CN104737049B - 激光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光模块(1)，其具备：多个激光元件(21)；以及光纤(10)，其具有供从多个激光元件(21)射出的光入射的纤芯(15)，纤芯(15)的光的入射面具有供从至少一个激光元件(21)射出的光入射的相互不平行的多个平面(15a～15c)，从多个平面(15a～15c)中的相对于光纤(10)的轴线CA倾斜的倾斜面(15b、15c)入射至纤芯(10)的光，从以下区域传播：在沿着光纤(10)的长边方向剖开的剖面观察的情况下，穿过向倾斜面(15b、15c)入射的光的入射点且与轴线CA平行的线与倾斜面(15b、15c)形成锐角而包围的区域。

Description

激光模块

技术领域

本发明涉及能够高效地射出光的激光模块。

背景技术

光纤激光装置能够得到聚光性优越、功率密度高的较小的光束光斑，而且能够非接触加工，从而在激光加工领域、医疗领域等各种领域中使用。特别是在加工领域、医疗领域中使用的光纤激光装置中，能够实现高输出化。

伴随着这样的光纤激光装置的高输出化，优选从用于光纤激光装置的激励光源也能够射出功率大的光。一般激励光源构成为，从半导体激光元件射出的光入射至光纤，并从该光纤将光射出。而且，为了从激励光源将功率大的光射出，将从多个半导体激光元件射出的光聚集，并入射至光纤。

下述专利文献1记载有能够用于这样的激励光源的激光模块。在专利文献1记载的激光模块中，从多个半导体激光元件分别射出的激光成为相互平行的光，其后，利用一个聚光透镜在光纤的端面聚光，并入射至光纤。

专利文献1:日本特开2011-243717号公报

在专利文献1记载的激光模块中，可以考虑增加半导体激光元件的数量，如上述那样入射至光纤，由此使强度更强的光从光纤射出。但是在该情况下，半导体激光元件多个并列，因此存在从在端处并列的半导体激光元件射出的光的入射角过大，而超过光纤的纤芯的数值孔径(NA：numerical aperture)的情况。因此，在该激光模块中，存在从多个半导体激光元件射出的光中，一部分光泄漏而无法在光纤中传播的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供能够将从多个半导体激光元件射出的光高效地射出的激光模块。

本发明者为了解决上述课题，为了不使入射至光纤的光超过纤芯的数值孔径而进行了深入研究。其结果，通常的光纤纤芯的光的入射面相对于光纤的轴线垂直，因此限定了光相对于光纤的轴线的入射角度，着眼于该情况，促成了本发明。

即，本发明的激光模块的特征在于，具备：多个激光元件；以及光纤，其具有供从上述多个激光元件射出的光入射的纤芯，上述纤芯的光的入射面具有供从至少一个激光元件射出的光入射的相互不平行的多个平面，从上述多个平面中的相对于上述光纤的轴线倾斜的倾斜面向上述纤芯入射的光，从以下区域传播：即，该区域为：在沿着上述光纤的长边方向的剖面观察的情况下，穿过向上述倾斜面入射的上述光的入射点且与上述轴线平行的线与上述倾斜面形成锐角而包围的区域。

入射面具有相互不平行的多个平面，因此入射面的至少一个平面成为相对于光纤的轴线倾斜的倾斜面。向该倾斜面入射的光从上述的区域入射，由此与从相同的方向到达相对于该轴线垂直的平面而入射至纤芯的光相比，入射后的行进方向更靠近光纤的轴线的状态传播。因此，即使是在从相对于光纤的轴线垂直的面入射至纤芯的情况下超过了纤芯的数值孔径的光，通过如上述那样从倾斜面入射至纤芯，能够抑制超过纤芯的数值孔径的情况。因此能够抑制从多个半导体激光元件射出的光从光纤泄漏的情况，从而能够将光高效地射出。

此外，在纤芯的入射面具有多个倾斜面的情况下，能够抑制从各个倾斜面向纤芯入射的各个光向包层泄露。这样通过将抑制了向包层泄露的光聚集多个，与仅使光入射至与光纤的轴线垂直的入射面的情况相比，能够使作为入射至纤芯的光整体而强度更强的光传播。

另外，在纤芯的入射面仅具有一个倾斜面的情况下，在多个平面中，其他平面成为与光纤垂直的垂直面。与以往的激光模块中的入射至光纤的光相同，能够使光从该垂直面入射至纤芯。另一方面，抑制从倾斜面入射的光如上述那样向包层泄露。因此，与仅使光入射至与光纤的轴线垂直的入射面的情况相比，能够使作为入射至纤芯的光整体强度更强的光传播。

另外，优选在沿着上述光纤的长边方向的剖面观察的情况下，将上述倾斜面与上述轴线所成的锐角的大小设为θ_taper，将上述锐角的同位角即上述光轴与上述轴线所成的角的大小设为θ_light，将从上述倾斜面向上述纤芯入射的光相对于上述光轴的张角设为θ_angle的情况下，满足：

θ_light+θ_angle＜θ_taper。

通过使光的光轴与光纤的轴线所成的角的大小θ_light与光相对于光轴的张角θ_angle相加的值，比倾斜面与光纤的轴线所成的角的大小θ_taper小，从而在从倾斜面入射至纤芯的光中的至少在光轴上的光部分以及比光轴更靠倾斜面侧的光部分不会被其他平面遮挡而到达倾斜面并入射至纤芯。因此，能够更高效地将光入射至光纤。

另外，优选在沿着上述光纤的长边方向的剖面观察的情况下，将使光从与上述轴线垂直的面向上述纤芯入射时光不从上述纤芯泄漏的光的最大的入射角度设为θ_NA的情况下，满足：

θ_NA＜θ_taper。

倾斜面与光纤的轴线所成的角的大小θ_taper比光从与光纤的轴线垂直的面向纤芯入射时光不从纤芯泄漏的光的最大的入射角亦即θ_NA大，由此能够将在从相对于光纤的轴线垂直的入射面向纤芯入射的情况下超过了纤芯的数值孔径的光可靠地传播至倾斜面。

另外，优选在将上述光纤的上述纤芯的折射率设为n_core，将上述光纤的包层的折射率设为n_clad的情况下，同时满足：

通过满足这样的条件，只要不是成为光纤弯曲等的条件，均能够抑制入射后的光向包层泄露的情况。

进一步，优选从各个上述平面入射至上述纤芯的光的各自的光轴与上述轴线平行。

入射至纤芯后的光轴与光纤的轴线平行，由此能够抑制入射后的光向包层泄露。因此，例如，在光纤弯曲的区域，也能够进一步抑制光向包层泄露的情况。

另外，优选对于从各个上述平面入射至上述纤芯的各个光而言，从至少两个上述激光元件射出的各个光通过聚光透镜而在各个上述平面上聚光。

在各个平面使从多个激光元件射出的光聚光，由此能够使强度更强的光从各个平面入射至纤芯。因此，能够射出强度更强的光。

另外，在这种情况下，优选在上述聚光透镜聚光之前的各个光成为准直光，各个上述准直光相互平行。

利用聚光透镜聚光的光是相互平行的多个准直光，由此能够使焦点更小。因此，即使在构成入射面的各个平面小的情况下，也能够使从更多的激光元件射出的光入射至纤芯。因此，能够使强度更强的光入射至光纤。

另外，优选上述多个平面中的一个平面是相对于上述轴线垂直的垂直面。

入射面具有相对于轴线垂直的垂直面，由此从光纤的轴线方向也能够使光入射至纤芯。此外，在相对于轴线垂直的平面，除了像这样从光纤的轴线方向使光入射之外，还与以往的激光模块相同，能够在不超过纤芯的数值孔径的范围内，从相对于轴线倾斜的方向使光入射。因此，能够与以往的激光模块相同地使从激光元件射出的光入射至光纤，除此之外还能够如上述那样使光入射至倾斜面，因此能够使更多的光入射至光纤。

另外，优选上述多个平面中的至少两个平面分别是上述倾斜面，一个倾斜面与使其他的一个倾斜面以上述轴线为基准而旋转的面一致。

像这样一对平面成为以轴线为基准而相互旋转的关系，由此能够将包括将从一方的倾斜面入射至纤芯的光射出的激光元件的光学系统、与包括将从另一方的倾斜面入射至纤芯的光射出的激光元件的光学系统相对于光纤的轴线旋转地配置。因此，能够高效地利用配置各个光学系统的空间，从而能够配置更多的激光元件。

另外，优选上述平面是具有长边方向与短边方向的形状的平面，从上述激光元件射出的光以其慢轴方向与上述平面的上述长边方向一致的方式入射至上述平面。

对于从激光元件射出的光的垂直于光轴的剖面的形状而言，慢轴方向较长，快轴方向较短。因此，通过使平面的长边方向与光的慢轴方向一致，能够更高效地使光入射。特别是，在通过聚光透镜在各个平面使从至少两个激光元件射出的各个光聚光的情况下，聚光的各个光的慢轴方向与平面的长边方向一致，由此能够更高效地使光聚光并入射。

如以上那样，根据本发明，提供能够使从多个半导体激光元件射出的光高效地射出的激光模块。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的激光模块的示意图。

图2是表示图1的光纤的一侧的端部的情况的图。

图3是表示光入射至光纤的情况的图。

图4是表示从特定的聚光透镜射出的光入射至纤芯的情况的图。

图5是表示本发明的第二实施方式的激光模块的示意图。

图6是表示图5的光纤的一侧的端部的情况的图。

图7是表示本发明的第三实施方式的激光模块的示意图。

图8是表示图7的光纤的一侧的端部的情况的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的激光模块的优选的实施方式详细地进行说明。

(第一实施方式)

图1是表示本发明的第一实施方式的激光模块的示意图。如图1所示，本实施方式的激光模块1具备多个光学部20a、20b、20c、以及供从各个光学部20a、20b、20c射出的光入射的光纤10来作为主要的结构。此外，图1是如上述那样激光模块1的示意图，因此存在各部件的配置、形状等与实际的激光模块不同的情况，另外，省略筐体等。

在本实施方式中，光学部20a～20c分别并列配置。具体而言，以通过光学部20b以及光学部20c夹住光学部20a的方式分别配置。

光学部20a具备射出光的多个激光元件21、与各个激光元件21对应地设置的多个柱面透镜22、与各个激光元件21对应地设置并形状与柱面透镜22不同的多个柱面透镜23、以及聚光透镜30，来作为主要的结构。

各个激光元件21由相同结构的半导体激光元件构成，将多个半导体层层叠，通过这些半导体层形成共振结构。而且，各个激光元件21从光的出射面输出例如波长为900nm波段的激光。此外，本实施方式的激光元件21，为了使输出的光的强度变强，构成为在慢轴方向上以多模使光振荡。

另外，各个激光元件21以使相互射出的光在快轴方向上重叠、而在慢轴方向上不重叠的方式配置，从各个激光元件21射出的光向以使各自的光的光轴相互平行的方向射出。此外，图1示出了光学部20a的激光元件21的数量为三个的情况。

各个柱面透镜22呈近似柱状的形状，且沿着长边方向形成的一侧面为平面。并且，位于与该一侧面相反的一侧的另一侧面形成为，在长边方向上平坦，且在与该长边方向垂直的剖面中弯曲为凸状的形状。该另一侧面为透镜面。而且，对于各个柱面透镜22而言，作为平面的一侧面与各个激光元件21的光的出射面对置，作为透镜面的另一侧面朝向与激光元件21侧相反的一侧，以使长边方向与激光元件21的慢轴方向一致的状态配置。此外，各个柱面透镜22的透镜面的弯曲的程度设为，从各个激光元件21射出的光的快轴方向由各个柱面透镜22而被准直的程度。

各个柱面透镜23呈近似柱状的形状，且沿着长边方向形成的一侧面为平面。并且，位于与该一侧面相反的一侧的另一侧面，呈在长边方向上弯曲为凸状的形状，且在与该长边方向垂直的剖面中成为平坦的形状。该另一侧面为透镜面。而且，对于各个柱面透镜23而言，作为一侧面的平面与各个柱面透镜22的透镜面对置，作为另一侧面的透镜面朝向与柱面透镜22侧相反的一侧，并以使长边方向与柱面透镜22的长边方向一致的状态配置。此外，各个柱面透镜23的透镜面的弯曲的程度设为，从柱面透镜22射出的光的慢轴方向由各个柱面透镜23而被准直的程度。

聚光透镜30为凸透镜，且构成为供从各个柱面透镜23射出的光入射，并且使射出的各个光La在光纤10的一侧的端部的大致中心上聚光。

光学部20b以及光学部20c分别具备与光学部20a相同的结构。但是，光学部20b在从聚光透镜30射出的各个光Lb在光纤10的一侧的端部，在比中心更靠光学部20c的聚光透镜30侧聚光，在这点上与光学部20a不同。另外，光学部20c在从聚光透镜30射出的各个光Lc在光纤10的一侧的端部，在比中心更靠光学部20b的聚光透镜30侧聚光，在这点上与光学部20a不同。光学部20b以及光学部20c的各个聚光透镜30以上述那样使光聚光的方式稍微错开位置的状态配置。

图2是表示图1的光纤10的一侧的端部的情况的图。如图2所示，光纤10具有纤芯15、以及无间隙地包围纤芯15的外周面的包层16，例如为多模光纤。纤芯15具有比包层16更高的折射率，直径例如为105μm。包层16无间隙地包围纤芯15的外周面，外形例如成为125μm。

另外，对于光纤10而言，在纤芯15的一侧的端部形成有光的入射面，该入射面由相互不平行的多个平面构成。在本实施方式中，示出了纤芯15的入射面由三个平面15a、15b、15c构成的例子。

中心的平面15a是具有虚线所示的长边方向al以及虚线所示的短边方向as的细长形状的面，且成为相对于光纤10的轴线CA垂直的垂直面。该平面15a的中心同轴线CA与平面15a的交点一致。另外，平面15b形成为具有虚线所示的长边方向bl以及虚线所示的短边方向bs的细长的形状，且成为相对于轴线CA倾斜的倾斜面。相同地，平面15c形成为具有长边方向以及短边方向的细长的形状，且成为相对于轴线CA倾斜的倾斜面。而且，在两个作为倾斜面的平面15b、15c中，一个平面15b与使另一个平面15c以轴线CA为基准旋转的面一致。即、平面15b、15c相对于轴线CA在相反侧以相同的角度倾斜。另外，平面15b、15c分别与平面15a相邻，并形成于夹住平面15a的位置，并从轴线CA向相反侧离开相同的距离。平面15b、15c相对于轴线CA倾斜的角度没有特别限定，但例如为85°。在该情况下，相对于平面15a倾斜5°。

如这样光的入射面由平面15a～15c构成的光纤10，如图1所示，以如下方式配置，平面15a与光学部20a的聚光透镜30对置，平面15c位于光学部20b的聚光透镜30侧，平面15b位于光学部20c的聚光透镜30侧。并且，光纤10以使来自光学部20b的光在平面15b上聚光，并使来自光学部20c的光在平面15c上聚光的方式配置。

接下来，对激光模块1的光学动作进行说明。

如图1中虚线所示的那样，从各个光学部20a～20c的各个激光元件21射出光。此时，在各个光学部20a～20c中，从各个激光元件21射出的光的光轴相互平行。另外，各个光的波长例如如上述那样成为900nm波段。从各个激光元件21射出的光在快轴方向以及慢轴方向扩张并且传播，从而入射至各个柱面透镜22。而且，快轴方向被准直的光从各个柱面透镜22射出。然后从柱面透镜22射出的各个光不在快轴方向扩张而是在慢轴方向扩张并且传播，从而入射至各个柱面透镜23。而且，慢轴方向被准直的光从各个柱面透镜23射出。这样，快轴方向以及慢轴方向这双方被准直的光从各个柱面透镜23射出，从而在各个光学部20a～光学部20c中，从柱面透镜23射出的各个光成为相互平行的光。此外，在图1中，示出了该快轴方向以及慢轴方向的双方成为准直的光，以F表示快轴方向，以S表示慢轴方向。接下来，从柱面透镜23射出的各个光入射至聚光透镜30。而且，光La、Lb、Lc从各个聚光透镜30射出，这些光La、Lb、Lc朝向光纤10的纤芯15的入射面聚光并且传播。

图3是表示光入射至光纤10的情况的图。在图3中，光纤10利用经过图2的光纤10的轴线CA并与平面15a～15c的长边方向垂直的V-V线的剖面来表示。此外，为了容易理解，轴线CA以沿径向稍微偏离的方式记载。

从光学部20a的聚光透镜30射出的光La如上述那样在光纤10的一侧的端部的大致中心聚光，因此在平面15a上的大致中心聚光。此时光La以使慢轴方向S与平面15a的长边方向al一致，快轴方向F与平面15a的短边方向as一致的状态聚光。另外，如上述那样，光纤10以使平面15a与光学部20a的聚光透镜30对置的方式配置，因此光La以光轴CLa沿着轴线CA的方式，从平面15a入射至纤芯15。入射至纤芯15的光La基于纤芯15的折射率而折射，并在纤芯15内传播。

另外，从光学部20b的聚光透镜30射出的光Lb在平面15b上聚光并从平面15b入射至纤芯15。此时光Lb以使慢轴方向S与平面15b的长边方向bl一致，快轴方向F与平面15b的短边方向bs一致的状态聚光，入射至纤芯15。另外，如上述那样光纤10以使平面15b朝向光学部20c的聚光透镜30侧的方式配置，对于光Lb而言，其整体从向与平面15b的相对于光纤10的轴线CA的倾斜侧相同的一侧倾斜的方向，到达平面15b，入射纤芯15。换言之，在沿着光纤10的长边方向剖开的剖面观察的情况下，光Lb从穿过向作为倾斜面的平面15b入射的光的入射点Ipb、且与轴线CA平行的线PLb与平面15b形成锐角而包围的区域Db传播。因此，光Lb的光轴CLb也向与平面15b相对于轴线CA的倾斜侧相同的一侧倾斜。入射至纤芯15的光Lb基于纤芯15的折射率而折射，并在纤芯15内传播。

另外，从光学部20c的聚光透镜30射出的光Lc在平面15c上聚光，并从平面15c入射至纤芯15。此时光Lc以使慢轴方向S与平面15c的长边方向一致，快轴方向F与平面15c的短边方向一致的状态聚光，并入射至纤芯15。另外，如上述那样光纤10以使平面15c朝向光学部20b的聚光透镜30侧的方式配置，对于光Lc而言，其整体从向与平面15c相对于光纤10的轴线CA的倾斜侧相同的一侧倾斜的方向，到达平面15c，入射至纤芯15。换言之，在沿着光纤10的长边方向剖开的剖面观察的情况下，光Lc从穿过向作为倾斜面的平面15c入射的光的入射点Ipc、且与轴线CA平行的线PLc与平面15c形成锐角而包围的区域Dc传播。因此，光Lc的光轴CLc也向与平面15c相对于轴线CA的倾斜侧相同的一侧倾斜。入射至纤芯15的光Lc基于纤芯15的折射率而折射，并在纤芯15内传播。

接下来，对光入射至光纤10的纤芯15的情况，更详细地进行说明。

图4是表示从特定的聚光透镜30射出的光入射至纤芯15的情况的图。具体而言，是表示从光学部20b的聚光透镜30射出的光Lb从平面15b入射至纤芯15的情况的图。但是，在图4中，为了容易理解，将光入射的方向相比图3稍微改变而记载。

如图4所示，将平面15b与光纤10的轴线CA所成的锐角的大小设为θ_taper，将与该锐角处于同位角的关系、且光Lb的光轴CLb与轴线CA所成的角的大小设为θ_light，将光Lb相对于光轴CLb的张角的大小设为θ_angle。而且将在使光从与轴线CA垂直的面入射至纤芯15时光不从纤芯15泄漏的光的最大的入射角设为θ_NA。该光的最大的入射角θ_NA是相对于轴线CA的角度。该θ_NA在图4中没有示出。此外，在平面15b与轴线CA成为锐角的情况下，如图4所示不需要平面15b与轴线CA直接相交，平面15b的延长与轴线CA相交而形成锐角即可。

此时，θ_NA利用纤芯15的折射率n_core以及包层16的折射率n_clad如下述式(1)那样表达。

而且，在本实施方式中θ_taper满足下述式(2)。

θ_NA＜θ_taper…(2)

通过满足式(2)，能够使光Lb向与平面15b相对于轴线CA的倾斜侧相同的一侧，从以比θ_NA大的角度倾斜的方向，向平面15b传播。换句话说，能够使在从相对于轴线CA垂直的面向纤芯15入射的情况下超过纤芯的数值孔径的光从向与平面15b的倾斜相同的一侧倾斜的方向传播，即、从区域Db传播至平面15b。

另外，在光Lb的最靠近平面15b的部分与轴线CA所成的角中，同平面15b与光纤10的轴线CA所成的上述锐角处于同位角的关系的角的大小，能够如图4所示用θ_light+θ_angle表示。而且，在本实施方式中，如上述那样，光Lb整体从与平面15b相对于轴线CA的倾斜侧相同的一侧到达平面15b。因此，θ_light+θ_angle满足下述式(3)。

θ_light+θ_angle＜θ_taper…(3)

如这样在光轴CLb向与平面15b相对于轴线CA的倾斜侧相同的一侧倾斜的情况下，满足上述式(3)，由此在光Lb中，光轴CLb上的光部分、以及比光轴CLb更靠平面15b侧的光部分，不会被入射面以外的其他平面遮住，而能够从向与平面15b相对于轴线CA的倾斜侧相同的一侧倾斜的方向，到达平面15b而入射至纤芯15。即、在光Lb中至少比一半多的光部分，能够从向与平面15b相对于轴线CA的倾斜侧相同的一侧倾斜的方向，到达平面15b而入射至纤芯15。

另外，在光Lb的最远离平面15b的部分与轴线CA所成的角中，同平面15b与光纤10的轴线CA所成的上述锐角处于同位角的关系的角的大小，能够如图4所示用θ_light-θ_angle表示。在本实施方式中，如上述那样，光Lb整体从与平面15b所倾斜的一侧相同的一侧到达平面15b，因此θ_light-θ_angle除了上述式(3)之外还满足下述式(4)。

θ_light-θ_angle＞0…(4)

换言之，通过满足该式(4)，光Lb整体能够从向与平面15b相对于轴线CA的倾斜侧相同的一侧倾斜的方向，到达平面15b而入射至纤芯15。

如这样向与作为倾斜面的平面15b相对于光纤10的轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向到达平面15b而入射至纤芯15的光Lb，与从相同的方向到达相对于轴线CA垂直的平面而入射至纤芯15的光相比，入射后的传播方向更靠近光纤10的轴线CA。例如，如图4所示，在与光轴CLb平行的线CLb’上的光入射至与轴线CA垂直的平面15a的情况下，向平面15b入射的光轴CLb上的光与线CLb’上的光相比，入射至纤芯15后的方向更靠近轴线CA的方向。因此，即使光Lb以在从相对于轴线CA垂直的平面向纤芯15入射的情况下超过纤芯15的数值孔径、入射至纤芯15后向包层16泄露的角度入射，光Lb也通过从与平面15b相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧入射至平面15b，能够抑制超过纤芯15的数值孔径，从而能够抑制入射至纤芯15后向包层16泄露。

另外，光Lc也如上述那样从向与平面15c相对于光纤10的轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向到达平面15c而入射至纤芯15。因此，即使光Lc是以在从相对于轴线CA垂直的平面向纤芯15入射的情况下超过纤芯15的数值孔径而在入射至纤芯15后向包层16泄露的角度入射的光，通过从与平面15c所倾斜的一侧相同的一侧向平面15c入射，也能够抑制超过纤芯15的数值孔径，从而抑制在入射后向包层16泄露。

换句话说，即使从相对于光纤10的轴线CA以更大的角度倾斜的方向，使光Lb、Lc入射至纤芯15，也能够抑制入射后的光向包层16泄漏。

此处，若将光纤10的轴线CA与光Lb中的特定的光所成的角度设为θ_LD，则θ_LD满足下述式(5)。

θ_light-θ_angle≤θ_LD≤θ_light+θ_angle…(5)

另外，如图4所示，将光Lb中的特定的光与平面15b的垂线所成的角的大小设为θ_air，将该特定的光入射至纤芯15后与该垂线所成的角的大小设为θ_fiber，将该特定的光入射至纤芯15后与垂直于轴线CA的线所成的角的大小设为θ_input。其中，在图4中，示出光Lb中的该特定的光为光轴CLb上的光的状态。

在该情况下θ_air满足下述式(6)。

θ_air＝90-θ_taper+θ_LD…(6)

此外，光Lb由于从与平面15b相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧入射至平面15b，因此θ_air为比90°小的角度。

接下来，根据斯涅耳定律，若使用纤芯15的折射率n_core，则θ_fiber满足下述式(7)。

θ_fiber＝arcsin(sin(θ_air)/n_core)…(7)

然而，θ_input根据上述的条件能够如下述式(8)那样描述。

θ_input＝θ_fiber+θ_taper…(8)

此处，为了使特定的光在纤芯15与包层16反射，并在纤芯15中传播，将包层16的折射率设为n_clad，并满足下述式(9)即可。

n_core/n_clad×sin(θ_input)≥1…(9)

在该式(9)中使用上述式(5)～(8)，从而得到下述式(10)以及式(11)所表示的条件。

换句话说，若光Lb满足上述的式(10)以及式(11)，则只要光纤10弯曲等条件不成立，便能够防止入射后的光向包层16泄露。

另外，若光Lb满足式(10)、式(11)，并在入射至纤芯15后，光轴与轴线CA平行，则即使在光纤10弯曲的区域中，也能够进一步抑制光超过纤芯15的数值孔径而向包层16泄露。

另外，如上述那样，光Lc也从向与平面15c相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向传播，并从平面15c入射至纤芯15。因此，能够在使用上述图4的上述说明中，将平面15b更换为平面15c，将光Lb更换为光Lc，将光轴CLb更换为光轴CLc来理解。

如以上说明的那样，在本实施方式的激光模块1中，光Lb、Lc从向与作为倾斜面的平面15b、15c相对于光纤10的轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向传播，并从平面15b、15c入射至纤芯15。换句话说，光Lb、Lc分别从区域Db、Dc并从平面15b、15c入射至纤芯15。因此，对于从多个半导体激光元件射出的光Lb、Lc而言，与从与轴线CA垂直的平面入射至纤芯15的情况相比，能够抑制入射至纤芯15后向包层16泄露。因此，根据本实施方式的激光模块1，能够将从多个半导体激光元件射出的光高效地射出。

另外，本实施方式的激光模块1满足上述式(2)，因此与使光从相对于光纤的轴线垂直的入射面入射至纤芯的情况相比，能够使光Lb、Lc从相对于光纤10的轴线CA以更大的角度倾斜的方向入射至纤芯15。因此，能够将更多的激光元件21排列，并使从各个激光元件21射出的光入射至纤芯15。这样，本实施方式的激光模块1能够射出强度大的光。

另外，在本实施方式的激光模块1中，光La从与光纤10的轴线CA垂直的平面15a入射至纤芯15。该光La能够与以往的光相对于光纤的入射相同地入射。因此，根据本实施方式的激光模块1，除了能够与以往的激光模块相同地使从激光元件21射出的光入射至光纤10并传播，还能够如上述那样使光Lb、Lc从大的角度入射并传播。因此，与以往的光模块相比，能够使更多的光入射至光纤10并传播，能够使从更多的激光元件射出的光入射至光纤10并传播。

此外，在本实施方式中，光Lb整体、以及光Lc整体分别从向与平面15b、15c相对于光纤10的轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向传播，并从平面15b、15c入射至纤芯15。但是，光Lb、Lc只要以光轴CLb、CLc向与平面15b、15c相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的状态传播，并且满足上述的式(3)即可。换句话说，对于各个光Lb、Lc中的、比光轴CLb、CLc更从平面15b、15c离开的至少一部分，也可以不从向与平面15b、15c相对于光纤10的轴线CA的倾斜侧相同的一侧倾斜的方向传播。在该情况下，光Lb、Lc中的一部分光不满足上述的式(4)。即使在该情况下，在各个光Lb、Lc中，光轴CLb、CLc上的光的部分、以及比光轴CLb、CLc更靠平面15b、15c侧的光部分，从向与平面15b、15c相对于光纤10的轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向传播。换句话说，在光Lb、Lc中，至少比一半更多的光部分，分别从向与平面15b、15c相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向到达平面15b、15c并入射至纤芯15。如根据上述的说明所能明确的那样，这些光部分，即使以大的角度入射至纤芯15，也与从垂直于轴线CA的面入射至纤芯15的情况相比，能够抑制向包层16泄漏。通过将这样即使使至少比一半更多的光的部分从更大的角度入射至纤芯15也能够抑制向包层16泄露的光Lb、Lc相结合，由此作为入射至纤芯15的光整体来看，与以往的光模块相比，能够使光从更大的角度入射至光纤10，并使该光传播。因此，能够并列更多的激光元件，并能够将从各个激光元件射出的光入射至光纤10并传播。

另外，如上述那样平面15b、15c为以轴线CA作为基准而向相互对称的方向倾斜的倾斜面。因此，能够将射出从平面15b入射至纤芯15的光的光学部20b、与射出从平面15c入射至纤芯15的光的光学部20c，相对于光纤10的轴线CA对称地配置。因此，能够高效地利用配置各个光学部20b、20c的空间，从而能够配置更多的激光元件21。

另外，各个平面15a～15c呈细长的形状，各个光La～Lc以使慢轴方向S与平面15a～15c的长边方向一致的状态，从各个平面入射至纤芯15。通常，对于与从激光元件射出的光的光轴垂直的剖面的形状而言，慢轴方向较长，快轴方向较短。因此，如本实施方式那样，通过使各个平面15a～15c的长边方向与光的慢轴方向S一致，能够高效地使光La～Lc入射至纤芯15。

(第二实施方式)

接下来，参照图5、图6对本发明的第二实施方式详细地进行说明。此外，对与第一实施方式相同或者同等的构成要素，除了特别说明的情况之外，标注相同的参照标记并省略重复的说明。

图5是表示本实施方式的激光模块的示意图。如图5所示，本实施方式的激光模块2具备多个光学部20d、20e、以及供从各个光学部20d、20e射出的光入射的光纤11，来作为主要的结构。

在本实施方式中，光学部20d以及光学部20e分别并列地配置。

光学部20d以及光学部20e分别具备与第一实施方式的光学部20a相同的结构。但是，光学部20d在从聚光透镜30射出的各个光Ld，在光纤11的一侧的端部，在比中心更靠光学部20e的聚光透镜30侧聚光，在这点上与第一实施方式的光学部20a不同。另外，光学部20e在从聚光透镜30射出的各个光Le，在光纤11的一侧的端部在比中心更靠光学部20d的聚光透镜30侧聚光，在这点上与光学部20a不同。光学部20d以及光学部20e的各自的聚光透镜30，以如上述那样使光聚光的方式稍微错开位置的状态配置。此外，在图5中，用虚线的四边形表示各个光学部20d、20e，在各个光学部20d、20e中，仅记载聚光透镜30。

图6是表示图5的光纤11的一侧的端部的情况的图。如图6所示，对于光纤11而言，剖面的构造与第一实施方式的光纤10相同，具有纤芯15与包层16。另外，对于光纤11而言，形成于供光入射的一侧的端部的、光的入射面的构造与第一实施方式的光纤10不同，纤芯15的入射面由两个平面15d、15e构成。

两个平面15d、15e将与轴线CA垂直相交的线作为分界线相互邻接，且成为相对于轴线CA向相互对称的方向倾斜的倾斜面。另外，平面15d、15e呈相互叠合的形状，且形成为平面15d、15e的分界线的方向为长边方向，与其垂直的方向为短边方向的细长的形状。这样，两个平面(倾斜面)15d、15e中的一个平面15d与使另一个平面15e以轴线CA为基准而旋转的面一致。

像这样光的入射面由平面15d、15e构成的光纤11，如图5所示，平面15e位于光学部20d的聚光透镜30侧，平面15d位于光学部20e的聚光透镜30侧，而且以使来自光学部20d的光在平面15d上聚光，来自光学部20e的光在平面15e上聚光的方式配置。

另外，从光学部20d、20e的聚光透镜30射出的各个光Ld、Le，分别在平面15d、15e上聚光并分别从平面15d、15e入射至纤芯15。此时，对于各个光Ld、Le而言，使慢轴方向S与各个平面15d、15e的长边方向一致，使快轴方向F与各个平面15d、15e的短边方向一致的状态聚光，并入射至纤芯15。另外，如上述那样光纤11以使平面15d朝向光学部20e的聚光透镜30侧，平面15e朝向光学部20d的聚光透镜30侧的方式配置，各个光Ld、Le其整体分别从向与平面15d、15e相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向，到达各个平面15d、15e，并入射至纤芯15。换句话说，在沿着光纤11的长边方向剖开的剖面观察的情况下，光Ld从穿过向作为倾斜面的平面15d入射的光的入射点、且与轴线CA平行的线与平面15d形成锐角而包围的区域传播。在沿着光纤11的长边方向剖开的剖面观察的情况下，光Le从穿过向作为倾斜面的平面15e入射的光的入射点、且与轴线CA平行的线与平面15e形成锐角而包围的区域传播。

入射至纤芯15的各个光，基于纤芯15的折射率而折射，并在纤芯15内传播。

另外，这样光Ld、Le从向与平面15d、15e相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向传播，并从各个平面15d、15e入射至纤芯15。因此，能够在使用第一实施方式的图4的说明中，将平面15b更换为平面15d、15e，将光Lb更换为光Ld、Le，且在使光Ld、Le的光轴分别为光轴CLd、CLe的情况下，将光轴CLb更换为光轴CLd、Cle来理解。此外，在本实施方式中，光轴CLd、CLe没有特别示出。

在本实施方式的激光模块2中，光纤11的纤芯15的入射面虽不具有与轴线CA垂直的面，但光Ld、Le从向与作为倾斜面的平面15d、15e相对于光纤11的轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向传播，并从平面15d、15e入射至纤芯15。因此，按照与在第一实施方式中，使光Lb、Lc从相对于光纤10的轴线CA以更大角度倾斜的方向入射至纤芯15的情况同样的想法，能够使光Ld、Le从相对于光纤11的轴线CA以更大的角度倾斜的方向入射至纤芯15。因此，在本实施方式的激光模块2中，也能够并排更多的激光元件21，将从各个激光元件21射出的光入射至纤芯15，从而能够射出强度大的光。

另外，在如上述那样使用第一实施方式的图4的说明中，将平面15b更换为平面15d、15e、将光Lb更换为光Ld、Le、使光Ld、Le的光轴分别为光轴CLd、Cle而将光轴CLb更换为光轴CLd、Cle来理解的情况下，光轴CLd、CLe向与平面15d、15e相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的状态传播，并满足式(3)即可。换句话说，本实施方式中也与第一实施方式相同，也可以在各个光Ld、Le中的、比光轴CLd、CLe更从平面15d、15e离开的一侧的至少一部分，不从向与相对于光纤11的轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向传播。在该情况下，根据与第一实施方式相同的理由，即便在光Ld、Le中的、至少比一半更多的光部分从更大的角度入射至纤芯15，也能够抑制向包层16泄露，因此通过使光Ld、Le相结合，能够作为入射至纤芯15的光整体使光从更大的角度入射至光纤11，并使该光传播。另外，在该情况下能够提高各个光Ld、Le的数值孔径，因此能够缩短光Ld、Le的各自的聚光部分中的光路长度。通过缩短光路长度能够抑制各个光的偏差对聚光精度带来影响，作为结果能够有助于光纤输出的进一步的改善。

另外，根据本实施方式的激光模块2，光纤11的纤芯15的光的入射面不具有与轴线CA垂直的垂直面，因此能够使光路长度的相同的光束排列，作为结果能够有助于光纤输出的改善。

(第三实施方式)

接下来，参照图7、图8对本发明的第三实施方式详细地进行说明。此外，对与第一实施方式相同或者同等的构成要素，除了特别说明的情况之外，均标注相同的参照标记并省略重复的说明。

图7是表示本实施方式的激光模块的示意图。如图7所示，本实施方式的激光模块3具备多个光学部20f～20j、以及供从各个光学部20f～20j射出的光入射的光纤12，来作为主要的结构。

在本实施方式中，光学部20f、20g、20h以光学部20f被光学部20g、20h夹住的方式分别并列地配置。另外，光学部20f、20i、20j以光学部20f被光学部20i、20j夹住的方式沿与光学部20f、20g、20h的排列方向正交的方向分别并列地配置。

光学部20f～20j分别具备与第一实施方式的光学部20a相同的结构。但是，光学部20g在从聚光透镜30射出的各个光Lg在光纤12的一侧的端部，在比中心更靠光学部20h的聚光透镜30侧聚光，在这点上与第一实施方式的光学部20a不同。光学部20h在从聚光透镜30射出的各个光Lh在光纤12的一侧的端部，在比中心更靠光学部20g的聚光透镜30侧聚光，在这点上与光学部20a不同。另外，光学部20i在从聚光透镜30射出的各个光Li在光纤11的一侧的端部，在比中心更靠光学部20j的聚光透镜30侧聚光，在这点上与第一实施方式的光学部20a不同。光学部20j在从聚光透镜30射出的各个光Lj在光纤12的一侧的端部，在比中心更靠光学部20i的聚光透镜30侧聚光，在这点上与光学部20a不同。光学部20g～20j的各个聚光透镜30以如上述那样使光聚光的方式稍微错开位置的状态配置。此外，在图7中，也与图5相同地，用虚线的四边形表示各个光学部20f～20j，在各个光学部20f～20j中仅记载聚光透镜30，另外，为了避免图变得繁琐，仅以光轴上的光表示从各个光学部20f～20j射出的光。

图8是表示用于本实施方式的激光模块3的光纤12的一侧的端部的情况的图。如图8所示，对于光纤12而言，其剖面的构造与第一实施方式的光纤10相同，具有纤芯15与包层16。另外，对于光纤12而言，形成于供光入射的一侧的端部的光的入射面的构造与第一实施方式的光纤10不同，纤芯15的入射面由五个平面15f～15j构成。中心的平面15f形成为相对于光纤12的轴线CA垂直的垂直面，该平面15f呈近似正方形形状，与将第一实施方式的平面15a的长边方向的两端部切去而成的形状一致。另外，两个平面15g、15h与平面15f邻接，并呈相互叠合的形状，分别与将第一实施方式的平面15b、15c的长边方向的两端部切去而成的形状一致。另外，平面15i、15j呈相互叠合的形状，平面15g、15h形成为以轴线CA为中心旋转90°的形状。换句话说，在四个平面15g、15h、15i、15j的平面中，一个倾斜面(例如，15g)与使其他的一个倾斜面(15h、15i、15j)以轴线CA为基准旋转的面一致。

像这样光的入射面由平面15f～15j构成的光纤12，如图7所示配置为，平面15f与光学部20f的聚光透镜30对置，平面15h位于光学部20g的聚光透镜30侧，平面15g位于光学部20h的聚光透镜30侧，平面15j位于光学部20i的聚光透镜30侧，平面15i位于光学部20j的聚光透镜30侧。并且，光纤12配置为，来自光学部20g的光在平面15g上聚光，来自光学部20h的光在平面15h上聚光，来自光学部20i的光在平面15i上聚光，来自光学部20j的光在平面15j上聚光。

而且，与在第一实施方式中从光学部20a的聚光透镜30射出的光从平面15a入射至纤芯15的情况同样，从光学部20f的聚光透镜30射出的光从平面15f入射至纤芯15。另外，从光学部20g～20j的聚光透镜30射出的各个光Lg～Lj分别在平面15g～15j上聚光，并从各个平面15g～15j入射至纤芯15。如上述那样光纤12配置为，平面15g朝向光学部20h的聚光透镜30侧，平面15h朝向光学部20g的聚光透镜30侧，平面15i朝向光学部20j的聚光透镜30侧，平面15j朝向光学部20i的聚光透镜30侧，对于各个光Lg～Lj而言，其整体从向与各个平面15g～15j相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向，到达各个平面15g～15j，并入射至纤芯15。换句话说，在沿着光纤11的长边方向剖开的剖面观察的情况下，光Lg～Lj分别从穿过向作为倾斜面的平面15g～15j入射的光的入射点、且与轴线CA平行的线与平面15g～15j形成锐角而包围的区域传播，并入射至纤芯15。

入射至纤芯15的各个光，基于纤芯15的折射率而折射，并在纤芯15内传播。

另外，这样各个光Lg～Lj，如上述那样，从向与平面15g～15j相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向传播，从各个平面15h～15j入射至纤芯15。因此，能够在使用第一实施方式的图4的说明中，将平面15b更换为平面15g～15j，将光Lb更换为光Lg～Lj，并在使光Lg～Lj的光轴分别成为光轴CLg～CLj的情况下，将光轴CLb更换为光轴CLg～CLj来理解。此外，在本实施方式中，光轴CLg～CLj没有特别图示。

根据本实施方式的激光模块3，与第一实施方式的激光模块1相比，能够使光从更多的倾斜面入射至光纤12。因此，能够射出强度更大的光。

另外，在如上述那样使用第一实施方式的图4的说明中，将平面15b更换为平面15g～15j，将光Lb更换为光Lg～Lj，并使光Lg～Lj的光轴分别为光轴CLg～CLj而将光轴CLb更换为光轴CLg～CLj来理解的情况下，光轴CLg～CLj向与平面15g～15j相对于轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的状态传播，满足式(3)即可。换句话说，在本实施方式中也与第一实施方式相同，各个光Lg～Lj中的、比光轴CLg～CLj从平面15g～15j更离开的一侧的至少一部分，不从向与平面15g～15j相对于光纤12的轴线CA倾斜的一侧相同的一侧倾斜的方向传播也可。即使在该情况下，也根据与第一实施方式相同的理由，在光Lg～Lj中、至少比一半多的光部分分别从更大的角度入射至纤芯15，也能够抑制向包层16泄漏，因此通过将光Lg～Lj相结合，能够作为入射至纤芯15的光整体而使光从更大的角度入射至光纤12，并使该光传播。

以上，对本发明，以第一～第三实施方式为例进行了说明，但本发明不限定于这些。

例如，在第一～第三实施方式的光纤10～12中，纤芯15的入射面具有多个倾斜面，但在本发明中，纤芯15的入射面也可以仅由一个倾斜面及一个垂直面构成。作为这样的例子可举出：第一实施方式的激光模块1不具备光学部20c，而光纤10的纤芯15中的光的入射面仅具有作为垂直面的平面15a、以及作为倾斜面的平面15b的情况。在该情况下，例如，在沿着光纤的轴线CA观察纤芯15的入射面的情况下，平面15a形成至形成平面15c的区域即可。而且，与第一实施方式相同，能够与相对于以往的光纤的光相同地使光入射至平面15a。另外，根据与能够使光从大的角度入射至第一实施方式的光纤10的平面15b的理由相同的理由，能够使光从大的角度入射至平面15b。因此，在垂直面与以往的激光模块相同能够使从激光元件射出的光入射至光纤并传播，除此之外，在倾斜面能够使光从大的角度入射并传播，因此与以往的光模块相比，能够使从更多的激光元件射出的光入射至光纤并传播。

另外，在上述实施方式中，各个光La～Lj成为从多个激光元件21射出的激光在光纤的纤芯15的入射面上聚光的光，但各个光La～Lj也可以由分别从一个激光元件21射出的光构成。

另外，在上述实施方式中，各个光学部20a～20j分别具有聚光透镜30，但在各个激光模块1～3中，也可以构成为各个光学部共有一个聚光透镜。

另外，在上述实施方式中，各个光学部并列配置，但各个光学部射出的光若与上述实施方式相同地入射至光纤，则各个光学部的至少一部分不并列配置也可以。

工业上利用的可能性

如以上说明的那样，根据本发明，提供能够射出强度大的光的激光模块，并能够在光纤激光装置、光纤放大器等激励光源等中应用。

附图标记的说明

1～3...激光模块；10～12...光纤；15...纤芯；15a～15j...平面；16...包层；20a～20j...光学部；21...激光元件；22、23...柱面透镜；30...聚光透镜；CA...轴线。

Claims (10)

1.一种激光模块，其特征在于，

具备：

多个激光元件；以及

光纤，其具有供从所述多个激光元件射出的光入射的纤芯，

所述纤芯的光的入射面具有供从至少一个激光元件射出的光入射的相互不平行的多个平面而形成为凸出状，

从所述多个平面中的相对于所述光纤的轴线倾斜的倾斜面向所述纤芯入射的光，从以下区域传播，即，该区域为：在沿着所述光纤的长边方向的剖面观察的情况下，穿过向所述倾斜面入射的所述光的入射点且与所述轴线平行的线与所述倾斜面形成锐角而包围的区域。

2.根据权利要求1所述的激光模块，其特征在于，

在沿着所述光纤的长边方向的剖面观察的情况下，将所述倾斜面与所述轴线所成的锐角的大小设为θ_taper，将所述锐角的同位角即所述光的光轴与所述轴线所成的角的大小设为θ_light，将从所述倾斜面向所述纤芯入射的光相对于所述光轴的张角设为θ_angle的情况下，满足：

θ_light+θ_angle＜θ_taper。

3.根据权利要求2所述的激光模块，其特征在于，

在沿着所述光纤的长边方向的剖面观察的情况下，将使光从与所述轴线垂直的面向所述纤芯入射时光不从所述纤芯泄漏的光的最大的入射角度设为θ_NA的情况下，满足：

θ_NA＜θ_taper。

4.根据权利要求2或3所述的激光模块，其特征在于，

在将所述光纤的所述纤芯的折射率设为n_core，将所述光纤的包层的折射率设为n_clad的情况下，同时满足：

$\frac{n_{core}}{n_{clad}}\×\sin \[{\sin }^{-1}\[\frac{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_{taper}+{\mathrm{\θ}}_{light}+{\mathrm{\θ}}_{angle})}{n_{core}}\]+{\mathrm{\θ}}_{taper}\]\≥1$

$\frac{n_{core}}{n_{clad}}\×\sin \[{\sin }^{-1}\[\frac{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_{taper}+{\mathrm{\θ}}_{light}+{\mathrm{\θ}}_{angle})}{n_{core}}\]+{\mathrm{\θ}}_{taper}\]\≥1.$

5.根据权利要求4所述的激光模块，其特征在于，

从各所述平面入射至所述纤芯的光的各个光轴与所述轴线平行。

6.根据权利要求1所述的激光模块，其特征在于，

对于从各所述平面向所述纤芯入射的各个光而言，从至少两个所述激光元件射出的各个光通过聚光透镜在各个所述平面上聚光。

7.根据权利要求6所述的激光模块，其特征在于，

在由所述聚光透镜聚光之前的各个光成为准直光，

各个所述准直光相互平行。

8.根据权利要求1所述的激光模块，其特征在于，

所述多个平面中的一个平面是相对于所述轴线垂直的垂直面。

9.根据权利要求1所述的激光模块，其特征在于，

所述多个平面中的至少两个平面分别是所述倾斜面，一个倾斜面与使另外的一个倾斜面以所述轴线为基准旋转而得的面一致。

10.根据权利要求1所述的激光模块，其特征在于，

所述平面是具有长边方向及短边方向的形状的平面，从所述激光元件射出的光以使慢轴方向与所述平面的所述长边方向一致的方式从所述平面向所述纤芯入射。