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LD〜LDから出力されたレーザ光を、7個の平面ミラーM〜M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LD〜LD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LD〜LD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LD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FL〜FL、S軸コリメートレンズSL〜SL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FL〜FL、S軸コリメートレンズSL〜SLは、レーザダイオードLD〜LD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M〜Mは、平面からなる反射面を有する。平面ミラーM〜Mの各反射面は、F軸コリメートレンズFL〜FL、S軸コリメートレンズSL〜SL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SM〜SM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。
特開2013−235943号公報(2013年11月21日公開)
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FL〜FL、S軸コリメートレンズSL〜SL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LDであって、各レーザダイオードLD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LO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LDと、上記光路の途中に配置され、且つ、その反射面RSにより当該光路を折り曲げる軸外楕円ミラーMと、を備えている、ことを特徴とする。
軸外楕円ミラーMは、その反射面RS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LDにより出射されたそれぞれのレーザ光LBは、F軸FA及びS軸SAを有し、F軸FAに沿った方向から平面視したときの各反射面RSの形状は、第1焦点FP1i及び第2焦点FP2iを有する仮想楕円Eにより規定されており、各軸外楕円ミラーM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LDは、該レーザダイオードLDの出射端面の近傍に、対応する軸外楕円ミラーM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Mの第1焦点FP1i近傍から出射された各レーザ光LBは、そのS軸SAに沿った方向において各軸外楕円ミラーMの第2焦点FP2iに結像される。すなわち、各レーザ光LB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LD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LDの光源中心から出射された光線をレーザ光LBの主光線として、各軸外楕円ミラーMは、それぞれの反射面RSに入射する上記主光線と、それぞれの反射面RS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M、レーザダイオードLD、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RSにおいて上記主光線を反射する点を反射点RPとして、各第1焦点FP1iと各反射点RP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RP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M、レーザダイオードLD、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LDと軸外楕円ミラーMとがそれぞれに固定されているn個の板状部材Pと、各板状部材Pがそれぞれに固定されているn個のサブ載置面SS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SS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SSの高さが異なっており、その各サブ載置面SSに、レーザダイオードLDと軸外楕円ミラーMとが固定されている板状部材Pが固定されているため、各軸外楕円ミラーM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LDと軸外楕円ミラーMとを板状部材P上の所定の位置に固定しておき、板状部材P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Pをサブ載置面SS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LDの位置と軸外楕円ミラーM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LDの位置、及び、軸外楕円ミラーM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P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LD及び軸外楕円ミラーM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LDにより出射されたそれぞれのレーザ光LBは、F軸FA及びS軸SA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LDと各軸外楕円ミラーM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FLであって、各レーザ光LBのうち各反射面RSに入射するレーザ光LBである入射光をF軸FAに沿ってコリメートするn個のF軸コリメートレンズFLと、各軸外楕円ミラーM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LBのうち各反射面RSにより反射されたレーザ光LB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LB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FL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LB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、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LDと光ファイバとの間におけるレーザ光LB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。
本発明の一実施形態に係るレーザモジュールの斜視図である。 図1に示したレーザモジュールの三面図である。 図1に示したレーザモジュールが備えている軸外楕円ミラーの反射点と、該軸外楕円ミラーの反射面を規定する楕円の第1焦点及び第2焦点を示す平面図である。 従来のレーザモジュールの斜視図である。
〔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。
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Mの反射点RPと、軸外楕円ミラーMの反射面RSを規定する楕円E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LD、各F軸コリメートレンズFL、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Mのうち、軸外楕円ミラーM,M,Mを代表例として、代表例の反射面である反射面RS,RS,RSの一部の形状と、反射面RS,RS,RSを規定する仮想的な楕円E,E,E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E,E,E,Eについても、第1焦点FP1i、第2焦点FP2i、及び反射点RPが与えられているため、対応する楕円Eが定められることは自明である。各楕円Eは、請求の範囲に記載された仮想楕円E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LD〜LDと、7つのF軸コリメ−トレンズFL〜FLと、7つの軸外楕円ミラーM〜Mと、7つの板状部材P〜P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P〜P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LD〜LD、F軸コリメートレンズFL〜FL及び軸外楕円ミラーM〜Mは、板状部材P〜P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FL〜FLを板状部材P〜P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LD〜LDの各々を、レーザダイオードLD(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FL〜FLの各々を、F軸コリメ−トレンズFL(iは、1≦i≦7の自然数)とも記載する。また、軸外楕円ミラーM〜Mの各々を、軸外楕円ミラーM(iは、1≦i≦7の自然数)とも記載する。また、板状部材P〜Pの各々を、板状部材P(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LD、F軸コリメ−トレンズFL、及び軸外楕円ミラーMのことを、互いに対応するレーザダイオードLD、F軸コリメ−トレンズFL、及び軸外楕円ミラーM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CO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CO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SSを含む。各サブ載置面SS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CO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COから最も遠くに位置するサブ載置面SSの高さが最高となり、入射端面COに近づくにしたがって、サブ載置面SSの高さが段々と低くなり、入射端面COの最も近くに位置するサブ載置面SSの高さが最低となるように構成されている。
サブ載置面SS〜SS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SSの形状は、サブ載置面SS〜SS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SSは、その短辺の長さが、サブ載置面SS〜SSの各々の短辺よりも長い。なお、サブ載置面SS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M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SSのx軸方向に沿った辺の長さがサブ載置面SS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SSのx軸方向に沿った辺の長さがサブ載置面SS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SSの上には、それぞれ、板状部材P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SS〜SS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P〜Pにより覆われており、サブ載置面SSは、その一部が板状部材Pにより覆われている。板状部材Pは、互いに対応するレーザダイオードLDとF軸コリメ−トレンズFLと軸外楕円ミラーMとを固定するサブマウントとして機能する。
(板状部材P
板状部材P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P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Pの上面と呼ぶ。本実施形態では、板状部材Pの上面の形状及びサイズは、サブ載置面SS〜SSの形状及びサイズに等しい。すなわち、板状部材P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P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Pの上面には、レーザダイオードLDが1つずつ固定されている。各レーザダイオードLD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COまでの光路の長さである光路長LO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LDは、入射端面COから最も離れた位置に固定され、光路長LOが最も長い。また、レーザダイオードLDは、入射端面COの最も近い位置に載置され、光路長LOが最も短い。
板状部材Pの載置面には、レーザダイオードLDに加えて、レーザダイオードLDに対応するF軸コリメートレンズFL及び軸外楕円ミラーMが更に載置されている。(1)1つの板状部材P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LD
レーザダイオードLDは、レーザ光LBを出力する光源である。レーザ光LBは、レーザ光LB〜LB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LDとして用いる。レーザダイオードLDからは、進行方向がy軸正方向に一致し、F軸(ファスト軸)FAがz軸と平行であり、S軸(スロー軸)SAがx軸と平行であるレーザ光LBが出力される。すなわち、レーザ光LBのうち拡がり角が0°であるレーザ光LB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LD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LBのF軸FAは、互いに平行であり、各レーザ光LBのS軸SAは、互いに平行である。そこで、以下では、iに応じてF軸FAを区別せず、単に、F軸FAと記載する(図1参照)。同様に、S軸SAを単にS軸SAと記載する。
これらの各レーザダイオードLD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SSに固定された板状部材P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LD〜LDは、各レーザダイオードLD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P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LBの主光線の光軸は、サブ載置面SS及び板状部材P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LBの主光線とは、レーザ光LB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LBの光路の途中には、F軸コリメートレンズFL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FL〜FL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FL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FLは、レーザダイオードLD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LD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FL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LBのF軸方向の広がりをコリメートする。
(軸外楕円ミラーM
F軸コリメートレンズFLを透過したレーザ光LBの光路上には、軸外楕円ミラーMが配置されている。軸外楕円ミラーMは、レーザ光LBを反射することによってレーザダイオードLDからコアCOの入射端面COまでの光路を折り曲げる反射面RSを有する。
軸外楕円ミラーMの反射面RSにより反射されたレーザ光LB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RSにより反射されたレーザ光LBである各出射光をコアCOの入射端面CO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CO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Mは、その反射面RS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FL及びS軸コリメートレンズSLのうち、少なくともS軸コリメートレンズSL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RSの形状は、F軸FA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E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RSの曲率は、楕円Eの輪郭の一部により規定されている。以下において、楕円E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FLによりF軸方向FAに関してコリメートされたレーザ光LBが入射光として反射面RSに入射し、反射面RSにより反射されたレーザ光LBである反射光は、集光レンズFLによって入射端面CO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RS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RS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RS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Mは、それぞれの第2焦点FP2iがコアCOの入射端面CO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Mは、それぞれの第2焦点FP2iが入射端面CO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FPと記載している。
また、各レーザダイオードLDは、該レーザダイオードLDの出射端面の近傍に、対応する楕円E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LDは、そのレーザ光LBのニアフィールドパターン(レーザダイオードLDの出射端面におけるレーザ光LB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E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Mの第1焦点FP1iの近傍から出射された各レーザ光LBは、そのS軸SAに沿った方向において各軸外楕円ミラーMの第2焦点FP2iに結像される。すなわち、各レーザ光LBは、コアCOの入射端面CO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LD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LDにより出射されたそれぞれのレーザ光LBのうち、各レーザダイオードLDの光源中心から出射された光線をレーザ光LB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Mは、反射面RSに入射する主光線と、反射面RS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M、レーザダイオードLD、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LB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LB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LB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LB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RSにおいて上記主光線を反射する点を反射点RP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RP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RP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LD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COまでの光路の長さである光路長LO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LO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M、レーザダイオードLD、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Pとn個のサブ載置面SS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SS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SSの高さが異なっており、その各サブ載置面SSの上に、板状部材Pが固定されているため、各軸外楕円ミラーM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CO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LDと軸外楕円ミラーMとを板状部材P上の所定の位置に固定しておき、板状部材PとコアCOの入射端面COとの相対位置を調整しながら、板状部材Pをサブ載置面SS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LDの位置と軸外楕円ミラーM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LDの位置、及び、軸外楕円ミラーM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P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LD及び軸外楕円ミラーM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SSの形状として長方形を採用し、且つ、板状部材Pの上面の形状としてサブ載置面SS〜SS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Pのx軸負方向側の長辺が、サブ載置面SS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Pは、各サブ載置面SS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SS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SS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PとコアCOの入射端面COとの相対位置を調整するときに、板状部材P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LD及び軸外楕円ミラーM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FL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LB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FL及び集光レンズを介して、コアCOの入射端面COの近傍に結像される。すなわち、各レーザ光LB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CO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LDと光ファイバとの間におけるレーザ光LB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LDの近傍であって、各レーザダイオードLDの後段に各F軸コリメートレンズFL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FLを省略してもよい。
各F軸コリメートレンズFL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FL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FL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Mは、反射面RS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RS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Mにおいて、反射面RS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RSの曲率は、各レーザダイオードLDにより出射された各レーザ光LB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Mにおいて、反射面RS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RSの形状は、各レーザ光LBのF軸FA方向に着目して、各レーザダイオードLDにより出射された各レーザ光LBを、該軸外楕円ミラーM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CO)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LB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RPにおける各レーザ光LBのファーフィールドパターンを各反射面RS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RS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RS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RSは、各レーザ光LB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RSは、各レーザ光LBのF軸FA方向に着目して、各レーザダイオードLDにより出射された各レーザ光LB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LB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SL及び各F軸コリメートレンズFL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LB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SL、各F軸コリメートレンズFL、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
CO 入射端面
LO 光路長
LD レーザダイオード
軸外楕円ミラー
FA,FA F軸
SA,SA S軸
FP1i 第1焦点
FP2i,FP 第2焦点
RS 反射面
1i 第1距離
2i 第2距離
12i 焦点間距離
板状部材
B 底板(基板)
S 載置面
SS サブ載置面
FL F軸コリメートレンズ
FL 集光レンズ

Claims (6)

  1. 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LDであって、各レーザダイオードLD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LO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LDと、
    上記光路の途中に配置され、且つ、その反射面RSにより当該光路を折り曲げる軸外楕円ミラーMと、を備えている、
    ことを特徴とするレーザモジュール。
  2. 各レーザダイオードLDにより出射されたそれぞれのレーザ光LBは、F軸FA及びS軸SAを有し、
    F軸FAに沿った方向から平面視したときの各反射面RSの形状は、第1焦点FP1i及び第2焦点FP2iを有する仮想楕円Eにより規定されており、
    各軸外楕円ミラーM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LDは、該レーザダイオードLDの出射端面の近傍に、対応する軸外楕円ミラーM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。
  3. 各レーザダイオードLDの光源中心から出射された光線をレーザ光LBの主光線として、
    各軸外楕円ミラーMは、それぞれの反射面RSに入射する上記主光線と、それぞれの反射面RS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。
  4. 各反射面RSにおいて上記主光線を反射する点を反射点RPとして、各第1焦点FP1iと各反射点RP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RP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。
  5. 互いに対応するレーザダイオードLDと軸外楕円ミラーMとがそれぞれに固定されているn個の板状部材Pと、
    各板状部材Pがそれぞれに固定されているn個のサブ載置面SS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SS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。
  6. 各レーザダイオードLDにより出射されたそれぞれのレーザ光LBは、F軸FA及びS軸SAを有し、
    各レーザダイオードLDと各軸外楕円ミラーM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FLであって、各レーザ光LBのうち各反射面RSに入射するレーザ光LBである入射光をF軸FAに沿ってコリメートするn個のF軸コリメートレンズFLと、
    各軸外楕円ミラーM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LBのうち各反射面RSにより反射されたレーザ光LB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。
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