JP2021190452A - Laser module and fiber laser device - Google Patents

Laser module and fiber laser device Download PDF

Info

Publication number
JP2021190452A
JP2021190452A JP2020091096A JP2020091096A JP2021190452A JP 2021190452 A JP2021190452 A JP 2021190452A JP 2020091096 A JP2020091096 A JP 2020091096A JP 2020091096 A JP2020091096 A JP 2020091096A JP 2021190452 A JP2021190452 A JP 2021190452A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
wavelength stabilizing
wavelength
stabilizing element
laser beam
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.)
Granted
Application number
JP2020091096A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7381404B2 (en
Inventor
正裕 内山
Masahiro Uchiyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP2020091096A priority Critical patent/JP7381404B2/en
Publication of JP2021190452A publication Critical patent/JP2021190452A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7381404B2 publication Critical patent/JP7381404B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

To provide a laser module that can stably output laser light with a narrowed wavelength.SOLUTION: A laser module includes ah optical fiber, a semiconductor laser element 24 that emits a laser beam L from the emission end surface 124B, and a condensing lens that condenses and couples the laser beam to the optical fiber, and wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C having reflective surfaces 140A, 140B, and 140C located on the optical path of the laser beam. The reflective surface 140A of the wavelength stabilizing element 40A is arranged at an angle θ1 (=0) with respect to the reference direction D, and the reflecting surface 140B of the wavelength stabilizing element 40B is arranged at an angle θ2 (>θ1) with respect to the reference direction D. -θH≤θ1≤θH, and θ2-θ1≤2θH are satisfied.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、レーザモジュール及びファイバレーザ装置に係り、特に複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光して出力するレーザモジュールに関するものである。 The present invention relates to a laser module and a fiber laser apparatus, and more particularly to a laser module that condenses and outputs laser light emitted from a plurality of semiconductor laser elements.

従来から、複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光し、高パワーのレーザ光を出力するレーザモジュールが知られている。このようなレーザモジュールに用いられる半導体レーザ素子の発振波長は、製造上のばらつきによって変動し、また温度依存性を有することから、所望の波長のレーザ光を安定して出力するためには、それぞれの半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長を特定の波長に狭帯域化する必要がある。複数の半導体レーザ素子のレーザ光の波長を狭帯域化する方法の1つとして、所定の格子間隔で屈折率が周期的に変化するVolume Bragg Grating(VBG)と呼ばれる波長安定化素子を用いて、波長安定化素子の反射面と半導体レーザ素子の出射端面との間で外部共振器を形成して特定の波長を選択的に反射させる方法が知られている(例えば、特許文献1の図14A参照)。 Conventionally, a laser module that collects laser light emitted from a plurality of semiconductor laser elements and outputs a high-power laser light has been known. Since the oscillation wavelength of the semiconductor laser element used in such a laser module fluctuates due to manufacturing variations and has temperature dependence, in order to stably output laser light of a desired wavelength, each of them is used. It is necessary to narrow the wavelength of the laser beam output from the semiconductor laser element of the above to a specific wavelength. As one of the methods for narrowing the wavelength of the laser light of a plurality of semiconductor laser elements, a wavelength stabilizing element called Volume Bragg Grating (VBG) whose refractive index changes periodically at a predetermined lattice interval is used. A method is known in which an external resonator is formed between a reflecting surface of a wavelength stabilizing element and an emitting end surface of a semiconductor laser element to selectively reflect a specific wavelength (see, for example, FIG. 14A of Patent Document 1). ).

このような波長安定化素子を用いた従来のレーザモジュールにおいては、例えばレーザ光の光路を転換するためのミラーなどの光学部品が樹脂によって筐体に固定されているが、波長安定化素子の調心が完了した後に、これらの樹脂が温度変化などによって膨張収縮することがある。そのような場合には、樹脂によって固定されている光学部品の位置や角度が変化し、波長安定化素子に入射するレーザ光の光路がずれてしまうことが考えられる。このような波長安定化素子に入射するレーザ光の光路のずれが、波長安定化素子の反射面と半導体レーザ素子の出射端面との間で外部共振器を形成できる許容範囲を超えてしまうと、波長安定化素子によってレーザ光の波長を狭帯域化することができなくなってしまう。 In a conventional laser module using such a wavelength stabilizing element, an optical component such as a mirror for converting an optical path of a laser beam is fixed to a housing by a resin, but the wavelength stabilizing element is adjusted. After the heart is completed, these resins may expand and contract due to temperature changes and the like. In such a case, it is conceivable that the position and angle of the optical component fixed by the resin will change, and the optical path of the laser beam incident on the wavelength stabilizing element will shift. When the deviation of the optical path of the laser beam incident on the wavelength stabilizing element exceeds the allowable range in which an external resonator can be formed between the reflecting surface of the wavelength stabilizing element and the emitting end surface of the semiconductor laser element, The wavelength stabilizing element makes it impossible to narrow the wavelength of the laser beam.

米国特許出願公開第2016/0172823号公報U.S. Patent Application Publication No. 2016/0172823

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、波長が狭帯域化されたレーザ光を安定的に出力することができるレーザモジュールを提供することを第1の目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and the first object of the present invention is to provide a laser module capable of stably outputting a laser beam having a narrowed wavelength band. do.

また、本発明は、安定してレーザ光を増幅することができるファイバレーザ装置を提供することを第2の目的とする。 A second object of the present invention is to provide a fiber laser apparatus capable of stably amplifying a laser beam.

本発明の第1の態様によれば、波長が狭帯域化されたレーザ光を安定的に出力することができるレーザモジュールが提供される。このレーザモジュールは、光ファイバと、出射端面からレーザ光を出射する少なくとも1つの半導体レーザ素子と、上記レーザ光を集光して上記光ファイバに結合させる少なくとも1つの集光レンズと、上記レーザ光の光路上に位置する反射面を有する少なくとも2つの波長安定化素子とを備える。上記少なくとも2つの波長安定化素子は、上記反射面が上記レーザ光の光軸に垂直な基準方向に対して−θHから+θHまでの範囲内の角度で配置されたときに上記反射面と上記少なくとも1つの半導体レーザ素子の上記出射端面との間で外部共振器を形成して上記レーザ光の波長を特定の波長に狭帯域化できるように構成される。上記少なくとも2つの波長安定化素子は、上記反射面が上記基準方向に対して角度θ1で配置される第1の波長安定化素子と、上記反射面が上記基準方向に対して上記角度θ1よりも大きな角度θ2で配置される第2の波長安定化素子とを含んでいる。θ1及びθ2の少なくとも一方が−θHから+θHまでの範囲にあり、θ2−θ1≦2θHである。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a laser module capable of stably outputting a laser beam having a narrowed wavelength band. This laser module includes an optical fiber, at least one semiconductor laser element that emits laser light from an emission end face, at least one condenser lens that collects the laser light and couples it to the optical fiber, and the laser light. It comprises at least two wavelength stabilizing elements having a reflective surface located on the optical path of. The at least two wavelength stabilizing elements are arranged with the reflecting surface when the reflecting surface is arranged at an angle within the range of −θ H to + θ H with respect to the reference direction perpendicular to the optical axis of the laser beam. An external resonator is formed between the emission end face of the at least one semiconductor laser element and the wavelength of the laser light is narrowed to a specific wavelength. The at least two wavelength stabilizing elements include a first wavelength stabilizing element in which the reflecting surface is arranged at an angle θ 1 with respect to the reference direction, and the reflecting surface having the reflecting surface at an angle θ 1 with respect to the reference direction. It includes a second wavelength stabilizing element arranged at a larger angle θ 2. At least one of θ 1 and θ 2 is in the range from −θ H to + θ H , and θ 2 −θ 1 ≦ 2θ H.

本明細書においては、「XからYまでの範囲」というときは、Xの値及びYの値の双方を含む範囲を意味するものとする。 In the present specification, the term "range from X to Y" means a range including both the value of X and the value of Y.

本発明の第2の態様によれば、安定してレーザ光を増幅することができるファイバレーザ装置が提供される。上記ファイバレーザ装置は、上述したレーザモジュールを含む励起光源と、上記レーザモジュールの上記光ファイバと光学的に接続され、希土類元素イオンが添加されたコアを有する増幅用光ファイバとを備える。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a fiber laser apparatus capable of stably amplifying a laser beam. The fiber laser apparatus includes an excitation light source including the above-mentioned laser module, and an amplification optical fiber having a core optically connected to the above-mentioned optical fiber of the above-mentioned laser module and to which rare earth element ions are added.

本発明の一態様によれば、波長が狭帯域化されたレーザ光を安定的に出力することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to stably output a laser beam having a narrowed wavelength band.

図1は、本発明の第1の実施形態におけるファイバレーザ装置の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a fiber laser device according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示すファイバレーザ装置における励起光源として用いられるレーザモジュールを模式的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing a laser module used as an excitation light source in the fiber laser apparatus shown in FIG. 図3は、図2のA−A線断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 図4Aは、図2のレーザモジュールにおける波長安定化素子の作用を説明するための模式図である。FIG. 4A is a schematic diagram for explaining the operation of the wavelength stabilizing element in the laser module of FIG. 図4Bは、図2のレーザモジュールにおける波長安定化素子の作用を説明するための模式図である。FIG. 4B is a schematic diagram for explaining the operation of the wavelength stabilizing element in the laser module of FIG. 図5は、図2のレーザモジュールにおける波長安定化素子の配置を説明する模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the arrangement of wavelength stabilizing elements in the laser module of FIG. 図6は、図2のレーザモジュールにおいてレーザ光の光路が変化した場合の波長安定化素子の作用を説明する模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the operation of the wavelength stabilizing element when the optical path of the laser beam changes in the laser module of FIG. 図7は、図2のレーザモジュールにおける波長安定化素子の有効角度範囲の一例を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of an effective angle range of the wavelength stabilizing element in the laser module of FIG. 2. 図8は、図2のレーザモジュールにおける波長安定化素子の有効角度範囲の他の例を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing another example of the effective angle range of the wavelength stabilizing element in the laser module of FIG. 図9は、本発明の第2の実施形態におけるレーザモジュールを模式的に示す平面図である。FIG. 9 is a plan view schematically showing the laser module according to the second embodiment of the present invention.

以下、本発明に係るレーザモジュール及びファイバレーザ装置の実施形態について図1から図9を参照して詳細に説明する。図1から図9において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図1から図9においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。以下の説明では、特に言及がない場合には、「第1」や「第2」などの用語は、構成要素を互いに区別するために使用されているだけであり、特定の順位や順番を表すものではない。 Hereinafter, embodiments of the laser module and the fiber laser apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9. In FIGS. 1 to 9, the same or corresponding components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, in FIGS. 1 to 9, the scale and dimensions of each component may be exaggerated or some components may be omitted. In the following description, unless otherwise noted, terms such as "first" and "second" are only used to distinguish the components from each other and represent a particular order or order. It's not a thing.

図1は、本発明の第1の実施形態におけるファイバレーザ装置1の構成を模式的に示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置1は、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバ2を含む光共振器3と、光共振器3の一端側(前方)から光共振器3に励起光を供給する複数の前方励起光源4Aと、光共振器3の他端側(後方)から光共振器3に励起光を供給する複数の後方励起光源4Bと、複数の前方励起光源4Aから出力される励起光を結合して光共振器3に導入する前方光コンバイナ5Aと、複数の後方励起光源4Bから出力される励起光を結合して光共振器3に導入する後方光コンバイナ5Bと、後方光コンバイナ5Bから延びるデリバリファイバ6と、デリバリファイバ6の下流側の端部に設けられたレーザ出力部7とを備えている。それぞれの前方励起光源4Aと前方光コンバイナ5Aとは光ファイバ8Aで接続され、それぞれの後方励起光源4Bと後方光コンバイナ5Bとは光ファイバ8Bで接続されている。 FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the fiber laser apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the fiber laser apparatus 1 of the present embodiment includes an optical resonator 3 including an amplification optical fiber 2 capable of amplifying a laser beam, and an optical resonator from one end side (front) of the optical resonator 3. A plurality of front excitation light sources 4A that supply excitation light to 3, a plurality of rear excitation light sources 4B that supply excitation light to the optical resonator 3 from the other end side (rear) of the optical resonator 3, and a plurality of front excitation light sources. A front light combiner 5A that combines the excitation light output from 4A and introduces it into the optical resonator 3, and a rear light combiner that combines the excitation light output from a plurality of rear excitation light sources 4B and introduces it into the optical resonator 3. It includes a delivery fiber 6 extending from the rear light combiner 5B, and a laser output unit 7 provided at the downstream end of the delivery fiber 6. The front excitation light source 4A and the front optical combiner 5A are connected by an optical fiber 8A, and the rear excitation light source 4B and the rear optical combiner 5B are connected by an optical fiber 8B.

光共振器3の増幅用光ファイバ2は、例えばイッテルビウム(Yb)やエルビウム(Er)、ツリウム(Tr)、ネオジム(Nd)などの希土類元素イオンが添加されたコアを有しており、例えば、コアの周囲に形成された内側クラッドと、内側クラッドの周囲に形成された外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバによって構成される。 The amplification optical fiber 2 of the optical resonator 3 has a core to which rare earth element ions such as ytterbium (Yb), erbium (Er), thulium (Tr), and neodym (Nd) are added, for example. It is composed of a double clad fiber having an inner clad formed around the core and an outer clad formed around the inner clad.

光共振器3は、所定の波長帯(例えば1060nm〜1100nm)の光を高い反射率で反射する高反射部9Aと、この波長帯の光を高反射部9Aよりも低い反射率で反射する低反射部9Bとを含んでいる。高反射部9A及び低反射部9Bは、例えば、光の伝搬方向に沿って周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成したファイバブラッググレーティング(FBG)やミラーにより構成される。図1に示す例では、高反射部9A及び低反射部9Bをファイバブラッググレーティングにより構成している。 The optical resonator 3 has a high reflection unit 9A that reflects light in a predetermined wavelength band (for example, 1060 nm to 1100 nm) with a high reflectance, and a low reflection unit 9A that reflects light in this wavelength band with a lower reflectance than the high reflection unit 9A. It includes a reflecting portion 9B. The high reflection unit 9A and the low reflection unit 9B are composed of, for example, a fiber Bragg grating (FBG) or a mirror formed by periodically changing the refractive index of the optical fiber along the light propagation direction. In the example shown in FIG. 1, the high reflection portion 9A and the low reflection portion 9B are configured by a fiber Bragg grating.

励起光源4A,4Bに接続される光ファイバ8A,8Bは、それぞれコアと、コアの周囲を覆い、コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドとを有しており、これらの光ファイバ8A,8Bのコアの内部には、励起光源4A,4Bで生成された励起光が伝搬する光導波路が形成される。 The optical fibers 8A and 8B connected to the excitation light sources 4A and 4B each have a core and a cladding that surrounds the core and has a refractive index lower than that of the core, and these optical fibers 8A have a refractive index lower than that of the core. Inside the core of, 8B, an optical waveguide is formed in which the excitation light generated by the excitation light sources 4A and 4B propagates.

励起光源4A,4Bとしては、例えば波長975nmのレーザ光を出射可能な高出力マルチモード半導体レーザ素子を含むレーザモジュールが用いられる。このレーザモジュールの詳細については後述する。それぞれの前方励起光源4Aで生成された励起光は、光ファイバ8Aのコアを伝搬して前方光コンバイナ5Aに向かい、前方光コンバイナ5Aで結合されて光共振器3に導入される。また、それぞれの後方励起光源4Bで生成された励起光は、光ファイバ8Bのコアを伝搬して後方光コンバイナ5Bに向かい、後方光コンバイナ5Bで結合されて光共振器3に導入される。なお、前方励起光源4Aで生成される励起光の波長と後方励起光源4Bで生成される励起光の波長は同一であってもよいし、異なっていてもよい。 As the excitation light sources 4A and 4B, for example, a laser module including a high-power multimode semiconductor laser element capable of emitting a laser beam having a wavelength of 975 nm is used. Details of this laser module will be described later. The excitation light generated by each of the forward excitation light sources 4A propagates through the core of the optical fiber 8A toward the forward optical combiner 5A, is coupled by the forward optical combiner 5A, and is introduced into the optical resonator 3. Further, the excitation light generated by each of the rearward excitation light sources 4B propagates through the core of the optical fiber 8B toward the rear light combiner 5B, is coupled by the rear light combiner 5B, and is introduced into the optical resonator 3. The wavelength of the excitation light generated by the front excitation light source 4A and the wavelength of the excitation light generated by the rear excitation light source 4B may be the same or different.

励起光源4A,4Bからそれぞれ光コンバイナ5A,5Bを介して光共振器3に導入された励起光は、増幅用光ファイバ2の内側クラッド及びコアの内部を伝搬する。この励起光は、コアを通過する際にコアに添加された希土類元素イオンに吸収され、この希土類元素イオンが励起されて自然放出光が生じる。この自然放出光が高反射部9Aと低反射部9Bとの間で再帰的に反射され、特定の波長(例えば1070nm)の光が増幅されてレーザ発振が生じる。このように光共振器3で増幅されたレーザ光は、増幅用光ファイバ2のコアの内部を伝搬し、その一部が低反射部9Bを透過する。低反射部9Bを透過したレーザ光は、後方光コンバイナ5Bからデリバリファイバ6のコアに導入され、デリバリファイバ6のコアを伝搬して、図1に示すように、レーザ出力部7から出力レーザ光Pとして例えば加工対象物に向けて出射される。 The excitation light introduced into the optical resonator 3 from the excitation light sources 4A and 4B via the optical combiners 5A and 5B propagates inside the inner clad and the core of the amplification optical fiber 2. This excitation light is absorbed by the rare earth element ions added to the core as it passes through the core, and the rare earth element ions are excited to generate spontaneous emission light. This naturally emitted light is recursively reflected between the high reflection portion 9A and the low reflection portion 9B, and light having a specific wavelength (for example, 1070 nm) is amplified to generate laser oscillation. The laser light amplified by the optical resonator 3 propagates inside the core of the amplification optical fiber 2, and a part thereof passes through the low reflection portion 9B. The laser light transmitted through the low reflection section 9B is introduced into the core of the delivery fiber 6 from the rear light combiner 5B, propagates through the core of the delivery fiber 6, and is an output laser beam from the laser output section 7 as shown in FIG. As P, for example, it is emitted toward an object to be processed.

次に、上述した励起光源4A,4Bにおいて用いられるレーザモジュールについて詳細に説明する。図2は、励起光源4A,4Bにおいて用いられるレーザモジュール10を模式的に示す平面図、図3は、図2のA−A線断面図である。図2及び図3においては、レーザ光の光路を点線で示している。本実施形態におけるレーザモジュール10は、筐体12と、筐体12の内部に配置されたレーザ生成部20と、筐体12の外部から内部に延びる光ファイバ14と、光ファイバ14を保持する円筒状のファイバ保持部16とを含んでいる。筐体12の上部には図示しない蓋体が配置されており、この蓋体により筐体12の内部空間が封止される。筐体12は、熱伝導性に優れた銅などの金属から形成されており、筐体12の底面12A及び内側側面12Bには、金めっき膜やアルミニウム膜などの反射率の高い金属薄膜が形成されている。 Next, the laser module used in the above-mentioned excitation light sources 4A and 4B will be described in detail. FIG. 2 is a plan view schematically showing the laser module 10 used in the excitation light sources 4A and 4B, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of FIG. In FIGS. 2 and 3, the optical path of the laser beam is shown by a dotted line. The laser module 10 in the present embodiment has a housing 12, a laser generation unit 20 arranged inside the housing 12, an optical fiber 14 extending from the outside to the inside of the housing 12, and a cylinder holding the optical fiber 14. It includes a fiber holding portion 16 in the shape of a fiber. A lid (not shown) is arranged on the upper part of the housing 12, and the internal space of the housing 12 is sealed by the lid. The housing 12 is made of a metal such as copper having excellent thermal conductivity, and a metal thin film having high reflectance such as a gold-plated film or an aluminum film is formed on the bottom surface 12A and the inner side surface 12B of the housing 12. Has been done.

レーザ生成部20は、階段状の台座21を含んでおり、この台座21は、Z方向の高さが異なる6つの段部22A〜22Fを有している。本実施形態では、1段目の段部22Aから−X方向に向かって次第に高くなるように段部22A〜22Fが形成されている。それぞれの段部22A〜22Fにはサブマウント23が配置されており、それぞれのサブマウント23上には、+Y方向にレーザ光Lを出射する半導体レーザ素子24が載置されている。 The laser generation unit 20 includes a stepped pedestal 21, and the pedestal 21 has six stepped portions 22A to 22F having different heights in the Z direction. In the present embodiment, the step portions 22A to 22F are formed so as to gradually increase from the first step portion 22A in the −X direction. Submounts 23 are arranged on the respective step portions 22A to 22F, and a semiconductor laser element 24 that emits a laser beam L in the + Y direction is mounted on each of the submounts 23.

また、台座21のそれぞれの段部22A〜22Fには、半導体レーザ素子24に対応して、半導体レーザ素子24から出射されたレーザ光Lをファースト軸方向にコリメートするファースト軸コリメートレンズ25と、ファースト軸コリメートレンズ25を透過したレーザ光Lをスロー軸方向にコリメートするスロー軸コリメートレンズ26と、スロー軸コリメートレンズ26を透過したレーザ光Lを反射するミラー27とが配置されている。 Further, on each of the step portions 22A to 22F of the pedestal 21, a first axis collimating lens 25 corresponding to the semiconductor laser element 24 and collimating the laser beam L emitted from the semiconductor laser element 24 in the first axis direction and a first A slow axis collimating lens 26 that collimates the laser beam L transmitted through the axial collimating lens 25 in the slow axis direction and a mirror 27 that reflects the laser beam L transmitted through the slow axis collimating lens 26 are arranged.

ミラー27は、Y方向に対して45度傾斜した傾斜面を有しており、この傾斜面には、誘電体多層膜や金属薄膜などによって、レーザ光Lの波長帯域の光を反射する特性を有する光学薄膜が形成されている。これにより、スロー軸コリメートレンズ26を透過したレーザ光Lは、ミラー27の光学薄膜で反射され、伝搬方向が90度転換されて+X方向に伝搬する。 The mirror 27 has an inclined surface inclined by 45 degrees with respect to the Y direction, and the inclined surface has a characteristic of reflecting light in the wavelength band of the laser beam L by a dielectric multilayer film, a metal thin film, or the like. The optical thin film to have is formed. As a result, the laser beam L transmitted through the slow axis collimating lens 26 is reflected by the optical thin film of the mirror 27, the propagation direction is changed by 90 degrees, and the laser beam L propagates in the + X direction.

レーザモジュール10は、レーザ生成部20の+X方向側に配置された3つの波長安定化素子40A,40B,40Cと、波長安定化素子40Cの+X方向側に配置されたファースト軸集光レンズ51と、ファースト軸集光レンズ51の+X方向側に配置されたスロー軸集光レンズ52とを備えている。波長安定化素子40A,40B,40C及び集光レンズ51,52は、筐体12の内部に延びる光ファイバ14の端面14Aとレーザ生成部20との間でそれぞれ筐体12の底面12Aに固定されている。 The laser module 10 includes three wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C arranged on the + X direction side of the laser generation unit 20, and a first-axis condensing lens 51 arranged on the + X direction side of the wavelength stabilizing element 40C. The slow-axis condensing lens 52 arranged on the + X-direction side of the fast-axis condensing lens 51 is provided. The wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C and the condenser lenses 51, 52 are fixed to the bottom surface 12A of the housing 12 between the end face 14A of the optical fiber 14 extending inside the housing 12 and the laser generation unit 20, respectively. ing.

半導体レーザ素子24のレーザ発振波長は、製造上のばらつきによって変動し、また温度依存性を有することから、本実施形態では、波長安定化素子40A,40B,40Cを用いてレーザモジュール10から出力されるレーザ光の波長を安定化させている。より具体的には、本実施形態の波長安定化素子40A,40B,40Cは、所定の格子間隔で周期的に屈折率を変化させたVolume Bragg Grating(VBG)により構成されており、狭帯域化された特定の波長(例えば975nm)のレーザ光を出力するように構成されている。これらの波長安定化素子40A,40B,40Cの詳細については後述する。 Since the laser oscillation wavelength of the semiconductor laser element 24 fluctuates due to manufacturing variations and has temperature dependence, in the present embodiment, the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C are used to output the laser module 10. The wavelength of the laser beam is stabilized. More specifically, the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C of the present embodiment are composed of a Volume Bragg Grating (VBG) whose refractive index is periodically changed at a predetermined grating interval to narrow the band. It is configured to output a laser beam of a specific wavelength (eg, 975 nm). Details of these wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C will be described later.

ファースト軸集光レンズ51は、波長安定化素子40A,40B,40Cから出力されるレーザ光をファースト軸方向に集光して光ファイバ14の端面14Aに結合させるものであり、スロー軸集光レンズ52は、波長安定化素子40A,40B,40Cから出力されるレーザ光をスロー軸方向に集光して光ファイバ14の端面14Aに結合させるものである。 The first-axis condensing lens 51 collects the laser light output from the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C in the first-axis direction and couples it to the end face 14A of the optical fiber 14, and is a slow-axis condensing lens. In 52, the laser light output from the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C is collected in the slow axis direction and coupled to the end face 14A of the optical fiber 14.

このような構成において、レーザ生成部20のそれぞれの半導体レーザ素子24から+Y方向に出射されたレーザ光Lは、ファースト軸コリメートレンズ25及びスロー軸コリメートレンズ26によりそれぞれファースト軸方向及びスロー軸方向にコリメートされ、ミラー27により90度方向転換されて+X方向に伝搬する。ミラー27により反射されたレーザ光Lは、波長安定化素子40A,40B,40Cによって波長が狭帯域化されたレーザ光となる。これらの波長が狭帯域化されたレーザ光は、ファースト軸集光レンズ51によってファースト軸(Z方向)に集光され、さらにスロー軸集光レンズ52によってスロー軸(Y方向)に集光される。これによって、複数の半導体レーザ素子24から出射されたレーザ光Lが光ファイバ14の端面14Aに光学的に結合され、励起光としてレーザモジュール10から上述したファイバレーザ装置1の光共振器3(図1参照)に出力される。 In such a configuration, the laser beam L emitted in the + Y direction from each of the semiconductor laser elements 24 of the laser generation unit 20 is emitted in the fast axis direction and the slow axis direction by the fast axis collimating lens 25 and the slow axis collimating lens 26, respectively. It is collimated, turned 90 degrees by the mirror 27, and propagates in the + X direction. The laser beam L reflected by the mirror 27 becomes a laser beam whose wavelength is narrowed by the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C. The laser light having a narrowed band of these wavelengths is focused in the fast axis (Z direction) by the fast axis condensing lens 51, and further condensed in the slow axis (Y direction) by the slow axis condensing lens 52. .. As a result, the laser light L emitted from the plurality of semiconductor laser elements 24 is optically coupled to the end face 14A of the optical fiber 14, and the optical resonator 3 of the fiber laser device 1 described above from the laser module 10 as the excitation light (FIG. 1) is output.

次に、上述した波長安定化素子40A,40B,40Cの詳細について説明する。図4A及び図4Bは、波長安定化素子40A,40B,40Cの作用を説明するための模式図である。図4A及び図4Bにおいては、理解を容易にするために、波長安定化素子40A,40B,40Cをまとめて符号40によって図示している。 Next, the details of the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C described above will be described. 4A and 4B are schematic views for explaining the operation of the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C. In FIGS. 4A and 4B, the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C are collectively illustrated by reference numeral 40 for ease of understanding.

図4Aに示すように、半導体レーザ素子24は、n型クラッド層とp型クラッド層で挟まれた活性層124を有している。この活性層124の高反射端面124Aと低反射端面124Bとの間で共振器が形成されており、この共振器によりレーザ発振されたレーザ光Lが低反射端面124B(出射端面)から出射されるようになっている。 As shown in FIG. 4A, the semiconductor laser device 24 has an active layer 124 sandwiched between an n-type clad layer and a p-type clad layer. A resonator is formed between the high reflection end face 124A and the low reflection end face 124B of the active layer 124, and the laser beam L laser-oscillated by this resonator is emitted from the low reflection end face 124B (emission end face). It has become like.

波長安定化素子40(40A,40B,40C)は、この半導体レーザ素子24から出射されるレーザ光Lの光路上に位置する反射面140(140A,140B,140C)を有している。波長安定化素子40は、この反射面140と半導体レーザ素子24の活性層124の出射端面124Bとの間で外部共振器を形成することで、狭帯域化された特定の波長(例えば975nm)のレーザ光を出力するものである。 The wavelength stabilizing element 40 (40A, 40B, 40C) has a reflecting surface 140 (140A, 140B, 140C) located on the optical path of the laser beam L emitted from the semiconductor laser element 24. The wavelength stabilizing element 40 has a specific wavelength (for example, 975 nm) narrowed by forming an external resonator between the reflecting surface 140 and the emission end surface 124B of the active layer 124 of the semiconductor laser element 24. It outputs laser light.

ここで、図4Bに示すように、波長安定化素子40の反射面140がレーザ光Lの光軸に垂直な方向Dに対して傾斜している場合であっても、反射面140で反射したレーザ光Rが半導体レーザ素子24の活性層124の出射端面124Bに到達して反射面140と半導体レーザ素子24の活性層124の出射端面124Bとの間で外部共振器を形成できるのであれば、レーザ光Lの波長を波長安定化素子40によって狭帯域化することが可能である。本実施形態における波長安定化素子40(40A,40B,40C)は、反射面140とレーザ光Lの光軸に垂直な方向D(基準方向)とのなす角度が−θHから+θHまでの範囲内であれば、反射面140と半導体レーザ素子24の出射端面124Bとの間で外部共振器を形成してレーザ光の波長を狭帯域化することができるように構成されている。以下、波長安定化素子40が半導体レーザ素子24の活性層124の出射端面124Bとの間で外部共振器を形成できるような、レーザ光Lの光軸に垂直な方向Dに対する反射面140の角度の範囲を波長安定化素子40の「有効角度範囲」ということとする。 Here, as shown in FIG. 4B, even when the reflecting surface 140 of the wavelength stabilizing element 40 is inclined with respect to the direction D perpendicular to the optical axis of the laser beam L, it is reflected by the reflecting surface 140. If the laser beam R can reach the emission end surface 124B of the active layer 124 of the semiconductor laser element 24 and form an external resonator between the reflection surface 140 and the emission end surface 124B of the active layer 124 of the semiconductor laser element 24, The wavelength of the laser beam L can be narrowed by the wavelength stabilizing element 40. The wavelength stabilizing element 40 (40A, 40B, 40C) in the present embodiment has an angle formed by the reflection surface 140 and the direction D (reference direction) perpendicular to the optical axis of the laser beam L from −θ H to + θ H. If it is within the range, an external resonator is formed between the reflection surface 140 and the emission end surface 124B of the semiconductor laser element 24 so that the wavelength of the laser light can be narrowed. Hereinafter, the angle of the reflecting surface 140 with respect to the direction D perpendicular to the optical axis of the laser beam L so that the wavelength stabilizing element 40 can form an external resonator with the emitting end surface 124B of the active layer 124 of the semiconductor laser element 24. The range of is referred to as the "effective angle range" of the wavelength stabilizing element 40.

図5は、本実施形態における波長安定化素子40A,40B,40Cの配置を説明する模式図である。以下では、半導体レーザ素子24から光ファイバ14に向かってレーザ光が伝搬する方向を「下流側」といい、それとは逆の方向を「上流側」ということとする。 FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the arrangement of the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C in the present embodiment. Hereinafter, the direction in which the laser beam propagates from the semiconductor laser element 24 toward the optical fiber 14 is referred to as “downstream side”, and the direction opposite to that is referred to as “upstream side”.

図5に示すように、ある半導体レーザ素子24から出射されるレーザ光Lの光路M上には、ミラー27、波長安定化素子40A、波長安定化素子40B、及び波長安定化素子40Cが下流に向かって順番に配置されている。本実施形態では、最も上流側に配置された波長安定化素子40A(第1の波長安定化素子)は、その反射面140Aがレーザ光Lの光軸に垂直な基準方向Dと平行となるように配置されている。すなわち、波長安定化素子40Aの反射面140Aが基準方向Dに対してなす角度θ1は0である。本実施形態では、この基準方向Dは、レーザ光Lのファースト軸に沿った方向(Z方向)である。 As shown in FIG. 5, a mirror 27, a wavelength stabilizing element 40A, a wavelength stabilizing element 40B, and a wavelength stabilizing element 40C are downstream on the optical path M of the laser beam L emitted from a certain semiconductor laser element 24. They are arranged in order toward each other. In the present embodiment, the wavelength stabilizing element 40A (first wavelength stabilizing element) arranged on the most upstream side has its reflection surface 140A parallel to the reference direction D perpendicular to the optical axis of the laser beam L. Is located in. That is, the angle θ 1 formed by the reflecting surface 140A of the wavelength stabilizing element 40A with respect to the reference direction D is 0. In the present embodiment, the reference direction D is a direction (Z direction) along the first axis of the laser beam L.

波長安定化素子40Aの下流側に配置された波長安定化素子40B(第2の波長安定化素子)は、その反射面140Bが基準方向Dに対して角度θ2をなすように配置されている。また、最も下流側に配置された波長安定化素子40C(第3の波長安定化素子)は、その反射面140Cが基準方向Dに対して角度θ3をなすように配置されている。 The wavelength stabilizing element 40B (second wavelength stabilizing element) arranged on the downstream side of the wavelength stabilizing element 40A is arranged so that the reflecting surface 140B forms an angle θ 2 with respect to the reference direction D. .. Further, the wavelength stabilizing element 40C (third wavelength stabilizing element) arranged on the most downstream side is arranged so that the reflecting surface 140C forms an angle θ 3 with respect to the reference direction D.

ここで、θ2は、θ1よりも大きく、本実施形態では正の値である(θ2>θ1=0)。θ3は、θ1よりも小さく、本実施形態では負の値である(θ3<θ1=0)。また、本実施形態では、θ2≦2θH、θ3≧−2θHとなっている。 Here, θ 2 is larger than θ 1 and is a positive value in this embodiment (θ 2 > θ 1 = 0). θ 3 is smaller than θ 1 and is a negative value in this embodiment (θ 31 = 0). Further, in the present embodiment, θ 2 ≤ 2 θ H and θ 3 ≥ -2 θ H.

例えば、波長安定化素子40A,40B,40Cの上流側に位置するミラー27を固定している樹脂(図示せず)が温度変化などにより膨張収縮した場合、ミラー27の位置や角度が変化し、図6に示すように、ミラー27で反射されたレーザ光L’の光路M’が本来のレーザ光Lの光路M(図5参照)に対して角度αだけずれることが考えられる。以下、ミラー27で反射したレーザ光L’の光路M’が本来のレーザ光Lの光路Mに対してずれる角度をレーザ光L’の「変位角度」ということとする。 For example, when the resin (not shown) fixing the mirror 27 located on the upstream side of the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C expands and contracts due to a temperature change or the like, the position and angle of the mirror 27 change. As shown in FIG. 6, it is conceivable that the optical path M'of the laser beam L'reflected by the mirror 27 deviates from the optical path M (see FIG. 5) of the original laser beam L by an angle α. Hereinafter, the angle at which the optical path M'of the laser beam L'reflected by the mirror 27 deviates from the optical path M of the original laser beam L is referred to as the "displacement angle" of the laser beam L'.

このレーザ光L’の変位角度αが上述した波長安定化素子40Aの有効角度範囲内、すなわち−θHから+θHまでの範囲内にあれば、波長安定化素子40Aの反射面140Aと半導体レーザ素子24の出射端面124Bとの間で外部共振器を形成することができるため、波長安定化素子40Aによりレーザ光L’の波長を狭帯域化することができる。しかしながら、レーザ光L’の変位角度αが波長安定化素子40Aの有効角度範囲を超えると、図6に示すように、波長安定化素子40Aの反射面140Aと半導体レーザ素子24の出射端面124Bとの間で外部共振器を形成できなくなってしまう。すなわち、波長安定化素子40Aは、その有効角度範囲(−θHから+θHまでの範囲)内の変位角度αのレーザ光L’に対してはその波長を狭帯域化することができるが、−θHより小さい変位角度αや+θHよりも大きい変位角度αのレーザ光L’の波長は狭帯域化することができない。 If the displacement angle α of the laser beam L'is within the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40A described above, that is, within the range from −θ H to + θ H , the reflecting surface 140A of the wavelength stabilizing element 40A and the semiconductor laser. Since an external resonator can be formed between the element 24 and the emission end surface 124B, the wavelength of the laser beam L'can be narrowed by the wavelength stabilizing element 40A. However, when the displacement angle α of the laser beam L'exceeds the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40A, as shown in FIG. 6, the reflecting surface 140A of the wavelength stabilizing element 40A and the emitting end surface 124B of the semiconductor laser element 24 It becomes impossible to form an external resonator between them. That is, the wavelength stabilizing element 40A can narrow the wavelength of the laser beam L'with a displacement angle α within the effective angle range (range from −θ H to + θ H). The wavelength of the laser beam L'with a displacement angle α smaller than −θ H and a displacement angle α larger than + θ H cannot be narrowed.

一方、本実施形態では、波長安定化素子40Bの反射面140Bが本来のレーザ光Lの光軸に垂直な基準方向Dに対して角度θ2をなすように配置されているため、波長安定化素子40Bの有効角度範囲は(θ2−θH)から(θ2+θH)までの範囲となる。ここで、2θH≧θ2>θ1=0であるため、レーザ光L’の変位角度αが、波長安定化素子40Aの有効角度範囲よりも大きくなっても(すなわちθHよりも大きくなっても)、波長安定化素子40Bの有効角度範囲内であれば(すなわち(θ2+θH)以下であれば)、図6に示すように、波長安定化素子40Bの反射面140Bと半導体レーザ素子24の出射端面124Bとの間で外部共振器を形成し、レーザ光L’の波長を狭帯域化することができる。 On the other hand, in the present embodiment, since the reflection surface 140B of the wavelength stabilizing element 40B is arranged so as to form an angle θ 2 with respect to the reference direction D perpendicular to the optical axis of the original laser beam L, the wavelength is stabilized. The effective angle range of the element 40B is a range from (θ 2 − θ H ) to (θ 2 + θ H ). Here, since 2 θ H ≧ θ 2 > θ 1 = 0, even if the displacement angle α of the laser beam L'is larger than the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40A (that is, it becomes larger than θ H). However, if it is within the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40B (that is, if it is (θ 2 + θ H ) or less), as shown in FIG. 6, the reflecting surface 140B of the wavelength stabilizing element 40B and the semiconductor laser. An external resonator can be formed between the element 24 and the emission end surface 124B, and the wavelength of the laser beam L'can be narrowed.

同様に、波長安定化素子40Cの反射面140Cが本来のレーザ光Lの光軸に垂直な基準方向Dに対して角度θ3をなすように配置されているため、波長安定化素子40Cの有効角度範囲は(θ3−θH)から(θ3+θH)までの範囲となる。ここで、−2θH≦θ3<θ1=0であるため、レーザ光L’の変位角度αが、波長安定化素子40Aの有効角度範囲よりも小さくなっても(すなわち−θHよりも小さくなっても)、波長安定化素子40Bの有効角度範囲内であれば(すなわち(θ3−θH)以上であれば)、波長安定化素子40Cの反射面140Cと半導体レーザ素子24の出射端面124Bとの間で外部共振器を形成し、レーザ光L’の波長を狭帯域化することができる。 Similarly, since the reflection surface 140C of the wavelength stabilizing element 40C is arranged so as to form an angle θ 3 with respect to the reference direction D perpendicular to the optical axis of the original laser beam L, the wavelength stabilizing element 40C is effective. The angular range is from (θ 3 − θ H ) to (θ 3 + θ H ). Here, since -2θ H ≤ θ 31 = 0, even if the displacement angle α of the laser beam L'is smaller than the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40A (that is, than −θ H). If it is within the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40B (that is, if it is (that is, (θ 3 − θ H ) or more), the reflecting surface 140C of the wavelength stabilizing element 40C and the emission of the semiconductor laser element 24 are emitted. An external resonator can be formed with the end face 124B to narrow the wavelength of the laser beam L'.

図7は、このような波長安定化素子40A,40B,40Cの有効角度範囲の一例を示す模式図である。図7から分かるように、変位角度αが−θHから+θHまでの範囲にあるレーザ光L’の波長は波長安定化素子40Aによって狭帯域化され、変位角度αが+θHから(θ2+θH)までの範囲にあるレーザ光L’の波長は波長安定化素子40Bによって狭帯域化され、変位角度αが(θ3−θH)から−θHまでの範囲にあるレーザ光L’の波長は波長安定化素子40Cによって狭帯域化される。 FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the effective angle range of such wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C. As can be seen from FIG. 7, the wavelength of the laser beam L'where the displacement angle α is in the range of −θ H to + θ H is narrowed by the wavelength stabilizing element 40A, and the displacement angle α is from + θ H2). The wavelength of the laser beam L'in the range up to + θ H ) is narrowed by the wavelength stabilizing element 40B, and the displacement angle α is in the range from (θ 3 −θ H ) to −θ H. The wavelength of is narrowed by the wavelength stabilizing element 40C.

このように、1つの波長安定化素子40の有効角度範囲は−θHから+θHまでの範囲であるが、本実施形態では、上述したように、3つの波長安定化素子40A,40B,40Cの反射面140A,140B,140Cをレーザ光の光軸に対して異なる角度で配置することにより、波長安定化素子40A,40B,40C全体としての有効角度範囲を(θ3−θH)から(θ2+θH)までの範囲に広げることができる。したがって、本実施形態におけるレーザモジュール10は、波長が狭帯域化されたレーザ光を安定的に出力することができる。 As described above, the effective angle range of one wavelength stabilizing element 40 is a range from −θ H to + θ H , but in the present embodiment, as described above, the three wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C. By arranging the reflecting surfaces 140A, 140B, 140C at different angles with respect to the optical axis of the laser beam, the effective angle range of the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C as a whole can be changed from (θ 3 − θ H ) to (θ 3 − θ H). It can be expanded to the range of θ 2 + θ H). Therefore, the laser module 10 in the present embodiment can stably output the laser light having a narrowed wavelength band.

また、図1に示すファイバレーザ装置1は、このようなレーザモジュール10から出力されるレーザ光を励起光として用いるため、安定した波長の励起光が増幅用光ファイバ2に供給されるので、安定してレーザ光を増幅することができる。 Further, since the fiber laser apparatus 1 shown in FIG. 1 uses the laser light output from the laser module 10 as the excitation light, the excitation light having a stable wavelength is supplied to the amplification optical fiber 2 and is therefore stable. The laser beam can be amplified.

ここで、図8に示すように、θ1=0、θ2=2θH、θ3=−2θHとすれば、波長安定化素子40A,40B,40C全体としての有効角度範囲を最大にすることができる。このときの波長安定化素子40A,40B,40C全体としての有効角度範囲は−3θHから+3θHまでの範囲に及ぶ。 Here, as shown in FIG. 8, θ 1 = 0, θ 2 = 2θ H, if θ 3 = -2θ H, wavelength stabilization element 40A, 40B, the effective angular range of the entire 40C maximize be able to. At this time, the effective angle range of the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C as a whole ranges from -3θ H to + 3θ H.

一般に、半導体レーザ素子24の活性層124はファースト軸に沿った方向の方がスロー軸に沿った方向よりも短くなっている。このため、半導体レーザ素子24から出射されるレーザ光は、ファースト軸に沿った方向の方がスロー軸に沿った方向よりも波長安定化素子40の有効角度範囲から外れやすくなる。この観点から、本実施形態のように、上述した基準方向Dをレーザ光Lのファースト軸に沿った方向(Z方向)とすることが、基準方向Dをスロー軸に沿った方向とするよりも効果的である。 Generally, the active layer 124 of the semiconductor laser device 24 is shorter in the direction along the first axis than in the direction along the slow axis. Therefore, the laser beam emitted from the semiconductor laser element 24 is more likely to deviate from the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40 in the direction along the first axis than in the direction along the slow axis. From this point of view, as in the present embodiment, setting the above-mentioned reference direction D to the direction (Z direction) along the first axis of the laser beam L is better than setting the reference direction D to the direction along the slow axis. It is effective.

また、半導体レーザ素子24から出射されるレーザ光の光路上にある光学部品の影響により、その下流側にある波長安定化素子40の有効角度範囲が狭くなることが考えられるため、このような影響を低減するために、波長安定化素子40A,40B,40Cのうち、反射面140A,140B,140Cが基準方向Dに対してなす角度の絶対値が最も小さい波長安定化素子(本実施形態では、波長安定化素子40A)を最も上流側に配置することが好ましい。 Further, it is considered that the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40 on the downstream side thereof is narrowed due to the influence of the optical component on the optical path of the laser light emitted from the semiconductor laser element 24, and thus such an influence. Of the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C, the wavelength stabilizing element having the smallest absolute value of the angle formed by the reflecting surfaces 140A, 140B, 140C with respect to the reference direction D (in this embodiment, It is preferable to arrange the wavelength stabilizing element 40A) on the most upstream side.

上述した実施形態においては、波長安定化素子40Aの反射面140Aを基準方向Dと平行にして、反射面140Aが基準方向Dに対してなす角度θ1を0にしているが、角度θ1は必ずしも0である必要はなく、θ1を−θHから+θHまでの範囲の任意の値とすることができる。この場合において、上述した効果を得るためには、
θ3<θ1<θ2
θ2−θ1≦2θH
θ1−θ3≦2θH
が満たされていればよい。
In the above-described embodiment, the reflecting surface 140A of the wavelength stabilizing element 40A is parallel to the reference direction D, and the angle θ 1 formed by the reflecting surface 140A with respect to the reference direction D is set to 0, but the angle θ 1 is set to 0. It does not necessarily have to be 0, and θ 1 can be any value in the range from −θ H to + θ H. In this case, in order to obtain the above-mentioned effect,
θ 312
θ 2 −θ 1 ≤ 2θ H
θ 1 −θ 3 ≤ 2θ H
Should be satisfied.

また、上述した実施形態におけるレーザモジュール10は、3つの波長安定化素子40A,40B,40Cを備えているが、これらの波長安定化素子40A,40B,40Cのうち少なくとも2つを備えていればよい。例えば、レーザモジュール10が、波長安定化素子40Aと波長安定化素子40Bだけを備えていてもよい。この場合においても、波長安定化素子40A及び波長安定化素子40B全体の有効角度範囲を(θ1−θH)から(θ2+θH)までの範囲に広げることができる。 Further, although the laser module 10 in the above-described embodiment includes three wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C, if at least two of these wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C are provided. good. For example, the laser module 10 may include only the wavelength stabilizing element 40A and the wavelength stabilizing element 40B. Also in this case, the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40A and the wavelength stabilizing element 40B as a whole can be expanded from (θ 1 − θ H ) to (θ 2 + θ H).

また、レーザモジュール10が、波長安定化素子40Aと波長安定化素子40Bだけを備える実施形態においては、θ2を−θHから+θHの範囲の任意の値として、θ1をθ2−θ1≦2θHを満たす負の値とすることもできる。この場合にも、波長安定化素子40A及び波長安定化素子40B全体の有効角度範囲を(θ1−θH)から(θ2+θH)までの範囲に広げることができる。 Further, in the embodiment in which the laser module 10 includes only the wavelength stabilizing element 40A and the wavelength stabilizing element 40B, θ 2 is set to an arbitrary value in the range of −θ H to + θ H , and θ 1 is set to θ 2 −θ. It can also be a negative value that satisfies 1 ≦ 2θ H. Also in this case, the effective angle range of the wavelength stabilizing element 40A and the wavelength stabilizing element 40B as a whole can be expanded from (θ 1 − θ H ) to (θ 2 + θ H).

さらに、波長安定化素子40の個数を4つ以上にすることも可能である。それぞれの波長安定化素子40の反射面140を波長安定化素子40全体の有効角度範囲を拡大するように基準方向Dに対してずらして配置することにより、波長安定化素子40の個数を増やすことにより波長安定化素子40全体の有効角度範囲をさらに拡大することが可能である。 Further, it is possible to increase the number of wavelength stabilizing elements 40 to four or more. The number of wavelength stabilizing elements 40 is increased by arranging the reflecting surfaces 140 of each wavelength stabilizing element 40 so as to be offset with respect to the reference direction D so as to expand the effective angle range of the entire wavelength stabilizing element 40. This makes it possible to further expand the effective angle range of the entire wavelength stabilizing element 40.

上述した実施形態においては、波長安定化素子40A,40B,40Cがレーザ生成部20とファースト軸集光レンズ51との間に配置されているが、波長安定化素子40A,40B,40Cの位置はこれに限られるものではない。例えば、図9に示すレーザモジュール210においては、それぞれの半導体レーザ素子24に対応するファースト軸コリメートレンズ25とスロー軸コリメートレンズ26との間に波長安定化素子40A,40B,40Cが配置されている。この場合には、ファースト軸コリメートレンズ25を固定している樹脂の膨張収縮によってレーザ光Lの光路がずれたとしても、これらの波長安定化素子40A,40B,40Cによってレーザ光Lの波長を狭帯域化することが可能である。 In the above-described embodiment, the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C are arranged between the laser generation unit 20 and the first axis condensing lens 51, but the positions of the wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C are It is not limited to this. For example, in the laser module 210 shown in FIG. 9, wavelength stabilizing elements 40A, 40B, and 40C are arranged between the fast-axis collimating lens 25 and the slow-axis collimating lens 26 corresponding to the respective semiconductor laser elements 24. .. In this case, even if the optical path of the laser beam L shifts due to the expansion and contraction of the resin fixing the first axis collimating lens 25, the wavelength of the laser beam L is narrowed by these wavelength stabilizing elements 40A, 40B, 40C. It is possible to make a band.

上述の実施形態では、レーザ生成部20に複数の半導体レーザ素子が実装されているが、レーザ生成部20には少なくとも1つの半導体レーザ素子24が実装されていればよい。 In the above-described embodiment, a plurality of semiconductor laser elements are mounted on the laser generation unit 20, but at least one semiconductor laser element 24 may be mounted on the laser generation unit 20.

また、図1に示すファイバレーザ装置1は、光共振器3の高反射部9A側と低反射部9B側の双方に励起光源4A,4Bと光コンバイナ5A,5Bが設けられており、双方向励起型のファイバレーザ装置となっているが、高反射部9A側と低反射部9B側のいずれか一方にのみ励起光源と光コンバイナを設置することとしてもよい。 Further, the fiber laser apparatus 1 shown in FIG. 1 is provided with excitation light sources 4A and 4B and optical combiners 5A and 5B on both the high reflection portion 9A side and the low reflection portion 9B side of the optical resonator 3, and is bidirectional. Although it is an excitation type fiber laser apparatus, the excitation light source and the optical combiner may be installed only on either the high reflection portion 9A side or the low reflection portion 9B side.

また、ファイバレーザ装置としては、図1に示すような構成以外にも、シード光源からのシード光を励起光源からの励起光を用いて増幅するMOPAファイバレーザ装置が知られているが、上述したレーザモジュールはこのようなMOPAファイバレーザ装置の励起光源としても用いることも可能である。 Further, as the fiber laser device, in addition to the configuration as shown in FIG. 1, a MOPA fiber laser device that amplifies the seed light from the seed light source by using the excitation light from the excitation light source is known. The laser module can also be used as an excitation light source for such a MOPA fiber laser device.

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment and may be implemented in various different forms within the scope of the technical idea.

以上述べたように、本発明の第1の態様によれば、波長が狭帯域化されたレーザ光を安定的に出力することができるレーザモジュールが提供される。このレーザモジュールは、光ファイバと、出射端面からレーザ光を出射する少なくとも1つの半導体レーザ素子と、上記レーザ光を集光して上記光ファイバに結合させる少なくとも1つの集光レンズと、上記レーザ光の光路上に位置する反射面を有する少なくとも2つの波長安定化素子とを備える。上記少なくとも2つの波長安定化素子は、上記反射面が上記レーザ光の光軸に垂直な基準方向に対して−θHから+θHまでの範囲内の角度で配置されたときに上記反射面と上記少なくとも1つの半導体レーザ素子の上記出射端面との間で外部共振器を形成して上記レーザ光の波長を特定の波長に狭帯域化できるように構成される。上記少なくとも2つの波長安定化素子は、上記反射面が上記基準方向に対して角度θ1で配置される第1の波長安定化素子と、上記反射面が上記基準方向に対して上記角度θ1よりも大きな角度θ2で配置される第2の波長安定化素子とを含んでいる。θ1及びθ2の少なくとも一方が−θHから+θHまでの範囲にあり、θ2−θ1≦2θHである。 As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a laser module capable of stably outputting a laser beam having a narrowed wavelength band. This laser module includes an optical fiber, at least one semiconductor laser element that emits laser light from an emission end face, at least one condenser lens that collects the laser light and couples it to the optical fiber, and the laser light. It comprises at least two wavelength stabilizing elements having a reflective surface located on the optical path of. The at least two wavelength stabilizing elements are arranged with the reflecting surface when the reflecting surface is arranged at an angle within the range of −θ H to + θ H with respect to the reference direction perpendicular to the optical axis of the laser beam. An external resonator is formed between the emission end face of the at least one semiconductor laser element and the wavelength of the laser light is narrowed to a specific wavelength. The at least two wavelength stabilizing elements include a first wavelength stabilizing element in which the reflecting surface is arranged at an angle θ 1 with respect to the reference direction, and the reflecting surface having the reflecting surface at an angle θ 1 with respect to the reference direction. It includes a second wavelength stabilizing element arranged at a larger angle θ 2. At least one of θ 1 and θ 2 is in the range from −θ H to + θ H , and θ 2 −θ 1 ≦ 2θ H.

1つの波長安定化素子の有効角度範囲は−θHから+θHまでの範囲であるが、第1の波長安定化素子と第2の波長安定化素子の反射面を基準方向に対して異なる角度で配置することにより、波長安定化素子全体としての有効角度範囲を−θHから+θHまでの範囲から広げることができる。したがって、波長が狭帯域化されたレーザ光を安定的に出力することができる。 The effective angle range of one wavelength stabilizing element is in the range of −θ H to + θ H , but the reflection surfaces of the first wavelength stabilizing element and the second wavelength stabilizing element are at different angles with respect to the reference direction. By arranging with, the effective angle range of the wavelength stabilizing element as a whole can be expanded from the range from −θ H to + θ H. Therefore, it is possible to stably output the laser beam having a narrowed wavelength.

第1の波長安定化素子及び第2の波長安定化素子全体としての有効角度範囲を最大にするためには、θ1=0、θ2=2θHとすることが好ましい。 In order to maximize the effective angle range of the first wavelength stabilizing element and the second wavelength stabilizing element as a whole, it is preferable that θ 1 = 0 and θ 2 = 2 θ H.

また、θ1の絶対値がθ2の絶対値よりも小さい場合に、上記第1の波長安定化素子が、上記レーザ光の光路において上記第2の波長安定化素子よりも上流側に位置していることが好ましい。このような構成によれば、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の光路上にある光学部品が波長安定化素子の有効角度範囲に与える影響を低減することができる。 Further, when the absolute value of θ 1 is smaller than the absolute value of θ 2 , the first wavelength stabilizing element is located upstream of the second wavelength stabilizing element in the optical path of the laser beam. Is preferable. According to such a configuration, it is possible to reduce the influence of the optical component on the optical path of the laser beam emitted from the semiconductor laser element on the effective angle range of the wavelength stabilizing element.

上記少なくとも2つの波長安定化素子は、上記反射面が上記基準方向に対して上記角度θ1よりも小さな角度θ3で配置される第3の波長安定化素子をさらに含んでいてもよい。この場合において、θ1−θ3≦2θHである。このように、第1の波長安定化素子、第2の波長安定化素子、及び第3の波長安定化素子の反射面を基準方向に対してそれぞれ異なる角度で配置することにより、波長安定化素子全体としての有効角度範囲を−θHから+θHまでの範囲からさらに広げることができる。したがって、波長が狭帯域化されたレーザ光をより安定的に出力することができる。 The at least two wavelength stabilizing elements may further include a third wavelength stabilizing element in which the reflecting surface is arranged at an angle θ 3 smaller than the angle θ 1 with respect to the reference direction. In this case, θ 1 − θ 3 ≦ 2 θ H. In this way, by arranging the reflection surfaces of the first wavelength stabilizing element, the second wavelength stabilizing element, and the third wavelength stabilizing element at different angles with respect to the reference direction, the wavelength stabilizing element The effective angle range as a whole can be further expanded from the range from −θ H to + θ H. Therefore, the laser beam having a narrowed wavelength can be output more stably.

第1の波長安定化素子及び第3の波長安定化素子全体としての有効角度範囲を最大にするためには、θ1=0、θ3=−2θHとすることが好ましい。 In order to maximize the effective angle range of the first wavelength stabilizing element and the third wavelength stabilizing element as a whole, it is preferable that θ 1 = 0 and θ 3 = -2 θ H.

また、θ1の絶対値は、θ2の絶対値及びθ3の絶対値よりも小さい場合に、上記第1の波長安定化素子が、上記レーザ光の光路において上記第2の波長安定化素子及び上記第3の波長安定化素子よりも上流側に位置していることが好ましい。このような構成によれば、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の光路上にある光学部品が波長安定化素子の有効角度範囲に与える影響を低減することができる。 Further, when the absolute value of θ 1 is smaller than the absolute value of θ 2 and the absolute value of θ 3 , the first wavelength stabilizing element is the second wavelength stabilizing element in the optical path of the laser beam. And, it is preferable that it is located on the upstream side of the third wavelength stabilizing element. According to such a configuration, it is possible to reduce the influence of the optical component on the optical path of the laser beam emitted from the semiconductor laser element on the effective angle range of the wavelength stabilizing element.

一般に、半導体レーザ素子の活性層はファースト軸に沿った方向の方がスロー軸に沿った方向よりも短くなっている。このため、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光は、ファースト軸に沿った方向の方がスロー軸に沿った方向よりも波長安定化素子の有効角度範囲から外れやすくなる。この観点から、上記基準方向は、上記レーザ光のファースト軸に沿った方向であることが好ましい。 In general, the active layer of a semiconductor laser device is shorter in the direction along the first axis than in the direction along the slow axis. Therefore, the laser beam emitted from the semiconductor laser element is more likely to deviate from the effective angle range of the wavelength stabilizing element in the direction along the first axis than in the direction along the slow axis. From this point of view, the reference direction is preferably a direction along the first axis of the laser beam.

本発明の第2の態様によれば、安定してレーザ光を増幅することができるファイバレーザ装置が提供される。上記ファイバレーザ装置は、上述したレーザモジュールを含む励起光源と、上記レーザモジュールの上記光ファイバと光学的に接続され、希土類元素イオンが添加されたコアを有する増幅用光ファイバとを備える。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a fiber laser apparatus capable of stably amplifying a laser beam. The fiber laser apparatus includes an excitation light source including the above-mentioned laser module, and an amplification optical fiber having a core optically connected to the above-mentioned optical fiber of the above-mentioned laser module and to which rare earth element ions are added.

このような構成によれば、励起光源として用いるレーザモジュールから出力されるレーザ光の波長が安定しているため、安定してレーザ光を増幅することができる。 According to such a configuration, since the wavelength of the laser light output from the laser module used as the excitation light source is stable, the laser light can be stably amplified.

1 ファイバレーザ装置
2 増幅用光ファイバ
3 光共振器
4A,4B 励起光源
5A,5B 光コンバイナ
6 デリバリファイバ
7 レーザ出力部
8A,8B 光ファイバ
9A 高反射部
9B 低反射部
10,210 レーザモジュール
12 筐体
14 光ファイバ
16 ファイバ保持部
20 レーザ生成部
21 台座
22A〜22F 段部
23 サブマウント
24 半導体レーザ素子
25 ファースト軸コリメートレンズ
26 スロー軸コリメートレンズ
27 ミラー
40A (第1の)波長安定化素子
40B (第2の)波長安定化素子
40C (第3の)波長安定化素子
51 ファースト軸集光レンズ
52 スロー軸集光レンズ
124 活性層
124A 高反射端面
124B 出射端面
140A,140B,140C 反射面
D 基準方向
L レーザ光
1 Fiber laser device 2 Amplification optical fiber 3 Optical resonator 4A, 4B Excitation light source 5A, 5B Optical combiner 6 Delivery fiber 7 Laser output unit 8A, 8B Optical fiber 9A High reflection unit 9B Low reflection unit 10,210 Laser module 12 Body 14 Optical fiber 16 Fiber holder 20 Laser generator 21 Pedestal 22A-22F Step 23 Submount 24 Semiconductor laser element 25 First axis collimating lens 26 Slow axis collimating lens 27 Mirror 40A (1st) Wavelength stabilizing element 40B (1st) Second) wavelength stabilizing element 40C (third) wavelength stabilizing element 51 First axis condensing lens 52 Slow axis condensing lens 124 Active layer 124A Highly reflective end face 124B Emitting end face 140A, 140B, 140C Reflecting surface D Reference direction L laser light

Claims (8)

光ファイバと、
出射端面からレーザ光を出射する少なくとも1つの半導体レーザ素子と、
前記レーザ光を集光して前記光ファイバに結合させる少なくとも1つの集光レンズと、
前記レーザ光の光路上に位置する反射面を有する少なくとも2つの波長安定化素子であって、前記反射面が前記レーザ光の光軸に垂直な基準方向に対して−θHから+θHまでの範囲内の角度で配置されたときに前記反射面と前記少なくとも1つの半導体レーザ素子の前記出射端面との間で外部共振器を形成して前記レーザ光の波長を特定の波長に狭帯域化できるように構成された少なくとも2つの波長安定化素子と
を備え、
前記少なくとも2つの波長安定化素子は、
前記反射面が前記基準方向に対して角度θ1で配置される第1の波長安定化素子と、
前記反射面が前記基準方向に対して前記角度θ1よりも大きな角度θ2で配置される第2の波長安定化素子と
を含み、
θ1及びθ2の少なくとも一方が−θHから+θHまでの範囲にあり、
θ2−θ1≦2θH
である、
レーザモジュール。
With optical fiber
At least one semiconductor laser device that emits laser light from the emission end face,
At least one condensing lens that condenses the laser light and couples it to the optical fiber.
At least two wavelength stabilizing elements having a reflecting surface located on the optical path of the laser light, from −θ H to + θ H with respect to the reference direction in which the reflecting surface is perpendicular to the optical axis of the laser light. When arranged at an angle within the range, an external resonator can be formed between the reflection surface and the emission end surface of the at least one semiconductor laser element to narrow the wavelength of the laser light to a specific wavelength. With at least two wavelength stabilizing elements configured as such,
The at least two wavelength stabilizing elements are
A first wavelength stabilizing element in which the reflecting surface is arranged at an angle θ 1 with respect to the reference direction,
The reflecting surface includes a second wavelength stabilizing element arranged at an angle θ 2 larger than the angle θ 1 with respect to the reference direction.
At least one of θ 1 and θ 2 is in the range −θ H to + θ H,
θ 2 −θ 1 ≤ 2θ H
Is,
Laser module.
θ1=0、θ2=2θHである、請求項1に記載のレーザモジュール。 The laser module according to claim 1, wherein θ 1 = 0 and θ 2 = 2 θ H. θ1の絶対値はθ2の絶対値よりも小さく、
前記第1の波長安定化素子は、前記レーザ光の光路において前記第2の波長安定化素子よりも上流側に位置している、
請求項1又は2に記載のレーザモジュール。
The absolute value of θ 1 is smaller than the absolute value of θ 2,
The first wavelength stabilizing element is located upstream of the second wavelength stabilizing element in the optical path of the laser beam.
The laser module according to claim 1 or 2.
前記少なくとも2つの波長安定化素子は、前記反射面が前記基準方向に対して前記角度θ1よりも小さな角度θ3で配置される第3の波長安定化素子をさらに含み、
θ1−θ3≦2θH
である、
請求項1から3のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
The at least two wavelength stabilizing elements further include a third wavelength stabilizing element in which the reflecting surface is arranged at an angle θ 3 smaller than the angle θ 1 with respect to the reference direction.
θ 1 −θ 3 ≤ 2θ H
Is,
The laser module according to any one of claims 1 to 3.
θ1=0、θ3=−2θHである、請求項4に記載のレーザモジュール。 The laser module according to claim 4, wherein θ 1 = 0 and θ 3 = -2 θ H. θ1の絶対値は、θ2の絶対値及びθ3の絶対値よりも小さく、
前記第1の波長安定化素子は、前記レーザ光の光路において前記第2の波長安定化素子及び前記第3の波長安定化素子よりも上流側に位置している、
請求項4又は5に記載のレーザモジュール。
The absolute value of θ 1 is smaller than the absolute value of θ 2 and the absolute value of θ 3.
The first wavelength stabilizing element is located upstream of the second wavelength stabilizing element and the third wavelength stabilizing element in the optical path of the laser beam.
The laser module according to claim 4 or 5.
前記基準方向は、前記レーザ光のファースト軸に沿った方向である、請求項1から6のいずれか一項に記載のレーザモジュール。 The laser module according to any one of claims 1 to 6, wherein the reference direction is a direction along the first axis of the laser beam. 請求項1から7のいずれか一項に記載のレーザモジュールを含む励起光源と、
前記レーザモジュールの前記光ファイバと光学的に接続され、希土類元素イオンが添加されたコアを有する増幅用光ファイバと
を備える、ファイバレーザ装置。
An excitation light source including the laser module according to any one of claims 1 to 7.
A fiber laser apparatus comprising an optical fiber for amplification optically connected to the optical fiber of the laser module and having a core to which rare earth element ions are added.
JP2020091096A 2020-05-26 2020-05-26 Laser module and fiber laser equipment Active JP7381404B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020091096A JP7381404B2 (en) 2020-05-26 2020-05-26 Laser module and fiber laser equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020091096A JP7381404B2 (en) 2020-05-26 2020-05-26 Laser module and fiber laser equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021190452A true JP2021190452A (en) 2021-12-13
JP7381404B2 JP7381404B2 (en) 2023-11-15

Family

ID=78847403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020091096A Active JP7381404B2 (en) 2020-05-26 2020-05-26 Laser module and fiber laser equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7381404B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW580547B (en) 2002-11-11 2004-03-21 Delta Electronics Inc Tunable light source module
JP2009266959A (en) 2008-04-23 2009-11-12 Sharp Corp Laser light source device, and information recording and reproducing device and electronic equipment using same
JP2015115509A (en) 2013-12-12 2015-06-22 ウシオ電機株式会社 Laser light source device and screen projection device
WO2017134911A1 (en) 2016-02-03 2017-08-10 古河電気工業株式会社 Laser device

Also Published As

Publication number Publication date
JP7381404B2 (en) 2023-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7248618B2 (en) Systems and methods for second harmonic generation using three-dimensional Bragg grating elements
CN103081261B (en) Wavelength light beam combined system and method
US6208679B1 (en) High-power multi-wavelength external cavity laser
US9496683B1 (en) Wavelength locking multi-mode diode lasers with core FBG
JP2004258624A (en) Laser beam synthesizer
US20090022184A1 (en) Wavelength tunable light source of external resonator type
JP2007533962A (en) Geodesic device with laser light source
JP2021034531A (en) Laser module and fiber laser device
US20050053101A1 (en) Mode selection for single frequency fiber laser
JP2015056469A (en) Diode laser module wavelength controlled by external resonator
JP2002131583A (en) Optical fiber with holding member, semiconductor laser module, and raman amplifier
JP7381404B2 (en) Laser module and fiber laser equipment
EP1863141A1 (en) External resonance type semiconductor laser
WO2020202757A1 (en) Laser module and fiber laser device
WO2021039131A1 (en) Laser module and fiber laser device
JP2004253782A (en) External resonator type laser module
JP2001251014A (en) Laser diode module
JP7465149B2 (en) Laser module and fiber laser device
JP2011077076A (en) External resonance type semiconductor laser
JP2006303416A (en) Externally resonant semiconductor laser
JP2005033126A (en) Laser using wavelength stabilizing filter
JP2007220877A (en) External resonator semiconductor laser, and light source with it

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221226

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231025

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231031

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231102

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7381404

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151