JP2005148538A - Optical waveguide and laser beam emitting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide and a laser light emitting device that can more efficiently and easily converge respective laser beams emitted by a plurality of light emission parts of a semiconductor laser array. <P>SOLUTION: The optical waveguide 20 has an incidence surface 20c where laser beams are made incident, a projection surface 20e, and a transmission area extending from the incidence surface to the emitting surface, is equipped with a long-axis direction converging means 20a of converging laser beams along a long axis on the incidence surface or transmission area, and a short-axis direction converging means which totally reflects the incident laser beams in a short axis direction to travel toward the emitting surface, is formed to nearly the same main width in the short axis direction up to a specified distance from the incidence surface in the traveling direction of the laser beams, and is formed so that at least a part of the width in the short axis direction from the position at the specified distance to the emitting surface becomes gradually narrower from the main width. The width Wslow of the emitting surface in the short axis direction is made narrower than the width Wsin of the incidence surface in the short axis direction and the laser beams are converged. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ光を集光する光導波路、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。   The present invention relates to an optical waveguide that condenses laser light, and a laser light emitting device that condenses and outputs laser light.

図7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。
FIG. 7 shows an example of a schematic configuration of a conventional semiconductor laser condensing device. Semiconductor laser light (hereinafter referred to as “laser light”) emitted from the light emitting portion 12 of the active layer 14 of the semiconductor laser (laser diode or the like) is substantially elliptical in a plane perpendicular to the traveling direction of the laser light 2. The elliptical laser beam 2 has a major axis direction and a minor axis direction. The ellipse becomes larger as the distance from the light emitting unit 12 becomes longer. Laser light emitted from the semiconductor laser array 10 having a plurality of light emitting portions 12 two-dimensionally arranged in the major axis direction (X-axis direction) and the minor axis direction (Y-axis direction) is collected in the optical fiber 30. 2. Description of the Related Art Semiconductor laser concentrators that emit light and increase the output of laser light are known.
For example, when a semiconductor laser is used as a light source of a laser processing apparatus, it is necessary to increase the output of laser light used for processing. However, the output intensity of laser light emitted from a single light emitting unit is limited. Therefore, the laser light emitted from the plurality of light emitting units is condensed using a lens group or the like to increase the output of the laser light.

従来の半導体レーザ集光装置の技術として、図7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)。
特開2000−98191号公報
As a technique of a conventional semiconductor laser condensing device, as shown in FIG. 7, a lens group and an optical fiber 30 are provided, and a long-axis collimating lens array 70 is provided between the laser light emitting unit 12 and the optical fiber 30. It has been proposed to arrange the lenses in the order of the long-axis direction condensing lens 80 and the short-axis direction condensing lens array 90 to condense the laser light onto the optical fiber 30 and increase the output of the laser light (for example, , See Patent Document 1).
JP 2000-98191 A

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。
In order to efficiently focus the laser beam emitted from the light emitting unit 12 of the semiconductor laser onto the optical fiber 30 and increase the output of the laser beam, the laser beam from more light emitting units is incident on the thinner optical fiber. The incident light is incident on the incident end face at a smaller incident angle and efficiently incident on the optical fiber without being reflected outside (closer to the incident end face at a right angle). It is necessary to enter at an angle. As a result, the angle between the traveling direction of the laser light in the optical fiber and the longitudinal direction of the optical fiber becomes smaller, the laser light travels while being totally reflected in the optical fiber, and loss due to leakage to the outside of the optical fiber. Can be suppressed.
Here, the laser light emitted from the light emitting unit 12 travels while spreading in the major axis direction and the minor axis direction. When condensing laser light that travels while spreading, the lens itself is required to have very high accuracy, and the lens arrangement position is also required to have very high accuracy.
In a conventional semiconductor laser condensing device (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-98191), in the long axis direction where the interval between the light emitting portions is relatively wide, the light is once converted into parallel light and then condensed. In the short axis direction where the interval between the light emitting parts is relatively narrow, the diameter of the lens is very small and it is difficult to arrange the lenses.

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7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7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7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、比率等で記載している部分を含んでいる。
In a conventional semiconductor laser condensing device (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-98191), as shown in FIG. 7, each light emitting unit 12 (m, n) (m row n column, FIG. 7) of the semiconductor laser array 10 In the example, laser light emitted from 5 rows and 16 columns is transmitted through the long-axis direction collimating lens array 70, transmitted through the long-axis direction condensing lens 80, and further transmitted through the short-axis direction condensing lens array 90. Thus, the light is incident on the optical fiber 30 (s, t) (s row t column, 1 row 8 column in the example of FIG. 7).
In all of the drawings, the coordinate axes are the Z axis as the traveling direction of the laser beam, the X axis as the major axis direction, and the Y axis as the minor axis direction.
Note that all the drawings include portions described in dimensions, ratios, and the like that are different from actual dimensions in order to facilitate explanation or to facilitate comparison and the like.

また、図7(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8(A)及び(B)に示す。図8(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8(A)は、図7をX軸方向から見た図(上から見た図)であり、図8(B)は、図7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8(A)中のDw)は約0.15mmであり、発光部と発光部の間隔(図8(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8(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8(B)中のDh)は約1.75mmであり、各発光部の厚さ(図8(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8(B)中のθinx)は約40°である。
FIGS. 8A and 8B show the state of each lens and laser light in the configuration of FIG. 7 (conventional semiconductor laser condensing device). FIG. 8A shows two laser beams emitted from two light emitting units arranged in the minor axis direction and five lasers emitted from five light emitting units arranged in the major axis direction. A total of 10 laser beams of light are condensed on one optical fiber. 8A is a view of FIG. 7 viewed from the X-axis direction (viewed from above), and FIG. 8B is a view of FIG. 7 viewed from the Y-axis direction (view from the side). ).
In a commonly used semiconductor laser array, in the minor axis direction, the width of each light emitting portion 12 (Dw in FIG. 8A) is about 0.15 mm, and the distance between the light emitting portion and the light emitting portion (see FIG. Dp) in 8 (A) is about 0.25 mm. Further, the divergence angle (θiny in FIG. 8A) in the minor axis direction of the laser light emitted from each light emitting portion is about 3.5 °.
In addition, the interval between the light emitting portions adjacent to each other in the major axis direction (Dh in FIG. 8B) is about 1.75 mm, and the thickness of each light emitting portion (Dt in FIG. 8B) is about 0. 002 mm. Further, the divergence angle (θinx in FIG. 8B) in the major axis direction of the laser light emitted from each light emitting portion is about 40 °.

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8(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8(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。
For example, two laser beams are condensed in the short axis direction and five laser beams are condensed in the long axis direction on the optical fiber 30. Further, the light is condensed so that the incident angle in the minor axis direction (θouty in FIG. 8A) is about 10 ° or less (with a smaller incident angle).
In this case, in order to collect light most efficiently, in FIG. 8A, the short-axis direction condensing lens array 90 is arranged before the laser beams emitted from the light emitting units 12 adjacent in the short-axis direction overlap. There is a need. In the case of the above numerical values, the position where the laser beams overlap is a position of about 1.6 mm from the light emitting unit 12.
However, it is necessary to arrange the long-axis direction collimating lens array 70 and the short-axis direction condensing lens array 90 within a distance from the light emitting unit 12 to about 1.6 mm, which is practically very difficult to arrange. .

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8(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8(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。
In this case, if the focal length (f90) of the short-axis direction condensing lens array 90 is set to the distance from the light emitting unit 12 to the short-axis direction condensing lens array 90 (in this case, about 1.6 mm), the short distance The condensing efficiency in the axial direction is almost optimal, and the distance from the light emitting unit 12 to the optical fiber 30 (L in FIG. 8A) is about 3.2 mm.
However, for example, laser beams emitted from five light emitting units arranged at intervals of 1.75 mm in the long axis direction have an incident angle in the long axis direction (θoutx in FIG. 8B) of less than 10 °. Therefore, a distance of about 19.85 mm or more is necessary, and it is very difficult to collect a necessary number of laser beams.

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、及びレーザ発光装置を提供することを課題とする。
Therefore, it is necessary to solve the following problems.
The distance between the short-axis direction condensing lens array 90 and the light emitting unit 12 is short. For this reason, it is difficult to appropriately arrange the long-axis direction collimating lens array 70 and the short-axis direction condensing lens array 90 within a predetermined distance. Further, the position of the optical fiber 30 is also a short distance from the light emitting unit 12, and if the incident angle (θoutx) in the major axis direction is set small, the number of laser beams that can be condensed in the major axis direction is reduced.
The present invention was devised in view of the above points, and an optical waveguide capable of condensing each laser beam emitted from a plurality of light emitting portions of a semiconductor laser array more efficiently and more easily. Another object is to provide a laser light emitting device.

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に記載の光導波路は、長軸と短軸を有する形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し、入射面あるいは透過領域に、入射されたレーザ光を長軸方向に集光する長軸方向集光手段を備えた光導波路であって、光導波路は、入射されたレーザ光を、短軸方向に対しては全反射させて出射面に向けて進行させ、レーザ光の進行方向に対して入射面から所定距離までは短軸方向の幅がほぼ同一の主幅で形成されており、所定距離の位置から出射面までの少なくとも一部は短軸方向の幅が主幅から徐々に狭くなるように形成された短軸方向集光手段を備えている。
As means for solving the above-mentioned problems, the first invention of the present invention is an optical waveguide as defined in claim 1.
The optical waveguide according to claim 1 is incident from an incident surface on which a laser beam traveling while expanding into a shape having a major axis and a minor axis is incident, an exit surface from which the incident laser beam is emitted, and an incident surface. An optical waveguide having a long axis direction condensing means for converging the incident laser light in the long axis direction on the incident surface or the transmission area. The optical waveguide causes the incident laser light to be totally reflected in the minor axis direction and travel toward the exit surface, and the minor axis from the incident surface to a predetermined distance in the laser beam traveling direction. The width of the short axis direction is formed with substantially the same main width, and at least a part from the position of the predetermined distance to the exit surface is formed so that the width of the short axis direction is gradually narrowed from the main width. Light means are provided.

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に記載の光導波路は、請求項1に記載の光導波路であって、短軸方向集光手段の形状は、直線形状、または指数関数形状を含む曲線形状である。
The second invention of the present invention is an optical waveguide as defined in claim 2.
An optical waveguide according to a second aspect is the optical waveguide according to the first aspect, wherein the shape of the short-axis direction condensing means is a linear shape or a curved shape including an exponential function shape.

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レーザ発光装置である。
請求項3に記載のレーザ発光装置は、長軸方向に第1所定間隔で配置されているとともに短軸方向に第2所定間隔で2次元状に配置された発光部であって、長軸と短軸を有する形状に拡がりながら進行するレーザ光を出射する複数の発光部を有する半導体レーザアレイと、半導体レーザアレイの各発光部から出射されたレーザ光を、長軸方向において出射面上の所定位置に集光する長軸方向集光手段を、各発光部に対応させて備えた複数の光導波路と、各光導波路の出射面上の前記所定位置に対向する位置に入射面を配置した複数の光ファイバと、光ファイバの出射面から出射されるレーザ光を集光する集光手段とを備えている。
そして、各光導波路は、入射面における短軸方向の幅が、1つの発光部の短軸方向の長さにほぼ対応する主幅に形成されており、レーザ光の進行方向に対して入射面から所定距離までは短軸方向の幅がほぼ同一の主幅で形成されており、所定距離の位置から出射面までの少なくとも一部は短軸方向の幅が主幅から徐々に狭くなるように形成された短軸方向集光手段を備えている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a laser light emitting device as set forth in the third aspect.
The laser light-emitting device according to claim 3 is a light-emitting unit that is arranged at a first predetermined interval in the major axis direction and two-dimensionally arranged at a second predetermined interval in the minor axis direction. A semiconductor laser array having a plurality of light emitting portions that emit laser light that travels while spreading in a shape having a short axis, and laser light emitted from each light emitting portion of the semiconductor laser array in a major axis direction on a light emitting surface. A plurality of optical waveguides each having a long-axis direction condensing means for condensing at a position corresponding to each light-emitting portion, and a plurality of incident surfaces arranged at positions facing the predetermined position on the emission surface of each optical waveguide And optical condensing means for condensing laser light emitted from the exit surface of the optical fiber.
Each optical waveguide is formed such that the width in the minor axis direction on the incident surface is a main width that substantially corresponds to the length in the minor axis direction of one light emitting portion, and the incident surface with respect to the traveling direction of the laser beam. From the position of the predetermined distance to the exit surface so that the width in the short axis direction gradually decreases from the main width. The short axis direction condensing means formed is provided.

請求項1に記載の光導波路を用いれば、長軸方向よりも拡がり角が小さい短軸方向において、短軸方向の拡がり角をやや大きくしながらも(拡がり角を許容範囲に抑制しながら)、レーザ光の短軸方向の集光径を小さくできる構造を容易に実現することができる。   If the optical waveguide according to claim 1 is used, in the short axis direction where the divergence angle is smaller than the major axis direction, while slightly increasing the divergence angle in the minor axis direction (while suppressing the divergence angle within an allowable range), A structure capable of reducing the light condensing diameter in the minor axis direction of the laser light can be easily realized.

また、請求項2に記載の光導波路を用いれば、出射面に到達したレーザ光が、長軸方向には拡がり角が若干大きいが集光径が小さいまま、且つ短軸方向には拡がり角が若干大ききくなるが集光径を小さくできるので、より集光効率を向上させることができる。この場合、短軸方向において、前記短軸方向集光手段の直線形状、または指数関数形状を調整することにより(例えば直線の傾きを変えることにより)、拡がり角を許容範囲内に抑制しながら集光径を小さくして、長軸方向の径と短軸方向の径との差、及び長軸方向の拡がり角と短軸方向の拡がり角との差を小さくできるので、出射面から出射されたレーザ光をより小径の光ファイバに入射させることにより、レーザ光の密度をより高くすることができ、集光効率をより向上させることができる。
また、例えば出射されたレーザ光を光ファイバに入射する場合、光ファイバに入射されるレーザ光の長軸方向の径と短軸方向の径との差が小さく、且つ長軸方向の拡がり角と短軸方向の拡がり角との差が小さいので、より細い光ファイバ、且つより適切なNA値(開口数)の光ファイバを選定することができ、集光効率をより向上させることができる。
If the optical waveguide according to claim 2 is used, the laser beam that has reached the exit surface has a slightly large divergence angle in the major axis direction but a small condensing diameter and a divergence angle in the minor axis direction. Although it becomes a little larger, since the condensing diameter can be reduced, the condensing efficiency can be further improved. In this case, in the minor axis direction, by adjusting the linear shape or exponential function shape of the short axis direction condensing means (for example, by changing the slope of the straight line), the divergence angle is suppressed within an allowable range. Since the light diameter can be reduced to reduce the difference between the major axis diameter and the minor axis diameter, and the difference between the major axis divergence angle and the minor axis divergence angle, the light is emitted from the exit surface. By making the laser light enter the optical fiber having a smaller diameter, the density of the laser light can be increased and the light collection efficiency can be further improved.
For example, when the emitted laser light is incident on the optical fiber, the difference between the major axis diameter and the minor axis diameter of the laser light incident on the optical fiber is small, and the major axis divergence angle is Since the difference from the divergence angle in the minor axis direction is small, a thinner optical fiber and an optical fiber with a more appropriate NA value (numerical aperture) can be selected, and the light collection efficiency can be further improved.

また、請求項3に記載のレーザ発光装置を用いれば、例えば2次元状に発光部が配置された半導体レーザアレイが出射したレーザ光を、複数のより細い光ファイバに効率よく集光することができ、更に光ファイバから出射されたレーザ光を集光手段で集光し、より容易に(単位面積あたりの)レーザ光の出力をより高めることができる。   Moreover, if the laser light emitting device according to claim 3 is used, for example, the laser light emitted from the semiconductor laser array in which the light emitting portions are two-dimensionally arranged can be efficiently condensed on a plurality of thinner optical fibers. Further, the laser light emitted from the optical fiber can be condensed by the condensing means, and the output of the laser light (per unit area) can be further increased more easily.

以下に本発明を実施するための最良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1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7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7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。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an embodiment in which an optical waveguide array 200 using the optical waveguide 20 of the present invention is applied to a laser light emitting device 1.
In the present embodiment shown in FIG. 1, the distance between the semiconductor laser array 10 and the optical fiber 30 can be greatly increased as compared with the conventional laser focusing apparatus shown in FIG. In this embodiment, it is also possible to set the length to several centimeters to several tens of centimeters or more according to the length of the optical waveguide array 200 with respect to the traveling direction of the laser light. For this reason, since the incident angle to the optical fiber 30 can be reduced, the laser light can be condensed more efficiently.
Further, the long-axis direction collimating lens array 70, the long-axis direction focusing lens 80, and the short-axis direction focusing lens array 90 are omitted from the conventional laser focusing apparatus shown in FIG. Since the array 200 is provided, the configuration is simplified, and adjustment at the time of assembly (fine adjustment of the arrangement position of each lens, etc.) is very easy as compared with the conventional laser focusing apparatus.

●[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グループ(Grp)に分割し、各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。
● [Overall structure (Fig. 1)]
In the present embodiment shown in FIG. 1, the light emitting unit 12 (m, n) (m rows and n columns, in the example of FIG. 1, 5 rows and 8 columns) is divided into a plurality of groups (Grp) for each major axis direction. The laser light for each group is condensed by each optical waveguide 20 (s, t) (s rows and t columns, 1 row and 8 columns in the example of FIG. 1), and each optical fiber 30 (s, t) (s The incident light enters the row t column, which is 1 row 8 columns in the example of FIG.

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、いわゆる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)の長軸方向毎の各グループ(Grp)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。
The semiconductor laser array 10 includes a plurality of light emitting units 12 and two-dimensionally arranges semiconductor lasers having a single light emitting unit, or stacks or arranges array type semiconductor lasers having a plurality of light emitting units in a row. Alternatively, it is composed of a stack type semiconductor laser arranged two-dimensionally. In this embodiment, a so-called stack type laser diode is used.
The optical waveguide array 200 is configured by arranging a plurality of optical waveguides 20 (s, t) corresponding to each group (Grp) in the major axis direction of the light emitting units 12 (m, n) in the minor axis direction. Yes. The laser light incident in each optical waveguide 20 (s, t) travels in the incident optical waveguide 20 (s, t) while being substantially totally reflected in the minor axis direction (details will be described later). .
The optical waveguide array 200 has a long axis so that a plurality of laser beams incident from the light emitting units 12 of the semiconductor laser array 10 are collected on the incident surface of each optical fiber 30 (s, t) with respect to the long axis direction. Condensed (bundled or aggregated) in the direction.
In the following, “bundling” refers to collecting a plurality of laser beams without substantially reducing the diameter of each laser beam, and “aggregating” refers to reducing the diameter of each laser beam or reducing the diameter of the plurality of laser beams. Means to collect laser light. “Condensing” means increasing the output of laser light using a method of “bundling” or “aggregating”.

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(集光手段)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。   The incident surface of each optical fiber 30 (s, t) is connected to each optical waveguide 20 (s, t) from a predetermined position (position where laser light is collected) on the emission surface of each optical waveguide 20 (s, t). The laser beam condensed at t) is incident. The condensing lens 100 (condensing means) collects the laser beams emitted from the emission surfaces of the optical fibers 30 (s, t) bundled in an arbitrary shape by the bundle unit 100a at respective predetermined positions. Shine. As a result, the plurality of laser beams emitted from the plurality of light emitting units 12 (m, n) of the semiconductor laser array 10 are condensed at a predetermined position and can be used for laser processing or the like. The output can be increased.

●[光導波路20の構成(図2)]
次に、図2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、レーザ光が入射される入射面20cと、入射されたレーザ光を出射する出射面20eと、入射面20cから入射されたレーザ光が出射面20eに向かって透過する透過領域(入射面20cから出射面20eの間の領域)とを有している。
光導波路20の入射面20cにおける短軸方向の幅は、1つの発光部12の短軸方向の長さに対応する幅(主幅:Wsin)に形成されている。そして、入射面20cから所定距離(レーザ光の進行方向に対して所定の距離であり、図2(A)の距離La)までは短軸方向の幅(幅Wsin)は、ほぼ同一の幅で形成されている。そして、当該所定距離の位置から出射面20eまでの少なくとも一部は、短軸方向の幅が幅Wsinから徐々に狭くなるように形成されている。この部分が短軸方向集光手段に相当する。図2(A)に示す例では、距離Lbの部分において、短軸方向の幅を幅Wsinから幅Wslowに向かうよう、徐々に狭くしており、距離Lcの部分において、幅Wslowを維持している。このように、出射面20eにおける短軸方向の幅Wslowが、入射面20cにおける短軸方向の幅Wsinよりも狭くなるように形成する。
なお、本実施の形態に示す光導波路20は、距離Lcの部分では幅を狭くしていないが、距離Lbの部分から出射面20eに向けて、短軸方向の幅はWsinから幅Wslowへと狭くなるようにしている。このように、短軸方向集光手段は、出射面20eまでの少なくとも一部の領域で形成されていればよい。
● [Configuration of optical waveguide 20 (FIG. 2)]
Next, the configuration of the optical waveguide 20 will be described with reference to FIG. The optical waveguide 20 includes an incident surface 20c on which laser light is incident, an output surface 20e that emits the incident laser light, and a transmission region (where the laser light incident from the incident surface 20c is transmitted toward the output surface 20e). A region between the incident surface 20c and the exit surface 20e).
The width in the minor axis direction on the incident surface 20c of the optical waveguide 20 is formed to be a width (main width: Wsin) corresponding to the length in the minor axis direction of one light emitting unit 12. The width (width Wsin) in the minor axis direction is substantially the same width up to a predetermined distance from the incident surface 20c (a predetermined distance with respect to the traveling direction of the laser light and a distance La in FIG. 2A). Is formed. And at least a part from the position of the predetermined distance to the emission surface 20e is formed so that the width in the minor axis direction is gradually narrowed from the width Wsin. This portion corresponds to the short axis direction light collecting means. In the example shown in FIG. 2A, the width in the minor axis direction is gradually narrowed from the width Wsin toward the width Wslow at the distance Lb, and the width Wslow is maintained at the distance Lc. Yes. In this way, the width Wslow in the minor axis direction on the exit surface 20e is formed to be narrower than the width Wsin in the minor axis direction on the incident surface 20c.
Although the optical waveguide 20 shown in the present embodiment is not narrowed at the distance Lc, the width in the minor axis direction is from Wsin to the width Wslow from the distance Lb toward the emission surface 20e. I try to make it narrower. Thus, the short axis direction light condensing means only needs to be formed in at least a part of the region up to the emission surface 20e.

なお、短軸方向の幅Wslowを狭くする形状は、一定の割合で狭くする直線状(図2(D)参照)であってもよいし、曲線状(図2(E)参照)であってもよい。また、出射面20eの近傍は、光ファイバ30の入射面を容易に当接させるために、一定幅の部分(距離Lcの部分)を設けてもよい。
距離Lb部分にて短軸方向の幅を徐々に狭くする形状は種々の形状があるが、発明者はシミュレーションにて、指数関数的な形状(y=a*exに沿った形状、a:定数、e:自然対数の底)が最も集光効率がよくなることを確認した。
また、長軸方向集光手段20aは、入射面20cあるいは透過領域に設けられており(図2(B)及び(C)参照)、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り、各々入射されたレーザ光を長軸方向に集光する(図5(B)参照)。
なお、図2(C)に示す光導波路20は、長軸方向集光手段20aよりも入射面20c側の屈折率n1の部材と、長軸方向集光手段20aよりも出射面20e側の屈折率n2の部材とを当接させて構成しており、屈折率n1>屈折率n2に設定している。なお、屈折率n1<屈折率n2の場合は凹凸の方向が逆になる。
本実施の形態では、光導波路20を石英ガラスで形成したが、この材質に限定されるものではない。
また、長軸方向集光手段20aは、入射され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(図2(A)参照)に集光できればよく、形状等は本実施の形態に限定されない。
The shape that narrows the width Wslow in the minor axis direction may be a straight line (see FIG. 2D) that narrows at a constant rate, or a curved line (see FIG. 2E). Also good. Further, in the vicinity of the emission surface 20e, a portion having a constant width (a portion having a distance Lc) may be provided in order to make the incident surface of the optical fiber 30 contact easily.
Distance The shape gradually narrowing the width in the minor axis direction at Lb portions have various shapes, the inventors have in simulation, exponential shape (y = a * e x shape along a, a: The constant, e: the base of the natural logarithm) was confirmed to have the best light collection efficiency.
Further, the long axis direction condensing means 20a is provided on the incident surface 20c or the transmission region (see FIGS. 2B and 2C), and is a cylindrical lens having an axis parallel to the short axis direction. Yes, each incident laser beam is condensed in the major axis direction (see FIG. 5B).
The optical waveguide 20 shown in FIG. 2 (C) has a refractive index n1 on the incident surface 20c side with respect to the long-axis direction condensing means 20a and refraction on the output surface 20e side with respect to the long-axis direction condensing means 20a. A member having a refractive index n2 is brought into contact with each other, and refractive index n1> refractive index n2 is set. In the case of refractive index n1 <refractive index n2, the direction of unevenness is reversed.
In the present embodiment, the optical waveguide 20 is made of quartz glass, but is not limited to this material.
Further, the long axis direction condensing means 20a only needs to be able to condense the incident laser light at a predetermined position Pout (see FIG. 2A) on the emission surface 20e with respect to the long axis direction, and the shape and the like of this embodiment are as follows. It is not limited to the form.

●[光導波路の短軸方向の幅を徐々に狭くする形状の形成方法(図3)]
次に、図3(A)〜(C)を用いて、光導波路20の短軸方向の幅を徐々に狭くする形状の形成方法について説明する。
まず、平板状の光導波路20を短軸方向に積層した光導波路アレイ200を用意する。各光導波路20の短軸方向の厚さ、隣り合う光導波路20との間隙は、使用する半導体レーザアレイ10の発光部12の位置に応じて適切に設定する。なお、隣り合う光導波路20との間隙は、光導波路20よりも屈折率の低い間隙部材22、またはレーザ光を全反射する間隙部材22等で充填する。
そして、モータ52で回転する研削砥石51を備えた研削手段50にて、図3(B)及び(C)に示すように、光導波路アレイ200の出射面20e側を研削することで、光導波路20の短軸方向の幅を徐々に狭くする形状を形成する。研削砥石51の研削部分の形状は、非常に高い精度で種々の形状とすることができるため、短軸方向の幅を徐々に狭くする短軸方向集光手段の形状を、直線状または曲線状等、任意の形状に仕上げることができる。
● [Formation method for gradually reducing the width of the optical waveguide in the minor axis direction (Fig. 3)]
Next, a method of forming a shape in which the width of the optical waveguide 20 in the short axis direction is gradually narrowed will be described with reference to FIGS.
First, an optical waveguide array 200 in which flat optical waveguides 20 are stacked in the minor axis direction is prepared. The thickness of each optical waveguide 20 in the minor axis direction and the gap between adjacent optical waveguides 20 are appropriately set according to the position of the light emitting unit 12 of the semiconductor laser array 10 to be used. The gap between adjacent optical waveguides 20 is filled with a gap member 22 having a refractive index lower than that of the optical waveguide 20 or a gap member 22 that totally reflects laser light.
Then, as shown in FIGS. 3 (B) and 3 (C), the light emitting surface 20e side of the optical waveguide array 200 is ground by the grinding means 50 including the grinding wheel 51 that is rotated by the motor 52. A shape in which the width in the minor axis direction of 20 is gradually narrowed is formed. Since the shape of the grinding portion of the grinding wheel 51 can be variously shaped with very high accuracy, the shape of the short-axis direction condensing means that gradually narrows the width in the short-axis direction is linear or curved. Etc., and can be finished in any shape.

●[光導波路の出射面に到達したレーザ光の径と拡がり角(図4、図5)]
次に図4を用いて、光導波路20の入射面20cから入射され、当該光導波路20の出射面20eに到達したレーザ光2の径と拡がり角について説明する。
図4(A)は、短軸方向の幅(幅Wsin)を一定とした光導波路20zにおいて、入射角θ1で入射面20cから入射されたレーザ光2が、全反射しながら出射面20eに到達する様子を示している。図4(A)において、「大気中の屈折率:n1」<「光導波路20zの屈折率:n2」<「光ファイバ30の屈折率:n3」である場合、θ1>θ2(=θslow)>θ3である。
例えばθ1が3.5°の場合、光ファイバ30の入射面に入射されるレーザ光2(光導波路20の出射面20eに到達したレーザ光)の短軸方向における径は幅Wslow(幅Wsinと同じ)であり、短軸方向における拡がり角θslow(入射角θslow)は、3.5°よりも小さい。
● [Diameter and divergence angle of the laser beam reaching the exit surface of the optical waveguide (FIGS. 4 and 5)]
Next, the diameter and the divergence angle of the laser light 2 that has entered from the incident surface 20c of the optical waveguide 20 and reached the output surface 20e of the optical waveguide 20 will be described with reference to FIG.
In FIG. 4A, in the optical waveguide 20z in which the width (width Wsin) in the minor axis direction is constant, the laser light 2 incident from the incident surface 20c at the incident angle θ1 reaches the output surface 20e while being totally reflected. It shows how to do. 4A, when “refractive index in air: n1” <“refractive index of optical waveguide 20z: n2” <“refractive index of optical fiber 30: n3”, θ1> θ2 (= θslow)> θ3.
For example, when θ1 is 3.5 °, the diameter in the minor axis direction of the laser beam 2 (laser beam that has reached the exit surface 20e of the optical waveguide 20) incident on the incident surface of the optical fiber 30 is the width Wslow (the width Wsin). The same), and the divergence angle θslow (incident angle θslow) in the minor axis direction is smaller than 3.5 °.

図4(B)は、短軸方向の幅(幅Wsin)に対して、入射面20cから所定距離(距離La)までの間は幅Wsinが一定で、当該距離Laの位置から出射面20eまでの間は徐々に短軸方向の幅を狭くした光導波路20において、入射角θ1で入射面20cから入射されたレーザ光2が、全反射しながら出射面20eに到達する様子を示している。図4(B)において、「大気中の屈折率:n1」<「光導波路20の屈折率:n2」<「光ファイバ30の屈折率:n3」である場合、θ1>θ2、θ2<θ4<θslow、θslow>θ6である。例えばθ1が3.5°の場合、光ファイバ30の入射面に入射されるレーザ光2(光導波路20の出射面20eに到達したレーザ光2)の短軸方向における径は幅Wslow(幅Wsinより狭い)であり、短軸方向における拡がり角θslow(入射角θslow)は、短軸方向集光手段の形状(この例では角度φで徐々に狭くしている)を適切に設定することで、任意の拡がり角に調整することができる。また、適切に設定された短軸方向集光手段の形状にて、短軸方向の幅Wslowを調整することができる。
これにより、図4(B)に示す光ファイバ30の径Dfbを、図4(A)に示す光ファイバ30の径Dfbより小さくすることができ、集光効率をより向上させることができる。なお、光ファイバ30への入射角θslowが、光ファイバ30のNA値を超えないように短軸方向集光手段の形状を選定する。
In FIG. 4B, the width Wsin is constant from the incident surface 20c to a predetermined distance (distance La) with respect to the width (width Wsin) in the minor axis direction, and from the position of the distance La to the exit surface 20e. In the figure, in the optical waveguide 20 whose width in the minor axis direction is gradually narrowed, the laser light 2 incident from the incident surface 20c at the incident angle θ1 reaches the output surface 20e while being totally reflected. 4B, when “refractive index in the atmosphere: n1” <“refractive index of the optical waveguide 20: n2” <“refractive index of the optical fiber 30: n3”, θ1> θ2 and θ2 <θ4 < θslow and θslow> θ6. For example, when θ1 is 3.5 °, the diameter of the laser beam 2 incident on the incident surface of the optical fiber 30 (the laser beam 2 reaching the exit surface 20e of the optical waveguide 20) in the minor axis direction is a width Wslow (width Wsin). The spread angle θslow (incident angle θslow) in the minor axis direction is appropriately set by the shape of the minor axis direction condensing means (in this example, gradually narrowed by the angle φ), It can be adjusted to any divergence angle. Further, the width Wslow in the short axis direction can be adjusted with the shape of the short axis direction light collecting means set appropriately.
Thereby, the diameter Dfb of the optical fiber 30 shown in FIG. 4 (B) can be made smaller than the diameter Dfb of the optical fiber 30 shown in FIG. 4 (A), and the light collection efficiency can be further improved. Note that the shape of the short-axis direction condensing means is selected so that the incident angle θslow to the optical fiber 30 does not exceed the NA value of the optical fiber 30.

以上の説明にて、光導波路20の出射面20eにおいて、短軸方向の幅Wslowと、短軸方向の拡がり角θslowとを調整できることを説明した。次に図5(B)を用いて、当該光導波路20の出射面20eにおいて、長軸方向の幅Wfastと、長軸方向の拡がり角θfastとを調整できることを説明する。
図5(A)は、図1における半導体レーザアレイ10から光ファイバ30までを長軸方向(X軸方向)から見た図であり、図5(B)は短軸方向(Y軸方向)から見た図である。
図5(A)は、図4(B)に示す光導波路20を短軸方向に積層した光導波路アレイ200を用いて、半導体レーザアレイ10の発光部12(m、n)から出射されるレーザ光を、短軸方向に集光して光ファイバ30に入射する様子を示す図である。
図5(B)は、入射面20cから入射された各レーザ光が、長軸方向に集光されながら出射面20eの所定位置Poutに到達する様子を示している。長軸方向においては、長軸方向集光手段20aの焦点距離f(図示せず)及び中心P(m、n)の位置を適切に設定することで、出射面20eに到達したレーザ光の長軸方向の径及び集光位置(この場合、所定位置Pout)を調整することが可能である。
In the above description, it has been described that the width Wslow in the minor axis direction and the divergence angle θslow in the minor axis direction can be adjusted on the exit surface 20e of the optical waveguide 20. Next, it will be described with reference to FIG. 5B that the long axis width Wfast and the long axis divergence angle θfast can be adjusted on the emission surface 20e of the optical waveguide 20. FIG.
5A is a view of the semiconductor laser array 10 to the optical fiber 30 in FIG. 1 as seen from the long axis direction (X-axis direction), and FIG. 5B is from the short axis direction (Y-axis direction). FIG.
FIG. 5A shows a laser beam emitted from the light emitting portion 12 (m, n) of the semiconductor laser array 10 using the optical waveguide array 200 in which the optical waveguides 20 shown in FIG. It is a figure which shows a mode that light is condensed to a short-axis direction, and injects into the optical fiber.
FIG. 5B shows a state in which each laser beam incident from the incident surface 20c reaches a predetermined position Pout on the emission surface 20e while being condensed in the major axis direction. In the long axis direction, the length of the laser light reaching the emission surface 20e is set by appropriately setting the focal length f (not shown) and the position of the center P (m, n) of the long axis direction condensing means 20a. It is possible to adjust the axial diameter and the light collection position (in this case, the predetermined position Pout).

また、図5(B)に示すように、出射面20eに到達したレーザ光の長軸方向の拡がり角θfastは、発光部12の長軸方向の最大距離Dvと、光導波路アレイ200のレーザ進行方向の長さLtによって決まる。
図5(B)に示すように、長軸方向の拡がり角θfastをより小さくするには、光導波路アレイ200のレーザ進行方向の長さLtをより長くすればよい。しかし、長軸方向集光手段20aの形状あるいは中心位置P(m、n)には、ある程度の誤差を有しており、長さLtをより長くすると、この誤差が増幅され、長軸方向に集光したレーザ光が到達した出射面20eにて、所定位置Poutから許容範囲以上はずれてしまい、光ファイバ30に入射できなくなる可能性がある。
従って、実現可能な拡がり角θfastにおいて、レーザ光を入射可能なNA値を有する光ファイバ30を選定する(本実施の形態においては、拡がり角θslowは拡がり角θfastよりも小さい)。
Further, as shown in FIG. 5B, the divergence angle θfast in the major axis direction of the laser light reaching the emission surface 20e is the maximum distance Dv in the major axis direction of the light emitting section 12 and the laser progression of the optical waveguide array 200. It depends on the direction length Lt.
As shown in FIG. 5B, the length Lt of the optical waveguide array 200 in the laser advancing direction may be made longer in order to further reduce the divergence angle θfast in the major axis direction. However, the shape or the center position P (m, n) of the long axis direction condensing means 20a has a certain amount of error, and if the length Lt is made longer, this error is amplified and is increased in the long axis direction. There is a possibility that the light exits from the predetermined position Pout beyond the allowable range on the emission surface 20e where the condensed laser light has reached, and cannot enter the optical fiber 30.
Therefore, an optical fiber 30 having an NA value that allows laser light to enter at a feasible divergence angle θfast is selected (in this embodiment, the divergence angle θslow is smaller than the divergence angle θfast).

●[本実施の形態の効果(図6)]
以上に説明したように、本実施の形態では、図1に示すレーザ発光装置にて、光ファイバ30の入射面に入射するレーザ光における、長軸方向の幅Wfast(長軸方向における集光径)と短軸方向の幅Wslow(短軸方向における集光径)とを調整可能であるとともに、長軸方向の拡がり角(入射角)θfastと短軸方向の拡がり角(入射角)θslowとを調整することができる。
図6(A)は、短軸方向の拡がり角θslowと短軸方向の幅Wslowを調整しなかった場合における、光ファイバ30の入射面及び集光されたレーザ光の様子を示す図である。また、図6(B)は、短軸方向の拡がり角θslowと短軸方向の幅Wslowを適切に調整した場合における、光ファイバ30の入射面及び集光されたレーザ光の様子を示す図である。明らかに図6(B)に示す図の方が、光ファイバ30の径Dfbをより小さくすることができるので、より集光効率を向上させることができる。
● [Effect of this embodiment (FIG. 6)]
As described above, in the present embodiment, in the laser light emitting device shown in FIG. 1, the width Wfast in the major axis direction (the condensed diameter in the major axis direction) of the laser light incident on the incident surface of the optical fiber 30. ) And the width Wslow (condensing diameter in the short axis direction) can be adjusted, and the divergence angle (incident angle) θfast in the major axis direction and the divergence angle (incident angle) θslow in the minor axis direction can be adjusted. Can be adjusted.
FIG. 6A is a diagram showing the incident surface of the optical fiber 30 and the state of the condensed laser light when the divergence angle θslow in the minor axis direction and the width Wslow in the minor axis direction are not adjusted. FIG. 6B is a diagram showing the incident surface of the optical fiber 30 and the state of the condensed laser light when the divergence angle θslow in the minor axis direction and the width Wslow in the minor axis direction are appropriately adjusted. is there. Obviously, in the drawing shown in FIG. 6B, the diameter Dfb of the optical fiber 30 can be made smaller, so that the light collection efficiency can be further improved.

光ファイバ30のNA値は、拡がり角θfastと拡がり角θslowの大きな側に基づいて選定され、一方の拡がり角のみをいくら小さくしても意味はない。従って、拡がり角の小さい側(この場合、拡がり角θslow)を、拡がり角の大きい側(この場合、拡がり角θfast)に近づけるように調整しても集光効率に影響を与えない。
光ファイバ30の径Dfbは、幅Wfastと幅Wslowの大きな側に基づいて選定され、一方の幅のみをいくら小さくしてもほとんど意味はない。従って、幅の大きい側(この場合、幅Wslow)を、幅の小さい側(この場合、Wfast)に近づけるように調整可能であれば、光ファイバ30の径Dfbをより小さくすることができ、集光効率をより向上させることができる。
本実施の形態では、光導波路20の短軸方向の幅を徐々に狭くなるように形成することで、拡がり角が小さい側のθslowを、拡がり角の大きい側のθfastに近づけるとともに、幅(集光径)が大きい側のWslowを、幅(集光径)が小さい側のWfastに近づけることが可能である。
The NA value of the optical fiber 30 is selected based on the larger side of the divergence angle θfast and the divergence angle θslow, and it is meaningless to reduce only one of the divergence angles. Therefore, even if the side with the smaller divergence angle (in this case, the divergence angle θslow) is adjusted closer to the side with the larger divergence angle (in this case, the divergence angle θfast), the light collection efficiency is not affected.
The diameter Dfb of the optical fiber 30 is selected based on the larger side of the width Wfast and the width Wslow, and it is almost meaningless to reduce only one of the widths. Therefore, if the side having the larger width (in this case, the width Wslow) can be adjusted to approach the side having the smaller width (in this case, Wfast), the diameter Dfb of the optical fiber 30 can be further reduced. The light efficiency can be further improved.
In the present embodiment, by forming the optical waveguide 20 so that the width in the minor axis direction is gradually narrowed, θslow on the side with a smaller divergence angle is made closer to θfast on the side with a larger divergence angle, and the width (collection) is increased. It is possible to make Wslow on the side with the larger (light diameter) closer to Wfast on the side with the smaller width (condensed diameter).

これにより、光ファイバ30の入射面における、集光されたレーザ光の占有面積Sを、図6(A)の状態から図6(B)の状態に調整することができ、より小さな径Dfbの光ファイバ30を用いることができ、集光効率をより向上させることができる。
また、集光したレーザ光のビーム半径と拡がり角(半角)との積で表されるBeam Parameter Product(ビーム品質)を、より向上させることができる。
Thereby, the occupation area S of the focused laser beam on the incident surface of the optical fiber 30 can be adjusted from the state of FIG. 6A to the state of FIG. 6B, and the smaller diameter Dfb. The optical fiber 30 can be used, and the light collection efficiency can be further improved.
Further, the beam parameter product (beam quality) represented by the product of the beam radius of the condensed laser beam and the divergence angle (half angle) can be further improved.

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1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。
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、光導波路20には、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に示す形状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。
また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(<)等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
The optical waveguide 20, the optical waveguide array 200, and the laser light emitting device 1 of the present invention are not limited to the shape and configuration described in the present embodiment, and various modifications, additions, and the like can be made without changing the gist of the present invention. Can be deleted.
Further, the shapes, sizes, and the like of the optical waveguide 20 and the optical fiber 30 are not limited to the description and drawings of the embodiments. The optical waveguide 20 can be made of various materials such as quartz glass.
Further, the overall shape of the optical waveguide 20 in each embodiment is not limited to the shape shown in FIG.
The numerical values used in the description of the present embodiment are examples, and are not limited to these numerical values.
Further, the above (≧), the following (≦), the greater (>), the less (<), etc. may or may not include an equal sign.

本発明の光導波路20、及びレーザ発光装置1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。   The optical waveguide 20 and the laser light emitting device 1 of the present invention can be applied to various devices using laser light such as a laser processing device.

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1に適用した一実施の形態の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an embodiment in which an optical waveguide array 200 using an optical waveguide 20 of the present invention is applied to a laser light emitting device 1. FIG. 本発明の光導波路20の構成について説明する図である。It is a figure explaining the structure of the optical waveguide 20 of this invention. 本発明の光導波路20の短軸方向の幅を徐々に狭くする短軸方向集光手段の形状の形成方法について説明する図である。It is a figure explaining the formation method of the shape of the short axis direction condensing means which narrows the width | variety of the short axis direction of the optical waveguide 20 of this invention gradually. 本発明の光導波路20の入射面20cから入射され、当該光導波路20の出射面20eに到達したレーザ光2の径と拡がり角について説明する図である。It is a figure explaining the diameter and divergence angle of the laser beam 2 which entered from the entrance surface 20c of the optical waveguide 20 of this invention, and reached | attained the output surface 20e of the said optical waveguide 20. FIG. 本発明の光導波路20の出射面20eにおいて、長軸方向の幅Wfastと、長軸方向の拡がり角θfastとを調整できることを説明する図である。It is a figure explaining that the width | variety Wfast of a major axis direction and the divergence angle (theta) fast of a major axis direction can be adjusted in the output surface 20e of the optical waveguide 20 of this invention. 本実施の形態の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of this Embodiment. 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。It is a figure explaining schematic structure of the conventional semiconductor laser condensing device. 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。In the conventional semiconductor laser condensing apparatus, it is a figure explaining a mode that the arrangement | positioning position of each lens and the laser beam which passed each lens are condensed.

符号の説明Explanation of symbols

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 長軸方向集光手段
20c 入射面
20e 出射面
22 間隙部材
200 光導波路アレイ
30(s,t) 光ファイバ
100 集光レンズ(集光手段)
100a バンドル部

2 (m, n) laser beam 10 semiconductor laser array 12 (m, n) light emitting portion 20 (s, t) optical waveguide 20a long axis direction condensing means 20c incident surface 20e emitting surface 22 gap member 200 optical waveguide array 30 ( s, t) Optical fiber 100 Condensing lens (condensing means)
100a Bundle part

Claims (3)

長軸と短軸を有する形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し、入射面あるいは透過領域に、入射されたレーザ光を長軸方向に集光する長軸方向集光手段を備えた光導波路であって、
前記光導波路は、
入射されたレーザ光を、短軸方向に対しては全反射させて出射面に向けて進行させ、
レーザ光の進行方向に対して入射面から所定距離までは短軸方向の幅がほぼ同一の主幅で形成されており、前記所定距離の位置から出射面までの少なくとも一部は短軸方向の幅が主幅から徐々に狭くなるように形成された短軸方向集光手段を備えている、
ことを特徴とする光導波路。
An incident surface on which laser light traveling while expanding into a shape having a major axis and a minor axis is incident, an exit surface that emits incident laser light, and laser light incident from the incident surface is transmitted toward the exit surface An optical waveguide having a long-axis direction condensing means for condensing incident laser light in a long-axis direction on an incident surface or a transmission region,
The optical waveguide is
The incident laser light is totally reflected in the minor axis direction and travels toward the exit surface,
The width in the minor axis direction is formed with substantially the same main width from the incident surface to the predetermined distance with respect to the traveling direction of the laser beam, and at least a part from the position of the predetermined distance to the emission surface is in the minor axis direction. It is provided with short axis direction light collecting means formed so that the width is gradually narrowed from the main width,
An optical waveguide characterized by that.
請求項1に記載の光導波路であって、
短軸方向集光手段の形状は、直線形状、または指数関数形状を含む曲線形状である、
ことを特徴とする光導波路。
The optical waveguide according to claim 1,
The shape of the short-axis direction condensing means is a linear shape or a curved shape including an exponential function shape,
An optical waveguide characterized by that.
長軸方向に第1所定間隔で配置されているとともに短軸方向に第2所定間隔で2次元状に配置された発光部であって、長軸と短軸を有する形状に拡がりながら進行するレーザ光を出射する複数の発光部を有する半導体レーザアレイと、
半導体レーザアレイの各発光部から出射されたレーザ光を、長軸方向において出射面上の所定位置に集光する長軸方向集光手段を、各発光部に対応させて備えた複数の光導波路と、
各光導波路の出射面上の前記所定位置に対向する位置に入射面を配置した複数の光ファイバと、
光ファイバの出射面から出射されるレーザ光を集光する集光手段とを備えたレーザ発光装置であって、
各光導波路は、
入射面における短軸方向の幅が、1つの発光部の短軸方向の長さにほぼ対応する主幅に形成されており、
レーザ光の進行方向に対して入射面から所定距離までは短軸方向の幅がほぼ同一の主幅で形成されており、前記所定距離の位置から出射面までの少なくとも一部は短軸方向の幅が主幅から徐々に狭くなるように形成された短軸方向集光手段を備えている、
ことを特徴とするレーザ発光装置。

A light emitting section arranged in a long axis direction at a first predetermined interval and two-dimensionally arranged in a short axis direction at a second predetermined interval, and traveling while expanding into a shape having a long axis and a short axis A semiconductor laser array having a plurality of light emitting portions for emitting light;
A plurality of optical waveguides provided with long-axis condensing means corresponding to each light-emitting part for condensing laser light emitted from each light-emitting part of the semiconductor laser array at a predetermined position on the emission surface in the long-axis direction When,
A plurality of optical fibers in which an incident surface is arranged at a position facing the predetermined position on the emission surface of each optical waveguide;
A laser light emitting device comprising a condensing means for condensing laser light emitted from an emission surface of an optical fiber,
Each optical waveguide is
The width in the minor axis direction on the incident surface is formed to a main width that substantially corresponds to the length in the minor axis direction of one light emitting portion,
The width in the minor axis direction is formed with substantially the same main width from the incident surface to the predetermined distance with respect to the traveling direction of the laser beam, and at least a part from the position of the predetermined distance to the emission surface is in the minor axis direction. It is provided with short axis direction light collecting means formed so that the width is gradually narrowed from the main width,
A laser light emitting device characterized by that.

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