JP5697086B2 - 広帯域幅レーザーを用いたスペクトルビーム結合 - Google Patents
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Description
高出力ファイバーレーザーの帯域幅を狭める試みが進められるなか、狭帯域出力(例えば、数GHz)に関する前記先行技術は、1kW以下でしかない。従って、複数の広帯域幅レーザー出力を、構成要素であるそれぞれの光線と実質的に同じ光線品質を示すような単一の光線へと結合する、改良済みSBC技術とは、出力パワーが1kWより高いファイバーレーザーを結合するか、若しくは、如何なる出力レベルの入力ファイバーレーザーアレイについて、狭スペクトル帯域幅の必要性の緩和をすることが必要である。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある(国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献2】 米国特許出願公開第2001/0036002号明細書
【特許文献3】 米国特許出願公開第2005/0232182号明細書
Claims (23)
- スペクトルビーム結合を使用し、複数のレーザービームレットを結合して単一の平行(コリメート)出力ビームを形成するシステムであって、
複数のビームレットを放出するように構成され、1次元配列に配置された複数の広帯域レーザー源と、
前記複数のビームレットを平行にするように配置された複数のレンズと、
前記平行にされたビームレットに空間チャープを適用し、当該空間チャープ済みビームレットを所定の平面上に位置決めするように構成された空間チャーパーであって、これにより前記ビームレットのスペクトル成分が前記平面上に渡って横方向に分散するものであり、前記空間チャーパーは、前記平行にされた複数のビームレットの各々を分散するように構成された分散素子と、前記分散されたビームレットを前記平面上に集光するように構成された第1のレンズとを有するものである、前記空間チャーパーと、
前記空間チャーパーにより与えられた前記空間チャープを取り除き、前記ビームレットを単一の平行出力ビームへ結合するように構成された分散ビーム結合器であって、前記分散ビーム結合器は第2のレンズと回折格子とを有し、前記第2のレンズは、前記平面と前記回折格子との間に配置され、第2の焦点距離を有し、前記平面から前記第2の焦点距離の位置に配置されているものである、前記分散ビーム結合器と
を有するシステム。 - スペクトルビーム結合を使用し、複数のレーザービームレットを結合して単一の平行(コリメート)出力ビームを形成するシステムであって、
複数のビームレットを放出するように構成され、1次元配列に配置された複数の広帯域レーザー源と、
前記複数のビームレットを平行にするように配置された複数のレンズと、
前記平行にされたビームレットに空間チャープを適用し、当該空間チャープ済みビームレットを所定の平面上に位置決めするように構成された空間チャーパーであって、これにより前記ビームレットのスペクトル成分が前記平面上に渡って横方向に分散するものであり、前記空間チャーパーは複数のレンズ−回折格子ペアを含み、各レンズ−回折格子ペアは空間チャープを前記平行ビームレットの1つに適用するよう構成されており、前記複数のレンズ−回折格子ペアは前記空間チャープ済みビームレットを前記平面上に位置決めするように配置されており、各レンズ−回折格子ペアは第1の回折格子と第1のレンズとを有し、前記第1のレンズは前記第1の回折格子と前記平面との間に配置され、前記第1のレンズは第1の焦点距離を有し、前記第1のレンズは前記平面から前記第1の焦点距離の位置に配置されているものである、前記空間チャーパーと、
前記空間チャーパーにより与えられた前記空間チャープを取り除き、前記ビームレットを単一の平行出力ビームへ結合するように構成された分散ビーム結合器であって、前記分散ビーム結合器は、第2のレンズと第2の回折格子とを有し、前記第2のレンズは前記平面と前記回折格子との間に配置され、前記第2のレンズは第2の焦点距離を有し、前記第2のレンズは前記平面から前記第2の焦点距離の位置に配置されているものである、前記分散ビーム結合器と
を有するシステム。 - 請求項2記載のシステムにおいて、前記複数のレンズ−回折格子ペアの各第1のレンズは回折格子及び前記平面と焦点を共有するように位置決めされているものであるシステム。
- 請求項2記載のシステムにおいて、前記複数のレンズ−回折格子ペアは一次元の直線配列で配置されるものであるシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、前記複数のレンズの各レンズは略1mの焦点距離を有するものであるシステム。
- スペクトルビーム結合を使用し、複数のレーザービームレットを結合して単一の平行(コリメート)出力ビームを形成するシステムであって、
複数のビームレットを放出するように構成され、1次元配列に配置された複数の広帯域レーザー源と、
前記複数のビームレットを平行にするように配置された複数のレンズと、
前記平行にされたビームレットに空間チャープを適用し、当該空間チャープ済みビームレットを所定の平面上に位置決めするように構成された空間チャーパーであって、これにより前記ビームレットのスペクトル成分が前記平面上に渡って横方向に分散するものであり、前記空間チャーパーは空間チャープを前記平行ビームレットのそれぞれに適用するように構成された第1の回折格子と、、前記空間チャープ済みビームレットを前記平面上に位置決めするように構成された第2の回折格子とを有する回折格子ペアを含むものである、前記空間チャーパーと、
前記空間チャーパーにより与えられた前記空間チャープを取り除き、前記ビームレットを単一の平行出力ビームへ結合するように構成された分散ビーム結合器であって、前記分散ビーム結合器は、第3の回折格子と第4の回折格子とを有する回折格子ペアーを含み、前記第3の回折格子は、前記第4の回折格子上に前記空間チャープ済みのビームレットを回折するように構成されているものである、前記分散ビーム結合器と
を有するシステム。 - 請求項6記載のシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記第1の回折格子と前記第2の回折格子の下流に配置され、前記空間チャープ済みビームレットを前記ビーム結合器に向けるように配置された少なくとも1つのミラーを有するものであるシステム。 - スペクトルビーム結合を使用し、複数のレーザービームレットを結合して単一の平行(コリメート)出力ビームを形成するシステムであって、
複数のビームレットを放出するように構成され、1次元配列に配置された複数の広帯域レーザー源と、
前記複数のビームレットを平行にするように配置された複数のレンズと、
前記平行にされたビームレットに空間チャープを適用し、当該空間チャープ済みビームレットを所定の平面上に位置決めするように構成された空間チャーパーであって、これにより前記ビームレットのスペクトル成分が前記平面上に渡って横方向に分散するものであり、前記空間チャーパーは複数の第1の回折格子を含み、当該複数の第1の回折格子の各々は空間チャープを前記平行ビームレットのうちの1つに適用するように配置され、前記複数の第1の回折格子は前記空間チャープ済みのビームレットを前記平面上に位置決めするように配置されるものである、前記空間チャーパーと、
前記空間チャーパーにより与えられた前記空間チャープを取り除き、前記ビームレットを単一の平行出力ビームへ結合するように構成された分散ビーム結合器であって、前記分散ビーム結合器は、第2の回折格子と第3の回折格子とを含み、前記第2の回折格子は、前記第3の回折格子上に前記空間チャープ済みのビームレットを回折するように構成されているものである、前記分散ビーム結合器と
を有するシステム。 - 請求項8記載のシステムにおいて、前記第1の回折格子は、チャープ体積ブラッグ回折格子(chirped volume Bragg diffraction grating)であるシステム。
- 請求項9記載のシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記チャープ体積ブラッグ回折格子に対して配置された複数のミラーを有し、これにより前記空間チャープ済みビームレットが前記平面上に位置決めされるものであるシステム。 - 請求項2記載のシステムにおいて、前記第1の回折格子及び前記第2の回折格子はそれぞれ誘電体コーティングされた反射回折格子を含むものであるシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、前記複数の広帯域レーザー源はレーザーファイバーアレイを含むものであるシステム。
- 請求項12記載のシステムにおいて、前記レーザーファイバーアレイは、1mm間隔で一次元の直線配列で配置された20〜100の間の広帯域レーザーファイバーを含むものであるシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、各広帯域レーザー源は略1nmの帯域幅を有するものであるシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、各広帯域レーザー源は略1kw〜100kwの出力強度を有するものであるシステム。
- 請求項2記載のシステムにおいて、このシステムは、さらに、
1若しくはそれ以上の前記レンズ―回折格子ペアの前記第1の回折格子と前記第1のレンズに動作可能に接続されたアクティブ位置制御サブシステムを有し、これにより前記空間チャーパーの出力が前記平面上に位置決めされるものであるシステム。 - スペクトルビーム結合を使用し、複数のレーザービームレットを結合して単一の平行出力ビームを形成する方法であって、
1次元配列に配置された複数の広帯域レーザー源から複数のレーザービームレットを放出する工程と、
複数のレンズを使用して前記複数のビームレットを平行にする工程と、
所定の平面上でスペクトルビーム成分の横方向分散を生成するように配列された少なくとも1つの分散素子を含む空間チャーパーを使用して、空間チャープを前記平行にされた複数のビームレットの各々に適用する工程であって、前記適用する工程は、前期分散素子を使用して前記平行にされた複数のビームレットの各々を分散する工程と、第1のレンズを使用して前記分散されたビームレットを前記平面上に集光する工程とを含むものである、前記適用する工程と、
分散ビーム結合器を使用して、前記空間チャープ済みビームレットを単一の平行出力ビームへ結合する工程であって、前記結合する工程は、第2のレンズを使用して前記空間チャープ済みビームレットを回折格子に集光させる工程と、前記回折格子を使用して前記空間チャーパーにより与えられた前記空間チャープを取り除き、前記ビームレットを単一の平行出力ビームへ結合する工程とを含むものである、前記結合する工程と、
を有する方法。 - スペクトルビーム結合を使用し、複数のレーザービームレットを結合して単一の平行出力ビームを形成する方法であって、
1次元配列に配置された複数の広帯域レーザー源から複数のレーザービームレットを放出する工程と、
複数のレンズを使用して前記複数のビームレットを平行にする工程と、
所定の平面上でスペクトルビーム成分の横方向分散を生成するように配列された複数のレンズ−回折格子ペアを含む空間チャーパーを使用して、空間チャープを前記各平行にされたビームレットに適用する工程であって、前記適用する工程は、第1の回折格子を使用して各ビームレットを回折する工程と、第1のレンズを使用して前記各回折ビームレットを前記平面上に集光する工程とを含むものである、前記適用する工程と、
分散ビーム結合器を使用して、前記空間チャープ済みビームレットを単一の平行出力ビームへ結合する工程であって、前記結合する工程は、第2のレンズを使用して前記空間チャープ済みビームレットを回折格子に集光させる工程と、前記回折格子を使用して前記空間チャーパーにより与えられた前記空間チャープを取り除き、前記ビームレットを単一の平行出力ビームへ結合する工程とを含むものである、前記結合する工程と、
を有する方法。 - スペクトルビーム結合を使用し、複数のレーザービームレットを結合して単一の平行出力ビームを形成する方法であって、
1次元配列に配置された複数の広帯域レーザー源から複数のレーザービームレットを放出する工程と、
複数のレンズを使用して前記複数のビームレットを平行にする工程と、
所定の平面上でスペクトルビーム成分の横方向分散を生成するように配列された複数の回折格子ペアを含む空間チャーパーを使用して、空間チャープを前記各平行にされたビームレットに適用する工程であって、前記複数の回折格子ペアのそれぞれは第1の回折格子と第2の回折格子を有し、前記適用する工程は、前記回折格子ペアの第1の回折格子を使用して前記各ビームレットに空間チャープを適用する工程と、前記回折格子ペアの第2の回折格子を使用して前記各空間チャープ済みビームレットを前記平面上に位置決めする工程と、
分散ビーム結合器を使用して、前記空間チャープ済みビームレットを単一の平行出力ビームへ結合する工程であって、前記結合する工程は、第3の回折格子を使用して前記空間チャープ済みビームレットを第4の回折格子に回折させる工程と、前記第4の回折格子を使用して前記空間チャーパーにより与えられた前記空間チャープを取り除き、前記ビームレットを単一の平行出力ビームへ結合する工程とを含むものである、前記結合する工程と、
を有する方法。 - スペクトルビーム結合を使用し、複数のレーザービームレットを結合して単一の平行出力ビームを形成する方法であって、
1次元配列に配置された複数の広帯域レーザー源から複数のレーザービームレットを放出する工程と、
複数のレンズを使用して前記複数のビームレットを平行にする工程と、
所定の平面上でスペクトルビーム成分の横方向分散を生成するように配列された複数のチャープ体積ブラッグ回折セルを含む空間チャーパーを使用して、空間チャープを前記各平行にされたビームレットに適用する工程であって、前記適用する工程は、前記チャープ体積ブラッグ回折格子セルを使用して前記各ビームレットを回折する工程を含むものである、前記適用する工程と、
分散ビーム結合器を使用して、前記空間チャープ済みビームレットを単一の平行出力ビームへ結合する工程であって、前記結合する工程は、第3の回折格子を使用して前記空間チャープ済みビームレットを第4の回折格子に回折させる工程と、前記第4の回折格子を使用して前記空間チャーパーにより与えられた前記空間チャープを取り除き、前記ビームレットを単一の平行出力ビームへ結合する工程とを含むものである、前記結合する工程と、
を有する方法。 - 請求項18記載の方法において、この方法は、さらに、
前記ビームレットを前記平面上に位置決めするため、アクティブ位置制御サブシステムを使用して、前記空間チャーパーの少なくとも1つの前期レンズ―回折格子ペアの前記第1の回折格子と前期第1のレンズの位置をアクティブ制御する工程を有する方法。 - 請求項1記載のシステムにおいて、前記平面は、前記第1のレンズと焦点を共有するように位置決めされているものであるシステム。
- 請求項6記載のシステムにおいて、前記平面は、前記空間チャーパーに含まれる前記回折格子ペアと前記分散ビーム結合器に含まれる前記回折格子ペアとの間の対称面であるシステム。
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