JP2001284730A - Condensing laser device - Google Patents

Condensing laser device

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JP2001284730A
JP2001284730A JP2000097333A JP2000097333A JP2001284730A JP 2001284730 A JP2001284730 A JP 2001284730A JP 2000097333 A JP2000097333 A JP 2000097333A JP 2000097333 A JP2000097333 A JP 2000097333A JP 2001284730 A JP2001284730 A JP 2001284730A
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group
light beam
active layer
prism
parallel
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JP2000097333A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Furuya
伸昭 古谷
Shigeki Yamane
茂樹 山根
Hiromoto Ichihashi
宏基 市橋
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a condensing property even if a semiconductor laser unit where an array semiconductor laser is set to multiple stages is collimated for condensing by a condensing optical system regarding a condensing laser device that condenses the beam of a semiconductor laser with high density for applying to laser machining or the like. SOLUTION: In this condensing laser device that is equipped with a semiconductor laser unit 1 where a plurality of stages of array semiconductor lasers are overlapped, and a collimate optical system 2 that collimates a laser beam from the unit 1 to a group of parallel beams, a first beam group 10-1 is moved in parallel by a first prism 3 that inclines a beam direction to the first beam group 10-1 that is approximately half the group of parallel beams, and a second prism 4 that returns the beam direction to an original position again, thus obtaining a group 11 of composite parallel beams where two stages of the first beam group 10-1 are overlapped to a second beam group 10-2 of the remainder of the group of parallel beams in a direction orthogonally crossing an active layer stripe, and hence improving the condensing property.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザの光線
を高密度に集光してレーザ加工などに応用する、集光レ
ーザ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a condensing laser device for condensing a semiconductor laser beam at a high density and applying it to laser processing or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザは電気エネルギーを光エネ
ルギーに変換する効率が高く、小型であるという特徴が
あるが、個々の半導体レーザは出力が小さく、複数の活
性層ストライプからなるアレイ半導体レーザを使用して
出力を増大させている。例えば数十本の活性層ストライ
プをアレイ化して数十W程度の出力を得るアレイ半導体
レーザがある。さらにはアレイ半導体レーザを数段以上
の多段に重ねて半導体レーザユニットとして数百Wの高
出力を得るユニットが実用化されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor lasers are characterized by high efficiency of converting electric energy into light energy and small size, but each semiconductor laser has a small output and uses an array semiconductor laser comprising a plurality of active layer stripes. To increase the output. For example, there is an array semiconductor laser in which several tens of active layer stripes are arrayed to obtain an output of about several tens of watts. Furthermore, a unit that has a high output of several hundred watts as a semiconductor laser unit by stacking array semiconductor lasers in several or more stages has been put to practical use.

【0003】アレイ半導体レーザは活性層ストライプか
らの多数のレーザ光線を微小なスポットに集光すること
が重要となる。これは加工応用においては加工点の高エ
ネルギー密度を得るためであり、また、YAGなどの固体
レーザを端面励起するにも微小なスポットに集光する必
要がある。アレイ半導体レーザを集光するには各活性層
ストライプからのレーザ光を平行光線群にコリメートす
る、コリメート光学系が必要である。コリメート光学系
は、例えば特開平7−43643号公報などに開示され
ている。コリメートされた平行光線群は、集光レンズな
どの集光光学系により集光する。
It is important for an array semiconductor laser to focus a large number of laser beams from an active layer stripe on a minute spot. This is to obtain a high energy density at the processing point in the processing application, and it is necessary to focus on a minute spot to excite a solid-state laser such as YAG at the end face. In order to focus the array semiconductor laser, a collimating optical system for collimating the laser light from each active layer stripe into a group of parallel light beams is required. The collimating optical system is disclosed in, for example, JP-A-7-43643. The collimated parallel light beam is condensed by a condensing optical system such as a condensing lens.

【0004】アレイ半導体レーザを多段に重ねた半導体
レーザユニットを集光するのも、各活性層ストライプか
らのレーザ光を平行光線群にコリメートし、集光光学系
により集光する。しかしながら、一つの活性層ストライ
プの形状は線状で、例えば幅が100μm、厚みは1μ
mで、さらに、活性層ストライプ方向は250μm間隔
で40本の活性層ストライプがアレイを形成し、全体は
10mmの幅となる。
In order to focus a semiconductor laser unit in which arrayed semiconductor lasers are stacked in multiple stages, laser light from each active layer stripe is collimated into a group of parallel light beams and focused by a focusing optical system. However, the shape of one active layer stripe is linear, for example, 100 μm in width and 1 μm in thickness.
m, and 40 active layer stripes form an array at 250 μm intervals in the active layer stripe direction, and the entire width is 10 mm.

【0005】このため活性層ストライプの方向である幅
方向は光源が大きい。活性層ストライプの厚みは1μm
と小さく、多段に重ねても幅方向に比較して光源は小さ
い。このため、コリメートして集光した集光スポット
も、幅方向が厚み方向に比較して10倍以上大きくな
る。例えばアレイを10段重ねたユニットをNA0.2
の集光光学系で集光したとき、集光スポット形状は幅が
2mmに対し、厚みは100μm程度となる。
Therefore, the light source is large in the width direction which is the direction of the active layer stripe. The thickness of the active layer stripe is 1 μm
The light source is small compared to the width direction even if it is stacked in multiple stages. For this reason, the condensed light spot which is collimated and condensed also becomes ten times or more larger in the width direction than in the thickness direction. For example, a unit with 10 layers of arrays is NA 0.2
When the light is condensed by the condensing optical system described above, the converged spot shape has a width of about 2 mm and a thickness of about 100 μm.

【0006】このように集光スポットの幅と厚みの比が
10倍以上と悪いことは、加工応用における加工品質を
悪くし、また、固体レーザの端面励起などでは均質な励
起を困難にしている。
[0006] As described above, the poor ratio of the width to the thickness of the condensed spot, which is 10 times or more, deteriorates the processing quality in the processing application, and makes it difficult to perform uniform excitation in the end face excitation of a solid-state laser. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、アレイ
半導体レーザを多段に重ねた半導体レーザユニットをコ
リメートして集光光学系により集光した場合、幅方向が
厚み方向に比較して集光性が悪く、例えば集光スポット
の幅と厚みの比が10倍以上となり、集光性が悪いこと
は、レーザ加工や固体レーザの励起など多くの応用で障
害となっている。
As described above, when a semiconductor laser unit in which arrayed semiconductor lasers are stacked in multiple stages is collimated and condensed by a condensing optical system, the light condensed in the width direction is compared with the thickness direction. Poor performance, for example, the ratio of the width to the thickness of the condensed spot is 10 times or more, and poor condensing property is an obstacle in many applications such as laser processing and excitation of a solid-state laser.

【0008】本発明は、アレイ半導体レーザを多段に重
ねた半導体レーザユニットをコリメートして集光光学系
により集光した場合においても集光性の良い集光レーザ
装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a condensing laser device having good condensing properties even when a semiconductor laser unit in which arrayed semiconductor lasers are stacked in multiple stages is collimated and condensed by a condensing optical system. .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、複数の活性層ストライプからなるアレイ半
導体レーザが複数段重ねられた半導体レーザユニット
と、各活性層ストライプからのレーザ光を平行光線群に
コリメートするコリメート光学系と、前記平行光線群を
集光する集光光学系とを有し、前記平行光線群の約半数
の第1光線群に対して光線方向を傾ける第1のプリズム
と再び光線方向を元に戻す第2のプリズムとにより前記
第1光線群を平行移動し、前記平行光線群の残りの第2
光線群に対して前記第1光線群が前記活性層ストライプ
と直交方向に2段に重ねられた、複合平行光線群となる
ようにしたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve this problem, the present invention provides a semiconductor laser unit in which an array semiconductor laser comprising a plurality of active layer stripes is stacked in a plurality of stages, and a laser beam from each active layer stripe. A first collimating optical system for collimating the parallel light beam, and a condensing optical system for condensing the parallel light beam, wherein a first light beam direction is inclined with respect to about half of the first light beam group of the parallel light beam. The first light beam group is translated by a prism and a second prism that returns the direction of the light beam again, and the remaining second light beam of the parallel light beam group is moved.
The first parallel light beam group is a composite parallel light beam group in which the first light beam group overlaps the active layer stripe in two directions in a direction orthogonal to the light beam group.

【0010】また本発明は、複数の活性層ストライプか
らなるアレイ半導体レーザが複数段重ねられた半導体レ
ーザユニットと、各活性層ストライプからの各レーザ光
を平行光線群にコリメートするコリメート光学系と、前
記平行光線群を集光する集光光学系とを有し、前記平行
光線群の約半数の第1光線群に対して光線方向を傾ける
第1のプリズムと再び光線方向を元に戻す第2のプリズ
ムとにより前記活性層ストライプと平行に前記第1光線
群を平行移動し、また前記平行光線群の残りの第2光線
群に対して光線方向を傾ける第3のプリズムと再び光線
方向を元に戻す第4のプリズムとにより前記活性層スト
ライプと直交方向に前記第2光線群を平行移動すること
により、前記第1光線群と前記第2光線群が前記活性層
ストライプと直交方向に2段に重ねられる、複合平行光
線群となるようにしたものである。
The present invention also provides a semiconductor laser unit having a plurality of arrayed semiconductor lasers comprising a plurality of active layer stripes, a collimating optical system for collimating each laser beam from each active layer stripe into a group of parallel light beams, A first prism which tilts the light beam direction with respect to the first light beam group which is about half of the parallel light beam beam, and a second prism which restores the light beam direction again The first prism group translates the first ray group in parallel with the active layer stripe by the prism, and the third prism tilts the ray direction with respect to the remaining second ray group of the parallel ray group. The first light group and the second light group are orthogonal to the active layer stripe by moving the second light group in a direction orthogonal to the active layer stripe by a fourth prism returning to Are two-tiered in direction is obtained by such a composite collimated light ray group.

【0011】これにより、活性層ストライプ方向の集光
性が向上し、加工応用等に対して実用性の高い集光レー
ザ装置が得られる。
As a result, the light-collecting property in the direction of the stripe of the active layer is improved, and a light-collecting laser device which is highly practical for processing applications can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、複数の活性層ストライプからなるアレイ半導体レー
ザが複数段重ねられた半導体レーザユニットと、前記ユ
ニットの前記各活性層ストライプからの各レーザ光を平
行光線群にコリメートするコリメート光学系と、前記平
行光線群を集光する集光光学系を有する集光レーザ装置
において、前記平行光線群の約半数の第1光線群に対し
て光線方向を傾ける第1のプリズムと再び光線方向を元
に戻す第2のプリズムとにより前記第1光線群を平行移
動し、前記平行光線群の残りの第2光線群に対して前記
第1光線群が前記活性層ストライプと直交方向に2段に
重ねられた、複合平行光線群となることを特徴とする集
光レーザ装置であり、活性層ストライプ方向の光源の大
きさを半減し、直交方向の光源の大きさを倍増すること
で集光性を改善するという作用を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser unit in which an array semiconductor laser comprising a plurality of active layer stripes is superposed on a plurality of stages, A collimating optical system that collimates each laser beam into a parallel light beam group and a focusing laser device that has a focusing optical system that focuses the parallel light beam group. The first light beam group is translated by a first prism that tilts the light beam direction and a second prism that restores the light beam direction again, and the first light beam is moved with respect to the remaining second light beam group of the parallel light beam group. A condensing laser device wherein the group is a composite parallel light beam group in which the group is superimposed in two steps in the direction orthogonal to the active layer stripe, wherein the size of the light source in the direction of the active layer stripe is reduced by half. It has the effect of improving the light harvesting by doubling the size of the direction of the light source.

【0013】請求項2に記載の発明は、複数の活性層ス
トライプからなるアレイ半導体レーザが複数段重ねられ
た半導体レーザユニットと、前記ユニットの前記各活性
層ストライプからの各レーザ光を平行光線群にコリメー
トするコリメート光学系と、前記平行光線群を集光する
集光光学系を有する集光レーザ装置において、前記平行
光線群の約半数の第1光線群に対して光線方向を傾ける
第1のプリズムと再び光線方向を元に戻す第2のプリズ
ムとにより前記活性層ストライプと平行に前記第1光線
群を平行移動し、また前記平行光線群の残りの第2光線
群に対して光線方向を傾ける第3のプリズムと再び光線
方向を元に戻す第4のプリズムとにより前記活性層スト
ライプと直交方向に前記第2光線群を平行移動すること
により、前記第1光線群と前記第2光線群とが前記活性
層ストライプと直交方向に2段に重ねられた、複合平行
光線群となることを特徴とする集光レーザ装置であり、
活性層ストライプ方向の光源の大きさを半減し、直交方
向の光源の大きさを倍増することで集光性を改善すると
いう作用を有する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser unit in which an array semiconductor laser comprising a plurality of active layer stripes is superposed on a plurality of stages, and each laser beam from each of the active layer stripes of the unit is converted into a parallel beam group. A collimating optical system for collimating the collimated light beam, and a converging optical system for condensing the parallel light beam group, wherein a first light beam direction is inclined with respect to about half of the first light beam group of the parallel light beam group. The first light group is translated in parallel with the active layer stripe by a prism and a second prism that restores the light direction again, and the light direction is changed with respect to the remaining second light group of the parallel light group. The second prism group is translated in a direction perpendicular to the active layer stripes by a third prism that is tilted and a fourth prism that returns the direction of the light beam to the original direction, thereby obtaining the first prism. Is the line group and the second group of light beams are two-tiered in the orthogonal direction to the active layer stripe, a focused laser device characterized by a composite collimated beam group,
By reducing the size of the light source in the active layer stripe direction by half and doubling the size of the light source in the orthogonal direction, the light collecting property is improved.

【0014】請求項3に記載の発明は、請求項1または
請求項2記載の集光レーザ装置において、複合平行光線
群の前記活性層ストライプ方向の幅と直交方向の高さを
およそ一致させる、シリンドリカル光学素子からなる整
形光学系を有することを特徴とする集光レーザ装置であ
り、複合平行光線群のビーム形状が正方形に近づき、集
光光学系の開口を有効に使用してより集光性が高まると
いう作用を有する。
According to a third aspect of the present invention, in the converging laser device according to the first or second aspect, the width of the composite parallel light beam group in the direction of the active layer stripe and the height in the orthogonal direction are approximately equal to each other. A condensing laser device characterized by having a shaping optical system consisting of a cylindrical optical element.The beam shape of the complex parallel rays approaches a square, and the condensing optical system is effectively used to improve the condensing property. Is increased.

【0015】更に、請求項4に記載の発明のように、請
求項3記載の集光レーザ装置において、シリンドリカル
光学素子をシリンドリカルレンズとするのが好適であ
る。
Further, as in the invention according to claim 4, in the condensing laser device according to claim 3, it is preferable that the cylindrical optical element is a cylindrical lens.

【0016】また、請求項5に記載の発明のように、請
求項1または請求項2記載の集光レーザ装置において、
コリメート光学系がシリンドリカルレンズのアレイより
なることを特徴とする集光レーザ装置とするのが好適で
ある。
According to a fifth aspect of the present invention, in the converging laser device according to the first or second aspect,
It is preferable to use a condensing laser device in which the collimating optical system comprises an array of cylindrical lenses.

【0017】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図3を用いて説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0018】(実施の形態1)図1は本実施の形態によ
る集光レーザ装置の構成を示す概略図であり、(a)は
平面図、(b)は側面図である。図1において、1はア
レイ半導体レーザが複数段重ねられた半導体レーザユニ
ット、2はコリメート光学系、3は第1のプリズム、4
は第2のプリズム、5と6はシリンドリカルレンズ、7
は集光光学系、8は集光スポット、10−1は第1光線
群、10−2は第2光線群、11は複合平行光線群であ
る。
(Embodiment 1) FIGS. 1A and 1B are schematic views showing the configuration of a condensing laser device according to the present embodiment, wherein FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a side view. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a semiconductor laser unit in which a plurality of arrayed semiconductor lasers are stacked, 2 denotes a collimating optical system, 3 denotes a first prism,
Is a second prism, 5 and 6 are cylindrical lenses, 7
Denotes a converging optical system, 8 denotes a converging spot, 10-1 denotes a first ray group, 10-2 denotes a second ray group, and 11 denotes a complex parallel ray group.

【0019】図2は図1の半導体レーザユニット1とコ
リメート光学系2の部分拡大図であり、(a)は平面
図、(b)は側面図である。図1と同一部分は同一番号
を付けた。1−1、1−2、1−3、…は半導体レーザ
ユニット1を構成する個々のアレイ半導体レーザ、2−
1および2−2はコリメート光学系2を構成するシリン
ドリカル光学素子のアレー、9、9−1、9−2、9−
3、…は活性層ストライプである。
FIG. 2 is a partially enlarged view of the semiconductor laser unit 1 and the collimating optical system 2 of FIG. 1, (a) is a plan view, and (b) is a side view. 1 are given the same numbers. .., 1-1, 1-2, 1-3,..., Individual array semiconductor lasers constituting the semiconductor laser unit 1;
Reference numerals 1 and 2-2 denote arrays of cylindrical optical elements constituting the collimating optical system 2, 9, 9-1, 9-2, 9-
3, ... are active layer stripes.

【0020】以下に、本実施の形態の基本的構成を説明
する。半導体レーザユニット1は、図2(b)に示すよ
うに個々のアレイ半導体レーザ1−1、1−2、1−
3、…の重ね合わせより構成され、図2(a)に示すよ
うに個々のアレイ半導体レーザ1−1、1−2、1−
3、…は、複数の活性層ストライプ9−1、9−2、9
−3、…よりなり、活性層ストライプ9は平面図の図2
(a)に示すように、幅は例えば100μm程度と広
く、図2(b)に示すように厚みは例えば1μm程度と
狭い。
Hereinafter, a basic configuration of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 2B, the semiconductor laser unit 1 includes individual array semiconductor lasers 1-1, 1-2, 1--1.
.., And each of the arrayed semiconductor lasers 1-1, 1-2, 1--1 as shown in FIG.
3,... Indicate a plurality of active layer stripes 9-1, 9-2, 9
-3,..., And the active layer stripe 9 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2A, the width is as large as, for example, about 100 μm, and as shown in FIG. 2B, the thickness is as narrow as, for example, about 1 μm.

【0021】コリメート光学系2は、個々の活性層スト
ライプ9に対応した、例えばシリンドリカルレンズによ
るシリンドリカル光学素子のアレー2−1と2−2によ
りなるコリメート光学系2により、平行光線群10を作
る。平行光線群10は約2分割され、図1の第1光線群
10−1と第2光線群10−2となり、第1光線群10
−1は第1のプリズム3で光線方向を傾け、第2のプリ
ズム4で光線方向を元に戻す。その結果、図1(a)、
(b)に示すように、第1光線群10−1と第2光線群
10−2が活性層ストライプ9と直交方向に2段に重ね
られ、複合平行光線群となりシリンドリカル光学素子5
に入る。
The collimating optical system 2 forms a parallel light beam group 10 by the collimating optical system 2 corresponding to each active layer stripe 9 and composed of an array 2-1 and 2-2 of a cylindrical optical element using, for example, a cylindrical lens. The parallel ray group 10 is divided into about two parts, and becomes a first ray group 10-1 and a second ray group 10-2 in FIG.
In the case of -1, the first prism 3 tilts the light beam direction, and the second prism 4 restores the light beam direction. As a result, FIG.
As shown in (b), the first ray group 10-1 and the second ray group 10-2 are superimposed in two steps in the direction orthogonal to the active layer stripe 9 to form a composite parallel ray group, and the cylindrical optical element 5
to go into.

【0022】シリンドリカル光学素子5と6は整形光学
系を構成し、複合平行光線群の幅と高さを一致させ、複
合平行光線群11として、集光光学素子7により集光ス
ポット8を作る。
The cylindrical optical elements 5 and 6 constitute a shaping optical system, and the width and height of the composite parallel light ray group are made to coincide with each other.

【0023】以上のように、半導体レーザユニットのレ
ーザ光線をコリメート光学系でコリメートした平行光線
群を第1光線群と第2光線群の2つに分割し、これらを
活性層ストライプと直交方向に2段に重ねることによ
り、活性層ストライプ方向の光源の大きさを1/2に縮
小して、集光性を改善することができる。これは、小さ
な光源からの光線は、平行光線にコリメートしたとき、
光線の並行性が良く、集光光学系で集光すると小さなス
ポットに集光され、集光性が良いためである。
As described above, the parallel light group obtained by collimating the laser beam of the semiconductor laser unit by the collimating optical system is divided into the first light beam group and the second light beam group, and these are divided in the direction orthogonal to the active layer stripe. By stacking the light sources in two stages, the size of the light source in the active layer stripe direction can be reduced to 1 /, and the light collecting property can be improved. This is because when the light from a small light source is collimated into a parallel light,
This is because the parallelism of the light beams is good, and when the light is condensed by the light condensing optical system, the light is condensed into a small spot and the light condensing property is good.

【0024】本実施の形態では、活性層ストライプ方向
に平行光線群を2つに分割することで、分割した方向の
光源の大きさは半減し、活性層ストライプと直交方向に
2段に重ねることにより、直交方向の光源の大きさは倍
増するが、従来の技術で述べたように、活性層ストライ
プ方向の光源幅は、もともと100μm程度と直交方向
の光源の厚み1μm程度に比較して100倍も大きく、
幅と厚さの光源の大きさ比率が100程度もある。そこ
で本実施の形態のように、活性層ストライプ方向の光源
の大きさを半減し、直交方向の光源の大きさを倍増する
ことで、相対的に光源の大きさ比率を1/4に改善し、
光源の大きさ比率に対応する集光スポットの幅と厚さの
形状比率も1/4となるため、集光性を大きく改善する
ことができる。
In this embodiment, the size of the light source in the divided direction is halved by dividing the parallel light beam into two in the direction of the active layer stripe, and the light is superimposed in two steps in the direction orthogonal to the active layer stripe. , The size of the light source in the orthogonal direction is doubled. However, as described in the related art, the light source width in the active layer stripe direction is originally about 100 μm, which is 100 times as large as the thickness of the light source in the orthogonal direction of about 1 μm. Is also big,
The size ratio of the light source of width and thickness is about 100. Thus, as in the present embodiment, the size of the light source in the active layer stripe direction is reduced by half and the size of the light source in the orthogonal direction is doubled, thereby relatively improving the size ratio of the light source to 1/4. ,
Since the shape ratio of the width and thickness of the condensed spot corresponding to the size ratio of the light source is also 1 /, the condensing property can be greatly improved.

【0025】なお、複合平行光線群の活性層ストライプ
方向の幅と直交方向の高さをおよそ一致させるようなシ
リンドリカル光学素子(例えばシリンドリカルレンズ)
からなる整形光学系を付加することにより、複合平行光
線群のビーム形状が正方形に近づくため、集光光学系の
開口を有効に使用して、より集光性を高めることができ
る。
Incidentally, a cylindrical optical element (for example, a cylindrical lens) that makes the width of the composite parallel light beam group in the active layer stripe direction and the height in the orthogonal direction approximately coincide with each other.
By adding the shaping optical system consisting of, the beam shape of the complex parallel light ray group approaches a square, so that the aperture of the light collecting optical system can be used effectively, and the light collecting property can be further improved.

【0026】(実施の形態2)図3は、本実施の形態に
よる集光レーザ装置の構成を示す概略図であり、(a)
は平面図、(b)は側面図である。図3において、図1
と同一部分は同一の番号を付けた。12は第3のプリズ
ム、13は第4のプリズムである。
(Embodiment 2) FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a condensing laser device according to the present embodiment.
Is a plan view, and (b) is a side view. In FIG. 3, FIG.
The same parts are given the same numbers. Reference numeral 12 denotes a third prism, and reference numeral 13 denotes a fourth prism.

【0027】以下に、本実施の形態の基本的構成を説明
する。半導体レーザユニット1は(実施の形態1)と同
様に、図2(b)に示すような個々のアレイ半導体レー
ザ1−1、1−2、1−3、…の重ね合わせより構成さ
れ、図2(a)に示すように個々のアレイ半導体レーザ
1−1、1−2、1−3、…は、複数の活性層ストライ
プ9−1、9−2、9−3、…よりなり、活性層ストラ
イプ9は平面図の図2(a)に示すように、幅は例えば
100μm程度と広く、図2(b)に示すように厚みは
例えば1μm程度と狭い。
Hereinafter, the basic configuration of the present embodiment will be described. The semiconductor laser unit 1 is configured by superposing individual array semiconductor lasers 1-1, 1-2, 1-3,... As shown in FIG. As shown in FIG. 2A, each of the array semiconductor lasers 1-1, 1-2, 1-3,... Comprises a plurality of active layer stripes 9-1, 9-2, 9-3,. The layer stripe 9 has a wide width of, for example, about 100 μm as shown in FIG. 2A in a plan view, and a narrow thickness of, for example, about 1 μm as shown in FIG. 2B.

【0028】コリメート光学系2は、個々の活性層スト
ライプ9に対応した、例えばシリンドリカルレンズによ
るシリンドリカル光学素子のアレー2−1と2−2によ
りなるコリメート光学系2により、平行光線群10を作
る。平行光線群10は約2分割され、図3の第1光線群
10−1と第2光線群10−2となり、第1光線群10
−1は、第1のプリズム3で光線方向を傾け、再び光線
方向を元に戻す第2のプリズム4により活性層ストライ
プと平行に第1光線群10−1を平行移動する。
The collimating optical system 2 forms a parallel light beam group 10 by the collimating optical system 2 corresponding to each active layer stripe 9 and composed of, for example, a cylindrical optical element array 2-1 and 2-2 by a cylindrical lens. The parallel ray group 10 is divided into about two parts, and becomes a first ray group 10-1 and a second ray group 10-2 in FIG.
In the case of -1, the first prism 3 tilts the light beam direction, and the second light beam direction is restored by the second prism 4 so as to translate the first light beam group 10-1 in parallel with the active layer stripe.

【0029】残りの第2光線群10−2は、第3のプリ
ズム12で光線方向を傾け、再び光線方向を元に戻す第
4のプリズム13により活性層ストライプ9と直交方向
に第2光線群10−2を平行移動する。その結果、図3
(a)、(b)に示すように、第1光線群10−1と第
2光線群10−2が活性層ストライプ9と直交方向に2
段に重ねられ、複合平行光線群となりシリンドリカル光
学素子5に入る。
The remaining second light beam group 10-2 is tilted by the third prism 12 and then returned to the original light beam direction by the fourth prism 13 so as to be orthogonal to the active layer stripe 9 in the second light beam group. 10-2 is translated. As a result, FIG.
As shown in (a) and (b), the first ray group 10-1 and the second ray group 10-2 are orthogonal to the active layer stripe 9 in two directions.
The beams are superimposed on each other and form a group of parallel rays of light, and enter the cylindrical optical element 5.

【0030】シリンドリカル光学素子5と6は整形光学
系を構成し、複合平行光線群の幅と高さを一致させ、複
合平行光線群11として、集光光学素子7により集光ス
ポット8を作る。
The cylindrical optical elements 5 and 6 constitute a shaping optical system, and the width and height of the composite parallel light ray group are made to coincide with each other.

【0031】以上のように、半導体レーザユニットのレ
ーザ光線をコリメート光学系でコリメートした平行光線
群を第1光線群と第2光線群の2つに分割し、これらを
活性層ストライプと直交方向に2段に重ねることによ
り、活性層ストライプ方向の光源の大きさを1/2に縮
小して、集光性を改善することができる。これは、小さ
な光源からの光線は、平行光線にコリメートしたとき、
光線の並行性が良く、集光光学系で集光すると小さなス
ポットに集光され、集光性が良いためである。
As described above, the parallel light beam obtained by collimating the laser beam of the semiconductor laser unit by the collimating optical system is divided into the first light beam group and the second light beam group, and these are divided in the direction orthogonal to the active layer stripe. By stacking the light sources in two stages, the size of the light source in the active layer stripe direction can be reduced to 1 /, and the light collecting property can be improved. This is because when the light from a small light source is collimated into a parallel light,
This is because the parallelism of the light beams is good, and when the light is condensed by the light condensing optical system, the light is condensed into a small spot and the light condensing property is good.

【0032】本実施の形態では、活性層ストライプ方向
に平行光線群を2つに分割することで、分割した方向の
光源の大きさは半減し、活性層ストライプと直交方向に
2段に重ねることにより、直交方向の光源の大きさは倍
増するが、従来の技術で述べたように、活性層ストライ
プ方向の光源幅は、もともと100μm程度と直交方向
の光源の厚み1μm程度に比較して100倍も大きく、
幅と厚さの光源の大きさ比率が100程度もある。そこ
で本実施の形態のように、活性層ストライプ方向の光源
の大きさを半減し、直交方向の光源の大きさを倍増する
ことで、相対的に光源の大きさ比率を1/4に改善し、
光源の大きさ比率に対応する集光スポットの幅と厚さの
形状比率も1/4となるため、集光性を大きく改善する
ことができる。
In this embodiment, the size of the light source in the divided direction is halved by dividing the parallel light beam group into two in the direction of the active layer stripe, and the light is superposed in two steps in the direction orthogonal to the active layer stripe. , The size of the light source in the orthogonal direction is doubled. However, as described in the related art, the light source width in the active layer stripe direction is originally about 100 μm, which is 100 times as large as the thickness of the light source in the orthogonal direction of about 1 μm. Is also big,
The size ratio of the light source of width and thickness is about 100. Thus, as in the present embodiment, the size of the light source in the active layer stripe direction is reduced by half and the size of the light source in the orthogonal direction is doubled, thereby relatively improving the size ratio of the light source to 1/4. ,
Since the shape ratio of the width and thickness of the condensed spot corresponding to the size ratio of the light source is also 1 /, the condensing property can be greatly improved.

【0033】なお、複合平行光線群の活性層ストライプ
方向の幅と直交方向の高さをおよそ一致させるようなシ
リンドリカル光学素子(例えばシリンドリカルレンズ)
からなる整形光学系を付加することにより、複合平行光
線群のビーム形状が正方形に近づくため、集光光学系の
開口を有効に使用して、より集光性を高めることができ
る。
Note that a cylindrical optical element (for example, a cylindrical lens) that makes the width of the composite parallel light beam group in the active layer stripe direction substantially equal to the height in the orthogonal direction.
By adding the shaping optical system consisting of, the beam shape of the complex parallel light ray group approaches a square, so that the aperture of the light collecting optical system can be used effectively, and the light collecting property can be further improved.

【0034】なお、(実施の形態1)の構成ではプリズ
ムを2個使用し、(実施の形態2)の構成ではプリズム
を4個使用しており、(実施の形態1)の構成は、(実
施の形態2)の構成と比べて必要光学部品数が少なくて
済むという特長を有している。
In the structure of the first embodiment, two prisms are used, and in the structure of the second embodiment, four prisms are used. There is a feature that the number of necessary optical components is smaller than that of the configuration of the embodiment 2).

【0035】また、(実施の形態1)の構成で使用する
プリズムは一つの面が二重に傾いた複雑な形態をしてい
るが、(実施の形態2)の構成で使用するプリズムは一
つの面が一方向のみに傾いた単純な形態をしており、
(実施の形態2)の構成は、(実施の形態1)の構成と
比べてプリズムの形態が単純で済むという特長を有して
いる。
The prism used in the configuration of the first embodiment has a complicated shape in which one surface is doubly inclined, but the prism used in the configuration of the second embodiment is one. It has a simple form in which one surface is inclined only in one direction,
The configuration of (Embodiment 2) has a feature that the form of the prism can be simpler than the configuration of (Embodiment 1).

【0036】なお、(実施の形態1)、(実施の形態
2)の構成は、シリンドリカル光学素子のアレー2−1
と2−2よりなるコリメート光学系2を用いて構成され
ているが、コリメート光学系2は、各活性層ストライプ
からのレーザ光線を平行光線群にコリメートできる性能
があれば、シリンドリカル光学素子を使用しなくても良
い。
The configurations of (Embodiment 1) and (Embodiment 2) correspond to the array 2-1 of the cylindrical optical element.
And 2-2, the collimating optical system 2 uses a cylindrical optical element if the collimating optical system 2 is capable of collimating the laser beam from each active layer stripe into a parallel beam group. You don't have to.

【0037】また、(実施の形態1)、(実施の形態
2)の構成は、共にシリンドリカル光学素子5と6から
なる整形光学系を有して複合光線群の幅と高さを一致さ
せて、集光光学系7に入る複合平行光線群11のビーム
形状を正方形に近くすることで、より集光性を高められ
るとしているが、もともと複合光線群のビーム形状が正
方形に近ければ必ずしも必要ではない。
Further, the configurations of (Embodiment 1) and (Embodiment 2) both have a shaping optical system including cylindrical optical elements 5 and 6 so that the width and height of the composite light beam group are matched. It is stated that the converging property can be further improved by making the beam shape of the composite parallel light beam 11 entering the condensing optical system 7 closer to a square, but it is not always necessary if the beam shape of the composite light beam group is originally closer to a square. Absent.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体レ
ーザユニットをコリメートして集光光学系により集光し
たとき、集光スポットの幅と厚みの比を大きく改善して
集光性を向上することが可能となり、たとえば、レーザ
加工では加工品質を向上し、固体レーザ励起では均質な
励起を実現化することができるなど、加工応用等に対し
て実用性の高い集光レーザ装置が得られ、その効果は非
常に大きい。
As described above, according to the present invention, when the semiconductor laser unit is collimated and condensed by the condensing optical system, the ratio of the width to the thickness of the condensed spot is greatly improved and the condensing property is improved. For example, it is possible to improve the processing quality in laser processing and realize uniform excitation in solid-state laser excitation. The effect is very large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態による集光レーザ装置の構
成を示す概念図
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a focusing laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態による集光レーザ装置の一
部分の構成を示す拡大概念図
FIG. 2 is an enlarged conceptual diagram showing a configuration of a part of a condensing laser device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態による集光レーザ装置の構
成を示す概念図
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of a focusing laser device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザユニット 2 コリメート光学系 3 第1のプリズム 4 第2のプリズム 5 シリンドリカルレンズ 6 シリンドリカルレンズ 7 集光光学系 8 集光スポット 9 活性層ストライプ 10 平行光線群 11 複合平行光線群 12 第3のプリズム 13 第4のプリズム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser unit 2 Collimating optical system 3 First prism 4 Second prism 5 Cylindrical lens 6 Cylindrical lens 7 Condensing optical system 8 Condensing spot 9 Active layer stripe 10 Parallel ray group 11 Complex parallel ray group 12 Third Prism 13 Fourth prism

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市橋 宏基 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 Fターム(参考) 4E068 CD05 CD09 CD12 5F073 AB05 AB25 AB27 BA09 EA29 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroki Ichihashi 3-10-1 Higashi-Mita, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term in Matsushita Giken Co., Ltd. 4E068 CD05 CD09 CD12 5F073 AB05 AB25 AB27 BA09 EA29

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の活性層ストライプからなるアレイ
半導体レーザが複数段重ねられた半導体レーザユニット
と、前記ユニットの前記各活性層ストライプからの各レ
ーザ光を平行光線群にコリメートするコリメート光学系
と、前記平行光線群を集光する集光光学系を有する集光
レーザ装置において、前記平行光線群の約半数の第1光
線群に対して光線方向を傾ける第1のプリズムと再び光
線方向を元に戻す第2のプリズムとにより前記第1光線
群を平行移動し、前記平行光線群の残りの第2光線群に
対して前記第1光線群が前記活性層ストライプと直交方
向に2段に重ねられた、複合平行光線群となることを特
徴とする集光レーザ装置。
1. A semiconductor laser unit in which an array semiconductor laser comprising a plurality of active layer stripes is stacked in a plurality of stages, and a collimating optical system for collimating each laser beam from each of the active layer stripes of the unit into a parallel light beam group. A converging laser device having a converging optical system for converging the parallel light beam group, wherein a first prism which inclines the light beam direction with respect to about half of the first light beam group of the parallel light beam group and the light beam direction again The first light group is moved in parallel by the second prism returning to the above, and the first light group is overlapped with the active layer stripe in two steps in a direction orthogonal to the remaining second light group of the parallel light group. A converging laser device, wherein the converging laser beam is a composite parallel light beam group.
【請求項2】 複数の活性層ストライプからなるアレイ
半導体レーザが複数段重ねられた半導体レーザユニット
と、前記ユニットの前記各活性層ストライプからの各レ
ーザ光を平行光線群にコリメートするコリメート光学系
と、前記平行光線群を集光する集光光学系を有する集光
レーザ装置において、前記平行光線群の約半数の第1光
線群に対して光線方向を傾ける第1のプリズムと再び光
線方向を元に戻す第2のプリズムとにより前記活性層ス
トライプと平行に前記第1光線群を平行移動し、また前
記平行光線群の残りの第2光線群に対して光線方向を傾
ける第3のプリズムと再び光線方向を元に戻す第4のプ
リズムとにより前記活性層ストライプと直交方向に前記
第2光線群を平行移動することにより、前記第1光線群
と前記第2光線群とが前記活性層ストライプと直交方向
に2段に重ねられた、複合平行光線群となることを特徴
とする集光レーザ装置。
2. A semiconductor laser unit in which an array semiconductor laser comprising a plurality of active layer stripes is stacked in a plurality of stages, and a collimating optical system for collimating each laser beam from each of the active layer stripes of the unit into a parallel light beam group. A converging laser device having a converging optical system for converging the parallel light beam group, wherein a first prism which inclines the light beam direction with respect to about half of the first light beam group of the parallel light beam group and the light beam direction again The first prism group is moved in parallel with the active layer stripe by the second prism returning to the third prism, and the third prism tilts the beam direction with respect to the remaining second beam group of the parallel beam group. The first light group and the second light group are moved in parallel with the active layer stripe by the fourth prism that restores the light direction. Is a composite parallel light beam, which is superimposed in two stages in a direction orthogonal to the active layer stripe.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の集光レー
ザ装置において、複合平行光線群の前記活性層ストライ
プ方向の幅と直交方向の高さをおよそ一致させる、シリ
ンドリカル光学素子からなる整形光学系を有することを
特徴とする集光レーザ装置。
3. A shaping optic comprising a cylindrical optical element, wherein a width of a complex parallel light beam in a direction of the active layer stripe and a height in a direction orthogonal to the active layer stripe are substantially equal to each other. A condensing laser device comprising a system.
【請求項4】 請求項3記載の集光レーザ装置におい
て、シリンドリカル光学素子がシリンドリカルレンズで
あることを特徴とする集光レーザ装置。
4. The condensing laser device according to claim 3, wherein the cylindrical optical element is a cylindrical lens.
【請求項5】 請求項1または請求項2記載の集光レー
ザ装置において、コリメート光学系がシリンドリカルレ
ンズのアレイよりなることを特徴とする集光レーザ装
置。
5. The condensing laser device according to claim 1, wherein the collimating optical system comprises an array of cylindrical lenses.
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