JPH07505745A - 位相制御分割化レーザー・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 位相制御分割化レーザー・システム 技術分野 本発明は、レーザー・オフシレーターを搭載する複数の半導体レーザー・ユニッ トと、これらのユニツトの各々から出るレーザー放射光線と、各々半導体レーザ ー・ユニツトに付随する光導通ファイバーと、各々半導体レーザー・ユニツトか ら各々レーザー光導通ファイバーに向けて出るレーザー放射光線を結合するため の結合要素と、ファイバーを光導体システムとして搭載するファイノく一束と、 このファイバー束の１端から出る各々半導体レーザー・ユニ・ノド１こ依って生 成されるレーザー放射光線の全体に依って形成される総合レーザー放射光線と、 全ての半導体レーザー・ユニ・ントのレーザー動作中に照射される物体のタープ ・ソト面を照らす前述の総合レーザー放射光線を備えている、半導体レーザー・ システムに関する。

背景技術 このタイプの半導体レーザー・システムは周知のことである。例えば、７つの半 導体レーザー・システムが１つのタープ・ソト面１こ向けられている。

その欠点は、総合レーザー放射光線が個々のレーザー放射光線の総合を単純に示 しているにすぎないので、複合する照射作用ができないことである。

発明の基本的な目的は、従って、複合する照射作用が実現できて、特に、例えば 今まで大型レーザーに用いられていたレーザー放射光線より其の放射強度と特性 に関して同等または優れて（Ａる総合レーザー放射光線を使用できる、通常タイ プの半導体レーザー・システムを改善することにある。

この目的は、発明に従って、冒頭に説明されたタイプの半導体レーザー・システ ムで解決され、そこでは、半導体レーザー・ユニットは、其れらが位相設定され たモード・オペレーションで作動し、各々半導体レーザー・ユニットのレーザー 放射光線は小さな損失で各々レーザー光導通ファイバーに結合されていて、各々 ファイバーはシングル・モード・ファイバーであり、総合レーザー放射光線に於 いて半導体レーザー・ユニットの幾つかの好都合には、全てのレーザー放射光線 は其れらの位相で独自に制御できるように設計されている。

発明の開示 発明の方法は、分割化レーザー・システム（ｆｒａｃｔａｌ　１ａｓｅｒ　ｓｙ ｓｔｅｍ）の総合レーザー放射光線まで含めたレーザー放射光線に於ける位相適 応を実現できる可能性、従って、重ね合わせが予め設定された位相方向で生じる ようにして総合レーザー放射光線を形成するためにレーザー放射光線を重ね合わ せることができる可能性を提供する。

これは、相乗効果がレーザー放射光線の統合中に総合レーザー放射光線に於ける レーザー放射光線の間で現れるので、複合する照射作用が、例えば個々のレーザ ー放射光線間の干渉現象に依って実現できることを意味している。

各々半導体レーザー・ユニットから出るレーザー放射光線が、位相に関して、他 の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線に依存しないレーザー放射フィ ；ルドを備えていることが特に優れている。このように個々の半導体ユニットの レーザー放射フィールドの位相が全く独立していると言うことから、特に優れた 状態で、個々のレーザー放射フィールドの位相方向を発明の方式で制御できる。

更に好都合には、各々半導体レーザー・ユニットから出るレーザー放射光線が、 放射フィールドに関して、他の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線か ら結合を分離されている事である。

これは、光導通ファイバーに結合されている半導体レーザー・ユニットのレーザ ー放射光線が、その放射フィールドに関して、他の半導体レーザー・ユニットの レーザー放射光線から結合を分離される時に特に優れた状態で実現できる。

これは、例えば、半導体レーザー・ユニットの各々が、放射フィールドに関して 、他の半導体レーザー・ユニットから結合を分離されるそれ自体のレーザー・オ ツシレーターを備えている時に実現できる。

このようなレーザー・オツシレーターの放射フィールドの分離は、互いに離れて いるレーザー・オツシレーターの場合に、半導体レーザー・ユニットのレーザー ・オツシレーターに依って最も単純な状態で構造的な観点から実現できる。

個々の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線は、総合レーザー放射光線 で互いに再び干渉作用し、再び放射フィールドを介して相互に結合される場合が ある。しかし、総合レーザー放射光線を形成するレーザー放射光線が其れらの放 射フィールドに関して結合を分離されるので、反復性の反応は、レーザー放射光 線の個々の放射フィールド間で生じないが、単純に個々の半導体レーザー・ユニ ットのレーザー放射光線の位相の定められた制御なので、成る半導体レーザー・ ユニットから出るレーザー放射光線のケースに於ける位相制御は、他の半導体レ ーザー・ユニットから出る他のレーザー放射光線の位相方向に反応性の作用を及 ぼさないことが特に優れている。

発明の方法は、このケースで全てのタイプの干渉作用が位相方向の対応する制御 に依って達成できるので、全ての半導体レーザー・ユニットが同一の周波数で作 動する時に特に好ましい状態で使用できる。

これは、周波数結合されている全てのレーザー・ユニッートに依って特に単純に 達成できる。

周波数変動をできるだけ小さくして維持するために、更に、半導体レーザー・ユ ニットが周波数的に安定化されて与えられている。

周波数の安定化は、それが、特に温度または電流コントロールによる様な、半導 体レーザー・ユニットの周波数コントロールを介して実現される時に好ましい形 で実行される。

そのうえ、周波数安定化に関して優れた可能性として、各々半導体レーザー・ユ ニットが少なくとも１つの個々の電流制御可能なダイオード・ゾーンを周波数コ ントロールのために備えている場合に考えられる。

半導体レーザー・ユニットは、各々半導体レーザー・ユニットに於いて意図され た周波数が半導体レーザー・ユニットの最小電流強度と最大電流強度の間の制御 範囲で電流変動に依って活用できるような周波数／電流特性を備えている場合に 特に好都合になる。好都合に、同じ周波数が、制御範囲の約５０　％の範囲、２ ０％が好ましく、且つ全て１０　％が最適になる電流変動を用いて使用できる。

周波数／電流特性の調整は、各々半導体レーザー・ユニットの調節機能を介して 好ましい状態で可能になる。

調節のために、加熱要素が、半導体層と直接接触する好ましい状態で与えられて いるか、または半導体層の構成部品として存在する。

更に、定められたモード・オペレーションを達成するために、各々半導体レーザ ー・ユニットが安定化モード・オペレーションで作動するようにして与えられて いる。この点に関して、好都合に、各々好ましくは個々の半導体レーザー・ユニ ットが横方向基本モードで作動する。各々、好都合に個々の半導体レーザー・ユ ニットが縦方向シングル・モード・オペレーションで作動するので特に優れてい る。

最も変形される可能性のある方式が位相調整のタイプに対して与えられている。

成る実施態様に於いて、位相調整は、総合レーザー放射光線が設定可能な波面の 形態で伝搬するようにして実施されている。このケースで、位相調整は波面を形 成するレーザー放射光線が相互に相応する定められた位相関係、例えば同じ位相 になり、なおかつ、同じ周波数も有するようにして行われる。

それほど複雑でない実施態様に於いて、総合レーザー放射光線の個々の部分の束 は定められた波面の形態で各々伝搬するが、その部分の束は、其れ自体の内部で バラバラの状態になる。しかし、総合レーザー放射光線の焦点設定性は、このた めに既に大幅に改善されている。

各々半導体レーザー・ユニットのための位相制御が他と関係なしに行われるよう に意図されている様子について今まで詳細に説明されていなかった。例えば、位 相調整手段が各々半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線に対して与えら れている時に、この位相調整に依り位相制御は池の半導体レーザー・ユニットと 関係なしに各々個々の半導体レーザー・ユニットに対して実施できるので、この 点に関して特に優れている。

効果的に、位相調整が２つ以上の２つの位相調整手段を介して行われていて、そ こでは、第１位相手段手段が第１の時定数をもち且つ第２位相調整手段が第２の 時定数をもち、後者は例えば第１より小さい。

位相調整手段を配置できる場合、それは今まで同様にオーブンのままだった。位 相調整手段を与える成る可能性のある方法として、位相調整手段が半導体レーザ ー・ユニットのコントロールを備えている場合が考えられる。

特に好都合に、コントロールは半導体レーザー・ユニットの電流コントロールを 搭載している。更に、コントロールが半導体レーザー・ユニットの温度管理機能 を搭載していると、成る場合に好ましい。

位相調整手段は、半導体レーザー・ユニットがダイオード電流上で回折率の異な る依存性を有する少なくとも２つの個々の電流制御可能なダイオード・ゾーンを 備えていて、これらのゾーンの１つが位相調整手段の要素として作動する時に、 特に優れた状態で統合されることができる。

この点に関して、これは、レーザー・オツシレーターでなく、好都合にレーザー 増幅器を形成する好都合なダイオード・ゾーンになるので、周波数の安定化はレ ーザー・オツシレーターを介して行われるが、位相調整はレーザー増幅器のダイ オード・ゾーンを介して可能になる。

発明の位相調整手段の更なる代替に於いて、これはファイバーに配置されている 位相変更部材を搭載しているので、位相変更は位相調整手段を用いてファイバー に於いて実施できる。

位相変更部材は、位相変更部材の制御が各々個々の半導体レーザー・ユニットの 制御と共に部分的に実施されることを可能にするために、半導体レーザー・ユニ ットに隣接するファイバーの末端領域に便宜的に配置されている。− 位相変更部材は、それが作動ファイバー・セクションに依って形成されるように 好都合に構成されている。

考えられる優れた方式に於いて、位相調整は、電気光学的または磁気光学的ある いはその両方の作用から作動ファイバー・セクションで行われことができる。

その代替として、位相調整は、このセクションの温度の変化を用いて作動ファイ バー・セクションで行われることができる。

位相調整手段を与える更に考えられる方式に於いて、位相調整手段は半導体レー ザー・ユニットとシングル・モード・ファイバーの間に配置されている位相変更 部材を搭載している。このタイプの位相変更部材は、半導体レーザー・ユニット とこのユニットに面する、すなわち半導体レーザー・ユニットの次に位置するシ ングル・モード・ファイバーの１端の間に好都合に配置されているので、この位 相変更部材に依る位相調整手段の制御は、半導体ユニットの制御に関連して同様 に実施できる。

例えば、位相変更部材の好都合な構造に於いて、これは半導体レーザー・ユニッ トと、このユニットに面するシングル・モード・ファイバーの１端の間に配置さ れている。この点に関して、位相変更部材も、それが電気光学的または磁気光学 的ユニットを搭載するように好都合に設計されている。

その代わりに、位相変更部材は温度依存性ユニットを搭載することもできる。好 まれる考えられる方式では、位相変更部材は偏光回転手段を搭載している。レー ザー放射光線をシングル・モード・ファイバーに結合することについて、詳細に 今まで説明されていなかった。例えば、レーザー放射光線は、できるだけ損失を 小さく維持するために、限られた回折でシングル・モード・ファイバーに結合さ れているので特に優れている。

位相制御のための位相の検出に関して、前述の実施態様に関連して同様に詳細に 説明されていなかった。例えば、特に優れている実施態様は、ファイバー束の１ 端に配置されている各々半導体要素のレーザー放射光線の位相検出器を提供して いる。

位相検出器は、位相検出が比較的単純な検出手順を用いる干渉計に依って可能に なるので、位相検出器が干渉計を搭載するように好都合に構成されている。

位相検出器にとって特に優れている方法に於いて、各々半導体要素のレーザー放 射光線の位相方向は、同じ周波数で作動する半導体レーザー・ユニットに依って 生成される基準レーザー放射光線の位相方向と比較される。位相方向をレーザー 放射光線と基準レーザー放射光線の干渉に依って単純に決定できる。

これは、位相検出器が各々半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線の一部 を総合レーザー放射光線から分離するための結合分離要素を備えている時に、特 に単純に実現できると思われる。

そのうえ、各々個々の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線の位相方向 の測定は、位相検出器が検出器マトリクスを搭載する時に特に効果的に実施でき て、そこでは、少なくとも１つの選択する問い合わせマトリクス要素が成る各々 半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線と基準レーザー放射光線だけ受信 している。

検出器マトリクスを与えることに依って、全ての半導体レーザー・ユニットの位 相方向を同時に測定できるので、位相方向を特に瞬時に位相コントロールを介し て管理できる。

位相検出器の位相方向の決定は、基準レーザー放射光線が電力または位相変調さ れる時に特に効果的に実施できる。

この電力変調は、基準レーザー放射光線が変調器、好都合にチョッパーに依って 変調される時に好ましい状態で実施できる。

位相変調は、例えば、位相制御に対して説明された考えられる方式の１つを介し て実施できる。

位相方向の評価は、総合レーザー放射光線の各々レーザー放射光線の位相方向が 定められた状態で指定できるように、位相検出器が総合レーザー放射光線のレー ザー放射光線の位相方向を決定し且つ総合レーザー放射光線の各々個々の半導体 レーザー・ユニットのレーザー放射光線の位相方向を制御する評価回路に接続さ れている時に、特に優れた状態で実施できる。

そのうえ、各々個々の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線のパワーが 評価回路から測定できて且つ半導体レーザー・ユニットのコントロールを介して 制御できる時に、それも優れた成果を示す。

この点については、特に効果的に、位相検出器の評価回路はパワーの変動を位相 方向を決定する各々マトリクス要素で検出できる。

各々個々の半導体レーザー・ユニットのパワーは、基準レーザー放射光線のパワ ー・ゼロに於ける位相検出器の信号がパワーの直接的な測定になるので、基準レ ーザー放射光線が電力変調される時に、位相検出器に於いて特に優れた状態で決 定できる。

評価回路は、そのうえ、位相コントロールにバス・システムを介して好都合に接 続されていて、そこでは、１つまたは複数の更なるファイバーが、例えば、デー タ送信のために機能している。

更に、手段の評価も個々の半導体レーザー・ユニットのために周波数コントロー ルにバス・システムを介して好都合に接続されている。

光導体システムの末端領域に於ける其の設計に関して、それほど詳細に今まで説 明されていなかった。例えば、光導体システムの末端領域に於いて、付随する半 導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線が出る、シングル・モード・ファイ バーのファイバー末端フェースは、ターゲツト面に光学的に画像作成できる光導 体システムの末端表面に位置していて好都合に与えられている。

ファイバー末端フェースは、この点に関して、ファイバーの厚みの３倍より好都 合に小さいスペースを其の間に備えている。スペースがファイバーの厚みの２倍 より小さいと更に好ましい状態になる。

極端な場合、ファイバー末端フェースは、末端表面に於いて互いに隣り合って、 特に互いに境界に位置することができる。

末端表面のタイプと形状について、詳細に今まで説明されていなかった。例えば 、末端表面の形状は、ターゲツト面の領域に照射される物体の表面形状に相応し て適応されるようにして与えられている。

ファイバー末端フェースは、総合レーザー放射光線が、定められた状態で予め設 定できて、なおかつ、定められ状態で予め設定できる強度分布がターゲツト面上 に現れる、位相波面を有するようにして好都合に配置されている。

最も単純なケースで、ファイバー末端フェースは末端表面を形成する面に基本的 に配置されている。

そのうえ、末端表面のファイバー末端フェースの構造は、末端表面の形状に起因 する光学的画像作成手段の光学的画像作成特性に相応する適応性を可能にする考 えられる方式を形成している。

更に好都合に、光学的画像作成手段は、ターゲツト面にファイバー末端フェース の全ての優れた画像を作成するために、光導体システムの末端表面とターゲツト 面の間に与えられている。

位相制御は発明の方法で可能になる事実から、光学的画像作成手段の画像作成特 性を、総合レーザー放射光線を形成する個々のレーザー・ビームの位相制御に依 イτ得る、例えば画像作成エラーを補正することもできる。

更に、発明に従って、ターゲツト面の位置と形状を総合レーザー放射光線のレー ザー・ビームの位相制御に依って予め設定できる。

半導体レーザー・ユニットのタイプについて、それほど詳細に今まで説明されて いなかった。成る実施態様に於いて、例えば、各々半導体レーザー・ユニットは シングル・レーザー作動ダイオード・ストリップを各々備えている。

この点に関して、レーザー放射光線は、レーザー・ストリップが延長し、例えば 通常のレーザー・ダイオードのケースである、面に、または、垂直エミッタのケ ースである、はぼそれと垂直に伝搬する。

代わりに或いは其れに加えて、好都合に、各々半導体レーザー・ユニットは基本 モードで作動するレーザー作動ダイオード・ストリップの結合された配列構造を 搭載している。半導体レーザー・ユニットの構造について、それほど詳細に今ま で説明されてぃなかった。

特に好まれる実施態様に於いて、例えば、各々半導体レーザー・ユニットは、同 じ半導体層に好都合に統合されているレーザー・オツシレーターとレーザー増幅 器を搭載している。

更に好都合に、各々半導体レーザー・ユニットはストリップ格子に依ってモード 的に安定化されている。

各々個々の半導体レーザー・ユニットの作動周波数安定化の代わりに、前述の実 施態様に説明されたように、例えば基準レーザー放射光線との干渉を介して、更 に優れた実施態様に於いて、同じ周波数で作動する半導体レーザー・ユニットの 全てが、各々半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線を形成するために其 れ自体のレーザー増幅器を用いて各々半導体レーザー・ユニットに依って増幅さ れ且っ其こから各々半導体レーザー・ユニットに付随するシングル・モード・フ ァイバーに結合される、基本レーザー放射光線を生成する共通レーザー・オツシ レーターを搭載している。このシステムの長所は、単一の共通レーザー・オツシ レーターを全ての半導体レーザー・ユニットに与えて、個々の半導体レーザー・ ユニットのレーザー放射光線の間の周波数安定が既に予め設定されているので、 更なる処理がこのケースで周波数安定化のために行われないことにある。

基本レーザー放射光線を個々のレーザー増幅器に送るために、ビーム分割器は、 基本レーザー放射光線を各々レーザー増幅器に分岐放射として結合するために好 ましい状態で与えられている。

放射損失を防止するために、分岐する基本レーザー放射光線を平面波として伝搬 する基本レーザー放射光線に再成形するビーム成形光学的手段が好ましい状態で 与えられている。

更に、好都合にそれに加えて、ビーム分割器からレーザー増幅器に向けて進む分 岐レーザー放射光線を描くビーム成形光学的手段が与えられている。

シングル・モード・ファイバーを結合する結合要素について、それほど詳細に今 まで説明されていなかった。例えば、シングル・モード・ファイバーを半導体レ ーザー・ユニットに結合する結合要素は、半導体レーザー・ユニットの基質に依 って支えられている画像作成要素を搭載しているので、特に優れていることかを 立証されている。

画像作成要素は、それがシングル・モード・ファイバーに相応して半導体の層面 と平行する方向に伝搬するレーザー・ビームの焦点を定めるように好都合に設計 されている。最も単純なケースで、画像作成要素は基質に統合される格子になり 、そこでは、格子は好都合に反射格子になる。

その代わりに、画像作成要素は基質に統合されるミラーになることも考えられ、 そこでは、ミラーはシングル・モード・ファイバーに相応して同様にレーザー放 射光線の焦点を定めるように好都合に設計されている。

そのうえ、代替方法として、画像作成要素は基質に統合されるレンズになり、そ こでは、レンズは好都合に屈折レンズになる。

ミラーまたはレンズを使用する代わりに或いは其れに加えて、レーザー光学的要 素となる画像作成要素が与えられている。

発明のレーザー・システムは、数百または千ワット以上の総合レーザー放射光線 のパワーを得るために、１〜３ワツトのパワーを備えた、複数の、例えば数十ま たは数百の半導体レーザー・ユニットを好都合に使用している。

そのうえ、発明の半導体システムの優れた実施態様、ファイバー束は検出器ファ イバーを搭載していて、そこでは、検出器ファイバーは、特にターゲツト面を観 察するように作動している。

この点に関して、好都合に、検出器ファイバーの末端は光導体システムの末端に 位置している。

総合レーザー放射光線のケースのように同じ画像作成比率を得るために、好都合 に、検出器ファイバーの末端はファイバー末端フェースの次の末端表面に位置し ているので、検出器ファイバーのファイバー末端フェースは末端表面に同様に位 置している。

それは、検出器ファイバーの末端がファイバー末端フェースの間に分布されて位 置する時に特に好ましい。

これは、光学的画像作成手段を使用する時に、検出器ファイバーの末端にターゲ ツト面を描くと特に優れた状態になることを意味している。

更に、ターゲツト面は、光学的検出器が画像表面を観察するために検出器ファイ バーの別の末端に配置されているので特に容易に観察できる。

この検出器はマトリクス検出器として好都合に設計されていて、なおかっ、検出 器ファイバーはマトリクス検出器の個々のマトリクス・ポイントと好都合に関連 しているので、それらのファイバー末端フェースに於いて、マトリクス検出器に 対するターゲツト面の直接的な画像作成が可能になる。

この点に関して、マトリクス検出器を介してターゲツト面の強度分布を観察し、 なおかつ、個々の半導体レーザー・ユニットの位相、必要におうして、そのパワ ーの定められた仕様条件に基づいてターゲツト面の内部に照射される物体上で局 部的に固定される放射を保証するコントロールが与えられているので、特に好都 合である。

前述の実施態様の説明では、半導体レーザー・ユニットが設計された、波長の範 囲について詳細に説明されていなかった。最も単純な実施態様では、例えば、全 ての半導体レーザー・ユニットは同じ波長範囲に対して設計されている。

しかし、異なる半導体レーザー・ユニットが異なる波長範囲に相応して設計され ることも考えることができる。

この点に関して、特に好都合に、半導体レーザー・ユニットは同じ波長を有する 半導体レーザー・ユニットのグループを搭載している。

更に優れた実施態様に於いて、半導体レーザー・ユニットは、同じ波長を各々グ ループの内部に有する半導体レーザー・ユニットの幾つかのグループを搭載して いる。このタイプのケースでは、異なる波長のレーザー放射光線を照射するファ イバーのファイバー末端フェースが各々照射グループを形成するように結合され 且つ照射グループが末端表面で互いに隣り合って配置されているので特に優れて いる。このような実施態様（５於いて、マーキングとビームの映像化は、このケ ースでは、１つだけのグループの半導体レーザー・ユニットが可視性範囲に属す る波長でレーザー放射光線を生成するように構成される必要があるので、特に効 果的に実現できる。

このケースでは、他のグループの半導体レーザー・ユニットは、それが、例えば 、照射または処理のために要求されるレーザー放射光線を生成するように好都合 に構成できる。更なる発明の半導体レーザー・システムに於いて、特に個々に周 波数調整できる半導体レーザー・ユニットを搭載するシステムに於いて、更に優 れたオペレーティング・モードは、半導体レーザー・ユニットが一定の周波数間 隔をもつ周波数のシーケンスを形成する周波数を有するレーザー放射光線と定め られた時点で同じ位相方向を有するレーザー放射光線を各々生成する時に可能に なる（モード・ロックされている）。

このような半導体レーザー・システムに於いて、定められた時間設定された強度 変動が単純に生成できる。この点に関して、特に効果的に、１つの各々グループ の半導体レーザー・ユニットが同じ周波数を有するレーザー放射光線を生成し、 なおかつ、各々付随するシングル・モード・ファイバーのファイバー末端フェー スが予め設定できる幾何学的対称性で相互に関連して配置されているので、部分 的な束がこの対称性しかし異なる周波数を有する総合レーザー放射光線に現れる 。

周波数のシーケンスの希望された周波数間隔は、パルス・ゼネレーターで効果的 に生成され且つ周波数の安定化に使用できるようにして作られる。

発明の更なる特徴と長所は、次に示す説明だけでなく幾つかの実施態様の図面で 主として説明される。

図面の簡単な説明 図１は発明の半導体レーザー・システムの第１実施態様である。

図２は第１実施態様の光導体システムの末端表面の平面図である。

図３は発明の位相検出器の略図である。

図４はコントロールの略図である。

図５は位相調整手段を有する半導体レーザー・ユニットの略図である。

図６は位相調整手段の第２の変形である。

図７は位相調整手段の第３の変形である。

図８は半導体レーザー・ユニットの第２実施態様の図５と類似する図解である。

図９は半導体レーザー・ユニットの第３実施態様の図５と類似する図面の図解で ある。

図１０は発明の半導体レーザー・システムの第１実施態様の変形の略図である。

図１１は発明の半導体レーザー・システムの第２実施態様の図２と類似する図解 である。

図１２は発明の半導体レーザー・システムの第２実施態様のコントロールの図４ と類似する図解である。

図１３は発明の半導体レーザー・システムの第２実施態様の時間経過の略図であ る。

図１４は発明の第２実施態様の変形の図１１に類似する図解である。

発明を実施する為の最良の形態 図１に図示されている発明の半導体レーザー・システムの第１実施態様は、少な くともその一部が、照射される物体１７のターゲツト面１６に衝突する総合レー ザー放射光線１４を放出する光導体システム１２が前方に接続されている放射生 成システム１０の第１変形を構成している。放射生成システムｌＯは、その部分 に関して、複数の半導体レーザー・ユニット１８１〜１８Ｎを搭載していて、そ の各々はレーザー放射光線を生成し、そこでは、レーザー放射光線は各々シング ル・モード・ファイ／＜−２０１〜２ＯＮに結合されている。シングル・モード ・ファイバー２０１〜２ＯＮの全ては、光導体システム１２内に設けられる末端 ２４を備えたファイバー束２２を形成するように組み合わされていて、末端２４ から総合レーザー放射光線１４が放出する。末端２４に於いて、図１と２に図示 されているように、ファイバーの全てとシングル・モード・ファイバー２０のフ ァイバー末端フェース２８の全ては末端表面２６に位置しているのが好ましい。

全ての半導体レーザー・ユニット１８１〜１８Ｎは、それらが同じ周波数で作動 するように周波数的に安定され、なおかつ更に、レーザー放射光線の位相方向が 定められた方式で予め設定されることができるように、コントロール３２を介し て作動されることができる。これについて、位相方向は、半導体レーザー・ユニ ット１８の一部または全てのレーザー放射光線の重ね合わせが設定可能な、例え ば、平らな波面で伝搬する総合レーザー放射光線１４を導き、この重ね合わせは ファイバー末端フェース２８から進んで総合レーザー放射光線１４として伝搬す るように、コントロール３２を用いて指定される。

各々個々の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線の位相方向を各々個々 のファイバー末端フェース２８（図３）で決定するために、光導体システム１２ には、ビーム分割器と、好都合な回折反射器４２と、総合レーザー放射光線１４ の一部の画像作成要素を搭載する、位相検出器４０が装着されている。これに関 して、回折反射器は、末端表面２６から成る距離に且つ其の前部に配置されてい るだけでなく、この末端表面２６に面しているので、総合レーザー放射光線１４ は其れを介して進んで其れに依って部分的に反射される。回折反射器４２は同時 に画像作成要素として作動するので、更なる光学的画像作成手段を設置できる時 に、特に好ましくなる。

総合レーザー放射光線１４の部分は、各々２つのマトリクス検出器４８と５０の ２つの検出器表面４４と４６に対する回折反射器４２に依って映し出され、そこ では、各々検出器表面４４または４６の少なくとも１つのマトリクス要素５２ま たは５４が各々ファイバー末端フェース２８に明確に配分されている。これは、 各々半導体レーザー・ユニット１８の１つに依る少なくとも１つのマトリクス要 素５２または５４の明確な配分と同じ結果になる。

これは、各々マトリクス要素５２または５４を用いると、回折反射器４２に依り 各々配分された半導体レーザー・ユニット１８に依って生成されるレーザー放射 光線の強度を検出できることを意味している。

しかし、半導体レーザー・ユニット１８の各々のレーザー放射光線の位相方向を マトリクス要素５２または５４を用いて検出するために、基準ファイバー５８の ファイバー末端フェース５６が回折反射器の次に与えられている。これは半導体 レーザー・ユニット１８Ｒに同様に接続されていて、そこで、半導体レーザー・ ユニット１８Ｒは、半導体レーザー・ユニット１８と同じであり、特に同じ周波 数で作動する、しかし其の位相方向に関して制御されないが、基準位相方向を与 える。

半導体レーザー・ユニット１８Ｈの基準位相方向は、球面波がファイバー末端フ ェース５６から伝搬し、そこでは、この球面波が全体の検出器表面４４と検出器 表面４６を共にカバーするようにして、マトリクス要素５２または５４の各々に 依って検出できる。

従って、検出器表面４４または４６のマトリクス要素５２または５４の各々は、 回折反射器４２から反射される各々付随する半導体レーザー・ユニット１８のレ ーザー放射光線を別に、基準放射光線の半導体レーザー・ユニット１８Ｒのレー ザー放射光線を受信し、そこでは、２つのレーザー放射光線は互いに干渉するの で、従って、相互に関連する其れらの位相方向に従って、最大強度と最小強度が 各々マトリクス要素５２または５４に於いて検出できる。基準ファイバー５８の ファイバー末端フェース５６から放出されるレーザー放射光線を変調器６０を用 いて更に変調すると、マトリクス要素５２または５４の各々に依る各々半導体レ ーザー・ユニットのレーザー放射光線の強度測定を更に可能にする。これは、レ ーザー放射光線が各々半導体レーザー・ユニット１８１−Ｎに依って実際に生成 されたかどうかチェックする観点から、位相方向の測定にとって同様に重要であ る。

更に、回折反射器４２は、それがレーザー放射光線を個々のファイバー末端フエ ・−ス２８の各々から、偏光に基づいて、検出器表面４４または検出器表面４６ に反射するので、各々１つがファイバー末端フェース２８に付随し従って１つが 半導体レーザー・ユニット１８に付随するマトリクス要素５２と５４の比較が、 偏光が位相方向に加えて決定されることを可能にするようにして設計されている 。

検出器表面４４または４６の個々のマトリクス要素５２または５４に於ける強度 の測定は、回折反射器４２に依って反射されるレーザー放射光線の強度と基準フ ァイバー５８アフアイバー末端フエース５６から放出されるレーザー放射光線の 強度が各々マトリクス要素５２または５４とほぼ同じになる時に、特に優れた結 果を与える。そのうえ、個々のマトリクス要素５２または５４を用いて測定して いる間に、ファイバー末端フェース５６から個々のマトリクス要素５２に放出す るレーザー放射光線からの距離の違いが考慮され、更に、回折反射器４２を経由 する対応するマトリクス要素５２または５４とファイバー末端フェース２８の各 々の間の距離の違いも考慮される。これらの距離の違いは位相方向の更なる変位 を導くので、これらの違いは、同じ位相方向が全てのファイバー末端フェース２ ８、すなわち末端表面２６に位相検出器４０を具備して与えられるように意図さ れる時に考慮されなければならない。

マトリクス検出器４８と５０はＣＣＤカメラとして好都合に設計されていて、そ の各々ピクセルはマトリクス要素５２と５４を表している。

図３にも図示されているように、回折要素は、総合レーザー放射光線１４をター ゲツト面１６に対して描く光学的画像作成手段６２の前にあり、そこでは、光学 的画像作成手段６２は、干渉性画像作成、すなわち、位相に関連する総合レーザ ー放射光線１４の画像作成になるように好都合に設計されている。これは、最も 単純なケースに於いて、はとんど光学的画像作成手段６２の焦点面に対する画像 作成になる、すなわち、ターゲツト面１６は焦点面に位置することになる。

シングル・モード・ファイバー２０に依って案内される、レーザー放射光線の位 相方向の実際の制御は、放射光線生成システム１０の領域で行われる。

マトリクス検出器４８と５０のマトリクス要素５２と５４の各々は、従って、末 端表面２６のファイバー末端フェース２８の１つ、従って、半導体レーザー・ユ ニット１８のレーザー放射光線を示すので、それは検出できる其の位相方向にな る。

最も単純なケースで、マトリクス検出器４８または５０は、末端表面２６にファ イバー末端フェース２８があるので、マトリクス要素５２または５４の数と全く 同じになる。例えば、同様に正確にＮ個のマトリクス要素５２または５４がある 。

５２１〜５２Ｎまたは５４１〜５４Ｎのマトリクス要素の全ては、各々マトリク ス検出器４８または５０から絶えず読み取られ、読取ライン７０を介してコンピ ュータ・ユニット７２に依って記録されて、コンピュータ・ユニットは各々マト リクス要素５２または５４に依って検出された強度から位相方向を決定する。そ のために、コンピュータ・ユニット７２に更にライン７４を介して同期信号が送 られ、この信号は変調器６０の状態を示している（図４）。最も単純なケースで 、変調器６０は、半導体レーザー・ユニット１８Ｒのレーザー放射光線を一定の 間隔でオン・オフするチョッパーである。

半導体レーザー・ユニット１８１〜１８Ｎの各々に対してコンピュータ・ユニッ トに依って決定される位相方向は、複数の位相調整手段８２１〜８２Ｎをバス・ システム８０を介して順に制御する、位相コントロール７８にバス・システム７ ６を介して送られる。各々位相調整手段８２１〜８２Ｎは、位相コントロール７ ８の仕様条件に従って、この半導体レーザー・ユニット１８に依って生成された レーザー放射光線の位相を設定し、なおかつ、全ての半導体レーザー・ユニット １８１−１８Ｎの位相方向を互いに関連付けて、これらの位相方向が予め設定さ れた位相分布を光導体システム１２の末端表面２６に導くために、各々半導体レ ーザー・ユニット１８に付随している。

このような発明の位相調整手段８２の機能は、例を用いて使用される半導体レー ザー・ユニット１８と共に次のように説明される。

半導体レーザー・ユニット１８の各々は、対応するドーピングに依って生成でき るレーザー作動層９２を備えた９０として全体的に参照数字が付けられているレ ーザー・ダイオードを搭載している（図５）。

レーザー・オツシレータ−９４はこのレーザー作動層９２に配置されていて、こ れはレーザー作動層のストリップに依って形成されている。

位相格子９６と９８はレーザー・オツシレータ−９４の末端に与えられていて、 なおかっ、これらはレーザー・オツシレータ−９４のモード安定化オペレーショ ンを可能にする。レーザー・オツシレータ−９４は、基本モードに於ける横方向 だけでなくシングル・モード・オペレーションに於ける縦方向に於いて安定され ることができて、なおかつ、レーザー放射光線１００が縦方向１０２を伝搬する 、好都合にレーザー・オフシレーターになる。

縦方向１０２に於いて、レーザー・オツシレータ−９４、すなわち其の１つの末 端は、同様にレーザー作動層９２に統合されていて且つレーザー作動層の面を分 散して伝搬するレーザー放射光線１０６が形成されている、レーザー増幅器１０ ４の前に位置している。このレーザー放射光線は、レーザー・オツシレータ−９ ４の反対側に位置するレーザー作動層９２の１端１０８から放出する。

レーザー放射光線１０６は、従って、各々半導体レーザー・ユニットに付随する シングル・モード・ファイバー２０の１端１１２に対する限られた回折とレーザ ー放射光線１０６を結合する、結合要素１１０と衝突する。限られた回折との結 合は、レーザー放射光線１０６が末端１１２に反射される口径角度は、基本モー ドだけシングル・モード・ファイバー２０の内部に形成されるようになることを 意味している。

最も単純なケースで、結合要素１１０は、更に、焦点特性を備えた反射要素にな る。これは、例えば、格子、特に反射格子、またはレーザー光線に依る光学的要 素にもなることもできる。

代わりに、結合要素としてシングル・モード・ファイバーツ末端１１２に反射す るミラーを使用することも考えることができる。

同時にレーザー・ダイオード９０に適した基質を示す基質１１４に依って支えら れる結合要素１１０が説明される実施態様の範囲に属していて特に優れている。

このケースで、結合要素１１０とレーザー・ダイオード９０は、同じ基質１１４ 上で単純に製作され且つ小型に実現されることができる。

レーザー・オツシレータ−９４が定められた周波数で作動するために、レーザー ・ダイオード９０に、基質１１４の温度を確認に安定させる温度安定器１１６が 好都合に与−えられている。そのうえ、レーザー・ダイオード９０には２つの電 流供給ライン１１８と１２０が与えられていて、そこでは、電流供給ライン１１ ８は基質１１４に連なり、電流供給ライン１２０はレーザー・ダイオード９０上 で表面接触している。

レーザー・オフシレータ−９４の周波数の更なる安定化は、電流供給ライン１１ ８と１２０を経由して送られる電流を介して且つレーザー作動層９２を経由して 印加される電圧を介して更に行われる。共に、各々個々のレーザー・ダイオード ９０に対して電流／電圧コントロール１２２を介して行われる。

マトリクス検出器４８または５０に依る位相方向の測定のほかに、半導体レーザ ー＋８Ｒの周波数に相応する個々の半導体レーザー１８１〜１８Ｎの周波数を測 定することも、すなわち、半導体レーザー１８Ｈのレーザー放射光線とマトリク ス要素５２または５４の領域に於ける個々の半導体レーザー１８の各々のレーザ ー放射光線との干渉が、マトリクス要素５２または５４に依って測定された強度 に於いて、レーザー放射光線の周波数が同じでない時に、うなり周波数の発生を 導くという事実のために可能になる。マトリクス要素５２または５４の１つが、 うなり周波数の強度の変調を検出すると、このうなり周波数が各々マトリクス要 素５２または５４で測定された強度で発生しなくなるまで、レーザー・オフシレ ータ−９４の周波数が其の電流／電圧コントロール】２２と必要におうじで其の 温度安定器１１６を介して変更されるようにして、各々レーザー・オフシレータ −９４の周波数の安定化が第１に実行される。このうなり周波数もコンピュータ ・ユニット７２に依って確認される。これは、そこで周波数コントロール＋７０ をバス・システム７６を介して制御する。この周波数コントロールは、その部分 に関して、レーザー・オフシレータ−９４の周波数を希望されたレベルに相応し て調整するために、バス・システム１７２を介して個々の半導体レーザー・ユニ ット１８の個々の電流／電圧コントロール１２２と温度安定器１１６を再び制御 する。

発明の位相調整手段８２の１つの実施態様は、末端１１２と面するシングル・モ ード・ファイバー２０の領域に配置されている。最も単純なケースで、これは、 位相調整手段を、セクション１３０でシングル・モード・ファイバー２０の素材 を加熱する要素と共に備えているので、それは、シングル・モード・ファイバー ２０の素材の回折率をセクション１３０の領域で変更させる、従って、セクショ ン１３０を貫通するレーザー放射光線の位相方向も変更されることができる。

例えば、セクション１３０は、コイルを介して高周波で結合することに依って加 熱されることができる。

位相調整要素の第２実施態様の場合、図６に図示されているように、ポッケルス 効果を示す素材から作られていて且つシングル・モード・ファイバー２０と同じ 直径を有するファイバー要素１３２が、末端１１２の前部に置かれている。

レーザー放射光線１０６は、末端１１２の後のファイバー要素１３２の末端１３ ６の反対側に位置するファイバー要素１３２の末端１３４に結合要素１１０を介 して結合されている。ファイバー要素１３２の末端１３６はシングル・モード・ ファイバーの末端１１２から直接連なっているので、レーザー放射光線はファイ バー要素１３２からシングル・モード・ファイバー２０に直接送られる。

ファイバー要素１３２は、この要素の縦方向１３８に於いて互いに空間が開けら れて配置されていて且つ其れらの間でファイバー要素のセクション１４４を覆う ２つのコンタクト１４０と１４２を、その部分に関して支えている。電圧をコン タクト１４０と１４２の間に印加すると、ポッケルス効果がセクション１４４に 現れるので、それに基づいて、このセクションを通るレーザー放射光線１０６の 位相方向を調整できる。

残りの部分については、第２の実施態様は第１実施態様と同じ設計なので、この 部分に関して、引例は第１実施態様の注釈に相応して行うことができる。

発明の位相調整要素の第３の実施態様は、図７に図示されているように、レーザ ー・ダイオード９０に統合されている。この第３実施態様に於いて、レーザー・ オフシレータ−９４のレーザー作動層９２はレーザー増幅器１０４のレーザー作 動層１５２から離れていて、なおかつ、別の接触ライン１５４がレーザー増幅器 １０４の動作に対して与えられている。従って、レーザー増幅器１０４の離れた 電流／電圧調整装置１５６に依って、このレーザー作動層の電流／電圧の変動に 依りレーザー増幅器１０４に属するレーザー作動層１５２の回折率を変更するこ とができる、従って、レーザー増幅器１０４の内部のレーザー放射光線１０６の 位相方向も変更することができる。

そのうえ、レーザー作動層１５２はレーザー・オフシレータ−９４のレーザー作 動層９２と異なる構造をしている。そこで、それは異なる回折率を好都合に備え ているので、レーザー作動層１５２の電流制御を介して単純な方式で位相方向を 制御できる。

図８に図示されている発明の半導体レーザー・ユニット１８′　の更なる実施態 様に於いて、結合要素１１０は反射面として単純に設計されていて、なおかつ、 焦点合わせ、特に、シングル・モード・ファイバー２０の末端１１２に対するレ ーザー放射光線１０６の限られた回折結合が、更に与えられていて且つ結合要素 １１０と末端１１２の間に配置されていて且つレーザー・ダイオード９０の基質 １１４に依って同様に好都合に支えられている、レンズ１６０を介して行われる 。

残りの部分については、レーザー・ダイオード９０は図５に従う実施態様と同様 に設計されているので、同じ参照数字が用いられていて、この点に関して参照数 字は図５に図示されているレーザー・ダイオードに相応して付けられている。

発明の半導体レーザー・ユニット１８″の第３実施態様に於いて、レーザー作動 層９２”はレーザー作動層の層面１６４と垂直の方向１６２でレーザー放射光線 １００”に依って照射され、そこでは、ブラッグ反射器９６″と９８″がレーザ ー作動層の両側の位相格子として配置されている。

図９に図示されている全体的な半導体レーザー・ユニット１８’は、例えばガス の基質１１４”の上に構成されていて且つ下側と上側に各々コンタクト１６６と １６８が与えられていて、それを介して電流が送られ、そこで、コンタクト１６ ６はレーザー放射光線１００”を開口部１６９に通れるようにしている。

残りの部分については、この半導体レーザー・ユニット１８″は半導体レーザー ・ユニット１８と１８°に相応する状態で構成されているので、更に詳細に引例 がこれらの実施態様に対して行われることができる。

図１Ｏで１０’　として全体的に参照数字が付けられている発明の放射光線生成 システムの第２の変形はレーザー・オフシレータ−１８２と次のレーザー増幅器 １８４を備えた複数の半導体レーザー・ユニット１８０１〜１８ＯＮを同様に搭 載していて、そこでは１つのレーザー・オフシレータ−１８２が複数のレーザー 増幅器１８４１−Ｎに送られる基本レーザー放射光線１８６を生成する。これら の増幅器は、その部分に関して、各々個々のシングル・モード・ファイバー２０ １〜２ＯＮに結合されるレーザー放射光線１８８１−１８８Ｎを生成し、そこで は位相調整手段８２１〜８２Ｎが各々個々のレーザー増幅器から来るレーザー放 射光線１８８１〜１８８Ｎに対して更に与えられている。

レーザー・オフシレータ−１８２は、その部分に関して、例えば図６のレーザー ・ダイオード９０ど伺じデザインなので、個々の要点について同じ参照数字が用 いられていて、更に、引例が図６に関する注釈に関して行われることができる。

伝搬するレーザー放射光線１０６は、この点に関して、はぼ卵形の断面１９０を 備えた放射錐面を形成する基本レーザー放射光線１８６になり、その大きな軸は レーザー作動層９２と平行に配置されていて、その小さい軸は其れと垂直に延長 している。

このタイプの放射錐面は、平面波１９４として伝搬する基本レーザー放射光線１ ８Ｇのオフシレーター側のビーム成形光学的手段１９２に依って再び成形される 。平面波１９４はここで第１ビーム分割器１９６１に衝突する。第１ビーム分割 器１９６１は、部分的に透明に設計されていて且つ第１ブランチ１９８１が増幅 器側のビーム成形光学的手段２００１を通ることを可能にし、この光学的手段は 、その部分に関して、錐体２０２１の形態でレーザー増幅器１８４１のレーザー 作動層２０４に平面波として伝搬するブランチ１９８１の焦点を定める。レーザ ー作動層２０４に於いて、基本レーザー放射光線は、周知の方式で増幅され、レ ーザー放射光線１８８１として増幅器から出る。そこで、レーザー放射光線１８ ８１は光学的画像作成手段２０６１に依ってシングル・モード・ファイバー２０ １に順に結合され、そこでは、位相調整手段８２１は、例えば、シングル・モー ド・ファイバー２０１に進む。

そのうえ、第１ビーム分割器１９６１は、平面波１９４の更なる分岐ビーム２０ ８を反射に依って結合を分離し、なおかつ、これの焦点を、順に分岐ビーム１９ ８２を分岐ビーム２０８から分離する第２ビーム分割器１９６２に対して焦点を 定める。この分岐ビーム１９８２は、その部分に関して、増幅器側のビーム成形 光学的手段２００２を介してレーザー増幅器１８４２に焦点が設定されるので、 この増幅器は、ビーム成形光学的手段２０６２を介してシングル・モード・ファ イバー２０２に順に結合されるレーザー放射光線１８８２を生成する。

分岐ビーム２０８は分岐ビーム１９８３〜１９８Ｎの結合を同様に分離する更な るビーム分割器１９６３〜Ｎを通る。各々レーザー増幅器１８４３〜１８４Ｎは 、対応するシングル・モード・ファイバー２０３〜Ｎに結合されるレーザー放射 光線１８８３〜１８８Ｎを其れらのベース上に生成する。

発明の放射光線生成システム１０′　の第２変形の長所は、周波数の安定化が個 々の半導体レーザー・ユニッｌ−１８０に要求されない事実から理解される。何 故ならば、全ての放射光線生成システム１８０１〜Ｎは、同じレーザー・オフシ レータ−１８２を“用いて”レーザー・オフシレータ−１８２の周波数特性を有 する基本レーザー放射光線１８６を生成するので、全てのレーザー増幅器１８４ １−１．８４Ｎのレーザー放射光線１８８１〜１８８Ｎは自動的に同じ周波数を もつからである。

この理由から、レーザー放射光線の位相方向の座標だけが、第１実施態様で最も 詳細に説明されたように要求される。

発明の半導体レーザー・システムの第２実施態様は、例えば、第１変形に従う放 射光線生成システム１０を備えた発明の半導体レーザー・システムの第１実施態 様に依存している。

第１実施態様と対照的に、しかし、少なくとも２つの半導体レーザー・ユニット １８１と１８２と１８３と１８４などは、グループを形成するたびに結合されて 、低い順位を有する半導体レーザー・ユニットの各々先行するグループに関して 一定の大きさだけ異なる周波数で作動する。例えば、半導体レーザー・ユニット １８３と１８４から構成するグループの周波数は半導体レーザー・ユニット１８ １と１８２から構成するグループの周波数より１０　ＭＨｚだけ高く、半導体レ ーザー・ユニット１８５と１８６から構成するグループの周波数は半導体レーザ ー・ユニット１８３と１８６から構成するグループの周波数より１０ＭＨｚだけ 高い。グループを形成する各々半導体レーザー・ユニット１８１と１８２と１８ ３と１８４などに付随する２つのファイバー末端フェース２８１と２８２と２８ ３と２８４などは、更に、全てのグループに共通する対称の軸、好都合に総合レ ーザー放射光線１４′　の中心軸２１４に対して対称に配置されている（図１１ ）。

個々の半導体レーザー・ユニット１８１〜１８Ｎの個々の周波数の設定は、第１ 実施態様に関連して説明された同じ方式で行われるが、半導体レーザー・ユニッ 目８１〜１８Ｎの制御は、それが設定された、うなり周波数ゼロでなく、希望さ れた周波数差に対応する半導体レーザー１８Ｈに相応する、うなり周波数になる ようにして行われるところが異なっている。これは、例えば、半導体レーザー・ ユニツト１８１と１８２は、うなり周波数ゼロが半導体レーザー・ユニット１８ Ｈに関して設定され、半導体レーザー・ユニット１８３と１８４は、うなり周波 数１０　Ｍｔ（ｚが半導体レーザー・ユニット１８Ｈに関して設定され、半導体 レーザー・ユニット１８５と１８６は、うなり周波数２０ＭＨｚが半導体レーザ ー・ユニット１８Ｈに関して設定されるようにして制御されることを意味してい る。

これは、半導体レーザー・ユニット１８１〜１８Ｎの各々グループは、各々予め 設定された差に依って半導体レーザー・ユニツトの他のグループに関して変動す る、一定の周波数を有するレーザー放射光線を生成することを意味している。

うなり周波数は、図１２に図示されているように、電気的に周波数ゼネレーター ２０６に依って、例えば基本周波数１０　ＭＨｚの形態で且つ基本周波数１０　 Ｍ）ｌｚに関して高い調波の形態で生成されて、各々グループの周波数の設定に 相応する基準周波数としてコンピュータ７２に送られる。コンピュータは、そこ で、周波数をノくス・システム７６と周波数コントロール１７０およびバス・シ ステム１７２を介して設定する。そのうえ、うなり周波数は、第１実施態様に関 連して既に説明された方式で位相コントロール７８とバス・システム８０を介し て示された基準周波数に関して定められた予め設定された位相方向で設定される 。位相検出器４０に依って各々測定された、うなり周波数の位相方向と基準周波 数の位相方向を比較し、なおかつ、全てのレーザー放射光線に対して同じになる 基準周波数に関して定められた位相方向、例えば位相差ゼロを設定して、位相方 向の補正は、半導体レーザー・ユニット１８の各々のレーザー放射光線に対して 、この目的のために与えられている位相調整手段８２を介して行われるので、全 体的に、半導体レーザー・ユニット１８１−１８Ｎの各々のレーザー放射光線の 位相方向は、予め設定された時点に於いて相互に関連する位相になる。

全ての半導体レーザー・ユニット１８１〜１８Ｎのレーザー放射光線の組み合わ せは、総合レーザー放射光線１４に於いて、時間に関して図１３に図示されてい る強度分布になる、すなわち、半導体レーザー・ユニッ）　１８１−１８Ｎの連 続するグループＵの一定の周波数間隔△■の逆数に等しいｔ　＝　１／△ｔの時 間間隔に伴い、個々の最大強度値Ｍが現れるが、それらの強度に於いて小さくて 無視できる最大値が、その間に存在する。

グループ・パワーＰと、周波数Ｖｕ　＝　Ｖ。＋ｕｘ△Ｖを有する半導体レーザ ー・ユニットの連続して作動するグループＵから、これは下記の結果になる。

右記の最大強度Ｍに於けるトップ・パワー　−ｕ２ｐ右記の最大強度Ｍのシーケ ンス周波数　△■右記の最大強度Ｍに於けるライン幅　−１／　（△Ｌｘｕ）、 １０　ＭＨｚの周波数差に於いて、時間軸上の最大値Ｍの間の距離は１０−７秒 に達する。従って、総合レーザー放射光線１４′は、個々の連続するレーザー・ パルスを定められた時間間隔で示す。

第２実施態様の変形に於い一ζ−１構造は前述の第２実施態様と同じであるが、 グループは２つだけでなく８つの半導体レーザー・ユニット１８１〜１８８と１ ８９〜１８１６などから形成されているところが異なる。それらに付随するファ イバー末端フェース２８１〜２８８と２８９〜２８１６などは、図１４に図示さ れているように、総合レーザー放射光線１４°の中心軸２１４と対称にペアで配 置されている。

残りの部分については、第１実施態様と同じ効果が第２実施態様のこの変形から 得られることができる。

特表千７−５０５７４５　（１３） フロントページの続き （７２）発明者　オポーベル、ハンス ドイツ連邦共和国、デー−８２１５２クライリンク、スペルベルベーク　１３ （７２）発明者　ヒユーゲル、ヘルムトドイツ連邦共和国、デー−７１０６７ジ ンデルフインゲン、エツセガー　シュトラーセ（７２）発明者　ギーセン、アド ルフ ドイツ連邦共和国、デー−７１２７２レニンゲン、ランクバッハシュトラーセ　 ４５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体レーザー・システムであって、レーザー・オッシレーターを搭載する 複数の半導体レーザー・ユニットと、前記のユニットの各々から出るレーザ−放 射光線と、各々半導体レーザー・ユニットに付随する光導通ファイバ−と、各々 半導体レーザー・ユニットから各々光導通ファイバーに向けて出るレーザー放射 光線を結合するための結合要素と、ファイバーを光導体システムとして搭載する ファイバー束と、前記のファイバー束の１端から出る各々半導体レーザー・ユニ ットに依って生成されるレーザー放射光線の全体に依って形成される総合レーザ ー放射光線とで構成され、前記の総合レーザー放射光線は、全ての半導体レーザ ー・ユニツトのレーザー動作中に照射される物体のターゲット面を照らす様に構 成されており、半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）は、其れらが位相設 定され且つ周波数設定されたモード・オペレーションに於いて相互に作動し、各 々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）のレーザー放射光線（１０６，１ ８８）は小さな損失で各々レーザー光導通ファイバ−（２０）に結合され、各々 ファイバ−はシングル・モード・ファイバ−（２０）であり、総合レーザー放射 光線（１４）に於いて半導体レーザー・ユニットの一部の好都合に全てのレーザ ー放射光線（１０６，１８８）は相互に関係せずに其れらの位相で制御できるよ うに設計されていることを特徴にする、前記の半導体レーザー・システム。 ２．各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）から出るレーザー放射光線 （１０６，１８８）が位相に関して他の半導体レーザー・ユニット（１８，１８ ０）のレーザー放射光線に依存しないレーザー放射フィールドを備えていること を特徴にする、請求の範囲第１項に記載の半導体レーザー・システム。 ３．各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）から出るレーザー放射光線 （１０６，１８８）は其の放射フィールドに関して他の半導体レーザー・ユニッ ト（１８，１８０）のレーザ−放射光線（１０６，１８８）から結合を分離され ることを特徴にする、請求の範囲第１項または第２項に記載の半導体レーザー・ システム。 ４．総合レーザー放射光線（１４）を形成するレーザー放射光線（１０６，１８ ８）は其れらの放射フィールドに関して結合が分離されることを特徴にする、先 行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 ５．半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）が同じ周波数で作動することを 特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システ ム。 ６．半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）が周波数結合されていることを 特徴にする、請求の範囲第５項に記載の半導体レーザー・システム。 ７．半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）が周波数的に安定化されている ことを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・ システム。 ８．周波数の安定化が、半導体レーザー・ユニット（１８）の周波数コントロー ル、特に温度（１１６）または電流コントロール（１２２）を介して行われるこ とを特徴にする、請求の範囲第７項に記載の半導体レーザー・システム。 ９．各々半導体レーザー・ユニット（１８）は少なくとも１つの個々の電流制御 可能なダイオード・ゾーンを周波数制御のために備えていることを特徴にする、 先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 １０．各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）は安定化モード・オペレ ーションで作動することを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記載 の半導体レーザー・システム。 １１．各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）が横方向基本モードで作 動することを特徴にする、請求の範囲第１０項に記載の半導体レーザー・システ ム。 １２．各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）が縦方向シングル・モー ド・オペレーションで作動することを特徴にする、請求の範囲第１０項１０また は第１１項に記載の半導体レーザー・システム。 １３．位相調整手段（８２）が各々半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光 線（１０６，１８８）に対して設けられていることを特徴にする、先行する請求 の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 １４．位相調整が、２若しくは２つ以上の位相調整手段（８２）、すなわち、第 １の時定数を有する第１位相調整手段と第２の時定数を有する第２位相調整手段 を介して行われることを特徴にする、請求の範囲第１３項に記載の半導体レーザ ー・システム。 １５．位相調整手段（８２）が半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）のた めのコントロールを搭載していることを特徴にする、先行する請求の範囲の何れ かの項に記載の半導体レーザー・システム。 １６．コントロールは半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）の電流コント ロール（１５６）を搭載していることを特徴にする、請求の範囲第１５項に記載 の半導体レーザー・システム。 １７．コントロールが半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）の温度コント ロールを搭載していることを特徴にする、請求の範囲第１５項または第１６項に 記載の半導体レーザー・システム。 １８．各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）がダイオード電流に関す る屈折率について、異なる依存性を有する少なくとも２つの個々の電流制御可能 なダイオード・ゾーン（９２，１５２）を備えていて、そこでは１つ（１５２） が位相コントロールとして作動することを特徴にする、請求の範囲第１５項１５ から第１７項の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 １９．位相調整手段（８２）がファイバー（２０）に配置されている位相変更部 材（１３０）を搭載していることを特徴にする、請求の範囲第１３項から第１８ 項の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 ２０．位相変更部材（１３０）が半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）に 隣接するファイバー末端領域に配置されていることを特徴にする、請求の範囲第 １９項１９に記載の半導体レーザー・システム。 ２１．位相変更部材（１３０）が作動ファイバー・セクションに依って形成され ていることを特徴にする、請求の範囲第１９項１９または第２０項に記載の半導 体レーザー・システム。 ２２．位相適応が電気光学的または磁気光学的あるいはその両方の作用から作動 ファイバー・セクションで実現できることを特徴にする、請求の範囲第２１項に 記載の半導体レーザー・システム。 ２３．位相適応が前記のセクションの温度の変化を用いて作動ファイバー・セク ション（１３０）で実現できることを特徴にする、請求の範囲第２１項に記載の 半導体レーザー・システム。 ２４．位相調整手段（８２）が半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）とシ ングル・モード・ファイバー（２０）の間に配置されている位相変更部材（１３ ２）を含んでいることを特徴にする、請求の範囲第１３項から第２３項の何れか に記載の半導体レーザー・システム。 ２５．位相変更部材（１３２）が半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）と 前記のユニットに面するシングル・モード・ファイバー（２０）の末端（１１２ ）の間に配置されていることを特徴にする、請求の範囲第２４項に記載の半導体 レーザー・システム。 ２６．位相変更部材（１３２）が電気光学的または磁気光学的ユニット（１４４ ）であることを特徴にする、請求の範囲第２４項２４または第２５項に記載の半 導体レーザー・システム。 ２７．位相変更部材（１３２）が偏光回転要素（１４４）であることを特徴にす る、請求の範囲第２５項に記載の半導体レーザー・システム。 ２８．各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）のレーザー放射光線（１ ０６）のための位相検出器（４０）がファイバ一束（２２）の末端（２４）に配 置されていることを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導 体レーザー・システム。 ２９．位相検出器（４０）が干渉計を搭載していることを特徴にする、請求の範 囲第２８項に記載の半導体レーザー・システム。 ３０．位相検出器（４０）で、各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０） のレーザー放射光線（１０６）の位相方向が、同じ周波数で作動する半導体レー ザー・ユニット（１８Ｒ）に依って生成される基準レーザー放射光線の位相方向 と比較されることを特徴にする、請求の範囲第２８項または第２９項に記載の半 導体レーザー・システム。 ３１．位相検出器（４０）が各々半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線 （１０６）の一部を総合レーザー放射光線（１４）から分離するための結合分離 要素（４２）を備えていることを特徴にする、請求の範囲第２８項から第３０項 の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 ３２．位相検出器（４０）が検出器マトリクス（４８，５０）を備えていて、そ こでは少なくとも１つの選択する問い合わせマトリクス要素（５２，５４）が１ つの各々半導体レーザー・ユニット（１８）のレーザー放射光線と基準レーザー 放射光線だけ受信することを特徴にする、請求の範囲第２８項から第３１項の何 れかに記載の半導体レーザー・システム。 ３３．基準レーザー放射光線が電カまたは位相変調されることを特徴にする、請 求の範囲第２８項から第３１項の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 ３４．基準レーザー放射光線が変調器（６０）に依って変調されることを特徴に する、請求の範囲第３３項に記載の半導体レーザー・システム。 ３５．位相検出器（４０）が総合レーザー放射光線（４０）のレーザー放射光線 （１０６，１８８）の位相方向を決定し且つ総合レーザー放射光線の各々半導体 レーザー・ユニット（１８，１８０）のレーザー放射光線（１０６）の位相方向 を制御する評価回路（７２，７６，７８）に接続されているので、総合レーザー 放射光線（１４）のレーザー放射光線（１０６，１８８）の位相方向を定められ た状態で指定できることを特徴にする、請求の範囲第２８項から第３４項の何れ かに記載の半導体レーザー・システム。 ３６．評価回路に依って各々レーザー放射光線のパワーが半導体レーザー・ユニ ットのコントロールを介して測定でき且つ制御できることを特徴にする、請求の 範囲第３５項に記載の半導体レーザー・システム。 ３７．評価回路（７２，７６，７８）が位相方向を決定するために各々マトリク ス要素に於けるパワーの変動を検出することを特徴にする、請求の範囲第３５項 ３５または第３６項に記載の半導体レーザー・システム。 ３８．評価回路（７２，７６，７８）が位相コントロールにバス・システムを介 して接続されていることを特徴にする、請求の範囲第３７項に記載の半導体レー ザー・システム。 ３９．評価回路（７２，７６，７８）が周波数コントロール（１７０，１７２） にバス・システムを介して接続されていることを特徴にする、請求の範囲第３７ 項に記載の半導体レーザー・システム。 ４０．光導体システム（１２）の末端に於いて、付随する半導体レーザー・ユニ ット（１８，１８０）のレーザー放射光線（１０６，１８８）が出る、シングル ・モード・ファイバー（２０）のファイバー末端フェース（２８）が、ターゲッ ト面（１６）に光学的に画像設定できる光導体システムの末端表面（２６）に位 置していることを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体 レーザー・システム４１．ファイバー末端フェース（２８）間のスペース（Ａ） がファイバーの厚みの３倍より小さいことを特徴にする、請求の範囲第４０項に 記載の半導体レーザー・システム。 ４２．ファイバー末端フェース（２８）が末端表面（２６）で相互に隣り合って 位置することを特徴にする、請求の範囲第４０項に記載の半導体レーザー・シス テム。 ４３．末端表面（２６）の形状がターゲット面（１６）の領域で照射される物体 （１７）の表面の形状に相応して適応されることを特徴にする、請求の範囲第４ ０項から第４２項の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 ４４．ファイバー末端フェース（２８）が末端表面（２６）を形成する面に基本 的に配置されていることを特徴にする、請求の範囲第４０項から第４３項に記載 の半導体レーザー・システム。 ４５．末端表面（２６）の形状が光学的画像作成手段（６２）の光学的画像作成 特性に相応して適応されることを特徴にする、請求の範囲第４０項から第４３項 の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 ４６．各々導体レーザー・ユニット（１８，１８０）が各々レーザー作動ダイオ ード・ストリップ（９０）を備えていることを特徴にする、先行する請求の範囲 の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 ４７．各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）が基本モードで作動する レーザー作動ダイオード・ストリップの結合された配列構造を搭載していること を特徴にする、請求の範囲第１項から第４５項の何れかに記載の半導体レーザー ・システム。 ４８．各々半導体レーザー・ユニット（１８，１８０）がレーザー・オッシレー ター（９４，１８２）とレーザー増幅器（１０４，１８４）を搭載していること を特徴にする、請求の範囲第４６項または第４７項に記載の半導体レーザー・シ ステム。 ４９．各々半導体レーザー・ユニット（１８）が位相格子（９６，９８）に依っ てモード的に安定化されることを特徴にする、請求の範囲第４６項から第４８項 の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 ５０．同じ周波数で作動する半導体レーザー・ユニット（１８１〜１８Ｎ）の全 てが基本レーザー放射光線（１８６）を生成する共通レーザー・オッシレーター （１８２）を搭載していて、前記の基本レーザー放射光線は各々半導体レーザー ・ユニットに依って其れ自体のレーザー増幅器（１８４１〜１８４Ｎ）を用いて 増幅されて各々半導体レーザー・ユニット（１８０１〜１８０Ｎ）のレーザー放 射光線（１８８１〜１８８Ｎ）を形成し且つ其こから各々半導体レーザー・ユニ ット（１８０１〜１８０Ｎ）に付随するシングル・モード・ファイバー（２０１ 〜２０Ｎ）に結合されていることを特徴にする、請求の範囲第４８項または第４ ９項に記載の半導体レーザー・システム。 ５１．ビーム分割器（１９６１〜１９６Ｎ）が基本レーザー放射光線（１８６） を各々レーザー増幅器（１８４１〜１８４Ｎ）に分岐放射光線（１９８１〜Ｎ） として結合するために与えられていることを特徴にする、請求の範囲第５０項に 記載の半導体レーザー・システム。 ５２．ビーム成形光学的手段（１９２）が平面波として伝搬する基本レーザー放 射光線（１９４）に分散する基本レーザー放射光線（１８６）を再成形するため に与えられていることを特徴にする、請求の範囲第５０項または第５１項に記載 の半導体レーザー・システム。 ５３．ビーム成形光学的手段（２００１〜２００Ｎ）がビーム分割器（１９６１ 〜１９６Ｎ）からレーザー増幅器（１８４１〜１８４Ｎ）に進む分岐放射光線（ １９８１〜１９８Ｎ）の画像を作成するために与えられていることを特徴にする 、請求の範囲第５１項または第５２項に記載の半導体レーザー・システム。 ５４．シングル・モード・ファイバー（２０）を半導体レーザー・ユニット（１ ８）に結合するための結合要素（１１０）が半導体レーザー・ユニット（１８， １８０）の基質（１１４）に依って支えられている画像作成要素（１１０）を搭 載していることを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体 レーザー・システム。 ５５．画像作成要素（１１０）が半導体レーザー・ユニット（１８）の層面（９ ２）と平行する方向でシングル・モード・ファイバー（２０）に向けて伝搬する レーザー・ビーム（１０６，１８８）の焦点を設定することを特徴にする、請求 の範囲第５４項に記載の半導体レーザー・システム。 ５６．半導体レーザー・ユニット（１８１〜１８Ｎ）が一定の周波数間隔でシー ケンスの周波数を形成する周波数を有するレーザー放射光線と同じ位相方向を定 められた時点で有するレーザー放射光線を生成することを特徴にする、先行する 請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 ５７．半導体レーザー・ユニット（１８１〜１８Ｎ）が各々同じ周波数で放射す るグループを形成することを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記 載の半導体レーザー・システム。