JP2001083460A - Laser device - Google Patents
Laser deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザ加
工、固体レーザ励起等に使用されるレーザ装置に係り、
より詳細には、いわゆる半導体レーザアレイスタックを
用いたレーザ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device used for, for example, laser processing, solid-state laser excitation, and the like.
More specifically, the present invention relates to a laser device using a so-called semiconductor laser array stack.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザ加工用のレーザ装置として、従来
から、例えば高出力のNd:YAGレーザ装置等が用い
られている。Nd:YAGレーザ装置は、励起用光源か
ら出射される光をYAGレーザ素子に照射することによ
りYAGレーザ素子から高い光パワー密度を持ったレー
ザ光を出力する。励起用光源としては、半導体レーザが
よく用いられ、特に、活性層がいくつかのストライプに
分割されたアレイ構造を持つ半導体レーザアレイを複数
積層した半導体レーザアレイスタックは、比較的高出力
を得られる半導体レーザとして注目を集めている。2. Description of the Related Art As a laser device for laser processing, for example, a high-output Nd: YAG laser device has been conventionally used. The Nd: YAG laser device outputs a laser beam having a high optical power density from the YAG laser element by irradiating the light emitted from the excitation light source to the YAG laser element. Semiconductor lasers are often used as an excitation light source. In particular, a semiconductor laser array stack in which a plurality of semiconductor laser arrays having an array structure in which an active layer is divided into several stripes can obtain a relatively high output. It has attracted attention as a semiconductor laser.
【0003】例えば特開平4−78180号公報に記載
されるレーザ装置は、励起用光源として2個の半導体レ
ーザアレイスタックを用い、互いに直交する2方向か
ら、光軸に直交する面内でストライプ状となる2つの平
行光束を偏光ビームスプリッタに入射し、その合成光を
集光してYAGレーザ素子に照射する。このレーザ装置
において、半導体レーザアレイスタックは、それらから
出射される平行光束のストライプが互いに直交するよう
に、即ち合成光の発光パターンが格子状となるように配
置されている。For example, a laser device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-78180 uses two semiconductor laser array stacks as excitation light sources, and forms a stripe shape in a plane perpendicular to the optical axis from two directions perpendicular to each other. Are incident on the polarizing beam splitter, and the combined light is condensed and irradiated to the YAG laser element. In this laser device, the semiconductor laser array stacks are arranged such that the stripes of parallel light beams emitted from them are orthogonal to each other, that is, the emission pattern of the combined light is in a lattice shape.
【0004】一方、特開平11−72743号公報に開
示されるレーザ装置は、半導体レーザアレイスタックを
それぞれ有する2つの光源から出力される平行光束を、
透光板を用いて合成するものであり、透光板の表面には
Au等からなる光反射膜が1mm程度あるいはそれ以下
のピッチサイズでストライプ状にコーティングされてい
る。On the other hand, a laser device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-72743 converts a parallel light beam output from two light sources each having a semiconductor laser array stack into a laser beam.
The light transmitting plate is synthesized using a light transmitting plate, and a light reflecting film made of Au or the like is coated on the surface of the light transmitting plate in a stripe shape at a pitch size of about 1 mm or less.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の公報に記載のレーザ装置は、以下のような問題
点を有していた。However, the laser device described in the above-mentioned conventional publication has the following problems.
【0006】即ち、特開平4−78180号公報に記載
されるレーザ装置においては、偏光ビームスプリッタで
合成される合成光の発光パターンが格子状になるため、
光強度分布が空間的に不均一となる。特に、半導体レー
ザアレイスタックは、比較的高出力で動作するので、光
の重なった部分の光強度は特に大きく、その光強度によ
って偏光ビームスプリッタが破損するおそれがある。That is, in the laser device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-78180, the light emission pattern of the combined light combined by the polarizing beam splitter has a lattice shape.
The light intensity distribution becomes spatially non-uniform. In particular, since the semiconductor laser array stack operates at a relatively high output, the light intensity of a portion where light overlaps is particularly large, and the light intensity may damage the polarization beam splitter.
【0007】また、特開平11−72743号公報に記
載されたレーザ装置においては、Au等からなる光反射
膜が透光板の表面に1mm程度あるいはそれ以下のピッ
チサイズでストライプ状にコーティングされているた
め、透光板の製造が面倒であり、コストも高くなる。In the laser apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-72743, a light reflecting film made of Au or the like is coated on the surface of a light transmitting plate in a stripe shape with a pitch size of about 1 mm or less. Therefore, the manufacture of the light-transmitting plate is troublesome, and the cost increases.
【0008】そこで、本発明は、レーザ光の光パワー密
度を均一化させると共に、製造が容易で且つ低コスト化
を図ることができるレーザ装置を提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser device which can make the optical power density of laser light uniform, and which can be manufactured easily and at low cost.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、光軸に垂直な面内で発光パターンがスト
ライプ状になる第1平行光束及び第2平行光束を偏光ビ
ームスプリッタの偏光膜の表面及び裏面にそれぞれ入射
し、第1平行光束及び第2平行光束の合成光を出射する
レーザ装置において、第1平行光束として、そのストラ
イプの長手方向に振動する第1電界成分を有するもの
を、第1電界成分が偏光膜の表面に対しp偏光となるよ
う偏光ビームスプリッタに入射する第1光入射手段と、
第2平行光束として、そのストライプの長手方向に垂直
な方向に振動する第2電界成分を有するものを、第2電
界成分が偏光膜の裏面に対しs偏光となるよう偏光ビー
ムスプリッタに入射する第2光入射手段とを備えること
を特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a first parallel light beam and a second parallel light beam whose emission pattern is formed in a stripe shape in a plane perpendicular to the optical axis by a polarizing beam splitter. A laser device which is incident on the front and back surfaces of a film and emits a combined light of a first parallel light beam and a second parallel light beam, wherein the first parallel light beam has a first electric field component oscillating in the longitudinal direction of the stripe. A first light incidence means for entering the polarizing beam splitter such that the first electric field component becomes p-polarized light with respect to the surface of the polarizing film;
A second parallel beam having a second electric field component oscillating in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the stripe is incident on a polarizing beam splitter such that the second electric field component becomes s-polarized light with respect to the back surface of the polarizing film. And two light incident means.
【0010】本発明によれば、第1光入射手段から、第
1平行光束が偏光ビームスプリッタの偏光膜表面に入射
されると、偏光膜表面に対し第1平行光束の第1電界成
分がp偏光となるため、第1平行光束は偏光膜を透過す
る。一方、第2光入射手段から、第2平行光束が偏光ビ
ームスプリッタの偏光膜裏面に入射されると、偏光膜裏
面に対し第2平行光束の第2電界成分がs偏光となるの
で、第2平行光束は偏光膜裏面で反射される。ここで、
偏光膜の表面に対しては、ストライプの長手方向に振動
する第1電界成分がp偏光として入射され、偏光膜の裏
面に対しては、ストライプの長手方向に垂直な方向に振
動する第2電界成分がs偏光として入射されるため、偏
光膜において、第1平行光束と第2平行光束のストライ
プを平行にすることが可能となる。従って、第1平行光
束と第2平行光束のストライプが互いに交差することな
く合成され得る。また、偏光膜の裏面でs偏光が選択的
に反射されるため、反射率の向上を図るために、偏光膜
裏面に反射膜等をコーティングする必要がなくなる。According to the present invention, when the first parallel light beam enters the polarizing film surface of the polarizing beam splitter from the first light incident means, the first electric field component of the first parallel light beam is applied to the polarizing film surface by p. Since the light is polarized, the first parallel light beam passes through the polarizing film. On the other hand, when the second parallel light beam is incident on the back surface of the polarizing film of the polarizing beam splitter from the second light incident means, the second electric field component of the second parallel light beam becomes s-polarized light with respect to the back surface of the polarizing film. The parallel light beam is reflected on the back surface of the polarizing film. here,
A first electric field component oscillating in the longitudinal direction of the stripe is incident on the surface of the polarizing film as p-polarized light, and a second electric field oscillating in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the stripe is incident on the back surface of the polarizing film. Since the component is incident as s-polarized light, it is possible to make the stripes of the first parallel light flux and the second parallel light flux parallel in the polarizing film. Therefore, the stripes of the first parallel light flux and the second parallel light flux can be combined without intersecting each other. In addition, since the s-polarized light is selectively reflected on the back surface of the polarizing film, it is not necessary to coat the back surface of the polarizing film with a reflective film or the like in order to improve the reflectance.
【0011】上記発明においては、例えば、第1光入射
手段が、第1平行光束としてTEモードの平行光束を偏
光膜の表面に入射する第1光源を備え、第2光入射手段
が、第2平行光束としてTMモードの平行光束を偏光膜
の裏面に入射する第2光源を備えることが可能である。In the above invention, for example, the first light incidence means includes a first light source for injecting a TE-mode parallel light flux as a first parallel light flux onto the surface of the polarizing film, and the second light incidence means includes a second light incidence means. It is possible to provide a second light source for entering a TM mode parallel light beam as a parallel light beam on the back surface of the polarizing film.
【0012】また、上記発明において、第1光入射手段
は、四角形状に4点配列され、内側に向けて、出射光軸
に垂直な面内で発光パターンがストライプ状となるよう
に平行光束を出射する4つの第1光源と、第1光源の内
側に配置され、第1光源からそれぞれ出射される平行光
束を同一方向に反射する4つの反射面を有する第1反射
体とを備え、第2光入射手段は、四角形状に4点配列さ
れ、内側に向けて、出射光軸に垂直な面内で発光パター
ンがストライプ状となるように平行光束を出射する4つ
の第2光源と、第2光源の内側に配置され、第2光源か
らそれぞれ出射される平行光束を同一方向に反射する4
つの反射面を有する第2反射体とを備え、第1光入射手
段は、第1反射体で反射される4つの平行光束を第1平
行光束として偏光膜の表面に入射するものであり、第2
光入射手段は、第2反射体で反射される4つの平行光束
を第2平行光束として偏光膜の裏面に入射するものであ
ることが好ましい。Further, in the above invention, the first light incident means is arranged at four points in a quadrangular shape and inwardly emits a parallel light beam such that a light emitting pattern is formed in a stripe shape in a plane perpendicular to the emission optical axis. A second reflector including four first light sources for emitting light, and a first reflector disposed inside the first light source and having four reflecting surfaces for reflecting parallel light beams respectively emitted from the first light sources in the same direction; The light incident means includes four second light sources which are arranged in a quadrangular shape and emit inward parallel light beams so that a light emission pattern is formed in a stripe shape in a plane perpendicular to the emission optical axis. 4 which is arranged inside the light source and reflects parallel light fluxes respectively emitted from the second light source in the same direction;
A second reflector having two reflecting surfaces, wherein the first light incident means is configured to make the four parallel light beams reflected by the first reflector enter the surface of the polarizing film as a first parallel light beam. 2
It is preferable that the light incident means is a means for making the four parallel light beams reflected by the second reflector enter the back surface of the polarizing film as a second parallel light beam.
【0013】この発明によれば、4つの第1光源から出
射される平行光束は、第1反射体の4つの反射面で同一
方向に反射され、この平行光束が第1平行光束として、
偏光ビームスプリッタの偏光膜表面に入射される。一
方、4つの第2光源から出射される平行光束は、第2反
射体の4つの反射面で同一方向に反射され、この平行光
束が第2平行光束として、偏光ビームスプリッタの偏光
膜裏面に入射される。このとき、第1及び第2平行光束
の光パワー密度はそれぞれ、第1及び第2光入射手段と
してそれぞれ単一の光源を用いる場合に比べて4倍にな
る。According to the present invention, the parallel light beams emitted from the four first light sources are reflected in the same direction by the four reflecting surfaces of the first reflector, and the parallel light beams are defined as the first parallel light beams.
The light is incident on the polarizing film surface of the polarizing beam splitter. On the other hand, the parallel light beams emitted from the four second light sources are reflected in the same direction by the four reflecting surfaces of the second reflector, and these parallel light beams are incident on the back surface of the polarizing film of the polarizing beam splitter as second parallel light beams. Is done. At this time, the optical power densities of the first and second parallel light beams are four times as large as when a single light source is used as the first and second light incident means, respectively.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明のレー
ザ装置の好適な実施形態について説明する。なお、全図
中、同一又は同等の構成要素については、同一の符号を
付す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the laser device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings, the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals.
【0015】図1は、本発明のレーザ装置の第1実施形
態を示す斜視図である。図1に示すように、レーザ装置
50は偏光ビームスプリッタ2を備えており、偏光ビー
ムスプリッタ2はフラット面1上に配置されている。偏
光ビームスプリッタ2としては、例えば一対の直角三角
柱状の透光性部材4a,4bを偏光膜としての誘電体多
層膜6を介して貼り合わせたものが用いられる。偏光ビ
ームスプリッタ2としては、透光板に偏光膜としての誘
電体多層膜をコーティングした平板状のものでもよい。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the laser device of the present invention. As shown in FIG. 1, the laser device 50 includes a polarization beam splitter 2, and the polarization beam splitter 2 is disposed on the flat surface 1. As the polarization beam splitter 2, for example, a pair of a pair of right-angled triangular prism-shaped translucent members 4a and 4b bonded together via a dielectric multilayer film 6 as a polarizing film is used. The polarizing beam splitter 2 may be a flat plate having a transparent plate coated with a dielectric multilayer film as a polarizing film.
【0016】透光性部材4aは、フラット面1に垂直な
第1受光面8aを有し、透光性部材4bはフラット面1
に垂直な第2受光面8bを有し、第1受光面8a及び第
2受光面8bは互いに直交している。また、誘電体多層
膜6の透光性部材4a側の表面及び透光性部材4b側の
裏面もフラット面1に垂直であり、且つ第1受光面8a
及び第2受光面8bに対して所定の角度(例えば45
°)をなして傾いている。さらに、第1受光面8aに対
向する位置には、第1光源(第1光入射手段)9が配置
され、第2受光面8bに対向する位置には、第2光源
(第2の光出射手段)11が配置されている。The light transmitting member 4a has a first light receiving surface 8a perpendicular to the flat surface 1, and the light transmitting member 4b is
The second light receiving surface 8b is perpendicular to the first light receiving surface 8a, and the first light receiving surface 8a and the second light receiving surface 8b are orthogonal to each other. The front surface of the dielectric multilayer film 6 on the side of the light transmitting member 4a and the back surface of the dielectric multilayer film 6b are also perpendicular to the flat surface 1 and the first light receiving surface 8a.
And a predetermined angle (for example, 45 °) with respect to the second light receiving surface 8b.
°) Make a lean. Further, a first light source (first light incident means) 9 is disposed at a position facing the first light receiving surface 8a, and a second light source (second light emitting device) is disposed at a position facing the second light receiving surface 8b. Means) 11 are arranged.
【0017】ここで、第1光源9及び第2光源11の構
成について説明する。Here, the configuration of the first light source 9 and the second light source 11 will be described.
【0018】まず第1光源9は、図2に示すように、半
導体レーザアレイスタック10を備えている。半導体レ
ーザアレイスタック10は、フラット面1に垂直な方向
に対向配置される一対の平板状電極12a,12bを有
し、電極12a,12b間には、プレート状の複数の半
導体レーザアレイ(図2では3つ)14がフラット面1
に垂直な方向に沿って積層されている。各半導体レーザ
アレイ14は、活性層がいくつかのストライプに分割さ
れたアレイ構造を有している。そして、半導体レーザア
レイスタック10は、その出射光軸13が偏光ビームス
プリッタ2の第1受光面8aに直交するように配置され
ている。従って、電極12a,12b間に電圧を印加す
ると、半導体レーザアレイスタック10からは、フラッ
ト面1に垂直な方向に並んだ複数の平面状のレーザ光が
出射され、出射光軸13に垂直な面7内で発光パターン
がストライプ状になる。First, the first light source 9 includes a semiconductor laser array stack 10 as shown in FIG. The semiconductor laser array stack 10 has a pair of plate-like electrodes 12a and 12b opposed to each other in a direction perpendicular to the flat surface 1 and a plurality of plate-like semiconductor laser arrays (FIG. 2) between the electrodes 12a and 12b. 3) 14 is flat surface 1
Are laminated along a direction perpendicular to the vertical direction. Each semiconductor laser array 14 has an array structure in which the active layer is divided into several stripes. The semiconductor laser array stack 10 is arranged so that the emission optical axis 13 is orthogonal to the first light receiving surface 8a of the polarization beam splitter 2. Therefore, when a voltage is applied between the electrodes 12 a and 12 b, a plurality of planar laser lights arranged in a direction perpendicular to the flat surface 1 are emitted from the semiconductor laser array stack 10, and a plane perpendicular to the emission optical axis 13 is emitted. In 7, the light emission pattern becomes a stripe shape.
【0019】また、各半導体レーザアレイ14は、例え
ばダブルヘテロ構造、あるいは無歪み又は圧縮歪みを持
った量子井戸構造で構成されている。半導体レーザアレ
イ14がダブルヘテロ構造で構成されている場合、TE
モード、TMモードの利得は互いに同程度であり、閉込
め係数及び内部損失も大差はない。しかし、端面反射率
は、TEモードに対する値の方がTMモードに対する値
に比べて非常に大きい。このため、TEモードでの発振
となる。また、半導体レーザアレイ14が無歪みの量子
井戸構造で構成されている場合、例えばAlGaAs
(クラッド層)/GaAs(活性層)材料系からなると
き、利得はTEモードの方が大きくなる。このため、T
Eモードでの発振となる。また、半導体レーザアレイ1
4が圧縮歪みの量子井戸構造で構成されている場合、例
えばInGaAs(クラッド層ないし障壁層)/GaA
s(活性層ないし量子井戸層)材料系からなるときは、
利得はTEモードの方が大きくなる。このため、この場
合もTEモードでの発振となる。Each semiconductor laser array 14 has, for example, a double hetero structure or a quantum well structure having no distortion or compressive distortion. When the semiconductor laser array 14 has a double hetero structure, TE
The gains of the mode and the TM mode are almost the same, and there is no great difference between the confinement coefficient and the internal loss. However, the end face reflectivity is much larger for the TE mode than for the TM mode. Therefore, oscillation occurs in the TE mode. When the semiconductor laser array 14 has a distortion-free quantum well structure, for example, AlGaAs
When the (cladding layer) / GaAs (active layer) material system is used, the gain is larger in the TE mode. Therefore, T
Oscillation occurs in the E mode. In addition, the semiconductor laser array 1
4 is composed of a compressive strain quantum well structure, for example, InGaAs (cladding layer or barrier layer) / GaAs
When composed of s (active layer or quantum well layer) material,
The gain is higher in the TE mode. Therefore, also in this case, oscillation is performed in the TE mode.
【0020】従って、半導体レーザアレイスタック10
から出射されるレーザ光束は、そのストライプの長手方
向に沿って振動する電界成分(第1電界成分)を有す
る。Therefore, the semiconductor laser array stack 10
Has a field component (first field component) that vibrates along the longitudinal direction of the stripe.
【0021】各半導体レーザアレイ14は、例えば金
属、セラミックまたはダイヤモンド等からなる一対のプ
レート状の高熱伝導性ヒートシンク16によって挟持さ
れている。そして、これらヒートシンク16を介して半
導体レーザアレイ14を冷却するために、BeO、Al
N、SiC、ダイヤモンド等の高熱伝導材料からなりヒ
ートシンク16と接触する電気絶縁板18を介して水冷
タンク20が設けられ、この水冷タンク20の内部と外
部との間で冷却水が循環している。従って、半導体レー
ザアレイスタック10の作動中における半導体レーザア
レイ14の過度の発熱が防止される。Each semiconductor laser array 14 is sandwiched between a pair of plate-like high heat conductive heat sinks 16 made of, for example, metal, ceramic, diamond, or the like. In order to cool the semiconductor laser array 14 through these heat sinks 16, BeO, Al
A water-cooling tank 20 is provided via an electrical insulating plate 18 made of a highly heat-conductive material such as N, SiC, diamond or the like and in contact with the heat sink 16, and cooling water circulates between the inside and the outside of the water-cooling tank 20. . Therefore, excessive heat generation of the semiconductor laser array 14 during operation of the semiconductor laser array stack 10 is prevented.
【0022】また、第1光源9は、半導体レーザアレイ
スタック10から出射されるレーザ光束のフラット面1
に垂直な方向の広がりを抑えて平行光化するために、半
導体レーザアレイ14の出射側に近接配置される複数の
シリンドリカルレンズ22を備えている。更に、第1光
源9は、シリンドリカルレンズ22を通過したレーザ光
束のフラット面1に平行な方向の広がりを抑えるため
に、シリンドリカルレンズ22の近傍にマイクロレンズ
アレイ24を備えている。従って、半導体レーザアレイ
スタック10から出射されるレーザ光束は、シリンドリ
カルレンズ22及びマイクロレンズアレイ24によって
平行化され、第1平行光束として第1光源9から出射さ
れる。The first light source 9 is provided on the flat surface 1 of the laser beam emitted from the semiconductor laser array stack 10.
A plurality of cylindrical lenses 22 are provided in the vicinity of the emission side of the semiconductor laser array 14 in order to suppress the spread in the direction perpendicular to the laser beam and make the light parallel. Further, the first light source 9 includes a microlens array 24 near the cylindrical lens 22 in order to suppress the spread of the laser beam that has passed through the cylindrical lens 22 in the direction parallel to the flat surface 1. Therefore, the laser beam emitted from the semiconductor laser array stack 10 is collimated by the cylindrical lens 22 and the microlens array 24, and is emitted from the first light source 9 as a first parallel beam.
【0023】こうして第1光源9から出射される第1平
行光束は、そのストライプ15がフラット面1に垂直な
方向に配列され、誘電体多層膜6の表面もフラット面1
に垂直となっているため(図1参照)、ストライプの長
手方向に振動する電界成分は、偏光ビームスプリッタ2
の誘電体多層膜6の表面に対しp偏光となる。このた
め、第1平行光束は偏光ビームスプリッタ2を透過す
る。In this manner, the first parallel light flux emitted from the first light source 9 has the stripes 15 arranged in a direction perpendicular to the flat surface 1, and the surface of the dielectric multilayer film 6 also has the flat surface 1.
(See FIG. 1), the electric field component oscillating in the longitudinal direction of the stripe is polarized by the polarization beam splitter 2.
The surface of the dielectric multilayer film 6 becomes p-polarized light. Therefore, the first parallel light beam passes through the polarization beam splitter 2.
【0024】一方、第2光源11は以下のように構成さ
れる。On the other hand, the second light source 11 is configured as follows.
【0025】即ち、第2光源11は、図1に示すよう
に、各半導体レーザアレイ26がTMモードの光を出射
するように構成されている以外は第1光源9と同様な構
成を有する。第2光源11は、半導体レーザアレイスタ
ック28を有し、半導体レーザアレイスタック28は、
その出射光軸29が偏光ビームスプリッタ2の第2受光
面8bに直交するように配置され、この出射光軸29
は、第1光源9の出射光軸13と直交している。従っ
て、電極12a,12b間に電圧を印加すると、半導体
レーザアレイスタック28からは、フラット面1に垂直
な方向に並んだ複数の平面状のレーザ光が第2受光面8
bに向けて出射され、出射光軸29に垂直な面内で発光
パターンがストライプ状になる。That is, as shown in FIG. 1, the second light source 11 has the same configuration as the first light source 9 except that each semiconductor laser array 26 is configured to emit TM mode light. The second light source 11 has a semiconductor laser array stack 28, and the semiconductor laser array stack 28
The output optical axis 29 is disposed so as to be orthogonal to the second light receiving surface 8b of the polarization beam splitter 2, and the output optical axis 29
Is orthogonal to the emission optical axis 13 of the first light source 9. Therefore, when a voltage is applied between the electrodes 12 a and 12 b, a plurality of planar laser beams arranged in a direction perpendicular to the flat surface 1 are output from the semiconductor laser array stack 28 to the second light receiving surface 8.
b, and the light emission pattern is striped in a plane perpendicular to the emission optical axis 29.
【0026】ここで、第2光源11から出射される第2
平行光束がTMモード光となるためには、第2光源11
の半導体レーザアレイ26が、引張り歪みを持った量子
井戸構造で構成される必要がある。即ち、量子井戸層の
格子定数が障壁層の格子定数よりも小さい場合、引張り
歪みによりバンド構造が変化しTMモード発振が起こ
る。より詳細に説明すると、図3に示すように、歪みの
無いバルク半導体では、価電子帯の重い正孔帯(HH)
と軽い正孔帯(LH)の上端は縮退している(図3
(a)参照)が、歪みが加わるとその縮退が解け、圧縮
歪みでは重い正孔帯(HH)が価電子帯上端に(図3
(b)参照)、引張り歪みでは軽い正孔帯(LH)が価
電子帯上端になる(図3(c)参照)。従って、圧縮歪
みでは、電子−重い正孔間(E−HH)遷移が、引張り
歪みでは電子−軽い正孔帯(E−LH)遷移が主要な遷
移となる。そして、E−HH遷移は、TE波の増幅に寄
与し、E−LH遷移はTM波の増幅に寄与する。Here, the second light emitted from the second light source 11
In order for the parallel light beam to become the TM mode light, the second light source 11
Semiconductor laser array 26 needs to be configured in a quantum well structure having tensile strain. That is, when the lattice constant of the quantum well layer is smaller than the lattice constant of the barrier layer, the band structure changes due to tensile strain, and TM mode oscillation occurs. More specifically, as shown in FIG. 3, in a bulk semiconductor without distortion, a hole band (HH) having a heavy valence band is used.
The upper end of the light hole zone (LH) is degenerated (FIG. 3).
(See FIG. 3A.) However, when strain is applied, its degeneracy is released, and in compressive strain, a heavy hole band (HH) is located at the upper end of the valence band (FIG. 3).
(See FIG. 3B), and in the tensile strain, the light hole band (LH) becomes the upper end of the valence band (see FIG. 3C). Therefore, in the compression strain, the electron-heavy hole (E-HH) transition becomes the main transition, and in the tensile strain, the electron-light hole band (E-LH) transition becomes the main transition. The E-HH transition contributes to the amplification of the TE wave, and the E-LH transition contributes to the amplification of the TM wave.
【0027】具体的には、半導体レーザアレイ26は、
例えばInGaAsP/InGaP材料系、あるいはI
nGaAsP/InGaAsP材料系で構成され、各元
素の混晶比を適当に選ぶことにより半導体レーザアレイ
26に引張り歪みが導入される。なお、図3(a)〜
(c)において、縦軸はエネルギー、横軸は波数を表
す。More specifically, the semiconductor laser array 26
For example, InGaAsP / InGaP material system, or I
The semiconductor laser array 26 is made of an nGaAsP / InGaAsP material system, and a tensile strain is introduced into the semiconductor laser array 26 by appropriately selecting a mixed crystal ratio of each element. In addition, FIG.
In (c), the vertical axis represents energy, and the horizontal axis represents wave number.
【0028】こうして量子井戸構造に引張り歪みを導入
すると、TMモード発振が起こり、第2平行光束は、T
Mモード光となる。従って、第2平行光束は、そのスト
ライプの長手方向に垂直な方向に振動する電界成分(第
2電界成分)を有する。そして、この電界成分は、偏光
ビームスプリッタ2の誘電体多層膜6の裏面に対しs偏
光となるので、第2平行光束は誘電体多層膜6の裏面で
選択的に反射される。When tensile strain is introduced into the quantum well structure in this manner, TM mode oscillation occurs, and the second parallel light beam
It becomes M mode light. Therefore, the second parallel light beam has an electric field component (second electric field component) that vibrates in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the stripe. Then, this electric field component becomes s-polarized light with respect to the back surface of the dielectric multilayer film 6 of the polarization beam splitter 2, so that the second parallel light flux is selectively reflected by the back surface of the dielectric multilayer film 6.
【0029】次に、前述した構成を有するレーザ装置5
0の動作について説明する。Next, the laser device 5 having the above-described configuration will be described.
The operation of 0 will be described.
【0030】まず、第1光源9において電極12a,1
2b間に電圧を印加すると、半導体レーザアレイスタッ
ク10からその出射光軸13に垂直な面7内で発光パタ
ーンがストライプ状となるレーザ光束が出射され、この
レーザ光束は、シリンドリカルレンズ22及びマイクロ
レンズアレイ24によって平行化され、第1平行光束と
して偏光ビームスプリッタ2の第1受光面8aに向けて
出射される。第1平行光束は、透光性部材4aを透過し
て誘電体多層膜6の表面に入射する。このとき、第1平
行光束は、誘電体多層膜6の表面に対しp偏光となるの
で、誘電体多層膜6を透過する。First, in the first light source 9, the electrodes 12a, 1
When a voltage is applied between 2b, the semiconductor laser array stack 10 emits a laser beam having a light emission pattern in a stripe shape in a plane 7 perpendicular to the emission optical axis 13 of the stack, and the laser beam is formed by the cylindrical lens 22 and the micro lens. The light is collimated by the array 24 and emitted toward the first light receiving surface 8a of the polarizing beam splitter 2 as a first parallel light flux. The first parallel light beam passes through the light transmitting member 4 a and enters the surface of the dielectric multilayer film 6. At this time, the first parallel light flux becomes p-polarized light with respect to the surface of the dielectric multilayer film 6 and passes through the dielectric multilayer film 6.
【0031】一方、第2光源11において、電極12
a,12b間に電圧を印加すると、半導体レーザアレイ
スタック26からレーザ光束が出射され、このレーザ光
束は、シリンドリカルレンズ22及びマイクロレンズア
レイ24によって平行化され、第2平行光束として偏光
ビームスプリッタ2の第2受光面8bに向けて出射され
る。第2平行光束は、透光性部材4bを透過して誘電体
多層膜6の裏面に入射する。このとき、第2平行光束
は、誘電体多層膜6の裏面に対しs偏光となるので、誘
電体多層膜6の裏面で反射される。On the other hand, in the second light source 11, the electrode 12
When a voltage is applied between a and 12b, a laser beam is emitted from the semiconductor laser array stack 26, and the laser beam is collimated by the cylindrical lens 22 and the microlens array 24, and is converted into a second parallel beam by the polarization beam splitter 2. The light is emitted toward the second light receiving surface 8b. The second parallel light beam passes through the light transmitting member 4b and enters the back surface of the dielectric multilayer film 6. At this time, the second parallel light flux becomes s-polarized light with respect to the back surface of the dielectric multilayer film 6, and is reflected on the back surface of the dielectric multilayer film 6.
【0032】このとき、第1平行光束のストライプがフ
ラット面1に垂直な方向に配列され、第2平行光束のス
トライプもフラット面1に垂直な方向に配列されるた
め、誘電体多層膜6において、第1平行光束と第2平行
光束のストライプが互いに平行になり得る。従って、誘
電体多層膜6を透過する第1平行光束のストライプと、
誘電体多層膜6の裏面で反射される第2平行光束のスト
ライプとが互いに交差することなく合成されることが可
能となり、合成光の光パワー密度が均一となる。このた
め、比較的高出力で動作する半導体レーザアレイスタッ
ク10,28を有する第1光源9及び第2光源11を用
いる場合でも、過大な光強度による偏光ビームスプリッ
タ2の破損が十分に防止される。At this time, the stripes of the first parallel light beam are arranged in the direction perpendicular to the flat surface 1 and the stripes of the second parallel light beam are also arranged in the direction perpendicular to the flat surface 1. , The stripes of the first parallel light beam and the second parallel light beam may be parallel to each other. Therefore, the stripe of the first parallel light beam transmitted through the dielectric multilayer film 6 is:
The stripes of the second parallel light beam reflected on the back surface of the dielectric multilayer film 6 can be combined without crossing each other, and the optical power density of the combined light becomes uniform. Therefore, even when the first light source 9 and the second light source 11 having the semiconductor laser array stacks 10 and 28 operating at a relatively high output are used, breakage of the polarization beam splitter 2 due to excessive light intensity is sufficiently prevented. .
【0033】さらに、誘電体多層膜6の裏面でs偏光が
選択的に反射されるため、反射率の向上を図るべく誘電
体多層膜6の裏面に、Au等からなる反射膜をコーティ
ングする必要がなくなる。従って、レーザ装置50の製
造が容易となり、また、コストも低減することができ
る。Further, since the s-polarized light is selectively reflected on the back surface of the dielectric multilayer film 6, it is necessary to coat a reflective film made of Au or the like on the back surface of the dielectric multilayer film 6 in order to improve the reflectance. Disappears. Therefore, the manufacture of the laser device 50 becomes easy, and the cost can be reduced.
【0034】こうして合成された合成光は、集光レンズ
等で集光することによりレーザ加工や固体レーザ励起等
に利用することができる。The combined light thus combined can be used for laser processing, solid-state laser excitation, and the like by condensing with a condenser lens or the like.
【0035】次に、本発明のレーザ装置の第2の実施形
態について説明する。Next, a second embodiment of the laser device of the present invention will be described.
【0036】図4は、本発明のレーザ装置の第2実施形
態を概略的に示す斜視図である。図4に示すように、本
実施形態に係るレーザ装置70においては、第1光入射
手段29は、偏光ビームスプリッタ2の第1受光面8a
に平行な第1フラット面30上に配置され、第2光入射
手段31は、第2受光面8bに平行な第2フラット面3
2上に配置され、レーザ装置70は、第1光入射手段2
9及び第2光入射手段31が以下のように構成されてい
る点で第1実施形態のレーザ装置50と異なっている。FIG. 4 is a perspective view schematically showing a second embodiment of the laser device of the present invention. As shown in FIG. 4, in the laser device 70 according to the present embodiment, the first light incident means 29 is provided with the first light receiving surface 8 a of the polarization beam splitter 2.
The second light incidence means 31 is disposed on a first flat surface 30 parallel to the second flat surface 3 parallel to the second light receiving surface 8b.
2 and the laser device 70 is provided on the first light incidence unit 2.
9 and the second light incidence means 31 are different from the laser device 50 of the first embodiment in that they are configured as follows.
【0037】即ち、まず第1光入射手段29は、四角形
状に4点配列される4つの第1光源34a,34b,3
4c,34dを備えている。第1光源34a〜34dの
配置形状としては、四角形状であればよく、例えば正方
形状、長方形状、菱形形状等を採用することができる。That is, first, the first light incident means 29 comprises four first light sources 34a, 34b, 3
4c and 34d. The arrangement shape of the first light sources 34a to 34d may be a square shape, for example, a square shape, a rectangular shape, a rhombic shape, or the like.
【0038】また、4つの第1光源34a〜34dの内
側には、第1光源34a〜34dから出射される平行光
束を同一方向に且つ第1フラット面130に垂直な方向
に反射する第1反射体36が配置され、第1反射体36
は、各第1光源34a〜34dから出射される平行光束
を偏光ビームスプリッタ2の第1受光面8aに向けて反
射する。Further, inside the four first light sources 34a to 34d, first reflections for reflecting parallel light beams emitted from the first light sources 34a to 34d in the same direction and perpendicular to the first flat surface 130 are provided. The body 36 is disposed and the first reflector 36
Reflects the parallel luminous flux emitted from each of the first light sources 34a to 34d toward the first light receiving surface 8a of the polarizing beam splitter 2.
【0039】ここで、第1反射体36の構成について説
明する。Here, the configuration of the first reflector 36 will be described.
【0040】図5は、第1反射体36の構成を示す斜視
図である。図5に示すように、第1反射体36は、第1
フラット面30上に配置される直方体状の固定台38を
有し、固定台38の上面上には4つの反射部40a〜4
0dが固定されている。反射部40a〜40dはそれぞ
れ、固定台38の上面と45°の角度をなす反射面42
a〜42dを有し、反射面42a〜42dはそれぞれ固
定台38の上面の周縁部を交線としている。4つの反射
面42a〜42dは、これらを右回りにみたとき、固定
台38の上面に直交する軸Cの回りに90°ずつ回転し
た状態でそれぞれ配置されている。FIG. 5 is a perspective view showing the structure of the first reflector 36. As shown in FIG. 5, the first reflector 36 is
It has a rectangular parallelepiped fixed base 38 disposed on the flat surface 30, and has four reflecting portions 40 a to 4 on the upper surface of the fixed base 38.
0d is fixed. The reflecting portions 40a to 40d each have a reflecting surface 42 which forms an angle of 45 °
a to 42d, and each of the reflection surfaces 42a to 42d has a peripheral portion of the upper surface of the fixed base 38 as a line of intersection. The four reflecting surfaces 42a to 42d are arranged in a state where they are rotated by 90 ° around an axis C orthogonal to the upper surface of the fixed base 38 when viewed clockwise.
【0041】反射部40a〜40dとしては、図6にも
示すように、例えば互いに直交する2つの直交面44
a,44bと、これら直交面44a,44bと45°の
角度をなす斜面46とを有し且つ断面が二等辺三角形状
の三角柱状体が用いられる。こうした三角柱状体は、例
えばガラスや金属等からなる。三角柱状体は、直交面4
4a又は44bが固定台38の上面に接し且つ第1光源
34a〜34dから出射される平行光束が固定台38の
上方に反射されるように固定台38に固定されること、
即ち斜面46が反射面42a〜42dとなっていること
が好ましい。これにより、4つの反射部40a〜40d
のそれぞれの反射面42a〜42dが互いに近接するこ
ととなり、各反射面42a〜42dで出射される平行光
束が互いに近接する。従って、これら平行光束群の光強
度分布の均一化が図られる。また、4つの平行光束が近
接するので、これら平行光束群を受光する偏光ビームス
プリッタ2を小型化することが可能となる。As shown in FIG. 6, the reflecting portions 40a to 40d are, for example, two orthogonal surfaces 44 orthogonal to each other.
a, 44b, and a slope 46 having an angle of 45 ° with the orthogonal surfaces 44a, 44b, and a triangular prism having a cross section of an isosceles triangle is used. Such a triangular prism is made of, for example, glass or metal. The triangular prism is the orthogonal plane 4
4a or 44b is fixed to the fixed base 38 so that the parallel light flux emitted from the first light sources 34a to 34d is in contact with the upper surface of the fixed base 38 and reflected above the fixed base 38;
That is, it is preferable that the slope 46 be the reflection surfaces 42a to 42d. Thereby, the four reflecting portions 40a to 40d
Are brought close to each other, and the parallel luminous fluxes emitted from each of the reflection surfaces 42a to 42d come close to each other. Therefore, the light intensity distribution of these parallel light flux groups is made uniform. Further, since the four parallel light beams are close to each other, it is possible to reduce the size of the polarizing beam splitter 2 that receives these parallel light beam groups.
【0042】ここで、三角柱状体の斜面46上には、図
7に示すように、誘電体多層膜48がコーティングされ
ることが好ましい。この場合、誘電体多層膜48の表面
が反射面42aを構成する。これにより、第1光源34
aから出射される平行光束の反射率がより向上し、レー
ザ装置70から出射される光パワー密度が増加する。Here, it is preferable that a dielectric multilayer film 48 is coated on the slope 46 of the triangular prism as shown in FIG. In this case, the surface of the dielectric multilayer film 48 forms the reflection surface 42a. Thereby, the first light source 34
The reflectivity of the parallel light flux emitted from a is further improved, and the optical power density emitted from the laser device 70 is increased.
【0043】一方、第1光源34a〜34bとしては、
第1実施形態の第1光源9と同様の構成を有するものが
用いられる。図4に示すように、第1光源34a〜34
dの出射光軸52a〜52dはいずれも第1フラット面
30に平行となっている。更に、半導体レーザアレイス
タック10は、隣接する半導体レーザアレイスタック1
0同士の半導体レーザアレイ14の積層方向が互いに直
交するように配置され、且つ第1反射体36で反射され
る4つの平行光束が偏光ビームスプリッタ2の誘電体多
層膜6の表面に対しp偏光となるように配置されてい
る。On the other hand, as the first light sources 34a to 34b,
A light source having the same configuration as the first light source 9 of the first embodiment is used. As shown in FIG. 4, the first light sources 34a-34
The outgoing optical axes 52a to 52d of d are all parallel to the first flat surface 30. Further, the semiconductor laser array stack 10 includes the adjacent semiconductor laser array stack 1.
The four parallel light beams reflected by the first reflector 36 are p-polarized with respect to the surface of the dielectric multilayer film 6 of the polarization beam splitter 2. It is arranged so that it becomes.
【0044】従って、半導体レーザアレイスタック10
からは、第1フラット面30に垂直な方向に並んだ複数
の平面状のレーザ光束が出射され、このレーザ光束は、
シリンドリカルレンズ22及びマイクロレンズアレイ2
4(図4では省略)によって平行化され、平行光束とし
て出射される。Accordingly, the semiconductor laser array stack 10
Emits a plurality of planar laser light beams arranged in a direction perpendicular to the first flat surface 30, and this laser light beam
Cylindrical lens 22 and micro lens array 2
4 (omitted in FIG. 4), and is emitted as a parallel light beam.
【0045】ここで、第1光源34aの半導体レーザア
レイスタック10から出射される平行光束はTEモード
であり、そのストライプの長手方向に振動する電界成分
(第1電界成分)を有する。そして、第1光源34a
は、図8に示すように、第1反射体36に対して、その
出射光軸52aが反射面42aと交差するように配置さ
れている。従って、第1光源34aから出射される平行
光束は、反射面42aの方向に向けて出射される。Here, the parallel light beam emitted from the semiconductor laser array stack 10 of the first light source 34a is in the TE mode, and has an electric field component (first electric field component) oscillating in the longitudinal direction of the stripe. Then, the first light source 34a
As shown in FIG. 8, is disposed on the first reflector 36 such that the emission optical axis 52a intersects the reflection surface 42a. Therefore, the parallel light flux emitted from the first light source 34a is emitted toward the reflection surface 42a.
【0046】ここで、第1光源34aの出射光軸52a
は、第1フラット面30に平行となっているため、第1
光源34aの出射光軸52aは反射面42aと45°の
角度をなすことになる。このため、反射面42aで反射
される平行光束の反射光軸54aは、第1フラット面3
0に直交する。従って、第1光源34aからは、出射光
軸52aに沿って平行光束が出射され、平行光束は反射
面42aで上方に向かって反射される。Here, the emission optical axis 52a of the first light source 34a
Is parallel to the first flat surface 30, so that the first
The emission optical axis 52a of the light source 34a forms an angle of 45 ° with the reflection surface 42a. For this reason, the reflection optical axis 54a of the parallel light beam reflected by the reflection surface 42a is
Orthogonal to 0. Therefore, a parallel light beam is emitted from the first light source 34a along the emission optical axis 52a, and the parallel light beam is reflected upward by the reflection surface 42a.
【0047】第1光源34bは、図9に示すように、第
1光源34aに対し第1反射体36を介して対向配置さ
れ、第1光源34bの出射光軸52bは、第1フラット
面30に平行で且つ反射面42bと交差している。一
方、第1光源34c、34dは、第1光源34a,34
bを結ぶ方向と直交する方向に沿って配置され、第1光
源34c,34d間には第1反射体36が配置されてい
る。また、第1光源34c,34dの出射光軸52c,
52dはそれぞれ第1フラット面30に平行となってい
る。そして、第1光源34cは、反射面42cに対向
し、その出射光軸52cは反射面42cと交差してい
る。また、第1光源34dは、反射面42dに対向し、
その出射光軸52dは反射面42dと交差している。As shown in FIG. 9, the first light source 34b is opposed to the first light source 34a via the first reflector 36, and the emission optical axis 52b of the first light source 34b is And intersects the reflection surface 42b. On the other hand, the first light sources 34c and 34d are the first light sources 34a and 34d.
The first reflector 36 is disposed between the first light sources 34c and 34d. Also, the emission optical axes 52c of the first light sources 34c and 34d,
52d are each parallel to the first flat surface 30. The first light source 34c faces the reflection surface 42c, and the emission optical axis 52c intersects the reflection surface 42c. Further, the first light source 34d faces the reflection surface 42d,
The exit optical axis 52d intersects with the reflection surface 42d.
【0048】ここで、第1光源34b〜34dの出射光
軸52a〜52dはそれぞれ、反射面42b〜42dと
45°の角度をなしているため、反射面42b〜42d
で反射される平行光束の反射光軸54a〜54dは第1
フラット面30に直交する。従って、第1光源34a〜
34dの反射光軸54a〜54dは互いに平行となる。Here, since the emission optical axes 52a to 52d of the first light sources 34b to 34d are at 45.degree. To the reflection surfaces 42b to 42d, respectively, the reflection surfaces 42b to 42d are formed.
The reflected light axes 54a to 54d of the parallel light beams reflected by
It is orthogonal to the flat surface 30. Therefore, the first light sources 34a to 34a
The 34d reflected optical axes 54a to 54d are parallel to each other.
【0049】一方、図4に示すように、第2光入射手段
31は、第1光源34a〜34dに代えて、第1実施形
態の第2光源11と同様の第2光源56a〜56dを用
いた以外は、第1光入射手段29と同様の構成を有す
る。但し、第2光源56a〜56dは、第2反射体36
で反射される平行光束のストライプが互いに平行とな
り、且つそのストライプの長手方向に垂直な方向に振動
する電界成分が誘電体多層膜6の裏面に対してs偏光と
なるように配置されている。On the other hand, as shown in FIG. 4, the second light incident means 31 uses second light sources 56a to 56d similar to the second light source 11 of the first embodiment, instead of the first light sources 34a to 34d. Except for this, it has the same configuration as the first light incidence means 29. However, the second light sources 56a to 56d are connected to the second reflector 36.
Are arranged such that the electric field components oscillating in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the stripe become parallel to each other and the electric field component oscillating in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the stripe becomes s-polarized light with respect to the back surface of the dielectric multilayer film 6.
【0050】次に、前述した構成を有するレーザ装置7
0の動作について説明する。Next, the laser device 7 having the above-described configuration will be described.
The operation of 0 will be described.
【0051】まず、第1光源34a〜34dのそれぞれ
において電極12a,12b間に電圧を印加すると、各
半導体レーザアレイスタック10から出射されるレーザ
光束は、シリンドリカルレンズ22及びマイクロレンズ
アレイ24によって平行光化され、出射光軸52a〜5
2dに沿って平行光束として出射される。First, when a voltage is applied between the electrodes 12a and 12b in each of the first light sources 34a to 34d, the laser beam emitted from each semiconductor laser array stack 10 is collimated by the cylindrical lens 22 and the micro lens array 24. Outgoing optical axes 52a-5
The light is emitted as a parallel light beam along 2d.
【0052】出射された平行光束は、図9に示すよう
に、反射部40a〜40dの各反射面42a〜42dに
入射され、各反射面42a〜42dで、反射光軸54a
〜54dに沿って、即ち第1フラット面30に垂直な方
向に沿って反射される。このとき、各第1光源34a〜
34dの反射光軸54a〜54dは互いに平行であるた
め、図10に示すように、4つの平行光束はともに同一
方向に、且つ第1フラット面30に垂直な方向に反射さ
れる。また、各反射面42a〜42dで反射される平行
光束同士は重なり合うことがなく、反射される平行光束
群のストライプは互いに平行となる。As shown in FIG. 9, the emitted parallel light beam enters the respective reflecting surfaces 42a to 42d of the reflecting portions 40a to 40d, and is reflected by the reflecting optical axes 54a to 42d at the respective reflecting surfaces 42a to 42d.
5454d, that is, along the direction perpendicular to the first flat surface 30. At this time, the first light sources 34a to 34a
Since the 34d reflected light axes 54a to 54d are parallel to each other, the four parallel light beams are reflected in the same direction and perpendicular to the first flat surface 30, as shown in FIG. Further, the parallel light beams reflected by the respective reflection surfaces 42a to 42d do not overlap with each other, and the stripes of the parallel light beam group reflected are parallel to each other.
【0053】こうして反射される4つの平行光束は、図
4に示すように、第1平行光束として偏光ビームスプリ
ッタ2の第1受光面8aに入射される。このとき、第1
平行光束は、4つの第1光源34a〜34dによって作
り出されるので、誘電体多層膜6の表面に入射されるス
トライプの数は、第1実施形態の如く1つの光源を用い
る場合に比べて4倍となる。また、第1平行光束は、偏
光ビームスプリッタ2の誘電体多層膜6の表面に対しp
偏光となるので、偏光ビームスプリッタ2を透過する。The four parallel light beams thus reflected enter the first light receiving surface 8a of the polarizing beam splitter 2 as a first parallel light beam, as shown in FIG. At this time, the first
Since the parallel luminous flux is generated by the four first light sources 34a to 34d, the number of stripes incident on the surface of the dielectric multilayer film 6 is four times that in the case where one light source is used as in the first embodiment. Becomes Further, the first parallel light beam is applied to the surface of the dielectric multilayer film 6 of the polarization beam splitter 2 by p
Since the light is polarized, it passes through the polarization beam splitter 2.
【0054】一方、第2光入射手段31において、各光
源56a〜56dの電極12a,12b間に電圧を印加
すると、各半導体レーザアレイスタック28から出射さ
れるレーザ光束は、シリンドリカルレンズ22及びマイ
クロレンズアレイ24によって平行光化され、出射光軸
58a〜58dに沿って平行光束として出射される。出
射された平行光束は、第2反射体36の反射部40a〜
40dの各反射面42a〜42dに入射され、各反射面
42a〜42dで第2フラット面32に垂直な方向に反
射される。このとき、第1光入射手段29と同様に、4
つの平行光束はともに同一方向に、且つ第2フラット面
32に垂直な方向に反射される。従って、各反射面42
a〜42dで反射される平行光束同士は重なり合うこと
がなく、また、反射される平行光束群のストライプは互
いに平行となる。On the other hand, when a voltage is applied between the electrodes 12a and 12b of each of the light sources 56a to 56d in the second light incidence means 31, the laser beam emitted from each of the semiconductor laser array stacks 28 changes the cylindrical lens 22 and the micro lens The light is collimated by the array 24 and emitted as a parallel light beam along the emission optical axes 58a to 58d. The emitted parallel light beams are reflected by the reflection portions 40a to 40a of the second reflector 36.
The light is incident on each of the reflection surfaces 42a to 42d of 40d, and is reflected by the respective reflection surfaces 42a to 42d in a direction perpendicular to the second flat surface 32. At this time, similar to the first light incident means 29, 4
The two parallel light beams are reflected in the same direction and in a direction perpendicular to the second flat surface 32. Therefore, each reflection surface 42
The parallel light beams reflected by a to 42d do not overlap each other, and the stripes of the parallel light beam group reflected are parallel to each other.
【0055】こうして反射される4つの平行光束は第2
平行光束として、偏光ビームスプリッタ2の第2受光面
8bに入射される。ここで、第2平行光束はTMモード
である。即ち、第2平行光束は、ストライプに垂直な方
向に振動する電界成分を有する。従って、第2平行光束
は、偏光ビームスプリッタ2の誘電体多層膜6の裏面に
対しs偏光となり、その裏面で反射される。The four parallel light beams reflected in this manner are the second parallel light beams.
The light is incident on the second light receiving surface 8b of the polarization beam splitter 2 as a parallel light beam. Here, the second parallel light beam is in the TM mode. That is, the second parallel light beam has an electric field component that oscillates in a direction perpendicular to the stripe. Therefore, the second parallel light beam becomes s-polarized light with respect to the back surface of the dielectric multilayer film 6 of the polarization beam splitter 2, and is reflected by the back surface.
【0056】こうして、偏光ビームスプリッタ2の誘電
体多層膜6の表面及び裏面に第1平行光束及び第2平行
光束が入射されると、誘電体多層膜6において、第1平
行光束のストライプと第2平行光束のストライプとが互
いに平行となって入射される。Thus, when the first parallel light flux and the second parallel light flux are incident on the front and back surfaces of the dielectric multilayer film 6 of the polarization beam splitter 2, the stripe of the first parallel light flux and the The two parallel light flux stripes are incident parallel to each other.
【0057】従って、誘電体多層膜6を透過する第1平
行光束のストライプと、誘電体多層膜6の裏面で反射さ
れる第2平行光束のストライプとが互いに交差すること
なく合成されることが可能となり、合成光の光パワー密
度が均一となる。更に、第1平行光束、第2平行光束は
それぞれ、4つの光源によって作り出されるので、誘電
体多層膜6に入射されるストライプの数は単一の光源を
用いる場合に比べて4倍となる。従って、これらの合成
光のストライプの数も、第1光入射手段29及び第2光
入射手段31としてそれぞれ単一の光源を用いる場合に
比べて4倍となり、光パワー密度が大幅に向上する。更
に、このように光パワー密度が大幅に向上しても、第1
平行光束のストライプと第2平行光束のストライプとが
重なり合うことがないので、過大な光強度による偏光ビ
ームスプリッタ2の破損も十分に防止される。Therefore, the stripe of the first parallel light beam transmitted through the dielectric multilayer film 6 and the stripe of the second parallel light beam reflected on the back surface of the dielectric multilayer film 6 can be synthesized without intersecting each other. It becomes possible, and the optical power density of the combined light becomes uniform. Furthermore, since the first parallel light flux and the second parallel light flux are generated by four light sources, respectively, the number of stripes incident on the dielectric multilayer film 6 is four times that in the case where a single light source is used. Accordingly, the number of stripes of the combined light is four times as large as the case where a single light source is used as each of the first light incidence means 29 and the second light incidence means 31, and the light power density is greatly improved. Furthermore, even if the optical power density is greatly improved, the first
Since the stripe of the parallel light flux and the stripe of the second parallel light flux do not overlap, breakage of the polarization beam splitter 2 due to excessive light intensity is sufficiently prevented.
【0058】また、誘電体多層膜6の裏面にはs偏光が
入射され、それが選択的に反射されるため、反射率の向
上を図るべく誘電体多層膜6の裏面に特別に反射膜等を
コーティングする必要がなくなる。従って、レーザ装置
70の製造が容易となり、また、コストも低減すること
ができる。Since the s-polarized light is incident on the back surface of the dielectric multilayer film 6 and is selectively reflected, a special reflective film or the like is provided on the back surface of the dielectric multilayer film 6 in order to improve the reflectance. No need to be coated. Therefore, the manufacture of the laser device 70 is facilitated, and the cost can be reduced.
【0059】こうして合成された合成光は、集光レンズ
等で集光することによりレーザ加工や固体レーザ励起等
に利用することができる。特に、本実施形態のレーザ装
置70においては、合成光の光パワー密度が均一で且つ
大幅に大きくなるので、レーザ加工の分野において特に
有効である。The combined light thus combined can be used for laser processing, solid-state laser excitation, and the like by condensing with a condenser lens or the like. In particular, the laser device 70 of the present embodiment is particularly effective in the field of laser processing because the optical power density of the combined light is uniform and greatly increased.
【0060】なお、本発明は、前述した第1及び第2実
施形態に限定されるものではない。例えば、第2実施形
態において、反射部40a〜40dは、第1フラット面
30に対して45°の角度をなす反射面を有するもので
あれば特に限定されない。例えば、上記第2実施形態で
は、三角柱状体の斜面46上に誘電体多層膜48をコー
ティングしたものが用いられているが、三角柱状体の斜
面46が固定台38の上面に接するように三角柱状体を
固定台38に固定し、直交面44a,44b上に誘電体
多層膜48をコーティングするようにしてもよい。この
場合でも、光パワー密度を向上させることが可能とな
る。また、円柱状体をその中心軸に対して45°の角度
をなす平面で切断し、その切断面を反射面とするように
してもよい。The present invention is not limited to the first and second embodiments. For example, in the second embodiment, the reflection units 40a to 40d are not particularly limited as long as they have a reflection surface that forms an angle of 45 ° with the first flat surface 30. For example, in the second embodiment, the dielectric multilayer film 48 is coated on the inclined surface 46 of the triangular prism, but the triangular prism is inclined so that the inclined surface 46 is in contact with the upper surface of the fixing base 38. The columnar body may be fixed to the fixing table 38, and the orthogonal surfaces 44a and 44b may be coated with the dielectric multilayer film 48. Even in this case, it is possible to improve the optical power density. Further, the columnar body may be cut at a plane that forms an angle of 45 ° with respect to the center axis, and the cut surface may be used as a reflection surface.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、偏
光膜表面に対しては、ストライプの長手方向に振動する
第1電界成分がp偏光として入射され、偏光膜の裏面に
対しては、ストライプの長手方向に直交する方向に振動
する第2電界成分がs偏光として入射されるため、偏光
膜において、偏光膜表面に入射される第1平行光束のス
トライプと、偏光膜裏面に入射される第2平行光束のス
トライプとを平行にすることが可能となる。従って、第
1平行光束と第2平行光束のストライプが互いに交差す
ることなく合成されることが可能となり、レーザ装置か
ら出射される合成光の光パワー密度を均一とすることが
できる。また、偏光膜裏面でs偏光が選択的に反射され
るため、偏光膜裏面に反射膜等をコーティングする必要
がなくなり、レーザ装置の製造が容易となり、コストも
低減することができる。As described above, according to the present invention, the first electric field component oscillating in the longitudinal direction of the stripe is incident as p-polarized light on the surface of the polarizing film, and is incident on the back surface of the polarizing film. Since the second electric field component oscillating in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the stripe is incident as s-polarized light, the first parallel light flux stripe incident on the front surface of the polarizing film and the rear surface of the polarizing film are incident on the polarizing film. This makes it possible to make the stripes of the second parallel light beam parallel to each other. Therefore, the stripes of the first parallel light flux and the second parallel light flux can be combined without intersecting each other, and the light power density of the combined light emitted from the laser device can be made uniform. In addition, since the s-polarized light is selectively reflected on the back surface of the polarizing film, it is not necessary to coat the back surface of the polarizing film with a reflective film or the like, so that the laser device can be easily manufactured and the cost can be reduced.
【図1】本発明のレーザ装置の一実施形態を示す斜視図
である。FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a laser device of the present invention.
【図2】図1の第1光源を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a first light source of FIG. 1;
【図3】無歪み、圧縮歪み、引張り歪みによる半導体レ
ーザアレイの価電子帯のバンド構造の変形を示すグラフ
である。FIG. 3 is a graph showing a deformation of a band structure of a valence band of a semiconductor laser array due to no strain, compression strain, and tensile strain.
【図4】本発明のレーザ装置の他の実施形態を示す斜視
図である。FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the laser device of the present invention.
【図5】図4の第1反射体を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a first reflector of FIG. 4;
【図6】図4の第1反射体を構成する反射部を示す斜視
図である。FIG. 6 is a perspective view showing a reflecting portion constituting the first reflector of FIG. 4;
【図7】図4の第1反射体の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the first reflector of FIG.
【図8】1つの第1光源と第1反射体との位置関係を示
す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a positional relationship between one first light source and a first reflector.
【図9】4つの第1光源と第1反射体との位置関係を示
す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view illustrating a positional relationship between four first light sources and a first reflector.
【図10】4つの第1光源から平行光束が出射された状
態を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a state where parallel light beams are emitted from four first light sources.
2…偏光ビームスプリッタ、6…誘電体多層膜(偏光
膜)、7…光軸に垂直な面、9…第1光源(第1光入射
手段)、11…第2光源(第2光入射手段)、13,2
9…光軸、34a〜34d…第1光源、36…第1反射
体、第2反射体、42a〜42d…反射面、50、70
…レーザ装置、52a〜52d…出射光軸、56a〜5
6d…第2光源。2 polarization beam splitter, 6 dielectric multilayer film (polarization film), 7 surface perpendicular to the optical axis, 9 first light source (first light incidence means), 11 second light source (second light incidence means) ), 13,2
9 optical axis, 34a to 34d first light source, 36 first reflector, second reflector, 42a to 42d reflecting surface, 50, 70
... Laser device, 52a-52d ... Emission optical axis, 56a-5
6d: second light source.
Claims (3)
ライプ状になる第1平行光束及び第2平行光束を偏光ビ
ームスプリッタの偏光膜の表面及び裏面にそれぞれ入射
し、前記第1平行光束及び前記第2平行光束の合成光を
出射するレーザ装置において、 前記第1平行光束として、そのストライプの長手方向に
振動する第1電界成分を有するものを、前記第1電界成
分が前記偏光膜の表面に対しp偏光となるよう前記偏光
ビームスプリッタに入射する第1光入射手段と、 前記第2平行光束として、そのストライプの長手方向に
垂直な方向に振動する第2電界成分を有するものを、前
記第2電界成分が前記偏光膜の裏面に対しs偏光となる
よう前記偏光ビームスプリッタに入射する第2光入射手
段と、を備えることを特徴とするレーザ装置。1. A first parallel light flux and a second parallel light flux whose light emission pattern has a stripe shape in a plane perpendicular to the optical axis are respectively incident on the front surface and the back surface of a polarizing film of a polarizing beam splitter, and the first parallel light beam is provided. And a laser device that emits a composite light beam of the second parallel light beam, wherein the first parallel light beam has a first electric field component vibrating in the longitudinal direction of the stripe, and the first electric field component is A first light incidence means for entering the polarization beam splitter so as to be p-polarized with respect to the surface; and a second parallel light flux having a second electric field component oscillating in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the stripe. A second light incident means for entering the polarization beam splitter such that the second electric field component becomes s-polarized light with respect to the back surface of the polarizing film.
束としてTEモードの平行光束を前記偏光膜の表面に入
射する第1光源を備え、 前記第2光入射手段が、前記第2平行光束としてTMモ
ードの平行光束を前記偏光膜の裏面に入射する第2光源
を備えることを特徴とするレーザ装置。2. The first light incident means includes a first light source for injecting a TE-mode parallel light beam as the first parallel light beam onto a surface of the polarizing film, and the second light incident means includes a second light incident means. A laser device, comprising: a second light source that inputs a TM-mode parallel light beam as a parallel light beam to the back surface of the polarizing film.
直な面内で発光パターンがストライプ状となるように平
行光束を出射する4つの第1光源と、 前記第1光源の内側に配置され、前記第1光源からそれ
ぞれ出射される平行光束を同一方向に反射する4つの反
射面を有する第1反射体とを備え、 前記第2光入射手段は、 四角形状に4点配列され、内側に向けて、出射光軸に垂
直な面内で発光パターンがストライプ状となるように平
行光束を出射する4つの第2光源と、 前記第2光源の内側に配置され、前記第2光源からそれ
ぞれ出射される平行光束を同一方向に反射する4つの反
射面を有する第2反射体とを備え、 前記第1光入射手段は、前記第1反射体で反射される4
つの平行光束を前記第1平行光束として前記偏光膜の表
面に入射するものであり、 前記第2光入射手段は、前記第2反射体で反射される4
つの平行光束を前記第2平行光束として前記偏光膜の裏
面に入射するものである、ことを特徴とする請求項1に
記載のレーザ装置。3. The first light incidence means is arranged at four points in a quadrangular shape, and emits a parallel light beam toward the inside so that a light emission pattern becomes a stripe in a plane perpendicular to an emission optical axis. Two first light sources, and a first reflector disposed inside the first light source, the first reflector having four reflecting surfaces for reflecting parallel light fluxes respectively emitted from the first light sources in the same direction, The light incident means includes four second light sources that are arranged at four points in a quadrangular shape, and emit parallel light beams toward the inside so that the light emission pattern becomes a stripe shape in a plane perpendicular to the emission optical axis; A second reflector disposed inside the two light sources and having four reflecting surfaces for reflecting parallel light fluxes respectively emitted from the second light source in the same direction; 4 reflected by the reflector
Two parallel light fluxes are incident on the surface of the polarizing film as the first parallel light fluxes, and the second light incidence means is reflected by the second reflector.
2. The laser device according to claim 1, wherein two parallel light beams enter the rear surface of the polarizing film as the second parallel light beam. 3.
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