JPH09506715A - ビーム整形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ある方向におけるビーム特性値がＭｘ²で、直交する方向におけるビーム特性値がＭｙ²であるビーム（３２‐４０）を発するレーザ装置のためのビーム整形装置（２０）は、このビーム整形装置を通る複数の異なる伝搬経路を形成する複数の実質的に平行な反射面（２２、２４）を具備しており、各経路は前記反射面の間でそれぞれ異なる回数の反射を伴っており、その結果、使用時には、このビーム整形装置に入射する前記レーザ装置からの入力ビームの部分がそれぞれ異なる伝搬経路を進み、前記ビーム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²の一方が減少した出力ビームを形成するように再形成される。

Description

【発明の詳細な説明】 ビーム整形装置 本発明はビーム整形装置に関し、より詳細にはレーザビームなどの光ビームに おける横強度分布を変化させるために使用可能なビーム整形装置に関する。 レーザビームの横強度分布での変化が望ましいレーザ光源の用途は数多く存在 する。 多くの場合、このような変化は、従来の光学コンポーネント（例えばレンズ、 プリズム、曲面鏡など）を用いた比較的に簡易な方法により実現可能である。し かしレーザ装置のうちある種のもの（例えば大出力ダイオードレーザなど）は出 力の扁平率が高く、かつその出力が非回折限界的であり、レーザビームのサイズ および形に関する所望の調整を従来の光学コンポーネントのみを用いて行なうこ とは困難である。 このような状況として重要な一例は、固体レーザの縦励起（端面励起）に大出 力のダイオードバーを使用する場合である。ダイオードレーザを用いた固体レー ザの縦励起は、1991年のＩＥＥＥ量子エレクトロニクス・ジャーナル（IEEE J． Quantum Electron.）27，2319における論文「ダイオードにより励起される固体 レーザのモードサイズ最適化のための設計基準」（Design Criteria for mode s ize optimisation in diode-pumped solid-sta te lasers）に記述されているように、固体レーザをポンピングする特に魅力的 かつ効率的な方法と考えられている。固体レーザの最も望ましい動作特性（例え ば低しきい値、最適効率、および回折限界の基本横モード（いわゆる”ＴＥＭoo ”）動作）を実現するためには、レーザモードの領域を相対的に小さくし、ポン プビームの横方向の大きさを、レーザ媒質の全長または少なくともレーザ媒質に おけるポンプ光の吸収波長にほぼ等しい長さにわたって（いずれか短い方に）、 基本横レーザモードの大きさにある程度うまく適合させるよう、ポンプ光をレー ザ媒質内に集束させることが必要である。 レーザビームの拡がりを可能な限り小さくしながらレーザビームを特定のサイ ズに集束させる能力の評価は、ビームのいわゆる「Ｍ²」パラメータによって行 われる。このことは、1989年発行のアダム・ヒルガー（Adam Hilger）著「レー ザ共振器の物理と技術」（The Physics and Technology of Laser Resonators） に記述されている。その中でＭ²は、ビームの拡がりが回折の限界を超える倍率 として定義されている。ビームを（任意の長さにわたって）集束させせることが 可能な最小平均ビームサイズが、Ｍにほぼ比例することは証明可能である。この ように固体レーザの縦励起の場合、、ポンプビームおけるＭの値が（ＴＥＭooに よる動作のための）最小レーザモードサイズ、したがってポンピングされたレー ザの最大利得を決定する。 回折限界ビームにおけるビームの特性値（ビーム・クオリティ・ファクター） Ｍ²は１に等しい。多くのレーザ光源ではＭ²は１よりはるかに大きく、Ｍ²の減 少はビーム特性の改善を表わすものである。 ある種のレーザ光源、特に大出力のダイオードレーザでは、出力ビームの回折 特性はビームの伝搬軸に対して円筒対称ではなく、したがってＭ²における２つ の異なる値、すなわち、それぞれ直交する横方向ｘおよびｙについての２つの別 の値Ｍｘ²およびＭｙ²によって記述しなければならない。 Ｍｘ²およびＭｙ²の値は、レーザの設計細部によって大きく異なる。もう１つ の影響要因となるのは、大出力ダイオードレーザの多くがより低出力のダイオー ドレーザのアレイから形成されているということである。このような場合、複合 的な出力ビームのＭｘ²およびＭｙ²の値は、個々のダイオードレーザにおけるＭ ｘ²およびＭｙ²の値、および（複数の）ダイオードの相互間隔にも依存する。 例えば、大出力のダイオードバーは通常、低出力のダイオードレーザ（複数） の直線状配置からなっており、各低出力ダイオードレーザは、幅広ストライプの ダイオードレーザであってもよく、またはそれ自体は低出力なダイオード（複数 ）の直線状アレイからなっていてもよい。付属図面の図１は典型的な10Ｗ（ワッ ト）ダイオードバーレーザ光源１０の放射領域の略図である。このダ イオードバーレーザ光源は、横の寸法が約１μｍ（マイクロメートル）で縦が20 0μｍ、かつ中心間の間隔を約0.89ｍｍ（ミリメートル）とした１２個の個別の ダイオードまたはダイオードアレイ１２からなっている。したがって全体的な放 射範囲はおよそ１μｍ×10ｍｍであり、これにより高い扁平率の（ハイリィ・エ リプティカルな）複合出力ビームがもたらされる。この例における出力ビームは 、Ｍｙ²の1,000倍を超えるＭｘ²の値を有している。 このようにＭｘ²とＭｙ²とが大きく相違する結果、従来の光学装置を用いて出 力ビームの焦点を合わせるとき、ｘ方向（すなわちダイオードバーアレイの長軸 に平行な方向）の最小有効スポットサイズが不都合に大きくなり、通常、（ほぼ 回折限界にある）ｙ方向の最小有効スポット径のおよそ40倍にもなりうる。これ は、固体レーザの発振器または増幅器の縦励起など、大出力ダイオードレーザの 有用な用途の数が厳しく制限される特に望ましくない特徴である。 ダイオードバーからの出力ビームを集光して、その結果、集束させるための多 くの技術が、様々な用途、とりわけ固体レーザの端面励起での使用のために提示 されている。これら技術の大部分は、円柱レンズおよび球面レンズの配列（例え ばオプティクス・レターズ（Optics Letters）16，318（1991年）における論文 「開口が10ｍｍ×１μｍのｃｗ10Ｗレーザダイオードバーにより端面励起される 大出力Ｎｄ：ＹＡＧレーザ」（High-Power N d:YAG Laser End-Pumped by a cw，10mm×１μm Aperture，I0W Laser-Diode Ba r）に記述されているシステム）を採用しているか、または（オプティクス・レ ターズ（Opt．Lett.）18，1317（1993年）における論文「ダイオードレーザバー により端面励起される大出力Ｎｄ：ＹＬＦレーザ」（High-Power Nd:YLF Laser End-Pumped by a Diode-Laser Bar）に記述されているように）各放射領域から の光を結合して、密集束へと経路選択されているそれぞれの光ファイバに導入す ることを必要としている。 これらどちらの場合とも、数ミリメートルの長さにわたって得られ且つ維持が 可能なところの最小平均ビーム径は比較的大きい（通常１ｍｍを超える）。この 比較的大きな平均ビームサイズは、多くの用途にとって好ましくない。例えば上 述のように固体レーザの縦励起の場合、比較的に大きなポンプビームサイズはレ ーザ利得に不利益な影響を与えるとともに、共振器の形態およびその動作モード の選択における柔軟性を相当程度制約する。 これまでに提案されているこれらの技術におけるもう１つの短所は、集束用光 学装置またはファイバの配列によりもたらされるパワーの損失である。さらにこ のことによって、大出力が必要な端面励起または外科治療用装置などの用途にお いて装置の有用性が低下する。 本発明はレーザ装置のためのビーム整形装置を提供するものであり、前記レー ザ装置のビームは、ある方向に おけるビーム特性値がＭｘ²で、その直交方向におけるビーム特性値がＭｙ²であ り、 このビーム整形装置は、このビーム整形装置を通る複数の異なる伝搬経路を形 成する複数の実質的に平行な反射面を具備し、各経路は前記反射面の間でそれぞ れ異なる回数の反射を伴っており、 その結果、使用時に、このビーム整形装置に入射する前記レーザ装置からの入 力ビームの部分は、それぞれ異なる伝搬経路を進み、前記ビーム特性値Ｍｘ²お よびＭｙ²の一方が減少した出力ビームを形成するように再形成される。 本発明には、レーザビームの横方向空間強度プロファイルを再形成して、ある 平面でビームの拡がりが回折限界を超える比率（すなわちその平面におけるＭ² の値）を減少させ、その直交する平面での比率を増加させてもパワーが大きく損 失しないようにするために使用可能な新しいビーム整形技術が記述されている。 入力レーザビームは、一連の（望ましくは２枚の）実質的に平行な反射面によ り形成される多数の伝搬経路に分割される。これらの経路は別の相対的な形状に 再結合され、それによって直交する伝搬平面（複数）におけるビームの形状（プ ロファイル）と拡がりを変更することができる。例えば、直交する２つの方向（ 伝搬平面（複数））において非常に不均等なＭ²の値（複数）を有する一つのビ ームを、このビーム整形装置によってその２つ の平面において実質的に等しいＭ²の値を有する一つのビームに整形することが 可能である。 この技術は非常に簡潔に構成でき、前記Ｍ²の値の積を必ずしも大きく増加さ せることなく、また必ずしもパワーの大きな損失を招くことなく、直交する平面 （複数）におけるレーザビームのＭ²パラメータを効果的に制御できるという点 で上述の先行技術に対して優れている。このため、非対称性の強い回折特性をも つビームを発生させるレーザ（例えばダイオードレーザバー）とともに使用する のにこの技術は特に魅力的である、その様な場合、多くの用途において、横強度 プロファイルを再形成し、直交する平面において同様な遠視野のビームの拡がり （すなわちＭｘ²およびＭｙ²の同様な値）をもつほぼ円形のスポットを最終的に 集束されたビームが包含するようにすることが望ましい。 「実質的に平行」という用語は平行から約５度以内の名目的に平行な関係を含 むものであることが理解されるであろう。 前記反射面は例えば単一の基板上に形成できるが、ある望ましい実施例におい ては、各反射面はそれぞれ別の基板上に形成されている。２枚の反射面の間にエ アギャップを用いると、この装置の損失を抑制することができる。 これらの反射面は実質的に平面であることが望ましい。 またこれらの反射面は、ビーム入口およびビーム出口 を形成するよう相互に配置されることが望ましい。 ある望ましい実施例においては、Ｍｘ²とＭｙ²との積は出力ビームにおける( Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'との積に実質的に等しい。このことは、再形成された（出力 ）ビームが入力ビームと輝度において同様であることを意味している。 また出力ビームにおける(Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'とは実質的に等しいことが望まし い。これは、出力ビームが実質的に対称的であり、そのため上述の用途（例えば 固体レーザのポンピング）での使用に特に適していることを意味する。 本発明はまた、第１の方向における第１のビーム特性値Ｍｘ²と第２の方向に おける第２のビーム特性値Ｍｙ²とを有するレーザ装置と、ビームの少なくとも 一部の方向を転換して前記第１および第２のビーム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²のう ち少なくとも一方を再形成するための少なくとも１枚の反射面を包含するビーム 整形装置と、を具備するレーザ光源を提供するものである。 本発明は多くの異なる種類の光源に応用可能であるが、レーザ装置はダイオー ドバーまたはダイオードアレイであることが望ましい。 ある望ましい実施例においては、そのレーザ光源はさらに、ビーム整形装置に より形成された再形成ビームからスポットが実質的に円形の出力ビームを形成す るための光学系を具備している。 本発明はまた、前記レーザ光源と、印加ビームを供給するために前記レーザ光 源の出力を受容するビーム供給システムと、を具備するレーザシステムを提供す る。このビーム供給システムはマルチモード光ファイバを包含することが可能で ある。 このビーム供給システムは、材料加工用ビームを供給するための材料加工ビー ム供給用システムであることが望ましい。もしくは、このビーム供給システムは 、医療用ビームを供給するための、医療用ビーム供給用システムであることが望 ましい。どちらの場合においても、このビーム供給用システムはマルチモード光 ファイバを包含できるであろう。 本発明はまた、前記レーザ光源と印加ビームを供給するための固体レーザとを 具備する、ダイオードにより励起される固体レーザシステムを提供するものであ り、前記レーザ光源の出力は、望ましくはマルチモード光ファイバなどのビーム 供給システムを経由して前記固体レーザを励起する。前記固体レーザは、バルク レーザ、導波管レーザまたはファイバレーザとすることが可能である。 本発明はまた、第１の方向における第１のビーム特性値Ｍｘ²と、直交する方 向における第２のビーム特性値Ｍｙ²と、を有するレーザ装置のためのビーム整 形装置を提供するものであり、前記ビーム整形装置は、前記第１および第２のビ ーム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²のうち少なくとも一方を再形成するためにビームの 少なくとも一部の 方向を転換する少なくとも１枚の反射面を包含している。 この装置はまた、第２の反射面を具備し、前記第１および第２の反射面が互い に実質的に平行であることが望ましい。 本発明におけるその他の様々な望ましい特徴はここに述べられた本発明の各側 面に適用されるものである。 本発明の実施例を、付属の図面を参照しつつ、例示のみによって説明する； 付属図面を通じて同一の部分は同一の参照符号によって示されている； 付属図 面において； 図１はダイオードバーレーザの放射領域の略線図である； 図２はビーム整形装置の略側面図である； 図３はビーム整形装置の略平面図である； 図４はダイオードレーザバーからのレーザビームのためのコリメート、結像、 ビーム整形および集束を行なう光学装置の略側面図である； 図５（ａ）および図５（ｂ）はダイオードレーザバーからのレーザビームのた めのコリメート、結像、ビーム整形および集束を行なう光学装置の２つの実施例 それぞれの略平面図である； 図６および７は前記ビーム整形装置のそれぞれさらなる略側面図および略平面 図である； 図８（ａ）から図８（ｃ）は前記ビーム整形装置の出力ビームの経路に沿った 略図である。 図２および３は本発明の一実施例であるビーム整形装置の略側面図および略平 面図である。 図２および３では、非回折限界レーザ光源（図示せず）からのレーザ放射は、 レンズおよびプリズムの適切な配列（図示せず）により集光され、直交する平面 ｘ’−ｚ’およびｙ’−ｚ’においてそれぞれθおよびαの角度をもって、反射 率の高い２枚の平面鏡２２、２４を具備するビーム整形装置２０（ビームシェー パ）に対し斜めに入射する。 これらの鏡は短い距離ｄ（通常数ミリメートル未満、例えば0.1マイクロメー トルから５ミリメートル）を置いて隔てられており、かつ直交する方向ｘ’およ びｙ’にそれぞれ短い距離ｗおよびｈだけ相互にずれており、そのため各鏡の小 部分が他方の鏡に覆われない状態にある。寸法ｄ、ｗおよびｈの例示的値は以下 に示される。 このビーム整形装置の動作原理は、入射レーザビームが多くの近接するビーム からなっている（または分割されている）と考えることによって容易に説明でき る。以下の説明を簡単にするために、入射ビームは５本の平行なビームまたはビ ーム部分３２、３４、３６、３８、４０からなるように便宜的に選択した。 ビーム３２は（図２に示すように）鏡２４の上方を通過し、（図３に示すよう に）鏡２２の側方を通過するので、鏡２２、２４のどちらにも入射せず、その結 果（鏡２２の端における回折効果を無視しうると仮定すると）、 当初の方向から変化せずにビーム整形装置から出射する。 しかし、ビーム３４は鏡２４の上方を通過するが鏡２２に入射し、その結果反 射されてビーム３２の直下において鏡２４に当たる。次にビーム３４は鏡２４で 反射されてビーム３２とほぼ平行な方向でビーム整形装置から出射するが、ビー ム３２の下方に転位している（すなわちビーム整形装置に入射する以前の当初の 転位位置に対しビーム３２から実質的に直交する方向に転位している）。 ビーム３６も最初に鏡２２に入射し、そこで反射されてビーム３４の下方にお いて鏡２４に当たる。次にビーム３６は反射されて鏡２２に２度目の入射を行な いそこで鏡２４に対し反射され、その後ビーム３２および３４と実質的に平行で あるが、ビーム整形装置に入射する以前の当初の転位位置に対し直交する向きに ビーム３４の下方へ転位し、ビーム整形装置から出射するように反射される。 ビーム３８および４０も同様に鏡２２および２４において複数回反射され、最 終的にビーム３２、３４および３６とほぼ平行な方向に伝搬してビーム整形装置 から出射するが、（図２に示すように）それらビームの下方に列をなしている。 このようにビーム整形装置の作用は、入射レーザビームを特定の数のビームに 効果的にチョップつまり分割して、それらビームが互いの上部に列をなして（す なわち当初の転位位置に対し実質的に直交する方向に転位して） ビーム整形装置から出射するようにそれらビームを再形成または再配列すること である。このようにして前記の鏡はビームの入口およびビームの出口を形成する 。 もし入射ビームが最初にｘ−ｚ平面において回折限界を大きく上回っている（ すなわちＭｘ²が１よりはるかに大きい）と、このビーム整形装置の効果として ｘ方向のビームの幅が減少するが、その拡がりは大きく増大しない。 このような全体的結果として、ビーム整形装置から出射するビームは回折限界 をｘ方向に当初のビームより低い率で上回る（すなわちＭｘ²の値が減少する） 。 ２枚の鏡２２、２４は名目上互いに平行に並べられているが、必要な場合、入 射レーザビーム個々の拡がり特性、最終的に集束を行なう配列の設計および集束 ビームの望ましい横強度プロファイルによっては、互いにわずかに（通常数度以 下、例えば５度まで）傾斜させてもよい。これらの鏡を平行から傾斜させること により、出力ビームの全体的拡がりを変化させるようにビーム３２から４０の個 々の方向を変えることができる。 所与の入射レーザビームについて、実質的に直交する方向に列をなしているビ ームの数および（ｘ−ｚ平面における）それらビームの幅は、角度θおよびα、 鏡の間隔ｄの適切な選択、また入射レーザビームに対するビーム整形装置の適切 な位置決めにより指定することができる。したがってビーム整形装置の前記パラ メータおよび 入射ビームに対するビーム整形装置の位置を適切に調整することにより、Ｍｘ² が減少する率を制御することが可能である。 しかし、Ｍｘ²の値の減少が可能なのは、入射ビームのＭｘ²の値が１より大き い（理想的には１よりはるかに大きい）場合のみであることに留意すべきである 。それ以外の場合は、入射ビームがチョップされた個々のビームは、鏡２２の端 で回折され、出射するビームにおけるＭｘ²の最終的値が１以上になるようにビ ームの拡がりが増大する。ｙ方向においては、（ビームがこの方向に列をなすの で）ビームサイズが実効的に増大しても、（鏡２２と２４とが平行である場合） ビームの拡がりはほぼ一定のままなので、出射するビームのＭｙ²の値は増大す る。 Ｍｙ²が増大する率は、（ｙ方向における）出射するビームの総体的な幅を（ ｙ方向における）個々のビームの幅で除した値にほぼ等しい。多くの用途におい ては、鏡２４の上端でのビームのクリッピングによりビーム整形装置の透過率を 大きく悪化させることなく、列をなすビームの各対の間の隙間が実質的に最小化 されるように、鏡の間隔ｄおよび傾斜角αの値を選択しＭｙ²の増大を最小化ま たは減少させることが望ましい。 このようにビーム整形装置の総体的効果は、ある平面において大きく回折限界 を上回るレーザビームの横強度プロフィールを再形成して、それによりパワーの 大きな損失を招くことなく、回折限界を上回る比率をその平面 では減少させ、直交する平面では増加させることである。 大まかな目安として、Ｍ²の値を低下させうる率（ファクター）は、入射ビー ムを何本の（小）ビームに分割できるかの数にほぼ等しい（入射ビームの回折限 界を上回る比率がこの数より多く、かつ出射ビームがほぼ等しい幅を有するとし て）。直交する平面では、Ｍ²の値は少なくとも同じ率で増大し、２つの平面に おけるＭ²の値を実質的に等しくすることができる。このとき出射ビームは適切 なレンズ配列を用いて簡単に集束させることが可能となる。 このビーム整形装置の全体的な簡易性の他に特に注目される特徴の１つは、非 対称性の強い回折特性を有するレーザビームの横強度プロフィールをほぼ対称的 な回折特性を有する（すなわち直交する平面のＭ²の値がほぼ等しい）ものに変 形し、その一方、直交する平面におけるビームの拡がりが同様なほぼ円形のスポ ットに（レンズやプリズムなど）通常の光学装置で容易に集束できるレーザビー ムを発生させるために、この装置が使用可能なことである； これは用途によっ ては有用なだけでなく、しはしは不可欠な要件となる。 この技術が非常に重要な役割を果たすと考えられる１つの特定の領域は、大出 力ダイオードレーザ、特に大出力ダイオードレーザバーからのレーザビームにお ける空間的横強度プロフィールを再形成する（すなわちビームを整形する）場合 である。これらの装置は、非対称性の 強い空間特性と、直交する平面において1,000倍を超えて異なることもあるＭ²の 値と、を有するレーザビームをつくり出す。 これらの装置を用いる用途の多くにおいては、（全体的な輝度を大きく低下さ せることなく）直交する平面のＭ²の値を（例えばあるオーダー内に）平準化す るようレーザビームを再形成し、その結果、直交する平面においてビームの拡が りが同様な、より円形に近いスポットにビームを集束可能にすることが、不可欠 ではなくとも有利となる。本技術はこのような課題の実行に特に適している。こ のことは、非放射領域（「デッドスペース」）によって隔てられている小さいレ ーザ光源のほぼ直線状のアレイ（「放射領域」）から構成されるレーザ光源（例 えばダイオードレーザバー）の場合に特に当てはまる； なぜなら、ビーム整形 装置の前方における結像レンズの適切な配置、および（図２および３に示す）ビ ーム整形装置の適切なパラメータ（すなわちｗ、ｈ、ｄ、θおよびα）の選択に より、「デッドスペース」の多くまたは全部を効果的に除去でき、（ダイオード レーザバーアレイと平行な平面における）レーザビームのＭ²値を非常に大きく 低下させることが可能だからである。 通常の大出力ダイオードレーザバーを用いた、このビーム整形技術の使用例を 、図１、４、５（ａ）、５（ｂ）、６および７を参照しつつ以下に説明する。 上述のように、図１は通常のダイオードレーザバー１ ０の端面図であり、ダイオードレーザバー１０は１２個の放射領域１２からなっ ており、そのレーザ出力放射はｚ方向に伝搬する。 図４および５（ａ）、５（ｂ）はダイオードレーザバーからのレーザビームを コリメート、結像、ビーム整形および集束する光学装置のそれぞれ側面図および 平面図である。 図６および７は前記ビーム整形装置のそれぞれ側面図および平面図である。 図１、４、５（ａ）、５（ｂ）、６および７を参照すると、ダイオードレーザ バー１０からのレーザ放射１４はｚ方向に伝搬し、ファイバレンズ５０で集めら れる； このファイバレンズ５０は前記ダイオードバーに非常に近接して位置しており 、ｙ−ｚ平面におけるビームの拡がりを小さくする働きをする。伝送された光は 次に、前記ダイオードレーザバーから焦点距離にほぼ等しい距離を置いて位置す る平凸球面レンズ５２（この場合の焦点距離は40ｍｍ）に入射する。このレンズ は前記ダイオードバーの各個別放射領域からのレーザビームを近似的にコリメー トし、これらのビームはさらに、焦点距離が約100ｍｍであって、前記球面レン ズ５２から自身の焦点距離とレンズ５２の焦点距離との合計にほぼ等しい距離を 置いて位置する平凸円柱レンズ５４に入射する。 伝送されたビームは次に（ｘ−ｚ平面においてのみ）集光されて、前記レンズ からほぼ焦点距離分離れた前記 ダイオードバーの像を形成する。この像はレンズ５４と５２との焦点距離の比率 にほぼ等しい率（すなわち、この場合は約2.5倍）で拡大されている。 直交するｙ−ｚ平面においては、前記ビームは約0.7ｍｍの幅に近似的にコリ メートされる。線図の簡略化のため、ビーム整形装置は図４、５（ａ）および５ （ｂ）では単一の独立した光学素子５８として示されており、レンズ５４の焦点 面内の前記像に近接して位置している。 前記ビーム整形装置は実際には図６および７に示すように形成されており、こ の場合一辺の長さが50ｍｍの正方形である２枚の平行な鏡２２’および２４’か ら構成されている。鏡２２’および２４’の正確な形状および寸法は、入射ビー ムを受け入れるのに十分な大きさであれば、ビーム整形装置の設計において決定 的な特徴とはならない。しかしこの設計において１つの重要な側面は、鏡２２’ の側端および鏡２４’の上端がほぼ直線的であり、かつ良好に形成され、また反 射率の高いコーティング（この場合は多層誘電コーティング）が鏡の端まで保持 されていることである。 特にこの例においては、鏡２２’および２４’は互いに平行に並べられ、また 相互に関連しつつ１つの複合ユニットとして位置しており、その結果、前記ダイ オードバーの像の横強度プロフィールは、ｙ−ｚ平面においてほぼ垂直に列をな す（各放射領域に対応する）１２本のビームに再形成される。このために必要な パラメータｄ、 ｗ、ｈ、θおよびαの選択は、前記ダイオードレーザバーの設計（すなわち放射 領域およびそれらの間隔の数および横の寸法）、および前記集光および結像用の 光学装置の設計に依存する。特にこの場合、ビームの横強度プロフィールの望ま しい変化は、 鏡の間隔ｄを約1.1ｍｍとし、傾斜角θおよびαをそれぞれ約45度および20度 とすること により達成された。 前記鏡のオフセット距離ｗおよびｈは、鏡２４’における出力ビームの（ｘ’ 方向の）横幅および鏡２２’における入射ビームの（ｙ’方向の）深度を超える ように選択された。通常のｗおよびｈの値は、それぞれ４ミリメートルおよび３ ミリメートルである。 このビーム整形技術がこのような方法によりダイオードレーザバーからのビー ムを再形成するために用いられるときに、遭遇する可能性のある１つの問題は、 近接する放射領域間のクロストークである。これは、各放射領域からのレーザビ ームがこのビーム整形装置から出射する際に重なり合っている場合に発生しうる ものであり、個々の放射領域からのレーザビームがビーム整形装置の出力までに 異なる距離を伝搬することにより激化する。鏡２２’または２４’のどちらにも 入射しないレーザビームは最短距離を伝搬し、ビーム整形装置の鏡２２’および ２４’においてより多く反射されたレーザビームほどビーム整形装置の出口まで に累進的に長い距離を伝搬する。 クロストークの影響は、特定の出力ビームのｘ−ｚ平面におけるＭ²の値がク ロストークがない場合の値に対して増大することである。場合によってはｚ軸に 沿ったビーム整形装置の適切な位置決めによりクロストークが回避されることも あるが、より一般的には、ビーム整形装置の出口におけるすべてのレーザビーム （すなわち各放射領域からのビーム）の有効な光路長を均等化する（すなわちｘ −ｚ平面における回折に関して）ように設計されたプリズム５６を（図５（ｂ） に示すように）レンズとビーム整形装置との間に含めることが望ましい。 このビーム整形技術の最終的結果として、ビーム整形装置から出射するビーム は、ｘ−ｚ平面において、ダイオードレーザバーの個々の放射領域（アレイまた は幅広ストライプ）におけるＭ²の値と同様かつダイオードレーザバー全体の（ ｘ−ｚ平面における）Ｍ²の実効値よりかなり小さいＭ²の値を有する。ｙ−ｚ平 面においては、ビーム整形装置からの出力ビーム（すなわちビームの列）の（ｙ 方向における）総体的な幅を個々のビームの幅で除した値にほぼ等しい率でＭ² の値が増大する。特にこの場合の光学的配置においては、ｙ−ｚ平面におけるＭ² の実効値はおよそ20である。 ビーム整形装置から出射するビームは、ｚ方向に平行に伝搬しｙ方向に（ほと んど垂直に）列をなす12本の平行なビームからなっている。 このビームは次に、ｘ−ｚ平面においてビームを近似 的にコリメートする働きをもつ焦点距離約80ｍｍの平凸円柱レンズ６０と、ｙ− ｚ平面およびｘ−ｚ平面において集束を行なうための、焦点距離がそれぞれ60ｍ ｍおよび20ｍｍの一対の交差平凸円柱レンズ６２および６４と、を具備する伝送 システムに入射する。この伝送システムにはマルチモード光ファイバを含めるこ とができ、そのようなシステムは例えば医療または材料加工の用途のためにビー ムを伝送することが可能である。 これらのレンズのｚ軸に沿った相対的位置は、（直交するｙ−ｚ平面およびｘ −ｚ平面における）ビームウェストがほぼ同じ位置に形成されるようなものにな っている。特にこの例においては、最終的に集束されたビームにおける、横断面 がほぼ円形の最小面積スポットは、その直径がおよそ130μｍであった。 直交する平面におけるこのビームのＭ²の値は等しくないので、ビームの拡が り、したがって最小平均スポットサイズはｘ−ｚ平面とｙ−ｚ平面とにおいて異 なる。例えば、空気中の経路の長さ３ｍｍにわたって、ｙ−ｚ平面およびｘ−ｚ 平面における平均ビームサイズはそれぞれ190μｍおよび280μｍであり、これは 、対応するＭ²の値が約20および約40であることを示している。集束レンズを適 切に選択することによって異なるビームサイズの値が得られる。 図８（ａ）から８（ｃ）は、このビーム整形装置の出力ビームの経路に沿った 略図である。 特に図８（ａ）は、鏡２２および２４が形状において方形であり、双方とも同 じ向きに取り付けまたは保持されている場合の、ビーム３２から４０の経路に沿 って鏡２４に向かい合った略図である。（ビームの方向に見た場合の）鏡２２の 端はビーム整形装置に入射するビーム３２から４０の方向１００に対して垂直で はないので、出力ビーム３２から４０は互いに真下ではなく、わずかに歪んだパ ターンをもって出射する。このようなビームの横の広がりは、出力ビームが集束 光学装置６２、６４により単一のビームに集束されると、最終的なビームのビー ム特性がわずかに悪化することを意味している。 この些細な問題は、（図８（ｂ）に示すように）鏡２２の端１０２を再形成す るか、または（図８（ｃ）に示すように）従来通り２枚の方形の鏡を用いながら 、鏡の一方を他方に対して回転させることにより、容易に克服可能である。言い 換えれば、鏡２２の形状を利用して、ビーム整形装置からの再構成された出力ビ ームの形状を画定することができる。 ここに記述されている光学的配置は単に一例を示すものであり、実際には、特 定のレーザ光源および最終的用途に応じて使用される集光／結像用光学装置およ び集束用光学装置は多くの形状をとることが可能である。しかし各場合における 主要な特徴はビーム整形装置それ自体であり、ビーム整形装置は２枚の平行また はほぼ平行な反射面（独立した鏡、または単一の基板の反対側表面に おける反射率の高いコーティング）を具備し、それら反射面は相互にずらされ、 入射ビームの近接する部分が反射面の間で異なる回数多重反射されるように入射 ビームに対し位置しているため、ビームの横強度プロファイルが再形成されて直 交する平面におけるＭ²の値は相対的に変化するが、パワーの大きな損失は起こ らない。 この技術は、ダイオードレーザバーの他、レーザダイオードアレイ、幅広スト ライプレーザダイオード、平面導波路、または非回折限界ビームを発生させる任 意のレーザ光源とともに利用することができる； その場合、パワーを大きく損 失することなく直交する平面におけるＭ²パラメータの相対的な値を変化させる ことが望ましい。 この技術はまた、回折特性の非対称性が強いレーザ光源（例えばダイオードレ ーザバー）の横強度プロファイルの再形成に特に適している； そこでは、直交 する表面においてビームの拡がりが同様な、より円に近いスポットへのビームの 集束が可能なようにこの非対称性を減少させることが望ましい。 本発明によって可能となるこの横レーザビームプロファイルの制御は、例えば 、（バルクまたはファイバの結合構造を使用する）固体レーザの発振器および増 幅器の縦方向励起、材料加工用および医療用など多くの用途にとって重要である 。 さらに、このビーム整形装置は、ダイオードレーザバーまたはダイオードアレ イ（または実際その他任意の種 類のレーザ）の列からなる複合レーザビームの横強度プロファイルを変化させる ためにも使用することができる。このような状況のもとでは多くの場合、個々の レーザの間の距離がそれらの放射領域よりもはるかに大きくなる。このビーム整 形装置を逆に使用する（すなわち適切なコリメーティング光学装置および集束用 光学装置を併用して図２および３に示す方向とは反対の方向に伝搬する）ことに より、ビーム列を単一の細長いビームに再形成することができ、次にこのビーム を、異なるパラメータｄおよびαを用いて第２のビーム整形装置により再形成す ることが可能である； このときビームは図２および３と同じ方向に伝搬してビ ームの列になるがその間隔ははるかに狭くなっている。このようにして各光源か らの複合ビームの実効輝度を有意に増大させることができる。 このように本発明の実施例においては、入射ビームにおけるＭｘ²とＭｙ²との 積を出力ビームにおける(Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'との積に実質的に等しくすることが できる。また出力ビームにおける(Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'とを実質的に等しくするこ とができる。このビーム整形装置は、非回折限界レーザ光源（例えばダイオード バー、ダイオードアレイ、幅広ストライプダイオードレーザ）など様々なレーザ 光源に対して使用可能である。この最終的出力ビームは、例えば材料加工用また は医療用の用途、またはバルクレーザ、導波路レーザもしくはファイバレーザ（ 図示せず）などの固体レーザのポンピングに使用する ことができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年２月９日 【補正内容】 条約第３４条の補正による英文明細書の第３頁 から第６頁までのさしかえシートの翻訳 （翻訳文第４頁第１行〜第１１頁末行の文と差替える文） イオードバーレーザ光源は、横の寸法が約１μｍ（マイクロメートル）で縦が20 0μｍ、かつ中心間の間隔を約0.89ｍｍ（ミリメートル）とした１２個の個別の ダイオードまたはダイオードアレイ１２からなっている。したがって全体的な放 射範囲はおよそ１μｍ×10ｍｍであり、これにより高い扁平率の（ハイリィ・エ リプティカルな）複合出力ビームがもたらされる。この例における出力ビームは 、Ｍｙ²の1,000倍を超えるＭｘ²の値を有している。 このようにＭｘ²とＭｙ²とが大きく相違する結果、従来の光学装置を用いて出 力ビームの焦点を合わせるとき、ｘ方向（すなわちダイオードバーアレイの長軸 に平行な方向）の最小有効スポットサイズが不都合に大きくなり、通常、（ほぼ 回折限界にある）ｙ方向の最小有効スポット径のおよそ40倍にもなりうる。これ は、固体レーザの発振器または増幅器の縦励起など、大出力ダイオードレーザの 有用な用途の数が厳しく制限される特に望ましくない特徴である。 ダイオードバーからの出力ビームを集光して、その結果、集束させるための多 くの技術が、様々な用途、とりわけ固体レーザの端面励起での使用のために提示 されている。これら技術の大部分は、円柱レンズおよび球面レンズの配列（例え ばオプティクス・レターズ（Optics Letters）16，318（1991年）における論文「開口が10ｍｍ×１μｍのｃｗ10Ｗレ ーザダイオードバーにより端面励起される大出力Ｎｄ：ＹＡＧレーザ」（High-P ower Nd:YAG Laser End-Pumped by a cw，10mm×１μm Aperture，10W Laser-Di ode Bar）に記述されているシステム）を採用しているか、または（オプティク ス・レターズ（Opt．Lett.）18，1317（1993年）における論文「ダイオードレー ザバーにより端面励起される大出力Ｎｄ：ＹＬＦレーザ」（High-Power Nd:YLF Laser End-Pumped by a Diode-Laser Bar）に記述されているように）各放射領 域からの光を結合して、密集束へと経路選択されているそれぞれの光ファイバに 導入することを必要としている。 これらどちらの場合とも、数ミリメートルの長さにわたって得られ且つ維持が 可能なところの最小平均ビーム径は比較的大きい（通常１ｍｍを超える）。この 比較的大きな平均ビームサイズは、多くの用途にとって好ましくない。例えば上 述のように固体レーザの縦励起の場合、比較的に大きなポンプビームサイズはレ ーザ利得に不利益な影響を与えるとともに、共振器の形態およびその動作モード の選択における柔軟性を相当程度制約する。 これまでに提案されているこれらの技術におけるもう１つの短所は、集束用光 学装置またはファイバの配列によりもたらされるパワーの損失である。さらにこ のことによって、大出力が必要な端面励起または外科治療用装 置などの用途において装置の有用性が低下する。 ビームを再成形するためのさらなる装置はEP-A-O 525 528に開示されている。 その発明は： 第１の方向における第１のビーム特性値がＭｘ²でありそれに直交する方向に おける第２のビーム特性値がＭｙ²であるビーム（３２から４０）を発生するよ うに動作可能なレーザ装置と、 ビーム整形装置（２０）であって、前記ビーム整形装置のビーム入口からビー ム出口までを通る複数の異なる伝搬経路を形成する複数の実質的に平行な反射面 （２２、２４）を具備し、各経路が前記反射面の間でそれぞれ異なる回数の反射 を伴い、攪拌斜面の一部がもう一方の反射面に覆われないように前記反射面が相 互に配置され、かつ前記レーザ装置が発した前記ビーム（３２から４０）を受容 するように前記反射面が位置決めされ、それにより、使用のとき、前記ビーム整 形装置の前記ビーム入口に入射する前記レーザ装置からの入力ビームの部分が、 それぞれ異なる伝搬経路を進み、前記ビームを特性値Ｍｘ²およびＭｙ²の一方が 減少した出力ビームを前記ビーム出口において形成するように再形成されるとこ ろのビーム整形装置と、 を具備するレーザ光源を提供する。 本発明には、レーザビームの横方向空間強度プロファイルを再形成して、ある 平面でビームの拡がりが回折限 界を超える比率（すなわちその平面におけるＭ²の値）を減少させ、その直交す る平面での比率を増加させてもパワーが大きく損失しないようにするために使用 可能な新しいビーム整形技術が記述されている。 入力レーザビームは、一連の（望ましくは２枚の）実質的に平行な反射面によ り形成される多数の伝搬経路に分割される。これらの経路は別の相対的な形状に 再結合され、それによって直交する伝搬平面（複数）におけるビームの形状（プ ロファイル）と拡がりを変更することができる。例えば、直交する２つの方向（ 伝搬平面（複数））において非常に不均等なＭ²の値（複数）を有する一つのビ ームを、このビーム整形装置によってその２つの平面において実質的に等しいＭ² の値を有する一つのビームに整形することが可能である。 この技術は非常に簡潔に構成でき、前記Ｍ²の値の積を必ずしも大きく増加さ せることなく、また必ずしもパワーの大きな損失を招くことなく、直交する平面 （複数）におけるレーザビームのＭ²パラメータを効果的に制御できるという点 で上述の先行技術に対して優れている。このため、非対称性の強い回折特性をも つビームを発生させるレーザ（例えばダイオードレーザバー）とともに使用する のにこの技術は特に魅力的である、その様な場合、多くの用途において、横強度 プロファイルを再形成し、直交する平面において同様な遠視野のビームの拡がり （すなわちＭｘ²およびＭｙ²の同様な値）をもつほぼ円 形のスポットを最終的に集束されたビームが包含するようにすることが望ましい 。 「実質的に平行」という用語は平行から約５度以内の名目的に平行な関係を含 むものであることか理解されるであろう。 前記反射面は例えば単一の基板上に形成できるが、ある望ましい実施例におい ては、各反射面はそれぞれ別の基板上に形成されている。２枚の反射面の間にエ アギャップを用いると、この装置の損失を抑制することができる。 これらの反射面は実質的に平面であることが望ましい。 またこれらの反射面は、ビーム入口およびビーム出口を形成するよう相互に配 置されることが望ましい。 ある望ましい実施例においては、Ｍｘ²とＭｙ²との積は出力ビームにおける( Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'との積に実質的に等しい。このことは、再形成された（出力 ）ビームが入力ビームと輝度において同様であることを意味している。 また出力ビームにおける(Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'とは実質的に等しいことが望まし い。これは、出力ビームが実質的に対称的であり、そのため上述の用途（例えば 固体レーザのポンピング）での使用に特に適していることを意味する。 本発明はまた、第１の方向における第１のビーム特性値Ｍｘ²と第２の方向に おける第２のビーム特性値Ｍｙ² とを有するレーザ装置と、ビームの少なくとも一部の方向を転換して前記第１お よび第２のビーム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²のうち少なくとも一方を再形成するた めの少なくとも１枚の反射面を包含するビーム整形装置と、を具備するレーザ光 源を提供するものである。 本発明は多くの異なる種類の光源に応用可能であるが、レーザ装置はダイオー ドバーまたはダイオードアレイであることが望ましい。 ある望ましい実施例においては、そのレーザ光源はさらに、ビーム整形装置に より形成された再形成ビームからスポットが実質的に円形の出力ビームを形成す るための光学系を具備している。 本発明はまた、前記レーザ光源と、印加ビームを供給するために前記レーザ光 源の出力を受容するビーム供給システムと、を具備するレーザシステムを提供す る。このビーム供給システムはマルチモード光ファイバを包含することが可能で ある。 このビーム供給システムは、材料加工用ビームを供給するための材料加工ビー ム供給用システムであることが望ましい。もしくは、このビーム供給システムは 、医療用ビームを供給するための、医療用ビーム供給用システムであることが望 ましい。どちらの場合においても、このビーム供給用システムはマルチモード光 ファイバを包含できるであろう。 本発明はまた、前記レーザ光源と印加ビームを供給す るための固体レーザとを具備する、ダイオードにより励起される固体レーザシス テムを提供するものであり、前記レーザ光源の出力は、望ましくはマルチモード 光ファイバなどのビーム供給システムを経由して前記固体レーザを励起する。前 記固体レーザは、バルクレーザ、導波管レーザまたはファイバレーザとすること が可能である。 本発明はまた、レーザ装置のためのビーム整形装置を提供するものであり、前 記レーザ装置のビームは、ある方向におけるビーム特性値がＭｘ²で、それに直 交する方向におけるビーム特性値がＭｙ²であり、 このビーム整形装置は、 （ｉ）このビーム整形装置を通る複数の異なる伝搬経路を形成する複数の実質 的に平行な反射面であって、各経路が前記反射面の間でそれぞれ異なる回数の反 射を伴うところの反射面と、 （ii）前記レーザ装置からのビームを受容し、そのビームを前記反射面に向け るための集光用光学機器と、 （iii）前記反射面からの出力ビームを受容するための伝送用光学機器と、を 具備しており、 各反射面の一部がもう一方の反射面に覆われることなく、かつ使用のときに、 このビーム整形装置のビーム入口に入射する前記レーザ装置からの入力ビームの 部分がそれぞれ異なる伝搬経路を進み、前記伝送用光学機器により伝送される前 記ビーム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²の一方が減少した出力ビームを形成するよう再 形成されるよ うに前記反射面が相互に配置され、かつ前記集光用光学機器からのビームに対し て前記反射面が位置決めされている。 本発明はまた、ある方向におけるビーム特性値がＭｘ²で、それに直交する方 向におけるビーム特性値がＭｙ²であるレーザビームを、前記ビーム特性値Ｍｘ² およびＭｙ²の一方が減少した出力ビームを形成するように再形成するためのビ ーム整形装置の使用法を提供するものであり、 このビーム整形装置は、このビーム整形装置を通る複数の異なる伝搬経路を形 成する複数の実質的に平行な反射面を具備し、各経路が前記反射面の間でそれぞ れ異なる回数の反射を伴っており、 前記使用法は、各反射面の一部がもう一方の反射面に覆われることなく、かつ このビーム整形装置のビーム入口に入射するレーザ装置からの入力ビームの部分 がそれぞれ異なる伝搬経路を進み、前記出力ビームを形成するよう再形成される ように前記反射面を相互に配置し、かつ前記レーザビームに対して前記反射面を 位置決めすることを包含している。 この装置はまた、第２の反射面を具備し、前記第１および第２の反射面が互い に実質的に平行であることが望ましい。 本発明におけるその他の様々な望ましい特徴はここに述べられた本発明の各側 面に適用されるものである。 本発明の実施例を、付属の図面を参照しつつ、例示のみによって説明する； 付属図面を通じて同一の部分は同一の参照符号によって示されている； 付属図 面において； 図１はダイオードバーレーザの放射領域の略線図である； 図２はビーム整形装置の略側面図である； 図３はビーム整形装置の略平面図である； 図４はダイオードレーザバーからのレーザビームのためのコリメート、結像、 ビーム整形および集束を行なう光学装置の略側面図である； 図５（ａ）および図５（ｂ）はダイオードレーザバーからのレーザビームのた めのコリメート、結像、ビーム整形および集束を行なう光学装置の２つの実施例 それぞれの略平面図である； 図６および７は前記ビーム整形装置のそれぞれさらなる略側面図および略平面 図である； 図８（ａ）から図８（ｃ）は前記ビーム整形装置の出力ビームの経路に沿った 略図である。 図２および３は本発明の一実施例であるビーム整形装置の略側面図および略平 面図である。 図２および３では、非回折限界レーザ光源（図示せず）からのレーザ放射は、 レンズおよびプリズムの適切な配列（図示せず）により集光され、直交する平面 ｘ’−ｚ’およびｙ’−ｚ’においてそれぞれθおよびαの角度をも って、反射率の高い２枚の平面鏡２２、２４を具備するビーム整形装置２０（ビ ームシェーパ）に対し斜めに入射する。 これらの鏡は短い距離ｄ（通常数ミリメートル未満、例えば0.1マイクロメー トルから５ミリメートル）を置いて隔てられており、かつ直交する方向ｘ’およ びｙ’にそれぞれ短い距離ｗおよびｈだけ相互にずれており、そのため各鏡の小 部分が他方の鏡に覆われない状態にある。寸法ｄ、ｗおよびｈの例示的値は以下 に示される。 このビーム整形装置の動作原理は、入射レーザビームか多くの近接するビーム からなっている（または分割されている）と考えることによって容易に説明でき る。以下の説明を簡単にするために、入射ビームは５本の平行なビームまたはビ ーム部分３２、３４、３６、３８、４０からなるように便宜的に選択した。 ビーム３２は（図２に示すように）鏡２４の上方を通過し、（図３に示すよう に）鏡２２の側方を通過するので、鏡２２、２４のどちらにも入射せず、その結 果（鏡２２の端における回折効果を無視しうると仮定すると）、 条約第３４条の補正 による補正請求の範囲 １． 第１の方向における第１のビーム特性値かＭｘ²でありそれに直交す る方向における第２のビーム特性値がＭｙ²であるビーム（３２から４０）を発 生するように動作可能なレーザ装置と、 ビーム整形装置（２０）であって、前記ビーム整形装置のビーム入口からビー ム出口までを通る複数の異なる伝搬経路を形成する複数の実質的に平行な反射面 （２２、２４）を具備し、各経路が前記反射面の間でそれぞれ異なる回数の反射 を伴い、各反射面の一部がもう一方の反射面に覆われないように前記反射面が相 互に配置され、かつ前記レーザ装置が発した前記ビーム（３２から４０）を受容 するように前記反射面が位置決めされ、それにより、使用のとき、前記ビーム整 形装置の前記ビーム入口に入射する前記レーザ装置からの入力ビームの部分が、 それぞれ異なる伝搬経路を進み、前記ビーム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²の一方が減 少した出力ビームを前記ビーム出口において形成するように再形成されるところ のビーム整形装置と、 を具備するレーザ光源。 ２． その反射面が２つの直交方向において他方のそれから互いにずれて（ オフセットして）いることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。 ３． 前記伝搬経路が、前記ビーム整形装置のビーム入口 においては横方向に配置されており、前記ビーム整形装置のビーム出口において は実質的に直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項 ２に記載のレーザ光源。 ４． 前記各反射面（２２、２４）が、それぞれ別の基板上に形成されてい ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ光源。 ５． 共通の基板の反対側表面に形成された２枚の反射面を具備する請求項 １乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ光源。 ６． 前記反射面が実質的に平面であることを特徴とする請求項１乃至請求 項５のいずれかに記載のビーム整形装置。 ７． Ｍｘ²がＭｙ²より大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか に記載のレーザ光源。 ８． レーザ装置で発生されたビームのＭｘ²とＭｙ²との積が、前記出力ビ ームにおける(Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'との積に実質的に等しいことを特徴とする請求 項７記載のレーザソース。 ９． 前記出力ビームにおける(Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'とが実質的に等しいこと を特徴とする請求項８記載のレーザ光源。 １０． 前記レーザ装置が非回折限界ダイオードレーザで あることを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載のレーザ光源。 １１． 前記レーザ装置がダイオードバーであることを特徴とする請求項１ ０記載のレーザ光源。 １２． 前記レーザ装置がダイオードアレイであることを特徴とする請求項 １０記載のレーザ光源。 １３． 前記レーザ装置が幅広ストライプダイオードレーザであることを特 徴とする請求項１０記載のレーザ光源。 １４． 前記ビーム整形装置により形成された再形成ビームからスポットが 実質的に円形の出力ビームを形成するための光学系を具備する請求項１乃至１３ のいずれかに記載のレーザ光源。 １５． 請求項１乃至１４のいずれかに記載のレーザ光源と、前記レーザ光 源の出力を受容して実用ビームを供給するためのビーム供給システムと、を具備 するレーザシステム。 １６． 前記ビーム供給システムが、材料加工用ビームを供給するための材 料加工ビーム供給システムであることを特徴とする請求項１５記載のレーザシス テム。 １７． 前記ビーム供給システムが、医療用ビームを供給 するための医療用ビーム供給システムであることを特徴とする請求項１５記載の レーザシステム。 １８． 前記ビーム供給システムがマルチモード光ファイバであることを特 徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載のレーザシステム。 １９． 請求項１乃至１４のいずれかに記載のレーザ光源と、印加ビームを 供給するための固体レーザであって、前記レーザ光源の出力が前記固体レーザを 励起するところの固体レーザであるものと、を具備する、ダイオードで励起され る固体レーザシステム。 ２０． 前記レーザ光源の出力を前記固体レーザに供給するため前記レーザ 光源に結合されたビーム供給システムであって、前記固体レーザがバルクレーザ 、導波管レーザまたはファイバレーザであるところのビーム供給システムを具備 する、請求項１９記載の、ダイオードにより励起される固体レーザシステム。 ２１． 前記ビーム供給システムがマルチモード光ファイバであることを特 徴とする、請求項１９または請求項２０に記載の、ダイオードにより励起される 固体レーザシステム。 ２２． ある方向におけるビーム特性値がＭｘ²で、それに直交する方向に おけるビーム特性値がＭｙ²であるビームを もつレーザ装置のためのビーム整形装置（２０）であって、 （ｉ）このビーム整形装置を通る複数の異なる伝搬経路を形成する複数の実質 的に平行な反射面（２２、２４）であって、各経路が前記反射面の間でそれぞれ 異なる回数の反射を伴うところの反射面（複数）と、 （ii）前記レーザ装置からのビーム（３２、４０）を受容し、そのビームを前 記反射面に向けるための集光用光学装置と、 （iii）前記反射面からの出力ビームを受容するための伝送用光学装置と、を 具備し、 各反射面の一部がもう一方の反射面に覆われることなく、かつ使用のときに、 このビーム整形装置のビーム入口に入射する前記レーザ装置からの入力ビームの 部分がそれぞれ異なる伝搬経路を進み、前記伝送用光学装置により伝送される前 記ビーム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²の一方が減少した出力ビームを形成するよう再 形成されるように前記反射面が相互に配置され、かつ前記集光用光学装置からの ビーム（３２、４０）に対して前記反射面か位置決めされていることを特徴とす るビーム整形装置。 ２３． ある方向におけるビーム特性値がＭｘ²で、それに直交する方向に おけるビーム特性値がＭｙ²であるレーザビーム（３２から４０）を、前記ビー ム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²の一方が減少した出力ビームを形成するように再形成 するためのビーム整形装置（２０）の使用法であって、 前記ビーム整形装置が、前記ビーム整形装置を通る複数の異なる伝搬経路を形 成する複数の実質的に平行な反射面（２２、２４）を具備し、各経路が前記反射 面の間でそれぞれ異なる回 数の反射を伴うところの前記ビーム整形装置の使用法において、 各反射面の一部がもう一方の反射面に覆われることなく、かつ前記ビーム整形 装置のビーム入口に入射するレーザ装置からの入力ビームの部分がそれぞれ異な る伝搬経路を進み、前記出力ビームを形成するよう再形成されるように前記反射 面を相互に配置し、かつ前記レーザビーム（３２から４０）に対して前記反射面 を位置決めすることを包含する使用方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ネイルソン，アンソニー，ブライアン グレートブリテン及び北部アイルランド連 合王国 サウサンプトン ＳＯ17 １ＳＤ ポーツウツド，シヤフテスバリー アベ ニユー 16 (72)発明者 ハンナ，デビツド，コーリン グレートブリテン及び北部アイルランド連 合王国 サウサンプトン ＳＯ１ ２ＰＨ シヤレイ，ヒルレーン 246

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ装置のためのビーム整形装置であって、前記レーザ装置が、ある 方向におけるビーム特性値がＭｘ²で、それに直交する方向におけるビーム特性 値がＭｙ²であるビームを発するところのビーム整形装置において、 前記ビーム整形装置が、前記ビーム整形装置を通る複数の異なる伝搬経路を形 成する複数の実質的に平行な反射面を具備し、各経路が前記反射面の間でそれぞ れ異なる回数の反射を伴い、 それにより、使用のとき、前記ビーム整形装置に入射する前記レーザ装置から の入力ビームの部分が、それぞれ異なる伝搬経路を進み、前記ビーム特性値Ｍｘ² およびＭｙ²の一方が減少した出力ビームを形成するように再形成されるところ のビーム整形装置。 ２ 前記伝搬経路が、前記ビーム整形装置のビーム入口においては横方向に 配置されており、前記ビーム整形装置 のビーム出口においては実質的に直交する方向に配置されていることを特徴とす る請求項１記載のビーム整形装置。 ３ 前記各反射面が、それぞれ別の基板上に形成されていることを特徴とす る請求項１又は請求項２に記載 のビーム整形装置。 ４ 共通の基板の反対側表面に形成された２枚の反射面を具備する請求項１ 又は請求項２に記載のビーム整形装置。 ５ 前記反射面が実質的に平面であることを特徴とする請求項１乃至４のい ずれかに記載のビーム整形装置。 ６ 前記反射面がビーム入口およびビーム出口を形成するように相互に配置 されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のビーム整形装置 。 ７ Ｍｘ²がＭｙ²より大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに 記載のビーム整形装置。 ８ Ｍｘ²とＭｙ²との積が前記出力ビームにおける(Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'との 積に実質的に等しいことを特徴とする請求項７記載のビーム整形装置。 ９ 前記出力ビームにおける(Ｍｘ²)'と(Ｍｙ²)'とが実質的に等しいことを 特徴とする請求項８記載のビーム整形装置。 １０ 第１の方向における第１のビーム特性値がＭ ｘ²であり直交する方向における第２のビーム特性値がＭｙ²であるビームを発生 するように動作可能なレーザ装置と、前記レーザ装置からのビームを受容するた めの請求項１乃至９のいずれかに記載のビーム整形装置と、を具備するレーザ光 源。 １１ 第１の方向における第１のビーム特性値がＭｘ²であり第２の方向に おける第２のビーム特性値がＭｙ²であるビームを発するレーザ装置と、前記第 １および第２のビーム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²のうち少なくとも一方を再形成す るように前記ビームの少なくとも一部の方向を転換するための少なくとも１枚の 反射面を包含するビーム整形装置と、を具備するレーザ光源。 １２ 前記レーザ装置が非回折限界ダイオードレーザであることを特徴とす る請求項１０又は請求項１１に記載のレーザ光源。 １３ 前記レーザ装置がダイオードバーであることを特徴とする請求項１２ 記載のレーザ光源。 １４ 前記レーザ装置がダイオードアレイであることを特徴とする請求項１ ２記載のレーザ光源。 １５ 前記レーザ装置が幅広ストライプダイオード レーザであることを特徴とする請求項１２記載のレーザ光源。 １６ 前記ビーム整形装置により形成された再形成ビームからスポットが実 質的に円形の出力ビームを形成するための光学系を具備する請求項１０乃至１５ のいずれかに記載のレーザ光源。 １７ 請求項１０乃至１６のいずれかに記載のレーザ光源と、前記レーザ光 源の出力を受容して印加ビームを供給するためのビーム供給システムと、を具備 するレーザシステム。 １８ 前記ビーム供給システムが、材料加工用ビームを供給するための材料 加工ビーム供給システムであることを特徴とする請求項１７記載のレーザシステ ム。 １９ 前記ビーム供給システムが、医療用ビームを供給するための医療用ビ ーム供給システムであることを特徴とする請求項１７記載のレーザシステム。 ２０ 前記ビーム供給システムがマルチモード光ファイバであることを特徴 とする請求項１７乃至１９のいずれかに記載のレーザシステム。 ２１ 請求項１０乃至１６のいずれかに記載のレーザ光源と、印加ビームを 供給するための固体レーザであって、前記レーザ光源の出力が前記固体レーザを 励起するところの固体レーザと、を具備する、ダイオードにより励起される固体 レーザシステム。 ２２ 前記レーザ光源の出力を前記固体レーザに供給するため前記レーザ光 源に結合されたビーム供給システムであって、前記固体レーザがバルクレーザ、 導波管レーザまたはファイバレーザであるところのビーム供給システムを具備す る、請求項２１記載の、ダイオードにより励起される固体レーザシステム。 ２３ 前記ビーム供給システムがマルチモード光ファイバであることを特徴 とする、請求項２１または請求項２２に記載の、ダイオードにより励起される固 体レーザシステム。 ２４ レーザ装置のためのビーム整形装置であって、前記レーザ装置が、第 １の方向における第１のビーム特性値Ｍｘ²と、直交する方向における第２のビ ーム特性値Ｍｙ²と、を有するビームを発するところのビーム整形装置において 、前記第１および第２のビーム特性値Ｍｘ²およびＭｙ²のうち少なくとも一方を 再形成するために前記ビームの少なくとも一部の方向を転換する少なくとも１ 枚の反射面を包含するビーム整形装置。 ２５ 第２の反射面を具備しており、前記第１および第２の反射面が互いに 実質的に平行であるところの請求項２４記載のビーム整形装置。