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JP7126137B2 - 波長合成技術用レーザシステムにおけるパワー及びスペクトラムのモニタリング - Google Patents

波長合成技術用レーザシステムにおけるパワー及びスペクトラムのモニタリング Download PDF

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Description

（関連出願）
本出願は、２０１８年５月２２日に出願された、米国仮特許出願第６２／６７４，６５２号に基づく利益及び優先権を主張し、その開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
様々な実施の形態において、本発明はレーザシステムに関し、特に、複数の入力ビームを備える、波長合成技術用レーザシステムに関する。
高出力レーザシステムは、溶接、切削、穴あけ加工及び材料加工等、異なる複数の用途に使用されている。このようなレーザシステムは、一般的に、レーザ発振器と、光学システムとを含み、レーザ発振器からのレーザ光は光学ファイバ（または、単に「ファイバ」）内に結合され、光学システムは加工される工作物上にファイバからのレーザ光を集光させる。光学システムは、一般的に、最高品質のレーザビーム、または、同等に、最低のビームパラメータ積（ＢＰＰ）を有するビームを生成するために設計されている。ＢＰＰは、レーザビームの発散角（半角）と最も狭い点におけるビームの半径（即ち、ビームウェイスト、最小スポット径）との積である。ＢＰＰはレーザビームの品質、及びどの程度小さいスポットに集光できるかを定量化し、一般的にミリメートル－ミリラジアン（ｍｍ－ｍｒａｄ）の単位で表記される。ガウスビームは、レーザ光の波長をπ（pi）で割ることで得られる、取り得る最も低いＢＰＰを有する。同じ波長における理想的なガウスビームに対する実際のビームのＢＰＰの比はＭ２または「ビーム品質因子」と示され、波長から独立したビーム品質の基準であり、「最高」の品質は「最小」のビーム品質因子である１に対応する。
波長合成技術（Wavelength beam combining：ＷＢＣ）は、レーザダイオードバー、ダイオードバーのスタック、または１または２次元アレーに配置された他のレーザからの出力パワー及び輝度を調節するための技術である。発振器の１または両方の次元のアレーに沿ってビームを合成するＷＢＣ方法が開発された。一般的なＷＢＣシステムは、マルチ波長ビームを形成する分散要素（例えば、回折格子）を用いて合成される１つまたは複数のダイオードバー等、複数の発振器を含む。ＷＢＣシステム内の各発振器は個別に共振し、ビーム合成の次元に沿って分散要素によりフィルタされる、共通の部分的に反射性を有する出力カプラからの波長特性を有するフィードバックを通じて安定化される。例示的なＷＢＣシステムは、２０００年２月４日に出願された、米国特許第６，１９２，０６２号と、１９９８年９月８日に出願された、米国特許第６，２０８，６７９号と、２０１１年８月２５日に出願された、米国特許第８，６７０，１８０号と、２０１１年３月７日に出願された、米国特許第８，５５９，１０７号と、において説明され、各出願の開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
高出力ＷＢＣレーザは、数十、または数百の半導体発振器等のビーム発振器から発振された入力ビームを合成してもよい。これらの発振器の性能は、時間と共に劣化し、レーザシステム内の光学表面は操作中にダメージを受けまたは汚染され、及びＷＢＣ共振器自体は時間と共に位置合わせを失う可能性があり、いずれかのこれらの現象は、ＷＢＣシステムの出力パワーの変動をもたらす可能性がある。ＷＢＣ共振器の出力パワーをモニタリングする１つの方法は、共振器ハウジング内の迷光のレベルを検出することであり、これは比較的簡易及び便利である。このような迷光は、主に、レーザダイオードの同時発振、光学系上のビームクリッピング、波長ロックされていない光、及び光学系からの散乱及び反射に起因する。しかしながら、迷光の原因となり得る多数の発生源によって、迷光のレベルは、ＷＢＣ共振器のパワーを直接反映させない可能性がある。例えば、多くの迷光の発生源が波長ロックされていないものであると、迷光のレベルは、共振器出力パワーに関係を有しない、または反比例の関係を有する可能性がある。
ＷＢＣ共振器パワーをモニタリングする他の方法は、光学系または空気からマインＷＢＣビームの散乱のレベルを検出することである。しかしながら、この方法は、表面欠陥及び空気の乱気流に敏感であり、共振器外の光学系及び／または物体からの背面反射にも影響される。ＷＢＣ共振器のパワーをモニタリングする追加の方法は、メイン光路内への追加の光学系の挿入を通じて、メインビームから取り出された弱いビームを検出することである。特にｋＷレベルの高出力ＷＢＣ共振器のための、このような光学系は、一般的に、比較的幅広いＷＢＣ波長バンド上の両方の偏光において、低い反射率（例えば、＜０．１％）を有する反射防止コーティングを両面に要する。光学系の実際の反射率は、気温及び湿度における変化等の環境の変化、及びコーティングを有する表面の劣化に影響され得る。したがって、この方法によって検出されたパワーの変動は、ＷＢＣパワーの実際の変動を反映しない可能性がある。前述の観点より、ＷＢＣレーザシステムのパワーのモニタリングにおいて、技術革新が求められている。
様々な実施の形態において、本発明は、ＷＢＣ光路内の分散要素（例えば、回折格子）から発生する１つまたは複数の不使用の回折ビームの検出を通じて、ＷＢＣレーザシステムのパワー（例えば、パワー変動及び／またはパワーレベルまたは振幅）のモニタリングを行うことを可能にする。有益的に、モニタリングされているビームは、ＷＢＣ共振器から空間的に分離されているまたはされてもよく、ビームは、波長ロックされ、空間的に合成されてもよい。したがって、様々な実施の形態において、モニタリングされているビームは、ＷＢＣ共振器のメイン回折出力ビームと同じ特徴を有するが、ビームの検出及び使用は、共振器の出力パワーレベルを低減させない。追加に、検出されたビームは、共振器ハウジング内に発生し得る波長ロックされていない光及び／または背面反射に実質的に影響されない。最後に、スペクトラム変化は、検出されたビームによってモニタリングされてもよい。ＷＢＣ共振器内の各発振器はそれぞれ固有の波長において作動するため、スペクトラムのモニタリングは、ＷＢＣシステムに関する問題の特定またはＷＢＣシステム内の各発振器の変動の特定を可能にする。
本発明の実施の形態において、ビーム発振器（または、単に「発振器」）は、ダイオードレーザ、ファイバレーザ、ファイバピグテール（pigtailed）ダイオードレーザ等を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよく、及び、個別に、または１若しくは２次元のアレーとしてグループでパッケージ化されてもよい。様々な実施の形態において、発振器または発振器アレーは、各バーが複数の（例えば、数十の）発振器を有する高出力ダイオードバーである。発振器は、発振器のコリメーション及びビーム整形のためにそこに取り付けられたマイクロレンズを有してもよい。変換光学系は、通常共焦点であり、発振器と分散要素（例えば、回折格子）との間に配置され、異なる発振器からの個別のビームをコリメートし、特にＷＢＣの次元において（即ち、ビームが合成される次元または向きにおいて）、回折格子の中央に向かってビームの全ての主光線を収束させる。分散要素に回折されたメインビームは、部分的に反射性を有する出力カプラに伝播し、出力カプラは、それぞれの発振器にフィードバックを提供し、分散要素によってそれぞれの発振器の波長を規定する。つまり、カプラは、それぞれの発振器へ様々なビームを反射させて戻し、よって、外部のレーザキャビティを形成し、合成されたマルチ波長ビームを溶接、切断、加工、処理等の用途のために、及び／または１つまたは複数の光学ファイバ内に結合するために伝播する。
通常破棄されるまたは他の方法において不使用である、分散要素によって回折されたセカンダリビームは、本発明の実施の形態において、ＷＢＣシステムのパワー及び／またはスペクトラムのモニタリングのために使用される。セカンダリビームは、ＷＢＣシステムのメイン回折ビームから取り出されていないため、追加の光学系及び関連したパワー損失はメインビームに導入されない。加えて、セカンダリビームは一般的に、メインビームから直接モニタリングビームを取り出した場合に使用可能または望ましいものより、１または２桁大きいパワーレベルを有する。よって、セカンダリビームは、ＷＢＣ共振器内における環境変化（例えば、温度及び／または湿度における変化）に対してそれほど敏感でない。セカンダリビームは、極めて指向的であり、集中したパワーを有し、よって、共振器ハウジング内の他の迷光に受ける影響が小さくまたは明らかな影響を受けない。さらに、セカンダリビームは、波長が安定化されている（または「波長ロックされている」）ため、波長ロックされていない光から実質的に影響を受けない。このようなロックされていない光は、ロックされたビームと異なる波長を有し、よって、異なる方向に回折する。セカンダリビームは、さらに、一般的に、ＷＢＣ共振器の内または外の光学系からの背面反射、及び光学ファイバ及び／または工作物からの背面反射に影響を受けない。
本明細書にて、例示的な分散要素として回折格子が使用されているが、本発明の実施の形態は、例えば、分散プリズム、透過回折格子、またはエシェル回折格子等の他の分散要素を使用してもよい。例えば、本明細書における参照によって開示の全体が組み込まれる、２０１７年１月１９日に出願された米国特許出願第１５／４１０，２７７号のように、本発明の実施の形態は、１つまたは複数の回折格子に加えて、１つまたは複数のプリズムを有してもよい。
本発明の実施の形態は、マルチ波長の出力ビームを光学ファイバ内に結合する。様々な実施の形態において、光学ファイバは、単一のコアを囲む複数のクラッド層、１つのクラッド層内に複数の離散的なコア領域（または「コア」）、または複数のクラッド層に囲まれた複数のコアを有する。様々な実施の形態において、出力ビームは、切断、溶接等の用途のために、工作物に照射されてもよい。
本明細書にて、「光学要素」は、電磁気放射を方向転換させる、反射させる、曲げる、または他のいずれかの方法で光学的に操作する、レンズ、鏡、プリズム、回折格子等のいずれかを指してもよい。本明細書にて、ビーム発振器、発振器、またはレーザ発振器、またはレーザは、電磁気ビームを発生させるが、自己共鳴するまたはしない半導体要素等のいずれかの電磁気ビーム発振器装置を含む。これらは、ファイバレーザ、ディスクレーザ、非個体レーザ、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等を含む。一般的に、各発振器は、背面反射面、少なくとも１つの光学利得媒体、及び正面反射面を含む。光学利得媒体は、電磁気放射の振幅を増加させる。電磁気放射は、電磁気スペクトラムのいずれかの特定部分に限定されておらず、可視光、赤外線及び／または紫外線であってもよい。発振器は、複数のビームを照射するように構成されたダイオードバー等、実質的に複数のビーム発振器を含んでもよくまたはそれからなってもよい。
後述の一般的な説明において説明されるようなレーザダイオードアレー、バー及び／またはスタックは、本明細書にて説明する革新の実施の形態と関連して使用されてもよい。レーザダイオードは、個別にまたはグループ、一般的に１次元列／アレー（ダイオードバー）または２次元アレー（ダイオードバースタック）でパッケージ化されてもよい。ダイオードアレースタックは、一般的にダイオードバーの縦方向のスタックである。レーザダイオードバーまたはアレーは、一般的に、同等な単一のブロードエリア型ダイオードより、実質的に高いパワー及びコスト効率を達成する。高出力ダイオードバーは、一般的に、ブロードエリア型発振器のアレーを収容し、比較的低いビーム品質で数十ワットを発生させる。高いパワーに係らず、その輝度は、ブロードエリア型レーザダイオードよりも低いことが多い。数百または数千ワットの非常に高いパワーの発生のため、高出力スタックダイオードバーを生成するため、高出力ダイオードバーは重ねられてもよい。レーザダイオードアレーは、ビームを自由空間内またはファイバ内に照射するために構成されてもよい。ファイバ結合ダイオードレーザアレーは、ファイバレーザ及びファイバ増幅器のためのポンピングソースとして、便宜的に使用されてもよい。
ダイオードレーザバーは、半導体レーザの種類であり、ブロードエリア型発振器の１次元アレーを含む、または、代替的に、例えば、１０－２０個の細いストライプ発振器を含むサブアレーを含む。ブロードエリア型ダイオードバーは、一般的に、例えば、１９－４９個の発振器を含み、それぞれ、例えば、１μｍ×１００μｍの桁の寸法を有する。１μｍの寸法に沿ったビーム品質、またはファスト軸（fast-axis）は、一般的に、回折限界を有する。１００μｍの寸法に沿ったビーム品質、またはスロー軸（slow-axis）は、一般的に、複数回の回折限界を有する。一般的に、商業的用途のためのダイオードバーは、１から４ｍｍの桁のレーザ共振器長さを有し、幅方向に約１０ｍｍであり、数十ワットの出力パワーを発生させる。多くのダイオードバーは７８０から１０７０ｎｍの波長範囲内で操作され、８０８ｎｍの波長（ポンピングされたネオジムレーザ）および９４０ｎｍ（ポンピングされたＹｂ：ＹＡＧ）が最も顕著である。９１５－９７６ｎｍの波長範囲は、エルビウムドープ、イッテルビウムドープの高出力ファイバレーザと増幅器のポンピングに使用される。
ダイオードスタックは、単に複数のダイオードバーの配置であり、非常に高い出力パワーを照射できる。ダイオードレーザスタック、マルチバーモジュール、または２次元レーザアレーとも呼ばれ、最も一般的なダイオードスタック配置は、縦方向のスタックであり、効果的なエッジ発振器の２次元アレーである。このようなスタックは、薄いヒートシンクにダイオードバーを取り付け、ダイオードバーとヒートシンクとの周期的なアレーを得るように、このアセンブリをスタックすることで形成されてもよい。横方向のダイオードスタック及び２次元スタックもある。高いビーム品質のためには、ダイオードバーは一般的に可能な限り互いに近くあるべきである。他方で、効果的に冷却するには、バーの間に取り付けられたヒートシンクにおいて最低限必要な厚みを有する。このダイオードバーの間隔のトレードオフは、縦方向のダイオードスタックのビーム品質（及び、したがって、その輝度）が、単一のダイオードバーのものより非常に低いことをもたらす。しかしながら、この問題を大幅に改善する、例えば、異なるダイオードスタックの出力の空間的インターリービング（interleaving）すること、偏光結合すること、または波長の多重化（multiplexing）すること等、いくつかの方法がある。高出力ビームシェーパーの様々な種類及び関連した装置は、このような目的のために開発されている。ダイオードスタックは極めて高い出力パワー（例えば、数百または数千ワット）を提供してもよい。
本発明の実施の形態によって生成された出力ビームは、工作物を加工するために使用されてもよく、よって、ある表面を光で単にプローブ（probe）する光学技術（例えば、反射率測定）とは対照的に、工作物の表面は物理的に変更され、及び／または表面上または内にある特徴が形成される。本発明の実施の形態による例示的なプロセスは、切断、溶接、穴開け、及びはんだ付けを含む。本発明の実施の形態は、レーザビームからの照射で工作物の表面の全体または実質的に全体を照らさず、１つまたは複数の点において、または１次元的直線または曲線の加工パスに沿って工作物を加工してもよい。このような１次元のパスは、複数のセグメントによって構成されてもよく、それぞれは直線または曲線であってもよい。
本発明の実施の形態は、異なる種類の加工技術または異なる種類の加工される材料のために性能を向上または最適化するように、ビーム形状及び／またはＢＰＰを変更させてもよい。本発明の実施の形態は、２０１５年２月２６日に出願された米国特許出願第１４／６３２，２８３号、２０１５年６月２３日に出願された米国特許出願第１４／７４７，０７３号、２０１５年９月１４日に出願された米国特許出願第１４／８５２，９３９号、２０１６年６月２１日に出願された米国特許出願第１５／１８８，０７６号、２０１７年４月５日に出願された米国特許出願第１５／４７９，７４５号、及び２０１７年７月１４日に出願された米国特許出願第１５／６４９，８４１号に説明される、ＢＰＰ及び／またはレーザビーム形状を変更させる様々な方法を用いてもよい。それぞれの開示の全体は、本明細書にて参照することによって組み込まれる。
ある態様において、本発明の実施の形態は、波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムを特徴として、ＷＢＣレーザシステムは、それぞれビームを照射するために構成された複数のビーム発振器、回折格子に向かって照射されたビームの主光線を収束させるための変換光学系、回折格子、部分的に反射的な出力カプラ及び第１検出装置を含む、それで実質的に構成され、またはそれで構成される。それぞれのビームは異なる波長を有してもよい。回折格子はビームを受けて、回折格子上に入射したビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームとセカンダリ１次回折ビームとを生成させる。出力カプラは、プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長ビームとしてプライマリ１次回折ビームの第１部分を伝播させて、複数のビーム発振器に向かってプライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置されている。第１検出装置は、セカンダリ１次回折ビームを受けるように配置され、セカンダリ１次回折ビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する。
本発明の実施の形態は、後続の１つまたは複数のいずれかの種類の組み合わせとして含んでもよい。レーザシステムは、第１検出装置からパワー及び／またはスペクトラム情報を受信し、その情報に少なくとも部分的に基づいて、複数のビーム発振器及び／またはプライマリ１次回折ビームを制御するように構成されたコントローラを含んでもよい。コントローラは、第１検出装置から受信したパワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び／または電流を制御するように構成されてもよい。コントローラは、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器の、（ｉｉ）変換光学系の、（ｉｉｉ）回折格子の、及び／または（ｉｖ）出力カプラの位置及び／または傾斜角度を、第１検出装置から受信したパワー及び／またはスペクトラム情報に部分的に基づいて、制御するように構成されてもよい。
回折格子は、透過性の回折格子を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。プライマリ１次回折ビームは、１次透過を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。セカンダリ１次回折ビームは、１次反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。回折格子は、反射性の回折格子を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。プライマリ１次回折ビームは、１次反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。セカンダリ１次回折ビームは、１次透過を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。
回折格子は、入射ビームの回折によって、０次透過及び／または０次反射を発生させてもよい。レーザシステムは、０次透過及び／または０次反射からのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出するための第２検出装置を含んでもよい。コントローラは、第２検出装置からパワー及び／またはスペクトラム情報を受信し、少なくともその情報に部分的に基づいて複数のビーム発振器及び／またはプライマリ１次回折ビームを制御するように構成されてもよい。コントローラは、第２検出装置から受信されたパワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び／または電流を制御するように構成されてもよい。コントローラは、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器の、（ｉｉ）変換光学系の、（ｉｉｉ）回折格子の、及び／または（ｉｖ）出力カプラの位置及び／または傾斜角度を、第２検出装置から受信したパワー及び／またはスペクトラム情報に部分的に基づいて、制御するように構成されてもよい。第２検出装置は、パワー検出器を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。パワー検出器は、１つまたは複数のフォトダイオード及び／または１つまたは複数のサーモパイル（thermopile）を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。第２検出装置は、分光計を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。第２検出装置は、分光計及びパワー検出器を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。第２検出装置は、０次透過及び／または０次反射を受信し、それの一部を異なる出力に供給するためのビームスプリッタを含んでもよい。ビームスプリッタはファイバカプラを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。パワー検出器はビームスプリッタの第１出力に結合されてもよく、及び／または分光計はビームスプリッタの第２出力に結合されてもよい。
回折格子は入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。ＷＢＣ平面における入射ビームと回折格子との間の角度は、ＷＢＣ平面におけるセカンダリ１次回折ビームと回折格子との間の角度と異なってもよい。回折格子は、入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、リトロー角度で傾斜されてもよい。ＷＢＣ平面における入射ビームと回折格子との間の角度は、ＷＢＣ平面におけるセカンダリ１次回折ビームと回折格子との間の角度と同じであってもよい。回折格子は、入射ビームに対して、非ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。非ＷＢＣ平面における入射ビームと回折格子との間の角度は、非ＷＢＣ平面におけるセカンダリ１次回折ビームと回折格子との間の角度と異なってもよい。
第１検出装置は、パワー検出器を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。パワー検出器は、１つまたは複数のフォトダイオード、及び／または１つまたは複数のサーモパイルを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。第１検出装置は、分光計を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。第１検出装置は、分光計及びパワー検出器を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。第１検出装置は、セカンダリ１次回折ビームを受信し、異なる出力へセカンダリ１次回折ビームの部分を供給するためのビームスプリッタを含んでもよい。ビームスプリッタは、ファイバカプラを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。パワー検出器はビームスプリッタの第１出力に結合されてもよく、及び／または分光計はビームスプリッタの第２出力に結合されてもよい。
他の態様において、本発明の実施の形態は、波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムを操作する方法を特徴とする。ＷＢＣレーザシステムは、（ｉ）それぞれビームを照射するように構成された複数のビーム発振器、（ｉｉ）回折格子に向かって照射されたビームの主光線を収束させるための変換光学系、（ｉｉｉ）ビームを受けて、回折格子上に入射されるビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームとセカンダリ１次回折ビームを生成する回折格子、及び（ｉｖ）プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとしてプライマリ１次回折ビームの第１部分を伝播させて、複数のビーム発振器に向かってプライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。パワー及び／またはスペクトラム情報はセカンダリ１次回折ビームから検出され、複数の（内の少なくとも１つの）発振器、及び／またはプライマリ１次回折ビームは、その情報に少なくとも部分的に基づいて制御される。
本発明の実施の形態は、後続の１つまたは複数をいずれかの種類の組み合わせとして含んでもよい。複数のビーム発振器及び／またはプライマリ１次回折ビームを制御することは、パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び／または電流を制御することを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。複数のビーム発振器及び／またはプライマリ１次回折ビームを制御することは、パワー及び／またはスペクトラム情報に部分的に基づいて、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器、（ｉｉ）変換光学系、（ｉｉｉ）回折格子、及び／または（ｉｖ）出力カプラの位置及び／または傾斜角度を制御することを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。
回折格子は、透過性の回折格子を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。プライマリ１次回折ビームは、１次透過を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。セカンダリ１次回折ビームは、１次反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。回折格子は、反射性の回折格子を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。プライマリ１次回折ビームは、１次反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。セカンダリ１次回折ビームは、１次透過を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。
回折格子は、照射ビームの回折によって、０次透過及び／または０次反射を発生させてもよい。パワー及び／またはスペクトラム情報は、０次透過及び／または０次反射から検出されてもよい。複数のビーム発振器及び／またはプライマリ１次回折ビームは、０次透過及び／または０次反射からパワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて制御されてもよい。複数のビーム発振器及び／またはプライマリ１次回折ビームを制御することは、０次透過及び／または０次反射からのパワー及び／またはスペクトラム情報に部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び／または電流を制御することを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。複数のビーム発振器及び／またはプライマリ１次回折ビームを制御することは、０次透過及び／または０次反射からのパワー及び／またはスペクトラム情報に部分的に基づいて、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器、（ｉｉ）変換光学系、（ｉｉｉ）回折格子、及び／または（ｉｖ）出力カプラの位置及び／または傾斜角度を制御することを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。
回折格子は入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。ＷＢＣ平面における入射ビームと回折格子との間の角度は、ＷＢＣ平面におけるセカンダリ１次回折ビームと回折格子との間の角度と異なってもよい。回折格子は、入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、リトロー角度で傾斜されてもよい。ＷＢＣ平面における入射ビームと回折格子との間の角度は、ＷＢＣ平面におけるセカンダリ１次回折ビームと回折格子との間の角度と同じであってもよい。回折格子は、入射ビームに対して、非ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。非ＷＢＣ平面における入射ビームと回折格子との間の角度は、非ＷＢＣ平面におけるセカンダリ１次回折ビームと回折格子との間の角度と異なってもよい。
他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ共振器を操作する方法を特徴とする。複数のビームは、複数のビーム発振器から照射される。それぞれのビーム発振器は、異なる波長を有するビームを照射してもよい。複数のビームは、プライマリビームと、１つまたは複数のセカンダリビームを形成するように回折される（または他の方法で波長分散される）。プライマリビームの第１部分は複数のビーム発振器に伝播されて戻される。プライマリビームの第２部分はレーザ共振器から出力される。プライマリビームの第２部分はマルチ波長ビームであってもよい。パワー及び／またはスペクトラム情報は、少なくとも１つの前記セカンダリビームから検出される。複数のビーム発振器及び／またはプライマリビームは、少なくとも１つの前記セカンダリビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて制御される。
本発明の実施の形態は、後続の１つまたは複数をいずれかの種類の組み合わせを含んでもよい。プライマリビームは、１次回折透過を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。１つまたは複数のセカンダリビームは、（ｉ）１次回折反射、（ｉｉ）０次回折透過、及び／または（ｉｉｉ）０次回折反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。プライマリビームは、１次回折反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。１つまたは複数のセカンダリビームは、（ｉ）１次回折透過、（ｉｉ）０次回折透過、及び／または（ｉｉｉ）０次回折反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。複数のビーム発振器及び／またはプライマリビームを制御することは、少なくとも１つの前記セカンダリビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び／または電流を制御することを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。複数のビームは、回折格子または他の分散要素によって回折されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、リトロー角度で傾斜されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、非ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で、傾斜されてもよい。
他の態様において、本発明の実施の形態は、波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムを操作する方法を特徴とする。ＷＢＣレーザシステムは、（ｉ）それぞれビームを照射するように構成された複数のビーム発振器、（ｉｉ）回折格子に向かって照射されたビームの主光線を収束させるための変換光学系、（ｉｉｉ）ビームを受ける、及び回折格子上に入射されたビームの回折によって、１次回折ビーム及び少なくとも１つの０次回折ビームを生成するための回折格子、（ｉｖ）１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして１次回折ビームの第１部分を伝播させて、複数のビーム発振器に向かって１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すために配置された部分的に反射性を有する出力カプラを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。パワー及び／スペクトラム情報は、少なくとも１つの０次回折ビームから検出され、複数のビーム発振器及び／または１次回折ビームはその情報に少なくとも部分的に基づいて制御される。
本発明の実施の形態は、後続の１つまたは複数をいずれかの種類の組み合わせを含んでもよい。１次回折ビームは、１次回折透過を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。１次回折ビームは、１次回折反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。少なくとも１つの０次回折ビームは、０次回折透過及び／または０次回折反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。複数のビーム発振器及び／または１次回折ビームを制御することは、パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて１つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び／または電流を制御することを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。複数のビーム発振器及び／または１次回折ビームを制御することは、パワー及び／スペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器、（ｉｉ）変換光学系、（ｉｉｉ）回折格子、及び／または（ｉｖ）出力カプラの位置及び／または傾斜角度を制御することを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、リトロー角度で傾斜されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、非ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。
さらに他の態様においては、本発明の実施の形態は、それぞれビームを照射するように構成された複数のビーム発振器と、回折格子に向かって照射されたビームの主光線を収束させるための変換光学系と、回折格子と、部分的に反射性を有する出力カプラと、検出装置と、を含む、それで実質的に構成される、またはそれで構成される波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムを特徴とする。各ビームは、異なる波長を有してもよい。回折格子はビームを受けて、回折格子上に入射されたビームの回折によって、１次回折ビーム及び少なくとも１つの０次回折ビームを発生させる。出力カプラは、１次回折ビームを受けて、マルチ波長ビームとして１次回折ビームの第１部分を伝播させて、複数のビーム発振器に向かって１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置される。検出装置は、少なくとも１つの前記０次回折ビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する。検出装置は、少なくとも１つの０次回折ビームを受けるように配置されてもよい。
本発明の実施の形態は、後続の１つまたは複数のいずれかの種類の組み合わせにおいて含んでもよい。レーザシステムは、検出装置からのパワー及び／またはスペクトラム情報を受信し、その情報に少なくとも部分的に基づいて複数のビーム発振器及び／または１次回折ビームを制御するために構成されたコントローラを含んでもよい。コントローラは、検出装置から受信したパワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び／または電流を制御するために構成されてもよい。コントローラは、検出装置から受信したパワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器、（ｉｉ）変換光学系、（ｉｉｉ）回折格子、及び／または（ｉｖ）出力カプラの位置及び／または傾斜角度を制御するために構成されてもよい。
１次回折ビームは、１次透過を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。１次回折ビームは、１次反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。少なくとも１つの０次回折ビームは、０次透過及び／または０次反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、リトロー角度で傾斜されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、非ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。
検出装置は、パワー検出器を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。パワー検出器は、１つまたは複数のフォトダイオード及び／または１つまたは複数のサーモパイルを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。検出装置は、分光計を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。検出装置は、分光計及びパワー検出器を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。検出装置は、少なくとも１つの０次回折ビームを受ける、及び異なる出力にその一部を供給するためのビームスプリッタを含んでもよい。ビームスプリッタは、ファイバカプラを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。パワー検出器は、ビームスプリッタの第１出力に結合されてもよく、及び／または分光計はビームスプリッタの第２出力に結合されてもよい。
他の態様において、本発明の実施の形態は、レーザ共振器を用いて工作物を加工する方法を特徴とする。波長ロックされたプライマリビームは、レーザ共振器内における回折によって少なくとも部分的に形成される。プライマリビームの少なくとも一部は、工作物を加工するために、工作物上に当てられる。加工の前及び／またはその最中において、波長ロックされた光はレーザ共振器内においてモニタリングされ、そこからパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する。加工の前及び／またはその最中において、プライマリビームは、検出されたパワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて制御される。
本発明の実施の形態は、後続の１つまたは複数のいずれかの種類の組み合わせにおいて含んでもよい。共振器内の波長ロック光は、プライマリビームの一部を取り出さずに、モニタリングされてもよい。共振器内の波長ロックされた光は、プライマリビームを測定せずにモニタリングしてもよい。１つまたは複数の波長ロックされたセカンダリビームは、少なくとも部分的に回折によって、プライマリビームの形成と同時に、形成されてもよい。１つまたは複数のセカンダリビームは、プライマリビームと異なる方向に回折されてもよい。レーザ共振器内の波長ロックされた光をモニタリングすることは、少なくとも１つのセカンダリビームをモニタリングすることを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。１つまたは複数のセカンダリビームは、１次回折透過または１次回折反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。１つまたは複数のセカンダリビームは、０次回折透過及び／または０次回折反射を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。プライマリビームを制御することは、プライマリビームまたはその一部のパワーを制御することを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。
プライマリビームを形成することは、レーザ共振器内において、複数のビーム発振器から複数のビームを照射することと、回折格子に向かって複数のビームの焦点を合わせることと、プライマリビームを形成するために回折格子によってビームを回折させることと、を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、波長合成技術（ＷＢＣ）平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、波長合成技術（ＷＢＣ）平面内において、リトロー角度で傾斜されてもよい。回折格子は、入射ビームに対して、非ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜されてもよい。
加工の最中において、プライマリビームは、工作物の少なくとも１つの特徴に、少なくとも部分的に基づいて制御されてもよい。工作物の少なくとも１つの特徴は、工作物の厚み及び／または工作物の組成物を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。工作物を加工することは、工作物の表面の少なくとも一部を物理的に変更することを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。工作物を加工することは、切断、溶接、エッチング、アニーリング、穴あけ加工、はんだ付け、及び／またはろう付けを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。
これら及び他の目的は、本明細書にて開示される本発明の利点及び特徴とともに、後続の説明、添付の図面及び請求項の参照によって、より明確になる。さらに、本明細書にて説明される様々な実施の形態の特徴は、相互に排他的でなく、様々な組み合わせ及び順列として存在してもよいと理解されよう。本明細書にて使用されるように、用語「実質的に」は、±１０％を意味し、ある実施の形態では±５％を意味する。用語「実質的に構成する」は、本明細書にて特に定義されない限り、機能に貢献する他の材料を排除することを意味する。しかしながら、このような他の材料は、併せてまたは個別に、微量で存在してもよい。本明細書にて、用語「放射線」及び「光」は、特に断りのない限り、置換可能に使用されている。本明細書にて、「下流」または「光学的に下流」は、光ビームが第１要素に当たった後に当たる第２要素の相対的位置を示すように使用され、第１要素は第２要素に対して「上流」または「光学的に上流」である。本明細書にて、２つの要素の間の「光学的距離」は光ビームが実際に移動する２つの要素の間の距離であり、光学的距離は、２つの要素の間の物理的距離であってもよいが、例えば、ミラーからの反射、または１つの要素から他の要素に移動する光が経験する伝播方向における他の変更によって、必ずしもそうでない。本明細書にて使用される「距離」は、特に記載がない限り、「光学的距離」であるとみなされてもよい。
図面において、類似の参照記号は、一般的に、異なる図面を通じて同一の部品を示す。さらに、図面は必ずしも縮尺があっているものでなく、一般的に、本発明の原理を示すことが強調されている。後続の説明において、本発明の様々な実施の形態は、後続の図面に対する参照と共に説明される。
本発明の実施の形態による波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムの概略図である。 本発明の実施の形態による回折ビームにおける回折から発生する回折ビームの概略図である。 本発明の実施の形態による統合されたモニタリング能力を有するＷＢＣレーザシステムの概略図である。 本発明の実施の形態による統合されたモニタリング能力を有するＷＢＣレーザシステムの概略図である。 ＷＢＣ平面から見た、本発明の実施の形態による統合されたモニタリング能力を有するＷＢＣレーザシステムの概略図である。 非ＷＢＣ平面から見た、本発明の実施の形態による図５ＡのＷＢＣレーザシステムである。
図１は、１つまたは複数のレーザ（または「発振器」または「ビーム発振器」）１０５を使用する例示的なＷＢＣレーザシステム１００を示す。図１は、ＷＢＣの基本的な機構を示すために提示し、本発明の実施の形態によるレーザシステムは、追加の要素（例えば、追加の光学要素、混信（cross-talk）改善システム等）を含んでもよい。図１の例においては、レーザ１０５は、ビーム１１０を照射する４つのビーム発振器を有するダイオードバーを特徴とするが（拡大入力図１１５を参照）、本発明の実施の形態は、いずれかの数の個別ビームを照射するダイオードバー、または２次元のアレー、若しくはダイオードのスタック、若しくはダイオードバーを使用してもよい。拡大入力図１１５において、各ビーム１１０は線で示されており、線の長さまたは長手方向の寸法は、ビームをゆっくり発散させる寸法を示し、線の高さまたは短手方向の寸法は、ビームを速く発散させる寸法を示す。コリメーション光学系１２０は、速い寸法に沿って、各ビーム１１０をコリメートするために使用されてもよい。変換（または「焦点合わせ」）光学系１２５は、例えば、１つまたは複数の円柱または球状のレンズ及び／またはミラーを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよく、ＷＢＣ方向１３０に沿って、各ビーム１１０を合成するために使用される。変換光学系１２５は、少なくとも部分的に（及び、典型的に、実質的に）合成ビームを分散要素１３５（例えば、反射性または透過性回折格子、分散プリズム、グリズム（プリズム／回折格子）、透過回折格子、エシェル回折格子）を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい）上において重ね、合成ビームは、出力カプラ１４０上に単一出力プロファイルとして伝播される。出力カプラ１４０は、出力正面図１５０に示すように、合成されたビーム１４５を伝播させる。出力カプラ１４０は、一般的に部分的に反射性を有し、この外部キャビティシステム１００内のすべてのレーザ要素のための共通正面として機能する。外部キャビティは、セカンダリミラーが、照射開口または各レーザ発振器の面からある距離離れて配置されるレーザシステムである。ある実施の形態では、追加の光学系は、照射開口または面と、出力カプラまたは部分的に反射性を有する表面との間に配置される。出力ビーム１４５は、よって、（個別のビーム１１０の波長を合成した）マルチ波長ビームであり、レーザビーム伝播システム内の入力ビームとして使用されてもよく、工作物を加工するために使用されてもよく、及び／または光学ファイバ内に結合されてもよい。
図２は、例示的回折格子２００による、入射されているレーザビーム２１０の回折を示す。回折格子２００の平面に対する垂線２００ａは、図２における一点鎖線として示されている。回折格子２００における回折は、次の式［１］を従う：
ｓｉｎａ＋ｓｉｎｂ＝ｍｐｌ・・・［１］
ここで、ｍは回折次数（０、±１、±２、．．．）、ｐは回折間隔（即ち、単位長さ当たりの線または溝の数）、ｌは波長であり、角度ａ及びｂは、回折格子の垂線２００ａの同じ側において、同じ符号（正または負）を有する。
図２は、１次回折透過２２０、１次回折反射２３０、０次透過２４０、及び０次反射２５０を示す。１次透過２２０及び反射２３０は、ｍ＝１または－１で式［１］を満たし、０次透過２４０及び反射２５０はｍ＝０で式［１］を満たす。１次回折において、リトロー配置で、即ち、入射角ａが１次回折角ｂと同じで、一般的に、回折効率は最適化される。
高出力ＷＢＣシステムは、一般的に、高効率回折を必要とし、即ち、一般的に、透過２２０または反射２３０のいずれかを使用する。ＷＢＣシステムが透過性の回折格子を使用する場合、１次透過２２０は一般的に共振器ビームとして使用され、１次反射２３０は共振器から出て、一般的に廃棄される（例えば、ビームダンプに及び／または共振器から離れるように向けられる）。ＷＢＣシステムが反射性の回折格子を使用する場合、１次反射２３０は一般的に最も高い効率を有し、共振器ビームとして使用され、１次透過２２０は廃棄される。（よって、本明細書にて使用されるように、「透過性」回折格子は、透過させることができ、一般的にプライマリ回折ビームを透過させるが、それと共に、より低いパワーを有する１つまたは複数のセカンダリ回折ビームを反射させる。さらに、本明細書にて使用されるように、「反射性」回折格子は、反射させることができ、一般的にプライマリ回折ビームを反射させるが、それと共に、より低いパワーを有する１つまたは複数のセカンダリ回折ビームを透過させる。よって、回折格子は、プライマリの、より高いパワーを有する回折ビームの形成メカニズムに基づいて、「透過性」であるかまたは「反射性」であるか指定され、「透過性」は反射することができない、及び「反射性」は透過することができないと意味するものではない。）様々な実施の形態において、反射性回折格子は反射的金属製コーティングを特徴としてもよく、及び研削された背面を有してもよいため、１次透過２２０及び／または０次透過２４０を観察することが難しい可能性がある。
ＷＢＣシステムに使用させる回折格子は、一般的に、９０％より大きい回折効率を有する。残りの１０％またはそれ以下は、パワー損失となり、０次透過２４０、０次反射２５０、及びより効率が悪い（または「セカンダリ」）１次回折（透過２２０または反射２３０のいずれかに関連している）との間で主に分散される。本発明の実施の形態は、ＷＢＣ共振器内において、パワー及び／またはスペクトラムのモニタリングのために、セカンダリ１次回折を使用する。セカンダリ１次回折は、プライマリ１次回折ビームのように、波長合成されており、よって、ＷＢＣ共振器出力のパワー変動及びスペクトラム構成のダイナミクス（dynamics）を完璧に示している。
図３は、本発明の様々な実施の形態によるＷＢＣ共振器３００を示す。ＷＢＣ共振器３００内において、複数の発振器３０５は、図３において、主光線３１０に示されるレーザビームを照射する。図３は４つの発振器３０５の使用を示すが、本発明の実施の形態は、２、３または４より多くの発振器３０５を有する。主光線３１０は、変換光学系３２０によって、回折格子３１５（または他の分散要素）において重なりまたは近接する。本発明の実施の形態は、変換光学系３２０は１つまたは複数の円柱及び／または球状レンズ、及び／または１つまたは複数の光学要素を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。部分的に反射性を有する出力カプラ３２５は、ＷＢＣ共振器３００の発振器３０５にフィードバックを提供し、（一般的に、それぞれ特異であり、即ち、互いに異なる）発振器の波長をロックし、よって、全ての１次回折は、１次透過ビーム３３０及び１次反射ビーム３３５内に合成される。図３に示す例示的な実施の形態では、回折格子３１５は、透過性回折格子であり、よって、出力カプラ３２５は透過側（即ち、発振器３０５の反対側）に配置されて、回折格子３１５から１次透過ビーム３３０を受ける。よって、図示された実施の形態においては、１次反射３３５は、パワー及び／またはスペクトラムのモニタリングに使用されるセカンダリビームである。
本発明の様々な実施の形態において、ＷＢＣ共振器は、ビームの寸法調整及び／またはクロスカプリングの改善のために、回折格子３１５の下流（例えば、回折格子３１５と出力カプラ３２５との間）に配置された光学システム３４０を含んでもよい。例えば、光学システム３４０は、１つまたは複数のレンズ、及び／または、クロスカプリング改善に使用されて、２０１５年１２月１０日に出願された米国特許出願第１４／９６４，７００号にて説明されたいずれかの部品を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。上記の出願の開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
示されたように、ＷＢＣ共振器３００は、１次反射３３５の全てまたは一部を受けて、それに基づいてＷＢＣのパワー変動をモニタリングするために使用されるパワー検出器３４５を含む。パワー検出器３４５は、１つまたは複数のフォトダイオード及び／または１つまたは複数のサーモパイルを含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。本発明の様々な実施の形態において、ＷＢＣ共振器３００は、回折格子３１５から検出器３４５への光路内に光学系３５０をさらに含む。光学系システム３５０は、ビーム方向変換、撮像、焦点合わせ、及び／またはパワー調整のための光学系、及び／または迷光または０次透過ビーム３５５及び０次反射ビーム３６０等の他のビームが検出器３４５に到達することを妨害するための部品（例えば、１つまたは複数のスリット）を含んでもよい。
様々な実施の形態において、検出器３４５は、検出されたパワーに基づいて、ＷＢＣ共振器３００の１つまたは複数の部品及び／または機能を制御するコントロールシステム（または「コントローラ」）３６５に結合されている。例えば、コントローラ３６５は、検出器３４５によって検出されるパワーレベルの変動または減少の際に、システムに（例えば、発振器３０５に）供給されるパワーを自動的に切ってもよい。他の実施の形態において、コントローラ３６５は、パワー変動の際に、例えば、様々な要素が加熱することでパワー変動が生じ得るＷＢＣ共振器３００の操作の初期段階中において、出力カプラ３２５によって（例えば、光学ファイバへまたは加工する工作物へ）伝播される合成されたマルチ波長ビーム３３０の伝播をブロックしてもよい。例えば、コントローラ３６５は、シャッター、ミラー、または、共振器３００のビーム出口からビーム３３０が出ることを防止する他の閉塞または方向転換機構の操作を通じて、ビーム３３０の伝播をブロックするように構成されてもよい。様々な実施の形態において、コントローラ３６５は、ビーム３３０の伝播をブロックする、及び／または一般的または望ましい出力パワーレベルの±２０％、一般的または望ましい出力パワーレベルの±１０％、一般的または望ましい出力パワーレベルの±５％の範囲を超えるパワー変動の際に、システム３００へのパワーを切るように構成されてもよい。
様々な実施の形態において、コントローラ３６５は、検出されたパワーレベルに応じて、回折格子３１５（例えば、回折格子の傾斜角度）及び／または変換光学系３２０（例えば、１つまたは複数のレンズまたはミラーの位置及び／または角度）を調整してもよい。例えば、ＷＢＣ共振器３００は、１つまたは複数の配置システムを含んでもよく、配置システムは、コントローラ３６５からの指示に反応し、回折格子３１５及び変換光学系３２０等の部品の位置（例えば、傾斜角度、場所等）を制御する。様々な実施の形態において、配置システムは、例えば、１つまたは複数のアクチュエータを有する先端／傾斜された取付台を含んでもよく、それで実質的に構成されてもよく、またはそれで構成されてもよい。
様々な実施の形態において、コントローラ３６５は、モニタリングしたパワーレベルをフィードバックとして使用し、発振器３０５に供給されるパワーまたは電流の制御を通じて、例えば、発振器３０５へパワーを供給するパワー供給源３７０の制御を通じて、ＷＢＣ出力ビームを安定化させる。それは、コントローラ３６５は、検出された出力パワーが減少すると、発振器３０５に供給するパワーまたは電流を増加させてもよく、検出された出力パワーが増加すると、発振器３０５に供給するパワーまたは電流を減少させてもよい。様々な実施の形態において、コントローラ３６５は、出力パワーをモニタリングしてもよく、出力パワーが徐々に減少する際に、コントローラ３６５は、システムの操作的寿命を予測するフィードバックとして検出して出力パワーを使用してもよい。例えば、コントローラ３６５は、システムの減少している出力パワー（または、同様に、減少した出力パワーを補填するために発振器３０５に供給された増加しているパワー）が、システムの特定された操作パワー範囲外のレベルに到達する（例えば、既定のパワーレベルの閾値を超過するまたはそれ以下になる）時点を予測し、パワー予測及びシステムのサービス時間に基づいて（例えば、合計使用時間、使用パターン等の１つまたは複数に基づいて）システム３００の寿命を予測してもよい。
コントローラ３６５は、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせのいずれかとして設けられてもよい。例えば、システムは、カリフォルニア州、サンタクララのインテルコーポレーションによって製造されるＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）またはＣｅｌｅｒｏｎ（登録商標）の系列のプロセッサ、イリノイ州、シャンバーグのモトローラコーポレーションによって製造される６８０ｘ０及びＰＯＷＥＲ ＰＣ（登録商標）の系列のプロセッサ、及び／またはカリフォルニア州、サニーベールのアドバンスドマイクロデバイス株式会社によって製造されるＡＴＨＬＯＮ（登録商標）の系列のプロセッサ等の１つまたは複数のプロセッサを有するＣＰＵボードを有するＰＣ等、１つまたは複数の従来のサーバクラスのコンピュータ上で実施されてもよい。プロセッサは、本明細書にて説明する方法に関連するプログラム及び／またはデータを記憶するためのメインメモリユニットをさらに含んでもよい。メモリは、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、リードオンリーメモリデバイス（ＲＯＭ）等の一般的に入手可能なハードウェアに設置されているランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）及び／またはＦＬＡＳＨ（登録商標）メモリを含んでもよい。ある実施の形態において、プログラムは、光学ディスク、磁気ディスク、及びその他一般的に使用されている記憶デバイス等、外部ＲＡＭ及び／またはＲＯＭを使用して提供してもよい。１つまたは複数のソフトウェアプログラムとして機能が提供される実施の形態において、プログラムは、ＰＹＴＨＯＮ、ＦＯＲＴＲＡＮ、ＰＡＳＣＡＬ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＢＡＳＩＣ、様々なスクリプト言語、及び／またはＨＴＭＬ等のいずれかの数の高度な言語で記載されてもよい。加えて、ソフトウェアは、ターゲット（target）コンピュータに設置されたマイクロプロセッサに向けたアセンブリ言語として実施されてもよい；例えば、ソフトウェアがＩＢＭ ＰＣまたはＰＣクローン上で実行されるように構成されている場合、ソフトウェアはインテル８０ｘ８６アセンブリ言語において実施されてもよい。ソフトウェアは、これらに限定されず、フロッピーディスク、ジャンプドライブ、ハードディスク、光学ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フィールドプログラマブルゲートアレー、またはＣＤ－ＲＯＭを含む、製造された物品上で具現化されてもよい。
本発明の様々な実施の形態において、ＷＢＣ共振器内のセカンダリ回折ビームからのスペクトラム情報は、パワーに加えてまたはパワーに替えてモニタリングされてもよい。図４は、ＷＢＣ共振器４００を示し、ＷＢＣ共振器４００内では、図示された実施の形態において１次反射３３５に対応するセカンダリ回折ビームは、メイン回折ビーム（即ち、１次透過３３０）のパワーおよびスペクトラム情報の両方をモニタリングするように使用されてもよい。図４において、セカンダリビーム３３５は、（１×２ファイバカプラとして示された）ファイバカプラ４００または他のビームスプリッタに伝播し、ファイバカプラ４００または他のビームスプリッタはビームを分けて、よって、ビームのある部分はパワー検出器３４５によって受けられ、ビームの第２部分は分光計４１０によって受けられる。図３の共振器３００のように、コントローラ３６５はパワー検出器３４５に結合されてもよく、コントローラ３６５は分光計４１０にも結合されてもよく、よって、検出されたパワー及びスペクトラム情報は、ＷＢＣ共振器４００の様々な機能及び／または要素を制御する入力として、コントローラに使用されてもよい。共振器のための発振器３０５はそれぞれ異なる波長を照射してもよいため、分光計４１０からのスペクトラム情報は個別の発振器３０５をモニタリング及び／または制御するために使用されてもよい。例えば、分光計４１０に検出されたスペクトラムの特定の部分が、高すぎるまたは低すぎるパワーレベルを示す場合、コントローラ３６５は、個別の発振器３０５または発振器のグループの操作パワーを変調するためにスペクトラム情報を使用してもよい。本発明の様々な実施の形態において、モニタリングされたスペクトラム情報は、システム４００の全体の劣化によるパワー変動または下降を、特定の発振器３０５または発振器グループの故障から区別するために使用されてもよい。例えば、もし特定の発振器３０５の故障または性能劣化が検出されると、コントローラ３６５は、操作者に知られてもよく、及び／またはその特定の発振器を置換できるように、システムへのパワーを切ってもよい。
図３及び４に示す例示的な実施の形態は、回折格子３１５における回折によって発生する０次透過ビーム３５５と０次反射ビーム３６０も図示する。様々な実施の形態において、これらのビームは、ＷＢＣ共振器から独立しているため、ＷＢＣパワー及びスペクトラム情報のモニタリングにおいて理想的ではない可能性がある。というのは、これらのビームにおけるパワーの変動は、メインＷＢＣビーム及びＷＢＣ出力パワーの変動と直接関係していない可能性がある。しかしながら、様々な実施の形態において、１つまたは複数の０次ビーム３５５、３６０は、発振器パワー（即ち、回折格子３１５上に入射される発振器パワー）をモニタリングするために使用され、発振器パワーはＷＢＣ共振器によって影響されない。例えば、共振器の位置合わせのずれ（例えば、位置合わせのずれ、ブロック、または出力カプラ３２５の除去）は一般的にＷＢＣ出力パワー、よって、パワー検出器３４５に検出される信号を減少させるが、このような位置合わせのずれは、一般的に、０次ビームのパワーレベルを減少させない。したがって、様々な実施の形態において、パワー変動及びその可能な原因のより完全な理解のために、１つまたは複数の０次ビーム３５５、３６０（即ち、反射及び／または透過）も（指定されたパワー検出器及び／または分光計によって）モニタリングされてもよい。例えば、変動の根本原因を診断するため、０次ビームのモニタリングによって検出されたパワー及び／またはスペクトラム情報の違いは、セカンダリ１次ビームを使用して検出されたこのような違いと共に使用されてもよい。ある例示的な実施の形態において、コントローラ３６５は、１つまたは複数の０次ビーム３５５、３６０から受信した信号（例えば、パワー及び／またはスペクトラム情報）に基づいて、１つまたは複数の発振器３０５に供給されたパワー（及びそこからの出力）を変調してもよい。コントローラ３６５は、セカンダリビーム３３５から受信した信号（例えば、パワー及び／またはスペクトラム情報）に基づいて、１つまたは複数の要素（例えば、回折格子３１５、変換光学系３２０、カプラ３２５等）の位置（例えば、場所及び／または傾斜角度）を調整してもよい。
図３及び４に示す例示的ＷＢＣ共振器３００、４００は、図２に関連して説明されたリトロー配置に対応していない角度において構成された回折格子３１５を使用する。というのは、回折格子に対する入射角度（即ち、図２の角度ａ）は、入射ビーム３１０からセカンダリ１次反射ビーム３３５を空間的に分離させるため、１次回折角度（即ち、図２における角度ｂ）とは同一でない。この非リトロー配置は、入射ビームとのまたは入射ビームからの干渉を除いたセカンダリ回折ビームのキャプチャ（capture）を容易にする一方、非リトロー配置は、より低い回折効率、よって、ＷＢＣ共振器のより低い出力パワーをもたらす可能性がある。
本発明の実施の形態は、非ＷＢＣ方向におけるリトロー配置から離れる方向に回折格子を傾斜させる一方で、ＷＢＣ平面内におけるリトロー配置内に回折格子を維持することで、この発生し得る非効率性に対処する。本発明の実施の形態は、図５Ａ及び５Ｂに示されており、図５Ａ及び５Ｂにおいて、セカンダリビーム（１次反射３３５）は入射ビーム３１０から（ＷＢＣ方向ではなく）非ＷＢＣ方向において物理的に分けられており、パワー検出器３４５（及び／または図５Ａ及び５Ｂに示されていない分光計４１０）によるセカンダリビームのモニタリングを容易にする。
図５Ａにおける共振器５００の上面図に示されるように、回折格子５１０は、ＷＢＣ平面内において、リトロー角度で構成されている。したがって、１次反射３３５、即ち、モニタリングに使用されるセカンダリビームは、ＷＢＣ平面において観察すると、ビーム源（即ち、発振器３０５）に向かって戻されるように伝播する。図５Ｂの側面図に示すように、回折格子５１０は、非ＷＢＣ平面内において角度ｄで傾斜し、これは、２ｄに相当し、入射ビーム３１０に対する１次反射３３５のための「ウォークオフ（walk-off）角度」を導入する。よって、１次反射３３５がパワー検出器３４５（及び／または図５Ａ及び５Ｂに示されていない分光計４１０）により容易に伝播される。様々な実施の形態において、収差及び／またはビームツイスト等の発生し得る有害な副作用を最小化または実質的に除去するために、非ＷＢＣ平面内の回折角度ｄは比較的小さい。例えば、様々な実施の形態において、角度ｄは５°以下、３°以下、２°以下、または１°以下である。様々な実施の形態において、角度ｄは少なくとも０．００１°、少なくとも０．００５°、少なくとも０．０１°、少なくとも０．０５°、少なくとも０．１°、または少なくとも０．５°である。一般的な実施の形態において、図５Ａ及び５Ｂに示す傾斜された回折格子は、０次ビーム３５５、３６０のパワー及び方向を、ほぼ影響しないまたは影響しない。
本明細書にて使用されるように、「ＷＢＣ平面」は、本発明の実施の形態によるＷＢＣ共振器内に、入力ビームが波長的に結合される平面に対応する。加えて、「非ＷＢＣ平面」は、ＷＢＣ平面とは異なる平面、例えば、ＷＢＣ平面に実質的に垂直な平面である。
本発明の様々な実施の形態において、図５Ａ及び５Ｂに示された配置は、反射的な回折格子を含むＷＢＣ共振器のために使用されてもよい。このような実施の形態において、１次反射３３５はＷＢＣ共振器のメイン出力ビームとして使用され、一方で、１次透過３３０はパワー及び／またはスペクトラのモニタリングのために使用されるため、出力カプラ３２５及び光学システム３４０の位置は、それぞれ、パワー検出器３４５及び光学システム３５０との位置と置換される。
本発明の実施の形態によるレーザシステムは、プライマリ回折ビーム３３５を工作物の加工のために使用してもよく、及び／またはプライマリビーム３３５を光学ファイバ内に結合してもよい。コントローラ３６５は、本発明の実施の形態によって、（上記で説明したように）検出器３４５及び／または分光計４１０から受信した情報に基づいて、及び望ましい加工の種類に基づいて（例えば、切断、溶接等）、及び／または加工する（または加工されている）工作物の１つまたは複数の性質（例えば、材料パラメータ、厚み、材料の種類等）、及び／または出力ビーム３３５のために設計された望ましい加工パスに基づいて、ビーム３３５のパワー及び／またはスペクトラムを制御してもよい。このような工程及び／または材料パラメータは、使用者によって、コントローラ３６５に関連したメモリ内に記憶されたデータベースから選択されてもよく、または入力デバイス（例えば、タッチスクリーン、キーボード、コンピュータマウス等のポインティングデバイス）によって入力されてもよい。１つまたは複数の加工パスは、使用者によって提供されてもよく、コントローラ３６５に関連したオンボードまたはリモートのメモリに記憶されてもよい。工作物及び／または加工パスの選択の後、コントローラ３６５は、対応するパラメータ値を取得するためにデータベースに問い合わせる。記憶された値は、材料に適した出力パワーまたは出力ビームスペクトラム、及び／または材料上の１つまたは複数の加工パスまたは加工場所を含んでもよい。
コントローラ３６５は、ある実施の形態において、適切なモニタリングセンサに接続されたフィードバックユニットから、工作物に対するビームの位置及び／または加工効率に関するフィードバックを受信してもよい。フィードバックユニットからの信号に対する反応として、コントローラ３６５は、本明細書にて説明するように、ビームのパワー及び／またはスペクトラムを変更してもよい。本発明の実施の形態は、２０１５年３月５日に出願された米国特許出願第１４／６３９，４０１号、２０１６年９月９日に出願された米国特許出願第１５／２６１，０９６号、及び２０１７年７月１４日に出願された米国特許出願第１５／６４９，８４１号に開示された装置及び技術の態様を含んでもよく、これらの開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
加えて、本発明の実施の形態によるレーザシステムは、工作物の厚み及び／またはその上の特徴の高さを検出するための１つまたは複数のシステムを含んでもよい。例えば、レーザシステムは、２０１５年４月１日に出願された米国特許出願第１４／６７６，０７０号で説明された、工作物の干渉計による深さ測定のためのシステム（またはその部品）を含んでもよい。上記出願の開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。このような深さまたは厚みの情報は、例えば、加工される材料の種類に対応するデータベースの記憶によって、工作物の加工（例えば、切断または溶接）を最適化するように、ビームパワー及び／またはスペクトラムを制御するためにコントローラに使用されてもよい。
本明細書にて使用される用語及び表現は、限定ではなく、説明の用語として使用され、このような用語及び表現の使用において、示された及び説明された特徴またはその部分と同等なものを除外する意図はなく、様々な改造は請求項に記載されている発明の範囲内で可能であると認めている。

Claims (38)

  1. 波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムであって、
    異なる波長を有するビームを照射するように、それぞれのビーム発振器が構成された複数のビーム発振器と、
    回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、
    回折格子と、
    ここで、前記回折格子は、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、
    前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、
    前記セカンダリ１次ビームを受けるように配置され、前記セカンダリ１次ビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第１検出装置と、
    を備え、
    （ｉ）前記回折格子は透過性回折格子であり、
    （ｉｉ）前記プライマリ１次回折ビームは１次透過であり、及び
    （ｉｉｉ）前記セカンダリ１次回折ビームは１次反射である、レーザシステム。
  2. 前記第１検出装置から前記パワー及び／またはスペクトラム情報を受信し、前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するように構成されたコントローラをさらに有する、請求項１に記載のレーザシステム。
  3. 前記コントローラは、前記第１検出装置から受信した前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されたパワー及び／または電流を制御するように構成される、請求項２に記載のレーザシステム。
  4. 前記回折格子は、前記入射ビームの回折によって、０次透過及び／または０次反射を形成する、請求項１に記載のレーザシステム。
  5. 前記０次透過及び／または前記０次反射からパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第２検出装置をさらに有する、請求項４に記載のレーザシステム。
  6. コントローラは、前記第２検出装置からパワー及び／またはスペクトラム情報を受信し、前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するように構成される、請求項５に記載のレーザシステム。
  7. 前記コントローラは、前記第２検出装置から受信した前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されたパワー及び／または電流を制御するように構成される、請求項６に記載のレーザシステム。
  8. 前記第２検出装置は、パワー検出器を有する、請求項５に記載のレーザシステム。
  9. 前記パワー検出器は、１つまたは複数のフォトダイオード及び／または１つまたは複数のサーモパイルを有する、請求項８に記載のレーザシステム。
  10. 前記第２検出装置は、分光計をさらに有する、請求項８に記載のレーザシステム。
  11. 前記第２検出装置は、分光計を有する、請求項５に記載のレーザシステム。
  12. 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜され、
    前記ＷＢＣ平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記ＷＢＣ平面における前記セカンダリ１次回折ビームと前記回折格子との間の角度と異なる、請求項１に記載のレーザシステム。
  13. 前記第１検出装置は、パワー検出器を有する、請求項１に記載のレーザシステム。
  14. 前記パワー検出器は、１つまたは複数のフォトダイオード及び／または１つまたは複数のサーモパイルを有する、請求項１３に記載のレーザシステム。
  15. 前記第１検出装置は、分光計をさらに有する、請求項１３に記載のレーザシステム。
  16. 前記第１検出装置は、分光計を有する、請求項１に記載のレーザシステム。
  17. （ｉ）それぞれがビームを照射するように構成された複数のビーム発振器と、（ｉｉ）回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、（ｉｉｉ）回折格子と、ここで、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、（ｉｖ）前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、を有する波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムを操作する方法であって、
    前記セカンダリ１次回折ビームからパワー及び／またはスペクトラム情報を検出するステップと、
    前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するステップと、
    を含み、
    （ｉ）前記回折格子は透過性回折格子であり、
    （ｉｉ）前記プライマリ１次回折ビームは１次透過であり、及び
    （ｉｉｉ）前記セカンダリ１次回折ビームは１次反射である、方法。
  18. 前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するステップは、前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び／または電流を制御することを有する、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記回折格子は、前記入射ビームの回折によって、０次透過及び／または０次反射を形成し、
    前記方法は、前記０次透過及び／または前記０次反射からパワー及び／またはスペクトラム情報を検出することをさらに有する、請求項１７に記載の方法。
  20. 前記０次透過及び／または前記０次反射からの前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御することをさらに有する、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するステップは、前記０次透過及び／または前記０次反射からの前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び／または電流を制御することを有する、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜され、
    前記ＷＢＣ平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記ＷＢＣ平面における前記セカンダリ１次回折ビームと前記回折格子との間の角度と異なる、請求項１７に記載の方法。
  23. 波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムであって、
    異なる波長を有するビームを照射するように、それぞれのビーム発振器が構成された複数のビーム発振器と、
    回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、
    回折格子と、
    ここで、前記回折格子は、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、
    前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、
    前記セカンダリ１次ビームを受けるように配置され、前記セカンダリ１次ビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第１検出装置と、
    を備え、
    前記第１検出装置から前記パワー及び／またはスペクトラム情報を受信し、前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するように構成されたコントローラをさらに有し、
    前記コントローラは、
    前記第１検出装置から受信した前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器、（ｉｉ）前記変換光学系、（ｉｉｉ）前記回折格子、または（ｉｖ）前記出力カプラの少なくとも１つの位置及び／または傾斜角度を制御するように構成される、レーザシステム。
  24. 波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムであって、
    異なる波長を有するビームを照射するように、それぞれのビーム発振器が構成された複数のビーム発振器と、
    回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、
    回折格子と、
    ここで、前記回折格子は、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、
    前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、
    前記セカンダリ１次ビームを受けるように配置され、前記セカンダリ１次ビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第１検出装置と、
    を備え、
    （ｉ）前記回折格子は反射性回折格子であり、
    （ｉｉ）前記プライマリ１次回折ビームは１次反射であり、及び
    （ｉｉｉ）前記セカンダリ１次回折ビームは１次透過である、レーザシステム。
  25. 波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムであって、
    異なる波長を有するビームを照射するように、それぞれのビーム発振器が構成された複数のビーム発振器と、
    回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、
    回折格子と、
    ここで、前記回折格子は、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、
    前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、
    前記セカンダリ１次ビームを受けるように配置され、前記セカンダリ１次ビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第１検出装置と、
    を備え、
    前記回折格子は、前記入射ビームの回折によって、０次透過及び／または０次反射を形成し、
    前記０次透過及び／または前記０次反射からパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第２検出装置をさらに有し、
    コントローラは、前記第２検出装置からパワー及び／またはスペクトラム情報を受信し、前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するように構成され、
    前記コントローラは、前記第２検出装置から受信した前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数のビーム発振器に供給されたパワー及び／または電流を制御するように構成され、
    前記コントローラは、
    前記第２検出装置から受信した前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器、（ｉｉ）前記変換光学系、（ｉｉｉ）前記回折格子、または（ｉｖ）前記出力カプラの少なくとも１つの位置及び／または傾斜角度を制御するように構成される、レーザシステム。
  26. 波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムであって、
    異なる波長を有するビームを照射するように、それぞれのビーム発振器が構成された複数のビーム発振器と、
    回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、
    回折格子と、
    ここで、前記回折格子は、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、
    前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、
    前記セカンダリ１次ビームを受けるように配置され、前記セカンダリ１次ビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第１検出装置と、
    を備え、
    前記回折格子は、前記入射ビームの回折によって、０次透過及び／または０次反射を形成し、
    前記０次透過及び／または前記０次反射からパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第２検出装置をさらに有し、
    第２検出装置は、前記０次透過及び／または前記０次反射を受けて、前記０次透過及び／または前記０次反射の部分を異なる出力に供給するビームスプリッタを有する、レーザシステム。
  27. 前記ビームスプリッタはファイバカプラを有する、請求項２６に記載のレーザシステム。
  28. 前記ビームスプリッタの第１出力に結合されたパワー検出器と、
    前記ビームスプリッタの第２出力に結合された分光計と、
    をさらに有する、請求項２６に記載のレーザシステム。
  29. 波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムであって、
    異なる波長を有するビームを照射するように、それぞれのビーム発振器が構成された複数のビーム発振器と、
    回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、
    回折格子と、
    ここで、前記回折格子は、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、
    前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、
    前記セカンダリ１次ビームを受けるように配置され、前記セカンダリ１次ビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第１検出装置と、
    を備え、
    前記回折格子は、前記入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、リトロー角度で傾斜され、
    前記ＷＢＣ平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記ＷＢＣ平面における前記セカンダリ１次回折ビームと前記回折格子との間の角度と同じである、レーザシステム。
  30. 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、非ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜され、
    前記非ＷＢＣ平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記非ＷＢＣ平面における前記セカンダリ１次回折ビームと前記回折格子との間の角度と異なる、請求項２９に記載のレーザシステム。
  31. 波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムであって、
    異なる波長を有するビームを照射するように、それぞれのビーム発振器が構成された複数のビーム発振器と、
    回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、
    回折格子と、
    ここで、前記回折格子は、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、
    前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、
    前記セカンダリ１次ビームを受けるように配置され、前記セカンダリ１次ビームからのパワー及び／またはスペクトラム情報を検出する第１検出装置と、
    を備え、
    第１検出装置は、前記セカンダリ１次回折ビームを受けて、前記セカンダリ１次回折ビームの部分を異なる出力に供給するビームスプリッタを有する、レーザシステム。
  32. 前記ビームスプリッタはファイバカプラを有する、請求項３１に記載のレーザシステム。
  33. 前記ビームスプリッタの第１出力に結合されたパワー検出器と、
    前記ビームスプリッタの第２出力に結合された分光計と、
    をさらに有する、請求項３１に記載のレーザシステム。
  34. （ｉ）それぞれがビームを照射するように構成された複数のビーム発振器と、（ｉｉ）回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、（ｉｉｉ）回折格子と、ここで、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、（ｉｖ）前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、を有する波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムを操作する方法であって、
    前記セカンダリ１次回折ビームからパワー及び／またはスペクトラム情報を検出するステップと、
    前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するステップと、
    を含み、
    前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するステップは、前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器、（ｉｉ）前記変換光学系、（ｉｉｉ）前記回折格子、または（ｉｖ）前記出力カプラの少なくとも１つの位置及び／または傾斜角度を制御することを有する、方法。
  35. （ｉ）それぞれがビームを照射するように構成された複数のビーム発振器と、（ｉｉ）回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、（ｉｉｉ）回折格子と、ここで、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、（ｉｖ）前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、を有する波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムを操作する方法であって、
    前記セカンダリ１次回折ビームからパワー及び／またはスペクトラム情報を検出するステップと、
    前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するステップと、
    を含み、
    （ｉ）前記回折格子は反射性回折格子であり、
    （ｉｉ）前記プライマリ１次回折ビームは１次反射であり、及び
    （ｉｉｉ）前記セカンダリ１次回折ビームは１次透過である、方法。
  36. （ｉ）それぞれがビームを照射するように構成された複数のビーム発振器と、（ｉｉ）回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、（ｉｉｉ）回折格子と、ここで、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、（ｉｖ）前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、を有する波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムを操作する方法であって、
    前記セカンダリ１次回折ビームからパワー及び／またはスペクトラム情報を検出するステップと、
    前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するステップと、
    を含み、
    前記回折格子は、前記入射ビームの回折によって、０次透過及び／または０次反射を形成し、
    前記方法は、前記０次透過及び／または前記０次反射からパワー及び／またはスペクトラム情報を検出することをさらに有し、
    前記０次透過及び／または前記０次反射からの前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御することをさらに有し、
    前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するステップは、前記０次透過及び／または前記０次反射からの前記パワー及び／またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、（ｉ）１つまたは複数のビーム発振器、（ｉｉ）前記変換光学系、（ｉｉｉ）前記回折格子、または（ｉｖ）前記出力カプラの少なくとも１つの位置及び／または傾斜角度を制御することを有する、方法。
  37. （ｉ）それぞれがビームを照射するように構成された複数のビーム発振器と、（ｉｉ）回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、（ｉｉｉ）回折格子と、ここで、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ１次回折ビームと、前記プライマリ１次回折ビームより低いパワーを有するセカンダリ１次回折ビームとを形成し、（ｉｖ）前記プライマリ１次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ１次回折ビームの第１部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ１次回折ビームの第２部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、を有する波長合成技術（ＷＢＣ）レーザシステムを操作する方法であって、
    前記セカンダリ１次回折ビームからパワー及び／またはスペクトラム情報を検出するステップと、
    前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び／または前記プライマリ１次回折ビームを制御するステップと、
    を含み、
    前記回折格子は、前記入射ビームに対して、ＷＢＣ平面内において、リトロー角度で傾斜され、
    前記ＷＢＣ平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記ＷＢＣ平面における前記セカンダリ１次回折ビームと前記回折格子との間の角度と同じである、方法。
  38. 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、非ＷＢＣ平面内において、非リトロー角度で傾斜され、
    前記非ＷＢＣ平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記非ＷＢＣ平面における前記セカンダリ１次回折ビームと前記回折格子との間の角度と異なる、請求項３７に記載の方法。
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