JP2019175944A - レーザモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のレーザダイオードと光ファイバとを備えたレーザモジュールにおいて、部品数を減らす。【解決手段】レーザモジュール1は、光ファイバOFと、高さが上記光ファイバに近づくにしたがって階段状に低くなるように構成されている各サブ載置面SSiに搭載され、その位置が高い順にi=1,2,・・・,nと順位付けられたn個のレーザダイオードLDiと、各レーザダイオードLDiからの光路の途中に配置され、且つ、その反射面により当該光路を折り曲げる軸外楕円ミラーMiと、を備えている。【選択図】図1
Description
本発明は、複数のレーザダイオードと光ファイバとを備えたレーザモジュールに関する。
ファイバレーザの励起光源として、複数のレーザダイオードと光ファイバとを備えたレーザモジュールが広く用いられている。このようなレーザモジュールにおいては、複数のレーザダイオードから出力されたレーザ光が光ファイバに入力される。このようなレーザモジュールを用いることによって、単一のレーザダイオードからは得ることのできないハイパワーなレーザ光を得ることができる。従来のレーザモジュールとしては、図4に示すレーザモジュール101(特許文献1参照)が代表的である。
図4に示すレーザモジュール101では、7個のレーザダイオードLD1〜LD7から出力されたレーザ光を、7個の平面ミラーM1〜M7を用いて光ファイバOFに導いている。すなわち、レーザダイオードLD1〜LD7から出力されたレーザ光と、光ファイバOF内を伝搬するレーザ光とは、これらの光学部品を介して光学的に結合している。そのうえで、光ファイバOF内を伝搬するレーザ光は、レーザモジュール101の出力レーザ光となる。なお、図4には、レーザダイオードLD1〜LD7から出力されたレーザ光の主光線のみを破線にて図示している。
このように構成されたレーザモジュール101によれば、各レーザダイオードLDiから出力されるレーザ光の約7倍のパワーを有する出力レーザ光を得ることができる。
また、レーザモジュール101は、F軸コリメートレンズFL1〜FL7、S軸コリメートレンズSL1〜SL7と、集光レンズFLとを、更に備えている。F軸コリメートレンズFL1〜FL7、S軸コリメートレンズSL1〜SL7は、レーザダイオードLD1〜LD7から出射されたレーザ光を、該レーザ光のF軸及びS軸の各々に沿った方向にコリメートする。平面ミラーM1〜M7は、平面からなる反射面を有する。平面ミラーM1〜M7の各反射面は、F軸コリメートレンズFL1〜FL7、S軸コリメートレンズSL1〜SL7によってコリメートされた光を光ファイバOFの方向へ反射する。集光レンズFLは、平面ミラーSM1〜SM7によって反射された光を集光し、光ファイバOFに導いている。
従来のレーザモジュール101は、上述したように、F軸コリメートレンズFL1〜FL7、S軸コリメートレンズSL1〜SL7と、集光レンズFLとを必要とする。また、従来のレーザモジュール101を製造する際には、これらのレンズ群の位置及び向きを調整する調整工程と、これらのレンズ群を基板に対して固定する固定工程が必要となる。従来のレーザモジュール101よりもレンズ群の数を減らすことができれば、レンズ群を製造するためのコストを削減できることに加えて、調整工程及び固定工程を実施するためのコストを削減できる。
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、複数のレーザダイオードと光ファイバとを備えたレーザモジュールにおいて、レンズ群の数を減らすことを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、コアを備えている光ファイバと、n個(nは、2以上の整数)のレーザダイオードLDiであって、各レーザダイオードLDiの出射端面から上記コアの入射端面までの光路の長さである光路長LOiの長い順にi=1,2,・・・,nと順位付けられたn個のレーザダイオードLDiと、上記光路の途中に配置され、且つ、その反射面RSiにより当該光路を折り曲げる軸外楕円ミラーMiと、を備えている、ことを特徴とする。
軸外楕円ミラーMiは、その反射面RSiを規定する楕円の第1焦点から発せられた光を、当該楕円の第2焦点に結像させることができる。したがって、上記のように構成された本レーザモジュールは、従来のレーザモジュールが備えていたコリメートレンズの少なくとも一部を省略することができる。換言すれば、本レーザモジュールは、従来のレーザモジュールと比較して、レンズ群の数を減らすことができる。
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールにおいて、各レーザダイオードLDiにより出射されたそれぞれのレーザ光LBiは、F軸FAi及びS軸SAiを有し、F軸FAiに沿った方向から平面視したときの各反射面RSiの形状は、第1焦点FP1i及び第2焦点FP2iを有する仮想楕円Eiにより規定されており、各軸外楕円ミラーMiは、それぞれの第2焦点FP2iが上記コアの入射端面の近傍に位置するように配置されており、各レーザダイオードLDiは、該レーザダイオードLDiの出射端面の近傍に、対応する軸外楕円ミラーMiの第1焦点FP1iが位置するように配置されている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、各軸外楕円ミラーMiの第1焦点FP1i近傍から出射された各レーザ光LBiは、そのS軸SAiに沿った方向において各軸外楕円ミラーMiの第2焦点FP2iに結像される。すなわち、各レーザ光LBiは、コアの入射端面の近傍において、コアの内部を伝搬するモードと結合する。このように、本レーザモジュールは、従来のレーザモジュールが備えていたS軸コリメートレンズを省略することができるので、そのレンズ群の数を減らしつつ、各レーザダイオードLDiにより出射されたレーザ光をより確実にコアに入射させることができる。
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールにおいて、各レーザダイオードLDiの光源中心から出射された光線をレーザ光LBiの主光線として、各軸外楕円ミラーMiは、それぞれの反射面RSiに入射する上記主光線と、それぞれの反射面RSiから出射する上記主光線とのなす角が略直角となるように配置されている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFを配置するときに定めるべき設計パラメータの数を減らすことができる。また、軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFを配置する位置が明確になる。そのため、本レーザモジュールの設計を容易にすることができる。
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールにおいて、各反射面RSiにおいて上記主光線を反射する点を反射点RPiとして、各第1焦点FP1iと各反射点RPiと間の距離である第1距離D1iの各々は、何れも等しく、各反射点RPiと各第2焦点FP2iと間の距離である第2距離D2iの各々は、iが大きくなるにしたがって短くなる、ことが好ましい。
上記の構成によれば、軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFを配置するときに定めるべき設計パラメータの数を更に減らすことができる。また、軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFを配置する位置が更に明確になる。そのため、本レーザモジュールの設計を更に容易にすることができる。
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、互いに対応するレーザダイオードLDiと軸外楕円ミラーMiとがそれぞれに固定されているn個の板状部材Piと、各板状部材Piがそれぞれに固定されているn個のサブ載置面SSiを含む載置面Sを有し、且つ、上記光ファイバが直接又は間接的に固定されている基板と、を更に備え、載置面Sは、各サブ載置面SSiの高さが上記光ファイバに近づくにしたがって階段状に低くなるように構成されている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、各サブ載置面SSiの高さが異なっており、その各サブ載置面SSiに、レーザダイオードLDiと軸外楕円ミラーMiとが固定されている板状部材Piが固定されているため、各軸外楕円ミラーMiにより折り曲げられた各光路は、光路の途中で互いに交差することなくコアの入射端面に至ることができる。
そのうえで、上記のように構成された本レーザモジュールは、予めレーザダイオードLDiと軸外楕円ミラーMiとを板状部材Pi上の所定の位置に固定しておき、板状部材Piとコアの入射端面との相対位置を調整しながら、板状部材Piをサブ載置面SSiに固定する固定工程を採用することができる。この固定工程によれば、レーザダイオードLDiの位置と軸外楕円ミラーMiの位置とを別個に位置を調整しながら基板に固定する工程を採用しなくても、基板に対するレーザダイオードLDiの位置、及び、軸外楕円ミラーMiの位置の各々を定めることができる。したがって、本レーザモジュールは、板状部材Piを備えていない従来のレーザモジュールと比較して、レーザダイオードLDi及び軸外楕円ミラーMiの位置調整が容易になる。
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールにおいて、各レーザダイオードLDiにより出射されたそれぞれのレーザ光LBiは、F軸FAi及びS軸SAiを有する。本発明の一態様に係るレーザモジュールは、各レーザダイオードLDiと各軸外楕円ミラーMiとの途中にそれぞれが配置されたn個のF軸コリメートレンズFLiであって、各レーザ光LBiのうち各反射面RSiに入射するレーザ光LBiである入射光をF軸FAiに沿ってコリメートするn個のF軸コリメートレンズFLiと、各軸外楕円ミラーMiと上記コアの上記入射端面との途中に配置された集光レンズであって、各レーザ光LBiのうち各反射面RSiにより反射されたレーザ光LBiである各出射光を上記コアの上記入射端面の近傍に集光する集光レンズと、を更に備えている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、各レーザ光LBiは、そのF軸FAiに沿った方向の成分であるF軸成分が、F軸コリメートレンズFLi及び集光レンズを介して、コアの入射端面の近傍に結像される。すなわち、各レーザ光LBiにおいて、S軸SAiに沿った方向の成分であるS軸成分及びF軸成分の双方は、コアの入射端面の近傍において、コアの内部を伝搬するモードと結合する。したがって、本レーザモジュールは、そのレンズ群の数を減らしつつ、レーザダイオードLDiと光ファイバとの間におけるレーザ光LBiの結合効率を高めることができる。
本発明の一態様によれば、複数のレーザダイオードと光ファイバとを備えたレーザモジュールにおいて、レンズ群の数を減らすことができる。
〔第1の実施形態〕
(レーザモジュールの構成)
本発明の第1の実施形態に係るレーザモジュール1の構成ついて、図1〜図3を参照して説明する。
(レーザモジュールの構成)
本発明の第1の実施形態に係るレーザモジュール1の構成ついて、図1〜図3を参照して説明する。
図1は、レーザモジュール1の斜視図である。
図2は、レーザモジュール1の三面図(平面図、正面図、及び左側面図)である。なお、図2に示したレーザモジュール1において、(1)y軸負方向側に位置するzx平面に沿った側面をレーザモジュール1の正面と呼び、(2)x軸正方向側に位置するyz平面に沿った側面をレーザモジュール1の左側面と呼ぶ。
図3は、レーザモジュール1が備えている軸外楕円ミラーMiの反射点RPiと、軸外楕円ミラーMiの反射面RSiを規定する楕円Eiの第1焦点FP1i及び第2焦点FP2iを示す平面図である。図3には、各レーザダイオードLDi、各F軸コリメートレンズFLi、及び集光レンズFLの図示を省略している。また、図3においては、iが1〜7である単位光学系の各軸外楕円ミラーMiのうち、軸外楕円ミラーM1,M4,M7を代表例として、代表例の反射面である反射面RS1,RS4,RS7の一部の形状と、反射面RS1,RS4,RS7を規定する仮想的な楕円E1,E4,E7とを図示するに留めている。これは、図面が煩雑になることによってレーザモジュール1の構成が分かりにくくなることを避けるためである。なお、図3に図示していない仮想的な楕円E2,E3,E5,E6についても、第1焦点FP1i、第2焦点FP2i、及び反射点RPiが与えられているため、対応する楕円Eiが定められることは自明である。各楕円Eiは、請求の範囲に記載された仮想楕円Eiの例である。
レーザモジュール1は、図1に示すように、7つのレーザダイオードLD1〜LD7と、7つのF軸コリメ−トレンズFL1〜FL7と、7つの軸外楕円ミラーM1〜M7と、7つの板状部材P1〜P7と、1つの集光レンズFLと、1つの光ファイバOFと、を備えている。板状部材P1〜P7及び集光レンズFLは、レーザモジュール1の筐体の底板Bに固定されている。底板Bは、特許請求の範囲に記載の基板である。レーザダイオードLD1〜LD7、F軸コリメートレンズFL1〜FL7及び軸外楕円ミラーM1〜M7は、板状部材P1〜P7に固定されている。なお、図1において、F軸コリメートレンズFL1〜FL7を板状部材P1〜P7に固定する固定部材の図示は、省略している。
以降、7個のレーザダイオードLD1〜LD7の各々を、レーザダイオードLDi(iは、1≦i≦7の自然数)とも記載する。また、F軸コリメ−トレンズFL1〜FL7の各々を、F軸コリメ−トレンズFLi(iは、1≦i≦7の自然数)とも記載する。また、軸外楕円ミラーM1〜M7の各々を、軸外楕円ミラーMi(iは、1≦i≦7の自然数)とも記載する。また、板状部材P1〜P7の各々を、板状部材Pi(iは、1≦i≦7の自然数)とも記載する。また、互いにiが同じ数であるレーザダイオードLDi、F軸コリメ−トレンズFLi、及び軸外楕円ミラーMiのことを、互いに対応するレーザダイオードLDi、F軸コリメ−トレンズFLi、及び軸外楕円ミラーMiと称する。
(光ファイバOF)
光ファイバOFは、コアCO及びクラッドを備えている。光ファイバOFは、レーザモジュール1の筐体の側壁を貫通し、コアCOの入射端面COIを含む端部がレーザモジュール1の筐体内に引き込まれている。コアCOは、入射端面COIの位置が変動しないように、筐体の側壁に対して固定されており、筐体の側壁は、底板Bに対して固定されている。したがって、レーザモジュール1において、光ファイバOFは、底板Bに対して間接的に固定されている。なお、レーザモジュール1において、光ファイバOFを固定する態様は特に限定されるものではない。例えば、光ファイバOFは、底板Bに対して直接固定されていてもよい。なお、図1において、レーザモジュール1の筐体の側壁と、筐体の側壁に光ファイバOFを固定するための固定部材の図示は、省略している。
光ファイバOFは、コアCO及びクラッドを備えている。光ファイバOFは、レーザモジュール1の筐体の側壁を貫通し、コアCOの入射端面COIを含む端部がレーザモジュール1の筐体内に引き込まれている。コアCOは、入射端面COIの位置が変動しないように、筐体の側壁に対して固定されており、筐体の側壁は、底板Bに対して固定されている。したがって、レーザモジュール1において、光ファイバOFは、底板Bに対して間接的に固定されている。なお、レーザモジュール1において、光ファイバOFを固定する態様は特に限定されるものではない。例えば、光ファイバOFは、底板Bに対して直接固定されていてもよい。なお、図1において、レーザモジュール1の筐体の側壁と、筐体の側壁に光ファイバOFを固定するための固定部材の図示は、省略している。
(底板B)
底板Bは、互いに対向し且つ互いに平行な一対の主面と、4つの側面とにより構成されている。以下において、底板Bの互いに対向する一対の主面のうち、図1に図示した座標系においてz軸正方向側の主面を載置面Sと呼ぶ。載置面Sは、少なくとも7個のサブ載置面SSiを含む。各サブ載置面SSiは、図示した座標系におけるxy平面に沿った平面(本実施形態では平行な平面)であり、光ファイバOFの入射端面COIに近づくにしたがって、その高さが階段状に低くなるように構成されている。換言すれば、底板Bは、入射端面COIから最も遠くに位置するサブ載置面SS1の高さが最高となり、入射端面COIに近づくにしたがって、サブ載置面SSiの高さが段々と低くなり、入射端面COIの最も近くに位置するサブ載置面SS7の高さが最低となるように構成されている。
底板Bは、互いに対向し且つ互いに平行な一対の主面と、4つの側面とにより構成されている。以下において、底板Bの互いに対向する一対の主面のうち、図1に図示した座標系においてz軸正方向側の主面を載置面Sと呼ぶ。載置面Sは、少なくとも7個のサブ載置面SSiを含む。各サブ載置面SSiは、図示した座標系におけるxy平面に沿った平面(本実施形態では平行な平面)であり、光ファイバOFの入射端面COIに近づくにしたがって、その高さが階段状に低くなるように構成されている。換言すれば、底板Bは、入射端面COIから最も遠くに位置するサブ載置面SS1の高さが最高となり、入射端面COIに近づくにしたがって、サブ載置面SSiの高さが段々と低くなり、入射端面COIの最も近くに位置するサブ載置面SS7の高さが最低となるように構成されている。
サブ載置面SS1〜SS6の各々の形状は、平面視した場合に、それぞれ、長辺がy軸方向に沿い(本実施形態では平行であり)、短辺がx軸方向に沿う(本実施形態では平行である)長方形である。サブ載置面SS7の形状は、サブ載置面SS1〜SS6の各々の形状と同様に、長辺がy軸方向に沿い(本実施形態では平行であり)、短辺がx軸方向に沿う(本実施形態では平行である)長方形である。しかし、サブ載置面SS7は、その短辺の長さが、サブ載置面SS1〜SS6の各々の短辺よりも長い。なお、サブ載置面SS7の短辺の長さは、集光レンズFLを配置するx軸方向における位置(具体的には軸外楕円ミラーM7からの距離)、及び、集光レンズFLの焦点距離に応じて、適宜定めることができる。場合によって、レーザモジュール1は、サブ載置面SS7のx軸方向に沿った辺の長さがサブ載置面SS7のy軸方向に沿った辺の長さを上回る構成を採用してもよい。ただし、レーザモジュール1をよりコンパクトに構成するという観点では、サブ載置面SS7のx軸方向に沿った辺の長さがサブ載置面SS7のy軸方向に沿った辺の長さを下回る構成が好ましい。
各サブ載置面SSiの上には、それぞれ、板状部材Piが固定されている。図1に示すように、レーザモジュール1において、サブ載置面SS1〜SS6の各々は、それぞれの多くの部分(本実施形態においては全部)が板状部材P1〜P6により覆われており、サブ載置面SS7は、その一部が板状部材P7により覆われている。板状部材Piは、互いに対応するレーザダイオードLDiとF軸コリメ−トレンズFLiと軸外楕円ミラーMiとを固定するサブマウントとして機能する。
(板状部材Pi)
板状部材Piは、互いに対向し且つ互いに平行な一対の主面と、4つの側面とにより構成されている。板状部材Piの互いに対向する一対の主面のうち、図1に図示した座標系においてz軸正方向側の主面を板状部材Piの上面と呼ぶ。本実施形態では、板状部材Piの上面の形状及びサイズは、サブ載置面SS1〜SS6の形状及びサイズに等しい。すなわち、板状部材Piの上面の形状は、平面視した場合に、それぞれ、長辺がy軸方向に沿い(本実施形態では平行であり)、短辺がx軸方向に沿う(本実施形態では平行である)長方形である。ただし、板状部材Piの載置面の形状及びサイズは、これに限定されない。
板状部材Piは、互いに対向し且つ互いに平行な一対の主面と、4つの側面とにより構成されている。板状部材Piの互いに対向する一対の主面のうち、図1に図示した座標系においてz軸正方向側の主面を板状部材Piの上面と呼ぶ。本実施形態では、板状部材Piの上面の形状及びサイズは、サブ載置面SS1〜SS6の形状及びサイズに等しい。すなわち、板状部材Piの上面の形状は、平面視した場合に、それぞれ、長辺がy軸方向に沿い(本実施形態では平行であり)、短辺がx軸方向に沿う(本実施形態では平行である)長方形である。ただし、板状部材Piの載置面の形状及びサイズは、これに限定されない。
板状部材Piの上面には、レーザダイオードLDiが1つずつ固定されている。各レーザダイオードLDiは、その出射端面から光ファイバOFを構成するコアCOの入射端面COIまでの光路の長さである光路長LOiの長い順に、i=1,2,・・・,6,7と順位付けされている。すなわち、レーザダイオードLD1は、入射端面COIから最も離れた位置に固定され、光路長LO1が最も長い。また、レーザダイオードLD7は、入射端面COIの最も近い位置に載置され、光路長LO7が最も短い。
板状部材Piの載置面には、レーザダイオードLDiに加えて、レーザダイオードLDiに対応するF軸コリメートレンズFLi及び軸外楕円ミラーMiが更に載置されている。(1)1つの板状部材Piに載置されたレーザダイオードLDi、F軸コリメートレンズFLi及び軸外楕円ミラーMiと、(2)集光レンズFLと、(3)光ファイバOFとは、レーザ光LBiと光ファイバOF内を伝搬するレーザ光とを結合する単位光学系であって、iが1〜7である場合の単位光学系を構成する。
(レーザダイオードLDi)
レーザダイオードLDiは、レーザ光LBiを出力する光源である。レーザ光LBiは、レーザ光LB1〜LB7の各々を一般化した場合の呼称である。本実施形態においては、図示した座標系において、活性層がxy平面と平行になるように、かつ、出射端面がzx平面と平行になるように配置されたレーザダイオードを、レーザダイオードLDiとして用いる。レーザダイオードLDiからは、進行方向がy軸正方向に一致し、F軸(ファスト軸)FAiがz軸と平行であり、S軸(スロー軸)SAiがx軸と平行であるレーザ光LBiが出力される。すなわち、レーザ光LBiのうち拡がり角が0°であるレーザ光LBiの進行方法は、y軸正方向に一致している。
レーザダイオードLDiは、レーザ光LBiを出力する光源である。レーザ光LBiは、レーザ光LB1〜LB7の各々を一般化した場合の呼称である。本実施形態においては、図示した座標系において、活性層がxy平面と平行になるように、かつ、出射端面がzx平面と平行になるように配置されたレーザダイオードを、レーザダイオードLDiとして用いる。レーザダイオードLDiからは、進行方向がy軸正方向に一致し、F軸(ファスト軸)FAiがz軸と平行であり、S軸(スロー軸)SAiがx軸と平行であるレーザ光LBiが出力される。すなわち、レーザ光LBiのうち拡がり角が0°であるレーザ光LBiの進行方法は、y軸正方向に一致している。
なお、上述したように、各レーザダイオードLDiは、何れも活性層がxy平面と平行になるように、且つ、出射端面がzx平面と平行になるように配置されている。そのため、各レーザ光LBiのF軸FAiは、互いに平行であり、各レーザ光LBiのS軸SAiは、互いに平行である。そこで、以下では、iに応じてF軸FAiを区別せず、単に、F軸FAと記載する(図1参照)。同様に、S軸SAiを単にS軸SAと記載する。
これらの各レーザダイオードLDiは、それぞれ、上述したように高さが互いに異なるサブ載置面SSiに固定された板状部材Piの上面に載置されている。また、これらのレーザダイオードLD1〜LD7は、各レーザダイオードLDiの出射端面が特定のzx平面と平行な平面上(すなわち板状部材Piの上面上)に位置するように配置されている。したがって、各レーザ光LBiの主光線の光軸は、サブ載置面SSi及び板状部材Piの上面に沿っている(本実施形態においては平行である)。なお、本明細書において、レーザ光LBiの主光線とは、レーザ光LBiのニアフィールドパターンにおいて長軸と短軸とが交差する点である光源中心から出射され、且つ、拡がり角が0°である方向(すなわちy軸方向)に伝搬する光線のことを指す。
各レーザ光LBiの光路の途中には、F軸コリメートレンズFLiが配置されている。本実施形態において、F軸コリメートレンズFL1〜FL7は、同一の構成を有する。本実施形態においては、図1に図示した座標系において、平坦面(入射面)がy軸負方向を向き、湾曲面(出射面)がy軸正方向を向くように配置された平凸シリンドリカルレンズを、F軸コリメートレンズFLiとして利用する。本実施形態において、F軸コリメートレンズFLiは、レーザダイオードLDiの出射端面に対して、その平坦面(入射面)が対向するように、且つ、レーザダイオードLDiの出射端面に対して、その平坦面(入射面)が近接するように配置されている。F軸コリメートレンズFLiは、yz平面に平行な断面のy軸正方向側の外縁が円弧を描くように配置されており、レーザ光LBiのF軸方向の広がりをコリメートする。
(軸外楕円ミラーMi)
F軸コリメートレンズFLiを透過したレーザ光LBiの光路上には、軸外楕円ミラーMiが配置されている。軸外楕円ミラーMiは、レーザ光LBiを反射することによってレーザダイオードLDiからコアCOの入射端面COIまでの光路を折り曲げる反射面RSiを有する。
F軸コリメートレンズFLiを透過したレーザ光LBiの光路上には、軸外楕円ミラーMiが配置されている。軸外楕円ミラーMiは、レーザ光LBiを反射することによってレーザダイオードLDiからコアCOの入射端面COIまでの光路を折り曲げる反射面RSiを有する。
軸外楕円ミラーMiの反射面RSiにより反射されたレーザ光LBiの光路上には、集光レンズFLが配置されている。集光レンズFLは、各反射面RSiにより反射されたレーザ光LBiである各出射光をコアCOの入射端面COIの近傍に集光し、コアCOに導く。すなわち、各レーザ光LBiは、コアCOの入射端面COIの近傍において、コアの内部を伝搬するモードと結合する。
軸外楕円ミラーMiは、その反射面RSiを規定する楕円の第1焦点から発せられた光を、当該楕円の第2焦点に結像させることができる。したがって、レーザモジュール1は、図4に示す従来のレーザモジュール101が備えていたF軸コリメートレンズFLi及びS軸コリメートレンズSLiのうち、少なくともS軸コリメートレンズSLiを省略することができる。換言すれば、レーザモジュール1は、従来のレーザモジュール101と比較して、レンズ群の数を減らすことができる。
各反射面RSiの形状は、F軸FAiに沿った方向(図2に図示した座標系におけるz軸正方向)から平面視した場合に、楕円Eiの輪郭の一部により規定されている。換言すれば、xy平面に沿った平面による断面における各反射面RSiの曲率は、楕円Eiの輪郭の一部により規定されている。以下において、楕円Eiが有する2つの焦点を第1焦点FP1i及び第2焦点FP2iと称する。
なお、本実施形態のレーザモジュール1においては、F軸コリメートレンズFLiによりF軸方向FAに関してコリメートされたレーザ光LBiが入射光として反射面RSiに入射し、反射面RSiにより反射されたレーザ光LBiである反射光は、集光レンズFLによって入射端面COIに向かって集光される。したがって、本実施形態において、反射面RSiの法線を含み且つz軸と平行な平面による断面における各反射面RSiは、直線により構成されており曲率をもたない。別の言い方をすれば、反射面RSiの法線は、常にxy平面に沿っている(本実施形態では平行である)。
(好ましい構成)
各軸外楕円ミラーMiは、それぞれの第2焦点FP2iがコアCOの入射端面COIの近傍に位置するように配置されている。より好ましくは、各軸外楕円ミラーMiは、それぞれの第2焦点FP2iが入射端面COIの中心の近傍に位置するように配置されている。図2に示したレーザモジュール1は、このより好ましい構成を採用している。したがって、図2の平面図においては、iに応じて第2焦点FP2iを区別せず、単に第2焦点FP2と記載している。
各軸外楕円ミラーMiは、それぞれの第2焦点FP2iがコアCOの入射端面COIの近傍に位置するように配置されている。より好ましくは、各軸外楕円ミラーMiは、それぞれの第2焦点FP2iが入射端面COIの中心の近傍に位置するように配置されている。図2に示したレーザモジュール1は、このより好ましい構成を採用している。したがって、図2の平面図においては、iに応じて第2焦点FP2iを区別せず、単に第2焦点FP2と記載している。
また、各レーザダイオードLDiは、該レーザダイオードLDiの出射端面の近傍に、対応する楕円E1の第1焦点FP1iが位置するように配置されている。より好ましくは、各レーザダイオードLDiは、そのレーザ光LBiのニアフィールドパターン(レーザダイオードLDiの出射端面におけるレーザ光LBiのフィールドパターン)におけるF軸FAとS軸SAとの交点と、対応する楕円E1の第1焦点FP1iとが一致するように配置されている。図2に示したレーザモジュール1は、このより好ましい構成を採用している。
上記の構成によれば、各軸外楕円ミラーMiの第1焦点FP1iの近傍から出射された各レーザ光LBiは、そのS軸SAiに沿った方向において各軸外楕円ミラーMiの第2焦点FP2iに結像される。すなわち、各レーザ光LBiは、コアCOの入射端面COIの近傍において、コアの内部を伝搬するモードと結合する。このように、レーザモジュール1は、従来のレーザモジュール101が備えていたレンズ群の数を減らしつつ、各レーザダイオードLDiにより出射されたレーザ光を確実にコアに入射させることができる。
レーザモジュール1において、各レーザダイオードLDiにより出射されたそれぞれのレーザ光LBiのうち、各レーザダイオードLDiの光源中心から出射された光線をレーザ光LBiの主光線とする。本実施形態のレーザモジュール1において、図2に示すように、各軸外楕円ミラーMiは、反射面RSiに入射する主光線と、反射面RSiから出射する主光線とのなす角(すなわち上記主光線に対する軸外し角)が直角、すなわち90°となるように構成されている。
上記の構成によれば、軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFを配置するときに定めるべき設計パラメータの数を減らすことができる。また、軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFを配置する位置が明確になる。そのため、レーザモジュール1の設計を容易にすることができる。
なお、レーザモジュール1において、上記主光線に対する軸外し角は、直角に限定されるものではなく、任意に定めることができる。しかし、レーザ光LBiのファーフィールドパターンにおける対称性を高めるという観点では、上記主光線に対する軸外し角は、(1)90°であることが最も好ましく、(2)90°を中心に±0.5°の範囲内に含まれていることがより好ましい。請求の範囲に記載の略直角とは、90°を中心に±0.5°の範囲内に含まれる角度のことを指す。
また、本実施形態のレーザモジュール1においては、上記主光線に対する軸外し角が、各レーザ光LBiにおいて等しくなるように軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFが配置されている。この構成によれば、上記主光線に対する軸外し角が、各レーザ光LBiにおいて等しくない場合と比べて軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFを配置するときの作業がより一層容易になる。ただし、本発明の一態様において、上記主光線に対する軸外し角は、略直角になっていれば好ましいが、各レーザ光LBiにおいて異なっていてもよい。
レーザモジュール1において、各反射面RSiにおいて上記主光線を反射する点を反射点RPiとする。そのうえで、本実施形態のレーザモジュール1の各単位光学系においては、図3に示すように、(1)第1焦点FP1iと反射点RPiと間の距離である第1距離D1iの各々は、何れも等しく、(2)反射点RPiと第2焦点FP2iと間の距離である第2距離D2iの各々は、iが大きくなるにしたがって短くなり、且つ、(3)第1焦点FP1iと第2焦点FP2iと間の距離である焦点間距離D12iの各々は、iが大きくなるにしたがって短くなるように構成されている。
各レーザダイオードLDiの出射端面から光ファイバOFを構成するコアCOの入射端面COIまでの光路の長さである光路長LOiは、第1距離D1iと第2距離D2iとの和により得られる。レーザモジュール1において、各光路長LOiは、iが大きくなるにしたがって短くなるので、第1距離D1iの各々を何れも等しく設定した場合、第2距離D2iの各々は、iが大きくなるにしたがって短くなる。また、上述したように、上記主光線に対する軸外し角は、何れも等しくなるように(本実施形態では90°となるように)構成されているため、焦点間距離D12iの各々は、iが大きくなるにしたがって短くなる。
上記の構成によれば、軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFを配置するときに定めるべき設計パラメータの数を更に減らすことができる。また、軸外楕円ミラーMi、レーザダイオードLDi、及び光ファイバOFを配置する位置が更に明確になる。そのため、レーザモジュール1の設計を更に容易にすることができる。
また、上述したように、本実施形態のレーザモジュール1は、n個の板状部材Piとn個のサブ載置面SSiを含む載置面Sを有する底板Bとを備え、載置面Sは、各サブ載置面SSiの高さが上記光ファイバに近づくにしたがって階段状に低くなるように構成されている。
各サブ載置面SSiの高さが異なっており、その各サブ載置面SSiの上に、板状部材Piが固定されているため、各軸外楕円ミラーMiにより折り曲げられた各光路は、互いに交差することなくコアCOの入射端面COIに至ることができる。
そのうえで、上記のように構成された本レーザモジュールは、その製造方法において、予めレーザダイオードLDiと軸外楕円ミラーMiとを板状部材Pi上の所定の位置に固定しておき、板状部材PiとコアCOの入射端面COIとの相対位置を調整しながら、板状部材Piをサブ載置面SSiに固定する固定工程を採用することができる。この固定工程によれば、レーザダイオードLDiの位置と軸外楕円ミラーMiの位置とを別個に位置を調整しながら基板に固定する工程を採用しなくても、基板に対するレーザダイオードLDiの位置、及び、軸外楕円ミラーMiの位置の各々を定めることができる。したがって、レーザモジュール1は、板状部材Piを備えていないレーザモジュール101と比較して、レーザダイオードLDi及び軸外楕円ミラーMiの位置調整が容易になる。
また、上述したように、本実施形態のレーザモジュール1は、各サブ載置面SSiの形状として長方形を採用し、且つ、板状部材Piの上面の形状としてサブ載置面SS1〜SS6の上面の形状と合同な長方形を採用している。そのうえで、図1に示すように、板状部材Piのx軸負方向側の長辺が、サブ載置面SSiとサブ載置面SSi+1との間に位置するyz平面に沿った(本実施形態においては平行な)側壁に接するように、各板状部材Piは、各サブ載置面SSiに固定されている。このyz平面に沿った側壁は、サブ載置面SSiのx軸負方向側の長辺とサブ載置面SSi+1のx軸正方向側の長辺とを接続する壁である。なお、底板Bの形状を階段と見做した場合に、各サブ載置面SSiは踏み板の上面(踏み面)に対応し、上述したyz平面に沿った側壁は、蹴込み板の表面に対応する。
この構成によれば、上述した固定工程の途中において、板状部材PiとコアCOの入射端面COIとの相対位置を調整するときに、板状部材Piを動かし得る方向がy軸に沿った方向に規制される。したがって、レーザモジュール1は、レーザダイオードLDi及び軸外楕円ミラーMiの位置調整が更に容易になる。
また、上述したように、本実施形態のレーザモジュール1は、n個のF軸コリメートレンズFLiと、集光レンズFLとを備えている。
この構成によれば、各レーザ光LBiは、そのF軸FAに沿った方向の成分であるF軸成分が、F軸コリメートレンズFLi及び集光レンズを介して、コアCOの入射端面COIの近傍に結像される。すなわち、各レーザ光LBiにおいて、S軸SAに沿った方向の成分であるS軸成分及びF軸成分の双方は、入射端面COIの近傍において、コアCOの内部を伝搬するモードと結合する。したがって、レーザモジュール1は、そのレンズ群の数を減らしつつ、レーザダイオードLDiと光ファイバとの間におけるレーザ光LBiの結合効率を高めることができる。
(変形例)
なお、本実施形態では、各レーザダイオードLDiの近傍であって、各レーザダイオードLDiの後段に各F軸コリメートレンズFLiが配置されているレーザモジュール1について説明した。しかし、本発明の変形例に係るレーザモジュール1では、各F軸コリメートレンズFLiを省略してもよい。
各F軸コリメートレンズFLiを省略する場合には、集光レンズFLを備えている構成と、集光レンズFLも併せて省略する構成とが考えられる。以下では、各F軸コリメートレンズFLiを省略し、且つ、集光レンズFLを備えている構成を第1の変形例のレーザモジュール1とし、各F軸コリメートレンズFLi及び集光レンズFLを省略した構成を第2の変形例のレーザモジュール1とする。
図1〜図3に図示したレーザモジュール1が備えている各軸外楕円ミラーMiは、反射面RSiの法線を含み且つz軸と平行な平面による断面における各反射面RSiは、直線により構成されており曲率をもたないように構成されていた。
これに対して、第1の変形例のレーザモジュール1が備えている各軸外楕円ミラーMiにおいて、反射面RSiの法線を含み且つz軸と平行な平面による断面における各反射面RSiの曲率は、各レーザダイオードLDiにより出射された各レーザ光LBiのF軸FA方向の広がりをコリメートするように定められていればよい。
また、第2の変形例のレーザモジュール1が備えている各軸外楕円ミラーMiにおいて、反射面RSiの法線を含み且つz軸と平行な平面による断面における各反射面RSiの形状は、各レーザ光LBiのF軸FA方向に着目して、各レーザダイオードLDiにより出射された各レーザ光LBiを、該軸外楕円ミラーMiに対応する楕円Eiの第2焦点FP2i(換言すればコアCOの入射端面COI)において結像させるように構成されていればよい。
なお、各レーザ光LBiにおけるF軸FA方向の広がりは、S軸方向の広がりと比較して大きい。そのため、第1の変形例及び第2の変形例のレーザモジュール1における第1距離D1iは、図1〜図3に図示したレーザモジュール1における第1距離D1iよりも短いことが好ましい。第1距離D1iを短く設定することによって、各反射点RPiにおける各レーザ光LBiのファーフィールドパターンを各反射面RSiの範囲内に収めることができる。
また、第1の変形例のレーザモジュール1と第2の変形例のレーザモジュール1とを比較した場合、反射面RSiの法線を含み且つz軸と平行な平面による断面における各反射面RSiの曲率は、第2の変形例のレーザモジュール1の方が大きくなる。これは、第1の変形例のレーザモジュール1における反射面RSiは、各レーザ光LBiのF軸FA方向の広がりをコリメートするように定められているのに対し、第iの変形例のレーザモジュール1における反射面RSiは、各レーザ光LBiのF軸FA方向に着目して、各レーザダイオードLDiにより出射された各レーザ光LBiを第2焦点FP2iに集光するように定められているためである。
第1の変形例のレーザモジュール1によれば、図4に示したレーザモジュール101と比較して、レーザ光LBiの結合効率を犠牲にすることなく、各S軸コリメートレンズSLi及び各F軸コリメートレンズFLiを省略することができる。また、第2の変形例のレーザモジュール1によれば、図4に示したレーザモジュール101と比較して、レーザ光LBiの結合効率を犠牲にすることなく、各S軸コリメートレンズSLi、各F軸コリメートレンズFLi、及び集光レンズFLを省略することができる。
OF 光ファイバ
CO コア
COI 入射端面
LOi 光路長
LDi レーザダイオード
Mi 軸外楕円ミラー
FAi,FA F軸
SAi,SA S軸
FP1i 第1焦点
FP2i,FP2 第2焦点
RSi 反射面
D1i 第1距離
D2i 第2距離
D12i 焦点間距離
Pi 板状部材
B 底板(基板)
S 載置面
SSi サブ載置面
FLi F軸コリメートレンズ
FL 集光レンズ
CO コア
COI 入射端面
LOi 光路長
LDi レーザダイオード
Mi 軸外楕円ミラー
FAi,FA F軸
SAi,SA S軸
FP1i 第1焦点
FP2i,FP2 第2焦点
RSi 反射面
D1i 第1距離
D2i 第2距離
D12i 焦点間距離
Pi 板状部材
B 底板(基板)
S 載置面
SSi サブ載置面
FLi F軸コリメートレンズ
FL 集光レンズ
Claims (6)
- コアを備えている光ファイバと、
n個(nは、2以上の整数)のレーザダイオードLDiであって、各レーザダイオードLDiの出射端面から上記コアの入射端面までの光路の長さである光路長LOiの長い順にi=1,2,・・・,nと順位付けられたn個のレーザダイオードLDiと、
上記光路の途中に配置され、且つ、その反射面RSiにより当該光路を折り曲げる軸外楕円ミラーMiと、を備えている、
ことを特徴とするレーザモジュール。 - 各レーザダイオードLDiにより出射されたそれぞれのレーザ光LBiは、F軸FAi及びS軸SAiを有し、
F軸FAiに沿った方向から平面視したときの各反射面RSiの形状は、第1焦点FP1i及び第2焦点FP2iを有する仮想楕円Eiにより規定されており、
各軸外楕円ミラーMiは、それぞれの第2焦点FP2iが上記コアの入射端面の近傍に位置するように配置されており、
各レーザダイオードLDiは、該レーザダイオードLDiの出射端面の近傍に、対応する軸外楕円ミラーMiの第1焦点FP1iが位置するように配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザモジュール。 - 各レーザダイオードLDiの光源中心から出射された光線をレーザ光LBiの主光線として、
各軸外楕円ミラーMiは、それぞれの反射面RSiに入射する上記主光線と、それぞれの反射面RSiから出射する上記主光線とのなす角が略直角となるように配置されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザモジュール。 - 各反射面RSiにおいて上記主光線を反射する点を反射点RPiとして、各第1焦点FP1iと各反射点RPiと間の距離である第1距離D1iの各々は、何れも等しく、
各反射点RPiと各第2焦点FP2iと間の距離である第2距離D2iの各々は、iが大きくなるにしたがって短くなる、
ことを特徴とする請求項3に記載のレーザモジュール。 - 互いに対応するレーザダイオードLDiと軸外楕円ミラーMiとがそれぞれに固定されているn個の板状部材Piと、
各板状部材Piがそれぞれに固定されているn個のサブ載置面SSiを含む載置面Sを有し、且つ、上記光ファイバが直接又は間接的に固定されている基板と、を更に備え、
載置面Sは、各サブ載置面SSiの高さが上記光ファイバに近づくにしたがって階段状に低くなるように構成されている、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のレーザモジュール。 - 各レーザダイオードLDiにより出射されたそれぞれのレーザ光LBiは、F軸FAi及びS軸SAiを有し、
各レーザダイオードLDiと各軸外楕円ミラーMiとの途中にそれぞれが配置されたn個のF軸コリメートレンズFLiであって、各レーザ光LBiのうち各反射面RSiに入射するレーザ光LBiである入射光をF軸FAiに沿ってコリメートするn個のF軸コリメートレンズFLiと、
各軸外楕円ミラーMiと上記コアの上記入射端面との途中に配置された集光レンズであって、各レーザ光LBiのうち各反射面RSiにより反射されたレーザ光LBiである各出射光を上記コアの上記入射端面の近傍に集光する集光レンズと、を更に備えている、
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のレーザモジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018060596A JP2019175944A (ja) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | レーザモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2018060596A JP2019175944A (ja) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | レーザモジュール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2019175944A true JP2019175944A (ja) | 2019-10-10 |
Family
ID=68167304
Family Applications (1)
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JP2018060596A Pending JP2019175944A (ja) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | レーザモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2019175944A (ja) |
-
2018
- 2018-03-27 JP JP2018060596A patent/JP2019175944A/ja active Pending
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