JP2003344721A - 集光用光回路及び光源装置 - Google Patents
集光用光回路及び光源装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アレイ状光源からの複数の出射光を高効率で
合波させる。 【解決手段】 入射導波部５０は、レーザ光が入射され
る入射直線領域５１と、入射直線領域５１から入射され
たレーザ光を所定の方向に曲げる曲線領域５２と、曲線
領域５２を通過したレーザ光を平行光化するアップテー
パ領域５３とを備えている。
合波させる。 【解決手段】 入射導波部５０は、レーザ光が入射され
る入射直線領域５１と、入射直線領域５１から入射され
たレーザ光を所定の方向に曲げる曲線領域５２と、曲線
領域５２を通過したレーザ光を平行光化するアップテー
パ領域５３とを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集光用光回路及び
光源装置に係り、例えば半導体ダイレクトレーザ加工機
や固体励起レーザのポンプ光源に用いて好適な集光用光
回路及び光源装置に関する。
光源装置に係り、例えば半導体ダイレクトレーザ加工機
や固体励起レーザのポンプ光源に用いて好適な集光用光
回路及び光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
アレイ状光源からの出射光を集光する集光用光回路とし
てＹ型合波回路が提案されている。
アレイ状光源からの出射光を集光する集光用光回路とし
てＹ型合波回路が提案されている。
【０００３】図１４は、従来のＹ型合波回路の平面図で
ある。Ｙ型合波回路の入射光の多くは、臨界角を超えて
導波路が合流する接続点で導波路外に放射される。この
ため、入射光は、接続点を１段経る毎に２〜３ｄＢ程度
の損失が生じる。したがって、アレイ状光源の多数の出
射光を集光するために、Ｙ型合波回路の接続点の段数を
増やしてもＹ型合波回路の出力強度はあまり大きくなら
ない、という問題があった。
ある。Ｙ型合波回路の入射光の多くは、臨界角を超えて
導波路が合流する接続点で導波路外に放射される。この
ため、入射光は、接続点を１段経る毎に２〜３ｄＢ程度
の損失が生じる。したがって、アレイ状光源の多数の出
射光を集光するために、Ｙ型合波回路の接続点の段数を
増やしてもＹ型合波回路の出力強度はあまり大きくなら
ない、という問題があった。
【０００４】また、特開平５−９３８２８号公報には、
同公報の図１に示すように、レーザダイオードバー１０
の放出面１２，１４，１６に、光ファイバ束２４の光フ
ァイバ１８，２０，２２をそれぞれ対応させて、レーザ
光を集光して高密度化を図る多重エミツタレーザダイオ
ードをマルチモード光ファイバに結合するための装置
（以下「従来技術１」という。）が提案されている。
同公報の図１に示すように、レーザダイオードバー１０
の放出面１２，１４，１６に、光ファイバ束２４の光フ
ァイバ１８，２０，２２をそれぞれ対応させて、レーザ
光を集光して高密度化を図る多重エミツタレーザダイオ
ードをマルチモード光ファイバに結合するための装置
（以下「従来技術１」という。）が提案されている。
【０００５】しかし、レーザダイオードバー１０は多数
の放出面を備えているので、すべての放出面に１本ずつ
光ファイバを接続するのは非常に煩雑であり、放出面に
接続することができる光ファイバの数に限度がある。し
たがって、放出面に光ファイバを接続してレーザ光を集
光したとしても、集光されたレーザ光のエネルギー密度
に限界がある。
の放出面を備えているので、すべての放出面に１本ずつ
光ファイバを接続するのは非常に煩雑であり、放出面に
接続することができる光ファイバの数に限度がある。し
たがって、放出面に光ファイバを接続してレーザ光を集
光したとしても、集光されたレーザ光のエネルギー密度
に限界がある。
【０００６】また、集光系を小さくするためには光ファ
イバ束の外径が小さいことが望ましいが、多くの放出面
から出射されたレーザ光を集光しようとすると、光ファ
イバ束２４の外径が大きくなり、実用上、レーザ光を集
光することが困難になってしまう。
イバ束の外径が小さいことが望ましいが、多くの放出面
から出射されたレーザ光を集光しようとすると、光ファ
イバ束２４の外径が大きくなり、実用上、レーザ光を集
光することが困難になってしまう。
【０００７】特開平７−１６８０４０号公報には、同公
報の図２に示すように、複数の光源を有する半導体レー
ザー（レーザバー）１ｂを積層し、積層された半導体レ
ーザー１ｂからの出射光を横方向に集束する光分岐器２
ｂ1と、光分岐器２ｂ1からの出射光を縦方向に集束する
光分岐器２ｂ2とを備えた半導体レーザー集光装置（以
下「従来技術２」という。）が提案されている。
報の図２に示すように、複数の光源を有する半導体レー
ザー（レーザバー）１ｂを積層し、積層された半導体レ
ーザー１ｂからの出射光を横方向に集束する光分岐器２
ｂ1と、光分岐器２ｂ1からの出射光を縦方向に集束する
光分岐器２ｂ2とを備えた半導体レーザー集光装置（以
下「従来技術２」という。）が提案されている。
【０００８】しかし、従来技術２では、レーザ光の光軸
調整において、積層された半導体レーザー１ｂのレーザ
光の出射位置と、光分岐器２ｂ1のレーザ光の入射位置
とを高精度に一致させる必要がある。さらに、光軸調整
後の半導体レーザー１、光分岐器２ｂ1及び光分岐器２
ｂ2の配置状態を保持することも困難である。そのた
め、各接続部位における位置の不整合が発生し易く、こ
の結果、効率よくレーザ光を集光することが困難であっ
た。
調整において、積層された半導体レーザー１ｂのレーザ
光の出射位置と、光分岐器２ｂ1のレーザ光の入射位置
とを高精度に一致させる必要がある。さらに、光軸調整
後の半導体レーザー１、光分岐器２ｂ1及び光分岐器２
ｂ2の配置状態を保持することも困難である。そのた
め、各接続部位における位置の不整合が発生し易く、こ
の結果、効率よくレーザ光を集光することが困難であっ
た。
【０００９】特開２０００−１９３６２号公報には、ア
レイ型半導体レーザの各光放射部から出射されたレーザ
光を集束する光集束器１０を備えたアレイ型半導体レー
ザ用結合装置（以下「従来技術３」という。）が提案さ
れている。
レイ型半導体レーザの各光放射部から出射されたレーザ
光を集束する光集束器１０を備えたアレイ型半導体レー
ザ用結合装置（以下「従来技術３」という。）が提案さ
れている。
【００１０】しかし、従来技術３では、半導体レーザの
数が増えると、光集束器１０の長手方向（レーザ光の入
射方向に平行な方向）の長さが大きくなり、現実的な寸
法では収まりきれない大きさになる問題があった。光集
束器１０の長手方向を短くするためには、光集束器に形
成された光導波路を急激に曲げる必要があるが、急激に
曲げるとレーザ光の放射損失が増加する問題があった。
数が増えると、光集束器１０の長手方向（レーザ光の入
射方向に平行な方向）の長さが大きくなり、現実的な寸
法では収まりきれない大きさになる問題があった。光集
束器１０の長手方向を短くするためには、光集束器に形
成された光導波路を急激に曲げる必要があるが、急激に
曲げるとレーザ光の放射損失が増加する問題があった。
【００１１】本発明は、上述した課題を解決するために
提案されたものであり、アレイ状光源からの複数の出射
光を高効率で合波させる集光用光回路及び光源装置を提
供することを目的とする。
提案されたものであり、アレイ状光源からの複数の出射
光を高効率で合波させる集光用光回路及び光源装置を提
供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光が入射される複数の入射ポートと、前記入射ポートに
光結合されると共に入射した光を平行光束にする平行光
化部と、を備えた複数の入射導波部と、入射端が前記複
数の入射導波部の各々に光結合されると共に入射端から
出射端に向かって導波領域が徐々に小さくなるダウンテ
ーパ部と、前記ダウンテーパ部の出射端に設けられた出
射ポートと、を備えた単一の出射導波部と、を有する。
光が入射される複数の入射ポートと、前記入射ポートに
光結合されると共に入射した光を平行光束にする平行光
化部と、を備えた複数の入射導波部と、入射端が前記複
数の入射導波部の各々に光結合されると共に入射端から
出射端に向かって導波領域が徐々に小さくなるダウンテ
ーパ部と、前記ダウンテーパ部の出射端に設けられた出
射ポートと、を備えた単一の出射導波部と、を有する。
【００１３】入射導波部は、入射ポートと平行光化部と
を備えている。入射ポートは光が入射される部位であ
る。平行光化部は、光の伝搬角を小さくして、光を伝搬
方向に対してほぼ平行光束になるようにする。ここで
は、平行光化部は、請求項２のアップテーパ部を含んで
いてもよいし、光の伝搬方向を光の結合点方向に変換す
る曲線導波部であってもよい。
を備えている。入射ポートは光が入射される部位であ
る。平行光化部は、光の伝搬角を小さくして、光を伝搬
方向に対してほぼ平行光束になるようにする。ここで
は、平行光化部は、請求項２のアップテーパ部を含んで
いてもよいし、光の伝搬方向を光の結合点方向に変換す
る曲線導波部であってもよい。
【００１４】出射導波部は、ダウンテーパ部と出射ポー
トとを備えている。ダウンテーパ部は、各入射導波部の
平行光化部に光結合されており、各平行光化部から出射
された光を合波して、出射ポート介して外部に出射す
る。
トとを備えている。ダウンテーパ部は、各入射導波部の
平行光化部に光結合されており、各平行光化部から出射
された光を合波して、出射ポート介して外部に出射す
る。
【００１５】したがって、請求項１記載の発明によれ
ば、平行光化部によって光の伝搬角を小さくして平行光
束にしてから合波することで、高効率で光を結合させる
ことができる。
ば、平行光化部によって光の伝搬角を小さくして平行光
束にしてから合波することで、高効率で光を結合させる
ことができる。
【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記平行光化部は、入射端から出射端に向
かって導波領域が徐々に大きくなるアップテーパ部を含
んでいる。
明において、前記平行光化部は、入射端から出射端に向
かって導波領域が徐々に大きくなるアップテーパ部を含
んでいる。
【００１７】アップテーパ部に入射された光は、内部反
射を繰り返すことで伝搬角が小さくなり平行光束にされ
る。したがって、請求項２記載の発明によれば、各入射
導波部のアップテーパ部は伝搬角の小さな光をダウンテ
ーパ部に入射させるので、高効率で光を合波させること
ができる。 なお、アップテーパ部の出射側に、直線導
波部、曲線導波部、ダウンテーパ部、またはダウンテー
パ部と直線導波部とを結合した導波部を設けてもよい。
射を繰り返すことで伝搬角が小さくなり平行光束にされ
る。したがって、請求項２記載の発明によれば、各入射
導波部のアップテーパ部は伝搬角の小さな光をダウンテ
ーパ部に入射させるので、高効率で光を合波させること
ができる。 なお、アップテーパ部の出射側に、直線導
波部、曲線導波部、ダウンテーパ部、またはダウンテー
パ部と直線導波部とを結合した導波部を設けてもよい。
【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の集光用光回路と、前記集光用光回路の各々の入射
ポートに対してレーザ光を直接入射するアレイ状光源
と、前記集光用光回路の出射導波部に光結合された光フ
ァイバと、前記光ファイバから出射されたレーザ光を集
光する集光手段と、を備えている。
記載の集光用光回路と、前記集光用光回路の各々の入射
ポートに対してレーザ光を直接入射するアレイ状光源
と、前記集光用光回路の出射導波部に光結合された光フ
ァイバと、前記光ファイバから出射されたレーザ光を集
光する集光手段と、を備えている。
【００１９】アレイ状光源は、半導体レーザアレイに限
らず、例えば発散角を抑制するような構造の光源であれ
ば特に限定されない。アレイ状光源は、複数の光出射部
から光を出射して、この光を集光用光回路の入射ポート
に入射させる。集光用光回路は、アレイ状光源から出射
された光を合波して、出射ポートを介して出射する。各
集光用光回路から出射されたそれぞれの光は、光ファイ
バを介して、集光手段で集光される。
らず、例えば発散角を抑制するような構造の光源であれ
ば特に限定されない。アレイ状光源は、複数の光出射部
から光を出射して、この光を集光用光回路の入射ポート
に入射させる。集光用光回路は、アレイ状光源から出射
された光を合波して、出射ポートを介して出射する。各
集光用光回路から出射されたそれぞれの光は、光ファイ
バを介して、集光手段で集光される。
【００２０】したがって、請求項４記載の発明によれ
ば、アレイ状光源から出射された光を集光用光回路によ
って光の伝搬角を小さくして合波し、光ファイバ及び集
光手段を介して外部に出射するので、高効率で結合され
た高輝度の光を外部に出射することができる。
ば、アレイ状光源から出射された光を集光用光回路によ
って光の伝搬角を小さくして合波し、光ファイバ及び集
光手段を介して外部に出射するので、高効率で結合され
た高輝度の光を外部に出射することができる。
【００２１】なお、上述した発明において、導波部を光
導波路で構成してもよいし、光ファイバ等のその他の光
学系で構成してもよい。導波部を光導波路で構成した場
合、ダウンテーパ部は、光の伝搬方向に向かって導波路
の幅が小さくなるように形成すれば、導波領域が小さく
なる。アップテーパ部は、光の伝搬方向に向かって導波
路の幅が広くなるように形成すれば、導波領域が大きく
なる。
導波路で構成してもよいし、光ファイバ等のその他の光
学系で構成してもよい。導波部を光導波路で構成した場
合、ダウンテーパ部は、光の伝搬方向に向かって導波路
の幅が小さくなるように形成すれば、導波領域が小さく
なる。アップテーパ部は、光の伝搬方向に向かって導波
路の幅が広くなるように形成すれば、導波領域が大きく
なる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら詳細に説明する。
態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】図１は、本発明の実施の形態に係る半導体
レーザ光源装置１の構成を示す斜視図である。
レーザ光源装置１の構成を示す斜視図である。
【００２４】半導体レーザ光源装置１は、Ｓｉ基板１０
上に設置された状態で複数のレーザ光を出射する半導体
レーザアレイ２０と、半導体レーザアレイ２０から出射
されたレーザ光を速軸方向に集光するロッドレンズ３０
と、ロッドレンズ３０からのレーザ光を合波する複数の
光導波路デバイス４０と、各光導波路デバイス４０で合
波されたレーザ光を導光する複数の光ファイバ７０と、
各光ファイバ７０から出射されたレーザ光を集光して焦
点位置を調整する集光レンズ８０とを備えている。
上に設置された状態で複数のレーザ光を出射する半導体
レーザアレイ２０と、半導体レーザアレイ２０から出射
されたレーザ光を速軸方向に集光するロッドレンズ３０
と、ロッドレンズ３０からのレーザ光を合波する複数の
光導波路デバイス４０と、各光導波路デバイス４０で合
波されたレーザ光を導光する複数の光ファイバ７０と、
各光ファイバ７０から出射されたレーザ光を集光して焦
点位置を調整する集光レンズ８０とを備えている。
【００２５】Ｓｉ基板１０は、微細加工工程によって板
状に精密に形成されており、主面１１上に配置された半
導体レーザアレイ２０及び光導波路デバイス４０の高さ
方向の位置を精密に規制する。
状に精密に形成されており、主面１１上に配置された半
導体レーザアレイ２０及び光導波路デバイス４０の高さ
方向の位置を精密に規制する。
【００２６】図２は、Ｓｉ基板１０上に配置された半導
体レーザアレイ２０、ロッドレンズ３０及び光導波路デ
バイス４０の拡大断面図である。
体レーザアレイ２０、ロッドレンズ３０及び光導波路デ
バイス４０の拡大断面図である。
【００２７】Ｓｉ基板１０の主面１１上であって、半導
体レーザアレイ２０と光導波路デバイス４０の間には、
半導体レーザアレイ２０のレーザ配列方向に沿って、凹
部溝１２が形成されている。凹部溝１２の幅は、ロッド
レンズ３０の直径よりも小さくなっている。そして、ロ
ッドレンズ３０は、凹部溝１２上に配置され、位置規制
されている。
体レーザアレイ２０と光導波路デバイス４０の間には、
半導体レーザアレイ２０のレーザ配列方向に沿って、凹
部溝１２が形成されている。凹部溝１２の幅は、ロッド
レンズ３０の直径よりも小さくなっている。そして、ロ
ッドレンズ３０は、凹部溝１２上に配置され、位置規制
されている。
【００２８】また、Ｓｉ基板１０は、熱伝導性が良く、
図１に示すように、板状に形成された冷却基板１３によ
って直接冷却される。冷却基板１３は、その内部に冷媒
を通すための図示しない水路を設けている。冷媒供給機
１４は、冷却基板１３に対して冷媒ホース１５及び冷媒
入出力ポート１６を介して冷媒を供給し、使用済みの冷
媒を出力ポート１７及び冷媒ホース１８を介して回収
し、再び冷却用の冷媒を冷却基板１３に供給する。これ
により、冷却基板１３は、Ｓｉ基板１０を常に冷却する
ことができる。なお、冷媒基板１３は、冷媒によってＳ
ｉ基板１０を冷却する水冷式であるが、冷却フィンによ
ってＳｉ基板１０を冷却する空冷式であってもよい。
図１に示すように、板状に形成された冷却基板１３によ
って直接冷却される。冷却基板１３は、その内部に冷媒
を通すための図示しない水路を設けている。冷媒供給機
１４は、冷却基板１３に対して冷媒ホース１５及び冷媒
入出力ポート１６を介して冷媒を供給し、使用済みの冷
媒を出力ポート１７及び冷媒ホース１８を介して回収
し、再び冷却用の冷媒を冷却基板１３に供給する。これ
により、冷却基板１３は、Ｓｉ基板１０を常に冷却する
ことができる。なお、冷媒基板１３は、冷媒によってＳ
ｉ基板１０を冷却する水冷式であるが、冷却フィンによ
ってＳｉ基板１０を冷却する空冷式であってもよい。
【００２９】各半導体レーザアレイ２０は、Ｓｉ基板１
０上において、半導体レーザアレイ２０のレーザ配列方
向に沿って、所定間隔毎に配置されている。半導体レー
ザアレイ２０は、駆動電源２１から供給される駆動電源
によって駆動され、複数のレーザ光出射部からレーザ光
を同一方向に出射する。なお、レーザ光の発散角は、速
軸方向θ⊥〜４０°、遅軸方向θ//〜１０°の一般的な
特性である。
０上において、半導体レーザアレイ２０のレーザ配列方
向に沿って、所定間隔毎に配置されている。半導体レー
ザアレイ２０は、駆動電源２１から供給される駆動電源
によって駆動され、複数のレーザ光出射部からレーザ光
を同一方向に出射する。なお、レーザ光の発散角は、速
軸方向θ⊥〜４０°、遅軸方向θ//〜１０°の一般的な
特性である。
【００３０】ロッドレンズ３０は、図２に示すように、
Ｓｉ基板１０に形成された凹部溝１２によって位置規制
され、半導体レーザアレイ２０から出射されたレーザ光
を速軸方向に集束して、光導波路デバイス４０に入射さ
せる。
Ｓｉ基板１０に形成された凹部溝１２によって位置規制
され、半導体レーザアレイ２０から出射されたレーザ光
を速軸方向に集束して、光導波路デバイス４０に入射さ
せる。
【００３１】ここで、半導体レーザアレイ２０の出射光
は、速軸方向については、ロッドレンズ３０により収束
されるので、高効率で容易に光導波路デバイス４０に結
合する。一方、遅軸方向については、遅軸方向の発散角
の値を考慮した上で半導体レーザアレイ２０と光導波路
デバイス４０との距離を短くすることで、レンズを用い
ることなく高効率に結合させる。このときの結合効率
は、ロッドレンズ３０、光導波路デバイス４０の入射端
面を誘電体多層膜等で無反射コートとすることで、９５
％以上にすることができる。
は、速軸方向については、ロッドレンズ３０により収束
されるので、高効率で容易に光導波路デバイス４０に結
合する。一方、遅軸方向については、遅軸方向の発散角
の値を考慮した上で半導体レーザアレイ２０と光導波路
デバイス４０との距離を短くすることで、レンズを用い
ることなく高効率に結合させる。このときの結合効率
は、ロッドレンズ３０、光導波路デバイス４０の入射端
面を誘電体多層膜等で無反射コートとすることで、９５
％以上にすることができる。
【００３２】図３（Ａ）は、半導体レーザアレイ２０、
ロッドレンズ３０及び光導波路デバイス４０の平面図で
あり、（Ｂ）は半導体レーザアレイ２０、ロッドレンズ
３０及び光導波路デバイス４０の断面図である。
ロッドレンズ３０及び光導波路デバイス４０の平面図で
あり、（Ｂ）は半導体レーザアレイ２０、ロッドレンズ
３０及び光導波路デバイス４０の断面図である。
【００３３】光導波路デバイス４０は、クラッド材料と
してＳｉＯ2、コア材料としてＧｅＯ2を付加したＳｉＯ
2が用いられ、本実施の形態ではステップインデックス
構造である。そして、光導波路デバイス４０は、平面板
状に形成された光導波路基板４１と、光導波路基板４１
上に形成された光導波路４２とで構成されている。
してＳｉＯ2、コア材料としてＧｅＯ2を付加したＳｉＯ
2が用いられ、本実施の形態ではステップインデックス
構造である。そして、光導波路デバイス４０は、平面板
状に形成された光導波路基板４１と、光導波路基板４１
上に形成された光導波路４２とで構成されている。
【００３４】図４は、光導波路デバイス４０に形成され
た光導波路４２の構成を示す平面図である。光導波路４
２は、Ｎ個の入射導波部５０と、１つの出射導波部６０
とで構成されている。
た光導波路４２の構成を示す平面図である。光導波路４
２は、Ｎ個の入射導波部５０と、１つの出射導波部６０
とで構成されている。
【００３５】ここで、出射導波部６０において、レーザ
光が結合される点を結合点Ｐとし、結合点Ｐからそれぞ
れの入射導波部５０の終端中心部に向けて直線Ｌｐ（ｐ
＝１，２，…，Ｎ）を設ける。そして、出射導波部６０
を線対称にする直線Ｌと直線Ｌｐとのなす角をθｐとす
る。
光が結合される点を結合点Ｐとし、結合点Ｐからそれぞ
れの入射導波部５０の終端中心部に向けて直線Ｌｐ（ｐ
＝１，２，…，Ｎ）を設ける。そして、出射導波部６０
を線対称にする直線Ｌと直線Ｌｐとのなす角をθｐとす
る。
【００３６】図５は、入射導波部５０の具体的な構成を
示す平面図である。各入射導波部５０は、図４に示した
直線Ｌに対して対称に構成されており、レーザ光が入射
される入射直線領域５１と、入射直線領域５１から入射
されたレーザ光を所定の方向に曲げる曲線領域５２と、
曲線領域５２を通過したレーザ光を平行光化するアップ
テーパ領域５３とを備えている。
示す平面図である。各入射導波部５０は、図４に示した
直線Ｌに対して対称に構成されており、レーザ光が入射
される入射直線領域５１と、入射直線領域５１から入射
されたレーザ光を所定の方向に曲げる曲線領域５２と、
曲線領域５２を通過したレーザ光を平行光化するアップ
テーパ領域５３とを備えている。
【００３７】入射直線領域５１は、ほぼ一定の幅Ｗ１を
有する直線状の導波路であり、半導体レーザアレイ２０
の各レーザ光出射部に対応してそれぞれ形成されてい
る。入射直線領域５１の一端側は、半導体レーザアレイ
２０からのレーザ光が入射される入射ポート５１ａであ
る。
有する直線状の導波路であり、半導体レーザアレイ２０
の各レーザ光出射部に対応してそれぞれ形成されてい
る。入射直線領域５１の一端側は、半導体レーザアレイ
２０からのレーザ光が入射される入射ポート５１ａであ
る。
【００３８】入射ポート５１ａは、半導体レーザアレイ
２０のレーザ光出射部と同数設けられている。本実施の
形態では、Ｎ（＝１，２，…，Ｎ）個の入射ポート５１
ａが存在する。なお、Ｎ個の入射直線領域５１は、互い
に平行に形成されている。一方、入射直線領域５１の他
端側は、曲線領域５２に結合している。
２０のレーザ光出射部と同数設けられている。本実施の
形態では、Ｎ（＝１，２，…，Ｎ）個の入射ポート５１
ａが存在する。なお、Ｎ個の入射直線領域５１は、互い
に平行に形成されている。一方、入射直線領域５１の他
端側は、曲線領域５２に結合している。
【００３９】曲線領域５２は、入射直線領域５１とアッ
プテーパ領域５３の間に形成されている。曲線領域５２
は、一定の幅Ｗ１で曲線状に形成された導波路であり、
入射直線領域５１から出射されたレーザ光を結合点Ｐの
方向に向ける役割を果たすものである。したがって、曲
線領域５２は、入射導波部５０の対称軸上にある場合は
直線状に形成されているが、対称軸から離れるに従って
曲げの角度が大きくなっている。
プテーパ領域５３の間に形成されている。曲線領域５２
は、一定の幅Ｗ１で曲線状に形成された導波路であり、
入射直線領域５１から出射されたレーザ光を結合点Ｐの
方向に向ける役割を果たすものである。したがって、曲
線領域５２は、入射導波部５０の対称軸上にある場合は
直線状に形成されているが、対称軸から離れるに従って
曲げの角度が大きくなっている。
【００４０】アップテーパ領域５３は、レーザ光の伝搬
方向に沿って横幅がＷ１からＷ２に一定の割合で大きく
なる導波路である。したがって、アップテーパ領域５３
は、曲線領域５２から入射されたレーザ光の伝搬角（伝
搬方向と実際のレーザ光のなす角）θを次第に小さくし
て平行光化する。なお、以下の説明では、アップテーパ
領域５３の終端におけるレーザ光の伝搬角θを中心とし
た広がり角をθａとする。
方向に沿って横幅がＷ１からＷ２に一定の割合で大きく
なる導波路である。したがって、アップテーパ領域５３
は、曲線領域５２から入射されたレーザ光の伝搬角（伝
搬方向と実際のレーザ光のなす角）θを次第に小さくし
て平行光化する。なお、以下の説明では、アップテーパ
領域５３の終端におけるレーザ光の伝搬角θを中心とし
た広がり角をθａとする。
【００４１】図６は、出射導波部６０の具体的な構成を
示す平面図である。出射導波部６０は、各アップテーパ
領域５３から入射されたレーザ光を結合するダウンテー
パ領域６１と、結合されたレーザ光を外部に出力する出
射直線領域６２とを備えている。
示す平面図である。出射導波部６０は、各アップテーパ
領域５３から入射されたレーザ光を結合するダウンテー
パ領域６１と、結合されたレーザ光を外部に出力する出
射直線領域６２とを備えている。
【００４２】ダウンテーパ領域６１は、レーザ光の伝搬
方向に沿って横幅がＷ４からＷ５に一定の割合で小さく
なるように形成された扇状のスラブ領域６１ａを有する
導波路である。ダウンテーパ領域６１の円弧部分は、レ
ーザ光が入射される部位であり、Ｎ個のアップテーパ領
域５３に接続されている。ダウンテーパ領域６１の円周
角部分は、レーザ光を出力する部位であり、本実施の形
態では出射直線領域６２に接続されている。
方向に沿って横幅がＷ４からＷ５に一定の割合で小さく
なるように形成された扇状のスラブ領域６１ａを有する
導波路である。ダウンテーパ領域６１の円弧部分は、レ
ーザ光が入射される部位であり、Ｎ個のアップテーパ領
域５３に接続されている。ダウンテーパ領域６１の円周
角部分は、レーザ光を出力する部位であり、本実施の形
態では出射直線領域６２に接続されている。
【００４３】ダウンテーパ領域６１は、図４に示すよう
に、各アップテーパ領域５３から入射されるレーザ光を
結合して、出射直線領域６２を介して出力する。このと
き、各アップテーパ領域５３からダウンテーパ領域６１
に入射されたレーザ光は、広がり角の大きさに関係な
く、スラブ領域６１ａで内部反射を繰り返して結合され
る。なお、結合効率については後述する。
に、各アップテーパ領域５３から入射されるレーザ光を
結合して、出射直線領域６２を介して出力する。このと
き、各アップテーパ領域５３からダウンテーパ領域６１
に入射されたレーザ光は、広がり角の大きさに関係な
く、スラブ領域６１ａで内部反射を繰り返して結合され
る。なお、結合効率については後述する。
【００４４】出射直線領域６２は、一定の幅Ｗ５で形成
された導波路である。出射直線領域６２の一方側はダウ
ンテーパ領域６１の結合点Ｐに接続され、その他方側は
レーザ光を出射する出射ポート６２ａになっている。
された導波路である。出射直線領域６２の一方側はダウ
ンテーパ領域６１の結合点Ｐに接続され、その他方側は
レーザ光を出射する出射ポート６２ａになっている。
【００４５】図７は、ダウンテーパ領域６１のテーパ終
端幅Ｗ５に対する結合効率の測定結果を示す図である。
なお、結合効率は、レーザ光の発散角特性、ロッドレン
ズ３０の焦点距離・配置、光導波路デバイス４０のコア
領域及びクラッド領域の屈折率によって様々な値をとる
が、概ね図７のような特性になる。実用的には、テーパ
終端幅Ｗ５は、結合効率が十分大きくなるように設定す
るのが好ましい。図７によると、テーパ終端幅Ｗ５が大
きくなるのに従って結合効率も大きくなり、テーパ終端
幅Ｗ５がＷ１に対して３倍になったときに、結合効率は
ほぼ１．０になって飽和した。
端幅Ｗ５に対する結合効率の測定結果を示す図である。
なお、結合効率は、レーザ光の発散角特性、ロッドレン
ズ３０の焦点距離・配置、光導波路デバイス４０のコア
領域及びクラッド領域の屈折率によって様々な値をとる
が、概ね図７のような特性になる。実用的には、テーパ
終端幅Ｗ５は、結合効率が十分大きくなるように設定す
るのが好ましい。図７によると、テーパ終端幅Ｗ５が大
きくなるのに従って結合効率も大きくなり、テーパ終端
幅Ｗ５がＷ１に対して３倍になったときに、結合効率は
ほぼ１．０になって飽和した。
【００４６】アップテーパ領域５３の終端Ｚにおけるレ
ーザ光の伝搬角θを中心とした広がり角θａは、次の関
係を満たすときに十分な効果が得られる。
ーザ光の伝搬角θを中心とした広がり角θａは、次の関
係を満たすときに十分な効果が得られる。
【００４７】
｜θａ｜＜｜θｐ｜max （ｐ＝１，…，Ｎ）
ここで、｜θｐ｜maxは、θｐ（ｐ＝１，…，Ｎ）の最
大値である。なお、ｐ＝１，…，Ｎのすべてについて上
記式が成り立つのが好ましいが、ｐ＝１，…，Ｎのうち
の数個（例えば、１個又は２個）は満たさなくても大き
な影響はない。そして、Ｎ個の入射ポート５１ａに入力
されたレーザ光が１つずつこの特性を外れていくと、結
合効率は緩やかに低下する。
大値である。なお、ｐ＝１，…，Ｎのすべてについて上
記式が成り立つのが好ましいが、ｐ＝１，…，Ｎのうち
の数個（例えば、１個又は２個）は満たさなくても大き
な影響はない。そして、Ｎ個の入射ポート５１ａに入力
されたレーザ光が１つずつこの特性を外れていくと、結
合効率は緩やかに低下する。
【００４８】このような構成の光導波路デバイス４０
は、アップテーパ領域５３によってレーザ光の伝搬角θ
を小さくして平行光に近づけて、そしてダウンテーパ領
域６１で各レーザ光を合波することにより、高効率で結
合させることができる。
は、アップテーパ領域５３によってレーザ光の伝搬角θ
を小さくして平行光に近づけて、そしてダウンテーパ領
域６１で各レーザ光を合波することにより、高効率で結
合させることができる。
【００４９】光ファイバ７０は、光導波路デバイス４０
の出射直線領域６２と同じ数だけ設けられている。光フ
ァイバ７０のレーザ光入射端は、図１に示すように、光
ファイバ保持部材７１によって固定されている。
の出射直線領域６２と同じ数だけ設けられている。光フ
ァイバ７０のレーザ光入射端は、図１に示すように、光
ファイバ保持部材７１によって固定されている。
【００５０】光ファイバ保持部材７１は、Ｓｉ基板１０
の主面１１上であって、光導波路デバイス４０の出射直
線領域６２の出射ポート側に設置されている。光ファイ
バ保持部材７１には、出射ポートから出射されるレーザ
光の光軸に沿ってＶ字溝７２が形成されている。そし
て、レーザ光入射側の光ファイバ７０をＶ字溝７２に位
置合わせすることによって、光導波路デバイス４０と光
ファイバ７０との３次元的な光軸調整が不要になる。
の主面１１上であって、光導波路デバイス４０の出射直
線領域６２の出射ポート側に設置されている。光ファイ
バ保持部材７１には、出射ポートから出射されるレーザ
光の光軸に沿ってＶ字溝７２が形成されている。そし
て、レーザ光入射側の光ファイバ７０をＶ字溝７２に位
置合わせすることによって、光導波路デバイス４０と光
ファイバ７０との３次元的な光軸調整が不要になる。
【００５１】各光ファイバ７０のレーザ光出射端は、図
１に示すように、ファイババンドル７３によって１つに
束ねられている。そして、各光ファイバ７０から出射さ
れたレーザ光は、集光レンズ８０によって集光され、レ
ーザ光を加工物やレーザ結晶物に照射される。
１に示すように、ファイババンドル７３によって１つに
束ねられている。そして、各光ファイバ７０から出射さ
れたレーザ光は、集光レンズ８０によって集光され、レ
ーザ光を加工物やレーザ結晶物に照射される。
【００５２】以上のように、本実施の形態に係る半導体
レーザ光源装置１は、半導体レーザアレイ２０が出射し
たレーザ光を、光導波路デバイス４０によってレーザ光
の伝搬角θを小さくして平行光に近づけてから合波する
ことにより、高効率で結合させることができる。
レーザ光源装置１は、半導体レーザアレイ２０が出射し
たレーザ光を、光導波路デバイス４０によってレーザ光
の伝搬角θを小さくして平行光に近づけてから合波する
ことにより、高効率で結合させることができる。
【００５３】また、半導体レーザアレイ２０は、半導体
素子作製の微細加工工程により精度よく作製されている
ため、同様の微細加工工程で作製された光導波路デバイ
ス４０の入射ポート５１ａに結合するのは容易である。
したがって、半導体レーザ光源装置１は、パッシブアラ
イメントで高精度の位置調整が可能になり、レーザ光を
高効率で結合させることができる。
素子作製の微細加工工程により精度よく作製されている
ため、同様の微細加工工程で作製された光導波路デバイ
ス４０の入射ポート５１ａに結合するのは容易である。
したがって、半導体レーザ光源装置１は、パッシブアラ
イメントで高精度の位置調整が可能になり、レーザ光を
高効率で結合させることができる。
【００５４】［光導波路デバイス４０の他の実施形態］
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載されて範囲内で様々な設計上
の変更を行ってもよい。なお、以下の説明では、上述し
た実施の形態と同一の部位には同一の符号を付し、重複
する部位の説明は省略する。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載されて範囲内で様々な設計上
の変更を行ってもよい。なお、以下の説明では、上述し
た実施の形態と同一の部位には同一の符号を付し、重複
する部位の説明は省略する。
【００５５】図８は、光導波路デバイス４０に形成され
た他の光導波路４２Ａの構成を示す平面図である。光導
波路４２Ａは、Ｎ個の入射導波部５０Ａと、１つの出射
導波部６０とで構成されている。
た他の光導波路４２Ａの構成を示す平面図である。光導
波路４２Ａは、Ｎ個の入射導波部５０Ａと、１つの出射
導波部６０とで構成されている。
【００５６】図９は、入射導波部５０Ａの具体的な構成
を示す平面図である。入射導波部５０Ａは、レーザ光が
入射される入射直線領域５１と、入射直線領域５１を通
過したレーザ光を平行光化するアップテーパ領域５３
と、アップテーパ領域５３から入射されたレーザ光を所
定の方向に曲げる曲線領域５４とを備えている。
を示す平面図である。入射導波部５０Ａは、レーザ光が
入射される入射直線領域５１と、入射直線領域５１を通
過したレーザ光を平行光化するアップテーパ領域５３
と、アップテーパ領域５３から入射されたレーザ光を所
定の方向に曲げる曲線領域５４とを備えている。
【００５７】つまり、入射導波部５０Ａは、図５に示す
曲線領域５２とアップテーパ領域５３の順番を入れ替え
て構成されたものである。そして、曲線領域５４は、ア
ップテーパ領域５３で平行光束にされたレーザ光を結合
点Ｐの方向に向ける役割を果たしている。なお、曲線領
域５４は、入射導波部５０Ａの対称軸上にある場合は直
線状に形成されているが、対称軸から離れるに従って曲
げの角度が大きくなっている。
曲線領域５２とアップテーパ領域５３の順番を入れ替え
て構成されたものである。そして、曲線領域５４は、ア
ップテーパ領域５３で平行光束にされたレーザ光を結合
点Ｐの方向に向ける役割を果たしている。なお、曲線領
域５４は、入射導波部５０Ａの対称軸上にある場合は直
線状に形成されているが、対称軸から離れるに従って曲
げの角度が大きくなっている。
【００５８】このような構成の光導波路デバイス４０
は、曲線領域５４によってレーザ光の発散角分布を小さ
くしてからダウンテーパ領域６１によってレーザ光を合
波するので、高効率にレーザ光を結合することができ
る。
は、曲線領域５４によってレーザ光の発散角分布を小さ
くしてからダウンテーパ領域６１によってレーザ光を合
波するので、高効率にレーザ光を結合することができ
る。
【００５９】図１０は、光導波路デバイス４０に形成さ
れた他の光導波路４２Ｂの構成を示す平面図である。光
導波路４２Ｂは、レーザ光の遅軸方向の発散角θ//が小
さな半導体レーザアレイ２０の場合に用いて好適であ
り、Ｎ個の入射導波部５０Ｂと、１つの出射導波部６０
とで構成されている。
れた他の光導波路４２Ｂの構成を示す平面図である。光
導波路４２Ｂは、レーザ光の遅軸方向の発散角θ//が小
さな半導体レーザアレイ２０の場合に用いて好適であ
り、Ｎ個の入射導波部５０Ｂと、１つの出射導波部６０
とで構成されている。
【００６０】入射導波部５０Ｂは、レーザ光が入射され
る入射直線領域５１と、入射直線領域５１から入射され
たレーザ光を所定の方向に曲げる曲線領域５２とを備え
ている。つまり、入射導波部５０Ｂは、図５に示すアッ
プテーパ領域５３を除いた構成になっている。
る入射直線領域５１と、入射直線領域５１から入射され
たレーザ光を所定の方向に曲げる曲線領域５２とを備え
ている。つまり、入射導波部５０Ｂは、図５に示すアッ
プテーパ領域５３を除いた構成になっている。
【００６１】光導波路デバイス４０は、レーザ光の遅軸
方向の発散角θ//が小さい場合、アップテーパ領域５３
を備えてなくても、曲線領域５２によってレーザ光の伝
搬方向を結合点Ｐの方向に変換することによって、上述
した実施の形態と同様に高効率で結合させることができ
る。
方向の発散角θ//が小さい場合、アップテーパ領域５３
を備えてなくても、曲線領域５２によってレーザ光の伝
搬方向を結合点Ｐの方向に変換することによって、上述
した実施の形態と同様に高効率で結合させることができ
る。
【００６２】図１１は、光導波路デバイス４０に形成さ
れた他の光導波路４２Ｃの構成を示す平面図である。光
導波路４２Ｃは、入射直線領域の受光角が半導体レーザ
アレイ２０の発散角よりも大きい場合に用いて好適であ
り、Ｎ個の入射導波部５０Ｃと、１つの出射導波部６０
とで構成されている。
れた他の光導波路４２Ｃの構成を示す平面図である。光
導波路４２Ｃは、入射直線領域の受光角が半導体レーザ
アレイ２０の発散角よりも大きい場合に用いて好適であ
り、Ｎ個の入射導波部５０Ｃと、１つの出射導波部６０
とで構成されている。
【００６３】図１２は、入射導波部５０Ｃの具体的な構
成を示す平面図である。入射導波部５０Ｃは、レーザ光
が入射される入射直線領域５１と、入射直線領域５１に
入射されたレーザ光を一度絞る入射ダウンテーパ領域５
５と、入射ダウンテーパ領域５５を通過したレーザ光を
結合点Ｐの方向に向ける曲線領域５６と、曲線領域５６
を通過したレーザ光を平行光化するアップテーパ領域５
７と、アップテーパ領域５７から入射されたレーザ光を
一定の伝搬角で出射導波部６０に導波する中間直線領域
５８とを備えている。なお、曲線領域５６は、入射導波
部５０Ｃの対称軸上にある場合は直線状に形成されてい
るが、対称軸から離れるに従って曲げの角度が大きくな
っている。
成を示す平面図である。入射導波部５０Ｃは、レーザ光
が入射される入射直線領域５１と、入射直線領域５１に
入射されたレーザ光を一度絞る入射ダウンテーパ領域５
５と、入射ダウンテーパ領域５５を通過したレーザ光を
結合点Ｐの方向に向ける曲線領域５６と、曲線領域５６
を通過したレーザ光を平行光化するアップテーパ領域５
７と、アップテーパ領域５７から入射されたレーザ光を
一定の伝搬角で出射導波部６０に導波する中間直線領域
５８とを備えている。なお、曲線領域５６は、入射導波
部５０Ｃの対称軸上にある場合は直線状に形成されてい
るが、対称軸から離れるに従って曲げの角度が大きくな
っている。
【００６４】このような構成の光導波路デバイス４０
は、入射ダウンテーパ領域５５によって入射されたレー
ザ光を一度絞り、次に続く曲線領域５６によってレーザ
光の伝搬方向を結合点Ｐ方向に変換させるので、更に効
率的にレーザ光を合波させることができる。なお、入射
導波部５０Ｃの代わりに、次の入射導波部５０Ｄを用い
てもよい。
は、入射ダウンテーパ領域５５によって入射されたレー
ザ光を一度絞り、次に続く曲線領域５６によってレーザ
光の伝搬方向を結合点Ｐ方向に変換させるので、更に効
率的にレーザ光を合波させることができる。なお、入射
導波部５０Ｃの代わりに、次の入射導波部５０Ｄを用い
てもよい。
【００６５】図１３は、入射導波部５０Ｄの構成を示す
平面図である。入射導波部５０Ｄは、入射導波部５０Ｃ
から曲線領域５６を除いて構成されたものである。入射
導波部５０Ｄでは、入射ダウンテーパ領域５５とアップ
テーパ領域５７との接合点が細いため曲がりやすくなっ
ている。そこで、アップテーパ領域５７が結合点Ｐの方
向を向くように、入射ダウンテーパ領域５５とアップテ
ーパ領域５７との接合点が曲げられている。したがっ
て、入射導波部５０Ｄは、曲線領域５６を設けることな
く、レーザ光を結合点Ｐに向けることができる。
平面図である。入射導波部５０Ｄは、入射導波部５０Ｃ
から曲線領域５６を除いて構成されたものである。入射
導波部５０Ｄでは、入射ダウンテーパ領域５５とアップ
テーパ領域５７との接合点が細いため曲がりやすくなっ
ている。そこで、アップテーパ領域５７が結合点Ｐの方
向を向くように、入射ダウンテーパ領域５５とアップテ
ーパ領域５７との接合点が曲げられている。したがっ
て、入射導波部５０Ｄは、曲線領域５６を設けることな
く、レーザ光を結合点Ｐに向けることができる。
【００６６】［その他の実施形態］また、光導波路デバ
イス４０は、上述した実施の形態では、クラッド材料と
してＳｉＯ2、コア材料としてＧｅＯ2を添加したＳｉＯ
2を用いたステップインデックス構造であるとしたが、
他の光学材料を用いてもよいし、屈折率分布に関しては
グレーデッドインデックス構造であってもよい。
イス４０は、上述した実施の形態では、クラッド材料と
してＳｉＯ2、コア材料としてＧｅＯ2を添加したＳｉＯ
2を用いたステップインデックス構造であるとしたが、
他の光学材料を用いてもよいし、屈折率分布に関しては
グレーデッドインデックス構造であってもよい。
【００６７】また、半導体レーザアレイ２０と光導波路
デバイス４０の結合は、上述した実施の形態ではロッド
レンズ３０を用いた結合であったが、簡便な突き合わせ
結合であってもよい。さらに、光源としては、レーザ光
を出射する半導体レーザアレイ２０に限らず、発散角を
制御するような構造を有するアレイ状光源を用いること
もできる。
デバイス４０の結合は、上述した実施の形態ではロッド
レンズ３０を用いた結合であったが、簡便な突き合わせ
結合であってもよい。さらに、光源としては、レーザ光
を出射する半導体レーザアレイ２０に限らず、発散角を
制御するような構造を有するアレイ状光源を用いること
もできる。
【００６８】また、上述した実施の形態では半導体レー
ザアレイ２０から出射されたレーザ光を合波するものと
して、光導波路デバイス４０を例に挙げて説明したが、
その他、光導波路デバイス４０と同様の導波構造を有す
る光ファイバなどの光学系を用いてもよいのは勿論であ
る。
ザアレイ２０から出射されたレーザ光を合波するものと
して、光導波路デバイス４０を例に挙げて説明したが、
その他、光導波路デバイス４０と同様の導波構造を有す
る光ファイバなどの光学系を用いてもよいのは勿論であ
る。
【００６９】
【発明の効果】本発明に係る集光用光回路は、光が入射
される複数の入射ポートと、入射ポートに光結合される
と共に入射した光を平行光束にする平行光化部と、を備
えた複数の入射導波部と、入射端が複数の入射導波部の
各々に光結合されると共に入射端から出射端に向かって
導波領域が徐々に小さくなるダウンテーパ部と、ダウン
テーパ部の出射端に設けられた出射ポートと、を備えた
単一の出射導波部とを有することにより、光の伝搬角を
小さくして平行光束にしてから合波するので、高効率で
光を結合させることができる。
される複数の入射ポートと、入射ポートに光結合される
と共に入射した光を平行光束にする平行光化部と、を備
えた複数の入射導波部と、入射端が複数の入射導波部の
各々に光結合されると共に入射端から出射端に向かって
導波領域が徐々に小さくなるダウンテーパ部と、ダウン
テーパ部の出射端に設けられた出射ポートと、を備えた
単一の出射導波部とを有することにより、光の伝搬角を
小さくして平行光束にしてから合波するので、高効率で
光を結合させることができる。
【００７０】本発明に係る光源装置は、集光用光回路
と、集光用光回路の各々の入射ポートに対してレーザ光
を直接入射するアレイ状光源と、前記集光用光回路の出
射導波部に光結合された光ファイバと、前記光ファイバ
から出射されたレーザ光を集光する集光手段とを備える
ことにより、アレイ状光源から出射された光を集光用光
回路によって光の伝搬角を小さくして合波し、光ファイ
バ及び集光手段を介して外部に出射するので、高効率で
結合された高輝度の光を外部に出射することができる。
と、集光用光回路の各々の入射ポートに対してレーザ光
を直接入射するアレイ状光源と、前記集光用光回路の出
射導波部に光結合された光ファイバと、前記光ファイバ
から出射されたレーザ光を集光する集光手段とを備える
ことにより、アレイ状光源から出射された光を集光用光
回路によって光の伝搬角を小さくして合波し、光ファイ
バ及び集光手段を介して外部に出射するので、高効率で
結合された高輝度の光を外部に出射することができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体レーザ光源装
置１の構成を示す斜視図である。
置１の構成を示す斜視図である。
【図２】Ｓｉ基板上に配置された半導体レーザアレイ、
ロッドレンズ及び光導波路デバイスの拡大断面図であ
る。
ロッドレンズ及び光導波路デバイスの拡大断面図であ
る。
【図３】（Ａ）は、半導体レーザアレイ、ロッドレンズ
及び光導波路デバイスの平面図であり、（Ｂ）は半導体
レーザアレイ、ロッドレンズ及び光導波路デバイスの断
面図である。
及び光導波路デバイスの平面図であり、（Ｂ）は半導体
レーザアレイ、ロッドレンズ及び光導波路デバイスの断
面図である。
【図４】光導波路デバイスに形成された光導波路の構成
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図５】光導波路の入射導波部の具体的な構成を示す平
面図である。
面図である。
【図６】光導波路の出射導波部の具体的な構成を示す平
面図である。
面図である。
【図７】ダウンテーパ領域のテーパ終端幅Ｗ５に対する
結合効率の測定結果を示す図である。
結合効率の測定結果を示す図である。
【図８】光導波路デバイスに形成された他の光導波路の
構成を示す平面図である。
構成を示す平面図である。
【図９】他の光導波路の入射導波部の具体的な構成を示
す平面図である。
す平面図である。
【図１０】光導波路デバイスに形成された他の光導波路
の構成を示す平面図である。
の構成を示す平面図である。
【図１１】光導波路デバイスに形成された他の光導波路
の構成を示す平面図である。
の構成を示す平面図である。
【図１２】他の光導波路の入射導波部の具体的な構成を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図１３】入射導波部の構成を示す平面図である。
【図１４】従来のＹ型合波回路の平面図である。
２０ 半導体レーザアレイ
４０ 光導波路デバイス
４２ 光導波路
５０ 入射導波部
５１ 入射直線領域
５２，５４，５６ 曲線領域
５３，５７ アップテーパ領域
５５ 入射ダウンテーパ領域
６０ 出射導波部
６１ ダウンテーパ領域
６２ 出射直線領域
７０ 光ファイバ
８０ 集光レンズ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 松原 弘幸
愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番
地の１ 株式会社豊田中央研究所内
(72)発明者 前田 光俊
愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番
地の１ 株式会社豊田中央研究所内
(72)発明者 伊藤 博
愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番
地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Ｆターム(参考） 2H037 AA03 AA04 BA05 BA24 CA34
DA03
2H047 KA03 KA12 KA13 LA12 MA07
QA04 RA00 TA01 TA31
Claims (3)
- 【請求項１】 光が入射される複数の入射ポートと、前
記入射ポートに光結合されると共に入射した光を平行光
束にする平行光化部と、を備えた複数の入射導波部と、 入射端が前記複数の入射導波部の各々に光結合されると
共に入射端から出射端に向かって導波領域が徐々に小さ
くなるダウンテーパ部と、前記ダウンテーパ部の出射端
に設けられた出射ポートと、を備えた単一の出射導波部
と、 を有する集光用光回路。 - 【請求項２】 前記平行光化部は、入射端から出射端に
向かって導波領域が徐々に大きくなるアップテーパ部を
含む請求項１記載の集光用光回路。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の集光用光回路
と、 前記集光用光回路の各々の入射ポートに対してレーザ光
を直接入射するアレイ状光源と、 前記集光用光回路の出射導波部に光結合された光ファイ
バと、 前記光ファイバから出射されたレーザ光を集光する集光
手段と、 を備えた光源装置。
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|---|---|---|---|
| JP2002155318A JP3932982B2 (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 集光用光回路及び光源装置 |
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| US10/445,915 US6973234B2 (en) | 2002-05-29 | 2003-05-28 | Optical circuit for condensing laser beams, and light source device |
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|---|---|---|---|
| JP2002155318A JP3932982B2 (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 集光用光回路及び光源装置 |
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|---|---|
| JP2003344721A true JP2003344721A (ja) | 2003-12-03 |
| JP3932982B2 JP3932982B2 (ja) | 2007-06-20 |
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|---|---|---|---|
| JP2002155318A Expired - Fee Related JP3932982B2 (ja) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | 集光用光回路及び光源装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP1367679B1 (ja) |
| JP (1) | JP3932982B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006091285A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光装置 |
| JP2009520353A (ja) * | 2005-12-15 | 2009-05-21 | マインド メルターズ， インコーポレーテッド | レーザダイオードアレーから強力レーザ光を発生するシステムおよび方法 |
| US9343868B2 (en) | 2012-08-28 | 2016-05-17 | Optical Engines Inc. | Efficient generation of intense laser light from multiple laser light sources using misaligned collimating optical elements |
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Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1435535A3 (en) * | 2002-12-31 | 2005-02-02 | Lg Electronics Inc. | Optical fiber coupling system and manufacturing method thereof |
| US7321710B2 (en) * | 2003-02-07 | 2008-01-22 | William Andrew Clarkson | Apparatus for providing optical radiation |
| US7805037B1 (en) * | 2003-08-19 | 2010-09-28 | Kotura, Inc. | Multiplexer having improved efficiency |
| US7248614B2 (en) | 2004-02-24 | 2007-07-24 | Yamazaki Mazak Kabushiki Kaisha | Laser beam generating unit |
| TWI254131B (en) * | 2005-01-06 | 2006-05-01 | Univ Tsinghua | Real-time monitoring system for arrayed micro prints and method for using said system |
| KR101055372B1 (ko) * | 2009-07-29 | 2011-08-08 | 김혁중 | 멀티광케이블을 통한 ｌｅｄ 집광장치 |
| WO2011083907A2 (ko) * | 2010-05-07 | 2011-07-14 | Jung Taerok | 다수 채널을 갖는 광가이드 장치 |
| US20220019034A1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-20 | Waymo Llc | Stabilizing Power Output |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59159122A (ja) * | 1983-03-01 | 1984-09-08 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光混合分岐回路 |
| JP2000019362A (ja) * | 1998-07-07 | 2000-01-21 | Nec Corp | アレイ型半導体レーザ用光結合装置及び該アレイ型半導体レーザを用いた固体レーザ装置 |
| JP2000081534A (ja) * | 1998-09-04 | 2000-03-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多モード干渉光カプラ |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3066866B2 (ja) * | 1989-10-25 | 2000-07-17 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 光分岐器 |
| US5127068A (en) | 1990-11-16 | 1992-06-30 | Spectra-Physics, Inc. | Apparatus for coupling a multiple emitter laser diode to a multimode optical fiber |
| GB9027657D0 (en) * | 1990-12-20 | 1991-02-13 | Secr Defence | Optical device |
| JPH07168040A (ja) | 1993-12-14 | 1995-07-04 | Nippon Steel Corp | 半導体レーザー集光装置 |
| US5729653A (en) * | 1995-06-07 | 1998-03-17 | Urosurge, Inc. | Fluid warming system |
| US5729643A (en) * | 1996-04-05 | 1998-03-17 | Coherent, Inc. | Tapered composite optical fiber and method of making the same |
| JP2993433B2 (ja) * | 1996-08-02 | 1999-12-20 | 日本電気株式会社 | 光結合器 |
| US5852692A (en) * | 1997-05-16 | 1998-12-22 | Coherent, Inc. | Tapered optical fiber delivery system for laser diode |
| US5887097A (en) * | 1997-07-21 | 1999-03-23 | Lucent Technologies Inc. | Apparatus for pumping an optical fiber laser |
| JP2000352637A (ja) * | 1999-06-11 | 2000-12-19 | Hitachi Cable Ltd | 光分岐器 |
| US20020126479A1 (en) * | 2001-03-08 | 2002-09-12 | Ball Semiconductor, Inc. | High power incoherent light source with laser array |
-
2002
- 2002-05-29 JP JP2002155318A patent/JP3932982B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-05-27 DE DE60300998T patent/DE60300998T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-05-27 EP EP03011929A patent/EP1367679B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-05-28 US US10/445,915 patent/US6973234B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59159122A (ja) * | 1983-03-01 | 1984-09-08 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光混合分岐回路 |
| JP2000019362A (ja) * | 1998-07-07 | 2000-01-21 | Nec Corp | アレイ型半導体レーザ用光結合装置及び該アレイ型半導体レーザを用いた固体レーザ装置 |
| JP2000081534A (ja) * | 1998-09-04 | 2000-03-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多モード干渉光カプラ |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006091285A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光装置 |
| JP2009520353A (ja) * | 2005-12-15 | 2009-05-21 | マインド メルターズ， インコーポレーテッド | レーザダイオードアレーから強力レーザ光を発生するシステムおよび方法 |
| US8767790B2 (en) | 2005-12-15 | 2014-07-01 | Mind Melters, Inc. | System and method for generating intense laser light from laser diode arrays |
| US9343868B2 (en) | 2012-08-28 | 2016-05-17 | Optical Engines Inc. | Efficient generation of intense laser light from multiple laser light sources using misaligned collimating optical elements |
| JP2020154335A (ja) * | 2020-06-24 | 2020-09-24 | フォトンリサーチ株式会社 | 光合波装置 |
| JP7041903B2 (ja) | 2020-06-24 | 2022-03-25 | フォトンリサーチ株式会社 | 光合波装置 |
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| DE60300998D1 (de) | 2005-08-18 |
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| DE60300998T2 (de) | 2006-04-20 |
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