JP7898505B2 - コヒーレントビーム結合システムのための補正光学素子、並びに、これを使用するコヒーレントビーム結合のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、光学収差を補正するための光学素子に関し、より具体的には、多チャンネル光学系の光学収差を補正するために用いられる補正光学素子に関する。

増幅ファイバレーザ（ファイバ増幅器）などの近回折限界高出力レーザは、様々な科学及び産業に実装されており、高出力の光信号の実現を可能にする。

重なる又は同一の波長又は狭い波長帯の複数の光ビーム（チャンネル）を単一の出力ビームに結合するために、コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）が用いられる。

ＣＢＣシステムは、それぞれが別個の入射光ビームをコリメートする、コリメータのアレイ（レンズレットアレイ）を使用する、フェーズドアレイＣＢＣ（「サイドバイサイドＣＢＣ」としても知られている）を使用することによって実装される場合がある。ＣＢＣの他の技術には、１つ以上の回折格子素子（「フィールドアパーチャ技術」としても知られている）が含まれる。

図面は、本明細書で説明される様々な実施形態を、限定としてではなく例として一般的に示している。

説明を単純且つ明確にするために、図面に示される要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。例えば、要素のうちのいくつかの寸法は、提示を明確にするために他の要素に対して誇張されている場合がある。さらに、対応する又は類似する要素を示すために、図面間で参照符号が繰返し用いられる場合がある。前に提示した要素への言及は、それらが登場する図面又は説明を必ずしもさらに引用することなく含意している。図面は以下のとおりである。

図１Ａ～図１Ｃは、いくつかの実施形態に係る、ＣＢＣシステムのレンズレットアレイの出力面に面している、カスタム設計のセグメント化されたエンボス加工を有する補正光学素子を使用する、コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システムを示しており、図１Ａは、ＣＢＣシステムの少なくとも一部の側面図を示しており、図１Ｂは、ＣＢＣシステムの複数の光ファイバに入力光ビームを提供するための照射ユニットを含む、ＣＢＣシステムの少なくとも一部の側面図を示しており、図１Ｃは、補正光学素子の正面図を示している。 図２Ａ～図２Ｂは、いくつかの実施形態に係る、ＣＢＣシステムのレンズレットアレイの出力面に面している、カスタム設計のセグメント化されたエンボス加工、彫刻、又はエッチング入力面を有する補正光学素子を使用する、コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システムを示しており、図２Ａは、ＣＢＣシステムの少なくとも一部の側面図を示しており、図２Ｂは、ＣＢＣシステムの複数の光ファイバに入力光ビームを提供するための照射ユニットを含む、ＣＢＣシステムの少なくとも一部の側面図を示している。 図３Ａ～図３Ｂは、セグメント化されたエンボス加工又はエッチングを含む補正光学素子の入力面と、コリメートレンズレットアレイとして用いられるバルジを有する補正光学素子の出力面とを有することによってＣＢＣシステムのレンズレットアレイと一体化される補正光学素子を使用する、コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システムを示しており、図３Ａは、ＣＢＣシステムの少なくとも一部の側面図を示しており、図３Ｂは、ＣＢＣシステムの複数の光ファイバに入力光ビームを提供するための照射ユニットを含む、ＣＢＣシステムの少なくとも一部の側面図を示している。 図４Ａ～図４Ｂは、いくつかの実施形態に係る、その出力面上にカスタム設計のセグメント化されたエンボス加工又はエッチングを有する補正光学素子を使用する、コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システムを示しており、補正光学素子は、レンズレットアレイ、及びその入力面で光ファイバの出力端に接続されるエンドキャップ素子と一体化され、モノリシックに一体化されたエンドキャッピング・コリメーション（結合）・補正要素として作用する。図４Ａは、ＣＢＣシステムの少なくとも一部の側面図を示しており、図４Ｂは、ＣＢＣシステムの複数の光ファイバに入力光ビームを提供するための照射ユニットを含む、ＣＢＣシステムの少なくとも一部の側面図を示している。 いくつかの実施形態に係る、カスタマイズされた補正光学素子を使用するＣＢＣのための方法を概略的に示すフローチャートである。 いくつかの実施形態に係る、カスタマイズされた補正光学素子を使用するＣＢＣシステムの図を示している。 いくつかの実施形態に係る、ＣＢＣシステムの各チャンネルに必要な補正を決定するための、多チャンネルＣＢＣシステムの各チャンネルの収差を検出するための検出システムを示している。 いくつかの実施形態に係る、補正光学素子の表面上に湾曲加工又はエンボス加工された３×３の補正セグメントの図を示している。 図９Ａ及び図９Ｂは、ＣＢＣレンズレットアレイの１つのレンズレットによってコリメートされた単一チャンネルの測定画像を示しており、図９Ａは、収差なしのセグメントを示しており、図９Ｂは、角度指示誤差収差を示している。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、ＣＢＣレンズレットアレイの１つのレンズレットによってコリメートされた単一チャンネルの測定画像を示しており、図１０Ａは、収差なしのセグメントを示しており、図１０Ｂは、特定のチャンネルの特定のレンズの曲率半径の不正確さに起因して生じる焦点はずれ収差を示している。 図１１Ａ及び図１１Ｂは、ＣＢＣレンズレットアレイの１つのレンズレットによってコリメートされた単一チャンネルの測定画像を示しており、図１１Ａは、収差なしのセグメントを示しており、図１１Ｂは、ファイバとレンズの接続の不正確さ（例えば、コマ収差及び他の波面収差を生じ得るチャンネルのファイバとレンズの軸外スプライシング）によって生じる収差を示している。

開示される実施形態の態様は、特定のコヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システム用にカスタマイズされた補正光学素子（ＣＯＥ）に関係しており、このＣＢＣシステムは、少なくともＭ×Ｎの光ファイバと、Ｍ×Ｎのコリメートレンズレットアレイと、その平坦な入力面でＭ×Ｎの光ファイバの出力端に（例えば融着接続を介して）接続されるエンドキャップ素子とを使用して、対応するＭ×Ｎの光ビーム（「チャンネル」）をコヒーレントに結合する。ここで、Ｍ及びＮは、１以上の整数である（Ｎ≧１、Ｍ≧１）。ＣＢＣシステムに特有の収差をカスタマイズされた様態で補正すると、例えば、ＦＦエネルギー分布、結合ビームの空間コヒーレンスなどの点で、ＣＢＣシステムの遠方場（ＦＦ）性能が劇的に改善される可能性がある。

いくつかの実施形態によれば、ＣＯＥは、Ｍ×Ｎの補正セグメントを有することによって、ＣＯＥが用いられる特定の単一ＣＢＣシステムの固有の特定の光学収差をセグメントで補正するようにカスタム製造され、各補正セグメントＣＳ_ｉｊは、ＣＢＣシステムの各チャンネル「ｉｊ」から出力される対応する出力ビームＢ_ｉｊの特定の予め測定された１つ以上の光学収差を補正するべく位置及び構成がカスタマイズされ、ここで、「ｉ」は、１からＭまでの行番号を表す整数であり、「ｊ」は、１乃至Ｎの列番号を表す整数である。

いくつかの実施形態では、ＣＯＥは、例えば、それぞれの光ファイバの出力端と特定のＣＢＣシステムのレンズレットアレイの対応するコリメートレンズＬ_ｉｊ（例えばマイクロレンズ）の中心との間の相対位置の不正確さによって生じる、特定のＣＢＣシステムのコヒーレントビーム結合性能に影響を及ぼす光学収差をセグメントで補正するように構成することができる。

すべてのセグメントのすべての収差の補正は、Ｍ×Ｎのすべてのチャンネルに光学的に同時に行うことができる。

いくつかの実施形態によれば、ＣＯＥは、各出力光ビームＢ_ｉｊについて、

指示誤差、

フォーカス／コリメーション誤差、

波面収差、

横方向のビーム位置ずれ誤差、

結合出力ビーム全体及び／又は各入射ビームＢ_ｉｊの空間分布誤差、

コマ収差、
のいずれか１つ以上の光学収差をセグメントで補正するように構成することができる。

開示される実施形態の態様は、Ｍ×Ｎの光ファイバ、入力側でＭ×Ｎの光ファイバに接続されるエンドキャップ素子、及びエンドキャップ素子によって出力され、Ｍ×Ｎの光ファイバの出力端から出射するＭ×Ｎの光ビームをコヒーレントに結合するためのＭ×Ｎのコリメートレンズレットアレイを使用し得る、特定のコヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システム用のカスタマイズされた補正光学素子（ＣＯＥ）を製造するための方法であって、その方法は、少なくとも、

各光ファイバＦ_ｉｊから出射する各出力ビームＢ_ｉｊ又はチャンネルｉｊの１つ以上の光学収差Ａ_ｉｊを測定するステップ（ここで、Ａ_ｉｊは、特定のチャンネルｉｊの１つ以上の光学収差を表し得る）と、

ＣＯＥの各セグメントＣＳ_ｉｊについて、特定のＣＢＣシステム及び製造されるＣＯＥの特定の位置及び位置決めに関して、それぞれのチャンネルｉｊの測定される光学収差のすべて又は少なくともいくつかを補正するために必要な補正設計を決定する（結果的に完全なＣＯＥ設計データが得られる）ステップと、

各々に必要な補正設計に従って（例えば、ＣＯＥ設計データに従って）ＣＯＥの各セグメントを構成することによって、特定のＣＢＣシステム用のＭ×Ｎのセグメントを有するＣＯＥを製造するステップと、

ＣＯＥの各セグメントＣＥ_ｉｊが出力光ビームＢ_ｉｊに関して最適な位置に配置されるように、最適な収差補正のための決定された位置にＣＯＥを配置するステップと、

特定のＣＢＣシステムの光学収差を同時に補正するべくＣＯＥを使用するステップと、
を含み得る方法に関係している。

いくつかの実施形態によれば、各セグメントの光学収差を測定することは、設計するＣＯＥによって補正される前に、ＦＦ結合ビームの全体的な空間分布を測定することによって、及び／又は、各出力ビームを個別に又はＣＢＣシステムの結合出力ビームの各チャンネルをセグメントで測定することによって行われ得る。

光学収差を測定することはさらに、すべてのＣＢＣに必要な部品を使用して行われ得る。

開示される実施形態の態様は、コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）のためのシステムであって、

狭い波長帯（ＷＢ）の光を照射するための少なくとも１つの光源と、

少なくとも１つの光源から出射する光を案内するように構成されたＭ×Ｎの光ファイバと、

Ｍ×Ｎの光ファイバからのＭ×Ｎの光ビームをコヒーレントに結合するためのＭ×Ｎのコリメートレンズレットアレイと、

特定の単一ＣＢＣシステムの光学収差をセグメントで補正するようにカスタマイズされた補正光学素子（ＣＯＥ）と、
を含み、前記ＣＯＥはＭ×Ｎの補正セグメントを備え、各補正セグメントＣＳ_ｉｊは、それぞれのｉｊチャンネルの対応する光ファイバＦ_ｉｊから出射する対応する出力ビームＢ_ｉｊの特定の予め測定された１つ以上の光学収差を補正するべく位置及び構成がカスタマイズされる、
システムに関係している。

いくつかの実施形態によれば、ＣＢＣシステムはまた、少なくとも１つの光源から出射する光を光ファイバの入力端（「入力ポート」）にスプリット及び／又は誘導するための光学手段を含み得る。

いくつかの実施形態によれば、ＣＢＣシステムはさらに、遠方場（ＦＦ）性能を改善するべく、例えば、特定の要件（最適な／最大のＦＦ空間コヒーレンス、すなわち、最大パワーインバケット（ＰＩＢ）、９０％エネルギーの発散角［θ_ｄｉｖ］、ピーク強度（ＰＩ）など）を満たす特定のＦＦ分布を得るべく、Ｍ×Ｎのすべてのチャンネルのすべてのビームの位相及び／又は偏波をロック／適応／同期するための手段を含み得る。

いくつかの実施形態によれば、ＣＢＣシステムは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる特許出願番号ＩＬ２７５７８３に記載の、Ｍ×Ｎの光検出器からの信号に基づく位相／偏波ロックフィードバックループを使用するＣＢＣシステムのうちの１つと同様又は同一であり得る。

本明細書では、「光ビーム」及び「ビーム」という用語は、交換可能に用いられ得ることに留意されたい。

いくつかの実施形態によれば、光ファイバは、高出力ファイバレーザ、赤外（ＩＲ）、近赤外（ＮＩＲ）、紫外（ＵＶ）、近紫外（ＮＵＶ）、及び／又は可視（ＶＩＳ）範囲などの光学範囲の狭帯域の光を案内するように構成されたファイバ増幅器のうちの１つ以上を含み得る。

所与のファイバレーザＣＢＣを実現する動作中心波長は０．４～２．５μｍ（マイクロメートル）の範囲内であり得るが、いずれの場合も波長は数ＧＨｚ（ギガヘルツ）程度の典型的な狭い線幅で固定される。

開示される実施形態の態様は、複数の光ファイバを含むファイバアレイ、及びファイバアレイを通じて誘導された対応する光ビームのアレイをコヒーレントに結合するための複数のコリメートレンズを含む単一コリメーションアレイを使用する、多チャンネル・コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システムのための補正光学素子（ＣＯＥ）に関係している。

コリメーションアレイのコリメートレンズとファイバアレイの対応する光ファイバとの各ペアは、チャンネルｉｊを画定し得る。

いくつかの実施形態によれば、ＣＯＥは、補正セグメントのアレイを有することによって、特定の単一ＣＢＣシステムの光学収差をセグメントで補正するようにカスタム製造することができ、各補正セグメントＣＳ_ｉｊは、コリメーションレンズＬ_ｉｊと対応する光ファイバＦ_ｉｊとの対応する各ペアから出力される対応する出力光ビームＢ_ｉｊの特定の予め測定された１つ以上の光学収差を補正するべく位置及び構成がカスタマイズされる。

ＣＯＥは、少なくとも対応する各光ファイバのＬ_ｉｊ出力端と対応するコリメートレンズＬ_ｉｊの中心との間の位置ずれによって生じるコリメーションに基づく光学収差をセグメントで補正するようにカスタマイズされるように構成することができ、システムのすべてのチャンネルの光学収差の補正は、ＣＯＥによって光学的に同時に行われ、ＣＯＥは、ＣＯＥ及びコリメーションアレイの位置に関して近傍場でコリメート及び補正された光ビームのアレイを最初に達成することによってコヒーレントにビーム結合が行われるように、コリメーションアレイの前又は後に配置され得る。

ここで、いくつかの実施形態に係る、６×６チャンネルの光学収差を補正するために別個の補正光学素子（ＣＯＥ）１５０を使用するコヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システム１００を示す図１Ａ～図１Ｃを参照する。このＣＢＣシステム１００は、

例えば、列１の１Ｆ_１１、１Ｆ_２１、１Ｆ_３１、１Ｆ_４１、１Ｆ_５１、及び１Ｆ_６１などの１Ｆ_１１～１Ｆ_６６の６×６の光ファイバを含む、光ファイバのアレイ１１０と、

６×６の光ファイバ１１０に入力面１２１で接続されるエンドキャップ素子１２０と、

エンドキャップ素子１２０の出力面１２２に面している平坦な入力面１３１と、これとは反対側の、エンドキャップ素子１２０の出力面１２２から出てきたビームをコリメートするための６×６のバルジを有する出力面１３２とを有し、その第１の列は一体に接続されたレンズ１Ｌ_１１～１Ｌ_６１を含む、レンズレットアレイ要素１３０と、

レンズレットアレイ１３０のバルジ付きの出力面１３２に面している入力面１５１と、光ファイバ１１０から出射するすべてのビームが最終的に組み合わされ補正されコヒーレントに結合された出力ビーム１０５として出る平らな出力面１５２とを有し、その第１の列は一体に接続された補正セグメント１ＣＳ_１１～１ＣＳ_６１を含み、各ＣＳ_ｉｊは、例えば、その上にエンボス加工、湾曲加工、コーティング、又はエッチングされた１つ以上のプリズム形（例えばピラミッド形）のウェッジを有する、セグメント化されたＣＯＥ１５０と、
を含む。

図１Ｂに示すように、光ファイバ１１０は、光ファイバ１１０の各光ファイバを照射するべく、例えば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は１つ以上の光分割手段を使用してＭ×Ｎの部分にスプリットされる単一の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照射ユニット１０１を介して、１つ以上の狭帯域の光源に接続することができる。

図１Ｃに概略的に示すように、ＣＯＥ１５０は６×６のセグメント１ＣＳ_１１～１ＣＳ_６６を有し、各補正セグメントＣＳ_ｉｊは、対応するチャンネルｉｊのそれぞれのビームＢ_ｉｊの光学収差を補正するために、異なる単一のカスタマイズされたウェッジのエンボス加工／エッチング／コーティング／成形を有する。

いくつかの実施形態によれば、ＣＯＥ１５０は、少なくとも、それぞれの光ファイバの出力端と特定のＣＢＣシステムのレンズレットアレイの対応するコリメートレンズＬ_ｉｊの中心との間の相対位置の不正確さ、及び／又は各要素内の及び／又は互いに対する表面のアラインメントの不正確さ、及び／又は相対位置の不正確さ（例えば、エンドキャップ素子１２０の入力面及び出力面の平行度レベルの不正確さ、エンドキャップ素子１２０とレンズレットアレイ１３０との間の位置ずれ、エンドキャップ素子１２０の入力面１２１への接続点での光ファイバ１１０のうちの１つ以上の配置、レンズレットアレイ１３０のレンズ間のスペースの不正確さなど）によって生じる収差を光学的に自動的に補正するように設計される。

すべてのチャンネル１１～６６は、同時に光学的にコリメート及び補正される。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、エンドキャップ素子１２０、レンズレットアレイ１３０、及びＣＯＥ１５０は、セグメンテーションレイアウトがｘ軸に垂直なｙｚ平面に平行な平面上に配置されるように、光軸ｘに関して互いに位置合わせすることができる。

ここで、他の実施形態に係る、ＣＯＥ２５０を使用するコヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システム２００を示す図２Ａ、図２Ｂを参照する。

図２Ａに示すように、エンドキャップ素子は、レンズレットアレイと一体に結合されて、レンズレットアレイ２２０の平坦な入力面２２１に接続（例えば、接合）されたモノリシック結合レンズレットアレイ２２０を形成しており、光ファイバ１１０から出射するビームは、レンズレットアレイ２２０の反対側の平行な出力面２２２のレンズ形のバルジによってコリメートされる。

ＣＯＥ２５０の入力面２５１は、レンズレットアレイ２２０のバルジ付きの出力面２２２に面しており、光ファイバ１１０から出射するすべてのビームは、ＣＯＥ２５０の平らな出力面２５２から出る、最終的に結合され補正された出力ビーム２０５（図２Ｂ参照）として出ていく。

図２Ｂに示すように、光ファイバセット２１０の光ファイバは、光ファイバセット２１０の各光ファイバを照射するべく、例えば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）又は１つ以上の光分割手段を使用してＭ×Ｎの部分にスプリットされる単一のＬＥＤを含む照射ユニット２０１を介して、１つ以上の狭帯域の光源に接続することができる。

図１Ｃに概略的に示すように、ＣＯＥ１５０は６×６のセグメント１ＣＳ_１１～１ＣＳ_６６を有し、各補正セグメントＣＳ_ｉｊは、対応するチャンネルｉｊのそれぞれのビームＢ_ｉｊの光学収差を補正するために、異なる単一のカスタマイズされたウェッジのエンボス加工／エッチング／コーティングを有する。

いくつかの実施形態によれば、ウェッジのエンボス加工／エッチングは、入射ビームの収差を補正するべく入射ビームを回折するように設計することができる。

図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ａ～図２Ｂに示されている例では、ＣＯＥ１５０／２５０のセグメント補正エンボス加工／エッチングは、レンズレットアレイ１３０／２２０の出力面１３２／２２２に面するＣＯＥ１５０／２５０の入力面１５１／２５１に配置されている。しかしながら、他の実施形態では、ＣＯＥのセグメント補正エンボス加工／エッチングは、レンズレットアレイの出力面に面するＣＯＥの入力面が平らであればＣＯＥの反対側の出力面に配置されてもよい。

図２Ａ～図２Ｂに示すように、組み合わされるレンズレットアレイ２２０とＣＯＥ２５０は、セグメントテーションレイアウトがｘ軸に垂直なｙｚ平面に平行な平面上に配置されるように、光軸ｘに関して互いに位置合わせすることができる。

ここで、いくつかの実施形態に係る、ＣＢＣシステム３００のレンズレットアレイと一体化されたＣＯＥ３５０を使用するコヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システム３００を示す図３Ａ、図３Ｂを参照する。

この場合、例えば、アレイの第１の列が光ファイバ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、及び３１６を含む、６×６の光ファイバのアレイ３１０は、エンドキャップ素子３２０の入力面３２１に接続され、組み合わされるＣＯＥ３５０は、エンドキャップ素子３２０の出力面３２２に面している入力面３５１を有し、ＣＯＥの入力面３５１は、エンドキャップ素子３２０の出力面３２２から出てきたビームの光学収差を補正するために、その上にセグメント補正エンボス加工／エッチングを有する。ＣＯＥ３５０の出力面３５２は、光ビームをセグメントでコリメートするためのレンズレットアレイを形成するバルジ付きである。したがって、この場合のＣＯＥ３５０は、入射ビームの光学収差補正とレンズアレイによるコリメーションとを組み合わせて、最適に補正されコリメートされた結合出力ビーム３０５を生成する。

図３Ｂに示すように、光ファイバ３１０は、光ファイバ３１０の各光ファイバを照射するべく、例えば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は１つ以上の光分割手段を使用してＭ×Ｎの部分にスプリットされる単一のＬＥＤを含む照射ユニット３０１を介して、１つ以上の狭帯域の光源に接続することができる。

ここで、入力側／入力面４５１で光ファイバのアレイ４１０にすべてが単一のモノリシック素子で直接接続される、エンドキャップ素子、コリメートレンズレットアレイ、及び光学収差補正器として用いられる、組み合わされるＣＯＥ４５０を使用するコヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システム４００を示す図４Ａ、図４Ｂを参照する。結合された光ビーム４０５が出ていくＣＯＥ４５０の出力面４５２は、ビームを結合する及び各レンズ（バルジ）でセグメント補正して対応する光学収差のセグメント補正を可能にするためのレンズレットアレイとして作用するように、エンボス加工／コーティング／彫刻が施されたバルジを有する。照射ユニット４０１は、光ファイバ４１０に光を制御可能に供給するために用いられ得る。

これらの実施形態によれば、ＣＯＥ４５０の入力面４５１は、それに光ファイバ４１０の出力端を容易に接続（スプライシング）できるように平坦にされており、バルジ付き出力面４５２の各レンズ形のバルジは、カスタマイズされた補正エンボス加工／エッチング／コーティングを有し、ＦＦにおいて高ビーム品質の結合出力光ビーム４０５を生成する。

いくつかの実施形態によれば、ＣＢＣシステム１００、２００、３００、又は４００などの上記の例のいずれかのＣＢＣシステムはまた、

結合出力光ビームを集束させるための集束手段と、

Ｍ×Ｎの光ファイバのすべてのチャンネルのビームの位相を同時に（例えばマッチングによって）同期させるための位相同期手段と、
のいずれか１つ以上を含み得る。

ここで、いくつかの実施形態に係る、カスタマイズされた補正光学素子を使用するＣＢＣのための方法を概略的に示すフローチャートを示す図５を参照する。この方法は、少なくとも、

各光ファイバＦ_ｉｊから出射する各出力ビームＢ_ｉｊ又はチャンネルｉｊの１つ以上の収差Ａ_ｉｊを測定するステップ５１と、

特定のＣＢＣシステム用に製造されるＣＯＥの各補正セグメントＣＳ_ｉｊについて、特定のＣＢＣシステム及び製造されるＣＯＥの特定の位置及び位置決めに関して、それぞれの補正セグメントＣＳ_ｉｊのすべての測定される光学収差を補正するために必要な１つ以上の補正設計を決定するステップ５２と、

各々に必要な補正設計に従ってＣＯＥの各セグメントを構成することによって、特定のＣＢＣシステム用のＭ×Ｎのセグメント（ＣＢＣシステムのＭ×Ｎのチャンネルに対応する）を有するＣＯＥを製造するステップ５３と、

（例えば、光ファイバの出力ビームが伝播する光学平面に対してＣＯＥを光学的に位置合わせすることによって）最適な収差補正のための決定された位置にＣＯＥを配置するステップ５４と、

ＣＢＣシステムのＭ×Ｎのすべてのビーム／チャンネルの光学収差を同時に補正するべくＣＯＥを使用するステップ５５と、
を含み得る。

いくつかの実施形態によれば、各チャンネルｉｊの収差は、チャンネルごとの収差の検出を含む測定プロセスで、チャンネルのそれぞれの光ファイバＦ_ｉｊのみを通るように照射を作動させる（他のすべてのファイバを通る光を非アクティブ（オフ）にする）ことによって個別に測定することができる。各セグメントＣＳ_ｉｊのセグメント補正は、各チャンネルの収差の測定後に又はすべてのチャンネルの測定後に計算することができる。

他の実施形態では、すべてのチャンネル又はその一部は、セグメント収差検出のために同時に測定される。

ここで、カスタマイズされたＣＯＥを使用するＭ×Ｎのチャンネル用のＣＢＣシステム６００を示す図６を参照する。いくつかの実施形態によれば、このＣＢＣシステム６００はさらに、位相及び／又は偏波を同期／ロックするように構成される。

このＣＢＣシステム６００は、

ＬＥＤ光源などの光源６０１と、

Ｍ×Ｎの光ファイバを含むＭ×Ｎの光ファイバのアレイ６１０と、

光源６０１の光をＭ×Ｎの個別の入力光ビーム（本明細書では「入力ビーム」）にスプリットし、各入力ビームをそのＣＢＣ用の光ファイバ６１０の個別の光ファイバに誘導し、複数の入力ビームが互いに及び第１の光軸ｘに実質的に平行に光ファイバ６１０のアレイを出るようにするための、光分割デバイス６０２と、

例えば、光源６０１からの光を、その出力端に存在するエンドキャップ６０４ａ及び／又は可動ホルダ６０４ｂを介して、参照ビームＢ_ｒｅｆとして作用するように送達するための参照光ファイバ６０３と（参照光ファイバ６０３は、そこから出て随意的にコリメータ６０５によってコリメートされる参照ビームＢ_ｒｅｆが、参照ビームＢ_ｒｅｆとＭ×Ｎの入力ビームとの間の干渉を引き起こすような軸ｘ（例えば、入力ビームの伝播方向に垂直）に対して実質的に角度をなす（例えば、垂直な）光軸ｙに平行な伝播方向に沿って誘導されるように配置される）、

例えば、すべてのチャンネルを同時に同期するために位相シフタ及び／又は偏光子のＭ×Ｎのセットを使用して、Ｍ×Ｎのすべての入力ビームの位相及び／又は偏波を同期するための同期サブシステム６１５と、

その出力面上にカスタマイズされた補正エッチング又はエンボス加工を有することでＣＯＥと随意的に結合される、結合レンズレットアレイ（アレイの各レンズの出力面上に補正エンボス加工／彫刻を有することでＣＯＥと一体に結合されるレンズレットアレイ）６５０と、
（結合レンズレットアレイ６５０は、入力ビームを結合して結合出力ビーム６０９にし、例えば、レンズレットアレイのレンズの頂点間のスペース、光ファイバ６１０間のスペースにおける不正確さ、及び／又は例えば平行度の精度に影響を及ぼす、光ファイバ６１０によって出力された入力ビーム間の角度関係における不正確さから生じる光学収差を同時に補正するように配置及び構成される）

結合出力ビーム６０９の経路に配置され、結合出力ビーム６０９を、角度をなす（例えば、垂直）方向に伝播する２つのビームにスプリットするように構成されたビームスプリッタ６０７と、
（結合出力ビーム６０９の第１の部分は、ｘ軸に沿ったその元の伝播方向に平行に誘導され、第２の部分は、参照ビームＢ_ｒｅｆに平行に通過するサンプル光ビーム（本明細書では「サンプルビーム」とも呼ばれる）Ｂ_ｓａｍｐ信号として作用するように元の伝播方向に対して角度をなして誘導され、参照ビームＢ_ｒｅｆとサンプルビームＢ_ｓａｍｐは光学的に干渉して干渉光信号を生じ、干渉光信号は、Ｍ×Ｎのセグメントに分割し、各セグメントｉｊの強度などの光学特性を検出することによってセグメントで対処することができる）

フィードバックループベースの位相／偏波ロックを可能にして、ＦＦビームの品質及びＣＢＣシステム６００の性能をさらに改善するべく、各セグメントの各干渉光信号ＯＩＳ_ｉｊの強度、パワー、振幅などの光学特性を検出するように配置及び構成された、Ｍ×Ｎの光検出器のアレイ６４０と、

同期サブシステム６１５及びＭ×Ｎの光検出器６４０と動作可能に関連付けられ、すべての光検出器６４０から出力データ／信号を受信し、チャンネルｉｊのそれぞれの位相／偏波を同時に調整し、受信した検出器の出力データの分析に基づいてＭ×Ｎのすべてのチャンネルの位相／偏波をリアルタイムで同期するための、処理・制御サブシステム６７０と、
を含む。

いくつかの実施形態によれば、図６に示すように、ＣＢＣシステム６００はさらに、参照光ファイバ６０３によって出力された参照ビームをコリメートするように構成及び配置されたコリメータ６０５、及び／又は結合され出力された出力ビーム６０９をコリメート／集束させるように構成及び配置されたコリメータ又は集束レンズ６０８などの、さらなるコリメート及び／又は集束手段を含み得る。

いくつかの実施形態によれば、図６に示すように、ＣＢＣシステム６００はさらに、サンプリングビームＢ_ｓａｍｐから各光検出器６４０上に光をセグメントで集束させるためのＭ×Ｎの集束レンズのアレイ６３０を含み得る。

いくつかの実施形態によれば、ＣＢＣシステム６００はさらに、光ファイバ６１０の出力端に接続可能なエンドキャップ素子６２０などの１つ以上のエンドキャップ素子を含み得る。

いくつかの実施形態によれば、ＣＢＣシステム６００は、各チャンネルの光学収差を求め、それに基づいて各チャンネルｉｊに必要なセグメント補正設計を決定することを可能にするべく、結合レンズレットアレイ６５０がＣＯＥとしても作用するようにエンボス加工／エッチングされる前に又は別個のＣＯＥを追加する前に、例えば図６に示すのと同じシステム構成を使用して、チャンネルごとの固有の特定の光学収差を測定するために用いることができる。各セグメントに必要な補正が決定され、セグメントの構成設計が生成／計算されると、レンズレットアレイ上に、又は別個のＣＯＥを製造するために別個の部品（例えば、シリコン片）上に、補正セグメントをエッチング／エンボス加工することができる。

各チャンネルｉｊの１つ以上の光学収差ＯＡ_ｉｊを測定するために、処理・制御サブシステム６７０はさらに、各チャンネルｉｊのタイプ、１つ以上の関連する特性のパラメータ値、位置などの光学収差の特性を検出するべく、Ｍ×Ｎの光検出器６４０から受信した出力データを分析し、分析結果（各チャンネルｉｊの各光学収差の決定された特性を含む）に基づいて、製造されるＣＯＥの各セグメントのエンボス加工／エッチング／コーティング設計を含むＣＯＥ構成設計を生成するように構成することができる。ＣＯＥ構成設計は、例えば、任意の１つ以上の製造マシン（例えば自動製造用）の製造命令のセット、幾何学的モデルを示すデータを含み得る。

さらに又は代替的に、各チャンネルｉｊの光学収差を測定するために、例えば、結合出力ビーム６０９の１つ以上の特徴を測定するように構成された、セグメント化された、ピクセル化された、又は任意の他のタイプの光学ＦＦ検出器６８０を使用して、結合出力ビーム６０９のＦＦ画像の特性を検出及び分析することができる。

例えば、ＦＦ検出器６８０の出力データは、それぞれのチャンネルの各光学収差に対するＦＦの感度レベルを判定するために、光検出器６４０のアレイから来る検出器データと組み合わせて使用することができる。別の妥当な手法は、曲率センサ又はシャックハルトマンセンサ又は検出システムなどの波面感知装置を使用して、光学収差のタイプを決定すること、又は異なるタイプの収差、特性、及び随意的にその原因などを区別することであり得る。

いくつかの実施形態によれば、各ＣＢＣシステム用のＣＯＥ自体の製造は、エンボス加工、カービング、スパッタリング、蒸発、エングレービング、プリンティング、ナノリソグラフィ、イオンビーム蒸着などの技術のうちの１つ以上を使用して行われ得る。

ＣＯＥを製造するために、（例えば、シリコン素子の表面上の反射防止（ＡＲ）コーティングの薄層のナノエッチングによって）ＣＯＥの各セグメントのウェッジを形成するために、例えば、三次元（３Ｄ）プリンタ、スパッタリング、コーティング、及び蒸着／ナノエッチングなどのためのマシン／デバイスなどの任意の１つ以上のデバイス、マシン、及び／又はシステムを使用することができる。

いくつかの実施形態によれば、製造されるＣＢＣシステムのＣＯＥを設計する方法は、ＣＢＣシステム間の収差がどの程度大きく異なるかに応じて、主にＣＢＣシステムの各光ファイバとそれが接続／接合されるレンズとの間の間の位置ずれ／位置、ＣＢＣシステムの他の光学素子に対するレンズレットアレイの位置ずれ、レンズレットアレイ、集束素子などの光学素子の製造誤差及び欠陥の影響に応じて、ＣＯＥをカスタムフィットさせる特定のＣＢＣシステムの特定の収差を測定するのではなく、標準ＣＢＣシステム（「ＣＢＣシステムモデル」として用いられる他のＣＢＣシステム用のＣＯＥを製造するための光学収差の測定に用いられる）を用いることによって実行され得る。場合によっては、特定のＣＢＣシステムの光学収差の差異により、カスタマイズされたＣＯＥ設計及び製造のみが必要とされ、高いＦＦビーム品質（例えば、ビームの無駄が少なく、高い空間コヒーレンス）などの高いシステムのパフォーマンスが可能となる。

ここで、いくつかの実施形態に係る、ＣＢＣシステムの各チャンネルに必要な補正を決定するための、ＣＢＣシステムの各チャンネルｉｊの収差を検出するための検出システムを概略的に示す図７を参照する。この検出システムは、エンドキャップ素子１２０に接続されたＭ×Ｎの光ファイバのアレイ１１０、及び図１Ａについて説明した要素／部品と同様の別個のレンズレットアレイ１３０などの、後でＣＢＣのために用いられるＣＢＣシステムの部品を含み得る。各チャンネルｉｊは、それぞれのチャンネルｉｊのすべての収差を検出し、それぞれのｉｊセグメントの補正設計を計算（決定する）ためのコンピューティングデバイス７５などの１つ以上のコンピューティングデバイスに関連付けられた波面分析器（ＷＦＡ）サブシステム７０によって個別に測定することができる。

例えば、チャンネル１１又はチャンネル４１の収差を検出するために、コリメートレンズ１Ｌ_１１又は１Ｌ_４１から出力されたファイバＦ_１１又はＦ_４１の光が（例えば、同時に又は１つずつ）検出される。ＷＦＡサブシステム７０は、レンズレットアレイ１３０のそれぞれのコリメートレンズ１Ｌ_１１又は１Ｌ_４１から出力された波面の光学特性のセグメント検出を可能にするために、光検出器（ピクセル化された電荷結合素子（ＣＣＤ）又はフォトダイオードのアレイなど）を含むことができる、又はそこからデータを受信するＣＢＣシステムの検出手段を使用することができる。収差は、セグメント／チャンネルごとに異なる特性をもっている可能性が高く、したがって、図７に示すような異なる収差補正設計が必要になり、図７は、チャンネル１１が１ＣＳ_１１に示されている補正設計を必要とし、チャンネル４１が１ＣＳ_４１に示されている異なる補正設計を必要とする様子を示している。

チャンネルごとの波面特性を検出することによって（例えば、一度に測定するチャンネルのみを通して光を伝送することによって）、波面の３Ｄ補正モデルを含み得る三次元（３Ｄ）鏡像（反対の方向を有する波面分布が等しい）を使用して、チャンネルの関連セグメントの補正を計算又は設計することができる。

いくつかの実施形態によれば、（各セグメントのサイズに関して）正しい比率で波面をミラーリングできるようにするために、光検出手段（例えば、ＣＣＤカメラ又はＭ×Ｎのフォトダイオードのアレイ）の位置決めは、それらの位置決めが、製造されるＣＯＥの位置に関して同じアラインメント及び距離で行われることを必要とし得る、又は、ＣＯＥセグメントの設計はまた、レンズレットアレイ１３０に対するＣＯＥの所望のアラインメント及び位置決めされる距離に対応し得る。

特定のＣＢＣシステム用に製造されるそれぞれのＣＯＥのすべてのセグメントの補正設計が決定される（例えば、その３Ｄモデルをコンピュータストレージユニットに記憶させる）と、（例えばイオンビーム蒸着プロセスを使用して）ＣＯＥセグメントを製造することができる。

図８は、いくつかの実施形態に係る、補正光学素子の表面上に湾曲加工又はエンボス加工された３×３の補正セグメントの図を示している。

ここで、異なる収差のない波面イメージングと異なるタイプの収差が検出される波面イメージングの画像を示す図９Ａ～図１１Ｂを参照する。

図９Ａ及び図９Ｂは、ＣＢＣレンズレットアレイの１つのレンズレットによってコリメートされた単一チャンネルの測定画像を示しており、図９Ａは、収差なしのセグメントを示しており、図９Ｂは、角度指示誤差収差を示している。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、ＣＢＣレンズレットアレイの１つのレンズレットによってコリメートされた単一チャンネルの測定画像を示しており、図１０Ａは、収差なしのセグメントを示しており、図１０Ｂは、特定のチャンネルの特定のレンズの曲率半径の不正確さに起因して生じる焦点はずれ収差を示している。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、ＣＢＣレンズレットアレイの１つのレンズレットによってコリメートされた単一チャンネルの測定画像を示しており、図１１Ａは、収差なしのセグメントを示しており、図１１Ｂは、ファイバとレンズの接続の不正確さ（例えば、コマ収差及び他の波面収差を生じ得るチャンネルのファイバとレンズの軸外スプライシング）によって生じる収差を示している。

例

例１は、少なくともＭ×Ｎの光ファイバ、及びＭ×Ｎの光ファイバを通して伝送されるＭ×Ｎの光ビームをコヒーレントに結合するためのＭ×Ｎのコリメートレンズレットアレイを使用する、多チャンネル・コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システムのための補正光学素子（ＣＯＥ）であって、Ｍ×Ｎの補正セグメントを有することによって、特定の単一ＣＢＣシステムの光学収差をセグメントで補正するようにカスタム製造され、各補正セグメントＣＳ_ｉｊは、例えばＣＢＣシステムのＭ×Ｎのすべてのセグメントの光学収差を補正するために、ＣＢＣシステムのＭ×Ｎのチャンネルの各チャンネル「ｉｊ」から出力される対応する出力ビームＢ_ｉｊの特定の予め測定された１つ以上の光学収差を補正するべく位置及び構成がカスタマイズされ、ＣＯＥは、少なくともそれぞれの光ファイバの出力端と特定のＣＢＣシステムのレンズレットアレイの対応するコリメートレンズＬ_ｉｊの中心との間の相対位置の不正確さによって生じる光学収差をセグメントで補正するように構成され、Ｍ×Ｎのすべてのセグメントの光学収差の補正は、ＣＯＥによって光学的に同時に行われることを特徴とするＣＯＥである。

例２において、例１の主題は、ＣＯＥは、各出力光ビームＢ_ｉｊについて、指示誤差、フォーカス／コリメーション誤差、波面収差、高次三次元収差、空間分布誤差、コマ収差、像面湾曲収差、円筒収差、スマイル誤差のいずれか１つ以上の光学収差をセグメントで補正するように構成されることを含み得る。

例３において、例１乃至例２のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥのセグメントは、エンボス加工、湾曲加工、スパッタリング、エングレービング、プリンティング、蒸発、イオンビーム蒸着のうちの１つ以上を用いることによって、ＣＯＥの少なくとも片面上に形状設定されることを含み得る。

例４において、例１乃至例３のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、それぞれのチャンネルｉｊの対応する光ビームＢ_ｉｊのそれぞれの収差を補正するためにその各セグメントＣＳ_ｉｊが異なるカスタム形状を有するように、カスタマイズされたモノリシック部品で作製されることを含み得る。

例５において、例１乃至例４のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥの各セグメントは、それぞれの出力光ビームＢ_ｉｊの光学収差を回折補正するように構成された１つ以上のウェッジを備えることを含み得る。

例６において、例１乃至例５のいずれか１つ以上に記載の主題は、光ファイバがエンドキャップ素子の入力面に接続されるＣＢＣシステム用にさらに設計されることを含み得る。

例７において、例６の主題は、ＣＯＥは、レンズレットアレイの出力面上に一体に接続又は構成され、出力湾曲面は、Ｍ×Ｎのレンズ形湾曲バルジを備え、各バルジは、エンドキャップ素子の出力面を出るＭ×Ｎの光ビームのそれぞれがＣＯＥによってコリメート及び補正されるように、カスタム設計の補正エンボス加工又はエッチングを有することを含み得る。

例８において、例６乃至例７のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、レンズレットアレイの入力面に一体に又は非一体に接続され、レンズレットアレイのレンズレットのバルジは、ＣＯＥの出力面を形成し、カスタム形状の補正セグメントは、エンドキャップ素子の出力面に面しているＣＯＥの入力面上に配置されていることを含み得る。

例９において、例６乃至例７のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、レンズレットアレイの入力面に一体に接続されたエンドキャップ素子の出力面と、各光ビームのカスタマイズされるセグメントでのコリメーション及び収差補正を組み合わせて実行するためにその上にエンボス加工又はデボス加工された補正３Ｄ設計を有するレンズレットアレイの出力面とを有することによって、ＣＢＣシステムのレンズレットアレイ及びエンドキャップ素子に組み込まれ、単一のモノリシックコヒーレントビーム結合・エンドキャッピング・補正要素を形成することを含み得る。

例１０において、例１乃至例９のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＢＣシステムの光ファイバは、０．４～２．５μｍの範囲の帯域幅の光を案内するように構成されることを含み得る。

例１１において、例１乃至例１０のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、特定のＣＢＣシステムの一部として組み込まれることを含み得る。

例１２において、例１乃至例１１のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、Ｍ×Ｎの高出力ファイバレーザ又はファイバ増幅器を使用して、多チャンネルＣＢＣシステムの収差を補正するように構成されることを含み得る。

例１３は、Ｍ×Ｎの光ファイバ、入力側でＭ×Ｎの光ファイバに接続されるエンドキャップ素子、及びエンドキャップ素子によって出力されたＭ×Ｎの光ビームをコヒーレントに結合するためのＭ×Ｎのコリメートレンズレットアレイを使用する、Ｍ×Ｎのチャンネルを有する、多チャンネル・コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システムのための補正光学素子（ＣＯＥ）を製造するための方法であって、その方法は、

それぞれの光ファイバＦ_ｉｊに接続されるレンズレットアレイのそれぞれのレンズＬ_ｉｊから出力された対応する各チャンネルｉｊの各出力光ビームＢ_ｉｊの波面の特性の測定に基づいて、ＣＢＣシステムのＭ×Ｎのチャンネルの各チャンネルｉｊの１つ以上の光学収差Ａ_ｉｊを測定することと、

製造されるＣＯＥの各セグメントＣＳ_ｉｊについて、特定のＣＢＣシステム及び製造されるＣＯＥの特定の位置及び位置決めに関して、それぞれの補正セグメントＣＳ_ｉｊのすべての測定される光学収差を補正するために必要な補正設計を決定することと、

各々に必要な補正設計に従ってＣＯＥの各セグメントを構成することによって、Ｍ×Ｎのセグメントを有するＣＯＥを製造することと、

ＣＯＥの各補正セグメントＣＳ_ｉｊが出力光ビームＢ_ｉｊに関して最適な位置に配置されるように、最適な収差補正のための決定された位置にＣＯＥを配置することと、

ＣＢＣシステムのＭ×Ｎのすべてのセグメントの光学収差を同時に補正するべくＣＯＥを使用することと、
を含み、

ＣＯＥは、それぞれの光ファイバの出力端と特定のＣＢＣシステムのレンズレットアレイの対応するコリメートレンズレットＬ_ｉｊの中心との間の相対位置の不正確さによって生じる、コヒーレントビーム結合性能に影響を及ぼす光学収差をセグメントで補正するように構成される、
方法である。

例１４において、例１３の主題は、ＣＯＥは、各出力光ビームＢ_ｉｊについて、指示誤差、フォーカス／コリメーション誤差、波面収差、高次三次元収差、空間分布誤差、コマ収差、像面湾曲収差、円筒収差、スマイル誤差のいずれか１つ以上の光学収差をセグメントで補正するように構成されることを含み得る。

例１５において、例１３乃至例１４のいずれか１つ以上に記載の主題は、それぞれの１つ以上の収差を求めるために測定される出力ビームＢ_ｉｊのそれぞれは、各光ファイバＦ_ｉｊからエンドキャップ素子を通ってレンズレットアレイのそれぞれのレンズレットＬ_ｉｊを通るように誘導され、これにより、それぞれのチャンネルｉｊの光学収差の測定が、ＣＢＣシステムのレンズレットアレイを出るコリメートされた出力ビームのセグメントから検出される収差に対して行われることを含み得る。

例１６において、例１３乃至例１４のいずれか１つ以上に記載の主題は、それぞれの１つ以上の収差を求めるために測定される出力ビームＢ_ｉｊのそれぞれは、それぞれの光ファイバＦ_ｉｊからエンドキャップ素子を通ってＣＯＥの補正入力面に向かうように誘導され、レンズレット領域は、ＣＯＥの出力面として形成されることを含み得る。

例１７において、例１３乃至例１６のいずれか１つ以上に記載の主題は、１つ以上の光スプリット要素を使用して、単一の光源から出射する光をＭ×Ｎの光ファイバに誘導することをさらに含むことを含み得る。

例１８において、例１３乃至例１７のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＢＣシステムのＭ×Ｎのすべてのチャンネルについて、各チャンネルｉｊの１つ以上の収差は、ＣＢＣシステムの各チャンネルｉｊに必要な補正を決定するべく、１つ以上の光検出器及び前記１つ以上の光検出器によって出力された出力データを受信及び分析するように構成された処理・制御ユニットを使用して、同時に又はチャンネルごとに個別に測定されることを含み得る。

例１９において、例１８の主題は、１つ以上の光検出器は、カメラ、電荷結合素子（ＣＣＤ）、Ｍ×Ｎのフォトダイオード又は光検出器、各チャンネルｉｊの１つ以上の光学収差を含む光学特性を個別に測定するための異なる集束レンズ又はレンズレットにそれぞれ結合されたＭ×Ｎの光検出器のうちの１つ以上を含むことを含み得る。

例２０において、例１３乃至例１９のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥを配置することは、光ファイバの出力ビームが伝播する光学平面に対してＣＯＥを光学的に位置合わせすることによって行われることを含み得る。

例２１において、例１８乃至例２０のいずれか１つ以上に記載の主題は、各補正セグメントＣＳ_ｉｊの設計は、１つ以上の光検出器を使用して各ビームＢ_ｉｊの１つ以上の波面特性を測定し、測定した波面特性に基づいてそれぞれのチャンネルｉｊの補正セグメントＣＳ_ｉｊの三次元モデルを生成することによって決定されることを含み得る。

例２１において、例２１の主題は、各補正セグメントＣＳ_ｉｊの３Ｄ設計は、対応するチャンネルｉｊのビームＢ_ｉｊの波面の３Ｄ鏡像であることを含み得る。

例２３は、コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）のためのシステムであって、少なくとも、

狭い波長帯の光を照射するための少なくとも１つの光源と、

少なくとも１つの光源から出射する光を案内するように構成されたＭ×Ｎの光ファイバと、

Ｍ×Ｎの光ファイバからのＭ×Ｎの光ビームをコヒーレントに結合するためのＭ×Ｎのコリメートレンズレットアレイと、

特定の単一ＣＢＣシステムの光学収差をセグメントで補正するようにカスタマイズされた補正光学素子（ＣＯＥ）と、
を含み、前記ＣＯＥはＭ×Ｎの補正セグメントを備え、各補正セグメントＣＳ_ｉｊは、それぞれのｉｊチャンネルの対応する光ファイバＦ_ｉｊから出射する対応する出力ビームＢ_ｉｊの特定の予め測定された１つ以上の光学収差を補正するべく位置及び構成がカスタマイズされ、

ＣＯＥは、それぞれの光ファイバの出力端と特定のＣＢＣシステムのレンズレットアレイの対応するコリメートレンズＬ_ｉｊの中心との間の相対位置の不正確さによって生じる、コヒーレントビーム結合性能に影響を及ぼす光学収差をセグメントで補正するように構成され、

すべてのセグメントのすべての収差の補正は光学的に同時に行われる、
ＣＢＣシステムである。

例２４において、例２３の主題はさらに、ＣＢＣシステムは、各光ファイバＦ_ｉｊから出てくる光ビームがエンドキャップ素子の出力面の異なるセグメントから出るように、その入力面でＭ×Ｎの光ファイバの出力端に接続されるエンドキャップ素子をさらに備えることを含み得る。

例２５において、例２３乃至例２４のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＢＣシステムは、少なくとも、

レンズレットアレイによって結合され、ＣＯＥによって補正されている、コヒーレント結合出力ビームの光学特性を検出するように配置及び構成された１つ以上の光検出器と、

１つ以上の光検出器からデータを受信し、１つ以上のＣＢＣシステムのパフォーマンス特性を測定するべく、受信したデータを分析するように構成された処理・制御サブシステム（ＰＣＳ）と、
をさらに備えることを含み得る。

例２６において、例２５の主題は、ＣＢＣシステムは、対応するＭ×Ｎの位相シフタを含む位相同期モジュール及び／又はＭ×Ｎの偏波コントローラのアレイを含む偏波同期モジュールのアレイを使用して、Ｍ×Ｎのすべてのチャンネルのすべての位相及び／又は偏波が同期されるように、各チャンネルｉｊの位相及び／又は偏波を同期するための同期モジュールをさらに備えることを含み得る。

例２７において、例２３乃至例２６のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、各出力光ビームＢ_ｉｊについて、指示誤差、フォーカス／コリメーション誤差、波面収差、高次三次元収差、空間分布誤差、コマ収差、像面湾曲収差、円筒収差、スマイル誤差のいずれか１つ以上の光学収差をセグメントで補正するように構成されることを含み得る。

例２８において、例２３乃至例２７のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥのセグメントは、エンボス加工、湾曲加工、スパッタリング、蒸発、エングレービング、プリンティング、イオンビーム蒸着のうちの１つ以上を用いることによって、ＣＯＥの少なくとも片面上に形状設定されることを含み得る。

例２９において、例２３乃至例２７のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、それぞれのチャンネルｉｊの対応する光ビームＢ_ｉｊのそれぞれの収差を補正するためにその各セグメントＣＳ_ｉｊが異なるカスタム形状を有するように、カスタマイズされたモノリシック部品で作製されることを含み得る。

例３０において、例２３乃至例２９のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥの各セグメントは、それぞれの出力光ビームＢ_ｉｊの光学収差を回折補正するように構成された１つ以上のウェッジを備えることを含み得る。

例３１において、例２３乃至例３０のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、レンズレットアレイの出力面上に一体に接続又は構成され、出力湾曲面は、Ｍ×Ｎのレンズ形湾曲バルジを備え、各バルジは、エンドキャップ素子の出力面を出るＭ×Ｎの光ビームのそれぞれがＣＯＥによってコリメート及び補正されるように、カスタム設計の補正付加物を有することを含み得る。

例３２において、例２３乃至例３１のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、レンズレットアレイの入力面に一体に又は非一体に接続され、レンズレットアレイのレンズレットのバルジは、ＣＯＥの出力面を形成し、カスタム形状の補正セグメントは、エンドキャップ素子の出力面に面しているＣＯＥの入力面上に配置されていることを含み得る。

例３３において、例２３乃至例３２のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、レンズレットアレイの入力面に一体に接続されたエンドキャップ素子の出力面と、各光ビームのカスタマイズされるセグメントでのコリメーション及び収差補正を組み合わせて実行するためにその上にエンボス加工又はデボス加工された補正３Ｄ設計を有するレンズレットアレイの出力面とを有することによって、ＣＢＣシステムのレンズレットアレイ及びエンドキャップ素子に組み込まれ、単一のモノリシックコヒーレントビーム結合・エンドキャッピング・補正要素を形成することを含み得る。

例３４において、例２３乃至例３３のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＢＣシステムの光ファイバは、０．４～２．５μｍの範囲の帯域幅の光を案内するように構成されることを含み得る。

例３５において、例２３乃至例３４のいずれか１つ以上に記載の主題は、ＣＯＥは、Ｍ×Ｎの高出力ファイバレーザ又はファイバ増幅器を使用して、多チャンネルＣＢＣシステムの収差を補正するように構成されることを含み得る。

上記の説明は、本発明の限られた数の例示的な実施形態を開示しているが、これらの実施形態は、本発明の範囲にいかなる制限も課すものではなく、むしろ本発明を実装することができる様態のいくつかの例示として考えられるべきである。

本明細書に記載の方法及び／又はプロセスは、任意の１つ以上のソフトウェア、及び／又はハードウェア、要素装置、デバイス、機構、電子及び／又はデジタルコンピュータ化システム、ユニット、処理モジュール、デバイス、マシン、エンジンなどによって実装され得る。

システム、モジュール、ユニット、デバイスなど、又はその一部は、本明細書で開示される１つ以上の方法又はプロセスを実装することができるプログラム可能なハードウェア及び／又はソフトウェアベースの実行モジュールから、コンピュータで読み取り可能且つ実行可能な命令、ルール、条件などに従って特定の機能を実行するようにプログラムすることができ、したがって、事実上、開示された各方法／プロセスの実施形態に特有の「専用コンピュータ」を開示しているとみなすことができる。

さらに又は代替的に、本明細書で開示された方法及び／又はプロセスは、専用コンピュータで読み出し可能な信号媒体によって有形又は無形に具体化され得るコンピュータプログラムとして実装することができる。コンピュータで読み出し可能な信号媒体は、例えばベースバンドで又は搬送波の一部として、その中で具体化されるコンピュータで読み出し可能なプログラムコードを有する伝播されるデータ信号を含み得る。このような伝播される信号は、電磁気、光、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含むがこれらに限定されない様々な形態のいずれかをとり得る。コンピュータで読み出し可能な信号媒体は、一時的でないコンピュータ又は機械可読記憶装置ではない、本明細書で説明する装置、システム、プラットフォーム、方法、動作、及び／又はプロセスによって又はそれらに関連して使用するためのプログラムを通信する、伝搬する又は移送することができる、任意のコンピュータ可読媒体であり得る。

「一時的でないコンピュータで読み出し可能な記憶装置」及び「一時的でない機械可読記憶装置」という用語ははまた、本明細書で開示される方法の実施形態を実装するコンピュータプログラムによって後で読み出すために記憶することができる配布媒体、中間記憶媒体、コンピュータの実行メモリ、及び任意の他の媒体又はデバイスを含み得る。コンピュータプログラム製品は、１つのサイトにある１つのコンピュータ又は複数のコンピュータで実行されるように配置する、又は複数のサイトに分散させ、１つ以上の通信ネットワークによって相互接続することができる。

コンピュータで読み出し可能及び実行可能な命令はまた、コンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理装置、又は他のデバイスにロードし、コンピュータ、他のプログラム可能な装置、又は他のデバイス上で一連の動作ステップを実行させ、コンピュータで実施されるプロセスを生成することができ、これにより、コンピュータ、他のプログラム可能な装置、又は他のデバイス上で実行する命令は、フローチャート及び／又はブロック図の１つ以上のブロックで指定された機能／動作を実施する。

モジュール、デバイス、機構、ユニット、及び／又はサブシステムは、それぞれ、１つ以上のマシンで実行可能な命令（例えばコマンド）を備えることができる。モジュールは、本明細書で開示される方法、プロセス、及び／又は動作をシステムに実施させるようにプログラムされた回路又はコントローラによって具体化され得る。例えば、モジュールは、例えば、カスタム超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路又はゲートアレイ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ロジックチップ、トランジスタ、及び／又は他の個別のコンポーネントなどの既製の半導体を備えるハードウェア回路として実装され得る。モジュールはまた、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、プログラマブルアレイロジック、プログラマブルロジックデバイスなどのプログラム可能なハードウェアデバイスで実装され得る。

上記の開示では、特に明記しない限り、本発明の実施形態の１つ以上の特徴を特徴付ける条件又は関係性を明示する「実質的に」、「約」、「およそ」などの用語は、その条件又は特性が、意図される用途に関する実施形態の動作について許容できる許容範囲内で定義されることを意味すると理解されるべきである。

上記の明細書で開示された方法／プロセス及び／又はシステム／デバイス／サブシステム／装置などは、図面で提供されるフローチャート及び／又は図に狭義に限定されるものではないことに留意することが重要である。例えば、方法は、図面に記載されているよりも多くの又は少ないプロセス又はステップを含み得る。さらに、方法の実施形態は、本明細書で図示され説明されるような時系列的順序に必ずしも限定されない。

「処理する」、「コンピューティング」、「計算する」、「決定する」、「確立する」、「分析する」、「チェックする」、「推定する」、「導出する」、「選択する」、「推論する」、「識別する」、「検出する」などの用語は、コンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内の物理（例えば、電子信号又は光信号）量として表されるデータを、動作及び／又はプロセスを実行するための命令を記憶できるコンピュータのレジスタ及び／又はメモリ又は他の情報記憶媒体内の物理量として同様に表される他のデータに操作及び／又は変換する、コンピュータ、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングシステム、又は他の電子コンピューティングデバイスの動作及び／又はプロセスを指し得ることに留意されたい。

単数形で用いられる用語はまた、明示的に別段の記載がある場合、又は文脈上別段の必要がある場合を除き、複数形の範囲も含むものとする。

本出願の明細書及び特許請求の範囲において、「備える」、「含む」、及び「有する」という動詞、及びその活用形のそれぞれは、動詞の１つ以上の目的語が必ずしも動詞の１つ以上の主語の構成要素、要素、又は部分の完全なリストではないことを示すために用いられる。

特に明記しない限り、選択のための選択肢のリストの少なくとも２つのメンバー間の「及び／又は」という表現の使用は、リストに挙げた選択肢のうちの１つ以上の選択が適切である、すなわち、指定された選択肢のうちの１つ以上のすべての可能な組み合わせが可能となり得ることを示す。さらに、「及び／又は」という表現の使用は、「以下の少なくとも１つ」、「以下のいずれか１つ」、又は「以下の１つ以上」という表現と交換可能に用いられ、その後に様々な選択肢のリストが続く。

明確にするために別個の実施形態又は例に関連して説明される本発明の特定の特徴は、単一の実施形態で組み合わせて提供され得ることがわかる。逆に、簡潔にするために単一の実施形態、例、及び／又は選択肢に関連して説明される本発明の様々な特徴はまた、別々に、又は任意の適切なサブの組み合わせで、又は本発明の任意の他の説明された実施形態、例、又は選択肢において適切に提供され得る。様々な実施形態、例、及び／又は随意的な実装に関連して説明される特定の特徴は、実施形態、例、及び／又は随意的な実装がこれらの要素なしでは動作しない場合を除き、これらの実施形態の必須の特徴とはみなされない。

「いくつかの実施形態において」、「いくつかの実施形態によれば」、「本発明のいくつかの実施形態によれば」、「例えば」、「例として」、「例せば」、及び「随意的に」という用語は、本明細書では交換可能に用いられ得ることに留意されたい。

図面に示される要素の数は、決して限定するものとして解釈されるべきではなく、例示することのみを目的としている。

「するように動作可能な」という用語は、「するように修正又は構成された」という用語の意味を包含し得ることに留意されたい。言い換えれば、タスクを実行する「ように動作可能な」マシンは、いくつかの実施形態では、その機能を実行するための単なる能力（例えば、「修正された」）を包含し、他のいくつかの実施形態では、その機能を実行するように実際に作製された（例えば、「構成された」）マシンを包含し得る。

第１の表示番号から第２の表示番号までの「範囲」という文言と、第１の表示番号「乃至」第２の表示番号の「範囲」という文言は、本明細書では交換可能に用いられ、第１の表示番号と第２の表示番号、及びそれらの間のすべての小数及び整数を含むことを意味する。

Claims (16)

1. 多チャンネルの特定のコヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システムのための補正光学素子（ＣＯＥ）であって、当該ＣＢＣシステムは、複数の光ファイバを備えるファイバアレイと、各光ファイバから出力される入力光ビームのコリメーションのためにそれぞれ構成される複数のコリメートレンズを備える単一のコリメーションアレイとを、前記ファイバアレイを通過する対応する光ビームの配列のコヒーレント結合のために使用し、
   前記コリメーションアレイのコリメートレンズと、前記ファイバアレイの対応する光ファイバとの各ペアが、チャンネル(ij)を定義し、前記ＣＯＥは少なくとも補正セグメントの配列を含み、前記ＣＯＥの補正セグメントの前記配列内の各補正セグメント（CSij）は、それぞれ対応するコリメートレンズ(Lij)から出力される対応する出力光ビーム(Bij)の1つまたは複数の光学収差を補正するために、位置と構成がカスタマイズされ、
   前記ＣＯＥは、各対応する光ファイバ(Fij)の出力端と、対応するコリメートレンズ(Lij)の中心との間の、少なくとも位置ずれにより引き起こされる遠方場の光学収差の、カスタマイズされてセグメント化された補正を行うように構成されており、
   前記ＣＯＥは、前記コリメーションアレイの出力面に一体的に接続または構成され、
   前記コリメーションアレイの前記コリメートレンズのバルジは、前記ＣＯＥの出力面を形成し、
   前記ＣＯＥの前記出力面を形成する前記バルジは、少なくとも前記位置ずれにより引き起こされる前記遠方場の前記光学収差の前記補正を行うことで、前記ＣＢＣシステムの遠方場性能を向上させるエンボス、コーティング、又は、彫刻を備えており、
   前記補正セグメント（CSij）は回折素子として構成されていることを特徴とする補正光学素子（ＣＯＥ）。
2. 前記ＣＯＥは、各出力光ビーム（Bij）について、指示誤差、フォーカス／コリメーション誤差、波面収差、高次三次元収差、空間分布誤差、コマ収差、像面湾曲収差、円筒収差、スマイル誤差、製造誤差、前記コリメーションアレイのコリメートレンズ間のスペースの誤差、のうちのいずれか１つ以上の光学収差をセグメントで補正するように構成される、請求項１に記載のＣＯＥ。
3. 前記ＣＯＥは、前記それぞれのチャンネル（ij）の前記対応する出力光ビーム（Bij）の１つ以上の収差を補正するためにその各補正セグメント（CSij）が異なるカスタム形状を有するように、カスタマイズされたモノリシック部品で作製される、請求項１又は２に記載のＣＯＥ。
4. 前記ＣＢＣシステムでは、各光ファイバがエンドキャップ素子の対応する部分の入力面に接続される、請求項１又は２に記載のＣＯＥ。
5. 前記ＣＯＥは、前記コリメーションアレイの入力面に一体に接続された前記エンドキャップ素子の出力面と、各光ビームのカスタマイズされるセグメントでのコリメーション及び収差補正を組み合わせて実行するためにその上にエンボス加工又はデボス加工された補正３Ｄ設計を有する前記コリメーションアレイの前記出力面とを有することによって、前記ＣＢＣシステムの前記コリメーションアレイ及び前記エンドキャップ素子に組み込まれ、単一のモノリシックコヒーレントビーム結合・エンドキャッピング・補正素子を形成する、請求項４に記載のＣＯＥ。
6. 光ファイバのアレイであるファイバアレイと、エンドキャップ素子によって出力された入力光ビームのアレイをコヒーレントに結合するためであって入力光ビームのコリメーションのためにそれぞれ構成される複数のコリメートレンズを含むコリメーションアレイと、を使用する、チャンネルのアレイを有する特定の多チャンネルのコヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）システムのための補正光学素子（ＣＯＥ）を製造するための方法であって、
   (a)前記ＣＢＣシステムの各チャンネル(ij)のため、
   前記ファイバアレイの各光ファイバ(Fij)から発射され、前記コリメーションアレイの各コリメータ(Cij)から出力される各出力光ビーム(Bij)の波面を測定することと、
   各チャンネル（ij）の補正セグメント（CSij）の３次元（３Ｄ）モデルを生成することと、
   (b)ＣＯＥの各セグメントをそれぞれ生成された３Ｄモデルに従って構成することにより、補正セグメントの配列を有する前記ＣＯＥを製造することと、
   (c)前記ＣＯＥを最適な収差補正のために決定された位置に配置し、前記ＣＯＥの各補正セグメント（CSij）が対応する出力光ビーム（Bij）に対して所望の位置に配置されるようにすることと、
   (d)前記ＣＯＥを使用して、前記ＣＢＣシステムの少なくとも一部の前記出力光ビームの光学収差を同時に補正することと、を含み、
   前記ＣＯＥは、それぞれの光ファイバの出力端と、前記ＣＢＣシステムの前記コリメーションアレイ内の対応するコリメートレンズ（Lij）の中心との間の位置ずれにより生じる遠方場の光学収差の、カスタマイズされてセグメント化された補正を行うように構成され、
   前記ＣＯＥは、前記コリメーションアレイの出力面に一体的に接続または構成され、
   前記コリメーションアレイの前記コリメートレンズのバルジは、前記ＣＯＥの出力面を形成し、
   前記ＣＯＥの前記出力面を形成する前記バルジは、前記位置ずれにより生じる前記遠方場の前記光学収差の前記補正を行うことで、前記ＣＢＣシステムの遠方場性能を向上させるエンボス、コーティング、又は、彫刻を備えており、
   各補正セグメント（CSij）は、回折素子として構成されている、方法。
7. 前記ＣＯＥは、各出力光ビーム（Bij）に対して、指示誤差、フォーカス／コリメーション誤差、波面収差、高次三次元収差、空間分布誤差、コマ収差、像面湾曲収差、円筒収差、スマイル誤差、製造誤差、前記コリメーションアレイ内のコリメートレンズ間のスペースの誤差の内の１つ以上の光学収差をセグメントごとに補正するように構成されている請求項６に記載の方法。
8. 単一の光源から発せられる光を、１つまたは複数の光学分割素子を使用して前記ファイバアレイに導く工程を含む請求項６又は７に記載の方法。
9. 各チャンネル（ij）の前記出力光ビーム（Bij）の各波面は、１つまたは複数の光検出器を使用して測定され、前記１つまたは複数の光検出器から出力された出力データを取得し分析するように構成されている処理および制御ユニットを使用することにより、前記３Ｄモデルが決定される請求項６又は７に記載の方法。
10. 前記１つまたは複数の光検出器は、カメラ、電荷結合素子（CCD）、フォトダイオードまたは光検出器の配列、または各チャンネル（ij）の１つまたは複数の光学収差を含む光学特性を個別に測定するために、異なる集光レンズまたはレンズレットにそれぞれ接続されたＭ×Ｎ個の光検出器を１以上含む請求項９に記載の方法。
11. 前記ＣＯＥは、前記コリメーションアレイと平行に配置されるように構成されている請求項６又は７に記載の方法。
12. コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ）のためのＣＢＣシステムであって、
    -狭帯域の光を照射する少なくとも1つの光源と、
    -前記少なくとも1つの光源から発せられる光を導波し、入力光ビームの配列を形成するように構成された光ファイバの配列であるファイバアレイと、
    -コリメートレンズの配列であるコリメーションアレイと、を少なくとも備え、
    各コリメートレンズは入射光ビームのコリメーションのみを行うように構成され、
    -前記ＣＢＣシステムにおける光学収差のセグメント補正用にカスタマイズされ、補正セグメントの配列を備える、補正光学素子（ＣＯＥ）をさらに備え、
    前記補正セグメント（CSij）は回折素子として構成され、
    前記ＣＯＥは、各光ファイバの出力端と、前記ＣＢＣシステムにおける前記コリメーションアレイの対応するコリメートレンズ（Lij）の中心との間の、少なくとも位置ずれにより引き起こされる遠方場の光学収差の、カスタマイズされてセグメント化された補正を行うように構成され、
    前記ＣＯＥは、前記コリメーションアレイの出力面に一体的に接続または構成され、
    前記コリメーションアレイの前記コリメートレンズのバルジは、前記ＣＯＥの出力面を形成し、
    前記ＣＯＥの前記出力面を形成する前記バルジは、少なくとも前記位置ずれにより引き起こされる前記遠方場の前記光学収差の前記補正を行うことで、前記ＣＢＣシステムの遠方場性能を向上させるエンボス、コーティング、又は、彫刻を備えているＣＢＣシステム。
13. 前記コリメーションアレイによって結合され、前記ＣＯＥによって補正された、コヒーレントに結合された出力ビームの光学特性を検出するように配置され構成された１つまたは複数の光検出器と、
    前記１つまたは複数の光検出器から出力データを取得し、取得した前記出力データを分析して前記ＣＢＣシステムの１つまたは複数の性能特性を測定するように構成された処理および制御サブシステム（PCS）と、
    をさらに備える請求項１２に記載のＣＢＣシステム。
14. 各チャンネル（ij）の位相および／または偏光を同期させる同期モジュールをさらに備え、すべてのチャンネルのすべての位相および／または偏光が同期されるように構成され、該同期モジュールは、位相同期用の位相同期モジュールおよび／または偏光同期用の偏光同期モジュールを備える請求項１３に記載のＣＢＣシステム。
15. 各チャンネル（ij）の各出力光ビーム（Bij）の各波面は、前記１つまたは複数の光検出器を使用して測定される請求項１３又は１４に記載のＣＢＣシステム。
16. 請求項１３又は１４に記載のＣＢＣシステムに含まれる前記ＣＯＥであって、
    各チャンネル（ij）の各出力光ビーム（Bij）の各波面は、前記１つ又は複数の光検出器を使用して測定される、
    ことを特徴とするＣＯＥ。