間隔の光学フィルタか又は回折格子のどちらかを使用して単一ビームへと組み合わされる、青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 8
In the array of blue laser diodes described in Example 1, the individual arrays of laser diodes are locked to a single wavelength using an external cavity based on a diffraction grating, and each of the laser diode arrays has narrowly spaced optics. An array of blue laser diodes combined into a single beam using either a filter or a grating.

実施例9
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度の光源を現出させる純粋溶融石英のコアと、青色ポンプ光を収容するためのフッ素化された外側コアと、を有する光ファイバーの様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 9
An array of blue laser diodes according to Example 1, wherein a pure molten quartz core revealing a higher brightness light source and a fluorinated outer core for accommodating blue pump light. An array of blue laser diodes used to pump a Raman converter, such as an optical fiber.

実施例10
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度の光源を現出させるためのGeO2ドープされた中心コア及び外側コアと、青色ポンプ光を収容するための、中心コアより大きい外側コアと、を有する光ファイバーの様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 10
An array of blue laser diodes according to Example 1, a GeO2-doped central and outer core for revealing a brighter light source, and a central core for accommodating blue pump light. An array of blue laser diodes used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, with a larger outer core.

実施例11
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度の光源を現出させるためのP2O5ドープされたコアと、青色ポンプ光を収容するための、中心コアより大きい外側コアと、を有する光ファイバーの様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 11
An array of blue laser diodes according to Example 1, a P2O5-doped core for revealing a brighter light source and an outer core larger than the central core for accommodating blue pump light. An array of blue laser diodes used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, with and.

実施例12
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度の光源を現出させるためのグレーデッドインデックス型コアと、青色ポンプ光を収容するための、中心コアより大きい外側コアと、を有する光ファイバーの様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 12
An array of blue laser diodes according to Example 1, a graded index core for revealing a brighter light source and an outer core larger than the central core for accommodating blue pump light. An array of blue laser diodes used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, with and.

実施例13
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、グレーデッドインデックス型のGeO2ドープされたコア及び外側のステップインデックス型コアであるラマン変換器ファイバーをポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 13
The blue laser used to pump the graded index GeO2-doped core and the outer step index core Raman converter fiber of the array of blue laser diodes described in Example 1. Array of diodes.

実施例14
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、グレーデッドインデックス型のP2O5ドープされたコア及び外側のステップインデックス型コアであるラマン変換器ファイバーをポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 14
The blue laser used to pump the graded index P2O5-doped core and the outer step index core Raman converter fiber of the array of blue laser diodes described in Example 1. Array of diodes.

実施例15
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、グレーデッドインデックス型のGeO2ドープされたコアであるラマン変換器ファイバーをポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 15
An array of blue laser diodes according to Example 1 that is used to pump Raman converter fibers that are graded index type GeO2-doped cores.

実施例16
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、グレーデッドインデックス型のP2O5ドープされたコア及び外側のステップインデックス型コアであるラマン変換器ファイバーをポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 16
The blue laser used to pump the graded index P2O5-doped core and the outer step index core Raman converter fiber of the array of blue laser diodes described in Example 1. Array of diodes.

実施例17
実施例1の他の実施形態及び実施例1の実施形態の変形型が構想される。実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度のレーザー光源を現出させるためのダイヤモンドの様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度のレーザー光源を現出させるためのKGWの様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度のレーザー光源を現出させるためのYVO4の様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度のレーザー光源を現出させるためのBa(NO3)2の様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度のレーザー光源を現出させるための高圧ガスであるラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度のレーザー光源を現出させるための希土類ドープされた結晶をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度のレーザー光源を現出させるための希土類ドープされたファイバーをポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、より高い輝度強化比を現出させるための輝度変換器の外側コアをポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 17
Other embodiments of Example 1 and variants of the first embodiment are envisioned. An array of blue laser diodes according to Example 1 that is used to pump a diamond-like Raman converter to reveal a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes according to Example 1 that is used to pump a Raman converter such as a KGW to reveal a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes according to Example 1 that is used to pump a Raman converter such as the YVO4 to reveal a higher brightness laser light source. The blue laser used to pump a Raman converter such as Ba (NO3) 2 for the array of blue laser diodes described in Example 1 to reveal a higher brightness laser light source. Array of diodes. An array of blue laser diodes according to Example 1 that is used to pump a Raman converter, which is a high pressure gas for revealing a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes according to Example 1 that is used to pump a rare earth-doped crystal to reveal a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes according to Example 1 that is used to pump a rare earth-doped fiber to reveal a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes according to Example 1 that is used to pump the outer core of a luminance converter to reveal a higher luminance enhancement ratio.

実施例18
ラマン変換式レーザーのアレイであって、個別波長で動作し、元の光源の空間輝度を維持しながらより高いパワーの光源を現出させるように組み合わされるラマン変換式レーザーのアレイ。
Example 18
An array of Raman conversion lasers that operates at individual wavelengths and is combined to reveal a higher power light source while maintaining the spatial brightness of the original light source.

実施例19
ラマンファイバーであって、デュアルコアと、高輝度の中心コアの2次ラマン信号を抑制するための、フィルタ、ファイバーブラッググレーティング、1次及び2次のラマン信号についてのV数の差、又はマイクロベンド損失の差、を使用している手段と、を有しているラマンファイバー。
Example 19
A filter, fiber Bragg grating, difference in V number for the primary and secondary Raman signals, or microbend to suppress the secondary Raman signal of the dual core and the high-brightness central core of the Raman fiber. The difference in loss, is the means of using, and has Raman fiber.

実施例20
N≧1として、Nのレーザーダイオードであって、個別にオン及びオフさせることができ、粉末床上へ結像させて粉末を融解させ固有部品へと融合させることのできるNのレーザーダイオード。
Example 20
An N laser diode with N ≧ 1, which can be turned on and off individually and can be imaged onto a powder bed to melt the powder and fuse it into a unique component.

実施例21
N≧1として実施例1のNのレーザーダイオードアレイであって、その出力はファイバー結合されることができ、各ファイバーは、粉末上へ結像させ又は集束させて粉末を固有形状の積層へと融解させ又は融合させることのできる高パワーレーザービームのアドレス指定可能アレイを現出させるように線形様式又は非線形様式に配列されることができる、レーザーダイオードアレイ。
Example 21
The N laser diode array of Example 1 with N ≧ 1, the output of which can be fiber coupled, each fiber being imaged or focused onto the powder into a stack of unique shapes. A laser diode array that can be arranged in a linear or non-linear fashion to reveal an addressable array of high power laser beams that can be melted or fused.

実施例22
ラマン変換器を介して組み合わされた1つ又はそれ以上のレーザーダイオードアレイであって、その出力はファイバー結合されることができ、各ファイバーは、粉末上へ結像させ又は集束させて粉末を固有形状の積層へと融解させ又は融合させることのできるアドレス指定可能なNのアレイ、ここにN≧1である、を現出させるように線形様式又は非線形様式に配列されることができる、1つ又はそれ以上のレーザーダイオードアレイ。
Example 22
One or more laser diode arrays combined via a Raman converter, the output of which can be fiber coupled, with each fiber imaging or focusing on the powder to make the powder unique. One that can be arranged in a linear or non-linear fashion to reveal an array of addressable Ns that can be melted or fused into a stack of shapes, where N ≥ 1. Or more laser diode arrays.

実施例23
N≧1として、Nの青色レーザー光源を粉末床を横切って移動させながら粉末床を融解及び融合させることのできるx−yモーションシステムであって、融合された層の後ろに追加の粉末層を提供するようにレーザー光源の後ろに位置付けられている粉末送達システムを有するx−yモーションシステム。
Example 23
An xy motion system capable of melting and fusing the powder bed while moving an N blue laser light source across the powder bed with N ≧ 1, with an additional powder layer behind the fused layer. An xy motion system with a powder delivery system positioned behind a laser light source to provide.

実施例24
新しい粉末層が置かれた後に、実施例20の部品/粉末床の高さを増加/減少させることのできるzモーションシステム。
Example 24
A z-motion system capable of increasing / decreasing the height of the part / powder bed of Example 20 after a new powder layer has been placed.

実施例25
粉末層がレーザー光源によって融合された後に、実施例20の部品/粉末の高さを増加/減少させることのできるzモーションシステム。
Example 25
A z-motion system capable of increasing / decreasing the height of the component / powder of Example 20 after the powder layers have been fused by a laser light source.

実施例26
実施例20のための二方向粉末設置能力において、(単数又は複数の)レーザースポットが正x方向又は負x方向に進む際に当該レーザースポットの真後ろに粉末が置かれる、二方向粉末設置能力。
Example 26
In the bidirectional powder placement capability for Example 20, a bidirectional powder placement capability in which powder is placed directly behind a laser spot (s) as it travels in the positive x or negative x direction.

実施例27
実施例20のための二方向粉末設置能力において、(単数又は複数の)レーザースポットが正y方向又は負y方向に進む際に当該レーザースポットの真後ろに粉末が置かれる、二方向粉末設置能力。
Example 27
In the bidirectional powder installation capacity for Example 20, a bidirectional powder installation capacity in which powder is placed directly behind a laser spot (s) as it travels in the positive y or negative y directions.

実施例28
N≧1としてNのレーザービームと同軸である粉末給送システム。
Example 28
A powder feeding system coaxial with a laser beam of N with N ≧ 1.

実施例29
粉末給送システムにおいて、粉末は重力により給送される、粉末給送システム。
Example 29
In a powder feeding system, a powder feeding system in which powder is fed by gravity.

実施例30
粉末給送システムにおいて、粉末は不活性ガスの流れに同伴される、粉末給送システム。
Example 30
In a powder feeding system, a powder feeding system in which the powder is accompanied by a stream of inert gas.

実施例31
粉末給送システムであって、N≧1としてNのレーザービームに横断方向にあり、粉末は重力によってレーザービームの直ぐ前方に置かれる、粉末給送システム。
Example 31
A powder feeding system in which the powder is transverse to the N laser beam with N ≧ 1 and the powder is placed immediately in front of the laser beam by gravity.

実施例32
粉末給送システムであって、N≧1としてNのレーザービームに横断方向にあり、粉末はレーザービームに交わる不活性ガスの流れに同伴される、粉末給送システム。
Example 32
A powder feeding system in which the powder is transverse to the N laser beam with N ≧ 1 and the powder is accompanied by a flow of inert gas intersecting the laser beam.

実施例33
例えば460nmのラマン変換器の出力を使用して光源レーザーの半分の波長即ち230nmの光を生成する第2高調波生成システムであって、KTPの様な外部共振二倍化結晶から成っているが短い波長の光が光ファイバーを通って伝幡することを許容しない第2高調波生成システム。
Example 33
For example, a second harmonic generation system that uses the output of a 460 nm Raman converter to generate light at half the wavelength of a light source laser, ie 230 nm, and consists of an external resonant doubled crystal such as KTP. A second harmonic generation system that does not allow light of short wavelengths to propagate through an optical fiber.

実施例34
第3高調波生成システムであって、例えば460nmのラマン変換器の出力を使用して、115nmの光を外部共振二倍化結晶を使用して生成するが、短い波長の光が光ファイバーを通って伝幡することを許容しない第3高調波生成システム。
Example 34
A third harmonic generation system, for example using the output of a 460 nm Raman converter, produces 115 nm light using an external resonant doubled crystal, but short wavelength light passes through an optical fiber. A third harmonic generation system that does not allow transmission.

実施例35
第4高調波生成システムであって、例えば460nmのラマン変換器の出力を使用して、57.5nmの光を外部共振二倍化結晶を使用して生成するが、短い波長の光が光ファイバーを通って伝幡することを許容しない第4高調波生成システム。
Example 35
A fourth harmonic generation system that uses, for example, the output of a 460 nm Raman converter to generate 57.5 nm light using an external resonant doubled crystal, while short wavelength light produces an optical fiber. A fourth harmonic generation system that does not allow transmission through.

実施例36
第2高調波生成システムであって、450nmの青色レーザーダイオードのアレイによってポンプされると473nmのレーザーを発するツリウムの様な希土類ドープされた輝度変換器の出力を使用して、光源レーザーの半分の波長即ち236.5nmの光を外部共振二倍化結晶を使用して生成するが、短い波長の光が光ファイバーを通って伝幡するのを許容しない、第2高調波生成システム。
Example 36
A second harmonic generation system that uses the output of a rare earth-doped brightness converter such as turium to emit a 473 nm laser when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes, half of the source laser. A second harmonic generation system that produces light of wavelength or 236.5 nm using an external resonant doubled crystal, but does not allow light of short wavelengths to propagate through an optical fiber.

実施例37
第3高調波生成システムであって、450nmの青色レーザーダイオードのアレイによってポンプされると473nmのレーザーを発するツリウムの様な希土類ドープされた輝度変換器の出力を使用して、118.25nmの光を外部共振二倍化結晶を使用して生成するが、短い波長の光が光ファイバーを通って伝幡するのを許容しない、第3高調波生成システム。
Example 37
A third harmonic generation system, using the output of a rare earth-doped brightness converter such as turium that emits a 473 nm laser when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes, 118.25 nm light. A third harmonic generation system that produces light using an external resonant doubled crystal, but does not allow light of short wavelengths to propagate through the optical fiber.

実施例38
第4高調波生成システムであって、450nmの青色レーザーダイオードのアレイによってポンプされると473nmのレーザーを発するツリウムの様な希土類ドープされた輝度変換器の出力を使用して、59.1nmの光を外部共振二倍化結晶を使用して生成するが、短い波長の光が光ファイバーを通って伝幡するのを許容しない、第4高調波生成システム。
Example 38
4th harmonic generation system, 59.1 nm light using the output of a rare earth-doped brightness converter such as turium that emits a 473 nm laser when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes. A fourth harmonic generation system that produces light using an external resonant doubled crystal, but does not allow light of short wavelengths to propagate through the optical fiber.

実施例39
高パワー450nm光源によってポンプされて可視又はほぼ可視の出力を生成することのできる全ての他の希土類ドープされたファイバー及び結晶が実施例34−実施例38で使用され得る。
Example 39
All other rare earth-doped fibers and crystals that can be pumped by a high power 450 nm light source to produce a visible or near visible output can be used in Examples 34-38.

実施例40
ラマン又は希土類ドープされたコアファイバーの内側コアをポンプするための、非円形外側コア又はクラッドの中への高パワー可視光の射出。
Example 40
High power visible light emission into a non-circular outer core or clad for pumping the inner core of Raman or rare earth doped core fibers.

実施例41
ポンプの偏光をラマン発振器の偏光と整列させることによってラマンファイバーの利得を強化するための偏光持続ファイバーの使用。
Example 41
Use of polarized sustained fiber to enhance the gain of Raman fiber by aligning the polarization of the pump with the polarization of the Raman oscillator.

実施例42
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、特定の偏光のより高い輝度の光源を現出させる構造の光ファイバーの様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 42
The blue laser diode array of the blue laser diode described in Example 1 used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, having a structure that reveals a higher brightness light source of a particular polarization. Array of.

実施例43
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、特定の偏光のより高い輝度の光源を現出させる及びポンプ光源の偏光状態を持続させる構造の光ファイバーの様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 43
An array of blue laser diodes according to Example 1 that pumps a Raman converter, such as an optical fiber, with a structure that reveals a higher brightness light source of a particular polarization and maintains the polarization state of the pump light source. An array of blue laser diodes used to do this.

実施例44
実施例1に記載されている青色レーザーダイオードのアレイであって、ラマン変換効率を改善する構造の非円形外側コアを有する高輝度光源を現出させるための光ファイバーの様なラマン変換器をポンプするのに使用される青色レーザーダイオードのアレイ。
Example 44
The array of blue laser diodes described in Example 1 pumping a Raman transducer, such as an optical fiber, for revealing a high brightness light source with a non-circular outer core of structure that improves Raman conversion efficiency. Array of blue laser diodes used in.

実施例45
実施例1から実施例44までの実施形態は、更に、次の構成要素又は組立体のうちの1つ又はそれ以上、即ち、レーザーが粉末床に亘って走査する段階に先んじて各通過終了時に粉末を水平化するための装置;複数の低パワーレーザーモジュールをファイバーコンバイナを介して組み合わせることによってレーザーの出力パワーをスケールして、より高パワー出力のビームを現出させるための装置;複数の低パワーレーザーモジュールを自由空間を介して組み合わせることによって青色レーザーモジュールの出力パワーをスケールして、より高いパワー出力のビームを現出させるための装置;埋め込み型冷却付き単一ベースプレート上の、複数のレーザーモジュールを組み合わせるための装置;のうちの1つ又はそれ以上を含んでいてもよい。
Example 45
Embodiments 1 through 44 further include one or more of the following components or assemblies, i.e., at the end of each passage prior to the step of the laser scanning across the powder bed. A device for leveling powder; a device for scaling the output power of a laser by combining multiple low power laser modules via a fiber combiner to reveal a beam of higher power output; multiple low A device for scaling the output power of a blue laser module to reveal a beam of higher power output by combining power laser modules through free space; multiple lasers on a single base plate with embedded cooling. A device for combining modules; one or more of them may be included.

本発明の実施形態の主題である又は本発明の実施形態と関連付けられる新規で画期的な性能又は他の有益な特徴及び特性の根底にある理論を提供する又は当該理論に取り組むうえで必要条件はないことを指摘しておく。それでもなお、本明細書にはこの重要分野、具体的には、レーザー、レーザー加工、及びレーザー用途の重要分野の技術を更に進展させるための様々な理論が提供されている。本明細書に提言されているこれらの理論は、別途明示的に表明されていない限り、断じて、保護を与えられるべき特許請求の範囲に記載の発明の範囲を限定、制限、又は狭小化するものではない。本発明を利用するうえでこれらの理論は必要とならないかもしれないし又は実践されないかもしれない。更に理解しておきたいこととして、本発明は、本発明の方法、物品、材料、装置、及びシステムの実施形態の動作、機能、特徴を解説するための新しい理論及びこれまで知られていない理論へとつながる可能性があり、その様な後発理論は保護を与えられるべき本発明の範囲を限定するものではない。 Requirements for providing or working on the theory underlying the novel and groundbreaking performance or other beneficial features and properties that are the subject of the embodiments of the invention or associated with the embodiments of the invention. It should be pointed out that there is no such thing. Nonetheless, the present specification provides various theories for further advancing technology in this important area, specifically in lasers, laser machining, and important areas of laser applications. Unless expressly stated otherwise, these theories set forth herein will by all means limit, limit, or narrow the scope of the invention described in the claims to be protected. is not it. These theories may or may not be needed to utilize the present invention. It should be further understood that the present invention is a new theory and a previously unknown theory for explaining the operation, function, and features of embodiments of the methods, articles, materials, devices, and systems of the present invention. Such a latecomer theory does not limit the scope of the invention to which protection should be given.

本明細書に示されているレーザー、ダイオード、アレイ、モジュール、組立体、活動、及び動作の様々な実施形態は、以上に特定されている分野及び様々な他の分野で使用することができる。加えて、これらの実施形態は、例えば、既存のレーザー、積層造形システム、動作、及び活動、並びに他の既存の機器;将来のレーザー、積層造形システム、動作、及び活動;及び、本明細書の教示に基づき部分的に修正の施されたその様な品目;と共に使用することもできる。更に、本明細書に示されている様々な実施形態は互いと一体に異なる様々な組合せで使用されてもよい。而して、例えば、本明細書の様々な実施形態に提供されている構成は互いと一体に使用されてもよく、保護を与えられるべき本発明の範囲は、特定の実施形態、特定の実施例、又は特定の図にある実施形態に示されている特定の具現化、構成、又は配列に限定されてはならない。 Various embodiments of lasers, diodes, arrays, modules, assemblies, activities, and operations described herein can be used in the fields specified above and in various other fields. In addition, these embodiments include, for example, existing lasers, laminated modeling systems, operations, and activities, and other existing equipment; future lasers, laminated modeling systems, operations, and activities; and herein. It can also be used with such items; which have been partially modified based on the teachings. Moreover, the various embodiments presented herein may be used in various combinations that are integrally different from each other. Thus, for example, the configurations provided in the various embodiments herein may be used integrally with each other, and the scope of the invention to be protected is a particular embodiment, a particular embodiment. It should not be limited to the particular embodiment, configuration, or arrangement shown in the examples or embodiments shown in the particular figure.

本発明は、その精神又は本質的な特性から逸脱することなく、ここに具体的に開示されている以外の他の形態に具現化することもできる。説明されている実施形態は、あらゆる点で、例示にすぎず制限を課すものではないと考えられるべきである。 The present invention can also be embodied in other forms other than those specifically disclosed herein, without departing from its spiritual or essential properties. The embodiments described should be considered in all respects to be exemplary only and not to impose restrictions.

100 レーザー性能のグラフ
101 レーザーダイオードアレイの一実施形態の性能
102 稠密波長ビーム結合アレイの性能
103 ファイバーコンバイナ技法を使用してスケールした場合の輝度変換技術の性能
104 輝度変換器のパワーの稠密波長結合を使用した場合の輝度変換技術の性能
200 レーザーダイオード
201 速軸コリメートレンズ
202 コリメートレンズ
203 レーザービームスポット
210、210a、210b、210c レーザーダイオード部分組立体
211 ベースプレート
212 パワーリード
213 ダイオード
214 遅軸
216 行
220 レーザーダイオードモジュール
225 パターン化されたミラー
227 偏光ビーム折り重ね組立体
228 テレスコープ組立体
229 非球面レンズ
230、231、232、233、234 ビーム
235 開口絞り
240 ファイバーコンバイナ
245 光ファイバー
250a、251a、252a レーザービーム
250、251、252 レーザービーム経路
260 開放空間の水平方向
261 開放空間の垂直方向
301 レーザースポットの動く方向
303a、303b、304 レーザースポット
305 融解転移線
306 融合材料
500 レーザーシステム
501 アドレス指定可能レーザーダイオードシステム
502a、502b、502c ファイバー
503 保護管
504 ファイバー束
505 印刷ヘッド
506 光学素子組立体
507 標的材料
508、508b 粉末装置
509 追加の材料
510 印刷ヘッドの動く方向
600 レーザーシステム
601 アドレス指定可能レーザーシステム
602a、602b、602c ファイバー
603 保護管
604 ファイバー束
605 印刷ヘッド
606 光学素子組立体
607 標的材料
609 焼き鈍し材料
610 印刷ヘッドの動く方向
700 レーザーシステム
701 アドレス指定可能レーザーダイオードシステム
702a、702b、702c ファイバー
704 ファイバー束
707 標的材料
709 追加材料の層
710 印刷ヘッドの動く方向
720 粉末分配ヘッド
800 ファイバー束
801 ファイバー
900 ファイバー束
901 ファイバー
902、903 線形行
801 ファイバー
1000 ファイバー束
1002、1003、1004 線形行
1100 ファイバー束
1101 ファイバー
1102、1103、1104 線形行
1200 ファイバー束
1201 ファイバー
1202、1203、1204、1205 線形行
1300 ファイバー束
1301 ファイバー
1302 線形行
1401 ファイバー束
1401a ファイバー
1402 ファイバー束
1402a、1402b ファイバー
1403 ファイバー束
1403a、1403b、1405 ファイバー
1501 ファイバー束
1501a ファイバー
1502 ファイバー束
1502a ファイバー
1601 ファイバー束
1601a ファイバー
1602 ファイバー束
1602a ファイバー
1603 ファイバー束
1603a ファイバー
1604 ファイバー束
1604a ファイバー

100 Laser Performance Graph 101 Performance of One Embodiment of Laser Diode Array 102 Performance of Dense Frequency Beam Coupling Array 103 Performance of Brightness Conversion Technology When Scaled Using Fiber Combiner Technique 104 Dense Wavelet Coupling of Power of Brightness Converter Performance of brightness conversion technology when using 200 Laser diode 201 Fast axis collimating lens 202 Collimating lens 203 Laser beam spot 210, 210a, 210b, 210c Laser diode subassembly 211 Base plate 212 Power lead 213 Diode 214 Slow axis 216 rows 220 Laser diode module 225 Patterned mirror 227 Polarized beam fold assembly 228 Telescope assembly 229 Aspherical lens 230, 231, 232, 233, 234 Beam 235 Aperture aperture 240 Fiber combiner 245 Optical fiber 250a, 251a, 252a Laser beam 250, 251, 252 Laser beam path 260 Horizontal direction of open space 261 Vertical direction of open space 301 Direction of movement of laser spot 303a, 303b, 304 Laser spot 305 Melting transition line 306 Fusion material 500 Laser system 501 Addressable laser diode system 502a, 502b, 502c Fiber 503 Protective tube 504 Fiber bundle 505 Printhead 506 Optical element assembly 507 Target material 508, 508b Powder device 509 Additional material 510 Printhead direction of movement 600 Laser system 601 Addressable laser system 602a, 602b , 602c Fiber 603 Protective Tube 604 Fiber Bundle 605 Print Head 606 Optical Element Assembly 607 Target Material 609 Burning Material 610 Print Head Moving Direction 700 Laser System 701 Addressable Laser Diode System 702a, 702b, 702c Fiber 704 Fiber Bundle 707 Material 709 Layer of additional material 710 Direction of movement of printhead 720 Powder distribution head 800 Fiber bundle 801 Fiber 900 Fiber bundle 901 Fiber 902, 903 Linear row 80 1 Fiber 1000 Fiber bundle 1002, 1003, 1004 Linear line 1100 Fiber bundle 1101 Fiber 1102, 1103, 1104 Linear line 1200 Fiber bundle 1201 Fiber 1202, 1203, 1204, 1205 Linear line 1300 Fiber bundle 1301 Fiber 1302 Linear line 1401 Fiber bundle 1401a Fiber 1402 Fiber bundle 1402a, 1402b Fiber 1403 Fiber bundle 1403a, 1403b, 1405 Fiber 1501 Fiber bundle 1501a Fiber 1502 Fiber bundle 1502a Fiber 1601 Fiber bundle 1601a Fiber 1602 Fiber bundle 1602a Fiber 1603 Fiber bundle 1603a Fiber bundle 1603

Claims (17)

レーザー動作を実行するためのレーザーシステムであって、
a.複数のレーザーダイオード組立体であって、
b.各レーザーダイオード組立体が、それぞれ個別青色レーザービームをレーザービーム経路に沿って発生させることのできる複数のレーザーダイオードを備えている、複数のレーザーダイオード組立体と、
c.前記個別青色レーザービームを空間的に結合する手段であって、ファーフィールドに単一スポットを有し、標的材料への送達のために1つの光ファイバーへ結合させることのできる結合レーザービームを作り出す手段と、を備え、
d.前記空間的に結合する手段は、各レーザーダイオードと光学的に関連付けられており前記レーザービーム経路上の前記個別青色レーザービームを空間的に結合するものであり、
e.前記空間的に結合する手段は、さらに、前記個別青色レーザービームの輝度を維持しながら前記結合レーザービームのパワーを増加させ、当該結合レーザービームが少なくとも約30ワットで、前記個別青色レーザービームの前記パワーの少なくとも50倍であるパワーを有し、ビームパラメータ積が前記個別青色レーザービームのビームパラメータ積の2倍以下であるものとする、レーザーシステム。
A laser system for performing laser operations,
a. Multiple laser diode assemblies
b. With multiple laser diode assemblies, each laser diode assembly comprises multiple laser diodes capable of generating individual blue laser beams along the laser beam path.
c. A means of spatially coupling the individual blue laser beams to create a coupled laser beam that has a single spot in the farfield and can be coupled to a single optical fiber for delivery to a target material. , With
d. The spatially coupled means are optically associated with each laser diode to spatially couple the individual blue laser beams on the laser beam path.
e. The spatially coupled means further increases the power of the combined laser beam while maintaining the brightness of the individual blue laser beam so that the combined laser beam is at least about 30 watts and said of the individual blue laser beam. A laser system having a power of at least 50 times the power and having a beam parameter product of no more than twice the beam parameter product of the individual blue laser beam.
請求項1に記載のシステムにおいて、少なくとも3つのレーザーダイオード組立体を備え、各レーザーダイオード組立体が少なくとも30のレーザーダイオードを備えており、前記少なくとも3つのレーザーダイオード組立体は、少なくとも約200ワットの総パワー及び20mm mrad未満のビームパラメータ特性を有するレーザービームを伝幡させることができる、システム。 In the system of claim 1, each laser diode assembly comprises at least 3 laser diode assemblies, each laser diode assembly comprising at least 30 laser diodes, said at least 3 laser diode assemblies having at least about 200 watts. A system capable of transmitting a laser beam with total power and beam parameter characteristics of less than 20 mm mad. 請求項1又は2に記載のシステムにおいて、前記空間的に結合する手段は、前記個別青色レーザービームのN倍の輝度の結合レーザービームを発生させるようにされ;ここに、Nは前記レーザーダイオード組立体内のレーザーダイオードの数である、システム。 In the system of claim 1 or 2, the spatially coupled means is adapted to generate a coupled laser beam that is N times as bright as the individual blue laser beam; where N is the laser diode assembly. The system, which is the number of laser diodes in the body. 請求項3に記載のシステムにおいて、前記空間的に結合する手段は、前記個別青色レーザービームの前記輝度を維持しながら前記結合レーザービームのパワーを増加させ;それにより、前記結合レーザービームは、前記個別青色レーザービームの少なくとも100倍のパワーを有し、前記結合レーザービームのビームパラメータ積は、前記個別青色レーザービームのビームパラメータ積の2倍以下である;システム。 In the system of claim 3, the spatially coupled means increases the power of the combined laser beam while maintaining the brightness of the individual blue laser beam; thereby the combined laser beam is said to be said. It has at least 100 times the power of the individual blue laser beam and the beam parameter product of the combined laser beam is less than or equal to twice the beam parameter product of the individual blue laser beam; system. 請求項4記載のシステムにおいて、前記結合レーザービームの前記ビームパラメータ積が、前記個別青色レーザービームの前記ビームパラメータ積の1.5倍以下である、システム。 The system according to claim 4, wherein the beam parameter product of the combined laser beam is 1.5 times or less the beam parameter product of the individual blue laser beam. 請求項4に記載のシステムにおいて、前記結合レーザービームの前記ビームパラメータ積が、前記個別青色レーザービームの前記ビームパラメータ積の1倍以下である、システム。 The system according to claim 4, wherein the beam parameter product of the combined laser beam is one or less times the beam parameter product of the individual blue laser beam. 請求項1、2、5のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記結合レーザービームの前記単一スポットを受け入れる1つの光ファイバーを有し、前記光ファイバーは耐ソラリゼーションである、システム。 The system according to any one of claims 1, 2 and 5, wherein the system has one optical fiber that receives the single spot of the combined laser beam, and the optical fiber is solarization resistant. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記空間的に結合する手段は、レーザーダイオードの位置誤差又は照準誤差のうちの少なくとも1つを補正するための、整列平面平行板とウェッジとから成る群より選択されている組立体を備えている、システム。 In the system according to any one of claims 1 to 7, the spatially coupled means is an aligned plane parallel plate for correcting at least one of a laser diode position error or aiming error. A system with an assembly selected from the group consisting of wedges. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記空間的に結合する手段は、前記結合レーザービームの有効輝度を前記個別青色レーザービームに勝って増加させることのできる偏光ビームコンバイナを備えている、システム。 In the system according to any one of claims 1 to 7, the spatially coupled means comprises a polarized beam combiner capable of increasing the effective brightness of the coupled laser beam over the individual blue laser beam. It has a system. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記レーザーダイオード組立体は、個別レーザービーム経路を前記個別レーザービーム経路の各々の間に空間を設けた状態で画定しており、それにより、前記個別青色レーザービームは各ビームの間に空間を有し;前記空間的に結合する手段は、前記個別青色レーザービームを前記レーザーダイオードの速軸でコリメートするためのコリメータと、コリメートされたレーザービームを結合するための周期ミラーと、を備え、前記周期ミラーは、前記レーザーダイオード組立体内の第1ダイオードからの第1レーザービームを反射し前記レーザーダイオード組立体内の第2ダイオードからの第2レーザービームを透過させるようにされており、それにより、前記速軸の方向の前記個別青色レーザービームの間の前記空間が満たされるようにされた、システム。 In the system according to any one of claims 1 to 7, the laser diode assembly defines individual laser beam paths with a space between each of the individual laser beam paths. The individual blue laser beams have a space between each beam; the spatially coupled means are collimated with a collimator for collimating the individual blue laser beams along the speed axis of the laser diode. A periodic mirror for coupling the laser beam is provided, and the periodic mirror reflects the first laser beam from the first diode in the laser diode assembly and the second from the second diode in the laser diode assembly. A system that is adapted to transmit a laser beam, thereby filling the space between the individual blue laser beams in the direction of the speed axis. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記空間的に結合する手段は、ガラス基板上にパターン化されたミラーを備えている、システム。 In the system according to any one of claims 1 to 7, the spatially coupled means comprises a patterned mirror on a glass substrate. 請求項11に記載のシステムにおいて、前記ガラス基板は、レーザーダイオードからのレーザービームの垂直方向位置をシフトさせて前記レーザーダイオードの間の空いた空間を満たすのに充分な厚さである、システム。 In the system of claim 11, the glass substrate is thick enough to shift the vertical position of the laser beam from the laser diode to fill the empty space between the laser diodes. 段状ヒートシンクを備えている、請求項1乃至12のいずれか一項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 1 to 12, comprising a stepped heat sink. 請求項1乃至13のいずれか一項に記載のシステムにおいて、各レーザーダイオードは回折格子に基づく外部キャビティを使用して単一波長へロックされ、前記レーザーダイオード組立体の各々は、狭い間隔の光学フィルタと回折格子とから成る群より選択されている結合手段を使用して結合ビームへ結合される、システム。 In the system according to any one of claims 1 to 13, each laser diode is locked to a single wavelength using an external cavity based on a diffraction grating, and each of the laser diode assemblies is narrowly spaced optics. A system that is coupled to a coupled beam using a coupling means selected from the group consisting of filters and gratings. 請求項1乃至14のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記結合レーザービームの前記単一スポットを受け入れる1つの光ファイバーを有し、前記光ファイバーは、希土類ドープされたファイバーと光学的に連通しており、それにより、前記結合レーザービームは、前記希土類ドープされたファイバーをポンプして、より高い輝度のレーザー光源を現出させることができる、システム。 In the system according to any one of claims 1 to 14, the optical fiber has one optical fiber that receives the single spot of the combined laser beam, and the optical fiber is optically communicated with a rare earth-doped fiber. Thus, the combined laser beam can pump the rare earth-doped fiber to reveal a higher brightness laser light source, a system. 請求項1乃至14のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記結合レーザービームの前記単一スポットを受け入れる1つの光ファイバーを有し、前記光ファイバーは、ラマン変換機の外側コアと光学的に連通しており、それにより、前記結合レーザービームは、ラマン変換機の前記外側コアをポンプして、より高い輝度強化比を現出させることができる、システム。 In the system according to any one of claims 1 to 14, the optical fiber has one optical fiber that receives the single spot of the combined laser beam, and the optical fiber communicates optically with the outer core of the Raman converter. The combined laser beam is capable of pumping the outer core of the Raman converter to reveal a higher brightness enhancement ratio. 標的材料をレーザー加工する方法であって、請求項1に記載のシステムを少なくとも3つ備えるアドレス指定可能アレイレーザー加工システムを動作させて、3つの個別の結合レーザービームを3本の個別の光ファイバーの中へ生成する段階と;各結合レーザービームを各自の光ファイバーに沿ってレーザーヘッドへ透過させる段階と;前記レーザーヘッドからの前記3つの個別の結合レーザービームを既定シーケンスで標的材料上の既定位置に方向決めする段階と;を備えている方法。



A method of laser machining a target material, in which an addressable array laser machining system comprising at least three of the systems of claim 1 is operated to generate three separate coupled laser beams of three separate optical fibers. The step of generating into; the step of transmitting each coupled laser beam through its own optical fiber to the laser head; the step of transmitting the three individual coupled laser beams from the laser head to a predetermined position on the target material in a predetermined sequence. A method that has a directional step and;



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