WO2013108850A1 - 複数ビーム結合装置 - Google Patents

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WO2013108850A1
WO2013108850A1 PCT/JP2013/050837 JP2013050837W WO2013108850A1 WO 2013108850 A1 WO2013108850 A1 WO 2013108850A1 JP 2013050837 W JP2013050837 W JP 2013050837W WO 2013108850 A1 WO2013108850 A1 WO 2013108850A1
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laser beams
unit
interference pattern
phase
observation
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浩一 濱本
隆弘 山田
コスロービアン ハイク
裕章 古瀬
雅之 藤田
靖和 井澤
準二 河仲
宮永　憲明
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三菱重工業株式会社
公益財団法人レーザー技術総合研究所
国立大学法人大阪大学
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Definitions

  • the present invention relates to a multiple beam combining device.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 7,884,997
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-294409 disclose a coherent optical coupling device that combines a plurality of laser beams to obtain a high-intensity laser output. Are listed.
  • an “optical heterodyne method” is employed to detect a phase difference between a plurality of laser beams.
  • the basic laser beam output from the master oscillator is divided into a reference beam and a plurality of laser beams.
  • the frequency of the reference light is shifted by a frequency shifter (optical frequency shifter).
  • a beat is generated. Based on the observation of the beat, the phase difference between the plurality of laser beams is obtained.
  • the frequency shifter is indispensable as described above. However, this causes the complexity and cost of the device.
  • One object of the present invention is to realize a multiple beam combining device capable of controlling the phases of a plurality of laser beams with a simple configuration.
  • a multiple beam combining device (1) includes a phase shift unit (50), an overlapping unit (70), an observation unit (80), and a phase control unit (90).
  • the phase shift unit (50) shifts the respective phases of the plurality of laser beams (Bb-1, Bb-2, Bb-3) to thereby shift the plurality of shift laser beams (Bc-1, Bc-2, Bc-). 3) is generated.
  • the superimposing unit (70) superimposes each of the plurality of shifted laser beams (Bc-1, Bc-2, Bc-3) and the reference beam (Br) to thereby generate a plurality of superimposed laser beams (Bs-1). , Bs-2, Bs-3).
  • the observation unit (80) has interference pattern information (PTN1, PTN2, PTN3) regarding a spatial interference pattern that appears when each of the plurality of superimposed laser beams (Bs-1, Bs-2, Bs-3) is observed. Is generated.
  • the phase control unit (90) is based on the interference pattern information (PTN1, PTN2, PTN3) obtained for each of the plurality of superimposed laser beams (Bs-1, Bs-2, Bs-3). 50) feedback control of the phase shift according to 50), thereby setting the plurality of shifted laser beams (Bc-1, Bc-2, Bc-3) in a desired state.
  • the observation unit (80) is provided with a plurality of observation devices (81-1, 81-2, 81) provided to observe each of the plurality of superimposed laser beams (Bs-1, Bs-2, Bs-3). -3) may be provided. Further, each of the plurality of observation devices (81-1, 81-2, 81-3) (81-i) observes the intensity of one corresponding superposed laser beam (Bs-i) at a plurality of observation positions. A plurality of sensors (82-i1, 82-i2) may be provided. In this case, the interference pattern information (PTN1, PTN2, PTN3) includes intensities (Ai1, Ai2) observed at each of a plurality of observation positions.
  • the interference pattern parameter (Ri) is defined based on the intensities (Ai1, Ai2) observed at each of the plurality of observation positions.
  • the phase controller (90) causes the interference pattern parameter (Ri) for each of the plurality of superimposed laser beams (Bs-1, Bs-2, Bs-3) to match the target value (Rt).
  • the phase shift by the phase shift unit (50) may be feedback controlled.
  • the number of the plurality of sensors (82-i1, 82-i2) may be two.
  • the two sensors (82-i1, 82-i2) observe the intensity (Ai1, Ai2) at each of the two observation positions.
  • the interference pattern parameter (Ri) depends on the intensity ratio, inclination, or difference between the two observation positions.
  • the phase control unit (90) feedback-controls the phase shift by the phase shift unit (50) so that the intensities (Ai1, Ai2) at the two observation positions are equal to each other or have predetermined values. May be.
  • the multiple beam combining device (1) may further include a beam amplification unit (60) for amplifying each of the plurality of shifted laser beams (Bc-1, Bc-2, Bc-3).
  • a beam amplification unit 60 for amplifying each of the plurality of shifted laser beams (Bc-1, Bc-2, Bc-3).
  • the multiple beam combining device (1) further includes a laser oscillator (10) for generating a basic laser beam (Ba), and a plurality of laser beams (Bb-1, Bb-2). , Bb-3) and a beam splitting unit (20) that splits the beam into reference light (Br).
  • a laser oscillator (10) for generating a basic laser beam (Ba), and a plurality of laser beams (Bb-1, Bb-2). , Bb-3) and a beam splitting unit (20) that splits the beam into reference light (Br).
  • the reference light (Br) generated by the beam splitting unit (20) may reach the overlapping unit (70) without passing through the frequency shifter.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a multiple beam combining device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing another configuration example of the multiple beam combining device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 schematically shows the superposition of the reference beam and the laser beam.
  • FIG. 4 schematically shows an interference pattern that appears when superimposing laser light is observed.
  • FIG. 5 shows the shift of the interference pattern due to the phase change.
  • FIG. 6 shows the intensity distribution of the superimposed laser beam in the X direction.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the observation unit in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining phase control in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows a configuration example of the observation unit and the phase control unit in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining phase control in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a multiple beam combining device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the multiple beam combining device 1 includes a laser oscillator 10, a beam splitting unit 20, a beam expansion unit 30, a phase shift unit 50, a beam amplification unit 60, a superposition unit 70, an observation unit 80, and a phase control unit 90.
  • the laser oscillator 10 functions as a master oscillator, and generates and outputs a basic laser beam Ba.
  • the beam splitting unit 20 receives the basic laser beam Ba output from the laser oscillator 10 and splits the basic laser beam Ba into a reference beam Br and a plurality of target laser beams Bb.
  • the beam splitter 20 includes beam splitters 21, 22, and 23 and a mirror 24.
  • the beam splitter 21 splits the basic laser beam Ba into two laser beams. One of them becomes the reference light Br, and the other enters the beam splitter 22.
  • the beam splitter 22 further divides the received laser beam into two laser beams. One of them becomes the target laser beam Bb-1, and the other enters the beam splitter 23.
  • the beam splitter 23 further divides the received laser beam into two laser beams.
  • the target laser beam Bb-2 is the target laser beam Bb-2, and the other is incident on the mirror 24.
  • the laser beam reflected by the mirror 24 becomes the target laser beam Bb-3.
  • three target laser beams Bb-1 to Bb-3 are generated, but the number is not limited to three.
  • a fiber may be used for beam division.
  • the beam expanding unit 30 receives the reference light Br output from the beam splitting unit 20 and expands the beam size of the reference light Br. More specifically, the beam expanding unit 30 includes a mirror 31 and a beam expander 32. The reference light Br is reflected by the mirror 31 and enters the beam expander 32. The beam expander 32 expands the beam size of the reference light Br. The reference beam Br after the beam size expansion is supplied to an overlapping unit 70 (beam splitter 71) described later. The reference beam Br after the beam size expansion is preferably a plane wave.
  • the target laser beams Bb-1, Bb-2, and Bb-3 output from the beam splitting unit 20 are reflected by the mirrors 40-1, 40-2, and 40-3, respectively, as an example. Incident on the portion 50.
  • the target laser beams Bb-1, Bb-2, and Bb-3 are incident on the phase shift unit 50 through fibers.
  • a beam expander, pointing correction, wavefront correction, and the like may be included between the beam splitting unit 20 and the phase shift unit 50.
  • the phase shift unit 50 receives a plurality of target laser beams Bb-1 to Bb-3.
  • the phase shift unit 50 is configured to shift the phases of the target laser beams Bb-1 to Bb-3.
  • the phase shift unit 50 includes phase shifters 51-1 to 51-3.
  • each phase shifter 51 for example, a piezo-actuator mirror system is used.
  • a transmission type phase shifter is used.
  • the phase shifters 51-1, 51-2, and 51-3 receive the target laser beams Bb-1, Bb-2, and Bb-3, respectively, and receive the target laser beams Bb-1, Bb-2, and Bb-3. It is arranged so that the phase can be shifted.
  • the amount of phase shift by each of the phase shifters 51-1, 51-2, 51-3 can be controlled by control signals CON1, CON2, CON3.
  • the target laser beams Bb-1, Bb-2, and Bb-3 after the phase shift are shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3, respectively. That is, the phase shift unit 50 generates the shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3 by performing the phase shift of each of the target laser beams Bb-1, Bb-2, and Bb-3.
  • the phase shift by the phase shift unit 50 can be controlled through the control signals CON1 to CON3.
  • the control signals CON1 to CON3 are generated by a phase control unit 90 described later.
  • the beam amplification unit 60 receives the shifted laser beams Bc-1 to Bc-3 output from the phase shift unit 50, and amplifies each of the shifted laser beams Bc-1 to Bc-3.
  • the beam amplification unit 60 includes amplifiers 61-1, 61-2, and 61-3.
  • the amplifiers 61-1, 61-2, and 61-3 amplify the shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3, respectively.
  • the amplified shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3 are supplied to an overlapping unit 70 (beam splitter 71) described later.
  • the beam amplification unit 60 may include a beam expander, pointing correction, wavefront correction, and the like.
  • the superimposing unit 70 receives the reference light Br output from the beam expanding unit 30, and receives the plurality of shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3 output from the beam amplifying unit 60.
  • the superimposing unit 70 superimposes each of the plurality of shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3 on the reference beam Br, thereby superimposing the plurality of superimposed laser beams Bs-1, Bs-2. , Bs-3 is generated.
  • the overlapping unit 70 includes a beam splitter 71.
  • the beam splitter 71 splits each of the shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3.
  • the traveling directions of the divided laser beams Bc-1, Bc-2, Bc-3 and the reference beam Br coincide with each other, and superposed laser beams Bs-1, Bs-2, Bs-3 are generated by superimposing them. Is done.
  • a frequency shifter (optical frequency shifter) is not provided on the optical path between the beam splitting unit 20 and the overlapping unit 70.
  • the reference light Br generated by the beam splitting unit 20 reaches the overlapping unit 70 without passing through the frequency shifter.
  • the target laser beams Bb-1 to Bb-3 and the shifted laser beams Bc-1 to Bc-3 do not pass through the frequency shifter. Therefore, the frequencies of the reference beam Br and the shifted laser beams Bc-1 to Bc-3 are substantially the same.
  • a plurality of superimposed laser beams Bs-1 to Bs-3 are input to the observation unit 80.
  • beam expanders 75-1, 75-2, and 75-3 may be provided between the overlapping unit 70 and the observation unit 80.
  • the beam expanders 75-1, 75-2, and 75-3 expand the respective beam sizes of the superimposed laser beams Bs-1, Bs-2, and Bs-3.
  • the superposed laser beams Bs-1 to Bs-3 after the beam size expansion are input to the observation unit 80.
  • the observation unit 80 observes each of the superimposed laser beams Bs-1 to Bs-3. It is assumed that the observation plane is parallel to the wavefront of the reference light Br that is a plane wave.
  • FIG. 3 conceptually shows the superposition of the reference beam Br and the shifted laser beam Bc.
  • the phase of the reference beam Br is uniform, but the phase of the shifted laser beam Bc-i is not necessarily uniform.
  • a “spatial interference pattern (interference fringe)” as shown in FIG. appear.
  • the repeated direction of interference fringes (the direction in which strength is generated) is hereinafter referred to as “X direction”.
  • FIG. 5 shows the shift of the interference pattern due to the phase change.
  • the interference pattern on the observation surface is shifted in the X direction accordingly.
  • the interference pattern on the observation surface can be shifted in the X direction by controlling the phase shift by the phase shift unit 50 to change the phase of the shifted laser beam Bc-i.
  • FIG. 6 shows the intensity distribution of the superimposed laser beam Bs-i in the X direction on the observation surface.
  • the horizontal axis represents the position in the X direction
  • the vertical axis represents the laser intensity.
  • the intensity of the laser intensity repeatedly appears in the X direction due to interference. Specifically, the laser intensity is maximized at the X position where the shifted laser beam Bc-i and the reference beam Br are in phase, and the laser intensity is minimized at the X position where they are in reverse phase. Thus, a spatial intensity distribution corresponding to the interference pattern (interference fringe) is observed.
  • the phase of the shifted laser beam Bc-i changes, the intensity distribution on the observation surface is shifted in the X direction accordingly.
  • the intensity distribution on the observation surface can be shifted in the X direction by controlling the phase shift by the phase shift unit 50 and changing the phase of the shifted laser beam Bc-i.
  • the observation unit 80 generates “interference pattern information PTNi” related to the spatial interference pattern of the superimposed laser beam Bs-i through the observation of the superimposed laser beam Bs-i.
  • the interference pattern information PTNi may be anything as long as it reflects the interference pattern, and may be two-dimensional image data as shown in FIG. 4 or FIG. 5, or in the X direction as shown in FIG. It may be intensity distribution data.
  • the observation unit 80 outputs the interference pattern information PTN1, PTN2, and PTN3 to the phase control unit 90.
  • the phase control unit 90 receives the interference pattern information PTN1 to PTN3. By referring to the interference pattern information PTN1 to PTN3, the phase controller 90 can grasp the phase relationship between the plurality of shifted laser beams Bc-1 to Bc-3. Therefore, the phase control unit 90 can perform feedback control of each of the phase shifters 51-1 to 51-3 of the phase shift unit 50 so as to obtain a desired phase relationship. Specifically, the phase controller 90 generates the control signals CON1, CON2, CON3 so that each of the shifted laser beams Bc-1, Bc-2, Bc-3 is in a desired state, and these control signals CON1 , CON2 and CON3 are output to the phase shifters 51-1, 51-2 and 51-3, respectively.
  • the phase control unit 90 performs the phase shift by the phase shift unit 50 based on the interference pattern information PTN1, PTN2, and PTN3 obtained for each of the superimposed laser beams Bs-1, Bs-2, and Bs-3.
  • the plurality of shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3 are set in a desired state.
  • the phase controller 90 matches the phases of the shifted laser beams Bc-1 to Bc-3 with each other by performing pattern matching based on the interference pattern information PTN1 to PTN3.
  • a high-intensity laser output can be obtained.
  • the observation unit 80 includes observation devices 81-1, 81-2, and 81-3.
  • the observation devices 81-1, 81-2, and 81-3 are separately provided so as to observe each of the superimposed laser beams Bs-1, Bs-2, and Bs-3.
  • the observation devices 81-1, 81-2, and 81-3 generate interference pattern information PTN1, PTN2, and PTN3, respectively.
  • Each observation device 81-i 1, 2, 3) observes the intensity of the corresponding one superimposed laser beam Bs-i at a plurality of observation positions.
  • a photodiode is used as the sensor 82.
  • the plurality of sensors 82-ij are arranged at different X positions, and are aligned along the X direction. By using such a plurality of sensors 82-ij, the observation device 81-i can measure the intensity of the superimposed laser beam Bs-i at different X positions.
  • FIG. 8 conceptually shows the measurement of the intensity of the superimposed laser beam Bs-i by the plurality of sensors 82-ij. Similar to FIG. 6, the horizontal axis represents the position in the X direction, and the vertical axis represents the laser intensity. As shown in FIG. 8, the sensor 82-ij measures the intensity Aij of the superimposed laser beam Bs-i at the position Xij. That is, the intensity Ai1 to Ain at each of the plurality of positions Xi1 to Xin is obtained as information regarding the superimposed laser beam Bs-i.
  • the intensities Ai1 to Ain at each of the plurality of positions Xi1 to Xin reflect the spatial interference pattern (intensity distribution) of the superimposed laser beam Bs-i. Accordingly, the intensities Ai1 to Ain observed at each of the plurality of positions Xi1 to Xin are used as the interference pattern information PTNi regarding the superimposed laser beam Bs-i.
  • interference pattern parameter Ri is introduced.
  • Ri f (Xij, Aij)
  • interference pattern parameter Ri also reflects the spatial interference pattern (intensity distribution) of the superimposed laser beam Bs-i.
  • the interference pattern parameter Ri also changes accordingly.
  • the interference pattern parameter Ri can be changed by changing the phase of the shifted laser beam Bc-i by controlling the phase shift by the phase shift unit 50 described above.
  • the phase controller 90 can obtain interference pattern parameters R1, R2, and R3 related to the superimposed laser beams Bs-1, Bs-2, and Bs-3 from the interference pattern information PTN1, PTN2, and PTN3.
  • the phase control unit 90 can grasp the phase relationship between the plurality of shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3. Therefore, the phase control unit 90 can perform feedback control of each of the phase shifters 51-1 to 51-3 of the phase shift unit 50 so as to obtain a desired phase relationship.
  • the phase control unit 90 performs feedback control so that the phases of the shifted laser beams Bc-1 to Bc-3 coincide with each other. Specifically, certain target values Rt1, Rt2, and Rt3 are set. Then, the phase control unit 90 feedback-controls the phase shift by the phase shift unit 50 so that the interference pattern parameters R1, R2, and R3 coincide with the target values Rt1, Rt2, and Rt3. In other words, the phase control unit 90 locks the phase of the shifted laser beam Bc-i at a desired position by controlling the interference pattern parameter Ri to the target value Rti.
  • the target values Rt1, Rt2, and Rt3 may be set in advance in a circuit such as a register.
  • the target values Rt1, Rt2, and Rt3 may be set by an external signal.
  • the target values Rt1, Rt2, and Rt3 may be common values.
  • the target values Rt1, Rt2, and Rt3 may be selectable from a plurality of values.
  • the target values Rt1, Rt2, and Rt3 may be continuously variable.
  • the sensor 82-ij may be designed to be movable in the X direction. By physically moving the X position of the sensor 82-ij, the value (lock value) at which the phase of the shifted laser beam Bc-i is locked can be changed.
  • the lock value may be changed by performing signal processing on the interference pattern information and outputting it.
  • the output voltage of the sensor 82 can be changed by adjusting the internal resistance, the bias voltage, and the like of the sensor 82, whereby the lock value can be changed.
  • FIG. 9 shows an example of the configuration of the observation unit 80 and the phase control unit 90.
  • Each observation device 81-i includes only two sensors 82-i1 and 82-i2, and measures the intensity Ai1 and Ai2 at two points with respect to the superimposed laser beam Bs-i. That is, the interference pattern information PTNi is the strengths Ai1 and Ai2. Since the number of sensors 82 is minimal, the configuration is simple and suitable.
  • the phase control unit 90 includes a differential amplifier 91-i connected to the observation device 81-i.
  • the predetermined target value Rti is set to “0”. This is equivalent to performing feedback control so that the intensities Ai1 and Ai2 at two points coincide as shown in FIG. That is, the differential amplifier 91-i feedback-controls the control signal CONi (phase shifter 51-i) so that the intensities Ai1 and Ai2 are equal. Control as shown in FIG. 10 is simple and suitable.
  • the intermediate point between the positions Xi1 and Xi2 can be placed at the intermediate point between the maximum and minimum of the intensity distribution.
  • the interval between the positions Xi1 and Xi2 is set to half of the intensity pattern change period.
  • phase control is performed based on the “spatial interference pattern”. Since it is not a conventional optical heterodyne system, a frequency shifter is unnecessary. That is, it is possible to realize phase control with a simpler configuration than in the past. This also leads to cost reduction.
  • a high-intensity laser output by combining a plurality of amplified amplified laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3.
  • coherent coupling it is conceivable to perform control so that the phase difference between the shifted laser beams Bc-1, Bc-2, and Bc-3 at the output stage is zero.
  • This embodiment can be applied to a coherent optical coupling device and a high-power laser system.

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Abstract

　複数ビーム結合装置は、位相シフト部、重ね合わせ部、観測部、及び位相制御部を備える。位相シフト部は、複数のレーザ光のそれぞれの位相をシフトさせることによって複数のシフトレーザ光を生成する。重ね合わせ部は、複数のシフトレーザ光のそれぞれと参照光とを重ね合わせることによって複数の重ね合わせレーザ光を生成する。観測部は、重ね合わせレーザ光の各々を観測した際に現れる空間的な干渉パターンに関する干渉パターン情報を生成する。位相制御部は、重ね合わせレーザ光毎に得られた干渉パターン情報に基づいて、位相シフト部による位相シフトをフィードバック制御し、それにより、複数のシフトレーザ光を所望の状態に設定する。

Description

複数ビーム結合装置
　本発明は、複数ビーム結合装置に関する。
　特許文献１（ＵＳ特許第７，８８４，９９７号）及び特許文献２（特開２００５－２９４４０９号公報）には、複数のレーザ光を結合して高強度のレーザ出力を得るコヒーレント光結合装置が記載されている。
　特許文献１では、複数のレーザ光間の位相差を検出するために、「光ヘテロダイン方式」が採用されている。具体的には、マスターオシレータから出力された基本レーザ光が、参照光と複数のレーザ光に分割される。参照光の周波数は、周波数シフタ（ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｈｉｆｔｅｒ）によってシフトさせられる。周波数シフト後の参照光と各レーザ光とを重ね合わせることにより、ビート（うなり）が発生する。そのビートの観測に基づいて、複数のレーザ光間の位相差が求められる。
ＵＳ特許第７，８８４，９９７号 特開２００５－２９４４０９号公報
　光ヘテロダイン方式の場合、参照光とレーザ光との間で周波数が異なっている必要があるため、上述の通り周波数シフタが不可欠である。しかし、このことは、装置の複雑化と高コスト化の原因となる。
　本発明の１つの目的は、複数のレーザ光のそれぞれの位相を制御することができる複数ビーム結合装置を、簡易な構成で実現することにある。
　以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
　本発明の１つの観点において、複数ビーム結合装置（１）が提供される。その複数ビーム結合装置（１）は、位相シフト部（５０）と、重ね合わせ部（７０）と、観測部（８０）と、位相制御部（９０）とを備える。位相シフト部（５０）は、複数のレーザ光（Ｂｂ－１，Ｂｂ－２，Ｂｂ－３）のそれぞれの位相をシフトさせることによって複数のシフトレーザ光（Ｂｃ－１，Ｂｃ－２，Ｂｃ－３）を生成する。重ね合わせ部（７０）は、複数のシフトレーザ光（Ｂｃ－１，Ｂｃ－２，Ｂｃ－３）のそれぞれと参照光（Ｂｒ）とを重ね合わせることによって複数の重ね合わせレーザ光（Ｂｓ－１，Ｂｓ－２，Ｂｓ－３）を生成する。観測部（８０）は、複数の重ね合わせレーザ光（Ｂｓ－１，Ｂｓ－２，Ｂｓ－３）の各々を観測した際に現れる空間的な干渉パターンに関する干渉パターン情報（ＰＴＮ１，ＰＴＮ２，ＰＴＮ３）を生成する。位相制御部（９０）は、複数の重ね合わせレーザ光（Ｂｓ－１，Ｂｓ－２，Ｂｓ－３）毎に得られた干渉パターン情報（ＰＴＮ１，ＰＴＮ２，ＰＴＮ３）に基づいて、位相シフト部（５０）による位相シフトをフィードバック制御し、それにより、複数のシフトレーザ光（Ｂｃ－１，Ｂｃ－２，Ｂｃ－３）を所望の状態に設定する。
　観測部（８０）は、複数の重ね合わせレーザ光（Ｂｓ－１，Ｂｓ－２，Ｂｓ－３）のそれぞれを観測するように設けられた複数の観測装置（８１－１，８１－２，８１－３）を備えてもよい。また、複数の観測装置（８１－１，８１－２，８１－３）の各々（８１－ｉ）は、対応する１つの重ね合わせレーザ光（Ｂｓ－ｉ）の強度を複数の観測位置において観測する複数のセンサ（８２－ｉ１，８２－ｉ２）を備えてもよい。この場合、干渉パターン情報（ＰＴＮ１，ＰＴＮ２，ＰＴＮ３）は、複数の観測位置のそれぞれにおいて観測された強度（Ａｉ１，Ａｉ２）を含む。
　干渉パターンパラメータ（Ｒｉ）は、複数の観測位置のそれぞれにおいて観測された強度（Ａｉ１，Ａｉ２）に基づいて定義される。この場合、位相制御部（９０）は、複数の重ね合わせレーザ光（Ｂｓ－１，Ｂｓ－２，Ｂｓ－３）のそれぞれに関する干渉パターンパラメータ（Ｒｉ）が目標値（Ｒｔ）に一致するように、位相シフト部（５０）による位相シフトをフィードバック制御してもよい。
　複数のセンサ（８２－ｉ１，８２－ｉ２）の数は２個であってもよい。２個のセンサ（８２－ｉ１，８２－ｉ２）は、２箇所の観測位置のそれぞれにおける強度（Ａｉ１，Ａｉ２）を観測する。この場合、干渉パターンパラメータ（Ｒｉ）は、２箇所の観測位置の間の強度の比、あるいは傾き、あるいは差に依存する。
　位相制御部（９０）は、２箇所の観測位置のそれぞれにおける強度（Ａｉ１，Ａｉ２）が等しくなるように、あるいは所定の値となるように、位相シフト部（５０）による位相シフトをフィードバック制御してもよい。
　本発明に係る複数ビーム結合装置（１）は、更に、複数のシフトレーザ光（Ｂｃ－１，Ｂｃ－２，Ｂｃ－３）のそれぞれを増幅するビーム増幅部（６０）を備えてもよい。
　本発明に係る複数ビーム結合装置（１）は、更に、基本レーザ光（Ｂａ）を生成するレーザ発振器（１０）と、基本レーザ光（Ｂａ）を複数のレーザ光（Ｂｂ－１，Ｂｂ－２，Ｂｂ－３）と参照光（Ｂｒ）とに分割するビーム分割部（２０）と、を備えてもよい。
　本発明に係る複数ビーム結合装置（１）において、ビーム分割部（２０）によって生成された参照光（Ｂｒ）は、周波数シフタを通ることなく、重ね合わせ部（７０）に到達してもよい。
　本発明によれば、複数のレーザ光のそれぞれの位相を制御することができる複数ビーム結合装置を、簡易な構成で実現することが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態に係る複数ビーム結合装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る複数ビーム結合装置の他の構成例を示すブロック図である。 図３は、参照光とレーザ光の重ね合わせを模式的に示している。 図４は、重ね合わせレーザ光を観測したときに現れる干渉パターンを模式的に示している。 図５は、位相の変化による干渉パターンのシフトを示している。 図６は、Ｘ方向における重ね合わせレーザ光の強度分布を示している。 図７は、本発明の実施の形態における観測部の構成例を示すブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態における位相制御を説明するための概念図である。 図９は、本発明の実施の形態における観測部及び位相制御部の構成例を示している。 図１０は、本発明の実施の形態における位相制御を説明するための概念図である。
　添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
　図１は、本発明の実施の形態に係る複数ビーム結合装置１の構成例を示すブロック図である。複数ビーム結合装置１は、レーザ発振器１０、ビーム分割部２０、ビーム拡張部３０、位相シフト部５０、ビーム増幅部６０、重ね合わせ部７０、観測部８０、及び位相制御部９０を備えている。
　レーザ発振器１０は、マスターオシレータ（ｍａｓｔｅｒ　ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）として機能し、基本レーザ光Ｂａを生成、出力する。
　ビーム分割部２０は、レーザ発振器１０から出力された基本レーザ光Ｂａを受け取り、その基本レーザ光Ｂａを参照光（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅａｍ）Ｂｒと複数の対象レーザ光Ｂｂとに分割する。例えば、図１に示されるように、ビーム分割部２０は、ビームスプリッタ（ｂｅａｍ　ｓｐｌｉｔｔｅｒ）２１、２２、２３とミラー２４を備えている。ビームスプリッタ２１は、基本レーザ光Ｂａを２つのレーザ光に分割する。そのうち一方が参照光Ｂｒとなり、他方はビームスプリッタ２２に入射する。ビームスプリッタ２２は、受け取ったレーザ光を更に２つのレーザ光に分割する。そのうち一方が対象レーザ光Ｂｂ－１となり、他方はビームスプリッタ２３に入射する。ビームスプリッタ２３は、受け取ったレーザ光を更に２つのレーザ光に分割する。そのうち一方が対象レーザ光Ｂｂ－２となり、他方はミラー２４に入射する。ミラー２４で反射されたレーザ光が、対象レーザ光Ｂｂ－３となる。尚、本例では３本の対象レーザ光Ｂｂ－１～Ｂｂ－３が生成されるが、その数は３に限られない。また、ビームの分割はファイバを利用してもよい。
　ビーム拡張部３０は、ビーム分割部２０から出力された参照光Ｂｒを受け取り、その参照光Ｂｒのビームサイズを拡張する。より詳細には、ビーム拡張部３０は、ミラー３１とビームエキスパンダ（ｂｅａｍ　ｅｘｐａｎｄｅｒ）３２を備えている。参照光Ｂｒは、ミラー３１で反射され、ビームエキスパンダ３２に入射する。ビームエキスパンダ３２は、参照光Ｂｒのビームサイズを拡張する。ビームサイズ拡張後の参照光Ｂｒは、後述の重ね合わせ部７０（ビームスプリッタ７１）に供給される。尚、ビームサイズ拡張後の参照光Ｂｒは、平面波であることが好ましい。
　その一方で、ビーム分割部２０から出力された対象レーザ光Ｂｂ－１、Ｂｂ－２、Ｂｂ－３は、一例として、それぞれミラー４０－１、４０－２、４０－３で反射され、位相シフト部５０に入射する。他の例としては、対象レーザ光Ｂｂ－１、Ｂｂ－２、Ｂｂ－３は、ファイバにより位相シフト部５０に入射する。また、ビーム分割部２０から位相シフト部５０の間に、ビームエキスパンダ、ポインティング補正、波面補正などが含まれていてもよい。
　位相シフト部５０は、複数の対象レーザ光Ｂｂ－１～Ｂｂ－３を受け取る。位相シフト部５０は、対象レーザ光Ｂｂ－１～Ｂｂ－３のそれぞれの位相をシフトすることができるように構成されている。例えば、図１に示されるように、位相シフト部５０は、位相シフタ５１－１～５１－３を備えている。各位相シフタ５１として、例えば、ピエゾ鏡（ｐｉｅｓｏ－ａｃｔｕａｔｏｒ　ｍｉｒｒｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ）が用いられる。他の例としては、透過型の位相シフタが用いられる。位相シフタ５１－１、５１－２、５１－３は、それぞれ、対象レーザ光Ｂｂ－１、Ｂｂ－２、Ｂｂ－３を受け取り、それら対象レーザ光Ｂｂ－１、Ｂｂ－２、Ｂｂ－３の位相をシフト可能なように配置されている。位相シフタ５１－１、５１－２、５１－３のそれぞれによる位相シフト量は、制御信号ＣＯＮ１、ＣＯＮ２、ＣＯＮ３によって制御可能である。位相シフト後の対象レーザ光Ｂｂ－１、Ｂｂ－２、Ｂｂ－３は、それぞれ、シフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３である。つまり、位相シフト部５０は、対象レーザ光Ｂｂ－１、Ｂｂ－２、Ｂｂ－３のそれぞれの位相シフトを行うことによって、シフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３を生成する。その位相シフト部５０による位相シフトは、制御信号ＣＯＮ１～ＣＯＮ３を通して制御可能である。尚、それら制御信号ＣＯＮ１～ＣＯＮ３は、後述の位相制御部９０によって生成される。
　ビーム増幅部６０は、位相シフト部５０から出力されたシフトレーザ光Ｂｃ－１～Ｂｃ－３を受け取り、それらシフトレーザ光Ｂｃ－１～Ｂｃ－３のそれぞれを増幅する。例えば、図１に示されるように、ビーム増幅部６０は、増幅器（ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）６１－１、６１－２、６１－３を備えている。増幅器６１－１、６１－２、６１－３は、それぞれ、シフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３を増幅する。増幅後のシフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３は、後述の重ね合わせ部７０（ビームスプリッタ７１）に供給される。尚、ビーム増幅部６０に、ビームエキスパンダ、ポインティング補正、波面補正などが含まれていてもよい。
　重ね合わせ部７０は、ビーム拡張部３０から出力された参照光Ｂｒを受け取り、また、ビーム増幅部６０から出力された複数のシフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３を受け取る。そして、重ね合わせ部７０は、複数のシフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３のそれぞれと参照光Ｂｒとを重ね合わせることによって、複数の重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１、Ｂｓ－２、Ｂｓ－３を生成する。例えば、図１に示されるように、重ね合わせ部７０は、ビームスプリッタ７１を備えている。ビームスプリッタ７１は、シフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３のそれぞれを分割する。分割後のシフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３と参照光Ｂｒの進行方向が一致し、それらの重ね合わせによって重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１、Ｂｓ－２、Ｂｓ－３が生成される。
　尚、本実施の形態では、ビーム分割部２０と重ね合わせ部７０との間の光路上に、周波数シフタ（ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｈｉｆｔｅｒ）は設けられない。ビーム分割部２０によって生成された参照光Ｂｒは、周波数シフタを通ることなく、重ね合わせ部７０に到達する。また、対象レーザ光Ｂｂ－１～Ｂｂ－３及びシフトレーザ光Ｂｃ－１～Ｂｃ－３も、周波数シフタを通らない。よって、参照光Ｂｒとシフトレーザ光Ｂｃ－１～Ｂｃ－３のそれぞれの周波数は、実質的に一致している。
　複数の重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１～Ｂｓ－３は、観測部８０に入力される。ここで、図２に示されるように、重ね合わせ部７０と観測部８０との間に、ビームエキスパンダ７５－１、７５－２、７５－３が設けられていてもよい。ビームエキスパンダ７５－１、７５－２、７５－３は、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１、Ｂｓ－２、Ｂｓ－３のそれぞれのビームサイズを拡張する。この場合は、ビームサイズ拡張後の重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１～Ｂｓ－３が、観測部８０に入力される。
　観測部８０は、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１～Ｂｓ－３のそれぞれの観測を行う。観測面は、平面波である参照光Ｂｒの波面と平行であるとする。
　ここで、参照光Ｂｒとシフトレーザ光の干渉について考える。図３は、参照光Ｂｒとシフトレーザ光Ｂｃの重ね合わせを概念的に示している。図４は、観測面における重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉ（ｉ＝１、２、３）のビームスポットの例を示している。そのビームスポット内において、参照光Ｂｒの位相は一様であるが、シフトレーザ光Ｂｃ－ｉの位相は必ずしも一様ではない。従って、シフトレーザ光Ｂｃ－ｉと参照光Ｂｒの重ね合わせである重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉを観測すると、干渉により、図４に示されるような「空間的な干渉パターン（干渉縞）」が現れる。干渉縞の繰り返し方向（強弱が発生する方向）は、以下「Ｘ方向」と参照される。
　図５は、位相の変化による干渉パターンのシフトを示している。シフトレーザ光Ｂｃ－ｉの位相が変化すると、それに応じて、観測面上の干渉パターンがＸ方向にシフトする。逆に言えば、上述の位相シフト部５０による位相シフトを制御してシフトレーザ光Ｂｃ－ｉの位相を変化させることによって、観測面上の干渉パターンをＸ方向にシフトさせることができる。
　図６は、観測面上のＸ方向における重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉの強度分布を示している。横軸はＸ方向の位置を表し、縦軸はレーザ強度を表している。図６に示されるように、干渉によって、レーザ強度の強弱がＸ方向に繰り返し現れる。具体的には、シフトレーザ光Ｂｃ－ｉと参照光Ｂｒが同相となるＸ位置においてレーザ強度は最大となり、それらが逆相となるＸ位置においてレーザ強度は最小となる。このように、干渉パターン（干渉縞）に対応する空間的な強度分布が観測される。シフトレーザ光Ｂｃ－ｉの位相が変化すると、それに応じて、観測面上の強度分布がＸ方向にシフトする。逆に言えば、上述の位相シフト部５０による位相シフトを制御してシフトレーザ光Ｂｃ－ｉの位相を変化させることによって、観測面上の強度分布をＸ方向にシフトさせることができる。
　観測部８０は、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉの観測を通して、その重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉの空間的な干渉パターンに関する「干渉パターン情報ＰＴＮｉ」を生成する。干渉パターン情報ＰＴＮｉは、干渉パターンを反映したものならば何でもよく、図４や図５で示されたような２次元画像データであってもよいし、図６で示されたようなＸ方向の強度分布データであってもよい。尚、干渉パターン情報ＰＴＮｉは、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉ（ｉ＝１、２、３）毎に別々に得られる。つまり、観測部８０は、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１、Ｂｓ－２、Ｂｓ－３のそれぞれを観測することにより、干渉パターン情報ＰＴＮ１、ＰＴＮ２、ＰＴＮ３を別々に生成する。観測部８０は、それら干渉パターン情報ＰＴＮ１、ＰＴＮ２、ＰＴＮ３を位相制御部９０に出力する。
　位相制御部９０は、干渉パターン情報ＰＴＮ１～ＰＴＮ３を受け取る。それら干渉パターン情報ＰＴＮ１～ＰＴＮ３を参照することによって、位相制御部９０は、複数のシフトレーザ光Ｂｃ－１～Ｂｃ－３間の位相関係を把握することができる。よって、位相制御部９０は、所望の位相関係が得られるように、位相シフト部５０の位相シフタ５１－１～５１－３のそれぞれをフィードバック制御することができる。具体的には、位相制御部９０は、シフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３のそれぞれが所望の状態になるように制御信号ＣＯＮ１、ＣＯＮ２、ＣＯＮ３を生成し、それら制御信号ＣＯＮ１、ＣＯＮ２、ＣＯＮ３を位相シフタ５１－１、５１－２、５１－３のそれぞれに出力する。このように、位相制御部９０は、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１、Ｂｓ－２、Ｂｓ－３毎に得られた干渉パターン情報ＰＴＮ１、ＰＴＮ２、ＰＴＮ３に基づいて、位相シフト部５０による位相シフトをフィードバック制御し、それにより、複数のシフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３を所望の状態に設定する。
　典型的には、位相制御部９０は、干渉パターン情報ＰＴＮ１～ＰＴＮ３に基づいてパターンマッチングを行うことにより、シフトレーザ光Ｂｃ－１～Ｂｃ－３のそれぞれの位相を互いに一致させる。位相が揃った複数のシフトレーザ光Ｂｃ－１～Ｂｃ－３同士を結合することによって、高強度のレーザ出力を得ることができる。
　以下、観測部８０及び位相制御部９０の構成例を説明する。
　図７に示されるように、観測部８０は、観測装置８１－１、８１－２、８１－３を備えている。観測装置８１－１、８１－２、８１－３は、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１、Ｂｓ－２、Ｂｓ－３のそれぞれを観測するように別々に設けられている。そして、観測装置８１－１、８１－２、８１－３は、干渉パターン情報ＰＴＮ１、ＰＴＮ２、ＰＴＮ３のそれぞれを生成する。
　各々の観測装置８１－ｉ（ｉ＝１、２、３）は、対応する１つの重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉの強度を複数の観測位置において観測する。そのために、観測装置８１－ｉは、複数のセンサ８２－ｉｊ（ｊ＝１～ｎ；ｎは２以上の整数）を備えている。センサ８２として、例えばフォトダイオードが用いられる。複数のセンサ８２－ｉｊは、それぞれ異なるＸ位置に配置されており、且つ、Ｘ方向に沿って整列している。このような複数のセンサ８２－ｉｊを用いることにより、観測装置８１－ｉは、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉの強度を異なるＸ位置で計測することが可能となる。
　図８は、複数のセンサ８２－ｉｊによる重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉの強度の計測を概念的に示している。既出の図６と同様に、横軸はＸ方向の位置を表し、縦軸はレーザ強度を表している。図８に示されるように、センサ８２－ｉｊは、位置Ｘｉｊにおける重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉの強度Ａｉｊを計測する。つまり、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉに関して、複数の位置Ｘｉ１～Ｘｉｎのそれぞれにおける強度Ａｉ１～Ａｉｎが情報として得られる。このような複数の位置Ｘｉ１～Ｘｉｎのそれぞれにおける強度Ａｉ１～Ａｉｎは、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉの空間的な干渉パターン（強度分布）を反映している。従って、複数の位置Ｘｉ１～Ｘｉｎのそれぞれにおいて観測された強度Ａｉ１～Ａｉｎが、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉに関する干渉パターン情報ＰＴＮｉとして用いられる。
　ここで、「干渉パターンパラメータＲｉ」を導入する。干渉パターンパラメータＲｉは、複数の位置Ｘｉ１～Ｘｉｎのそれぞれにおいて観測された強度Ａｉ１～Ａｉｎに基づいて定義され、Ｒｉ＝ｆ（Ｘｉｊ，Ａｉｊ）と表される。最も単純な場合、２個のセンサ８２－ｉ１、８２－ｉ２だけが用いられ、２点Ｘｉ１，Ｘｉ２における強度Ａｉ１，Ａｉ２に基づいて干渉パターンパラメータＲｉが定義される。例えば、干渉パターンパラメータＲｉは、２点間の強度の比に依存する：Ｒｉ＝ｆ１（Ａｉ２／Ａｉ１）。あるいは、干渉パターンパラメータＲｉは、２点間の傾きに依存する：Ｒｉ＝ｆ２（（Ａｉ２－Ａｉ１）／（Ｘｉ２－Ｘｉ１））。あるいは、干渉パターンパラメータＲｉは、２点間の強度の差に依存する：Ｒｉ＝ｆ３（Ａｉ２－Ａｉ１）。
　このような干渉パターンパラメータＲｉも、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉの空間的な干渉パターン（強度分布）を反映していると言える。シフトレーザ光Ｂｃ－ｉの位相が変化すると、それに応じて、干渉パターンパラメータＲｉも変化する。逆に言えば、上述の位相シフト部５０による位相シフトを制御してシフトレーザ光Ｂｃ－ｉの位相を変化させることによって、干渉パターンパラメータＲｉを変化させることができる。
　位相制御部９０は、干渉パターン情報ＰＴＮ１、ＰＴＮ２、ＰＴＮ３から、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１、Ｂｓ－２、Ｂｓ－３のそれぞれに関する干渉パターンパラメータＲ１、Ｒ２、Ｒ３を得ることができる。それら干渉パターンパラメータＲ１、Ｒ２、Ｒ３を参照することによって、位相制御部９０は、複数のシフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３間の位相関係を把握することができる。よって、位相制御部９０は、所望の位相関係が得られるように、位相シフト部５０の位相シフタ５１－１～５１－３のそれぞれをフィードバック制御することができる。
　典型的には、位相制御部９０は、シフトレーザ光Ｂｃ－１～Ｂｃ－３のそれぞれの位相が互いに一致するようなフィードバック制御を行う。具体的には、ある目標値Ｒｔ１、Ｒｔ２、Ｒｔ３が設定される。そして、位相制御部９０は、干渉パターンパラメータＲ１、Ｒ２、Ｒ３がそれぞれの目標値Ｒｔ１、Ｒｔ２、Ｒｔ３に一致するように、位相シフト部５０による位相シフトをフィードバック制御する。言い換えれば、位相制御部９０は、干渉パターンパラメータＲｉを目標値Ｒｔｉに制御することにより、シフトレーザ光Ｂｃ－ｉの位相を所望の位置でロックする。
　目標値Ｒｔ１、Ｒｔ２、Ｒｔ３は、レジスタ等の回路にあらかじめ設定されていてもよい。目標値Ｒｔ１、Ｒｔ２、Ｒｔ３は、外部信号により設定されてもよい。目標値Ｒｔ１、Ｒｔ２、Ｒｔ３は、共通の値であってもよい。目標値Ｒｔ１、Ｒｔ２、Ｒｔ３は、複数の値の中から選択可能であってもよい。目標値Ｒｔ１、Ｒｔ２、Ｒｔ３は、連続的に可変であってもよい。
　尚、センサ８２－ｉｊは、Ｘ方向に可動に設計されていてもよい。センサ８２－ｉｊのＸ位置を物理的に移動させることにより、シフトレーザ光Ｂｃ－ｉの位相がロックされる値（ロック値）を変化させることができる。あるいは、ロック値は、干渉パターン情報を信号処理して出力することによって変更されてもよい。例えば、センサ８２の内部抵抗やバイアス電圧等を調整することにより、センサ８２の出力電圧を変更することができ、これによりロック値を変えることができる。
　図９は、観測部８０及び位相制御部９０の構成の一例を示している。各観測装置８１－ｉは、２個のセンサ８２－ｉ１、８２－ｉ２だけを備えており、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－ｉに関して２点の強度Ａｉ１、Ａｉ２を計測する。つまり、干渉パターン情報ＰＴＮｉは、強度Ａｉ１、Ａｉ２である。センサ８２の数が最小であるため、構成がシンプルで好適である。
　位相制御部９０は、観測装置８１－ｉに接続された差動増幅器９１－ｉを備えている。この差動増幅器９１－ｉは、干渉パターン情報ＰＴＮｉに基づいて制御信号ＣＯＮｉを生成する。具体的には、センサ８２－ｉ１、８２－ｉ２のそれぞれから観測強度Ａｉ１、Ａｉ２に応じた２つの信号が出力され、それら２つの信号が差動増幅器９１－ｉの２つの入力端子に入力される。そして、差動増幅器９１－ｉは、強度差Ｒｉ＝Ａｉ２－Ａｉ１が所定の目標値Ｒｔｉとなるように制御信号ＣＯＮｉを生成する。
　例えば、所定の目標値Ｒｔｉは“０”に設定される。これは、図１０に示されるように、２点の強度Ａｉ１、Ａｉ２が一致するようにフィードバック制御を行うことと等価である。つまり、差動増幅器９１－ｉは、強度Ａｉ１、Ａｉ２が等しくなるように制御信号ＣＯＮｉ（位相シフタ５１－ｉ）をフィードバック制御する。図１０に示されるような制御はシンプルであり、好適である。
　また、図１０に示される制御の場合、強度Ａｉ１、Ａｉ２が一致したとき、強度分布のピーク（もしくはバレイ）が位置Ｘｉ１、Ｘｉ２の中間点にくる。よって、重ね合わせレーザ光Ｂｓ－１～Ｂｓ－３間で“ピーク強度の絶対値”が異なっている場合であっても、確実な位相制御が可能となる。
　尚、センサ位置もしくは強度分布を調整することで、位置Ｘｉ１、Ｘｉ２の中間点を強度分布の極大と極小の中間地点に置くようにすることもできる。例えば、位置Ｘｉ１、Ｘｉ２の間隔を強度パターン変化周期の半分に設定する。これにより、位相の変動による強度分布の変動に対して、最も感度を高くすることができ、好適である。
　以上に説明されたように、本実施の形態によれば、「空間的な干渉パターン」に基づいて位相制御が行われる。従来のような光ヘテロダイン方式ではないため、周波数シフタは不要である。すなわち、従来よりも簡易な構成で位相制御を実現することが可能となる。このことは、コストの削減にもつながる。
　また、増幅後の複数のシフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３を結合することによって、高強度のレーザ出力を得ることが可能である。また、コヒーレント結合の一例としては、出力段におけるシフトレーザ光Ｂｃ－１、Ｂｃ－２、Ｂｃ－３間の位相差をゼロにするような制御を実施することが考えられる。本実施の形態は、コヒーレント光結合装置や高出力レーザシステムに適用可能である。
　以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
　本出願は、２０１２年１月２０日に出願された日本国特許出願２０１２－００９９７２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (8)

  1. 　複数のレーザ光のそれぞれの位相をシフトさせることによって複数のシフトレーザ光を生成する位相シフト部と、
    　前記複数のシフトレーザ光のそれぞれと参照光とを重ね合わせることによって複数の重ね合わせレーザ光を生成する重ね合わせ部と、
    　前記複数の重ね合わせレーザ光の各々を観測した際に現れる空間的な干渉パターンに関する干渉パターン情報を生成する観測部と、
    　前記複数の重ね合わせレーザ光毎に得られた前記干渉パターン情報に基づいて、前記位相シフト部による位相シフトをフィードバック制御し、それにより、前記複数のシフトレーザ光を所望の状態に設定する位相制御部と
    　を備える
    　複数ビーム結合装置。
  2. 　請求項１に記載の複数ビーム結合装置であって、
    　前記観測部は、前記複数の重ね合わせレーザ光のそれぞれを観測するように設けられた複数の観測装置を備え、
    　前記複数の観測装置の各々は、対応する１つの重ね合わせレーザ光の強度を複数の観測位置において観測する複数のセンサを備え、
    　前記干渉パターン情報は、前記複数の観測位置のそれぞれにおいて観測された前記強度を含む
    　複数ビーム結合装置。
  3. 　請求項２に記載の複数ビーム結合装置であって、
    　干渉パターンパラメータは、前記複数の観測位置のそれぞれにおいて観測された前記強度に基づいて定義され、
    　前記位相制御部は、前記複数の重ね合わせレーザ光のそれぞれに関する前記干渉パターンパラメータが目標値に一致するように、前記位相シフト部による前記位相シフトをフィードバック制御する
    　複数ビーム結合装置。
  4. 　請求項３に記載の複数ビーム結合装置であって、
    　前記複数のセンサの数は２個であり、
    　前記２個のセンサは、２箇所の観測位置のそれぞれにおける前記強度を観測し、
    　前記干渉パターンパラメータは、前記２箇所の観測位置の間の前記強度の比、あるいは傾き、あるいは差に依存する
    　複数ビーム結合装置。
  5. 　請求項４に記載の複数ビーム結合装置であって、
    　前記位相制御部は、前記２箇所の観測位置のそれぞれにおける前記強度が等しくなるように、あるいは、所定の値となるように、前記位相シフト部による前記位相シフトをフィードバック制御する
    　複数ビーム結合装置。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の複数ビーム結合装置であって、
    　更に、
    　前記複数のシフトレーザ光のそれぞれを増幅するビーム増幅部
    　を備える
    　複数ビーム結合装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか一項に記載の複数ビーム結合装置であって、
    　更に、
    　基本レーザ光を生成するレーザ発振器と、
    　前記基本レーザ光を、前記複数のレーザ光と前記参照光とに分割するビーム分割部と
    　を備える
    　複数ビーム結合装置。
  8. 　請求項７に記載の複数ビーム結合装置であって、
    　前記ビーム分割部によって生成された前記参照光は、周波数シフタを通ることなく、前記重ね合わせ部に到達する
    　複数ビーム結合装置。
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