JP2003273458A - ファイバライトガイドにビームを入力結合させる装置 - Google Patents

ファイバライトガイドにビームを入力結合させる装置

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JP2003273458A JP2003019046A JP2003019046A JP2003273458A JP 2003273458 A JP2003273458 A JP 2003273458A JP 2003019046 A JP2003019046 A JP 2003019046A JP 2003019046 A JP2003019046 A JP 2003019046A JP 2003273458 A JP2003273458 A JP 2003273458A
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ベーリンガー マーティン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファイバライトガイドにビームを入力結合さ
せるための装置を発展させ、コンパクトな構造であるに
もかかわらず、できるだけ効率的なビーム入力結合を保
証する。 【解決手段】 ビームをファイバライトガイドに入力結
合させるための装置において、共振器の出力結合鏡がフ
ァイバライトガイド内又はファイバライトガイド上に形
成されているよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビーム射出窓を有
する半導体レーザと、ビーム入射端を有するファイバラ
イトガイドと、エンドミラーと出力結合鏡とを有する共
振器と、前記半導体レーザのビームの基本モードのみを
前記ファイバライトガイドのビーム入射端上に結像する
光学装置とを有し、前記半導体レーザのビーム射出窓が
前記ファイバライトガイドのビーム入射端の方向を向い
ており、前記半導体レーザが前記エンドミラーと前記出
力結合鏡との間に配置されており、前記光学装置が前記
半導体レーザと前記ファイバライトガイドとの間に配置
されている形式のファイバライトガイドにビームを入力
結合させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】「エンドミラー」なる概念は、本明細書
の文脈では、反射率が高く設計された共振器ミラーであ
り、この共振器ミラーは、半導体レーザ内で生成されこ
の共振器ミラーに照射されるビームを十分完全に反射し
返すか、又は例えばレーザの監視に使用し得る僅かな残
留放射を除いて反射し返すものである。「出力結合鏡」
なる概念は、本明細書の文脈では、部分反射性の共振器
ミラーであり、レーザ活動を呼び出すため及びレーザ活
動を維持するために用意された、前記部分反射性の共振
器ミラーに照射されるビームの一部が半導体レーザに反
射し返され、このビームの残りが半導体レーザ装置から
出力結合されるように設計されている。
【０００３】とりわけ、例えば通信技術の場合のよう
に、ポンプレーザとして特に高いビーム出力が必要とさ
れる用途において、又は材料加工（溶接、はんだ付け
等）のために、半導体レーザにより放射されたビームを
可能な限り放射損なく、また高い強度で、関連するファ
イバライトガイドに入力結合することが必要である。そ
えゆえ、強度分布及び改善された集束性に基づいて、こ
の種の用途では、たいてい基本モードＴＥＭ００の使用
が必要とされる。
【０００４】ビームをファイバライトガイドに効率的に
入力結合させるために、従来技術からすでに様々な装置
が公知である。
【０００５】こうして、例えば特許文献１から、レーザ
を光波ガイドにより光学結合させる装置が公知であり、
この装置では、レーザと光波ガイドとの間に、コリメー
タが配置されており、これらすべてはハウジング内の相
応の収納部に配置されている。これに関して、レーザと
コリメータの収納部は、レーザがビーム拡散の主方向に
対して横方向に移動可能であり、コリメータがビーム拡
散の主方向に沿って移動可能であるように構造化されて
おり、その結果、製造公差及び取付公差があるにもかか
わらず、レーザにより放射されたビームの光波ガイドへ
の入力結合を損失少なく行うことができる。
【０００６】光波ガイドにビームを効率的に入力結合さ
せるための別の装置は、特許文献２に開示されている。
このケースでは、光源と光波ガイドとの間ないし２つの
光源の間に、いわゆるモードフィールドモディファイヤ
が設けられている。このモードフィールドモディファイ
ヤは、実質的に、端部の広いファイバ片からなってお
り、できるだけ広くビームを拡げるために、この端部の
広いファイバ片内の光波ガイドの被覆とコアは特別に選
定された屈折率を有している。入力結合は、このように
して、コンポーネントの横方向の不整列にいっそう影響
されにくくなる。
【０００７】さらに、特許文献３及び特許文献４から、
光ファイバ増幅器の２つの異なる構造が公知であり、こ
れらは各々できるだけ高い効率性を有している。特許文
献３の場合、これはポンプ光を２重コアファイバのレー
ザコア内でできるだけ完全に吸収することにより達成さ
れる。２重コアファイバ内では、レーザコアを包むポン
プコアは部分的に研磨ないし角取りされており、したが
って、可能な限りすべてのポンプ光がレーザコアへ偏向
される。これに対して特許文献４の光ファイバ増幅器で
は、ファイバコアはポンプ光の拡散方向に先細りしてい
るので、この拡散によりポンプ光が減衰するにもかかわ
らず、ポンプ光のできるだけ多くの部分が信号光の増幅
に寄与する。
【０００８】上記の構成がビームをファイバライトガイ
ドに効率的に、すなわち損失少なく入力結合することを
課題としている一方で、例えば特許文献５には、実質的
に信号ビームの基本モードのみを増幅する光ファイバ増
幅器が記載されている。さらにファイバ増幅器は、中央
のアクティブレーザコアとこれを包むポンプコアをファ
イバ被覆内に有しており、これによりいわゆる２重コア
ファイバが形成される。そのうえ、実質的に基本モード
のみを増幅し、基本モードよりも高いモードを抑制する
ために、横モード選択のための素子が設けられている。
この素子は例えば断熱された先細りファイバとして又は
いわゆるモードスクランブラとして形成されている。
【０００９】さらに、特許文献６には、横基本モードの
光のみを放射し、他のモードを減衰するために、いわゆ
る基本モード決定子を備えたレーザが開示されている。
この基本モード決定子は、実質的に２つの絞りから成っ
ており、アクティブレーザ材料とともに２つの共振器ミ
ラーの間に配置されている。
【００１０】上述した、ファイバライトガイドにビーム
を効率的に入力結合させるための従来の装置は、レーザ
装置、ファイバライトガイド又は入力結合システムのい
ずれかの比較的完全な構造をすべて示している。それゆ
え、できるだけ簡単かつコンパクトで、しかも効率のよ
いビーム入力結合を可能にする装置が要求される。
【００１１】特許文献７に記載されているように、この
目的ですでに１つの装置が開発されており、本願の請求
項１の上位概念はこの装置に基づいている。
【００１２】特許文献７には、半導体レーザにより生成
されたビームをマルチモードファイバライトガイド内に
集束及び入力結合させるための装置が開示されている。
半導体レーザのビーム射出面とファイバライトガイドの
ビーム入射面との間には、ビーム集束素子が円筒レンズ
の形で配置されている。しかも、円筒レンズの長手軸
は、実質的に半導体レーザにより生成されるビームのマ
ルチモード方向に平行に方向付けられており、半導体レ
ーザのビームの基本モードＴＥＭ００のみをファイバラ
イトガイドのビーム入射面に結像するようになってい
る。取り付けを簡単にするために、円筒レンズはファイ
バライトガイドのビーム入射面に直接接着されている
か、又はビーム入射面と溶融されているないしビーム入
射面に溶着されている。
【００１３】
【特許文献１】ＤＥ ３７ ０５ ４０８ Ｃ１
【特許文献２】ＥＰ ０ ３６６ ３２０ Ｂ１
【特許文献３】ＤＥ １９５ ３５ ５２６ Ｃ１
【特許文献４】ＵＳ−Ａ−５，５０８，８４２
【特許文献５】ＤＥ １００ ０９ ３７９ Ａ１
【特許文献６】ＤＥ １９６ ２８ ０６８ Ａ１
【特許文献７】ＤＥ ４２ ３８ ４３４ Ａ１
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術を前提
としたうえで、本発明の課題は、ビームをファイバライ
トガイドに入力結合させるための冒頭で述べた装置を発
展させ、コンパクトな構造であるにもかかわらず、でき
るだけ効率的なビーム入力結合を保証することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
り、ファイバライトガイドにビームを入力結合させる装
置であって、ビーム射出窓を有する半導体レーザと、ビ
ーム入射端を有するファイバライトガイドと、エンドミ
ラーと出力結合鏡とを有する共振器と、前記半導体レー
ザのビームの基本モードのみを前記ファイバライトガイ
ドのビーム入射端上に結像する光学装置とを有し、前記
半導体レーザのビーム射出窓は前記ファイバライトガイ
ドのビーム入射端の方向を向いており、前記半導体レー
ザは前記エンドミラーと前記出力結合鏡との間に配置さ
れており、前記光学装置が、前記半導体レーザと前記フ
ァイバライトガイドとの間に配置されている形式の装置
において、前記共振器の出力結合鏡が前記ファイバライ
トガイド内又は前記ファイバライトガイド上に形成され
ているよう構成することにより解決される。
【００１６】
【発明の実施の形態】ファイバライトガイドにビームを
入力結合させるための本発明による装置は、ビーム射出
窓を有する半導体レーザと、ビーム入射端を有するファ
イバライトガイドと、エンドミラーと出力結合鏡とを有
する共振器と、半導体レーザのビームの基本モードのみ
をファイバライトガイドのビーム入射端上に結像する光
学装置とを有し、半導体レーザのビーム射出窓はファイ
バライトガイドのビーム入射端の方向を向いており、半
導体レーザはエンドミラーと出力結合鏡との間に配置さ
れており、光学装置は、半導体レーザとファイバライト
ガイドとの間に配置されている。
【００１７】本発明による構造により、一方ではより高
いモードに対して基本モードＴＥＭ ＯＯが優先され、他
方ではファイバライトガイドへのビームの入力結合と半
導体レーザの共振器とが相互に結合されており、これに
より、本発明による装置の構造がコンパクトであると同
時に効率的になる。
【００１８】本発明の１つの有利な実施例では、ファイ
バライトガイドのビーム入射端は、共振器の出力結合鏡
を形成すると同時に半導体レーザのビームの入力結合を
可能にするよう成形及び／又はコーティングされてい
る。これに関して注意すべきは、ファイバライトガイド
のビーム入射端は、一方では共振器として使用される、
すなわち反射するよう構成されているが、他方では、反
射されないビームはファイバライトガイドに入力結合さ
れなければならないということである。
【００１９】本発明の有利な択一的実施例では、ファイ
バライトガイドのビーム入射端に、共振器の出力結合鏡
を形成するブラッグ格子鏡が設けられている。
【００２０】有利には、共振器のエンドミラーはビーム
射出窓とは反対側の半導体レーザの側面により形成され
ている。なお、この側面の反射率は高い。
【００２１】本発明の別の有利な実施形態では、ビーム
射出窓又はビーム射出窓を有する半導体レーザの側面
は、実質的に反射防止コーティングがなされている、す
なわち、ビーム射出窓は１０−３より小又は等しい残留
反射率を有する。
【００２２】本発明の有利な発展形態によれば、光学装
置は円筒レンズを有しており、円筒レンズの長手軸は、
実質的に半導体レーザから放射されるビームのマルチモ
ード方向と平行に方向付けられている。
【００２３】さらに、円筒レンズの他に、例えばレンズ
のような、基本モード（ＴＥＭ００）の同位相波面の曲
りを補償する別の光学素子を設けてもよい。
【００２４】特に有利には、ファイバライトガイドは、
ビーム入射端を通って入力結合されるビームを増幅する
光ファイバ増幅器であり、この光ファイバ増幅器はとり
わけ２重コアファイバとして形成することができる。
【００２５】本発明による装置の他の特徴及び利点は、
添付した図面を参照しつつ以下の実施例の説明に基づい
て説明される。
【００２６】
【実施例】図に概略的に示されているように、本発明に
よる装置は、実質的に半導体レーザ１，ファイバライト
ガイド５，共振器９及び光学装置８から成っている。半
導体レーザ１はビーム射出窓３を有しており、このビー
ム射出窓３を有する半導体レーザの側面２は、ビームの
射出を可能にするよう、少なくともビーム射出窓３の領
域においては広く反射防止コーティングがなされてい
る。このために、例えば、半導体レーザ１の側面２は残
留反射率が１０−３より低くなるようコーティングされ
ている。
【００２７】半導体レーザ１の側面４とは反対側のビー
ム射出窓３は、反射率が高く形成されている。それゆ
え、この側面４は公知のようにエンドミラーとして又は
本発明による装置の共振器の第１の共振器ミラー９ａと
して使用される。
【００２８】図示された半導体レーザ１はいわゆるエッ
ジエミッタとして構成されているが、本発明はこの構造
に限定されるものではない。それどころか、例えば表面
波エミッタとして形成された半導体レーザとしても使用
可能である。そのうえ、本発明は特別な半導体レーザに
も限定されない。例えば、材料系ＡｌＧａＩｎＡｓの半
導体レーザを使用することもできる。
【００２９】半導体レーザ１のビーム射出窓３の面に
は、ファイバライトガイド５が配置されている。ファイ
バライトガイド５は、半導体レーザ１のビーム射出窓３
の方向を向いたビーム入射端６を有している。
【００３０】ファイバライトガイド５のビーム入射端６
は、同時に出力結合鏡又は本発明による装置の共振器９
の第２の共振器ミラー９ｂとして使用することができ
る。このために、ファイバライトガイド５のビーム入射
端６は、半導体レーザ１によりビーム射出窓３を通して
放射されたビームの一部が反射され、半導体レーザ１の
コーティングされた高反射側面４により共振器９が形成
されるように、コーティング及び／又は成形されてい
る。同時に、ファイバライトガイド５のビーム入射端６
は、反射されないビームがファイバライトガイド５へ入
力結合されるようにコーティング及び／又は成形されて
いなければならない。
【００３１】代替的に又はできれば、ファイバライトガ
イド５のビーム入射面６の上記コーティングに加えて、
ファイバライトガイド５のビーム入射端６の近傍に、ブ
ラッグビーム格子７を実装してもよい。ブラッグビーム
格子７は、図に概略的に示されているように、第２の共
振器ミラー９ｂとして、第１の共振器ミラー９ａである
高反射側面４とともに本発明による装置の共振器９を形
成する。
【００３２】ファイバライトガイド５はさらに、入力結
合されたビームを伝達するための通常のファイバライト
ガイドとしても、信号ビームを増幅するための光ファイ
バ増幅器としても形成することができる。後者の場合、
ファイバライトガイドは、すでに従来技術から公知のよ
うに、例えば内部レーザコアとこのレーザコアを包むポ
ンプコアとを有する２重コアファイバとして形成されて
いる。
【００３３】さらに、信号モードファイバライトガイド
もマルチモードファイバライトガイドも、本発明に従っ
て構成された装置により実質的に信号ビームの基本モー
ドしかファイバライトガイドに入力結合されない場合で
も、本発明による装置に使用することができる。
【００３４】ビームの周波数変換が必要な場合には、周
波数変換するファイバライトガイド、例えば周波数２倍
化するファイバライトガイドを使用してもよい。有利に
は、このようなファイバライトガイドは適切にも、周波
数変換に使用される非線形光学材料を含んでいる。ま
た、ファイバ自体がこのような非線形光学材料から作製
されていてもよい。
【００３５】ファイバライトガイド５と半導体レーザ１
との間には、さらに、例えばレンズ、格子などのような
複数の光学素子から成る光学装置８が設けられている。
この光学装置８は、半導体１により放射された基本モー
ドＴＥＭ００のみの同位相波面の曲りを補償し、基本モ
ードＴＥＭ００のみをファイバライトガイド５のビーム
入射端６に結像させるよう形成及び配置されている。基
本モードよりも高いモードは、ファイバライトガイド５
のビーム入射端６に結像されないか、又は抑制される。
【００３６】すでに特許文献７で提案されているよう
に、この目的で、光学装置８は円筒レンズを有していて
よい。この円筒レンズの長手軸は、実質的に半導体レー
ザ１により放射されるビームのマルチモード方向（矢印
ＭＭ）に平行かつ基本モード（図中の矢印ＴＥＭ００）
に垂直に方向付けられている。そのうえ、円筒レンズは
ファイバライトガイド５のビーム入射端６に直接取り付
けることもでき、特許文献７に開示されているように寸
法を決めることができる。
【００３７】半導体レーザ１により放射されたビームの
基本モードＴＥＭ００に限定することにより、効率的に
ビームをファイバライトガイド５に入力結合させること
が可能である。さらに、ファイバライトガイド５を共振
器の第２の共振器ミラーとして使用することにより、ビ
ーム入力結合の効率を損なうことなく、装置の構造を非
常にコンパクトにすることができる。
【００３８】本発明による装置の別の利点は、半導体レ
ーザの共振器の通常の部分反射性出力結合鏡の放射損失
が自動的にファイバライトガイドに入力結合され、それ
ゆえ失われないことにある。これによりさらに装置の効
率が上がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体レーザからのビームをファイバライトガ
イドに入力結合させるための本発明による装置の実施例
を概略的に透視図により示す。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ ２ 反射防止コーティングされた側面 ３ ビーム射出窓 ４ 高反射率の側面 ５ ファイバライトガイド ６ ビーム入射端 ７ ブラッグ格子鏡 ８ 光学装置 ９ 共振器 ９ａ エンドミラー ９ｂ 共振器ミラー
フロントページの続き (72)発明者 マーティン ベーリンガー ドイツ連邦共和国 レーゲンスブルク テ オドア−シュトルム−シュトラーセ 16ア ー Ｆターム(参考） 2H037 BA03 BA32 CA13 DA03 DA04 DA05 5F073 AA67 AA83 AA89 AB23 AB25 AB27 AB28 AB29 BA03 BA09 CA15 EA29

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ファイバライトガイドにビームを入力結
    合させる装置であって、 ビーム射出窓（３）を有する半導体レーザ（１）と、 ビーム入射端（６）を有するファイバライトガイド
    （５）と、 エンドミラー（９ａ）と出力結合鏡（９ｂ）とを有する
    共振器（９）と、 前記半導体レーザのビームの基本モード（ＴＥＭ００）
    のみを前記ファイバライトガイドのビーム入射端上に結
    像する光学装置（８）とを有し、 前記半導体レーザのビーム射出窓は前記ファイバライト
    ガイドのビーム入射端の方向を向いており、 前記半導体レーザは前記エンドミラー（９ａ）と前記出
    力結合鏡（９ｂ）との間に配置されており、 前記光学装置が、前記半導体レーザと前記ファイバライ
    トガイドとの間に配置されている形式の装置において、 前記共振器（９）の出力結合鏡（９ｂ）が前記ファイバ
    ライトガイド内又は前記ファイバライトガイド上に形成
    されていることを特徴とする、ファイバライトガイドに
    ビームを入力結合させる装置。
  2. 【請求項２】 前記ファイバライトガイドのビーム入射
    端は、前記共振器（９）の出力結合鏡（９ｂ）を形成す
    ると同時に前記半導体レーザのビームの入力結合を可能
    にするよう成形及び／又はコーティングされている、請
    求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記ファイバライトガイドのビーム入射
    端に、前記共振器（９）の出力結合鏡（９ｂ）を形成す
    るブラッグ格子鏡（７）が設けられている、請求項１記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 前記ビーム射出窓（３）とは反対側の前
    記半導体レーザ（１）の側面（４）は、反射率が高く設
    計されており、前記共振器（９）のエンドミラー（９
    ａ）を形成している、請求項１から３のいずれか１項に
    記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ビーム射出窓（３）又は前記ビーム
    射出窓（３）を有する側の前記半導体レーザ（１）の側
    面（２）は、実質的に反射防止コーティングがなされて
    いる、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記ビーム射出窓（３）は１０−３より
    小又は等しい残留反率を有する、請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記光学装置（８）は円筒レンズを有し
    ており、 前記円筒レンズの長手軸は、実質的に前記半導体レーザ
    （１）から放射されるビームのマルチモード方向（Ｍ
    Ｍ）に平行に方向付けられている、請求項１から６のい
    ずれか１項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ファイバライトガイド（５）は、前
    記ビーム入射端（６）を通って入力結合されるビームを
    増幅する光ファイバ増幅器である、請求項１から７のい
    ずれか１項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記光学装置（８）は、前記基本モード
    （ＴＥＭ００）の同位相波面の曲りを補償するよう構成
    されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の装
    置。
JP2003019046A 2002-01-29 2003-01-28 ファイバライトガイドにビームを入力結合させる装置 Pending JP2003273458A (ja)

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