JP7819829B2 - 光ビームを受光器に結合させるためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明の概念は、光ビームを受光器に結合させるため、特に、それぞれ実質的にまたは正確に楕円形のビーム断面を有する少なくとも１つの光ビームを、実質的にまたは正確に円形の受光断面を有する受光器に結合させるためのシステムおよび方法に関する。

多くの用途において、レーザー、例えば半導体レーザーまたはレーザーダイオードにより発生される光ビームは、受光器、例えば、光ファイバ内で結合される必要がある。多くの場合、２つ以上の光ビームをこのような受光器に結合させることが必要である。多くの顕微観察用途、例えばレーザー走査技術では、シングルモード光ファイバを介して複数のレーザー線を含む光を顕微鏡自体に導くことが有利である。このような場合、光ファイバの端部におけるレーザー光出力の安定性は、非常に重要である。わずか数ミクロンのシングルモードファイバの小さなファイバコア直径のため、ファイバ結合には、光ビームを光ファイバに配向し偏向させる対応する光学素子の正確な位置合わせが必要である。複数のレーザー線が含まれる場合、ビームは、典型的にはダイクロイックミラーを使用して、同じビーム経路上にマージされる。このようなダイクロイックミラーにより、第１のビームがダイクロイックミラーを通過することが可能となる一方、第２のビームが偏向し、これにより、ついで両方のビームが同方向にかつ好ましくは同軸状に伝搬することになる。

このような用途のために、典型的には、１つ以上の光ビームを受光器／光ファイバに導く同じ伝搬経路上に偏向させるミラー／ダイクロイックミラー（本明細書において「光ビーム偏向器」とも称される）を備えるシステムが使用される。通常、光ビームに必要な正確な位置合わせは、接着剤または固定ねじによりミラーを固定された精密な光学機械系を使用して行われる。このようなミラーホルダは、少なくとも２つの支持点を、例えば細いねじ山を有するねじにより前後に動かすことができる３点ベアリングを備える。これにより、垂直および水平の傾きを独立して設定することができる。従来技術のミラーホルダは、非常に正確に動かすことができ、ファイバ結合に非常に適している。加えて、機械系は、多くの場合にロックすることができ、これにより、非常に良好な長期安定性がもたらされる。ただし、このようなミラーホルダを使用することに伴ういくつかの欠点が存在する。第１に、これらが非常に高価であること、第２に、達成されたビームの位置合わせがファイバ端部でのレーザー出力安定性を保証するために長期間安定でなければならず、光学機械系に対する要求がさらに高まることである。最後に、典型的には、ユーザが所望の結合目的のためにミラーを位置合わせしなければならず、これが時間のかかる手順となることである。この種のミラーホルダまたは光学機械系を、以下「調整装置」と称する。

今日では、レーザーダイオードは、典型的には、小型で、大抵の場合に費用効率の高いレーザー光源として使用されている。ただし、これらは、ファイバ結合との組み合わせにおいて、著しい欠点を有する。コリメーション後、レーザービームは、楕円形状／楕円形のビーム断面を有し、一方、シングルモードファイバは、円形の対称コアを示す。これは、光ファイバへのＴＥＭ００モード結合も、円形であることを意味する。その結果、レーザーダイオードのファイバへの結合効率は、楕円形のレーザービーム焦点のかなりの部分が円形のファイバコアに結合することができないという事実のため、それほど良好ではない。

この問題を解決するための標準的な解決手段は、ビーム整形、すなわち例えばアナモルフィックプリズムペアまたはシリンドリカルレンズを使用することにより、楕円形レーザービームを円形ビームに変換することである。これにより、光学系の複雑さおよび価格が高まり、このこともまた不利である。

上記の問題に鑑みて、特に、非常に安定な光学機械系の必要性が低減され、改善されたビーム結合システムおよび対応する方法が必要である。

本発明の概念の実施形態は、それぞれ実質的にまたは正確に楕円形のビーム断面を有する少なくとも１つの光ビーム、例えば各半導体レーザーまたはレーザーダイオードにより発生された１つ以上の光ビームを、実質的にまたは正確に円形の受光断面を有する受光器、例えば光ファイバに結合させるためのシステムを提供する。ここで、このシステムは、システムへの少なくとも１つの光ビームそれぞれの入射を生じさせるようにそれぞれ構成された少なくとも１つの光ビーム入射ポートと、少なくとも１つの光ビームを受光器に結合させるために、システム外への少なくとも１つの光ビームの出射を生じさせるように構成された光ビーム出射ポートと、少なくとも１つの光ビームの光ビームを偏向させる少なくとも１つの光ビーム偏向器、例えば、ラーおよび／またはダイクロイックミラーと、システムの（ｘ－ｙ）平面内に広がる光学ベース素子、例えば光学ベースプレートと、を備える。このシステムでは、前記少なくとも１つのビーム偏向器のうちの少なくとも１つのビーム偏向器が、直接に、すなわち非介在的に、特にいかなる調整装置も試用することなく、例えば上記の光学機械系またはホルダをも使用することなく、ベース素子に固定されている。特に、このように固定されたビーム偏向器の固定後の調整は不可能である。固定により、特に固定中または固定後でさえ、以下でより詳細に説明するように、直接に固定されたビーム偏向器が、典型的には小さい回転角度範囲内で回転軸線を中心として回転することができ、この回転により、対応する光ビームの付加的な偏向がもたらされる。この「付加的な」偏向は、通常の所望の偏向に加えて生じる。このシステムでは、少なくとも１つの光ビーム入射ポートおよび／または少なくとも１つの光ビームが、ビーム偏向器の偏向面上の各光ビームの楕円形断面の半長軸が回転軸線に対して実質的にまたは正確に平行に配向されるようにさらに構成されている。最後に、このシステムでは、少なくとも１つの光ビーム偏向器は、光ビーム出射ポートを通過した後または光ビーム出射ポートの付近で、少なくとも１つの光ビームの楕円形断面が受光器の円形断面と重なるように配向される。

これまで、市販の結合システムでは、各偏向素子／光ビーム偏向器または光ビーム出射ポートの直接上流に位置する少なくとも１つの偏向素子／光ビーム偏向器が、それ自体の光学機械系／調整装置と共に供給され、システムのコストを増大させていた。例えば、特殊な光学機械系を使用して、工場でミラーを位置合わせし、ついで、システムにミラーを固定した後、これらを光学機械系から取り外し、光学機械系を、その後、別のシステムの製造に使用することができるようにすることは、有利であり、よりユーザフレンドリーであろう。本発明の概念は、この非常に有利な点を達成する。システムで使用される１つ、いくつかまたは全てのビーム偏向器を、対応する光学機械系をシステムのユーザに供給することなく、システムのベース素子上に直接に固定することができる。

さらに、本発明の概念は、システムのベース素子／プレートへのミラーの固定に関する問題を克服する。例えば、ミラーを、ある種のねじで固定することまたは単純に接着剤を使用して固定することを考えることができる。これらのプロセスはそれぞれ、残念ながら、ミラーを固定する間に、ミラーを少し動かしてしまうことになる。ねじは、典型的にはミラーを固定する間、ミラーに小さな運動を引き起こしてしまう。一方、接着剤は、硬化しながら収縮する傾向があり、このためミラーを動かしてしまう。さらに、環境の熱変化に伴って、接着剤は収縮または膨張する傾向があり、このため、固定後に、熱によって誘導されるミラーの移動がもたらされ、結合効率に影響を及ぼす場合がある。さらに、ミラーをベース素子／プレートに固定するさまざまな方法が存在する。ミラーの裏面を、ベース素子に接続されたホルダに固定することができる。別の方法では、ミラーを、その側部の１つにある側面でベース素子に直接に固定するであろう。固定は接着剤により行うことができる。接着剤の硬化中および後続の熱変動により、接着剤が動いてミラーを運動させ、このため異なる角度配向がもたらされる。これにより、典型的には、時間がかかり、扱いにくい位置合わせプロセスが無効になってしまう。

一方、本発明の概念は、好ましい実施形態に従って、以下に記載するように、この問題を解決する。

上記のように、光ビームの楕円形断面を配向させるという考えは、ミラーをベース素子に直接に固定することに関連するミラーの運動を補償するために、楕円形のビーム断面の想定される欠点を利用する。このことを、図３を参照して以下に説明する。

図３ａに、接着剤３１４を介して、システムのｘ－ｙ平面内に広がるベース素子３００、ここでは、ベースプレート上に直接に固定されたビーム偏向器／ミラー３１０を概略的に示す。ミラーまたはビーム偏向器３１０は、偏向面３１１と、偏向面３１１に対向する裏面３１３と、ミラー３１０の更なる４つの側部の４つの側面と、を有し、ミラーは、この実施形態では、接着剤３１４を介して、その側面３１２のうちの１つで、ベース素子３００に直接に固定されている。ビーム偏向器をベース素子に固定する文脈における「直接に」または「非介在的に」は、特に、ビーム偏向器の固定後にビーム偏向器の自由な調整を可能にする調整装置なしに、ビーム偏向器を固定するという意味で理解されるべきであることが留意される。ただし、このような「直接の」固定は、ビーム偏向器をホルダ上もしくはフレーム内に例えば不可逆的に嵌合させることができること、またはビーム偏向器およびホルダ／フレームが単一体構成要素として作用する複合ユニットであり、ホルダ／フレームをベース素子に固定できることを除外しない。固定自体を、接着剤を介してかつ／または少なくとも１つのねじおよび／もしくは溶接または他の固定手段を使用して行うことができる。固定は、特に、ビーム偏向器をベース素子に間接的に固定する図２に示した任意の種類の調整可能なホルダまたは光学機械系を使用することなく行われることに、ここでも留意されたい。

図３ａに、ｘ－ｙ平面内を進行し、ミラー３１０の偏向面３１１により反射される光ビーム３２０、例えばレーザービームをさらに示す。偏向面３１１上での照明領域も示されている。矢印３２０は、ビーム形状ではなく、レーザービームの伝搬方向を示す。

接着剤層３１４によりミラー３１０をベース素子３００に固定すると、接着剤は、典型的には、側面３１２とベースプレート３００との間に層を形成し、この層は、決して真に完全に均一ではなく、例えばわずかにくさび形である場合がある。この接着剤のくさびにより、硬化または熱変化によるくさびの収縮または膨張時に、ｘ軸に対して平行な軸線を中心としたミラー３１０の回転がもたらされる。この状況を図３ｂに示す。ただし、ｘ軸に対して平行な軸線を中心としたミラー３１０の回転は、反射ビーム３２０の方向に影響を及ぼさず、すなわち上記にて定義した「付加的な」偏向をもたらさない。

付加的にまたは代替的に、接着剤のくさびが図３ｃに示されているように形成されてしまうことがある。ここでも、接着剤の硬化によるまたは熱変化による接着剤の収縮または膨張の間、くさびのより厚い側がくさびのより薄い側よりさらに膨張するであろう。これにより、ｙ軸に対して平行な回転軸線ｙ’を中心としたミラー３１０の傾斜または回転がもたらされる。一方、ｙ’軸線を中心としたミラー３１０の運動により、図３ｃに示されているように、ｘ－ｙ平面からの反射時にビームの偏向がもたらされ、このため、付加的な望ましくない偏向がもたらされる。一方、以下で説明するように、本発明の概念は、楕円形断面が受光器の円形断面と重なる限り、ｘ－ｙ平面からのこのようなビームの偏向に対して大幅に非感受性である。

上記にて言及したように、ミラー３１０をベース素子３００に固定する別の可能性は、ベース素子に固定されたホルダを使用することであろう。ミラー３１０は、その裏面３１３で少なくとも部分的にこのようなホルダに固定される。図３から分かるように、このような固定により、接着剤の収縮または拡張時に、ｚ軸に対して平行な軸線を中心としたミラー３１０のわずかな回転がもたらされる場合がある。この場合、偏向面３１１上での光ビームの楕円形断面の半長軸が、回転軸線／ｚ軸に対して（実質的に）平行に配向されることを確実にしなければならないであろう。

本発明の概念の実施形態に関連して以下でさらに説明するように、図３ｃの状況、すなわち、ｙ’軸を中心としたミラー３１０の回転により、楕円形のビーム断面３３０の隣りの矢印により図３ｄに示されているように、ｚ方向に沿ったその半長軸についての楕円形断面のシフトがもたらされる。このようなシフトは、楕円形断面３３０が受光器の円形断面３４０と重なる限り、結合効率にほとんど影響を及ぼさない。

各フォーカシングレンズにより、レンズを通過するビームのビーム断面のフーリエ変換が行われることが留意される。楕円形状の場合、このようなフーリエ変換により、実質的に、９０°の楕円形状の回転がもたらされる。このため、例えば、図１に示したレンズ１７０は、ダイクロイックビーム偏向器１３０とレンズ１７０との間のｘ－ｙ平面に対して実質的に平行に配向された楕円形断面を含む光ビーム１２０，１２１の楕円形状を回転させて、光ビーム出射ポート１９０の付近における／受光器１６０における光ビームの半長軸が楕円形のビーム断面３３０の隣りの矢印により図３ｄに示されているごとくｚ方向に沿って配向されるようにする。

「実質的にまたは正確に楕円形」または「楕円形または少なくとも実質的に楕円形」は、光学素子、例えば、（ダイクロイック）ミラー、光学レンズ等との相互作用の結果として変化する場合がある楕円形を説明することを意味すると留意されたい。同じことが、「実質的にまたは正確に円形」という表現ならびに「実質的にまたは正確に平行」および「実質的にまたは正確に垂直」という定義に適用される。さらに、偏差は、典型的な許容範囲内で許容される。

再度、図３を参照して、ビーム偏向器３１０の側面３１２とベース素子３００との間の接着剤のくさびは、くさびの動きがｙ’軸を中心としたビーム偏向器の回転をもたらす場合にのみ、関連する影響を有するであろう（図３ｃを参照のこと）。既に上述したように、これにより、ｚ方向におけるビームの偏向がもたらされ、このため、受光素子上でのｚ方向の焦点の移動がもたらされる（図３ｄを参照のこと）。接着剤が収縮または拡張する場合、ビーム偏向器は、ｚ軸を中心として大きく回転することはほとんどない。この理解を念頭に置いて、レーザービーム断面の楕円形は、ビームが正しく配向されていれば、受光器／ファイバへのレーザー結合の安定化に役立てることができる。楕円形断面の半長軸がシステムの光ビーム入射ポートに入った後にｘ－ｙ平面内にあるようにビームを配向させることにより、光ビームの焦点は、図３ｄに示されているように、レンズを含む出射ポートを通過した後に、ｚ軸に対して平行に配向されたその半長軸を示す。このため、ビームがｚ方向に移動する場合、円形受光断面３４０は、この方向における楕円形焦点３３０の伸びに起因して、依然として顕著に照明される。

有利な実施形態では、少なくとも１つの光ビーム入射ポートまたは全ての光ビーム入射ポートはコリメータレンズを備える。本発明の概念によれば、光ビーム出射ポートは、フーリエ変換を行うレンズ、特に集束レンズを備える。コリメータレンズにより平行光束のビームが発生される間、集束レンズにより、平行光束のビームが焦点に集束される。受光器／光ファイバの結合端は、この焦点に位置するべきである。

別の有利な実施形態では、光ビーム出射ポートは、光ファイバを光ビーム出射ポートに取り付けられるようにするために、光ファイバを受光器として受容するようにさらに構成されている。同様に、レーザー、特にレーザーダイオードを光ビーム入射ポートに取り付けることができると有利である。

典型的には、ビーム偏向器の側面は、光ビームを偏向させる光ビーム偏向器の偏向面に対して、実質的にまたは正確に垂直である。

本発明の概念は、２つ以上の光ビームを受光器、例えば光ファイバに結合させることにとって特に有利である。この場合、光ビーム偏向器のうちの少なくとも１つは、例えば、ダイクロイックビーム偏向器の波長特性のために、第１の光ビームがダイクロイックビーム偏向器を通過することを可能にしかつ第２の光ビームを偏向させる、ダイクロイックビーム偏向器である。このようなダイクロイックビーム偏向器は、２つの光ビームを重ね合わせることに特に適している。２つ以上の光ビームの場合には、２つ以上のダイクロイックビーム偏向器を使用することができる。このようなダイクロイックビーム偏向器は、有利には、第１の光ビームおよび第２の光ビームを光ビーム出射ポートに向かわせるように配置される。

有利な実施形態では、少なくとも光ビーム出射ポートの直接上流に位置する光ビーム偏向器が、ベース素子に直接に固定される。典型的には、システムは、入射ポートから出射ポートへの方向でビーム偏向器の調整を開始するように設定されている。先行するミラー／ビーム偏向器の任意の偏向は、これに応じて光ビーム出射ポートの直接上流に位置するビーム偏向器／ダイクロイックビーム偏向器を調整することにより、ある程度まで平衡化することができる。この目的のために、最後のビーム偏向器／ダイクロイックビーム偏向器が、通常、光学機械系すなわち調整装置を備えている。一方、本発明の概念では、こうした光学機械系さえも不要とすることができる。これに関連して、少なくとも１つの光ビーム偏向器はそれぞれ、光学機械系を全く使用することなく、ベース素子に直接に固定されると特に有利である。

本発明の概念の第２の態様では、少なくとも１つの光ビームを受光器に結合させるための方法が、対応する独立請求項に定義されているように提供される。それぞれ楕円形または少なくとも実質的に楕円形のビーム断面を有する少なくとも１つの光ビームを、円形または少なくとも実質的に円形の受光断面を有する受光器に結合させるための方法は、少なくとも１つの光ビームの光ビームを偏向させる少なくとも１つの光ビーム偏向器を用意するステップと、特に平面内に広がる光学ベース素子を用意するステップであって、少なくとも１つのビーム偏向器を配向させる配向ステップの後に、前記少なくとも１つのビーム偏向器のうちの少なくとも１つのビーム偏向器が、特に直接に固定された偏向素子の調整を固定後に可能にする調整装置なしに、ベース素子に直接に固定され、この固定により、直接に固定された各光ビーム偏向器が回転軸線を中心として－小さな範囲内で－回転可能となり、この回転により、対応する光ビームの付加的な（望ましくない）偏向がもたらされるステップと、各光ビーム偏向器の偏向面上で各光ビームの楕円形断面の半長軸を、回転軸線に対して平行にまたは少なくとも実質的に平行に配向させるステップと、を含み、少なくとも１つのビーム偏向器を配向させる配向ステップは、少なくとも１つの光ビームの楕円形断面が受光器の円形断面と重なるように、少なくとも１つの光ビーム偏向器を配向させるステップを含む。

好ましい実施形態では、この方法は、少なくとも１つの光ビームの光ビームを偏向させる少なくとも１つの光ビーム偏向器を用意するステップと、少なくとも１つのビーム偏向器を配向させるための配向ステップの後に、前記少なくとも１つのビーム偏向器のうちの少なくとも１つのビーム偏向器が、ビーム偏向器の偏向面がベース素子の表面／ｘ－ｙ平面に対して少なくとも実質的に垂直に広がるように、ビーム偏向器の側面でベース素子に直接に固定される、ｘ－ｙ平面内に広がる光学ベース素子を用意するステップと、各光ビーム偏向器の偏向面に当たった／衝突した時に、各光ビームの楕円形断面の半長軸を、ｘ－ｙ平面に対して平行にまたは少なくとも実質的に平行に配向させるステップと、を含む。

本発明の概念の第１の態様に係るシステムに関連して上述した特徴は、本発明の概念の第２の態様に係る方法の対応する特徴の類似の説明を表すことを指摘しておく。ステップの一部または全部は、例えば、プロセッサ、マイクロプロセッサ、プログラマブルコンピュータまたは電子回路等のハードウェア装置（またはハードウェア装置を使用すること）によって実行されてもよい。いくつかの実施形態では、極めて重要なステップのいずれか１つまたは複数が、そのような装置によって実行されてもよい。

本明細書で使用されるように、用語「および／または（かつ／または）」は、関連する記載項目のうちの１つまたは複数の項目のあらゆる全ての組み合わせを含んでおり、「／」として略記されることがある。

上記の例の特徴および以下に説明する例の特徴は、本明細書で明示的に言及されていない他の例と完全にまたは部分的に組み合わせることができるが、にもかかわらず本開示の一部をなすことに留意されたい。

本発明の概念の実施形態に係るシステムを概略的に示す上面図である。 従来技術の光学機械式ミラーホルダの例を示す図である。 本発明の概念の実施形態に係るシステムで使用されるベース素子に直接に固定された光ビーム偏向器を概略的に示す図である。 図１に示したシステムの一部を、本発明の概念の実施形態に係る受光器と共に概略的に示す斜視図である。

図１において、それぞれ楕円形のビーム断面を有する２つの光ビーム１２０，１２１が、円形の受光断面を有する受光器１６０に結合される。このシステムには符号１００が付されている。システム１００は、２つの光ビーム入射ポート１８０，１８１を備える。各ポートは、システム１００への光ビーム１２０および１２１それぞれの入射を生じさせるように構成されている。図示の実施形態では、光ビーム入射ポート１８０は、コリメータレンズ１５０を備え、光ビーム１２０を発生させるためのレーザーダイオード１４０を取り付けるように構成されている。同じことが、コリメータレンズ１５１を備え、光ビーム１２１を発生させるためのレーザーダイオード１４１を受容するように構成された光ビーム入射ポート１８１にも当てはまる。

システム１００は、図示の実施形態では光ファイバである受光器１６０にビームを結合させるために、システム１００から出るマージされた２つの光ビーム１２０および１２１のための出射を生じさせるように構成された光ビーム出射ポート１９０をさらに備える。光ビーム出射ポート１９０は、集束レンズ１７０をさらに備え、光ファイバ１６０を受容するようにさらに構成されている。通常、システム１００は、例えば図１に示した要素の他、好ましくはベースプレート３００（例えば図３または図４を参照のこと）の形態にある光学ベース素子を含むだけでなく、少なくとも１つの側壁（図示せず）、特に上部カバー要素（図示せず）を備え、このため、当該システムは箱形状を有する場合がある。この場合、少なくとも１つの光ビーム入射ポート１８０，１８１および光ビーム出射ポート１９０は、側壁に形成される。

システム１００は、光ビーム１２０，１２１を光ビーム出射ポート１９０に向かわせるために光ビーム１２０，１２１を偏向させる、例えば対応するフレームに嵌合されるかまたは対応するホルダ（図示せず）に取り付けられた複数のビーム偏向器１１０，１１１，１１２および１３０をさらに備える。光ビーム偏向器１１０，１１１，１１２は、単純なミラーの形態をとることができ、一方、ビーム偏向器１３０は、２つの光ビーム１２０，１２１を同じ光路上でマージさせ、好ましくは光ビーム出射ポート１９０の方向に実質的に同軸状に伝搬させるために、光ビーム１２１の通過を可能にし、光ビーム１２０を偏向させる、ダイクロイックビーム偏向器であることができる。

システム１００は、更なる光学素子を備えていてもよく、３つ以上の光ビーム入射ポートを備えていてもよい。当業者であれば、３つ以上の光ビームを受光素子１６０に結合させるためのシステムに、システム１００を容易に適合させることができる。

システム１００は、システムのｘ－ｙ平面内に広がる光学ベース素子をさらに備え、この平面は、図１の描画平面に対応する。少なくとも１つのビーム偏向器、特に、ダイクロイックビーム偏向器１３０と、有利には、ミラー１１０，１１１，１１２も、側面でベース素子に直接に固定される。このことを図３に関してさらに説明する。固定されたビーム偏向器の偏向面は、図１のベース素子／描画平面に対して実質的にまたは正確に垂直に広がる。このような固定されたビーム偏向器は、有利には、接着剤を介して固定される。代替的にまたは付加的に、固定を、少なくとも１つのねじによりかつ／または溶接により達成することができる。

システム１００は、有利には工場において、第一にミラー１１０および１１１を位置合わせし、第二にミラー１１２を位置合わせし、最終的にダイクロイックミラー１３０を位置合わせし、位置合わせされたミラーそれぞれを接着剤層でベース素子に固定することによってセットアップすることができる。ついで、事前に構築されたシステム１００を、光学機械系でのユーザによる位置合わせを必要とすることなく、ユーザに届けることができる。

図２に、ビーム偏向器を位置合わせしかつ固定するための調整装置として、これまで一般的に使用されてきたビーム偏向器のための光学機械式ホルダまたは光学機械系２００の写真を示す。光学機械系２００のミラー取り付け面には符号２１０が付されている。光学機械系２００は、ボールベアリング２２０と、ばね２４０と、調整ねじ２３０と、を備える。ミラー取り付け面２１０の少なくとも２つの支持点を、細いねじ山を有する対応するねじ２３０により前後に移動させることができる。このため、垂直および水平の傾きを独立して設定することができる。これにより、ビーム偏向器を高精度に移動させることができる。このような光学機械系２００は高コストであり、位置合わせプロセスに時間がかかる。

図３に、図１に示したシステム１００の実施形態の一部として、光学ベース素子３００に直接に固定されたビーム偏向器３１０を概略的に示す。ビーム偏向器３１０は、図１のビーム偏向器１１０，１１１，１１２，１３０のうちのいずれか１つであることができる。ビーム偏向器３１０は、接着剤層３１４を介して、その側面３１２でベース素子３００に直接に固定されている。図３ａに示されているように、光ビーム３２０の楕円形断面３３０の半長軸は、光学ベース素子３００が広がり、ビーム３２０が偏向面３１１の方向に進むｘ－ｙ平面に対して平行に配向される。図３ａ～図３ｄの更なる詳細は既に上述した。既に上述したように、固定プロセスおよびその後に生じる可能性のある何らかの熱変化により、ミラーの移動がもたらされる場合がある。ｚ軸を中心とした移動は非常に起こりにくく、ｘ軸を中心とした移動は結合効率に関連しない。唯一の関連する移動は、図３ｃに示されているように、ｙ’軸を中心とした移動である。このような移動により、ｘ－ｙ平面から反射されたビーム３２０の偏向がもたらされ、その結果、図３ｄに示されているように、焦点３３０がｚ方向において移動する。光ビーム３２０の楕円形断面３３０が、光ファイバ１６０の円形断面３４０と重なる限り、ｚ方向に沿った半長軸の移動は、結合効率にほとんど影響を及ぼさない。

図４に、例えば、本発明の概念の実施形態に係る図１に示したシステムの一部を、受光器１６０と共に斜視図で概略的に示す。光ビーム偏向器３１０は、特に、１つのビームのみを受光器に結合させる場合にはミラーであってよく、または２つ以上の光ビームを（２つの光ビームについては、図１に示されているように）受光器に結合させる場合にはダイクロイックビーム偏向器であってよい。後者の場合、図４における光ビーム３２０は、図１における光ビーム１２０に対応し、ビーム偏向器３１０は、図１のダイクロイックビーム偏向器１３０に対応する。この場合も、矢印３２０はレーザービームの伝搬方向を示し、楕円形状は対応するビーム断面を示す。光ビーム３２０は、ビーム偏向器３１０により反射された後、集束レンズ１７０に向けられ、楕円形の照明領域が、図４に示される（ビーム偏向器３１０の表面上かつ集束レンズ１７０のビーム偏向器３１０に面する側）。集束レンズ１７０は、ビームを、受光器の前面に、ここではレンズ１７０の焦点面内に前面と共に配置された光ファイバ１６０に、フォーカシングする。この配置により、図３ｄに示されているように、楕円形のビーム形状３３０を有する光ビームの、円形受光断面３４０を有する光ファイバ１６０への結合がもたらされる。ビーム偏向器３１０と集束レンズ１７０との間の光ビーム３２０の楕円形状の半長軸は、ｘ－ｙ平面に対して実質的に平行に配向される。レンズ１７０は、レンズ１７０のフーリエ変換機能により、光ビーム３２０の楕円形を約９０度回転させ、これにより、その半長軸が（図３ｄに示されているように）ｚ軸に対して実質的に平行に配向される光ビーム３２０の（フォーカシングされた）楕円形状がもたらされる。

例えば、図３ａおよび図４から分かるように、ｙ方向のミラー寸法またはより一般的にはミラー幅は、楕円形のビーム形状をその全範囲にわたって覆うために十分であることを確実にすべきである。楕円形のビーム形状の半長軸がｘ－ｙ平面に対して平行に配向されるため、ビームがミラーに非垂直に当たる場合、半長軸はミラー表面上で拡大される（例証の目的で、例えばビームがミラーに非垂直に当たる場合には、円形のビームプロファイルはミラー表面上に楕円形の照明領域を発生させるであろう）。このため、本発明の概念によれば、ｘ－ｙ平面に対して平行な半長軸を有する楕円形のビームプロファイルは、（図３ａおよび図４に示されているように）ｙ方向により大きな寸法を有するミラーを必要とする場合がある。これは、当業者が、通常、このようなビームプロファイル配向を選択することを妨げ、むしろ、ｚ方向に対して平行な半長軸の好ましい配向を選択することにつながる事実である。一方、上述したように、本発明の概念は、顕著な利点、例えばより良好な光結合安定性を提供する。

１００ システム
１１０，１１１，１１２ ビーム偏向器、ミラー
１３０ ビーム偏向器、ダイクロイックビーム偏向器
１２０，１２１ 光ビーム
１４０，１４１ レーザーダイオード
１５０，１５１ コリメータレンズ
１６０ 受光器、光ファイバ
１７０ 集束レンズ
１８０，１８１ 光ビーム入射ポート
１９０ 光ビーム出射ポート
２００ 光学機械式ホルダ、光学機械系
２１０ ミラー取り付け面
２２０ ボールベアリング
２３０ 調整ねじ
２４０ ばね
３００ 光学ベース素子、ベースプレート
３１０ 光ビーム偏向器、ミラー、ダイクロイックビーム偏向器
３１１ 偏向面
３１２ 側面
３１３ 裏面
３１４ 接着剤層、接着剤
３２０ 光ビーム
３３０ 楕円形断面
３４０ 円形断面

Claims (14)

1. それぞれ実質的にまたは正確に楕円形のビーム断面（３３０）を有する少なくとも１つの光ビーム（１２０，１２１）を、実質的にまたは正確に円形の受光断面（３４０）を有する受光器（１６０）に結合させるためのシステム（１００）であって、前記システム（１００）は、
   前記システム（１００）への前記少なくとも１つの光ビーム（１２０，１２１）それぞれの入射を生じさせるようにそれぞれ構成された少なくとも１つの光ビーム入射ポート（１８０，１８１）と、
   前記少なくとも１つの光ビームを前記受光器（１６０）に結合させるために、前記システム（１００）外への前記少なくとも１つの光ビーム（１２０，１２１）の出射を生じさせるように構成されており、フーリエ変換を行うレンズ（１７０）を備えた光ビーム出射ポート（１９０）と、
   前記少なくとも１つの光ビームの光ビームを偏向させる少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）と、
   前記少なくとも１つの光ビーム偏向器のうちの少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）が直接に固定されている光学ベース素子（３００）と、
   を備え、
   各光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）は、回転軸線（ｙ’）を中心として回転した状態で固定され、対応する光ビームの付加的な偏向がもたらされ、
   前記対応する光ビーム（１２０，１２１）および／またはこれに割り当てられた光ビーム入射ポート（１８０，１８１）は、各前記光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）の偏向面（３１１）上で光ビームの楕円形断面の半長軸が前記回転軸線（ｙ’）に対して実質的にまたは正確に平行に配向されるようにさらに構成されており、
   前記少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）は、前記光ビーム出射ポート（１９０）を通過した後、前記少なくとも１つの光ビームの楕円形断面（３３０）が前記受光器（１６０）の円形断面（３４０）と重なるように配向される、
   システム。
2. 前記光学ベース素子（３００）は、前記システム（１００）のｘ－ｙ平面内に広がり、前記少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）は、前記光学ベース素子（３００）に対して、前記光ビーム偏向器の側面（３１２）で固定されており、前記対応する光ビーム（１２０，１２１）および／またはこれに割り当てられた光ビーム入射ポート（１８０，１８１）は、各前記光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）の前記偏向面（３１１）上で光ビームの楕円形断面の半長軸が前記ｘ－ｙ平面に対して実質的にまたは正確に平行に配向されるようにさらに構成されている、
   請求項１記載のシステム。
3. 前記システム（１００）は、自身への２つ以上の光ビーム（１２０，１２１）の入射を生じさせるための２つ以上の光ビーム入射ポート（１８０，１８１）を有し、
   前記少なくとも１つの光ビーム偏向器のうちの少なくとも１つは、前記光ビームのうちの第２の光ビーム（１２１）がダイクロイックビーム偏向器（１３０）の通過を可能にし、前記光ビームのうちの第１の光ビーム（１２０）を偏向させるダイクロイックビーム偏向器（１３０）である、
   請求項１または２記載のシステム。
4. 前記ダイクロイックビーム偏向器（１３０）は、前記第１の光ビーム（１２０）および前記第２の光ビーム（１２１）を前記光ビーム出射ポート（１９０）に向かわせるように配置されている、
   請求項３記載のシステム。
5. 少なくとも、前記光ビーム出射ポート（１９０）の直接上流に位置する光ビーム偏向器（１３０）は、前記光学ベース素子（３００）に直接に固定されている、
   請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）のそれぞれは、前記光学ベース素子（３００）に直接に固定されている、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のシステム。
7. 前記少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）は、接着剤を介してかつ／または少なくとも１つのねじを使用してかつ／または溶接により、前記光学ベース素子（３００）に直接に固定されている、
   請求項１から６までのいずれか１項記載のシステム。
8. 前記光ビーム偏向器の側面（３１２）は、前記偏向面（３１１）に対して垂直である、
   請求項１から７までのいずれか１項記載のシステム。
9. 前記少なくとも１つの光ビーム入射ポート（１８０，１８１）は、各前記光ビーム（１２０，１２１）を発生させるための各レーザー（１４０，１４１）を、前記システム（１００）に取り付けるようにさらに構成されている、
   請求項１から８までのいずれか１項記載のシステム。
10. 前記少なくとも１つの光ビーム入射ポート（１８０，１８１）は、コリメータレンズ（１５０，１５１）を備える、
    請求項１から９までのいずれか１項記載のシステム。
11. 前記光ビーム出射ポート（１９０）は、光ファイバ（１６０）を受光器として受容するようにさらに構成されている、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載のシステム。
12. 前記フーリエ変換を行うレンズ（１７０）は、集束レンズ（１７０）であるかまたはこれを備える、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載のシステム。
13. 前記少なくとも１つの光ビーム偏向器のうちの前記少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）は、その固定後に、前記光ビーム偏向器の調整を可能にする調整装置を使用せずに、前記光学ベース素子（３００）に直接に固定されている、
    請求項１から１２までのいずれか１項記載のシステム。
14. それぞれ楕円形または少なくとも実質的に楕円形のビーム断面（３３０）を有する少なくとも１つの光ビーム（１２０，１２１）を、円形または少なくとも実質的に円形の受光断面（３４０）を有する受光器（１６０）に結合させるための方法であって、前記方法は、
    前記少なくとも１つの光ビームの光ビーム（１２０，１２１）を偏向させる少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）を用意するステップと、
    偏向された前記光ビーム（１２０，１２１）をフォーカシングし、フーリエ変換を行うためのレンズ（１７０）を用意するステップと、
    光学ベース素子（３００）を用意するステップであって、
    前記少なくとも１つの光ビーム偏向器を配向させる配向ステップの後に、前記少なくとも１つの光ビーム偏向器のうちの少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）が直接に光学ベース素子（３００）に固定され、各光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）は、回転軸線（ｙ’）を中心として回転した状態で固定され、対応する光ビームの付加的な偏向がもたらされるステップと、
    各前記光ビーム偏向器の偏向面（３１１）上で各光ビームの楕円形断面の半長軸を、前記回転軸線（ｙ’）に対して平行にまたは少なくとも実質的に平行に配向させるステップと、
    を含み、
    前記少なくとも１つの光ビーム偏向器を配向させるための前記配向ステップは、前記少なくとも１つの光ビームの楕円形断面（３３０）が前記受光器（１６０）の円形断面（３４０）と重なるように、前記少なくとも１つの光ビーム偏向器（１１０，１１１，１１２，１３０）を配向させるステップを含む、
    方法。