JP2004354597A - 光導波路、光導波路アレイ、及びレーザ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できる光導波路、光導波路アレイ、及びレーザ発光装置を提供する。
【解決手段】光導波路（２０）におけるレーザ光の入射面には、入射されたレーザ光を長軸方向の幅がほぼ均一な平行光に変換するレンズ（Ｌｅ）を設ける。また、光導波路における透過領域（２０ａ）では、入射されたレーザ光を短軸方向に対して全反射させながら進行させる。そして、短軸方向に対して全反射しながら進行するレーザ光が短軸方向に対して集中する全反射レーザ集光位置において、全反射レーザ集光位置から入射面までの部分（Ｌｐ）は、透過領域における短軸方向の幅が第１の幅（ＷＤ１）で形成されており、全反射レーザ集光位置から出射面までの部分（Ｌｓ）は、透過領域における短軸方向の幅が第１の幅よりも狭い第２の幅（ＷＤ２）で形成されている。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を集光する光導波路、光導波路アレイ、及びレーザ光を集光して出力するレーザ発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に、従来の半導体レーザ集光装置の概略構成の例を示す。半導体レーザ（レーザダイオード等）の活性層１４の発光部１２から出射される半導体レーザ光（以下、「レーザ光」と記載する）は、レーザ光２の進行方向に対して垂直な面においてほぼ楕円状であり、当該楕円状のレーザ光２は、長軸方向と、短軸方向とを有する。また、当該楕円は、発光部１２からの距離が長くなるほど大きくなる。そして、長軸方向（Ｘ軸方向）と短軸方向（Ｙ軸方向）に２次元的に配列した複数の発光部１２を持つ半導体レーザアレイ１０から出射されるレーザ光を、光ファイバ３０に集光してレーザ光の出力を増大させる半導体レーザ集光装置が知られている。
例えば、半導体レーザをレーザ加工装置の光源として用いる場合、加工に用いるレーザ光の高出力化が必要であるが、単一の発光部から出射されるレーザ光では、出力強度に限界がある。そこで、レンズ群等を用いて複数の発光部から出射されるレーザ光を集光して、レーザ光の出力を増大させている。
従来の半導体レーザ集光装置の技術として、図９に示すように、レンズ群と光ファイバ３０を備え、レーザ光の発光部１２から光ファイバ３０までの間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０、長軸方向集光レンズ８０、短軸方向集光レンズアレイ９０、の順にレンズを配置してレーザ光を光ファイバ３０に集光し、レーザ光の出力を増大させることを提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−９８１９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザの発光部１２から出射されるレーザ光を効率良く光ファイバ３０に集光してレーザ光の出力を増大させるには、より細い光ファイバに、より多くの発光部からのレーザ光を入射して密度を高めることと、より小さな入射角で入射端面に入射して、入射したレーザ光を外部に反射させることなく、効率よく光ファイバに入射する（入射端面に対して、より直角に近い角度で入射する）ことが必要である。これにより、光ファイバ内におけるレーザ光の進行方向と、光ファイバの長手方向とのなす角度がより小さくなり、レーザ光が光ファイバ内で全反射しながら進行し、光ファイバ外部への漏れによる損失を抑制できる。
ここで、発光部１２から出射されたレーザ光は、長軸方向及び短軸方向に拡がりながら進行する。拡がりながら進行するレーザ光を集光する場合、レンズ自身に非常に高い精度が要求され、そのレンズの配置位置も、非常に高い精度が要求される。
従来の半導体レーザ集光装置（例えば、特開２０００−９８１９１号公報）は、発光部の間隔が比較的広い長軸方向においては、一旦、平行光に変換してから集光しているが、発光部の間隔が比較的狭い短軸方向においては、レンズの径が非常に小さく、配置も困難であるため、平行光にしてから集光することをせず、集光のみを行っている。
【０００５】
従来の半導体レーザ集光装置（例えば、特開２０００−９８１９１号公報）では、図９に示すように、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２（ｍ，ｎ）（ｍ行ｎ列、図９の例では、５行１６列）から出射されるレーザ光を、長軸方向コリメートレンズアレイ７０を透過させ、長軸方向集光レンズ８０を透過させ、更に、短軸方向集光レンズアレイ９０を透過させて光ファイバ３０（ｓ，ｔ）（ｓ行ｔ列、図９の例では、１行８列）に入射している。
なお、全ての図面において、座標軸は、レーザ光の進行方向をＺ軸、長軸方向をＸ軸、短軸方向をＹ軸としている。
なお、全ての図面は、説明を容易にするため、あるいは比較等を容易にするために、実際の寸法とは異なる寸法で記載している部分を含んでいる。
【０００６】
また、図９（従来の半導体レーザ集光装置）の構成における、各レンズ及びレーザ光の様子を図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図１０（Ａ）は、短軸方向に配列された２個の発光部から出射される２本のレーザ光と、長軸方向に配列された５個の発光部から出射される５本のレーザ光の合計１０本のレーザ光を、１本の光ファイバに集光している。図１０（Ａ）は、図９をＸ軸方向から見た図（上から見た図）であり、図１０（Ｂ）は、図９をＹ軸方向から見た図（横から見た図）である。
一般的によく用いられる半導体レーザアレイでは、短軸方向においては、各発光部１２の幅（図１０（Ａ）中のＤｗ）は約０．１５ｍｍであり、発光部と発光部の間隔（図１０（Ａ）中のＤｐ）は約０．２５ｍｍである。また、各発光部から出射されるレーザ光の短軸方向の拡がり角（図１０（Ａ）中のθｉｎｙ）は約３．５°である。
また、長軸方向において隣り合う発光部の間隔（図１０（Ｂ）中のＤｈ）は約１．７５ｍｍであり、各発光部の厚さ（図１０（Ｂ）中のＤｔ）は約０．００２ｍｍである。また、各発光部から出射されるレーザ光の長軸方向の拡がり角（図１０（Ｂ）中のθｉｎｘ）は約４０°である。
【０００７】
例えば、このレーザ光を、光ファイバ３０に、短軸方向において２本のレーザ光を集光し、長軸方向において５本のレーザ光を集光する。また、短軸方向の入射角（図１０（Ａ）中のθｏｕｔｙ）が約１０°以下になるように（より小さな入射角で）集光する。
この場合、最も効率良く集光するためには、図１０（Ａ）において、短軸方向に隣り合う発光部１２から出射されるレーザ光が重なる前に短軸方向集光レンズアレイ９０を配置する必要がある。レーザ光が重なる位置は、上記の数値の場合は、発光部１２から約１．６ｍｍの位置である。
しかし、発光部１２から約１．６ｍｍまでの距離の間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０を配置する必要があり、事実上、配置は非常に困難である。
【０００８】
また、この場合、短軸方向集光レンズアレイ９０の焦点距離（ｆ９０）を、発光部１２から短軸方向集光レンズアレイ９０までの距離（この場合、約１．６ｍｍ）に設定すると、短軸方向における集光の効率がほぼ最適になり、発光部１２から光ファイバ３０までの距離（図１０（Ａ）中のＬ）は、約３．２ｍｍとなる。
しかし、例えば長軸方向に１．７５ｍｍ間隔で配列された５個の発光部から出射されるレーザ光を、長軸方向の入射角（図１０（Ｂ）中のθｏｕｔｘ）を１０°未満とするためには、約１９．８５ｍｍ以上の距離が必要であり、必要な数のレーザ光を集光することが非常に困難である。
【０００９】
従って、以下の課題を解決する必要がある。
短軸方向集光レンズアレイ９０と発光部１２との間の距離が短い。このため、所定距離の間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０を適切に配置することが困難である。また、光ファイバ３０の位置も発光部１２から短い距離になり、長軸方向の入射角（θｏｕｔｘ）を小さく設定すると、長軸方向に集光できるレーザ光の本数が少なくなる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できる光導波路、光導波路アレイ、及びレーザ発光装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの光導波路である。
請求項１に記載の光導波路では、長軸方向及び短軸方向に拡がりながら進行するレーザ光が入射されると、長軸方向においては入射面に設けたレンズにて平行光（長軸方向の幅がほぼ均一な平行光）に変換して進行させる。また、短軸方向においては最初は集光せずに広がり角を持たせたまま全反射させながら進行させる。この部分の光導波路の透過領域における短軸方向の幅は、第１の幅である。短軸方向において所定の角度で全反射しながら進行するレーザ光は、種々の場所で短軸方向に対して集中する（短軸方向の幅が狭くなる）。この集中する場所（全反射レーザ集光位置）にて、光導波路の透過領域における短軸方向の幅を狭くする（第１の幅よりも狭い第２の幅にする）ことで、短軸方向において集光する。
このように、レーザ光の進行方向に向かって短軸方向に対して集中する位置（全反射レーザ集光位置）にて、適切に透過領域における短軸方向の幅を第１の幅から第２の幅へと狭めることで、短軸方向に対してレーザ光を集光することができる。また、レーザ光が集中する位置で第２の幅にすることで、光導波路の外部に漏れるレーザ光を抑制するとともに、短軸方向に対してレーザ光を集光することができ、より効率良くレーザ光を集光することができる。また、比較的単純な形状（第１の幅と第２の幅の、２段階の幅を有する形状）であるため、実現も容易である。
【００１１】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの光導波路である。
請求項２に記載の光導波路では、光導波路における前記全反射レーザ集光位置から出射面の間に設けた屈折手段にて、長軸方向の幅がほぼ均一な平行光に変換されたレーザ光を屈折させて、長軸方向に対して出射面上の所定位置に集光する。
平行光を所定位置に集光することは比較的容易であり、屈折手段を容易に実現することができる。これにより、短軸方向に加えて長軸方向においても、より効率良くレーザ光を集光することができる。
【００１２】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの光導波路アレイである。
請求項３に記載の光導波路アレイは、請求項２に記載の光導波路を短軸方向に積層した光導波路アレイである。各光導波路の入射面に設けられた各レンズは、長軸方向におけるレーザ光の各発光部の位置に対応させて設けられている。また、各光導波路が、短軸方向におけるレーザ光の各発光部の位置に対応させて積層されている。
これにより、長軸方向及び短軸方向に２次元状に配置された発光部（レーザ光の発光部）から出射されたレーザ光を、長軸方向及び短軸方向に、より効率良く集光することができる。また、光導波路アレイの各レンズを、各発光部の位置（長軸方向及び短軸方向に２次元状に配置された位置）に対応させているので、発光部に対して光導波路アレイを適切な位置に配置することがより容易である。
【００１３】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項４に記載のレーザ発光装置は、長軸方向及び短軸方向に２次元状に配置された発光部を有する半導体レーザアレイと、請求項３に記載の光導波路アレイと、光ファイバとを備えている。半導体レーザアレイは、長軸と短軸を有する楕円状に拡がりながら進行するレーザ光を各発光部から出射する。光導波路アレイは、入射面に設けられた各レンズが半導体レーザアレイの各発光部の位置に対応するように配置され、各発光部から対応する前記レンズに入射された各レーザ光を、長軸方向に対して出射面上の所定位置に集光するとともに短軸方向に対して第２の幅に集光して出射面から出射する。そして、光ファイバは、光導波路アレイにおける各光導波路の出射面上の所定位置に各光ファイバの入射面が対応するように各々配置され、光導波路アレイにて集光されたレーザ光が光ファイバの入射面から入射され、入射されたレーザ光を任意の位置に配置された光ファイバの出射面から出射する。
これにより、長軸方向及び短軸方向に２次元状に配置された発光部（レーザ光の発光部）から出射されたレーザ光を、長軸方向及び短軸方向に、より効率良く集光することができる。また、光ファイバの出射面を任意の位置に配置できるため、集光したレーザ光を任意の位置から出射することができ、例えばレーザ加工装置等に適用することが容易である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の光導波路２０を用いた光導波路アレイ２００を、レーザ発光装置に適用した一実施の形態の概略構成図を示している。
図１に示す本実施の形態では、図９に示す従来のレーザ集光装置に対して、半導体レーザアレイ１０と光ファイバ３０との距離を非常に大きくできる（従来では約３．２ｍｍのところを、本実施の形態ではレーザ光の進行方向に対する光導波路アレイ２００の長さに応じて、数ｃｍ〜数１０ｃｍ以上に設定することも可能である）。このため、光ファイバ３０への入射角を小さくできるので、より効率良くレーザ光を集光することができる。
また、図９に示す従来のレーザ集光装置に対して、長軸方向コリメートレンズアレイ７０、長軸方向集光レンズ８０、短軸方向集光レンズアレイ９０とを省略し、その代わりに光導波路アレイ２００を設けているので、構成が簡素化され、組み付け時の調整等（各レンズ等の配置位置の微調整等）が従来のレーザ集光装置に比して、非常に容易である。
【００１５】
●［全体構成（図１）］
図１に示す本実施の形態では、発光部１２（ｍ，ｎ）（ｍ行ｎ列、図１の例では５行８列）を、長軸方向毎の複数の第１グループに分割し、各第１グループ毎のレーザ光を各光導波路２０（ｓ，ｔ）（ｓ行ｔ列、図１の例では１行８列）で集光して、各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）（ｓ行ｔ列、図１の例では１行８列）に入射する。
【００１６】
半導体レーザアレイ１０は、複数の発光部１２を有し、単一の発光部を有する半導体レーザを２次元的に配列して、あるいは一列に複数の発光部を有するアレイ型半導体レーザを積層または配列して、あるいは２次元配列されたスタック型半導体レーザで、構成されている。本実施の形態では、スタック型レーザダイオードを用いている。
光導波路アレイ２００は、発光部１２（ｍ，ｎ）の長軸方向毎の各第１グループ毎に対応する光導波路２０（ｓ，ｔ）が、短軸方向に複数配列されて構成されている。各光導波路２０（ｓ，ｔ）内に入射されたレーザ光は、入射された光導波路２０（ｓ，ｔ）内を、短軸方向においてはほぼ全反射しながら進行する（詳細は後述する）。
光導波路アレイ２００は、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２から入射された複数のレーザ光を、長軸方向に対して各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面に集まるように、長軸方向に集光（束ね、あるいは集約）する。
なお、以下、「束ねる」とは、各レーザ光の径をほぼ縮めることなく複数のレーザ光を集めることをいい、「集約する」とは、各レーザ光の径を縮めるあるいは径を縮めるとともに複数のレーザ光を集めることをいう。また、「集光する」とは、「束ねる」あるいは「集約する」方法を用いて、レーザ光の出力を高めることをいう。
【００１７】
各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面には、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の出射面上の所定位置（レーザ光が集光される位置）から、各光導波路２０（ｓ，ｔ）にて集光されたレーザ光が入射される。そして、集光レンズ１００は、バンドル部１００ａにて任意の形状に束ねられた光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の出射面から出射されたレーザ光を、各々所定の位置に集光する。これにより、半導体レーザアレイ１０の複数の発光部１２（ｍ，ｎ）から出射された複数のレーザ光は、所定の位置に集光され、レーザ加工等に用いることができるように、レーザ光の出力を増大させることができる。
【００１８】
●［光導波路内におけるレーザ光の集中位置（図２）］
次に、図２を用いて光導波路２０内に入射されたレーザ光が、短軸方向（Ｙ軸方向）に全反射しながら進行し、種々の位置で集中する様子を示すシミュレーション結果を説明する。
本シミュレーションでは、入射するレーザ光においては、広がり角を６．３６［°］、入射面におけるレーザ光の短軸方向の幅を０．３４５［ｍｍ］、レーザ光の発光部１２の短軸方向の幅を０．１５［ｍｍ］、レーザ光の形状をガウスビームに設定している。
また、光導波路２０においては、レーザ光が透過する透過領域２０ａの幅をＷＤ１（０．３５［ｍｍ］）とＷＤ２（０．１５［ｍｍ］）の２段階に設定している。ＷＤ１の値は、「拡がりながら進行してくるレーザ光が入射面に到達した時の短軸方向の幅、及び対応する発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の位置の誤差」等に基づいて設定している。また、ＷＤ２の値は、「全反射レーザ集光位置Ｐｐ（後述）における短軸方向の幅」に基づいて設定している。
また、光導波路２０においては、透過領域２０ａの屈折率を１．８１３に設定し、クラッド領域２０ｂの屈折率を１．５１に設定している。
【００１９】
上記の設定の場合、図２（Ａ）に示すように、種々の位置でレーザ光の干渉縞（光波干渉による）が認められ、発明者は、全反射しながら進行するレーザ光が種々の位置で集中していることを見出した。上記の設定の場合、光導波路２０の入射面から進行方向に向かって距離Ｌｐ［ｍｍ］の位置（シミュレーションの結果、距離Ｌｐは２７１．５［ｍｍ］）において、レーザ光が最も集中する。この位置（全反射レーザ集光位置Ｐｐ）であれば、外部に漏れるレーザ光を最も抑制しながら透過領域２０ａにおける短軸方向の幅を狭くできる。本シミュレーションの結果では、約９９．８％の結合効率を確認することができた（図２（Ａ）の場合）。
【００２０】
また、図２（Ｂ）は全反射レーザ集光位置Ｐｐでない位置（距離Ｌｎ≠距離Ｌｐ）にて透過領域２０ａの短軸方向の幅をＷＤ２にした場合のシミュレーション結果を示している。この場合、レーザ光の多くが外部に漏れ、結合効率は約５５．７％に低下していることを確認した。
なお、全反射レーザ集光位置Ｐｐは、入射面に到達した時のレーザ光の短軸方向の幅、広がり角、透過領域２０ａの屈折率、透過領域２０ａの短軸方向の幅ＷＤ１等、種々の条件で変化する。したがって、上記に記載した数値に限定されるものではない。
【００２１】
●［光導波路２０の構成（図３）］
次に、図３を用いて光導波路２０の構成について説明する。光導波路２０は、第１導波路２０Ｘと第２導波路２０Ｙとで構成されている。また、第１導波路２０Ｘの屈折率をｎ１、第２導波路２０Ｙの屈折率をｎ２とすると、ｎ１＞ｎ２に設定されている。
第１導波路２０Ｘは入射側であり、入射面にはレーザ光の発光部１２（１，１）〜（５，１）に対応するように（または発光部１２（１，ｎ）〜（５，ｎ）に対応するように）レンズＬｅ（１，１）〜Ｌｅ（５，１）を備えている。レンズＬｅ（１，１）〜レンズＬｅ（５，１）は、各々入射されたレーザ光を長軸方向（Ｘ軸方向）に対して幅がほぼ均一な平行光に変換する（図４（Ｂ）参照）。この例では、レンズＬｅ（１，１）〜レンズＬｅ（５，１）は、各々短軸方向に平行な軸を持つシリンドリカル状のレンズである。
【００２２】
また、当該レンズＬｅ（１，１）〜レンズＬｅ（５，１）の先端からＺ軸方向に距離Ｌｐ（全反射レーザ集光位置Ｐｐまでの距離）までは透過領域２０ａの短軸方向の幅がＷＤ１に設定されている。距離Ｌｐを越えた部分以降は（図３中の距離Ｌｑ部分は）透過領域２０ａの短軸方向の幅がＷＤ２（ＷＤ１よりも狭い幅）に設定されている。
また、第１導波路２０Ｘの出射面２０ｃは凸レンズ状に形成されており、当該形状と屈折率（第１導波路２０Ｘの屈折率をｎ１、第２導波路２０Ｙの屈折率をｎ２とすると、ｎ１＞ｎ２に設定）にて、長軸方向に対して幅がほぼ均一な平行光に変換したレーザ光を、長軸方向に対して出射面２０ｅ上の所定位置Ｐｏｕｔに集光することができる（図４（Ｂ）参照）。
【００２３】
第２導波路２０Ｙは出射側であり、入射面２０ｄは第１導波路２０Ｘの出射面２０ｃと一致する形状に形成されている。また、第２導波路２０Ｙの透過領域２０ａの短軸方向の幅はＷＤ２に設定されている。なお、第１導波路２０Ｘの出射面２０ｃの凸レンズの形状と、第２導波路２０Ｙの入射面２０ｄの凹レンズの形状と、距離Ｌｒは、長軸方向に屈折させたレーザ光が出射面２０ｅ上の所定位置に集光して光ファイバ３０に入射される際の入射角に応じて設定される。
そして、光導波路２０を、第１導波路２０Ｘの出射面２０ｃと第２導波路２０Ｙの入射面２０ｄを当接させて構成する。この当接させた部分が、長軸方向に対して幅がほぼ均一な平行光に変換されたレーザ光を屈折させて長軸方向に対して出射面２０ｅ上の所定位置に集光する屈折手段２０ｃｄである。
【００２４】
なお、本実施の形態では、第１導波路２０Ｘの屈折率ｎ１と、第２導波路２０Ｙの屈折率ｎ２を、ｎ１＞ｎ２に設定したため、屈折手段２０ｃｄがレーザ光の進行方向に向かって凸形状であるが、ｎ１＜ｎ２に設定した場合は屈折手段２０ｃｄをレーザ光の進行方向に向かって凹形状にすればよい。なお、屈折手段２０ｃｄは、長軸方向に対して出射面２０ｅ上の所定位置Ｐｏｕｔ（図４（Ｂ）参照）に集光できればよく、屈折率及び形状の設定には本実施の形態に限定されず、種々の方法がある。
【００２５】
●［各構成要素の配置と、光ファイバまでのレーザ光の集光状態（図４）］
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、発光部１２（１，１）〜（１，８）、光導波路２０（１，１）〜（１，８）、光ファイバ３０（１，１）〜（１，８）の配置位置と、発光部から光ファイバまでのレーザ光の集光状態について説明する。
図４（Ａ）は長軸方向（Ｘ軸方向）から見た図であり、レーザ光を短軸方向（Ｙ軸方向）に集光する様子を示している。各発光部１２（ｍ，ｎ）から出射された各レーザ光は、短軸方向に対応させて配置した光導波路２０（ｓ，ｔ）の入射面に入射される。入射された各レーザ光は、短軸方向においては各光導波路２０（ｓ，ｔ）内を全反射しながら当該光導波路２０（ｓ，ｔ）からほとんど外部に漏れることなく進行して当該光導波路２０（ｓ，ｔ）の出射面２０ｅに到達し、出射面２０ｅ上の所定位置（レーザ光を長軸方向に集光する位置）に配置された光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面に入射される。
なお、既に説明したように、光導波路２０（ｓ，ｔ）の出射面２０ｅに到達した際、レーザ光の短軸方向の幅はＷＤ２に狭められており、短軸方向に対しても集光されている。
【００２６】
図４（Ｂ）は短軸方向から見た図であり、レーザ光を長軸方向に集光する様子を示している。
図４（Ｂ）において、光導波路２０（ｓ，ｔ）の入射面における各レンズＬｅ（１，１）〜（５，１）の焦点距離をｆ（図示せず）とすると、各レンズＬｅ（１，１）〜（５，１）の中心Ｐ（１，１）〜（５，１）から対応する発光部１２（１，１）〜（５，１）までの距離は、みな焦点距離ｆ（図示せず）である。これにより、各発光部１２（１，１）〜（５，１）から出射されたレーザ光２（１，１）〜（５，１）は、対応するレンズＬｅ（１，１）〜（５，１）を透過すると長軸方向の幅がほぼ均一な平行光に変換される。
【００２７】
長軸方向の幅がほぼ均一な平行光に変換された各レーザ光２（１，１）〜（５，１）は、光導波路２０（１，１）内の屈折手段２０ｃｄに到達すると、そこから長軸方向に対して屈折し、光導波路２０（１，１）の出射面２０ｅ上の所定位置に集光される。そして、当該所定位置に光ファイバ３０（１，１）の入射面を配置し、集光したレーザ光を光ファイバ３０（１，１）に入射する。
光ファイバ３０（１，１）に入射されたレーザ光は、光ファイバ３０（１，１）内を全反射しながら進行して光ファイバ３０（１，１）の出射面から出射される。そして図１に示すように、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の各出射面をバンドル部１００ａにて束ね、各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の出射面から出射されるレーザ光を集光レンズ１００にて集光し、レーザ加工等に利用する。なお、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の出射面を束ねたバンドル部１００ａは、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の長さの範囲内であれば任意の位置に配置することができる。
【００２８】
●［光導波路のアレイ化と、光ファイバの入射面側のアレイ化（図５）］
次に図５を用いて、光導波路２０（ｓ，ｔ）と光ファイバ３０（ｓ，ｔ）とを適切な位置に配置することをより容易に実現可能な光導波路アレイ２００と光ファイバアレイ３００（図示せず）の例を説明する。
図５に示すように、光導波路２０（ｓ，ｔ）は等間隔に配置され、各光導波路２０（１，１）〜（１，８）の入射面が、対応する発光部１２（１，１）〜（１，８）と向き合うように配置される。そして、各光導波路をクラッド材、全反射材等の充填材２２にて充填し、光導波路アレイ２００を形成する。なお、充填材２２を充填せず、クラッド部を含んだ略直方体の形状に各光導波路を形成して各光導波路を固着するようにしてもよい。
このようにして、光導波路２０（ｓ，ｔ）を短軸方向に積層し、光導波路アレイ２００を形成する。
【００２９】
また、図５に示すように、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）も等間隔に配置され、各光ファイバ３０（１，１）〜（１，８）の入射面が、対応する光導波路２０（１，１）〜（１，８）の出射面２０ｅ上の所定位置と当接するように配置される。そして、各光ファイバをクラッド材、全反射材等の充填材２３にて充填し、光ファイバアレイ３００を形成する。
この場合、光ファイバアレイ３００は、光ファイバの入射面近傍のみを充填材２３にて充填すればよく、光ファイバの出射面側まで充填材２３を充填する必要はない。
【００３０】
●［光波干渉を利用しない場合（図６〜７）］
次に図６及び図７を用いて、光波干渉（図２）を利用しない場合の光導波路２５を用いた場合の例を、上記に説明した本実施の形態の効果と比較するために説明する。
図６に示すレーザ発光装置は、本実施の形態（図１）に示すレーザ発光装置に対して、光導波路２５（ｓ，ｔ）の透過領域２０ａの短軸方向の幅がＷＤ１で一定である。また、光導波路２５（ｓ，ｔ）の出射面において、短軸方向の幅は距離ＷＤ１であり、短軸方向には集光しない。したがって、光導波路２５の出射面から出射されるレーザ光（実施の形態よりも短軸方向の幅が広いレーザ光）から外部への漏れ量を抑制して光ファイバ３５に入射するためには、より大きな径の光ファイバ３５が必要になる。この場合、光ファイバ３５の径Ｄｆが図４に示した本実施の形態の光ファイバ３０の径Ｄｆ１より大きくなるので、単位面積あたりのレーザ光の密度が低下する。
【００３１】
また、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す、各構成要素の配置と、光ファイバ３５までのレーザ光の集光状態は、本実施の形態（図４）に示すレーザ発光装置に対して、光導波路２５（ｓ，ｔ）の透過領域２０ａの短軸方向の幅がＷＤ１で一定である。また、光導波路２５（ｓ，ｔ）の出射面において、透過領域２０ａの短軸方向の幅は距離ＷＤ１であり、短軸方向には集光しない。なお、レンズＬｅ（１，１）〜（５，１）の中心Ｐ（１，１）〜（５，１）の位置を、長軸方向において対応する発光部１２（１，１）〜（５，１）に対して適切に設定し、光導波路２５に入射されたレーザ光を、長軸方向に対して集光している。しかし、短軸方向には集光していないため、図４に示した本実施の形態の光ファイバ３０の径Ｄｆ１と比べて光ファイバ３５の径Ｄｆが大きくなる。
【００３２】
●［本実施の形態の効果（図８）］
次に図８を用いて、本実施の形態におけるレーザ発光装置（図１〜図５）と、比較用に説明した上記のレーザ発光装置（図６〜図７）との差を説明することで、本実施の形態の効果を説明する。
図８（Ａ）は、比較用に説明したレーザ発光装置（図６〜図７）における、光ファイバ３５（ｓ，ｔ）の径Ｄｆ、及び当該光ファイバ３５（ｓ，ｔ）の入射面に到達したレーザ光２（ｍ，ｎ）の形状を示している。
この場合、当該光ファイバ３５（ｓ，ｔ）の入射面に到達したレーザ光２（ｍ，ｎ）の長軸方向（Ｘ軸方向）の長さＷｆは約０．１０［ｍｍ］であり、短軸方向（Ｙ軸方向）の長さＷｓは約０．３５［ｍｍ］（光導波路２５の出射面における短軸方向の幅、つまり幅ＷＤ１）である。当該レーザ光２（ｍ，ｎ）を入射させるための光ファイバ３５（ｓ，ｔ）の径Ｄｆは約０．３８［ｍｍ］となる。
【００３３】
これに対し、図８（Ｂ）は、本実施の形態で説明したレーザ発光装置（図１〜図５）における、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の径Ｄｆ１、及び当該光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面に到達したレーザ光２（ｍ，ｎ）の形状を示している。
この場合、当該光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面に到達したレーザ光２（ｍ，ｎ）の長軸方向（Ｘ軸方向）の長さＷｆは約０．１０［ｍｍ］であり、短軸方向（Ｙ軸方向）の長さＷｓ１は約０．１５［ｍｍ］（光導波路２０の出射面における短軸方向の幅、つまり幅ＷＤ２）である。当該レーザ光２（ｍ，ｎ）を入射させるための光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の径Ｄｆ１は約０．２１［ｍｍ］となる。
従って、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の径Ｄｆ１を約０．６倍（０．２１／０．３８＝０．５５２）にすることができ、図１に示すバンドル部１００ａの径も約０．６倍にすることができる。この場合、集光したレーザ光のビーム半径と広がり角（半角）との積で表されるＢｅａｍ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ（ビーム品質）を約６０％向上（１／０．６＝１．６６６）させることができる。
【００３４】
本発明の光導波路２０、光導波路アレイ２００、及びレーザ発光装置は、本実施の形態で説明した形状、構成等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本発明の光導波路２０、光導波路アレイ２００、及びレーザ発光装置は、レーザ加工装置等、レーザ光を用いた種々の装置に適用することが可能である。
また、光導波路２０及び光ファイバ３０の形状、サイズ等は、実施の形態の説明及び図に限定されるものではない。また、石英ガラス等、種々の材質を用いることができる。
また、各実施の形態における光導波路２０における全体形状は、図２に示す略直方体に限定されるものではない。
本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２に記載の光導波路を用いれば、複数の発光部から出射された各レーザ光を、短軸方向に対して、あるいは短軸方向及び長軸方向に対して、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できる。
また、請求項３に記載の光導波路アレイを用いれば、発光部に対して光導波路アレイを適切な位置に配置することがより容易である。
また、請求項４に記載のレーザ発光装置を用いれば、長軸方向及び短軸方向に２次元状に配置された発光部（レーザ光の発光部）から出射されたレーザ光を、長軸方向及び短軸方向に、より効率良く集光することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路２０を用いた光導波路アレイ２００を、レーザ発光装置に適用した一実施の形態の概略構成図である。
【図２】光導波路２０内に入射されたレーザ光が、短軸方向（Ｙ軸方向）に全反射しながら進行し、種々の位置で集中する様子を示すシミュレーション結果を説明する図である。
【図３】本実施の形態における、光導波路２０の構成を説明する図である。
【図４】本実施の形態における、各構成要素の配置と、光ファイバまでのレーザ光の集光状態を説明する図である。
【図５】本実施の形態における、光導波路のアレイ化と、光ファイバの入射面側のアレイ化を説明する図である。
【図６】本実施の形態の効果を比較するために、本実施の形態とは異なるレーザ発光装置の例を説明する図である。
【図７】本実施の形態とは異なるレーザ発光装置における、各構成要素の配置と、光ファイバまでのレーザ光の集光状態を説明する図である。
【図８】本実施の形態の効果を説明する図である。
【図９】従来の半導体レーザ集光装置の概略構成を説明する図である。
【図１０】従来の半導体レーザ集光装置において、各レンズの配置位置と、各レンズを通過したレーザ光が集光される様子を説明する図である。
【符号の説明】
２（ｍ，ｎ） レーザ光
１０ 半導体レーザアレイ
１２（ｍ，ｎ） 発光部
２０（ｓ，ｔ） 光導波路
２０ａ 透過領域
２０ｂ クラッド領域
２０ｃｄ 屈折手段
２０ｅ 出射面
２００ 光導波路アレイ
Ｌｅ（ｍ，ｎ） レンズ
ＷＤ１ 第１の幅
ＷＤ２ 第２の幅
Ｐｐ 全反射レーザ集光位置
３０（ｓ，ｔ） 光ファイバ
１００ 集光レンズ
１００ａ バンドル部

Claims (4)

1. 長軸と短軸を有する楕円状に拡がりながら進行するレーザ光が入射される入射面と、入射されたレーザ光を出射する出射面と、入射面から入射されたレーザ光が出射面に向かって透過する透過領域とを有する光導波路であって、
   レーザ光の入射面には、入射されたレーザ光を長軸方向の幅がほぼ均一な平行光に変換するレンズを設け、
   透過領域では、入射されたレーザ光を短軸方向に対して全反射させながら進行させ、
   短軸方向に対して全反射しながら進行するレーザ光が短軸方向に対して集中する全反射レーザ集光位置において、全反射レーザ集光位置から入射面までの部分は、透過領域における短軸方向の幅が第１の幅で形成されており、全反射レーザ集光位置から出射面までの部分は、透過領域における短軸方向の幅が第１の幅よりも狭い第２の幅で形成されている、
   ことを特徴とする光導波路。
2. 請求項１に記載の光導波路であって、
   長軸方向の幅がほぼ均一な平行光に変換されたレーザ光を、長軸方向に対して屈折させて長軸方向に対して出射面上の所定位置に集光する屈折手段を、前記全反射レーザ集光位置から出射面の間に設ける、
   ことを特徴とする光導波路。
3. 請求項２に記載の光導波路を短軸方向に積層した光導波路アレイであって、
   光導波路に入射するレーザ光を出射する発光部は、長軸方向及び短軸方向に２次元状に配置されており、
   各光導波路の入射面に設けられた各レンズは、長軸方向におけるレーザ光の各発光部の位置に対応させて設けられており、
   各光導波路が、短軸方向におけるレーザ光の各発光部の位置に対応させて積層されている、
   ことを特徴とする光導波路アレイ。
4. 請求項３に記載の光導波路アレイと、長軸方向及び短軸方向に２次元状に配置された発光部を有する半導体レーザアレイと、光ファイバとを備えたレーザ発光装置であって、
   半導体レーザアレイは、長軸と短軸を有する楕円状に拡がりながら進行するレーザ光を各発光部から出射し、
   光導波路アレイは、入射面に設けられた各レンズが半導体レーザアレイの各発光部の位置に対応するように配置され、各発光部から対応する前記レンズに入射された各レーザ光を、長軸方向に対して出射面上の所定位置に集光するとともに短軸方向に対して第２の幅に集光して出射面から出射し、
   光ファイバは、光導波路アレイにおける各光導波路の出射面上の所定位置に各光ファイバの入射面が対応するように各々配置され、光導波路アレイにて集光されたレーザ光が光ファイバの入射面から入射され、入射されたレーザ光を任意の位置に配置された光ファイバの出射面から出射する、
   ことを特徴とするレーザ発光装置。

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