JP2008028019A - 集光ブロック - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体レーザアレイ等から出射される光束について、空間での伝送距離をより短くし、プリズム内に閉じ込めて伝送する伝送距離をより長くすることで、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制し、前記光束を集光する効率をより向上させることができる集光ブロックを提供する。
【解決手段】入射された光を幅方向に２分割した第１分割光ＬＲと第２分割光ＬＬとに分ける分割プリズム１２Ａと、第１分割光を閉じ込めて伝送する第１プリズム群１０Ｂ、１０Ｃと、第２分割光を閉じ込めて伝送する第２プリズム群１０Ｄ、１０Ｅとで構成され、第１プリズム群は、第１分割光をプリズム内で反射して第１プリズム群の第１出射面１０ＣＵへと伝送し、第２プリズム群は、第２分割光をプリズム内で反射して第２プリズム群の第２出射面１０ＥＵへと伝送し、隣り合うように並べて配置された第１出射面と第２出射面から第１分割光と第２分割光を厚さ方向に並べて出射する。
【選択図】図４
【解決手段】入射された光を幅方向に２分割した第１分割光ＬＲと第２分割光ＬＬとに分ける分割プリズム１２Ａと、第１分割光を閉じ込めて伝送する第１プリズム群１０Ｂ、１０Ｃと、第２分割光を閉じ込めて伝送する第２プリズム群１０Ｄ、１０Ｅとで構成され、第１プリズム群は、第１分割光をプリズム内で反射して第１プリズム群の第１出射面１０ＣＵへと伝送し、第２プリズム群は、第２分割光をプリズム内で反射して第２プリズム群の第２出射面１０ＥＵへと伝送し、隣り合うように並べて配置された第１出射面と第２出射面から第１分割光と第２分割光を厚さ方向に並べて出射する。
【選択図】図４
Description
本発明は、種々の光を集光可能な集光ブロックに関する。
近年、半導体レーザは発振効率が高い（〜５０％）ことから、固体レーザの励起光として、あるいは直接加工光源として利用するニーズが高まっている。また、半導体レーザメーカからは、複数のエミッタ（発光部）を一次元状に配置した半導体レーザアレイや、半導体レーザアレイを積層して複数のエミッタ（発光部）を二次元状に配置した半導体レーザスタックが商品化されている。
例えば一般的な半導体レーザアレイは、長さ約１０ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍ、幅約１ｍｍの外形寸法の半導体レーザチップをヒートシンクにマウントしたもので、この中に厚さ方向に約１μｍ、長さ方向に約１５０μｍの発光部がピッチ約５００μｍで１０数個集積化されている。そして１個の発光部からは約２Ｗの出力のレーザ光が出射される。これらを集光してパワー密度を高くして励起光として用いたり、直接加工光源として用いたりすれば、金属の溶接や穴あけ、切断等を行うことができる。
例えば一般的な半導体レーザアレイは、長さ約１０ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍ、幅約１ｍｍの外形寸法の半導体レーザチップをヒートシンクにマウントしたもので、この中に厚さ方向に約１μｍ、長さ方向に約１５０μｍの発光部がピッチ約５００μｍで１０数個集積化されている。そして１個の発光部からは約２Ｗの出力のレーザ光が出射される。これらを集光してパワー密度を高くして励起光として用いたり、直接加工光源として用いたりすれば、金属の溶接や穴あけ、切断等を行うことができる。
一般的な半導体レーザアレイ（発光部が一次元配置）において、図１（Ａ）の例に示すように、発光部（３１ａ〜３１ｈ）から出射されるレーザ光Ｌ１は長軸方向及び短軸方向にほぼ楕円状に広がりながら進行する。また、図１（Ｂ）の例に示すように、長軸方向の広がり角θｆは数１０度（例えば３０度〜４０度）程度あり、短軸方向の広がり角θｓは数度（例えば３度〜４度）程度である。また各発光部（３１ａ〜３１ｈ）の寸法は、上述したように、一般的な半導体レーザアレイでは長軸方向が１μｍ程度、短軸方向が１００〜２００μｍ程度である。また、出射された時点のレーザ光は、偏光方向が所定の方向（例えば長軸方向）に揃っている。以下の説明では、半導体レーザアレイの各発光部（この場合、３１ａ〜３１ｈ）から出射されるレーザ光をまとめた光（発光部３１ａから出射されるレーザ光Ｌ１と、発光部３１ｂから出射されるレーザ光Ｌ１と・・発光部３１ｈから出射されるレーザ光Ｌ１とをまとめた光）を「光束」と記載する。
レーザ光の集光性は「ビーム径＊広がり角」で示されるビームパラメータプロダクトに依存し、上述のような半導体レーザアレイの場合、長軸方向のビームパラメータプロダクトは０．２ｍｍ・ｍｒａｄ程度で、短軸方向のビームパラメータプロダクトは２００ｍｍ・ｍｒａｄである。このため、集光する場合、長軸方向には比較的容易に小さく集光できるが、短軸方向に小さく集光することは比較的困難である。
レーザ光の集光性は「ビーム径＊広がり角」で示されるビームパラメータプロダクトに依存し、上述のような半導体レーザアレイの場合、長軸方向のビームパラメータプロダクトは０．２ｍｍ・ｍｒａｄ程度で、短軸方向のビームパラメータプロダクトは２００ｍｍ・ｍｒａｄである。このため、集光する場合、長軸方向には比較的容易に小さく集光できるが、短軸方向に小さく集光することは比較的困難である。
例えば、特許文献１に記載された従来技術では、特許文献１の図１に示されているように、リニアアレイＬＤ（半導体レーザアレイに相当）から出射される複数のレーザ光を、シリンドリカルレンズ（長軸方向コリメートレンズに相当）及びシリンドリカルレンズアレイ（短軸方向コリメートレンズに相当）にて長軸方向及び短軸方向において平行光に変換した後、３個のプリズムを通過させて短軸方向の幅を小さくし、短軸方向の幅を長軸方向の幅とほぼ同サイズになるまで小さくして、（球面）レンズ（集光レンズに相当）を用いてレーザロッド（固体レーザ）の端面に集光し、固体レーザの励起光として利用している。
また、特許文献２及び特許文献３に記載された従来技術では、半導体レーザスタックまたは半導体レーザアレイから出射される光束を短軸方向に２分割し、分割した光束を長軸方向の間隔が小さくなるように並べて光束の密度を高くしている。
特開平１１−０６８１９７号公報
特開２００１−１１１１４７号公報
特開２００３−２７９８８５号公報
また、特許文献２及び特許文献３に記載された従来技術では、半導体レーザスタックまたは半導体レーザアレイから出射される光束を短軸方向に２分割し、分割した光束を長軸方向の間隔が小さくなるように並べて光束の密度を高くしている。
特許文献１〜特許文献３に記載された従来技術では、半導体レーザアレイ（または半導体レーザスタック）から出射される光束を複数のプリズムで集光しているが、これら複数のプリズムを空間に配置しているため、各々のプリズムの位置調整が必要であり、調整に非常に手間がかかる。
また、空間からプリズムに光束が入射される面には、表面での反射を考慮する場合、反射防止膜を施す必要があり、反射防止膜を施す面の数が増えるとコストも高くなる。
また、半導体レーザアレイ（または半導体レーザスタック）から出射された光束を短軸方向に平行光に変換しない場合、出射されてから集光されるまでの経路において、空間を伝送する距離が長いと、短軸方向への広がり角θｓの影響で短軸方向への広がりが大きくなり、集光の効率が低下する可能性があり、好ましくない。
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等から出射される光束について、空間での伝送距離をより短くし、プリズム内に閉じ込めて伝送する伝送距離をより長くすることで、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制し、前記光束を集光する効率をより向上させることができる集光ブロックを提供することを課題とする。
また、空間からプリズムに光束が入射される面には、表面での反射を考慮する場合、反射防止膜を施す必要があり、反射防止膜を施す面の数が増えるとコストも高くなる。
また、半導体レーザアレイ（または半導体レーザスタック）から出射された光束を短軸方向に平行光に変換しない場合、出射されてから集光されるまでの経路において、空間を伝送する距離が長いと、短軸方向への広がり角θｓの影響で短軸方向への広がりが大きくなり、集光の効率が低下する可能性があり、好ましくない。
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等から出射される光束について、空間での伝送距離をより短くし、プリズム内に閉じ込めて伝送する伝送距離をより長くすることで、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制し、前記光束を集光する効率をより向上させることができる集光ブロックを提供することを課題とする。
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集光ブロックである。
請求項１に記載の集光ブロックは、入射された光を入射方向に直交する幅方向に２分割した第１分割光と第２分割光とに分ける分割反射面を有する分割プリズムと、複数のプリズムで構成されて前記第１分割光を内部に閉じ込めて伝送する第１プリズム群と、複数のプリズムで構成されて前記第２分割光を内部に閉じ込めて伝送する第２プリズム群と、で構成され、前記入射された光を集光する集光ブロックである。
前記分割プリズムは、前記入射された光を前記幅方向に２分割し、当該光の入射方向に直交する方向であり且つ互いに反対となる方向に進行する第１分割光と第２分割光とに分割し、前記第１分割光を前記第１プリズム群に入射するとともに、前記第２分割光を前記第２プリズム群に入射する。
前記第１プリズム群は、前記第１分割光が入射されると、当該第１分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、または前記入射方向に直交する任意の方向及び前記入射方向と同方向に変換するように反射しながら、当該第１プリズム群の第１出射面へと前記第１分割光をプリズム内で伝送する第１伝送経路を構成している。
前記第２プリズム群は、前記第２分割光が入射されると、当該第２分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、または前記入射方向に直交する任意の方向及び前記入射方向と同方向に変換するように反射しながら、当該第２プリズム群の第２出射面へと前記第２分割光をプリズム内で伝送する第２伝送経路を構成している。
そして、前記第１出射面と前記第２出射面とを前記入射方向に直交する方向に沿って隣り合うように並べて配置し、前記第１出射面から出射される前記第１分割光と、前記第２出射面から出射される前記第２分割光とを、前記第１分割光と前記第２分割光の前記幅方向と進行方向とに直交する厚さ方向に隣り合うように並べて出射することで、前記入射された光を集光する。
請求項１に記載の集光ブロックは、入射された光を入射方向に直交する幅方向に２分割した第１分割光と第２分割光とに分ける分割反射面を有する分割プリズムと、複数のプリズムで構成されて前記第１分割光を内部に閉じ込めて伝送する第１プリズム群と、複数のプリズムで構成されて前記第２分割光を内部に閉じ込めて伝送する第２プリズム群と、で構成され、前記入射された光を集光する集光ブロックである。
前記分割プリズムは、前記入射された光を前記幅方向に２分割し、当該光の入射方向に直交する方向であり且つ互いに反対となる方向に進行する第１分割光と第２分割光とに分割し、前記第１分割光を前記第１プリズム群に入射するとともに、前記第２分割光を前記第２プリズム群に入射する。
前記第１プリズム群は、前記第１分割光が入射されると、当該第１分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、または前記入射方向に直交する任意の方向及び前記入射方向と同方向に変換するように反射しながら、当該第１プリズム群の第１出射面へと前記第１分割光をプリズム内で伝送する第１伝送経路を構成している。
前記第２プリズム群は、前記第２分割光が入射されると、当該第２分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、または前記入射方向に直交する任意の方向及び前記入射方向と同方向に変換するように反射しながら、当該第２プリズム群の第２出射面へと前記第２分割光をプリズム内で伝送する第２伝送経路を構成している。
そして、前記第１出射面と前記第２出射面とを前記入射方向に直交する方向に沿って隣り合うように並べて配置し、前記第１出射面から出射される前記第１分割光と、前記第２出射面から出射される前記第２分割光とを、前記第１分割光と前記第２分割光の前記幅方向と進行方向とに直交する厚さ方向に隣り合うように並べて出射することで、前記入射された光を集光する。
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集光ブロックである。
請求項２に記載の集光ブロックは、請求項１に記載の集光ブロックであって、前記入射された光の偏光方向は、所定の偏光方向を示す第１偏光方向であり、前記第２伝送経路中に、入射された第１偏光方向を有する光の偏光方向を、第１偏光方向と直交する第２偏光方向に変換する位相差部材を備え、前記第１偏光方向の光を透過するとともに前記第２偏光方向の光を反射する選択反射面を内部に備え、第１入射面から入射された前記第１偏光方向の光を透過して第３出射面から出射するとともに、第２入射面から入射された前記第２偏光方向の光を前記選択反射面にて反射して前記第３出射面から出射する合波プリズムを備える。
前記第１プリズム群の第１出射面と前記第２プリズム群の第２出射面とを隣り合うように並べて配置する代わりに、前記第１出射面が前記合波プリズムの第１入射面と一致するように第１伝送経路を構成し、前記第２出射面が前記合波プリズムの第２入射面と一致するように第２伝送経路を構成し、前記第１プリズム群は、第１偏光方向を有する前記第１分割光を、前記第１伝送経路にて前記合波プリズムの前記第１入射面に伝送し、前記第２プリズム群は、第１偏光方向を有する前記第２分割光を、前記第２伝送経路にて前記位相差部材を通過させて偏光方向を第２偏光方向に変換した後、前記合波プリズムの前記第２入射面に伝送する。
そして、前記合波プリズムは、前記第１入射面及び前記第２入射面から入射された前記第１分割光と前記第２分割光とを重ね合わせて前記第３出射面から出射することで、前記入射された光を集光する。
請求項２に記載の集光ブロックは、請求項１に記載の集光ブロックであって、前記入射された光の偏光方向は、所定の偏光方向を示す第１偏光方向であり、前記第２伝送経路中に、入射された第１偏光方向を有する光の偏光方向を、第１偏光方向と直交する第２偏光方向に変換する位相差部材を備え、前記第１偏光方向の光を透過するとともに前記第２偏光方向の光を反射する選択反射面を内部に備え、第１入射面から入射された前記第１偏光方向の光を透過して第３出射面から出射するとともに、第２入射面から入射された前記第２偏光方向の光を前記選択反射面にて反射して前記第３出射面から出射する合波プリズムを備える。
前記第１プリズム群の第１出射面と前記第２プリズム群の第２出射面とを隣り合うように並べて配置する代わりに、前記第１出射面が前記合波プリズムの第１入射面と一致するように第１伝送経路を構成し、前記第２出射面が前記合波プリズムの第２入射面と一致するように第２伝送経路を構成し、前記第１プリズム群は、第１偏光方向を有する前記第１分割光を、前記第１伝送経路にて前記合波プリズムの前記第１入射面に伝送し、前記第２プリズム群は、第１偏光方向を有する前記第２分割光を、前記第２伝送経路にて前記位相差部材を通過させて偏光方向を第２偏光方向に変換した後、前記合波プリズムの前記第２入射面に伝送する。
そして、前記合波プリズムは、前記第１入射面及び前記第２入射面から入射された前記第１分割光と前記第２分割光とを重ね合わせて前記第３出射面から出射することで、前記入射された光を集光する。
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集光ブロックである。
請求項３に記載の集光ブロックは、請求項１または２に記載の集光ブロックであって、前記入射された光は、進行方向に直交する厚さ方向に対しては平行光であり且つ進行方向と厚さ方向とに直交する幅方向に対しては所定角度で広がりながら進行する光である。
そして、前記第１プリズム群は、前記第１分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する複数のプリズムで構成されており、伝送する前記第１分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送する。
また、前記第２プリズム群は、前記第２分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する複数のプリズムで構成されており、伝送する前記第２分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送する。
請求項３に記載の集光ブロックは、請求項１または２に記載の集光ブロックであって、前記入射された光は、進行方向に直交する厚さ方向に対しては平行光であり且つ進行方向と厚さ方向とに直交する幅方向に対しては所定角度で広がりながら進行する光である。
そして、前記第１プリズム群は、前記第１分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する複数のプリズムで構成されており、伝送する前記第１分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送する。
また、前記第２プリズム群は、前記第２分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する複数のプリズムで構成されており、伝送する前記第２分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送する。
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集光ブロックである。
請求項４に記載の集光ブロックは、略直方体の形状を有し、入射された光を閉じ込めて長手方向に伝送して前記長手方向の端部に位置する第４出射面から前記光を出射し、前記長手方向に直交するプリズム幅と、前記長手方向とプリズム幅の方向とに直交するプリズム厚さを有する複数のプリズムで構成された集光ブロックである。
前記集光ブロックに、前記プリズム幅以下の第１幅と前記プリズム厚さ以下の第１厚さと所定の偏光方向を示す第１偏光方向とを有する第１光と、前記プリズム幅以下の第２幅と前記プリズム厚さ以下の第２厚さと前記第１偏光方向を有する第２光とを、前記集光ブロックにおける側面の異なる位置に設けられた第３入射面と第４入射面とから入射する。
前記第４入射面は、前記第３入射面よりも前記４出射面から遠い位置に設けられており、前記第３入射面から入射された第１光が到達する位置には、当該第３入射面から入射された第１光が第１偏光方向である場合に、入射された光の進行方向を前記第４出射面の方向に変換し、前記第１偏光方向に直交する第２偏光方向の光を透過する選択反射面が設けられており、前記第４入射面から入射された第２光が到達する位置には、当該第４入射面から入射された第２光の進行方向を前記第４出射面の方向に変換する反射面が設けられており、前記第４入射面から前記選択反射面に至る第２光の経路には、第１偏光方向の光を、第１偏光方向に直交する第２偏光方向の光に変換する位相差部材が設けられている。
そして、前記第４入射面から入射された前記第２光を、前記反射面にて進行方向を変換し、前記選択反射面を透過させて前記第４出射面に到達させる経路にて伝送し、前記第３入射面から入射された前記第１光を、前記選択反射面にて進行方向を変換し、前記第４出射面に到達させる経路にて伝送し、前記第１光と前記第２光とを重ね合わせて前記第４出射面から出射することで集光する。
請求項４に記載の集光ブロックは、略直方体の形状を有し、入射された光を閉じ込めて長手方向に伝送して前記長手方向の端部に位置する第４出射面から前記光を出射し、前記長手方向に直交するプリズム幅と、前記長手方向とプリズム幅の方向とに直交するプリズム厚さを有する複数のプリズムで構成された集光ブロックである。
前記集光ブロックに、前記プリズム幅以下の第１幅と前記プリズム厚さ以下の第１厚さと所定の偏光方向を示す第１偏光方向とを有する第１光と、前記プリズム幅以下の第２幅と前記プリズム厚さ以下の第２厚さと前記第１偏光方向を有する第２光とを、前記集光ブロックにおける側面の異なる位置に設けられた第３入射面と第４入射面とから入射する。
前記第４入射面は、前記第３入射面よりも前記４出射面から遠い位置に設けられており、前記第３入射面から入射された第１光が到達する位置には、当該第３入射面から入射された第１光が第１偏光方向である場合に、入射された光の進行方向を前記第４出射面の方向に変換し、前記第１偏光方向に直交する第２偏光方向の光を透過する選択反射面が設けられており、前記第４入射面から入射された第２光が到達する位置には、当該第４入射面から入射された第２光の進行方向を前記第４出射面の方向に変換する反射面が設けられており、前記第４入射面から前記選択反射面に至る第２光の経路には、第１偏光方向の光を、第１偏光方向に直交する第２偏光方向の光に変換する位相差部材が設けられている。
そして、前記第４入射面から入射された前記第２光を、前記反射面にて進行方向を変換し、前記選択反射面を透過させて前記第４出射面に到達させる経路にて伝送し、前記第３入射面から入射された前記第１光を、前記選択反射面にて進行方向を変換し、前記第４出射面に到達させる経路にて伝送し、前記第１光と前記第２光とを重ね合わせて前記第４出射面から出射することで集光する。
請求項１に記載の集光ブロックを用いれば、半導体レーザアレイ等から出射された光束を、分割プリズムで第１分割光と第２分割光とに分割し、それぞれを第１プリズム群と第２プリズム群に入射した後は、第１伝送経路及び第２伝送経路にて、プリズム内に閉じ込めて伝送し、第１分割光と第２分割光とを第１出射面及び第２出射面から厚さ方向に並べて出射することで幅方向に集光する（第１及び第２の実施の形態を参照）。
第１分割光と第２分割光とをプリズム内に閉じ込めて伝送するため、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制することが可能であり、光束を集光する効率をより向上させることができる。
第１分割光と第２分割光とをプリズム内に閉じ込めて伝送するため、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制することが可能であり、光束を集光する効率をより向上させることができる。
また、請求項２に記載の集光ブロックは、第１分割光と第２分割光とを厚さ方向に並べて出射することで幅方向に集光する請求項１に対して、第１分割光と第２分割光とを重ね合わせて（一致させて）集光する（第３の実施の形態を参照）。
このように、重ね合わせることで、光束の密度を更に高くすることができる。また、第１分割光と第２分割光とをプリズム内に閉じ込めて伝送するため、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制することが可能であり、光束を集光する効率をより向上させることができる。
このように、重ね合わせることで、光束の密度を更に高くすることができる。また、第１分割光と第２分割光とをプリズム内に閉じ込めて伝送するため、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制することが可能であり、光束を集光する効率をより向上させることができる。
また、請求項３に記載の集光ブロックは、入射された光束が厚さ方向には平行光で、幅方向には所定角度で広がる光であっても、幅方向の長さに対応したプリズム幅を有するプリズム内に閉じ込めて伝送するため、幅方向への広がりを抑制することができる。
これにより、光束を集光する効率をより向上させることができる。
これにより、光束を集光する効率をより向上させることができる。
また、請求項４に記載の集光ブロックは、１つの光束を分割して並べ替える（請求項１）または重ね合わせる（請求項２）集光方法に対し、異なる２つの光を重ね合わせることで集光する（第４の実施の形態を参照）。
また、集光ブロックの構造が非常に単純であり、偏光方向が揃った異なる２つの光が有る場合、容易に重ね合わせて集光することができる。
また、集光ブロックの構造が非常に単純であり、偏光方向が揃った異なる２つの光が有る場合、容易に重ね合わせて集光することができる。
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２は、本発明の集光ブロック１０を用いたレーザ発生装置１００の一実施の形態における概略構成図の例を示している。
図２は、本発明の集光ブロック１０を用いたレーザ発生装置１００の一実施の形態における概略構成図の例を示している。
●［レーザ発生装置１００の全体構成（図２）とレーザ集光装置６８の構成（図３）］
図２に示す本実施の形態にて説明するレーザ発生装置１００は、ファイバレーザ用光ファイバ７０に出力レーザ光Ｌｏｕｔを発生させる励起光束Ｌｉｎを入射し、発生した出力レーザ光Ｌｏｕｔを伝送用光ファイバ９０に入射して、伝送用光ファイバ９０の出射面から出射される出力レーザ光Ｌｏｕｔをレーザ加工等に利用するものである。
励起光束Ｌｉｎには、例えば図１に示す半導体レーザアレイ３１から出射されるレーザ光Ｌ１を用いる。図２の例に示すレーザ発生装置１００は、出力レーザ光Ｌｏｕｔの出力を高出力化するために、複数の半導体レーザアレイ３１から出射されるレーザ光Ｌ１（図１参照）を集光してファイバレーザ用光ファイバ７０に入射している。
ファイバレーザ用光ファイバ７０の入射面の径は数ｍｍ程度（あるいは数１００μｍ程度）であり、この入射面に励起光束Ｌｉｎを集光する場合、前記したように、ビームパラメータプロダクトが小さな長軸方向には比較的容易に集光可能であるが、ビームパラメータプロダクトが大きな短軸方向に集光することは非常に困難である。
そこで、本実施の形態にて説明する集光ブロック１０を用い、励起光束Ｌｉｎの短軸方向におけるビームパラメータプロダクトをより小さくし、励起光束Ｌｉｎをより適切にファイバレーザ用光ファイバ７０の入射面に集光可能とする。
図２に示す本実施の形態にて説明するレーザ発生装置１００は、ファイバレーザ用光ファイバ７０に出力レーザ光Ｌｏｕｔを発生させる励起光束Ｌｉｎを入射し、発生した出力レーザ光Ｌｏｕｔを伝送用光ファイバ９０に入射して、伝送用光ファイバ９０の出射面から出射される出力レーザ光Ｌｏｕｔをレーザ加工等に利用するものである。
励起光束Ｌｉｎには、例えば図１に示す半導体レーザアレイ３１から出射されるレーザ光Ｌ１を用いる。図２の例に示すレーザ発生装置１００は、出力レーザ光Ｌｏｕｔの出力を高出力化するために、複数の半導体レーザアレイ３１から出射されるレーザ光Ｌ１（図１参照）を集光してファイバレーザ用光ファイバ７０に入射している。
ファイバレーザ用光ファイバ７０の入射面の径は数ｍｍ程度（あるいは数１００μｍ程度）であり、この入射面に励起光束Ｌｉｎを集光する場合、前記したように、ビームパラメータプロダクトが小さな長軸方向には比較的容易に集光可能であるが、ビームパラメータプロダクトが大きな短軸方向に集光することは非常に困難である。
そこで、本実施の形態にて説明する集光ブロック１０を用い、励起光束Ｌｉｎの短軸方向におけるビームパラメータプロダクトをより小さくし、励起光束Ｌｉｎをより適切にファイバレーザ用光ファイバ７０の入射面に集光可能とする。
次に、図２に示すレーザ発生装置１００を構成する各構成要素について説明する。
励起光束Ｌｉｎには、半導体レーザアレイ３１から出射されるレーザ光を用いる。
図１（Ｄ）に示すように、レーザユニット３６は、互いに直交する短軸方向と長軸方向に広がりながら進行する励起レーザ光Ｌ１を出射する複数の発光部（この場合、３１ａ〜３１ｈ）が短軸方向に一列に配置された半導体レーザアレイ３１と、発光部に対向する位置に設けられて励起レーザ光Ｌ１を長軸方向に対して平行光に変換する長軸方向コリメートレンズ３５とで構成されている。
図１（Ｄ）の概略図に示すように、レーザユニット３６から出射される光束Ｌｋは、長軸方向については平行光に変換されており、短軸方向については、広がり角θｓを有している。この光束Ｌｋを空間で伝送すると、距離が長くなるにつれて短軸方向への広がりが大きくなるため、集光ダクト６５（図３（Ａ）参照）を用いて、集光ダクト６５内で全反射させながら伝播させて拡散させることなく伝播させる。なお、光束Ｌｋは複数の励起レーザ光Ｌ１にて構成されているが、図１（Ｄ）では模式的に箱状として記載している。
励起光束Ｌｉｎには、半導体レーザアレイ３１から出射されるレーザ光を用いる。
図１（Ｄ）に示すように、レーザユニット３６は、互いに直交する短軸方向と長軸方向に広がりながら進行する励起レーザ光Ｌ１を出射する複数の発光部（この場合、３１ａ〜３１ｈ）が短軸方向に一列に配置された半導体レーザアレイ３１と、発光部に対向する位置に設けられて励起レーザ光Ｌ１を長軸方向に対して平行光に変換する長軸方向コリメートレンズ３５とで構成されている。
図１（Ｄ）の概略図に示すように、レーザユニット３６から出射される光束Ｌｋは、長軸方向については平行光に変換されており、短軸方向については、広がり角θｓを有している。この光束Ｌｋを空間で伝送すると、距離が長くなるにつれて短軸方向への広がりが大きくなるため、集光ダクト６５（図３（Ａ）参照）を用いて、集光ダクト６５内で全反射させながら伝播させて拡散させることなく伝播させる。なお、光束Ｌｋは複数の励起レーザ光Ｌ１にて構成されているが、図１（Ｄ）では模式的に箱状として記載している。
図３（Ａ）に示すように、集光ダクト６５は、レーザユニット３６から出射される光束Ｌｋの短軸方向の長さに対応するダクト幅Ｗｇと、光束Ｌｋの長軸方向の長さに対応するダクト厚さＴｇと、が各々一定となるように形成されている。また、ダクト幅方向とダクト厚さ方向とに直交するダクト長手方向の長さＬｇは、任意の長さに設定されている。
そして、ダクト幅方向とダクト長手方向とを含む面をダクト上面ＭＵ（対向する面も同様）、ダクト厚さ方向とダクト長手方向とを含む面をダクト側面ＭＳ（対向する面も同様）として、長手方向の一方の端面を端面ＭＭ、長手方向の他方の端面を端面ＭＲとする。
一方の端面ＭＭは、ダクト上面ＭＵに対して所定角度θを有するとともにダクト側面ＭＳに対して直交するように設けられた反射面であり、光束Ｌｋを反射可能である（以下、一方の端面ＭＭを反射面ＭＭと記載する）。
そして、ダクト幅方向とダクト長手方向とを含む面をダクト上面ＭＵ（対向する面も同様）、ダクト厚さ方向とダクト長手方向とを含む面をダクト側面ＭＳ（対向する面も同様）として、長手方向の一方の端面を端面ＭＭ、長手方向の他方の端面を端面ＭＲとする。
一方の端面ＭＭは、ダクト上面ＭＵに対して所定角度θを有するとともにダクト側面ＭＳに対して直交するように設けられた反射面であり、光束Ｌｋを反射可能である（以下、一方の端面ＭＭを反射面ＭＭと記載する）。
集光ユニット６７は、レーザユニット３６と集光ダクト６５とで構成されている（図３（Ｂ）参照）。
次に、集光ユニット６７において、レーザユニット３６と集光ダクト６５の位置について説明する。図３（Ｂ）に示すように、レーザユニット３６の短軸方向に対して集光ダクト６５のダクト幅方向とが一致するようにレーザユニット３６の発光部と集光ダクト６５のダクト上面ＭＵとを対向させる。且つ、レーザユニット３６から出射される光束Ｌｋを、集光ダクト６５の内側から反射面ＭＭに当て、当該反射面ＭＭにて反射した光束Ｌｋが集光ダクト６５内をダクト長手方向に導光されるように、集光ダクト６５に対してレーザユニット３６を配置する。
本実施の形態では所定角度θを４５度に設定しているので、レーザユニット３６から出射される光束Ｌｋの進行方向に対して、ダクト上面ＭＵは垂直となる。
なお、集光ダクト６５の材質は、石英ガラス等である。
次に、集光ユニット６７において、レーザユニット３６と集光ダクト６５の位置について説明する。図３（Ｂ）に示すように、レーザユニット３６の短軸方向に対して集光ダクト６５のダクト幅方向とが一致するようにレーザユニット３６の発光部と集光ダクト６５のダクト上面ＭＵとを対向させる。且つ、レーザユニット３６から出射される光束Ｌｋを、集光ダクト６５の内側から反射面ＭＭに当て、当該反射面ＭＭにて反射した光束Ｌｋが集光ダクト６５内をダクト長手方向に導光されるように、集光ダクト６５に対してレーザユニット３６を配置する。
本実施の形態では所定角度θを４５度に設定しているので、レーザユニット３６から出射される光束Ｌｋの進行方向に対して、ダクト上面ＭＵは垂直となる。
なお、集光ダクト６５の材質は、石英ガラス等である。
そして、図３（Ｃ）に示すように、複数の集光ユニットを用意して（図３（Ｃ）の例では２組の集光ユニットを使用）、各集光ユニットの集光ダクト６５を、ダクト長手方向が一致するようにダクト厚さ方向に重ね合わせるとともに、各集光ダクト６５の他方の端面ＭＲとなる出射面（以下、他方の端面ＭＲを出射面ＭＲと記載する）が同一平面上に位置するように重ね合わせてレーザ集光装置６８を構成する。
レーザ集光装置６８の出射面ＭＲから出射される光束Ｌｋの間隔Ｄｋは非常に小さく、半導体レーザアレイ３１を長軸方向に積層した半導体レーザスタックの長軸方向の間隔よりも小さくすることが可能であり、光束の密度を非常に高くすることができる。
また、集光ダクト６５内で光束を閉じ込めて伝送するため、長い距離を伝送しても、光束が短軸方向に広がることを防止することができるため、半導体レーザアレイ３１の間隔Ｄａを任意の距離に設定することが可能である。このため、半導体レーザアレイ３１を密集させることなく放熱に適した間隔とすることができるため、空冷の冷却機構で充分に冷却することが可能である。
図２の例は、４組の集光ユニット６７にてレーザ集光装置６８を構成し、このレーザ集光装置６８を２組用いて集光された励起光束Ｌｉｎをファイバレーザ用光ファイバ７０に入射している。各レーザ集光装置６８の出射面には各々進路変換プリズム６６が設けられており、出射された光束の進行方向を同一の方向にするとともに、各々光束の間隔がより小さくなるように進路変換プリズム６６が配置されており、一方のレーザ集光装置６８からの光束と、他方のレーザ集光装置６８からの光束との間隔を小さくし、励起光束Ｌｉｎの密度を高めている。なお、進路変換プリズム６６のＹ軸方向の長さは、集光ダクト６５のダクト幅方向の長さＷｇ（図２では集光ダクト６５のＹ軸方向の長さ）と同一である。
レーザ集光装置６８の出射面ＭＲから出射される光束Ｌｋの間隔Ｄｋは非常に小さく、半導体レーザアレイ３１を長軸方向に積層した半導体レーザスタックの長軸方向の間隔よりも小さくすることが可能であり、光束の密度を非常に高くすることができる。
また、集光ダクト６５内で光束を閉じ込めて伝送するため、長い距離を伝送しても、光束が短軸方向に広がることを防止することができるため、半導体レーザアレイ３１の間隔Ｄａを任意の距離に設定することが可能である。このため、半導体レーザアレイ３１を密集させることなく放熱に適した間隔とすることができるため、空冷の冷却機構で充分に冷却することが可能である。
図２の例は、４組の集光ユニット６７にてレーザ集光装置６８を構成し、このレーザ集光装置６８を２組用いて集光された励起光束Ｌｉｎをファイバレーザ用光ファイバ７０に入射している。各レーザ集光装置６８の出射面には各々進路変換プリズム６６が設けられており、出射された光束の進行方向を同一の方向にするとともに、各々光束の間隔がより小さくなるように進路変換プリズム６６が配置されており、一方のレーザ集光装置６８からの光束と、他方のレーザ集光装置６８からの光束との間隔を小さくし、励起光束Ｌｉｎの密度を高めている。なお、進路変換プリズム６６のＹ軸方向の長さは、集光ダクト６５のダクト幅方向の長さＷｇ（図２では集光ダクト６５のＹ軸方向の長さ）と同一である。
そして、進路変換プリズム６６から出射された励起光束Ｌｉｎを、本発明の集光ブロック１０を用いて、例えば短軸方向の長さ（図２の場合、Ｙ軸方向の長さ）が約半分となる第１分割光と第２分割光に分割し、第１分割光と第２分割光とを長軸方向（図２の場合Ｘ軸方向）に隣り合わせて出射して集光する。
集光ブロック１０にて集光された励起光束Ｌｉｎは、長軸方向（図２の場合、半導体レーザアレイ３１から出射された時点ではＸ軸方向）には平行光であるが、短軸方向（図２の場合、半導体レーザアレイ３１から出射された時点ではＹ軸方向）には広がっているため、短軸方向コリメートレンズ６１（第１レンズ）を通過させて短軸方向について平行光に変換し、長軸方向にも短軸方向にも平行光とする。そして、平行光の励起光束Ｌｉｎを、長軸方向集光レンズ６４ａを通過させて長軸方向に絞り（集光し）、短軸方向集光レンズ６４ｂを通過させて短軸方向に絞り（集光し）、ファイバレーザ用光ファイバ７０の入射面に入射する。
集光ブロック１０にて集光された励起光束Ｌｉｎは、長軸方向（図２の場合、半導体レーザアレイ３１から出射された時点ではＸ軸方向）には平行光であるが、短軸方向（図２の場合、半導体レーザアレイ３１から出射された時点ではＹ軸方向）には広がっているため、短軸方向コリメートレンズ６１（第１レンズ）を通過させて短軸方向について平行光に変換し、長軸方向にも短軸方向にも平行光とする。そして、平行光の励起光束Ｌｉｎを、長軸方向集光レンズ６４ａを通過させて長軸方向に絞り（集光し）、短軸方向集光レンズ６４ｂを通過させて短軸方向に絞り（集光し）、ファイバレーザ用光ファイバ７０の入射面に入射する。
ファイバレーザ用光ファイバ７０は、レーザ活性物質を含むコア７２を有し、コア７２の周囲をクラッド部材７３で覆った光ファイバであり、入射された励起レーザ光を内部に閉じ込め、励起レーザ光がコア７２に当たるとコア７２の内部に出力レーザ光が励起され、出力レーザ光はコア７２内で伝送される。また、ファイバレーザ用光ファイバ７０には、励起レーザ光が入射される端面とは反対側の端面に、励起レーザ光及び出力レーザ光を反射するＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）が設けられており、励起レーザ光の入射面側から出力レーザ光を取り出す構成としている。
ファイバレーザ用光ファイバ７０のコア７２内で励起されて発生した出力レーザ光Ｌｏｕｔは、励起光束Ｌｉｎの入射面から出力され、第２レンズ６４にてほぼ平行光に変換され、ダイクロイックミラー６３にて進行方向を変えられる。ダイクロイックミラー６３は、励起光束Ｌｉｎの波長の光を透過させて、出力レーザ光Ｌｏｕｔの波長の光を反射するものである。そして、進行方向を変えられた出力レーザ光Ｌｏｕｔは、第３レンズ８１にて集光されて伝送用光ファイバ９０の入射面に入射される。
ファイバレーザ用光ファイバ７０のコア７２内で励起されて発生した出力レーザ光Ｌｏｕｔは、励起光束Ｌｉｎの入射面から出力され、第２レンズ６４にてほぼ平行光に変換され、ダイクロイックミラー６３にて進行方向を変えられる。ダイクロイックミラー６３は、励起光束Ｌｉｎの波長の光を透過させて、出力レーザ光Ｌｏｕｔの波長の光を反射するものである。そして、進行方向を変えられた出力レーザ光Ｌｏｕｔは、第３レンズ８１にて集光されて伝送用光ファイバ９０の入射面に入射される。
各集光ダクト６５の長手方向（図２の場合、Ｘ軸方向）の長さは任意の長さにすることが可能であり、各半導体レーザアレイ３１を発熱量に応じた間隔でベース放熱板３２に固定することができる。図２の例では、更に各半導体レーザアレイ３１に放熱板３４を追加している。そして、ベース放熱板３２に半導体レーザ放熱フィン３３を設け、半導体レーザ放熱フィン３３に対向させて冷却ファン２０を設け、各半導体レーザアレイ３１を充分に冷却可能な冷却機構を空冷式にて実現しており、装置の小型化と低コスト化を実現している。
以下にて、本発明の集光ブロック１０における第１の実施の形態〜第３の実施の形態、及び進路変換プリズム６６に代わる集光ブロック１８（第４の実施の形態）について説明する。
以下にて、本発明の集光ブロック１０における第１の実施の形態〜第３の実施の形態、及び進路変換プリズム６６に代わる集光ブロック１８（第４の実施の形態）について説明する。
●［集光ブロックの第１の実施の形態（図４、図５）］
次に図４及び図５を用いて、第１の実施の形態における集光ブロック１０の構造について説明する。図４（Ａ）は、集光ブロック１０の外観と集光動作を示しており、図４（Ｂ）は、集光ブロック１０内の第１伝送経路と第２伝送経路を示しており、図５（Ａ）は、集光ブロック１０を構成する各プリズムの概略形状を示している。
図４（Ａ）に示すように、第１の実施の形態における集光ブロック１０は、直角二等辺三角形の底面を持つ複数の三角柱形状のプリズム（分割プリズム１０Ａ、プリズム１０Ｂ〜１０Ｅ）にて構成されている。
分割プリズム１０Ａは、底面を形成している直角二等辺三角形の斜辺の長さが、入射される励起光束Ｌｉｎの短軸方向（図４の場合、Ｙ軸方向）の幅Ｗｇに相当する長さに設定されている。例えば、実際の斜辺の長さは、誤差及び励起光束Ｌｉｎの広がり角θｓを考慮した微小距離αを用い、Ｗｇ＋αに設定されている。また、直角二等辺三角形の直角を形成する面１０ＡＲと面１０ＡＬには、励起光束Ｌｉｎを全反射する反射コーティング等を施し、面１０ＡＲと面１０ＡＬにて分割反射面を構成する。この分割反射面は、入射された光（図４の例では、励起光束Ｌｉｎ）を、入射方向に直交する幅方向（図４の例ではＹ軸方向）に２分割した第１分割光と第２分割光に分ける。なお、分割した第１分割光と第２分割光の進行方向は、入射された励起光束Ｌｉｎの進行方向（入射方向）と直交する方向であり、互いに重ならない反対方向となるように分割している。
次に図４及び図５を用いて、第１の実施の形態における集光ブロック１０の構造について説明する。図４（Ａ）は、集光ブロック１０の外観と集光動作を示しており、図４（Ｂ）は、集光ブロック１０内の第１伝送経路と第２伝送経路を示しており、図５（Ａ）は、集光ブロック１０を構成する各プリズムの概略形状を示している。
図４（Ａ）に示すように、第１の実施の形態における集光ブロック１０は、直角二等辺三角形の底面を持つ複数の三角柱形状のプリズム（分割プリズム１０Ａ、プリズム１０Ｂ〜１０Ｅ）にて構成されている。
分割プリズム１０Ａは、底面を形成している直角二等辺三角形の斜辺の長さが、入射される励起光束Ｌｉｎの短軸方向（図４の場合、Ｙ軸方向）の幅Ｗｇに相当する長さに設定されている。例えば、実際の斜辺の長さは、誤差及び励起光束Ｌｉｎの広がり角θｓを考慮した微小距離αを用い、Ｗｇ＋αに設定されている。また、直角二等辺三角形の直角を形成する面１０ＡＲと面１０ＡＬには、励起光束Ｌｉｎを全反射する反射コーティング等を施し、面１０ＡＲと面１０ＡＬにて分割反射面を構成する。この分割反射面は、入射された光（図４の例では、励起光束Ｌｉｎ）を、入射方向に直交する幅方向（図４の例ではＹ軸方向）に２分割した第１分割光と第２分割光に分ける。なお、分割した第１分割光と第２分割光の進行方向は、入射された励起光束Ｌｉｎの進行方向（入射方向）と直交する方向であり、互いに重ならない反対方向となるように分割している。
そして、第１分割光ＬＲが入射される第１プリズム群と、第２分割光ＬＬが入射される第２プリズム群を構成する。
第１プリズム群は、図４の例では、プリズム１０Ｂとプリズム１０Ｃとで構成されている。プリズム１０Ｂ及びプリズム１０Ｃは、第１分割光ＬＲの幅方向の長さ（Ｗｇ／２）に対応した長さのプリズム幅（（Ｗｇ＋α）／２）を有している。
プリズム１０Ｂは、分割プリズム１０Ａから入力された第１分割光ＬＲの進行方向（１）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向（図４の場合、Ｚ軸方向）と直交する方向（２）及び（３）に変換し、プリズム１０Ｃに第１分割光ＬＲを入射する。
プリズム１０Ｃは、プリズム１０Ｂから入射された第１分割光ＬＲの進行方向（３）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する方向（４）に変換し、励起光束Ｌｉｎの入射方向に直交する方向を向いた第１出射面１０ＣＵから第１分割光ＬＲを出射する。
なお、第１分割光ＬＲを反射する面１０ＢＤ、面１０ＢＵ、面１０ＣＤには、反射コーティング等を施しておく。
このように、第１プリズム群は、分割プリズム１０Ａから入射された第１分割光ＬＲを内部に閉じ込めて、入射された第１分割光ＬＲの幅を維持して、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する任意の方向に進行方向を変換するように反射しながら第１出射面１０ＣＵへと第１分割光ＬＲを第１プリズム群内で伝送する第１伝送経路を構成している。
第１プリズム群は、図４の例では、プリズム１０Ｂとプリズム１０Ｃとで構成されている。プリズム１０Ｂ及びプリズム１０Ｃは、第１分割光ＬＲの幅方向の長さ（Ｗｇ／２）に対応した長さのプリズム幅（（Ｗｇ＋α）／２）を有している。
プリズム１０Ｂは、分割プリズム１０Ａから入力された第１分割光ＬＲの進行方向（１）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向（図４の場合、Ｚ軸方向）と直交する方向（２）及び（３）に変換し、プリズム１０Ｃに第１分割光ＬＲを入射する。
プリズム１０Ｃは、プリズム１０Ｂから入射された第１分割光ＬＲの進行方向（３）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する方向（４）に変換し、励起光束Ｌｉｎの入射方向に直交する方向を向いた第１出射面１０ＣＵから第１分割光ＬＲを出射する。
なお、第１分割光ＬＲを反射する面１０ＢＤ、面１０ＢＵ、面１０ＣＤには、反射コーティング等を施しておく。
このように、第１プリズム群は、分割プリズム１０Ａから入射された第１分割光ＬＲを内部に閉じ込めて、入射された第１分割光ＬＲの幅を維持して、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する任意の方向に進行方向を変換するように反射しながら第１出射面１０ＣＵへと第１分割光ＬＲを第１プリズム群内で伝送する第１伝送経路を構成している。
第２プリズム群は、図４の例では、プリズム１０Ｄとプリズム１０Ｅとで構成されている。プリズム１０Ｄ及びプリズム１０Ｅは、第２分割光ＬＬの幅方向の長さ（Ｗｇ／２）に対応した長さのプリズム幅（（Ｗｇ＋α）／２）を有しており、上記の説明と同様に、第２プリズム群は、分割プリズム１０Ａから入射された第２分割光ＬＬを内部に閉じ込めて、入射された第２分割光ＬＬの幅を維持して、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する任意の方向に進行方向を変換するように反射しながら第２出射面１０ＥＵへと第２分割光ＬＬを第２プリズム群内で伝送する第２伝送経路を構成している。
また、第１出射面１０ＣＵと第２出射面１０ＥＵは、励起光束Ｌｉｎの入射方向に直交する方向に沿って隣り合うように並べて配置されている。これにより、第１出射面１０ＣＵから出射される第１分割光ＬＲと、第２出射面１０ＥＵから出射される第２分割光ＬＬとは、厚さ方向（出射時点における第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬの長軸方向）に並べられ（再配置され）、短軸方向の幅（Ｗｇ）が約半分になるように集光される。
以上の説明では、第１プリズム群及び第２プリズム群のプリズム幅を、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬの幅に対応する（Ｗｇ＋α）／２に設定し、プリズムで伝送中において幅方向への広がりをより適切に抑制できる例を説明したが、それよりも大きなプリズム幅に設定してもよい（幅方向に広がったとしても、第１プリズム群及び第２プリズム群内に、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬを閉じ込めることが可能であるため）。
以上の説明では、第１プリズム群及び第２プリズム群のプリズム幅を、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬの幅に対応する（Ｗｇ＋α）／２に設定し、プリズムで伝送中において幅方向への広がりをより適切に抑制できる例を説明したが、それよりも大きなプリズム幅に設定してもよい（幅方向に広がったとしても、第１プリズム群及び第２プリズム群内に、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬを閉じ込めることが可能であるため）。
なお、集光ブロック１０は、同一平面上に配置されているため、図５（Ａ）に示すように平面部材１０Ｈを用いて、この平面部材１０Ｈ上にて位置決め及び固定（接着等）することで、一体的に構成することが可能である。集光ブロック１０を一体的に構成することで、レーザ発生装置１００における位置調整が容易となる。なお、図２の例に示すレーザ発生装置１００に、図４に示す集光ブロック１０を用いる場合、集光ブロック１０への励起光束Ｌｉｎの入射方向と、集光ブロック１０から出射される第１及び第２分割光の出射方向とが異なるため、第１レンズ６２等で構成されたブロック９１（図２参照）の位置を第１及び第２分割光の出射方向に合わせて変更する。なお、集光ブロック１０に入射された励起光束と出射された励起光束の長軸方向と短軸方向も異なるため、第１レンズ６２と第２レンズ６４の向きも変更される。
また、図５（Ｂ）に示すように、図４（Ａ）に示す集光ブロック１０にプリズム１０Ａ１、１０Ａ２を追加して、分割プリズム１０Ａの分割反射面からプリズム１０Ｂまたはプリズム１０Ｄまでの空間をプリズム１０Ａ１及び１０Ａ２にて埋めるようにしてもよい。
この図５（Ｂ）に示す集光ブロック１０は、励起光束Ｌｉｎが入射される入射面１０ＡＩＮを、図２に示す進路変換プリズム６６の出射面に接触するように配置することが可能である。この場合、励起光束Ｌｉｎが進路変換プリズム６６から出射されてから、集光ブロック１０に入射されて集光ブロック１０から出射されるまでの経路にて空間を伝送する経路がなくなり、励起光束Ｌｉｎを幅方向に（短軸方向に）より確実に閉じ込めることができる。
なお、図５（Ｂ）に示す集光ブロック１０は、平面部材１０Ｈを用いることなく一体的に構成（接着等）することができる。
この図５（Ｂ）に示す集光ブロック１０は、励起光束Ｌｉｎが入射される入射面１０ＡＩＮを、図２に示す進路変換プリズム６６の出射面に接触するように配置することが可能である。この場合、励起光束Ｌｉｎが進路変換プリズム６６から出射されてから、集光ブロック１０に入射されて集光ブロック１０から出射されるまでの経路にて空間を伝送する経路がなくなり、励起光束Ｌｉｎを幅方向に（短軸方向に）より確実に閉じ込めることができる。
なお、図５（Ｂ）に示す集光ブロック１０は、平面部材１０Ｈを用いることなく一体的に構成（接着等）することができる。
●［集光ブロックの第２の実施の形態（図６、図７）］
次に図６及び図７を用いて、第２の実施の形態における集光ブロック１０の構造について説明する。
図６（Ｂ）は、集光ブロック１０の平面図（上図）、正面図（左下）、右側面図（右図）を示しており、図６（Ａ）は図６（Ｂ）に示す集光ブロック１０を構成する各プリズムの外観斜視図を示している。第２の実施の形態に使用する分割プリズム１１Ａ、プリズム１１Ｂ〜１１Ｇは、いずれの角度も直角または４５度または１３５度（直角＋４５度）である。
分割プリズム１１Ａは、底面を形成している直角二等辺三角形の斜辺の長さが、入射される励起光束Ｌｉｎの短軸方向（図６の場合、Ｙ軸方向）の幅Ｗｇに相当する長さに設定されている。例えば、第１の実施の形態と同様に、Ｗｇ＋αに設定されている。また、直角二等辺三角形の直角を形成する面１１ＡＲと面１１ＡＬには、励起光束Ｌｉｎを全反射する反射コーティング等を施し、面１１ＡＲと面１１ＡＬにて分割反射面を構成する。この分割反射面は、入射された光（図６の例では、励起光束Ｌｉｎ）を、幅方向（図６の例ではＹ軸方向）に２分割した第１分割光と第２分割光に分ける。なお、分割した第１分割光と第２分割光の進行方向は、入射された励起光束Ｌｉｎの進行方向と直交する方向であり、互いに重ならない反対方向となるように分割している。
次に図６及び図７を用いて、第２の実施の形態における集光ブロック１０の構造について説明する。
図６（Ｂ）は、集光ブロック１０の平面図（上図）、正面図（左下）、右側面図（右図）を示しており、図６（Ａ）は図６（Ｂ）に示す集光ブロック１０を構成する各プリズムの外観斜視図を示している。第２の実施の形態に使用する分割プリズム１１Ａ、プリズム１１Ｂ〜１１Ｇは、いずれの角度も直角または４５度または１３５度（直角＋４５度）である。
分割プリズム１１Ａは、底面を形成している直角二等辺三角形の斜辺の長さが、入射される励起光束Ｌｉｎの短軸方向（図６の場合、Ｙ軸方向）の幅Ｗｇに相当する長さに設定されている。例えば、第１の実施の形態と同様に、Ｗｇ＋αに設定されている。また、直角二等辺三角形の直角を形成する面１１ＡＲと面１１ＡＬには、励起光束Ｌｉｎを全反射する反射コーティング等を施し、面１１ＡＲと面１１ＡＬにて分割反射面を構成する。この分割反射面は、入射された光（図６の例では、励起光束Ｌｉｎ）を、幅方向（図６の例ではＹ軸方向）に２分割した第１分割光と第２分割光に分ける。なお、分割した第１分割光と第２分割光の進行方向は、入射された励起光束Ｌｉｎの進行方向と直交する方向であり、互いに重ならない反対方向となるように分割している。
そして、第１分割光ＬＲが入射される第１プリズム群と、第２分割光ＬＬが入射される第２プリズム群を構成する。
第１プリズム群は、図６の例では、プリズム１１Ｂとプリズム１１Ｃとプリズム１１Ｄとで構成されている。
プリズム１１Ｂは、底面の形状が等脚台形（直角二等辺三角形の直角部分を切り取った形状）であり、分割プリズム１１Ａから入力された第１分割光ＬＲの進行方向（１）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向（図６の場合、Ｚ軸方向）と直交する方向（２）及び（３）に変換し、プリズム１１Ｃに第１分割光ＬＲを入射する。
プリズム１１Ｃは、底面の形状が直角二等辺三角形であり、プリズム１１Ｂから入射された第１分割光ＬＲの進行方向（３）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向と同じ方向（４）に変換し、プリズム１１Ｄに第１分割光ＬＲを入射する。
プリズム１１Ｄは、底面の形状が直角二等辺三角形を２つ並べた平行四辺形（図７のプリズム１１Ｄを参照）であり、プリズム１１Ｃから入射された第１分割光ＬＲの進行方向（４）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する方向（５）に変換し、更に、励起光束Ｌｉｎの入射方向と同じ方向（６）に変換し、励起光束Ｌｉｎの入射方向と同じ方向を向いた第１出射面１１ＤＬから第１分割光ＬＲを出射する。
なお、第１分割光ＬＲを反射する各面には、反射コーティング等を施しておく。
第１プリズム群は、図６の例では、プリズム１１Ｂとプリズム１１Ｃとプリズム１１Ｄとで構成されている。
プリズム１１Ｂは、底面の形状が等脚台形（直角二等辺三角形の直角部分を切り取った形状）であり、分割プリズム１１Ａから入力された第１分割光ＬＲの進行方向（１）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向（図６の場合、Ｚ軸方向）と直交する方向（２）及び（３）に変換し、プリズム１１Ｃに第１分割光ＬＲを入射する。
プリズム１１Ｃは、底面の形状が直角二等辺三角形であり、プリズム１１Ｂから入射された第１分割光ＬＲの進行方向（３）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向と同じ方向（４）に変換し、プリズム１１Ｄに第１分割光ＬＲを入射する。
プリズム１１Ｄは、底面の形状が直角二等辺三角形を２つ並べた平行四辺形（図７のプリズム１１Ｄを参照）であり、プリズム１１Ｃから入射された第１分割光ＬＲの進行方向（４）を、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する方向（５）に変換し、更に、励起光束Ｌｉｎの入射方向と同じ方向（６）に変換し、励起光束Ｌｉｎの入射方向と同じ方向を向いた第１出射面１１ＤＬから第１分割光ＬＲを出射する。
なお、第１分割光ＬＲを反射する各面には、反射コーティング等を施しておく。
このように、第１プリズム群は、分割プリズム１１Ａから入射された第１分割光ＬＲを内部に閉じ込めて、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する任意の方向、及び前記入射方向と同方向に進行方向を変換するように反射しながら第１出射面１１ＤＬへと第１分割光ＬＲを第１プリズム群内で伝送する第１伝送経路を構成している。
第２プリズム群は、図６の例では、プリズム１１Ｅと、プリズム１１Ｆと、プリズム１１Ｇとで構成されている。上記の説明と同様に、第２プリズム群は、分割プリズム１１Ａから入射された第２分割光ＬＬを内部に閉じ込めて、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する任意の方向、及び前記入射方向と同方向に進行方向を変換するように反射しながら第２出射面１１ＧＬへと第２分割光ＬＬを第２プリズム群内で伝送する第２伝送経路を構成している。
第２プリズム群は、図６の例では、プリズム１１Ｅと、プリズム１１Ｆと、プリズム１１Ｇとで構成されている。上記の説明と同様に、第２プリズム群は、分割プリズム１１Ａから入射された第２分割光ＬＬを内部に閉じ込めて、励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する任意の方向、及び前記入射方向と同方向に進行方向を変換するように反射しながら第２出射面１１ＧＬへと第２分割光ＬＬを第２プリズム群内で伝送する第２伝送経路を構成している。
また、第１出射面１１ＤＬと第２出射面１１ＧＬは、励起光束Ｌｉｎの入射方向と同じ方向を向いており、励起光束Ｌｉｎの入射方向に直交する方向に沿って隣り合うように並べて配置されている。これにより、第１出射面１１ＤＬから出射される第１分割光ＬＲと、第２出射面１１ＧＬから出射される第２分割光ＬＬとは、厚さ方向（出射時点における第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬの長軸方向）に並べられ（再配置され）、短軸方向の幅（Ｗｇ）が半分になるように集光される。
また、図６（Ｂ）に示すように、集光ブロック１０は、各プリズム同士の接触する面を接着等して固定することで、一体的に構成することが可能である。集光ブロック１０を一体的に構成することで、レーザ発生装置１００における位置調整が容易となる。
また、図６（Ｂ）に示すように、集光ブロック１０は、各プリズム同士の接触する面を接着等して固定することで、一体的に構成することが可能である。集光ブロック１０を一体的に構成することで、レーザ発生装置１００における位置調整が容易となる。
以上の説明では、第１プリズム群及び第２プリズム群のプリズム幅を、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬの幅よりも大きく設定したが、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１プリズム群及び第２プリズム群のプリズム幅を、第１分割光ＬＲと第２分割光ＬＬの幅に対応した長さとすることで、より適切に幅方向への広がりを抑制することができる。
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、図６に示す集光ブロック１０の他の形態を示しており、底面が直角二等辺三角形のプリズムと、底面が正方形のプリズムと、平面部材１１Ｈ（材質はプリズムと同じ）にて一体的に構成した集光ブロック１０の例を示している。以下、図６に示す集光ブロック１０との相違点について説明する。
図７に示す集光ブロック１０において、分割プリズム１１Ａの底面の直角二等辺三角形の斜辺の長さは、図６に示す分割プリズム１１Ａと同様に、Ｗｇ＋αに設定されている。
プリズム１１Ｂは、底面が直角二等辺三角形のプリズム１１Ｂ１及び１１Ｂ３と、底面が正方形のプリズム１１Ｂ２にて構成されている。
プリズム１１Ｃは、底面が直角二等辺三角形のプリズム１１Ｃ２と、底面が正方形のプリズム１１Ｃ１にて構成されている。
プリズム１１Ｄは、底面が直角二等辺三角形のプリズム１１Ｄ１及び１１Ｄ２にて構成されている。
なお、プリズム１１Ｅ、プリズム１１Ｆ、プリズム１１Ｇも同様である。
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、図６に示す集光ブロック１０の他の形態を示しており、底面が直角二等辺三角形のプリズムと、底面が正方形のプリズムと、平面部材１１Ｈ（材質はプリズムと同じ）にて一体的に構成した集光ブロック１０の例を示している。以下、図６に示す集光ブロック１０との相違点について説明する。
図７に示す集光ブロック１０において、分割プリズム１１Ａの底面の直角二等辺三角形の斜辺の長さは、図６に示す分割プリズム１１Ａと同様に、Ｗｇ＋αに設定されている。
プリズム１１Ｂは、底面が直角二等辺三角形のプリズム１１Ｂ１及び１１Ｂ３と、底面が正方形のプリズム１１Ｂ２にて構成されている。
プリズム１１Ｃは、底面が直角二等辺三角形のプリズム１１Ｃ２と、底面が正方形のプリズム１１Ｃ１にて構成されている。
プリズム１１Ｄは、底面が直角二等辺三角形のプリズム１１Ｄ１及び１１Ｄ２にて構成されている。
なお、プリズム１１Ｅ、プリズム１１Ｆ、プリズム１１Ｇも同様である。
また、各プリズムの正方形の底面の各辺の長さ、及び直角二等辺三角形の直角を形成する２つの面における各辺の長さは、（Ｗｇ＋α）／２に設定されている。また、平面部材１１Ｈの厚さは、必要な強度を維持できる程度に薄く形成されている。
これにより、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す集光ブロック１０は、第１出射面１１ＤＬから出射される第１分割光ＬＲを伝送する第１伝送経路において、第１分割光ＬＲの短軸方向の幅を（Ｗｇ＋α）／２の幅に閉じ込めることが可能であり、第１分割光ＬＲが短軸方向に広がることを抑制することができる。また同様に、第２出射面１１ＧＬから出射される第２分割光ＬＬを伝送する第２伝送経路において、第２分割光ＬＬの短軸方向の幅を（Ｗｇ＋α）／２の幅に閉じ込めて、第２分割光ＬＬが短軸方向に広がることを抑制することができる。
これにより、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す集光ブロック１０は、第１出射面１１ＤＬから出射される第１分割光ＬＲを伝送する第１伝送経路において、第１分割光ＬＲの短軸方向の幅を（Ｗｇ＋α）／２の幅に閉じ込めることが可能であり、第１分割光ＬＲが短軸方向に広がることを抑制することができる。また同様に、第２出射面１１ＧＬから出射される第２分割光ＬＬを伝送する第２伝送経路において、第２分割光ＬＬの短軸方向の幅を（Ｗｇ＋α）／２の幅に閉じ込めて、第２分割光ＬＬが短軸方向に広がることを抑制することができる。
●［集光ブロックの第３の実施の形態（図８）］
次に図８を用いて、第３の実施の形態における集光ブロック１０の構造について説明する。図８（Ａ）は、集光ブロック１０の外観と集光動作を説明する図であり、図８（Ｂ）は、集光ブロック１０を構成している各プリズムの概略形状を説明する図であり、図８（Ｃ）は、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬの集光される経路（第１伝送経路と第２伝送経路）を説明する図である。
図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第３の実施の形態における集光ブロック１０は、直角二等辺三角形の底面を持つ複数の三角柱状のプリズム（分割プリズム１２Ａ、プリズム１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ、１２Ｄ）と、正方形の底面を持つ複数のプリズム（プリズム１２Ｃ、１２Ｅ）にて構成されている。以下、第１の実施の形態との相違点について説明する。
次に図８を用いて、第３の実施の形態における集光ブロック１０の構造について説明する。図８（Ａ）は、集光ブロック１０の外観と集光動作を説明する図であり、図８（Ｂ）は、集光ブロック１０を構成している各プリズムの概略形状を説明する図であり、図８（Ｃ）は、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬの集光される経路（第１伝送経路と第２伝送経路）を説明する図である。
図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第３の実施の形態における集光ブロック１０は、直角二等辺三角形の底面を持つ複数の三角柱状のプリズム（分割プリズム１２Ａ、プリズム１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ、１２Ｄ）と、正方形の底面を持つ複数のプリズム（プリズム１２Ｃ、１２Ｅ）にて構成されている。以下、第１の実施の形態との相違点について説明する。
プリズム１２Ｃ（以下、プリズム１２Ｃを合波プリズム１２Ｃと記載する）は、第１偏光方向の光を透過するとともに第１偏光方向に直交する第２偏光方向の光を反射する選択反射面１２ＣＡを角度φ＝４５度にて内部に有している。これにより、合波プリズム１２Ｃは、第１入射面１２Ｃ１から入射された第１偏光方向の光を透過して第３出射面１２Ｃ３から出射し、第２入射面１２Ｃ２から入射された第２偏光方向の光を選択反射面１２ＣＡにて反射して第３出射面１２Ｃ３から出射することで、第１入射面１２Ｃ１から入射された光と第２入射面１２Ｃ２から入射された光とを重ね合わせることで集光する。
ここで、励起光束Ｌｉｎの偏光方向は第１偏光方向であるものとする。
また、プリズム１２Ｅは、入射された第１偏光方向の光の偏光方向を、第１偏光方向と直交する第２偏光方向に変換する位相差部材１２Ｅ１を有している。なお、位相差部材１２Ｅ１は、第２分割光ＬＬが伝送される第２伝送経路（（ａ）−（ｂ）−（ｃ）−（ｃ）´−（ｄ）の経路）のどこに配置されていてもよい。
ここで、励起光束Ｌｉｎの偏光方向は第１偏光方向であるものとする。
また、プリズム１２Ｅは、入射された第１偏光方向の光の偏光方向を、第１偏光方向と直交する第２偏光方向に変換する位相差部材１２Ｅ１を有している。なお、位相差部材１２Ｅ１は、第２分割光ＬＬが伝送される第２伝送経路（（ａ）−（ｂ）−（ｃ）−（ｃ）´−（ｄ）の経路）のどこに配置されていてもよい。
分割プリズム１２Ａは、第１の実施の形態に記載した分割プリズム１０Ａと同様であるので説明を省略する。なお、図８に示す集光ブロック１０は、図５（Ｂ）に示す集光ブロックと同様に、分割プリズムにて分割及び反射された第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬを伝送するプリズム１２Ａ１及び１２Ａ２を備えている。
第１プリズム群は、プリズム１２Ａ１、プリズム１２Ｂにて構成されている。この第１プリズム群にて、第１分割光ＬＲ（偏光方向は第１偏光方向）は、入射された励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する方向（２）に反射され、第１入射面１２Ｃ１へと伝送される。そして、合波プリズム１２Ｃは、第１入射面１２Ｃ１から入射された第１分割光ＬＲ（第１偏光方向）を透過して、第３出射面１２Ｃ３から出射する。
また、第２プリズム群は、プリズム１２Ａ２、プリズム１２Ｄ、プリズム１２Ｅにて構成されている。この第２プリズム群にて、第２分割光ＬＬ（分割プリズム１２Ａにて分割及び反射された時点での偏光方向は第１偏光方向）は、入射された励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する方向（ｂ）、（ｃ）に反射され、第２入射面１２Ｃ２へと伝送され、その伝送経路の任意の位置に配置された位相差部材１２Ｅ１にて偏光方向が第２偏光方向に変換される。そして、合波プリズム１２Ｃは、第２偏光方向に変換された第２分割光ＬＬが第２入射面１２Ｃ２から入射されると、選択反射面１２ＣＡにて反射して第３出射面１２Ｃ３から出射する。
第１プリズム群は、プリズム１２Ａ１、プリズム１２Ｂにて構成されている。この第１プリズム群にて、第１分割光ＬＲ（偏光方向は第１偏光方向）は、入射された励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する方向（２）に反射され、第１入射面１２Ｃ１へと伝送される。そして、合波プリズム１２Ｃは、第１入射面１２Ｃ１から入射された第１分割光ＬＲ（第１偏光方向）を透過して、第３出射面１２Ｃ３から出射する。
また、第２プリズム群は、プリズム１２Ａ２、プリズム１２Ｄ、プリズム１２Ｅにて構成されている。この第２プリズム群にて、第２分割光ＬＬ（分割プリズム１２Ａにて分割及び反射された時点での偏光方向は第１偏光方向）は、入射された励起光束Ｌｉｎの入射方向と直交する方向（ｂ）、（ｃ）に反射され、第２入射面１２Ｃ２へと伝送され、その伝送経路の任意の位置に配置された位相差部材１２Ｅ１にて偏光方向が第２偏光方向に変換される。そして、合波プリズム１２Ｃは、第２偏光方向に変換された第２分割光ＬＬが第２入射面１２Ｃ２から入射されると、選択反射面１２ＣＡにて反射して第３出射面１２Ｃ３から出射する。
なお、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬは、入射方向と直交する方向だけでなく、入射方向と同方向にも反射されるように、第１プリズム群及び第２プリズム群を構成することもできる。
以上の説明では、第１プリズム群及び第２プリズム群のプリズム幅を、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬの幅に対応する（Ｗｇ＋α）／２に設定し、プリズムで伝送中において幅方向への広がりをより適切に抑制できる例を説明したが、それよりも大きなプリズム幅に設定してもよい（幅方向に広がったとしても、第１プリズム群及び第２プリズム群内に、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬを閉じ込めることが可能であるため）。
以上の説明では、第１プリズム群及び第２プリズム群のプリズム幅を、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬの幅に対応する（Ｗｇ＋α）／２に設定し、プリズムで伝送中において幅方向への広がりをより適切に抑制できる例を説明したが、それよりも大きなプリズム幅に設定してもよい（幅方向に広がったとしても、第１プリズム群及び第２プリズム群内に、第１分割光ＬＲ及び第２分割光ＬＬを閉じ込めることが可能であるため）。
以上に説明したように、第３の実施の形態では、集光後の第１分割光ＬＲと第２分割光ＬＬとが重なって一致するため、第１の実施の形態よりも光の密度を高めることが可能である。
しかし、第１及び第２の実施の形態では、偏光方向の操作も利用も行わないため、集光ブロック１０を２段、３段・・と連続して集光するように利用（１段目の集光ブロック１０が集光した光を、更に２段目の集光ブロック１０で集光する等）することが可能であるが、第３の実施の形態に示す集光ブロック１０は偏光方向を操作して利用しており、集光ブロック１０を２段以上連続して利用することはできない。なお、第３の実施の形態の集光ブロック１０を１段と第１または第２の実施の形態の集光ブロック１０を１段以上を連続して使用することは可能である。
しかし、第１及び第２の実施の形態では、偏光方向の操作も利用も行わないため、集光ブロック１０を２段、３段・・と連続して集光するように利用（１段目の集光ブロック１０が集光した光を、更に２段目の集光ブロック１０で集光する等）することが可能であるが、第３の実施の形態に示す集光ブロック１０は偏光方向を操作して利用しており、集光ブロック１０を２段以上連続して利用することはできない。なお、第３の実施の形態の集光ブロック１０を１段と第１または第２の実施の形態の集光ブロック１０を１段以上を連続して使用することは可能である。
●［集光ブロックの第４の実施の形態（図９）］
次に図９（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、第４の実施の形態における集光ブロック１８の構造について説明する。第１〜第３の実施の形態にて説明した集光ブロック１０では、入射された１つの光束を幅方向（短軸方向）に２分割して再配置することで幅方向（短軸方向）の長さを短くし、厚さ方向（長軸方向）に並べて（第１または第２の実施の形態）、または重ね合わせて（第３の実施の形態）集光することに対して、第４の実施の形態では、異なる２つの光束を分割することなくそのまま重ね合わせて集光する。
次に図９（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、第４の実施の形態における集光ブロック１８の構造について説明する。第１〜第３の実施の形態にて説明した集光ブロック１０では、入射された１つの光束を幅方向（短軸方向）に２分割して再配置することで幅方向（短軸方向）の長さを短くし、厚さ方向（長軸方向）に並べて（第１または第２の実施の形態）、または重ね合わせて（第３の実施の形態）集光することに対して、第４の実施の形態では、異なる２つの光束を分割することなくそのまま重ね合わせて集光する。
図９（Ａ）は、本実施の形態における集光ブロック１８を用いたレーザ発生装置１００の例を示しており、図２に示すレーザ発生装置１００に対して、進路変換プリズム６６の代わりに集光ブロック１８を用いている。なお、図２に示すブロック９１は同様であるので図９では図示を省略している。
第４の実施の形態における集光ブロック１８は、一部に傾斜面（反射面１８Ｃ）を有しているが、略直方体の形状を有している。
集光ブロック１８は、長手方向（図９の例では、Ｚ軸の方向）に直交するプリズム幅Ｗｇ（レーザ集光装置６８Ａ及び６８Ｂの集光ダクトの幅Ｗｇと同じ）と、前記長手方向とプリズム幅とに直交するプリズム厚さＴｎ（レーザ集光装置６８Ａ及び６８Ｂの集光ダクトの厚さＴｎと同じ）とを有する複数のプリズムで構成されている。各プリズムは、底面が直角二等辺三角形のプリズム、あるいは底面が正方形または長方形のプリズム、あるいはそれらのプリズムを組み合わせた形状のプリズムである。
第４の実施の形態における集光ブロック１８は、一部に傾斜面（反射面１８Ｃ）を有しているが、略直方体の形状を有している。
集光ブロック１８は、長手方向（図９の例では、Ｚ軸の方向）に直交するプリズム幅Ｗｇ（レーザ集光装置６８Ａ及び６８Ｂの集光ダクトの幅Ｗｇと同じ）と、前記長手方向とプリズム幅とに直交するプリズム厚さＴｎ（レーザ集光装置６８Ａ及び６８Ｂの集光ダクトの厚さＴｎと同じ）とを有する複数のプリズムで構成されている。各プリズムは、底面が直角二等辺三角形のプリズム、あるいは底面が正方形または長方形のプリズム、あるいはそれらのプリズムを組み合わせた形状のプリズムである。
また、集光ブロック１８の側面には、第３入射面１８Ａと第４入射面１８Ｂとが設けられている。
第３入射面１８Ａは、レーザ集光装置６８Ｂの出射面が当接する面であり、第１偏光方向の偏光方向を有する幅Ｗｇ、厚さＴｎの第１光が、第３入射面１８Ａに対して垂直に入射される。なお、第１光の幅及び厚さは、Ｗｇ以下及びＴｎ以下であればよい。
第４入射面１８Ｂは、第３入射面１８Ａよりも第４出射面１８Ｆから遠い位置に設けられている。従って、第４出射面１８Ｆと第４入射面１８Ｂの間に第３入射面１８Ａが設けられている。
第４入射面１８Ｂは、レーザ集光装置６８Ａの出射面が当接する面であり、第１偏光方向の偏光方向を有する幅Ｗｇ、厚さＴｎの第２光が、第４入射面１８Ｂに対して垂直に入射される。なお、第２光の幅及び厚さは、Ｗｇ以下及びＴｎ以下であればよい。
第３入射面１８Ａは、レーザ集光装置６８Ｂの出射面が当接する面であり、第１偏光方向の偏光方向を有する幅Ｗｇ、厚さＴｎの第１光が、第３入射面１８Ａに対して垂直に入射される。なお、第１光の幅及び厚さは、Ｗｇ以下及びＴｎ以下であればよい。
第４入射面１８Ｂは、第３入射面１８Ａよりも第４出射面１８Ｆから遠い位置に設けられている。従って、第４出射面１８Ｆと第４入射面１８Ｂの間に第３入射面１８Ａが設けられている。
第４入射面１８Ｂは、レーザ集光装置６８Ａの出射面が当接する面であり、第１偏光方向の偏光方向を有する幅Ｗｇ、厚さＴｎの第２光が、第４入射面１８Ｂに対して垂直に入射される。なお、第２光の幅及び厚さは、Ｗｇ以下及びＴｎ以下であればよい。
第３入射面１８Ａから入射された第１光が到達する位置には、第３入射面１８Ａから入射された第１偏光方向の光の進行方向を９０度変換して第４出射面１８Ｆに向いて進行するように変換するとともに、第１偏光方向に対して直交する第２偏光方向の光はそのまま透過する選択反射面１８Ｅが角度θ２＝４５度にて設けられている。
また、第４入射面１８Ｂから入射された第２光が到達する位置には、第４入射面１８Ｂから入射された光の進行方向を第４出射面１８Ｆに向かうように９０度変換する反射面１８Ｃが設けられている。第２光は、第４入射面１８Ｂから反射面１８Ｃそして選択反射面１８Ｅを経由して第４出射面１８Ｆに到達する経路にて伝送される。
ここで、第４入射面１８Ｂから選択反射面１８Ｅに至る第２光の経路中の任意の位置には、第１偏光方向の光の偏光方向を、第１偏光方向に直交する第２偏光方向に変換する位相差部材１８Ｄが設けられている。
また、第４入射面１８Ｂから入射された第２光が到達する位置には、第４入射面１８Ｂから入射された光の進行方向を第４出射面１８Ｆに向かうように９０度変換する反射面１８Ｃが設けられている。第２光は、第４入射面１８Ｂから反射面１８Ｃそして選択反射面１８Ｅを経由して第４出射面１８Ｆに到達する経路にて伝送される。
ここで、第４入射面１８Ｂから選択反射面１８Ｅに至る第２光の経路中の任意の位置には、第１偏光方向の光の偏光方向を、第１偏光方向に直交する第２偏光方向に変換する位相差部材１８Ｄが設けられている。
集光ブロック１８は、上記の構成を有することで、第３入射面１８Ａから入射された第１偏光方向の第１光を、選択反射面１８Ｅにて反射して第４出射面１８Ｆの方向に伝送する（図９（Ｂ）中の実線矢印を参照）。また、第４入射面１８Ｂから入射された第１偏光方向の第２光を、反射面１８Ｃにて反射して第４出射面１８Ｆの方向に伝送し、位相差部材１８Ｄにて第２偏光方向の光に変換し（第２偏光方向に変換してから反射面１８Ｃにて反射してもよい）、第２偏光方向の第２光を、選択反射面１８Ｅを透過させて、第４出射面１８Ｆへと伝送する（図９（Ｂ）中の点線矢印を参照）。これにより、第４出射面１８Ｆからは、第１光と第２光とが重ね合わされて出射される。
なお、集光ブロック１８から出射された光は、第１及び第２の実施の形態にて説明した集光ブロック１０を用いて、更に集光することが可能である。
なお、集光ブロック１８から出射された光は、第１及び第２の実施の形態にて説明した集光ブロック１０を用いて、更に集光することが可能である。
本発明の集光ブロック１０、１８は、本実施の形態で説明した外観、構成、サイズ、集光動作等に限定されず、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、図２及び図９に示すレーザ発生装置１００は、この構成に限定されるものではない。
本実施の形態にて説明した集光ブロック１０、１８は、半導体レーザアレイから出射される光束の集光に限定されず、種々の光を集光する用途に利用することができる。
また、本実施の形態の説明では、冷却機構として空冷式の例を説明したが、他の冷却機構（例えば、ペルチェ（電子冷却装置）や水冷式の冷却装置）を用いてもよい。
また、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。
また、図２及び図９に示すレーザ発生装置１００は、この構成に限定されるものではない。
本実施の形態にて説明した集光ブロック１０、１８は、半導体レーザアレイから出射される光束の集光に限定されず、種々の光を集光する用途に利用することができる。
また、本実施の形態の説明では、冷却機構として空冷式の例を説明したが、他の冷却機構（例えば、ペルチェ（電子冷却装置）や水冷式の冷却装置）を用いてもよい。
また、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。
１０、１８ 集光ブロック
１０Ａ、１１Ａ、１２Ａ 分割プリズム
１０Ｂ〜１０Ｅ プリズム
１１Ｂ〜１１Ｇ プリズム
１２Ｂ、１２Ｄ、１２Ｅ プリズム
１２Ｃ 合波プリズム
１２ＣＡ、１８Ｅ 選択反射面
１２Ｅ１、１８Ｄ 位相差部材
２０ 冷却ファン
３１ 半導体レーザアレイ
３１ａ〜３１ｈ 発光部
３２ ベース放熱板
３３ 半導体レーザ放熱フィン
３５ 長軸方向コリメートレンズ
６５ 集光ダクト
１００ レーザ発生装置
Ｗｇ ダクト幅
Ｔｇ ダクト厚さ
７０ ファイバレーザ用光ファイバ
９０ 伝送用光ファイバ
Ｌｉｎ 励起光束
１０Ａ、１１Ａ、１２Ａ 分割プリズム
１０Ｂ〜１０Ｅ プリズム
１１Ｂ〜１１Ｇ プリズム
１２Ｂ、１２Ｄ、１２Ｅ プリズム
１２Ｃ 合波プリズム
１２ＣＡ、１８Ｅ 選択反射面
１２Ｅ１、１８Ｄ 位相差部材
２０ 冷却ファン
３１ 半導体レーザアレイ
３１ａ〜３１ｈ 発光部
３２ ベース放熱板
３３ 半導体レーザ放熱フィン
３５ 長軸方向コリメートレンズ
６５ 集光ダクト
１００ レーザ発生装置
Ｗｇ ダクト幅
Ｔｇ ダクト厚さ
７０ ファイバレーザ用光ファイバ
９０ 伝送用光ファイバ
Ｌｉｎ 励起光束
Claims (4)
- 入射された光を入射方向に直交する幅方向に２分割した第１分割光と第２分割光とに分ける分割反射面を有する分割プリズムと、
複数のプリズムで構成されて前記第１分割光を内部に閉じ込めて伝送する第１プリズム群と、
複数のプリズムで構成されて前記第２分割光を内部に閉じ込めて伝送する第２プリズム群と、で構成され、前記入射された光を集光する集光ブロックであって、
前記分割プリズムは、前記入射された光を前記幅方向に２分割し、当該光の入射方向に直交する方向であり且つ互いに反対となる方向に進行する第１分割光と第２分割光とに分割し、前記第１分割光を前記第１プリズム群に入射するとともに、前記第２分割光を前記第２プリズム群に入射し、
前記第１プリズム群は、前記第１分割光が入射されると、当該第１分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、または前記入射方向に直交する任意の方向及び前記入射方向と同方向に変換するように反射しながら、当該第１プリズム群の第１出射面へと前記第１分割光をプリズム内で伝送する第１伝送経路を構成し、
前記第２プリズム群は、前記第２分割光が入射されると、当該第２分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、または前記入射方向に直交する任意の方向及び前記入射方向と同方向に変換するように反射しながら、当該第２プリズム群の第２出射面へと前記第２分割光をプリズム内で伝送する第２伝送経路を構成し、
前記第１出射面と前記第２出射面とを前記入射方向に直交する方向に沿って隣り合うように並べて配置し、前記第１出射面から出射される前記第１分割光と、前記第２出射面から出射される前記第２分割光とを、前記第１分割光と前記第２分割光の前記幅方向と進行方向とに直交する厚さ方向に隣り合うように並べて出射することで、前記入射された光を集光する、
ことを特徴とする集光ブロック。 - 請求項１に記載の集光ブロックであって、
前記入射された光の偏光方向は、所定の偏光方向を示す第１偏光方向であり、
前記第２伝送経路中に、入射された第１偏光方向を有する光の偏光方向を、第１偏光方向と直交する第２偏光方向に変換する位相差部材を備え、
前記第１偏光方向の光を透過するとともに前記第２偏光方向の光を反射する選択反射面を内部に備え、第１入射面から入射された前記第１偏光方向の光を透過して第３出射面から出射するとともに、第２入射面から入射された前記第２偏光方向の光を前記選択反射面にて反射して前記第３出射面から出射する合波プリズムを備え、
前記第１プリズム群の第１出射面と前記第２プリズム群の第２出射面とを隣り合うように並べて配置する代わりに、前記第１出射面が前記合波プリズムの第１入射面と一致するように第１伝送経路を構成し、前記第２出射面が前記合波プリズムの第２入射面と一致するように第２伝送経路を構成し、
前記第１プリズム群は、第１偏光方向を有する前記第１分割光を、前記第１伝送経路にて前記合波プリズムの前記第１入射面に伝送し、
前記第２プリズム群は、第１偏光方向を有する前記第２分割光を、前記第２伝送経路にて前記位相差部材を通過させて偏光方向を第２偏光方向に変換した後、前記合波プリズムの前記第２入射面に伝送し、
前記合波プリズムは、前記第１入射面及び前記第２入射面から入射された前記第１分割光と前記第２分割光とを重ね合わせて前記第３出射面から出射することで、前記入射された光を集光する、
ことを特徴とする集光ブロック。 - 請求項１または２に記載の集光ブロックであって、
前記入射された光は、進行方向に直交する厚さ方向に対しては平行光であり且つ進行方向と厚さ方向とに直交する幅方向に対しては所定角度で広がりながら進行する光であり、
前記第１プリズム群は、前記第１分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する複数のプリズムで構成されており、伝送する前記第１分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送し、
前記第２プリズム群は、前記第２分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する複数のプリズムで構成されており、伝送する前記第２分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送する、
ことを特徴とする集光ブロック。 - 略直方体の形状を有し、入射された光を閉じ込めて長手方向に伝送して前記長手方向の端部に位置する第４出射面から前記光を出射し、前記長手方向に直交するプリズム幅と、前記長手方向とプリズム幅の方向とに直交するプリズム厚さを有する複数のプリズムで構成された集光ブロックであって、
前記集光ブロックに、前記プリズム幅以下の第１幅と前記プリズム厚さ以下の第１厚さと所定の偏光方向を示す第１偏光方向とを有する第１光と、前記プリズム幅以下の第２幅と前記プリズム厚さ以下の第２厚さと前記第１偏光方向を有する第２光とを、前記集光ブロックにおける側面の異なる位置に設けられた第３入射面と第４入射面とから入射し、
前記第４入射面は、前記第３入射面よりも前記４出射面から遠い位置に設けられており、
前記第３入射面から入射された第１光が到達する位置には、当該第３入射面から入射された第１光が第１偏光方向である場合に、入射された光の進行方向を前記第４出射面の方向に変換し、前記第１偏光方向に直交する第２偏光方向の光を透過する選択反射面が設けられており、
前記第４入射面から入射された第２光が到達する位置には、当該第４入射面から入射された第２光の進行方向を前記第４出射面の方向に変換する反射面が設けられており、前記第４入射面から前記選択反射面に至る第２光の経路には、第１偏光方向の光を、第１偏光方向に直交する第２偏光方向の光に変換する位相差部材が設けられており、
前記第４入射面から入射された前記第２光を、前記反射面にて進行方向を変換し、前記選択反射面を透過させて前記第４出射面に到達させる経路にて伝送し、
前記第３入射面から入射された前記第１光を、前記選択反射面にて進行方向を変換し、前記第４出射面に到達させる経路にて伝送し、前記第１光と前記第２光とを重ね合わせて前記第４出射面から出射することで集光する、
ことを特徴とする集光ブロック。
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