KR20220029781A - 레이저 전달 어드레스 가능한 어레이를 위한 용례, 방법 및 시스템 - Google Patents

레이저 전달 어드레스 가능한 어레이를 위한 용례, 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

일군의 레이저 소스를 조합된 레이저 빔으로 조합하기 위한 어셈블리가 제공된다. 블루 레이저 다이오드의 어셈블리로부터 레이저 빔을 조합하는 블루 다이오드 레이저 어레이가 또한 제공된다. 레이저 다이오드 어레이 및 모듈로부터 조합된 블루 레이저 빔을 사용하는 레이저 처리 작동 및 용례가 제공된다.

Description

레이저 전달 어드레스 가능한 어레이를 위한 용례, 방법 및 시스템{APPLICATION, METHOD AND SYSTEMS FOR A LASER DELIVER ADDRESSABLE ARRAY}
본 출원은 2015년 7월 15일자로 출원된 미국 가 출원 일련번호 62/193,047 호의 이득을 35 U.S.C. §119(e)(1) 하에서 주장하며, 그의 전체 개시는 원용에 의해 본 출원에 포함된다.
본 발명은 레이저 빔을 조합하기 위한 어레이 어셈블리, 특히 제작, 제조, 엔터테인먼트, 그래픽, 이미징, 분석, 모니터링, 조립, 치과 및 의료 분야에서 시스템 및 용례에 사용하기 위한 고휘도 레이저 빔을 제공할 수 있는 어레이 어셈블리에 관한 것이다.
많은 레이저, 특히 레이저 다이오드와 같은 반도체 레이저는 휘도를 포함한, 매우 바람직한 파장 및 빔 품질을 갖는 레이저 빔을 제공한다. 이들 레이저는 가시 범위, UV 범위, IR 범위 및 이들의 조합의 파장뿐만 아니라, 더 높고 더 낮은 파장을 가질 수 있다. 반도체 레이저뿐만 아니라 다른 레이저 소스, 예를 들어, 섬유 레이저의 기술은 새로운 레이저 소스가 지속적으로 개발되고 기존 및 새로운 레이저 파장을 제공함에 따라 급속히 발전하고 있다. 바람직한 빔 품질을 갖지만, 많은 이들 레이저는 바람직한 것보다 더 낮은 레이저 출력을 가지거나 특정 용례에 필요하다. 따라서, 이들 저출력으로 인해 이들 레이저 소스는 더 큰 유용성과 상업적 용례를 찾지 못했다.
또한, 이들 유형의 레이저를 조합하기 위한 종래의 노력은 다른 이유들 중에서 몇 가지만 예를 들면, 빔 정렬의 어려움, 적용 중 빔 정렬 상태의 유지의 어려움, 빔 품질의 손실, 레이저 소스의 특별한 배치의 어려움, 크기 고려 사항, 및 출력 관리의 이유로 일반적으로 불충분했다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 용어 "블루(blue) 레이저 빔", "블루 레이저" 및 "블루"는 약 400 nm 내지 약 500nm의 파장을 갖는 레이저 빔 또는 광을 제공, 예를 들어 전파하는 레이저 빔, 레이저 소스, 예를 들어 레이저 및 다이오드 레이저를 제공하는 그들의 폭넓은 의미가 주어져야 하고 일반적으로 그러한 것을 제공하는 시스템을 지칭한다.
일반적으로, 본 명세서에 사용된 용어 "약"은 달리 특정되지 않는 한, 언급된 값을 얻는 것과 관련된 실험 오차 또는 계기 오차인 ±10 %의 편차 또는 범위, 바람직하게는 그 중에서 더 큰 값을 포함하는 의미이다.
본 발명의 이러한 배경 부분은 본 발명의 실시예와 관련될 수 있는 당업계의 다양한 양태를 소개하고자 하는 것이다. 따라서, 이 부분에서의 전술한 논의는 본 발명을 더 잘 이해하기 위한 토대를 제공하며, 종래 기술의 인정으로 간주되지 않는다.
다른 것들 중에서도, 휘도 및 출력과 같은 원하는 빔 품질을 유지 및 향상시키면서 다중 레이저 빔 소스를 단일 또는 다수의 레이저 빔으로 조합하는 어셈블리 및 시스템에 관한 오랫동안 충족되지 못한 요구가 있었다. 본 발명자는 다른 것들 중에서도, 본 명세서에 교시되고 개시된 제작 물품, 장치 및 공정을 제공함으로써 이들 요구를 해결한다.
따라서, 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템이 제공되며, 그 시스템은 복수의 레이저 다이오드 어셈블리; 레이저 빔 경로를 따라 개별적인 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 갖는 각각의 레이저 다이오드 어셈블리; 타겟 재료로 전달하기 위해 광섬유에 커플링될 수 있는 원거리 필드에 단일 스폿을 갖는 조합된 레이저 빔을 만들기 위해 개별적인 블루 레이저 빔을 공간적으로 조합하는 수단; 및 레이저 빔 경로 상에 그리고 각각의 레이저 다이오드와 광학적으로 관련되게 개별적인 블루 레이저 빔을 공간적으로 조합하는 수단을 가진다.
또한, 다음 특징들 중 하나 이상을 가지는 방법 및 시스템이 제공되며, 그 특징은 적어도 3 개의 레이저 다이오드 어셈블리를 가지며; 각각의 레이저 다이오드 어셈블리는 적어도 30 개의 레이저 다이오드를 포함하며; 레이저 다이오드 어셈블리는 적어도 약 30 와트의 전체 전력 및 20 ㎜ mrad 미만의 빔 파라미터 특성을 갖는 레이저 빔을 전파할 수 있으며; 빔 파라미터 특성은 15 ㎜ mrad 미만이며; 빔 파라미터 특성은 10 ㎜ mrad 미만이며; 공간적으로 조합하는 수단은 개별 레이저 빔의 휘도의 N배의 조합된 레이저 빔을 생성하며, N은 레이저 다이오드 어셈블리 내의 레이저 다이오드의 수이며; 공간적으로 조합하는 수단은 조합된 레이저 빔의 휘도를 보존하는 동안 레이저 빔의 출력을 증가시키며; 조합된 레이저 빔은 개별 레이저 빔의 적어도 50배 출력인 출력을 가지며 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 2배 이하이며; 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 1.5배 이하이며; 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 1배 이하이며; 공간적으로 조합하는 수단은 개별 레이저 빔의 휘도를 보존하면서 레이저 빔의 출력을 증가시키며; 조합된 레이저 빔은 개별 레이저 빔의 적어도 100배 출력인 출력을 가지며 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 2배 이하이며; 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 1.5배 이하이며; 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 1배 이하이며; 광섬유는 솔라리제이션 저항성(solarization resistant)이며; 공간적으로 조합하는 수단은 레이저 다이오드의 위치 오류 또는 지향 오류 중 적어도 하나를 보정하기 위해 평행한 정렬 평판 및 웨지로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어셈블리를 가지며; 공간적으로 조합하는 수단은 개별 레이저 빔보다 조합된 레이저 빔의 유효 휘도를 증가시킬 수 있는 편향 빔 조합기를 가지며; 레이저 빔 어셈블리는 각각의 경로들 사이의 공간에 대해 개별 레이저 빔 경로를 한정하여, 개별 레이저 빔이 각각의 빔 사이에 공간을 가지며, 공간적으로 조합하는 수단은 레이저 다이오드의 고속 축에 개별 레이저 빔을 조준하기 위한 조준기 및 조준된 레이저 빔을 조합하기 위한 주기적인 미러를 포함하며, 주기적인 미러는 레이저 다이오드 어셈블리 내의 제 1 다이오드로부터 제 1 레이저 빔을 반사시키고 레이저 다이오드 어셈블리 내의 제 2 다이오드로부터 제 2 레이저 빔을 전달하도록 구성되어, 고속 방향으로 개별 레이저 빔들 사이의 공간이 충전되며; 공간적으로 조합하는 수단은 유리 기판 상의 패턴화된 미러를 가지며; 유리 기판은 레이저 다이오드들 사이의 빈 공간을 충전하기 위해 레이저 다이오드로부터 레이저 빔의 수직 위치를 전환하는데 충분한 두께이며; 단차형 히트 싱크를 가진다.
또한, 고휘도, 고출력 레이저 빔을 제공하기 위한 레이저 시스템이 추가로 제공되며, 그 시스템은 복수의 레이저 다이오드 어셈블리, 초기 휘도를 갖는 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 갖는 각각의 레이저 다이오드 어셈블리, 및 최종 휘도를 갖는 조합된 레이저 빔을 만들기 위해 블루 레이저 빔을 공간적으로 조합하고 광섬유에 커플링될 수 있는 원거리 필드에 단일 스폿을 형성하는 수단을 가지며, 각각의 레이저 다이오드가 조합된 레이저 빔의 휘도를 실질적으로 증가시키도록 상이한 파장에 외부 공동에 의해 고정되어, 조합된 레이저 빔의 최종 휘도가 레이저 다이오드로부터의 레이저 빔의 초기 휘도와 대략 동일하다.
또한, 다음 특징들 중 하나 이상을 갖는 방법 및 시스템이 제공되며, 그 특징들은 각각의 레이저 다이오드가 격자에 기초한 외부 공동을 사용하여 단일 파장에 고정되며 각각의 레이저 다이오드 어셈블리가 좁게 이격된 광학 필터 및 격자로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 조합 수단을 사용하여 조합된 빔으로 조합되며; 라만 변환기는 고휘도 소스를 생성하기 위한 순수 융합 실리카 코어 및 블루 펌프 광을 함유하는 플루오르화 외부 코어를 가지는 광섬유이며; 라만 변환기는 고휘도 소스를 생성하기 위해 외부 코어를 갖춘 GeO2 도핑된 중심 코어 및 블루 펌프 광을 함유하는 중심 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되며; 라만 변환기는 고휘도 소스를 생성하기 위한 P2O2 도핑된 코어 및 블루 펌프 광을 함유하기 위해 중심 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유이며; 라만 변환기는 고휘도 소스를 생성하기 위한 등급화된 인덱스 코어 및 블루 펌프 광을 함유하기 위해 중심 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유이며; 라만 변환기는 등급화된 GeO2 도핑된 코어 및 외부 단차형 인덱스 코어이며; 라만 변환기는 등급화된 P2O2 도핑된 코어 및 외부 단차형 인덱스 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용되며; 라만 변환기는 등급화된 GeO2 도핑된 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용되며; 라만 변환기는 등급화된 인덱스 P2O2 도핑된 코어 및 외부 단차형 인덱스 코어이며; 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 다이아몬드이며; 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 KGW이며; 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 YVO4이며; 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 Ba(NO3)2이며; 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 고압 가스이다.
또한, 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템이 추가로 제공되며, 그 시스템은 복수의 레이저 다이오드 어셈블리, 레이저 빔 경로를 따라 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 가지는 각각의 레이저 다이오드 어셈블리, 및 라만 변환기에 광학적으로 커플링될 수 있는 원거리 필드에 단일 스폿을 갖는 조합된 레이버 빔을 만들고, 라만 변환기로 펌핑하고, 조합된 레이저 빔의 휘도를 증가시키도록 블루 레이저 빔을 공간적으로 조합하는 수단을 포함한다.
또한, 조합된 레이저 빔의 제조 방법이 제공되며, 그 방법은 오리지널 소스의 공간 휘도를 보존하면서 고출력 소스를 생성하기 위해 개별적인 상이한 파장에서 블루레이저 빔 및 조합된 레이저 빔을 발생하도록 라만 변환 레이저의 어레이를 작동시키는 단계를 가진다.
여전히 또한, 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템이 제공되며, 그 시스템은 복수의 레이저 다이오드 어셈블리, 레이저 빔 경로를 따라 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 가지는 각각의 레이저 다이오드 어셈블리, 조준된 레이저 빔이 제공될 수 있는, 레이저 빔 경로를 따르는 빔 조준 및 조합 광학기기, 및 조합된 레이저 빔을 수용하기 위한 광섬유를 가진다.
또한, 다음 특징들 중 하나 이상을 갖는 방법 및 시스템이 제공되며, 그 특징은 광학 필터가 희토류 도핑된 섬유와 광학적으로 연통하여, 조합된 레이저 빔이 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위해 희토류 도핑된 섬유를 펌핑할 수 있으며; 광섬유가 고휘도 변환기의 외부 코어와 광학적으로 연통하여, 조합된 레이저 빔은 더 높은 비율의 휘도 향상을 생성하기 위해 휘도 변환기의 외부 코어를 펌핑할 수 있다.
여전히 또한, 하나가 고휘도 중심 코어인 이중 코어; 및 필터, 섬유 브래그 격자, 차수 V인 1차 및 2차 라만 신호, 및 마이크론 벤드 손실 차로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 고휘도 중심 코어에서 2차 라만 신호를 억제하는 수단을 가지는 라만 섬유가 제공된다.
또한, 제 2 고조파 발생 시스템이 제공되며, 그 시스템은 제 1 파장의 절반 파장에서 광을 발생시키기 위한 제 1 파장의 라만 변환기, 및 절반 파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 방지하도록 구성되는 외부 공진 이중 결정체를 가진다.
또한, 다음 특징들 중 하나 이상을 갖는 방법 및 시스템이 제공되며, 그 특징들은 제 1 파장이 약 460 nm이며, 외부 공진 이중 결정체가 KTP이며, 라만 변환기가 라만 변환 효율을 개선하도록 구조화된 비-원형 외부 코어를 가진다.
또한, 제 3 고조파 발생 시스템이 제공되며, 그 시스템은 제 1 파장보다 더 낮은 제 2 파장에서 광을 발생시키기 위한 제 1 파장의 라만 변환기, 및 더 낮은 파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 방지하도록 구성되는 외부 공진 이중 결정체를 가진다.
또한, 제 4 고조파 발생 시스템이 제공되며, 그 시스템은 57.5 nm 파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 방지하도록 구성되는 외부 공진 이중 결정체를 사용하여 57.5 nm에서 광을 발생시키는 라만 변환기를 가진다.
또한, 제 2 고조파 발생 시스템이 제공되며, 그 시스템은 단파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 허용하지 않지만 외부 공진 이중 결정체를 사용하여 소스 레이저의 절반 파장 또는 236.5 nm에서 광을 발생시키기 위해 450 nm에서 블루 레이저 다이오드의 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발사하는 툴륨을 포함하는 희토류 도핑된 휘도 변환기를 가진다.
또한, 제 3 고조파 발생 시스템이 제공되며, 그 시스템은 단파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 허용하지 않지만 외부 공진 이중 결정체를 사용하여 118.25 nm에서 광을 발생시키기 위해 450 nm에서 블루 레이저 다이오드의 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발사하는 툴륨을 포함하는 희토류 도핑된 휘도 변환기를 가진다.
또한, 제 4 고조파 발생 시스템이 제공되며, 그 시스템은 단파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 허용하지 않지만 외부 공진 이중 결정체를 사용하여 59.1 nm에서 광을 발생시키기 위해 450 nm에서 블루 레이저 다이오드의 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발사하는 툴륨을 가지는 희토류 도핑된 휘도 변환기를 가진다.
여전히 또한, 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템이 제공되며, 그 시스템은 적어도 3 개의 레이저 다이오드 어셈블리; 각각 적어도 10 개의 레이저 다이오드를 가지는 적어도 레이저 다이오드 어셈블리로서, 각각의 적어도 10 개의 레이저 다이오드가 레이저 빔 경로를 따라 적어도 약 2 와트의 전력 및 8 mm-mrad 미만의 빔 파라미터 곱을 갖는 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는, 적어도 레이저 다이오드 어셈블리; 및 모두 적어도 30 개의 레이저 빔 경로에 위치되는 블루 레이저 빔의 휘도를 공간적으로 조합하고 보존하기 위한 수단으로서, 레이저 빔의 제 1 축을 위한 조준 광학기기, 레이저 빔의 제 2 축을 위한 수직 프리즘 어레이, 및 망원경을 포함하여, 레이저 에너지를 갖는 레이저 빔들 사이의 공간을 충전함으로써 적어도 약 600 와트의 전력 및 40 mm-mrad 미만의 빔 파라미터 곱을 조합 레이저 빔에 제공하는, 수단을 가진다.
여전히 또한, 어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템이 제공되며, 어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템은 본 발명에서 설명한 유형의 적어도 3 개의 레이저 시스템 및 제어 시스템을 가지며, 적어도 3 개의 레이저 시스템 각각은 단일 광섬유에 그들의 조합된 레이저 빔 각각을 커플링하도록 구성됨으로써 적어도 3 개의 조합된 레이저 빔 각각은 그의 커플링된 광섬유를 따라 전달될 수 있으며, 적어도 3 개의 광섬유는 레이저 헤드와 광학적으로 관련되어 있으며, 제어 시스템은 타겟 재료 상의 미리 결정된 위치에 조합된 레이저 빔 각각을 전달하기 위한 미리 결정된 순서를 갖는 프로그램을 가진다.
또한, 다음 특징들 중 하나 이상을 갖는 어드레스 가능한 어레이를 위한 방법 및 시스템이 제공되며, 그 특징들은 전달하기 위한 미리 결정된 순서가 레이저 헤드로부터의 레이저 빔을 개별적으로 켜고 끄는 것을 가짐으로써 분말을 갖는 타겟 재료를 용융하여 부품으로 융합하기 위해 분말 베드 상에 이미징화하며; 레이저 헤드 내의 섬유는 선형, 비-선형, 원형, 장사방형, 정사각형, 삼각형, 및 육각형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 배열로 구성되며; 레이저 헤드 내의 섬유는 2 × 5, 5× 2, 4 × 5, 적어도 5 × 적어도 5, 10 × 5, 5 × 10 및 3 × 4로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 배열로 구성되며; 타겟 재료는 분말 베드를 가지며, 분말 베드를 가로질러 레이저 헤드를 이송할 수 있음으로써 분말 베드를 용융 및 융합하는 x-y 모션 시스템, 및 융합 층 뒤에 새로운 분말 층을 제공하도록 레이저 소스 뒤에 위치되는 분말 전달 시스템을 가지며; 분말 베드의 표면 위로 레이저 헤드의 높이를 증가 및 감소시키도록 레이저 헤드를 이송할 수 있는 z-모션 시스템을 가지며; 양의 x 방향 또는 음의 x 방향으로 이동함에 따라 전달된 레이저 빔 바로 뒤에 분말을 배치할 수 있는 양방향 분말 배치 장치를 가지며; 복수의 레이저 빔 경로와 동축인 분말 공급 시스템을 가지며; 중력 공급 분말 시스템을 가지며; 분말이 불활성 가스 유동에 동반되는 분말 공급 시스템을 가지며; 분말이 레이저 빔 앞에 중력에 의해 배치되는, N(N≥1) 레이저 빔에 횡 방향인 분말 공급 시스템을 가지며; 분말이 레이저 빔과 교차하는 불활성 가스 유동에 동반되는, N(N≥1) 레이저 빔에 횡 방향인 분말 공급 시스템을 가진다.
여전히 또한, 고휘도를 갖는 조합된 블루 레이저 빔을 제공하기 위한 방법이 제공되며, 그 방법은 복수의 개별적인 블루 레이저 빔을 제공하도록 복수의 라만 변환 레이저를 작동시키는 단계, 및 오리지널 소스의 공간 휘도를 보존하면서 고출력 소스를 생성하도록 개별적인 블루 레이저 빔을 조합하는 단계를 가지며, 복수의 개별적인 레이저 빔은 상이한 파장을 가진다.
또한, 타겟 재료를 레이저 처리하는 방법이 제공되며, 그 방법은 3 개의 개별적인 광섬유에 조합된 개별적인 레이저 빔을 발생하기 위해 본 발명에서 설명되는 유형의 적어도 3 개의 레이저 시스템을 가지는 어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템을 작동하는 단계, 그의 광 섬유를 따라 레이저 헤드로 각각의 조합된 레이저 빔을 전달하는 단계, 및 타겟 재료 상의 미리 결정된 위치에 미리 결정된 순서로 레이저 헤드로부터의 조합된 3 개의 개별적인 레이저 빔을 지향시키는 단계를 가진다.
본 발명에 따르는 어레이 어셈블리는 레이저 빔을 조합하기 위한 어레이 어셈블리, 특히 제작, 제조, 엔터테인먼트, 그래픽, 이미징, 분석, 모니터링, 조립, 치과 및 의료 분야에서 시스템 및 용례에 사용하기 위한 고휘도 레이저 빔을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 레이저 성능을 도시하는 그래프이다.
도 2a는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 및 축 초점 렌즈의 개략도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 고속 및 저속 축 포커싱 이후의 레이저 다이오드 스폿의 실시예의 개략도이다.
도 2c는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 어셈블리의 실시예의 사시도이다.
도 2d는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 모듈의 실시예의 사시도이다.
도 2e는 본 발명에 따른 레이저 빔들 사이의 레이저 빔, 레이저 빔 경로 및 공간을 도시하는 도 2c의 실시예의 부분도이다.
도 2f는 도 2e의 레이저 빔들 사이의 레이저 빔, 레이저 빔 경로 및 공간의 횡단면도이다.
도 2g는 본 발명에 따른 레이저 빔, 레이저 빔 경로 및 광학계의 실시예의 사시도이다.
도 2h는 본 발명에 따른 패턴화된 미러 이후의 조합된 레이저 다이오드 빔의 도면이다.
도 2i는 본 발명에 따른 빔의 균등한 분할을 갖는 빔 폴더 이후의 레이저 다이오드 빔의 도면이다.
도 2j는 본 발명에 따른 3-2 칼럼 분할을 갖는 빔 폴더 이후의 레이저 다이오드 빔의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 출발 재료 또는 타겟 재료 상의 레이저 다이오드 어레이의 실시예의 스캐닝 실시예를 예시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 처리 파라미터를 제공하는 표이다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템 및 공정의 실시예의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템 및 공정의 실시예의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템 및 공정의 실시예의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 10은 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 11은 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 13은 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 14a는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 14b는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 14c는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 15a는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 15b는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 16a는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 16b는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 16c는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
도 16d는 본 발명에 따른 레이저 어레이 시스템의 실시예에 사용하기 위한 레이저 섬유 다발 배열의 실시예의 개략도이다.
일반적으로, 본 발명은 레이저 빔의 조합, 이들 조합을 만들기 위한 시스템 및 조합된 빔을 사용하는 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 여러 레이저 빔 소스로부터의 하나 이상의 조합된 레이저 빔으로 레이저 빔을 조합하기 위한 어레이, 어셈블리 및 장치에 관한 것이다. 이들 조합된 레이저 빔은 바람직하게, 개별 소스로부터의 레이저 빔에 관한 향상된, 다양한 양태와 특성을 보존한다.
본 발명의 어레이 어셈블리 및 이들이 제공하는 조합된 레이저 빔의 실시예는 광범위한 용례를 발견할 수 있다. 본 발명의 어레이 어셈블리의 실시예는 소형이고 내구성이 있다. 본 발명의 어레이 어셈블리는 몇 가지 예를 들면, 용접, 3-D 프린팅을 포함한 적층 제작, 적층 제작- 밀링 시스템, 예를 들어 적층 및 절삭 제작, 천문학, 기상학, 이미징, 엔터테인먼트를 포함한 프로젝션, 치과를 포함한 의료에서의 용례를 가진다.
본 명세서에서 블루 레이저 다이오드 어레이에 초점을 맞추고 있지만, 이 실시예는 본 발명에 의해 고려되는 어레이 어셈블리, 시스템, 공정 및 조합된 레이저 빔의 유형에 관한 단지 예시임을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 다양한 레이저 빔 소스, 예컨대 고체 레이저, 섬유 레이저, 반도체 레이저뿐만 아니라 다른 유형의 레이저 및 이들의 조합과 변형으로부터의 레이저 빔을 조합하기 위한 어레이 어셈블리를 포함한다. 본 발명의 실시예는 모든 파장, 예를 들어 약 380 nm 내지 800 nm(예를 들어, 가시광), 약 400 nm 내지 약 880 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 700 nm 내지 1 mm, 및 이들 다양한 범위 내의 특정 파장의 조합과 변형 전반에 걸친 레이저 빔의 조합을 포함한다. 본 발명의 어레이의 실시예는 또한, 마이크로파 간섭 성 방사선(예를 들어, 약 1 mm 초과의 파장)에서의 용례를 발견할 수 있다. 본 발명의 어레이의 실시예는 1 개, 2 개, 3 개, 수십 개 또는 수백 개의 레이저 소스로부터의 빔을 조합할 수 있다. 이들 레이저 빔은 수 밀리와트로부터 와트, 킬로와트까지 가질 수 있다.
본 발명의 실시예는 바람직하게 고휘도 레이저 소스를 생성하는 구성에 조합되는 블루 레이저 다이오드의 어레이로 이루어진다. 이 고휘도 레이저 소스는 재료를 직접적으로 처리, 즉 마킹, 절단, 용접, 납땜, 열처리, 어닐링하는데 사용될 수 있다. 처리될 재료, 예를 들어 출발 재료 또는 타겟 재료는 임의의 재료 또는 구성요소 또는 조성물을 포함할 수 있고, 몇 가지 예를 들면 TFT(박막 트랜지스터)와 같은 이에 한정되지 않는 반도체 구성요소; 3-D 프린팅 출발 재료; 금, 은, 백금, 알루미늄 및 구리를 포함하는 금속; 플라스틱; 티슈; 및 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 직접적인 처리는 몇 가지 예를 들면, 전자기기, 프로젝션 디스플레이 및 레이저 라이트 쇼로부터의 금의 제거를 포함할 수 있다.
본 발명의 고휘도 레이저 소스의 실시예는 또한, 라만(Raman) 레이저 또는 안티-스톡스 레이저(Anti-Stokes laser)를 펌핑하는데 사용될 수 있다. 라만 매질은 광섬유; 또는 다이아몬드, KGW(칼륨 가돌리늄 텅스테이트(potassium gadolinium tungstate), KGd(WO4)2), YVO4 및 Ba(NO3)2와 같은 결정체일 수 있다. 실시예에서, 고휘도 레이저 소스는 400 nm 내지 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 반도체 장치인 블루 레이저 다이오드 소스이다. 라만 매질은 휘도 변환기이고 블루 레이저 다이오드 소스의 휘도를 증가시킬 수 있다. 휘도 향상은 단일 모드, 회절 제한 소스, 즉 파장에 따라서 1 미만, 0.7 미만, 0.5 미만, 0.2 미만 및 0.13 미만 mm-mrad의 빔 파라미터 곱을 갖춘 약 1 및 1.5의 M2을 갖는 빔을 생성하는 모든 방법까지 확장할 수 있다.
실시예에서, "n" 또는 "N"(예를 들어, 2, 3, 4 등, 수십, 수백 또는 그 초과) 레이저 다이오드 소스는 몇 가지 레이저 작동 및 절차의 예를 들면, 재료의 마킹, 용융, 용접, 제거, 어닐링, 열처리, 절단, 및 이의 조합과 변형에 사용될 수 있는 어드레스 가능한 광 소스를 가능하게 하는 광섬유 다발로 구성될 수 있다.
블루 레이저 다이오드의 어레이는 광 어셈블리와 조합되어 고휘도 직접 다이오드 레이저 시스템을 생성할 수 있으며, 이는 고휘도 조합된 레이저 빔을 제공할 수 있다. 도 1은 200 와트에서 8 ㎜-mrad 내지 4000 와트에서 45 mm-mrad의 휘도 범위를 갖는 섬유 조합기 기술을 사용할 때 빔 파라미터 곱의 범위의 실시예에 대한 레이저 성능(빔 파라미터 곱 대 W(와트) 단위의 레이저 출력)에 관한 표(100)를 도시한다. 라인(101)은 레이저 다이오드 어레이의 실시예에 대한 성능을 나타낸다. 라인(102)은 고밀도 파장 빔 조합 어레이의 성능을 나타낸다. 라인(103)은 광섬유 조합기 기술을 사용하여 스케일링될 때 휘도 변환 기술의 성능을 나타낸다. 라인(104)은 휘도 변환기의 출력의 고밀도 파장 조합을 사용할 때 휘도 변환 기술의 성능을 나타낸다. 이는 출력 레벨이 스케일링됨에 따라 단일 공간 모드 또는 근(near) 단일 공간 모드를 조합된 빔이 유지하게 한다. 고밀도 파장 조합은 각각의 개별적인 휘도 변환 레이저의 파장을 제어하기 위한 격자를 사용하고, 그 다음에 빔을 단일 빔으로 조합하기 위한 격자를 사용한다. 격자는 규칙 격자, 홀로그래피 격자, 섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating; FBG) 또는 볼륨 브래그 격자(Volume Bragg Grating; VBG)일 수 있다. 바람직한 실시예는 격자를 사용하는 것이지만 프리즘을 사용하는 것도 또한 가능하다.
도 2a는 레이저 빔 경로를 따라 고속 축 조준 렌즈(FAC)(201)로 레이저 빔을 전파하는 레이저 다이오드(200)의 개략도이다. 1.1, 1.2, 1.5, 2 또는 심지어 4 mm의 원통형 비구면 렌즈는 고속 축 출력을 캡처하고 정확한 높이로 고속 축에 회절 제한된 빔을 생성하여 휘도를 보존하고 광학 체인을 더욱 내려 빔의 조합을 허용한다. 조준 렌즈(202)는 레이저 다이오드의 저속 축(더 작은 발산 각을 갖는 축, 전형적으로 x 축)을 조준하기 위한 것이다. 15, 16, 17, 18 또는 21 mm 초점 길이의 원통형 비구면 렌즈는 저속 축의 출력을 캡처하고 저속 축을 조준하여 레이저 소스의 휘도를 보존한다. 저속 축 조준기의 초점 길이는 타겟 섬유 직경으로 광학 시스템에 의한 레이저 빔렛(beamlet)의 최적 조합을 초래한다. 어레이의 바람직한 실시예에서, 저속 축 및 고속 축 조준 렌즈는 각각의 레이저 빔 경로를 따라 위치되고 개별적인 레이저 빔을 형상화하는데 사용된다.
도 2b는 고속 및 저축 초점 렌즈 모두를 통과하는 레이저 다이오드로부터의 레이저 빔에 의해 형성된 레이저 빔 스폿(203)의 개략도이다. 이 시뮬레이션은 소스의 전체 구멍에 걸친 소스의 최대 발산을 고려한다. 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 선형 및 이들과 다른 형상의 조합 및 변형과 같은 많은 상이한 형상의 레이저 빔 스폿이 생성될 수 있음이 이해된다. 예를 들어, 조합된 레이저 빔은 0.18의 NA에서, 100 mm 초점 길이 렌즈에 대해 100 ㎛의 스폿 크기로 포커싱된 블루 레이저 광을 갖는 스폿(203)을 생성한다.
도 2c 및 도 2d를 참조하면, 레이저 다이오드 서브 어셈블리(210)(예를 들어, 다이오드 모듈, 바, 플레이트, 다중-다이 패키지) 및 4 개의 레이저 다이오드 어셈블리(210, 210a, 210b, 210c)를 갖는 레이저 다이오드 모듈(220)의 실시예가 도시된다.
도 2e에는 그들 각각의 레이저 빔 경로(250, 251, 252)를 따른 몇몇 레이저 빔(250a, 251a, 252a)의 부분을 도시하는 상세도가 도시된다. 도 2f는 개방 공간 수평(260) 및 수직(261)(도면의 방향에 기초함)을 도시하는 도 2e의 레이저 빔의 횡단면도이다. 빔 조합 광학계는 최종 스폿(203)(도 2b)에서 개방 공간(예를 들어, 260, 261)을 제거하기 위해 함께 공간적으로 빔을 폐쇄한다.
레이저 다이오드 모듈(220)은 도 1의 곡선(101)의 성능을 갖는 조합된 레이저 빔, 바람직하게 조합된 블루 레이저 빔을 생성할 수 있다. 레이저 다이오드 어셈블리(210)는 다이오드(예를 들어, 213)에 전력을 공급하기 위해 진입하는 전력 리드(예를 들어, 와이어)(예를 들어, 212)를 가지는 열 전도성 재료, 예를 들어 구리인 베이스플레이트(211)를 가진다. 다중-다이 패키지의 이러한 실시예에서, 커버 플레이트 뒤에 5 × 4 구성으로 배열되는 20 개의 레이저 다이오드(예를 들어, 213)가 있다. 어셈블리 내에 n × n 개의 다이오드를 제공하기 위한 다른 구성, 예를 들어, 4 × 4, 4 × 6, 5 × 6, 10 × 20, 30 × 5 및 현재 개발 중인 것 등, 및 이들의 조합과 변형이 고려된다. 각각의 다이오드는 다중 열(예를 들어, 216)을 가로지르는 단일 저속 축 조준(SAC) 렌즈를 사용할 때 저속 축(예를 들어, 214)에서 빔의 위치를 병진 이동시키기 위한 평행 평판을 가질 수 있다. 평행 평판은 바람직한 실시예인 각각의 레이저 다이오드에 대해 개별적인 저속 축 렌즈를 사용할 때 필요하지 않다. 평행 평판은 조립 공정의 결과일 수 있는 각각의 개별적인 레이저 다이오드로부터 전파될 때 저속 축에서 레이저 빔 경로의 위치를 보정한다. 각각의 레이저 다이오드에 대해 개별적인 FAC/SAC 렌즈 쌍이 사용되면 평행 평판은 필요하지 않다. SAC 위치는 패키지의 임의의 조립 오류를 보완한다. 이러한 모든 접근법의 결과는 개별적인 FAC/평행 평판 이후에 개별 렌즈 쌍(FAC/SAC) 또는 공유 SAC 렌즈를 사용할 때 평행하게 되도록 빔렛을 정렬하여, 평행하고 이격된 레이저 빔(예를 들어, 251a, 252a, 250a) 및 빔 경로(예를 들어, 251, 252, 250)를 제공한다.
레이저 다이오드 서브 어셈블리(210, 210a, 210b, 210c) 각각으로부터의 합성 빔은 도 2g에 도시된 바와 같이, 4 개의 레이저 다이오드 서브 어셈블리로부터의 빔을 단일 빔으로 재지향 및 조합하는데 사용되는 패턴화된 미러(예를 들어, 225)로 전파된다. 조준 레이저 다이오드의 4 개 열은 합성 빔을 생성하는 다른 3 개 패키지의 4 개 열과 비월 주사(interlaced)된다. 도 2h는 레이저 서브 어셈블리(210)로부터의 빔(예를 들어, 230)의 위치를 도시한다. 구경 조리개(235)는 조합된 빔렛으로부터 원하지 않는 산란 광을 클립핑하며, 이는 섬유 입력 면의 열 부하를 감소시킨다. 편광 빔 폴딩 어셈블리(227)는 합성 레이저 다이오드 빔의 휘도를 2 배로 하기 위해 저속 축에서 빔을 절반으로 접는다(도 2i). 빔은 도 2i에 도시된 패턴을 초래하는 중심에서 중심 이미터를 분할함으로써 폴딩될 수 있으며, 여기서 빔(231)은 편광에 의해 저속 축 방향으로 2 개의 빔렛의 중첩이며, 빔(232)은 임의의 다른 이미터와 중첩되지 않는 분할 빔렛이다. 빔이 제 2 및 제 3 빔렛(도 2j) 사이에서 분할되면, 빔 폴더가 더 효율적이며 빔(예를 들어, 233)의 칼럼 중 두 개가 중첩되는 반면에, 빔의 제 3 칼럼(예를 들어, 234)은 단순히 직선으로 통과한다. 망원경 어셈블리(228)는 조합된 레이저 빔을 저속 축에서 팽창시키거나 고속 축을 압축하여 더 작은 렌즈의 사용을 가능하게 한다. 이러한 예(도 2g)에 도시된 망원경 어셈블리(228)는 2.6x 배만큼 빔을 팽창시켜, 그 크기를 11 mm로부터 28.6 mm로 증가시키면서 동일한 2.6x 배만큼 저속 축의 발산을 감소시킨다. 망원경 어셈블리가 고속 축을 압축하면, 고속 축을 22 mm 높이(전체 합성 빔)로부터 11 mm 높이로 단축하여 11 mm x 11 mm인 합성 빔을 제공하는 2x 망원경이 된다. 이는 더 낮은 비용 때문에 바람직한 실시예이다. 비구면 렌즈(229)는 합성 빔을 직경이 적어도 50, 100, 150 또는 200 ㎛인 광섬유(245)로 포커싱한다. 다중 레이저 다이오드 모듈(220)의 섬유 출력은 섬유 조합기와 조합되어 도 1(라인(101))에 따른 고출력 레벨 레이저를 생성한다. 레이저 다이오드 모듈은 비구면 렌즈(229) 및 섬유 조합기(240)가 비구면 렌즈 및 광섬유의 단부 내로 발사된 합성 빔으로 커플링되는 전단 미러 세트로 대체되는 광학 조합 방법을 사용하여 조합된다. 이러한 방식으로, 하나, 둘, 셋, 수십 및 수백 개의 레이저 다이오드 모듈이 광학적으로 관련될 수 있으며 그들의 레이저 빔이 조합될 수 있다. 이러한 방식으로, 조합된 레이저 빔 자체가 추가로 또는 부가적으로 조합되어 다중 조합 레이저 빔을 형성할 수 있다.
도 2c 및 도 2d의 실시예에서, 상기 구성은 예를 들어, 최대 200 와트의 레이저 빔 출력을 단일 50, 100, 150 또는 200 ㎛ 코어 광섬유를 발사하는 것을 가능하게 한다. 도 2c 및 도 2d의 이러한 실시예는 최대 4 개의 50 와트 개별 다이오드 어셈블리, 예를 들어 50 와트 모듈을 사용하는 예를 들어, 200 W 다이오드 어레이 어셈블리, 예를 들어 200 W 조합 모듈을 만들기 위한 전형적인 구성요소를 도시한다.
구성, 출력 및 조합되는 빔의 수가 실현 가능하다는 것이 이해된다. 도 2c 및 도 2d의 실시예는 전원으로부터 레이저 다이오드로의 전기 연결을 최소화한다.
따라서, 개별 모듈, 조합 모듈, 및 양자 모두는 단일의 조합 레이저 빔 또는 다중 조합 레이저 빔, 예를 들어 2, 3, 4, 수십, 수백 또는 그 초과의 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 이들 레이저 빔은 각각 단일 섬유로 발사될 수 있으며, 이들은 추가로 조합되어 더 적은 섬유로 발사될 수 있다. 따라서, 예시로서, 12 개의 조합 레이저 빔은 12 개의 섬유로 발사될 수 있거나, 12 개의 비임은 조합되어 12 개 미만의 섬유, 예를 들어 10, 8, 6, 4 또는 3 개의 섬유로 발사될 수 있다. 이 조합은 개별 광섬유 간의 출력 분배의 균형 또는 불균형을 일으키기 위해 상이한 출력 빔이 될 수 있거나 상이한 파장 또는 동일한 파장을 갖는 빔이 될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
실시예에서, 레이저 다이오드 어레이의 휘도는 상이한 파장에서 각각의 어레이를 작동시킨 다음 이들을 격자 또는 일련의 협대역 이색 필터와 조합시킴으로써 개선될 수 있다. 이 기술의 휘도 스케일링은 도 1에 근 직선 라인(102)으로서 도시된다. 출발 지점은 단일 모듈에 의해 달성될 수 있는 것과 동일한 휘도이며, 각각의 모듈이 선형 방식으로 이전 모듈과 공간적으로 중첩되기 때문에 섬유 지름은 변하지 않으나, 발사된 출력이 파장 빔 조합 모듈로부터 더 높은 휘도를 초래한다.
실시예에서, 블루 레이저 다이오드의 어레이는 휘도 변환기의 도움으로 근 단일 모드 또는 단일 모드 출력으로 변환될 수 있다. 휘도 변환기는 광섬유, 결정체 또는 가스일 수 있다. 변환 공정은 블루 레이저 다이오드의 어레이로부터의 출력을 공진기 공동에 의해 광섬유 또는 결정체 또는 가스로 발사함으로써 달성되는 유도 라만 산란(Stimulated Raman Scattering)을 통해 진행된다. 블루 레이저 다이오드 출력은 유도 라만 산란을 통해 이득으로 변환되며, 레이저 공진기는 스톡스 시프트(Stokes shift)에 의해 펌프 파장으로부터 오프셋된 제 1 스톡스 라만 라인에서 발진한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 실시예 및 그 전체 개시가 원용에 의해 본 명세서에 포함되는 WO 2014/179345에 기초한 미국 특허 출원 일련번호 14/787,393 호의 명세서에서의 관련 개시 참조. 이 기술의 성능 특성은 도 1의 라인(103)에 도시되며, 여기서 휘도는 다중 고휘도 레이저 빔을 조합하기 위해 섬유 조합기를 사용할 때 200 W 레이저에 대해 0.3 mm-mrad에서 그리고 4000 W 레이저에 대해 2 mm-mrad에서 시작한다.
블루 레이저 소스의 휘도는 휘도 변환 소스의 출력을 조합함으로써 더욱 증가될 수 있다. 이러한 유형의 실시예의 성능은 도 1의 라인(104)에 의해 도시된다. 여기서 휘도는 0.3 mm-mrad에서 출발 모듈에 의해 정의된다. 라만 라인의 이득 대역폭은 레이저 다이오드의 대역폭보다 실질적으로 더 넓으며, 따라서 더 많은 레이저가 레이저 다이오드 기술만 사용하는 것 이외에 파장을 통해 조합될 수 있다. 결과는 200 W 레이저와 동일한 휘도 또는 0.3 mm-mrad를 갖는 4 kW 레이저이다. 이는 도 1에 직선 라인(104)에 의해 표시되어 있다.
본 명세서에 설명되는 본 발명의 기술은 용접, 절단, 납땜, 열처리, 조형, 형상화, 성형, 접합, 어닐링 및 제거, 그리고 이들의 조합과 다양한 다른 재료 처리 작업의 범위에 이르기까지 광범위한 용례를 위한 레이저 시스템을 구성하는데 사용될 수 있다. 바람직한 레이저 소스가 비교적 고휘도이지만, 본 발명은 더 낮은 휘도 요건을 충족시키도록 시스템을 구성하는 능력을 제공한다. 또한, 이들 레이저 그룹은 긴 라인으로 조합될 수 있으며, 이는 예를 들어, 평판 디스플레이의 TFT와 같은 대면적 반도체 장치를 어닐링하는 것과 같이 대면적 타겟 재료에 레이저 작동을 수행하는데 사용될 수 있다.
레이저 다이오드, 레이저 다이오드 어레이, 파장 조합 레이저 다이오드 어레이, 휘도 변환 레이저 다이오드 어레이 및 파장 조합 레이저 다이오드 어레이의 출력은 개별적으로 어드레스 가능한 고유한 프린팅 기계를 생성하는데 사용될 수 있다. 각각의 모듈로부터의 레이저 출력이 플라스틱뿐만 아니라 금속 분말을 용융 및 융합하는데 충분하기 때문에, 이들 소스는 적층 제작 용례뿐만 아니라 적층-절삭 제작 용례에도 이상적이다(즉, 현재의 레이저 적층 제작 시스템은 CNC 기계 또는 기타 유형의 밀링 기계와 같은 기존의 제거 제작 기술뿐만 아니라 레이저 제거 또는 절제와 조합된다). 작은 스폿 크기, 정밀도 및 기타 요인을 제공하는 그들의 능력 때문에, 본 발명의 시스템 및 레이저 구성은 마이크로 및 나노 적층, 절삭 및 적층-절삭 제작 기술에서 용례를 또한 발견할 수 있다. 개별적으로 연결되는 레이저 어레이는 단일 스캔된 레이저 소스의 속도의 n 배로 물체를 생성하기 위해 분말 표면에 이미징될 수 있다. n-스폿 각각에 대해 더 높은 출력의 레이저를 사용함으로써 속도가 더욱 증가될수 있다. 휘도 변환 레이저를 사용할 때, n 개의 스폿에 대해 근 회절 한계 스폿이 얻어질 수 있으므로 블루 고휘도 레이저 소스에 의해 형성된 개별 스폿의 서브-마이크론 특성으로 인해 고해상도 부품을 생성하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 구성 및 시스템의 이러한 더 작은 스폿 크기는 종래 기술의 3D 프린팅 기술과 비교하여 프린팅 속도 및 프린팅 공정의 해상도에서 상당한 개선을 제공한다. 휴대용 분말 공급 장치와 조합될 때, 본 발명의 시스템의 실시예는 종래 기술의 적층 제작 기계의 프린트 속도의 100 배를 초과하는 속도로 층 이후의 층을 연속적으로 프린트할 수 있다. 위치 설정 장치가 레이저 융합 스폿(예를 들어, 도 5, 분말 장치(508), 분말 장치(508b)) 바로 뒤의 양 또는 음의 방향으로 이동함에 따라 시스템이 분말을 적층하게 함으로써, 시스템은 다음 층에 요구되는 분말을 도포하거나 레벨링하기 위해 멈출 필요없이 연속적으로 프린트할 수 있다.
도 3을 참조하면, 두 열의 엇갈린 스폿(예를 들어, 303a 및 303b)을 갖는 레이저 시스템을 갖는 레이저 공정의 개략도가 도시된다. 레이저 스폿(예를 들어, 303a, 303b)은 타겟 재료를 가로질러 화살표(301)의 방향으로 이동, 예를 들어 스캔된다. 타겟 재료는 출력 형태(302)로 존재할 수 있고, 이어서 레이저 스폿(304)에 의해 용융된 다음 일반적으로 전이 라인(305)을 따라 고화되어 융합된 재료(306)로서 형성된다. 빔의 출력, 빔의 점화 시간, 이동 속도 및 이들의 조합은 미리 결정된 방식으로 변화되어 용융 전이 라인(305)의 미리 결정된 형상을 초래할 수 있다. 빔이 엇갈릴 수 있는 거리는 섬유 및 그들의 광학 구성요소를 유지하는데 요구되는 고정 장치에 의한 필요에 따라 0, 0.1, 0.5, 1, 2 mm 간격일 수 있다. 엇갈림은 또한, 설정된 엇갈림 스텝-크기 또는 가변 스텝-크기에서 단조롭게 증가 또는 감소하는 위치일 수 있다. 정확한 속도 장점은 제작될 부품의 타겟 재료 및 구성에 따라 달라질 것이다.
도 4는 시스템에 추가되는 각각의 추가 빔에 따라 속도가 증가하는 20 개의 빔 시스템에 대해 도 5 내지 도 7에 도시된 것과 같은 레이저 시스템 및 구성의 실시예에 대해 달성될 수 있는 성능을 요약한다.
도 5를 참조하면, 어드레스 가능한 레이저 전달 구성을 갖는 레이저 시스템의 실시예의 개략도가 제공된다. 시스템은 어드레스 가능한 레이저 다이오드 시스템(501)을 가진다. 시스템(501)은 복수의 섬유(502a, 502b, 502c)에 독립적으로 어드레스 가능한 레이저 빔을 제공한다(더 많고 더 적은 수의 섬유 및 레이저 빔이 고려된다). 섬유(502a, 502b, 502c)는 보호 튜브(503) 또는 커버에 함유된 섬유 다발(504)로 조합된다. 섬유 다발(504) 내의 섬유(502a, 502b, 502c)는 함께 융합되어 빔 경로를 따라 레이저 빔을 포커싱하여 타겟 재료(507)로 지향시키는 광학 어셈블리(506)를 포함하는 프린트 헤드(505)를 형성한다. 프린트 헤드 및 분말 호퍼는 510에 따르는 양의 방향인 프린트 헤드의 이동과 함께 이동한다. 추가 재료(509)는 프린트 헤드 또는 호퍼의 각각의 패스와 함께 융합 재료(507)의 상부에 배치될 수 있다. 프린트 헤드는 양방향이고 프린트 헤드가 이동함에 따라 양방향으로 재료를 융합하며, 따라서 분말 호퍼가 인쇄 헤드 뒤에서 작동하여 레이저 프린팅 헤드의 다음 패스에 융합될 적층 재료를 제공한다.
"어드레스 가능한 어레이"란 다음 중 하나 이상, 즉 출력; 점화 기간; 점화 순서; 점화 위치; 빔 출력; 빔 스폿의 형상뿐만 아니라, 초점 길이, 예를 들어 z-방향으로의 침투 깊이가 독립적으로 변화되거나, 제어되고 미리 결정될 수 있거나 각각의 섬유 내의 각각의 레이저 빔이 타겟 재료로부터 매우 정밀한 최종 제품(예를 들어, 빌드 재료를 생성할 수 있는 정밀하고 미리 결정된 전달 패턴을 제공하는 것을 의미한다. 어드레스 가능한 어레이의 실시예는 또한 어닐링, 절제 및 용융과 같은 다양하고, 미리 결정되고 정밀한 레이저 작동을 수행하기 위해 개별 빔 및 이들 빔에 의해 생성되는 레이저 스톱을 위한 능력을 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 어드레스 가능한 레이저 전달 구성을 갖는 레이저 시스템의 실시예의 개략도가 제공된다. 레이저 시스템은 레이저 다이오드 어레이 시스템, 휘도 변환 시스템 또는 고 출력 섬유 레이저 시스템일 수 있다. 그 시스템은 어드레스 가능한 레이저 시스템(601)을 가진다. 시스템(601)은 복수의 섬유(602a, 602b, 602c)에 독립적으로 어드레스 가능한 레이저 빔을 제공한다(더 많고 더 적은 수의 섬유 및 레이저 빔이 고려된다). 섬유(602a, 602b, 602c)는 보호 튜브(603) 또는 커버 내에 함유되는 섬유 다발(604) 내로 조합된다. 섬유 다발(604) 내의 섬유(602a, 602b, 602c)는 서로 융합되어 빔 경로를 따라 레이저 빔을 초점 맞춰서 타겟 재료(607)로 지향시키는 광학 어셈블리(606)를 포함하는 프린팅 헤드(605)를 형성한다. 타겟 재료(607)는 어닐링되어 어닐링된 재료(609)를 형성한다. 레이저 헤드의 이동 방향은 화살표(610)에 의해 도시된다.
도 7을 참조하면, 어드레스 가능한 레이저 전달 구성을 갖는 레이저 시스템의 실시예의 개략도가 제공된다. 그 시스템은 어드레스 가능한 레이저 다이오드 시스템(701)을 가진다. 그 시스템(701)은 복수의 섬유(702a, 702b, 702c)에 독립적으로 어드레스 가능한 레이저 빔을 제공한다(더 많고 더 적은 수의 섬유 및 레이저 빔이 고려된다). 섬유(702a, 702b, 702c)는 보호 튜브(703) 또는 커버 내에 함유되는 섬유 다발(704)로 조합된다. 섬유 다발(704) 내의 섬유(702a, 702b, 702c)는 함께 융합되어 인쇄 헤드 분말 분배 헤드(720)를 형성한다. 분말 분배 헤드(720)는 레이저 빔에 동축으로 또는 레이저 빔에 횡 방향으로 전달되는 분말을 가질 수 있다. 분말 분배 헤드(720)는 타겟 재료(707)에 그리고 그의 상부에 융합되는 추가 재료 층(709)을 제공한다. 레이저 헤드의 이동 방향은 화살표(710)로 도시된다.
도 8은 서로 융합되고 도 5 내지 도 7에 도시된 시스템과 같은 시스템의 레이저 헤드에 사용되는 섬유(예를 들어, 801)의 다발(800)의 구성을 도시한다. 그 구성은 섬유 배열과 유사하게 구성되는 레이저 스폿을 전달할 것이다. 이 실시예에서, 단일 선형 열에 5 개의 섬유, 즉 1 x 5 선형 구성이 있다. 섬유의 1 x n 선형 열은 최종 레이저 프린트 헤드이며. 여기서 n은 프린트될 제품의 물리적 범위에 따라 다르다.
도 9는 서로 융합되고 도 5 내지 도 8에 도시된 시스템과 같은 시스템의 레이저 헤드에 사용되는 섬유(예를 들어, 901) 다발(900)의 구성을 도시한다. 그 구성은 엇갈리게 배열되고 장사방형(rhomboid) 배열로 배열되는 섬유의 2 개의 선형 열(902, 903)을 가진다. 섬유는 섬유 배열과 유사하게 구성된 레이저 스폿을 전달할 것이다. 이 실시예에서, 각각의 선형 열에 5 개의 섬유로 이루어진 2 개의 열, 즉 2 × 5 선형 구성이 있다.
도 10은 서로 융합되고 도 5 내지 도 8에 도시된 시스템과 같은 시스템의 레이저 헤드에 사용되는 섬유(예를 들어, 1001) 다발(1000)의 구성을 도시한다. 이 구성은 엇갈리게 배열되고 장사방형 배열로 배열되는 섬유의 3 개의 선형 열(1002, 1003, 1004)을 가진다. 섬유는 섬유 배열과 유사하게 구성된 레이저 스폿을 전달할 것이다. 이 실시예에서, 각각의 선형 열에 5 개의 섬유로 이루어진 3 개의 열, 즉 3 × 5 선형 구성이 있다.
도 11은 서로 융합되고 도 5 내지 도 8에 도시된 시스템과 같은 시스템의 레이저 헤드에 사용되는 섬유(예를 들어, 1101) 다발(1100)의 구성을 도시한다. 이 구성은 엇갈리게 배열되고 삼각형 배열로 배열되는 섬유의 3 개의 선형 열(1102, 1103, 1104)을 가진다. 섬유는 섬유 배열과 유사하게 구성된 레이저 스폿을 전달할 것이다. 이 실시예에서, 각각의 선형 열에 5 개의 섬유로 이루어진 3 개의 열, 즉 3 × 5 선형 구성이 있다.
도 12는 서로 융합되고 도 5 내지 도 8에 도시된 시스템과 같은 시스템의 레이저 헤드에 사용되는 섬유(예를 들어, 1201) 다발(1200)의 구성을 도시한다. 이 구성은 엇갈리지 않게 배열되고 정사각형 배열로 배열되는 섬유의 4 개의 선형 열(1202, 1203, 1204, 1205)을 가진다. 섬유는 섬유 배열과 유사하게 구성된 레이저 스폿을 전달할 것이다. 이 실시예에서, 각각의 선형 열에 4 개의 섬유로 이루어진 4 개의 열, 즉 4 × 4 선형 구성이 있다.
도 13은 서로 융합되고 도 5 내지 도 8에 도시된 시스템과 같은 시스템의 레이저 헤드에 사용되는 섬유(예를 들어, 1301) 다발(1300)의 구성을 도시한다. 이 구성은 5 개의 선형 열(예를 들어, 1302)을 가진다. 섬유는 엇갈리게 배열되지 않고 정사각형 배열로 배열된다. 섬유는 섬유 배열과 유사하게 구성된 레이저 스폿을 전달할 것이다. 이 실시예에서, 각각의 선형 열에 4 개의 섬유로 이루어진 5 개의 열, 즉 5 × 5 선형 구성이 있다.
도 14a는 원형 구성으로 배열되는 5 개(n = 5)의 섬유(예를 들어, 1401)의 다발(1401)의 구성을 도시한다.
도 14b는 원형의 중심에 위치되는 섬유(1402b)를 갖는 원형 구성으로 배열되는 9 개(n = 9)의 섬유(예를 들어, 1402a)의 다발(1402)의 구성을 도시한다. 중심 섬유(1402b)는 매체 또는 홀딩 장치에 의해 제자리에 유지되거나 또는 서로 융합될 것이다.
도 14c는 내부 원의 섬유(1405) 및 중심 섬유(1403b)를 갖는 19 개(n = 19)의 섬유(예를 들어, 1403a)의 다발(1403)의 구성을 도시한다.
도 15a는 삼각형 간격을 갖는 육각형 배열을 가지는 7 개(n = 7)의 섬유(예를 들어, 1501a)의 다발(1501)을 도시한다.
도 15b는 삼각형 간격을 갖는 육각형 배열을 가지는 19 개(n = 19)의 섬유(예를 들어, 1502a)의 다발(1502)을 도시한다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 임의의 기하학적 배열로 배열되는 섬유 다발의 구성을 도시한다. 이들 구성은 구성에서 다양한 레벨의 섬유 밀도를 제공한다. 도 16a는 사분원 구성으로 섬유(예를 들어, 1601a)의 n = 16 다발(1601)이다. 도 16b는 정사각형 구성으로 섬유(예를 들어 1602b)의 n = 8 다발(1602)이다. 도 16c는 삼각형 구성으로 섬유(예를 들어, 1604a)의 n = 6 다발(1604)이다. 도 16d는 반원형 구성으로 섬유(예를 들어, 1603a)의 n = 9 다발(1603)이다.
다음 예는 본 발명의 레이저 어레이, 시스템, 장치 및 방법의 다양한 실시 예를 예시하기 위해 제공된다. 이들 예는 예시의 목적을 위한 것이고 본 발명의 범주로서 간주되어서는 안되고, 본 발명의 범주를 달리 제한하지도 않는다.
예 1
피가공재로 전달하기 위해 솔라리제이션 저항성 광섬유(Solarization resistant optical fiber)에 커플링될 수 있는, 원거리 필드에서 단일 스폿을 만들기 위해 공간적으로 조합되는 블루 레이저 다이오드의 어레이.
예 2
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 레이저 빔의 유효 휘도를 증가시키도록 조합되는 편광 빔이다.
예 3
제 1 레이저 다이오드(들)를 반사하고 제 1 어레이의 고속 방향으로 레이저 다이오드들 사이의 공간을 충전하도록 제 2 레이저 다이오드(들)를 전달하는, 주기적인 플레이트와 후에 조합되는 레이저 다이오드의 고속 축에서 각각의 조준된 빔들 사이에 공간을 갖는 블루 레이저 다이오드의 어레이.
예 4
예 3의 공간 충전을 달성하는데 사용되는, 유리 기판 상의 패턴화된 미러.
예 5
예 3의 공간 충전을 달성하기 위해 유리 기판의 한 측면 상의 패턴화된 미러로서, 유리 기판은 개별 레이저 다이오드들 사이의 빈 공간을 충전하기 위해 각각의 레이저 다이오드의 수직 위치를 전환시키는데 충분한 두께이다.
예 6
예 3의 공간 충전을 달성하고 예 4에서 설명된 바와 같은 패턴화된 미러인 단차형 히트 싱크.
예 7
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 각각의 개별 레이저는 외부 공동에 의해 상이한 파장으로 고정되어 어레이의 휘도를 단일 레이저 다이오드 소스의 동등한 휘도로 실질적으로 증가시킨다.
예 8
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 레이저 다이오드의 개별 어레이는 격자에 기초한 외부 공동을 사용하여 단일 파장에 고정되고 각각의 레이저 다이오드 어레이는 좁게 이격된 광학 필터 또는 격자를 사용하여 단일 빔으로 조합된다.
예 9
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 고휘도 소스를 생성하기 위한 순수한 융합 실리카 코어 및 블루 펌프 광을 함유하기 위한 플루오르화 외부 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 10
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 고휘도 소스를 생성하기 위해 외부 코어에 대해 GeO2 도핑된 중심 코어 및 블루 펌프 광을 함유하기 위해 중심 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 11
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 고휘도 소스를 생성하기 위해 P2O5 도핑된 중심 코어 및 블루 펌프 광을 함유하기 위해 중심 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 12
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 고휘도 소스를 생성하기 위한 등급화된 색인 코어 및 블루 펌프 광을 함유하기 위해 중심 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 13
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 등급화된 색인 GeO2 도핑된 코어 및 외부 단차형 색인 코어인 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 14
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 등급화된 색인 P2O5 도핑된 코어 및 외부 단차형 색인 코어인 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 15
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 등급화된 색인 GeO2 도핑된 코어인 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 16
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 등급화된 색인 P2O5 도핑된 코어 및 외부 단차형 색인 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용된다.
예 17
예 1의 실시예의 다른 실시예 및 변형예가 고려될 수 있다. 예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이는 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위해 다이아몬드와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다. 예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이는 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위해 KGW와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다. 예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이는 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위해 YVO4와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다. 예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이는 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위해 Ba(NO3)2와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다. 예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이는 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위한 고압 가스인 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다. 예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이는 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위해 희토류 도핑된 결정체를 펌핑하는데 사용된다. 예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이는 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위해 희토류 도핑된 섬유를 펌핑하는데 사용된다. 예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이는 더 높은 비율의 휘도 향상을 생성하기 위해 휘도 변환기의 외부 코어를 펌핑하는데 사용된다.
예 18
개별 파장에서 작동되고 오리지널 소스의 공간 휘도를 보존하면서 고 출력 소스를 생성하도록 조합되는 라만 변환 레이저의 어레이.
예 19
듀얼 코어; 및 필터, 섬유 브래그 격자, V 차수의 1 차 및 2 차 라만 신호, 또는 마이크로 벤드 손실 차이를 사용하여 고휘도 중심 코어에서 2 차 라만 신호를 억제하기 위한 수단을 갖는 라만 섬유.
예 20
개별적으로 켜지고 꺼질 수 있고 분말 베드 상에 이미징되어 분말을 용융시키고 고유 부품으로 융합시킬 수 있는 N(N≥ 1) 개의 레이저 다이오드.
예 21
예 1의 N(N≥ 1) 개의 레이저 다이오드 어레이로서, 그의 출력은 섬유 커플링될 수 있으며 각각의 섬유는 분말에 이미징되거나 포커싱되어 분말을 용융시켜 고유한 층별 형상으로 융합시킬 수 있는 고출력 레이저 빔의 어드레스 가능한 어레이를 생성하도록 선형 또는 비-선형 방식으로 배열될 수 있다.
예 22
라만 변환기를 통해 조합되는 하나 이상의 레이저 다이오드 어레이로서, 그의 출력은 섬유 커플링될 수 있으며 각각의 섬유는 분말에 이미징되거나 포커싱되어 분말을 용융시켜 고유한 층별 형상으로 융합시킬 수 있도록 N(N≥ 1) 개의 고출력 레이저 빔의 어드레스 가능한 어레이를 생성하도록 선형 또는 비-선형 방식으로 배열될 수 있다.
예 23
분말 베드를 용융 및 융합하면서 분말 베드를 가로질러 N(N≥ 1) 개의 블루 레이저 소스를 이송할 수 있는 x-y 모션 시스템으로서, 분말 전달 시스템이 융합 층 뒤에 새로운 분말 층을 제공하기 위해 레이저 소스 뒤에 위치된다.
예 24
새로운 분말 층이 배치된 이후에 예 20의 부품/분말 베드의 높이를 증가/감소시킬 수 있는 z-모션 시스템.
예 25
z-모션 시스템은 분말 층이 레이저 소스에 의해 융합된 이후에 예 20의 부품/분말 베드의 높이를 증가/감소시킬 수 있다.
예 26
예 20에 대한 양방향 분말 배치 성능은 분말이 양의 x 방향 또는 음의 x 방향으로 이동함에 따라 레이저 스폿(들)의 바로 뒤에 배치된다.
예 27
예 20에 대한 양방향 분말 배치 성능은 분말이 양의 y 방향 또는 음의 y 방향으로 이동함에 따라 레이저 스폿(들)의 바로 뒤에 배치된다.
예 28
N(N≥ 1) 개의 레이저 빔과 동축인 분말 공급 시스템.
예 29
분말이 중력에 의해 공급되는 분말 공급 시스템.
예 30
분말이 불활성 가스 유동에 동반되는 분말 공급 시스템.
예 31
N(N≥ 1) 개의 레이저 빔에 횡 방향인 분말 공급 시스템으로서, 분말이 레이저 빔의 바로 앞에 중력에 의해 배치된다.
예 32
N(N≥ 1) 개의 레이저 빔에 횡 방향인 분말 공급 시스템으로서, 분말이 레이저 빔과 교차하는 불활성 가스에 동반된다.
예 33
KTP와 같은 외부에서 공진하는 결정체로 이루어지는 소스 레이저의 파장의 절반에서 또는 230 nm에서 광을 발생시키지만 단파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않기 위해 예를 들어 460 nm에서 라만 변환기의 출력을 사용하는 제 2 고조파 발생 시스템.
예 34
외부에서 공진하는 이중 결정체를 사용하여 115 nm에서 광을 발생시키지만 단파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않기 위해 예를 들어 460 nm에서 라만 변환기의 출력을 사용하는 제 3 고조파 발생 시스템.
예 35
외부에서 공진하는 이중 결정체를 사용하여 57.5 nm에서 광을 발생시키지만 단파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않기 위해 예를 들어 460 nm에서 라만 변환기의 출력을 사용하는 제 4 고조파 발생 시스템.
예 36
외부에서 공진하는 이중 결정체를 사용하여 소스 레이저의 파장의 절반에서 또는 236.5 nm에서 광을 발생시키지만 단파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않기 위해 450 nm에서 블루 레이저 다이오드의 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발사하는 툴륨과 같은 희토류 도핑된 휘도 변환기의 출력을 사용하는 제 2 고조파 발생 시스템.
예 37
외부에서 공진하는 이중 결정체를 사용하여 118.25 nm에서 광을 발생시키지만 단파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않기 위해 450 nm에서 블루 레이저 다이오드의 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발사하는 툴륨과 같은 희토류 도핑된 휘도 변환기의 출력을 사용하는 제 3 고조파 발생 시스템.
예 38
외부에서 공진하는 이중 결정체를 사용하여 59.1 nm에서 광을 발생시키지만 단파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않기 위해 450 nm에서 블루 레이저 다이오드의 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발사하는 툴륨과 같은 희토류 도핑된 휘도 변환기의 출력을 사용하는 제 4 고조파 발생 시스템.
예 39
가시광 또는 근-가시광 출력을 발생시키기 위해 고출력 450nm 소스에 의해 펌핑될 수 있는 모든 다른 희토류 도핑된 섬유 및 결정체는 예 34 내지 예 38에 사용될 수 있다.
예 40
라만 또는 희토류 도핑된 코어 섬유의 내부 코어를 펌핑하기 위해 비-원형 외부 코어 또는 클래드로 고출력 가시광의 발사.
예 41
펌프의 편광을 라만 발진기의 편광과 정렬시킴으로써 라만 섬유의 이득을 향상시키기 위한 편광 유지 섬유의 용도.
예 42
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 특정 편광의 더 높은 휘도 소스를 생성하도록 구조화된 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 43
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 특정 편광의 더 높은 휘도 소스를 생성하고 펌핑 소스의 편광 상태를 유지하도록 구조화된 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 44
예 1에서 설명된 바와 같은 블루 레이저 다이오드의 어레이로서, 이는 라만 변화 효율을 개선하도록 구조화된 비-원형 외부 코어에 의해 더 높은 휘도 소스를 생성하기 위한 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용된다.
예 45
예 1 내지 예 44의 실시예는 또한, 하나 이상의 다음의 구성 요소 또는 어셈블리인, 레이저가 분말 베드 위로 스캐닝되기 이전에 각각의 패스의 끝에서 분말을 평탄화하는 장치; 고출력 빔을 생성하기 위해 섬유 조합기를 통해 다중 저출력 레이저 모듈을 조합함으로써 레이저의 출력을 스케일링하는 장치; 고출력 빔을 생성하기 위해 자유 공간을 통해 다중 저출력 레이저 모듈을 조합함으로써 블루 레이저 모듈의 출력 전력을 스케일링하는 장치; 임베디드 냉각(imbedded cooling)을 사용하여 단일 베이스플레이트에 다중 레이저 모듈을 조합하는 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예의 요지 또는 그와 관련된 신규하고 획기적인 성능 또는 다른 유익한 특징 및 특성의 토대가 되는 이론을 제공하거나 다룰 필요는 없다는 것을 주목해야 한다. 그럼에도 불구하고, 이 중요한 영역, 특히 레이저, 레이저 처리 및 레이저 용례의 중요한 영역에서 기술을 추가로 발전시키기 위해 다양한 이론이 본 명세서에 제공된다. 이들 이론은 본 명세서에 제시되고, 달리 명시되지 않는 한 청구된 발명이 제공하는 보호의 범위를 결코 한정하거나, 제한하거나 좁히지 않는다. 이들 이론은 발명을 이용하기 위해 요구되거나 실행되지 않을 수 있다. 본 발명은 본 발명의 방법, 물품, 재료, 장치 및 시스템의 실시예의 작동, 기능 및 특징을 설명하기 위한 새롭고 지금까지 공지되지 않은 이론을 유도할 수 있으며, 그러한 최근에 개발된 이론은 본 발명이 제공하는 보호의 범위를 한정하지 않는다는 것이 추가로 이해된다.
본 명세서에 기재된 레이저, 다이오드, 어레이, 모듈, 어셈블리, 행위 및 작동의 다양한 실시예는 위에서 확인된 분야 및 다양한 다른 분야에서 사용될 수 있다. 또한, 이들 실시예는 예를 들어, 기존의 레이저, 적층 제작 시스템, 작동 및 행위뿐만 아니라 다른 기존의 장비; 미래의 레이저, 적층 제작 시스템, 작동 및 행위; 및 본 명세서의 교시에 기초하여 부분적으로 수정될 수 있는 그러한 물품과 함께 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예는 상이하고 다양한 조합으로 서로 함께 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 본 명세서의 다양한 실시예에 제공된 구성이 서로 함께 사용될 수 있으며, 본 발명이 제공하는 보호 범주는 특정 실시예, 예 또는 특정 도면의 실시예에 기재되는 특정 실시예, 구성 또는 배열에 한정되지 않아야 한다.
본 발명은 본 발명의 사상 또는 본질적인 특성으로부터 벗어남이 없이 본 발명에 구체적으로 개시된 것 이외의 다른 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시예는 모든 점에서 단지 예시적이고 비제한적인 것으로 고려될 것이다.

Claims (62)

  1. 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템으로서,
    a. 복수의 레이저 다이오드 어셈블리;
    b. 레이저 빔 경로를 따라 개별적인 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 갖는 각각의 레이저 다이오드 어셈블리;
    c. 타겟 재료에 전달하기 위해 광섬유에 커플링될 수 있는 원거리 필드에 단일 스폿을 갖는 조합된 레이저 빔을 만들기 위해 개별적인 블루 레이저 빔을 공간적으로 조합하는 수단; 및
    d. 레이저 빔 경로 상에 그리고 각각의 레이저 다이오드와 광학적으로 관련되게 개별적인 블루 레이저 빔을 공간적으로 조합하는 수단을 포함하는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 3 개의 레이저 다이오드 어셈블리를 포함하며; 각각의 레이저 다이오드 어셈블리는 적어도 30 개의 레이저 다이오드를 포함하며; 레이저 다이오드 어셈블리는 적어도 약 30 와트의 전체 전력 및 20 ㎜ mrad 미만의 빔 파라미터 특성을 갖는 레이저 빔을 전파할 수 있는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 파라미터 특성은 15 ㎜ mrad 미만인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 파라미터 특성은 10 ㎜ mrad 미만인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간적으로 조합하는 수단은 개별 레이저 빔의 휘도의 N배의 조합된 레이저 빔을 생성하며, N은 레이저 다이오드 어셈블리 내의 레이저 다이오드의 수인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공간적으로 조합하는 수단은 조합된 레이저 빔의 휘도를 보존하는 동안 레이저 빔의 출력을 증가시켜; 상기 조합된 레이저 빔은 개별 레이저 빔의 적어도 50배 출력인 출력을 가지며 상기 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 2배 이하인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 1.5배 이하인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 1배 이하인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 공간적으로 조합하는 수단은 개별 레이저 빔의 휘도를 보존하면서 레이저 빔의 출력을 증가시켜; 상기 조합된 레이저 빔은 개별 레이저 빔의 적어도 100배 출력인 출력을 가지며 상기 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 2배 이하인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 1.5배 이하인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 조합된 레이저 빔의 빔 파라미터 곱은 개별 레이저 빔의 빔 파라미터 곱의 1배 이하인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  12. 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항에 있어서,
    상기 광섬유는 솔라리제이션 저항성(solarization resistant)인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  13. 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항에 있어서,
    상기 공간적으로 조합하는 수단은 레이저 다이오드의 위치 오류 또는 지향 오류 중 적어도 하나를 보정하기 위해 평행한 정렬 평판 및 웨지로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어셈블리를 포함하는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  14. 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항에 있어서,
    상기 공간적으로 조합하는 수단은 개별 레이저 빔보다 조합된 레이저 빔의 유효 휘도를 증가시킬 수 있는 편향 빔 조합기를 포함하는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  15. 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 어셈블리는 각각의 경로들 사이의 공간에 대해 개별 레이저 빔 경로를 한정하여, 개별 레이저 빔이 각각의 빔 사이에 공간을 가지며, 상기 공간적으로 조합하는 수단은 레이저 다이오드의 고속 축에 개별 레이저 빔을 조준하기 위한 조준기 및 조준된 레이저 빔을 조합하기 위한 주기적인 미러를 포함하며, 상기 주기적인 미러는 레이저 다이오드 어셈블리 내의 제 1 다이오드로부터 제 1 레이저 빔을 반사시키고 레이저 다이오드 어셈블리 내의 제 2 다이오드로부터 제 2 레이저 빔을 전달하도록 구성되어, 고속 방향으로 개별 레이저 빔 사이의 공간이 충전되는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간적으로 조합하는 수단은 유리 기판 상의 패턴화된 미러를 포함하는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유리 기판은 레이저 다이오드들 사이의 빈 공간을 충전하기 위해 레이저 다이오드로부터 레이저 빔의 수직 위치를 전환하는데 충분한 두께인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    단차형 히트 싱크를 포함하는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  19. 고휘도, 고출력 레이저 빔을 제공하기 위한 레이저 시스템으로서,
    a. 복수의 레이저 다이오드 어셈블리,
    b. 초기 휘도를 갖는 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 포함하는 각각의 레이저 다이오드 어셈블리, 및
    c. 최종 휘도를 갖는 조합된 레이저 빔을 만들기 위해 블루 레이저 빔을 공간적으로 조합하고 광섬유에 커플링될 수 있는 원거리에 단일 스폿을 형성하는 수단을 포함하며,
    d. 각각의 레이저 다이오드가 조합된 레이저 빔의 휘도를 실질적으로 증가시키도록 상이한 파장에 외부 공동에 의해 고정되어, 조합된 레이저 빔의 최종 휘도가 레이저 다이오드로부터의 레이저 빔의 초기 휘도와 대략 동일한,
    고휘도, 고출력 레이저 빔을 제공하기 위한 레이저 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    각각의 레이저 다이오드는 격자에 기초한 외부 공동을 사용하여 단일 파장에 고정되며 각각의 레이저 다이오드 어셈블리는 좁게 이격된 광학 필터 및 격자로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 조합 수단을 사용하여 조합된 빔으로 조합되는
    고휘도, 고출력 레이저 빔을 제공하기 위한 레이저 시스템.
  21. 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템으로서,
    a. 복수의 레이저 다이오드 어셈블리,
    b. 레이저 빔 경로를 따라 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 포함하는 각각의 레이저 다이오드 어셈블리, 및
    c. 라만 변환기에 광학적으로 커플링될 수 있는 원거리에 단일 스폿을 갖는 조합된 레이버 빔을 만들고, 라만 변환기로 펌핑하고, 조합된 레이저 빔의 휘도를 증가시키도록 블루 레이저 빔을 공간적으로 조합하는 수단을 포함하는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 고휘도 소스를 생성하기 위한 순수 융합 실리카 코어 및 블루 펌프 광을 함유하는 플루오르화 외부 코어를 가지는 광섬유인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 고휘도 소스를 생성하기 위해 외부 코어를 갖춘 GeO2 도핑된 중심 코어 및 블루 펌프 광을 함유하는 중심 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 고휘도 소스를 생성하기 위한 P2O2 도핑된 코어 및 블루 펌프 광을 함유하기 위해 중심 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 고휘도 소스를 생성하기 위한 등급화된 인덱스 코어 및 블루 펌프 광을 함유하기 위해 중심 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 등급화된 GeO2 도핑된 코어 및 외부 단차형 인덱스 코어인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 등급화된 P2O2 도핑된 코어 및 외부 단차형 인덱스 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용되는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 등급화된 GeO2 도핑된 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용되는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 등급화된 인덱스 P2O2 도핑된 코어 및 외부 단차형 인덱스 코어인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  30. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 다이아몬드인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  31. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 KGW인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  32. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 YVO4인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  33. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 Ba(NO3)2인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  34. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하는 고압 가스인
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  35. 조합된 레이저 빔의 제조 방법으로서,
    오리지널 소스의 공간 휘도를 보존하면서 고출력 소스를 생성하기 위해 개별적인 상이한 파장에서 블루 레이저 빔 및 조합된 레이저 빔을 발생하도록 라만 변환 레이저의 어레이를 작동시키는 단계를 포함하는
    조합된 레이저 빔의 제조 방법.
  36. 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템으로서,
    a. 복수의 레이저 다이오드 어셈블리,
    b. 레이저 빔 경로를 따라 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 포함하는 각각의 레이저 다이오드 어셈블리,
    c. 조준된 레이저 빔이 제공될 수 있는, 레이저 빔 경로를 따르는 빔 조준 및 조합 광학기기, 및
    d. 조합된 레이저 빔을 수용하기 위한 광섬유를 포함하는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 광학 필터는 희토류 도핑된 섬유와 광학적으로 연통하여, 조합된 레이저 빔은 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위해 희토류 도핑된 섬유를 펌핑할 수 있는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 광섬유는 고휘도 변환기의 외부 코어와 광학적으로 연통하여, 조합된 레이저 빔은 더 높은 비율의 휘도 향상을 생성하기 위해 휘도 변환기의 외부 코어를 펌핑할 수 있는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  39. 라만 섬유로서,
    하나가 고휘도 중심 코어인 이중 코어; 및
    필터, 섬유 브래그 격자, 차수 V인 1차 및 2차 라만 신호, 및 마이크론 벤드 손실 차로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 고휘도 중심 코어에서 2차 라만 신호를 억제하는 수단을 포함하는
    라만 섬유.
  40. 제 2 고조파 발생 시스템으로서,
    제 1 파장의 절반 파장에서 광을 발생시키기 위한 제 1 파장의 라만 변환기, 및
    절반 파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 방지하도록 구성되는 외부 공진 이중 결정체를 포함하는
    제 2 고조파 발생 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 제 1 파장은 약 460 nm이며, 외부 공진 이중 결정체는 KTP인
    제 2 고조파 발생 시스템.
  42. 제 3 고조파 발생 시스템으로서,
    제 1 파장보다 더 낮은 제 2 파장에서 광을 발생시키기 위한 제 1 파장의 라만 변환기, 및
    더 낮은 파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 방지하도록 구성되는 외부 공진 이중 결정체를 포함하는
    제 3 고조파 발생 시스템.
  43. 제 4 고조파 발생 시스템으로서,
    57.5 nm 파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 방지하도록 구성되는 외부 공진 이중 결정체를 사용하여 57.5 nm에서 광을 발생시키는 라만 변환기를 포함하는
    제 4 고조파 발생 시스템.
  44. 제 2 고조파 발생 시스템으로서,
    단파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 허용하지 않지만 외부 공진 이중 결정체를 사용하여 소스 레이저의 절반 파장 또는 236.5 nm에서 광을 발생시키기 위해 450 nm에서 블루 레이저 다이오드의 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발사하는 툴륨을 포함하는 희토류 도핑된 휘도 변환기를 포함하는
    제 2 고조파 발생 시스템.
  45. 제 3 고조파 발생 시스템으로서,
    단파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 허용하지 않지만 외부 공진 이중 결정체를 사용하여 118.25 nm에서 광을 발생시키기 위해 450 nm에서 블루 레이저 다이오드의 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발사하는 툴륨을 포함하는 희토류 도핑된 휘도 변환기를 포함하는
    제 3 고조파 발생 시스템.
  46. 제 4 고조파 발생 시스템으로서,
    단파장 광이 광섬유를 통해 전파하는 것을 허용하지 않지만 외부 공진 이중 결정체를 사용하여 59.1 nm에서 광을 발생시키기 위해 450 nm에서 블루 레이저 다이오드의 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발사하는 툴륨을 포함하는 희토류 도핑된 휘도 변환기를 포함하는
    제 4 고조파 발생 시스템.
  47. 제 21 항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 라만 변환 효율을 개선하도록 구조화되는 비-원형 외부 코어를 포함하는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  48. 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템으로서,
    a. 적어도 3 개의 레이저 다이오드 어셈블리,
    b. 각각 적어도 10 개의 레이저 다이오드를 포함하는 적어도 레이저 다이오드 어셈블리로서, 각각의 적어도 10 개의 레이저 다이오드가 레이저 빔 경로를 따라 적어도 약 2 와트의 전력 및 8 mm-mrad 미만의 빔 파라미터 곱을 갖는 블루 레이저 빔을 생성할 수 있는, 적어도 레이저 다이오드 어셈블리, 및
    c. 모두 적어도 30 개의 레이저 빔 경로에 위치되는 블루 레이저 빔의 휘도를 공간적으로 조합하고 보존하기 위한 수단으로서, 레이저 빔의 제 1 축을 위한 조준 광학기기, 레이저 빔의 제 2 축을 위한 수직 프리즘 어레이, 및 망원경을 포함하며, 레이저 에너지를 갖는 레이저 빔들 사이의 공간을 충전함으로써 적어도 약 600 와트의 전력 및 40 mm-mrad 미만의 빔 파라미터 곱을 조합 레이저 빔에 제공하는, 수단을 포함하는
    레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템.
  49. 어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템으로서,
    제 67 항의 적어도 3 개의 레이저 시스템 및 제어 시스템을 포함하며,
    상기 적어도 3 개의 레이저 시스템 각각은 단일 광섬유에 그들의 조합된 레이저 빔 각각을 커플링하도록 구성됨으로써 적어도 3 개의 조합된 레이저 빔 각각은 그의 커플링된 광섬유를 따라 전달될 수 있으며, 적어도 3 개의 광섬유는 레이저 헤드와 광학적으로 관련되어 있으며, 상기 제어 시스템은 타겟 재료 상의 미리 결정된 위치에 조합된 레이저 빔 각각을 전달하기 위한 미리 결정된 순서를 갖는 프로그램을 포함하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  50. 제 49 항에 있어서,
    전달하기 위한 미리 결정된 순서는 레이저 헤드로부터의 레이저 빔을 개별적으로 켜고 끄는 것을 포함함으로써 분말을 포함하는 타겟 재료를 용융하여 부품으로 융합하기 위해 분말 베드 상에 이미징화하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  51. 제 49 항에 있어서,
    상기 레이저 헤드 내의 섬유는 선형, 비-선형, 원형, 장사방형, 정사각형, 삼각형, 및 육각형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 배열로 구성되는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  52. 제 49 항에 있어서,
    상기 레이저 헤드 내의 섬유는 2 × 5, 5× 2, 4 × 5, 적어도 5 × 적어도 5, 10 × 5, 5 × 10 및 3 × 4로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 배열로 구성되는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  53. 제 49 항에 있어서,
    상기 타겟 재료는 분말 베드를 포함하며, 분말 베드를 가로질러 레이저 헤드를 이송할 수 있음으로써 분말 베드를 용융 및 융합하는 x-y 모션 시스템, 및 융합 층 뒤에 새로운 분말 층을 제공하도록 레이저 소스 뒤에 위치되는 분말 전달 시스템을 포함하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  54. 제 53 항에 있어서,
    분말 베드의 표면 위로 레이저 헤드의 높이를 증가 및 감소시키도록 레이저 헤드를 이송할 수 있는 z-모션 시스템을 포함하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  55. 제 53 항에 있어서,
    양의 x 방향 또는 음의 x 방향으로 이동함에 따라 전달된 레이저 빔 바로 뒤에 분말을 배치할 수 있는 양방향 분말 배치 장치를 포함하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  56. 제 53 항에 있어서,
    복수의 레이저 빔 경로와 동축인 분말 공급 시스템을 포함하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  57. 제 53 항에 있어서,
    중력 공급 분말 시스템을 포함하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  58. 제 53 항에 있어서,
    분말이 불활성 가스 유동에 동반되는 분말 공급 시스템을 포함하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  59. 제 53 항에 있어서,
    분말이 레이저 빔 앞에 중력에 의해 배치되는, N(N≥1) 레이저 빔에 횡 방향인 분말 공급 시스템을 포함하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  60. 제 53 항에 있어서,
    분말이 레이저 빔과 교차하는 불활성 가스 유동에 동반되는, N(N≥1) 레이저 빔에 횡 방향인 분말 공급 시스템을 포함하는
    어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템.
  61. 고휘도를 갖는 조합된 블루 레이저 빔을 제공하기 위한 방법으로서,
    복수의 개별적인 블루 레이저 빔을 제공하도록 복수의 라만 변환 레이저를 작동시키는 단계, 및
    오리지널 소스의 공간 휘도를 보존하면서 고출력 소스를 생성하도록 개별적인 블루 레이저 빔을 조합하는 단계를 포함하며,
    상기 복수의 개별적인 레이저 빔은 상이한 파장을 가지는
    고휘도를 갖는 조합된 블루 레이저 빔을 제공하기 위한 방법.
  62. 타겟 재료를 레이저 처리하는 방법으로서,
    3 개의 개별적인 광섬유에 조합된 개별적인 레이저 빔을 발생하기 위해 제 10 항의 적어도 3 개의 레이저 시스템을 포함하는 어드레스 가능한 어레이 레이저 처리 시스템을 작동하는 단계,
    그의 광 섬유를 따라 레이저 헤드로 각각의 조합된 레이저 빔을 전달하는 단계, 및
    타겟 재료 상의 미리 결정된 위치에 미리 결정된 순서로 레이저 헤드로부터의 조합된 3 개의 개별적인 레이저 빔을 지향시키는 단계를 포함하는
    타겟 재료를 레이저 처리하는 방법.
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