JP6380531B2 - 光合成レーザ装置 - Google Patents

光合成レーザ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6380531B2
JP6380531B2 JP2016528686A JP2016528686A JP6380531B2 JP 6380531 B2 JP6380531 B2 JP 6380531B2 JP 2016528686 A JP2016528686 A JP 2016528686A JP 2016528686 A JP2016528686 A JP 2016528686A JP 6380531 B2 JP6380531 B2 JP 6380531B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser light
laser
light sources
waveguide core
optical fiber
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.)
Active
Application number
JP2016528686A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2015193966A1 (ja
Inventor
次郎 齊川
次郎 齊川
直也 石垣
直也 石垣
進吾 宇野
進吾 宇野
廣木　知之
知之 廣木
一郎 福士
一郎 福士
章之 門谷
章之 門谷
隼規 坂本
隼規 坂本
東條　公資
公資 東條
一馬 渡辺
一馬 渡辺
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.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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 Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Publication of JPWO2015193966A1 publication Critical patent/JPWO2015193966A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6380531B2 publication Critical patent/JP6380531B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/12—Beam splitting or combining systems operating by refraction only
    • G02B27/123—The splitting element being a lens or a system of lenses, including arrays and surfaces with refractive power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/02319—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by core or core-cladding interface features
    • G02B6/02338—Structured core, e.g. core contains more than one material, non-constant refractive index distribution in core, asymmetric or non-circular elements in core unit, multiple cores, insertions between core and clad
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本発明は、複数のレーザ光源から射出されるレーザ光を集光して合成する光合成レーザ装置に関する。
高出力のレーザ光を得るために、複数のレーザ光源から射出されるレーザ光を集光して合成する光合成レーザ装置が知られている。この光合成レーザ装置は、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。
特許文献１は、レーザ光の放射角に対して異方性を有した複数のレーザ光源と、レーザ光源に対して１対１で配設され、レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する複数のコリメートレンズと、各コリメートレンズで平行光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光されたレーザ光を入射させて合成する合成光学素子とを備えている。レーザ光源は、レーザ光の発光領域の長手方向が集光レンズの径方向に一致するように配置されている。これにより、簡易な構成でかつ低コストでレーザ光を効率よく合成することができる。
特許文献２は、Ｍ×Ｍ（Ｍ＞Ｎ）に配置された複数のレーザ光源からのレーザ光を、結合手段を用いて受光器に結合させる光パワー合成用光学系において、結合手段は、コリメート光学素子、アナモフィック光学素子、集光用光学素子で構成され、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるようにアナモフィック光学素子が配置されている。これにより、複数のレーザ光源からの光を受光器に効率良く結合させて高出力を得ることができる。
特開２００９−８０４６８号公報 特開２００５−１１４９７７号公報
しかしながら、特許文献１、特許文献２のように、レーザ光の放射角に対して異方性を有する複数のレーザ光源のレーザ光を、各レーザ光の配置や光学素子を工夫して通常の円形コアの光ファイバへ結合した場合、ビーム整形用の光学素子が増加するため、装置が複雑化しコストがアップする。また、円形コアの直径を集光点での長軸ビーム径に合わせるため、光ファイバのコアサイズが大きく円形コア断面積も大きくなり、輝度が低下してしまう。
本発明は、円形の光導波路よりも出射発光エリアを小さくでき、輝度を向上させることができる光合成レーザ装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係る請求項１は、レーザ光の放射角に対して異方性を有した複数の第１レーザ光源と、前記レーザ光の放射角に対して異方性を有し且つ前記複数の第１レーザ光源の発光領域の幅方向に対して幅方向が直交する発光領域を有する複数の第２レーザ光源と、前記複数の第１レーザ光源及び前記複数の第２レーザ光源に対して１対１で配設され、前記レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する複数のコリメートレンズと、前記複数のコリメートレンズの内の前記複数の第１レーザ光源に対応するコリメートレンズで平行光に変換されたレーザ光を集光して第１集光ビームを得て、前記複数のコリメートレンズの内の前記複数の第２レーザ光源に対応するコリメートレンズで平行光に変換されたレーザ光を集光して第２集光ビームを得る集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された前記第１集光ビームと前記第２集光ビームとを入射させて合成する方形形状の方形導波路コアを有する光ファイバを備え、前記集光レンズで集光された前記第１集光ビームの長軸と前記光ファイバの前記方形導波路コアの一方の対角線軸とを一致させ、前記集光レンズで集光された前記第２集光ビームの長軸と前記光ファイバの前記方形導波路コアの他方の対角線軸とを一致させる。
本発明によれば、円形の光導波路よりも出射発光エリアを小さくでき、輝度を向上させることができる光合成レーザ装置を提供することができる。
図１は本発明の実施例１に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。 図２は実施例１に係る光合成レーザ装置に方形導波路コアが用いられた場合の光ファイバ断面及び集光ビームを示す図である。 図３は本発明の実施例２に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。 図４は本発明の実施例２に係る光合成レーザ装置に方形導波路コアが用いられた場合の光ファイバ断面及び方形導波路コアの各々の対角線軸における集光ビームを示す図である。 図５は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。 図６は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置におけるレーザ光源の発光領域の幅方向の放射角と厚さ方向の放射角との放射角比を示す図である。 図７は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置に長方形の導波路コアが用いられた場合の光ファイバ断面及び集光ビームを示す図である。 図８は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置の変形例を示す図である。
以下、本発明の実施形態に係る光合成レーザ装置が図面を参照しながら詳細に説明される。
（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。図１に示す光合成レーザ装置は、複数のレーザ光源１ａ〜１ｅと、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅと、ステアリング光学素子３、集光レンズ４、光ファイバ５を備えている。
複数のレーザ光源１ａ〜１ｅの各々は、半導体レーザからなり、レーザ光の放射角に対して異方性を有しており、楕円状のレーザビームを出力する。複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅは、複数のレーザ光源１ａ〜１ｅに対して１対１で配設され、複数のレーザ光源１ａ〜１ｅから射出される各レーザ光を平行光に変換する。
ステアリング光学素子３は、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅで平行光に変換された各レーザ光の進路を変えて集光レンズ４に導く。集光レンズ４は、ステアリング光学素子３からの各レーザ光を集光する。光ファイバ５は、円形をなしており、集光レンズ４により集光されたレーザ光を入射させて合成する方形形状の方形導波路コアＳＣを有する。
図２は実施例１に係る光合成レーザ装置に方形導波路コアＳＣが用いられた場合の光ファイバ断面及び集光ビームＢＭを示す図である。図２において、集光レンズ４で集光された集光ビームＢＭは、楕円をなしている。集光ビームＢＭの長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの対角線軸とが一致されており、方形導波路コアＳＣの対角線長は、集光ビームＢＭの長軸方向ビームのサイズ以上である。
また、方形導波路コアＳＣの四隅が、従来用いられてきた円形導波路コアＣＣの円周に略接するような大きさの方形導波路コアＳＣが用いられている。このため、方形導波路コアＳＣの面積は、円形導波路コアＣＣの面積よりも小さい。
このように実施例１に係る光合成レーザ装置によれば、光ファイバ５の方形導波路コアＳＣを用い、集光ビームＢＭの長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの対角線軸とが一致され、方形導波路コアＳＣの対角線長が集光ビームＢＭの長軸方向ビームのサイズ以上であるので、図２に示すように、円形導波路コアＣＣよりも光導波路のサイズを小さくでき、円形導波路コアＣＣよりも出射発光エリアを小さくでき、輝度を向上させることができる。
（実施例２）
図３は本発明の実施例２に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。図３に示す光合成レーザ装置は、複数のレーザ光源１ａ〜１ｃ、複数のレーザ光源１ｆ〜１ｇ、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅと、ステアリング光学素子３、集光レンズ４、光ファイバ５を備えている。
複数のレーザ光源１ａ〜１ｃは、本発明の複数の第１レーザ光源に対応し、レーザ光の放射角に対して異方性を有し、楕円をなしている。複数のレーザ光源１ｆ〜１ｇは、本発明の複数の第２レーザ光源に対応し、レーザ光の放射角に対して異方性を有し楕円をなしており、複数のレーザ光源１ａ〜１ｃの発光領域の幅方向に対して幅方向が直交する発光領域を有する。
複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅは、複数のレーザ光源１ａ〜１ｃ及び複数のレーザ光源１ｆ〜１ｇに対して１対１で配設され、レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する。
集光レンズ４は、コリメートレンズ２ａ〜２ｃで平行光に変換されたレーザ光を集光して第１集光ビームを得て、コリメートレンズ２ｄ〜２ｅで平行光に変換されたレーザ光を集光して第２集光ビームを得る。ステアリング光学素子３の機能は、図１に示すそれと同じであるので、その説明は省略する。
光ファイバ５は、集光レンズ４により集光された第１集光ビームと第２集光ビームとを入射させて合成する方形形状の方形導波路コアＳＣを有する。
図４に示すように、第１集光ビームＢＭ１と第２集光ビームＢＭ２とは、楕円をなしている。第１集光ビームＢＭ１の長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの一方の対角線軸とを一致させ、第２集光ビームＢＭ２の長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの他方の対角線軸とを一致させる。
第１集光ビームＢＭ１と第２集光ビームＢＭ２は直交している。また、方形導波路コアＳＣの一方の対角線長が集光ビームＢＭ１の長軸方向ビームのサイズ以上である。方形導波路コアＳＣの他方の対角線長が集光ビームＢＭの長軸方向ビームＢＭ２のサイズ以上である。
このように実施例２に係る光合成レーザ装置によれば、第１集光ビームＢＭ１の長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの一方の対角線軸とを一致させ、第２集光ビームＢＭ２の長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの他方の対角線軸とを一致させたので、出射偏光を平均化させることができる。
（実施例３）
図５は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。図５は実施例３に係る光合成レーザ装置は、複数のレーザ光源１Ａ〜１Ｅと、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅと、集光レンズ４と、光ファイバ５を備える。
複数のレーザ光源１Ａ〜１Ｅは、レーザ光の放射角に対して異方性を有し、レーザ光源１Ｃの光軸とレンズ２ｃの中心と光ファイバ５の光軸とを一致させている。また、レーザ光源１Ｃを挟んで、複数のレーザ光源１Ａ〜１Ｂと複数のレーザ光源１Ｄ〜１Ｅとが対称に配置されている。このため、円形の光ファイバ５の略中央部分に横長の楕円状の集光ビームＢＭ３が入射される。
光ファイバ５は、図７に示すように、横長の楕円状の集光ビームＢＭ３を入射させる長方形状の導波路コアＲＣを有し、長方形状の導波路コアＲＣの横方向に集光ビームＢＭ３の長軸が配置され、導波路コアＲＣの縦方向に集光ビームＢＭ３の短軸が配置されている。
また、導波路コアＲＣの縦と横との比は、図６に示すように、レーザ光源１Ａの発光領域の幅方向の放射角θ１と厚さ方向の放射角θ２との放射角比以上に設定されている。
このように実施例３に係る光合成レーザ装置によれば、導波路コアＲＣの縦と横との比は、図６に示すように、レーザ光源１Ａの発光領域の幅方向の放射角θ１と厚さ方向の放射角θ２との放射角比以上に設定されているので、確実に集光ビームＢＭ３が導波路コアＲＣ内に収めることができる。
図８は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置の変形例である。この例では、図８に示すように、光ファイバ５に菱形の導波路コアＬＣが用いられている。導波路コアＬＣの長い方の対角線軸に集光ビームＢＭ４の長軸を一致させ、導波路コアＬＣの短い方の対角線軸に集光ビームＢＭ４の短軸を一致させている。このように構成しても実施例３の効果と同様な効果が得られる。
本発明は、レーザ加工装置、ディスプレイ装置、計測装置、医療機器などに利用可能である。

Claims (1)

  1. レーザ光の放射角に対して異方性を有した複数の第１レーザ光源と、
    前記レーザ光の放射角に対して異方性を有し且つ前記複数の第１レーザ光源の発光領域の幅方向に対して幅方向が直交する発光領域を有する複数の第２レーザ光源と、
    前記複数の第１レーザ光源及び前記複数の第２レーザ光源に対して１対１で配設され、前記レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する複数のコリメートレンズと、
    前記複数のコリメートレンズの内の前記複数の第１レーザ光源に対応するコリメートレンズで平行光に変換されたレーザ光を集光して第１集光ビームを得て、前記複数のコリメートレンズの内の前記複数の第２レーザ光源に対応するコリメートレンズで平行光に変換されたレーザ光を集光して第２集光ビームを得る集光レンズと、
    前記集光レンズにより集光された前記第１集光ビームと前記第２集光ビームとを入射させて合成する方形形状の方形導波路コアを有する光ファイバを備え、
    前記集光レンズで集光された前記第１集光ビームの長軸と前記光ファイバの前記方形導波路コアの一方の対角線軸とを一致させ、前記集光レンズで集光された前記第２集光ビームの長軸と前記光ファイバの前記方形導波路コアの他方の対角線軸とを一致させる光合成レーザ装置。
JP2016528686A 2014-06-17 2014-06-17 光合成レーザ装置 Active JP6380531B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/066022 WO2015193966A1 (ja) 2014-06-17 2014-06-17 光合成レーザ装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018138242A Division JP2018200476A (ja) 2018-07-24 2018-07-24 光合成レーザ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2015193966A1 JPWO2015193966A1 (ja) 2017-04-20
JP6380531B2 true JP6380531B2 (ja) 2018-08-29

Family

ID=54934999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016528686A Active JP6380531B2 (ja) 2014-06-17 2014-06-17 光合成レーザ装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9746615B2 (ja)
JP (1) JP6380531B2 (ja)
WO (1) WO2015193966A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2966627A1 (en) * 2014-11-14 2016-05-19 Boston Scientific Scimed, Inc. Surgical laser systems and laser devices
CN108602358B (zh) * 2016-02-05 2020-05-12 株式会社理光 记录方法和记录装置
EP3412464B1 (en) * 2016-02-05 2020-03-04 Ricoh Company, Ltd. Recording method and recording apparatus
JP2019015769A (ja) * 2017-07-04 2019-01-31 株式会社島津製作所 光結合モジュール
US10025052B1 (en) * 2017-12-01 2018-07-17 Shimadzu Corporation Multiplexing laser light source and fiber adjustment method
JP2018200476A (ja) * 2018-07-24 2018-12-20 株式会社島津製作所 光合成レーザ装置
US11567272B2 (en) 2018-08-23 2023-01-31 Shimadzu Corporation Optical coupling device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3340547B2 (ja) * 1994-02-22 2002-11-05 東北パイオニア株式会社 レーザ光結合装置及び方法
US5668903A (en) * 1994-12-22 1997-09-16 Ceramoptec Industries, Inc. Compound laser system for high power densities
JP2003347647A (ja) 2002-05-23 2003-12-05 Fuji Photo Film Co Ltd 合波レーザ光源及びファイバアレイ光源
US7830945B2 (en) * 2002-07-10 2010-11-09 Fujifilm Corporation Laser apparatus in which laser diodes and corresponding collimator lenses are fixed to block, and fiber module in which laser apparatus is coupled to optical fiber
JP4188795B2 (ja) 2003-10-07 2008-11-26 リコー光学株式会社 光パワー合成用光学系および光源モジュール
JP4381460B2 (ja) 2007-09-04 2009-12-09 三菱電機株式会社 レーザ光合成装置
JP2009168914A (ja) * 2008-01-11 2009-07-30 Mitsubishi Cable Ind Ltd 光ファイバ及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9746615B2 (en) 2017-08-29
US20170082805A1 (en) 2017-03-23
JPWO2015193966A1 (ja) 2017-04-20
WO2015193966A1 (ja) 2015-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6380531B2 (ja) 光合成レーザ装置
KR101616635B1 (ko) 레이저 합성 광학 장치
JP6393466B2 (ja) 発光装置
JP2020112811A (ja) 多チャネル発光モジュールの製造方法、及び多チャネル発光モジュール
JP2015132665A5 (ja)
JP2011243717A5 (ja)
US20180045969A1 (en) Light-emitting device
US20160011387A1 (en) Laser device
JP7165337B2 (ja) 光結合装置
JP2012199447A (ja) 光源装置
WO2016117108A1 (ja) 多波長レーザ光合波モジュール
CN102081234B (zh) 用于激光辐射成形的设备
WO2015145608A1 (ja) レーザ装置
JP2018200476A (ja) 光合成レーザ装置
JP6521098B2 (ja) 合波レーザ光源
JP7069677B2 (ja) 発光装置
JP5885782B2 (ja) 光学系
JP6073636B2 (ja) レーザモジュール
JP2018504761A5 (ja)
JP2017116701A5 (ja)
JP2016119135A (ja) 発光装置
JP2019047014A (ja) 半導体レーザモジュール
JP2017054883A (ja) 光学素子、光学装置、および投影装置

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170801

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170914

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180206

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180320

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: 20180703

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180716

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6380531

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151