KR20180016404A

KR20180016404A - 가변적인 피드백 제어를 갖는 고밀도 파장 빔 결합

Info

Publication number: KR20180016404A
Application number: KR1020177035645A
Authority: KR
Inventors: 하겐 짐머; 알렉산더 킬리; 스테픈 리트; 마르쿠스 군터; 시몬 나겔
Original assignee: 트룸프 레이저 게엠베하
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2018-02-14
Also published as: EP3295528A1; WO2016180718A1; JP2018518048A; CN107624207A; US9711950B2; US20160336714A1; JP6847050B2; CN107624207B

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 외부 캐비티 레이저 장치가 제공된다. 외부 캐비티 레이저 장치는 일차 성분 방출 빔을 각각 포함하는 복수 개의 방출 빔(151)을 집합적으로 방출하는 복수 개의 빔 이미터(111)를 포함한다. 제1 반사 요소(121)는 복수 개의 일차 성분 방출 빔을 반사시키도록 구성되고, 복수 개의 일차 성분 방출 빔의 광 경로에 배치되는 제1 편광 광학계(114)는 각각의 일차 성분 방출 빔의 편광을 회전시켜 제1 선형 편광을 갖는 제1 회전된 일차 성분 빔과 제2 선형 편광을 갖는 제2 회전된 일차 성분을 생성하도록 구성된다. 편광 빔 스플리터(115)는 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 출력 빔(158)으로 지향시키도록, 그리고 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 피드백 빔(159)으로서 복수 개의 빔 이미터로 지향시키도록 구성된다.

Description

가변적인 피드백 제어를 갖는 고밀도 파장 빔 결합

본 개시는 전반적으로 레이저 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 협대역폭 레이저 빔의 안정화 및 다중 레이저 빔의 결합을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

고밀도 파장 빔 결합(DWBC; Dense wavelength beam combining) 기술은 복수 개의 입력 빔을 공간적으로 중첩시켜 단일의 결합된 고출력 빔을 생성한다. 결합된 고출력 빔이 원하는 용례에 대해 충분히 높은 품질을 갖는 것, 즉 충분히 작은 빔 파라미터 곱(BPP; beam parameter product)을 갖는 것을 보장하기 위해, DWBC 기술은 복수 개의 입력 빔을 방출하는 개별 이미터의 파장-잠금을 제공한다. 파장-잠금은 이미터가 좁은 파장 스펙트럼 내에서 복사선의 실질적인 대부분을 방출하게 하도록 함으로써 특정 파장에 대한 이미터의 방출 스펙트럼을 좁히는 것을 지칭한다. DWBC 기술은 좁은 스펙트럼 내의 파장에서 복사선의 방출을 자극함으로써 바람직하지 않은 파장의 상대 복사선 모집단을 감소시키는 각각의 개별 이미터에 피드백을 제공함으로써 파장-잠금을 달성한다.

파장-잠금 기능이 없으면, 개별 이미터는 원하지 않는 파장에서 많은 복사선을 방출할 것이다. 원하지 않는 파장에서의 복사선은 스펙트럼-각도 분산 요소, 예컨대 회절 격자에 의해 생성되는 결합된 빔의 BPP를 증가시킨다. 게다가, 원하지 않는 파장을 갖는 복사선은 이웃한 이미터들 간에 스펙트럼 혼선(spectral crosstalk)에 의해 출력의 일시적인 변동을 유도할 수 있다. 스펙트럼 혼선은 하나의 개별 이미터에 의해 방출되는 복사선의 일부가 피드백으로서 다른 개별 이미터로 향하는 상황을 가리킨다. 원하지 않는 파장에서 방출되는 복사선의 레벨을 제한하여 파장-잠금 프로세스의 충실도를 증가시키기 위해, DWBC 기술은 파장 필터링 요소를 이용할 수 있다. 파장 필터링 요소는 원하지 않는 파장을 갖는 복사선을 저출력 입력 빔이 외부 캐비티를 통해 전파할 때에 빔으로부터 제거하도록 설계된다. 예컨대, 파장 필터링 요소를 포함하는 DWBC 기술 및 장치는 미국 특허 출원 제14/053,187호, 미국 특허 출원 제14/087,985호, 및 미국 특허 출원 제14/521,487에 기술되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참조로 합체된다.

본 발명의 실시예에 따른 외부 캐비티 레이저 장치(external cavity laser apparatus)가 제공된다. 외부 캐비티 레이저 장치는, 일차 성분 방출 빔을 각각 포함하고 파장을 갖는 복수 개의 방출 빔을 집합적으로 방출하는 복수 개의 빔 이미터; 복수 개의 일차 성분 방출 빔의 광 경로에 배치되고 복수 개의 일차 성분 방출 빔을 결합된 입력 빔으로 결합시키도록 구성되는 각 분산 광학계로서, 결합된 입력 빔은 복수 개의 성분 입력 빔을 포함하는 것인 각 분산 광학계; 결합된 입력 빔의 광 경로에 배치되는 제1 편광 광학계로서, 결합된 입력 빔의 복수 개의 성분 빔 각각의 편광을 회전시켜 회전된 결합된 입력 빔을 생성하도록 - 회전된 결합된 입력 빔은 복수 개의 회전된 성분 입력 빔을 포함함 -, 그리고 회전된 결합된 입력 빔의 복수 개의 회전된 성분 각각의 반사의 편광을 회전시켜 제1 선형 편광을 갖는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔 및 제2 선형 편광을 갖는 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 생성하도록 구성되며, 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하고, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하는 것인 제1 편광 광학계를 포함한다. 본 발명에 따른 외부 캐비티 레이저 장치는 편광 빔 스플리터를 더 포함하고, 편광 빔 스플리터는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 결합된 출력 빔으로서 지향시키도록, 그리고 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 제1 결합된 피드백 빔으로서 각 분산 광학계로 지향시키고 복수 개의 방출 빔의 파장을 안정화시키기 위해 다시 복수 개의 빔 이미터로 지향시키도록 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 복수 개의 이미터에 의해 집합적으로 방출되는 복수 개의 방출 빔의 파장을 안정화시키는 방법이 제공된다. 방법은 복수 개의 일차 성분 방출 빔을 집합적으로 포함하는 복수 개의 방출 빔을 복수 개의 이미터에 의해 방출하는 단계, 및 복수 개의 일차 성분 방출 빔의 광 경로에 배치되는 각 분산 광학계에 의해 복수 개의 일차 성분 방출 빔을 복수 개의 성분 입력 빔을 포함하는 결합된 입력 빔으로 결합시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 방법은, 제1 편광 광학계에 의해 결합된 입력 빔의 복수 개의 성분 빔을 회전시켜 회전된 결합된 입력 빔을 생성하는 단계로서, 회전된 결합된 입력 빔은 복수 개의 회전된 성분 입력 빔을 포함하는 것인 단계, 회전된 결합된 입력 빔의 복수 개의 회전된 성분 빔을 제1 편광 광학계에 의해 회전시켜 제1 선형 편광을 갖는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔 및 제2 선형 편광을 갖는 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 생성하는 단계로서, 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하고, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하는 것인 단계를 추 가적으로 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 방법은, 편광 빔 스플리터에 의해 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 결합된 출력 빔으로서 지향시키는 단계, 및편광 빔 스플리터에 의해 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 제1 결합된 피드백 빔으로서 각 분산 광학계로 지향시키고 복수 개의 방출 빔의 파장을 안정화시키기 위해 다시 복수 개의 빔 이미터로 지향시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 외부 캐비티 레이저 장치가 제공된다. 외부 캐비티 레이저 장치는, 파장을 각각 갖고 일차 성분 방출 빔 및 이차 성분 방출 빔을 포함하는 복수 개의 방출 빔을 집합적으로 방출하는 복수 개의 빔 이미터, 복수 개의 방출 빔의 광 경로에 배치되고 복수 개의 방출 빔을 결합된 입력 빔으로 결합시키도록 구성되는 각 분산 광학계로서, 결합된 입력 빔은 일차 결합된 입력 빔과 이차 결합된 입력 빔을 포함하는 것인 각 분산 광학계, 일차 결합된 입력 빔의 광 경로에 배치되는 제1 편광 광학계로서, 일차 결합된 입력 빔을 회전시켜 회전된 일차 결합된 입력 빔을 생성하도록, 그리고 회전된 일차 결합된 입력 빔의 반사를 회전시켜 제1 선형 편광을 갖는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔 및 제2 선형 편광을 갖는 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 생성하도록 구성되며, 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하고, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하는 것인 제1 편광 광학계를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 외부 캐비티 레이저 장치는 편광 빔 스플리터를 더 포함하고, 편광 빔 스플리터는, 일차 결합된 입력 빔을 제1 편광 광학계를 통해 제1 반사 요소로 지향시키도록, 제2 결합된 입력 빔을 제2 반사 요소로 지향시키도록 - 제2 반사 요소는 이차 결합된 입력 빔을 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔으로서 반사시키도록 구성됨 -, 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 결합된 출력 빔으로서 지향시키도록, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 제1 결합된 피드백 빔으로서 각 분산 광학계로 지향시키고 방출 빔의 파장을 안정화시키기 위해 다시 이미터로 지향시키도록, 그리고 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 제2 결합된 피드백 빔으로서 또는 결합된 출력 빔의 성분으로서 각 분사 광학계로 지향시키도록 구성된다.

본 발명은 예시적인 도면에 기초하여 아래에서 더욱 더 상세하게 설명될 것이다. 본 발명은 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 본 명세서에 설명된 및/또는 예시된 모든 특징은 단독으로 사용되거나 또는 본 발명의 실시예들에서 상이한 조합으로 결합될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예의 특징 및 이점은 아래의 도면을 예시하는 첨부 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 고밀도 파장 빔 결합(DWBC) 기술을 통해, 좁은 파장 스펙트럼을 각각 갖는 복수 개의 공간적 및 방향적으로 중첩된 빔을 포함하는 단일의 다중 파장 출력 레이저 빔을 생성하는 장치를 예시한다.
도 2a 및 도 2b는 레이저 소스가 다이오드 바의 수평 스택으로 형성된 다이오드 레이저의 어레이인 외부 캐비티 레이저 장치에 사용하기 위한 레이저 소스의 구성을 예시한다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 레이저 소스가 다이오드 바의 수직 스택으로 형성된 다이오드 레이저의 어레이인 외부 캐비티 레이저 장치에 사용하기 위한 레이저 소스의 구성을 예시한다.
도 4는 레이저 소스가 다이오드 바의 2차원 스택으로부터 형성된 다이오드 레이저의 어레이인 외부 캐비티 레이저 장치에 사용하기 위한 레이저 소스의 구성을 예시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고밀도 파장 빔 결합(DWBC) 기술을 통해, 좁은 파장 스펙트럼을 각각 갖는 복수 개의 공간적 및 방향적으로 중첩된 빔을 포함하는 단일의 다중 파장 출력 레이저 빔을 생성하는 장치를 예시한다 .
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 고밀도 파장 빔 결합(DWBC) 기술을 통해, 좁은 파장 스펙트럼을 각각 갖는 복수 개의 공간적 및 방향적으로 중첩된 빔을 포함하는 단일의 다중 파장 출력 레이저 빔을 생성하는 장치를 예시한다 .

복수 개의 개별 입력 빔들을 단일의 결합된 출력 빔으로 결합시키는 것을 포함하는 다양한 고밀도 파장 빔 결합(DWBC) 기술 및 장치가 본 명세서에서 설명된다. 다양한 용례에서 요구되는 충분히 높은 출력 및 충분히 높은 빔 품질의 조합을 갖는 결합된 출력 빔을 생성하기 위해서는, 정확한 공간 및 방향 중첩을 통해 다수의 비교적 낮은 출력의 입력 빔들을 결합하는 것이 필요하다. 특정 용례, 예컨대 약 10 mm의 두께를 갖는 판금의 레이저 절단과 같은 재료 처리 용례는 5 mm·mrad 미만의 빔 품질 및 kW 범위의 레이저 출력을 필요로 한다. DWBC 기술 및 장치는 종종 저출력 입력 빔을 방출하는 개별 이미터에 피드백을 제공하도록 구성된 외부 공진기 캐비티를 통해 저전력 입력 빔의 정확한 공간 및 방향 중첩을 제공한다. 그러나, 각각의 개별 이미터에 의해 수신된 피드백의 양은 외부 공진기 캐비티의 화상 품질, 외부 공진기 캐비티에 이용되는 다양한 광학 구성요소의 반사율 및 투명도, 그리고 피드백이 개별 이미터에 들어가는 표면의 반사율을 포함하는 다수의 요인에 따라 크게 좌우된다.

DWBC 장치의 제조 중에, DWBC 장치에 의해 개별 이미터들에 제공되는 피드백의 양의 변화는 다양한 소스로부터 발생할 수 있다. 피드백이 내부 공진기 캐비티에 들어가는 표면의 반사율을 제한하기 위해, 반사 방지(AR; anti-reflective) 코팅이 개별 이미터의 표면에 적용될 수 있다. 그러나, AR 코팅이 적용되지만, 개별 이미터의 표면은 그럼에도 불구하고 잔여 반사율(residual reflectivity)을 유지한다. 잔여 반사율은 AR 코팅이 적용된 프로세스 및 AR 코팅 자체의 결과에 따라 달라질 수 있다. DWBC 장치에 의해 제공되는 피드백의 양의 변화는 제조 중에 또는 다른 프로세스 중에 생기는 작은 오정렬의 결과로서 달라질 수 있다. DWBC 장치의 작동 중에, 구성요소는 고온이 되어 DWBC 장치에 의해 제공되는 피드백의 양에 변화를 일으킬 수 있다.

최신의 DWBC 아키텍처는 개별 이미터에 피드백을 제공하기 위해 반사율이 고정된 유전체 출력 미러에 의존한다. 그러나, 실제로, 제조, 작동 또는 다른 프로세스 중에 도입된 시스템 변화의 결과로서 개별 이미터에 제공되는 피드백의 양의 감소는 잠재적으로 하나 이상의 스펙트럼 비안정화(자유 동작) 작동 모드를 유도할 수 있다. 결과적으로, 그러한 이미터에 의해 방출된 빔은 결합된 출력 빔에 적절하게 통합될 수 없고, 결합된 출력 빔의 빔 파라미터 곱(BPP)이 증가될 것이다. 그 결과, DWBC 장치의 성능은 특정 용례에 대해 허용 가능하지 않을 수 있다.

원칙적으로, 제조 및 작동 공차로 인한 피드백의 양의 감소는 외부 피드백 요소의 반사율을 증가시켜 필요한 스펙트럼-잠금 범위를 다시 획득함으로써 보상될 수 있다. 그러나, 외부 피드백 요소의 유효 반사율을 증가시키는 유연성을 제공하기 위해서는, 조정 가능한 레벨의 피드백을 제공할 수 있는 외부 공진기가 필요하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 편광 빔 분할에 의존하는 가변 피드백 시스템을 갖는 DWBC 장치가 제공된다. DWBC 장치에 이용되는 발광 레이저 다이오드는 통상적으로 강하게 TE(transverse electric) 편광되고, 그러한 레이저 다이오드에 의해 방출된 광 출력의 단지 작은 부분만이 이미터 내에 다시 결합되고, 대부분은 결합된 출력 빔으로서 외부 공진기 캐비티 밖에서 결합된다. 이러한 기능은 편광 빔 스플리터, 복굴절 광학계, 및 고 반사율(HR; high reflectivity) 미러의 순차적 배열을 통해 달성될 수 있다.

각 분산 광학 요소(angular-dispersive optical element)를 떠나는 결합된 빔의 선형 편광된 광은 편광 빔 스플리터에 의해 피드백 브랜치(feedback branch), 즉 피드백 시스템으로 전체가 반사될 수 있다. 피드백 시스템 내에서, 선형 편광된 광은 복굴절 광학계를 통해 편광 소멸된다. 편광 소멸된 광은 선택되지 않은 각 주파수 모드를 제거하기 위해 선택적 공간 주파수 필터를 통해 지향될 수 있다. 그 후, 편광 소멸된 광은 HR 미러에 의해 반사되고 1/4 파장판(quarter wave plate)에 의해 제2 시간 동안 편광 소멸된다. 편광 소멸된 광에 의해 전달된 광출력은 직교하는 선형 편광 상태를 갖는 2 개의 성분으로 구성되는 결합된 빔으로서 1/4 파장판으로부터 (제2 시간 동안) 편광 소멸된 후에 출현한다. 1/4 파장판의 회전은 각 성분에 의해 전달되는 상대적인 광출력의 조정을 허용한다. 하나의 성분이 편광 빔 스플리터에 의해 투과되고 다른 성분이 편광 빔 스플리터에 의해 복수 개의 개별 이미터들로 다시 반사됨에 따라, 외부 공진기 캐비티의 유효 반사율은 복굴절 광학계의 간단한 회전을 통해 조정될 수 있다. 외부 공진기의 유효 반사율의 조정 가능성은 다양한 시스템 구성요소의 제조 공차의 변동을 보상하고 시스템 구성에 저비용 구성요소가 사용되게 하도록 이용될 수 있다. 외부 공진기의 조정 가능한 유효 반사율은 또한 생산 수율을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 고밀도 파장 빔 결합(DWBC; dense wavelength beam combining) 기술을 통해, 복수 개의 공간적 및 방향적으로 중첩된 빔을 포함하는 단일의 다중 파장 결합된 출력 레이저 빔을 생성하는 장치를 예시한다 . DWBC 장치(100)는 입력 생성 시스템(101), 빔 결합 시스템(102), 조정 가능한 피드백 시스템(103), 및 빔 분할 시스템(104)을 포함한다.

입력 생성 시스템(101)은 결합된 출력 레이저 빔을 형성하는 데에 사용되는 복수 개의 개별 레이저 빔 각각을 생성하기 위한 수단을 제공한다. 입력 생성 시스템(101)에 의해 생성된 복수 개의 개별 레이저 빔은 도 1의 설명에서 외부 공진기 입력 빔 또는 방출 빔(151)으로 지칭된다. 입력 생성 시스템(101)은 레이저 소스(11)를 포함하고 또한 위치 대 각도 변환 광학계(112; position-to-angle transform optic) 및 복굴절 광학계(113)를 포함한다. 그러나, 위치 대 각도 변환 광학계(112) 및 복굴절 광학계(113)는 대안으로 또는 추가적으로 양쪽 광학계 모두가 하류 특성, 예컨대 빔 결합기 입력 빔(152)의 특성 및 결합된 입력 빔(153)의 특성에 영향을 미치는 방식으로 복수 개의 외부 공진기 입력 빔, 즉 방출 빔(151)과 상호 작용하기 때문에 빔 결합 시스템(102) 및/또는 조정 가능한 피드백 시스템(103)의 일부로 고려될 수 있다.

빔 결합 시스템(102)은 빔 결합기 입력 빔(152)으로서 도 1의 설명에서 지칭되는 복수 개의 개별 레이저 빔으로부터 단일의 다중 파장의 결합된 입력 빔, 즉 결합된 입력 빔(153)을 생성하는 수단을 제공한다. 빔 결합 시스템(102)은 각 분산 빔 결합 광학계(114)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 각 분산 빔 결합 광학계는 편광 종속 광학계이다. 그러나, 변형예에서, 편광 독립 광학계가 사용될 수 있다.

조정 가능한 피드백 시스템(103)은 복수 개의 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157A)과, 복수 개의 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 각각 포함하는 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B) 사이의 결합된 피드백 시스템 입력 빔, 즉 회전된 결합된 입력 빔(154)으로서 도 1의 설명에서 지칭되되는 결합된 다중 파장 레이저 빔에서 전달되는 광출력을 분할하는 수단을 제공한다. 조정 가능한 피드백 시스템(103)은 조정 가능한 복굴절 광학계(116) 및 고 반사율(HR) 미러(121)를 포함한다. 선택적으로, 조정 가능한 피드백 시스템(103)은 또한 공간 필터링 요소(117)를 포함할 수 있다.

빔 분할 시스템(104)은 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157A)과 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B)을 분리시키는 편광 빔 스플리터(115)를 포함한다. 빔 분할 시스템(104)은 또한 결합된 외부 공진기 출력 빔(158)을 외부 공진기 밖으로 지향시키고 결합된 피드백 빔(159)을 각 분산 빔 결합 광학계(114)로 지향시킨다.

도 1에 예시된 실시예에서, 입력 생성 시스템(101)은 단일 레이저 빔을 각각 방출하고 집합적으로 레이저 소스(111)를 구성하는 복수 개의 개별 이미터(예컨대, 111A 및 111N)를 포함한다. 레이저 소스(111) 내의 개별 이미터에 의해 방출된 각각의 개별 빔은 외부 공진기 입력 빔(151)의 구성 성분이다. 단순화를 위해, 외부 공진기 입력 빔(151)은 도 1의 나머지 설명을 위해 단순히 방출 빔(151)으로 지칭될 것이다. 방출 빔(151)은, 예컨대 방출 빔(151A) 및 방출 빔(151N)을 포함한다.

레이저 소스(111)의 개별 이미터는 다이오드 레이저, 파이버 레이저, 고체 레이저(solid-state laser), 또는 임의의 다른 유형의 레이저일 수 있다. 복수 개의 개별 이미터는 1차원 어레이, 2차원 어레이, 또는 다양한 다른 구성으로 배열될 수 있다. 예컨대, 레이저 소스(111)는 다이오드 바의 수직 또는 수평 스택으로부터 형성된 다이오드 레이저의 어레이일 수 있으며, 각각의 다이오드 바는 복수 개의 개별 다이오드 레이저 이미터를 갖는다. 레이저 소스(111)는 도 2a, 도 2b, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4 중 어느 하나에 도시된 바와 같이 구성된 다이오드 레이저의 임의의 어레이일 수 있다. 그러나, 레이저 소스(111)는 이러한 구성에 제한되지 않고, 본 명세서에 설명된 실시예들은 다양한 대안적인 레이저 소스 구성이 또한 사용될 수 있다는 것을 고려한다. 도 2a, 도 2b, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4에 도시된 레이저 소스(111)의 구성은 기하학적으로 적층된 구성(기하학적 스택), 광학적으로 적층된 구성(광학적 스택), 또는 다른 구성 중 임의의 것일 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 다이오드 레이저 이미터들이 레이저 소스(111)에 사용될 수 있다. 다이오드 레이저 이미터(뿐만 아니라 다른 유형의 이미터)는 방출하는 빔의 편광 상태와 관련하여 TE(transverse electric) 또는 TM(transverse magnetic)으로서 판매되는 경우가 많다. 그러나, 제조 공차 때문에, TE로서 판매되는 다이오드 레이저는 작은 TM 성분을 포함하는 빔을 방출할 수 있고, 반대로 TM으로서 판매되는 다이오드 레이저는 작은 TE 성분을 포함하는 빔을 방출할 수 있다. 도 1의 나머지 설명에서, 레이저 소스(111)의 각각의 이미터는 TE 편광 상태를 갖는 빔을 방출한다고 가정한다. 즉, 방출 빔(151)의 구성 성분 중 임의의 TM 성분은 무시할 만하다고 가정한다. 따라서, 도 1에서, 방출 빔(151)은 TE 편광 상태를 각각 갖는 복수 개의 개별 단일 파장 레이저 빔이다.

레이저 소스(111)의 복수 개의 이미터 각각은 바람직한 공진 모드 성분 및 대안적인 공진 모드 성분을 포함하는 방출 빔(151)의 구성 성분을 방출한다. 바람직한 공진 모드 성분은 구성 성분 빔을 방출한 레이저 소스(111)의 이미터의 바람직한 공진 모드에 대응하는 좁은 스펙트럼 대역 내에 속하는 파장을 갖는 광자로 이루어진다. 대안적인 공진 모드 성분은 구성 성분 빔을 방출한 레이저 소스(111)의 이미터의 바람직한 공진 모드에 대응하는 좁은 스펙트럼 대역 외측에 있는 파장을 갖는 광자로 이루어진다. 외부 공진기를 통해 전파하는 방출 빔(151)의 구성 성분의 대안적인 공진 모드 성분은 편광 빔 스플리터(115)로부터 출사할 때에 공간 및 방향적으로 중첩되지 않고 대신에 잔여 각 스펙트럼을 가질 것이다. 그러므로, 방출 빔(151)의 구성 성분의 대안적인 공진 모드 성분은 결합된 입력 빔(153) 및 결합된 외부 공진기 출력 빔(158)의 BPP를 증가시킬 수 있다. 시스템에 의한 빔 출력의 품질을 높이기 위해, 후술하는 바와 같이 공간 필터링 요소(117)를 조정 가능한 피드백 시스템(103)에 통합시킴으로써 그러한 대안적인 공진 모드 성분의 영향을 완화시키는 것이 가능하다.

레이저 소스(111) 내의 각각의 이미터는 위치 대 각 변환 광학계(112)에 대해 특정한 고정된 위치를 갖는다. 따라서, 방출 빔(151)은 레이저 소스(111) 내의 이미터의 공간 분포에 대응하는 위치 스펙트럼을 갖는다. 예컨대, 방출 빔(151A)의 위치는 개별 이미터(111A)의 위치에 대응하는 반면, 방출 빔(15IN)의 위치는 개별 이미터(111N)의 위치에 대응한다.

도 1에 예시된 실시예에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 실시예는 위치 대 각 변환 광학계(112)와 상호 작용하기 전에 레이저 소스(111)에 의해 방출된 빔을 조작하기 위한 다양한 광학계를 포함할 수 있다. 통상적으로, 다이오드 레이저에 의해 방출된 빔은 비대칭 빔 프로파일을 가지며, 즉, 빔은 그 전파 방향에 수직으로 정의된 2개의 축을 따라 서로 전혀 다른 속도로 분기한다. 2개의 축은 빔이 더 빠르게 분기하는 고속축(fast axis)과, 빔이 비교적 느리게 분기하는 저속축(slow axis)으로 식별될 수 있다. 이러한 빔의 조작은 전처리(preprocessing)로 지칭될 수 있으며, 예컨대, 하류측 처리가 저속축보다 고속축을 따라 수행되도록 하는 빔의 회전, 고속축을 따른 빔의 시준, 및 저속축을 따른 빔의 시준을 포함할 수 있다. 다양한 선행 기술 문헌은 다이오드 레이저 이미터에 의해 방출된 빔에 대한 전처리 기술을 논의하고 있다. 예컨대, 레이저 소스(111)에 의해 방출된 빔은 미국 특허 출원 제14/053,187호에 기술된 바와 같이 또는 미국 특허 제8,724,222호 및 제8,553,327호에 기술된 바와 같이 조작될 수 있다.

위치 대 각 변환 광학계(112)는 방출 빔(151)의 위치 스펙트럼을 빔 결합기 입력 빔(152)의 각 스펙트럼으로 변환한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 빔 결합기 입력 빔(152)의 각 스펙트럼은 위치 대 각 변환 광학계(112)에 대한 빔 결합기 입력 빔(152)의 투과 각도 세트를 지칭한다. 위치 대 각 변환 광학계(112)는 [레이저 소스(111)의 이미터의 위치에 대응하는] 각각의 방출 빔(151)의 위치를 빔 결합 시스템(102)의 각 분산 광학계(114)에 대한 입사각으로 변환시킨다. 구체적으로, 빔 결합기 입력 빔(152)의 각 스펙트럼은 각 분산 광학계(114)에 대한 입사각 세트를 결정한다. 따라서, 빔 결합기 입력 빔(152)은 레이저 소스(111) 및 위치 대 각 변환 광학계(112)에서 이미터의 공간 분포에 의해 결정되는 각 스펙트럼을 갖는다. 예컨대, 위치 대 각 변환 광학계(112)는 방출 빔(151A)의 위치를 각 분산 광학계(114)에 대한 빔 결합기 입력 빔(152)의 입사각으로 변환시킨다.

예컨대, 제2 편광 광학계로서 지칭될 수 있는 복굴절 광학계(113)는 빔 결합기 입력 빔(152)의 각 구성 성분의 편광 상태가 방출 빔(151)의 대응하는 성분에 대해 회전되도록 방출 빔(151)의 편광 상태를 회전시킨다. 도 1에 도시된 실시예에서, 복굴절 광학계(113)는 방출 빔(151)의 TE 편광 상태를 회전시켜 빔 결합기 입력 빔(152)에 TM 편광 상태를 제공하는 반파장판이다. 상이한 복굴절 광학계가 상이한 실시예에서 사용될 수 있다.

빔 결합 시스템(102)은 각 분산 광학계(114)를 포함한다. 각 분산 광학계(114)는 [위치 대 각 변환 광학계(112)에 의해 부여된] 빔 결합기 입력 빔(152)에 의해 소유된 각 스펙트럼을 파장 종속 각 스펙트럼으로 변환시킨다. 각 분산 광학계(114)는 위치 대 각 변환 광학계(112)에 대해 배치되어, 빔 결합기 입력 빔(152)의 각각의 구성 성분의 바람직한 공진 모드 성분이 공통 전파 방향을 갖는 각 분산 광학계(114)로부터 그리고 결합된 입력 빔(153)의 성분으로서 출사된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 각 분산 광학계(114)는 편광 종속 광학계, 특히 편광 종속 격자이다. 그러나, 변형예에서, 편광 독립 광학계, 예컨대, 편광 독립 격자가 사용될 수 있다. 결합된 입력 빔(153)은 방출 빔(151)의 구성 성분에 각각 대응하는 복수 개의 개별 구성 성분 빔을 포함하는 결합된 다중 파장 빔이다. 결합된 입력 빔(153)은 TM 편광 상태의 광 출력을 전달한다.

선택적인 공간 필터링 요소(117)를 포함하는 도 1에 도시된 실시예에서, 입력 생성 시스템(101)의 변환 광학계(112), 빔 결합 시스템(102)의 각 분산 광학계(114), 및 선택적인 공간 필터링 요소(117)의 상대 위치 설정 및 특성은 외부 공진기 시스템을 통해 전파되도록 허용된 방출 빔(151) 각각의 바람직한 공진 모드 성분을 선택할 수 있게 한다. 방출 빔(151) 각각의 대안적인 공진 모드 성분은 외부 공진기 시스템으로부터 필터링된다. 구체적으로, 빔 결합기 입력 빔(152)의 각 구성 성분의 대안적인 공진 모드 성분은 결합된 입력 빔(153)의 공통 전파 방향에 대해 소정 각도로 각 분산 광학계(114)로부터 출사되고, 이어서 조정 가능한 피드백 시스템(103)의 선택적인 공간 필터링 요소(117)에 의해 시스템으로부터 필터링된다.

조정 가능한 피드백 시스템(103)은 결합된 피드백 시스템 입력 빔(154)을 수신한다. 결합된 피드백 시스템 입력 빔(154)은 도 1에 도시된 실시예에서 TM 편광 상태를 갖는 빔 성분을 반사하고 TE 편광 상태를 갖는 빔 성분을 투과하도록 구성된 편광 빔 스플리터(115)로부터의 결합된 입력 빔(153)의 반사이다. 결합된 피드백 시스템 입력 빔(154)은 TM 편광 상태를 갖는 복수 개의 개별 구성 성분 빔[빔 각각은 방출 빔(151)의 구성 성분에 대응함]을 포함하는 결합된 다중 파장 레이저 빔이다. 조정 가능한 피드백 시스템(103)은 결합된 공간 필터 입력 빔 또는 회전된 결합된 입력 빔(155)을 생성하도록 결합된 피드백 시스템 입력 빔(154)의 편광 상태를 회전시키는 조정 가능한 복굴절 광학계(116)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 조정 가능한 복굴절 광학계(116)는 결합된 피드백 시스템 입력 빔(154)의 편광 상태를 TE 및 TM 편광 상태의 조합 상태로 회전시키고 TE 및 TM 편광 상태들 사이에 위상 시프트를 유도함으로써 결합된 공간 필터 입력 빔 또는 회전된 결합된 입력 빔(155)에 타원형, 예컨대 원형 편광 상태를 제공하는 회전 가능한 1/4 파장판이다. 따라서, 결합된 공간 필터 입력 빔 또는 회전된 결합된 입력 빔(155)은 복수 개의 개별 구성 성분 빔(즉, 회전된 성분 입력 빔)을 포함하고 TE 및 TM 편광 상태의 조합으로 광출력을 전달하는 결합된 다중 파장 레이저 빔이다.

도 1에 도시된 실시예에서, 조정 가능한 복굴절 광학계(116)는 입사하는 빔의 편광 상태의 광대역 무채색 회전을 제공하는 무채색 광학계(특히 무채색의 1/4 파장판)이다. 이러한 무채색의 1/4 파장판은 복굴절 재료의 다중 판으로 구성될 수 있다. 예컨대, 조정 가능한 복굴절 광학계(116)는 입사하는 빔의 편광 상태의 광대역 무채색 회전을 제공하기 위해 석영으로 제조된 제1 박판 및 실리콘으로 제조된 제2 박판으로 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 조정 가능한 복굴절 광학계(116)는 다수의 표면상 별개의 구성요소로 형성될 수 있다. 그러나, 변형예는 다양한 다른 복굴절 광학계를 이용할 수 있고 다양한 다른 재료로 구성될 수 있다. 그러한 대안적인 광학계는 결합된 피드백 시스템 입력 빔(154) 및 그의 구성 성분의 편광 상태에 상이한 방식으로 영향을 미칠 수 있다.

조정 가능한 복굴절 광학계(116)를 처음으로 통과한 후에, 결합된 공간 필터 입력 빔 또는 회전된 결합된 입력 빔(155)은 반사된 결합된 공간 필터 출력 빔, 또는 회전된 결합된 입력 빔(156)의 회전으로서 HR 미러(121)에 의해 반사되어 상대적인 위상 시프트를 사이에 갖는 TE 및 TM 편광 상태의 조합으로 광출력을 전달한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 조정 가능한 복굴절 광학계(116)는 회전된 결합된 입력 빔의 반사 또는 반사된 결합된 공간 필터 출력 빔(156)의 편광 상태를 회전시키고 반사된 결합된 공간 필터 출력 빔(156)의 TE 및 TM 편광 상태 사이의 위상 쉬프트를 제거하여 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157A)(TE 편광 상태를 가짐) 및 제2 결합 피드백 시스템 출력 빔(157B)(TM 편광 상태를 가짐)을 생성한다. 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157A) 및 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B)은 함께 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157)을 구성한다. 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157A)은 복수 개의 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하고, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B)은 복수 개의 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함한다. 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157A) 및 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B)에 의해 전달되는 광출력의 상대적인 양은 조정 가능한 복굴절 광학계(116)에 대한 조정을 통해 변경될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 실시예의 1/4 파장판은 비교적 더 큰 또는 저 작은 양의 광출력을 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157)의 상이한 성분으로 전환시키기 위해 회전될 수 있다.

빔 분할 시스템(104)은 편광 빔 스플리터(115)를 포함한다. 편광 빔 스플리터(115)는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157A)을 결합된 출력 빔(158)(TE 편광 상태의 광출력을 전달함)으로서 투과시키고 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B)을 결합된 피드백 빔(159)(TM 편광 상태의 광출력을 전달함)으로서 반사시킴으로써 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157A)과 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B)을 분리시킨다. 실제로, 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 50% 미만을 피드백으로서 리턴시켜야 하고, 이에 따라 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 50% 미만을 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B)[및 이에 따라 결합된 피드백 빔(159)]으로 지향시켜야 한다. DWBC 시스템(100)의 높은 작동 효율을 달성하기 위해, 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 15% 미만을 피드백으로서 리턴시키는 것이 바람직하고, 이에 따라 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 15% 미만을 결합된 피드백 빔(159)으로 지향시키야 한다. 제품 테스트 및 실험을 통해, 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 약 4% 내지 약 10%가 결합된 피드백 빔(159)으로 지향될 때에 DWBC 시스템(100)의 최적 작동이 달성되는 것으로 판명되었다.

편광 빔 스플리터(115)로부터 출사된 후에, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B)의 TM 편광 상태를 유지하고 복수 개의 공간적 및 방향적으로 중첩된 단일 파장 빔(즉, 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔)을 포함하는 결합된 피드백 빔(159)은 각 분산 광학계(114)에 입사한다. 결합된 피드백 빔(159)의 복수 개의 공간적 및 방향적으로 중첩된 단일 파장 빔은 각 분산 광학계(114)에 의해 부여된 파장 종속 각 스펙트럼을 함께 갖는 피드백 빔(160)으로서 각 분산 광학계(114)로부터 출사된다. 피드백 빔(160)은 복굴절 광학계(113) 및 위치 대 각 변환 광학계(112)를 통해 레이저 소스(111)를 향한다. 복굴절 광학계(113)는 피드백 빔(160)의 각 구성 성분의 편광을 회전시키고, 위치 대 각 변환 광학계(112)는 피드백 빔(160)의 각각의 구성 성분을 레이저 소스(111)의 개별 이미터로 지향시킨다 이에 의해, 결합된 피드백 빔(159)은 방출 빔(151)의 파장을 안정화시키도록 레이저 소스(111)의 복수 개의 빔 이미터들로 다시 지향된다.

구체적으로, 위치 대 각 변환 광학계(112)는 피드백 빔(160)을 레이저 소스(111) 상에 촬영한다. 구체적으로, 위치 대 각 변환 광학계(112)는 각 분산 광학계(114)에 의해 피드백 빔(160)에 부여된 파장 종속 각 스펙트럼을 레이저 소스(111)의 각각의 이미터의 바람직한 공진 모드 파장 및 공간 위치의 세트에 대응하는 파장 위치 스펙트럼으로 전환시킴으로써 피드백 빔(160)의 각 구성 성분을 레이저 소스(111)의 개별 이미터로 지향시킨다. 이러한 방식으로, 피드백 빔(160)의 각 구성 성분은 방출 빔(151)의 대응하는 구성 성분을 방출한 레이저 소스(111)의 이미터로 지향된다. 결과적으로, 레이저 소스(111) 내의 각각의 이미터(또는 채널)는 외부 공진기에 의해 선택된 파장과 일치하도록 방출된 방출 빔(151)의 구성 성분의 파장을 조정한다. 각 채널은 단일 파장으로 조정되지만, 구성은 다중 채널이 동일한 파장의 빔을 각각 방출할 가능성을 배제하지 않는다. 예컨대, 레이저 소스(111)가 다이오드 바의 스택인 상황에서, 상이한 다이오드 바로부터의 개별 이미터가 동일한 파장의 빔을 방출하는 것이 가능할 수 있다.

전술한 바와 같이, 선택적인 공간 필터링 요소(117)는 대안적인 공진 모드 성분의 영향을 완화시킴으로써 빔 품질을 증가시키도록 조정 가능한 피드백 시스템(103)에 통합될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 공간 필터링 요소(117)는 조정 가능한 복굴절 광학계(116)와 HR 미러(121) 사이의 광 경로를 따라 애퍼쳐(119)의 양측에 위치 설정된 2개의 위치 대 각 변환 광학계(118 및 120)를 포함한다. 애퍼쳐(119)는 결합된 공간 필터 입력 빔(또는 회전된 결합된 입력 빔)(155)(결합된 입력 빔(153)으로부터 승계됨)의 공통 전파 방향을 갖는 빔만을 통과시킴으로써 방출 빔(151)의 각 구성 성분의 대안적인 공진 모드 성분을 필터링한다. 2개의 위치 대 각 변환 광학계(118 및 120)는 대안적인 공진 모드 성분이 소유한 [결합된 공간 필터 입력 빔(155)의 공통 전파 방향에 대한) 각 스펙트럼을 확대시킴으로써 애퍼쳐(119)가 대안적인 공진 모드 성분을 필터링하는 충실도를 증가시킨다[이에 의해, 그러한 성분이 애퍼쳐(119)를 통과하지 않는 것이 보장된다]. 이러한 방식으로, 방출 빔(151)의 구성 성분의 대안적인 공진 모드 성분이 결합된 출력 빔(158)으로부터 제거된다. 대안적인 공진 모드 성분은 또한 피드백으로서 레이저 소스(111)의 이미터에 도달하는 것이 방지되어 스펙트럼 혼선을 야기하는 것이 방지된다.

대안적인 구현예에서, 공간 필터링 요소(117)는 도파관 구조, 구배층을 갖는 미러 세트, 또는 원하지 않는 대안적인 공진 모드 성분을 필터링할 수 있는 임의의 다른 구성요소 또는 구성요소 세트일 수 있다. 도 1에 도시된 것의 변형예에서, 방출 빔(151)의 각 구성 성분의 대안적인 공진 모드 성분은 공간 필터링 요소(117)를 사용하지 않고 그 대신에 HR 미러(121)로부터의 각 분산 광학계(114)를 충분히 긴 광 경로에 의해 분리시킴으로써 필터링될 수 있다. 그러한 실시예에서, 각 분산 광학계(114)로부터 출사된 후에, 대안적인 공진 모드 성분은 고반사율 미러(121)에 도달하기 전에 결합된 입력 빔(153)[이에 따라, 결합된 피드백 시스템 입력 빔(154) 및 회전된 결합된 입력 빔(155)]의 광 경로로부터 분기되어 반사되지 않는다. 이들 변형예에서, 예컨대, 애퍼쳐, 도파관 구조, 구배층을 갖는 미러 세트 등을 포함하는 공간 필터링 요소(117)는 생략될 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 레이저 소스가 다이오드 바의 수평 스택으로 형성된 다이오드 레이저의 어레이인 외부 캐비티 레이저 장치에 사용하기 위한 레이저 소스의 구성을 예시한다. 도 2a 및 도 2b는 m개의 개별 다이오드 레이저 이미터를 각각 갖는 N개의 다이오드 바의 수평 스택으로부터 형성된 m * N개의 다이오드 레이저의 어레이인 레이저 소스를 예시한다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 레이저 소스의 구성은 기하학적으로 적층된 구성(기하학적 스택), 광학적으로 적층된 구성(광학적 스택), 또는 복수 개의 빔을 구성하는 임의의 다른 수단 중 어느 하나일 수 있다. 도 2a에 예시된 구성에서, 다이오드 레이저(200A)의 어레이의 m개의 개별 이미터 각각은 수평 적층 방향에 평행한 저속축을 갖는다. 결합축이 이미터의 저속축과 평행할 때에, 다이오드 레이저(200A)의 어레이로서 구성된 레이저 소스를 갖는 DWBC 레이저 장치에 의해 생성되는 결합된 출력 빔의 프로파일이 요소(201A)로서 도시되어 있다. 도 2b에 예시된 구성에서, 다이오드 레이저(200B)의 어레이의 m개의 개별 이미터 각각은 수평 적층 방향에 평행한 고속축을 갖는다. 결합축이 이미터의 저속축과 평행할 때에, 다이오드 레이저(200B)의 어레이로서 구성된 레이저 소스를 갖는 DWBC 레이저 장치에 의해 생성되는 결합된 출력 빔의 프로파일이 요소(201B)로서 도시되어 있다. 그러나, 적절한 변환 광학계, 예컨대 빔 회전자 또는 빔 트위스터의 사용을 통해, 도 2a에 예시된 구성이 프로파일(201B)을 갖는 결합된 출력 빔을 생성할 수 있고, 도 2b에 도시된 구성이 프로파일(201A)을 갖는 결합된 출력 빔을 생성할 수 있다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 레이저 소스가 다이오드 바의 수직 스택으로 형성된 다이오드 레이저의 어레이인 외부 캐비티 레이저 장치에 사용하기 위한 레이저 소스의 구성을 예시한다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 모두 m개의 개별 다이오드 레이저 이미터를 각각 갖는 N개의 다이오드 바의 수직 스택으로부터 형성된 m * N개의 다이오드 레이저의 어레이인 레이저 소스를 예시한다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시된 레이저 소스의 구성은 기하학적으로 적층된 구성(기하학적 스택), 광학적으로 적층된 구성(광학적 스택), 또는 복수 개의 빔을 구성하는 임의의 다른 수단 중 어느 하나일 수 있다. 도 3a에 예시된 구성에서, 다이오드 레이저(300A)의 어레이의 m개의 개별 이미터 각각은 수직 적층 방향에 수직인 저속축을 갖는다.. 결합축이 이미터의 저속축과 평행할 때에, 다이오드 레이저(300A)의 어레이로서 구성된 레이저 소스를 갖는 DWBC 레이저 장치에 의해 생성되는 결합된 출력 빔의 프로파일이 요소(301A)로서 도시되어 있다. 도 3b에 예시된 구성에서, 다이오드 레이저(300B)의 어레이의 m개의 개별 이미터 각각은 수직 적층 방향에 평행한 고속축을 갖는다. 결합축이 이미터의 고속축과 평행할 때에, 다이오드 레이저(300B)의 어레이로서 구성된 레이저 소스를 갖는 DWBC 레이저 장치에 의해 생성되는 결합된 출력 빔의 프로파일이 요소(301B)로서 도시되어 있다. 도 3c에 예시된 구성에서, 다이오드 레이저(300A)의 어레이의 m개의 개별 이미터 각각은 수직 적층 방향에 수직인 고속축을 갖는다.. 결합축이 이미터의 고속축과 평행할 때에, 다이오드 레이저(300C)의 어레이로서 구성된 레이저 소스를 갖는 DWBC 레이저 장치에 의해 생성되는 결합된 출력 빔의 프로파일이 요소(301C)로서 도시되어 있다. 그러나,도 3a 내지 도 3c에 예시된 다양한 구성들은 적절한 변환 광학계, 예컨대, 빔 회전자의 사용을 통해 다양한 상이한 프로파일을 갖는 결합된 출력 빔을 생성할 수 있다. 이러한 변환 광학계 및 변환 광학계가 생성할 수 있는 변환은, 예컨대, 본원에 참조로 통합된 미국 특허 제8,553,327호에 개시되어 있다.

도 4는 레이저 소스가 다이오드 바의 2 차원 스택으로부터 형성된 다이오드 레이저의 어레이인 외부 캐비티 레이저 장치에 사용하기 위한 레이저 소스의 구성을 예시한다. 도 4는 m개의 개별 이미터를 각각 갖는 N개의 다이오드 바의 3열의 어레이(400)인 레이저 소스를 예시한다. 바꿔 말해서, 어레이(400)는 N개의 다이오드 바의 3개의 수직 스택의 수평 스택을 포함하거나, 또는 대안으로, 어레이(400)는 3개의 다이오드 바의 N개의 수평 스택의 수직 스택을 포함한다. 도 4에 예시된 구성에서, 3·m·N개의 개별 다이오드 이미터는 수평 적층 방향에 평행한 고속축을 각각 갖는다. 도 4에 도시된 레이저 소스의 구성은 기하학적으로 적층된 구성(기하학적 스택), 광학적으로 적층된 구성(광학적 스택), 또는 복수 개의 빔을 구성하는 임의의 다른 수단 중 어느 하나일 수 있다. 결합축이 이미터의 저속축과 평행할 때에, 어레이(400)로서 구성된 레이저 소스를 갖는 DWBC 레이저 장치에 의해 생성되는 결합된 출력 빔의 프로파일이 요소(401)로서 도시되어 있다. 그러나, 도 4에 예시된 구성은, 이미터가 수평 적층 방향에 수직으로, 즉 수직 적층 방향에 평행하게 정렬되는 고속축을 갖는다면, 상이한 프로파일을 갖는 결합된 출력 빔을 생성할 수 있다. 더욱이, 도 4에 예시된 구성은 적절한 변환 광학계, 예컨대, 빔 회전자의 사용을 통해 다양한 상이한 프로파일을 갖는 결합된 출력 빔을 생성할 수 있다. 그러한 변환 광학계 및 변환 광학계가 생성할 수 있는 변환은, 예컨대 미국 특허 제8,724,222호 및 제8,553,327호에 개시되어 있다.

제안한 파장 안정화 및 결합 시스템은 임의의 종류의 적층된 레이저 다이오드 바와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 개별 빔은 개별 바의 이미터 어레이 치수를 따르는 방향 또는 그에 수직한 방향 모두에서 결합될 수 있다. 따라서, 결과적인 결합된 빔은 가상 바(virtual bar) 또는 가상 이미터(virtual emitter)의 외관을 가질 수 있다. 일부 용례에 있어서, 빔 결합 공정 후에 바람직한 빔 품질을 얻기 위해 복수 개의 다이오드 바의 수평 적층을 필요로 하는 가상 이미터로 마무리하는 것이 바람직하다. 종래의 광역 다이오드 레이저 바(BAL)의 수평 적층 어레이의 경우, 통상적으로 모든 개별 이미터들을 그들의 저속축(SA)을 따라 결합할 것이다. 몇몇 용례에 있어서, 이 결합 방식은 각 이미터의 저속축을 따른 빔 품질이 이미 원하는 값(~3 mm·mrad)에 가깝다는 단점을 갖고 있다. 따라서, 과도한 선 폭 및 광 수차로 인한 임의의 빔 품질 저하로 인해 빔 품질이 추가로 저하될 수 있고, 이는 유효 결합을 3 mm·mrad 파이버로 제한할 수 있다. 광역 다이오드 바의 경우, 이러한 문제는 전파축에 대해 개별 이미터를 90도 회전시키는 마이크로 광빔 회전기를 사용하여 해결할 수 있다. 빔 결합 방향은 각 이미터의 원하는 축을 따라 수행될 수 있어, 빔 품질에 약간의 저하를 허용하면서 2 mm·mrad 미만의 빔 파라미터 곱을 갖는 빔을 생성할 수 있다. 그러나, 대안적인 다이오드 레이저 바 아키텍쳐, 예컨대 단일 모드 다이오드 레이저 어레이, 슬래브 결합식 광 도파관 레이저 어레이(SCOWL; slab-coupled optical waveguide laser array), 또는 회전된 단일 이미터 BAL 어레이를 사용할 때에, 빔 회전 마이크로 광학 요소를 생략하고 파장 빔 결합을 위해 방출 빔을 직접 사용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고밀도 파장 빔 결합 기술을 통해, 좁은 파장 스펙트럼을 각각 갖는 복수 개의 공간적 및 방향적으로 중첩된 빔을 포함하는 단일의 다중 파장 출력 레이저 빔을 생성하는 장치를 예시한다 . 도 5에 도시된 DWBC 장치(500)는 도 1에 도시된 것과 동일한 거의 모든 구성요소를 포함한다. 그러나, 도 5에 도시된 실시예에서, 외부 공진기 입력 빔 또는 방출 빔(151)은 (TM 편광 상태의) 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161)에서 그 광출력의 대부분을 전달할 뿐만 아니라, 무시할 수 없는 양의 광출력을 (TE 편광 상태의) 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)에서 전달한다. 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)은 제조 공정 및 작동 조건에서의 작은 변화 뿐만 아니라 제조 동안 장착 공정 중에 개별 이미터에 대한 외부 응력으로부터 발생할 수 있다. 그러한 외부 응력은 제조 공정 중에 다이오드 바의 하드 솔더링으로부터 발생할 수 있다. 하드 솔더링된 다이오드 바는 장기간의 작동 안정성을 제공하지만, 하드 솔더링 장착 공정 중에 도입된 기계적 응력은 방출 빔의 약 10 내지 20%의 편광 소멸을 초래할 수 있다(즉, 방출 광의 광출력의 10 내지 20%는 방출 빔의 나머지 광출력을 전달하는 편광 상태에 직각인 편광 상태에서 전달된다).

DWBC 장치(500)는 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)에서 전달되는 광출력을 이용하기 위해 빔 재활용 시스템(505)을 이용한다. 빔 재활용 시스템(505)은 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)을 결합된 외부 공진기 출력 빔(158)에 결합시키는 수단을 제공한다. 빔 재활용 시스템(505)은 복굴절 광학계(511) 및 고반사율(HR) 미러(512)를 포함한다.

도 5에 예시된 실시예에서, 외부 공진기 입력 빔(151)은 레이저 소스(111)의 복수 개의 개별 이미터에 의해 방출된다. 단순화를 위해, 외부 공진기 입력 빔(151)은 도 5의 나머지 설명을 위해 단순히 방출 빔(151)으로 지칭될 것이다. 방출 빔(151)은, 예컨대 방출 빔(151A) 및 방출 빔(151N)을 포함한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 방출 빔(151)은 (TM 편광 상태의) 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161) 및 (TE 편광 상태의) 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171) 모두에서 광출력을 전달한다. 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161) 및 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)의 각각의 편광 상태는 레이저 소스에 의해, 예컨대 도 1의 복굴절 요소(113)와 같은 복굴절 요소에 의해 방출된 광출력의 회전의 결과일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, TM 편광된 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161) 및 TE 편광된 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)을 모두 포함하는 방출 빔(151)은 각 분산 광학계(114)에 대해 각 스펙트럼을 갖는다.

(도 1의 각 분산 광학계(114)를 대체하는) 각 분산 광학계(514)는 TM 편광된 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161) 및 TE 편광된 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)이 소유한 각 스펙트럼을 파장 종속 각 스펙트럼으로 변환시킨다. 도 5에 도시된 실시예에서, 각 분산 광학계(514)는 편광 무의존성 광학계, 특히 편광 무의존성 격자(polarization insensitive grating)이다. 각 분산 광학계(114)는 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161)의 각 구성 성분 및 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)의 각 구성 성분의 바람직한 공진 모드 성분이 공통 전파 방향을 갖는 각 분산 광학계(114)로부터 그리고 결합된 입력 빔(153)의 성분으로서 출사되도록 위치 설정된다. 결합된 입력 빔(153)은 방출 빔(151)의 구성 성분에 각각 대응하는 복수 개의 개별 구성 성분 빔을 포함하는 결합된 다중 파장 빔이다. 결합된 입력 빔(153)은 [외부 공진기 성분 방출 빔(161)에 대응하는] TM 편광된 일차 결합된 입력 빔(163) 및 [외부 공진기 성분 방출 빔(171)에 대응하는] TE 편광된 이차 결합된 입력 빔(173) 모두에서 광출력을 전달한다.

편광 빔 스플리터(115)는 일차 결합된 입력 빔(163)을 결합된 일차 피드백 시스템 입력 빔(164)으로서 반사시키고 이차 결합된 입력 빔(173)을 결합된 빔 재생기 입력 빔(184)으로서 투과시킴으로써 결합된 입력 빔(153)을 분리시킨다. 결합된 일차 피드백 시스템 입력 빔(154)은 TM 편광 상태를 갖는 복수 개의 개별 구성 성분 빔[빔 각각은 성분 방출 빔(161)의 구성 성분에 대응함]을 포함하는 결합된 다중 파장 레이저 빔이다. 결합된 빔 재생기 입력 빔(184)은 TM 편광 상태를 갖는 복수 개의 개별 구성 성분 빔[빔 각각은 성분 방출 빔(171)의 구성 성분에 대응함]을 포함하는 결합된 다중 파장 레이저 빔이다.

도 5의 결합된 일차 피드백 시스템 입력 빔(164)은 도 1의 결합된 피드백 시스템 입력 빔(154)과 동일한 방식으로 조정 가능한 복굴절 광학계(116) 및 고반사율(HR) 미러(121)와 상호 작용한다. 제1 시간 동안 조정 가능한 복굴절 광학계(116)를 통과하고, HR 미러(121)로부터 반사되며, 제2 시간 동안 조정 가능한 복굴절 광학계(116)를 통과하면, 결합된 일차 피드백 시스템 입력 빔(164)에 의해 전달되는 광출력은 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(167A)(TE 편광 상태를 가짐) 및 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(167B)(TM 편광 상태를 가짐)으로서 조정 가능한 복굴절 광학계(116)로부터 출사된다. 복수 개의 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(167A) 및 복수 개의 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하는 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(167B)은 함께 결합된 일차 피드백 시스템 출력 빔(167)을 구성한다. 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔(167A) 및 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(167B)에 의해 전달되는 광출력의 상대적인 양은 조정 가능한 복굴절 광학계(116)에 대한 조정을 통해 변경될 수 있다.

도 5에 도시된 실시예에서, 선택적인 공간 필터링 요소(117)는 조정 가능한 복굴절 광학계(116)와 HR 미러(121) 사이에 배치된다. 도 5의 선택적인 공간 필터링 요소(117)는 도 1과 관련하여 전술한 것과 동일한 방식으로 대안적인 공진 모드 성분의 영향을 완화시킴으로써 빔 품질을 증가시킨다.

편광 빔 스플리터(115)는, 도 1에 도시된 실시예에서 편광 빔 스플리터(115)가 제1 결합된 피드백 시스템 출력 성분 빔(157A)과 제2 결합된 피드백 시스템 출력 성분 빔(157B)을 분리시키는 것과 동일한 방식으로, 도 5에 도시된 실시예에서 제1 결합된 일차 피드백 시스템 출력 빔(167A)과 제2 결합된 일차 피드백 시스템 출력 빔(167B)을 분리시킨다. 그러므로, 제1 결합된 일차 피드백 시스템 출력 빔(167A)은 결합된 외부 공진기 출력 빔(158)의 성분으로서 투과되고, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔(157B)은 결합된 피드백 빔(159)으로서 반사된다. 결합된 피드백 빔(159)은 결합된 피드백 빔(159)이 도 1에 도시된 실시예를 통해 전파하는 것과 동일한 방식으로 도 5에 도시된 실시예를 통해 전파된다. 결합된 피드백 빔(159)에 의해 전달되는 광출력은 최종적으로 방출 빔(151)을 방출한 복수 개의 이미터에 대한 피드백으로서 제공된다.

결합된 빔 재생기 입력 빔(184)은 복굴절 광학계(511)를 통해 투과되고 복굴절 광학계(511)를 통해 다시 HR 미러(512)에 의해 반사된다. 결합된 빔 재생기 입력 빔(184)에 의해 전달되는 광출력은 복굴절 광학계(511)를 통과할 때마다 회전되어, 결합된 빔 재생기 출력 빔(177)으로서 출사되는데, 결합된 빔 재생기 출력 빔은 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔으로 지칭될 수 있고, 도 5에 도시된 실시예에서, TM 편광 상태에서 광출력을 전달하는 결합된 다중 파장 레이저 빔이다. 결합된 빔 재생기 출력 빔은 결합된 외부 공진기 출력 빔(158)의 성분으로서 편광 빔 스플리터(115)에 의해 반사된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 고밀도 파장 빔 결합 기술을 통해, 좁은 파장 스펙트럼을 각각 갖는 복수 개의 공간적 및 방향적으로 중첩된 빔을 포함하는 단일의 다중 파장 출력 레이저 빔을 생성하는 장치를 예시한다 . 도 6에 도시된 DWBC 장치(600)는도 1에 도시된 다수의 동일한 구성요소를 포함한다. 그러나, 도 5에 도시된 실시예에서와 같이, 도 6에 도시된 실시예에서, 외부 공진기 방출 빔(151)은 (TM 편광 상태의) 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161)에서 그 광출력의 대부분을 전달할 뿐만 아니라, 무시할 수 없는 양의 광출력을 (TE 편광 상태의) 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)에서 전달한다. 도 5에서와 같이, 각 분산 광학계(514)(편광 무의존성 광학계)가 각 분산 광학계(114)를 대체한다.

DWBC 장치(500)는 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)에서 전달되는 광출력을 이용하기 위해 제2 피드백 시스템(605)을 이용한다. 제2 피드백 시스템(605)은 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)을 결합된 피드백 빔(159)에 결합시키는 수단을 제공한다. 제2 피드백 시스템(605)은 공간 필터링 요소(611) 및 고반사율(HR) 미러(610, 615)를 포함한다.

도 6에 예시된 실시예에서, 외부 공진기 방출 빔(151)은 도 1에 도시된 레이저 소스(111)와 같은 레이저 소스의 복수 개의 개별 이미터에 의해 방출된다. 단순화를 위해, 외부 공진기 방출 빔(151)은 도 6의 나머지 설명을 위해 단순히 방출 빔(151)으로 지칭될 것이다. 방출 빔(151)은, 예컨대 입력 빔(151A) 및 입력 빔(15IN)을 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에서, 방출 빔(151)은 (TM 편광 상태의) 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161) 및 (TE 편광 상태의) 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171) 모두에서 광출력을 전달한다.

도 6의 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161)은 도 5의 DWBC 장치(500)를 통해 전파하는 것과 동일한 방식으로 DWBC 장치(600)를 통해 전파한다. 따라서, 도 6의 일차 외부 공진기 성분 방출 빔(161)에 의해 전달되는 광출력은 결합된 외부 공진기 출력 빔(158)과 제1 결합된 피드백 빔(169) 사이에서 최종적으로 분할된다.

도 6의 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)은 이차 결합된 입력 빔(173)으로서 편광 빔 스플리터(115)에 도달할 때까지 도 5의 DWBC 장치(500)를 통해 전파하는 것과 동일한 방식으로 DWBC 장치(600)를 통해 전파한다. 도 6에서, 이차 결합된 입력 빔(173)은 결합된 이차 피드백 시스템 입력 빔(174)으로서 편광 빔 스플리터에 의해 투과된다. 결합된 이차 피드백 시스템 입력 빔(174)은 각각 TE 편광된 복수 개의 구성 성분 빔으로 이루어진 결합된 다중 파장 빔이다.

도 6에 도시된 실시예에서, 선택적 공간 필터링 요소(611)는 도 1의 선택적 공간 필터링 요소(117)와 관련하여 전술한 것과 동일한 방식으로 대안적인 공진 모드 성분의 영향을 완화함으로써 빔 품질을 증가시킨다. 선택적 공간 필터링 요소(611)는 HR 미러들(610 및 615) 사이의 광 경로를 따라 애퍼쳐(613)의 양측에 위치 설정된 2개의 위치 대 각 변환 광학계(612 및 614)를 포함한다. 애퍼쳐(613)는 결합된 이차 피드백 시스템 입력 빔(174)(이차 결합된 입력 빔(173)으로부터 승계됨)의 공통 전파 방향을 갖는 빔만을 통과시킴으로써 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)의 각 구성 성분의 대안적인 공진 모드 성분을 필터링한다. 2개의 위치 대 각 변환 광학계(612 및 614)는 대안적인 공진 모드 성분이 소유한 [결합된 이차 피드백 시스템 입력 빔(174)의 공통 전파 방향에 대한) 각 스펙트럼을 확대시킴으로써 애퍼쳐(613)가 대안적인 공진 모드 성분을 필터링하는 충실도를 증가시킨다[이에 의해, 그러한 성분이 애퍼쳐(613)를 통과하지 않는 것이 보장된다]. 이러한 방식으로, 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)의 구성 성분의 대안적인 공진 모드 성분은 결합된 이차 피드백 시스템 출력 빔 또는 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔(177)으로부터 제거된다.

대안적인 구현예에서, 공간 필터링 요소(117)는 도파관 구조, 구배층을 갖는 미러 세트, 또는 원하지 않는 대안적인 공진 모드 성분을 필터링할 수 있는 임의의 다른 구성요소 또는 구성요소 세트일 수 있다. 변형예에서, 이차 외부 공진기 성분 방출 빔(171)의 각 구성 성분의 대안적인 공진 모드 성분은 공간 필터링 요소(611)를 사용하지 않고 그 대신에 HR 미러(615)로부터의 각 분산 광학계(114)를 충분히 긴 광 경로에 의해 분리시킴으로써 필터링될 수 있다. 그러한 실시예에서, 각 분산 광학계(114)로부터 출사된 후에, 대안적인 공진 모드 성분은 HR 미러(615)에 도달하기 전에 이차 결합된 입력 빔(173)[이에 따라, 결합된 이차 피드백 시스템 입력 빔(174)]의 광 경로로부터 분기되어 반사되지 않는다.

공간 필터링 요소(611)를 통과한 후에, 결합된 이차 피드백 시스템 입력 빔(174)은 HR 미러(615)에 의해 공간 필터링 요소(611)를 통해 다시 반사된 후, HR 미러(610)에 의해 결합된 이차 피드백 시스템 출력 빔, 또는 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔(177)으로서 편광 빔 스플리터(115)로 반사된다. 도 6의 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔(177)은 복수 개의 공간적 및 방향적으로 중첩된 TE 편광된 구성 성분 빔으로 구성되는 결합된 다중 파장 레이저 빔이다. 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔(177)은 편광 빔 스플리터(115)에 의해 제2 결합된 피드백 빔(179)으로서 투과된다. 제2 결합된 피드백 빔(179)은 TE 편광 상태의 광출력을 전달한다. 제2 결합된 피드백 빔(179)에서 전달되는 광출력은 최종적으로 [결합된 피드백 빔(159)이 도 1에 도시된 DWBC 장치(100)를 통해 전파된 것과 동일한 방식으로 DWBC 장치(600)를 통해 전파함으로써] 방출 빔(151)을 방출한 복수 개의 이미터에 피드백으로서 제공된다.

실제로, 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 50% 미만을 피드백으로서 리턴시켜야 하고, 이에 따라 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 50% 미만을 제1 결합된 피드백 빔 성분(169)과 제2 피드백 빔 성분(179)[및 이에 따라 결합된 피드백 빔(159)]의 조합으로 지향시켜야 한다. DWBC 시스템(100)의 높은 작동 효율을 달성하기 위해, 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 15% 미만을 피드백으로서 리턴시키는 것이 바람직하고, 이에 따라 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 15% 미만을 결합된 피드백 빔(159)으로 지향시키야 한다. 제품 테스트 및 실험을 통해, 방출 빔(151)에 의해 전달되는 광출력의 약 4% 내지 약 10%가 결합된 피드백 빔(159)으로 지향될 때에 DWBC 시스템(100)의 최적 작동이 달성되는 것으로 판명되었다. 도 6에 도시된 실시예에서, 제2 피드백 빔 성분(179)에 의해 전달되는 광출력의 양은 방출 빔(151)을 방출하는 개별 이미터의 편광 소멸 정도의 함수이다. 그러므로, 원하는 양의 피드백을 달성하기 위해, 제1 결합된 일차 피드백 시스템 출력 빔 성분(167A) 및 제2 결합된 일차 피드백 시스템 출력 빔 성분(167B) 각각에 의해 전달되는 상대적인 광출력이 방출 빔(151)을 방출하는 개별 이미터에 대해 원하는 양의 총 피드백을 제공하도록 조정 가능한 복굴절 광학계(116)가 조정된다.

따라서, 본 발명의 다른 구현예들은 전술한 예들과 상세하게 다를 수 있다는 점이 고려된다. 그와 같이, 본 발명에 대한 모든 언급은 설명의 그 시점에서 논의된 본 발명의 특정 예를 언급하기 위한 것이며 보다 일반적으로 본 발명의 범위에 대한 임의의 제한을 내포하도록 의도되지 않는다. 특정 특징과 관련한 차이 및 비방의 모든 언어는 그러한 특징에 대한 선호도가 부족함을 나타내며, 달리 명시하지 않는 한 그 특징을 본 발명의 범위로부터 완전히 배제하지 않는다.

청구 범위에 사용된 용어는 전술한 설명과 일치하는 가장 폭넓은 합리적인 해석을 갖는 것으로 해석되어야 한다. 예컨대, 요소를 도입할 때에 단수 표현의 사용은 복수 개의 요소를 제외하는 것으로 해석되어서는 안된다. 마찬가지로, "또는"의 기재는 포괄적인 것으로서 해석되어야 하며, "A 또는 B"의 기재는 A와 B 중 하나만이 의도된다는 것이 문맥 또는 전술한 설명으로부터 명백하지 않는 한 "A 및 B"를 제외하지 않는다. 또한 "A, B 및 C 중 적어도 하나"의 기재는 A, B 및 C로 이루어지는 요소들의 그룹 중 하나 이상으로 해석되어야 하며, A, B 및 C가 카테고리로 또는 다른 방식으로 관련되는지의 여부와 상관없이 각각의 나열된 요소 A, B 및 C 중 적어도 하나를 필요로 하는 것으로 해석되어서는 안된다. 더욱이, "A, B 및/또는 C" 또는 "A, B 또는 C 중 적어도 하나"의 기재는 나열된 요소들 중 임의의 단일 개체, 예컨대 A, 나열된 요소들 중 임의의 하위 세트, 예컨대, A와 B, 또는 나열된 요소들 A, B, 및 C의 전체 목록을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 발명은 적용 가능한 법률에 의해 허용되는 바와 같이 본 명세서에 첨부된 청구범위에 개시된 주제의 모든 수정 및 균등물을 포함한다. 또한, 본원에서 달리 지시되지 않는 한 또는 문맥에 의해 명확하게 모순되지 않는 한, 모든 가능한 변형에서 전술한 요소들의 임의의 조합이 본 발명에 포함된다.

Claims

외부 캐비티 레이저 장치로서,
일차 성분 방출 빔을 각각 포함하고 파장을 갖는 복수 개의 방출 빔을 집합적으로 방출하는 복수 개의 빔 이미터;
복수 개의 일차 성분 방출 빔의 광 경로에 배치되고 복수 개의 일차 성분 방출 빔을 결합된 입력 빔으로 결합시키도록 구성되는 각 분산 광학계(angular dispersive optic)로서, 결합된 입력 빔은 복수 개의 성분 입력 빔을 포함하는 것인 각 분산 광학계;
결합된 입력 빔의 광 경로에 배치되는 제1 편광 광학계로서,
결합된 입력 빔의 복수 개의 성분 빔 각각의 편광을 회전시켜 회전된 결합된 입력 빔을 생성하도록 - 회전된 결합된 입력 빔은 복수 개의 회전된 성분 입력 빔을 포함함 -, 그리고
회전된 결합된 입력 빔의 복수 개의 회전된 성분 각각의 반사의 편광을 회전시켜 제1 선형 편광을 갖는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔 및 제2 선형 편광을 갖는 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 생성하도록 구성되며, 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하고, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하는 것인 제1 편광 광학계; 및
편광 빔 스플리터
를 포함하고, 편광 빔 스플리터는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 결합된 출력 빔으로서 지향시키도록, 그리고
제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 제1 결합된 피드백 빔으로서 각 분산 광학계로 지향시키고 복수 개의 방출 빔의 파장을 안정화시키기 위해 다시 복수 개의 빔 이미터로 지향시키도록 구성되는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제1항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터는 결합된 입력 빔을 제1 편광 광학계로 지향시키도록 또한 구성되는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제1항에 있어서, 복수 개의 방출 빔 각각은 이차 성분 방출 빔을 더 포함하는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제1항에 있어서, 각 분산 광학계는 편광 무의존성 격자(polarization insensitive grating)인 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제1항에 있어서, 회전된 결합된 입력 빔을 반사시켜 반사된 회전된 결합된 입력 빔을 생성하도록 구성되는 제1 반사 요소를 더 포함하고, 반사된 회전된 결합된 입력 빔은 복수 개의 반사된 성분 입력 빔 각각의 반사를 포함하는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제3항에 있어서, 제2 반사 요소를 더 포함하고,
편광 빔 스플리터는 복수 개의 이차 성분 방출 빔을 제2 반사 요소로 지향시키도록 또한 구성되는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제5항에 있어서, 제2 반사 요소는 복수 개의 이차 성분 방출 빔의 반사를 제3 피드백 시스템 출력 빔의 복수 개의 성분으로서 편광 빔 스플리터로 지향시키도록 구성되고,
편광 빔 스플리터는 제3 피드백 시스템 출력 빔의 복수 개의 성분을 복수 개의 빔 이미터로 지향시키도록 또한 구성되는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제5항에 있어서, 제2 반사 요소는 복수 개의 이차 성분 방출 빔의 반사를 제3 피드백 시스템 출력 빔의 복수 개의 성분으로서 편광 빔 스플리터로 지향시키도록 구성되고,
편광 빔 스플리터는 제3 피드백 시스템 출력 빔의 복수 개의 성분을 결합된 출력 빔의 성분으로서 지향시키도록 구성되는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제1항에 있어서, 상기 각 분산 광학계는 파장 종속 각 분산 기능을 갖고,
각 분산 광학계는 파장 종속 각 분산 기능에 의해 결정된 파장 종속 각 스펙트럼을 복수 개의 일차 성분 방출 빔에 부여하도록 구성됨으로써 복수 개의 일차 성분 방출 빔을 결합된 입력 빔으로 결합시키도록 구성되는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제9항에 있어서,
상기 복수 개의 빔 이미터와 각 분산 광학계 사이의 광 경로에 배치되고 각 분산 광학계에 대한 입사각을 복수 개의 방출 빔 각각에 부여하도록 구성되는 제1 위치 대 각 변환 광학계
를 더 포함하는 외부 캐비티 레이저 장치.
제10항에 있어서,
상기 복수 개의 빔 이미터와 각 분산 광학계 사이에 배치되고 복수 개의 방출 빔 각각의 편광을 회전시키도록 구성되는 제2 편광 광학계
를 더 포함하는 외부 캐비티 레이저 장치.
제9항에 있어서,
결합된 입력 빔과 회전된 결합된 입력 빔 중 하나의 광 경로에 배치되고 파장 종속 각 스펙트럼의 일부에 대응하는 성분 빔만을 투과시키도록 구성되는 공간 필터링 조립체
를 더 포함하는 외부 캐비티 레이저 장치.
제12항에 있어서, 상기 공간 필터링 조립체는,
제2 위치 대 각 변환 광학계;
제3 위치 대 각 변환 광학계; 및
상기 제2 위치 대 각 변환 광학계와 제3 위치 대 각 변환 광학계 사이에 배치되는 애퍼쳐를 포함하는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수 개의 빔 이미터는 바(bar)로 배열되는 복수 개의 다이오드 빔 이미터와 어레이로 배열되는 복수 개의 다이오드 빔 이미터 중 하나인 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제13항에 있어서, 상기 어레이는 수직 스택으로 구성되는 복수 개의 다이오드 바, 수평 스택으로 구성되는 복수 개의 다이오드 바, 또는 다이오드 바들의 2차원 어레이 중 하나로부터 형성되는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 편광 광학계는 1/4 파장판인 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제11항에 있어서, 상기 제2 편광 광학계는 반파장판인 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
제1항에 있어서, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 방출 빔의 광출력의 약 20% 미만인 광출력을 갖는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.
복수 개의 이미터에 의해 집합적으로 방출되는 복수 개의 방출 빔의 파장을 안정화시키는 방법으로서, 복수 개의 방출 빔 각각은 일차 성분 방출 빔을 포함하고, 상기 방법은,
복수 개의 일차 성분 방출 빔을 집합적으로 포함하는 복수 개의 방출 빔을 복수 개의 이미터에 의해 방출하는 단계;
복수 개의 일차 성분 방출 빔의 광 경로에 배치되는 각 분산 광학계에 의해 복수 개의 일차 성분 방출 빔을 결합된 입력 빔으로 결합시키는 단계로서, 결합된 입력 빔은 복수 개의 성분 입력 빔을 포함하는 것인 단계;
제1 편광 광학계에 의해 결합된 입력 빔의 복수 개의 성분 빔을 회전시켜 회전된 결합된 입력 빔을 생성하는 단계로서, 회전된 결합된 입력 빔은 복수 개의 회전된 성분 입력 빔을 포함하는 것인 단계;
회전된 결합된 입력 빔의 복수 개의 회전된 성분 빔을 제1 편광 광학계에 의해 회전시켜 제1 선형 편광을 갖는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔 및 제2 선형 편광을 갖는 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 생성하는 단계로서, 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하고, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하는 것인 단계;
편광 빔 스플리터에 의해 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 결합된 출력 빔으로서 지향시키는 단계; 및
편광 빔 스플리터에 의해 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 제1 결합된 피드백 빔으로서 각 분산 광학계로 지향시키는 단계;
를 포함하는 파장 안정화 방법.
제19항에 있어서, 복수 개의 방출 빔 각각은 이차 성분 방출 빔을 포함하고, 방법은,
편광 빔 스플리터에 의해 복수 개의 이차 성분 방출 빔을 제2 반사 요소로 지향시키는 단계;
제2 반사 요소에 의해 복수 개의 이차 성분 방출 빔을 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔의 성분으로서 반사시키는 단계; 및
편광 빔 스플리터에 의해 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔의 성분을 제2 피드백 빔 또는 결합된 출력 빔의 성분으로서 지향시키는 단계
를 더 포함하는 파장 안정화 방법.
외부 캐비티 레이저 장치로서,
파장을 각각 갖고 일차 성분 방출 빔 및 이차 성분 방출 빔을 포함하는 복수 개의 방출 빔을 집합적으로 방출하는 복수 개의 빔 이미터;
복수 개의 방출 빔의 광 경로에 배치되고 복수 개의 방출 빔을 결합된 입력 빔으로 결합시키도록 구성되는 각 분산 광학계로서, 결합된 입력 빔은 일차 결합된 입력 빔과 이차 결합된 입력 빔을 포함하는 것인 각 분산 광학계;
일차 결합된 입력 빔의 광 경로에 배치되는 제1 편광 광학계로서,
일차 결합된 입력 빔을 회전시켜 회전된 일차 결합된 입력 빔을 생성하도록, 그리고
회전된 일차 결합된 입력 빔의 반사를 회전시켜 제1 선형 편광을 갖는 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔 및 제2 선형 편광을 갖는 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 생성하도록 구성되며, 제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제1 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하고, 제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔은 복수 개의 제2 피드백 시스템 출력 성분 빔을 포함하는 것인 제1 편광 광학계; 및
편광 빔 스플리터
를 포함하고, 상기 편광 빔 스플리터는,
일차 결합된 입력 빔을 제1 편광 광학계를 통해 제1 반사 요소로 지향시키도록,
제2 결합된 입력 빔을 제2 반사 요소로 지향시키도록 - 제2 반사 요소는 이차 결합된 입력 빔을 제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔으로서 반사시키도록 구성됨 -,
제1 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 결합된 출력 빔으로서 지향시키도록,
제2 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 제1 결합된 피드백 빔으로서 각 분산 광학계로 지향시키고 방출 빔의 파장을 안정화시키기 위해 다시 이미터로 지향시키도록, 그리고
제3 결합된 피드백 시스템 출력 빔을 제2 결합된 피드백 빔으로서 또는 결합된 출력 빔의 성분으로서 각 분사 광학계로 지향시키도록 구성되는 것인 외부 캐비티 레이저 장치.