JPH04198907A - 光ファイバ結合器および固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体レーザ出力を高効率で光結合し光ファ
イバに導光する光ファイバ導光システムと、励起光源と
しての半導体レーザ出力を高効率で光結合し固体レーザ
素子を光励起する半導体レーザ励起型の固体レーザ装置
に関するものである。

［従来の技術］ 半導体レーザ光を光ファイバで導光し光エネルギーを利
用することは、医療分野等で重要である。半導体レーザ
としては通常幅の狭い一本の活性層ストライプからなる
半導体レーザからの出射光を光ファイバに導光して用い
られてきた。また、半導体レーザな励起光源として用い
た固体レーザが、高効率、長寿命、小型化が図れること
から、注目を集めている。半導体レーザ励起固体レーザ
における、固体レーザの光軸方向から光励起する端面励
起方式（例えば特開昭５８−５２８８９号参照）では、
固体レーザの発振の空間モードに半導体レーザ出力光に
よる励起空間をうまくマツチングさせることにより、高
効率で単一基本横モード発振を実現できる。

［発明が解決しようとする課題］ 半導体レーザはビーム発散角が大きいため、集光系を半
導体レーザに接近して集光する必要があり、発振光の集
光は容易ではない。半導体レーザからより高いエネルギ
ーを得たり、半導体レーザ励起固体レーザの高出力化の
ためには、半導体レーザを高出力にする必要がある。半
導体レーザはストライブ状の活性層からレーザ光が出射
するが、単一ストライブレーザでは出力に限界があり、
これ以上の出力を得るには、複数のストライブを一列に
配列したアレイ状にしなければならない。

このようなマルチストライブのアレイ半導体レーザをフ
ァイバ導光用光源として用いようとすると、アレイの全
体の幅は長さ１ｃｍはどに渡るので、通常のレンズ系を
用いて複数ビームを一つのスポット状に絞り込み一本の
ファイバに導光することは到底できなかった。また、同
様に、このようなアレイ半導体レーザを励起光源として
用いようとすると、通常のレンズ系を用いて複数ビーム
を１つのスポット状に絞り込むことは到底できないため
、励起効率の良い端面励起方式が採用できず、側面励起
方式にしか適用できなかった（例えばＲ，Ｂｕｒｎｈａ
ｍ　ａｎｄ　Ａ、　Ｄ、　Ｈａｙｓ、　Ｏｐｔ、Ｌｅｔ
ｔ。。

１４．２７（１９８９）；　Ｍ、　Ｋ、　Ｒｅｅｄ、　
ｗ、　Ｊ、　Ｋｏｚｌｏｖｓｋｙ。

Ｒ，Ｌ、Ｂｙｅｒ、　Ｇ、　Ｌ、　Ｈａｒｎａｇｅｌ、
　ａｎｄ　Ｐ、　Ｓ、　Ｃｒｏｓｓ。

Ｏｐｔ、　Ｌｅｔｔ、、　１３．２０４　（１９８８）
参照）。

本発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、マルチ
ストライブアレイ半導体レーザから出る発散角が大きい
多数の複数ビームを集光し光ファイバに導光し、高圧力
のファイバ出射光を得ること、さらに光ファイバからの
出射光を集光し、固体レーザの発振の空間モードに半導
体レーザ出力光による励起空間をマツチングするように
、効率よく固体レーザ出力光を生起せしめる半導体レー
ザ励起固体レーザを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため（二この発明の手段として、
マルチストライブアレイ半導体レーザ出力を集光し光フ
ァイバに導光する光結合器に於て、分布屈折率レンズを
アレイ半導体レーザの各ストライブに対応して配列し、
アレイ半導体レーザ出力を集光してコリメートするレン
ズアレイと、コリメートされた各ストライブ光を一括し
て集光して一箇所に重ね合わせ、光ファイバに結合する
ためのフォーカシングレンズとして用いる第２のレンズ
とからなる光学素子を備えるものである。また、アレイ
半導体レーザ出力を集光し固体レーザ素子を光励起する
アレイ半導体レーザ励起固体レーザにおいて、前記のよ
うな光ファイバ結合器と、固体レーザ素子に導光するた
めの光ファイバと、光ファイバからの出射光を集光し固
体レーザ素子を端面励起するためのレンズとからなる光
結合器を備えるものである。

［作用１ 光ファイバへの光結合器として屈折率が中心軸から外周
面に向かって放射線状に分布して異なっている円柱状の
光学ガラス体である分布屈折率レンズを用いると、発散
角の大きい半導体レーザ光を容易に集光することができ
る。このような特性を持つ分布屈折率レンズを用いて、
半導体レーザの活性層ストライブからのレーザ光を集光
できることを利用し、マルチストライブアレイ半導体レ
ーザの各々のストライブからの出射光を、分布屈折率レ
ンズを各ストライブに１対１で対応して配列したレンズ
アレイでそれぞれコ１ノメートし、これら光線束を一括
して単レンズでフォーカシングし、光ファイバに導光し
て、ファイバ内の多重反射によりビーム形状を矯正した
後、ファイバからの出射光を取り出せば、高効率で、高
品質の横モード光が得られる。

また、半導体レーザ励起固体レーザの横モードの特性は
、端面励起方式の場合、固体レーザ素子内の光励起空間
の形状で決まる。このため、単一基本横モードを得るた
めには、絞った励起光の強度分布をなるべくガウス分布
に近づけ、固体レーザ素子内に一定の大きさのビームス
ポットを安定的に作ってやることが好ましい。半導体レ
ーザ励起固体レーザの光結合器として前記のようにして
ファイバに導光するとファイバ内でビーム形状が矯正さ
れるため、ファイバからは空間モードが優れた出射光が
得られ、これをレンズでビームスポットに絞ってやり、
固体レーザ素子を端面励起すれば、高品質の横モード光
が得られる。

［実施例］ 以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

第１図はアレイ半導体レーザ光を集光し光ファイバに導
光する光ファイバ結合器の模式図である。第１図に示す
ごとく、用いたアレイ半導体レーザ１は幅がｌｏｏＬＬ
ｍの活性層ストライプ２が２０本、５００μｍのピッチ
で配列したアレイからなる。集光レンズアレイ３は幅５
００ｕｍの分布屈折率レンズ２０個からなり２０本のス
トライブからの出射光の各々を集光しコリメートする。

２０本のレーザビームをレンズ４でフォーカシングし一
箇所に重ね合わせて光ファイバ５に導光する。

このようにして導光した光ファイバ導光システムに於て
、アレイ半導体レーザ光を５４％の高効率で光ファイバ
に導光出来ている。

第２図はアレイ半導体レーザ光を集光しファイバで導光
したのち、集光し、固体レーザ素子を端面励起する固体
レーザの模式図である。第２図に示すごとく、固体レー
ザ素子９としてＮｄ：ＹＡＧを用い、一方の端面をグイ
クロイックコーディング（Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザ発振
波長１１０６４ｎで高反射（ＨＲ）、半導体レーザ光波
長８０８ｎｍで高透過（ＡＲ））Ｌ、その面を励起面と
し、アウトプットミラー１０とで共振器を構成する。

前記のようにしてアレイＬＤ光を導光し、ファイバから
の出射光を第３のレンズ系としてレンズ７でコリメート
し、レンズ８で絞ってＮｄ　：　ＹＡＧロッド９を端面
励起する。

第３図に示す如く、５Ｗタイプのアレイ半導体レーザ（
波長８０８　ｎｍ）を用いて、このようにして端面励起
した半導体レーザ励起固体レーザに於て、２．２７Ｗの
励起入力でＮｄ　：　ＹＡＧレーザ基本波（波長１０１
０６４ｎ出力８１０ｍＷの高効率発振が得られている。

［発明の効果１ 光結合器としてかかる構成をもつ光ファイバ導光システ
ムは、出力が大きいアレイ半導体レーザ光の光ファイバ
への導光を可能にし、結合効率が高くビーム質の良い光
エネルギーを光ファイバ端面から取り出すことができる
。高いエネルギーを得ることが出来るので、応用分野と
してトリミング等の加工分野でも重要である。また、光
結合器としてかかる構成をもつ半導体レーザ励起固体レ
ーザはアレイ半導体レーザでは困難であった端面励起を
可能にし、効率が高くビーム質の良い高出力の固体レー
ザを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアレイ半導体レーザの各ストライプからの出射
光を分布屈折率レンズアレイを用いて集光してコリメー
トし、単レンズでフォーカシングして一箇所に重ね合わ
せてファイバに導光する光ファイバ結合器の模式図、第
２図はアレイ半導体レーザ光を図１のようにしてファイ
バに導光したのち、ファイバからの出射光を第３のレン
ズ系で集光し絞り込んで光励起する半導体レーザ励起型
の固体レーザの模式図、第３図はファイバ結合アレイ半
導体レーザ端面励起Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザの入出力特
性である。 図中。 １ニアレイ半導体レーザ ２：活性層ストライプ ３：分布屈折率レンズアレイ ４：フォーカシングレンズ ５：光ファイバ ６：ファイバ出射光 ７：コリメーティングレンズ ８：フォーカシングレンズ ９：固体レーザ素子 １０ニアウドプツトミラー １１：固体レーザ出力光 代理人　弁理士　１）北　嵩　晴 ［Ｆ］＼ ゛〜パ１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アレイ半導体レーザ出力を集光し光ファイバに導
   光する光結合器において、分布屈折率レンズをアレイ半
   導体レーザの各活性層ストライプに対応して配列し、ア
   レイ半導体レーザ出力を集光してコリメートするレンズ
   アレイと、コリメートされた各ストライプ光を一括して
   集光して一箇所に重ね合わせ、光ファイバに結合するた
   めのフォーカシングレンズとして用いる第２のレンズと
   からなる光結合器を備えたことを特徴とする光ファイバ
   結合器。
2. （２）アレイ半導体レーザ出力を集光し固体レーザ素子
   を光励起するアレイ半導体レーザ励起型の固体レーザ装
   置において、請求項（１）に記載の光ファイバ結合器と
   、固体レーザ素子に導光するための光ファイバと、光フ
   ァイバからの出射光を集光し固体レーザ素子を端面励起
   するためのレンズとからなる光結合器を備えたことを特
   徴とするアレイ半導体レーザ端面励起型の固体レーザ装
   置。