本公開內(nèi)容總體上涉及激光系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于窄帶寬激光束穩(wěn)定化和多個激光束組合的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

密集波長光束組合(dwbc)技術(shù)使多個相對低的功率輸入光束在空間上疊加以產(chǎn)生單個高功率輸出光束。為了確保高功率輸出光束具有高質(zhì)量，dwbc需要對每個單獨發(fā)射器進行波長鎖定。波長鎖定指的是迫使由發(fā)射器發(fā)射的絕大多數(shù)輻射具有落在窄期望波長光譜內(nèi)的波長。dwbc系統(tǒng)通過提供波長選擇性反饋來實現(xiàn)每個單獨發(fā)射器的波長鎖定。波長選擇性反饋刺激在期望波長下的輻射的發(fā)射，其排除在非期望波長下的輻射。dwbc系統(tǒng)可以利用單獨發(fā)射器的諧振器腔外部的諧振器腔來提供波長選擇性反饋。

在沒有波長選擇性反饋的情況下，dwbc系統(tǒng)中的單獨發(fā)射器將發(fā)射在非期望波長下的不可容忍的水平的輻射。不能通過使用光譜-角色散元件(例如衍射光柵)來將具有非期望波長的輻射組合成單個光束。因為很多dwbc系統(tǒng)作為逆光譜儀，波長選擇性反饋和由單獨發(fā)射器發(fā)射的輻射需要在變化的環(huán)境條件下極其穩(wěn)定。另外，具有非期望波長的輻射可以借助于相鄰發(fā)射器之間的光譜串擾來引起輸出功率的暫時波動。光譜串擾指的是由第一單獨發(fā)射器發(fā)射的輻射的一部分作為反饋被引導到第二單獨發(fā)射器中的情況。

為了限制在非期望波長下發(fā)射的輻射的水平，dwbc系統(tǒng)可以并入波長過濾腔，其被設(shè)計為當?shù)凸β瘦斎牍馐蚱浞至總鞑ゴ┻^波長過濾腔時從其中去除具有非期望波長的輻射。然而，空間過濾是可能引起dwbc系統(tǒng)的效率明顯降低的有損程序。為了限制可歸因于特殊過濾的效率降低，一些dwbc系統(tǒng)執(zhí)行在外部腔的低功率區(qū)中的空間過濾。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在本文中描述了將多個單獨的輸入光束組合成單個輸出光束的各種密集波長光束組合(dwbc)裝置。在本文中設(shè)想的dwbc裝置是開環(huán)配置，即反饋產(chǎn)生系統(tǒng)的波長選擇性光學器件從光束組合系統(tǒng)去耦合的配置，光束組合系統(tǒng)組合多個輸入光束，每個輸入光束具有從一定范圍的不同波長中選擇的波長。特別地，由光束組合系統(tǒng)產(chǎn)生的組合輸出光束的每個組成光束橫貫不包括反饋產(chǎn)生系統(tǒng)的波長選擇性光學器件的光路。因此，在本文中設(shè)想的dwbc裝置在外部腔的低功率區(qū)中執(zhí)行空間過濾。

在本文中設(shè)想的dwbc裝置進一步利用第一角來提供反饋產(chǎn)生系統(tǒng)的光學器件的波長相關(guān)角色散函數(shù)與光束組合系統(tǒng)的光學器件的波長相關(guān)角色散函數(shù)的匹配。作為結(jié)果，由在本文中設(shè)想的dwbc系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出光束的質(zhì)量不被反饋產(chǎn)生系統(tǒng)和光束組合系統(tǒng)的角色散特性中的失配損害。

提供了外部腔激光裝置，其包括：共同發(fā)射多個外部腔輸入光束的多個光束發(fā)射器，每個外部腔輸入光束具有帶有初始線性偏振狀態(tài)的主要分量；光束分離器，其設(shè)置在多個輸入光束的光路中并被配置為從多個外部腔輸入光束提取多個第一提取的分量光束并將多個第一提取的分量光束引導到反饋支路中；反射元件，其設(shè)置在反饋支路中并被配置為將多個第一提取的分量光束反射回來穿過光束分離器，以使得多個第一提取的分量光束的至少一部分作為多個正交反饋分量光束透射到多個光束發(fā)射器，每個正交反饋分量光束具有與初始線性偏振狀態(tài)正交的偏振狀態(tài)；以及第一角色散光學器件，其設(shè)置在反饋支路中并具有第一波長相關(guān)角色散函數(shù)，第一角色散光學器件被配置為在多個第一提取的分量光束上傳遞由第一波長相關(guān)角色散函數(shù)確定的波長相關(guān)角光譜。

提供了用于使由多個發(fā)射器共同發(fā)射的多個輸入光束的波長穩(wěn)定的方法，多個輸入光束中的每個具有帶有初始線性偏振狀態(tài)的主要分量。該方法涉及從多個輸入光束提取多個提取的分量光束；引導多個提取的分量光束穿過將波長相關(guān)角光譜傳遞到多個提取的分量光束的角色散光學器件；引導多個提取的分量光束穿過包括波長選擇性光學器件的反饋支路以便提供多個反饋光束，每個反饋光束包括具有與多個輸入光束的初始線性偏振狀態(tài)正交的偏振狀態(tài)的分量；以及將多個反饋光束引導到多個發(fā)射器中。

提供了用于產(chǎn)生由多個光束形成的組合輸出光束的方法，多個光束組合從由多個發(fā)射器共同發(fā)射的多個線性偏振激光源輸出光束提取的輸入光束，多個激光源輸出光束中的每個具有帶有初始線性偏振狀態(tài)的主要分量。該方法涉及從多個輸入光束提取多個提取的分量光束和對輸入光束進行組合的多個光束；引導多個提取的分量光束穿過將波長相關(guān)角光譜傳遞到多個提取的分量光束的角色散光學器件；引導多個提取的分量光束穿過包括波長選擇性光學器件的反饋支路以便提供多個反饋光束，每個反饋光束包括具有與多個輸入光束的初始線性偏振狀態(tài)正交的偏振狀態(tài)的分量；將多個反饋光束引導到多個發(fā)射器中；以及通過引導角色散光束組合光學器件處的對輸入光束進行組合的多個光束來提供組合輸出光束，以使得對輸入光束進行組合的多個光束中的每個從具有共同傳播方向的角色散光束組合光學器件的重疊區(qū)域出現(xiàn)。

附圖說明

以下基于示例性附圖更加詳細地描述了本發(fā)明。本發(fā)明不限于示例性實施例。在本發(fā)明的實施方式中，在本文中所述和/或所示的所有特征可以單獨使用或以不同的組合方式進行組合。通過參考示出以下內(nèi)容的附圖閱讀以下具體實施方式，本發(fā)明的各種實施例的特征和優(yōu)點將變得顯而易見。

圖1示出了用于經(jīng)由密集波長光束組合(dwbc)技術(shù)產(chǎn)生包括多個在空間上和在方向上重疊的光束的單個多波長輸出激光束的裝置，每個在空間上和在方向上重疊的光束具有窄波長光譜；

圖2示出了用于經(jīng)由密集波長光束組合技術(shù)產(chǎn)生包括多個在空間上和在方向上重疊的光束的單個多波長輸出激光束的替代裝置，每個在空間上和在方向上重疊的光束具有窄波長光譜；

圖3示出了用于經(jīng)由密集波長光束組合技術(shù)產(chǎn)生包括多個在空間上和在方向上重疊的光束的單個多波長輸出激光束的附加替代裝置，每個在空間上和在方向上重疊的光束具有窄波長光譜；

圖4a和4b示出了用于在外部腔激光裝置中使用的激光源的配置，其中激光源是由二極管線(diodebar)的水平疊置體形成的二極管激光器的陣列；

圖5a、5b和5c示出了用于在外部腔激光裝置中使用的激光源的配置，其中，激光源是由二極管線的垂直疊置體形成的二極管激光器的陣列；以及

圖6示出了用于在外部腔激光裝置中使用的激光源的配置，其中激光源是由二極管線的二維疊置體形成的二極管激光器的陣列。

具體實施方式

本公開內(nèi)容描述了將多個單獨的輸入光束組合成單個輸出光束的各種密集波長光束組合(dwbc)系統(tǒng)。在本文中設(shè)想的dwbc系統(tǒng)是開環(huán)配置，即反饋產(chǎn)生系統(tǒng)(其也可被稱為波長穩(wěn)定化系統(tǒng))的波長選擇性光學器件從光束組合系統(tǒng)去耦合的配置。特別地，由光束組合系統(tǒng)產(chǎn)生的組合輸出光束的每個組成光束橫貫不包括反饋產(chǎn)生系統(tǒng)的波長選擇性光學器件的光路。

在dwbc系統(tǒng)的外部腔的低功率區(qū)中執(zhí)行空間過濾和串擾減輕限制了可歸因于此的輸出功率的損耗。因此，與反饋部件系統(tǒng)的波長選擇性光學器件形成多個輸入光束發(fā)射器與光束組合系統(tǒng)的光束組合光學器件之間的光路的一部分的配置(即“閉環(huán)”配置)相比較，開環(huán)配置能夠?qū)崿F(xiàn)明顯更大的電光轉(zhuǎn)換效率。

此外，在本文中設(shè)想的dwbc系統(tǒng)中，反饋產(chǎn)生系統(tǒng)的波長選擇性光學器件的角色散性能與光束組合系統(tǒng)的光束組合光學器件的角色散性能相同。特別地，反饋產(chǎn)生系統(tǒng)的波長選擇性光學器件和光束組合系統(tǒng)的光束組合部件具有相同的波長-角色散函數(shù)(即為一定范圍的波長定義的在光束的波長與光束相對于光學器件的入射角和透射角之間的差異之間的關(guān)系)。因此，對于在波長的范圍(對于這些波長，定義了波長-角色散函數(shù))內(nèi)的每個波長，光束的入射角和透射角之間的差異相對于反饋產(chǎn)生系統(tǒng)的波長選擇性光學器件和光束組合系統(tǒng)的光束組合光學器件兩者將是相同的。

在本文中描述了利用兩個相同的光學器件作為不同的系統(tǒng)部件的dwbc系統(tǒng)。相同的光學器件中的一個用作反饋產(chǎn)生系統(tǒng)的波長選擇性部件，而另一個用作光束組合系統(tǒng)的光束組合部件。在本文中設(shè)想的一些系統(tǒng)中，兩個相同的光學器件是相同的衍射光柵。在反饋產(chǎn)生系統(tǒng)和光束組合系統(tǒng)兩者中的相同光學器件的使用允許由反饋產(chǎn)生系統(tǒng)的波長選擇性元件的角色散部件產(chǎn)生的光錐的波長-角-位置光譜與入射在光束組合系統(tǒng)的角色散部件上的光錐的波長-角-位置光譜的無縫匹配。作為結(jié)果，在本文中設(shè)想的dwbc系統(tǒng)的輸出光束質(zhì)量不被反饋產(chǎn)生系統(tǒng)和光束組合系統(tǒng)的角色散特性中的失配損害。

圖1示出了用于經(jīng)由密集波長光束組合(dwbc)技術(shù)產(chǎn)生包括多個在空間上和在方向上重疊的單個波長光束的單個多波長輸出激光束的裝置。dwbc裝置100包括輸入產(chǎn)生系統(tǒng)101、可調(diào)節(jié)光束分離系統(tǒng)102、反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103和光束組合系統(tǒng)104。

輸入產(chǎn)生系統(tǒng)101是用于產(chǎn)生一起構(gòu)成激光源輸出151的多個單獨光束的模塊。輸入產(chǎn)生系統(tǒng)包括激光源111(其包括多個發(fā)射器)和位置到角變換光學器件112。位置到角變換光學器件112也可被認為是反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103的部分，因為其以影響反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的下游特性的方式與激光源輸出151交互作用。類似地，位置到角變換光學器件112也可被認為是光束組合系統(tǒng)104的部分，因為其以影響光束組合系統(tǒng)輸入154的下游特性的方式與激光源輸出151交互作用。

可調(diào)節(jié)光束分離系統(tǒng)102是用于將光束分離系統(tǒng)輸入152分成反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153和光束組合系統(tǒng)輸入154的模塊，并且也是用于將反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153引導到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103中并將光束組合系統(tǒng)輸入154引導到光束組合系統(tǒng)104中的模塊。可調(diào)節(jié)光束分離系統(tǒng)102包括用于選擇光功率被引導到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103中的一小部分和光功率被引導到光束組合系統(tǒng)104中的一小部分的模塊。在圖1所示的實施例中，可調(diào)節(jié)光束分離系統(tǒng)102包括偏振光束分離器114。然而，在替代的實施例中，可調(diào)節(jié)光束分離系統(tǒng)102可以包括用于分離輸入光束的其它模塊，例如薄膜偏振器。

反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103是用于產(chǎn)生波長穩(wěn)定化反饋156的模塊，波長穩(wěn)定化反饋156當作為反饋被引導到激光源111中時用于為激光源111的多個發(fā)射器中的每個選擇優(yōu)選諧振模式。反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103可以由從偏振光束分離器114穿過角色散光學器件115到反射元件120和在相反的方向上從反射元件120回到偏振光束分離器114的光路進行識別。

光束組合系統(tǒng)104是用于從一起構(gòu)成光束組合系統(tǒng)輸入154的多個單獨的單波長輸入光束產(chǎn)生單個多波長組合輸出光束(組合輸出光束160)的模塊。光束組合系統(tǒng)104可以由從偏振光束分離器114到角色散光束組合光學器件122并到組合輸出光束160的光路中的光路進行識別。

在圖1中所示的實施例中，激光源111包括多個單獨發(fā)射器(例如111a和111n)，每個發(fā)射器發(fā)射單個激光束，單個激光束為激光源輸出151的組成光束。激光源輸出151的每個組成光束也可以被稱為輸入光束。單獨激光發(fā)射器可以是二極管激光器、光纖激光器、固態(tài)激光器或任何其它類型的激光器。一起構(gòu)成激光源111的多個單獨發(fā)射器可以布置成一維陣列、二維陣列或各種其它配置。例如，激光源111可以是由二極管線的垂直或水平疊置體形成的二極管激光器的陣列，其中每個二極管激光器具有多個單獨的二極管激光發(fā)射器。激光源111可以是被配置為如在圖4a-b、5a-c和6的任一個中所描繪的二極管激光器的任何陣列。然而，激光源111不限于這樣的配置，并且在本文中所述的實施例設(shè)想也可以使用各種替代的激光源。在圖4a-b、5a-c和6中所描繪的激光源111的配置可以是以下中的任一個：在幾何上堆疊的配置(幾何疊置體)、光學地堆疊的配置(光學疊置體)或配置如那些附圖中所描繪的多個光束的任何其它模塊。

盡管沒有在圖1中所示的實施例中示出，實施方式設(shè)想輸入產(chǎn)生系統(tǒng)101可以包括用于操縱由激光源111的單獨發(fā)射器在它們與位置到角變換光學器件112交互作用之前發(fā)射的光束的各種光學器件。典型地，由二極管激光器發(fā)射的光束具有非對稱光束剖面，即光束沿著垂直于其傳播方向定義的兩個軸以不同的速率發(fā)散。這兩個軸可以被識別為快軸和慢軸，光束沿著快軸更快地發(fā)散，并且光束在慢軸上相比更慢地發(fā)散。對光束的操縱可以被稱為預處理并且可以包括例如：光束的旋轉(zhuǎn)，以使得下游處理沿著快軸而不是慢軸被執(zhí)行；光束沿著快軸的校準；以及光束沿著慢軸的校準。各種現(xiàn)有技術(shù)文獻討論了用于預處理由二極管激光發(fā)射器(例如激光源111的那些二極管激光發(fā)射器)發(fā)射的光束的技術(shù)。例如，如在美國專利申請序列號14/053,187中所述的或如在美國專利號8,724,222中所述的，可以操縱由激光源111發(fā)射的光束。

在圖1中所描繪的實施例中，系統(tǒng)輸入151的每個組成光束大體上是線性偏振的。二極管陣列激光源(例如激光源111)的每個發(fā)射器發(fā)射在理論上只由具有初始線性偏振的分量組成的光束。在各種不同的參考系中，初始線性偏振可以被認為是p偏振、s偏振或p偏振和s偏振的組合。然而，作為各種因素(例如制造缺陷)的結(jié)果，二極管陣列激光源的發(fā)射器均發(fā)射光束，光束可以包括非偏振分量或可以包括具有相對于理論初始線性偏振成一角度的偏振的各種分量。因此實際上，由激光源111中的發(fā)射器發(fā)射的每個光束可以被描述為包括具有初始線性偏振的主要分量和可以至少在特定的時刻在相對于主要分量的初始線性偏振的一角度下被特征化為非偏振的、橢圓偏振的或線性偏振的附加次級分量。這樣的光束可以被認為是主要線性偏振的。主要線性偏振光束是線性偏振的主要分量輸送光束的總光功率的至少80％(優(yōu)選地輸送至少90％，并且特別優(yōu)選地輸送至少94％)的光束。

典型地，二極管激光發(fā)射器作為橫向電場(te)或橫向磁場(tm)被推向市場，其中te或tm描述了所發(fā)射的光束主要線性偏振的方式。在圖1的其余討論中，假設(shè)激光源輸出151的每個組成光束相對于偏振光束分離器114的主面進行主要p偏振。然而，本文中的實施例設(shè)想激光源輸出151的每個組成光束也可以相對于偏振光束分離器114的主面進行主要s偏振或可以在相對于偏振光束分離器114的主面既不完全s偏振也不p偏振的方向上進行主要線性偏振。

激光源111中的每個發(fā)射器具有相對于位置到角變換光學器件112的特定的固定位置。因此，激光源輸出151具有對應于激光源111中的發(fā)射器的空間分布的位置光譜。例如，激光源輸出151的組成光束151a的位置對應于單獨發(fā)射器111a的位置，而激光源輸出151的組成光束151n的位置對應于單獨發(fā)射器111n的位置。

位置到角變換光學器件112將激光源輸出151的位置光譜變換成光束分離系統(tǒng)輸入152的角光譜。在圖1中所描繪的實施例中，光束分離系統(tǒng)輸入152的角光譜指的是相對于光束分離系統(tǒng)輸入152的位置到角變換光學器件112的透射角組。位置到角變換光學器件112將激光源輸出151的每個組成光束的位置(其對應于激光源111的發(fā)射器的位置)轉(zhuǎn)換成相對于反饋系統(tǒng)的角色散光學器件(即角色散光學器件115)和光束組合系統(tǒng)的角色散光學器件(即角色散光束組合光學器件122)的入射角。特別地，光束分離系統(tǒng)輸入152的角光譜確定反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153和光束組合系統(tǒng)輸入154的組成光束的相對于角色散光學器件115和角色散光束組合光學器件122的入射角組。因此，反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153和光束組合系統(tǒng)輸入154都具有由光束分離輸入152的角光譜確定的角光譜。例如，位置到角變換光學器件112將組成光束151a的位置變換成相對于角色散光學器件115的入射角(其被轉(zhuǎn)移到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的組成光束153a)，并且也將組成光束151a的位置變換成相對于角色散光束組合光學器件122的入射角(其被轉(zhuǎn)移到光束組合系統(tǒng)輸入154的組成光束154a)。

在圖1中所描繪的實施例消除了存在于dwbc裝置中的輸出光束質(zhì)量降低的源，其中用于產(chǎn)生相對于反饋系統(tǒng)角色散光學器件的入射角的位置到角變換光學器件不同于用于產(chǎn)生相對于光束組合系統(tǒng)角色散光學器件的入射角的位置到角變換光學器件。在這樣的系統(tǒng)中，在不同的變換光學器件中的細微差異(甚至在不同的變換光學器件被制造成相同的規(guī)范的這種情況下)可以產(chǎn)生在它們產(chǎn)生的角光譜中的細微差異，并從而引起輸出光束質(zhì)量的降低。在圖1中所描繪的實施例消除了可歸因于差異的、落在位置到角變換光學器件的制造公差內(nèi)的這樣的輸出光束質(zhì)量降低。

可調(diào)節(jié)光束分離系統(tǒng)102除了偏振光束分離器114以外還包括雙折射光學器件113。在各種實施例中，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計，雙折射光學器件113可以是例如半波片或四分之一波片。在圖1中所描繪的實施例中，雙折射光學器件113是旋轉(zhuǎn)光束分離系統(tǒng)輸入152的偏振的半波片。特別地，雙折射光學器件113旋轉(zhuǎn)光束分離系統(tǒng)輸入152的每個組成光束的主要線性偏振。換句話說，雙折射光學器件113旋轉(zhuǎn)光束分離系統(tǒng)輸入152的主要線性偏振，以使得從雙折射光學器件出現(xiàn)的每個光束具有可以被表示為p偏振分量和s偏振分量的總和的線性偏振(其中p偏振和s偏振相對于偏振光束分離器的主面被定義)。因此，在圖1中所示的實施例中，大體上包括主p偏振分量的光束分離系統(tǒng)輸入152由雙折射光學器件113轉(zhuǎn)換成s偏振和p偏振分量的疊加組合。作為結(jié)果，在與雙折射光學器件113交互作用之后，光束分離輸入152包括多個改變的輸入分量光束，每個輸入分量光束包括第一改變的輸入分量光束(即s偏振分量的組成光束)和第二改變的輸入分量光束(即p偏振分量的組成光束)。

偏振光束分離器114從光束分離系統(tǒng)輸入152的每個組成光束提取第一提取的分量光束和第二提取的分量光束。多個第一提取的分量光束共同構(gòu)成反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153，并且多個第二提取的分量光束共同構(gòu)成光束組合系統(tǒng)輸入154。特別地，偏振光束分離器114從光束分離系統(tǒng)輸入152提取s偏振分量，并將其作為反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153引導到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103中。偏振光束分離器114還提取p偏振分量，并將其作為光束組合系統(tǒng)輸入154引導到光束組合系統(tǒng)104中。以這種方式，可調(diào)節(jié)光束分離系統(tǒng)102提取激光源輸出151的每個輸入光束的第一和第二分量，并且將第一分量引導到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103中并將第二分量引導到光束組合系統(tǒng)104中。

雙折射光學器件113本身可以旋轉(zhuǎn)，以便于調(diào)節(jié)光束分離系統(tǒng)輸入152的光功率被引導到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103和光束組合系統(tǒng)104的一小部分。因此，雙折射光學器件113和偏振光束分離器114一起提供用于分離光束分離系統(tǒng)輸入152的每個組成光束的“可調(diào)節(jié)”模塊?？烧{(diào)節(jié)光束分離系統(tǒng)102的可調(diào)節(jié)性使裝置100能夠被調(diào)節(jié)以引起激光源111的特性中的變化。例如，如果激光源111包括提供相對高水平的內(nèi)部反饋的單獨的二極管激光器(其具有定義內(nèi)部腔的發(fā)射端的部分反射元件)，則可以調(diào)節(jié)雙折射光學器件113，以使得被提供到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103的光功率的量相對低，以便于替代地向光束組合系統(tǒng)104提供較大水平的光功率。

在替代的實施例中，雙折射光學器件113可以在一角度下旋轉(zhuǎn)，以使得其不改變激光源輸出151的主要分量并允許偏振光束分離器114將激光源輸出151的次級分量(即，可以在相對于主要分量的初始線性偏振的一角度下被特征化為非偏振的、橢圓偏振的或線性偏振的分量)作為反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153耦合到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103中。省略雙折射光學器件113的替代實施例也是可能的，其中偏振光束分離器被配置為將激光源輸出151的主要分量作為光束組合系統(tǒng)輸入154引導到光束組合系統(tǒng)104并將激光源輸出151的任何次級分量作為反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153引導到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103中。

實際上，有必要返回由激光源111產(chǎn)生的光功率的不到50％作為反饋，并且因此有必要將由激光源111產(chǎn)生的光功率的不到50％引導到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103中。為了實現(xiàn)dwbc系統(tǒng)100的高操作效率，返回由激光源111產(chǎn)生的光功率(即激光源輸出151的光功率)的不到15％作為反饋是優(yōu)選的，并且因此有必要將由激光源111產(chǎn)生的光功率的不到15％引導到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103中。通過產(chǎn)品測試和實驗，確定當由激光源111產(chǎn)生的光功率的大約4％到大約10％被引導到反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103中時實現(xiàn)了dwbc系統(tǒng)100的最佳操作。

反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103包括為波長穩(wěn)定化反饋156共同選擇波長相關(guān)角光譜的多個部件。具體地，反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103的部件為波長穩(wěn)定化反饋156的每個組成光束共同選擇單個被允許的波長-角組合。激光源111的多個發(fā)射器中的每個發(fā)射包括優(yōu)選諧振模式分量和替代諧振模式分量的光束。每個組成光束的優(yōu)選諧振模式分量由具有落在對應于發(fā)射光束的激光源111的發(fā)射器的優(yōu)選諧振模式的窄光譜帶內(nèi)的波長的光子組成。每個組成光束的替代諧振模式分量由具有落在對應于發(fā)射光束的激光源111的發(fā)射器的優(yōu)選諧振模式的窄光譜帶之外的波長的光子組成。通過去除與激光源111的發(fā)射器中的一個的優(yōu)選諧振模式相對應的反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的分量來為波長穩(wěn)定化反饋156的每個組成光束選擇單個波長-角組合。在一些實施例中，去除反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的這樣的分量由空間過濾元件(例如，硬邊光闌)實現(xiàn)。

激光源輸出151的每個組成光束包括優(yōu)選諧振模式分量和替代的諧振模式分量。這兩個分量都傳播通過系統(tǒng)并且因此被包括在光束分離系統(tǒng)輸入152、反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153和光束組合系統(tǒng)輸入154的組成光束中。當存在于光束組合系統(tǒng)輸入154的組成光束中時，替代的諧振模式分量降低組合輸出光束160的質(zhì)量。在從角色散光束組合光學器件122出現(xiàn)時，替代的諧振模式分量將不在空間上和在方向上重疊，但將替代地占有殘余角光譜。通過采用反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153并去除替代的諧振模式分量以產(chǎn)生波長穩(wěn)定化反饋156來限制替代的諧振模式分量在光束組合系統(tǒng)輸入154的組成光束中的普遍性。反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103是從組成光束去除替代的諧振模式分量以產(chǎn)生波長穩(wěn)定化反饋156的模塊，波長穩(wěn)定化反饋156由組成光束組成，每個組成光束只包括具有落在對應于發(fā)射光束的激光源111的發(fā)射器的優(yōu)選諧振模式的窄光譜帶內(nèi)的波長的光子。

反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103的角色散光學器件115將由反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153占有的角光譜(其由位置到角變換光學器件112傳遞)變換成波長相關(guān)角光譜。特別地，角色散光學器件115相對于位置到角變換光學器件112設(shè)置，以使得反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的每個組成光束的優(yōu)選諧振模式分量從具有共同傳播方向的角色散光學器件出現(xiàn)。具體而言，角色散光學器件115、變換光學器件112和空間過濾元件116相對于彼此定位，以使得反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的每個組成光束的優(yōu)選諧振模式分量穿過空間過濾元件116，而反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的每個組成光束的替代的諧振模式分量在從角色散光學器件115出現(xiàn)之后不會穿過空間過濾元件116。

在圖1中所描繪的實施例中，空間過濾元件116包括關(guān)于光闌118的任一側(cè)、沿著角色散光學器件115與高度反射鏡120之間的光路定位的兩個位置到角變換光學器件117和119。這兩個位置到角變換光學器件117和119增加保真度，光闌118以該保真度選擇反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的優(yōu)選諧振模式分量并過濾掉反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的替代的諧振模式分量。位置到角變換光學器件117和119增加保真度，光闌118以該保真度放大反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的替代諧振模式分量的角光譜并從而確保這樣的分量不會穿過光闌118。在替代的實施方式中，空間過濾元件可以是波導結(jié)構(gòu)、具有梯度層的一組鏡、或能夠過濾不希望有的替代諧振模式分量的任何其它部件或部件組。

在替代的實施例中，可以在不使用空間過濾元件116但替代地通過將離角色散光學器件115與高度反射鏡120分隔開開足夠長的光路的情況下選擇反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的優(yōu)選諧振模式分量。在這樣的實施例中，在從角色散光學器件115出現(xiàn)之后，反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的替代的諧振模式分量在到達高度反射鏡120之前從光路發(fā)散，并且因此不被反射為波長穩(wěn)定化反饋156的分量。在這些替代的實施例中，可以省略空間過濾元件116，其包括例如光闌、波導結(jié)構(gòu)、具有梯度層的一組鏡等。

在第一次從角色散光學器件115出現(xiàn)之后，反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的每個組成光束的優(yōu)選諧振模式分量行進穿過空間過濾元件116，從高度反射鏡120反射，回來穿過空間過濾元件116，并回來穿過角色散光學器件115。在離開角色散光學器件115時，優(yōu)選諧振模式分量構(gòu)成波長穩(wěn)定化反饋156。波長穩(wěn)定化反饋156占有由角色散光學器件115傳遞的波長相關(guān)角光譜。由角色散光學器件傳遞的波長相關(guān)角光譜只包括對應于激光源111中的發(fā)射器中的一個的優(yōu)選諧振模式的波長-角對。

在從角色散光學器件115出現(xiàn)之后，保留反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的s偏振狀態(tài)的波長穩(wěn)定化反饋156由偏振光束分離器114反射并被引導朝向激光源111穿過雙折射光學器件113和位置到角變換光學器件112。雙折射光學器件113再次旋轉(zhuǎn)波長穩(wěn)定化反饋156的偏振以形成正交波長穩(wěn)定化反饋分量158a(其正交于激光源輸出151的主要分量)和平行波長穩(wěn)定化反饋分量158b(其平行于激光源輸出151的主要分量)。因此，在穿過雙折射光學器件113時，波長穩(wěn)定化反饋156不再完全由s偏振的(如關(guān)于偏振光束分離器114的主面所定義的)組成光束組成，但替代地由具有是s偏振狀態(tài)和p偏振狀態(tài)的疊加的偏振狀態(tài)的組成光束組成。

作為反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103的光功率要求的結(jié)果，正交于激光源輸出151的組成光束(其由此被提取)而偏振的波長穩(wěn)定化反饋156的每個組成光束的分量的光功率必須大于波長穩(wěn)定化反饋156的整個組成光束的光功率的50％。具體地，正交波長穩(wěn)定化反饋分量158a的光功率必須大于波長穩(wěn)定化反饋156的光功率的50％。為了實現(xiàn)dwbc系統(tǒng)100的高操作效率，優(yōu)選地，正交于激光源輸出151的組成光束(其由此被提取)而偏振的波長穩(wěn)定化反饋156的每個組成光束的分量的光功率必須大于波長穩(wěn)定化反饋156的整個組成光束的光功率的85％(即，正交波長穩(wěn)定化反饋分量158a大于波長穩(wěn)定化反饋156的光功率的85％)。產(chǎn)品測試和實驗確定，當正交于激光源輸出151的組成光束(其由此被提取)而偏振的波長穩(wěn)定化反饋156的每個組成光束的分量的光功率必須是波長穩(wěn)定化反饋156的整個組成光束的光功率的大約90％-98％(即，正交波長穩(wěn)定化反饋分量158a是波長穩(wěn)定化反饋156的光功率的90％-98％)時，實現(xiàn)dwbc系統(tǒng)100的最佳操作。

位置到角變換光學器件112使波長穩(wěn)定化反饋156成像到激光源111上，即位置到角變換光學器件112將由角色散光學器件115傳遞的波長相關(guān)角光譜轉(zhuǎn)換成波長位置光譜，以使得波長穩(wěn)定化反饋的每個組成光束被引導到發(fā)射輸入光束(其由此被提取)的激光源111中的發(fā)射器中(即，激光源輸出151的組成光束，由此提取了波長穩(wěn)定化反饋的組成光束)。以這種方式，激光源111中的每個發(fā)射器(或通道)調(diào)節(jié)激光源輸出的組成光束(或輸入光束)的波長以匹配由反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103向其提供的波長。雖然每個通道適應于單個波長，配置并不排除多個通道均將發(fā)射相同波長的光束的可能性。例如，在激光源是二極管線的疊置體的情形下，來自不同二極管線的單獨發(fā)射器也許可能發(fā)射相同波長的光束。

光束組合系統(tǒng)104包括共同疊加多個單獨的單波長光束的分量，每個單波長光束是光束組合系統(tǒng)輸入154的組成光束以產(chǎn)生組合輸出光束160。在圖1中所示的實施例中，光束組合系統(tǒng)104包括半波片121。半波片121相對于角色散光束組合光學器件122的主面將光束組合系統(tǒng)輸入154的偏振旋轉(zhuǎn)成s偏振狀態(tài)，以便于提高組合輸出光束160的衍射效率和dwbc系統(tǒng)的總效率。

角色散光束組合光學器件122將波長-角色散函數(shù)應用于光束組合系統(tǒng)154以產(chǎn)生組合輸出光束160。角色散光束組合光學器件122相對于位置到角變換光學器件112設(shè)置，以使得由光束組合光學器件122應用于光束組合系統(tǒng)輸入154的波長-角色散函數(shù)導致光束組合系統(tǒng)輸入154的每個分量光束從具有共同傳播方向的角色散光學器件的重疊區(qū)域出現(xiàn)，從而形成組合輸出光束160。在圖1中所描繪的實施例中，由角色散光學器件115傳遞的波長-角色散函數(shù)(即，為一定范圍的波長定義的在光束的波長與光束相對于光學器件的入射角和透射角之間的差異之間的關(guān)系)與由角色散光束組合光學器件122傳遞的波長-角色散函數(shù)相同。因此，對于在波長的范圍(對于這些波長，定義了波長-角色散函數(shù))內(nèi)的每個波長，在光束的入射角和透射角之間的差異相對于反饋產(chǎn)生系統(tǒng)103的角色散光學器件115和角色散光束組合光學器件122兩者都將是相同的。

圖2示出了用于經(jīng)由dwbc技術(shù)產(chǎn)生包括多個在空間上和在方向上重疊的光束的單個多波長輸出激光束的替代裝置，每個在空間上和在方向上重疊的光束具有窄波長光譜。圖2中所示的實施例非常類似于圖1中所示的實施例，并包含所有相同的部件。圖2中所示的實施例的部件執(zhí)行與由圖1中所示的實施例的對應部件執(zhí)行的功能相同的功能。然而在圖2中所示的實施例中，雙折射光學器件113設(shè)置在激光源111與位置到角變換光學器件112之間的光路中。因此，在圖2中所描繪的實施例中，在位置-角-變換光學器件112將激光源輸出151的位置光譜變換成角光譜時，雙折射光學器件113改變激光源輸出151的偏振狀態(tài)。

圖3示出了用于經(jīng)由dwbc技術(shù)產(chǎn)生包括多個在空間上和在方向上重疊的光束的單個多波長輸出激光束的附加替代裝置，每個在空間上和在方向上重疊的光束具有窄波長光譜。圖3中所示的實施例非常類似于圖1中所示的實施例，并包含與圖1中所示的實施例相同的幾乎所有的部件。此外，圖3中所示的實施例的部件執(zhí)行與圖1中所描繪的實施例的對應部件執(zhí)行的功能相同的功能。然而，在圖3中所描繪的實施例中，用兩個單獨的但相同的位置到角變換光學器件112a和12b代替位置到角變換光學器件112。在圖3中所描繪的實施例中，位置到角變換光學器件112a將反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的位置光譜變換成相對于角色散光學器件115的角光譜，即對于反饋產(chǎn)生系統(tǒng)輸入153的每個組成光束，位置到角變換光學器件112a將組成光束入射在位置到角變換光學器件112a上的位置轉(zhuǎn)換為相對于角色散光學器件115的入射角。類似地，位置到角變換光學器件112b將光束組合系統(tǒng)輸入154的位置光譜變換成相對于角色散光束組合光學器件122的角光譜，即對于光束組合系統(tǒng)輸入154的每個組成光束，位置到角變換光學器件112b將組成光束入射在位置到角變換光學器件112b上的位置轉(zhuǎn)換為相對于角色散光束組合光學器件154的入射角。

圖4a和4b示出了用于在外部腔激光裝置中使用的激光源的配置，其中激光源是由二極管線的水平疊置體形成的二極管激光器的陣列。圖4a和4b都示出了激光源，其為由n條二極管線的水平疊置體形成的m·n個二極管激光器的陣列，每條二極管線具有m個單獨的二極管激光發(fā)射器。在圖4a和4b中所描繪的激光源的配置可以是以下中的任一個：在幾何上堆疊的配置(幾何疊置體)、光學地堆疊的配置(光學疊置體)或配置如圖4a和4b中所描繪的多個光束的任何其它模塊。在圖4a中所示的配置中，二極管激光器400a的陣列的m個單獨發(fā)射器中的每個具有平行于水平堆疊方向的慢軸。當組合軸平行于發(fā)射器的慢軸時，由具有被配置為二極管激光器400a的陣列的激光源的dwbc激光裝置產(chǎn)生的組合輸出光束的剖面被描繪為元件401a。在圖4b中所示的配置中，二極管激光器400b的陣列的m個單獨發(fā)射器中的每個具有平行于水平堆疊方向的快軸。當組合軸平行于發(fā)射器的快軸時，由具有被配置為二極管激光器400b的陣列的激光源的dwbc激光裝置產(chǎn)生的組合輸出光束的剖面被描繪為元件401b。然而，通過利用適合的變換光學器件(例如光束旋轉(zhuǎn)器)，圖4a中所示出的配置可以產(chǎn)生具有剖面401b的組合輸出光束，而圖4b中所示出的配置可以產(chǎn)生具有剖面401a的組合輸出光束。

圖5a、5b和5c示出了用于在外部腔激光裝置中使用的激光源的配置，其中激光源是由二極管線的垂直疊置體形成的二極管激光器的陣列。圖5a、5b和5c都示出了激光源，其為由n條二極管線的垂直疊置體形成的m·n個二極管激光器的陣列，每條二極管線具有m個單獨的二極管激光發(fā)射器。在圖5a、5b和5c中所描繪的激光源的配置可以是以下中的任一個：在幾何上堆疊的配置(幾何疊置體)、光學地堆疊的配置(光學疊置體)或配置如圖5a、5b和5c中所描繪的多個光束的任何其它模塊。在圖5a中所示的配置中，二極管激光器500a的陣列的m個單獨發(fā)射器中的每個具有垂直于垂直堆疊方向的慢軸。當組合軸平行于發(fā)射器的慢軸時，由具有被配置為二極管激光器500a的陣列的激光源的dwbc激光裝置產(chǎn)生的組合輸出光束的剖面被描繪為元件501a。在圖5b中所示的配置中，二極管激光器500b的陣列的m個單獨發(fā)射器中的每個具有平行于垂直堆疊方向的快軸。當組合軸平行于發(fā)射器的快軸時，由具有被配置為二極管激光器500b的陣列的激光源的dwbc激光裝置產(chǎn)生的組合輸出光束的剖面被描繪為元件501b。在圖5c中所示的配置中，二極管激光器500c的陣列的m個單獨發(fā)射器中的每個具有垂直于垂直堆疊方向的快軸。當組合軸平行于發(fā)射器的快軸時，由具有被配置為二極管激光器500c的陣列的激光源的dwbc激光裝置產(chǎn)生的組合輸出光束的剖面被描繪為元件501c。然而，通過利用適合的變換光學器件(例如光束旋轉(zhuǎn)器)，圖5a-c中所示出的各種配置可以產(chǎn)生具有各種不同剖面的組合輸出光束。例如，在美國專利號8,553,327中示出了這樣的變換光學器件和它們能夠產(chǎn)生的變換。

圖6示出了用于在外部腔激光裝置中使用的激光源的配置，其中激光源是由二極管線的二維疊置體形成的二極管激光器的陣列。圖6示出了激光源，其為n條二極管線的三列的陣列600，每條二極管線具有m個單獨的發(fā)射器。換句話說，陣列600包括n條二極管線的三個垂直疊置體的水平疊置體，或替代地，陣列600包括三條二極管線的n個水平疊置體的垂直疊置體。在圖6中所示的配置中，3·m·n個單獨二極管發(fā)射器中的每個具有平行于水平堆疊方向的快軸。圖6中所描繪的激光源的配置可以是以下中的任一個：在幾何上堆疊的配置(幾何疊置體)、光學地堆疊的配置(光學疊置體)或配置如圖6中所描繪的多個光束的任何其它模塊。當組合軸平行于發(fā)射器的慢軸時，由具有被配置為陣列600的激光源的dwbc激光裝置產(chǎn)生的組合輸出光束的剖面被描繪為元件601。然而，如果發(fā)射器使它們的快軸垂直于水平堆疊方向(即平行于垂直堆疊方向)對齊，圖6中所示的配置可以產(chǎn)生具有不同剖面的組合輸出光束。此外，通過利用適合的變換光學器件(例如光束旋轉(zhuǎn)器)，圖6中所示的配置可以產(chǎn)生具有各種不同剖面的組合輸出光束。例如，在美國專利號8,553,327中示出了這樣的變換光學器件和它們能夠產(chǎn)生的變換。

因此可以設(shè)想本發(fā)明的其它實施方式可以在細節(jié)上不同于前述示例。如此，對本發(fā)明的所有參考旨在參考在本說明書的那一點上討論的本發(fā)明的特定示例，并且更普遍地不旨在暗示關(guān)于本發(fā)明的范圍的任何限制。相對于某些特征區(qū)別和輕視的所有語言旨在指示缺少對那些特征的優(yōu)先考慮，但并不從本發(fā)明的范圍內(nèi)完全排除這些特征，除非另有指示。

權(quán)利要求中所使用的術(shù)語應被解釋為具有與前述描述一致的最寬泛的合理解釋。例如，冠詞“一”或“所述”在引入元素時的使用不應被解釋為排除多個元素。同樣，“或”的陳述應被解釋為包容性的，以使得“a或b”的陳述不排除“a和b”，除非從上下文或前述描述中明確只想要a和b中的一個。此外，“a、b和c中的至少一個”應被解釋為由a、b和c組成的一組元素中的一個或多個，并且不應被解釋為需要所列出的元素a、b和c中的至少一個，而不考慮a、b和c是否是按類別或以另外方式相關(guān)的。而且，“a、b和/或c”或“a、b或c中的至少一個”的陳述應被解釋為包括來自所列出的元素的任何單數(shù)實體(例如a)、來自所列出的元素的任何子集(例如a和b)或元素a、b和c的整個列表。

相應地，本發(fā)明包括如被適用法律允許的在所附權(quán)利要求中列舉的主題的所有修改和等效形式。而且，本發(fā)明包含在其所有可能變型中的上述元素的任何組合，除非在本文另有指示或在其它情況下被上下文明確否認。