JP2008511131A - Diode laser - Google Patents
Diode laser Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008511131A JP2008511131A JP2007526332A JP2007526332A JP2008511131A JP 2008511131 A JP2008511131 A JP 2008511131A JP 2007526332 A JP2007526332 A JP 2007526332A JP 2007526332 A JP2007526332 A JP 2007526332A JP 2008511131 A JP2008511131 A JP 2008511131A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diode laser
- volume bragg
- bragg grating
- grating
- diode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 14
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 12
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4062—Edge-emitting structures with an external cavity or using internal filters, e.g. Talbot filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
ダイオードレーザは、複数のダイオードレーザ素子(2(1)、2(2)・・・2(n))により生成される複数の部分ビーム(8(1)、8(2)・・・8(n))からなる射出される出力レーザビーム(12)の放射輝度を物体(16)の場所で高める光学装置(10)を含む。前記光学装置は前記ダイオードレーザ素子に後置されるとともに、前記ダイオードレーザ素子から射出される前記部分ビームの1つのスペクトル領域(λB (1)、ΔλB (1)・・・λB (2)、ΔλB (2)・・・λB (n)、ΔλB (n))だけを各ダイオードレーザ素子へ各々部分的に反射して前記スペクトル領域)の主要部分だけを透過させる第1の体積ブラッグ格子(18)を含み、異なる部分ビームから各々フィルタリングされる前記スペクトル領域の平均波長は互いに異なっている。第2の格子(24)により、前記第1の体積ブラッグ格子により透過された部分ビームが出力レーザビーム(12)でコリニヤに重ね合わされる。The diode laser has a plurality of partial beams (8 (1) , 8 (2) ... 8 ( 8 ) generated by a plurality of diode laser elements (2 (1) , 2 (2) ... 2 (n) ). n) includes an optical device (10) for increasing the radiance of the emitted output laser beam (12) consisting of) at the location of the object (16). The optical device is placed behind the diode laser element and one spectral region (λ B (1) , Δλ B (1) ... Λ B (2 ) of the partial beam emitted from the diode laser element. ) , Δλ B (2) ... Λ B (n) , Δλ B (n) ) are partially reflected to each diode laser element, and only the main part of the spectral region) is transmitted. The mean wavelengths of the spectral regions that include the volume Bragg grating (18) and are each filtered from different partial beams are different from each other. The second grating (24) superimposes the partial beam transmitted by the first volume Bragg grating on the coriner with the output laser beam (12).
Description
本発明は、射出されるレーザビームの出力を高める光学装置を備えたダイオードレーザに関する。 The present invention relates to a diode laser including an optical device that increases the output of an emitted laser beam.
ダイオードレーザは、レーザ活性素子としてオプトエレクトロニクス半導体チップ、所謂レーザダイオードを含み、該レーザダイオードは、特にダイオードレーザの場合、相並んで配置された複数の個別エミッタで構成する。高い光学出力を実現するための一実施形態では、所謂レーザダイオードバーに個別エミッタをモノリシックに配置する。このレーザダイオードバーは、典型的には、幅が約5〜10mm(側方)、高さが0.10〜0.15mm(垂直方向)であり、0.3〜2.5mmの間の共振器長さ(横方向)を持つ。所謂エッジ放出エミッタの場合、レーザダイオードのpn接合部で生じたレーザ放射は、側面の内の1つで射出される(出力面又は前面、エミッタ面)。これと対向する面(裏面)は、高度の反射をなすべく鏡面加工され、共振器のバックミラーを形成する。 The diode laser includes an optoelectronic semiconductor chip, a so-called laser diode, as a laser active element, and in particular in the case of a diode laser, the laser diode is composed of a plurality of individual emitters arranged side by side. In one embodiment for achieving high optical output, individual emitters are monolithically arranged in so-called laser diode bars. The laser diode bar typically has a width of about 5-10 mm (side), a height of 0.10-0.15 mm (vertical direction), and a resonance between 0.3-2.5 mm. Has vessel length (horizontal direction). In the case of so-called edge emitting emitters, the laser radiation produced at the pn junction of the laser diode is emitted at one of the side surfaces (output surface or front surface, emitter surface). The opposite surface (back surface) is mirror-finished to make a high degree of reflection, and forms a back mirror of the resonator.
各レーザダイオードバーは、近似的に長方形の細いレーザビームを生じ、該レーザビームは、個々のエミッタから射出される多数の部分ビームを組み合わされ、そのビーム特性は、レーザダイオードバーの横方向(幅)、所謂遅軸において、これに対し垂直な軸(エピタキシ方向)、所謂速軸におけるビーム特性と明らかに異なっている。 Each laser diode bar produces a thin laser beam that is approximately rectangular, which is combined with a number of partial beams emitted from individual emitters whose beam characteristics are measured in the transverse direction (width) of the laser diode bar. ), The so-called slow axis is clearly different from the beam characteristics in the axis perpendicular to this (epitaxy direction), the so-called fast axis.
このように著しく非対称なレーザダイオードバーのビーム特性に基づき、更には高性能ダイオードレーザではこのような複数のレーザダイオードバーを相並べで、又は相上下して積層して配置する必要があるため、特に高性能ダイオードレーザの構造は、ビームフォーミング、即ちビーム対称化とビーム重ね合わせのため、複雑な光学装置を必要とするのが普通である。このことは、特に、レーザビームを光ファイバに注入し、個々のレーザダイオードバーの線状のビームをほぼ正方形の、又は理想的には円形の断面形状に変換すべきダイオードレーザに当てはまる。このようなビームフォーミング装置を備えたダイオードレーザは、例えば独国特許第19645150号、同第19846532号および同第10015245号明細書から公知である。 Based on the beam characteristics of the laser diode bar that is remarkably asymmetric as described above, and furthermore, in a high performance diode laser, it is necessary to arrange a plurality of such laser diode bars side by side or in layers. In particular, high performance diode laser structures typically require complex optics for beamforming, ie beam symmetrization and beam superposition. This is especially true for diode lasers where the laser beam is injected into an optical fiber and the linear beam of individual laser diode bars is to be converted to a substantially square or ideally circular cross-sectional shape. Diode lasers equipped with such a beamforming device are known, for example, from German Patent Nos. 19645150, 1984532 and 10015245.
個々のエミッタから各々射出される部分ビームの配列変更による出力レーザビームの対称化と、これに伴い生ずるビーム対称化とは、原理的には任意の数のエミッタについて可能であるが、出力レーザビームの放射輝度を高めるには、個々の部分ビームをコリニヤに空間的に重ね合わせることが必要である。しかし、空間的に互いに分離された複数の個別源を組み合わせてなり、互いにコヒーレントな関係にないビーム源から放出される放射の放射輝度(単位立体角あたりの強度)又は明るさ(ラジアンス)は、個々の部分ビームが各物理特性に関し、相応に選択的に作用するビームスプリッタにより空間的に重ね合わせ可能なように相違している場合にしか高め得ない。これが可能なのは、部分ビームが各偏光又は波長に関し相違している場合である。 The symmetrization of the output laser beam by changing the arrangement of the partial beams respectively emitted from the individual emitters and the resulting beam symmetrization are possible in principle for any number of emitters. In order to increase the radiance of the light beam, it is necessary to spatially superimpose the individual partial beams on the coriner. However, the radiance (intensity per unit solid angle) or brightness (radiance) of radiation emitted from a beam source that is a combination of a plurality of individual sources that are spatially separated from each other and are not coherent with each other is It can only be enhanced if the individual partial beams differ with respect to their physical properties such that they can be spatially superposed by correspondingly acting beam splitters. This is possible if the partial beams are different for each polarization or wavelength.
例えば独国特許第19846532号明細書から公知の、2つのレーザダイオードバー積層の結合に関する偏光結合法では、独立した偏光度が2種類しかなく、放射輝度を最大で2倍にしか高め得ない。それに対し、波長結合は原則として多数の部分ビームについて可能であるが、それは、これらの部分ビームの各波長が十分に相違し、スペクトル選択的な誘電体ミラーシステムで、できる限り少ない損失で重ね合わせ得る場合に限られる。この際、実際問題として誘電体ミラーシステムを用いると、赤外領域における偏光していない部分ビームの結合のための最小の波長間隔は、約40nmでなくてはならないことが解っている。そのため、この波長結合法は、個々のレーザダイオードバーの部分ビームには基本的に適用できない。レーザダイオードバーのエミッタは、通常の場合、近似的に等しい波長を各々有するからである。従って誘電体ミラーによる波長結合は、波長の異なる複数のレーザダイオードバー又は複数の積層の結合にしか利用できない。 For example, the polarization coupling method known from DE 198 46 532 for the coupling of two laser diode bar stacks has only two independent degrees of polarization and can only increase the radiance by up to a factor of two. In contrast, wavelength coupling is possible in principle for a large number of partial beams, but each of these partial beams has a sufficiently different wavelength and is superposed with a spectrally selective dielectric mirror system with as little loss as possible. Only if you get. In this case, when a dielectric mirror system is used as a practical problem, it has been found that the minimum wavelength interval for combining unpolarized partial beams in the infrared region must be about 40 nm. Therefore, this wavelength coupling method is basically not applicable to partial beams of individual laser diode bars. This is because the emitters of the laser diode bars usually each have approximately the same wavelength. Therefore, the wavelength coupling by the dielectric mirror can be used only for coupling a plurality of laser diode bars or a plurality of stacked layers having different wavelengths.
そこで本発明の課題は、簡単な構造で、従来技術に比べて明らかに多数の部分ビームの空間的な結合を可能にする、射出される出力レーザビームの放射輝度を高める光学装置を備えたダイオードレーザを提供することである。 The object of the present invention is therefore to provide a diode with an optical device that has a simple structure and clearly allows the spatial coupling of a large number of partial beams compared to the prior art, and that increases the radiance of the emitted output laser beam. It is to provide a laser.
本発明は、上述の課題を請求項1の構成要件を備えるダイオードレーザで解決する。これら構成要件によれば、ダイオードレーザは、複数のレーザダイオード素子により生成される複数の部分ビームからなり、射出される出力レーザビームの放射輝度を適用平面で高める光学装置を含み、該光学装置はダイオードレーザ素子に後置される。本発明では、光学装置が、ダイオードレーザ素子から射出される部分ビームの1つのスペクトル領域だけを各ダイオードレーザ素子へ各々部分的に反射し、当該スペクトル領域の主要部分だけを透過させる第1の体積ブラッグ格子を含み、異なる部分ビームから各々フィルタリングされるスペクトル部分の平均波長は互いに異なる。第1の体積ブラッグ格子には、第1の体積ブラッグ格子により透過された部分ビームを出力レーザビームでコリニヤに空間的に重ね合わせるための第2の格子、好ましくは同じく体積ブラッグ格子が後置される。
The present invention solves the above-described problems with a diode laser having the constituent features of
更に、本発明に基づく波長結合により、遅軸の平面におけるレーザダイオードバーのビームパラメータ積、即ちビーム品質は、バー幅と個別エミッタ幅の比率から形成される係数10mm/0.15mmだけ改善され、バー幅が10mmの場合、典型的には500mm・mradから約10mm・mradになる。 Furthermore, the wavelength coupling according to the invention improves the beam parameter product of the laser diode bar in the slow axis plane, ie the beam quality, by a factor of 10 mm / 0.15 mm formed from the ratio of the bar width to the individual emitter width, When the bar width is 10 mm, it is typically from 500 mm · mrad to about 10 mm · mrad.
第1のホログラフィック格子又は体積ブラッグ格子を用いることで、ダイオードレーザ素子から既に比較的狭帯域で射出される部分ビームを、各スペクトル帯域幅に関して再度狭窄化し得る。かくして、各平均波長に関し十分に相違していて、それらの波長に合わせて狭帯域で安定化され、その結果第2の格子によってほぼ損失なしに重ね合わせ可能な、スペクトルが互いに異なる部分ビームを生成できる。 By using the first holographic grating or volume Bragg grating, the partial beam already emitted from the diode laser element in a relatively narrow band can be narrowed again for each spectral bandwidth. Thus, it is sufficiently different with respect to each average wavelength, and it is stabilized in a narrow band according to those wavelengths, so that partial beams with different spectra that can be superimposed by the second grating almost without loss are generated. it can.
波長分割多重化を実現すべくホログラフィック格子を使用することは、米国特許第5691989号明細書により、原理的には既に公知である。しかしこの公知の適用法の目的は、レーザビームによって物理特性を変化させようとする物体の場所、例えば熱加工する場所で、レーザビームの放射輝度や明るさを高めることではなく、スペクトル分割可能なレーザビームを各々同時に伝送し、引き続きこれをデマルチプレクサで分離することによって、光ファイバを用いた光学的な情報伝達における帯域幅を広げることにある。 The use of holographic gratings to realize wavelength division multiplexing is already known in principle from US Pat. No. 5,69,1989. However, the purpose of this known application method is not to increase the radiance or brightness of the laser beam at the location of the object whose physical characteristics are to be changed by the laser beam, for example, the location where thermal processing is performed, but the spectrum can be divided. The laser beam is transmitted simultaneously and subsequently separated by a demultiplexer to increase the bandwidth in optical information transmission using an optical fiber.
本発明の意味でダイオードレーザとは、複数のレーザダイオード素子を組み合わせてなる、上位に位置づけられたアセンブリである。このダイオードレーザは、本発明においてダイオードレーザ素子と呼ぶ個別エミッタの群により構成される構造であるばかりか、各々多数の個々のエミッタを含むレーザダイオードの群、例えばレーザダイオードバーの群によって構成される構造であってもよい。後者の場合には、レーザダイオードバーをダイオードレーザ素子と呼ぶことになる。 In the sense of the present invention, a diode laser is an assembly positioned at the top, which is a combination of a plurality of laser diode elements. This diode laser has a structure constituted by a group of individual emitters referred to as a diode laser element in the present invention, as well as a group of laser diodes each including a number of individual emitters, for example, a group of laser diode bars. It may be a structure. In the latter case, the laser diode bar is called a diode laser element.
部分ビームのできるだけ損失のない結合を可能にすべく、本発明の好ましい一実施形態では、スペクトル的に隣接し、透過された部分ビームの平均波長の差は、各スペクトルの半値幅の合計の半分よりも大きい。 In order to allow as little lossless coupling of the partial beams, in a preferred embodiment of the present invention, the difference in the average wavelength of the spectrally adjacent and transmitted partial beams is half the sum of the half widths of each spectrum. Bigger than.
第1および/又は第2の体積ブラッグ格子を、格子特性が位置に依存する単一の体積ブラッグ格子素子で構成し、好ましくは各体積ブラッグ格子素子が、一定ではあるが互いに異なる格子特性を持ち、ダイオードレーザ素子の数に相当する数の領域を有すると、格別にコンパクトな構造となし得る。 The first and / or second volume Bragg gratings are composed of a single volume Bragg grating element whose grating characteristics are position dependent, and preferably each volume Bragg grating element has a constant but different grating characteristic. When the number of regions corresponding to the number of diode laser elements is provided, a particularly compact structure can be achieved.
上記に代えて、第1および/又は第2の体積ブラッグ格子を、各格子特性が相違する複数の離散した体積ブラッグ格子素子で構成し、特に離散した体積ブラッグ格子素子の数をダイオードレーザ素子の数に相当させるとよい。個々の体積ブラッグ格子素子からなる体積ブラッグ格子は、特に容易に製造できる。 Instead of the above, the first and / or second volume Bragg gratings are constituted by a plurality of discrete volume Bragg grating elements each having different grating characteristics, and the number of discrete volume Bragg grating elements is particularly determined by the diode laser element. It should be equivalent to a number. A volume Bragg grating made up of individual volume Bragg grating elements can be manufactured particularly easily.
好適な一実施形態では、第1および/又は第2の各体積ブラッグ格子構造に、特に各々体積ブラッグ格子構造に組み込んだミクロ光学系を前置する。この結果、部分ビームを体積ブラッグ格子へ伝送する際と、体積ブラッグ格子に結合する際との損失を減らせる。 In a preferred embodiment, each first and / or second volume Bragg grating structure is preceded by a micro-optical system, in particular incorporated in each volume Bragg grating structure. As a result, it is possible to reduce the loss when the partial beam is transmitted to the volume Bragg grating and when it is coupled to the volume Bragg grating.
本発明の特に有利な実施形態では、第1および/又は第2の体積ブラッグ格子を1つ又は複数のPTR素子で構成する。このPRT素子は、各々ダイオードレーザ素子から射出される部分ビームの波長の格別に狭帯域の安定化を可能にし、その結果そのようにして安定化した部分ビームの格別に効率的で損失のない波長結合を可能にする。 In a particularly advantageous embodiment of the invention, the first and / or second volume Bragg grating is composed of one or more PTR elements. This PRT element enables exceptionally narrow-band stabilization of the wavelength of the partial beam emitted from each diode laser element, and as a result, the exceptionally efficient and lossless wavelength of the partial beam thus stabilized. Allows coupling.
本発明の更に詳しい説明のため、図面の実施例を参照する。 For a more detailed explanation of the invention, reference is made to the examples in the drawings.
図1の実施例では、ダイオードレーザは、1列に相並んで配置され、ダイオードレーザモジュール4を形成する、n個の多数のダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)を含む。図示のダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)は、レーザダイオードバーの個別エミッタであっても、相上下して積層して配置されたレーザダイオードバーであってもよい。各々のダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)は、部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)を放出する。
In the embodiment of FIG. 1, the diode lasers are arranged side by side in a row to form a diode laser module 4, n pieces of many
ダイオードレーザモジュール4の出力側に、ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)から各々射出される部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)の速軸の方向でのコリメーションを惹起するミクロ光学系6が後置されている。
このミクロ光学系6は、ダイオードレーザモジュール4が個々のレーザダイオードバーであり、ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)が個別エミッタであるとき、個々の円柱レンズである。この場合、図示のダイオードレーザモジュールが、ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)として働く複数のレーザダイオードバーを組み合わせてなるなら、ミクロ光学系6として、n個の各ミクロレンズからなるアレイを用いる。代替的な実施形態では、ミクロ光学系6により、遅軸の方向へのコリメーションを追加的に行う。
This micro
ダイオードレーザモジュール4又はコリメータ6から射出される部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)は、出力側で出力レーザビーム12を生ずる光学装置10で結合され、該出力レーザビームでは、全ての部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)がコリニヤに重畳されており、直接的に、又は図面には示唆だけしているビームガイド、ビーム成形装置、例えば光ファイバによって、一緒に重ね合わせた状態で物体16へと案内され、そこで、各利用目的に応じて求められる物理的効果を高い強度でもたらす。この物体は、例えば加工すべき工作物或いはダイオードレーザで光ポンピングすべき固体レーザのレーザ活性媒体である。
The
光学装置10は、入力側に、各部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)の内、平均波長λB (1)、λB (2)・・・λB (n)と、放出される各部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)の半値幅よりも小さい半値幅ΔλB (1)、ΔλB (2)・・・ΔλB (n)とを持つ狭いスペクトル領域だけを各ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)へ部分的に反射し、当該スペクトル領域の主要部分だけを透過させる、第1のホログラフィック格子又は体積ブラッグ格子18を含む。反射された部分により引き起こされるフィードバックは、各ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)の所謂セルフシーディングにつながり、その結果各出力放射のスペクトル狭窄化につながり、ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)は定常状態のときに、平均波長が波長λB (1)、λB (2)・・・λB (n)に合わせて安定化されるとともに半値幅ΔλB (1)、ΔλB (2)・・・ΔλB (n)に関しても相応に狭窄化された、即ち当初に射出された部分ビームよりも明らかに狭い帯域幅を有する、部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)だけを放出する。仮に、第1の体積ブラッグ格子18がなければ、ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)から各々射出される部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)は、近似的に等しい波長λAおよび同一の半値幅ΔλAを有することになる。適当な体積ブラッグ格子は、例えば米国特許第6586141号明細書から公知の光熱屈折デバイスである。このような所謂PTR素子を基礎として、非常に優れたスペクトル選択性と、高い屈折効率とを示す体積ブラッグ格子が知られている。該PTR素子は、機械的、光学的および熱的な安定性が高いと言う特徴も備える。
The
図1は、図面に矢印20で図示する如く、第1の体積ブラッグ格子の格子定数が位置座標の関数として連続的に変化する実施例を示す。この格子定数の連続的な変化に代えて、第1の体積ブラッグ格子の内部での格子定数の不連続的な変化も可能であり、その結果、各ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)に、各々一定の格子特性をもつ領域を割り当てられる。
FIG. 1 shows an embodiment in which the lattice constant of the first volume Bragg grating changes continuously as a function of position coordinates, as illustrated by the
第1の体積ブラッグ格子18から射出される部分ビームは、ミクロ光学系22による遅軸でのコリメーション後、光学装置10の内部に配置された第2の格子24に当たり、該格子は、好適には同じく体積ブラッグ格子であり、その内部で、スペクトルが狭帯域な部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)のインコヒーレントでコリニヤな重畳が起こる。第2の格子もPTR素子であるとよく、第1の体積ブラッグ格子18に準じ、位置依存的な内部の格子構造を持つ。位置iでは、格子構造は、波長λB (i)を持つ部分ビームが最大に反射されるのに対し、既に重畳されている波長λB (i+1)、λB (i+2)・・・λB (i+n)の部分ビームはできるだけ損失なく透過するように構成せねばならない。
The partial beam emitted from the first volume Bragg grating 18 hits a
効率的な波長結合と、これに伴い放射輝度又は明るさの効率的な増加を可能にすべく、スペクトルが隣接し、透過した部分ビーム8(1)、8(2)・・・8(n)の平均波長λB (1)、λB (2)・・・λB (n)の差異は、各スペクトル半値幅ΔλB (1)、ΔλB (2)・・・ΔλB (n)の合計の半分よりも大きくなり、従って、次の条件が満たされる。
1/2(ΔλB (1)+ΔλB (i-1))≦λB (1)−λB (iー1)
1/2 (Δλ B (1) + Δλ B (i-1) ) ≦ λ B (1) −λ B (i −1 )
例えばPD‐LD Inc.(アメリカ、ニュージャージー州ペニントン所在)やOndax Inc.(アメリカ、カリフォルニア州モンロビア所在)から提供され公知のPTR素子を用い、個々のダイオードレーザ素子から約3〜6nmの半値幅で射出されるレーザビームを、0.2nm未満の半値幅の狭帯域の領域へ狭窄化することができ、その結果波長結合を可能にすべく、レーザダイオードバーの例えば最大30個の個別エミッタを、各波長に関して十分に分離させ得る。更に、各々積層して配置したレーザダイオードバーを、製造時に互いに数nmだけ相違した、異なる中心波長に合わせて調整できるので、原則的に、このような積層の全部分ビームを、波長結合によってコリニヤに重ね合わせ得る。これに代えて、1つの積層のレーザダイオードバーから射出される部分ビームを、第1の体積ブラッグ格子を用いて唯一の波長に合わせて調整し、個々のレーザダイオードバーから射出される狭帯域のレーザビームを、波長結合によってコリニヤに重ね合わせることもできる。 For example, PD-LD Inc. (Pennington, NJ, USA) and Ondax Inc. Using a known PTR element provided by (Monrovia, Calif., USA), a laser beam emitted from an individual diode laser element at a half-width of about 3 to 6 nm is narrow-band with a half-width of less than 0.2 nm. For example, a maximum of 30 individual emitters of the laser diode bar can be sufficiently separated for each wavelength to be confined to the region, so that wavelength coupling is possible. Furthermore, since the laser diode bars arranged in layers can be adjusted to different central wavelengths, which differ from each other by a few nanometers at the time of manufacture, in principle all the partial beams of such a stack can be collimated by wavelength coupling. Can be overlaid. Instead, the partial beams emitted from one stack of laser diode bars are tuned to a unique wavelength using a first volume Bragg grating and narrowbands emitted from individual laser diode bars. The laser beam can also be superimposed on the collier by wavelength coupling.
図2に示す実施例では、第1の体積ブラッグ格子18を、ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)の数nに相当する、複数の離散した体積ブラッグ格子素子18(1)、18(2)・・・18(n)で構成している。原則的に、第2の格子24も複数の離散した体積ブラッグ格子素子で構成し得る。更に、ミクロ光学系6、第1の体積ブラッグ格子18および第2の格子24をモノリシックなコンポーネントに統合でき、その結果、コンパクトな構造に基づき、図1および図2に示すミクロ光学系22はもはや不要となる。
In the embodiment shown in FIG. 2, the first volume Bragg grating 18 is a plurality of discrete volume Bragg gratings corresponding to the number n of
第1の体積ブラッグ格子18をコリメータ6に直接組み付けたり、上記の如くモノリシックなコンポーネントとしてコリメータ6と共に製造したりできる故、本発明による構成は、非常にコンパクトで安定した構造を可能にする。ダイオードレーザ素子2(1)、2(2)・・・2(n)の出力面から、第1の体積ブラッグ格子18迄の距離dは僅か数mm、典型的には3mm未満なので、機械的な負荷に対する感受性は大幅に低減する。
Since the first volume Bragg grating 18 can be assembled directly into the
更に別の好ましい効果は、第1の体積ブラッグ格子が狭帯域の領域に合わせて波長を安定化させるので、第1の体積ブラッグ格子18により、放出されるレーザ放射の波長の温度依存性が少なくなることである。 Yet another preferred effect is that the first volume Bragg grating stabilizes the wavelength according to the narrow band region, so that the temperature dependence of the wavelength of the emitted laser radiation is reduced by the first volume Bragg grating 18. It is to become.
2(1)、2(2)、2(n) ダイオードレーザ素子、4 ダイオードレーザモジュール、6 ミクロ光学系、8(1)、8(2)、8(n) 部分ビーム、10 光学装置、18 第1の体積ブラッグ格子、24 第2の格子 2 (1) , 2 (2) , 2 (n) diode laser element, 4 diode laser module, 6 micro optical system, 8 (1) , 8 (2) , 8 (n) partial beam, 10 optical device, 18 First volume Bragg grating, 24 second grating
Claims (10)
前記光学装置(10)は前記ダイオードレーザ素子(2(1)、2(2)・・・2(n))に後置されると共に、前記ダイオードレーザ素子(2(1)、2(2)・・・2(n))から射出される前記部分ビーム(8(1)、8(2)、8(n))の1つのスペクトル領域(λB (1)、ΔλB (1)・・・λB (2)、ΔλB (2)・・・λB (n)、ΔλB (n))だけを各ダイオードレーザ素子(2(1)、2(2)・・・2(n))へ各々部分的に反射して前記スペクトル領域(λB (1)、ΔλB (1)・・・λB (2)、ΔλB (2)・・・λB (n)、ΔλB (n))の主要部分だけを透過させる第1の体積ブラッグ格子(18)を含み、
異なる部分ビーム(8(1)、8(2)・・・8(n))から各々フィルタリングされる前記スペクトル領域(λB (1)、ΔλB (1)・・・λB (2)、ΔλB (2)・・・λB (n)、ΔλB (n))の平均波長(λB (1)、λB (2)・・・λB (n))は互いに異なり、
かつ前記第1の体積ブラッグ格子(18)により透過された部分ビーム(8(1)、8(2)・・・8(n))を出力レーザビーム(12)でコリニヤに空間的に重ね合わせるための第2の格子(24)を備えるダイオードレーザ。 From a plurality of partial beams (8 (1) , 8 (2) ... 8 (n) ) generated by a plurality of diode laser elements (2 (1) , 2 (2) ... 2 (n) ) A diode laser with an optical device (10) that increases the radiance of the emitted output laser beam (12) at the location of the object (16),
The optical device (10) is placed behind the diode laser element (2 (1) , 2 (2) ... 2 (n) ) and the diode laser element (2 (1) , 2 (2).・ ・ ・ 2 (n) ) One spectral region (λ B (1) , Δλ B (1) ... Of the partial beams (8 (1) , 8 (2) , 8 (n) ) emitted from · λ B (2), Δλ B (2) ··· λ B (n), Δλ B (n)) only each diode laser element (2 (1), 2 ( 2) ··· 2 (n) ) To each of the spectral regions (λ B (1) , Δλ B (1) ... Λ B (2) , Δλ B (2) ... Λ B (n) , Δλ B ( n) includes a first volume Bragg grating (18) that transmits only the main part of
Different partial beam the spectral region each are filtered from (8 (1), 8 ( 2) ··· 8 (n)) (λ B (1), Δλ B (1) ··· λ B (2), Δλ B (2) ... λ B (n) , Δλ B (n) ) mean wavelengths (λ B (1) , λ B (2) ... λ B (n) ) are different from each other,
In addition, the partial beams (8 (1) , 8 (2) ... 8 (n) ) transmitted by the first volume Bragg grating (18) are spatially superimposed on the corinier by the output laser beam (12). Diode laser comprising a second grating (24) for.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410040608 DE102004040608B4 (en) | 2004-08-21 | 2004-08-21 | Diode laser with an optical device for increasing the radiance of an output laser beam emerging from it |
PCT/EP2005/008393 WO2006021298A1 (en) | 2004-08-21 | 2005-08-03 | Diode laser comprising an optical device for increasing the beam density of an output laser beam emitted by said laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008511131A true JP2008511131A (en) | 2008-04-10 |
Family
ID=35115958
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007526332A Pending JP2008511131A (en) | 2004-08-21 | 2005-08-03 | Diode laser |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1779482A1 (en) |
JP (1) | JP2008511131A (en) |
DE (1) | DE102004040608B4 (en) |
WO (1) | WO2006021298A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009520353A (en) * | 2005-12-15 | 2009-05-21 | マインド メルターズ, インコーポレーテッド | System and method for generating intense laser light from a laser diode array |
JP2011054960A (en) * | 2009-08-19 | 2011-03-17 | Lawrence Livermore National Security Llc | Method and system for homogenizing diode laser pump array |
US9331452B2 (en) | 2009-08-19 | 2016-05-03 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Method and system for homogenizing diode laser pump arrays |
JP2020523793A (en) * | 2017-06-13 | 2020-08-06 | ヌブル インク | Ultra-dense wavelength beam-coupled laser system |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013105467B4 (en) | 2013-05-28 | 2016-11-03 | Lumics Gmbh | Diode laser, laser processing device and laser treatment device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09502838A (en) * | 1993-09-14 | 1997-03-18 | アキュウエーブ コーポレイション | Wavelength stabilized laser source using feedback from volume hologram |
WO2003036766A2 (en) * | 2001-10-23 | 2003-05-01 | Torsana Laser Technologies A/S | Laser apparatus |
WO2005013439A2 (en) * | 2003-07-03 | 2005-02-10 | Pd-Ld, Inc. | Use of volume bragg gratings for the conditioning of laser emission characteristics |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19645150C2 (en) * | 1996-10-28 | 2002-10-24 | Fraunhofer Ges Forschung | Optical arrangement for symmetrizing the radiation from laser diodes |
DE50000497D1 (en) * | 1999-03-31 | 2002-10-17 | Fraunhofer Ges Forschung | OPTICAL ARRANGEMENT FOR SYMMETRYING THE RADIATION OF TWO-DIMENSIONAL ARRAYS FROM LASER DIODES |
EP1143584A3 (en) * | 2000-03-31 | 2003-04-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser array |
-
2004
- 2004-08-21 DE DE200410040608 patent/DE102004040608B4/en not_active Revoked
-
2005
- 2005-08-03 EP EP05775011A patent/EP1779482A1/en not_active Withdrawn
- 2005-08-03 JP JP2007526332A patent/JP2008511131A/en active Pending
- 2005-08-03 WO PCT/EP2005/008393 patent/WO2006021298A1/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09502838A (en) * | 1993-09-14 | 1997-03-18 | アキュウエーブ コーポレイション | Wavelength stabilized laser source using feedback from volume hologram |
WO2003036766A2 (en) * | 2001-10-23 | 2003-05-01 | Torsana Laser Technologies A/S | Laser apparatus |
WO2005013439A2 (en) * | 2003-07-03 | 2005-02-10 | Pd-Ld, Inc. | Use of volume bragg gratings for the conditioning of laser emission characteristics |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009520353A (en) * | 2005-12-15 | 2009-05-21 | マインド メルターズ, インコーポレーテッド | System and method for generating intense laser light from a laser diode array |
JP2011054960A (en) * | 2009-08-19 | 2011-03-17 | Lawrence Livermore National Security Llc | Method and system for homogenizing diode laser pump array |
CN101997266A (en) * | 2009-08-19 | 2011-03-30 | 劳伦斯·利弗莫尔国家安全有限责任公司 | Method and system for homogenizing diode laser pump arrays |
US9331452B2 (en) | 2009-08-19 | 2016-05-03 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Method and system for homogenizing diode laser pump arrays |
JP2020523793A (en) * | 2017-06-13 | 2020-08-06 | ヌブル インク | Ultra-dense wavelength beam-coupled laser system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102004040608B4 (en) | 2006-09-07 |
EP1779482A1 (en) | 2007-05-02 |
DE102004040608A1 (en) | 2006-03-09 |
WO2006021298A1 (en) | 2006-03-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5905723B2 (en) | Two-dimensional laser device external cavity one-dimensional multi-wavelength beam coupling | |
US9793674B2 (en) | Chirped Bragg grating elements | |
CN110323672B (en) | Bragg grating external cavity laser module beam combining device and beam combining method | |
JP6157194B2 (en) | Laser apparatus and light beam wavelength coupling method | |
Stephens et al. | Narrow bandwidth laser array system | |
US10014951B2 (en) | Wavelength locking and multiplexing of high-power semiconductor lasers | |
US20120147471A1 (en) | V-shaped resonators for addition of broad-area laser diode arrays | |
US9270085B1 (en) | Multi-wavelength laser device | |
JP2008511131A (en) | Diode laser | |
US8537865B1 (en) | Fiber-laser pumped by stabilized diode-laser bar stack | |
CN112928597A (en) | Semiconductor laser optical fiber coupling module | |
US20140010251A1 (en) | Tunable Pumping Light Source for Optical Amplifiers | |
EP3251184B1 (en) | Method and apparatus for spectral narrowing and wavelength stabilization of broad-area lasers | |
Hengesbach et al. | Design of a DFB/DBR diode laser module including spectral multiplexing based on VBGs | |
WO2006104034A1 (en) | External resonance type semiconductor laser | |
EP2889969A1 (en) | Method for increasing intensity radiation of blue laser beam by combination of laser beams | |
US8687667B2 (en) | Laser system | |
JP2006269990A (en) | External resonance semiconductor laser | |
JP2011077076A (en) | External resonance type semiconductor laser | |
JP2006303416A (en) | Externally resonant semiconductor laser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100713 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100720 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101221 |