JP2024020355A - Applications, methods, and systems for laser-delivered addressable arrays - Google Patents

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サ, マシュー シルヴァ
ジャン ミシェル ペラプラット,
デイヴィッド ヒル,
マシュー フィナフ,
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ヌブル インク
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Abstract

【課題】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レーザー加工システムを提供する。【解決手段】少なくとも3つのレーザーシステム501を備えるアドレス指定可能アレイレーザー加工システムであって、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と、レーザービームを空間的に結合してその輝度を維持するための手段とを備える。各レーザーダイオード組立体は、少なくとも10のレーザーダイオードを備える。各レーザーシステムは、結合レーザービームのそれぞれを単一の光ファイバー502a、502b、502cへ結合する。制御システムは、結合レーザービームのそれぞれを標的材料507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する。【選択図】図5A laser processing system that combines a variety of laser beam sources into a single or multiple laser beams while maintaining and enhancing desired beam qualities such as brightness and power. An addressable array laser processing system comprising at least three laser systems 501 and at least three laser diode assemblies and spatially coupling a laser beam to maintain its brightness. and means for Each laser diode assembly includes at least ten laser diodes. Each laser system couples each of the combined laser beams into a single optical fiber 502a, 502b, 502c. The control system has a program with a predetermined sequence for delivering each of the combined laser beams to a predetermined location on the target material 507. [Selection diagram] Figure 5

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。
The present application is
(i) claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62/193,047, filed July 15, 2015, under 35 United States Code, Section 119(e)(1); , the entire disclosures of each of which are hereby incorporated 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 array assemblies for combining laser beams, particularly in the manufacturing, fabrication, entertainment, graphics, imaging, analysis, monitoring, assembly, dental, and medical fields. The present invention relates to an array assembly capable of providing a high intensity laser beam for use in systems and applications.

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, particularly semiconductor lasers such as laser diodes, provide laser beams with highly desirable wavelengths and highly desirable beam qualities, including brightness. These lasers can have wavelengths in the visible range, wavelengths in the UV range, wavelengths in the IR range, and combinations thereof, or even higher and lower wavelengths. The technology of semiconductor lasers and other laser sources, such as fiber lasers, is rapidly evolving, and new laser sources are constantly being developed to provide existing and new laser wavelengths. Although many of these lasers have desirable beam quality, they have lower laser power than is desired or required for a particular application. Thus, their low powers have prevented these laser sources from finding more useful 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 been hampered by difficulties in beam alignment and keeping the beam aligned throughout the application, to name a few other reasons. They have generally been unsatisfactory due to maintenance difficulties, loss of beam quality, special installation difficulties of the laser source, 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。 As used herein, unless expressly stated otherwise, the terms "blue laser beam," "blue laser," and "blue" are to be given their broadest meanings and, in general, Refers to a system for providing a laser beam, a laser beam, a laser light source, such as a laser and a diode laser, that provides, e.g. propagates, a laser beam or light having a wavelength of about 400 nm to about 500 nm.

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。 Generally, as used herein, unless explicitly stated otherwise, the term "about" refers to the variance or range of ±10%, the 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 Background of the Invention section is intended to introduce various aspects of the art that may be associated with embodiments of the present invention. Accordingly, the above discussion in this section provides a framework for a deeper understanding of the invention and is not to be construed as an admission of prior art.

米国仮特許出願第62/193,047号U.S. 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。 Among other things, there is a need for assemblies and systems that combine diverse laser beam sources into a single or multiple laser beams while maintaining and enhancing desired beam qualities 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 other things, articles of manufacture, apparatus, 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。 A laser system is provided for performing laser operations, the system comprising a plurality of laser diode assemblies; each laser diode assembly directing a separate blue laser beam along a laser beam path. a plurality of laser diode assemblies having a plurality of laser diodes capable of generating a target material; means for producing a combined laser beam capable of being coupled into an optical fiber for delivery to; 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。 Additionally, methods and systems are provided 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 assemblies have a total power of at least about 30 watts and less than 20 mm mrad. A laser beam having a beam parameter characteristic can be propagated; the beam parameter characteristic is less than 15 mm mrad; the beam parameter characteristic is less than 10 mm mrad; generating a combined laser beam of brightness; where N is the number of laser diodes in the laser diode assembly; the spatially combining means increases the power of the combined laser beam while maintaining the brightness of the blue beam; the combined laser beam has a power at least 50 times that of the individual laser beams, and the beam parameter product of the combined laser beam is less than or equal to twice the beam parameter product of the individual laser beams; the beam parameter product of the combined laser beam is The beam parameter product of the combined laser beam is less than 1.5 times the beam parameter product of the individual laser beams; 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 a power at least 100 times that of the individual laser beams, and the beam parameter product of the combined laser beam is 2 times the beam parameter product of the individual laser beams. The beam parameter product of the combined laser beam is not more than 1.5 times the beam parameter product of the individual laser beams; The beam parameter product of the combined laser beam is not more than 1 times the beam parameter product of the individual laser beams the optical fiber is solarization resistant; the spatial coupling means is selected from the group consisting of aligned plane parallel plates and wedges for correcting at least one of position errors or aiming errors of the laser diode; the spatially combining means comprises a polarizing beam combiner capable of increasing the effective brightness of the combined laser beam over the individual laser beams; the laser diode assembly comprises an individual laser diode assembly; The laser beam paths are defined with a space between each path such that the individual laser beams have a space between each beam; the means for spatially coupling the individual laser beams with a laser diode. a collimator for collimating on a fast axis of the laser beam, and a periodic mirror for combining the collimated laser beams, the periodic mirror reflecting the first laser beam from the first diode in the laser diode assembly. , transmitting a second laser beam from a second diode in the laser diode assembly, thereby filling the fast-axis space between the individual laser beams; Has a patterned mirror; The glass substrate is thick enough to shift the vertical position of the laser beam from the laser diode to fill the space between the laser diodes; Has a stepped heat sink Provided are methods and systems having one or more of the following:

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。 Still further, a laser system for providing a high brightness, high power laser beam is provided, the system comprising a plurality of laser diode assemblies; each laser diode producing a blue laser beam having an initial brightness. a plurality of laser diode assemblies, having a plurality of laser diodes that can be coupled to the optical fiber; and spatially combining the blue laser beams to form a single spot in the far field with a final brightness; means for producing a combined laser beam capable of being coupled into a laser diode, each laser diode being locked to a different wavelength by an external cavity so as to substantially increase the brightness of the combined laser beam; Therefore, the final brightness of the combined laser beam is approximately 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。 Additionally, methods and systems are provided 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 a diffraction grating, and each of the laser diode assemblies is coupled to a narrowly spaced optical filter selected from the group consisting of a diffraction grating. The Raman converter has a pure fused silica core to reveal the higher brightness light source and a fluorinated outer core to house the blue pump light. The Raman converter is an optical fiber having a GeO2-doped central core and an outer core to reveal a higher brightness light source, and an outer core larger than the central core to accommodate the blue pump light. used to pump a Raman converter such as an optical fiber with a P2O5 doped core to reveal a higher brightness light source, and a P2O5 doped core to house the blue pump light. A Raman converter is an optical fiber having an outer core that is larger than the central core; an outer core that is 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 core; The Raman converter is used to pump a Raman converter fiber that is a graded index core and a stepped index outer core; Used in; Raman converter is graded index type P2O5 doped core and outer step index type core; Raman converter is diamond to reveal higher brightness laser light source ; Raman converter is KGW to develop higher brightness laser light source; Raman converter is YVO4 to develop higher brightness laser light source; Raman converter is higher one or more of: Ba(NO3)2 to generate a laser light source of higher brightness; and the Raman converter is a high pressure gas to generate a laser light source of higher brightness. A method and system are provided.

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。 Still further, a laser system for performing a laser operation is provided, the system comprising a plurality of laser diode assemblies; each laser diode assembly generating a blue laser beam along a laser beam path. a multi-laser diode assembly having a plurality of laser diodes capable of spatially coupling a blue laser beam and optically coupling it to a Raman converter with a single spot in the far field; and means for pumping the 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。 Additionally, a method is provided for providing a combined laser beam, the method comprising the steps of: operating an array of Raman conversion lasers to produce separate, different wavelength blue laser beams; and combining the laser beams. to reveal a higher power light source 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。 Furthermore, a laser system is provided for performing a laser operation, the system comprising a plurality of laser diode assemblies; each laser diode assembly directing a blue laser beam along a laser beam path. a plurality of laser diode assemblies having a plurality of laser diodes capable of generating; an optical element for collimating and combining a beam along a laser beam path, the optics capable of providing a combined laser beam; and an optical fiber for receiving the combined 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。 Additionally, the method and system have one or more of the following features, wherein the optical fiber is in optical communication with the rare earth doped fiber, such that the combined laser beam is rare earth doped. The optical fiber can be pumped to reveal a higher brightness laser light source; and the optical fiber is in optical communication with the outer core of the brightness converter, such that the combined laser beam is Methods and systems are provided having one or more of: the outer core of a brightness converter can be pumped to exhibit a higher brightness enhancement ratio.

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。 Still further, a Raman fiber is provided, the Raman fiber having dual cores, one of which has a high brightness central core; and for suppressing secondary Raman signals in the high brightness central core; a filter, a fiber Bragg grating, a V number difference for the first and second order Raman signals, and a microbend loss difference.

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, the system comprising: a Raman converter for generating light at a first wavelength and half the wavelength of the first wavelength; an externally resonant doubling crystal configured to prevent light from propagating 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。 Additionally, the method and system have one or more of the following features: the first wavelength is about 460 nm; the externally resonant doubling crystal is KTP; the Raman converter is a Raman converter. A method and system is provided having one or more of: a non-circular outer core configured to improve efficiency.

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。 Additionally, a third harmonic generation system is provided, the system comprising: a Raman converter for generating light at a second wavelength at a first wavelength and lower than the first wavelength; an externally resonant doubling crystal configured to prevent light from propagating 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。 Additionally, a fourth harmonic generation system is provided, the system transmitting 57.5 nm light to an external source configured to prevent light at the 57.5 nm wavelength from propagating through the optical fiber. It has a Raman converter, which generates it using a resonant doubling 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。 Additionally, a second harmonic generation system is provided that emits a 473 nm laser when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes and uses an externally resonant doubling crystal to convert the source laser. It has a rare earth doped brightness converter with thulium that produces light at half wavelength or 236.5 nm and does not allow shorter wavelength light to propagate through the 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。 Additionally, 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 a 118.25 nm laser using an externally resonant doubling crystal. of light and does not allow short wavelength light to propagate 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、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。 Additionally, 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 a 59.1 nm laser using an externally resonant doubling crystal. of light and does not allow short wavelength light to propagate through the 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。 Additionally, a laser system for performing a laser operation is provided, the system comprising at least three laser diode assemblies; each of the at least three laser diode assemblies having at least ten lasers. diodes, each of the at least ten laser diodes being capable of generating a blue laser beam along a laser beam path having a power of at least about 2 Watts and a beam parameter product of less than 8 mm-mrad; at least three laser diode assemblies, each laser beam path being essentially parallel, thereby defining a space between the laser beams traveling along the laser beam path; all of the at least 30 laser beam paths; means for spatially combining a blue laser beam to maintain brightness, the means comprising: a collimating optical element for a first axis of the laser beam; and a collimating optical element for a second axis of the laser beam; a vertical prism array; and a telescope; whereby the means for spatially coupling and maintaining brightness directs the laser energy into 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ている。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。 Furthermore, an addressable array laser processing system is provided. The addressable array laser processing system comprises at least three laser systems of the type presently described; each of the at least three laser systems coupling its respective combined laser beam into a single optical fiber. each of the at least three combined laser beams can be transmitted along a respective combined optical fiber; the at least three optical fibers are optically associated with a laser head; and a control system having a program having a predetermined sequence for delivering each of the combined laser beams to a predetermined location 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。 Additionally, methods and systems for addressable arrays are provided having one or more of the following features. That is, a predetermined sequence for delivery involves individually turning on and off the laser beam from the laser head, thereby imaging it onto the powder bed to melt and fuse the target material with the powder into the part. the fibers in the laser head are arranged in an array selected from the group consisting of linear, nonlinear, circular, rhombic, square, triangular, and hexagonal; 5x2, 4x5, at least 5xat least 5, 10x5, 5x10, and 3x4; the target material has a powder bed; an x-y motion system capable of moving a head thereby melting and merging the powder bed; powder positioned behind the laser light source to provide an additional powder layer behind the fused layer; a delivery system; a z-motion system capable of moving the laser head to increase and decrease the height of the laser head above the surface of the powder bed; a delivered laser beam; has a two-way powder placement device that can place powder directly behind the laser beam as the laser beam advances in the positive x direction or the negative x direction; has a powder feeding system that is coaxial with the multiple laser beam paths; have a gravity powder feeding system; have a powder feeding system in which the powder is entrained in a flow of inert gas; have a powder feeding system transverse to the N laser beam; with a powder feeding system in which N≧1 and the powder is placed in front of the laser beam by gravity; and with a powder feeding system transverse to the laser beam of N. an addressable array having one or more of the following: where N≧1 and the powder is entrained in a flow of inert gas intersecting the laser beam; Methods and systems are provided for.

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 is provided for providing a combined blue laser beam with high brightness, the method comprising: operating a plurality of Raman conversion lasers to provide a plurality of individual blue laser beams; combining the laser beams to reveal a higher power light source while maintaining the spatial brightness of the original light source, wherein individual laser beams of the plurality of 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 for laser processing a target material, the method comprising operating an addressable array laser processing system having at least three laser systems of the type of the system currently described to produce three individual laser processing systems. producing combined laser beams of into three separate optical fibers; transmitting each combined laser beam along its respective optical fiber to a laser head; and the three separate combined laser beams from the laser head. directing the target material to a predetermined location 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。3 is a graph showing laser performance of embodiments according to the present 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。1 is a schematic diagram of a laser diode and an axial focusing lens according to the invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser diode spot after fast-axis and slow-axis focusing according to the present invention; FIG. 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。1 is a perspective view of an embodiment of a laser diode assembly according to the present invention; FIG. 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。1 is a perspective view of an embodiment of a laser diode module according to the present invention; FIG. 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。2C is a partial view of the embodiment of FIG. 2C illustrating a laser beam, a laser beam path, and a space between the laser beams according to the invention; FIG. 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。2E is a cross-sectional view of the laser beam of FIG. 2E, the laser beam path, and the space between the laser beams; FIG. 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。1 is a perspective view of an embodiment of a laser beam, beam path, and optical element according to the present invention; FIG. 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. 3 is a diagram of a combined 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. 3 is a diagram of a laser diode beam after a beam folder with equal splitting of the beam according to the 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。FIG. 3 is a diagram of a laser diode beam after a beam folder with a 3-2 column split according to the 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。1 is a schematic diagram depicting an embodiment of the starting or scanning of an embodiment of a laser diode array over a target material according to the present invention; FIG. 本発明による、加工パラメータを提供している表である。1 is a table providing processing parameters 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。1 is a schematic diagram of an embodiment 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。1 is a schematic diagram of an embodiment 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。1 is a schematic diagram of an embodiment 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG. 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。1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser fiber bundle arrangement for use in an embodiment of a laser array system according to the present invention; FIG.

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 combining laser beams, systems for creating these combinations, and processes that utilize the combined beams. In particular, the present invention relates to arrays, assemblies, and apparatus for combining laser beams from several laser beam sources into one or more combined laser beams. These combined laser beams desirably have various aspects and properties of the laser beams from the individual light sources that are maintained, enhanced, or both maintained and enhanced.

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。 Embodiments of the present array assemblies and the combined laser beams they provide may find wide applicability. Embodiments of the present array assembly are compact and robust. Possibilities for the array assembly include additive manufacturing including welding, 3D printing; additive manufacturing-milling systems such as additive manufacturing; astronomy; meteorology; imaging; entertainment, to name a few. It has applicability to projection; and medical applications 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 is merely illustrative of the types of array assemblies, systems, processes, and combined laser beams contemplated by the present invention. I want you to understand. Thus, embodiments of the present invention combine laser beams from a variety of laser beam sources, such as solid state lasers, fiber lasers, semiconductor lasers, and other types of lasers, as well as combinations and variations thereof. including an array assembly for. Embodiments of the present invention combine laser beams over all wavelengths, e.g., from about 380 nm to 800 nm (e.g., visible light), from about 400 nm to about 880 nm, from about 100 nm to 400 nm, from about 700 nm to 1 mm. wavelengths, and combinations and variations of specific wavelengths within these various ranges. Embodiments of the present array may also find applicability in microwave coherent radiation (eg, wavelengths greater than about 1 mm). Embodiments of the present array can combine beams from one, two, three, tens, or hundreds of laser sources. These laser beams can have power from a few milliwatts to a few watts to 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 invention preferably consist of an array of blue laser diodes combined in a configuration to reveal a high intensity laser light source. This high intensity laser light source could be used to directly process materials, ie, stamp, cut, weld, braze, heat treat, anneal, etc. The material to be processed, e.g. the starting material or the target material, may include any material or component or composition, to name a few, but not limited to, semiconductor devices such as TFTs (Thin Film Transistors). , 3D printing starting materials, metals including gold, silver, platinum, aluminum, and copper, plastics, tissues, and semiconductor wafers. Direct processing can include, for example, ablation of gold from electronic equipment, 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。 Embodiments of the present high intensity laser light source can also be used to pump Raman or anti-Stokes lasers. The Raman medium may be a fiber optic or a crystal such as diamond, KGW (potassium gadolinium tungstate, KGd(W04)2), YVO4, and Ba(NO3)2. In some embodiments, the high intensity laser light source is a blue laser diode light source, which is a semiconductor device operating in the wavelength range of 400 nm to 500 nm. The Raman medium is a brightness converter and can increase the brightness of a blue laser diode light source. The brightness enhancement extends to reveal a single mode diffraction limited light source, i.e. the beam will have M2 values of approximately 1 and 1.5, and the beam parameter product will depend on the wavelength. 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 some embodiments, "n" or "N" (e.g., two, three, four, etc., tens, hundreds, or more) laser diode sources can be configured into a bundle of optical fibers. , so that it can be used to engrave, melt, weld, ablate, anneal, heat treat, cut, and bond and deform forms of materials, to name a few of the laser operations and treatment procedures. addressable light sources that can be used.

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 create a high brightness direct diode laser system that can provide a high brightness combined laser beam. Figure 1 shows the laser performance of embodiments (beam parameter product vs. 100 shows a table 100 for laser power W (watts). Line 101 depicts the performance for certain embodiments of laser diode arrays. Line 102 depicts the performance of a dense wavelength beam combining array. Line 103 depicts the performance of the brightness conversion technique when scaled using the fiber combiner technique. Line 104 depicts the performance of the brightness conversion technique when using dense wavelength combination of the brightness converter output. This allows the combined beam to remain in a single spatial mode or nearly a single spatial mode as the power level is scaled. The dense wavelength combining step uses a diffraction grating to control the wavelength of each individual intensity-converted laser and then combines the beams into a single beam by the diffraction grating. The grating can be a ruled grating, a holographic grating, a fiber Bragg grating (FBG), or a volume Bragg grating (VBG). Additionally, although the preferred embodiment uses a diffraction grating, it is also possible 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 diagram of a laser diode 200 propagating a laser beam along a laser beam path to a fast axis collimating lens 201 (FAC). 1.1 mm, 1.1 mm, 1.1 mm, 1.1 mm, 1.1 mm, 1.1 mm, 1.5 mm, 1.1 mm, 1.5 mm, 1.1 mm, 1.1 mm, 1.5 mm, 1.1 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.5 mm, 1.1 mm, 1. 2mm, 1.5mm, 2mm, or even 4mm cylindrical aspheric lenses have been used. Collimating lens 202 is for collimating the slow axis (the axis with a smaller divergence angle, typically the x-axis) of the laser diode. 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 source. The focal length of the slow axis collimator provides optimized coupling of the laser beamlets to the target fiber diameter by the optical system. In a preferred embodiment of the array, both slow-axis and fast-axis collimating lenses are positioned along each laser beam path and are used to shape the 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 diagram of a laser beam spot 203 formed by a laser beam from a laser diode passing 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. It is understood that many different shapes of the laser beam spot can be created, such as square, rectangular, circular, elliptical, linear, and combinations and variations of these and other shapes. For example, the combined laser beam reveals a spot 203 using blue laser light, focused to a spot size of 100 μm, with a 100 mm focal length lens, and a 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。 2C and 2D, a laser diode module 220 having a laser diode subassembly 210 (e.g., diode module, bar, plate, multi-die package) and four laser diode assemblies 210, 210a, 210b, 210c is shown. An embodiment is 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。 A detailed view of a portion of laser beams 250a, 251a, 252a along their respective laser beam paths 250, 251, 252 is shown in FIG. 2E. FIG. 2F is a cross-sectional view of the laser beam of FIG. 2E, showing the horizontal direction 260 and vertical direction 261 (based on the orientation of the figure) of open space. Beam combining optics bring these beams together to eliminate open space, eg 260, 261, at the final spot 203 (FIG. 2B).

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。 Laser diode module 220 is capable of generating a combined laser beam, preferably a combined blue laser beam having the performance of curve 101 in FIG. Laser diode assembly 210 has a base plate 211 of a thermally conductive material, e.g. copper, having power leads (eg wires), e.g. 212, extending therein to provide electrical power to the diode e.g. 213. are doing. In this multi-die package embodiment, twenty laser diodes, e.g. 213, are arranged in a 5x4 configuration behind the cover plate. Other configurations are also envisioned to provide nxn diodes in the assembly, such as 4x4, 4x6, 5x6, 10x20, 30x5, and configurations currently under development, and combinations and variations thereof. Each diode has a plane parallel plate for translating the position of the beam in the slow axis e.g. 214 when using a single slow axis collimating (SAC) lens across multiple rows e.g. 216. You can. If a separate slow-axis lens is used for each laser diode, as the preferred embodiment does, then a plane-parallel plate is not necessary. As a result of the assembly process, the plane parallel plate corrects the position of the laser beam path in the slow axis as it propagates from each of the individual laser diodes. A plane 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 errors within the package. The results of both of these approaches improve alignment of the beamlets when using individual lens pairs (FAC/SAC) or when using individual FAC/plane parallel plates followed by a shared SAC lens. 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。 The combined beam from each of the laser diode subassemblies, e.g. 210, 210a, 210b, 210c, redirects the beams from the four laser diode subassemblies into a single beam as shown in FIG. 2G. It propagates to a patterned mirror used for coupling, e.g. 225. Four rows of collimated laser diodes are interlaced with four rows of three other packages to reveal a composite beam. FIG. 2H shows the position of the beam, eg 230, from laser subassembly 210. Aperture stop 235 trims any unwanted scattered light from the combined beamlets and reduces the thermal load on the fiber input face. A polarizing beam folding assembly 227 folds the beam in half on the slow axis to double the brightness of the combined laser diode beam (FIG. 2I). The beams may alternatively be folded to yield the pattern shown in FIG. 21 by splitting a central central emitter, in which case beam 231 is polarized in the slow axis direction. The beam 232 is a split beamlet that does not overlap any other emitter. The beam folding section is even more efficient when the beam is split between a second and a third beamlet (Fig. 2J), where two of the columns of beams, e.g. 233, are superimposed, while the The third column, for example 234, simply passes through. Telescope assembly 228 expands the slow axis or compresses the fast axis of the combined beam to allow the use of smaller lenses. The telescope 228 shown in this example (FIG. 2G) expands the beam by a factor of 2.6, increasing its size from 11 mm to 28.6 mm, and still retaining the same 2.6 times magnification. This reduces the slow axis divergence. If the telescope assembly compresses the fast axis, then it is a double telescope that lowers the fast axis from a height of 22mm (total composite beam) to a height of 11mm giving a composite beam of 11mm x 11mm. become. This is the preferred embodiment due to its low cost. Aspheric lens 229 focuses the combined beam into an optical fiber 245 (FIG. 2D) with a diameter of at least 50 μm, 100 μm, 150 μm, or 200 μm. The fiber outputs of multiple laser diode modules 220 are combined using a fiber combiner to generate a higher output power level laser according to FIG. 1 (line 101). The laser diode module is an optical combination in which the aspheric lens 229 and fiber combiner 240 are replaced with a set of shear mirrors, which in turn couple to the aspheric lens and direct the combined beam into the end of the optical fiber. combined using methods. In this manner, one, two, three, tens, and hundreds of laser diode modules can be optically associated and their respective laser beams combined. In this way, the combined laser beam can also be combined itself or into a stack to form multiple combined laser beams.

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 possible to launch laser beam powers of, for example, up to 200 watts 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 200W diode array assembly, e.g., a 200W combined module, using up to four 50W individual diode assemblies, e.g., 50W 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。 It is understood that multiple configurations, powers, and numbers of combined beams are possible. The embodiment of FIGS. 2C and 2D minimizes electrical connections 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 can be configured to provide a single combined laser beam, or multiple combined laser beams, e.g. It can also be configured to provide one hundred or more combined laser beams. These laser beams may each be launched into a single fiber, or they may be further combined so that they are launched into a smaller number of fibers. Thus, by way of example, 12 combined laser beams could be launched into 12 fibers, or the 12 beams could be combined into fewer than 12 fibers, such as 10, 8, 6, 4, or It can also be injected into three fibers. This combining step can be of different powers to balance or unbalance the power distribution between the individual fibers, and can be of different wavelengths or of the same wavelength. I want to be understood as something that 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 some embodiments, the brightness of an array of laser diodes can be improved by operating each array at a different wavelength and then combining them using a diffraction grating or a series of narrow band dichroic filters. The brightness scaling of this technique is shown in FIG. 1 as a near-straight line 102. The starting point is the same brightness that could be achieved by a single module, and since each module is spatially superimposed on the previous one in a linear fashion, the fiber diameter remains the same but the injected power is In fact, it results in higher brightness from the wavelength beam combining 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 some embodiments, an array of blue laser diodes can be converted to a nearly single mode or single mode output with the help of a brightness converter. The brightness converter can be an optical fiber, a crystal, or a gas. The conversion process proceeds via stimulated Raman scattering, which is achieved by injecting the output from an 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 stimulated Raman scattering, and the laser cavity oscillates on a first Stokes Raman line that is offset from the pump wavelength by a Stokes shift. For example, the embodiment shown in FIG. 3 and associated disclosure of the specification of U.S. Patent Application No. 14/787,393 is based on WO 2014/179345, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. Incorporated as a reference. The performance characteristics of this technology are shown in line 103 in Figure 1, where the brightness is 0.3 mm-mrad for a 200 W laser when combining multiple high-intensity laser beams using a fiber combiner. and 2 mm-mrad for a 4000W laser.

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 illustrated by line 104 in FIG. Here the brightness is defined by the starting module to 0.3 mm-mrad. The gain-bandwidth of Raman lines is substantially wider than that of laser diodes, so more lasers can be coupled across wavelengths than with laser diode technology alone. The result is a 4kW laser with the same 0.3mm-mrad as a 200W laser. This is indicated by 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 inventive techniques described herein range from welding, cutting, brazing, heat treating, engraving, forming, forming, joining, annealing, and ablating, and combinations of these and various other material processing operations. It can be used to configure laser systems for a wide range of applications ranging from: Although the preferred laser light source is relatively high brightness, the present invention also provides the ability to configure systems that meet lower brightness requirements. Additionally, groups of these lasers can be combined into long lines that can be used to target materials, such as when annealing large area semiconductor devices such as TFTs in flat panel displays. Laser operation can be performed over a wider 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 unique individually addressable printing machines using the output of laser diodes, laser diode arrays, wavelength-coupled laser diode arrays, intensity-converted laser diode arrays, and wavelength-coupled laser diode arrays You can also. Because the laser power from each module is sufficient to melt and fuse metal powders as well as plastics, these sources are suitable for additive manufacturing applications as well as for additive-subtractive manufacturing applications (i.e., the present laser additive manufacturing system). It is also ideal for use in combination with CNC machines or other types of milling machines and traditional ablation manufacturing techniques such as laser ablation or ablation). The present system and laser configuration has the ability to provide small spot size, precision, and other factors for micro- and nanoscale additive, additive, and additive-subtractive manufacturing techniques. You can also find uses for it. By imaging an array of individually connected lasers onto a powder surface, objects can be created n times faster than a single scanning laser source. Speed can be further increased by using a higher power laser for each of the n spots. When using intensity-converted lasers, a near-diffraction-limited spot can be achieved for each of the n spots, so that thanks to the submicron nature of the individual spots formed using the blue high-intensity laser source, , it becomes feasible to create higher resolution parts. This smaller spot size of the present configuration and system provides substantial improvements in processing speed and resolution of the printing process compared to prior art 3D printing techniques. When embodiments of the present system are combined with a portable powder feeding device, it is possible to continuously print layer after layer at over 100 times the printing speed of prior art additive manufacturing machines. By allowing the system to deposit powder as the positioning device moves in either a positive or negative direction directly behind the laser fusion spot (e.g., FIG. 5, powder device 508, powder device 508b). , the system can print continuously without having to stop to apply or level the necessary powder 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。 Turning to FIG. 3, a schematic diagram of the laser process is shown for a laser system with two rows of staggered spots, e.g. spot 303a and e.g. spot 303b. A laser spot, eg 303a, 303b, is moved, eg scanned, in the direction of arrow 301 across the target material. Assuming that the target material is in powder form 302, the material is then melted by the laser spot 304 and then solidified generally along the transition line 305 into a fused material 306. Beam power, beam irradiation time, speed of movement, and combinations thereof can be varied in a predetermined manner to yield a predetermined shape of the melting transition line 305. The distances by 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 optical components. can be done. Further, the step difference may be a position that monotonically increases and decreases with a set step size, or a position that increases and decreases with a variable step size. The exact speed advantage will depend on the target material and configuration of the part 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 laser systems and configurations such as those depicted for the 20-beam system in FIGS. 5-7, where the speed increases each time an additional beam is added to the system. increases 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。 Turning to FIG. 5, a schematic diagram of an embodiment of a laser system having an addressable laser delivery configuration is provided. The system includes an addressable laser diode system 501. System 501 independently provides addressable laser beams to multiple fibers 502a, 502b, 502c (larger or smaller numbers of fibers and laser beams are also envisioned). Fibers 502a, 502b, 502c are combined into a fiber bundle 504 that is housed in a protection tube 503 or cover. Fibers 502a, 502b, 502c of fiber bundle 504 are fused together to form a printhead 505, which includes optical elements that focus and direct the laser beam along a beam path to a target material 507. Assembly 506 is included. The print head and powder hopper move together as the print head moves in the forward direction according to 510. Additional material 509 is deposited on top of the fused material 507 with each pass through the print head or hopper. The print head is bidirectional, fusing material in both directions as the print head moves, so the powder hopper runs behind the print head to be fused on the next pass of the laser print head. We provide laminated materials.

「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。 "Addressable array" means one or more of the following: power; duration of irradiation; sequence of irradiation; location of irradiation; power of the beam; shape of the beam spot as well as focal length, e.g. More than that, it can be independently varied, controlled and predefined, or a precise and defined delivery that allows each laser beam of each fiber to reveal a high precision end product (e.g. build material) from the target material. This means that patterns can be provided. Addressable array embodiments further provide the ability to perform variable, predetermined, and precise laser operations on the individual beams and the laser spots produced by those beams, such as annealing, ablation, 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。 Turning to FIG. 6, a schematic diagram of an embodiment of a laser system having an addressable laser delivery configuration is provided. The laser system can be a laser diode array system, a brightness conversion system, or a high power fiber laser system. The system includes an addressable laser system 601. The system 601 independently provides addressable laser beams to multiple fibers 602a, 602b, 602c (larger or smaller numbers of fibers and laser beams are also envisioned). Fibers 602a, 602b, 602c are combined into a fiber bundle 604 that is housed in a protection tube 603 or cover. Fibers 602a, 602b, 602c of fiber bundle 604 are fused together to form a printhead 605, which includes optical elements that focus and direct the laser beam along a beam path to a target material 607. Assembly 606 is included. Target material 607 can be annealed to form 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。 Turning to FIG. 7, a schematic diagram of an embodiment of a laser system having an addressable laser delivery configuration is provided. The system includes an addressable laser diode system 701. System 701 independently provides addressable laser beams to multiple fibers 702a, 702b, 702c (larger or smaller numbers of fibers and laser beams are also envisioned). Fibers 702a, 702b, 702c are combined into a fiber bundle 704 that is housed in a protection tube 703 or cover. Fibers 702a, 702b, 702c of fiber bundle 704 are fused together to form print head powder dispensing head 720. Powder distribution head 720 can deliver powder coaxially with the laser beam or transversely to the laser beam. Once the powder dispensing head 720 provides a layer of additional material 709, that layer is fused to and onto 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, such as 801, fused together and used in a laser head of a system such as the systems shown in FIGS. 5-7. The configuration will deliver a laser spot with a similar configuration to the fiber array. This embodiment is a 1x5 linear configuration with five fibers in a single linear row. A 1×n linear row of fibers is the ultimate laser print head, where n depends on the physical extent 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, such as 901, fused together and used in a laser head of a system such as the systems shown in FIGS. 5-8. The configuration has two linear rows 902, 903 of fibers arranged in a staggered diamond-shaped arrangement. The fibers will deliver a laser spot with a configuration similar to the fiber array. This embodiment is a 2x5 linear configuration with two linear rows 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, fused together and used in the head of a system such as the systems shown in FIGS. 5-8. The configuration has three linear rows of fibers 1002, 1003, 1004 arranged in a staggered diamond-shaped arrangement. The fibers will deliver a laser spot with a configuration similar to the fiber array. This embodiment is a 3x5 linear configuration with three linear rows 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, such as 1101, fused together and used in the head of a system such as the systems shown in FIGS. 5-8. The configuration has three linear rows of fibers 1102, 1103, 1104 arranged in a staggered triangular arrangement. The fibers will deliver a laser spot with a configuration similar to the fiber array. This embodiment is a 3x5 linear configuration with three linear rows 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, such as 1201, fused together and used in the head of a system such as the systems shown in FIGS. 5-8. The configuration has four linear rows of fibers 1202, 1203, 1204, 1205 arranged in a non-staggered square arrangement. The fibers will deliver a laser spot with a configuration similar to the fiber array. This embodiment is a 4x4 linear configuration with four linear rows 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, such as 1301, fused together and used in the head of a system such as the systems shown in FIGS. 5-8. The configuration has five linear rows 1302 of fibers. The fibers are not staggered, but arranged in a rectangular array. The fibers will deliver a laser spot with a configuration similar to the fiber array. This embodiment is a 5x4 linear configuration with five linear rows 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 of five (n=5) fibers, eg 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 of nine fibers (n=9), such as fibers 1402a arranged in a circular configuration and fiber 1402b located in the center of the circle. The central fibers 1402b may be held in place by a 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 of 19 (n=19) fibers, eg 1403a, with an inner circle fiber 1405 and a center 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 of seven (n=7) fibers, eg 1501a, having a hexagonal arrangement with triangular spaces.

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 of 19 (n=19) fibers, eg 1502a, having a hexagonal arrangement with triangular spacing.

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 illustrate configurations of fiber bundles arranged in arbitrary geometries. These configurations offer various levels of fiber density within the configuration. FIG. 16A shows a bundle 1601 of n=16 fibers in a quarter circle configuration, for example 1601a. FIG. 16B is a bundle 1602 of n=8 fibers, eg 1602b, in a rectangular configuration. FIG. 16C is a bundle 1604 of n=6 fibers, eg 1604a, in a triangular configuration. FIG. 16D shows a bundle 1603 of n=9 fibers, eg 1603a, in a semicircular configuration.

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 and are not to be considered or otherwise limit 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 spatially coupled to form a single spot in the far field and capable of being 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
An array of blue laser diodes as described in Example 1, wherein the array of blue laser diodes is a polarized beam combined 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 in the fast axis of the laser diodes, reflecting a first laser diode(s) and reflecting a second laser diode(s); ) An array of blue laser diodes combined with a periodic plate for transmitting the laser diodes to 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
Patterned mirror on glass substrate used to achieve space filling in 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
Patterned mirror on one side of a glass substrate to achieve space filling in Example 3, wherein the glass substrate shifts the vertical position of each laser diode to create a space between 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 a patterned mirror as 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 is tuned by an external cavity to a different wavelength to substantially increase the brightness of the array to a brightness comparable to a single laser diode source. An array of blue laser diodes that is 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 is An array of blue laser diodes that are combined into a single beam using either a filter or a diffraction 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 as described in Example 1 with a pure fused silica core to reveal a higher brightness light source and a fluorinated outer core to house the blue pump light. An array of blue laser diodes used to pump a Raman converter such as an optical fiber with.

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 as described in Example 1, with a GeO2-doped central core and an outer core to reveal a higher brightness light source and a central core to house the 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 as described in Example 1, with a P2O5 doped core to reveal a higher brightness light source and an outer core larger than the central core to accommodate the blue pump light. and an array of blue laser diodes used to pump a Raman converter such as an optical fiber.

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 as described in Example 1, with a graded-index core to reveal a higher brightness light source and an outer core larger than the central core to accommodate blue pump light. and an array of blue laser diodes used to pump a Raman converter such as an optical fiber.

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
An array of blue laser diodes as described in Example 1, with a graded-index GeO2-doped core and an outer step-index core, the blue laser used to pump the Raman converter fiber. 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
An array of blue laser diodes as described in Example 1, with a graded-index P2O5 doped core and an outer step-index core, the blue laser used to pump the Raman converter fiber. 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 as described in Example 1 and used to pump a graded-index GeO2-doped core Raman converter fiber.

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
An array of blue laser diodes as described in Example 1, with a graded-index P2O5 doped core and an outer step-index core, the blue laser used to pump the Raman converter fiber. 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 variations of the embodiments of Example 1 are envisioned. An array of blue laser diodes as described in Example 1 and used to pump a Raman converter such as a diamond to develop a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 and used to pump a Raman converter such as a KGW to develop a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 and used to pump a Raman converter such as YVO4 to develop a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes as described in Example 1, wherein the blue laser is used to pump a Raman converter such as Ba(NO3)2 to develop a higher brightness laser light source. array of diodes. An array of blue laser diodes as described in Example 1 and used to pump a Raman converter with high pressure gas to bring out a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 and used to pump a rare earth doped crystal to develop a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 and used to pump a rare earth doped fiber to develop a higher brightness laser light source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 and used to pump the outer core of a brightness converter to develop a higher brightness 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 operating at individual wavelengths that are 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
Raman fibers with dual cores and filters, fiber Bragg gratings, V-number differences for the first and second order Raman signals, or microbends to suppress the second order Raman signals of the high brightness central core. The difference in loss between the means using and the 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
N laser diodes, with N≧1, which can be turned on and off individually and imaged onto a powder bed to melt and fuse the powder 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
N laser diode array of Example 1, with N≧1, the output of which can be fiber coupled, each fiber imaging or focusing onto the powder to form the powder into a uniquely shaped stack. A laser diode array that can be arranged in a linear or nonlinear manner 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, each fiber imaging or focusing onto the powder to uniquely One that can be arranged in a linear or non-linear fashion to reveal an addressable array of N 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 merging a powder bed while moving an N blue laser light source across the powder bed, with N≧1, adding an additional powder layer behind the fused layer. An xy motion system having a powder delivery system positioned behind a laser light source to provide an xy motion system.

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 bed is 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 part/powder of Example 20 after the powder layer is 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
A two-way powder placement capability for Example 20, in which the powder is placed directly behind the laser spot(s) as the laser spot(s) travels in the positive x direction or the 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
A two-way powder placement capability for Example 20, in which the powder is placed directly behind the laser spot(s) as the laser spot(s) travels in the positive y direction or the negative y direction.

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
Powder feeding system that is coaxial with the N laser beam as 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, the 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
A powder feeding system in which the powder is entrained in a flow 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 transverse to N laser beams, with N≧1, the powder being placed directly 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, the powder feeding system being transverse to a laser beam of N, with N≧1, the powder being entrained in 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 the source laser, ie, 230 nm, and is made of an externally resonant doubling crystal such as KTP. A second harmonic generation system that does not allow short wavelength light to propagate through the 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 in which, for example, the output of a 460 nm Raman converter is used to generate 115 nm light using an externally resonant doubling crystal, but the shorter wavelength light is passed through an optical fiber. 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, for example, using the output of a 460 nm Raman converter to generate 57.5 nm light using an externally resonant doubling crystal, where the shorter wavelength light passes through an optical fiber. A fourth harmonic generation system that does not allow propagation through the system.

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 uses the output of a rare-earth-doped brightness converter, such as thulium, that emits a 473-nm laser when pumped by an array of 450-nm blue laser diodes to generate half of the source laser. A second harmonic generation system that generates light at a wavelength of 236.5 nm using an externally resonant doubling crystal, but does not allow shorter wavelength light to propagate through the 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 that produces 118.25 nm light using the output of a thulium-like rare earth doped brightness converter that emits a 473 nm laser when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes. A third harmonic generation system that uses an externally resonant doubling crystal to generate a third harmonic, but does not allow shorter wavelength light 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
A fourth harmonic generation system uses the output of a rare earth-doped brightness converter, such as thulium, to emit a 473 nm laser when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes to produce 59.1 nm light. A fourth harmonic generation system that uses an externally resonant doubling crystal, but does not allow short wavelength light 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 visible or near visible output may 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
Injection of high power visible light into the non-circular outer core or cladding to pump the inner core of a Raman or rare earth doped core fiber.

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 polarization-sustaining fibers to enhance the gain of Raman fibers by aligning the pump polarization with that 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
An array of blue laser diodes as described in Example 1, wherein the blue laser diodes are used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, configured to reveal a higher intensity 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
Pumping a Raman converter, such as an array of blue laser diodes as described in Example 1, in a fiber optic structure that reveals a higher intensity light source of a particular polarization and sustains the polarization state of the pump source. An array of blue laser diodes used to

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
An array of blue laser diodes as described in Example 1 pumping a Raman converter such as an optical fiber to reveal a high brightness light source with a non-circular outer core structured to improve Raman conversion efficiency. An 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 of Examples 1 through 44 further provide one or more of the following components or assemblies: at the end of each pass prior to the step in which the laser scans across the powder bed. equipment for leveling the powder; equipment for scaling the output power of the laser to reveal a beam of higher power output by combining multiple low power laser modules via a fiber combiner; Apparatus 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 It may include one or more of: a device for combining modules;

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 addressing the theory underlying novel and innovative performance or other advantageous features and properties that are the subject matter of or associated with embodiments of the invention. I would like to point out that there is no. Nevertheless, various theories are provided herein to further advance the technology in this important field, specifically the important field of lasers, laser processing, and laser applications. These theories proposed herein, unless expressly stated otherwise, in no way limit, limit, or narrow the scope of the claimed invention to which protection is to be afforded. isn't it. These theories may not be required or practiced in utilizing the present invention. It should be further understood that the invention relies on new and heretofore unknown theories to explain the operation, functionality, and features of embodiments of the methods, articles, materials, devices, and systems of the invention. Such subsequent theories do not limit the scope of the invention to which protection is afforded.

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。 The various embodiments of lasers, diodes, arrays, modules, assemblies, activities, and operations presented herein can be used in the fields identified above and in various other fields. In addition, these embodiments can be applied to, for example, existing lasers, additive manufacturing systems, operations, and activities, as well as other existing equipment; future lasers, additive manufacturing systems, operations, and activities; It may also be used with such items with partial modifications based on the teachings. Furthermore, the various embodiments presented herein may be used in various combinations with each other. Thus, for example, configurations provided in various embodiments herein may be used in conjunction with each other, and the scope of the invention to be afforded protection may vary from particular embodiments to particular implementations. There is no intention to be limited to the specific implementations, configurations, or arrangements shown in the examples or embodiments in particular figures.

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 may be embodied in other forms than those specifically disclosed herein without departing from its spirit or essential characteristics. The described embodiments are to be considered in all respects as illustrative only and not limiting.

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 Graphs 101 Performance of an Embodiment of a Laser Diode Array 102 Performance of Dense Wavelength Beam Combining Arrays 103 Performance of Intensity Conversion Techniques When Scaled Using Fiber Combiner Techniques 104 Dense Wavelength Combining of Power in Intensity Converters 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 Row 220 Laser diode module 225 Patterned mirror 227 Polarizing beam folding assembly 228 Telescope assembly 229 Aspheric lens 230, 231, 232, 233, 234 Beam 235 Aperture stop 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 fibers 503 protection tube 504 fiber bundle 505 print head 506 optics assembly 507 target material 508, 508b powder device 509 additional material 510 direction of print head movement 600 laser system 601 addressable laser system 602a, 602b , 602c fiber 603 protection tube 604 fiber bundle 605 print head 606 optics assembly 607 target material 609 annealing material 610 direction of print head movement 700 laser system 701 addressable laser diode system 702a, 702b, 702c fiber 704 fiber bundle 707 target Material 709 Layer of additional material 710 Direction of movement of print head 720 Powder distribution head 800 Fiber bundle 801 Fiber 900 Fiber bundle 901 Fiber 902, 903 Linear row 801 Fiber 1000 Fiber bundle 1002, 1003, 1004 Linear row 1100 Fiber bundle 1101 Fiber 1102, 1103, 1104 Linear row 1200 Fiber bundle 1201 Fiber 1202, 1203, 1204, 1205 Linear row 1300 Fiber bundle 1301 Fiber 1302 Linear row 1401 Fiber bundle 1401a Fiber 1402 Fiber bundle 1402a, 1402b Fiber 1403 Fiber bundle 140 3a, 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 1604 Fiber bundle 1604a Fiber

Claims (12)

少なくとも3つのレーザーシステムを備えるアドレス指定可能アレイレーザー加工システムであって、各レーザーシステムが、
a.少なくとも3つのレーザーダイオード組立体であって、
b.前記少なくとも3つの少なくともレーザーダイオード組立体のそれぞれが、少なくとも10のレーザーダイオードを備え、前記少なくとも10のレーザーダイオードのそれぞれが、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、それにより前記レーザービーム経路に沿って進む前記青色レーザービームの間に空間が画定されるようにした、3つのレーザーダイオード組立体と、
c.少なくとも30の前記レーザービーム経路の全てに配置されている、前記青色レーザービームを空間的に結合して前記青色レーザービームの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、前記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、テレスコープとを備え、それにより空間的に結合して維持するための当該手段が、前記青色レーザービームの間の前記空間をレーザーエネルギーで満たし、それにより少なくとも約250ワットのパワーと40mm-mrad未満のビームパラメータ積を有する結合レーザービームを提供する、手段と、を備え、
d.前記少なくとも3つのレーザーシステムのそれぞれが、前記結合レーザービームのそれぞれを単一の光ファイバーへ結合するように構成され、それにより前記少なくとも3つの結合レーザービームのそれぞれがその結合された光ファイバーに沿って伝送することができるようにし、前記少なくとも3つの光ファイバーは、レーザーヘッドと制御システムに光学的に関連付けられており、前記制御システムは、前記結合レーザービームのそれぞれ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、アドレス指定可能アレイレーザー加工システム。
An addressable array laser processing system comprising at least three laser systems, each laser system comprising:
a. at least three laser diode assemblies,
b. each of the at least three at least laser diode assemblies comprising at least ten laser diodes, each of the at least ten laser diodes having a power of at least about 2 Watts and a blue laser having a beam parameter product of less than 8 mm-mrad; The beams may be generated along laser beam paths, each laser beam path being essentially parallel, such that a space is defined between the blue laser beams traveling along the laser beam paths. three laser diode assemblies,
c. means for spatially coupling the blue laser beam to maintain the brightness of the blue laser beam, the means being disposed in all of at least 30 of the laser beam paths, the means for spatially combining the blue laser beam to maintain the brightness of the blue laser beam; a vertical prism array for a second axis of the laser beam, and a telescope, whereby the means for maintaining spatial coupling of the blue laser beam means for filling the space between with laser energy, thereby providing a combined laser beam having a power of at least about 250 Watts and a beam parameter product of less than 40 mm-mrad;
d. Each of the at least three laser systems is configured to couple each of the combined laser beams into a single optical fiber, such that each of the at least three combined laser beams is transmitted along the combined optical fiber. wherein the at least three optical fibers are optically associated with a laser head and a control system for delivering each of the combined laser beams to a predetermined location on the target material. An addressable array laser processing system having a program having a predetermined sequence of.
送達するための前記既定シーケンスが、前記レーザーヘッドからの前記青色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、粉末を有する前記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、請求項1に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 The predetermined sequence for delivery individually turns on and off the blue laser beam from the laser head, thereby imaging it onto a powder bed to melt and fuse the target material with powder into a part. 2. The addressable array laser processing system of claim 1, comprising steps. 前記レーザーヘッド内の前記光ファイバーは、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、請求項1に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 2. The addressable array laser of claim 1, wherein the optical fibers in the laser head are configured in an arrangement selected from the group consisting of linear, nonlinear, circular, rhombic, square, triangular, and hexagonal. processing system. 前記レーザーヘッド内の前記光ファイバーは、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、請求項1に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 Addressable according to claim 1, wherein the optical fibers in the laser head are arranged in an arrangement selected from the group consisting of 2x5, 5x2, 4x5, at least 5xat least 5, 10x5, 5x10, and 3x4. Array laser processing system. 前記標的材料は粉末床を有し、当該アドレス指定可能アレイレーザー加工システムはさらに、前記粉末床を横切って前記レーザーヘッドを移動させ、それにより前記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た粉末送達システムと、を備える、請求項1に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 The target material has a powder bed, and the addressable array laser processing system further includes an x-y laser head capable of moving the laser head across the powder bed, thereby melting and fusing the powder bed. The addressable array laser processing system of claim 1, comprising a motion system and a powder delivery system positioned behind the laser light source to provide an additional powder layer behind the fused layer. 前記レーザーヘッドを移動させて前記粉末床の表面より上の前記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備える、請求項5に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 6. The addressable array laser processing system of claim 5, comprising a z-motion system capable of moving the laser head to increase and decrease the height of the laser head above the surface of the powder bed. 送達された前記青色レーザービームが正x方向又は負x方向に進む際に前記青色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備える、請求項5に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 6. The addressable array of claim 5, comprising a two-way powder placement device capable of placing powder directly behind the delivered blue laser beam as it travels in the positive x direction or the negative x direction. Laser processing system. 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備える、請求項5に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 6. The addressable array laser processing system of claim 5, comprising a powder feeding system coaxial with the plurality of laser beam paths. 重力粉末給送システムを備える、請求項5に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 6. The addressable array laser processing system of claim 5, comprising a gravity powder feeding system. 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備える、請求項5に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 6. The addressable array laser processing system of claim 5, comprising a powder delivery system in which the powder is entrained in a flow of inert gas. Nの青色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、N≧1であり、粉末が重力により前記青色レーザービームの前方に置かれるようにした粉末給送システムを備える、請求項5に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。 5. A powder feeding system transverse to the blue laser beam of N, wherein N≧1, the powder feeding system being placed in front of the blue laser beam by gravity. Addressable array laser processing system described in . Nの青色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、N≧1であり、粉末が前記青色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ようにした粉末給送システムを備える、請求項5に記載のアドレス指定可能アレイレーザー加工システム。


a powder feeding system transverse to a blue laser beam of N, with N≧1, such that the powder is entrained in a flow of inert gas intersecting the blue laser beam; , the addressable array laser processing system of claim 5.


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