JP7507235B2 - 小型タイルを伴うコヒーレント光学モノリシックフェーズドアレイを含むハイブリッドの分光的およびコヒーレントに結合されたファイバレーザ増幅器システム - Google Patents
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Description
Claims (20)
- ハイブリッドのコヒーレントビーム結合(CBC)およびスペクトルビーム結合(SBC)ファイバレーザ増幅器システムであって、
複数のCBCチャネルであって、各々が、中心波長および第1フィルファクタプロファイルを有する連続波周波数変調のシードビームを生成するシードビーム源を含み、前記シードビームのすべての波長が異なり、各チャネルが、前記シードビームを受信し、前記シードビームを、すべて同じ波長を有する複数のスプリットシードビームへ分割するシードビームスプリッタをさらに含み、各チャネルが、複数の位相変調器であって、各々が、前記スプリットシードビームのうちの1つを受信し、各チャネルの前記スプリットシードビームのすべてがビーム波面にわたって空間的にコヒーレントな位相を有するように、前記スプリットシードビームの位相を制御する、複数の位相変調器をさらに含み、各チャネルが、複数のファイバ増幅器であって、各々が、位相変調された前記スプリットシードビームのうちの1つを受信し、各増幅器が、前記スプリットシードビームを増幅し、増幅スプリットシードビームをファイバ上に置く、複数のファイバ増幅器をさらに含む、複数のCBCチャネルと、
入力面を有するエンドキャップを含むビーム整形器アレイアセンブリであって、前記入力面に、前記ファイバのすべてが光学結合され、前記ファイバは、1つのチャネルから前記増幅スプリットシードビームを伝達するファイバが非結合非分散軸に沿って1つの方向に1つの列に配置され、他のチャネルの各々から前記増幅スプリットシードビームを伝達するファイバが結合分散軸に沿って前記1つの列に対して平行列に配置され、その結果として、異なるチャネルからの前記増幅スプリットシードビームのすべてが行列で配置されるように、前記入力面に光学結合され、前記ビーム整形器アレイアセンブリが、タイル状に互いに隣接しかつ互いと接触して位置付けられる複数の入力アレイセルを有する入力ビーム整形器アレイをさらに含み、各入力アレイセルは、前記増幅スプリットシードビームのうちの1つを受信し、前記増幅スプリットシードビームを、前記第1フィルファクタプロファイルよりも高いフィルファクタを有する第2フィルファクタプロファイルへ変換されるように、前記増幅スプリットシードビームが前記入力ビーム整形器アレイから離れる方へ伝搬する際に拡大させ、前記第2フィルファクタプロファイルを、各入力アレイセルの周囲において、前記第2フィルファクタプロファイルと等価のフィルファクタプロファイルを有するガウスビームによるフィルファクタプロファイルの値の漸減よりもスムーズに、より低いフィルファクタプロファイルの値へと漸減させるように、整形される入力ビーム整形器を含み、前記ビーム整形器アレイアセンブリは、複数の出力アレイセルを有する出力ビーム整形器アレイをさらに含み、前記複数の出力アレイセルは、各出力アレイセルが入力アレイセルに適合するようにタイル状に互いに隣接しかつ互いと接触して位置付けられ、各出力アレイセルは、前記入力ビーム整形器により変換された増幅スプリットシードビームのうちの1つを受信し、前記出力ビーム整形器アレイが、複数の隣接ビームのビーム間の重なりが最小であり、かつ、前記ビーム間のギャップが最小である互いに密接な複数の隣接ビームを有する結合ビームを提供するように、前記変換された増幅スプリットシードビームの波面を平坦にするように整形される出力ビーム整形器を含む、ビーム整形器アレイアセンブリと、
前記結合ビームを受信するSBC格子であって、前記SBC格子が、個々のビーム波長を空間的に回折し、個々の増幅スプリットシードビームを結合した出力ビームと同じ方向に向ける、SBC格子と、
を備える、ハイブリッドのコヒーレントビーム結合(CBC)およびスペクトルビーム結合(SBC)ファイバレーザ増幅器システム。 - 前記結合ビームからサンプルビームを分割するためのサンプルビームスプリッタと、前記サンプルビーム内の各ビームの強度を検出するための検出器と、前記検出器からの強度信号に応答する位相制御器であって、各チャネル内の前記スプリットシードビームの位相を別個に制御するように各チャネル内の前記位相変調器を制御する、位相制御器とをさらに備える、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記SBC格子の前に前記ビーム整形器アレイアセンブリから前記結合ビームを受信し、前記隣接ビームをコリメートするコリメーティング光学素子をさらに備える、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記複数の入力アレイセルおよび前記複数の出力アレイセルは、すべて正方形セルである、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記複数の入力アレイセルおよび前記複数の出力アレイセルは、すべて同じサイズの正方形セルである、請求項4に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記複数の入力アレイセルおよび前記複数の出力アレイセルは、すべて2mm×2mmの正方形セルである、請求項5に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力ビーム整形器アレイおよび前記出力ビーム整形器アレイは、直線アレイである、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 各入力ビーム整形器は、前記増幅スプリットシードビームを、結合分散軸に沿ってフラットトッププロファイルを維持すように整形する、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 各入力ビーム整形器は、前記増幅スプリットシードビームを、それが前記入力ビーム整形器アレイから離れる方へ伝搬する際に非結合非分散軸に沿って拡大させるように整形する、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 各入力ビーム整形器は、前記増幅スプリットシードビームを、結合分散軸に沿ってよりも非結合非分散軸に沿って拡大させるように整形する、請求項9に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力アレイセルおよび前記出力アレイセル内の前記入力ビーム整形器および前記出力ビーム整形器は、ビーム伝搬方向に対して垂直にX方向およびY方向の両方に整形され、前記XおよびY方向形状は、同じ表面に提供される、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力アレイセルおよび前記出力アレイセル内の前記入力ビーム整形器および前記出力ビーム整形器は、ビーム伝搬方向に対して垂直にX方向およびY方向の両方に整形され、前記XおよびY方向形状は、異なる表面に提供される、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記入力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、前記入力ビーム整形器アレイによって拡大された複数の拡大ビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルは、前記拡大ビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含む、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記出力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、そこから前記結合ビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルは、前記結合ビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含む、請求項1に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- ハイブリッドのコヒーレントビーム結合(CBC)およびスペクトルビーム結合(SBC)ファイバレーザ増幅器システムであって、
複数のCBCチャネルであって、各々が、中心波長および円形ガウスプロファイルを有する連続波周波数変調のシードビームを生成するシードビーム源を含み、前記シードビームのすべての波長が異なり、各チャネルが、前記シードビームを受信し、前記シードビームを、すべて同じ波長を有する複数のスプリットシードビームへ分割するシードビームスプリッタをさらに含み、各チャネルが、複数の位相変調器であって、各々が、前記スプリットシードビームのうちの1つを受信し、各チャネルの前記スプリットシードビームのすべてがビーム波面にわたって空間的にコヒーレントな位相を有するように、前記スプリットシードビームの位相を制御する、複数の位相変調器をさらに含み、各チャネルが、複数のファイバ増幅器であって、各々が、位相変調された前記スプリットシードビームのうちの1つを受信し、各増幅器が、前記スプリットシードビームを増幅し、増幅スプリットシードビームをファイバ上に置く、複数のファイバ増幅器をさらに含む、複数のCBCチャネルと、
入力面を有するエンドキャップを含むビーム整形器アレイアセンブリであって、前記入力面に、前記ファイバのすべてが光学結合され、前記ファイバは、1つのチャネルから前記増幅スプリットシードビームを伝達するファイバが1つの方向に1つの列に配置され、他のチャネルの各々から前記増幅スプリットシードビームを伝達するファイバが前記1つの列に対して平行列に配置され、その結果として、異なるチャネルからの前記増幅スプリットシードビームのすべてが行列で配置されるように、前記入力面に光学結合され、前記ビーム整形器アレイアセンブリが、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数の直線入力アレイセルを有する入力ビーム整形器アレイをさらに含み、各入力アレイセルは、前記増幅スプリットシードビームのうちの1つを前記エンドキャップから受信し、前記増幅スプリットシードビームを、前記円形ガウスプロファイルからフラットトッププロファイルを有する直線状ビームへ変換されるように、前記増幅スプリットシードビームが前記入力ビーム整形器アレイから離れる方へ伝搬する際に拡大させるように、および前記フラットトッププロファイルを、各入力アレイセルの周囲においてより低い値へ漸減させるように整形されるビーム整形器を含み、前記ビーム整形器アレイアセンブリは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数の直線出力アレイセルを含む出力ビーム整形器アレイをさらに含み、各出力アレイセルは、前記ビーム整形器によって変換されたビームのうちの1つを受信し、前記出力ビーム整形器アレイが、複数の隣接ビームのビーム間の重なりが最小であり、かつ、前記ビーム間のギャップが最小である互いに密接な複数の隣接ビームを結合した出力ビームを提供するように、前記増幅スプリットシードビームに拡大を停止させるように整形されるビーム整形器を含む、ビーム整形器アレイアセンブリと、
結合ビームを受信するSBC格子であって、前記SBC格子が、個々のビーム波長を空間的に回折し、個々の増幅スプリットシードビームを結合した出力ビームと同じ方向に向ける、SBC格子と、
を備える、ハイブリッドのコヒーレントビーム結合(CBC)およびスペクトルビーム結合(SBC)ファイバレーザ増幅器システム。 - 前記入力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、前記入力ビーム整形器アレイによって拡大された複数の拡大ビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルは、前記拡大ビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含む、請求項15に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記出力ビーム整形器アレイに隣接して位置付けられ、そこから前記結合ビームを受信するトリムビーム整形器アレイをさらに備え、前記トリムビーム整形器アレイは、タイル状に互いに隣接して位置付けられる複数のトリムアレイセルを含み、各トリムアレイセルは、前記結合ビームのうちの1つを受信し、ビーム補正を提供するように整形されるビーム整形器を含む、請求項15に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 前記SBC格子の前に前記ビーム整形器アレイアセンブリから前記結合ビームを受信し、前記隣接ビームをコリメートするコリメーティング光学素子をさらに備える、請求項15に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- 複数の前記入力アレイセルおよび複数の前記出力アレイセルは、すべて正方形セルである、請求項15に記載のファイバレーザ増幅器システム。
- コヒーレントビーム結合(CBC)およびスペクトルビーム結合(SBC)を提供するための方法であって、
中心波長および第1フィルファクタプロファイルを有する複数の連続波周波数変調のシードビームを生成するステップであって、前記シードビームのすべての波長が異なる、ステップと、
各シードビームを、すべて同じ波長を有する複数のスプリットシードビームへ分割するステップと、
同じ波長を有する前記スプリットシードビームのすべてがビーム波面にわたって空間的にコヒーレントな位相を有するように、前記スプリットシードビームの位相を制御するステップと、
位相変調された前記スプリットシードビームを増幅するステップと、
増幅されたスプリットシードビームを、前記第1フィルファクタプロファイルよりも高いフィルファクタを有する第2フィルファクタプロファイルへ変換されるように、それらが伝搬する際に結合分散軸に沿って拡大させるステップであって、前記第2フィルファクタプロファイルは、各ビームの周辺において、前記第2フィルファクタプロファイルと等価のフィルファクタプロファイルを有するガウスビームによるフィルファクタプロファイルの値の漸減よりもスムーズに、より低いフィルファクタプロファイルの値へ漸減する、ステップと、
異なる波長を有する複数の隣接ビームのビーム間の重なりが最小であり、かつ、前記ビーム間のギャップが最小である互いに密接な複数の隣接ビームを提供するために、変換されたビームの波面を平坦にさせるステップと、
変換され平坦にされたビームを、個々のビーム波長を空間的に回折し、前記ビームを結合した出力ビームと同じ方向に向けるSBC格子上へ向けるステップと
を含む、方法。
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