JP7547476B2 - 小型タイルを伴う光学モノリシックフェーズドアレイを含むコヒーレントに結合されたファイバレーザ増幅器システム - Google Patents
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Description
Claims (20)
- コヒーレントビーム結合(CBC)ファイバレーザ増幅器システムであって、
中心波長および低フィルファクタプロファイルを有する連続波周波数変調のシードビームを生成するシードビーム源と、
前記シードビーム源から前記シードビームを受信し、前記シードビームを、すべて前記中心波長を有する複数のスプリットシードビームへ分割するシードビームスプリッタと、
複数の位相変調器であって、各々が、前記スプリットシードビームのうちの1つを受信し、前記スプリットシードビームのすべてがビーム波面にわたって空間的にコヒーレントな位相を有するように、前記スプリットシードビームの位相を制御する、複数の位相変調器と、
複数のファイバレーザ増幅器であって、各々が、位相変調されたスプリットシードビームのうちの1つを受信し、各増幅器が、前記スプリットシードビームを増幅し、増幅ビームをファイバ上に置く、複数のファイバレーザ増幅器と、
入力面を有するエンドキャップを含むビーム整形器アレイアセンブリであって、前記入力面に、前記ファイバのすべてが光学結合され、前記ビーム整形器アレイアセンブリが、タイル状に互いに隣接しかつ互いと接触して位置付けられる複数の入力アレイセルを有する入力ビーム整形器アレイをさらに含み、各入力アレイセルは、前記増幅ビームのうちの1つを受信し、前記増幅ビームを、低フィルファクタプロファイルから高フィルファクタプロファイルへ変換されるように、前記増幅ビームが前記入力ビーム整形器アレイから離れる方へ伝搬する際に拡大させ、前記高フィルファクタプロファイルの強度分布を、前記各入力アレイセルの周囲において、前記高フィルファクタプロファイルと等価のフィルファクタプロファイルを有するフィルファクタガウスビームを用いた場合に得られる漸減よりもスムーズに低い値へと漸減させるように、整形される入力ビーム整形器を含み、前記ビーム整形器アレイアセンブリは、複数の出力アレイセルを含む出力ビーム整形器アレイをさらに含み、前記複数の出力アレイセルは、各出力アレイセルが入力アレイセルに適合するようにタイル状に互いに隣接しかつ互いと接触して位置付けられ、各出力アレイセルは、前記変換されたビームのうちの1つを受信し、前記出力ビーム整形器アレイが、複数の隣接ビームを前記複数の隣接ビーム間に最小の重複および最小の空隙を伴って有する結合ビームを提供するように、前記変換されたビームの波面を平坦にするように整形される出力ビーム整形器を含む、ビーム整形器アレイアセンブリと、
前記結合ビームからサンプルビームを分割するためのサンプルビームスプリッタと、
前記サンプルビーム内の各隣接ビームの強度を検出するための検出器と、
前記検出器からの強度信号に応答する位相制御器であって、前記スプリットシードビームの位相を制御するように前記位相変調器を制御する、位相制御器と
を備える、コヒーレントビーム結合(CBC)ファイバレーザ増幅器システム。 - 前記複数の入力アレイセルおよび前記複数の出力アレイセルは、すべて正方形セルである、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記複数の入力アレイセルおよび前記複数の出力アレイセルは、すべて同じサイズの正方形セルである、請求項2に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記複数の入力アレイセルおよび前記複数の出力アレイセルは、すべて2mm×2mm正方形セルである、請求項3に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記複数の入力アレイセルおよび前記複数の出力アレイセルは、異なるサイズの正方形セルである、請求項2に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記複数の入力アレイセルおよび前記複数の出力アレイセルは、正方形セルおよび長方形セルの組み合わせである、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力ビーム整形器アレイおよび前記出力ビーム整形器アレイは、直線アレイである、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力ビーム整形器アレイおよび前記出力ビーム整形器アレイは、略円形アレイである、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力ビーム整形器アレイおよび前記出力ビーム整形器アレイは、セルのない中心部分を有する、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力アレイセルおよび前記出力アレイセル内の前記入力および出力ビーム整形器は、ビーム伝搬方向に対して垂直にX方向およびY方向の両方に整形され、前記XおよびY方向形状は、同じ表面に提供される、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力アレイセルおよび前記出力アレイセル内の前記入力および出力ビーム整形器は、ビーム伝搬方向に対して垂直にX方向およびY方向の両方に整形され、前記XおよびY方向形状は、異なる表面に提供される、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、前記入力ビーム整形器アレイからのビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルは、前記入力ビーム整形器アレイからのビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含む、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記出力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、そこからビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルは、前記ビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含む、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- コヒーレントビーム結合(CBC)ファイバレーザ増幅器システムであって、
中心波長および円形ガウスプロファイルを有する連続波周波数変調のシードビームを生成するシードビーム源と、
前記シードビーム源から前記シードビームを受信し、前記シードビームを、すべて同じ波長を有する複数のスプリットシードビームへ分割するシードビームスプリッタと、
複数の位相変調器であって、各々が、前記スプリットシードビームのうちの1つを受信し、前記スプリットシードビームのすべてがビーム波面にわたって空間的にコヒーレントな位相を有するように、前記スプリットシードビームの位相を制御する、複数の位相変調器と、
複数のファイバレーザ増幅器であって、各々が、位相変調されたスプリットシードビームのうちの1つを受信し、各増幅器が、前記スプリットシードビームを増幅し、増幅ビームをファイバ上に置く、複数のファイバレーザ増幅器と、
入力面を有するエンドキャップを含むビーム整形器アレイアセンブリであって、前記入力面に、前記ファイバレーザ増幅器のすべてが光学結合され、前記ビーム整形器アレイアセンブリが、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数の直線入力アレイセルを有する入力ビーム整形器アレイをさらに含み、各入力アレイセルは、前記増幅ビームのうちの1つを前記エンドキャップから受信し、前記増幅ビームを、前記円形ガウスプロファイルからフラットトッププロファイルを有する直線状ビームへ変換されるように、前記増幅ビームが前記入力ビーム整形器アレイから離れる方へ伝搬する際に拡大させ、前記フラットトッププロファイルの強度分布を、前記各入力アレイセルの周囲において、前記フラットトッププロファイルと等価のフィルファクタプロファイルを有するフィルファクタガウスビームを用いた場合に得られる漸減よりもスムーズに低い値へと漸減させるように、整形されるビーム整形器を含み、前記ビーム整形器アレイアセンブリは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数の直線出力アレイセルを含む出力ビーム整形器アレイをさらに含み、各出力アレイセルは、前記変換されたビームのうちの1つを受信し、前記出力ビーム整形器アレイが、複数の隣接ビームを前記複数の隣接ビーム間に最小の重複および最小の空隙を伴って有する結合ビームを提供するように、前記変換されたビームに拡大を停止させるように整形されるビーム整形器を含む、ビーム整形器アレイアセンブリと、
前記結合ビームからサンプルビームを分割するためのサンプルビームスプリッタと、
前記サンプルビーム内の各隣接ビームの強度を検出するための検出器と、
前記検出器からの強度信号に応答する位相制御器であって、前記スプリットシードビームの位相を制御するように前記位相変調器を制御する、位相制御器と
を備える、コヒーレントビーム結合(CBC)ファイバレーザ増幅器システム。 - 前記入力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、前記入力ビーム整形器アレイからのビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルは、前記入力ビーム整形器アレイからのビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含む、請求項14に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記出力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、前記出力ビーム整形器アレイからのビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルは、前記出力ビーム整形器アレイからのビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含む、請求項15に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- コヒーレントビーム結合(CBC)ファイバレーザシステムであって、
中心波長および低フィルファクタプロファイルを有するシードビームを生成するシードビーム源と、
前記シードビーム源から前記シードビームを受信し、前記シードビームを、すべて前記中心波長を有する複数のスプリットシードビームへ分割するビームスプリッタと、
複数の位相変調器であって、各々が、前記スプリットシードビームのうちの1つを受信し、前記スプリットシードビームのすべてがビーム波面にわたって空間的にコヒーレントな位相を有するように、前記スプリットシードビームの位相を制御する、複数の位相変調器と、
複数のレーザ増幅器であって、各々が、位相変調されたスプリットシードビームのうちの1つを受信し、前記スプリットシードビームを増幅する、複数のレーザ増幅器と、
入力面を有するエンドキャップを含むビーム整形器アレイアセンブリであって、前記入力面に、増幅スプリットビームのすべてが光学結合され、前記ビーム整形器アレイアセンブリが、タイル状に互いに隣接しかつ互いと接触して位置付けられる複数の入力アレイセルを有する入力ビーム整形器アレイをさらに含み、各入力アレイセルは、前記増幅スプリットビームのうちの1つを受信し、前記ビームを、低フィルファクタプロファイルから高フィルファクタプロファイルへ変換されるように、前記増幅スプリットビームが前記入力ビーム整形器アレイから離れる方へ伝搬する際に拡大させ、前記高フィルファクタプロファイルの強度分布を、前記各入力アレイセルの周囲において、前記高フィルファクタプロファイルと等価のフィルファクタプロファイルを有するフィルファクタガウスビームを用いた場合に得られる漸減よりもスムーズに低い値へと漸減させるように、整形される入力ビーム整形器を含み、前記ビーム整形器アレイアセンブリは、複数の出力アレイセルを含む出力ビーム整形器アレイをさらに含み、前記複数の出力アレイセルは、各出力アレイセルが入力アレイセルに適合するようにタイル状に互いに隣接しかつ互いと接触して位置付けられ、各出力アレイセルは、前記変換されたビームのうちの1つを受信し、前記出力ビーム整形器アレイが、複数の隣接ビームを前記複数の隣接ビーム間に最小の重複および最小の空隙を伴って有する結合ビームを提供するように、前記変換されたビームの波面を平坦にするように整形される出力ビーム整形器を含む、ビーム整形器アレイアセンブリと、
前記結合ビームからサンプルビームを分割するためのサンプルビームスプリッタと、
前記サンプルビーム内の各隣接ビームの強度を検出するための検出器と、
前記検出器からの強度信号に応答する位相制御器であって、前記スプリットシードビームの位相を制御するように前記位相変調器を制御する、位相制御器と
を備える、コヒーレントビーム結合(CBC)ファイバレーザシステム。 - 前記複数のレーザ増幅器は、ダイオードレーザである、請求項17に記載のコヒーレントビーム結合(CBC)ファイバレーザシステム。
- 前記入力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、前記入力ビーム整形器アレイからのビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイが、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルが、前記入力ビーム整形器アレイからのビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含み、かつ/または、前記出力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、前記出力ビーム整形器アレイからのビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイが、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルが、前記出力ビーム整形器アレイからのビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含む、請求項17に記載のコヒーレントビーム結合(CBC)ファイバレーザシステム。
- コヒーレントビーム結合(CBC)のための方法であって、
中心波長および低フィルファクタプロファイルを有する連続波周波数変調のシードビームを生成するステップと、
前記シードビームを、すべて同じ波長を有する複数のスプリットシードビームへ分割するステップと、
前記スプリットシードビームのすべてがビーム波面にわたって空間的にコヒーレントな位相を有するように、前記スプリットシードビームの位相を制御するステップと、
前記スプリットシードビームを増幅するステップと、
各増幅スプリットシードビームを、低フィルファクタプロファイルから高フィルファクタプロファイルへ変換されるように、それが伝搬する際に拡大させるステップであって、前記高フィルファクタプロファイルの強度分布は、前記各増幅スプリットシードビームの周辺において、前記高フィルファクタプロファイルと等価のフィルファクタプロファイルを有するフィルファクタガウスビームを用いた場合よりもスムーズに低い値へ漸減する、ステップと、
複数の隣接ビームを前記複数の隣接ビーム間に最小の重複および最小の空隙を伴って有する結合ビームを提供するために、前記変換されたビームの波面を平坦にさせるステップと、
サンプルビームを前記結合ビームから分割するステップと、
前記スプリットシードビームの位相制御を提供するために、前記サンプルビーム内の各隣接ビームの強度を検出するステップと
を含む、方法。
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