JP2022521015A - 光学ビーム合成のためのシステム、デバイス、および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
θi∝gλi (1)
δθ∝gδλ (2)
FL=Δx/gΔλ(5)
いくつかの実施形態では、この方法は、主軸に対して特定の入射角で多数のコヒーレント光学ビームをモノリシック本体に方向付けることをさらに含み得、(例えば、ビーム合成デバイスの実施形態に関して上述したように、多数の光源およびモノリシック本体の入力面に固定的に接続される光ファイバを使用することによって)(ブロック802)、
いくつかの実施形態では、この方法は、入射光学ビームが、焦点面を画定する焦点に収束するように、モノリシック本体内で入射光学ビームを方向付けることを追加的に含み得、位相マスクはその焦点面上に位置され得(ブロック803)、
いくつかの実施形態では、この方法は、CBCデバイスの位相マスクに衝突する光学ビームを合成することをさらに含み(ブロック804)、および
いくつかの実施形態では、この方法はまた、単一のコヒーレント合成出力光学ビームを出力し、それをCBCデバイスから外部に方向付けることを含み得る(ブロック805)。
いくつかの実施形態では、この方法は、例えば、そのモノリシック本体の入力面を介して、多数のスペクトル微分された光学ビームをモノリシック本体に方向付けることをさらに含み得(ブロック812)、
いくつかの実施形態では、この方法は、入射光学ビームを、多重回折光学路を介してモノリシック本体内に方向付けることによって合成することをさらに含み(ブロック813)、および
いくつかの実施形態では、この方法はまた、単一のマルチスペクトル合成出力光学ビームを出力し、それをSBCデバイスから外部に方向付けることを含み得る(ブロック814)。
いくつかの実施形態では、この方法は、少なくとも1つの追加的な合成デバイスに入射する光学ビームを合成する(ブロック824)、および
いくつかの実施形態では、この方法は、単一の合成最終光学ビームを出力し、それを少なくとも1つの追加的な合成デバイスから外部に方向付ける(ブロック825)。
実施例1は、複数の光ファイバから発せられる多数のスペクトルコヒーレント光学ビームをコヒーレントビーム合成するためのビーム合成デバイスであって、少なくとも部分的に透明であり、かつ、少なくとも入力面および出力面を有するモノリシック本体であって、入力面が、複数の光ファイバに固定的に接続して、モノリシック本体を通って複数の光ファイバから入射する、複数のコヒーレント入射ビームを方向付けるように構成される、モノリシック本体と、モノリシック本体の出力面から出射する出射ビームを合成して、そこから出力される単一の合成出力ビームを形成するように構成される、位相マスクと、を備える、ビーム合成デバイスを提供する。
Claims (48)
- 複数の光ファイバから発せられる多数のスペクトルコヒーレント光学ビームをコヒーレントビーム合成するためのビーム合成デバイスであって、
-少なくとも部分的に透明であり、かつ少なくとも入力面および出力面を有するモノリシック本体であって、前記入力面は、前記複数の光ファイバに固定的に接続して、前記モノリシック本体を通って前記複数の光ファイバから入射する、複数のコヒーレント入射ビームを方向付けるように構成される、モノリシック本体と、
-前記モノリシック本体の前記出力面から出射する出射ビームを合成して、そこから出力される単一の合成出力ビームを形成するように構成される、位相マスクと、を備える、ビーム合成デバイス。 - 前記モノリシック本体は、すべての入射ビームを単一の焦点に合焦させるように構成され、前記位相マスクは、前記焦点を含む焦点面上に位置決めされる、請求項1に記載のビーム合成デバイス。
- 前記モノリシック本体は、それを通って方向付けられた前記入射ビームが、互いに同じ出射分離角で前記焦点に収束するように構成され、そのため、前記分離角および前記焦点は、焦点面を画定し、その上に、前記位相マスクが位置決めされる、請求項2に記載のビーム合成デバイス。
- 前記モノリシック本体の前記入力面は、それに固定的に接続している前記複数の光ファイバが、互いに等しい間隔および等しい入射分離角で配置されるように構成される、請求項1~3のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 前記位相マスクは、前記モノリシック本体の前記出力面に取り付けられるか、または前記モノリシック本体の前記出力面にエッチングもしくはエンボス加工される、請求項1~4のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 前記位相マスクは、別個の光学要素(OE)に埋め込まれる、請求項1~4のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 前記OEは、前記モノリシック本体の前記出力面とは別個に位置するか、または前記出力面に結合される、請求項6に記載のビーム合成デバイス。
- 前記位相マスクは、前記入射および/または出射光学ビームの各々の以下の特性:
-ビーム波長、
-ビーム波長帯域、
-ビーム位相、
-ビーム波面、
-ビーム廃棄物、および
-ビーム半径、のうちの少なくとも1つに従ってさらに設計される、請求項1~7のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。 - 前記位相マスクは、回折格子マスクを備える、請求項1~8のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 前記位相マスクは、ビームスプリッタを備える、請求項9に記載のビーム合成デバイス。
- 前記モノリシック本体の前記入力面は、前記モノリシック本体の前記出力面上に位置する焦点に向かって前記ビームを方向付けるために、隣接する光ファイバの各対間の相対的な入射角がゼロよりも大きくなるように湾曲している、請求項1~10のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 前記モノリシック本体の前記入力面は、前記光ファイバから発せられる前記入射光学ビームが、互いに平行に前記モノリシック本体に入射するように、平坦化される、請求項1~10のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 前記モノリシック本体は、前記出力面に向かって前記光学ビームを反射することによって、前記入射光学ビームを前記入力面から前記モノリシック本体の前記出力面に向かって方向付けるように、反射性内側を有する、少なくとも1つの追加的な表面を含む、請求項1~11のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 前記反射性内側は、前記少なくとも1つの追加的な表面の内側に反射材料をコーティングすることによって、または前記少なくとも1つの追加的な表面の内側に反射要素を取り付けることによって形成される、請求項13に記載のビーム合成デバイス。
- 前記少なくとも1つの追加的な表面は、湾曲している、請求項1~14のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- すべての前記光ファイバは、前記モノリシック本体に入射するすべての前記入射ビームが同じ波長および/または波長帯域を有するように、光学ビームを同じ波長および/または波長帯域で出力するよう設計される、請求項1~15のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 前記光ファイバの各々は、ドープされた、またはドープされていない二重クラッド光ファイバである、請求項1~16のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 前記モノリシック本体は、前記位相マスク上の前記焦点に向かって等しい分離角で、前記入射光学ビームを方向付けるために、変化する屈折指数化構成で構成される、請求項1~17のいずれか一項以上に記載のビーム合成デバイス。
- 多数のスペクトルコヒーレント光学ビームをコヒーレントビーム合成するためのビーム合成デバイスであって、
-コヒーレント光学ビームを出力するように構成される複数の光ファイバと、
-少なくとも部分的に透明であり、かつ入力面および出力面を有するモノリシック本体であって、前記複数の光ファイバに固定的に接続して、前記入力面から前記モノリシック本体を通って、前記複数の光ファイバから入射する複数の入射光学ビームを方向付けるよう構成される、モノリシック本体と、
-前記モノリシック本体の前記出力面から出射する出射ビームを合成して、そこから出力される単一の合成出力ビームを形成するように構成される位相マスクと、を備える、ビーム合成デバイス。 - 複数の光ファイバから発せられる多数のスペクトルコヒーレント光学ビームをコヒーレントビーム合成するためのビーム合成デバイスであって、
少なくとも部分的に透明であり、かつ入力面および出力面を有するモノリシック本体であって、前記入力面は、前記複数の光ファイバに固定的に接続して、前記複数の光ファイバから入射する複数のコヒーレント入射光学ビームを、その前記出力面に向かって方向付けるように構成され、その前記出力面は、前記モノリシック本体の前記入力面から方向付けられたビームを合成して、そこから出力される単一の合成出力ビームを形成するように構成された位相マスクを有する、モノリシック本体を備える、ビーム合成デバイス。 - 前記モノリシック本体は、前記入射光学ビームを、焦点面を画成する焦点で収束するように、等しい分離角で前記位相マスクに向かって方向付けるために、変化する屈折指数化構成で構成され、前記位相マスクは前記焦点面に位置する、請求項20に記載のビーム合成デバイス。
- 前記変化する屈折指数化構成は、合焦効果を生み出すために前記モノリシック本体における屈折指数が中心軸または中心面に向かって徐々に変化するものである、請求項21に記載のビーム合成デバイス。
- 多数のスペクトルコヒーレント光学ビームをコヒーレントビーム合成するためのシステムであって、
-複数の光源と、
-前記複数の光源のうちの1つから発生する光を誘導するように各々構成されている、複数の光ファイバと、
-コヒーレント合成デバイスであって、
少なくとも部分的に透明であり、かつ入力面および出力面を有するモノリシック本体であって、前記複数の光ファイバに固定的に接続して、前記複数の光ファイバから入射する複数のコヒーレント入射光学ビームを前記入力面から前記出力面に向かって方向付けるように構成される、モノリシック本体、および
前記モノリシック本体の前記出力面から出射する出射ビームを合成して、そこから出力される単一の合成出力ビームを形成するように構成される位相マスク、を含む、コヒーレント合成デバイスと、を備え、
前記モノリシック本体は、それを通って方向付けられた前記ビームが互いに同じ出射分離角でその前記出力面から出射するように構成され、前記位相マスクは、前記出射ビームの前記出射分離角に対応して設計される、システム。 - コヒーレントビーム合成(CBC)のための方法であって、
-モノリシック本体、および位相マスクを有する、CBCデバイスを提供することであって、前記位相マスクは、コヒーレント光学ビームを合成するように構成される、提供することと、
-前記CBCデバイスの前記モノリシック本体に多数のコヒーレント光学ビームを方向付けることと、
-焦点面を画定する焦点に収束させるように、前記CBCデバイスの前記モノリシック本体の内側に前記多数のコヒーレント光学ビームを方向付けることであって、前記CBCデバイスの前記位相マスクは、前記焦点面上に位置する、方向付けることと、
-前記位相マスクに衝突する前記多数のコヒーレント光学ビームを合成することと、
-単一のコヒーレント合成出力光学ビームを出力することと、を含む、方法。 - 複数の光ファイバから発せられる複数のスペクトル微分された入射光学ビームを合成するためのスペクトルビーム合成(SBC)デバイスであって、
モノリシック本体であって、少なくとも部分的に透明であり、かつ
-前記複数の光ファイバに固定的に接続された、または接続可能な入力面、
-回折面、および
-出力面、を有する、モノリシック本体を備え、
前記モノリシック本体は、前記入射光学ビームを単一のマルチスペクトル合成出力光学ビームに合成し、前記出力面を介して前記モノリシック本体から出射させるために、前記回折面に少なくとも2回衝突させるように前記入射光学ビームを方向付けることにより、前記モノリシック本体の内側の多重回折光学路を通って、前記入力面を介して内部に入射する、前記入射光学ビームを方向付けるように構成される、SBCデバイス。 - 前記モノリシック本体は、すべての光学ビームが、互いに平行な出射軌道で前記出力面を介して前記モノリシック本体から出射して、前記合成出力光学ビームを形成するように、前記入射光学ビームを、前記多重回折光学路を通って方向付けることで合成するように構成される、請求項25に記載のSBCデバイス。
- 前記モノリシック本体は、前記回折面に向かって方向付けるために、少なくとも1回光学ビームを反射するように位置決めされた少なくとも1つの反射面をさらに備える、請求項25または26に記載のSBCデバイス。
- 前記少なくとも1つの反射面のうちの1つは、前記回折面に平行に、かつ前記回折面に対して角度を付けて位置決めされる、請求項25~27のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記少なくとも1つの反射面のうちの1つは、前記回折面に対して角度を付けて位置決めされる、請求項25~27のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 全内部反射(TIR)または部分内部反射(PIR)のために構成された多数の反射面をさらに備える、請求項25~29のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記出力面は、反射領域および透明領域を含み、前記反射領域に衝突する光学ビームを前記モノリシック本体内に向かって反射して戻し、前記回折面に再び方向付けられるようにし、かつ前記透明領域に方向付けられた光学ビームがそこから前記モノリシック本体を出射することを可能にするように位置決めされる、請求項25~30のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- すべての入射光学ビームは、互いに対して平行な軌道で前記入力面を通って前記モノリシック本体に入射し、前記モノリシック本体に入射する際の前記入射光学ビームの前記軌道は、前記回折面に対して角度を有する、請求項25~31のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記モノリシック本体の前記回折面、前記入力面、および/または前記出力面のうちの少なくともは、平坦である、請求項25~32のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記モノリシック本体の構成およびそれに対する前記光ファイバの接続は、前記入射ビームを前記入力面から前記回折面に向かって、前記回折面から前記少なくとも1つの反射面に、前記少なくとも1つの反射面から再び前記回折面に、および前記回折面から前記出力面に方向付けるように、互いに平行に入射する前記入射光学ビームを、二重光学路を通るよう方向付けるように設計される、請求項25~33のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記入射光学ビームは、異なる波長または波長帯域のもので、それにより、互いとスペクトル微分され、前記位相マスクは、前記入射光学ビームの前記波長間の差に関して構成される、請求項25~34のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記回折面の前記位相マスクは、回折格子マスク、プリズムのうちの少なくとも1つを含み、、前記少なくとも1つの回折格子マスクは、前記モノリシック本体の幾何学的形状および寸法、ならびに前記入射光学ビームの前記波長に対応して構成される、請求項25~35のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記位相マスクは、前記モノリシック本体の片側にエッチングされるか、エンボス加工されるか、または取り付けられて、前記回折面を形成する、請求項25~36のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 複数のスペクトル微分された入射光学ビームを合成するためのスペクトルビーム合成(SBC)デバイスであって、
出力端から、複数のスペクトル微分された光学ビームを出力する複数の光ファイバと、
モノリシック本体であって、少なくとも部分的に透明であり、かつ
-前記複数の光ファイバに固定的に接続している入力面、
-回折面、および
-出力面、を有する、モノリシック本体と、を備え、
前記モノリシック本体が、前記入射光学ビームを単一のマルチスペクトル合成出力光学ビームに合成し、前記出力面を介して前記モノリシック本体から出射させるために、前記回折面に少なくとも2回衝突させるように前記入射光学ビームを方向付けることにより、前記モノリシック本体の内側の多重回折光学路を通って、前記入力面を介して内部に入射する、前記入射光学ビームを方向付けるように構成される、SBCデバイス。 - 前記光ファイバは、ドープされた光ファイバおよび/または二重クラッド光ファイバを含む、請求項38に記載のSBCデバイス。
- 前記モノリシック本体の前記入力面は、平坦であり、前記入射ビームが互いに平行な入射軌道でそこを通って入射するように、前記光ファイバはそれに固定的に接続される、請求項38または39に記載のSBCデバイス。
- 前記光ファイバは、互いに等間隔で前記入力面に接続する、請求項38~40のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記回折面の前記位相マスクは、回折格子マスク、プリズムのうちの少なくとも1つを含む、請求項38~41のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記モノリシック本体は、光学ビームを前記回折面に向かって方向付けるように、少なくとも1回反射させるように位置決めされる少なくとも1つの反射面をさらに備える、請求項38~42のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- 前記モノリシック本体は、すべての光学ビームが、互い平行な出射軌道で、前記出力面を介して前記モノリシック本体から出射するように、前記多重回折光学路を通って方向付けることで、前記入射光学ビームを合成して、前記合成出力光学ビームを形成するように構成される、請求項38~43のいずれか一項以上に記載のSBCデバイス。
- スペクトル微分された光学ビームをスペクトルビーム合成(SBC)するための方法であって、
-少なくとも入力面、出力面、および回折面を有するモノリシック本体を含むSBCデバイスを提供することと、
-多数のスペクトル微分された光学ビームを、前記入力面を通して前記SBCデバイスの前記モノリシック本体に方向付けることと、
-前記回折面に少なくとも2回インピングさせるよう、前記多数のスペクトル微分された光学ビームを方向付けることによって可能となる、多重回折光学路を通って方向付けることで前記SBCデバイスの前記モノリシック本体の内側で前記多数のスペクトル微分された光学ビームを合成することと、
-単一のマルチスペクトル合成出力光学ビームを出力することと、含む、方法。 - 多数の光学ビームを合成するための方法であって、
-コヒーレントビーム合成(CBC)デバイスの第1のセットを提供することであって、各々が、それに方向付けられたコヒーレント光学ビームを合成するように、かつコヒーレント合成出力光学ビームを出力するように構成される、提供することと、
-光学ビームを合成するように構成された、少なくとも1つの追加的な合成デバイスを提供することと、
-前記CBCデバイスの第1のセットによって出力された合成出力光学ビームを、前記少なくとも1つの追加的な合成デバイスの入力面に向かって方向付けることと、
-前記少なくとも1つの追加的な合成デバイスによって、前記CBCデバイスの第1のセットによって出力された、前記方向付けられた合成出力光学ビームを合成することと、
-単一の合成最終出力光学ビームを出力し、それを前記少なくとも1つの追加的な合成デバイスから外部に方向付けることと、を含む、方法。 - 前記CBCデバイスの第1のセットは、重なり合う、類似の、または同一の波長もしくは波長帯域の光学ビームを合成および出力するように構成され、前記少なくとも1つの追加的な合成デバイスは、CBCデバイスである、請求項46に記載の方法。
- 前記CBCデバイスの第1のセットは、スペクトル微分された出力光学ビームを出力するように構成され、前記少なくとも1つの追加的な合成デバイスは、スペクトルビーム合成(SBC)デバイスである、請求項46に記載の方法。
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