JP2002329935A - レーザ光源装置、レーザ装置、レーザ出射方法およびレーザ光源装置の製造方法 - Google Patents
レーザ光源装置、レーザ装置、レーザ出射方法およびレーザ光源装置の製造方法Info
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ光の集光性能を向上させること。
【解決手段】 積層される半導体レーザアレイ１２と、
前記半導体レーザアレイ１２から出射されたレーザ光を
コリメートするために前記各半導体レーザアレイ１２ご
とに配設される複数のコリメートレンズ１６と、 前記
各コリメートレンズ１６によりコリメートされた各レー
ザ光が互いに平行になるように、少なくとも一つの前記
コリメートレンズに対応して配設されるウェッジプリズ
ム１８とを備えていることを特徴とするレーザ装置１
０。
前記半導体レーザアレイ１２から出射されたレーザ光を
コリメートするために前記各半導体レーザアレイ１２ご
とに配設される複数のコリメートレンズ１６と、 前記
各コリメートレンズ１６によりコリメートされた各レー
ザ光が互いに平行になるように、少なくとも一つの前記
コリメートレンズに対応して配設されるウェッジプリズ
ム１８とを備えていることを特徴とするレーザ装置１
０。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザアレ
イを用いるレーザ光源装置、レーザ装置、レーザ出射方
法およびレーザ光源装置の製造方法に関する。
イを用いるレーザ光源装置、レーザ装置、レーザ出射方
法およびレーザ光源装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、電気−光変換効率が高
く、かつ、ＹＡＧレーザと同等の輝度を持つという固体
レーザとして理想的な特性を備えている。しかしなが
ら、半導体レーザの活性層に平行な方向をｘ座標とし、
垂直な方向をｙ座標としたとき、出射されるレーザ光の
ビーム広がり角がｘ方向とｙ方向とで異なること、発光
部の形状も例えば１μｍｘ１００μｍの面光源であるこ
とから、通常の軸対象の光学系部では微小領域に集光す
ることが困難であるという欠点を有する。特に、複数の
発光部を備える半導体レーザアレイの場合は例えばｘ方
向に１μｍｘ１００μｍの面光源が０．２ｍｍ〜０．５
ｍｍという狭ピッチで多数配列されていることから、微
小領域への集光がさらに困難となる。こうした半導体レ
ーザアレイから出射される光を集光するための光学系と
して例えば、特開平８−３０７０１７号公報には半導体
レーザアレイの各発光部に対応して周期構造をなすよう
に形成されたマイクロコリメートレンズアレイを配設し
た光学系部が示されている。また、特開平２０００−９
８１９１号公報には２次元配列の半導体レーザアレイか
らのレーザ光を効率的に光ファイバに入射させて出力す
るための光学系として、２次元配列された複数の発光点
の垂直方向または水平方向の少なくとも一方向につい
て、レーザ光のコリメートを行うように構成されたコリ
メートレンズアレイと、垂直方向および水平方向の両方
向について、レーザ光の集光を行うように構成された集
光レンズアレイを備える光学系について記載されてい
る。
く、かつ、ＹＡＧレーザと同等の輝度を持つという固体
レーザとして理想的な特性を備えている。しかしなが
ら、半導体レーザの活性層に平行な方向をｘ座標とし、
垂直な方向をｙ座標としたとき、出射されるレーザ光の
ビーム広がり角がｘ方向とｙ方向とで異なること、発光
部の形状も例えば１μｍｘ１００μｍの面光源であるこ
とから、通常の軸対象の光学系部では微小領域に集光す
ることが困難であるという欠点を有する。特に、複数の
発光部を備える半導体レーザアレイの場合は例えばｘ方
向に１μｍｘ１００μｍの面光源が０．２ｍｍ〜０．５
ｍｍという狭ピッチで多数配列されていることから、微
小領域への集光がさらに困難となる。こうした半導体レ
ーザアレイから出射される光を集光するための光学系と
して例えば、特開平８−３０７０１７号公報には半導体
レーザアレイの各発光部に対応して周期構造をなすよう
に形成されたマイクロコリメートレンズアレイを配設し
た光学系部が示されている。また、特開平２０００−９
８１９１号公報には２次元配列の半導体レーザアレイか
らのレーザ光を効率的に光ファイバに入射させて出力す
るための光学系として、２次元配列された複数の発光点
の垂直方向または水平方向の少なくとも一方向につい
て、レーザ光のコリメートを行うように構成されたコリ
メートレンズアレイと、垂直方向および水平方向の両方
向について、レーザ光の集光を行うように構成された集
光レンズアレイを備える光学系について記載されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大出力
を得るために半導体レーザアレイをｙ方向に複数個積層
させた場合に、これら各半導体レーザアレイから出射さ
れるレーザ光を効率良く集光させるための光学系につい
てはこれら公知文献には開示されていない。
を得るために半導体レーザアレイをｙ方向に複数個積層
させた場合に、これら各半導体レーザアレイから出射さ
れるレーザ光を効率良く集光させるための光学系につい
てはこれら公知文献には開示されていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、活性層に沿って複数の発光部を備える半導
体レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数積層し
た半導体レーザ光源と、前記各発光部から出射されたレ
ーザ光をコリメートするために前記各半導体レーザアレ
イごとに配設される複数のコリメート手段と、前記各コ
リメート手段によりコリメートされた各レーザ光が互い
に平行になるように、少なくとも一つの前記コリメート
手段に対応して配設されるレーザ光偏向手段とを備えて
いることを特徴とするレーザ光源装置である。また、活
性層に沿って複数の発光部を備える半導体レーザアレイ
を前記活性層と垂直な方向に複数積層した半導体レーザ
光源と、前記各活性層に対向して配設されており前記各
レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートさせ
る複数のコリメート手段と、少なくとも１つの前記コリ
メート手段に対向して配設されており、このコリメート
手段によりコリメートされたレーザ光が入射する一方の
平面と、このレーザ光が出射する他方の平面とが所定の
角度を有するように構成された前記レーザ光の波長に対
して透明な材質からなる光学素子とを備えていることを
特徴とするレーザ光源装置である。
に本発明は、活性層に沿って複数の発光部を備える半導
体レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数積層し
た半導体レーザ光源と、前記各発光部から出射されたレ
ーザ光をコリメートするために前記各半導体レーザアレ
イごとに配設される複数のコリメート手段と、前記各コ
リメート手段によりコリメートされた各レーザ光が互い
に平行になるように、少なくとも一つの前記コリメート
手段に対応して配設されるレーザ光偏向手段とを備えて
いることを特徴とするレーザ光源装置である。また、活
性層に沿って複数の発光部を備える半導体レーザアレイ
を前記活性層と垂直な方向に複数積層した半導体レーザ
光源と、前記各活性層に対向して配設されており前記各
レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートさせ
る複数のコリメート手段と、少なくとも１つの前記コリ
メート手段に対向して配設されており、このコリメート
手段によりコリメートされたレーザ光が入射する一方の
平面と、このレーザ光が出射する他方の平面とが所定の
角度を有するように構成された前記レーザ光の波長に対
して透明な材質からなる光学素子とを備えていることを
特徴とするレーザ光源装置である。
【０００５】また、前記コリメート手段は、前記各発光
部から出射されたレーザ光を前記活性層に平行な方向お
よびこれと垂直な方向に屈折させるフレネルレンズパタ
ーンが前記各発光部に対応して形成された構成であるこ
とを特徴とする前記のレーザ光源装置である。また、前
記コリメート手段は、このコリメート手段の側面と、前
記半導体レーザアレイまたは前記半導体レーザアレイに
備わるヒートシンクに固定されたスペーサの側面と接着
されることにより保持されることを特徴とする前記レー
ザ光源装置である。また、複数の発光部からレーザ光を
出射させる半導体レーザ光源と、前記各発光部から出射
された各レーザ光を少なくとも一つの方向に対してコリ
メートさせるコリメート手段と、コリメートされた前記
レーザ光が互いに平行となるように少なくとも一つの前
記発光部から出射されたレーザ光を前記コリメートさせ
た方向と同一の方向に偏向させる偏向手段を前記コリメ
ート手段とは別途設けたことを特徴とするレーザ光源装
置である。また、前記レーザ光源装置と、このレーザ光
源装置から出射されたレーザ光のビーム広がり、ビーム
形状または非点隔差のうちの少なくとも１つを補正する
ビーム補正手段と、このビーム補正手段により補正され
た前記レーザ光を集光する集光手段とを備えることを特
徴とするレーザ装置である。
部から出射されたレーザ光を前記活性層に平行な方向お
よびこれと垂直な方向に屈折させるフレネルレンズパタ
ーンが前記各発光部に対応して形成された構成であるこ
とを特徴とする前記のレーザ光源装置である。また、前
記コリメート手段は、このコリメート手段の側面と、前
記半導体レーザアレイまたは前記半導体レーザアレイに
備わるヒートシンクに固定されたスペーサの側面と接着
されることにより保持されることを特徴とする前記レー
ザ光源装置である。また、複数の発光部からレーザ光を
出射させる半導体レーザ光源と、前記各発光部から出射
された各レーザ光を少なくとも一つの方向に対してコリ
メートさせるコリメート手段と、コリメートされた前記
レーザ光が互いに平行となるように少なくとも一つの前
記発光部から出射されたレーザ光を前記コリメートさせ
た方向と同一の方向に偏向させる偏向手段を前記コリメ
ート手段とは別途設けたことを特徴とするレーザ光源装
置である。また、前記レーザ光源装置と、このレーザ光
源装置から出射されたレーザ光のビーム広がり、ビーム
形状または非点隔差のうちの少なくとも１つを補正する
ビーム補正手段と、このビーム補正手段により補正され
た前記レーザ光を集光する集光手段とを備えることを特
徴とするレーザ装置である。
【０００６】また、活性層に沿って複数の発光部を備え
る半導体レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数
積層した半導体レーザ光源の前記各発光部から出射され
たレーザ光を、前記各半導体レーザアレイごとに配設さ
れる複数のコリメート手段を用いてコリメートする工程
と、少なくとも一つの前記コリメート手段に対応して、
一方の平面と他方の平面とが所定の角度を有する光学素
子を配設させ、このコリメート手段によりコリメートさ
れたレーザ光をこの光学素子に入射させることにより前
記各コリメート手段によりコリメートされた各レーザ光
が互いに平行になるように前記レーザ光を偏向させる工
程とを備えることを特徴とするレーザ光の出射方法であ
る。また、活性層に沿って複数の発光部を備える半導体
レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数積層した
半導体レーザ光源に、前記各発光部から出射されたレー
ザ光をコリメートするためのコリメート手段を配設する
工程と、少なくとも一つの前記コリメート手段に対向さ
せて、このコリメート手段によりコリメートされたレー
ザ光を偏向するための偏向手段を配設する偏向手段配設
工程とを備えるレーザ光源装置の製造方法において、前
記偏向手段配設工程は、前記コリメート手段によりコリ
メートされた前記レーザ光を結像させる工程と、前記結
像された像を撮像手段を用いて撮像する工程と、前記撮
像により得られた撮像データに基づいて、所定の偏向量
を有する偏向手段を選択する選択工程とを備えることを
特徴とするレーザ光源装置の製造方法である。
る半導体レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数
積層した半導体レーザ光源の前記各発光部から出射され
たレーザ光を、前記各半導体レーザアレイごとに配設さ
れる複数のコリメート手段を用いてコリメートする工程
と、少なくとも一つの前記コリメート手段に対応して、
一方の平面と他方の平面とが所定の角度を有する光学素
子を配設させ、このコリメート手段によりコリメートさ
れたレーザ光をこの光学素子に入射させることにより前
記各コリメート手段によりコリメートされた各レーザ光
が互いに平行になるように前記レーザ光を偏向させる工
程とを備えることを特徴とするレーザ光の出射方法であ
る。また、活性層に沿って複数の発光部を備える半導体
レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数積層した
半導体レーザ光源に、前記各発光部から出射されたレー
ザ光をコリメートするためのコリメート手段を配設する
工程と、少なくとも一つの前記コリメート手段に対向さ
せて、このコリメート手段によりコリメートされたレー
ザ光を偏向するための偏向手段を配設する偏向手段配設
工程とを備えるレーザ光源装置の製造方法において、前
記偏向手段配設工程は、前記コリメート手段によりコリ
メートされた前記レーザ光を結像させる工程と、前記結
像された像を撮像手段を用いて撮像する工程と、前記撮
像により得られた撮像データに基づいて、所定の偏向量
を有する偏向手段を選択する選択工程とを備えることを
特徴とするレーザ光源装置の製造方法である。
【０００７】また、前記コリメート手段は、接着剤を用
いて配設されることを特徴とする前記レーザ光源装置の
製造方法である。また、前記選択工程は、前記結像によ
り前記半導体レーザアレイごとに得られる各像のずれ量
を算出する工程を備えることを特徴とする前記レーザ光
源装置の製造方法である。なお、本発明において透明と
は、完全に光を透過する場合のみならず少なくとも一部
の光を透過させる場合も含む。
いて配設されることを特徴とする前記レーザ光源装置の
製造方法である。また、前記選択工程は、前記結像によ
り前記半導体レーザアレイごとに得られる各像のずれ量
を算出する工程を備えることを特徴とする前記レーザ光
源装置の製造方法である。なお、本発明において透明と
は、完全に光を透過する場合のみならず少なくとも一部
の光を透過させる場合も含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の実施の形態について図面を用いて説明する。本実施
の形態は、半導体レーザアレイから出射されるレーザ光
を光ファイバに結合する場合に本発明を適用した一実施
の形態である。図１は、本実施の形態にかかるレーザ装
置１０の概略構成を示した図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図を示している。このレーザ装置１０は、
レーザ光を出射させる半導体レーザアレイ１２を多段に
積層した半導体レーザスタック１４と、各半導体レーザ
アレイ１２から出射されるレーザ光をコリメートするた
めに各半導体レーザアレイ１２に対向して配設されるコ
リメートレンズ１６と、所定のコリメートレンズ１６に
対向して配設されるウェッジプリズム１８と、レーザ光
のビーム広がりを補正するためのアナモルフィックプリ
ズムペア２０と、広がり補正されたレーザ光のビーム形
状を整形するための六分割プリズム２２と、レーザ光の
非点隔差を補正するためのシリンドリカルレンズ２４
と、レーザ光を光ファイバＦの端面に集光させる集光レ
ンズ２６とを構成要素として備える。以下各構成要素に
ついて説明する。
明の実施の形態について図面を用いて説明する。本実施
の形態は、半導体レーザアレイから出射されるレーザ光
を光ファイバに結合する場合に本発明を適用した一実施
の形態である。図１は、本実施の形態にかかるレーザ装
置１０の概略構成を示した図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図を示している。このレーザ装置１０は、
レーザ光を出射させる半導体レーザアレイ１２を多段に
積層した半導体レーザスタック１４と、各半導体レーザ
アレイ１２から出射されるレーザ光をコリメートするた
めに各半導体レーザアレイ１２に対向して配設されるコ
リメートレンズ１６と、所定のコリメートレンズ１６に
対向して配設されるウェッジプリズム１８と、レーザ光
のビーム広がりを補正するためのアナモルフィックプリ
ズムペア２０と、広がり補正されたレーザ光のビーム形
状を整形するための六分割プリズム２２と、レーザ光の
非点隔差を補正するためのシリンドリカルレンズ２４
と、レーザ光を光ファイバＦの端面に集光させる集光レ
ンズ２６とを構成要素として備える。以下各構成要素に
ついて説明する。
【０００９】図２に半導体レーザアレイ１２の模式図を
示す。この半導体レーザアレイ１２は図に示されるよう
に、活性層に沿って幅約１００μｍｘ高さ約１μｍの発
光部Ｅが２００μｍのピッチで合計４９個配設された構
成である。レーザ光の発振波長は略８０８ｎｍであり、
ビーム広がりはＮＡで活性層に平行な方向に対しておよ
そ０．０６、活性層に垂直な方向に対しておよそ０．４
５である。また、一つの半導体レーザアレイ１２の出力
は５０Ｗである。なお、図に示されるように活性層に平
行な方向をｘ方向、これに垂直な方向をｙ方向、さらに
両方向に垂直な方向をｚ方向と便宜的に規定する。図１
に示されるように半導体レーザスタック１４は、この半
導体レーザアレイ１２をｙ方向に１．７５ｍｍピッチで
１５個積層した構成であり、各半導体レーザアレイ１２
の出力が５０Ｗなので合計出力は約７５０Ｗである。各
半導体レーザアレイ１２は冷却のためヒートシンク２８
に密着されている。ヒートシンク２８には図１（ａ）に
示されるように貫通孔が形成されており、図示しない循
環装置により貫通孔内部を冷却媒体が循環される構成と
なっている。また、ヒートシンク２８は貫通孔部分に配
設されるｏ−リング３０を介して上下のヒートシンク２
８と図示しない狭持手段により狭持されているので冷却
媒体の漏れを防ぐとともに半導体レーザアレイ１２が一
体にスタックされる。
示す。この半導体レーザアレイ１２は図に示されるよう
に、活性層に沿って幅約１００μｍｘ高さ約１μｍの発
光部Ｅが２００μｍのピッチで合計４９個配設された構
成である。レーザ光の発振波長は略８０８ｎｍであり、
ビーム広がりはＮＡで活性層に平行な方向に対しておよ
そ０．０６、活性層に垂直な方向に対しておよそ０．４
５である。また、一つの半導体レーザアレイ１２の出力
は５０Ｗである。なお、図に示されるように活性層に平
行な方向をｘ方向、これに垂直な方向をｙ方向、さらに
両方向に垂直な方向をｚ方向と便宜的に規定する。図１
に示されるように半導体レーザスタック１４は、この半
導体レーザアレイ１２をｙ方向に１．７５ｍｍピッチで
１５個積層した構成であり、各半導体レーザアレイ１２
の出力が５０Ｗなので合計出力は約７５０Ｗである。各
半導体レーザアレイ１２は冷却のためヒートシンク２８
に密着されている。ヒートシンク２８には図１（ａ）に
示されるように貫通孔が形成されており、図示しない循
環装置により貫通孔内部を冷却媒体が循環される構成と
なっている。また、ヒートシンク２８は貫通孔部分に配
設されるｏ−リング３０を介して上下のヒートシンク２
８と図示しない狭持手段により狭持されているので冷却
媒体の漏れを防ぐとともに半導体レーザアレイ１２が一
体にスタックされる。
【００１０】各発光部Ｅから出射されたレーザ光をコリ
メートするようにコリメート手段であるコリメートレン
ズ１６は、各半導体レーザアレイ１２の活性層に対向し
て各半導体レーザアレイ１２ごとに配設されている。こ
のコリメートレンズ１６はシリンドリカルレンズであ
り、このコリメートレンズ１６によりレーザ光のｙ方向
へのビーム広がりが０．５ｍｒａｄほどにコリメートさ
れる。このコリメートレンズ１６は、長さ（ｘ方向）１
２ｍｍ、幅（ｙ方向）１．７ｍｍ、厚さ（ｚ方向）２ｍ
ｍ、実効焦点距離が２ｍｍの光学ガラス製の平凸のコリ
メートレンズ１６であり、活性層に対向するレーザ入射
面が平面で、レーザ光が出射する面がシリンドリカル非
球面となるように配設される。シリンドリカル非球面
は、波面収差はλ／４以下（λはレーザ光の波長）とな
るように電子ビームを用いて研磨されている。集光性能
のため波面収差はλ／４以内であることが好ましい。ま
た、図１（ａ）に示されるように各コリメートレンズ１
６は、各ヒートシンク２８と接続されている各スペーサ
３２の側面と接着剤により接続・保持されている。な
お、図１（ｂ）の側面図は便宜上スペーサ３２を省略し
ている。
メートするようにコリメート手段であるコリメートレン
ズ１６は、各半導体レーザアレイ１２の活性層に対向し
て各半導体レーザアレイ１２ごとに配設されている。こ
のコリメートレンズ１６はシリンドリカルレンズであ
り、このコリメートレンズ１６によりレーザ光のｙ方向
へのビーム広がりが０．５ｍｒａｄほどにコリメートさ
れる。このコリメートレンズ１６は、長さ（ｘ方向）１
２ｍｍ、幅（ｙ方向）１．７ｍｍ、厚さ（ｚ方向）２ｍ
ｍ、実効焦点距離が２ｍｍの光学ガラス製の平凸のコリ
メートレンズ１６であり、活性層に対向するレーザ入射
面が平面で、レーザ光が出射する面がシリンドリカル非
球面となるように配設される。シリンドリカル非球面
は、波面収差はλ／４以下（λはレーザ光の波長）とな
るように電子ビームを用いて研磨されている。集光性能
のため波面収差はλ／４以内であることが好ましい。ま
た、図１（ａ）に示されるように各コリメートレンズ１
６は、各ヒートシンク２８と接続されている各スペーサ
３２の側面と接着剤により接続・保持されている。な
お、図１（ｂ）の側面図は便宜上スペーサ３２を省略し
ている。
【００１１】図３にウェッジプリズム１８の例を示す。
各コリメートレンズ１６によりコリメートされた各レー
ザ光は、コリメートレンズ１６取り付け位置のずれ等の
ために進行方向（光軸）が互いに平行ではなく集光性能
の損失の原因となる。そこで各コリメートレンズ１６に
よりコリメートされた各レーザ光が、互いに平行になる
ように所定のレーザ光をｙ方向に偏向させるウェッジプ
リズム１８がコリメートレンズ１６に対向して配設され
る。このウェッジプリズム１８は、長さ（ｘ方向）１４
ｍｍ、幅（ｙ方向）１．７ｍｍ、（積層ピッチ１．７５
ｍｍｍよりも大きいのでおかしい？）厚さ（ｚ方向）約
１ｍｍの角柱形状であり、ｙｚ平面の断面が台形となる
合成石英ガラスからなる光学素子である。レーザ光が入
射する入射面と出射する出射面とがなすウェッジ角θ
は、レーザ光のずれ量に応じて適切な角度を持つものが
選択されるが、最大でも１０ｍｒａｄ程度である。図１
（ａ）に示されるようにこのウェッジプリズム１８は、
入射面の端部がスペーサ３２の端面と接着されることに
より保持される。なお、ウェッジプリズム１８の配設に
ついては以下に述べる。（ウェッジプリズム１８の配
設）周知のとおり半導体レーザは、活性層に垂直な方向
（すなわちｙ方向）へのビーム広がりが大きい。このた
め、活性層に対向させてコリメートレンズを配設するこ
とにより、レーザ光のコリメートを行うことが一般的に
行われている。ただしコリメートレンズは中心軸に対称
な形状をしているので、レーザ光を好適にコリメートす
るためには、レーザ光がこの中心軸に対称に入射するよ
うにコリメートレンズを配設する必要があり、わずかな
取り付け位置のずれがレーザ光の進路の無視できない誤
差を招き集光性能等に悪影響を与えるという欠点があ
る。図４は半導体レーザアレイ１２に対してコリメート
レンズ１６がずれて取り付けられた例である。図に示さ
れるように、例えばｙ方向へのわずか１μｍのずれが約
０．５ｍｒａｄの進行方向（光軸）の誤差を招くことと
なる。
各コリメートレンズ１６によりコリメートされた各レー
ザ光は、コリメートレンズ１６取り付け位置のずれ等の
ために進行方向（光軸）が互いに平行ではなく集光性能
の損失の原因となる。そこで各コリメートレンズ１６に
よりコリメートされた各レーザ光が、互いに平行になる
ように所定のレーザ光をｙ方向に偏向させるウェッジプ
リズム１８がコリメートレンズ１６に対向して配設され
る。このウェッジプリズム１８は、長さ（ｘ方向）１４
ｍｍ、幅（ｙ方向）１．７ｍｍ、（積層ピッチ１．７５
ｍｍｍよりも大きいのでおかしい？）厚さ（ｚ方向）約
１ｍｍの角柱形状であり、ｙｚ平面の断面が台形となる
合成石英ガラスからなる光学素子である。レーザ光が入
射する入射面と出射する出射面とがなすウェッジ角θ
は、レーザ光のずれ量に応じて適切な角度を持つものが
選択されるが、最大でも１０ｍｒａｄ程度である。図１
（ａ）に示されるようにこのウェッジプリズム１８は、
入射面の端部がスペーサ３２の端面と接着されることに
より保持される。なお、ウェッジプリズム１８の配設に
ついては以下に述べる。（ウェッジプリズム１８の配
設）周知のとおり半導体レーザは、活性層に垂直な方向
（すなわちｙ方向）へのビーム広がりが大きい。このた
め、活性層に対向させてコリメートレンズを配設するこ
とにより、レーザ光のコリメートを行うことが一般的に
行われている。ただしコリメートレンズは中心軸に対称
な形状をしているので、レーザ光を好適にコリメートす
るためには、レーザ光がこの中心軸に対称に入射するよ
うにコリメートレンズを配設する必要があり、わずかな
取り付け位置のずれがレーザ光の進路の無視できない誤
差を招き集光性能等に悪影響を与えるという欠点があ
る。図４は半導体レーザアレイ１２に対してコリメート
レンズ１６がずれて取り付けられた例である。図に示さ
れるように、例えばｙ方向へのわずか１μｍのずれが約
０．５ｍｒａｄの進行方向（光軸）の誤差を招くことと
なる。
【００１２】そこで本発明では以下のように各コリメー
トレンズ１６を各半導体レーザアレイ１２に取り付ける
こととする。図５（ａ）はコリメートレンズ１６を取り
付けるための装置の概略構成を示した図であり、スタッ
クされた各半導体レーザアレイ１２から出射された各レ
ーザ光をｙ方向に対して集光するための集光レンズ４０
と、その集光レンズ４０の結像位置に配設されるスクリ
ーンと、そのスクリーンを撮像するＣＣＤカメラである
撮像手段４２と、撮像により得られた撮像データに基づ
いて画像認識により各レーザ光の像のずれ量を算出・出
力する算出部４４とを構成として備える。なお、便宜上
半導体レーザアレイ１２は５個積層させているが、スタ
ックされる個数によっていくつ積層させても良い。そし
てレーザ光を出射させた状態でコリメートレンズ１６の
取り付けを行う。図（ｂ）は、撮像される画像を模式的
に示した図である。集光レンズ４０はｙ方向にのみレー
ザ光を集光させるので各レーザ光は線状に集光される。
したがって例えば５つの半導体レーザアレイ１２を積層
した構成の場合は、５本の線が現れる。各線が一致した
状態であれば各レーザ光が互いに平行であるとみなすこ
とができる。また、一致しなくとも全ての線が所定の範
囲内であれば仕様を満たすとしてそのまま製品を出荷す
ることができる。そこで算出部４４からの出力を見なが
ら、仕様内となるように作業者がコリメートレンズ１６
の端面を各スペーサ３２と接着剤で接着する。
トレンズ１６を各半導体レーザアレイ１２に取り付ける
こととする。図５（ａ）はコリメートレンズ１６を取り
付けるための装置の概略構成を示した図であり、スタッ
クされた各半導体レーザアレイ１２から出射された各レ
ーザ光をｙ方向に対して集光するための集光レンズ４０
と、その集光レンズ４０の結像位置に配設されるスクリ
ーンと、そのスクリーンを撮像するＣＣＤカメラである
撮像手段４２と、撮像により得られた撮像データに基づ
いて画像認識により各レーザ光の像のずれ量を算出・出
力する算出部４４とを構成として備える。なお、便宜上
半導体レーザアレイ１２は５個積層させているが、スタ
ックされる個数によっていくつ積層させても良い。そし
てレーザ光を出射させた状態でコリメートレンズ１６の
取り付けを行う。図（ｂ）は、撮像される画像を模式的
に示した図である。集光レンズ４０はｙ方向にのみレー
ザ光を集光させるので各レーザ光は線状に集光される。
したがって例えば５つの半導体レーザアレイ１２を積層
した構成の場合は、５本の線が現れる。各線が一致した
状態であれば各レーザ光が互いに平行であるとみなすこ
とができる。また、一致しなくとも全ての線が所定の範
囲内であれば仕様を満たすとしてそのまま製品を出荷す
ることができる。そこで算出部４４からの出力を見なが
ら、仕様内となるように作業者がコリメートレンズ１６
の端面を各スペーサ３２と接着剤で接着する。
【００１３】接着剤の硬化後、再びレーザ光を出射させ
て仕様内に収まるかチェックを行う。接着剤の硬化によ
る収縮、接着剤内部の気泡の影響、重力の影響等に起因
し、かつ、わずかな取り付け位置ずれがレーザ光の大き
な誤差を招くため、接着時には仕様内であってもその後
仕様を外れる場合も少なくない。ずれ量が仕様外の場合
は所定の半導体レーザアレイ１２に対応させてウェッジ
プリズム１８の取り付けが必要となる。まず、計測され
たずれ量に基づいて適切なウェッジ角を有するウェッジ
プリズム１８の選択が行われる。ずれ量が大きいほどレ
ーザ光を大きく偏向させる必要があるから、ウェッジ角
の大きいウェッジプリズム１８が選択される。そしてウ
ェッジプリズム１８の取り付けが行われる。図１（ａ）
に示されるようにウェッジプリズム１８の入射面の端部
とヒートシンク２８の端面とを接着剤で接着する。図６
はウェッジプリズム１８の取り付けによるレーザ光の偏
向を示す模式図である。図に示されるように入射面と出
射面とが平面であるから、ずれてウェッジプリズム１８
を接着させたとしても偏向角は変わらないという特徴が
ある。このため、コリメートレンズ１６を取り付ける場
合と比較して取り付け精度を求められることなく集光性
能の向上を図ることが出来る。このようにして仕様から
外れる半導体レーザアレイ１２全てについてウェッジプ
リズム１８を取り付けることにより、各半導体レーザア
レイ１２から出射されたレーザ光同士の平行度が向上す
るから集光性能が向上する。したがって高品質の半導体
レーザ装置１０を製造することが出来る。さらにｘ軸回
りの回転ずれでは、ウェッジプリズム１８による偏向角
は略変わらないので、この点でも従来技術に比べて有利
である。
て仕様内に収まるかチェックを行う。接着剤の硬化によ
る収縮、接着剤内部の気泡の影響、重力の影響等に起因
し、かつ、わずかな取り付け位置ずれがレーザ光の大き
な誤差を招くため、接着時には仕様内であってもその後
仕様を外れる場合も少なくない。ずれ量が仕様外の場合
は所定の半導体レーザアレイ１２に対応させてウェッジ
プリズム１８の取り付けが必要となる。まず、計測され
たずれ量に基づいて適切なウェッジ角を有するウェッジ
プリズム１８の選択が行われる。ずれ量が大きいほどレ
ーザ光を大きく偏向させる必要があるから、ウェッジ角
の大きいウェッジプリズム１８が選択される。そしてウ
ェッジプリズム１８の取り付けが行われる。図１（ａ）
に示されるようにウェッジプリズム１８の入射面の端部
とヒートシンク２８の端面とを接着剤で接着する。図６
はウェッジプリズム１８の取り付けによるレーザ光の偏
向を示す模式図である。図に示されるように入射面と出
射面とが平面であるから、ずれてウェッジプリズム１８
を接着させたとしても偏向角は変わらないという特徴が
ある。このため、コリメートレンズ１６を取り付ける場
合と比較して取り付け精度を求められることなく集光性
能の向上を図ることが出来る。このようにして仕様から
外れる半導体レーザアレイ１２全てについてウェッジプ
リズム１８を取り付けることにより、各半導体レーザア
レイ１２から出射されたレーザ光同士の平行度が向上す
るから集光性能が向上する。したがって高品質の半導体
レーザ装置１０を製造することが出来る。さらにｘ軸回
りの回転ずれでは、ウェッジプリズム１８による偏向角
は略変わらないので、この点でも従来技術に比べて有利
である。
【００１４】上記半導体レーザスタック１４、コリメー
トレンズ１６、ウェッジプリズム１８とを備えるレーザ
光源装置により、ビーム断面が略１０ｍｍ（ｘ方向）ｘ
略２６ｍｍ（ｙ方向）で半角ビーム広がりが約６０ｍｒ
ａｄ（ｘ方向）ｘ０．５ｍｒａｄ（ｙ方向）のレーザ光
を得ることが出来る。断面の大きさは、発光部Ｅが０．
２ｍｍピッチで４９個配列されていること、および半導
体レーザアレイ１２が１．７５ｍｍピッチで１５段積層
していることに基づいたものである。上記半導体レーザ
スタック１４、コリメートレンズ１６、ウェッジプリズ
ム１８とを備えるレーザ光源装置を製品化することもで
きるが、本実施の形態においてはさらに光ファイバＦの
端面等微小領域に集光を行うための光学系を開示する。
まずビーム広がりをｘ方向とｙ方向とで略等しくするビ
ーム広がり補正およびビーム断面形状をｘ方向とｙ方向
とでほぼ等しい長さの正方形状にするビーム形状補正が
行われ、さらに非点隔差が補正される。非点隔差とは、
レーザ光を集光したときの光軸に垂直な２方向（例えば
ｘ方向とｙ方向）の集光位置のずれのことをいう。図７
にアナモルフィックプリズムペア２０を用いてビーム広
がり補正をしている様子を図示する。図に示されるよう
に一組のアナモルフィックプリズム２０ａ、２０ｂを用
いることによりｙ方向のビーム幅を縮小することができ
る。ここでは、約２６ｍｍの約１００分の１の０．３ｍ
ｍ程度にするように一組または複数組のペア２０により
ビーム幅を縮小する。ビーム幅とビーム広がりは略反比
例の関係にあるから、これによりｙ方向のビーム広がり
は０．５ｍｒａｄの１００倍の５０ｍｒａｄ程度とな
り、ｘ方向のビーム広がり（６０ｍｒａｄ）に近づく補
正がされる。
トレンズ１６、ウェッジプリズム１８とを備えるレーザ
光源装置により、ビーム断面が略１０ｍｍ（ｘ方向）ｘ
略２６ｍｍ（ｙ方向）で半角ビーム広がりが約６０ｍｒ
ａｄ（ｘ方向）ｘ０．５ｍｒａｄ（ｙ方向）のレーザ光
を得ることが出来る。断面の大きさは、発光部Ｅが０．
２ｍｍピッチで４９個配列されていること、および半導
体レーザアレイ１２が１．７５ｍｍピッチで１５段積層
していることに基づいたものである。上記半導体レーザ
スタック１４、コリメートレンズ１６、ウェッジプリズ
ム１８とを備えるレーザ光源装置を製品化することもで
きるが、本実施の形態においてはさらに光ファイバＦの
端面等微小領域に集光を行うための光学系を開示する。
まずビーム広がりをｘ方向とｙ方向とで略等しくするビ
ーム広がり補正およびビーム断面形状をｘ方向とｙ方向
とでほぼ等しい長さの正方形状にするビーム形状補正が
行われ、さらに非点隔差が補正される。非点隔差とは、
レーザ光を集光したときの光軸に垂直な２方向（例えば
ｘ方向とｙ方向）の集光位置のずれのことをいう。図７
にアナモルフィックプリズムペア２０を用いてビーム広
がり補正をしている様子を図示する。図に示されるよう
に一組のアナモルフィックプリズム２０ａ、２０ｂを用
いることによりｙ方向のビーム幅を縮小することができ
る。ここでは、約２６ｍｍの約１００分の１の０．３ｍ
ｍ程度にするように一組または複数組のペア２０により
ビーム幅を縮小する。ビーム幅とビーム広がりは略反比
例の関係にあるから、これによりｙ方向のビーム広がり
は０．５ｍｒａｄの１００倍の５０ｍｒａｄ程度とな
り、ｘ方向のビーム広がり（６０ｍｒａｄ）に近づく補
正がされる。
【００１５】その後６分割プリズムによりビーム形状補
正が行われる。図８は６分割プリズム４４を通過した際
のビーム形状の変化を示した図であり、（ａ）が通過前
のビーム形状、（ｂ）が通過後のビーム形状を示してい
る。ｘ方向についてビームが３分割されその分割された
レーザ光がｙ方向に積層されるように６分割プリズム４
４を配設することによりビーム形状が１．７ｍｍｘ１．
８ｍｍの略正方形のビーム断面を得ることが出来る。こ
のときビーム広がりは維持されるから６０ｍｒａｄｘ５
０ｍｒａｄである。その後ｘ方向に曲率を持つシリンド
リカル平凸レンズで非点隔差が補正される。以上のよう
にして集光性能が向上したレーザ光を集光レンズ２６に
より光ファイバＦのコア部に集光しても良いが、よりレ
ーザ光の出力を向上させるためには複数のレーザ光を結
合することもできる。図９にレーザ光を結合している模
式図を示す。レーザスタック、コリメート手段およびウ
ェッジプリズム１８を備えるレーザ光源装置と、ビーム
広がり補正手段（例えばアナモルフィックプリズムペア
２０）、ビーム形状補正手段（例えば６分割プリズム４
４）、非点隔差補正手段（例えばコリメートレンズ２
４）の少なくともいずれか一つとを備えるレーザユニッ
ト５０を２ユニット備え、偏光ビーム結合素子５２を用
いて結合させることが出来る。ここで、半導体レーザは
一般に直線偏光であるから一方のレーザユニットの出射
光には１／２波長板を通過させて、一方のレーザ光の偏
向方向を９０度変え、一方向の偏光を透過し、直交する
方向の偏光を反射する偏光ビーム結合素子５２を用いて
結合をすることができる。（３つのレーザユニットを結
合する場合はどうするのでしょうか？複数のレーザユニ
ットを結合する際の好適な結合方法。）この結合により
１ｋＷ程度の出力を１波長で得る事が出来る。結合され
たレーザ光を例えば実効焦点距離５ｍｍの集光レンズ２
６で集光することによりコア径０．６ｍｍ乃至０．８ｍ
ｍの光ファイバＦに入射させることが出来る。
正が行われる。図８は６分割プリズム４４を通過した際
のビーム形状の変化を示した図であり、（ａ）が通過前
のビーム形状、（ｂ）が通過後のビーム形状を示してい
る。ｘ方向についてビームが３分割されその分割された
レーザ光がｙ方向に積層されるように６分割プリズム４
４を配設することによりビーム形状が１．７ｍｍｘ１．
８ｍｍの略正方形のビーム断面を得ることが出来る。こ
のときビーム広がりは維持されるから６０ｍｒａｄｘ５
０ｍｒａｄである。その後ｘ方向に曲率を持つシリンド
リカル平凸レンズで非点隔差が補正される。以上のよう
にして集光性能が向上したレーザ光を集光レンズ２６に
より光ファイバＦのコア部に集光しても良いが、よりレ
ーザ光の出力を向上させるためには複数のレーザ光を結
合することもできる。図９にレーザ光を結合している模
式図を示す。レーザスタック、コリメート手段およびウ
ェッジプリズム１８を備えるレーザ光源装置と、ビーム
広がり補正手段（例えばアナモルフィックプリズムペア
２０）、ビーム形状補正手段（例えば６分割プリズム４
４）、非点隔差補正手段（例えばコリメートレンズ２
４）の少なくともいずれか一つとを備えるレーザユニッ
ト５０を２ユニット備え、偏光ビーム結合素子５２を用
いて結合させることが出来る。ここで、半導体レーザは
一般に直線偏光であるから一方のレーザユニットの出射
光には１／２波長板を通過させて、一方のレーザ光の偏
向方向を９０度変え、一方向の偏光を透過し、直交する
方向の偏光を反射する偏光ビーム結合素子５２を用いて
結合をすることができる。（３つのレーザユニットを結
合する場合はどうするのでしょうか？複数のレーザユニ
ットを結合する際の好適な結合方法。）この結合により
１ｋＷ程度の出力を１波長で得る事が出来る。結合され
たレーザ光を例えば実効焦点距離５ｍｍの集光レンズ２
６で集光することによりコア径０．６ｍｍ乃至０．８ｍ
ｍの光ファイバＦに入射させることが出来る。
【００１６】以上詳述したように、各コリメートレンズ
１６の接着剤の収縮等が原因となってコリメートレンズ
１６ごとにレーザ光が平行でなくなっている点に着目
し、半導体レーザアレイ１２を積層した場合のレーザ光
の集光性能を向上させる手段として、コリメートレンズ
１６の配設位置のずれを修正するのではなく、その後の
光学系により修正することとした。したがって簡易かつ
好適に集光性能を向上させることができた。また、その
ための光学系として反射光学系ではなくレーザ光を透過
させて偏向させる光学素子を用いたため効果的に集光性
能を向上させることができた。さらにその光学素子とし
て通常は光学システムにおいてビームを回転させたりレ
ーザ共振器内に配設して共振を好適にさせるために用い
られる汎用のウェッジプリズム１８を用いたのでコスト
面で有利である。すなわちわずか１μｍのｙ方向へのコ
リメートレンズ１６の位置ずれが大きな集光効率の損失
を招くことになる一方で、入射面と出射面とが所定の角
度をなすような光学素子を用いてその光学素子を透過さ
せることによりレーザ光を偏向させることとした場合、
ｙ方向については取り付け精度が求められないので、
（すなわち、ｙ方向にずれて光学素子を配設させたとし
ても入射面と出射面とがなす角度は変わらない）集光性
能を容易に向上させることが可能となる。
１６の接着剤の収縮等が原因となってコリメートレンズ
１６ごとにレーザ光が平行でなくなっている点に着目
し、半導体レーザアレイ１２を積層した場合のレーザ光
の集光性能を向上させる手段として、コリメートレンズ
１６の配設位置のずれを修正するのではなく、その後の
光学系により修正することとした。したがって簡易かつ
好適に集光性能を向上させることができた。また、その
ための光学系として反射光学系ではなくレーザ光を透過
させて偏向させる光学素子を用いたため効果的に集光性
能を向上させることができた。さらにその光学素子とし
て通常は光学システムにおいてビームを回転させたりレ
ーザ共振器内に配設して共振を好適にさせるために用い
られる汎用のウェッジプリズム１８を用いたのでコスト
面で有利である。すなわちわずか１μｍのｙ方向へのコ
リメートレンズ１６の位置ずれが大きな集光効率の損失
を招くことになる一方で、入射面と出射面とが所定の角
度をなすような光学素子を用いてその光学素子を透過さ
せることによりレーザ光を偏向させることとした場合、
ｙ方向については取り付け精度が求められないので、
（すなわち、ｙ方向にずれて光学素子を配設させたとし
ても入射面と出射面とがなす角度は変わらない）集光性
能を容易に向上させることが可能となる。
【００１７】なお、本実施の形態は種々変形可能であ
る。例えば、活性層に対向して配設されるコリメートレ
ンズ１６は、ｙ方向にのみ屈折力を有するコリメートレ
ンズ１６のみならず、種々のレンズを用いることが出来
る。例えばフレネルレンズアレイを形成させた光学素子
によりｙ方向のみならずコリメートを行わせることがで
きる。図１０にフレネルレンズパターン５６が形成され
た光学素子５４の例を示す。各発光部Ｅに対応させてフ
レネルレンズパターン５６が形成されているのでｘ方向
についてもコリメートを行うことができる。フレネルレ
ンズパターン５６は、発光部Ｅに対応させて例えば２０
０μｍの狭ピッチで形成させる必要があり例えばそのパ
ターン幅は数μｍ以下のオーダーで形成させる必要があ
るが、そのための方法としてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ
Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等や原子線エッチングなど
により精密な加工が可能となる。この際、ｘ方向とｙ方
向とで異なる屈折力を有するように加工を行うことによ
り２次元的にコリメートを１素子で行うことが可能とな
るので、従来型のコリメートレンズ１６を２つ組み合わ
せる光学系と比較してビーム形状やコスト面で有利であ
る。この材料としては回折損失を最小限にするために、
屈折率は１．８以上であることが望ましい。より具体的
にはオハラ社製Ｓ−ＴＩＨ５３やショット社製ＳＦＬ５
７や、さらに好ましくは屈折率が２以上のＺｎＳやＺｎ
Ｓｅ等の結晶材が良い。
る。例えば、活性層に対向して配設されるコリメートレ
ンズ１６は、ｙ方向にのみ屈折力を有するコリメートレ
ンズ１６のみならず、種々のレンズを用いることが出来
る。例えばフレネルレンズアレイを形成させた光学素子
によりｙ方向のみならずコリメートを行わせることがで
きる。図１０にフレネルレンズパターン５６が形成され
た光学素子５４の例を示す。各発光部Ｅに対応させてフ
レネルレンズパターン５６が形成されているのでｘ方向
についてもコリメートを行うことができる。フレネルレ
ンズパターン５６は、発光部Ｅに対応させて例えば２０
０μｍの狭ピッチで形成させる必要があり例えばそのパ
ターン幅は数μｍ以下のオーダーで形成させる必要があ
るが、そのための方法としてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ
Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等や原子線エッチングなど
により精密な加工が可能となる。この際、ｘ方向とｙ方
向とで異なる屈折力を有するように加工を行うことによ
り２次元的にコリメートを１素子で行うことが可能とな
るので、従来型のコリメートレンズ１６を２つ組み合わ
せる光学系と比較してビーム形状やコスト面で有利であ
る。この材料としては回折損失を最小限にするために、
屈折率は１．８以上であることが望ましい。より具体的
にはオハラ社製Ｓ−ＴＩＨ５３やショット社製ＳＦＬ５
７や、さらに好ましくは屈折率が２以上のＺｎＳやＺｎ
Ｓｅ等の結晶材が良い。
【００１８】また、ウェッジプリズム１８の入射面と出
射面とがなすウェッジ角θは連続的に変化するような構
成としても良い。図１１はそのようなウェッジプリズム
１８の例を示す。例えばコリメートレンズ１６が左右の
ヒートシンク２８に対して対称に接着されていない場合
は、線状に集光させた場合の像が斜めになる（図５
（ｂ）参照）。このような場合は、偏向角がｘ方向に対
して異なるようなウェッジプリズム１８を配設すること
により更に好適な集光が可能となる。なお、本発明にお
ける「活性層に沿って複数の発光部Ｅを備える半導体レ
ーザアレイ１２を前記活性層と垂直な方向に複数積層し
た半導体レーザ光源」とは１次元の半導体レーザアレイ
１２を垂直方向に積層した場合のみならず、２次元に発
光部Ｅを備える一体型の半導体レーザアレイ１２も含
む。また、ビーム広がり補正手段、ビーム整形手段、非
点隔差補正手段は必要に応じて適宜用いればよい。例え
ばライン状ビームに集光する場合は、非点隔差補正手段
のみが用いられ、必要に応じてビーム広がり補正手段が
集光ビームの形状を調整するために用いられる。また、
ビーム広がり補正手段として本実施の形態ではアナモル
フィックプリズムペア２０を用いたが、例えばコリメー
トレンズ等をビームエキスパンダとして用いても良い。
また、ビーム整形手段として６分割プリズム４４を用い
たが、その他の光学素子でも良く例えば３分割プリズム
などの多面体のプリズムやミラーなどを用いてもでも良
い。図１２にコリメートレンズ６０、３分割プリズム６
２を用いた光学系の例を示す。一組のコリメートレンズ
６０ａ、６０ｂを用いてｘ方向およびｙ方向について広
がり補正を行い、非点隔差補正手段としてのコリメート
レンズ６４を透過させた後３分割プリズム６２によりビ
ーム整形を行い、集光レンズ６６により集光することが
できる。こうした光学系であっても集光性能の向上を図
ることが出来る。なお、非点隔差補正手段は複数組のコ
リメートレンズを用いても良い。また、本実施の形態で
は整形後のビーム形状は略正方形状になるようにした
が、例えば光軸に略対称の円形状に整形しても良い。
射面とがなすウェッジ角θは連続的に変化するような構
成としても良い。図１１はそのようなウェッジプリズム
１８の例を示す。例えばコリメートレンズ１６が左右の
ヒートシンク２８に対して対称に接着されていない場合
は、線状に集光させた場合の像が斜めになる（図５
（ｂ）参照）。このような場合は、偏向角がｘ方向に対
して異なるようなウェッジプリズム１８を配設すること
により更に好適な集光が可能となる。なお、本発明にお
ける「活性層に沿って複数の発光部Ｅを備える半導体レ
ーザアレイ１２を前記活性層と垂直な方向に複数積層し
た半導体レーザ光源」とは１次元の半導体レーザアレイ
１２を垂直方向に積層した場合のみならず、２次元に発
光部Ｅを備える一体型の半導体レーザアレイ１２も含
む。また、ビーム広がり補正手段、ビーム整形手段、非
点隔差補正手段は必要に応じて適宜用いればよい。例え
ばライン状ビームに集光する場合は、非点隔差補正手段
のみが用いられ、必要に応じてビーム広がり補正手段が
集光ビームの形状を調整するために用いられる。また、
ビーム広がり補正手段として本実施の形態ではアナモル
フィックプリズムペア２０を用いたが、例えばコリメー
トレンズ等をビームエキスパンダとして用いても良い。
また、ビーム整形手段として６分割プリズム４４を用い
たが、その他の光学素子でも良く例えば３分割プリズム
などの多面体のプリズムやミラーなどを用いてもでも良
い。図１２にコリメートレンズ６０、３分割プリズム６
２を用いた光学系の例を示す。一組のコリメートレンズ
６０ａ、６０ｂを用いてｘ方向およびｙ方向について広
がり補正を行い、非点隔差補正手段としてのコリメート
レンズ６４を透過させた後３分割プリズム６２によりビ
ーム整形を行い、集光レンズ６６により集光することが
できる。こうした光学系であっても集光性能の向上を図
ることが出来る。なお、非点隔差補正手段は複数組のコ
リメートレンズを用いても良い。また、本実施の形態で
は整形後のビーム形状は略正方形状になるようにした
が、例えば光軸に略対称の円形状に整形しても良い。
【００１９】また、ビームの結合は偏向ビーム結合素子
を用いる他、例えば誘電多層膜フィルタを用いることも
出来る。例えば略９４０ｎｍの波長の光を透過し、略８
０８ｎｍの波長の光を反射する誘電多層膜フィルタを用
いて、複数のユニットからそれぞれ出射される略９４０
ｎｍの半導体レーザ光と略８０８ｎｍの半導体レーザ光
とを結合することも出来る。この際誘電多層膜フィルタ
の反射率あるいは透過率の性質を好適に発揮させるため
に入射角を１５度以内とすることが好ましい。なお、結
合する波長は808 nmと940nmに限らず、任意の半導体レ
ーザ発振波長でも良い。また、３波長以上の結合も可能
であり、例えば780 nm, 830 nm, 940 nmの３波長
を結合することも同様の方法で可能である。また、波長
結合は誘電多層膜フィルター以外にも、回折格子や三角
プリズムなどによっても可能である。また本発明のレー
ザ光の用途は光ファイバＦへの集光に限られるものでは
なく、種々応用可能である。たとえば励起媒質への励起
などでも良いし、光ファイバＦを介さず直接加工などに
用いることも出来る。
を用いる他、例えば誘電多層膜フィルタを用いることも
出来る。例えば略９４０ｎｍの波長の光を透過し、略８
０８ｎｍの波長の光を反射する誘電多層膜フィルタを用
いて、複数のユニットからそれぞれ出射される略９４０
ｎｍの半導体レーザ光と略８０８ｎｍの半導体レーザ光
とを結合することも出来る。この際誘電多層膜フィルタ
の反射率あるいは透過率の性質を好適に発揮させるため
に入射角を１５度以内とすることが好ましい。なお、結
合する波長は808 nmと940nmに限らず、任意の半導体レ
ーザ発振波長でも良い。また、３波長以上の結合も可能
であり、例えば780 nm, 830 nm, 940 nmの３波長
を結合することも同様の方法で可能である。また、波長
結合は誘電多層膜フィルター以外にも、回折格子や三角
プリズムなどによっても可能である。また本発明のレー
ザ光の用途は光ファイバＦへの集光に限られるものでは
なく、種々応用可能である。たとえば励起媒質への励起
などでも良いし、光ファイバＦを介さず直接加工などに
用いることも出来る。
【００２０】
【発明の効果】この結果、複数の発光部を備える光源か
ら出射させる半導体レーザ光を微小領域に高い効率で集
光することが可能になり、これまでYAGレーザやCO2レー
ザが主に用いられてきた、溶接や切断、除去加工などの
高いビーム強度を要する加工が可能になる。
ら出射させる半導体レーザ光を微小領域に高い効率で集
光することが可能になり、これまでYAGレーザやCO2レー
ザが主に用いられてきた、溶接や切断、除去加工などの
高いビーム強度を要する加工が可能になる。
【図１】本発明の実施の形態にかかるレーザ装置１０の
概略構成図。
概略構成図。
【図２】本発明の実施の形態において半導体レーザアレ
イ１２の模式図。
イ１２の模式図。
【図３】本発明の実施の形態においてウェッジプリズム
１８の模式図。
１８の模式図。
【図４】本発明の実施の形態において半導体レーザアレ
イ１２に対してコリメートレンズ１６がずれて取り付け
られた様子を示す図。
イ１２に対してコリメートレンズ１６がずれて取り付け
られた様子を示す図。
【図５】本発明の実施の形態においてコリメートレンズ
１６を取り付けるための装置の概略構成を示した図。
１６を取り付けるための装置の概略構成を示した図。
【図６】本発明の実施の形態においてウェッジプリズム
によるレーザ光の偏向を示す模式図。
によるレーザ光の偏向を示す模式図。
【図７】本発明の実施の形態においてアナモルフィック
プリズムペア２０を用いてビーム広がり補正をしている
様子を示す図。
プリズムペア２０を用いてビーム広がり補正をしている
様子を示す図。
【図８】本発明の実施の形態において６分割プリズム４
４を通過した前後のビーム形状の変化を示した図。
４を通過した前後のビーム形状の変化を示した図。
【図９】本発明の実施の形態の変形例としてレーザ光の
結合を示す模式図。
結合を示す模式図。
【図１０】本発明の実施の形態の変形例としてフレネル
レンズパターン５６が形成された光学素子５４の模式
図。
レンズパターン５６が形成された光学素子５４の模式
図。
【図１１】本発明の実施の形態の変形例としてウェッジ
角が変化しているウェッジプリズムを示す図。
角が変化しているウェッジプリズムを示す図。
【図１２】本発明の実施の形態の変形例としてコリメー
トレンズ６０、３分割プリズム６２を用いた光学系の構
成を示す図。
トレンズ６０、３分割プリズム６２を用いた光学系の構
成を示す図。
レーザ装置１０、半導体レーザアレイ１２、半導体レー
ザスタック１４、コリメートレンズ１６、ウェッジプリ
ズム１８、アナモルフィックプリズムペア２０。
ザスタック１４、コリメートレンズ１６、ウェッジプリ
ズム１８、アナモルフィックプリズムペア２０。
Claims (10)
- 【請求項１】 活性層に沿って複数の発光部を備える半
導体レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数積層
した半導体レーザ光源と、 前記各発光部から出射されたレーザ光をコリメートする
ために前記各半導体レーザアレイごとに配設される複数
のコリメート手段と、 前記各コリメート手段によりコリメートされた各レーザ
光が互いに平行になるように、少なくとも一つの前記コ
リメート手段に対応して配設されるレーザ光偏向手段と
を備えていることを特徴とするレーザ光源装置。 - 【請求項２】 活性層に沿って複数の発光部を備える半
導体レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数積層
した半導体レーザ光源と、前記各活性層に対向して配設
されており前記各レーザ発光部から出射されたレーザ光
をコリメートさせる複数のコリメート手段と、少なくと
も１つの前記コリメート手段に対向して配設されてお
り、このコリメート手段によりコリメートされたレーザ
光が入射する一方の平面と、このレーザ光が出射する他
方の平面とが所定の角度を有するように構成された前記
レーザ光の波長に対して透明な材質からなる光学素子と
を備えていることを特徴とするレーザ光源装置。 - 【請求項３】 前記コリメート手段は、前記各発光部か
ら出射されたレーザ光を前記活性層に平行な方向および
これと垂直な方向に屈折させるフレネルレンズパターン
が前記各発光部に対応して形成された構成であることを
特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ光源装
置。 - 【請求項４】 前記コリメート手段は、このコリメート
手段の側面と、前記半導体レーザアレイまたは前記半導
体レーザアレイに備わるヒートシンクに固定されたスペ
ーサの側面と接着されることにより保持されることを特
徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ光源装
置。 - 【請求項５】 複数の発光部からレーザ光を出射させる
半導体レーザ光源と、前記各発光部から出射された各レ
ーザ光を少なくとも一つの方向に対してコリメートさせ
るコリメート手段と、コリメートされた前記レーザ光が
互いに平行となるように少なくとも一つの前記発光部か
ら出射されたレーザ光を前記コリメートさせた方向と同
一の方向に偏向させる偏向手段を前記コリメート手段と
は別途設けたことを特徴とするレーザ光源装置。 - 【請求項６】 請求項１または請求項２記載のレーザ光
源装置と、このレーザ光源装置から出射されたレーザ光
のビーム広がり、ビーム形状または非点隔差のうちの少
なくとも１つを補正するビーム補正手段と、このビーム
補正手段により補正された前記レーザ光を集光する集光
手段とを備えることを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項７】 活性層に沿って複数の発光部を備える半
導体レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数積層
した半導体レーザ光源の前記各発光部から出射されたレ
ーザ光を、前記各半導体レーザアレイごとに配設される
複数のコリメート手段を用いてコリメートする工程と、
少なくとも一つの前記コリメート手段に対応して、一方
の平面と他方の平面とが所定の角度を有する光学素子を
配設させ、このコリメート手段によりコリメートされた
レーザ光をこの光学素子に入射させることにより前記各
コリメート手段によりコリメートされた各レーザ光が互
いに平行になるように前記レーザ光を偏向させる工程と
を備えることを特徴とするレーザ光の出射方法。 - 【請求項８】 活性層に沿って複数の発光部を備える半
導体レーザアレイを前記活性層と垂直な方向に複数積層
した半導体レーザ光源に、前記各発光部から出射された
レーザ光をコリメートするためのコリメート手段を配設
する工程と、少なくとも一つの前記コリメート手段に対
向させて、このコリメート手段によりコリメートされた
レーザ光を偏向するための偏向手段を配設する偏向手段
配設工程とを備えるレーザ光源装置の製造方法におい
て、前記偏向手段配設工程は、 前記コリメート手段によりコリメートされた前記レーザ
光を結像させる工程と、 前記結像された像を撮像手段を用いて撮像する工程と、 前記撮像により得られた撮像データに基づいて、所定の
偏向量を有する偏向手段を選択する選択工程とを備える
ことを特徴とするレーザ光源装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記コリメート手段は、接着剤を用いて
配設されることを特徴とする請求項８記載のレーザ光源
装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記選択工程は、前記結像により前記
半導体レーザアレイごとに得られる各像のずれ量を算出
する工程を備えることを特徴とする請求項８記載のレー
ザ光源装置の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001135752A JP2002329935A (ja) | 2001-05-07 | 2001-05-07 | レーザ光源装置、レーザ装置、レーザ出射方法およびレーザ光源装置の製造方法 |
| US10/138,562 US6754246B2 (en) | 2001-05-07 | 2002-05-06 | Laser light source apparatus |
| DE10220378A DE10220378B4 (de) | 2001-05-07 | 2002-05-07 | Laserlichtquellenvorrichtung mit optischen Elementen zur Strahlkorrektur |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001135752A JP2002329935A (ja) | 2001-05-07 | 2001-05-07 | レーザ光源装置、レーザ装置、レーザ出射方法およびレーザ光源装置の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002329935A true JP2002329935A (ja) | 2002-11-15 |
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ID=18983158
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP (1) | JP2002329935A (ja) |
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| FI116010B (fi) * | 2002-05-22 | 2005-08-31 | Cavitar Oy | Menetelmä ja laserlaite suuren optisen tehotiheyden tuottamiseksi |
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