JP7504702B2 - Semiconductor laser device and laser device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザ装置及びレーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device and a laser device.
半導体レーザ装置は、概して、半導体レーザ素子、コリメートレンズ、及び集光光学系を備えており、半導体レーザから射出されたレーザ光を、コリメートレンズによってコリメートした後に集光光学系によって集光して外部に出力する。高出力が要求される半導体レーザ装置は、要求される出力に応じた数だけ半導体レーザ素子及びコリメートレンズが設けられる。 A semiconductor laser device generally comprises a semiconductor laser element, a collimating lens, and a focusing optical system, and the laser light emitted from the semiconductor laser is collimated by the collimating lens, then focused by the focusing optical system and output to the outside. A semiconductor laser device that requires high output is provided with a number of semiconductor laser elements and collimating lenses according to the required output.
以下の特許文献1,2には、階段状に形成されたマウントの各段部に、半導体レーザ素子並びにF軸(ファスト軸)コリメートレンズ及びS軸(スロー軸)コリメートレンズが1つずつ設けられた半導体レーザ装置が開示されている。この半導体レーザ装置では、各段部に設けられた半導体レーザ素子から射出されたレーザ光を、各段部に設けられたコリメートレンズで個別にコリメートした後に、集光光学系によって集光して1本の光ファイバに結合させるようにしている。
The following
ところで、上述した特許文献1,2に開示された半導体レーザ装置において、高出力化のために半導体レーザ素子の実装数を増やそうとすると、マウントの段部の数を増加させる必要がある。すると、半導体レーザ装置の高さ方向の寸法が大きくなってしまうという問題がある。
However, in the semiconductor laser devices disclosed in
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高さ方向の寸法を小さくしつつ高出力化が可能な半導体レーザ装置及びレーザ装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a semiconductor laser device and a laser device that can achieve high output while reducing the height dimension.
上記課題を解決するために、本発明の第1態様による半導体レーザ装置(1,2)は、複数の段部(ST)を有する階段状のマウント部材(10)と、前記マウント部材の段部の各々に複数搭載された、第1方向(+Z方向)に向けてレーザ光を射出する半導体レーザ素子(11)と、前記マウント部材の段部の各々に前記半導体レーザ素子に対応して複数設けられ、対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光をコリメートしつつ前記第1方向と交差する第2方向(+X方向)に向けて反射するコリメート光学系(12、13)と、前記コリメート光学系によって反射されたレーザ光を合成する合成光学系(14)と、を備える。 In order to solve the above problem, the semiconductor laser device (1, 2) according to the first aspect of the present invention comprises a stepped mount member (10) having a plurality of steps (ST), a plurality of semiconductor laser elements (11) mounted on each of the steps of the mount member and emitting laser light in a first direction (+Z direction), a plurality of collimating optical systems (12, 13) provided on each of the steps of the mount member corresponding to the semiconductor laser elements and collimating the laser light emitted from the corresponding semiconductor laser element while reflecting it in a second direction (+X direction) intersecting the first direction, and a combining optical system (14) that combines the laser light reflected by the collimating optical system.
本発明の第1態様による半導体レーザ装置では、複数の段部を有する階段状のマウント部材の段部の各々に、第1方向に向けてレーザ光を射出する半導体レーザ素子が複数搭載されており、マウント部材の段部の各々に、半導体レーザ素子に対応するコリメート光学系が複数設けられている。マウント部材の段部の各々に複数搭載された半導体レーザ素子から射出されたレーザ光は、それぞれ対応するコリメート光学系でコリメートされつつ第1方向と交差する第2方向に向けて反射され、合成光学系で合成される。本発明の第1態様による半導体レーザ装置では、マウント部材の段部に複数の半導体レーザ素子を搭載することにより、段部の数を少なくすることができるため、高さ方向の寸法を小さくしつつ高出力化が可能である。 In the semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, a plurality of semiconductor laser elements that emit laser light in a first direction are mounted on each step of a stepped mount member having a plurality of steps, and a plurality of collimating optical systems corresponding to the semiconductor laser elements are provided on each step of the mount member. The laser light emitted from the plurality of semiconductor laser elements mounted on each step of the mount member is collimated by the corresponding collimating optical system, reflected in a second direction intersecting the first direction, and combined by a combining optical system. In the semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, by mounting a plurality of semiconductor laser elements on the steps of the mount member, the number of steps can be reduced, making it possible to increase output while reducing the height dimension.
また、本発明の第1態様による半導体レーザ装置は、前記マウント部材の段部の各々に複数設けられる前記コリメート光学系の少なくとも1つ(12)は、対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の前記第1方向及び前記第2方向に垂直な第3方向(Y方向)の成分をコリメートする第1コリメートレンズ(12a)と、対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の前記第2方向の成分をコリメートしつつ前記第2方向に向けて反射するコリメートミラー(12b)と、を備える。 In addition, in the semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, at least one (12) of the collimating optical systems provided in a plurality of positions on each step of the mounting member includes a first collimating lens (12a) that collimates the components of the laser light emitted from the corresponding semiconductor laser element in a third direction (Y direction) perpendicular to the first direction and the second direction, and a collimating mirror (12b) that reflects the second direction component of the laser light emitted from the corresponding semiconductor laser element while collimating it toward the second direction.
また、本発明の第1態様による半導体レーザ装置は、前記マウント部材の段部の各々に複数設けられる前記コリメート光学系の残りの少なくとも1つ(13)は、対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の前記第3方向の成分をコリメートする第1コリメートレンズ(13a)と、対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の前記第2方向の成分をコリメートする第2コリメートレンズ(13b)と、前記第2コリメートレンズでコリメートされたレーザ光を前記第2方向に向けて反射する反射ミラー(13c)と、を備える。 In addition, in the semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, at least one (13) of the remaining collimating optical systems provided in multiple on each step of the mount member includes a first collimating lens (13a) that collimates the third direction component of the laser light emitted from the corresponding semiconductor laser element, a second collimating lens (13b) that collimates the second direction component of the laser light emitted from the corresponding semiconductor laser element, and a reflecting mirror (13c) that reflects the laser light collimated by the second collimating lens toward the second direction.
また、本発明の第1態様による半導体レーザ装置は、前記半導体レーザ素子が、前記第2方向に直線状に配列されている。 In addition, in the semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, the semiconductor laser elements are linearly arranged in the second direction.
或いは、本発明の第1態様による半導体レーザ装置は、前記マウント部材の段部の各々に複数設けられる前記コリメート光学系が、前記第1コリメートレンズ(12a、13a)と、前記コリメートミラー(12b、13d)とをそれぞれ備えており、前記半導体レーザ素子が、レーザ光の射出端から前記コリメートミラーまでの距離が同じになるように配置されている。 Alternatively, in the semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, the collimating optical system provided in multiple on each step of the mount member includes the first collimating lens (12a, 13a) and the collimating mirror (12b, 13d), and the semiconductor laser element is arranged so that the distance from the laser light emission end to the collimating mirror is the same.
上記課題を解決するために、本発明の第2態様による半導体レーザ装置(1)は、複数の段部(ST)を有する階段状のマウント部材(10)と、前記マウント部材の段部の各々に搭載された第1半導体レーザ素子(11a)と、前記マウント部材の段部の各々に搭載された第2半導体レーザ素子(11b)と、前記マウント部材の段部の各々に前記第1半導体レーザ素子に対応して設けられた第1ファスト軸コリメートレンズ(12a)と、前記マウント部材の段部の各々に前記第2半導体レーザ素子に対応して設けられた第2ファスト軸コリメートレンズ(13a)と、前記マウント部材の段部の各々に前記第1半導体レーザ素子に対応して設けられた、スロー軸コリメートミラー(12b)と、前記マウント部材の段部の各々に前記第2半導体レーザ素子に対応して設けられた、スロー軸コリメートレンズ(13b)と、前記マウント部材の段部の各々に前記第2半導体レーザ素子に対応して設けられた反射ミラー(13c)と、前記スロー軸コリメートミラー及び前記反射ミラーで反射されたレーザ光を合成する合成光学系(14)と、を備える。 In order to solve the above problem, the semiconductor laser device (1) according to the second aspect of the present invention comprises a stepped mount member (10) having a plurality of steps (ST), a first semiconductor laser element (11a) mounted on each of the steps of the mount member, a second semiconductor laser element (11b) mounted on each of the steps of the mount member, a first fast axis collimator lens (12a) provided in correspondence with the first semiconductor laser element on each of the steps of the mount member, and a second fast axis collimator lens (12b) provided in correspondence with the second semiconductor laser element on each of the steps of the mount member. The device includes a fast axis collimating lens (13a), a slow axis collimating mirror (12b) provided on each step of the mount member corresponding to the first semiconductor laser element, a slow axis collimating lens (13b) provided on each step of the mount member corresponding to the second semiconductor laser element, a reflecting mirror (13c) provided on each step of the mount member corresponding to the second semiconductor laser element, and a combining optical system (14) that combines the laser light reflected by the slow axis collimating mirror and the reflecting mirror.
また、本発明の第2態様による半導体レーザ装置は、前記合成光学系が、前記スロー軸コリメートミラー及び前記反射ミラーの何れか一方で反射されたレーザ光の偏光状態を変える偏光素子(14a)と、前記偏光素子を介したレーザ光と、前記スロー軸コリメートミラー及び前記反射ミラーの何れか他方で反射されたレーザ光とを合成する偏光合波光学系(14b、14c)と、を備える。 In addition, in the semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention, the combining optical system includes a polarizing element (14a) that changes the polarization state of the laser light reflected by either the slow axis collimating mirror or the reflecting mirror, and a polarized combining optical system (14b, 14c) that combines the laser light that has passed through the polarizing element with the laser light reflected by the other of the slow axis collimating mirror and the reflecting mirror.
また、本発明の第1,第2態様による半導体レーザ装置は、前記合成光学系で合成されたレーザ光を、光ファイバのコアに集光する集光光学系(15)を備える。 The semiconductor laser device according to the first and second aspects of the present invention also includes a focusing optical system (15) that focuses the laser light combined by the combining optical system onto the core of the optical fiber.
本発明の第1態様によるレーザ装置(70)は、上記の何れかに記載の半導体レーザ装置(1、2)と、前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光を光学的に結合させるコンバイナ(72)と、前記コンバイナで結合されたレーザ光を外部に出力する出力端(74)と、を備える。 The laser device (70) according to the first aspect of the present invention comprises any one of the semiconductor laser devices (1, 2) described above, a combiner (72) that optically combines the laser light output from the semiconductor laser device, and an output end (74) that outputs the laser light combined by the combiner to the outside.
本発明の第2態様によるレーザ装置(60)は、上記の何れに記載の半導体レーザ装置(1、2)と、コアに希土類が添加された増幅用ファイバ(64)と、前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光を励起光として前記増幅用ファイバに結合させるコンバイナ(62)と、前記増幅用ファイバで増幅された光を外部に出力する出力端(67)と、を備える。 A laser device (60) according to a second aspect of the present invention includes any one of the semiconductor laser devices (1, 2) described above, an amplification fiber (64) having a core doped with rare earth, a combiner (62) that couples the laser light output from the semiconductor laser device to the amplification fiber as excitation light, and an output end (67) that outputs the light amplified by the amplification fiber to the outside.
本発明によれば、高さ方向の寸法を小さくしつつ高出力化が可能であるという効果がある。 The present invention has the advantage of being able to achieve high output while reducing the height dimension.
以下、図面を参照して本発明の実施形態による半導体レーザ装置及びレーザ装置について詳細に説明する。尚、以下では理解を容易にするために、図中に設定したXYZ直交座標系(原点の位置は適宜変更する)を必要に応じて参照しつつ各部材の位置関係について説明する。また、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、必要に応じて各部材の寸法を適宜変えて図示している。 The semiconductor laser device and laser device according to the embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that, in order to facilitate understanding, the positional relationships of the various components will be described below with reference to the XYZ Cartesian coordinate system (the position of the origin will be changed as appropriate) set in the drawings as necessary. Also, in the drawings referred to below, the dimensions of the various components will be changed as appropriate as necessary to facilitate understanding.
〔半導体レーザ装置〕
〈第1実施形態〉
図1は、本発明の第1実施形態による半導体レーザ装置の斜視図であり、図2は、同半導体レーザ装置の平面図であり、図3は、同半導体レーザ装置の側面図である。また、図4は、同半導体レーザ装置の特徴部分を抜き出した平面図である。図1~図3に示す通り、本実施形態の半導体レーザ装置1は、マウント10(マウント部材)、2N個(本実施形態ではN=6)の半導体レーザ素子11、N個のコリメート光学系12、N個のコリメート光学系13、合成光学系14、及び集光光学系15を備える。このような半導体レーザ装置1は、2N個の半導体レーザ素子11から射出されるレーザ光を、光ファイバFBを介して外部に出力するものである。
[Semiconductor laser device]
First Embodiment
FIG 1 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention, FIG 2 is a plan view of the semiconductor laser device, and FIG 3 is a side view of the semiconductor laser device. Also, FIG 4 is a plan view of a characteristic portion of the semiconductor laser device. As shown in FIG 1 to FIG 3, the
尚、図1~図3中に示すXYZ直交座標系は、Z軸の+Z方向(第1方向)が半導体レーザ素子11から射出されるレーザ光の射出方向に設定されている。また、このXYZ直交座標系のX軸(第2方向)は、半導体レーザ素子11のpn接合面に平行な方向(スロー軸)と平行になるよう設定され、Y軸(第3方向)は、半導体レーザ素子11のpn接合面に垂直な方向(ファスト軸)と平行になるよう設定されている。
In the XYZ orthogonal coordinate system shown in Figures 1 to 3, the +Z direction (first direction) of the Z axis is set to the emission direction of the laser light emitted from the
マウント10は、上述した半導体レーザ素子11、コリメート光学系12、コリメート光学系13、合成光学系14、及び集光光学系15が搭載される第1面10aと、その反対側の面である第2面10bとを有する平面形状が矩形形状の略板状部材である。マウント10の第1面10aには、N個の段部STが階段状に形成されており、第2面10bは平面とされている。
The
マウント10に形成された段部STは、-X方向に進むにつれて+Y方向に進むように(高くなるように)に構成されている。言い換えると、マウント10に形成された段部STは、+X方向に進むにつれて-Y方向に進むように(低くなるように)に構成されている。段部STのY方向の間隔は、ある段部STに設けられたコリメート光学系12,13が、他の段部STに設けられたコリメート光学系12,13を介したレーザ光を遮らないように調整されている。
The step ST formed in the
マウント10は、半導体レーザ素子11の放熱効率を高めるために熱伝導率が高く、且つ温度変化によって生ずる応力を極力低減するために熱膨張率が小さい材料を用いて形成される。例えば、窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックス、或いはモリブデン(Mo)等の金属が適している。
The
半導体レーザ素子11は、レーザ光の射出端を+Z側に向けてマウント10の段部STの-Z側に2個ずつ搭載されている。半導体レーザ素子11をマウント10の段部STの各々に2個ずつ搭載するのは、半導体レーザ素子11が搭載される段部STの数を減らすことによって半導体レーザ装置1の高さ方向(Y方向)の寸法を小さくするためである。半導体レーザ素子11は、Z方向におけるレーザ光の射出端の位置が一致するように、X方向に直線状に配列されている。尚、半導体レーザ素子11は、直列接続されている。
The
半導体レーザ素子11は、不図示の駆動回路から駆動電流が供給された場合に、レーザ光を+Z方向に向けて射出する。半導体レーザ素子11から射出されるレーザ光の波長は、例えば0.9μm帯である。尚、マウント10の1つの段部STに搭載された2つの半導体レーザ素子11を区別する必要がある場合には、各々を「半導体レーザ素子11a」,「半導体レーザ素子11b」という。「半導体レーザ素子11a」は、射出したレーザ光がコリメート光学系12によってコリメートされるものであり、「半導体レーザ素子11b」は、射出したレーザ光がコリメート光学系13によってコリメートされるものである。
When a drive current is supplied from a drive circuit (not shown), the
コリメート光学系12は、半導体レーザ素子11a(第1半導体素子)に対応して設けられており、対応する半導体レーザ素子11aから射出されるレーザ光をコリメートしつつ+X方向に向けて反射する。コリメート光学系12は、コリメートレンズ12a(第1コリメートレンズ、第1ファスト軸コリメートレンズ)及びコリメートミラー12b(スロー軸コリメートミラー)を備える。
The collimating
コリメートレンズ12aは、半導体レーザ素子11aの+Z側に配置されており、半導体レーザ素子11aから射出されるレーザ光のファスト軸の成分をコリメートするFACレンズ(ファスト軸コリメートレンズ)である。尚、コリメートレンズ12aは、半導体レーザ素子11aから射出されるレーザ光のスロー軸の成分をコリメートしない。
The
コリメートミラー12bは、コリメートレンズ12aの+Z側であって、半導体レーザ素子11aの射出端から一定の距離だけ離れた位置に配置されている。コリメートミラー12bは、コリメートレンズ12aを介したレーザ光のスロー軸の成分をコリメートしつつ、+X方向に向けて反射する。コリメートミラー12bは、例えば、図4に示す通り、反射面が放射面(ZX平面における断面形状が放物線となる面)とされたミラーである。尚、コリメートミラー12bは、半導体レーザ素子11aから射出されるレーザ光のファスト軸の成分をコリメートしない。
The
コリメート光学系13は、半導体レーザ素子11b(第2半導体素子)に対応して設けられており、対応する半導体レーザ素子11bから射出されるレーザ光をコリメートしつつ+X方向に向けて反射する。コリメート光学系13は、コリメートレンズ13a(第1コリメートレンズ、第2ファスト軸コリメートレンズ)、コリメートレンズ13b(第2コリメートレンズ、スロー軸コリメートレンズ)、及び反射ミラー13cを備える。
The collimating
コリメートレンズ13aは、半導体レーザ素子11bの+Z側に配置されており、半導体レーザ素子11bから射出されるレーザ光のファスト軸の成分をコリメートするFACレンズ(ファスト軸コリメートレンズ)である。尚、コリメートレンズ13aは、コリメートレンズ12aと同様に、半導体レーザ素子11bから射出されるレーザ光のスロー軸の成分をコリメートしない。
The
コリメートレンズ13bは、コリメートレンズ13aの+Z側であって、半導体レーザ素子11bの射出端から一定の距離だけ離れた位置に配置されている。この距離は、半導体レーザ素子11aの射出端からコリメートミラー12bまでの距離と同程度の距離である。コリメートレンズ13bは、コリメートレンズ13aを介したレーザ光のスロー軸の成分をコリメートする。尚、コリメートレンズ13bは、コリメートミラー12bと同様に、半導体レーザ素子11bから射出されるレーザ光のファスト軸の成分をコリメートしない。
The
反射ミラー13cは、コリメートレンズ13bの+Z側に配置されており、コリメートレンズ13bを介したレーザ光を+X方向に向けて反射する。ここで、反射ミラー13cは、反射ミラー13cで+X方向に反射されたレーザ光が、コリメートミラー12bで遮られることがないように、コリメートミラー12bよりも+Z側に配置されている。尚、反射ミラー13cは、図4に示す通り、Z軸からX軸の方向に45°の傾きをもって配置された平面状の反射面を有するミラーである。
合成光学系14は、マウント10の+Z側における第1面10a上に設けられ、コリメート光学系12(コリメートミラー12b)によって反射されたレーザ光と、コリメート光学系13(反射ミラー13c)によって反射されたレーザ光とを合成する。合成光学系14は、例えば、1/2波長板14a(偏光素子)、反射ミラー14b(偏光合波光学系)、及び偏光ビームスプリッタ14c(偏光合波光学系)を備えており、上記のレーザ光を偏波合成する。
The synthesis
1/2波長板14aは、マウント10の第1面10aにおいて、コリメートミラー12bの+X側に配置されており、コリメートミラー12bで反射されたレーザ光の偏光状態を変える。例えば、コリメートミラー12bで+X方向に向けて反射されたレーザ光の偏光状態がZ軸に平行な直線偏光であるとすると、1/2波長板14aは、偏光方向を90°回転させて偏光状態がY軸に平行な直線偏光に変える。
The half-
反射ミラー14bは、1/2波長板14aの+X側に配置されており、1/2波長板14aを介したレーザ光を+Z方向に向けて反射する。尚、反射ミラー14bは、図4に示す通り、X軸からZ軸の方向に45°の傾きをもって配置された平面状の反射面を有するミラーである。
The
偏光ビームスプリッタ14cは、マウント10の第1面10aにおいて、反射ミラー13cの+X側であって、反射ミラー14bの+Z側の位置に配置されている。偏光ビームスプリッタ14cは、入射する光をその偏光状態に応じて透過又は反射させる。例えば、偏光ビームスプリッタ14cは、Z軸に平行な直線偏光を透過させ、Y軸に平行な直線偏光を反射させる。
The
ここで、コリメートミラー12b及び反射ミラー13cで+X方向に向けて反射されたレーザ光の偏光状態が共にZ軸に平行な直線偏光であったとする。コリメートミラー12bで+X方向に向けて反射されたレーザ光は、1/2波長板14aでY軸に平行な直線偏光にされてから反射ミラー14bで反射されて偏光ビームスプリッタ14cに入射するため、偏光ビームスプリッタ14cで反射されて+X方向に進む。一方、反射ミラー13cで+X方向に向けて反射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ14cを透過して+X方向に進む。このようにして、コリメートミラー12b及び反射ミラー13cでX方向に向けて反射されたレーザ光が合成される。
Here, assume that the polarization state of the laser light reflected in the +X direction by the
集光光学系15は、マウント10の第1面10a上において、合成光学系14と光ファイバFBの入射端面との間に配置され、合成光学系14で合成されたレーザ光を光ファイバFBのコアに集光する。集光光学系15は、シリンドリカルレンズ15a及びシリンドリカルレンズ15bを備える。シリンドリカルレンズ15aは、合成光学系14が備える偏光ビームスプリッタ14cの+X側に配置されており、合成光学系14で合成されたレーザ光のファスト軸の成分(Y方向の成分)を集光する。シリンドリカルレンズ15bは、シリンドリカルレンズ15aの+X側に配置されており、シリンドリカルレンズ15aを介したレーザ光のスロー軸の成分(Z方向の成分)を集光する。
The focusing
尚、光ファイバFBは、半導体レーザ素子11から射出されるレーザ光の進行方向に対して直交する向きに配置され、その入射端面が、例えば、シリンドリカルレンズ15bの焦点位置に配置されるよう位置決めされる。この光ファイバFBは、半導体レーザ素子11の各々から射出されるレーザ光を、半導体レーザ装置1の外部に導くものである。尚、光ファイバFBとしては、用途に応じて任意のものを用いることができる。例えば、シングルコアファイバ、マルチコアファイバ、シングルクラッドファイバ、ダブルクラッドファイバ、その他の光ファイバを用いることができる。
The optical fiber FB is arranged in a direction perpendicular to the traveling direction of the laser light emitted from the
以上説明したコリメート光学系12,13、合成光学系14、及び集光光学系15に設けられる透過型の光学部品におけるレーザ光の入射面及び射出面には、誘電体多層膜による反射防止コート(ARコート)が形成されている。また、コリメート光学系12,13、合成光学系14、及び集光光学系15に設けられる反射型の光学部品の反射面には、誘電体多層膜又は金属薄膜による反射コートが形成されている。
The laser light entrance and exit surfaces of the transmissive optical components provided in the collimating
例えば、コリメート光学系12のコリメートレンズ12a、コリメート光学系13のコリメートレンズ13a,13b、合成光学系14の1/2波長板14a及び偏光ビームスプリッタ14c、並びに集光光学系15のシリンドリカルレンズ15a,15bにおけるレーザ光の入射面及び射出面には反射防止コートが形成されている。また、コリメート光学系12のコリメートミラー12b、コリメート光学系13の反射ミラー13c、及び合成光学系14の反射ミラー14bの反射面には、反射コートが形成されている。
For example, anti-reflection coatings are formed on the laser light entrance and exit surfaces of the
上記構成の半導体レーザ装置1に対し、不図示の駆動回路から駆動電流が供給されると、供給された駆動電流は直列接続された半導体レーザ素子11に流れ、これら半導体レーザ素子11から+Z方向に向けてレーザ光が射出される。半導体レーザ素子11のうち、半導体レーザ素子11aから+Z方向に向けて射出されたレーザ光は、図4に示す通り、コリメート光学系12をなすコリメートレンズ12aに入射してファスト軸の成分がコリメートされる。コリメートレンズ12aを介したレーザ光は、コリメート光学系12をなすコリメートミラー12bに入射してスロー軸の成分がコリメートされつつ+X方向に向けて反射される。
When a drive current is supplied from a drive circuit (not shown) to the
半導体レーザ素子11のうち、半導体レーザ素子11bから+Z方向に向けて射出されたレーザ光は、図4に示す通り、コリメート光学系13をなすコリメートレンズ13aに入射してファスト軸の成分がコリメートされる。コリメートレンズ13aを介したレーザ光は、コリメート光学系13をなすコリメートレンズ13bに入射してスロー軸の成分がコリメートされる。コリメートレンズ13bを介したレーザ光は、コリメート光学系13をなす反射ミラー13cによって+X方向に向けて反射される。
As shown in FIG. 4, the laser light emitted from
コリメート光学系12のコリメートミラー12bで+X方向に向けて反射されたレーザ光が、合成光学系14の1/2波長板14aに入射すると偏光状態が変わる。1/2波長板14aを介したレーザ光は、反射ミラー14bで反射されて偏光ビームスプリッタ14cに入射して+X方向に向けて反射される。これに対し、コリメート光学系13の反射ミラー13cで+X方向に向けて反射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ14cを透過して+X方向に進む。このようにして、コリメートミラー12b及び反射ミラー13cでX方向に向けて反射されたレーザ光が合成される。
When the laser light reflected in the +X direction by the
合成光学系14で合成されたレーザ光は、集光光学系15に入射し、シリンドリカルレンズ15aによってファスト軸の成分(Y方向の成分)が集光され、シリンドリカルレンズ15bによってスロー軸の成分(Z方向の成分)が集光される。このように集光されたレーザ光は、光ファイバFBの入射端面からコア内に入射し、コアを伝播する。このようにして、半導体レーザ素子11の各々から射出されたレーザ光は、光ファイバFBを介して半導体レーザ装置1の外部に導かれる。
The laser light combined by the combining
以上の通り、本実施形態では、マウント10に設けられた段部STの各々に、+Z方向に向けてレーザ光を射出する半導体レーザ素子11a,11bを搭載し、半導体レーザ素子11a,11bに対応してコリメート光学系12,13をそれぞれ設けている。そして、コリメート光学系12,13によって+X方向に反射されたレーザ光を合成光学系14で合成し、集光光学系15で集光して光ファイバFBのコアに入射させている。これにより、マウント10の段部STの数を減らすことができるため、高さ方向の寸法を小さくしつつ高出力化が可能である。
As described above, in this embodiment,
〈第2実施形態〉
図5は、本発明の第2実施形態による半導体レーザ装置の平面図である。また、図6は、同半導体レーザ装置の特徴部分を抜き出した平面図である。尚,図5,6においては、図1~図4に示した構成に相当する構成については同一の符号を付してある。本実施形態の半導体レーザ装置2が図1~図4に示す半導体レーザ装置1と異なる点は、コリメート光学系13の構成及び半導体レーザ素子11bの配置である。
Second Embodiment
Fig. 5 is a plan view of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention. Fig. 6 is a plan view of a characteristic portion of the semiconductor laser device. In Figs. 5 and 6, the same reference numerals are used for components corresponding to those shown in Figs. 1 to 4. The
図5,6に示す通り、本実施形態の半導体レーザ装置2に設けられるコリメート光学系13は、コリメート光学系12と同様の構成であり、コリメートレンズ13a及びコリメートミラー13dを備える。コリメートミラー13dは、図1~図4に示すコリメートミラー12bと同様のものであり、コリメートレンズ13aを介したレーザ光のスロー軸の成分をコリメートしつつ、+X方向に向けて反射する。
As shown in Figures 5 and 6, the collimating
コリメートミラー13dは、コリメートレンズ13aの+Z側であって、半導体レーザ素子11bの射出端から一定の距離だけ離れた位置に配置されている。コリメートミラー13dがコリメートミラー12bと同じ特性を有するものである場合には、スロー軸の成分をコリメートするために必要となる光源(点光源)までの距離は同じになる。このため、半導体レーザ素子11bは、半導体レーザ素子11bの射出端からコリメートミラー13dまでの距離が、半導体レーザ素子11aの射出端からコリメートミラー12bまでの距離と同じになるように配置されている。
以上の通り、本実施形態の半導体レーザ装置2は、コリメート光学系13の構成及び半導体レーザ素子11bの配置が異なるだけであり、その他は図1~図4に示す半導体レーザ装置1と同様である。このため、本実施形態においても、マウント10の段部STの数を減らすことができ、高さ方向の寸法を小さくしつつ高出力化が可能である。また、本実施形態では、コリメート光学系13がコリメートレンズ13a及びコリメートミラー13dから構成されており、図1~4に示すコリメートレンズ13bが不要になるため、第1実施形態よりも光学部材の数を減らすことができる。その結果、光学部材の実装、調心等に要する工数を低減することが可能になる。
As described above, the
〔光モジュール〕
以上説明した第1実施形態による半導体レーザ装置1及び第2実施形態による半導体レーザ装置2は、取り扱いを容易にするため、信頼性を向上させるため、堅牢性を高めるため、その他の目的で筐体に収容されてモジュール化されることが多い。以下、半導体レーザ装置をモジュール化した光モジュールの構成例について説明する。
[Optical module]
The
〈第1構成例〉
図7は、光モジュールの第1構成例を示す側面透視図である。第1構成例に係る光モジュールM1は、前述した第1実施形態による半導体レーザ装置1を筐体に収容してモジュール化したものである。尚、光モジュールM1は、前述した第2実施形態による半導体レーザ装置2を筐体に収容してモジュール化したものであっても良い。
First Configuration Example
7 is a side perspective view showing a first configuration example of an optical module. The optical module M1 according to the first configuration example is modularized by housing the
光モジュールM1は、筐体本体21、蓋部材22、及び一対のコネクタ23を備える概ね直方体形状のモジュールである。筐体本体21は、半導体レーザ装置1のマウント10と、マウント10と一体となってマウント10の外周を囲う枠体24とからなる。枠体24は、放熱効率を高めるために熱伝導率が高い銅(Cu)等の金属で形成されている。尚、枠体24の表面には、ハンダの濡れ性をよくするために、金メッキが施されているのが望ましい。
The optical module M1 is a roughly rectangular parallelepiped module that includes a
枠体24は、蓋部材22が配置される側(+Y側)の端部において、内周面側に全周に亘って切り欠き24aを有する。この切り欠き24aに蓋部材22の外周部が嵌められる。また、枠体24には、光ファイバFBを筐体本体21の内側から筐体本体21の外側に導出するための貫通孔、一対のコネクタ23を筐体本体21の内側から筐体本体21の外側に導出するための貫通孔が形成されている。
The
また、枠体24は、蓋部材22が配置される側とは反対側(-Y側)の端部において、±Z方向に張り出す張出部24bを有する。図7では、-Z方向に張り出す3つの張出部24bが示されている。この張出部24bは、ボルトBT1の挿通孔を有しており、ボルト締結により枠体24を支持部材に固定するために用いられる。
The
蓋部材22は、平面視形状が枠体24の平面視形状と同様の形状であり、平面視での大きさが枠体24の平面視での大きさよりも僅かに小さな矩形形状の板状部材である。蓋部材22は、枠体24と同様に、放熱効率を高めるために熱伝導率が高い銅(Cu)等の金属で形成されている。蓋部材22の外周部が、枠体24の切り欠き24aに嵌められると、半導体レーザ装置1の各種光学部品は、筐体本体21と蓋部材22とによって仕切られる空間に収容される。
The
一対のコネクタ23は、半導体レーザ装置1に設けられた複数の半導体レーザ素子11に対して駆動電流を供給するものである。前述の通り、複数の半導体レーザ素子11は直列接続されている。このため、一対のコネクタ23の一方は、外部から供給される駆動電流を筐体本体21の内部に供給するコネクタであり、他方は、直列接続された半導体レーザ素子11を流れた駆動電流を、外部に導くコネクタである。
The pair of
このような構成の光モジュールM1は、例えば、図7に示す通り、ボルトBT1によって冷却板CP等の冷却機構にボルト締結された状態で用いられる。一対のコネクタ23を介して半導体レーザ素子11に駆動電流が供給されると、半導体レーザ素子11からはレーザ光が射出され、半導体レーザ素子11は発熱する。半導体レーザ素子11から発せられた熱は、筐体本体21(マウント10及び枠体24)を介して冷却板CPに伝わる。このようにして半導体レーザ素子11の放熱が行われる。
The optical module M1 having such a configuration is used in a state where it is bolted to a cooling mechanism such as a cooling plate CP by bolts BT1 as shown in FIG. 7, for example. When a drive current is supplied to the
〈第2構成例〉
図8は、光モジュールの第2構成例を示す斜視図であり、図9は、同光モジュールの平面透視図である。第2構成例に係る光モジュールM2は、前述した第1実施形態による半導体レーザ装置1を筐体に収容して水冷可能なようにモジュール化したものである。尚、光モジュールM2は、前述した第2実施形態による半導体レーザ装置2を筐体に収容して水冷可能なようにモジュール化したものであっても良い。
Second Configuration Example
Fig. 8 is a perspective view showing a second configuration example of the optical module, and Fig. 9 is a plan view perspective view of the same optical module. The optical module M2 according to the second configuration example is a modularization in which the
光モジュールM2は、筐体本体31、第1蓋部材(図示省略)、第2蓋部材32、及び一対のコネクタ33を備える概ね直方体形状のモジュールである。筐体本体31は、半導体レーザ装置1のマウント10と、マウント10と一体となってマウント10の外周を囲う枠体34とからなる。筐体本体31の一部をなすマウント10の第2面10b側(図1,図3参照)には、図9に示す通り、冷却媒体(例えば、温調された冷却水)を循環させるための流路WP1が形成されている。この流路WP1は、複数回折れ曲がって延在し、一方の端部に入口E1を有するとともに他方の端部に出口E2を有する流路である。
The optical module M2 is a generally rectangular parallelepiped module that includes a
筐体本体31の一部をなす枠体34は、放熱効率を高めるために熱伝導率が高い銅(Cu)等の金属で形成されている。尚、枠体34の表面には、ハンダの濡れ性をよくするために、金メッキが施されているのが望ましい。枠体34は、第1蓋部材(図7に示す蓋部材22と同様の部材)が配置される側(+Y側)の端部において、内周面側に全周に亘って切り欠き34aを有する。この切り欠き34aに第1蓋部材の外周部が嵌められる。
The
また、枠体34には、光ファイバFBを筐体本体31の内側から筐体本体31の外側に導出するための貫通孔、一対のコネクタ33を筐体本体31の内側から筐体本体31の外側に導出するための貫通孔が形成されている。加えて、枠体34には、流路WP1の入口E1に取り付けられる継手35を配置するための貫通孔、流路WP1の出口E2に取り付けられる継手36を配置するための貫通孔が形成されている。
The
第2蓋部材32は、例えば、枠体34と同様の金属で形成された三角柱状体である。この第2蓋部材32は、マウント10の第2面10b側に形成された流路WP1を覆った状態で、筐体本体31に形成される凹部31aに嵌め込まれて筐体本体31にリン銅ロウ、銀ロウ等の接着剤等により固定される。流路WP1が第2蓋部材32で覆われることにより、流路WP1からの冷却媒体の漏洩が抑制される。
The
一対のコネクタ33は、半導体レーザ装置1に設けられた複数の半導体レーザ素子11に対して駆動電流を供給するものである。前述の通り、複数の半導体レーザ素子11は直列接続されている。このため、一対のコネクタ33の一方は、外部から供給される駆動電流を筐体本体31の内部に供給するコネクタであり、他方は、直列接続された半導体レーザ素子11を流れた駆動電流を,外部に導くコネクタである。
The pair of
このような構成の光モジュールM2は、例えば、冷却媒体が継手35を介して流路WP1の入口E1に供給されつつ、流路WP1を循環した冷却媒体が出口E2から継手36を介して外部に排出される状態で用いられる。一対のコネクタ33を介して半導体レーザ素子11に駆動電流が供給されると、半導体レーザ素子11からはレーザ光が射出され、半導体レーザ素子11は発熱する。半導体レーザ素子11から発せられた熱は、マウント10を介して冷却媒体に伝わる。このようにして半導体レーザ素子11の放熱が行われる。
The optical module M2 configured in this manner is used, for example, in a state in which the cooling medium is supplied to the inlet E1 of the flow path WP1 via the joint 35, while the cooling medium that has circulated through the flow path WP1 is discharged from the outlet E2 to the outside via the joint 36. When a drive current is supplied to the
図10は、図8,図9に示す光モジュールを複数備える光モジュールユニットを示す斜視図である。尚、図10では、一部を断面図として図示している。図10に示す光モジュールユニットMUは、複数(図10に示す例では、12個)の光モジュールM2と、マニホールド40とを備える。複数の光モジュールM2は、互いに隣り合うものが互いに離間するように、高さ方向(Y方向)に並列されている。光モジュールM2の各々は、ボルトBT2によってマニホールド40に固定されている。 Figure 10 is a perspective view showing an optical module unit including a plurality of the optical modules shown in Figures 8 and 9. Note that Figure 10 shows a portion as a cross-sectional view. The optical module unit MU shown in Figure 10 includes a plurality of optical modules M2 (12 in the example shown in Figure 10) and a manifold 40. The optical modules M2 are arranged in parallel in the height direction (Y direction) so that adjacent ones are spaced apart from each other. Each of the optical modules M2 is fixed to the manifold 40 by a bolt BT2.
図10に示す通り、マニホールド40は、冷却媒体が流通する第1流路41と第2流路42とが内部に形成された略直方体形状の部材である。第1流路41は、光モジュールM2の流路WP1に供給される冷却媒体が流通する流路である。第2流路42は、光モジュールM2の流路WP1を流通した後の冷却媒体が流通する流路である。
As shown in FIG. 10, the manifold 40 is a substantially rectangular parallelepiped member having a
第1流路41は、Y方向に延びる直線状の流路である。第1流路41の長手方向の中央部の側面には貫通孔が形成されており、この貫通孔に継手51が取り付けられている。継手51は筒状に形成されており、継手51を介して外部から冷却媒体が第1流路41へ流入する。また、第1流路41の継手51が設けられる側とは反対側の側面には、複数の貫通孔43が形成されている。光モジュールM2の各々に取り付けられた継手35がそれぞれの貫通孔43に挿入されることによって、第1流路41と光モジュールM2の流路WP1の入口E1とが接続される。即ち、光モジュールM2の各々が有する流路WP1は、第1流路41によって並列に接続される。
The
第2流路42は、第1流路41と平行して形成されたY方向に延びる直線状の流路である。第2流路42の長手方向の中央部の側面には貫通孔が形成されており、この貫通孔に継手52が取り付けられている。継手52は筒状に形成されており、継手52を介して冷却媒体が第2流路42から外部へ流出する。また、第2流路42の継手52が設けられる側とは反対側の側面には、複数の貫通孔44形成されている。光モジュールM2の各々に取り付けられた継手36がそれぞれの貫通孔44に挿入されることによって、第2流路42と光モジュールM2の流路WP1の出口E2とが接続される。即ち、光モジュールM2の各々が有する流路WP1は、第2流路42によって並列に接続される。
The
このような構成の光モジュールユニットMUでは、例えば、外部から供給される冷却媒体が継手51を介してマニホールド40の第1流路41に流入する。第1流路41に流入した冷却媒体は、第1流路41に形成された複数の貫通孔43に挿入された継手35を介して、各光モジュールM2の流路WP1の入口E1に供給される。入口E1に供給された冷却媒体は、各光モジュールM2の流路WP1を循環して出口E2から排出される。出口E2から排出された冷却媒体は、マニホールド40の第2流路42に形成された複数の貫通孔44に挿入された継手36を介して第2流路42に流入する。第2流路42に流入した冷却媒体は、継手52を介して外部に流出する。
In the optical module unit MU having such a configuration, for example, the cooling medium supplied from the outside flows into the
光モジュールユニットMUは、上述の通り、冷却媒体が、各光モジュールM2の流路WP1を循環している状態で用いられる。光モジュールユニットMUに設けられた各光モジュールM2に設けられた一対のコネクタ33を介して半導体レーザ素子11に駆動電流が供給されると、半導体レーザ素子11からはレーザ光が射出され、半導体レーザ素子11は発熱する。半導体レーザ素子11から発せられた熱は、マウント10を介して冷却媒体に伝わる。このようにして、各光モジュールM2において半導体レーザ素子11の放熱が行われる。
As described above, the optical module unit MU is used with the cooling medium circulating through the flow path WP1 of each optical module M2. When a drive current is supplied to the
〔レーザ装置〕
〈第1実施形態〉
図11は、本発明の第1実施形態によるレーザ装置の要部構成を示す図である。図11に示す通り、本実施形態のレーザ装置60は、励起光源61、コンバイナ62、共振器用ファイバ63、増幅用ファイバ64、共振器用ファイバ65、デリバリファイバ66、及び出力端67を備える。このようなレーザ装置60は、いわゆる前方励起型のファイバレーザ装置である。
[Laser device]
First Embodiment
Fig. 11 is a diagram showing the main configuration of a laser device according to a first embodiment of the present invention. As shown in Fig. 11, a
ここで、共振器用ファイバ63、増幅用ファイバ64、及び共振器用ファイバ65は、共振器Rを構成している。共振器Rは、励起光源61が出力する励起光によってレーザ光である信号光を生成する。尚、本明細書では、増幅用ファイバ64から見て、励起光源61側を「前方」といい、出力端67側を「後方」という場合がある。
Here, the
また、図11では、各種ファイバの融着接続部を×印で示している。この融着接続部は、実際には、補強部(図示省略)の内部に配置されて保護される。補強部は、例えば、光ファイバを収容可能な溝が形成されたファイバ収容体と、融着接続部がファイバ収容体の溝に収容された状態で各種ファイバをファイバ収容体に固定する樹脂とを備えるものである。尚、図11以外の図においても、各種ファイバの融着接続部を×印で示している。 In addition, in FIG. 11, the fusion spliced portions of the various fibers are indicated by an x mark. In reality, this fusion spliced portion is disposed inside a reinforcing portion (not shown) for protection. The reinforcing portion, for example, comprises a fiber housing having a groove formed therein capable of housing an optical fiber, and a resin for fixing the various fibers to the fiber housing with the fusion spliced portion housed in the groove of the fiber housing. Note that in figures other than FIG. 11, the fusion spliced portions of the various fibers are also indicated by an x mark.
励起光源61は、複数の光モジュールユニットMUを備えており、励起光(前方励起光)を出力する。光モジュールユニットMUは、例えば、図10に示すものを用いることができる。励起光源61に設けられる光モジュールユニットMUの数は、レーザ装置60の出力端67から出力されるレーザ光のパワーに応じて任意の数とすることができる。コンバイナ62は、励起光源61に設けられた光モジュールユニットMUの各々が出力した励起光を、共振器Rの前方の端部(共振器用ファイバ63の前方の端部)に結合させる。
The
共振器用ファイバ63の前方の端部は、コンバイナ62に融着接続されており、共振器用ファイバ63の後方の端部は、増幅用ファイバ64の前方の端部に融着接続されている。共振器用ファイバ63のコア内には、HR-FBG(High Reflectivity-Fiber Bragg Grating)63aが形成されている。HR-FBG63aは、励起状態にされた増幅用ファイバ64の活性元素が放出する光のうち、信号光の波長の光をほぼ100%の反射率で反射するように調整されている。HR-FBG63aは、その長手方向に沿って一定の周期で高屈折率の部分が繰り返される構造となっている。
The front end of the
増幅用ファイバ64は、1種類又は2種類以上の活性元素が添加されたコアと、コアを覆う第1クラッドと、第1クラッドを覆う第2クラッドと、第2クラッドを覆う保護被覆とを有する。つまり、増幅用ファイバ64は、ダブルクラッドファイバである。コアに添加される活性元素としては、例えばエルビウム(Er)、イッテルビウム(Yb)、或いはネオジム(Nd)等の希土類元素が使用される。これらの活性元素は、励起状態で光を放出する。
The
コア及び第1クラッドとしてはシリカガラス等を用いることができる。第2クラッドとしては、ポリマー等の樹脂を用いることができる。保護被覆としては、アクリル樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。増幅用ファイバ64は、シングルモードファイバである。尚、増幅用ファイバ64として、マルチモードファイバやフューモードファイバを用いることもできる。フューモードファイバが伝播するモードの数は、例えば、2以上25以下である。
The core and the first cladding can be made of silica glass or the like. The second cladding can be made of a resin such as a polymer. The protective coating can be made of a resin material such as an acrylic resin or a silicone resin. The
共振器用ファイバ65の前方の端部は、増幅用ファイバ64の後方の端部に融着接続されており、共振器用ファイバ65の後方の端部は、デリバリファイバ66の前方の端部に融着接続されている。共振器用ファイバ65のコア内には、OC-FBG(Output Coupler-Fiber Bragg Grating)65aが形成されている。OC-FBG65aは、HR-FBG63aとほぼ同様の構造を有しているが、HR-FBG63aよりも低い反射率で、光を反射するように調整されている。例えば、OC-FBG65aは、信号光の波長の光に対する反射率が10~20%程度となるように調整されている。
The front end of the
増幅用ファイバ64内では、HR-FBG63a及びOC-FBG65aで反射した信号光が、増幅用ファイバ64の長手方向で往復する。信号光は、この往復に伴って増幅されてレーザ光となる。このように、共振器R内では、光が増幅されて信号光(レーザ光)が生成される。
In the
デリバリファイバ66は、共振器R内で生成されたレーザ光を伝送する。デリバリファイバ66は、コアと、コアを囲うクラッドと、クラッドを覆う被覆と備える。デリバリファイバ66としては、例えば、シングルモードファイバを用いることができる。尚、デリバリファイバ66は、例えば、マルチモードファイバであっても、フューモードファイバであっても良い。
The
出力端67は、デリバリファイバ66の後方の端部に接続されており、デリバリファイバ66によって伝送されてきたレーザ光を射出する。出力端67は、デリバリファイバ66によって伝送されてきたレーザ光を透過する柱状体(光透過柱状部材)を備える。この部材は、いわゆるエンドキャップと呼ばれる。
The
本実施形態のレーザ装置60は、例えば、図10に示す光モジュールユニットMUを複数備える。各々の光モジュールユニットMUは、例えば、高さ方向の寸法を小さくしつつ高出力化が可能な第1実施形態の半導体レーザ装置1をモジュール化した光モジュールM2を複数備えている。このため、本実施形態のレーザ装置60では、励起光源61を小型化しつつ高出力化が可能である。
The
〈第2実施形態〉
図12は、本発明の第2実施形態によるレーザ装置の要部構成を示す図である。図12に示す通り、本実施形態のレーザ装置70は、レーザ光源71、コンバイナ72、デリバリファイバ73、及び出力端74を備える。
Second Embodiment
12 is a diagram showing the main configuration of a laser device according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, a
レーザ光源71は、複数の光モジュールユニットMUを備えており、レーザ光を出力する。光モジュールユニットMUは、例えば、図10に示すものを用いることができる。レーザ光源71に設けられる光モジュールユニットMUの数は、レーザ装置70の出力端74から出力されるレーザ光のパワーに応じて任意の数とすることができる。コンバイナ72は、レーザ光源71に設けられた光モジュールユニットMUの各々が出力したレーザ光を、デリバリファイバ73に結合させる。
The
デリバリファイバ73は、コンバイナ72で結合されたレーザ光を伝送する。デリバリファイバ73は、コアと、コアを囲うクラッドと、クラッドを覆う被覆と備える。デリバリファイバ73としては、例えば、シングルモードファイバを用いることができる。尚、デリバリファイバ73は、例えば、マルチモードファイバであっても、フューモードファイバであっても良い。出力端74は、デリバリファイバ73の後方の端部に接続されており、デリバリファイバ73によって伝送されてきたレーザ光を射出する。
The
本実施形態のレーザ装置70は、例えば、図10に示す光モジュールユニットMUを複数備える。各々の光モジュールユニットMUは、例えば、高さ方向の寸法を小さくしつつ高出力化が可能な第1実施形態の半導体レーザ装置1をモジュール化した光モジュールM2を複数備えている。このため、本実施形態のレーザ装置70では、レーザ光源71を小型化しつつ高出力化が可能である。
The
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、マウント10に6段の段部STが形成されている例について説明した。しかしながら、マウント10に形成される段部STは、6段より少なくても良く、6段より多くても良い。
Although an embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be freely modified within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, an example was described in which the
また、上記実施形態では、マウント10に設けられた段部STの各々に半導体レーザ素子11が2つずつ搭載されている例について説明した。しかしながら、マウント10に設けられた段部STの各々には、3つ以上の半導体レーザ素子11が搭載されていても良い。尚、マウント10の段部STの各々に3つ以上の半導体レーザ素子11が搭載されている場合であっても、各々の半導体レーザ素子11から射出されたレーザ光は、合成光学系14で1つに合成されることになる。
In the above embodiment, an example has been described in which two
また、上述した実施形態では、合成光学系14が、コリメート光学系12(コリメートミラー12b)によって反射されたレーザ光と、コリメート光学系13(反射ミラー13c)によって反射されたレーザ光とを偏波合成する例について説明した。しかしながら、合成光学系14が行うレーザ光の合成方法は、偏波合成に制限される訳ではなく、波長合成等の他の合成方法を用いることができる。
In the above-described embodiment, an example has been described in which the synthesis
また、上述した第1実施形態では、半導体レーザ装置1に設けられたコリメートミラー12bで+X方向に向けて反射されたレーザ光の偏光方向を1/2波長板14aによって変え、反射ミラー13cで+X方向に向けて反射されたレーザ光と合成する例について説明した。しかしながら、これとは逆に、半導体レーザ装置1に設けられた反射ミラー13cで+X方向に向けて反射されたレーザ光の偏光方向を1/2波長板14aによって変え、コリメートミラー12bで+X方向に向けて反射されたレーザ光と合成するようにしても良い。
In the above-described first embodiment, an example has been described in which the polarization direction of the laser light reflected in the +X direction by the
同様に、上述した第2実施形態では、半導体レーザ装置2に設けられたコリメートミラー12bで+X方向に向けて反射されたレーザ光の偏光方向を1/2波長板14aによって変え、コリメートミラー13dで+X方向に向けて反射されたレーザ光と合成する例について説明した。しかしながら、これとは逆に、半導体レーザ装置2に設けられたコリメートミラー13dで+X方向に向けて反射されたレーザ光の偏光方向を1/2波長板14aによって変え、コリメートミラー12bで+X方向に向けて反射されたレーザ光と合成するようにしても良い。
Similarly, in the above-mentioned second embodiment, an example has been described in which the polarization direction of the laser light reflected in the +X direction by the
また、図11に示すレーザ装置60及び図12に示すレーザ装置70は、1つの出力端67,74を有するものであったが、出力端67,74の先にさらに光ファイバ等を接続してもよい。また、出力端67,74の先にビームコンバイナを接続し、複数のレーザ装置からのレーザ光を束ねるように構成されていてもよい。
The
また、レーザ装置は、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)方式のファイバレーザ装置であっても良い。更に、レーザ装置は、半導体レーザ(DDL:Direct Diode Laser)やディスクレーザのように、共振器が光ファイバ以外で構成され、共振器から射出されるレーザ光を光ファイバに集光するレーザ装置であっても良い。 The laser device may also be a fiber laser device of the MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) type. Furthermore, the laser device may be a laser device in which the resonator is composed of something other than an optical fiber, such as a semiconductor laser (DDL: Direct Diode Laser) or a disk laser, and the laser light emitted from the resonator is focused into an optical fiber.
1,2…半導体レーザ装置、10…マウント、11…半導体レーザ素子、12…コリメート光学系、12a…コリメートレンズ、12b…コリメートミラー、13…コリメート光学系、13a,13b…コリメートレンズ、13c…反射ミラー、13d…コリメートミラー、14…合成光学系、14a…1/2波長板、14b…反射ミラー、14c…偏光ビームスプリッタ、15…集光光学系、60…レーザ装置、62…コンバイナ、64…増幅用ファイバ、67…出力端、70…レーザ装置、72…コンバイナ、74…出力端、ST…段部 1, 2...semiconductor laser device, 10...mount, 11...semiconductor laser element, 12...collimating optical system, 12a...collimating lens, 12b...collimating mirror, 13...collimating optical system, 13a, 13b...collimating lens, 13c...reflecting mirror, 13d...collimating mirror, 14...combining optical system, 14a...half-wave plate, 14b...reflecting mirror, 14c...polarizing beam splitter, 15...focusing optical system, 60...laser device, 62...combiner, 64...amplifying fiber, 67...output end, 70...laser device, 72...combiner, 74...output end, ST...step
Claims (10)
前記マウント部材の段部の各々に複数搭載された、第1方向に向けてレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、
前記マウント部材の段部の各々に前記半導体レーザ素子に対応して複数設けられ、対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光をコリメートしつつ前記第1方向と交差する第2方向に向けて反射するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系によって反射されたレーザ光を合成する合成光学系と、
を備え、
前記第1方向は、前記段部の表面と、前記複数の段部のうちの互いに隣り合った2つの段部の間に位置する段差面との双方に沿う方向である、
半導体レーザ装置。 A stepped mount member having a plurality of steps;
a plurality of semiconductor laser elements mounted on each of the step portions of the mount member, the semiconductor laser elements emitting laser light in a first direction;
a plurality of collimating optical systems provided on each of the step portions of the mount member corresponding to the semiconductor laser elements, the collimating optical systems reflecting laser light emitted from the corresponding semiconductor laser elements toward a second direction intersecting the first direction;
a combining optical system that combines the laser beams reflected by the collimating optical system;
Equipped with
The first direction is a direction along both a surface of the step portion and a step surface located between two adjacent step portions among the plurality of step portions.
Semiconductor laser device.
対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の前記第1方向及び前記第2方向に垂直な第3方向の成分をコリメートする第1コリメートレンズと、
対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の前記第2方向の成分をコリメートしつつ前記第2方向に向けて反射するコリメートミラーと、
を備える、請求項1記載の半導体レーザ装置。 At least one of the collimating optical systems provided on each of the step portions of the mount member is
a first collimating lens that collimates a component of a laser beam emitted from a corresponding semiconductor laser element in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction;
a collimating mirror that collimates a component of the laser light emitted from the corresponding semiconductor laser element in the second direction and reflects the component in the second direction;
The semiconductor laser device according to claim 1 .
対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の前記第3方向の成分をコリメートする第1コリメートレンズと、
対応する前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の前記第2方向の成分をコリメートする第2コリメートレンズと、
前記第2コリメートレンズでコリメートされたレーザ光を前記第2方向に向けて反射する反射ミラーと、
を備える請求項2記載の半導体レーザ装置。 At least one of the remaining collimating optical systems provided on each of the step portions of the mount member is
a first collimating lens that collimates a component of the laser light emitted from the corresponding semiconductor laser element in the third direction;
a second collimating lens that collimates a component of the laser light emitted from the corresponding semiconductor laser element in the second direction;
a reflecting mirror that reflects the laser light collimated by the second collimating lens toward the second direction;
3. The semiconductor laser device according to claim 2, comprising:
前記半導体レーザ素子は、レーザ光の射出端から前記コリメートミラーまでの距離が同じになるように配置されている、
請求項2記載の半導体レーザ装置。 the collimating optical system provided in each of the step portions of the mount member includes the first collimating lens and the collimating mirror,
The semiconductor laser element is disposed so that the distance from the laser light emission end to the collimating mirror is the same.
3. The semiconductor laser device according to claim 2.
前記マウント部材の段部の各々に搭載された第1半導体レーザ素子と、
前記マウント部材の段部の各々に搭載された第2半導体レーザ素子と、
前記マウント部材の段部の各々に前記第1半導体レーザ素子に対応して設けられた第1ファスト軸コリメートレンズと、
前記マウント部材の段部の各々に前記第2半導体レーザ素子に対応して設けられた第2ファスト軸コリメートレンズと、
前記マウント部材の段部の各々に前記第1半導体レーザ素子に対応して設けられた、スロー軸コリメートミラーと、
前記マウント部材の段部の各々に前記第2半導体レーザ素子に対応して設けられた、スロー軸コリメートレンズと、
前記マウント部材の段部の各々に前記第2半導体レーザ素子に対応して設けられた反射ミラーと、
前記スロー軸コリメートミラー及び前記反射ミラーで反射されたレーザ光を合成する合成光学系と、
を備える半導体レーザ装置。 A stepped mount member having a plurality of steps;
a first semiconductor laser element mounted on each of the steps of the mount member;
a second semiconductor laser element mounted on each of the steps of the mount member;
a first fast axis collimator lens provided on each step of the mount member in correspondence with the first semiconductor laser element;
a second fast axis collimator lens provided on each step of the mount member in correspondence with the second semiconductor laser element;
a slow-axis collimating mirror provided on each step of the mount member in correspondence with the first semiconductor laser element;
a slow axis collimator lens provided on each step of the mount member in correspondence with the second semiconductor laser element;
a reflecting mirror provided on each step of the mount member in correspondence with the second semiconductor laser element;
a combining optical system that combines the laser light reflected by the slow axis collimator mirror and the laser light reflected by the reflecting mirror;
A semiconductor laser device comprising:
前記偏光素子を介したレーザ光と、前記スロー軸コリメートミラー及び前記反射ミラーの何れか他方で反射されたレーザ光とを合成する偏光合波光学系と、
を備える請求項6記載の半導体レーザ装置。 The combining optical system includes a polarizing element that changes the polarization state of the laser light reflected by either the slow axis collimator mirror or the reflecting mirror;
a polarization combining optical system that combines the laser light passing through the polarizing element with the laser light reflected by the other of the slow axis collimator mirror and the reflecting mirror;
7. The semiconductor laser device according to claim 6, comprising:
前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光を光学的に結合させるコンバイナと、
前記コンバイナで結合されたレーザ光を外部に出力する出力端と、
を備えるレーザ装置。 A semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 8,
a combiner that optically combines laser beams output from the semiconductor laser devices;
an output end that outputs the laser light combined by the combiner to an outside;
A laser device comprising:
コアに希土類が添加された増幅用ファイバと、
前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光を励起光として前記増幅用ファイバに結合させるコンバイナと、
前記増幅用ファイバで増幅された光を外部に出力する出力端と、
を備えるレーザ装置。 A semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 8,
an amplifying fiber having a core doped with rare earth;
a combiner that couples the laser light output from the semiconductor laser device as pumping light to the amplification fiber;
an output end for outputting the light amplified by the amplifying fiber to the outside;
A laser device comprising:
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