JP2002508536A - レーザビームカプラ、シェイパ及びコリメータ - Google Patents
レーザビームカプラ、シェイパ及びコリメータInfo
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Abstract
(57)【要約】
改善されたハイパワーレーザビームを提供する装置である。高反射性内部表面（２６）を有する細長いレフレクタ（２０）をブロードエリアダイオードレーザ、ダイオードレーザバー又はダイオードレーザアレイのようなレーザビーム放出体（２２）とともに使用する。レーザビーム（２４）は分散してほぼ放物線状に彎曲した高反射性内部表面（２６）に入射し、この表面から反射される。この内部表面はアルミニウム又はニッケルのような高反射性の材料でコーティングする。反射ビーム（２８）を、細長いレフレクタ（２０）のサイズ及び形状並びに該レフレクタに対するレーザビーム放出体（２２）の位置を調整することによりコリメート、整形及び／又は結合させることができる。本発明ではレンズ及び／又はミラーの光学系を非線形結晶と組み合わせて使用することもできる。
Description
【０００１】発明の分野 本発明は、一般にレーザ技術を改善する装置に関するものである。本発明は、
特に半導体ダイオードレーザ、ブロードエリアダイオードレーザ、ダイオードレ
ーザバー及びダイオードレーザアレイの品質を改善する装置に関するものである
。
特に半導体ダイオードレーザ、ブロードエリアダイオードレーザ、ダイオードレ
ーザバー及びダイオードレーザアレイの品質を改善する装置に関するものである
。
【０００２】関連技術 レーザは原子又は分子のエネルギーレベル間の遷移を利用して光を増幅又は発
生させる装置である。電子が高いエネルギーレベルから低いエネルギーレベルへ
遷移するとき、光子、放射エネルギーの素量、を放出する。「誘導放出」とは、
入射光子が電子を刺激してエネルギーレベルを変化させ、これが励起光子の数を
増幅する。実際上、これがレーザという言葉の語源であり、即ちlight amplific
ation by the stimulated emission of radiation（誘導放出による光の増幅）
である。放出された光子は入射光子と同一の方向に入射光子と同一の位相で進む
。レーザ内の誘導放出が一対のエネルギーレベルの間でのみ生ずるときは、得ら
れる出力ビームは単一周波数又は波長を有し、従ってほぼ単色性になる。
生させる装置である。電子が高いエネルギーレベルから低いエネルギーレベルへ
遷移するとき、光子、放射エネルギーの素量、を放出する。「誘導放出」とは、
入射光子が電子を刺激してエネルギーレベルを変化させ、これが励起光子の数を
増幅する。実際上、これがレーザという言葉の語源であり、即ちlight amplific
ation by the stimulated emission of radiation（誘導放出による光の増幅）
である。放出された光子は入射光子と同一の方向に入射光子と同一の位相で進む
。レーザ内の誘導放出が一対のエネルギーレベルの間でのみ生ずるときは、得ら
れる出力ビームは単一周波数又は波長を有し、従ってほぼ単色性になる。
【０００３】 慣例のレーザの一例は半導体レーザダイオードである。半導体レーザはいくつ
かの理由で特に有用である。即ち、半導体レーザダイオードは光ファイバ通信に
特に有用な波長範囲内のコヒーレント放射を発生し得る；慣例の大型のガスレー
ザよりも比較的容易に且つ低コストで製造することができる；及び光ファイバ通
信、印刷及び医療を含む多くの用途に有用なコンパクトなサイズを有する。
かの理由で特に有用である。即ち、半導体レーザダイオードは光ファイバ通信に
特に有用な波長範囲内のコヒーレント放射を発生し得る；慣例の大型のガスレー
ザよりも比較的容易に且つ低コストで製造することができる；及び光ファイバ通
信、印刷及び医療を含む多くの用途に有用なコンパクトなサイズを有する。
【０００４】 慣例の半導体レーザの一例はブロードエリアレーザダイオードである。「ブロ
ードエリア」はレーザ放射が発生する接合面に関係する。殆どのブロードエリア
半導体レーザは「ストライプ」幾何構造を具える。ストライプ幾何構造は代表的
には幅約５−３０μｍ、長さ約０．１ｍｍ及び厚さ約1μｍの寸法を有する。こ の幾何構造にはいくつかの利点がある。第１に、注入キャパシタンスが小さいた
めに応答時間が向上する。第２に、薄い活性層が、レーザ放射が発生され閉じ込
められる領域であるのために、横断面積が小さくなる。これはレーザの動作維持
に必要な動作電流を低減するとともに、レーザ装置にレーザ作用を開始させるた
めに必要とされるしきい電流も低減する。
ードエリア」はレーザ放射が発生する接合面に関係する。殆どのブロードエリア
半導体レーザは「ストライプ」幾何構造を具える。ストライプ幾何構造は代表的
には幅約５−３０μｍ、長さ約０．１ｍｍ及び厚さ約1μｍの寸法を有する。こ の幾何構造にはいくつかの利点がある。第１に、注入キャパシタンスが小さいた
めに応答時間が向上する。第２に、薄い活性層が、レーザ放射が発生され閉じ込
められる領域であるのために、横断面積が小さくなる。これはレーザの動作維持
に必要な動作電流を低減するとともに、レーザ装置にレーザ作用を開始させるた
めに必要とされるしきい電流も低減する。
【０００５】 しかし、回折の法則に従って、不所望なビーム発散が開口サイズの減少に伴な
い大きく増大する。それにもかかわらず、殆どの用途が最小の面積内に最大のパ
ワーを有する小さいビームを必要とする。開口の幅を増大させることは何の助け
にもならない。その理由は、開口幅の増大は放射ビームの単位面積当たりのパワ
ーを低減するのみならず、開口幅が所定の点を過ぎて増大するとモード特性が著
しく劣化することが証明されている。開口幅を増大させると、モードが単一の高
品質のガウス強度分布から大面積に亘って広がるビームの数個のフィラメント発
振へ劣化する。
い大きく増大する。それにもかかわらず、殆どの用途が最小の面積内に最大のパ
ワーを有する小さいビームを必要とする。開口の幅を増大させることは何の助け
にもならない。その理由は、開口幅の増大は放射ビームの単位面積当たりのパワ
ーを低減するのみならず、開口幅が所定の点を過ぎて増大するとモード特性が著
しく劣化することが証明されている。開口幅を増大させると、モードが単一の高
品質のガウス強度分布から大面積に亘って広がるビームの数個のフィラメント発
振へ劣化する。
【０００６】 半導体レーザの他の例はレーザダイオードバー（一次元アレイ）である。半導
体レーザに対しては、多数のレーザダイオードを「レーザアレイ」と称するもの
に組み合わせることによりパワーを増大させることが試みられている。個々のレ
ーザダイオードをアレイ内に配置する利点は、いくつかのダイオードレーザをこ
れらが単一の源として動作するように位相ロックすることにより総合出力パワー
を増大させることができる点にある。しかし、多数のレーザを組み合わせ多数の
ビームを発生させてパワーを増大させたとしても、レーザ品質は極めて悪い。そ
して、理想的な結果より低いこのレーザアレイの悪いレーザ品質を軽減するため
に多くの時間と費用がユーザに課される。
体レーザに対しては、多数のレーザダイオードを「レーザアレイ」と称するもの
に組み合わせることによりパワーを増大させることが試みられている。個々のレ
ーザダイオードをアレイ内に配置する利点は、いくつかのダイオードレーザをこ
れらが単一の源として動作するように位相ロックすることにより総合出力パワー
を増大させることができる点にある。しかし、多数のレーザを組み合わせ多数の
ビームを発生させてパワーを増大させたとしても、レーザ品質は極めて悪い。そ
して、理想的な結果より低いこのレーザアレイの悪いレーザ品質を軽減するため
に多くの時間と費用がユーザに課される。
【０００７】 更に、アレイに対し所望のモード制御及びコヒーレンスを達成することは困難
であることが確かめられている。その結果として、最終的には、市販の全てのハ
イパワーアレイはそれらの放射を単一の回折限界ローブの代わりに２つの幅広の
遠視野ローブに放出する。
であることが確かめられている。その結果として、最終的には、市販の全てのハ
イパワーアレイはそれらの放射を単一の回折限界ローブの代わりに２つの幅広の
遠視野ローブに放出する。
【０００８】 この１０年の間、適切なモード制御及びコヒーレンス度を有するハイパワーア
レイの設計及び製造に多大の研究が費やされてきた。市販のダイオードレーザア
レイはここ数年の間に得られたものであり、装置のヒートシンクを含むプレーナ
基板の溝内に位置させたレーザダイオードのバーの積層構造を使用している。こ
れらの積層ダイオードバーは「ラック・アンド・スタック」構造に基づく技術を
使用している。（例えばカーピンスキの米国特許第５，３１１，５３５号及び同
第５，５２６，３７３号参照：これらの文献はここに含まれているものとする）
。
レイの設計及び製造に多大の研究が費やされてきた。市販のダイオードレーザア
レイはここ数年の間に得られたものであり、装置のヒートシンクを含むプレーナ
基板の溝内に位置させたレーザダイオードのバーの積層構造を使用している。こ
れらの積層ダイオードバーは「ラック・アンド・スタック」構造に基づく技術を
使用している。（例えばカーピンスキの米国特許第５，３１１，５３５号及び同
第５，５２６，３７３号参照：これらの文献はここに含まれているものとする）
。
【０００９】 しかし、積層設計のダイオードレーザバーの使用は多くの欠点を有する。例え
ば、この積層設計は融通性に欠け、プレーナ構造に限定される。更に、代表的に
は２０個以上の個々のレーザダイオードを含む各ダイオードレーザバーは一体の
ユニットとしてポンピング（励起）され、個々のレーザダイオードを個別にポン
ピングし、また個別に取り替えることができない。レーザバー内のたとえ１つの
ダイオードレーザが損傷しても、バー全体を取り替えなければならない。あいに
く、たった１つのダイオードレーザバーしか含まない１つのレーザダイオードア
レイの取り替えは費用がかかる。
ば、この積層設計は融通性に欠け、プレーナ構造に限定される。更に、代表的に
は２０個以上の個々のレーザダイオードを含む各ダイオードレーザバーは一体の
ユニットとしてポンピング（励起）され、個々のレーザダイオードを個別にポン
ピングし、また個別に取り替えることができない。レーザバー内のたとえ１つの
ダイオードレーザが損傷しても、バー全体を取り替えなければならない。あいに
く、たった１つのダイオードレーザバーしか含まない１つのレーザダイオードア
レイの取り替えは費用がかかる。
【００１０】 更に、レーザダイオードアレイから放出されるレーザビームはかなりの大きな
発散を示す。この問題はカーピンスキの米国特許第、３１１、５３５号及び同第
５，６６８，８２５号において対処されており、これらの文献はここに含まれて
いるものとする。具体的に言うと、個別のレンズを各ダイオードレーザに対し所
定の距離に配置する。各ダイオードレーザから放出された放射はレーザビームを
コリメートするレンズを通過する。このような光学系は多数のマイクロレンズの
製造及び各レンズの精密な配置を必要とし、製造プロセスが複雑になり、システ
ムの総合コストが上昇する。更に、レンズの配置のミスアライメントによりシス
テムの効率が大きく減少するが、アライメントの再調整は極めて困難である。こ
の光学系は電気的パワーを光学的パワーに、最も良くても約５０％の効率で、変
換することができるにすぎない。
発散を示す。この問題はカーピンスキの米国特許第、３１１、５３５号及び同第
５，６６８，８２５号において対処されており、これらの文献はここに含まれて
いるものとする。具体的に言うと、個別のレンズを各ダイオードレーザに対し所
定の距離に配置する。各ダイオードレーザから放出された放射はレーザビームを
コリメートするレンズを通過する。このような光学系は多数のマイクロレンズの
製造及び各レンズの精密な配置を必要とし、製造プロセスが複雑になり、システ
ムの総合コストが上昇する。更に、レンズの配置のミスアライメントによりシス
テムの効率が大きく減少するが、アライメントの再調整は極めて困難である。こ
の光学系は電気的パワーを光学的パワーに、最も良くても約５０％の効率で、変
換することができるにすぎない。
【００１１】 レガーの米国特許第５,３３３，０７７号（この文献はここに含まれているも のとする）は、発散する放出光の問題に対する別の解決法を提案しており、この
方法は開口充満と幾何変換の組合わせを用い、２つの光学素子を必要とする。第
１光学素子はレンズのリニアアレイであり、その各レンズがダイオードアレイか
らの放出光の種々の部分を受け、再指向させる。第２光学素子は、虚平面に位置
し光ビームの二次元パターンと整列するレンズの別個の二次元アレイであり、こ
れにより光ビームの二次元パターンを焦点に再指向させるとともに収束させる。
第２のレンズアレイは矩形又は六角形に密に詰めた幾何学パターンに配置するこ
とができる。両アレイのレンズは回折レンズとする。
方法は開口充満と幾何変換の組合わせを用い、２つの光学素子を必要とする。第
１光学素子はレンズのリニアアレイであり、その各レンズがダイオードアレイか
らの放出光の種々の部分を受け、再指向させる。第２光学素子は、虚平面に位置
し光ビームの二次元パターンと整列するレンズの別個の二次元アレイであり、こ
れにより光ビームの二次元パターンを焦点に再指向させるとともに収束させる。
第２のレンズアレイは矩形又は六角形に密に詰めた幾何学パターンに配置するこ
とができる。両アレイのレンズは回折レンズとする。
【００１２】 効率は理論的には約９９％に近づくが、適切な断面構造を有するこれらの回折
レンズアレイの製造は困難であり、多大の時間とコストを要する。これは、特に
集積回路の製造に一般に使用されている複雑なマスク及びエッチング技術のため
である。各工程でマスクを作成し、エッチングを行う必要がある。ｍレベルのレ
ンズに対しては、ｐ個のマスタマスクを作成し、ｐ回のエッチング工程を実行す
る必要がある（ここでｍ＝２p）。製造上の制約に加えて、マイクロレンズのア ライメントを互いに対し及びダイオードアレイに対し極めて精密にする必要があ
る。
レンズアレイの製造は困難であり、多大の時間とコストを要する。これは、特に
集積回路の製造に一般に使用されている複雑なマスク及びエッチング技術のため
である。各工程でマスクを作成し、エッチングを行う必要がある。ｍレベルのレ
ンズに対しては、ｐ個のマスタマスクを作成し、ｐ回のエッチング工程を実行す
る必要がある（ここでｍ＝２p）。製造上の制約に加えて、マイクロレンズのア ライメントを互いに対し及びダイオードアレイに対し極めて精密にする必要があ
る。
【００１３】 要旨 本発明はダイオードレーザアレイから放出されるレーザビームをコリメートす
る、整形する及び／又は結合する装置に関する。このビームカプラの特徴は多数
のダイオードレーザの出力を比較的小さいビーム発散で小さいスポットに収束す
ることができることにある。
る、整形する及び／又は結合する装置に関する。このビームカプラの特徴は多数
のダイオードレーザの出力を比較的小さいビーム発散で小さいスポットに収束す
ることができることにある。
【００１４】 好適な設計の本発明の装置は高い反射性内部表面を有する細長いレフレクタで
ある。高反射性内部表面の各断面はほぼ放物面状の曲面である。放物面状曲面は
細長いレフレクタの長さに沿って延在する焦点の線を規定し、従って焦線を形成
する。本発明の好適実施例では、レーザビーム放出体を、細長いレフレクタに対
し、レーザビーム放出体がその焦線に沿って延在するように位置させる。他の実
施例では、レーザビーム放出体を焦線の上方又は下方に位置させる。レーザビー
ム放出体はブロードエリアレーザダイオード、ダイオードレーザバー、又はレー
ザダイオードアレイとすることができる。レーザビーム放出体は、レーザビーム
が高反射性内部表面と衝突し反射されるように位置させるのが有利である。更に
、レフレクタのサイズ及び形を調整することにより、レーザビームのサイズ及び
形を調整することができる。外部レンズ、ミラー及び非線形結晶の配置によりレ
ーザビームを調整することもできる。
ある。高反射性内部表面の各断面はほぼ放物面状の曲面である。放物面状曲面は
細長いレフレクタの長さに沿って延在する焦点の線を規定し、従って焦線を形成
する。本発明の好適実施例では、レーザビーム放出体を、細長いレフレクタに対
し、レーザビーム放出体がその焦線に沿って延在するように位置させる。他の実
施例では、レーザビーム放出体を焦線の上方又は下方に位置させる。レーザビー
ム放出体はブロードエリアレーザダイオード、ダイオードレーザバー、又はレー
ザダイオードアレイとすることができる。レーザビーム放出体は、レーザビーム
が高反射性内部表面と衝突し反射されるように位置させるのが有利である。更に
、レフレクタのサイズ及び形を調整することにより、レーザビームのサイズ及び
形を調整することができる。外部レンズ、ミラー及び非線形結晶の配置によりレ
ーザビームを調整することもできる。
【００１５】 ブロードエリアダイオードレーザの場合には、レーザビーム放出体を二次元放
物面の焦点に位置させる。或いは又、一次元放物面を、レーザビームを第２の次
元方向にコリメートするレンズと組み合わせて使用することもできる。
物面の焦点に位置させる。或いは又、一次元放物面を、レーザビームを第２の次
元方向にコリメートするレンズと組み合わせて使用することもできる。
【００１６】 上述した本発明の利点及び目的及び他の利点及び目的を達成する方法を完全に
理解するために、本発明を特に添付図面に示す実施例につき説明する。これらの
図面は本発明の代表的な実施例のみを示すものであって、本発明の範囲を制限す
るものではないが、本発明をこれらの図面を用いて現在理解される最良のモード
で説明するとともに追加の特定性及び詳細について説明する。
理解するために、本発明を特に添付図面に示す実施例につき説明する。これらの
図面は本発明の代表的な実施例のみを示すものであって、本発明の範囲を制限す
るものではないが、本発明をこれらの図面を用いて現在理解される最良のモード
で説明するとともに追加の特定性及び詳細について説明する。
【００１７】好適実施例の詳細な説明 ハイパワー連続波及び準連続波ダイオードバーは、比較的低コストであり且つ
広く市販されているために、ハイパワー固体レーザ用の励起源としてますます魅
力的になってきている。しかし、これらのハイパワーダイオードバーから出力さ
れる慣例のレーザビームは高度に楕円形であり、これらの装置をエンドポンプ（
端面励起）構造に効率よく使用するのが困難である。そこで、慣例のハイパワー
ダイオードバーを使用するエンドポンプ構造に対しては複雑な共振器設計が通常
必要とされる。
広く市販されているために、ハイパワー固体レーザ用の励起源としてますます魅
力的になってきている。しかし、これらのハイパワーダイオードバーから出力さ
れる慣例のレーザビームは高度に楕円形であり、これらの装置をエンドポンプ（
端面励起）構造に効率よく使用するのが困難である。そこで、慣例のハイパワー
ダイオードバーを使用するエンドポンプ構造に対しては複雑な共振器設計が通常
必要とされる。
【００１８】 更に、ブロードエリアレーザ及びハイパワーダイオードレーザバーはともにフ
ァスト発散特性を有し、これらのレーザから射出する光を通常のコリメーティン
グ技術を用いてコリメートすることが極めて困難になる。
ァスト発散特性を有し、これらのレーザから射出する光を通常のコリメーティン
グ技術を用いてコリメートすることが極めて困難になる。
【００１９】 更に、慣例のレーザダイオードアレイは多数のマイクロレンズを精密に固着す
るか特別の回折レンズアレイを製造してビーム発散を小さくするために費用のか
かる複雑な製造プロセスを必要とする。それにもかかわらず、これらのアレイは
最適パワー及びビーム品質より低いビームを発生する。
るか特別の回折レンズアレイを製造してビーム発散を小さくするために費用のか
かる複雑な製造プロセスを必要とする。それにもかかわらず、これらのアレイは
最適パワー及びビーム品質より低いビームを発生する。
【００２０】 これに対し、本発明は多数のレーザダイオードバーの出力を固体レーザのエン
ドポンプ用に適する最小のビーム発散度を有する小スポットに収束させることが
できるユニークな設計を用いる。本発明のユニークな設計は格段に改善されたビ
ーム品質を有するハイパワーレーザビームをもたらすとともに光学系のコスト及
び複雑度を低減する。更に、本発明は準連続波ダイオードレーザバーに特に好適
である。更に、本発明はダイオードレーザビームをコリメートするのに使用する
慣例の光学系と関連する球面収差を完全に除去する。
ドポンプ用に適する最小のビーム発散度を有する小スポットに収束させることが
できるユニークな設計を用いる。本発明のユニークな設計は格段に改善されたビ
ーム品質を有するハイパワーレーザビームをもたらすとともに光学系のコスト及
び複雑度を低減する。更に、本発明は準連続波ダイオードレーザバーに特に好適
である。更に、本発明はダイオードレーザビームをコリメートするのに使用する
慣例の光学系と関連する球面収差を完全に除去する。
【００２１】 本発明のコリメーティング技術を用いてブロードエリアレーザ及びダイオード
レーザバーのようなハイパワーダイオードレーザから射出するファスト発散光を
殆ど集光し平行化する。このコリメーティング技術を適用することにより、ハイ
パワーダイオードレーザシステムの効率を劇的に向上させることができる。本発
明のコリメーティング技術はダイオード励起固体レーザの効率を向上させるため
に必要とされるコリメーティング作用とビーム整形作用の両作用なすことができ
る。
レーザバーのようなハイパワーダイオードレーザから射出するファスト発散光を
殆ど集光し平行化する。このコリメーティング技術を適用することにより、ハイ
パワーダイオードレーザシステムの効率を劇的に向上させることができる。本発
明のコリメーティング技術はダイオード励起固体レーザの効率を向上させるため
に必要とされるコリメーティング作用とビーム整形作用の両作用なすことができ
る。
【００２２】 本発明の好適実施例はレーザビーム放出素子と協働する細長いレフレクタを具
える。複数の放出されたレーザビームを細長いレフレクタの内部表面から反射さ
せて、レーザビームの効率及び有用パワー量を大きく増大させる。具体的には、
本発明の特徴は、慣例のビーム発散を、ビームがレフレクタから出るときコリメ
ートされ、結合され及び／又は整形されるように再指向させることにある。
える。複数の放出されたレーザビームを細長いレフレクタの内部表面から反射さ
せて、レーザビームの効率及び有用パワー量を大きく増大させる。具体的には、
本発明の特徴は、慣例のビーム発散を、ビームがレフレクタから出るときコリメ
ートされ、結合され及び／又は整形されるように再指向させることにある。
【００２３】 出力ビームのコリメーティングは、ビームが細長いレフレクタの内部表面から
互いに平行に反射されるときに起る。結合は、多数の個々のダイオードレーザ又
は多数の個々のダイオードレーザバーの出力が小さな領域に指向されるときに起
る。出力ビームの整形は細長いレフレクタの寸法を変化させることにより達成さ
れる。
互いに平行に反射されるときに起る。結合は、多数の個々のダイオードレーザ又
は多数の個々のダイオードレーザバーの出力が小さな領域に指向されるときに起
る。出力ビームの整形は細長いレフレクタの寸法を変化させることにより達成さ
れる。
【００２４】 図１は本発明による細長いレフレクタ２０及びレーザビーム放出体２２の斜視
図である。細長いレフレクタ２０の大きさはエンドユーザの要求又はレーザを使
用する用途に応じて決めるのが好ましい。本発明の好適実施例では、レフレクタ
２０は約１cmの厚さ、約３cmの長さ及び約３cmの幅にする。
図である。細長いレフレクタ２０の大きさはエンドユーザの要求又はレーザを使
用する用途に応じて決めるのが好ましい。本発明の好適実施例では、レフレクタ
２０は約１cmの厚さ、約３cmの長さ及び約３cmの幅にする。
【００２５】 高効率のハイパワーレーザビームを小規模に必要とする用途に対しては数ミク
ロンの範囲内のような極めて小さい装置が好ましい。このような小規模用途の一
例は眼科学の分野である。また、もっと大規模な用途も本発明の装置及び方法に
想定され、これらの用途は数メートルの範囲のサイズのレフレクタを必要とする
こともある。
ロンの範囲内のような極めて小さい装置が好ましい。このような小規模用途の一
例は眼科学の分野である。また、もっと大規模な用途も本発明の装置及び方法に
想定され、これらの用途は数メートルの範囲のサイズのレフレクタを必要とする
こともある。
【００２６】 細長いレフレクタは機械加工スチールで構成するが、このような材料に限定さ
れない。他の材料も同様に本発明に好適である。
れない。他の材料も同様に本発明に好適である。
【００２７】 細長いレフレクタ２０はなるべく高反射性が好ましい平滑内部表面２６を有す
る。本発明の好適実施例では、この内部表面をアルミニウムの反射コートで被覆
する。アルミニウムは約９２％の反射率を示すことが証明されている。アルミニ
ウム反射コートの好適な厚さは約１００ｎｍから約３μｍまでの範囲である。厚
いコートは良好な表面特性を示すが、薄いコートより大きなコスト及び時間を要
する。
る。本発明の好適実施例では、この内部表面をアルミニウムの反射コートで被覆
する。アルミニウムは約９２％の反射率を示すことが証明されている。アルミニ
ウム反射コートの好適な厚さは約１００ｎｍから約３μｍまでの範囲である。厚
いコートは良好な表面特性を示すが、薄いコートより大きなコスト及び時間を要
する。
【００２８】 本発明の他の実施例では、反射コートを９７％の反射率を示すニッケルの層と
する。ここに記載する本発明においては、他の反射コートを、これらの反射コー
トの代わりに又は追加して使用して、放物状空胴の内部表面の反射率を高めるこ
ともできる。また、放物状空胴の内部表面を被覆しないで、高度に研磨して適切
な反射率を達成することもできる。
する。ここに記載する本発明においては、他の反射コートを、これらの反射コー
トの代わりに又は追加して使用して、放物状空胴の内部表面の反射率を高めるこ
ともできる。また、放物状空胴の内部表面を被覆しないで、高度に研磨して適切
な反射率を達成することもできる。
【００２９】 本発明の好適実施例では、内部表面２６を、その彎曲が、断面において、放物
線の片側部分に類似するように彎曲させる。例えば、図２は４つの細長いレフレ
クタの断面を示し、各レフレクタは放物線の半分又は片側部分に類似し、従って
ここでは「半放物線」という。図２の考察から明らかなように、２つの細長いレ
フレクタを、断面において、両レフレクタが一つの完全な放物線を完成するよう
に位置させることができる。或いはまた、これらのレフレクタを個別に使用する
こと、又は若干離して各放物線の片側部分又は一部分のみが作用するようにする
こともできる。
線の片側部分に類似するように彎曲させる。例えば、図２は４つの細長いレフレ
クタの断面を示し、各レフレクタは放物線の半分又は片側部分に類似し、従って
ここでは「半放物線」という。図２の考察から明らかなように、２つの細長いレ
フレクタを、断面において、両レフレクタが一つの完全な放物線を完成するよう
に位置させることができる。或いはまた、これらのレフレクタを個別に使用する
こと、又は若干離して各放物線の片側部分又は一部分のみが作用するようにする
こともできる。
【００３０】 更に、放物線状に彎曲された内部表面の各断面は一般に方程式ｆ＝ｘ2/４ｙで
定義される対応する焦点を有する。本発明の好適実施例では、細長いレフレクタ
は単一の平面内において細長いレフレクタの長さに亘って延在する各断面の焦点
からなる焦線を含む。
定義される対応する焦点を有する。本発明の好適実施例では、細長いレフレクタ
は単一の平面内において細長いレフレクタの長さに亘って延在する各断面の焦点
からなる焦線を含む。
【００３１】 内部表面の彎曲の勾配又は傾斜はエンドユーザの選択又は用途に従って変更さ
れる。例えば、彎曲空胴の勾配を急にればするほど、射出レーザビームの幅が狭
くなる。より平らな勾配はより大きな幅の射出レーザビームを生ずる。
れる。例えば、彎曲空胴の勾配を急にればするほど、射出レーザビームの幅が狭
くなる。より平らな勾配はより大きな幅の射出レーザビームを生ずる。
【００３２】 更に、細長いレフレクタ内にレーザビーム放出体を精密に配置することにより
種々のビーム特性が達成される。本発明の重要な点は、レーザビーム放出体を細
長いレフレクタに対し単一平面内に位置させることにある。この単一平面は放物
面状内部表面の焦線を基準に指定される。
種々のビーム特性が達成される。本発明の重要な点は、レーザビーム放出体を細
長いレフレクタに対し単一平面内に位置させることにある。この単一平面は放物
面状内部表面の焦線を基準に指定される。
【００３３】 例えば、図１に示す本発明の好適実施例では、レーザビーム放出体２２を、レ
ーザビームが放物面状内部表面の焦線の位置で放出されるように位置させてある
。細長いレフレクタから射出するビームは図２に示すようにコリメートされる。
或いはまた、レーザビーム放出体を図４に示すようにレフレクタの焦線の上方に
、又は図５に示すようにレフレクタの焦線の下方に位置させると、異なるビーム
構造が達成される。
ーザビームが放物面状内部表面の焦線の位置で放出されるように位置させてある
。細長いレフレクタから射出するビームは図２に示すようにコリメートされる。
或いはまた、レーザビーム放出体を図４に示すようにレフレクタの焦線の上方に
、又は図５に示すようにレフレクタの焦線の下方に位置させると、異なるビーム
構造が達成される。
【００３４】 本発明の他の実施例では、レンズを細長いレフレクタを丁度越えた位置に位置
させてレフレクタを出るビームを収束させる。 図１に示すように、レーザビーム放出体２２は、例えばブロードエリアダイオ
ードレーザ、ダイオードレーザバー又はレーザダイオードアレイのように複数の
レーザビーム出力を有するものとするのが好ましい。
させてレフレクタを出るビームを収束させる。 図１に示すように、レーザビーム放出体２２は、例えばブロードエリアダイオ
ードレーザ、ダイオードレーザバー又はレーザダイオードアレイのように複数の
レーザビーム出力を有するものとするのが好ましい。
【００３５】 好適なダイオードレーザバーは約１ｃｍの幅を有する。複数のダイオードバー
は一般にダイオードアレイと呼ばれている。本発明はダイオードレーザアレイの
ユニークな構成に関連し、市販のレーザダイオードアレイのエンドポンププレー
ナ構造に限定されない。これと反対に、本発明はサイドポンプフレキシブル設計
の使用を想定する。更に、ダブルレーザバーを上下に積重ねて二次元ダイオード
レーザアレイを構成することによりハイパワーを達成する。
は一般にダイオードアレイと呼ばれている。本発明はダイオードレーザアレイの
ユニークな構成に関連し、市販のレーザダイオードアレイのエンドポンププレー
ナ構造に限定されない。これと反対に、本発明はサイドポンプフレキシブル設計
の使用を想定する。更に、ダブルレーザバーを上下に積重ねて二次元ダイオード
レーザアレイを構成することによりハイパワーを達成する。
【００３６】 本発明の好適実施例では、ダイオードバーは燐化ガリウムインジウム系のよう
な半導体レーザを含むものとする。本発明の他の実施例では、ダイオードバーは
砒化ガリウムアンチモナイド半導体レーザを具えるものとする。当業者であれば
、ダイオードレーザは実際上ダイオードレーザ分野において慣用されている任意
の組合わせの半導体化合物を具えるものとすることができること明かである。
な半導体レーザを含むものとする。本発明の他の実施例では、ダイオードバーは
砒化ガリウムアンチモナイド半導体レーザを具えるものとする。当業者であれば
、ダイオードレーザは実際上ダイオードレーザ分野において慣用されている任意
の組合わせの半導体化合物を具えるものとすることができること明かである。
【００３７】 本発明の他の実施例ではレーザビーム放出体をブロードエリアダイオードレー
ザとする。好適なブロードエリアダイオードレーザは長さが約８００μｍであり
、ダイオードバーの開口又はフェースが約１μｍの高さ×１００μｍの幅である
。図３は図２の３-３線上の断面における、ブロードエリアレーザダイオードの 狭い開口を示す。個々のブロードエリアダイオードレーザを一次元放物面レフレ
クタの焦線に沿って位置させて個々のダイオードのダイオードレーザバーを構成
することができる。この構成は個別のダイオード励起及び取り替えが可能となる
利点を有する。
ザとする。好適なブロードエリアダイオードレーザは長さが約８００μｍであり
、ダイオードバーの開口又はフェースが約１μｍの高さ×１００μｍの幅である
。図３は図２の３-３線上の断面における、ブロードエリアレーザダイオードの 狭い開口を示す。個々のブロードエリアダイオードレーザを一次元放物面レフレ
クタの焦線に沿って位置させて個々のダイオードのダイオードレーザバーを構成
することができる。この構成は個別のダイオード励起及び取り替えが可能となる
利点を有する。
【００３８】 各ブロードエリアレーザダイオード又はレーザダイオードバーの波長は約８１
０ｎｍとするのが好ましい。或いは又、９８０ｎｍの波長も使用される。しかし
、本発明は決してどちらの波長にも限定されない。これは例示にすぎず、本発明
を限定するものでなく、本発明は赤外線から紫外線までの波長を想定する。
０ｎｍとするのが好ましい。或いは又、９８０ｎｍの波長も使用される。しかし
、本発明は決してどちらの波長にも限定されない。これは例示にすぎず、本発明
を限定するものでなく、本発明は赤外線から紫外線までの波長を想定する。
【００３９】 本発明の好適実施例では、ブロードエリアダイオードレーザの出力は約１００
ミリワットから数ワットの範囲のものとする。或いは又、ダイオードレーザバー
を組み合わせてダイオードレーザアレイにすると、約２０ワットから約１００ワ
ット及びそれ以上のビームパワーを達成することができる。更に、ダイオードレ
ーザアレイを本発明に従って後に詳細に説明するように使用すると、達成される
パワーはダイオード励起固体レーザ用の数千ワット程度にすることができ、また
ダイオード励起融合レーザ用の数万ワットにさえすることができる。更に、準連
続波動作において、著しく高いピークパワーが達成される。
ミリワットから数ワットの範囲のものとする。或いは又、ダイオードレーザバー
を組み合わせてダイオードレーザアレイにすると、約２０ワットから約１００ワ
ット及びそれ以上のビームパワーを達成することができる。更に、ダイオードレ
ーザアレイを本発明に従って後に詳細に説明するように使用すると、達成される
パワーはダイオード励起固体レーザ用の数千ワット程度にすることができ、また
ダイオード励起融合レーザ用の数万ワットにさえすることができる。更に、準連
続波動作において、著しく高いピークパワーが達成される。
【００４０】 このようなハイパワーの発生は多量の熱も発生する。これがため、図１及び２
に示すように、本発明では、レーザビーム放出体を取り囲み、レーザビーム放出
体の動作により発生する過剰な熱を吸収し放散するヒートシンク３０を具えるも
のとするのが好ましい。更に、ヒートシンクは図１及び２に示すように全体とし
て本発明装置のベース部として機能するものとするのが好ましい。本発明の好適
実施例では、ヒートシンクは銅製ブロックとする。本発明の他の実施例では、追
加の放熱体として銅層の間に酸化ベリリウムを使用する。
に示すように、本発明では、レーザビーム放出体を取り囲み、レーザビーム放出
体の動作により発生する過剰な熱を吸収し放散するヒートシンク３０を具えるも
のとするのが好ましい。更に、ヒートシンクは図１及び２に示すように全体とし
て本発明装置のベース部として機能するものとするのが好ましい。本発明の好適
実施例では、ヒートシンクは銅製ブロックとする。本発明の他の実施例では、追
加の放熱体として銅層の間に酸化ベリリウムを使用する。
【００４１】 図１及び２の考察から認識されるように、ヒートシンク３０は内部表面２６を
包囲する外部材料を構成する。
包囲する外部材料を構成する。
【００４２】 図１の考察から認識されるように、一時に一つ以上の細長いレフレクタとレー
ザビーム放出体の組合わせを使用することができる。例えば、図２では４つのレ
フレクタが互いに直接隣接している。本発明では多数のレフレクタを互いに組み
合わせて使用するとき他の構成も考えられる点に注意されたい。
ザビーム放出体の組合わせを使用することができる。例えば、図２では４つのレ
フレクタが互いに直接隣接している。本発明では多数のレフレクタを互いに組み
合わせて使用するとき他の構成も考えられる点に注意されたい。
【００４３】 本発明の他の実施例では、赤色又は赤外ダイオードレーザを具えるブロードエ
リアレーザダイオードを前述したように細長いレフレクタの焦線に沿って位置さ
せる。ダイオードレーザからの発散光はコリメートされ、次いで図６に示すよう
にコリメーティング及び収束レンズ３２ａ及び３２ｂの光学系を通過する。光は
次いで非線形結晶３４を通過する。単なる一例であってこれに限定されないが、
この非線形結晶はタンタル酸リチウム、燐酸カリウムチタニル又はニオブ酸リチ
ウムとするのが好ましい。
リアレーザダイオードを前述したように細長いレフレクタの焦線に沿って位置さ
せる。ダイオードレーザからの発散光はコリメートされ、次いで図６に示すよう
にコリメーティング及び収束レンズ３２ａ及び３２ｂの光学系を通過する。光は
次いで非線形結晶３４を通過する。単なる一例であってこれに限定されないが、
この非線形結晶はタンタル酸リチウム、燐酸カリウムチタニル又はニオブ酸リチ
ウムとするのが好ましい。
【００４４】 レンズ構成は必要とされるコリメーション度及び使用可能な空間に従って変え
ることができる。或いは又、複数の慣例のコリメーティング及び収束レンズの光
学系及び／又は勾配屈折率レンズを本発明の装置ともに使用することができる。
ることができる。或いは又、複数の慣例のコリメーティング及び収束レンズの光
学系及び／又は勾配屈折率レンズを本発明の装置ともに使用することができる。
【００４５】 図７に示す本発明の更に他の実施例では、ダイオードレーザバーをストライプミ
ラー構成と組み合わせて使用する。ストライプミラー構成を収束レンズを越えた
位置に位置させ、これにより一層良好なビーム品質を提供する。
ラー構成と組み合わせて使用する。ストライプミラー構成を収束レンズを越えた
位置に位置させ、これにより一層良好なビーム品質を提供する。
【００４６】 ストライプミラー構成は、図７に示すように、２つのほぼ平行なミラー３６ａ
及び３６ｂを具え、これらのミラーを収束レンズ３２ａ及び３２ｂの中心軸線３
８の両側に位置させるとともに小間隔で離間させる。これらのミラーは、各ミラ
ーの小区分が互いに覆い隠すことがないように互いに僅かに横方向にずらせる。
互いに覆い隠さないミラー区分がビーム２８の入力開口４０及び出力開口４２を
構成する。これらのミラーは更に反射ストライプ（図示せず）を具え、これらの
反射ストライプはそれらが収束レンズの焦点面と一致するように位置させるのが
好ましい。
及び３６ｂを具え、これらのミラーを収束レンズ３２ａ及び３２ｂの中心軸線３
８の両側に位置させるとともに小間隔で離間させる。これらのミラーは、各ミラ
ーの小区分が互いに覆い隠すことがないように互いに僅かに横方向にずらせる。
互いに覆い隠さないミラー区分がビーム２８の入力開口４０及び出力開口４２を
構成する。これらのミラーは更に反射ストライプ（図示せず）を具え、これらの
反射ストライプはそれらが収束レンズの焦点面と一致するように位置させるのが
好ましい。
【００４７】 図７に示す本発明の概略図から明らかなように、遠視野回折パターンの２つの
主ローブの一つに対応する角度で第１ミラー３６ａに入射する光はダイオードレ
ーザアレイへと後方に反射され光学的に帰還される。遠視野回折パターンの第２
の角度に対応する角度で第１ミラー３６ａに入射する光は第２ミラー３６ｂへ反
射され、２つのミラー間で多数回の反射を受ける。その結果として単一出力ビー
ム４４が一つの角度に得られ、従って一つの点に収束することができる。
主ローブの一つに対応する角度で第１ミラー３６ａに入射する光はダイオードレ
ーザアレイへと後方に反射され光学的に帰還される。遠視野回折パターンの第２
の角度に対応する角度で第１ミラー３６ａに入射する光は第２ミラー３６ｂへ反
射され、２つのミラー間で多数回の反射を受ける。その結果として単一出力ビー
ム４４が一つの角度に得られ、従って一つの点に収束することができる。
【００４８】 ミラー間隔及び光の入射角又はミラーの相対角度の変更によりビーム整形を達
成することができる。また、本発明は図７に示す収束レンズ構成に限定されず、
例えば必要とされるコリメーション度、ユーザの要求及び使用可能な空間に基づ
いて変更することができる。
成することができる。また、本発明は図７に示す収束レンズ構成に限定されず、
例えば必要とされるコリメーション度、ユーザの要求及び使用可能な空間に基づ
いて変更することができる。
【００４９】 本発明は本発明の精神又は本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態に
具体化することができる。上述した実施例は全ての点で単なる一例であって本発
明を限定するものではない。従って、本発明の範囲は以上の記載よりむしろ特許
請求の範囲により示される。特許請求の範囲の記載の意味に含まれ且つ同等の範
囲内の全ての変更も本発明の範囲に包含される。
具体化することができる。上述した実施例は全ての点で単なる一例であって本発
明を限定するものではない。従って、本発明の範囲は以上の記載よりむしろ特許
請求の範囲により示される。特許請求の範囲の記載の意味に含まれ且つ同等の範
囲内の全ての変更も本発明の範囲に包含される。
【図１】 本発明の好適実施例の斜視図である。
【図２】 本発明の他の実施例の線図的断面図である。
【図３】 図２の３−３線状の断面図である。
【図４】 本発明の他の実施例の線図的断面図である。
【図５】 本発明の更に他の実施例の線図的断面図である。
【図６】 本発明の更に他の実施例の縦断面図である。
【図７】 本発明の更に他の実施例の縦断面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年６月２９日（２０００．６．２９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スードン ワン アメリカ合衆国 ユタ州 84102 ソルト レイクシティ イースト 144 サウス 900 ナンバー ７ Ｆターム(参考） 5F073 AB02 AB23 AB27 AB29 BA09 EA18 FA30
Claims (24)
- 【請求項１】 ブロードエリアダイオードレーザ、ダイオードレーザバー及びダ
イオードレーザアレイのレーザ品質及びパワーを改善する装置であって、 ａ．細長いレフレクタを具え、該細長いレフレクタが高反射性内部表面を具え、
前記高反射性内部表面が該細長いレフレクタの長さに沿って半放物線状曲面を構
成し、前記高反射性内部表面が前記半放物線状曲面に対応する焦線を有すること
、及び ｂ．レーザビーム放出体を具え、該レーザビーム放出体が複数のレーザビームを
放出し得る複数のレーザ源を含み、該レーザビーム放出体が、前記高反射性内部
表面の焦線に対して、レーザビームが前記細長いレフレクタの前記高反射性内部
表面に放出され、この内部表面から反射されるように配置されていること、 を特徴とするレーザビーム改善装置。 - 【請求項２】 前記レーザビーム放出体が少なくとも一つのダイオードレーザバ
ーを具えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記レーザビーム放出体が少なくとも一つの赤色ダイオードレー
ザバーを具えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項４】 前記レーザビーム放出体が少なくとも一つの赤外ダイオードレー
ザバーを具えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項５】 前記レーザビーム放出体が少なくとも一つの８１０ｎｍの波長を
有するダイオードレーザバーを具えていることを特徴とする請求項１記載の装置
。 - 【請求項６】 前記レーザビーム放出体が９８０ｎｍの波長を有する少なくとも
一つのダイオードレーザバーを具えていることを特徴とする請求項１記載の装置
。 - 【請求項７】 前記レーザビーム放出体が少なくとも一つのブロードエリアレー
ザダイオードを具えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項８】 前記レーザビーム放出体が少なくとも一つの赤色ブロードエリア
レーザダイオードを具えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項９】 前記レーザビーム放出体が少なくとも一つの赤外ブロードエリア
レーザダイオードを具えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１０】 前記レーザビーム放出体が少なくとも一つの８１０ｎｍの波長
を有するブロードエリアレーザダイオードを具えていることを特徴とする請求項
１記載の装置。 - 【請求項１１】 前記レーザビーム放出体が少なくとも一つの９８０ｎｍの波長
を有するブロードエリアレーザダイオードを具えていることを特徴とする請求項
１記載の装置。 - 【請求項１２】 外部ベース部を更に具え、該外部ベース部が前記複数のレーザ
源により発生される熱を放散し得る材料で構成されていることを特徴とする請求
項１記載の装置。 - 【請求項１３】 前記材料が銅であることを特徴とする請求項１２記載の装置。
- 【請求項１４】 前記レーザビームが前記高反射性内部表面上にコリメートされ
、該内部表面から反射されることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１５】 前記レーザビームが前記高反射性内部表面上に収束され、該内
部表面から反射されることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１６】 前記レーザビームが前記高反射性内部表面上に発散され、該内
部表面から反射されることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１７】 前記高反射性内部表面がアルミニウムでコーティングされてい
ることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１８】 前記高反射性内部表面がニッケルでコーティングされているこ
とを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１９】 前記高反射性内部表面から反射されたレーザビームの光路内に
、前記細長いレフレクタの外側に少なくとも一つのレンズを具えていることを特
徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項２０】 前記高反射性内部表面から反射されたレーザビームの光路内に
、前記細長いレフレクタの外側に少なくとも一つのミラーを具えていることを特
徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項２１】 前記高反射性内部表面から反射されたレーザビームの光路内に
、前記細長いレフレクタの外側に少なくとも一つの非線形結晶を具えていること
を特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項２２】 前記少なくとも一つの非線形結晶がタンタル酸リチウムである
ことを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項２３】 前記少なくとも一つの非線形結晶が燐酸カリウムチタニルであ
ることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項２４】 前記少なくとも一つの非線形結晶がニオブ酸リチウムであるこ
とを特徴とする請求項１記載の装置。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010045274A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Seiko Epson Corp | レーザ光源装置、プロジェクタ、モニタ装置 |
| JP2014060452A (ja) * | 2013-12-18 | 2014-04-03 | Seiko Epson Corp | 固体光源装置、プロジェクタ、モニタ装置 |
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Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5995289A (en) | 1997-12-15 | 1999-11-30 | The University Of Utah Research Foundation | Laser beam coupler, shaper and collimator |
| US6259713B1 (en) | 1997-12-15 | 2001-07-10 | The University Of Utah Research Foundation | Laser beam coupler, shaper and collimator device |
| US6215598B1 (en) * | 1998-10-05 | 2001-04-10 | Ruey Jennifer Hwu | Apparatus and method for concentrating beams from broad area diode lasers, diode laser bars and/ or diode laser arrays |
| US6310348B1 (en) * | 1999-06-25 | 2001-10-30 | Ramspec Corporation | Spectroscopic accessory for examining films and coatings on solid surfaces |
| US6504650B1 (en) * | 1999-10-19 | 2003-01-07 | Anthony J. Alfrey | Optical transformer and system using same |
| EP1307341B1 (en) | 2000-08-04 | 2007-04-04 | Kodak Polychrome Graphics Company Ltd. | Lithographic printing form and method of preparation and use thereof |
| US20020136136A1 (en) * | 2001-03-26 | 2002-09-26 | Daniel Gelbart | Method for storing data using VCSEL device |
| US7531104B1 (en) | 2002-03-20 | 2009-05-12 | Ruey-Jen Hwu | Micro-optic elements and method for making the same |
| US6763054B2 (en) * | 2002-11-19 | 2004-07-13 | The Boeing Company | Optical system for improving the brightness of a stack of lensed diode lasers |
| FR2919397B1 (fr) * | 2007-10-11 | 2009-11-20 | Automa Tech Sa | Source lineaire de lumiere collimatee homogene et mobile |
| US8792099B1 (en) * | 2011-12-21 | 2014-07-29 | Hrl Laboratories, Llc | Method and apparatus for phase detection in a beam steering laser array |
| DE102013102599A1 (de) | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg | Beleuchtungsvorrichtung |
| US9692202B2 (en) * | 2013-11-07 | 2017-06-27 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Lasers with beam shape and beam direction modification |
| CN103944059B (zh) * | 2014-05-09 | 2017-02-15 | 西安炬光科技有限公司 | 一种高功率半导体激光器扩束系统 |
| US9941661B1 (en) | 2015-01-14 | 2018-04-10 | Hrl Laboratories, Llc | System for maintaining the locking range of an injection locked laser array within range of the frequency of a master laser |
| US9945731B1 (en) | 2015-01-14 | 2018-04-17 | Hrl Laboratories, Llc | Optical detector for measuring respective phases of multiple beams apparatus and method |
| CN111352288B (zh) * | 2018-12-24 | 2022-11-22 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | 一种激光器、激光投影光源和激光投影设备 |
| WO2020134220A1 (zh) * | 2018-12-24 | 2020-07-02 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | 激光器组件、激光光源和激光投影设备 |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3290539A (en) | 1963-09-16 | 1966-12-06 | Rca Corp | Planar p-nu junction light source with reflector means to collimate the emitted light |
| DE3267653D1 (en) * | 1981-04-09 | 1986-01-09 | Fujitsu Ltd | Laser apparatus |
| US4716568A (en) * | 1985-05-07 | 1987-12-29 | Spectra Diode Laboratories, Inc. | Stacked diode laser array assembly |
| JP2561668B2 (ja) * | 1987-06-22 | 1996-12-11 | 株式会社日立製作所 | ２レ−ザ光ヘッド |
| US5333077A (en) * | 1989-10-31 | 1994-07-26 | Massachusetts Inst Technology | Method and apparatus for efficient concentration of light from laser diode arrays |
| US5284790A (en) * | 1990-01-03 | 1994-02-08 | Karpinski Arthur A | Method of fabricating monolithic laser diode array |
| US5040187A (en) * | 1990-01-03 | 1991-08-13 | Karpinski Arthur A | Monolithic laser diode array |
| US5166755A (en) * | 1990-05-23 | 1992-11-24 | Nahum Gat | Spectrometer apparatus |
| US5311530A (en) * | 1990-09-14 | 1994-05-10 | Advanced Optoelectronics, Inc. | Semiconductor laser array |
| JPH04171779A (ja) * | 1990-11-05 | 1992-06-18 | Hoya Corp | 半導体レーザ励起固体ブルーレーザ装置 |
| US5128951A (en) * | 1991-03-04 | 1992-07-07 | Karpinski Arthur A | Laser diode array and method of fabrication thereof |
| US5325384A (en) * | 1992-01-09 | 1994-06-28 | Crystallume | Structure and method for mounting laser diode arrays |
| US5311535A (en) * | 1992-07-28 | 1994-05-10 | Karpinski Arthur A | Monolithic laser diode array providing emission from a minor surface thereof |
| CA2170347A1 (en) * | 1993-08-26 | 1995-03-02 | David E. Hargis | Deep blue microlaser |
| US5576752A (en) * | 1993-11-22 | 1996-11-19 | Xerox Corporation | Offset mounting of nonmonolithic multiwavelength lasers |
| US5631918A (en) * | 1993-11-22 | 1997-05-20 | Xerox Corporation | Laser diode arrays with close beam offsets |
| US5668825A (en) * | 1994-06-02 | 1997-09-16 | Laser Diode Array, Inc. | Lens support structure for laser diode arrays |
| US5526373A (en) * | 1994-06-02 | 1996-06-11 | Karpinski; Arthur A. | Lens support structure for laser diode arrays |
| FR2722307B1 (fr) * | 1994-07-05 | 1996-08-14 | Thomson Csf | Source optique compacte, basee sur le doublage de frequence d'un laser |
| FR2725081B1 (fr) * | 1994-09-23 | 1996-11-15 | Thomson Csf | Source optique compacte, basee sur le doublage de frequence d'un laser et auto-stabilisee par depeuplement de la pompe |
| EP0784881A4 (en) * | 1994-10-03 | 1997-09-17 | Sdl Inc | TUNABLE BLUE LASER DIODE |
| US5594591A (en) * | 1995-02-01 | 1997-01-14 | Pioneer Electronic Corporation | Prism system and a liquid crystal projection device |
| US5627850A (en) * | 1995-03-20 | 1997-05-06 | Paradigm Lasers, Inc. | Laser diode array |
| US5572542A (en) * | 1995-04-13 | 1996-11-05 | Amoco Corporation | Technique for locking an external cavity large-area laser diode to a passive optical cavity |
| US5610934A (en) * | 1995-10-13 | 1997-03-11 | Polaroid Corporation | Miniaturized intracavity frequency-doubled blue laser |
| US5907404A (en) * | 1997-09-08 | 1999-05-25 | Erim International, Inc. | Multiple wavelength image plane interferometry |
| US5995289A (en) | 1997-12-15 | 1999-11-30 | The University Of Utah Research Foundation | Laser beam coupler, shaper and collimator |
-
1997
- 1997-12-15 US US08/990,375 patent/US5995289A/en not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-11-09 CA CA002314069A patent/CA2314069A1/en not_active Abandoned
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-
1999
- 1999-10-29 US US09/430,759 patent/US6219187B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010045274A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Seiko Epson Corp | レーザ光源装置、プロジェクタ、モニタ装置 |
| JP2014060452A (ja) * | 2013-12-18 | 2014-04-03 | Seiko Epson Corp | 固体光源装置、プロジェクタ、モニタ装置 |
| CN108885334A (zh) * | 2016-03-25 | 2018-11-23 | 微软技术许可有限责任公司 | 照明模块 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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