JP3423723B2 - 多エミッタレーザーダイオードの多モード光ファイバへの結合装置 - Google Patents
多エミッタレーザーダイオードの多モード光ファイバへの結合装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は固体レーザーに関するものである。さらに詳
細には、レーザーダイオード、およびレーザーダイオー
ドの多モード光ファイバへの結合に関する。
細には、レーザーダイオード、およびレーザーダイオー
ドの多モード光ファイバへの結合に関する。
関連技術の説明
しばしばレーザーダイオードを多モード光ファイバに
結合することが必要である。標準的な方法は、光ファイ
バをレーザーダイオードの放射面に可能な限り接近させ
て配置して、レーザーダイオードを光ファイバに突合わ
せ結合する。代表的なレーザーダイオードからの出力
は、ダイオード接合に垂直な方向に非常に高い角度発散
を有し、この角度発散の代表的な開口数（NA）は0.4〜
0.6である。開口数はダイオード放射の半角度の正弦で
ある。接合に平行な方向の開口数（NA）はこれよりもず
っと小さく、一般には1/3倍である。
結合することが必要である。標準的な方法は、光ファイ
バをレーザーダイオードの放射面に可能な限り接近させ
て配置して、レーザーダイオードを光ファイバに突合わ
せ結合する。代表的なレーザーダイオードからの出力
は、ダイオード接合に垂直な方向に非常に高い角度発散
を有し、この角度発散の代表的な開口数（NA）は0.4〜
0.6である。開口数はダイオード放射の半角度の正弦で
ある。接合に平行な方向の開口数（NA）はこれよりもず
っと小さく、一般には1/3倍である。
多モード光ファイバをレーザーダイオードに効果的に
結合させるために、多モード光ファイバはレーザーダイ
オードの開口数に匹敵する受光角もしくは開口数を備え
ていなくてはならない。レーザーダイオードとの結合に
最適の多モード光ファイバは、0.3以上の開口数を有す
る。このような多モード光ファイバは、屈折率が非常に
低いクラッド部を要するので、設計が困難である。さら
に、レーザーダイオードより放射されたエネルギーが急
速に発散してしまうので、光ファイバの端部は結合され
るダイオードの面と非常に接近して配置されていなけれ
ばならない。この配置を正確に行うために、非常に厳し
い機械的許容誤差を要し、レーザーダイオードへの光学
帰還による実質的な製造上の問題を起こしかねない。
結合させるために、多モード光ファイバはレーザーダイ
オードの開口数に匹敵する受光角もしくは開口数を備え
ていなくてはならない。レーザーダイオードとの結合に
最適の多モード光ファイバは、0.3以上の開口数を有す
る。このような多モード光ファイバは、屈折率が非常に
低いクラッド部を要するので、設計が困難である。さら
に、レーザーダイオードより放射されたエネルギーが急
速に発散してしまうので、光ファイバの端部は結合され
るダイオードの面と非常に接近して配置されていなけれ
ばならない。この配置を正確に行うために、非常に厳し
い機械的許容誤差を要し、レーザーダイオードへの光学
帰還による実質的な製造上の問題を起こしかねない。
本発明の目的は、低開口数多モード光ファイバをレー
ザーダイオードに結合する便利な方法を提供することで
ある。低開口数ファイバの出力は高輝度を有し、この輝
度はW/cm2/単位立体角と画定される。
ザーダイオードに結合する便利な方法を提供することで
ある。低開口数ファイバの出力は高輝度を有し、この輝
度はW/cm2/単位立体角と画定される。
発明の概要
小径の多モード光ファイバのようなマイクロレンズ
は、レーザーダイオードの出力を光ファイバに突合わせ
結合する前に、レーザーダイオードの出力放射をコリメ
ートするために使用される。マイクロレンズとして使用
される光ファイバは、その直径がレーザーダイオードと
結合されるファイバの直径とほぼ等しいものが選ばれ
る。このコリメートはレーザーダイオードの出力の開口
数の高い方向において行われる。
は、レーザーダイオードの出力を光ファイバに突合わせ
結合する前に、レーザーダイオードの出力放射をコリメ
ートするために使用される。マイクロレンズとして使用
される光ファイバは、その直径がレーザーダイオードと
結合されるファイバの直径とほぼ等しいものが選ばれ
る。このコリメートはレーザーダイオードの出力の開口
数の高い方向において行われる。
最適な結合を行うためには、突合わせ結合したファイ
バの直径は、ダイオードアレーのレーザーダイオードの
横方向の直径よりも20〜50％大きいものを選ぶことが好
ましい。そしてコリメートマイクロレンズの直径は、こ
の直径にほぼ等しいものを選ぶ。突合わせ結合したファ
イバの開口数は、ダイオードの開口数の低い方向にほぼ
等しく、代表的には0.1〜0.2を選ぶ。マイクロレンズ
と、突合わせ結合したファイバの端部とには反射防止コ
ーティングが施されており、これらの表面の反射を減少
させる。マイクロレンズは、レーザーダイオード出力の
開口数の高い方向をコリメートするように配向されてい
る。
バの直径は、ダイオードアレーのレーザーダイオードの
横方向の直径よりも20〜50％大きいものを選ぶことが好
ましい。そしてコリメートマイクロレンズの直径は、こ
の直径にほぼ等しいものを選ぶ。突合わせ結合したファ
イバの開口数は、ダイオードの開口数の低い方向にほぼ
等しく、代表的には0.1〜0.2を選ぶ。マイクロレンズ
と、突合わせ結合したファイバの端部とには反射防止コ
ーティングが施されており、これらの表面の反射を減少
させる。マイクロレンズは、レーザーダイオード出力の
開口数の高い方向をコリメートするように配向されてい
る。
この好ましい実施例において、突合わせ結合されたフ
ァイバは、ファイバ内のガラス総量を減少させるために
長方形であっても良い。ファイバの幅は、ダイオード放
射領域よりも僅かに大きい（約20〜50％大きい）ものを
選ぶ。ファイバの高さはできるだけ低く、代表的には約
30〜50ミクロンを選ぶ。従ってマイクロレンズ直径は、
長方形の高さとほぼ等しく選ぶべきである。
ァイバは、ファイバ内のガラス総量を減少させるために
長方形であっても良い。ファイバの幅は、ダイオード放
射領域よりも僅かに大きい（約20〜50％大きい）ものを
選ぶ。ファイバの高さはできるだけ低く、代表的には約
30〜50ミクロンを選ぶ。従ってマイクロレンズ直径は、
長方形の高さとほぼ等しく選ぶべきである。
ダイオードエミッタを予コリメートするための本発明
の装置は、ファイバ予コリメートレンズをレーザーダイ
オードバーの長さに沿って延長することにより容易にレ
ーザーダイオードバーまで延長できる。バー上のダイオ
ードの離間に合わせたスペーシングを設けたファイバの
列は、ダイオードバーと突合わせ結合され、ダイオード
バーをファイバアレーに非常に高い効率で結合する。
の装置は、ファイバ予コリメートレンズをレーザーダイ
オードバーの長さに沿って延長することにより容易にレ
ーザーダイオードバーまで延長できる。バー上のダイオ
ードの離間に合わせたスペーシングを設けたファイバの
列は、ダイオードバーと突合わせ結合され、ダイオード
バーをファイバアレーに非常に高い効率で結合する。
図面の簡単な説明
図１はレーザーダイオードバーからの出力を光ファイ
バ束内に結合させる本発明による装置の斜視図である。
バ束内に結合させる本発明による装置の斜視図である。
図２は本発明を使用するシステムのファイバ束への入
力パワーの関数としてのファイバからの出力パワーを示
すグラフである。
力パワーの関数としてのファイバからの出力パワーを示
すグラフである。
図３はレーザーシステム用のポンプ源として使用され
る本発明の実施例を示すブロック図である。
る本発明の実施例を示すブロック図である。
図４はレーザーダイオードバーからの出力を光ファイ
バ束内に結合させるための本発明による装置の好ましい
実施例を示す斜視図である。
バ束内に結合させるための本発明による装置の好ましい
実施例を示す斜視図である。
詳細な説明
光ファイバに突合わせ結合する前にレーザダイオード
をコリメートするマイクロレンズを使用することによっ
て、結合がかなり効率的に改善され、また低い開口数
（0.1）のファイバの使用を可能にするということがわ
かっている。さらに一個の多モード光ファイバが安価な
マイクロレンズとして機能できることがわかっている。
光ファイバは、その直径がレーザーダイオードと結合す
る光ファイバの直径とほぼ等しくなるように選ぶべきで
ある。レーザーダイオードからの放射の開口数の高い方
向をコリメートすることにより、突合わせ結合したファ
イバはダイオードレーザからはるかに離れた場所に配置
され（現在ではレーザーダイオード放射源から数百ミク
ロン離すことが可能）、装置の機械的許容範囲を減少さ
せている。
をコリメートするマイクロレンズを使用することによっ
て、結合がかなり効率的に改善され、また低い開口数
（0.1）のファイバの使用を可能にするということがわ
かっている。さらに一個の多モード光ファイバが安価な
マイクロレンズとして機能できることがわかっている。
光ファイバは、その直径がレーザーダイオードと結合す
る光ファイバの直径とほぼ等しくなるように選ぶべきで
ある。レーザーダイオードからの放射の開口数の高い方
向をコリメートすることにより、突合わせ結合したファ
イバはダイオードレーザからはるかに離れた場所に配置
され（現在ではレーザーダイオード放射源から数百ミク
ロン離すことが可能）、装置の機械的許容範囲を減少さ
せている。
本発明のこの好ましい実施例において、マイクロレン
ズは断面で円筒形である。しかしながら一般の当業者
は、例えばAcademic Press,inc.発行の、Kingsdale、
“Lens Design Fundamentals"（1978）の中で知られて
いるように、特定の球面収差の補正のために、例えば楕
円や双曲線のような他の断面形も本発明においては有用
であるということを認めるであろう。
ズは断面で円筒形である。しかしながら一般の当業者
は、例えばAcademic Press,inc.発行の、Kingsdale、
“Lens Design Fundamentals"（1978）の中で知られて
いるように、特定の球面収差の補正のために、例えば楕
円や双曲線のような他の断面形も本発明においては有用
であるということを認めるであろう。
複数のエミッタを備えたレーザーダイオードバーの出
力をファイバ束の一部分である複数の光ファイバ内に結
合するための従来の装置においては、レーザーダイオー
ドより放射されたエネルギーが急速に発散してしまうた
めに、各々の光ファイバの端部を結合するダイオードフ
ァセットに非常に近接させて配置しなければならない。
このようにファイバの端部をレーザーダイオードに対し
て正確に配置することは、非常に厳しい機械的許容範囲
を必要とし、従って実質的な製造上の問題をもたらす。
力をファイバ束の一部分である複数の光ファイバ内に結
合するための従来の装置においては、レーザーダイオー
ドより放射されたエネルギーが急速に発散してしまうた
めに、各々の光ファイバの端部を結合するダイオードフ
ァセットに非常に近接させて配置しなければならない。
このようにファイバの端部をレーザーダイオードに対し
て正確に配置することは、非常に厳しい機械的許容範囲
を必要とし、従って実質的な製造上の問題をもたらす。
さらに代表的なレーザーダイオードからの出力はダイ
オード接合に垂直な方向において開口数が0.5〜0.6の非
常に高い角度発散を有する。接合に平行な方向にある開
口数はこれよりもずっと小さく、一般に1/3倍である。
開口数を有する多モード光ファイバをレーザーダイオー
ド出力と理想的に適合させるには、屈折率が非常に低い
クラッド部を必要とする。このようなファイバの製造は
困難である。
オード接合に垂直な方向において開口数が0.5〜0.6の非
常に高い角度発散を有する。接合に平行な方向にある開
口数はこれよりもずっと小さく、一般に1/3倍である。
開口数を有する多モード光ファイバをレーザーダイオー
ド出力と理想的に適合させるには、屈折率が非常に低い
クラッド部を必要とする。このようなファイバの製造は
困難である。
本発明はこのような実質的な問題を解決し、また従来
技術による装置の重要な配置問題を回避する解決法を提
供し、さらに容易に入手可能な多モード光ファイバの使
用を可能にする。
技術による装置の重要な配置問題を回避する解決法を提
供し、さらに容易に入手可能な多モード光ファイバの使
用を可能にする。
図１を参照すると、複数のエミッタ12、14、16を備え
たレーザーダイオードバー10からの放射を、光ファイバ
束24の一部である多モード光ファイバ18、20、22に結合
させる本発明による装置は、エミッタ12、14、16の放射
ファセットと多モード光ファイバの端部18、20、22との
間にマイクロレンズ26を配置することを必要とする。マ
イクロレンズ26とエミッタファセットの放射面との間の
最適離間は以下の式で決定される。
たレーザーダイオードバー10からの放射を、光ファイバ
束24の一部である多モード光ファイバ18、20、22に結合
させる本発明による装置は、エミッタ12、14、16の放射
ファセットと多モード光ファイバの端部18、20、22との
間にマイクロレンズ26を配置することを必要とする。マ
イクロレンズ26とエミッタファセットの放射面との間の
最適離間は以下の式で決定される。
ｄ＝Ｒ（２−ｎ）/2（ｎ−１）
この式においてｄはレーザーダイオードからレンズまで
の距離を示し、ｎは光ファイバレンズの屈折率を示し、
Ｒは光ファイバの半径を示す。屈折率1.5、直径250のフ
ァイバには、マイクロレンズの付近端からダイオードフ
ァセットまで約60ミクロンの距離をとれば十分である。
マイクロレンズから光ファイバの末端への最適離間距離
は、可能な限り短くする。
の距離を示し、ｎは光ファイバレンズの屈折率を示し、
Ｒは光ファイバの半径を示す。屈折率1.5、直径250のフ
ァイバには、マイクロレンズの付近端からダイオードフ
ァセットまで約60ミクロンの距離をとれば十分である。
マイクロレンズから光ファイバの末端への最適離間距離
は、可能な限り短くする。
コリメートさせるではなくて結像させることも場合に
よっては好ましく、本発明の範囲内に属する。例えば、
レーザーダイオードエミッタからの高発散放射を再合焦
させて、レーザーダイオードが結合される小径又は長方
形の開口内に留めることは有利である。様々なダイオー
ドとレンズとの離間距離ｄや、このような使用の他のセ
ットアップパラメータは、F.Jenkins and H.White、“F
undamentals of Optics",McGraw−Hill,4th ed.（197
6）,3章,pp.44−57のような幅広く入手できる文献を参
照することによって、当業者に容易に決定される。
よっては好ましく、本発明の範囲内に属する。例えば、
レーザーダイオードエミッタからの高発散放射を再合焦
させて、レーザーダイオードが結合される小径又は長方
形の開口内に留めることは有利である。様々なダイオー
ドとレンズとの離間距離ｄや、このような使用の他のセ
ットアップパラメータは、F.Jenkins and H.White、“F
undamentals of Optics",McGraw−Hill,4th ed.（197
6）,3章,pp.44−57のような幅広く入手できる文献を参
照することによって、当業者に容易に決定される。
最適な結合を実施するために、結合する光ファイバの
直径は一般にダイオードアレーのレーザーダイオードの
横方向直径よりも20〜50％大きなものを選ぶ。例えば20
0ミクロンの幅広エミッタを備えたレーザーダイオード
アレーには、直径約250ミクロンの光ファイバを選ぶ。
直径は一般にダイオードアレーのレーザーダイオードの
横方向直径よりも20〜50％大きなものを選ぶ。例えば20
0ミクロンの幅広エミッタを備えたレーザーダイオード
アレーには、直径約250ミクロンの光ファイバを選ぶ。
この実施例において、マイクロレンズ26の直径は結合
する光ファイバの直径とほぼ等しいものを選んでいる。
マイクロレンズ26の直径は、結合効率に損失なしに結合
するために光ファイバの直径よりも小径なものを選んで
も良い。しかしこのようなより小径なマイクロレンズを
使用した場合、マイクロレンズの整列がより困難にな
る。
する光ファイバの直径とほぼ等しいものを選んでいる。
マイクロレンズ26の直径は、結合効率に損失なしに結合
するために光ファイバの直径よりも小径なものを選んで
も良い。しかしこのようなより小径なマイクロレンズを
使用した場合、マイクロレンズの整列がより困難にな
る。
マイクロレンズ26は、好ましいコリメートを得るため
に、レーザーダイオードバーの出力ファセットに対して
注意深く配置しなければならない。これはマイクロレン
ズを注意して配置し、マサチューセッツ州メッドフォー
ドのTra−Con社製のTra−Bond BB−2151のような適切な
エポキシで固定することにより達成される。
に、レーザーダイオードバーの出力ファセットに対して
注意深く配置しなければならない。これはマイクロレン
ズを注意して配置し、マサチューセッツ州メッドフォー
ドのTra−Con社製のTra−Bond BB−2151のような適切な
エポキシで固定することにより達成される。
結合する光ファイバの開口数はダイオードの低開口数
方向においてほぼ等しいもの、一般に0.1〜0.15のもの
を選ぶ。このマイクロレンズと光ファイバとの組み合わ
せは、レーザーダイオード放射エネルギーの多モード光
ファイバへの結合の80％より大きくなる。マイクロレン
ズと、これに突合わせ結合されたファイバの端部には、
これらの面からの反射を減少させるための反射防止コー
ティングが施されている。
方向においてほぼ等しいもの、一般に0.1〜0.15のもの
を選ぶ。このマイクロレンズと光ファイバとの組み合わ
せは、レーザーダイオード放射エネルギーの多モード光
ファイバへの結合の80％より大きくなる。マイクロレン
ズと、これに突合わせ結合されたファイバの端部には、
これらの面からの反射を減少させるための反射防止コー
ティングが施されている。
図１に示すように、光ファイバ18、20、22は断面が長
方形であっても良く、これによりファイバ内のガラスの
総量を減らすことができる。このような長方形ファイバ
の幅は、ダイオード放射領域よりも若干大きなものを選
ぶことが好ましい。高さは可能な限り小さく、一般には
30〜50ミクロンのものを選ぶ。30〜50ミクロンより小さ
い高さのものも使用できるが、整列が困難になる。マイ
クロレンズ26の直径は長方形の高さと等しいもの、この
例においては30〜50ミクロンのもの、を選ぶことが好ま
しい。総放射領域が小さいため、結果として得られるフ
ァイバ出力はより明るい。
方形であっても良く、これによりファイバ内のガラスの
総量を減らすことができる。このような長方形ファイバ
の幅は、ダイオード放射領域よりも若干大きなものを選
ぶことが好ましい。高さは可能な限り小さく、一般には
30〜50ミクロンのものを選ぶ。30〜50ミクロンより小さ
い高さのものも使用できるが、整列が困難になる。マイ
クロレンズ26の直径は長方形の高さと等しいもの、この
例においては30〜50ミクロンのもの、を選ぶことが好ま
しい。総放射領域が小さいため、結果として得られるフ
ァイバ出力はより明るい。
さらに図１に示すように、マイクロレンズ26をレーザ
ーダイオードバーの長さに沿って延長して多エミッタか
らの出力放射を遮断することによって、本発明による単
一レーザーダイオードエミッタを予コリメートするため
の装置は、複数のレーザーダイオードエミッタを備えた
レーザーダイオードバーへと容易に延長することができ
る。バー上でダイオード離間と一致する間隔を設けた光
ファイバの列は、レーザーダイオードバー10に効率的に
突合わせ結合することができ、その結果ダイオードバー
のファイバアレーへの非常に確実な結合が得られる。上
述の例において、1cmのダイオードバーには10個の１ワ
ットレーザーダイオードエミッタが設けられており、各
エミッタは200ミクロン幅の放射領域を有する。このダ
イオードバーはカリフォルニア州サンノゼのSpectra Di
ode Labsから入手可能であり、10個の１ワットレーザー
ダイオードエミッタは、各々がダイオードの放射面から
約50ミクロン離れて、または光ファイバの端部から約30
0ミクロン離れて配置された直径250ミクロンの光ファイ
バレンズを使用することによって250ミクロンの直径
と、0.11の出力開口数とを有する。この装置の総結合効
率は、図２に示す通り約90％と測定された。
ーダイオードバーの長さに沿って延長して多エミッタか
らの出力放射を遮断することによって、本発明による単
一レーザーダイオードエミッタを予コリメートするため
の装置は、複数のレーザーダイオードエミッタを備えた
レーザーダイオードバーへと容易に延長することができ
る。バー上でダイオード離間と一致する間隔を設けた光
ファイバの列は、レーザーダイオードバー10に効率的に
突合わせ結合することができ、その結果ダイオードバー
のファイバアレーへの非常に確実な結合が得られる。上
述の例において、1cmのダイオードバーには10個の１ワ
ットレーザーダイオードエミッタが設けられており、各
エミッタは200ミクロン幅の放射領域を有する。このダ
イオードバーはカリフォルニア州サンノゼのSpectra Di
ode Labsから入手可能であり、10個の１ワットレーザー
ダイオードエミッタは、各々がダイオードの放射面から
約50ミクロン離れて、または光ファイバの端部から約30
0ミクロン離れて配置された直径250ミクロンの光ファイ
バレンズを使用することによって250ミクロンの直径
と、0.11の出力開口数とを有する。この装置の総結合効
率は、図２に示す通り約90％と測定された。
得られたファイバ束の出力直径は約1mmであり、開口
数は0.11である。これよりも小径な放射範囲が必要な場
合には（例えば固体レーザーをポンピングするために0.
33mmが必要な場合）、当業者に理解される単一高開口数
レンズを使用してファイバオプティックス束の放射面を
縮小することにより、ファイバ束の出力の結像の直径を
必要に応じて減少することができる。
数は0.11である。これよりも小径な放射範囲が必要な場
合には（例えば固体レーザーをポンピングするために0.
33mmが必要な場合）、当業者に理解される単一高開口数
レンズを使用してファイバオプティックス束の放射面を
縮小することにより、ファイバ束の出力の結像の直径を
必要に応じて減少することができる。
本発明は様々な用途に使用することができる。その一
つにレーザシステム用のポンプ源としての使用がある。
この例として、本発明の固体レーザ用のポンプ源として
の使用方法が図３のブロック図に示されている。しかし
当業者には本発明が本発明の要旨を逸脱しない他の方法
による他のレーザシステムのポンピングにも適用できる
ことがわかるはずである。
つにレーザシステム用のポンプ源としての使用がある。
この例として、本発明の固体レーザ用のポンプ源として
の使用方法が図３のブロック図に示されている。しかし
当業者には本発明が本発明の要旨を逸脱しない他の方法
による他のレーザシステムのポンピングにも適用できる
ことがわかるはずである。
さらに図３を参照すると、ドーピングした固体レーザ
材料のバー30と出力カップラ32とが、レーザーキャビテ
ィ34の形成する。レーザーキャビティ34の端部はバー30
の表面で高反射コーティングが施されていることが当業
者には理解されるであろう。この技術分野でよく知られ
ているように、レーザーダイオード放射が結合された光
ファイバ束36は、出力カップラ38内で終結している。焦
点距離ｆを有する結像レンズ40は、光ファイバ束36から
の放射の光路長内において、出力カップラ38の表面から
距離4fの位置であって、かつレーザーキャビティ34の一
端を形成するバー30の表面から距離f4/3の位置に配置さ
れている。所望の光学結合によってこの他の距離を採用
できることは当業者に理解されるはずである。実施例で
使用されている距離は、所望の光学結合に完全に依存す
るものであり、特別の目的を得るための距離の選択は当
業者のレベル内で十分に行えるものである。
材料のバー30と出力カップラ32とが、レーザーキャビテ
ィ34の形成する。レーザーキャビティ34の端部はバー30
の表面で高反射コーティングが施されていることが当業
者には理解されるであろう。この技術分野でよく知られ
ているように、レーザーダイオード放射が結合された光
ファイバ束36は、出力カップラ38内で終結している。焦
点距離ｆを有する結像レンズ40は、光ファイバ束36から
の放射の光路長内において、出力カップラ38の表面から
距離4fの位置であって、かつレーザーキャビティ34の一
端を形成するバー30の表面から距離f4/3の位置に配置さ
れている。所望の光学結合によってこの他の距離を採用
できることは当業者に理解されるはずである。実施例で
使用されている距離は、所望の光学結合に完全に依存す
るものであり、特別の目的を得るための距離の選択は当
業者のレベル内で十分に行えるものである。
当業者は、図３に示された端部ポンピングキャビティ
の幾何学的配置を理解するであろうが、さらにこのよう
な装置が最少かつ自明の再配列によってレーザキャビテ
ィをサイドポンピングするために容易に使用することが
できることが直ちにわかるはずである。
の幾何学的配置を理解するであろうが、さらにこのよう
な装置が最少かつ自明の再配列によってレーザキャビテ
ィをサイドポンピングするために容易に使用することが
できることが直ちにわかるはずである。
ここに説明した性質の高エネルギー出力光学システム
の設計において重要な考慮すべきことは、通常のシステ
ム作動中に起こる温度変化に対応する光学構成部品の位
置的安定性である。本発明においてファイバレンズとし
て使用するに適した光ファイバの温度特性によれば、フ
ァイバレンズの両端を固定して取り付けると、熱循環中
にファイバレンズが曲がる傾向にある。本発明が実施さ
れる一般的なシステム内の光学要素間に狭い空間がある
と、熱エクスカーション（thermal excursion）による
微量の曲げでさえも許容されないものになる。本発明の
他の局面によれば、本発明による光ファイバレンズは、
作動中に熱エクスカーションにより起こる問題を回避す
る方法で取り付けることができる。
の設計において重要な考慮すべきことは、通常のシステ
ム作動中に起こる温度変化に対応する光学構成部品の位
置的安定性である。本発明においてファイバレンズとし
て使用するに適した光ファイバの温度特性によれば、フ
ァイバレンズの両端を固定して取り付けると、熱循環中
にファイバレンズが曲がる傾向にある。本発明が実施さ
れる一般的なシステム内の光学要素間に狭い空間がある
と、熱エクスカーション（thermal excursion）による
微量の曲げでさえも許容されないものになる。本発明の
他の局面によれば、本発明による光ファイバレンズは、
作動中に熱エクスカーションにより起こる問題を回避す
る方法で取り付けることができる。
次に図４を参照して、レーザーダイオードバーからの
出力を光ファイバ束に結合するための本発明による光フ
ァイバ取り付け装置の好ましい実施例の斜視図が示され
る。図４に示す実施例において、本発明により形成され
た装置は取り付け部材40に取り付けられたレーザーダイ
オードバー10を包含している。本技術分野で知られてい
るように、取り付け部材40はレーザーダイオードバー10
から熱を伝搬するのに適した材料から構成されており、
またレーザーダイオードバー10の熱膨張コヒーレントと
整合する熱膨張係数を有する材料から構成されることが
好ましい。レーザーダイオードバー10は、図４に示され
ている三つのねじ44のような固定手段により固定された
接触板42によって取り付け部材40にクランプ止めされて
いる。クランプ部材42の後部には、スペーサ46が設けら
れている。クランプ部材44の後部は、レーザーダイオー
ドバー10へ電源電圧を供給の便利な方法でくわ形端子48
として成形されている。
出力を光ファイバ束に結合するための本発明による光フ
ァイバ取り付け装置の好ましい実施例の斜視図が示され
る。図４に示す実施例において、本発明により形成され
た装置は取り付け部材40に取り付けられたレーザーダイ
オードバー10を包含している。本技術分野で知られてい
るように、取り付け部材40はレーザーダイオードバー10
から熱を伝搬するのに適した材料から構成されており、
またレーザーダイオードバー10の熱膨張コヒーレントと
整合する熱膨張係数を有する材料から構成されることが
好ましい。レーザーダイオードバー10は、図４に示され
ている三つのねじ44のような固定手段により固定された
接触板42によって取り付け部材40にクランプ止めされて
いる。クランプ部材42の後部には、スペーサ46が設けら
れている。クランプ部材44の後部は、レーザーダイオー
ドバー10へ電源電圧を供給の便利な方法でくわ形端子48
として成形されている。
光ファイバレンズ26の第一端部は、レーザーダイオー
ドバー10の放射面から選択された距離にある固定位置
に、複数の周知の固定手段のうちの一つによって保持さ
れ、この周知の固定手段としては、圧力クランプ（図示
せず）、マサチューセッツ州メッドフォードのTra−Co
n,Incorporated製Tra−Con 2151のようなエポキシ樹脂5
0の塗布があるが、これらに限定されるものではない。
光ファイバレンズ26の他端部はその軸線に沿って摺動可
能に取り付けられている。これは多くの方法により達成
できる。
ドバー10の放射面から選択された距離にある固定位置
に、複数の周知の固定手段のうちの一つによって保持さ
れ、この周知の固定手段としては、圧力クランプ（図示
せず）、マサチューセッツ州メッドフォードのTra−Co
n,Incorporated製Tra−Con 2151のようなエポキシ樹脂5
0の塗布があるが、これらに限定されるものではない。
光ファイバレンズ26の他端部はその軸線に沿って摺動可
能に取り付けられている。これは多くの方法により達成
できる。
図４に示されているように、円筒形クランプ52は、一
本の中空精密内径管材料から形成された内側スリーブ54
を備えている。この管材料は石英、サファイア、ポリイ
ミド等から成る。適当な管材料は、アリゾナ州フェニッ
クスのPolymicro Technologies社から購入可能である。
光ファイバの外径は管材料の内径と合うものでなければ
ならない。
本の中空精密内径管材料から形成された内側スリーブ54
を備えている。この管材料は石英、サファイア、ポリイ
ミド等から成る。適当な管材料は、アリゾナ州フェニッ
クスのPolymicro Technologies社から購入可能である。
光ファイバの外径は管材料の内径と合うものでなければ
ならない。
円筒形クランプ52は、円筒形クランプ52の円筒形開口
と内側スリーブ54の軸線とが光ファイバレンズ26の軸線
に沿って配置されたように、取り付け部材40に固定され
る。このように、光ファイバレンズ26の第二端部は円筒
形クランプ52の円筒形開口内に摺動可能に配置されてい
る。他の実施例において、光ファイバ26の第一端部は、
非湿潤接着剤または非付着接着剤を塗布することによっ
て取り付け部材40に固着することができる。硬化するこ
とにより、接着剤がファイバの軸線に沿った方向への動
きを規制する。
と内側スリーブ54の軸線とが光ファイバレンズ26の軸線
に沿って配置されたように、取り付け部材40に固定され
る。このように、光ファイバレンズ26の第二端部は円筒
形クランプ52の円筒形開口内に摺動可能に配置されてい
る。他の実施例において、光ファイバ26の第一端部は、
非湿潤接着剤または非付着接着剤を塗布することによっ
て取り付け部材40に固着することができる。硬化するこ
とにより、接着剤がファイバの軸線に沿った方向への動
きを規制する。
ここで述べた光ファイバレンズ26を取り付けることに
より、熱的に安定した構成が達成できる。これによっ
て、さらに広い温度域にわたる光学システムの信頼性の
ある作動が可能になる。
より、熱的に安定した構成が達成できる。これによっ
て、さらに広い温度域にわたる光学システムの信頼性の
ある作動が可能になる。
本発明の好ましい実施例を開示した。図面を参照して
の開示から、当業者は、請求の範囲の記載のみにより限
定されることを意図する本発明の範囲を逸脱することな
く、ここに述べられた実施例に変更および修正を加える
ことが可能である。
の開示から、当業者は、請求の範囲の記載のみにより限
定されることを意図する本発明の範囲を逸脱することな
く、ここに述べられた実施例に変更および修正を加える
ことが可能である。
上述の本発明の好ましい実施例の説明は、図面と説明
の目的で提示されたものである。本発明が開示された正
確な形で使い尽くされることも、あるいはこれに本発明
を限定することも意図していない。当業者には様々な修
正および変更が可能であることは明白である。本発明の
範囲は以下の請求の範囲およびこれに相当するものによ
り定義されることが意図されている。
の目的で提示されたものである。本発明が開示された正
確な形で使い尽くされることも、あるいはこれに本発明
を限定することも意図していない。当業者には様々な修
正および変更が可能であることは明白である。本発明の
範囲は以下の請求の範囲およびこれに相当するものによ
り定義されることが意図されている。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ベア トーマス エム
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
94040 マウンテン ヴィュー ドルー
シラ ドライヴ 537
(56)参考文献 特開 平５−297253（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−93828（ＪＰ，Ａ)
米国特許5268978（ＵＳ，Ａ)
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，33
［31］（1994）（米）ｐ．7282−7287
Claims (14)
- 【請求項１】各エミッタ領域が出力ファセットを有して
いる複数のエミッタ領域を有し、さらに開口数の高い方
向及び開口数の低い方向に出力を有するレーザーダイオ
ードバーと、 前記エミッタ領域からの放射の放射路に実質的に垂直な
方向に向けられた線形軸線を有し、また開口数の高い方
向におけるダイオードバー出力の発散に所望の修正を行
うために選択された距離だけ前記ダイオードバーから離
間して前記エミッタ領域の放射路内に配置されたマイク
ロレンズとを有し、 作動中の前記マイクロレンズの熱的膨張によるたわみを
避けるために、前記マイクロレンズの非固定端が前記マ
イクロレンズの軸線方向に摺動可能に支持されているこ
とを特徴とする多エミッタレーザーダイオードの多モー
ド光ファイバへの結合装置。 - 【請求項２】前記マイクロレンズの第１端部が固定位置
に保持され、該マイクロレンズの前記非固定端である第
２端部が該マイクロレンズの線形軸線の方向に軸線に沿
って移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の
多エミッタレーザーダイオードの多モード光ファイバへ
の結合装置。 - 【請求項３】前記第１端部が圧力クランプによって取り
付けられているれ請求項２に記載の多エミッタレーザー
ダイオードの多モード光ファイバへの結合装置。 - 【請求項４】前記第１端部がエポキシ樹脂によって取り
付けられていることを特徴とする請求項２に記載の多エ
ミッタレーザーダイオードの多モード光ファイバへの結
合装置。 - 【請求項５】前記第２端部がクランプ内に摺動可能に取
り付けられていることを特徴とする請求項２、３及び４
のうちの一項に記載の多エミッタレーザーダイオードの
多モード光ファイバへの結合装置。 - 【請求項６】前記第２端部が、クランプ内に受け入れら
れた内側スリーブ内に滑り嵌合で取り付けられているこ
とを特徴とする請求項５に記載の多エミッタレーザーダ
イオードの多モード光ファイバへの結合装置。 - 【請求項７】前記レーザーシステムがさらにレーザーダ
イオードバーに結合された電源供給体を有することを特
徴とする請求項１ないし６のうちに一項に記載の多エミ
ッタレーザーダイオードの多モード光ファイバへの結合
装置。 - 【請求項８】前記レーザーシステムがさらに、ダイオー
ドバーとマイクロレンズの結合体のエミッタ領域からの
光を受けるように位置決めされた少なくとも一個の光フ
ァイバーを包含することを特徴とする請求項１ないし７
のうちの一項に記載の多エミッタレーザーダイオードの
多モード光ファイバへの結合装置。 - 【請求項９】前記レーザーダイオードバーの開口数が高
い方向の出力がマイクロレンズによって合焦させられる
ことを特徴とする請求項１ないし８のうちのに一項に記
載の多エミッタレーザーダイオードの多モード光ファイ
バへの結合装置。 - 【請求項１０】前記エミッタ領域の出力ファセットが、
開口数が高い方向において選択された平面にマイクロレ
ンズによって結像されることを特徴とする請求項１ない
し８のうちの一項に記載の多エミッタレーザーダイオー
ドの多モード光ファイバへの結合装置。 - 【請求項１１】前記マイクロレンズが実質上丸い外形断
面を有していることを特徴とする請求項１ないし10のう
ちの一項に記載の多エミッタレーザーダイオードの多モ
ード光ファイバへの結合装置。 - 【請求項１２】前記マイクロレンズが、丸くない断面
で、開口数の高い方向のダイオードバーの出力に所望の
光学的修正を与えるように選択された断面を有すること
を特徴とする請求項１ないし10のうちの一項に記載の多
エミッタレーザーダイオードの多モード光ファイバへの
結合装置。 - 【請求項１３】前記エミッタ領域の出力ファセットが、
開口数が高い方向において選択された平面にマイクロレ
ンズによって結像され、前記選択された平面の近傍に配
置された少なくとも一つの前記光ファイバーを有するこ
とを特徴とする請求項８に記載の多エミッタレーザーダ
イオードの多モード光ファイバへの結合装置。 - 【請求項１４】前記マイクロレンズが、光ファイバーで
あることを特徴とする請求項１ないし13のうちの一項に
記載の多エミッタレーザーダイオードの多モード光ファ
イバへの結合装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/457,466 US5579422A (en) | 1990-11-16 | 1995-06-01 | Apparatus for coupling a multiple emitter laser diode to a multimode optical fiber |
| US08/457,466 | 1995-06-01 | ||
| PCT/US1996/007895 WO1996038749A1 (en) | 1995-06-01 | 1996-05-28 | Apparatus for coupling a multiple emitter laser diode to a multimode optical fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000505206A JP2000505206A (ja) | 2000-04-25 |
| JP3423723B2 true JP3423723B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=23816854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53661496A Expired - Fee Related JP3423723B2 (ja) | 1995-06-01 | 1996-05-28 | 多エミッタレーザーダイオードの多モード光ファイバへの結合装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5579422A (ja) |
| EP (1) | EP0774129B1 (ja) |
| JP (1) | JP3423723B2 (ja) |
| DE (1) | DE19680482B4 (ja) |
| GB (1) | GB2306051B (ja) |
| WO (1) | WO1996038749A1 (ja) |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2014136709A1 (ja) | 2013-03-05 | 2014-09-12 | 株式会社フジクラ | 半導体レーザモジュール及びその製造方法 |
| WO2014136708A1 (ja) | 2013-03-05 | 2014-09-12 | 株式会社フジクラ | 半導体レーザモジュール及びその製造方法 |
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1996
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Non-Patent Citations (1)
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| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，３３［３１］（１９９４）（米）ｐ．７２８２−７２８７ |
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