JP2020145327A - Semiconductor laser module and device thereof - Google Patents

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章之 門谷
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一郎 福士
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Abstract

To provide a semiconductor laser module which can improve the beam quality in the slow axis direction of a semiconductor laser having a single emitter, and which can couple a beam to an optical fiber with high efficiency by collecting light in a smaller diameter.SOLUTION: A semiconductor laser module comprises: a semiconductor laser 1 having a single emitter; a fast axis collimate lens 2 for collimating a laser beam in the fast axis direction emitted by the semiconductor laser; a slow axis collimate lens 3 for collimating a laser beam in the slow axis direction out of laser beams from the fast axis collimate lens; and a micro cylindrical lens array 4, 5 having a plurality of micro lenses provided in parallel substantially at equally spaced intervals, having a lens pitch and a lens curvature, depending on the number of division of a laser beam, a focusing spot position, and a focusing diameter, dividing a laser beam in the slow axis direction from the slow axis collimate lens into a plurality of laser beams, and rotating the plurality of divided laser beams in the slow axis direction by 90 degrees with respect to an optical axial direction to shift them in the fast axis direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、単一のエミッタを有する半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザモジュール及びその装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser module and an apparatus thereof that collects laser light emitted from a semiconductor laser having a single emitter.

従来のこの種の技術として、特許文献１に記載された半導体レーザ光集光装置が知られている。半導体レーザ光集光装置は、スロー軸方向に複数のエミッタを並べた半導体レーザアレイからレーザ光を放射し、レーザ光をコリメートレンズでコリメートし、コリメートされたレーザ光をレンズ、ミラー等でスロー軸方向に２分割し、２分割されたレーザ光をファスト軸方向に並び替えている。これにより、スロー軸方向のビーム品質を見掛け上改善し、光ファイバへのスロー軸方向の集光ビーム径を小さくすることができる。 As a conventional technique of this kind, the semiconductor laser light condensing device described in Patent Document 1 is known. The semiconductor laser light condensing device emits laser light from a semiconductor laser array in which a plurality of emitters are arranged in the slow axis direction, collimates the laser light with a collimating lens, and collimates the collimated laser light with a lens, a mirror, etc. The laser beam divided into two in the direction is rearranged in the fast axis direction. As a result, the beam quality in the slow axis direction can be apparently improved, and the diameter of the focused beam in the slow axis direction to the optical fiber can be reduced.

また、単一のエミッタを有する半導体レーザからレーザ光を放射し、レーザ光をコリメートレンズでコリメートし、コリメートされたレーザ光をウィンドウ、プリズム等でスロー軸方向に２分割し、２分割されたレーザ光をファスト軸方向に並べ積層する。これにより、光ファイバへのスロー軸方向の集光ビーム径を小さくすることができる。 Further, a laser beam is emitted from a semiconductor laser having a single emitter, the laser beam is collimated by a collimating lens, and the collimated laser beam is divided into two in the slow axis direction by a window, a prism, or the like. Lights are arranged and laminated in the fast axis direction. As a result, the diameter of the focused beam in the slow axis direction to the optical fiber can be reduced.

特開２００３−２７９８８５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-279885

単一のエミッタを有する高出力の半導体レーザを小径、低ＮＡ（開口数）の光ファイバに結合する場合には、ファスト軸方向のビーム品質は問題とならない。 When a high power semiconductor laser with a single emitter is coupled to a small diameter, low numerical aperture (numerical aperture) optical fiber, the beam quality in the fast axis direction is not an issue.

しかし、スロー軸方向のビーム品質が悪く、ビームを高効率に光ファイバに結合することができない。 However, the beam quality in the slow axis direction is poor, and the beam cannot be coupled to the optical fiber with high efficiency.

本発明の課題は、単一のエミッタを有する半導体レーザのスロー軸方向のビーム品質を改善し、より小径に集光させることで、ビームを高効率に光ファイバに結合することができる半導体レーザモジュール及びその装置を提供する。 An object of the present invention is a semiconductor laser module capable of efficiently coupling a beam to an optical fiber by improving the beam quality in the slow axis direction of a semiconductor laser having a single emitter and condensing the beam to a smaller diameter. And its equipment.

上記課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザモジュールの請求項１の発明は、単一のエミッタを有する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されるファスト軸方向のレーザビームをコリメートするファスト軸コリメートレンズと、前記ファスト軸コリメートレンズからのレーザビームの内のスロー軸方向のレーザビームをコリメートするスロー軸コリメートレンズと、複数のマイクロレンズが略等間隔に併設され、前記レーザビームの分割数と集光スポット位置と集光径に応じたレンズピッチとレンズ曲率を有し、前記スロー軸コリメートレンズからのスロー軸方向のレーザビームを複数のレーザビームに分割し、分割されたスロー軸方向の複数のレーザビームを光軸方向に対して９０度回転させてファスト軸方向に変位させるマイクロシリンドリカルレンズアレイを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention of claim 1 of the semiconductor laser module according to the present invention collimates a semiconductor laser having a single emitter and a laser beam in the fast axial direction emitted from the semiconductor laser. An axis collimating lens, a slow axis collimating lens that collimates a laser beam in the slow axis direction among the laser beams from the fast axis collimating lens, and a plurality of microlenses are provided side by side at substantially equal intervals, and the number of divisions of the laser beam. It has a lens pitch and lens curvature according to the position of the focusing spot and the focusing diameter, and the laser beam in the slow axis direction from the slow axis collimating lens is divided into a plurality of laser beams, and the divided slow axis direction It is characterized by including a microcylindrical lens array in which a plurality of laser beams are rotated by 90 degrees with respect to the optical axis direction and displaced in the fast axis direction.

請求項２の発明では、前記マイクロシリンドリカルレンズアレイは、前記光軸方向に対して４５度回転して配置され、前記スロー軸コリメートレンズからのレーザビームを複数のレーザビームに分割する第１のマイクロシリンドリカルレンズアレイと、前記光軸方向に対して約４５度回転して配置され、前記第１のマイクロシリンドリカルレンズアレイで分割された複数のレーザビームを前記光軸方向に対して９０度回転させる第２のマイクロシリンドリカルレンズアレイとを備えることを特徴とする。 In the invention of claim 2, the microcylindrical lens array is arranged so as to be rotated 45 degrees with respect to the optical axis direction, and the laser beam from the slow axis collimating lens is divided into a plurality of laser beams. A second laser beam arranged with a cylindrical lens array rotated by about 45 degrees with respect to the optical axis direction and divided by the first microcylindrical lens array is rotated 90 degrees with respect to the optical axis direction. It is characterized by including two microcylindrical lens arrays.

請求項３の発明は、前記第２のマイクロシリンドリカルレンズアレイから出射されるレーザビームに対して、前記ファスト軸方向と前記スロー軸方向との少なくとも一方の軸方向のレーザビームを縮小して光ファイバに導光する縮小光学系を備えることを特徴とする。 The invention of claim 3 is an optical fiber in which a laser beam emitted from the second microcylindrical lens array is reduced in at least one axial direction of the fast axis direction and the slow axis direction. It is characterized by being provided with a reduction optical system that guides light.

請求項４の半導体レーザモジュール装置の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザモジュールと同一構成で且つ前記半導体レーザモジュールに対して９０度回転させて配置された別の半導体レーザモジュールと、前記別の半導体レーザモジュールからの第２の複数のレーザビームを反射させる反射ミラーと、前記半導体レーザモジュールからの第１の複数のレーザビームを透過させ且つ前記反射ミラーからの第２の複数のレーザビームを反射させることにより前記第１の複数のレーザビームと前記第２の複数のレーザビームとを合波するビームスプリッタとを備えることを特徴とする。 The invention of the semiconductor laser module device according to claim 4 has the same configuration as the semiconductor laser module according to any one of claims 1 to 3 and is rotated by 90 degrees with respect to the semiconductor laser module. Another disposed semiconductor laser module, a reflection mirror that reflects the second plurality of laser beams from the other semiconductor laser module, and the first plurality of laser beams from the semiconductor laser module are transmitted and said. It is characterized by including a beam splitter that combines the first plurality of laser beams and the second plurality of laser beams by reflecting the second plurality of laser beams from the reflection mirror.

本発明によれば、複数のマイクロレンズが略等間隔に併設され、レーザビームの分割数と集光スポット位置と集光径に応じたレンズピッチとレンズ曲率を有するマイクロシリンドリカルレンズアレイが、スロー軸コリメートレンズからのスロー軸方向のレーザビームを複数のレーザビームに分割し、分割されたスロー軸方向の複数のレーザビームを光軸方向に対して９０度回転させてファスト軸方向に変位させる。 According to the present invention, a microcylindrical lens array in which a plurality of microlenses are arranged at substantially equal intervals and has a lens pitch and a lens curvature according to the number of divisions of the laser beam, the position of the focused spot, and the focused diameter is a slow axis. The laser beam in the slow axis direction from the collimating lens is divided into a plurality of laser beams, and the plurality of divided laser beams in the slow axis direction are rotated by 90 degrees with respect to the optical axis direction and displaced in the fast axis direction.

従って、単一のエミッタを有する半導体レーザのスロー軸方向のビーム品質を改善し、より小径に集光させることで、ビームを高効率に光ファイバに結合することができる。 Therefore, by improving the beam quality in the slow axis direction of the semiconductor laser having a single emitter and condensing it to a smaller diameter, the beam can be coupled to the optical fiber with high efficiency.

本発明の実施例１の半導体レーザモジュールの構成図である。It is a block diagram of the semiconductor laser module of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の半導体レーザモジュールのマイクロシリンドリカルレンズアレイの側面図である。It is a side view of the microcylindrical lens array of the semiconductor laser module of Example 1 of this invention. 元のビームプロファイルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the original beam profile. 本発明の実施例１の半導体レーザモジュールの各部におけるビームプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the beam profile in each part of the semiconductor laser module of Example 1 of this invention. 本発明の実施例２の半導体レーザモジュール備えた半導体モジュール装置の構成図である。It is a block diagram of the semiconductor module apparatus provided with the semiconductor laser module of Example 2 of this invention. 本発明の実施例２の２つの半導体レーザモジュールの出力を合成して得られたビームプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the beam profile obtained by synthesizing the output of two semiconductor laser modules of Example 2 of this invention.

以下、本発明の半導体レーザモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the semiconductor laser module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（実施例１）
図１（ａ）は、実施例１の半導体レーザモジュールの上面図である。図１（ｂ）は、実施例１の半導体レーザモジュールの側面図である。図１（ｃ）は、実施例１の半導体レーザモジュールの内のスロー軸コリメートレンズ３、マイクロシリンドリカルレンズアレイ４，５及び縮小光学系６の斜視図である。 (Example 1)
FIG. 1A is a top view of the semiconductor laser module of the first embodiment. FIG. 1B is a side view of the semiconductor laser module of the first embodiment. FIG. 1C is a perspective view of the slow axis collimating lens 3, the microcylindrical lens arrays 4 and 5, and the reduction optical system 6 in the semiconductor laser module of the first embodiment.

半導体レーザモジュールは、半導体レーザ（レーザダイオードＬＤ）１、ファスト軸コリメートレンズ（ＦＡＣレンズ）２、スロー軸コリメートレンズ（ＳＡＣレンズ）３、マイクロシリンドリカルレンズアレイ（ＭＣＬＡ）４、マイクロシリンドリカルレンズアレイ（ＭＣＬＡ）５、縮小光学系６を備えている。 The semiconductor laser module includes a semiconductor laser (laser diode LD) 1, a fast-axis collimating lens (FAC lens) 2, a slow-axis collimating lens (SAC lens) 3, a microcylindrical lens array (MCLA) 4, and a microcylindrical lens array (MCLA). 5. It is provided with a reduction optical system 6.

半導体レーザ１は、単一のエミッタからなり、楕円状のレーザビームを出力する。半導体レーザ１は、電流駆動によって注入された電子およびホールからなるキャリア注入によって励起され、注入された電子およびホールのキャリア対消滅の際に発生する誘導放出によって励起光を発生する。 The semiconductor laser 1 is composed of a single emitter and outputs an elliptical laser beam. The semiconductor laser 1 is excited by carrier injection consisting of electrons and holes injected by current drive, and generates excitation light by stimulated emission generated at the time of carrier pair annihilation of the injected electrons and holes.

ファスト軸コリメートレンズ２は、例えば、ファスト軸シリンドリカルレンズからなり、半導体レーザ１の近傍に配置され、半導体レーザ１からのレーザビームの内のファスト軸方向のビームをコリメートする。 The fast-axis collimating lens 2 is composed of, for example, a fast-axis cylindrical lens, is arranged in the vicinity of the semiconductor laser 1, and collimates a beam in the fast-axis direction among the laser beams from the semiconductor laser 1.

スロー軸コリメートレンズ３は、例えば、スロー軸シリンドリカルレンズからなり、ファスト軸コリメートレンズ２に対向して配置され、ファスト軸コリメートレンズ２からのビームの内のスロー軸方向のビームをコリメートする。 The slow-axis collimating lens 3 is composed of, for example, a slow-axis cylindrical lens, is arranged to face the fast-axis collimating lens 2, and collimates a beam in the slow-axis direction among the beams from the fast-axis collimating lens 2.

ここで、ファスト軸は、半導体レーザ１の活性層に対して垂直方向に広がりをもつビーム軸である。スロー軸は、半導体レーザ１の活性層に対して水平方向に広がりをもつビーム軸である。 Here, the fast axis is a beam axis having a spread in the direction perpendicular to the active layer of the semiconductor laser 1. The slow axis is a beam axis having a horizontal spread with respect to the active layer of the semiconductor laser 1.

ファスト軸コリメートレンズ２、スロー軸コリメートレンズ３は、互いに直交するＸ軸とＹ軸の一方の軸のみにレンズとして作用する曲率が形成され、他方の軸にはレンズとして作用する曲率は形成されていない。 The fast-axis collimating lens 2 and the slow-axis collimating lens 3 have a curvature that acts as a lens on only one of the X-axis and the Y-axis that are orthogonal to each other, and a curvature that acts as a lens on the other axis. Absent.

マイクロシリンドリカルレンズアレイ４，５は、スロー軸コリメートレンズ３からのスロー軸方向のレーザビームを複数のレーザビームに分割し、分割されたスロー軸方向の複数のレーザビームを回転させてファスト軸方向に変位させる。 The microcylindrical lens arrays 4 and 5 divide the laser beam in the slow axis direction from the slow axis collimating lens 3 into a plurality of laser beams, and rotate the divided laser beams in the slow axis direction in the fast axis direction. Displace.

マイクロシリンドリカルレンズアレイ４，５は、図２に示すように、平板部４ａに複数の凸型のマイクロレンズ４ｂ１〜４ｂ４（この例では４個）が略等間隔に併設されている。マイクロレンズ４ｂ１〜４ｂ４のピッチは、Ｐｈである。マイクロレンズ４ｂ１〜４ｂ４の焦点距離はｆｈである。 In the microcylindrical lens arrays 4 and 5, as shown in FIG. 2, a plurality of convex microlenses 4b1 to 4b4 (4 in this example) are provided on the flat plate portion 4a at substantially equal intervals. The pitch of the microlenses 4b1 to 4b4 is Ph. The focal length of the microlenses 4b1 to 4b4 is fh.

マイクロシリンドリカルレンズアレイ４，５は、ビームの分割数、集光スポット位置、集光径に応じたレンズピッチＰｈとマイクロレンズ４ｂ１〜４ｂ４の凸曲面の曲率を有している。 The microcylindrical lens arrays 4 and 5 have a lens pitch Ph corresponding to the number of beam divisions, a focusing spot position, and a focusing diameter, and the curvature of the convex curved surface of the microlenses 4b1 to 4b4.

マイクロシリンドリカルレンズアレイ４は、本発明の第１のマイクロシリンドリカルレンズアレイに対応し、光軸方向に対して４５度回転して配置され、ＦＡＣレンズ２からのレーザビームを複数のレーザビームに分割する。 The microcylindrical lens array 4 corresponds to the first microcylindrical lens array of the present invention and is arranged so as to be rotated 45 degrees with respect to the optical axis direction to divide the laser beam from the FAC lens 2 into a plurality of laser beams. ..

マイクロシリンドリカルレンズアレイ５は、本発明の第２のマイクロシリンドリカルレンズアレイに対応し、光軸方向に対して約４５度度回転して配置され、マイクロシリンドリカルレンズアレイ４で分割された複数のレーザビームを光軸方向に対して９０度回転させる。 The microcylindrical lens array 5 corresponds to the second microcylindrical lens array of the present invention, is arranged so as to be rotated by about 45 degrees with respect to the optical axis direction, and a plurality of laser beams divided by the microcylindrical lens array 4. Is rotated 90 degrees with respect to the optical axis direction.

縮小光学系６は、シリンドリカルレンズ６ａと凹レンズ６ｂとを備える。シリンドリカルレンズ６ａは、マイクロシリンドリカルレンズアレイ５で光軸方向に対して９０度回転された複数のレーザビームに対して、ファスト軸方向とスロー軸方向との少なくとも一方の軸方向のレーザビームを縮小させる。凹レンズ６ｂは、シリンドリカルレンズ６ａで縮小された複数のレーザビームを所定の集光ビーム径にする。 The reduction optical system 6 includes a cylindrical lens 6a and a concave lens 6b. The cylindrical lens 6a reduces the laser beam in at least one of the fast axis direction and the slow axis direction with respect to a plurality of laser beams rotated by 90 degrees with respect to the optical axis direction in the microcylindrical lens array 5. .. The concave lens 6b makes a plurality of laser beams reduced by the cylindrical lens 6a have a predetermined focused beam diameter.

次にこのように構成された実施例１の半導体レーザモジュールの動作を詳細に説明する。 Next, the operation of the semiconductor laser module of the first embodiment configured in this way will be described in detail.

まず、図３に元のビームプロファイルの一例を示す。元のビームプロファイルＢＰＦ１は、半導体レーザ１の活性層から出射されたビームである。図３において、横軸は、スロー軸方向である。縦軸は、ファスト軸方向である。図３に示すように、ビームは、スロー軸方向に長い。 First, FIG. 3 shows an example of the original beam profile. The original beam profile BPF1 is a beam emitted from the active layer of the semiconductor laser 1. In FIG. 3, the horizontal axis is the slow axis direction. The vertical axis is the fast axis direction. As shown in FIG. 3, the beam is long in the slow axis direction.

次に、ファスト軸コリメートレンズ２は、半導体レーザ１からのレーザビームの内のファスト軸方向のビームをコリメートする。スロー軸コリメートレンズ３は、ファスト軸コリメートレンズ２からのビームの内のスロー軸方向のビームをコリメートする。 Next, the fast-axis collimating lens 2 collimates the beam in the fast-axis direction among the laser beams from the semiconductor laser 1. The slow axis collimating lens 3 collimates the beam in the slow axis direction among the beams from the fast axis collimating lens 2.

スロー軸コリメートレンズ３から出射されたビームプロファイルを図４（ａ）に示す。図４（ａ）に示すビームプロファイルＢＰＦ２は、図３に示す元のビームプロファイルＢＰＦ１よりもスロー軸方向の幅が小さくなっている。ビームプロファイルＢＰＦ２の横軸は、スロー軸である。 The beam profile emitted from the slow axis collimating lens 3 is shown in FIG. 4 (a). The beam profile BPF2 shown in FIG. 4A has a width smaller in the slow axis direction than the original beam profile BPF1 shown in FIG. The horizontal axis of the beam profile BPF2 is the slow axis.

次に、マイクロシリンドリカルレンズアレイ４は、ＦＡＣレンズ２からのレーザビームを複数のレーザビーム（この例では、６つのレーザビーム）に分割する。マイクロシリンドリカルレンズアレイ４は、光軸方向に対して４５度回転して配置されるので、図４（ｂ）に示すように、分割されたビームプロファイルＢＰＦ３は、光軸方向に対して４５度回転して配置される。 Next, the microcylindrical lens array 4 divides the laser beam from the FAC lens 2 into a plurality of laser beams (six laser beams in this example). Since the microcylindrical lens array 4 is arranged to rotate 45 degrees with respect to the optical axis direction, as shown in FIG. 4B, the divided beam profile BPF3 rotates 45 degrees with respect to the optical axis direction. Is placed.

次に、マイクロシリンドリカルレンズアレイ５は、光軸方向に対して９０度回転して配置されているので、マイクロシリンドリカルレンズアレイ４で分割された複数のレーザビーム（（この例では、６つのレーザビーム））を光軸方向に対して９０度回転させる。図４（ｂ）に示すように、分割されたビームプロファイルＢＰＦ４は、光軸方向に対して９０度回転して配置される。 Next, since the microcylindrical lens array 5 is arranged so as to be rotated 90 degrees with respect to the optical axis direction, a plurality of laser beams divided by the microcylindrical lens array 4 ((6 laser beams in this example)). )) Is rotated 90 degrees with respect to the optical axis direction. As shown in FIG. 4B, the divided beam profile BPF4 is arranged so as to be rotated 90 degrees with respect to the optical axis direction.

このため、ビームプロファイルＢＰＦ４の縦軸がスロー軸方向となり、横軸がファスト軸方向となる。即ち、スロー軸方向をファスト軸方向に並び替えるようにすることができる。 Therefore, the vertical axis of the beam profile BPF4 is the slow axis direction, and the horizontal axis is the fast axis direction. That is, the slow axis direction can be rearranged in the fast axis direction.

さらに、縮小光学系６のシリンドリカルレンズ６ａは、マイクロシリンドリカルレンズアレイ５からの複数のレーザビームに対して、ファスト軸方向とスロー軸方向との少なくとも一方の軸方向のレーザビームを縮小させる。これにより、図４（ｄ）に示すような縮小されたビームプロファイルＢＰＦ５が得られる。 Further, the cylindrical lens 6a of the reduction optical system 6 reduces the laser beam in at least one of the fast axis direction and the slow axis direction with respect to the plurality of laser beams from the microcylindrical lens array 5. As a result, a reduced beam profile BPF5 as shown in FIG. 4D is obtained.

さらに、集光レンズによりビームプロファイルＢＰＦ５は、集光されて、図４（ｅ）に示すような集光スポットＢＰＦ６が得られる。 Further, the beam profile BPF 5 is condensed by the condensing lens to obtain a condensing spot BPF 6 as shown in FIG. 4 (e).

このように、実施例１の半導体レーザモジュールによれば、マイクロシリンドリカルレンズアレイ４が、スロー軸コリメートレンズからのスロー軸方向のレーザビームを複数のレーザビームに分割し、マイクロシリンドリカルレンズアレイ５が、分割された複数のレーザビームをファスト軸方向に積層するので、単一のエミッタを有する半導体レーザのスロー軸方向のビーム品質を改善し、より小径に集光させることで、ビームを高効率に光ファイバに結合することができる。 As described above, according to the semiconductor laser module of the first embodiment, the microcylindrical lens array 4 divides the laser beam in the slow axis direction from the slow axis collimating lens into a plurality of laser beams, and the microcylindrical lens array 5 Since multiple divided laser beams are stacked in the fast axis direction, the beam quality in the slow axis direction of a semiconductor laser having a single emitter is improved, and the beam is focused with a smaller diameter to emit light with high efficiency. Can be coupled to fiber.

また、マイクロシリンドリカルレンズアレイ４，５を用いるのみで、スロー軸方向のビーム品質を改善できるので、特許文献１に記載された半導体レーザ光集光装置よりも部品点数が少なくて済み、コストダウンを図ることができる。 Further, since the beam quality in the slow axis direction can be improved only by using the microcylindrical lens arrays 4 and 5, the number of parts can be reduced as compared with the semiconductor laser light condensing device described in Patent Document 1, and the cost can be reduced. Can be planned.

また、マイクロシリンドリカルレンズアレイ４，５を用いているので、マイクロレンズを増やすことで分割数を増加させることができるので、スロー軸方向のビーム品質をさらに改善できる。また、Ｍ２値を良くすることができる。 Further, since the microcylindrical lens arrays 4 and 5 are used, the number of divisions can be increased by increasing the number of microlenses, so that the beam quality in the slow axis direction can be further improved. Further, it is possible to improve the M 2 value.

（実施例２）
図５は、本発明の実施例２の半導体レーザモジュールを備えた半導体モジュール装置の構成図である。半導体モジュール装置は、第１半導体レーザモジュールＡと、第２半導体レーザモジュールＢと、反射ミラー２２、偏光ビームスプリッタ２１とを備えている。 (Example 2)
FIG. 5 is a configuration diagram of a semiconductor module device including the semiconductor laser module of the second embodiment of the present invention. The semiconductor module device includes a first semiconductor laser module A, a second semiconductor laser module B, a reflection mirror 22, and a polarization beam splitter 21.

第１半導体レーザモジュールＡは、実施例１で述べた半導体レーザモジュールからなり、出力される第１の複数のレーザビームの偏光方向は、例えば、図５に示すように、紙面に対して上下方向である。 The first semiconductor laser module A includes the semiconductor laser module described in the first embodiment, and the polarization directions of the first plurality of laser beams to be output are in the vertical direction with respect to the paper surface, for example, as shown in FIG. Is.

第２半導体レーザモジュールＢは、本発明の別の半導体レーザモジュールに対応し、第１半導体レーザモジュールＡと同一構成で且つ第１半導体レーザモジュールＡに対して９０度回転させて配置されている。第２半導体レーザモジュールＢから出力される第２の複数のレーザビームの偏光方向は、例えば、図５に示すように、紙面の上面から下面に向かう方向である。 The second semiconductor laser module B corresponds to another semiconductor laser module of the present invention, has the same configuration as the first semiconductor laser module A, and is arranged so as to be rotated 90 degrees with respect to the first semiconductor laser module A. The polarization directions of the second plurality of laser beams output from the second semiconductor laser module B are, for example, from the upper surface to the lower surface of the paper surface, as shown in FIG.

反射ミラー２２は、第２半導体レーザモジュールＢからの第２の複数のレーザビームを反射させて、反射された第２の複数のレーザビームを偏光ビームスプリッタ２１に導く。偏光ビームスプリッタ２１は、半導体レーザモジュールＡからの第１の複数のレーザビームを透過させ且つ反射ミラー２２からの第２の複数のレーザビームを反射させることにより第１の複数のレーザビームと第２の複数のレーザビームとを合波する。 The reflection mirror 22 reflects the second plurality of laser beams from the second semiconductor laser module B, and guides the reflected second plurality of laser beams to the polarization beam splitter 21. The polarization beam splitter 21 transmits the first plurality of laser beams from the semiconductor laser module A and reflects the second plurality of laser beams from the reflection mirror 22, thereby transmitting the first plurality of laser beams and the second plurality of laser beams. Combines multiple laser beams.

図６に、実施例２の２つの半導体レーザモジュールＡ，Ｂの出力を合成して得られたビームプロファイルを示す。第１半導体レーザモジュールＡによるビームプロファイルは、横方向に並んだ６つのプロファイルＰＡ１〜ＰＡ６からなる。６つのプロファイルＰＡ１〜ＰＡ６の縦軸方向がスロー軸方向である。 FIG. 6 shows a beam profile obtained by synthesizing the outputs of the two semiconductor laser modules A and B of the second embodiment. The beam profile by the first semiconductor laser module A includes six profiles PA1 to PA6 arranged in the horizontal direction. The vertical axis direction of the six profiles PA1 to PA6 is the slow axis direction.

第２半導体レーザモジュールＢによるビームプロファイルは、縦方向に並んだ６つのプロファイルＰＢ１〜ＰＢ６からなる。６つのプロファイルＰＢ１〜ＰＢ６の横軸方向がスロー軸方向である。 The beam profile by the second semiconductor laser module B consists of six profiles PB1 to PB6 arranged in the vertical direction. The horizontal axis direction of the six profiles PB1 to PB6 is the slow axis direction.

６つのプロファイルＰＡ１〜ＰＡ６と６つのプロファイルＰＢ１〜ＰＢ６との合波によりビーム強度を２倍にすることができる。 The beam intensity can be doubled by the combined wave of the six profiles PA1 to PA6 and the six profiles PB1 to PB6.

なお、実施例２では、２つの半導体レーザモジュールのレーザビームを合波したが、３つ以上の半導体レーザモジュールのレーザビームを合波しても良く、この場合には、さらに、ビーム強度を大きくすることができる。 In Example 2, the laser beams of the two semiconductor laser modules were combined, but the laser beams of three or more semiconductor laser modules may be combined. In this case, the beam intensity is further increased. can do.

また、複数の半導体レーザモジュールの各々が異なる波長を有し、複数の半導体レーザモジュールの複数のビームを合波することにより、波長を多重化してもよい。 Further, each of the plurality of semiconductor laser modules may have a different wavelength, and the wavelengths may be multiplexed by combining the plurality of beams of the plurality of semiconductor laser modules.

本発明は、レーザ加工、レーザ治療、レーザ半田等のレーザ装置に適用可能である。 The present invention can be applied to laser devices such as laser processing, laser treatment, and laser soldering.

１ 半導体レーザ
２ ファスト軸コリメートレンズ
３ スロー軸コリメートレンズ
４，５ マイクロシリンドリカルレンズアレイ
６ 縮小光学系
６ａ シリンドリカルレンズ
６ｂ 凹レンズ
２１ 偏光ビームスプリッタ
２２ 反射ミラー
Ａ 第１半導体レーザモジュール
Ｂ 第２半導体レーザモジュール
ＢＰＦ１〜ＢＰＦ６ ビームプロファイル 1 Semiconductor laser 2 Fast axis collimating lens 3 Slow axis collimating lens 4, 5 Microcylindrical lens array
6 Reduction optical system 6a Cylindrical lens 6b Concave lens 21 Polarization beam splitter 22 Reflection mirror A 1st semiconductor laser module B 2nd semiconductor laser module BPF1 to BPF6 Beam profile

Claims (4)

単一のエミッタを有する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射されるファスト軸方向のレーザビームをコリメートするファスト軸コリメートレンズと、
前記ファスト軸コリメートレンズからのレーザビームの内のスロー軸方向のレーザビームをコリメートするスロー軸コリメートレンズと、
複数のマイクロレンズが略等間隔に併設され、前記レーザビームの分割数と集光スポット位置と集光径に応じたレンズピッチとレンズ曲率を有し、前記スロー軸コリメートレンズからのスロー軸方向のレーザビームを複数のレーザビームに分割し、分割されたスロー軸方向の複数のレーザビームを光軸方向に対して９０度回転させてファスト軸方向に変位させるマイクロシリンドリカルレンズアレイと、
を備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。 A semiconductor laser with a single emitter and
A fast-axis collimating lens that collimates a laser beam in the fast-axis direction emitted from the semiconductor laser,
A slow-axis collimating lens that collimates the laser beam in the slow-axis direction among the laser beams from the fast-axis collimating lens,
A plurality of microlenses are arranged at substantially equal intervals, have a lens pitch and a lens curvature according to the number of divisions of the laser beam, the position of the focused spot, and the focused diameter, and are in the slow axis direction from the slow axis collimating lens. A microcylindrical lens array that divides a laser beam into a plurality of laser beams and rotates the divided laser beams in the slow axis direction by 90 degrees with respect to the optical axis direction to displace them in the fast axis direction.
A semiconductor laser module characterized by being equipped with. 前記マイクロシリンドリカルレンズアレイは、
前記光軸方向に対して４５度回転して配置され、前記スロー軸コリメートレンズからのレーザビームを複数のレーザビームに分割する第１のマイクロシリンドリカルレンズアレイと、
前記光軸方向に対して約４５度度回転して配置され、前記第１のマイクロシリンドリカルレンズアレイで分割された複数のレーザビームを前記光軸方向に対して９０度回転させる第２のマイクロシリンドリカルレンズアレイと、
を備えることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。 The microcylindrical lens array is
A first microcylindrical lens array that is arranged to rotate 45 degrees with respect to the optical axis direction and divides the laser beam from the slow axis collimating lens into a plurality of laser beams.
A second microcylindrical that is arranged to rotate about 45 degrees with respect to the optical axis direction and rotates a plurality of laser beams divided by the first microcylindrical lens array by 90 degrees with respect to the optical axis direction. With the lens array
The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the semiconductor laser module is provided. 前記第２のマイクロシリンドリカルレンズアレイから出射されるレーザビームに対して、前記ファスト軸方向と前記スロー軸方向との少なくとも一方の軸方向のレーザビームを縮小して光ファイバに導光する縮小光学系を備えることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザモジュール。 A reduction optical system that reduces a laser beam emitted from the second microcylindrical lens array in at least one of the fast axis direction and the slow axis direction to guide the laser beam to an optical fiber. The semiconductor laser module according to claim 2, further comprising. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体レーザモジュールと、
前記半導体レーザモジュールと同一構成で且つ前記半導体レーザモジュールに対して９０度回転させて配置された別の半導体レーザモジュールと、
前記別の半導体レーザモジュールからの第２の複数のレーザビームを反射させる反射ミラーと、
前記半導体レーザモジュールからの第１の複数のレーザビームを透過させ且つ前記反射ミラーからの第２の複数のレーザビームを反射させることにより前記第１の複数のレーザビームと前記第２の複数のレーザビームとを合波するビームスプリッタと、
を備えることを特徴とする半導体レーザモジュール装置。 The semiconductor laser module according to any one of claims 1 to 3 and
Another semiconductor laser module having the same configuration as the semiconductor laser module and arranged so as to be rotated 90 degrees with respect to the semiconductor laser module.
A reflection mirror that reflects a second plurality of laser beams from the other semiconductor laser module,
The first plurality of laser beams and the second plurality of lasers are transmitted by transmitting the first plurality of laser beams from the semiconductor laser module and reflecting the second plurality of laser beams from the reflection mirror. A beam splitter that combines the beams and
A semiconductor laser module device characterized by the above.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112156375A (en) * 2020-09-21 2021-01-01 张小波 Multi-wavelength laser therapeutic instrument
CN112935528A (en) * 2021-01-29 2021-06-11 西安工业大学 Method and device for carrying out high-quality cutting on wafer with larger thickness
CN116053934A (en) * 2023-03-28 2023-05-02 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司 Laser fast and slow axis collimation method and device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05167143A (en) * 1991-12-19 1993-07-02 Nippon Steel Corp Semiconductor laser equipment
JPH09230260A (en) * 1996-02-21 1997-09-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Multi-optical beam scanner
JP2000137139A (en) * 1998-10-30 2000-05-16 Vitalij Lissotschenko Optical luminous flux converter
JP2003309309A (en) * 2002-04-17 2003-10-31 Itaru Watanabe High-density and high-output laser device
JP2007047245A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Seiko Epson Corp Light source apparatus, optical scanner and image display apparatus
JP2011507280A (en) * 2007-12-17 2011-03-03 オクラロ フォトニクス，インク． Laser emitter module and construction method
JP2015031739A (en) * 2013-07-31 2015-02-16 株式会社フジクラ Ld module
US20170199389A1 (en) * 2016-01-11 2017-07-13 Ut-Battelle, Llc Stable, narrow spectral linewidth, fiber-delivered laser source for spin exchange optical pumping

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05167143A (en) * 1991-12-19 1993-07-02 Nippon Steel Corp Semiconductor laser equipment
JPH09230260A (en) * 1996-02-21 1997-09-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Multi-optical beam scanner
JP2000137139A (en) * 1998-10-30 2000-05-16 Vitalij Lissotschenko Optical luminous flux converter
JP2003309309A (en) * 2002-04-17 2003-10-31 Itaru Watanabe High-density and high-output laser device
JP2007047245A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Seiko Epson Corp Light source apparatus, optical scanner and image display apparatus
JP2011507280A (en) * 2007-12-17 2011-03-03 オクラロ フォトニクス，インク． Laser emitter module and construction method
JP2015031739A (en) * 2013-07-31 2015-02-16 株式会社フジクラ Ld module
US20170199389A1 (en) * 2016-01-11 2017-07-13 Ut-Battelle, Llc Stable, narrow spectral linewidth, fiber-delivered laser source for spin exchange optical pumping

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112156375A (en) * 2020-09-21 2021-01-01 张小波 Multi-wavelength laser therapeutic instrument
CN112156375B (en) * 2020-09-21 2023-01-10 合肥泓博医学科技有限公司 Multi-wavelength laser therapeutic instrument
CN112935528A (en) * 2021-01-29 2021-06-11 西安工业大学 Method and device for carrying out high-quality cutting on wafer with larger thickness
CN112935528B (en) * 2021-01-29 2023-05-23 西安工业大学 Method and device for high-quality cutting of wafer with larger thickness
CN116053934A (en) * 2023-03-28 2023-05-02 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司 Laser fast and slow axis collimation method and device
CN116053934B (en) * 2023-03-28 2023-08-22 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司 Laser fast and slow axis collimation method and device

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