JP2004071694A

JP2004071694A - 高出力半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2004071694A
Application number: JP2002226033A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Komoto; 甲本　克敏
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】簡単な構成で集光した効果が十分得られる集光型の高出力半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体レーザダイオードとその複数の半導体レーザダイオードから出射された光を集光する手段とその集光された光を伝送する光伝送路とを備えた高出力半導体レーザ装置であって、光伝送路は集光した光の一部を反射する反射部を有し、その反射部によって反射された光によって複数の半導体レーザダイオードを同期発振させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の半導体レーザダイオードのレーザ光を集光して出力する高出力半導体レーザ装置（集光型高出力半導体レーザ装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集光型高出力半導体レーザ装置は、例えば、図５に示すように、複数の半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８が配列されてなるレーザダイオードアレイ１と、レーザ光を集光するレンズ２と、集光した光を伝送するマルチモード光ファイバ３とからなり、レンズ２によって集光されたレーザ光をマルチモード光ファイバ３を介して出力する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の集光型高出力半導体レーザ装置は、図５において模式的に示すように、集光された複数のレーザ光の位相が揃っていないので、光の一部が打ち消され、集光した効果が十分発揮されないという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は簡単な構成で集光した効果が十分得られる集光型の高出力半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る第１の高出力半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザダイオードと上記複数の半導体レーザダイオードから出射された光を集光する手段とその集光された光を伝送する光伝送路とを備えた高出力半導体レーザ装置であって、
上記光伝送路は上記集光した光の一部を反射する反射部を有し、その反射部によって反射された光によって上記複数の半導体レーザダイオードを同期発振させることを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る第１の高出力半導体レーザ装置は、同期発振された位相の揃ったレーザ光を集光して合成できるので、互いに打ち消し合うことなく合成できる。
【０００６】
また、本発明に係る第１の高出力半導体レーザ装置において、上記反射部は上記光伝送路の一部において屈折率を周期的に変化させることにより構成されたグレーティングにより構成できる。
【０００７】
また、本発明に係る第２の高出力半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザダイオードと上記複数の半導体レーザダイオードから出射された光を集光する手段とその集光された光を伝送する光伝送路と同期用半導体レーザダイオードを備え、その同期用半導体レーザダイオードにより上記複数の半導体レーザダイオードを同期して発振させることを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る第２の高出力半導体レーザ装置は、同期発振された位相の揃ったレーザ光を集光して合成できるので、互いに打ち消し合うことなく合成できる。
【０００８】
また、本発明に係る第２の高出力半導体レーザ装置においては、上記高出力半導体レーザ装置はさらに上記光伝送路の途中に光サーキュレータを設け、その光サーキュレータを介して上記同期用半導体レーザダイオードによる同期用レーザ光を上記複数の半導体レーザダイオードに入力するように構成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の高出力半導体レーザ装置について説明する。
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の高出力半導体レーザ装置は、図５に示した従来例の高出力半導体レーザ装置において、マルチモード光ファイバ３の一部に屈折率が周期的に変化するグレーティング３ａを形成し（図１）、そのグレーティング３ａによって集光した光の一部を反射させてその反射レーザ光よって半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８を同期発振させるように構成している。
尚、図１において、図５と同様のものには同様の符号を付して示している。
【００１０】
本発明に係る実施の形態１の高出力半導体レーザ装置において、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８は、同一の波長λでレーザ発振するように構成され、グレーティング３ａは、屈折率の異なる２つの領域をλ／４ごとに周期的に形成することにより構成される。
尚、本実施の形態１において、グレーティング３ａ以外の部分では、極力反射のないことが好ましく、反射の発生しやすい入出力ポートＰ１は無反射コーティングされることが好ましい。
【００１１】
以上のように構成された実施の形態１の高出力半導体レーザ装置において、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８をレーザ発振させると、レーザ光Ｌ１〜Ｌ８はレンズ２によって集光されて入出力ポートＰ１からマルチモード光ファイバ３に入力される。
マルチモード光ファイバ３に入力されたレーザ光Ｌ１〜Ｌ８は、その一部がグレーティング３ａにより反射されて入出力ポートＰ１から出射され、レンズ２を介して半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８にそれぞれ入射される。
ここで、各半導体レーザダイオードＬＤに入射される反射光は、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８により出力されたレーザ光Ｌ１〜Ｌ８の反射光を成分として含んでいる。
【００１２】
反射光が入射された半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８では、反射光のうちの最も強い優勢な成分に強制的に同期されてレーザ発振を継続する。
反射光により同期されて発振した半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８からのレーザ光Ｌ１〜Ｌ８は、レンズ２によって集光されて入出力ポートＰ１からマルチモード光ファイバ３に入力され、入出力ポートＰ２から出力される。
【００１３】
このように、反射光により同期されて発振した半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８からのレーザ光Ｌ１〜Ｌ８は、レンズ２によって集光されて入出力ポートＰ１から入力される時点においてほぼ位相が揃っているので、打ち消し合うことなく合成される。
尚、厳密に言えば、反射光が各レーザに入力されるまでの間に光路差が生じているが、その光路差が位相に与える無視し得るほど小さい。
【００１４】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の高出力半導体レーザ装置は、図２に示すように、基板１００上に形成された光導波路によりレーザ光を集光するように構成し、その光導波路中にグレーティングを形成して、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８を同期発振させるように構成したものである。
【００１５】
本実施の形態２の高出力半導体レーザ装置において、基板１００の対向する２つの辺の一方の辺に入出力ポートＰ１３０が設けられ、他方の辺に８つの入出力ポートが設けられその間に光導波路が以下のように形成される。
まず、基板１００上には、一端が入出力ポートＰ１３０を構成する光導波路１３０が形成され、その光導波路１３０は、基板１００上で２つの光導波路１１０，１２０に分岐される。光導波路１１０，１２０はそれぞれ、２つの光導波路１１２，１３４及び２つの光導波路１５６，１７８に分岐される。光導波路１１２，１３４，１５６，１７８はそれぞれ、２つの光導波路１０１，１０２、２つの光導波路１０３，１０４、２つの光導波路１０５，１０６、２つの光導波路１０７，１０８に分岐される。
【００１６】
光導波路１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８の一端は、他方の辺に至るように形成され、その各一端により８つの入出力ポートが構成される。
以上のように構成された実施の形態２の光導波路において、光導波路１３０の途中に導波路グレーティング１３０ａが形成され、さらに８つの入出力ポートから入出力ポートＰ１３０までの光導波路の長さ（８つの経路長）は、互いの等しくなるように構成される。
尚、本発明に係る実施の形態２の高出力半導体レーザ装置において、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８は、同一の波長λでレーザ発振するように構成され、グレーティング１３０ａは、屈折率の異なる２つの領域をλ／４ごとに周期的に形成することにより構成される。
【００１７】
以上のように構成された実施の形態２の高出力半導体レーザ装置において、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８をレーザ発振させると、各レーザ光は対応する入出力ポートからそれぞれ、光導波路１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８に入力され、隣接する光導波路を伝送される光が順次合成されて最終的に光導波路１３０に入力される際に全ての光が合成される。
光導波路１３０に入力された合成光は、その一部がグレーティング１３０ａにより反射されて、その反射光は光導波路に形成された各分岐点において分岐され、その反射光の分波された光がそれぞれ、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８に入射される。
【００１８】
反射光が入射された半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８では、反射光のうちの最も強い優勢な成分に強制的に同期されてレーザ発振を継続する。
その後、反射光により同期されて発振した半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８からのレーザ光は、光導波路によって集光されて入出力ポートＰ１３０及び入出力ポートＰ１を介してマルチモード光ファイバ３に入力され、入出力ポートＰ２から出力される。
【００１９】
このように、反射光により同期されて発振した半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８からのレーザ光は、入出力ポートＰ１から入力される時点において位相が揃っているので、打ち消し合うことなく合成される。
特に、本実施の形態２の高出力半導体レーザ装置では、各半導体レーザダイオードから出射される光が入力される各入出力ポートから入出力ポートＰ１３０までの光導波路長が互いに等しくなるように形成されているので、入出力ポートＰ１から入力される際の位相を実施の形態１に比較してより高い精度で一致させることができ、より効率良く複数のレーザ光を合成することができる。
【００２０】
以上の実施の形態２の高出力半導体レーザ装置は、光導波路１３０の途中にグレーティング１３０ａを形成するようにしたが、グレーティング１３０ａを形成することなく、図３に示すように、入出力ポートＰ１３０と入出力ポートＰ１との接続部分における反射を利用するようにしてもよい。
具体的には、入出力ポートＰ１３０と入出力ポートＰ１との間隔を通常の接続状態より大きくしたり、入出力ポートＰ１３０の光軸と入出力ポートＰ１の光軸とを多少ずらして接続することにより、接続部分における反射率を通常の接続状態に比較して大きくなるように設定する。
このようにすると、光導波路１３０の途中にグレーティング１３０ａを形成することなく、実施の形態２と同様の作用効果が得られる。
【００２１】
実施の形態１〜２においては、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８を同時にレーザ発振させ、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８のレーザ発振を反射光のうちの最も強い優勢な成分に強制的に同期させるようにした。
しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８のうちいずれか１つを先行して発振させ、その反射光に半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８を強制的に同期するようにしてもよい。
このようにすると、より確実に複数の半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８を強制的に同期させることができる。
【００２２】
実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３の高出力半導体レーザ装置は、図４に示すように、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８とは別に、同期用の半導体レーザダイオードＬＤＲを設けたものであり、半導体レーザダイオードＬＤＲから出力された基準レーザ光をサーキュレータ４０（３つの入出力ポートＰ４０ａ，Ｐ４０ｂ，Ｐ４０ｃを有する）を介して各半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８に入力して各半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８を同期させている。
具体的には、図５に示す従来例の高出力レーザ装置において、マルチモード光ファイバ３の入出力ポートＰ２にサーキュレータ４０の入出力ポートＰ４０ａを接続し、サーキュレータ４０の入出力ポートＰ４０ｃにはマルチモード光ファイバ３０の一端を接続してその他端を入出力ポートＰ２０とする。
そして、サーキュレータ４０の入出力ポートＰ４０ｂに光ファイバを介して基準レーザ光を発生する半導体レーザダイオードＬＤＲを接続する。
ここで、サーキュレータ４０は、入出力ポートＰ４０ａから入力された光を入出力ポートＰ４０ｃから出力し、入出力ポートＰ４０ｂから入力された光を入出力ポートＰ４０ａから出力する。
【００２３】
以上のように構成された実施の形態３の高出力半導体レーザ装置において、半導体レーザダイオードＬＤＲと半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８をレーザ発振させると、サーキュレータ４０の入出力ポートＰ４０ｂに入力される基準レーザ光はサーキュレータ４０の入出力ポートＰ４０ａから出力され、マルチモード光ファイバ３とレンズ２とを介して各半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８に入力される。これにより、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８は同期され、同一波長のレーザ光を同一位相で出力する。
尚、本実施の形態３では、半導体レーザダイオードＬＤＲを先行してレーザ発振させ、その後、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８をレーザ発振させるようにしてもよく、このようにするとより確実に基準レーザ光に同期させることができる。
【００２４】
半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８で発振された同一波長で同一位相のレーザ光は、レンズ２によって集光されてマルチモード光ファイバ３に入力される。マルチモード光ファイバ３に入力された光は、サーキュレータ４０の入出力ポートＰ４０ａに入力され、サーキュレータ４０の入出力ポートＰ４０ｃから出力され、マルチモード光ファイバ３０を介して入出力ポートＰ２０から出力される。
【００２５】
このように、基準レーザ光により強制的に同期されて発振した半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８からのレーザ光は、入出力ポートＰ１から入力される時点において位相が揃っているので、打ち消し合うことなく合成される。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る第１及び第２の高出力半導体レーザ装置によれば、複数の半導体レーザダイオードを同期して発振させることができるので、その同期発振された位相の揃ったレーザ光を集光して合成でき、互いに打ち消し合うことなく合成できる。
したがって、本発明によれば、簡単な構成で集光した効果が十分得られる集光型の高出力半導体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の高出力半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る実施の形態２の高出力半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る実施の形態２の変形例の高出力半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る実施の形態３の高出力半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来例の高出力半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…レーザダイオードアレイ、
２…レンズ、
３，３０…マルチモード光ファイバ、
３ａ，１３０ａ…グレーティング、
ＬＤ１〜ＬＤ８，ＬＤＲ…半導体レーザダイオード、
Ｐ１，Ｐ２０，Ｐ４０ａ，Ｐ４０ｂ，Ｐ４０ｃ，Ｐ１３０…入出力ポート、
４０…サーキュレータ、
１００…基板、
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１１０，１１２，１２０，１３０，１３４，１５６，１７８…光導波路。

Claims

複数の半導体レーザダイオードと上記複数の半導体レーザダイオードから出射された光を集光する手段とその集光された光を伝送する光伝送路とを備えた高出力半導体レーザ装置であって、
上記光伝送路は上記集光した光の一部を反射する反射部を有し、その反射部によって反射された光によって上記複数の半導体レーザダイオードを同期発振させることを特徴とする高出力半導体レーザ装置。
上記反射部は上記光伝送路の一部において屈折率を周期的に変化させることにより構成されたグレーティングである請求項１記載の高出力半導体レーザ装置。
複数の半導体レーザダイオードと上記複数の半導体レーザダイオードから出射された光を集光する手段とその集光された光を伝送する光伝送路と同期用半導体レーザダイオードを備え、その同期用半導体レーザダイオードにより上記複数の半導体レーザダイオードを同期して発振させることを特徴とする高出力半導体レーザ装置。
上記高出力半導体レーザ装置はさらに上記光伝送路の途中に設けられた光サーキュレータを備え、その光サーキュレータを介して上記同期用半導体レーザダイオードによる同期用レーザ光を上記複数の半導体レーザダイオードに入力するようにした請求項３記載の高出力半導体レーザ装置。