JP4080608B2 - Semiconductor laser light source device - Google Patents

Semiconductor laser light source device Download PDF

Info

Publication number
JP4080608B2
JP4080608B2 JP27147998A JP27147998A JP4080608B2 JP 4080608 B2 JP4080608 B2 JP 4080608B2 JP 27147998 A JP27147998 A JP 27147998A JP 27147998 A JP27147998 A JP 27147998A JP 4080608 B2 JP4080608 B2 JP 4080608B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
array
light emitting
semiconductor laser
lens array
light
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP27147998A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000098191A (en
Inventor
新 高
正臣 高坂
英夫 鈴木
寧 大林
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.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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 Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP27147998A priority Critical patent/JP4080608B2/en
Publication of JP2000098191A publication Critical patent/JP2000098191A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4080608B2 publication Critical patent/JP4080608B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザアレイからの光をコリメート・集光して、光ファイバによって出力する半導体レーザ光源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体レーザから出射されるレーザ光の出力・伝送を効率良く行うために光ファイバが用いられるが、このとき、半導体レーザと光ファイバとの結合効率が問題となる。一般に、半導体レーザの出射パラメータと、光ファイバの入射パラメータとは異なるので、このような結合効率を高くするために、半導体レーザと光ファイバとの間にレンズ系を設置する等の方法が用いられている。
【0003】
特に、例えば半導体レーザを固体レーザの励起光源として用いる場合、励起に用いられるレーザ光の高出力化が不可欠であるが、単一の発光点(ストライプ状の活性層など)による半導体レーザではその出力強度に限界があり、より高出力とするためには、複数の発光点からなる半導体レーザアレイと、そのような半導体レーザアレイのそれぞれの発光点から出射されるレーザ光を、光ファイバに効率良く入射させるレンズアレイの実現が必要となる。
【0004】
そのような半導体レーザアレイに適用可能なものとして、例えば特開平4−284401号に示されたレンズアレイがある。このレンズアレイは、例えば単一の半導体レーザに対して球レンズを用いずに、隣り合う円柱レンズの方向が互いに直交するように順次配置された3本の円柱レンズによって、垂直・水平の2方向についての光収束を行うものである。特に半導体レーザアレイを用いた場合に、球レンズが効率的なアレイ化が困難であるのに対して、このような構成による円柱レンズを用いたレンズ系は、3本の円柱レンズを、それぞれ半導体レーザアレイの発光点配列の垂直・水平方向をその配列方向とした複数の円柱レンズからなる3層の円柱レンズアレイとすることによって、単一の半導体レーザの場合と同様に適用することができる。
【0005】
また、特開平6−104516号に示された固体レーザ装置に用いられているレンズアレイがある。この装置では、マルチストライプによる複数の発光点が1次元上に配列された一体のアレイ型半導体レーザに対して、個々の発光点から出射されるレーザ光をそれぞれコリメートするための分布屈折率レンズアレイと、それぞれコリメートされた複数の発光点からのレーザ光を固体レーザ素子の端面に一括して集光させる集光レンズとからなるレンズアレイを用いている。また、このレンズアレイと固体レーザ素子との間に、光伝送手段として単一の光ファイバを介在させる方法についても記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザをさらに高出力化してその利用・適用範囲を広げるためには、2次元的に配列された半導体レーザアレイ、すなわち複数の半導体レーザまたは複数のアレイ型半導体レーザを配列したものと、そのような2次元配列の半導体レーザアレイの複数の発光点から出射されたレーザ光を効率的にコリメート・集光して、光ファイバに入射させることが可能なレンズアレイが必要不可欠である。
【0007】
しかしながら、特開平4−284401号に示されたレンズアレイは、その円柱レンズアレイの構造が、半導体レーザアレイの発光点の構造と個々に対応しており、したがって個々の発光点についてそれぞれコリメートを行って、それぞれに対して設置された半導体レーザアレイの発光点と同数の光ファイバに入射させるものであって、複数の発光点からのレーザ光を1つの光ファイバに集光する機能を有していない。さらに、使用される円柱レンズの数が多く、その組立工程や組立精度の点で問題がある。
【0008】
また、特開平6−104516号に示されたレンズアレイは、1次元に配列された半導体レーザアレイについて、すべての発光点からのレーザ光を単一の光ファイバに集光・入射させるものであるが、半導体レーザアレイを2次元化した場合、それらすべての発光点からのレーザ光を効率良く単一の光ファイバに集光・入射させることは極めて困難であり、レンズアレイ等も複雑なものとなる。
【0009】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、2次元配列された複数の発光点を有する半導体レーザアレイからのレーザ光を効率良くコリメート・集光し光ファイバに入射して、外部に出力することができる高出力の半導体レーザ光源装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による半導体レーザ光源装置は、複数の発光点を有する半導体レーザアレイと、半導体レーザアレイのそれぞれの発光点から出射されたレーザ光が入射され外部へと出力する光ファイバからなる光ファイバアレイと、レーザ光を光ファイバアレイの光ファイバの入射端にコリメートまたは集光するレンズアレイと、を備えた半導体レーザ光源装置であって、半導体レーザアレイは、複数のアレイ型半導体レーザを垂直方向にスタック・配列することによって構成されるとともに、垂直方向にN0行(N0は2以上の整数)の発光点行、水平方向にM0列(M0は2以上の整数)の発光点列を有するマトリクス状に、2次元配列された最大N0×M0個の複数の発光点を有するスタック型半導体レーザアレイからなり、光ファイバアレイは、複数の発光点よりも少ない本数の複数の光ファイバから構成されて、それぞれの入射端が配列された入射部と、複数の光ファイバが束ねられたバンドル部とからなるとともに、N<N0かつM<M0である垂直方向にN行(Nは1以上の整数)の入射端行、水平方向にM列(Mは1以上の整数、ただしNまたはMの少なくとも一方は2以上の整数)の入射端列を有するマトリクス状に、それぞれの入射端が入射部において1次元または2次元配列されたN×M本の複数の光ファイバを有して構成され、レンズアレイは、複数の発光点の2次元配列の、垂直方向のみについて、レーザ光のコリメートを行うように構成されたコリメートレンズアレイと、複数の発光点の2次元配列の、垂直方向及び水平方向の両方向について、レーザ光の集光を行うように構成された集光レンズアレイと、を有し、コリメートレンズアレイは、垂直方向に配列されたN0行の発光点行に含まれる発光点からのレーザ光を、それぞれ垂直方向にコリメートする複数のコリメートレンズからなる垂直コリメートレンズアレイを有して構成され、集光レンズアレイは、スタック型半導体レーザアレイの最大N0×M0個の複数の発光点を、垂直方向にN行の発光領域行、水平方向にM列の発光領域列を有するマトリクス状に2次元配列されたN×M個の発光領域に区分して、それぞれの発光領域に含まれる発光点からのレーザ光を、N×M本の複数の光ファイバのうち対応する光ファイバの入射端に集光するように、垂直方向に配列されたN行の発光領域行に含まれる発光点からのレーザ光を、N行の入射端行にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる垂直集光レンズアレイと、水平方向に配列されたM列の発光領域列に含まれる発光点からのレーザ光を、M列の入射端列にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる水平集光レンズアレイとを有して構成され、レンズアレイは、スタック型半導体レーザアレイ側から光ファイバアレイ側へ向けて、垂直コリメートレンズアレイ、垂直集光レンズアレイ、及び水平集光レンズアレイの順で各レンズが配置されていることを特徴とする。
【0012】
単一の発光点を有する半導体レーザ、または複数の発光点を有するアレイ型半導体レーザ、を複数個スタックし、2次元配列して形成されたスタック型半導体レーザアレイと、それに対してこのスタック型半導体レーザアレイの発光点の個数よりも少ない本数の光ファイバからなる光ファイバアレイを用い、コリメートレンズアレイ及び集光レイズアレイによって光ファイバアレイの入射部に向けてそれぞれレーザ光のコリメート・集光を行って、レーザ光が入射された光ファイバをバンドル部において束ねることによって、2次元配列の発光点からのレーザ光を効率的に出力することができる高出力の半導体レーザ光源装置とすることができる。
【0013】
特に、スタック型半導体レーザアレイの発光点の2次元配列から、光ファイバアレイの1次元または2次元配列へ、垂直方向及び水平方向の両方向について集光レンズアレイによって集光を行うことによって、その集光の効率を高め、かつ光源装置のレンズや光ファイバなどの構成要素を減少させて、その製造を容易とすることができる。なお、集光とは、ここでは複数の発光点からのレーザ光を一点に収束させることをいう。
【0014】
このような光源装置は、例えばスタック型半導体レーザアレイの各発光点と、光ファイバアレイの各光ファイバの入射端をそれぞれマトリクス状に配列し、それらの配列に対応して集光レンズアレイを構成することによって、実現することができる。
【0015】
上記のような装置に用いられる、マトリクス状の複数の発光点を有するスタック型半導体レーザアレイは、例えば、水平方向にM0個の発光点を有するアレイ型半導体レーザを、垂直方向にN0個スタック・配列して構成することが好ましい。また、垂直方向にN1行(N1は1以上の整数)、水平方向にM1列(M1は1以上の整数)に2次元配列されたN1×M1個の発光点を有する半導体レーザまたはアレイ型半導体レーザを、垂直方向にN1×N2=N0であるN2個(N2は1以上の整数)、水平方向にM1×M2=M0であるM2個(M2は1以上の整数、ただしN2またはM2の少なくとも一方は2以上の整数)スタック・配列して構成しても良い。
【0016】
集光レンズアレイは、例えば、垂直方向に配列されたN行の発光領域行に含まれる発光点からのレーザ光を、N行の入射端行にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる垂直集光レンズアレイと、水平方向に配列されたM列の発光領域列に含まれる発光点からのレーザ光を、M列の入射端列にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる水平集光レンズアレイと、の2つのアレイを有して構成することができる。また、垂直方向に配列されたN行の発光領域行に含まれる発光点からのレーザ光を、N行の入射端行にそれぞれ集光し、かつ、水平方向に配列されたM列の発光領域列に含まれる発光点からのレーザ光を、M列の入射端列にそれぞれ集光する複数の集光レンズからなる二方向集光レンズアレイ、の1つのアレイを有して構成しても良い。
【0017】
このように、垂直集光レンズアレイ及び水平集光レンズアレイ、または二方向集光レンズアレイによって集光レンズアレイを構成することによって、上記のような両方向についての集光を実現することができる。
【0018】
また、コリメートレンズアレイは、垂直方向に配列されたN0行の発光点行に含まれる発光点からのレーザ光を、それぞれ垂直方向にコリメートする複数のコリメートレンズからなる垂直コリメートレンズアレイを有して構成することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による半導体レーザ光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【0020】
なお、以下に示す光源装置における座標系については、レーザ光が出射される方向である縦方向をz軸・z方向とし、それ以外の2方向については、垂直方向をx軸・x方向、水平方向をy軸・y方向とする。ここで、以下に示す実施形態においては、この光源装置に関する座標系における垂直方向及び水平方向と、半導体レーザの各発光点であるストライプにおける接合面に対する垂直方向及び平行方向は、それぞれ一致している。
【0021】
また、発光点等の2次元配列における行及び列については、通常の行列の定義と同様に、垂直方向を分割して水平方向を長手方向とするものを行、水平方向を分割して垂直方向を長手方向とするものを列とする。
【0022】
図1は、本発明による半導体レーザ光源装置の一実施形態について、展開して各要素の構成について示す斜視図である。この図においては、近接して設置される要素についてもすべて距離をおいて示してある。本実施形態においては、レーザ光が出射される光源であるスタック型半導体レーザアレイ1は、垂直方向にN0行の発光点行V1〜VN0、及び水平方向にM0列の発光点列H1〜HM0を有して2次元配列されたN0×M0個の発光点を有して構成され、一方、レーザ光が入射され外部への出力を行う光ファイバアレイ2は、水平方向について1次元にそれぞれの入射端が配列されたM本の光ファイバを有して構成されている。
【0023】
スタック型半導体レーザアレイ1は、N0個のアレイ型半導体レーザ111〜11N0が垂直方向にスタック・配列されて構成されている。それぞれのアレイ型半導体レーザ11i(i=1〜N0)には、水平方向に等間隔に配列されたM0個の発光点110i,1〜110i,M0が形成されている。アレイ型半導体レーザ111〜11N0は、それぞれ垂直方向に対応する発光点1101,j〜110N0,jの水平方向の位置が一致するように配置され、これによって、スタック型半導体レーザアレイ1は、垂直方向に、M0個の発光点110i,1〜110i,M0を有するN0行の発光点行Vi(i=1〜N0)、水平方向に、N0個の発光点1101,j〜110N0,jを有するM0列の発光点列Hj(j=1〜M0)から構成されるマトリクス状に配列された、N0×M0個の発光点1101,1〜110N0,M0を有して構成されている。
【0024】
光ファイバアレイ2は、1×M本(ただし、M<M0)の光ファイバ2101,1〜2101,Mから構成され、これらM本の光ファイバとその入射端がそれぞれ配列される入射部21と、M本の光ファイバが束ねられたバンドル部22とからなる。本実施形態の入射部21においては、垂直方向の入射端行は1行(すなわちN=1)、水平方向の入射端列はM列であり、M本の光ファイバ2101,1〜2101,Mは、水平方向に1次元に配列されている。
【0025】
スタック型半導体レーザアレイ1のN0×M0個の発光点1101,1〜110N0,M0からそれぞれ出射されたレーザ光を、光ファイバアレイ2の1×M個の光ファイバ2101,1〜2101,Mに入射させるために、コリメートレンズアレイ3及び集光レンズアレイ4からなるレンズアレイが設置されている。
【0026】
コリメートレンズアレイ3は、スタック型半導体レーザアレイ1のそれぞれの発光点から出射されたレーザ光をコリメートして、その拡散角、すなわちz方向に対する傾き角、を小さくする機能を有して構成・設置される。
【0027】
ここで半導体レーザにおいては、一般にその垂直方向及び水平方向に対してその拡散角の大きさが異なる。垂直方向(x方向)についてはその拡散角θxは大きく、40°程度である。それに対して水平方向(y方向)についてはその拡散角θyは小さく、5〜12°程度である。
【0028】
また、本実施形態のようなスタック型半導体レーザアレイ1の構成においては、垂直方向を分割して水平方向を長手方向として配列されている発光点行Viの発光点110i,1〜110i,M0のそれぞれの垂直方向の位置は、同一のアレイ型半導体レーザ11iに形成されているために精度良く一致している。それに対して、水平方向を分割して垂直方向を長手方向として配列されている発光点列Hjの発光点1101,j〜110N0,jのそれぞれの水平方向の位置は、アレイ型半導体レーザ111〜11N0をスタック・配列する精度によるので、比較的精度が出ない。
【0029】
このため、本実施形態におけるコリメートレンズアレイ3は、垂直方向の拡散角θxのみについてコリメートを行う垂直コリメートレンズアレイ31から構成され、水平方向についてはコリメートを行っていない。ただし、必要があれば、水平方向の拡散角θyについてコリメートを行う水平コリメートレンズアレイをさらに設置する構成としても良い。
【0030】
垂直コリメートレンズアレイ31は、水平方向を長手方向とし断面が円であるN0個のシリンドリカルレンズ3101〜310N0から構成されている。それぞれのシリンドリカルレンズの中心軸の位置は、発光点の位置に対応して設置されている。すなわち、シリンドリカルレンズ310iの中心軸の垂直方向の位置は、発光点110i,1〜110i,M0からなる対応する発光点行Viの垂直方向の位置と一致するようにそれぞれ設置されている。これによってN0個のシリンドリカルレンズ310iは、M0個の発光点110i,1〜110i,M0から出射されたレーザ光に対して、それぞれ垂直方向の拡散角θxについてのコリメートを行う。コリメート後の拡散角θxは、およそ1°程度である。
【0031】
集光レンズアレイ4は、コリメートレンズアレイ3によってコリメートされたレーザ光を、光ファイバアレイ2の各光ファイバの入射端に集光する機能を有して構成・設置される。ここで集光とは、複数の発光点からのレーザ光を一点に収束させることをいう。
【0032】
本実施形態における集光レンズアレイ4は、垂直方向について集光を行う垂直集光レンズアレイ41、及び水平方向について集光を行う水平集光レンズアレイ42から構成されている。ここで、スタック型半導体レーザアレイ1はN0×M0個の発光点1101,1〜110N0,M0からなり、一方、光ファイバアレイ2はN×M本の光ファイバ(ただし、本実施形態においてはN=1)からなってそれぞれ構成されていることに対応して、集光レンズアレイ4は、このN0×M0個の発光点1101,1〜110N0,M0から出射されたレーザ光を、垂直方向にN行の発光領域行、水平方向にM列の発光領域列を有するN×M個の発光領域に区分して、それぞれの区分された発光領域内に含まれる発光点からのレーザ光が、対応する光ファイバにそれぞれ入射されるように構成・設置される。
【0033】
すなわち、垂直方向の集光は、本実施形態における光ファイバアレイ2の入射端行が1行(N=1)であるので、N0行の発光点行Viからのレーザ光を1行の入射端行に集光するように垂直集光レンズアレイ41が構成されている。一方、水平方向の集光は、光ファイバアレイ2の入射端列がM列であるので、M0列の発光点列Hjからのレーザ光をM列の入射端列に分割・集光するように水平集光レンズアレイ42が構成されている。
【0034】
垂直集光レンズアレイ41は、水平方向を長手方向とし断面が楕円である単一のシリンドリカルレンズ410から構成されている。シリンドリカルレンズ410の中心軸の位置は、発光点1101,1〜110N0,M0の垂直方向の中心位置と一致するように設置されている。
【0035】
水平集光レンズアレイ42は、垂直方向を長手方向とし断面が円であるM個のシリンドリカルレンズ4201〜420Mから構成されている。それぞれのシリンドリカルレンズの中心軸の位置は、発光領域の位置に対応して設置されている。すなわち、シリンドリカルレンズ420jの中心軸の水平方向の位置は、対応するj番目の発光領域列の水平方向の中心位置と一致するようにそれぞれ設置されている。
【0036】
本実施形態によるレンズアレイにおける、レーザ光のコリメート及び集光について説明する。図2は、図1に示した半導体レーザ光源装置の側面図、すなわちy方向から見た図であり、x方向(垂直方向)についてのレーザ光のコリメート及び集光が点線によって図示されている。また、図3は、図1に示した半導体レーザ光源装置の上面図、すなわちx方向から見た図であり、y方向(水平方向)についてのレーザ光の集光が点線によって図示されている。
【0037】
垂直方向については、拡散角θxが40°程度と大きいので、レーザ光は垂直コリメートレンズアレイ31によってコリメートされて、拡散角が小さい(1°程度)レーザ光とされ、垂直集光レンズアレイ41によって光ファイバアレイ2の入射部21の、対応する光ファイバ入射端に集光される。また、水平方向については、拡散角θyが5〜12°程度と小さいので、コリメートは行われず、水平集光レンズアレイ42によって光ファイバアレイ2の入射部21の、対応する光ファイバ入射端に集光される。
【0038】
なお、これらのレンズアレイを構成するそれぞれのレンズの焦点距離等は、すべて図2及び図3に示したコリメート及び集光が実現されるように選択されている。
【0039】
特に、垂直集光レンズアレイ41から光ファイバ入射端までの距離(垂直集光レンズアレイ41のレンズの焦点距離)をfx、水平集光レンズアレイ42から光ファイバ入射端までの距離(水平集光レンズアレイ42の各レンズの焦点距離)をfyとすると、光ファイバの入射端におけるx方向及びy方向の集光の幅dx及びdyは、およそdx=fx×θx、dy=fy×θyとなる。ここで、コリメートレンズアレイ3を通過した後の拡散角θx及びθyは、上記したようにθxの方が小さいので、光ファイバへの効率的な集光・入射を行うために、それぞれの焦点距離が、集光の幅dx及びdyが同程度の大きさとなるfx>fyである所定の値となるように、垂直集光レンズアレイ41及び水平集光レンズアレイ42がそれぞれ設置されている。また、一定の開口数を有する光ファイバに対して、x方向及びy方向の入射効率を同程度とするために、垂直集光レンズアレイ41及び水平集光レンズアレイ42を構成する各レンズの幅は、水平集光レンズアレイ42のものの方が小さくなるように構成することが望ましい。なお、光ファイバ入射端の大きさ及び集光の大きさ等の条件によっては、焦点距離やレンズ幅等についてのこれらの条件を満たさない構成としても良い。
【0040】
また、図1、図2及び図3は、具体的には、N0=8、M0=12、N=1、M=6の上記の条件を満たす構成として作図されているが、これらの個数・本数の選択は単に例示に過ぎず、他の構成であっても構わない。特にNについては、2以上の整数として光ファイバが2次元配列される構成とすることも可能である。この場合、垂直集光レンズアレイ41は、例えばN個のシリンドリカルレンズによって構成することができる。
【0041】
図4は、本発明による半導体レーザ光源装置の他の実施形態について、図1と同様に展開して各要素の構成について示す斜視図である。本実施形態においては、レーザ光が出射される光源であるスタック型半導体レーザアレイ1の構成については、図1に示した実施形態のものと同様である。
【0042】
光ファイバアレイ2は、2×M本(ただし、M<M0)の光ファイバ2101,1〜2102,Mから構成され、これら2×M本の光ファイバとその入射端がそれぞれ配列される入射部21と、2×M本の光ファイバが束ねられたバンドル部22とからなる。本実施形態の入射部21においては、垂直方向の入射端行は2行(すなわちN=2)、水平方向の入射端列はM列であり、2×M本の光ファイバ2101,1〜2102,Mは、2次元に配列されている。
【0043】
スタック型半導体レーザアレイ1のN0×M0個の発光点1101,1〜110N0,M0から出射されたレーザ光を、光ファイバアレイ2の2×M本の光ファイバ2101,1〜2102,Mに入射させるために、コリメートレンズアレイ3及び集光レンズアレイ4からなるレンズアレイが設置されている。なお、コリメートレンズアレイ3の垂直コリメートレンズアレイ31の構成については、図1に示した実施形態のものと同様である。
【0044】
本実施形態における集光レンズアレイ4は、垂直方向及び水平方向の二方向について集光を行う二方向集光レンズアレイ40から構成されている。二方向集光レンズアレイ40は、その中心位置がそれぞれ2×M個の光ファイバ2101,1〜2102,Mの位置、及びそれに対応する発光領域の位置、に対応して設置されている2×M個の長方形球面レンズ4001,1〜4002,Mから構成されている。これによって、区分された各発光領域に含まれる発光点からのレーザ光が、対応する光ファイバにそれぞれ入射される。
【0045】
本実施形態によるレンズアレイにおける、レーザ光のコリメート及び集光について説明する。図5は、図4に示した半導体レーザ光源装置の側面図、すなわちy方向から見た図であり、x方向(垂直方向)についてのレーザ光のコリメート及び集光が点線によって図示されている。また、図6は、図4に示した半導体レーザ光源装置の上面図、すなわちx方向から見た図であり、y方向(水平方向)についてのレーザ光の集光が点線によって図示されている。
【0046】
垂直方向について垂直コリメートレンズアレイ31によってコリメートされたレーザ光は、二方向集光レンズアレイ40によって垂直方向及び水平方向の両方向について、光ファイバアレイ2の入射部21の、対応する光ファイバ入射端に集光される。
【0047】
なお、これらのレンズアレイを構成するそれぞれのレンズの焦点距離等は、すべて図5及び図6に示したコリメート及び集光が実現されるように選択されている。また、図4、図5及び図6は、具体的には、N0=8、M0=12、N=2、M=6として作図されている。
【0048】
本発明による半導体レーザ光源装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な形態とすることができる。例えば、その光源部分については、図7に示すように、垂直方向及び水平方向をともに分割してアレイ型半導体レーザ、図7においては4個のアレイ型半導体レーザ111,1〜112,2、をスタック・配列してスタック型半導体レーザアレイ1を構成しても良い。アレイ型半導体レーザではなく、単一の発光点を有する半導体レーザをマトリクス状にスタック・配列してスタック型半導体レーザアレイを構成することも可能である。また、発光点の配列が図1に示したような完全なマトリクス状になっていないもの、例えば図8に示すように発光点が交互に配置されているもの、についても同様のレンズアレイを適用するように構成することが可能である。
【0049】
また、図9に示すように、複数のスタック型半導体レーザアレイを用いても良い。図9に示す装置においては、スタック型半導体レーザアレイ1a及び1bはそのそれぞれの発光点の垂直方向の位置が交互になるように配置されており、ストライプ状光学板1cには、スタック型半導体レーザアレイ1aの発光点に対応する位置には光透過膜が、またスタック型半導体レーザアレイ1bの発光点に対応する位置には光反射膜が、水平方向を長手方向として形成されている。これによって2つのスタック型半導体レーザアレイ1a及び1bからのレーザ光をすべて光ファイバアレイ2のそれぞれの光ファイバに入射させて、さらに強度を高めた光源装置とすることができる。
【0050】
また、レンズアレイに用いる各レンズの形状・構成等についても、コリメートまたは集光の機能を有するものであれば、必要に応じて他の形状・構成のものを用いても良い。また、分布屈折率レンズ等を用いることも可能である。
【0051】
【発明の効果】
本発明による半導体レーザ光源装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、N0×M0個のマトリクス状に配列された発光点を有するスタック型半導体レーザアレイから出射されたレーザ光を、コリメートレンズアレイによって必要な方向についてコリメートし、さらに集光レンズアレイによって垂直方向及び水平方向の両方向について集光を行って、N<N0かつM<M0であるN×M本の光ファイバを有する光ファイバアレイのマトリクス状に配列された入射端に集光・入射させ、その光ファイバをバンドルとすることによって、効率的にレーザ光を取り込んた、高出力の半導体レーザ光源装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体レーザ光源装置の一実施形態を展開して示す斜視図である。
【図2】図1に示した半導体レーザ光源装置の側面図である。
【図3】図1に示した半導体レーザ光源装置の上面図である。
【図4】本発明による半導体レーザ光源装置の他の実施形態を展開して示す斜視図である。
【図5】図4に示した半導体レーザ光源装置の側面図である。
【図6】図4に示した半導体レーザ光源装置の上面図である。
【図7】スタック型半導体レーザアレイの他の実施形態を示す斜視図である。
【図8】スタック型半導体レーザアレイの他の実施形態を示す斜視図である。
【図9】本発明による半導体レーザ光源装置の他の実施形態を示す上面図である。
【符号の説明】
1、1a、1b…スタック型半導体レーザアレイ、1c…ストライプ状光学板、111〜11N0、111,1〜112,2…アレイ型半導体レーザ、1101,1〜110N0,M0…発光点、
2…光ファイバアレイ、21…入射部、22…バンドル部、2101,1〜2102,M…光ファイバ、
3…コリメートレンズアレイ、31…垂直コリメートレンズアレイ、3101〜310N0…シリンドリカルレンズ、
4…集光レンズアレイ、40…二方向集光レンズアレイ、4001,1〜4002,M…長方形球面レンズ、41…垂直集光レンズアレイ、410…シリンドリカルレンズ、42…水平集光レンズアレイ、4201〜420M…シリンドリカルレンズ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser light source device that collimates and collects light from a semiconductor laser array and outputs the collimated light through an optical fiber.
[0002]
[Prior art]
An optical fiber is used to efficiently output and transmit laser light emitted from a semiconductor laser. At this time, the coupling efficiency between the semiconductor laser and the optical fiber becomes a problem. Generally, since the emission parameter of a semiconductor laser is different from the incident parameter of an optical fiber, a method such as installing a lens system between the semiconductor laser and the optical fiber is used to increase the coupling efficiency. ing.
[0003]
In particular, when a semiconductor laser is used as an excitation light source for a solid-state laser, for example, it is indispensable to increase the output of laser light used for excitation. However, the output of a semiconductor laser with a single emission point (striped active layer, etc.) There is a limit to the intensity, and in order to achieve higher output, a semiconductor laser array composed of a plurality of light emitting points and laser light emitted from each light emitting point of such a semiconductor laser array are efficiently transmitted to an optical fiber. It is necessary to realize an incident lens array.
[0004]
A lens array that can be applied to such a semiconductor laser array is, for example, a lens array disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-284401. This lens array, for example, does not use a spherical lens for a single semiconductor laser, but uses three cylindrical lenses that are sequentially arranged so that the directions of adjacent cylindrical lenses are perpendicular to each other. Convergence of light is performed. In particular, when a semiconductor laser array is used, it is difficult to efficiently form a spherical lens. On the other hand, a lens system using a cylindrical lens having such a configuration has three cylindrical lenses each of which is a semiconductor. By adopting a three-layer cylindrical lens array composed of a plurality of cylindrical lenses with the vertical and horizontal directions of the light emitting point arrangement of the laser array as the arrangement direction, it can be applied as in the case of a single semiconductor laser.
[0005]
Further, there is a lens array used in a solid-state laser device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-104516. In this apparatus, a distributed refractive index lens array for collimating laser beams emitted from individual light emitting points with respect to an integrated array type semiconductor laser in which a plurality of light emitting points by multi stripes are arranged one-dimensionally. And a condensing lens for condensing laser beams from a plurality of collimated light emitting points on the end face of the solid-state laser element. Also described is a method in which a single optical fiber is interposed as an optical transmission means between the lens array and the solid-state laser element.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to further increase the output of a semiconductor laser and expand its use and application range, a two-dimensionally arranged semiconductor laser array, that is, a plurality of semiconductor lasers or a plurality of array type semiconductor lasers, and so on A lens array capable of efficiently collimating and condensing laser beams emitted from a plurality of light emitting points of a two-dimensional array of semiconductor laser arrays and making them incident on an optical fiber is indispensable.
[0007]
However, in the lens array disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-284401, the structure of the cylindrical lens array individually corresponds to the structure of the light emitting points of the semiconductor laser array, and therefore, collimation is performed for each light emitting point. And incident on the same number of optical fibers as the light emitting points of the semiconductor laser array installed for each of them, and has a function of condensing the laser light from a plurality of light emitting points onto one optical fiber. Absent. Furthermore, the number of cylindrical lenses used is large, and there are problems in terms of the assembly process and assembly accuracy.
[0008]
In addition, the lens array disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-104516 condenses and enters laser light from all light emitting points into a single optical fiber in a one-dimensionally arranged semiconductor laser array. However, when a two-dimensional semiconductor laser array is used, it is extremely difficult to efficiently condense and enter the laser light from all of the light emitting points into a single optical fiber, and the lens array is also complicated. Become.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and efficiently collimates and condenses laser light from a semiconductor laser array having a plurality of light emitting points arranged two-dimensionally and enters the optical fiber. An object of the present invention is to provide a high-power semiconductor laser light source device that can output to the outside.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a semiconductor laser light source device according to the present invention includes a semiconductor laser array having a plurality of light emitting points, and laser light emitted from each light emitting point of the semiconductor laser array is incident to the outside. A semiconductor laser light source device comprising: an optical fiber array comprising output optical fibers; and a lens array for collimating or condensing laser light at an incident end of the optical fiber of the optical fiber array, wherein the semiconductor laser array includes a plurality of semiconductor laser arrays. The array type semiconductor lasers are stacked and arranged in the vertical direction, N0 rows (N0 is an integer of 2 or more) in the vertical direction, M0 columns in the horizontal direction (M0 is an integer of 2 or more) ) Stacked semiconductor laser having a plurality of light emitting points of a maximum of N0 × M0 two-dimensionally arranged in a matrix having a light emitting point sequence of The optical fiber array is composed of a plurality of optical fibers having a number smaller than a plurality of light emitting points, and an incident portion in which respective incident ends are arranged, and a bundle portion in which a plurality of optical fibers are bundled. And N <N0 and M <M0, N rows in the vertical direction (N is an integer of 1 or more), M columns in the horizontal direction (M is an integer of 1 or more, provided that at least N or M One of which is an integer of 2 or more), each of which has a plurality of N × M optical fibers arranged one-dimensionally or two-dimensionally at the incident portion. The array is a two-dimensional array of multiple light emitting points in the vertical direction only A collimating lens array configured to collimate laser light, and a collection configured to collect laser light in both the vertical and horizontal directions of a two-dimensional array of a plurality of light emitting points. An optical lens array, and the collimating lens array includes a plurality of collimating lenses that collimate the laser beams from the light emitting points included in the N0 light emitting point rows arranged in the vertical direction in the vertical direction. The condensing lens array includes a plurality of light emitting points of a maximum of N0 × M0 of the stacked semiconductor laser array, N light emitting area rows in the vertical direction, and M columns in the horizontal direction. Dividing into N × M light emitting areas arranged two-dimensionally in a matrix having light emitting area columns, and laser light from the light emitting points included in each light emitting area, Laser light from the light emitting points included in the N light emitting region rows arranged in the vertical direction so as to be condensed at the incident end of the corresponding optical fiber among the N × M optical fibers is N rows. A vertical condenser lens array composed of a single condenser lens or a plurality of condenser lenses that respectively collect light at the incident end rows of the laser beam, and laser light from the light emitting points included in the M light emitting area columns arranged in the horizontal direction. And a horizontal condenser lens array composed of a single condenser lens or a plurality of condenser lenses for condensing light at the incident end rows of the array, and the lens array is directed from the stack type semiconductor laser array side to the optical fiber array side. The lenses are arranged in the order of a vertical collimating lens array, a vertical condenser lens array, and a horizontal condenser lens array.
[0012]
A stacked semiconductor laser array formed by stacking a plurality of semiconductor lasers having a single light emitting point or an array type semiconductor laser having a plurality of light emitting points and two-dimensionally arranging the semiconductor laser, and the stacked semiconductor laser Using an optical fiber array consisting of fewer optical fibers than the number of light emitting points of the laser array, the collimating lens array and the condensing raise array each collimate and condense the laser light toward the incident part of the optical fiber array. Thus, a high-power semiconductor laser light source device capable of efficiently outputting laser light from a light emitting point in a two-dimensional array can be obtained by bundling optical fibers on which laser light is incident in a bundle portion.
[0013]
In particular, the light is collected from the two-dimensional arrangement of the light emitting points of the stacked semiconductor laser array to the one-dimensional or two-dimensional arrangement of the optical fiber array by the condenser lens array in both the vertical direction and the horizontal direction. It is possible to increase the light efficiency and reduce the number of components such as the lens and optical fiber of the light source device, thereby facilitating the manufacture thereof. Here, focusing means that laser beams from a plurality of light emitting points are converged to one point.
[0014]
In such a light source device, for example, each light emitting point of a stack type semiconductor laser array and an incident end of each optical fiber of an optical fiber array are arranged in a matrix form, and a condensing lens array is configured corresponding to the arrangement. This can be realized.
[0015]
The stacked semiconductor laser array having a plurality of light emitting points in the form of a matrix used in the apparatus as described above is, for example, an array type semiconductor laser having M0 light emitting points in the horizontal direction and N0 stacks in the vertical direction. An arrangement is preferable. Also, a semiconductor laser or array type semiconductor having N1 × M1 light emitting points two-dimensionally arranged in N1 rows (N1 is an integer of 1 or more) in the vertical direction and M1 columns (M1 is an integer of 1 or more) in the horizontal direction N2 lasers with N1 × N2 = N0 in the vertical direction (N2 is an integer of 1 or more) and M2 lasers with M1 × M2 = M0 in the horizontal direction (M2 is an integer of 1 or more, provided that at least N2 or M2 One is an integer greater than or equal to 2).
[0016]
The condensing lens array is, for example, a single condensing lens or a plurality of condensing lenses for condensing laser beams from light emitting points included in N light emitting region rows arranged in the vertical direction on N incident end rows, respectively. And a single or a plurality of condensing beams for condensing the laser beams from the light emitting points included in the M light emitting region rows arranged in the horizontal direction on the M light incident end rows, respectively. It can be configured to have two arrays, a horizontal condenser lens array consisting of lenses. Further, the laser beams from the light emitting points included in the N light emitting region rows arranged in the vertical direction are respectively focused on the N incident end rows, and the M column light emitting regions arranged in the horizontal direction. The laser beam from the light emitting point included in the column may be configured to have one array of a two-way condensing lens array composed of a plurality of condensing lenses that respectively condense the light beams to the M incident end columns. .
[0017]
As described above, by forming the condensing lens array by the vertical condensing lens array and the horizontal condensing lens array, or the bi-directional condensing lens array, the condensing in both directions as described above can be realized.
[0018]
The collimating lens array has a vertical collimating lens array composed of a plurality of collimating lenses that collimate the laser beams from the light emitting points included in the N0 light emitting point rows arranged in the vertical direction in the vertical direction. Can be configured.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor laser light source device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are given to the same elements, and duplicate descriptions are omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.
[0020]
In the coordinate system in the light source device shown below, the vertical direction, which is the direction in which the laser light is emitted, is defined as the z-axis / z-direction, and for the other two directions, the vertical direction is the x-axis / x-direction, horizontal The direction is the y-axis / y-direction. Here, in the embodiment described below, the vertical direction and the horizontal direction in the coordinate system relating to the light source device and the vertical direction and the parallel direction with respect to the bonding surface in the stripe, which is each light emitting point of the semiconductor laser, respectively match. .
[0021]
As for the rows and columns in a two-dimensional array such as light-emitting points, the vertical direction is divided and the horizontal direction is the longitudinal direction, and the horizontal direction is divided and the vertical direction is divided as in the normal matrix definition. Is the column.
[0022]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of each element in an embodiment of a semiconductor laser light source device according to the present invention. In this figure, all the elements installed close to each other are also shown at a distance. In the present embodiment, the stacked semiconductor laser array 1 that is a light source from which laser light is emitted has N0 light emitting point rows V in the vertical direction. 1 ~ V N0 , And M0 light emission point sequence H in the horizontal direction 1 ~ H M0 The optical fiber array 2 is configured to have N0 × M0 light emitting points that are two-dimensionally arranged and output to the outside upon receiving laser light. The optical fiber is configured to have M optical fibers having incident ends arranged.
[0023]
The stack type semiconductor laser array 1 includes N0 array type semiconductor lasers 11. 1 ~ 11 N0 Are stacked and arranged in the vertical direction. Each array type semiconductor laser 11 i (I = 1 to N0) includes M0 light emitting points 110 arranged at equal intervals in the horizontal direction. i, 1 ~ 110 i, M0 Is formed. Array type semiconductor laser 11 1 ~ 11 N0 Are light emitting points 110 corresponding to the vertical directions, respectively. 1, j ~ 110 N0, j Are arranged so that their horizontal positions coincide with each other, whereby the stacked semiconductor laser array 1 has M0 light emitting points 110 in the vertical direction. i, 1 ~ 110 i, M0 N0 light-emitting spot row V having i (I = 1 to N0), N0 light emitting points 110 in the horizontal direction 1, j ~ 110 N0, j M0 light emitting point sequence H having j N0 × M0 light emitting points 110 arranged in a matrix composed of (j = 1 to M0). 1,1 ~ 110 N0, M0 It is comprised.
[0024]
The optical fiber array 2 includes 1 × M optical fibers 210 (M <M0). 1,1 ~ 210 1, M The M optical fibers and the incident portion 21 in which the incident ends thereof are respectively arranged, and the bundle portion 22 in which the M optical fibers are bundled. In the incident part 21 of the present embodiment, the incident end row in the vertical direction is one row (that is, N = 1), the incident end row in the horizontal direction is M columns, and the M optical fibers 210. 1,1 ~ 210 1, M Are arranged one-dimensionally in the horizontal direction.
[0025]
N0 × M0 light emitting points 110 of the stacked semiconductor laser array 1 1,1 ~ 110 N0, M0 1 × M optical fibers 210 of the optical fiber array 2 are used as laser beams respectively emitted from the optical fiber array 2. 1,1 ~ 210 1, M In order to make the light incident on the lens array, a lens array including a collimating lens array 3 and a condenser lens array 4 is provided.
[0026]
The collimating lens array 3 has a function of collimating the laser light emitted from each light emitting point of the stacked semiconductor laser array 1 and reducing its diffusion angle, that is, the tilt angle with respect to the z direction. Is done.
[0027]
Here, in the semiconductor laser, the diffusion angle generally differs in the vertical direction and the horizontal direction. The diffusion angle θ in the vertical direction (x direction) x Is large and about 40 °. On the other hand, the diffusion angle θ in the horizontal direction (y direction) y Is small, about 5 to 12 °.
[0028]
Further, in the configuration of the stack type semiconductor laser array 1 as in the present embodiment, the light emitting point rows V that are arranged with the vertical direction divided and the horizontal direction set as the longitudinal direction. i Luminous point 110 of i, 1 ~ 110 i, M0 The vertical position of each is the same array type semiconductor laser 11 i Therefore, they are matched with high accuracy. On the other hand, the light emission point sequence H divided in the horizontal direction and arranged in the vertical direction as the longitudinal direction. j Luminous point 110 of 1, j ~ 110 N0, j Each of the horizontal positions of the array type semiconductor laser 11 1 ~ 11 N0 Because it depends on the accuracy of stacking and arraying, the accuracy is relatively low.
[0029]
For this reason, the collimating lens array 3 in this embodiment has a vertical diffusion angle θ. x Only a collimating lens array 31 that performs collimation only, and no collimation is performed in the horizontal direction. However, if necessary, the horizontal diffusion angle θ y It is good also as a structure which further installs the horizontal collimating lens array which collimates about.
[0030]
The vertical collimating lens array 31 has N0 cylindrical lenses 310 whose longitudinal direction is the horizontal direction and whose cross section is a circle. 1 ~ 310 N0 It is composed of The position of the central axis of each cylindrical lens is set corresponding to the position of the light emitting point. That is, the cylindrical lens 310 i The vertical position of the central axis of the light emitting point 110 is i, 1 ~ 110 i, M0 The corresponding luminous spot row V i Are installed so as to coincide with the vertical position of each. Thus, N0 cylindrical lenses 310 i Is M0 luminous points 110 i, 1 ~ 110 i, M0 Diffusion angle θ in the vertical direction with respect to the laser light emitted from x Do the collimation. Diffusion angle θ after collimation x Is about 1 °.
[0031]
The condensing lens array 4 is configured and installed with a function of condensing the laser light collimated by the collimating lens array 3 at the incident end of each optical fiber of the optical fiber array 2. Here, focusing means that laser beams from a plurality of light emitting points are converged to one point.
[0032]
The condensing lens array 4 in the present embodiment includes a vertical condensing lens array 41 that condenses light in the vertical direction and a horizontal condensing lens array 42 that condenses light in the horizontal direction. Here, the stacked semiconductor laser array 1 has N0 × M0 light emitting points 110. 1,1 ~ 110 N0, M0 On the other hand, the optical fiber array 2 is composed of N × M optical fibers (where N = 1 in the present embodiment). The N0 × M0 light emitting points 110 1,1 ~ 110 N0, M0 The laser light emitted from the laser beam is divided into N × M light emitting regions each having N light emitting region rows in the vertical direction and M light emitting region columns in the horizontal direction, and each of the light emitting regions is divided into the light emitting regions. The laser beam from the included light emitting point is configured and installed so as to be incident on the corresponding optical fiber.
[0033]
That is, in the vertical direction, since the incident end row of the optical fiber array 2 in this embodiment is one row (N = 1), N0 light emission point rows V i The vertical condensing lens array 41 is configured so as to condense the laser light from the light onto one incident end row. On the other hand, since the incident end row of the optical fiber array 2 is M rows in the horizontal direction, the light emitting point row H in the M0 row is used. j The horizontal condensing lens array 42 is configured to divide and condense the laser beam from the light into the M rows of incident end rows.
[0034]
The vertical condenser lens array 41 is composed of a single cylindrical lens 410 whose longitudinal direction is the horizontal direction and whose section is an ellipse. The position of the central axis of the cylindrical lens 410 is the light emitting point 110. 1,1 ~ 110 N0, M0 It is installed so as to coincide with the center position in the vertical direction.
[0035]
The horizontal condenser lens array 42 includes M cylindrical lenses 420 whose longitudinal direction is the longitudinal direction and whose cross section is a circle. 1 ~ 420 M It is composed of The position of the central axis of each cylindrical lens is set corresponding to the position of the light emitting area. That is, the cylindrical lens 420 j The horizontal positions of the central axes of the light-emitting elements are respectively set so as to coincide with the horizontal center positions of the corresponding j-th light emitting region columns.
[0036]
The collimation and condensing of laser light in the lens array according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a side view of the semiconductor laser light source device shown in FIG. 1, that is, a view seen from the y direction. Collimation and condensing of laser light in the x direction (vertical direction) are illustrated by dotted lines. FIG. 3 is a top view of the semiconductor laser light source device shown in FIG. 1, that is, a view seen from the x direction, and the condensing of the laser beam in the y direction (horizontal direction) is shown by a dotted line.
[0037]
For the vertical direction, the diffusion angle θ x Is as large as about 40 °, the laser beam is collimated by the vertical collimating lens array 31 to be a laser beam having a small diffusion angle (about 1 °), and the vertical condenser lens array 41 is used to enter the incident portion 21 of the optical fiber array 2. Are condensed at the corresponding optical fiber incident end. For the horizontal direction, the diffusion angle θ y Is as small as about 5 to 12 °, collimation is not performed, and the light is condensed at the corresponding optical fiber incident end of the incident portion 21 of the optical fiber array 2 by the horizontal condenser lens array 42.
[0038]
It should be noted that the focal lengths and the like of the respective lenses constituting these lens arrays are all selected so as to realize the collimation and condensing shown in FIGS.
[0039]
In particular, the distance from the vertical condenser lens array 41 to the optical fiber incident end (the focal distance of the lenses of the vertical condenser lens array 41) is expressed as f. x , The distance from the horizontal condenser lens array 42 to the optical fiber incident end (focal length of each lens of the horizontal condenser lens array 42) is f y Then, the light collection width d in the x and y directions at the incident end of the optical fiber x And d y Is approximately d x = F x × θ x , D y = F y × θ y It becomes. Here, the diffusion angle θ after passing through the collimating lens array 3 x And θ y Is θ as described above. x Therefore, in order to efficiently collect and enter the optical fiber, the focal length of each of the optical fibers is determined by the width d of the light collection. x And d y Is the same size f x > F y The vertical condenser lens array 41 and the horizontal condenser lens array 42 are respectively installed so as to have a predetermined value. In addition, in order to make the incident efficiency in the x direction and the y direction about the same for an optical fiber having a certain numerical aperture, the width of each lens constituting the vertical condenser lens array 41 and the horizontal condenser lens array 42 It is desirable that the horizontal condenser lens array 42 is configured to be smaller. It should be noted that depending on conditions such as the size of the optical fiber incident end and the size of light collection, a configuration that does not satisfy these conditions regarding the focal length, the lens width, and the like may be adopted.
[0040]
1, 2, and 3 are specifically constructed as configurations satisfying the above conditions of N0 = 8, M0 = 12, N = 1, and M = 6. The selection of the number is merely an example, and other configurations may be used. In particular, N may be configured such that optical fibers are two-dimensionally arranged as an integer of 2 or more. In this case, the vertical condenser lens array 41 can be configured by, for example, N cylindrical lenses.
[0041]
FIG. 4 is a perspective view of another embodiment of the semiconductor laser light source device according to the present invention, developed in the same manner as in FIG. 1 and showing the configuration of each element. In the present embodiment, the configuration of the stacked semiconductor laser array 1 which is a light source from which laser light is emitted is the same as that of the embodiment shown in FIG.
[0042]
The optical fiber array 2 includes 2 × M optical fibers 210 (M <M0). 1,1 ~ 210 2, M And 2 × M optical fibers, an incident portion 21 where the incident ends thereof are arranged, and a bundle portion 22 in which 2 × M optical fibers are bundled. In the incident portion 21 of the present embodiment, the incident end rows in the vertical direction are two rows (that is, N = 2), the incident end rows in the horizontal direction are M columns, and 2 × M optical fibers 210. 1,1 ~ 210 2, M Are arranged in two dimensions.
[0043]
N0 × M0 light emitting points 110 of the stacked semiconductor laser array 1 1,1 ~ 110 N0, M0 2 × M optical fibers 210 of the optical fiber array 2 are used as laser light emitted from the optical fiber array 2. 1,1 ~ 210 2, M In order to make the light incident on the lens array, a lens array including a collimating lens array 3 and a condenser lens array 4 is provided. The configuration of the vertical collimating lens array 31 of the collimating lens array 3 is the same as that of the embodiment shown in FIG.
[0044]
The condensing lens array 4 in the present embodiment is composed of a two-way condensing lens array 40 that condenses light in two directions, the vertical direction and the horizontal direction. The two-way condensing lens array 40 has 2 × M optical fibers 210 each having a center position. 1,1 ~ 210 2, M And 2 × M rectangular spherical lenses 400 installed corresponding to the positions of the light emitting areas corresponding thereto. 1,1 ~ 400 2, M It is composed of As a result, the laser light from the light emitting points included in each divided light emitting region is incident on the corresponding optical fiber.
[0045]
The collimation and condensing of laser light in the lens array according to the present embodiment will be described. FIG. 5 is a side view of the semiconductor laser light source device shown in FIG. 4, that is, a view seen from the y direction. Collimation and condensing of laser light in the x direction (vertical direction) are illustrated by dotted lines. FIG. 6 is a top view of the semiconductor laser light source device shown in FIG. 4, that is, a view seen from the x direction, and the condensing of the laser light in the y direction (horizontal direction) is shown by a dotted line.
[0046]
The laser light collimated by the vertical collimating lens array 31 in the vertical direction is applied to the corresponding optical fiber incident end of the incident portion 21 of the optical fiber array 2 in both the vertical direction and the horizontal direction by the two-way condenser lens array 40. Focused.
[0047]
Note that the focal lengths and the like of the respective lenses constituting these lens arrays are all selected so as to realize the collimation and condensing shown in FIGS. 4, FIG. 5, and FIG. 6 are specifically plotted as N0 = 8, M0 = 12, N = 2, and M = 6.
[0048]
The semiconductor laser light source device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be various forms. For example, with respect to the light source portion, as shown in FIG. 7, both the vertical direction and the horizontal direction are divided into an array type semiconductor laser, and in FIG. 1,1 ~ 11 2,2 , May be stacked and arranged to form a stacked semiconductor laser array 1. Instead of the array type semiconductor laser, it is also possible to form a stacked type semiconductor laser array by stacking and arranging semiconductor lasers having a single light emitting point in a matrix. Further, the same lens array is applied to the case where the arrangement of the light emitting points is not a complete matrix as shown in FIG. 1, for example, the light emitting points are alternately arranged as shown in FIG. It can be configured to do so.
[0049]
Further, as shown in FIG. 9, a plurality of stacked semiconductor laser arrays may be used. In the apparatus shown in FIG. 9, the stack type semiconductor laser arrays 1a and 1b are arranged so that the vertical positions of the respective light emitting points are alternated, and the striped optical plate 1c includes a stack type semiconductor laser. A light transmitting film is formed at a position corresponding to the light emitting point of the array 1a, and a light reflecting film is formed at a position corresponding to the light emitting point of the stacked semiconductor laser array 1b with the horizontal direction as the longitudinal direction. As a result, all the laser beams from the two stacked semiconductor laser arrays 1a and 1b are made incident on the respective optical fibers of the optical fiber array 2 to obtain a light source device with further increased intensity.
[0050]
In addition, as for the shape and configuration of each lens used in the lens array, other shapes and configurations may be used as necessary as long as they have a collimating or condensing function. It is also possible to use a distributed refractive index lens or the like.
[0051]
【The invention's effect】
As described in detail above, the semiconductor laser light source device according to the present invention has the following effects. That is, the laser light emitted from the stack type semiconductor laser array having the light emitting points arranged in a matrix of N0 × M0 is collimated in a necessary direction by the collimating lens array, and further, the vertical direction and The light is condensed in both horizontal directions, and is condensed and incident on the incident ends arranged in a matrix of an optical fiber array having N × M optical fibers where N <N0 and M <M0. By making the fiber into a bundle, a high-power semiconductor laser light source device that efficiently captures the laser light can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a developed perspective view of an embodiment of a semiconductor laser light source device according to the present invention.
2 is a side view of the semiconductor laser light source device shown in FIG. 1. FIG.
3 is a top view of the semiconductor laser light source device shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the semiconductor laser light source device according to the present invention.
5 is a side view of the semiconductor laser light source device shown in FIG. 4. FIG.
6 is a top view of the semiconductor laser light source device shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of a stacked semiconductor laser array.
FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of a stacked semiconductor laser array.
FIG. 9 is a top view showing another embodiment of the semiconductor laser light source device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b ... Stack type semiconductor laser array, 1c ... Striped optical plate, 11 1 ~ 11 N0 , 11 1,1 ~ 11 2,2 ... Array type semiconductor laser, 110 1,1 ~ 110 N0, M0 ... light emission point,
2 ... Optical fiber array, 21 ... Incident part, 22 ... Bundle part, 210 1,1 ~ 210 2, M ... optical fiber,
3 ... collimating lens array, 31 ... vertical collimating lens array, 310 1 ~ 310 N0 ... Cylindrical lenses,
4 ... Condensing lens array, 40 ... Bidirectional condensing lens array, 400 1,1 ~ 400 2, M ... rectangular spherical lens, 41 ... vertical condenser lens array, 410 ... cylindrical lens, 42 ... horizontal condenser lens array, 420 1 ~ 420 M … Cylindrical lens.

Claims (3)

複数の発光点を有する半導体レーザアレイと、前記半導体レーザアレイのそれぞれの前記発光点から出射されたレーザ光が入射され外部へと出力する光ファイバからなる光ファイバアレイと、前記レーザ光を前記光ファイバアレイの前記光ファイバの入射端にコリメートまたは集光するレンズアレイと、を備えた半導体レーザ光源装置であって、
前記半導体レーザアレイは、複数のアレイ型半導体レーザを垂直方向にスタック・配列することによって構成されるとともに、垂直方向にN0行(N0は2以上の整数)の発光点行、水平方向にM0列(M0は2以上の整数)の発光点列を有するマトリクス状に、2次元配列された最大N0×M0個の前記複数の発光点を有するスタック型半導体レーザアレイからなり、
前記光ファイバアレイは、前記複数の発光点よりも少ない本数の複数の光ファイバから構成されて、それぞれの入射端が配列された入射部と、前記複数の光ファイバが束ねられたバンドル部とからなるとともに、N<N0かつM<M0である垂直方向にN行(Nは1以上の整数)の入射端行、水平方向にM列(Mは1以上の整数、ただしNまたはMの少なくとも一方は2以上の整数)の入射端列を有するマトリクス状に、それぞれの前記入射端が前記入射部において1次元または2次元配列されたN×M本の前記複数の光ファイバを有して構成され、
前記レンズアレイは、
前記複数の発光点の2次元配列の、垂直方向のみについて、前記レーザ光のコリメートを行うように構成されたコリメートレンズアレイと、
前記複数の発光点の2次元配列の、垂直方向及び水平方向の両方向について、前記レーザ光の集光を行うように構成された集光レンズアレイと、を有し、
前記コリメートレンズアレイは、
垂直方向に配列された前記N0行の発光点行に含まれる前記発光点からの前記レーザ光を、それぞれ垂直方向にコリメートする複数のコリメートレンズからなる垂直コリメートレンズアレイを有して構成され、
前記集光レンズアレイは、
前記スタック型半導体レーザアレイの最大N0×M0個の前記複数の発光点を、垂直方向にN行の発光領域行、水平方向にM列の発光領域列を有するマトリクス状に2次元配列されたN×M個の発光領域に区分して、それぞれの前記発光領域に含まれる前記発光点からの前記レーザ光を、N×M本の前記複数の光ファイバのうち対応する前記光ファイバの前記入射端に集光するように、
垂直方向に配列された前記N行の発光領域行に含まれる前記発光点からの前記レーザ光を、前記N行の入射端行にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる垂直集光レンズアレイと、
水平方向に配列された前記M列の発光領域列に含まれる前記発光点からの前記レーザ光を、前記M列の入射端列にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる水平集光レンズアレイとを有して構成され、
前記レンズアレイは、前記スタック型半導体レーザアレイ側から前記光ファイバアレイ側へ向けて、前記垂直コリメートレンズアレイ、前記垂直集光レンズアレイ、及び前記水平集光レンズアレイの順で各レンズが配置されていることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
A semiconductor laser array having a plurality of light emitting points; an optical fiber array comprising optical fibers that receive laser light emitted from each of the light emitting points of the semiconductor laser array and output the light to the outside; and A semiconductor laser light source device comprising: a lens array that collimates or condenses on an incident end of the optical fiber of a fiber array;
The semiconductor laser array is constituted by stacking and arranging a plurality of array type semiconductor lasers in the vertical direction, N0 rows in the vertical direction (N0 is an integer of 2 or more), M0 columns in the horizontal direction. (M0 is an integer greater than or equal to 2), and a stack type semiconductor laser array having a maximum of N0 × M0 light emitting points arranged in a two-dimensional array in a matrix having light emitting point sequences,
The optical fiber array includes a plurality of optical fibers having a number smaller than the plurality of light emitting points, and includes an incident portion in which respective incident ends are arrayed and a bundle portion in which the plurality of optical fibers are bundled. N <N0 and M <M0, N rows (N is an integer of 1 or more) in the vertical direction and M columns (M is an integer of 1 or more, but at least one of N or M) in the horizontal direction Is formed of a plurality of N × M optical fibers in which the incident ends are arranged one-dimensionally or two-dimensionally in the incident portion. ,
The lens array is
A collimating lens array configured to collimate the laser beam only in the vertical direction of the two-dimensional array of the plurality of light emitting points;
A condensing lens array configured to condense the laser beam in both a vertical direction and a horizontal direction of the two-dimensional array of the plurality of light emitting points;
The collimating lens array is
A vertical collimating lens array comprising a plurality of collimating lenses for collimating the laser beams from the light emitting points included in the N0 light emitting point rows arranged in the vertical direction in the vertical direction;
The condenser lens array is
A plurality of N0 × M0 light emitting points of the stacked semiconductor laser array are two-dimensionally arranged in a matrix having N light emitting area rows in the vertical direction and M light emitting area columns in the horizontal direction. The laser beam from the light emitting point included in each of the light emitting regions is divided into × M light emitting regions, and the incident end of the corresponding optical fiber among the plurality of N × M optical fibers. To concentrate on
A vertical collector comprising a single or a plurality of condensing lenses for condensing the laser light from the light emitting points included in the N light emitting region rows arranged in the vertical direction onto the incident end rows of the N rows, respectively. An optical lens array;
A horizontal light collection comprising a single or a plurality of condensing lenses for condensing the laser light from the light emitting points included in the M light emitting region rows arranged in the horizontal direction on the M light incident end rows, respectively. An optical lens array,
The lenses are arranged in the order of the vertical collimating lens array, the vertical condenser lens array, and the horizontal condenser lens array from the stack type semiconductor laser array side to the optical fiber array side. A semiconductor laser light source device.
前記スタック型半導体レーザアレイは、水平方向にM0個の前記発光点を有する前記アレイ型半導体レーザを、垂直方向にN0個スタック・配列して、N0×M0個の前記複数の発光点を有して構成されたことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ光源装置。  The stacked semiconductor laser array has a plurality of N0 × M0 light emitting points, in which N0 array type semiconductor lasers having M0 light emitting points in the horizontal direction are stacked and arranged in the vertical direction. 2. The semiconductor laser light source device according to claim 1, wherein the semiconductor laser light source device is configured as follows. 前記集光レンズアレイは、前記水平集光レンズアレイを構成する集光レンズの幅が、前記垂直集光レンズアレイを構成する集光レンズの幅よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザ光源装置。  The condenser lens array is configured such that the width of the condenser lens constituting the horizontal condenser lens array is smaller than the width of the condenser lens constituting the vertical condenser lens array. The semiconductor laser light source device according to claim 1 or 2.
JP27147998A 1998-09-25 1998-09-25 Semiconductor laser light source device Expired - Fee Related JP4080608B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27147998A JP4080608B2 (en) 1998-09-25 1998-09-25 Semiconductor laser light source device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27147998A JP4080608B2 (en) 1998-09-25 1998-09-25 Semiconductor laser light source device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000098191A JP2000098191A (en) 2000-04-07
JP4080608B2 true JP4080608B2 (en) 2008-04-23

Family

ID=17500625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27147998A Expired - Fee Related JP4080608B2 (en) 1998-09-25 1998-09-25 Semiconductor laser light source device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4080608B2 (en)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002232055A (en) * 2001-01-31 2002-08-16 Hamamatsu Photonics Kk Semiconductor laser device, and fastening method of lens position thereof
JP2002329935A (en) 2001-05-07 2002-11-15 Toshiba Corp Laser optical source, laser device, laser emitting method and laser optical source manufacturing method
EP1391753B1 (en) * 2001-05-09 2010-12-15 Hamamatsu Photonics K. K. Optical lens
JP2002335054A (en) * 2001-05-09 2002-11-22 Hamamatsu Photonics Kk Semiconductor laser device and laser processing device
EP1394572B1 (en) * 2001-05-09 2010-04-21 Hamamatsu Photonics K.K. Method of producing optical lens, and optical lens
JP4197957B2 (en) 2001-05-09 2008-12-17 浜松ホトニクス株式会社 Manufacturing method of optical lens
JP3917491B2 (en) * 2002-03-08 2007-05-23 株式会社ジェイテクト Lens array and laser condensing device
EP1376179A3 (en) 2002-06-27 2004-04-14 Toyoda Koki Kabushiki Kaisha Laminated optical waveguide array, optical beam collecting device and laser emission device
US20080063017A1 (en) * 2004-06-01 2008-03-13 Trumpf Photonics Inc. Laser Diode Array Mounting
DE102004039936A1 (en) 2004-08-17 2006-02-23 Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs Gmbh & Co. Kg Device for homogenizing light and method for producing the device
JP4557289B2 (en) 2005-06-23 2010-10-06 株式会社日立製作所 Display device
CN101218719B (en) * 2005-07-13 2010-09-22 古河电气工业株式会社 Light irradiating apparatus and welding method
US7881355B2 (en) 2005-12-15 2011-02-01 Mind Melters, Inc. System and method for generating intense laser light from laser diode arrays
JP4483840B2 (en) 2006-09-04 2010-06-16 セイコーエプソン株式会社 Image display device
EP3858651A1 (en) * 2011-08-29 2021-08-04 Automotive Coalition for Traffic Safety, Inc. System for non-invasive measurement of an analyte in a vehicle driver
US9343868B2 (en) 2012-08-28 2016-05-17 Optical Engines Inc. Efficient generation of intense laser light from multiple laser light sources using misaligned collimating optical elements
JP2015031814A (en) * 2013-08-02 2015-02-16 住友電気工業株式会社 Lens component and optical module
JP2016218406A (en) 2015-05-26 2016-12-22 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 Optical Modulator Module
CN107192378B (en) * 2017-06-23 2019-09-24 西安工业大学 A kind of surface of light source device for High frequency photographing measurement system
JP7422313B2 (en) 2018-12-26 2024-01-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 Line beam scanning optics and laser radar
JP7151497B2 (en) * 2019-01-17 2022-10-12 ウシオ電機株式会社 Light source device
EP3982830A4 (en) 2019-06-12 2023-07-19 Automotive Coalition for Traffic Safety, Inc. System for non-invasive measurement of an analyte in a vehicle driver
KR102153510B1 (en) * 2020-01-31 2020-09-08 페이브텍 주식회사 Beam homogenizer and high energy pulsed laser transmission system having the same
CN111999827A (en) * 2020-09-24 2020-11-27 武汉锐奥特科技有限公司 Parallel light path structure and optical module
CN113189780B (en) * 2021-04-21 2023-03-24 吉林省长光瑞思激光技术有限公司 Light path shaping system capable of realizing laser round and square spot change

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000098191A (en) 2000-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4080608B2 (en) Semiconductor laser light source device
US7110183B2 (en) Device for the optical beam transformation of a linear arrangement of several light sources
US20060126690A1 (en) Semiconductor laser apparatus capable of routing laser beams emitted from stacked-array laser diode to optical fiber with little loss
US6639727B2 (en) Optical lens and optical system having inclined columnar optical members
US6683727B1 (en) Optical arrangement for symmetrizing the radiation of two-dimensional arrays of laser diodes
JP4603750B2 (en) Device for symmetrizing the radiation of a linear illuminant, an array of the device, and application of the device
JP4326698B2 (en) Optical emitter array including collimator optics
US20030118291A1 (en) High brightness laser diode coupling to multimode optical fibers
JP3460023B2 (en) Optical splitter
US6888679B2 (en) Laser diode bar integrator/reimager
US6493148B1 (en) Increasing laser beam power density
JP3917491B2 (en) Lens array and laser condensing device
US6356380B1 (en) Apparatus for imaging light from multifaceted laser diodes onto a multichannel spatial light modulator
JP2002329935A (en) Laser optical source, laser device, laser emitting method and laser optical source manufacturing method
WO2015001866A1 (en) Laser device
EP1533637A2 (en) Beam collecting device and laser emission device
US6516011B1 (en) Focusing multiple laser beams
JP2009145457A (en) Optical path conversion device and optical module using the same
JP5935465B2 (en) Optical device
JP2004070072A (en) Light concentrator
JP4040934B2 (en) Concentrator
JP4010950B2 (en) Device for collimating a light beam emitted from a laser light source and a light beam conversion device for the device
US20160291331A1 (en) Device for Shaping Laser Radiation
JP3553130B2 (en) Laser equipment
JP2000147331A (en) Ld array beam converging device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050908

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070803

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071026

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071120

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080110

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080205

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080207

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110215

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110215

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120215

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120215

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130215

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130215

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140215

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees