JPH05297253A - Coupled lens device - Google Patents

Coupled lens device

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JPH05297253A
JPH05297253A JP12409192A JP12409192A JPH05297253A JP H05297253 A JPH05297253 A JP H05297253A JP 12409192 A JP12409192 A JP 12409192A JP 12409192 A JP12409192 A JP 12409192A JP H05297253 A JPH05297253 A JP H05297253A
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JP
Japan
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laser
optical fiber
cylindrical lens
array
coupling
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Application number
JP12409192A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Kubota
重夫 久保田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH05297253A publication Critical patent/JPH05297253A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a coupling lens device which easures easy acquisition of components and adjustment, does not require correction of the anisotropy in the radiation angle distribution, allows constituting a compacted optical system, and enables high-efficiency coupling with each optical fiber having a small numerical operture, by installing a cylindrical lens apart from the end faces of laser diodes so that the axis of the cylinder is identically directed to the longitudinal axis of the array of laser diodes. CONSTITUTION:A cylindrical lens 12 is installed in proximity to an array 11 of laser diodes of the gain waveguide type which is a semiconductor laser element as a laser beam source for energization having anisotropic radiation angle, and the energizing laser beam from the array 11 is led to an optical fiber array 13 which is arranged behind the cylindrical lens 12. This lens 12 is made of a material of homogeneous or refractive index distribution type such as molten quartz or optical glass, preferably having a dia. of 100-700mum, typically being 400mum, and having a focal distance of 100-500mum, typically 300mum. The laser diode may have a length of opening (light emission width) of 100mum approximately and have anisotropic radiation angle being 10deg.X30deg. approximately.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、結合レンズ装置に関
し、特に、レーザダイオード励起固定レーザ装置に励起
レーザ光を送るための光ファイバ等にレーザダイオード
を結合するための結合レンズ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coupling lens device, and more particularly to a coupling lens device for coupling a laser diode to an optical fiber or the like for sending pump laser light to a laser diode pump fixed laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザダイオード励起固体レーザ装置を
高出力化するために、レーザダイオードからの励起レー
ザ光を光ファイバに結合し、該光ファイバの複数本を結
束して高輝度励起光源を作り、これを固体レーザ媒質
(レーザロッド)内に結像する方法が、例えば本件発明
者等による文献である、S. Kubota, M.Oka, Y.Kaneda a
nd H. Masuda, "Thermal aberration analysis of a laser
-diode-pumped Nd:YAGlaser", SPIE Vol.1354 Internat
ional Lens Design Conference (1990), pp.572-580
において開示されている。
2. Description of the Related Art In order to increase the output of a laser diode pumped solid-state laser device, pumped laser light from a laser diode is coupled to an optical fiber, and a plurality of the optical fibers are bound to form a high-brightness pumping light source, A method of forming an image of this in a solid-state laser medium (laser rod) is described in, for example, a document by the present inventors, S. Kubota, M. Oka, Y. Kaneda a.
nd H. Masuda, "Thermal aberration analysis of a laser
-diode-pumped Nd: YAGlaser ", SPIE Vol.1354 Internat
ional Lens Design Conference (1990), pp.572-580
Are disclosed in.

【0003】この場合に用いられるレーザダイオード
は、例えば開口長(発光幅)が100μm程度の線光源
となる利得導波型レーザダイオードであり、その放射角
分布は例えば半値全角で10°×30°の異方性を持っ
ている。そこでいわゆるブリュースタ−アナモルフィッ
ク望遠鏡等を用いて異方性を補正すると共に、水平方向
の開口長と放射角10°に適合するコア径と開口数を持
つ光ファイバを選ぶ必要があった。
The laser diode used in this case is, for example, a gain-guided laser diode which serves as a line light source having an aperture length (light emission width) of about 100 μm, and its radiation angle distribution is, for example, a full angle at half maximum of 10 ° × 30 °. Has anisotropy. Therefore, it is necessary to correct the anisotropy by using a so-called Brewster-Anamorphic telescope or the like, and to select an optical fiber having a core diameter and a numerical aperture suitable for the horizontal aperture length and the radiation angle of 10 °.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、幾何光学の
ラグランジュ−ヘルムホルツの不変法則によれば、光源
の開口長と放射角が決まると、損失なく結合するために
はファイバのコア径と開口数との積は常に一定にする必
要がある。従って、より高輝度光源を作るためには、小
さいコア径のファイバに結合することが望まれるが、こ
のとき光ファイバの開口数を大きくしなければならな
い。光ファイバの開口数が大きくなると、同様に、固体
レーザ・ロッド内に結像する光束の開口数も大きくな
り、固体レーザのモードとの重なり合いが悪くなり、効
率が下がる欠点があった。
By the way, according to the Lagrange-Helmholtz invariant law of geometrical optics, when the aperture length and emission angle of the light source are determined, in order to couple without loss, the fiber core diameter and numerical aperture are The product of must always be constant. Therefore, in order to make a higher brightness light source, it is desired to couple with a fiber having a small core diameter, but at this time, the numerical aperture of the optical fiber must be increased. When the numerical aperture of the optical fiber becomes large, similarly, the numerical aperture of the light flux imaged in the solid-state laser rod also becomes large, the overlap with the modes of the solid-state laser becomes poor, and the efficiency is lowered.

【0005】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、放射角に異方性を有するレーザダイオー
ドから光ファイバへレーザ光を結合する際に、容易に入
手できる部品が使用でき、調整が容易であり、放射角分
布の異方性の補正が不要で、コンパクトな光学系が構成
でき、開口数の小さい光ファイバに対して高効率で結合
できるような結合レンズ装置の提供を目的とするもので
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and when coupling laser light from a laser diode having anisotropy in radiation angle to an optical fiber, readily available parts can be used. , Easy to adjust, no need to correct anisotropy of radiation angle distribution, compact optical system can be configured, and a coupling lens device that can couple with high efficiency to an optical fiber with a small numerical aperture is provided. It is intended.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る結合レンズ
装置は、放射角の異方性を有するレーザダイオード・ア
レーからのレーザ光を光ファイバ・アレーに結合する結
合レンズ装置において、円筒状の形状を有し、円筒の長
さ方向を上記レーザダイオード・アレーの水平方向に配
置し、レーザダイオード端面から離して配置される円筒
レンズを用いることにより、上述の課題を解決する。
SUMMARY OF THE INVENTION A coupling lens device according to the present invention is a coupling lens device for coupling laser light from a laser diode array having anisotropy of radiation angle to an optical fiber array. The problem described above is solved by using a cylindrical lens having a shape, the longitudinal direction of which is arranged in the horizontal direction of the laser diode array, and which is arranged away from the end face of the laser diode.

【0007】上記円筒レンズは、溶融石英または光学ガ
ラスの均質または屈折率分布型材料を用い、100μm
〜700μm、典型的には400μmの直径を有するこ
とが好ましい。この円筒レンズの焦点距離は、100μ
m〜500μm、典型的には300μm程度とすればよ
い。また上記レーザダイオードは、開口長(発光幅)が
100μm程度で10°×30°程度の放射角の異方性
を有するものを使用できる。上記円筒レンズは、レーザ
ダイオード端面から100μm程度離して使用し、開口
数が0.1程度の光ファイバに高効率で結合するように
すればよい。
The cylindrical lens is made of fused quartz or optical glass, and is made of a homogeneous or gradient index material.
It is preferred to have a diameter of ˜700 μm, typically 400 μm. The focal length of this cylindrical lens is 100μ
m to 500 μm, typically about 300 μm. As the laser diode, a laser diode having an opening length (light emission width) of about 100 μm and anisotropy of radiation angle of about 10 ° × 30 ° can be used. The cylindrical lens may be used at a distance of about 100 μm from the end face of the laser diode, and may be coupled with high efficiency to an optical fiber having a numerical aperture of about 0.1.

【0008】光ファイバ・アレーの各ファイバを束ねて
高輝度励起光源を作り、この高輝度励起光源を固体レー
ザ装置への励起光導入に用いることが考えられる。この
固体レーザ装置は、例えばNd:YAG等のレーザ媒質
と、KTP(KTiOP4 )等の非線形光学結晶素子あ
るいは波長変換素子とを、一対の反射鏡の間に配置して
構成されたレーザ共振器を用いることができる。この固
体レーザ装置のレーザ共振器内の上記レーザ媒質として
は、Nd:YAGの他にも、Nd:YVO4 、Nd:B
EL、LNP等が用いられ、上記波長変換素子あるいは
非線形光学結晶素子としては上記KTP以外にも、L
N、BBO、LBO等が用いられる。さらに、上記レー
ザ共振器としては、例えば、励起光によって励起される
レーザ媒質において発生した基本波レーザ光を共振器内
部に設けられた非線形光学結晶素子を通過するように共
振動作させることにより、タイプIIの第2高調波レーザ
光を発生させると共に、上記基本波レーザ光の2つの偏
光モード間の和周波発生によるカップリングを抑制して
2モードで安定な発振を行わせるための1/4波長板等
の複屈折性素子を共振器路内に設けたものを使用でき
る。
It is considered that each fiber of the optical fiber array is bundled to form a high-brightness pumping light source, and this high-brightness pumping light source is used for introducing pumping light into the solid-state laser device. This solid-state laser device is, for example, a laser resonator formed by disposing a laser medium such as Nd: YAG and a nonlinear optical crystal element such as KTP (KTiOP 4 ) or a wavelength conversion element between a pair of reflecting mirrors. Can be used. As the laser medium in the laser resonator of this solid-state laser device, in addition to Nd: YAG, Nd: YVO 4 , Nd: B
EL, LNP, or the like is used, and as the wavelength conversion element or the nonlinear optical crystal element, in addition to the KTP, L
N, BBO, LBO, etc. are used. Further, as the laser resonator, for example, a fundamental wave laser light generated in a laser medium excited by excitation light is resonated so as to pass through a nonlinear optical crystal element provided inside the resonator, A quarter-wavelength for generating the second harmonic laser light of II and for suppressing the coupling due to the sum frequency generation between the two polarization modes of the fundamental laser light to perform stable oscillation in two modes. A birefringent element such as a plate provided in the resonator path can be used.

【0009】[0009]

【作用】上記円筒レンズは、例えば光ファイバのコア部
分等を用いることができ、容易に入手可能であり、調整
が容易で、レーザダイオードの放射角分布の異方性を補
正する必要がなく、コンパクトな光学系が構成でき、開
口数の小さい光ファイバに対して90%近い高結合効率
がえられる。
The cylindrical lens can use, for example, a core portion of an optical fiber, is easily available, can be easily adjusted, and it is not necessary to correct the anisotropy of the radiation angle distribution of the laser diode. A compact optical system can be constructed, and a high coupling efficiency close to 90% can be obtained for an optical fiber having a small numerical aperture.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明に係る結合レンズ装置の一実
施例の概略構成を示す構成図である。この図1におい
て、放射角に異方性を有する励起用レーザ光源としての
半導体レーザ素子である利得導波型のレーザダイオード
・アレー11に近接して円筒レンズ12を配置し、円筒
レンズ12の後方に配置した光ファイバ・アレー13に
レーザダイオード・アレー11からの励起レーザ光を導
くようにしている。レーザダイオード・アレー11は、
図2に示すような活性層11Aにおいて、図1に示す複
数の発光部(開口)11Eが発光幅w、配列ピッチpで
配列されたものである。具体的な数値としては、wを約
100μm程度、pを約300μm程度とすることが挙
げられる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram showing the schematic structure of an embodiment of a combined lens device according to the present invention. In FIG. 1, a cylindrical lens 12 is arranged in the vicinity of a gain-guided laser diode array 11 which is a semiconductor laser element as a laser light source for excitation having anisotropy in emission angle, and the cylindrical lens 12 is arranged behind the cylindrical lens 12. The excitation laser light from the laser diode array 11 is guided to the optical fiber array 13 arranged at. The laser diode array 11 is
In the active layer 11A as shown in FIG. 2, a plurality of light emitting portions (openings) 11E shown in FIG. 1 are arranged with a light emission width w and an arrangement pitch p. As specific numerical values, w is about 100 μm and p is about 300 μm.

【0011】このレーザダイオード・アレー11の配列
方向(水平方向、接合平行方向)に沿って、直径D(例
えば400μm程度)の円筒レンズ12の長さ方向を揃
えるように、円筒レンズ12を配置している。レーザダ
イオード・アレー11のこの水平面内での出射光の放射
角(発散角)αは、図2に示す垂直面内での出射光の放
射角(発散角)βよりも小さい。具体的には、例えばα
が10°程度、βが30°程度である。レーザダイオー
ド・アレー12から出射されたレーザ光は、円筒レンズ
12により、上記垂直面内でほぼコリメートされ(平行
光とされ)て、光ファイバ・アレー13の各光ファイバ
13Fに導かれる。なお、レーザダイオード・アレー1
2の出射光の上記水平面内での光束はコリメートされな
いが、発散角αが小さくかつ円筒レンズ12の直径が充
分小さいので、充分高い効率で光ファイバ・アレー13
の各光ファイバ13Fに結合される。
The cylindrical lenses 12 are arranged so that the lengthwise direction of the cylindrical lenses 12 having a diameter D (for example, about 400 μm) is aligned along the arrangement direction (horizontal direction, junction parallel direction) of the laser diode array 11. ing. The emission angle (divergence angle) α of the emitted light in the horizontal plane of the laser diode array 11 is smaller than the emission angle (divergence angle) β of the emitted light in the vertical plane shown in FIG. Specifically, for example, α
Is about 10 ° and β is about 30 °. The laser light emitted from the laser diode array 12 is substantially collimated (collimated light) in the vertical plane by the cylindrical lens 12 and guided to each optical fiber 13F of the optical fiber array 13. Laser diode array 1
Although the luminous flux of the outgoing light of No. 2 in the horizontal plane is not collimated, since the divergence angle α is small and the diameter of the cylindrical lens 12 is sufficiently small, the optical fiber array 13 is sufficiently efficient.
Is coupled to each optical fiber 13F.

【0012】光ファイバ・アレー13の各光ファイバ1
3Fは円柱状に束ねられて、図3に示すような光ファイ
バ束13Bとなり、端部から高輝度励起レーザ光が出射
される。この高輝度励起レーザ光は、レンズ22で集光
され、レーザ共振器23の凹面鏡24及び1/4波長板
25を介して、例えばNd:YAGを用いたレーザ媒質
26に入射される。共振器23の凹面鏡24の内側の凹
面が反射面14Rとなっている。Nd:YAG等のレー
ザ媒質26は、上記励起光に入射に応じて基本波レーザ
光LA(ω)を発生し、この基本波レーザ光LA(ω)
が、例えばKTP(KTiOPO4 )を用いた非線形光
学結晶素子(波長変換素子)27を通って平面鏡28に
達し、反射面28Rで反射される。
Each optical fiber 1 of the optical fiber array 13
3F is bundled into a cylindrical shape to form an optical fiber bundle 13B as shown in FIG. 3, and high-intensity pump laser light is emitted from the end portion. The high-intensity excitation laser light is condensed by the lens 22 and is incident on the laser medium 26 using, for example, Nd: YAG via the concave mirror 24 of the laser resonator 23 and the quarter-wave plate 25. The concave surface inside the concave mirror 24 of the resonator 23 is the reflecting surface 14R. The laser medium 26 such as Nd: YAG generates the fundamental laser light LA (ω) in response to the incident excitation light, and the fundamental laser light LA (ω) is generated.
Passes through the nonlinear optical crystal element (wavelength conversion element) 27 using, for example, KTP (KTiOPO 4 ), reaches the plane mirror 28, and is reflected by the reflection surface 28R.

【0013】KTP等の非線形光学結晶素子27は、タ
イプIIの位相整合により、上記基本波レーザ光LA
(ω)の2倍の周波数の第2高調波レーザ光LA(2
ω)を発生する。例えば基本波レーザ光LA(ω)の波
長λを1064nmとすると、第2高調波レーザ光LA
(2ω)の波長はλ/2の532nmとなる。凹面鏡2
4の反射面24Rは、上記励起光(例えば波長808n
m)に対して高透過率を有し、レーザ媒質26で発生し
た基本波レーザ光LA(ω)に対して高反射率ような特
性を有し、平面鏡28の反射面28Rは、基本波レーザ
光LA(ω)に対して高反射率を有し、第2高調波レー
ザ光LA(2ω)に対して高透過率を有するような特性
を有している。これらの反射面24R、28Rは、いわ
ゆるダイクロイックミラーにより形成できる。従って、
レーザ媒質26で発生した基本波レーザ光LA(ω)
は、レーザ共振器23の反射面24Rと反射面28Rと
の間を往復進行し、レーザ光の発振が行われる。なお、
上記1/4波長板25は、非線形光学結晶素子27に対
して方位角θ=45°だけ傾いた方位に設定されてお
り、共振器23の各部におけるレーザ光のパワーを安定
化するためのものである。
The nonlinear optical crystal element 27 such as KTP is provided with the above-mentioned fundamental wave laser light LA by type II phase matching.
The second harmonic laser light LA (2
ω) is generated. For example, if the wavelength λ of the fundamental wave laser light LA (ω) is 1064 nm, the second harmonic laser light LA
The wavelength of (2ω) is 532 nm which is λ / 2. Concave mirror 2
The reflection surface 24R of No. 4 has the excitation light (for example, the wavelength 808n
m) has a high transmittance and a characteristic such as a high reflectance with respect to the fundamental wave laser light LA (ω) generated in the laser medium 26, and the reflecting surface 28R of the plane mirror 28 has a fundamental wave laser It has such characteristics that it has a high reflectance for the light LA (ω) and a high transmittance for the second harmonic laser light LA (2ω). These reflecting surfaces 24R and 28R can be formed by so-called dichroic mirrors. Therefore,
Fundamental laser light LA (ω) generated in the laser medium 26
Travels back and forth between the reflecting surface 24R and the reflecting surface 28R of the laser resonator 23, and the laser light is oscillated. In addition,
The quarter-wave plate 25 is set in an orientation inclined by an azimuth angle θ = 45 ° with respect to the nonlinear optical crystal element 27, and is for stabilizing the power of laser light in each part of the resonator 23. Is.

【0014】すなわち、この上記1/4波長板25は、
本件出願人が、先に特開平1−220879号公報や、
特願平2−125854号の明細書及び図面、特願平3
−17068号の明細書及び図面等において開示した技
術に基づき用いられる複屈折性素子であり、非線形光学
結晶素子27に対して方位角θ=45°だけ傾いた方位
に設定された1/4波長板25を通ることにより、共振
器23の各部におけるレーザ光のパワーを安定化するた
めのものである。
That is, the quarter wave plate 25 is
The applicant of the present application has previously disclosed Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-220879 and
Description and Drawing of Japanese Patent Application No. 2-125854, Japanese Patent Application No. 3
-17068 is a birefringent element used based on the technique disclosed in the specification, drawings, etc. of No. 17068, and is a quarter wavelength set in an azimuth inclined by an azimuth angle θ = 45 ° with respect to the nonlinear optical crystal element 27. By passing through the plate 25, the power of the laser light in each part of the resonator 23 is stabilized.

【0015】すなわち、この1/4波長板25を挿入す
ることにより、 (i)和周波発生に起因する偏光モード間の非線形結合
がなくなり、偏光モード間のモード競合を防止できる。 (ii)2つの偏光モード間で空間位相差が90°となる
ので、2つの偏光モード発振することにより空間的ホー
ルバーニング効果を抑止でき、縦2モード(偏光2モー
ド)の安定発振が得られる。という作用効果が得られる
ものである。
That is, by inserting the quarter-wave plate 25, (i) the non-linear coupling between the polarization modes due to the sum frequency generation is eliminated, and the mode competition between the polarization modes can be prevented. (Ii) Since the spatial phase difference between the two polarization modes is 90 °, the spatial hole burning effect can be suppressed by oscillating the two polarization modes, and stable oscillation of two vertical modes (two polarization modes) can be obtained. .. That is, the effect is obtained.

【0016】このような構成において、レーザダイオー
ド・アレー11の複数の発光部11Eからの各励起レー
ザ光が、円筒レンズ12を介して光ファイバ・アレー1
3の各光ファイバ13Fにそれぞれ結合され、これら複
数の光ファイバ13Fが束ねられて光ファイバ13Bに
よる高輝度励起光源が作られることにより、固体レーザ
装置の高出力化を図ることができる。
In such a configuration, each pump laser beam from the plurality of light emitting portions 11E of the laser diode array 11 passes through the cylindrical lens 12 and the optical fiber array 1
It is possible to increase the output of the solid-state laser device by being coupled to the respective optical fibers 13F of No. 3 and bundling the plurality of optical fibers 13F to form a high-brightness excitation light source by the optical fiber 13B.

【0017】ところで、複数の光ファイバ13Fより成
るファイバ束の径と開口数の積は、励起光のレーザ媒質
(Nd:YAGロッド)26内でのスポットサイズと収
束光の開口数との積に等しい。従って、集光系の倍率を
一定にして、ファイバ束の径を増加させるとき、レーザ
媒質26内でのスポットサイズも増加する。レーザモー
ドとの重なり合いを保つためには、レーザ共振器23の
共振器長(実効長)を長くしなければならない。同様
に、ファイバ束の開口数が増加すると収束光の開口数が
増加し、レーザモードとの重なり合いが悪くなる。一
方、集光系の倍率を上げて収束光の開口数を減少させよ
うとすると、スポットサイズが増加するので上記共振器
長を長くしなければならない。従って、レーザ共振器長
を一定に保ちながら、出力を上げるためにファイバ束の
径を増加させるには、ファイバ束の開口数を小さくする
必要がある。
By the way, the product of the diameter and the numerical aperture of a fiber bundle composed of a plurality of optical fibers 13F is the product of the spot size of the pumping light in the laser medium (Nd: YAG rod) 26 and the numerical aperture of the convergent light. equal. Therefore, when the diameter of the fiber bundle is increased with the magnification of the focusing system kept constant, the spot size in the laser medium 26 also increases. In order to maintain the overlap with the laser mode, the resonator length (effective length) of the laser resonator 23 must be increased. Similarly, when the numerical aperture of the fiber bundle increases, the numerical aperture of the converged light also increases, and the overlap with the laser mode deteriorates. On the other hand, if the numerical aperture of the converged light is reduced by increasing the magnification of the condensing system, the spot size increases, so that the resonator length must be lengthened. Therefore, in order to increase the diameter of the fiber bundle in order to increase the output while keeping the laser cavity length constant, it is necessary to reduce the numerical aperture of the fiber bundle.

【0018】ここで、本発明の実施例においては、レー
ザダイオード・アレー11と光ファイバ・アレー13と
の間に、直径400μm程度の円筒レンズ12を配置し
ている。以下、実際の設計例について説明するが、光線
追跡の便宜上、実際のレーザ光の出射方向とは逆に、光
ファイバ16F側から出射された平行光束が円筒レンズ
12により正しくレーザダイオード端面の線上に結像さ
れるかについて評価する。レーザダイオードの垂直方向
の放射角は30°であるから、円筒レンズ12の開口数
は0.4以上必要である。
Here, in the embodiment of the present invention, a cylindrical lens 12 having a diameter of about 400 μm is arranged between the laser diode array 11 and the optical fiber array 13. Although an actual design example will be described below, for the sake of convenience of ray tracing, the parallel light flux emitted from the optical fiber 16F side is correctly aligned on the line of the laser diode end face by the cylindrical lens 12, contrary to the actual emission direction of the laser light. Evaluate whether it is imaged. Since the vertical emission angle of the laser diode is 30 °, the numerical aperture of the cylindrical lens 12 must be 0.4 or more.

【0019】円筒レンズ12の材質として、均質な溶融
石英を想定すると、波長810nmでの屈折率は1.4
53であるから、直径Dを400μmとするときの焦点
距離は320μmである。ここで、開口数0.4に相当
する光束径260μmの場合には、図4に示すように、
球面収差(縦軸)は10μm以下となる。10μmの球
面収差は、上記光ファイバ上で、10μm/320μm
=0.03の光束の広がりに対応するから、開口数0.
1の光ファイバに充分結合される。軸外収差の20μm
程度のコマも、同様に開口数0.1の光ファイバに充分
結合される。
Assuming that the material of the cylindrical lens 12 is homogeneous fused silica, the refractive index at a wavelength of 810 nm is 1.4.
Since it is 53, the focal length is 320 μm when the diameter D is 400 μm. Here, in the case of a luminous flux diameter of 260 μm corresponding to a numerical aperture of 0.4, as shown in FIG.
The spherical aberration (vertical axis) is 10 μm or less. The spherical aberration of 10 μm is 10 μm / 320 μm on the optical fiber.
Since it corresponds to the spread of the luminous flux of 0.03, the numerical aperture is 0.
It is well coupled to one optical fiber. Off-axis aberration of 20 μm
A coma of the same degree is similarly sufficiently coupled to an optical fiber having a numerical aperture of 0.1.

【0020】開口数0.5以上では、半径方向に屈折率
分布を与えた屈折率分布型光ファイバを円筒レンズ12
として用いると、収差の発生を小さくすることができ
る。直径400μmの屈折率1.506の光ファイバ
に、イオン交換等により外側ほど屈折率が高くなるよう
に屈折率分布を与えた円筒レンズ12によれば、図5に
示すように、球面収差は10μm程度、軸外のコマも2
0μm程度となる。屈折率分布は、円筒レンズの径方向
の位置(動径座標)rでの屈折率n(r) n(r)=1.506×(1+(ar)2 /2) を、a=0.063/mmとして与えている。
When the numerical aperture is 0.5 or more, the gradient index optical fiber having a refractive index distribution in the radial direction is used as the cylindrical lens 12.
Can be used to reduce the occurrence of aberration. According to the cylindrical lens 12 in which an optical fiber having a diameter of 400 μm and a refractive index of 1.506 is provided with a refractive index distribution such that the refractive index increases toward the outside by ion exchange or the like, the spherical aberration is 10 μm as shown in FIG. Degree, off-axis top 2
It becomes about 0 μm. Refractive index distribution, the radial position of the cylindrical lens refractive index at (radial coordinate) r n (r) n ( r) = 1.506 × (1+ (ar) 2/2), a = 0. It is given as 063 / mm.

【0021】このとき、円筒レンズ12の焦点距離は3
80μmで、光ファイバ上での光束径は近軸近似計算で
は380μmであるが、球面収差を考慮すると260μ
mとなる。一般に、円筒レンズの収差は相対的に大きい
が、小型のレンズでは焦点距離そのものが小さいので、
収差の絶対値は小さくなる利点がある。
At this time, the focal length of the cylindrical lens 12 is 3
At 80 μm, the beam diameter on the optical fiber is 380 μm in the paraxial approximation calculation.
m. Generally, the aberration of a cylindrical lens is relatively large, but the focal length itself is small with a small lens, so
There is an advantage that the absolute value of the aberration becomes small.

【0022】また円筒レンズ12は、水平方向に屈折力
を持たないので、レーザダイオードの10°の放射角で
直接光ファイバに結合される。この水平方向についての
開口数を考慮すると、sin 10°=0.17と小さいこ
とから、近似計算によれば、開口数が0.1の光ファイ
バに直接結合しても、90%程度の結合効率が得られ
る。なお、垂直方向の放射角が30°では、sin 30°
=0.5以上の開口数を想定している。
Further, since the cylindrical lens 12 has no horizontal refracting power, it is directly coupled to the optical fiber at an emission angle of 10 ° of the laser diode. Considering the numerical aperture in the horizontal direction, sin 10 ° = 0.17, which is small. Therefore, according to the approximate calculation, even if the optical fiber is directly coupled to an optical fiber having a numerical aperture of 0.1, the coupling is about 90%. Efficiency is obtained. If the vertical radiation angle is 30 °, sin 30 °
= 0.5 or more is assumed.

【0023】このようにして、光ファイバのコア等を円
筒レンズ12として用い、放射角分布が半値全角で例え
ば10°×30°程度の異方性を持つレーザダイオード
・アレー11からのレーザ光を該円筒レンズ12を介し
て光ファイバ・アレー13に導入し、この光ファイバ・
アレー13の各光ファイバ13Fを束ねて高輝度励起光
源を作ることができる。この場合、容易に入手できる光
ファイバのコア部分を結合用の円筒レンズとして用いる
ことができ、円筒レンズの長さ方向に移動しても位置に
依存しないことより調整が容易であり、レーザダイオー
ドの放射角分布の異方性の補正が不要で、極めてコンパ
クトな光学系が構成でき、開口数の小さい(例えば0.
1程度)光ファイバに対して90%近い高結合効率が得
られる、という効果が得られる。
In this way, the laser light from the laser diode array 11 having the anisotropy of the emission angle distribution with a full angle at half maximum of, for example, about 10 ° × 30 ° is used by using the core of the optical fiber as the cylindrical lens 12. It is introduced into the optical fiber array 13 through the cylindrical lens 12, and the optical fiber
A high-intensity excitation light source can be made by bundling the optical fibers 13F of the array 13. In this case, the readily available core portion of the optical fiber can be used as a coupling cylindrical lens, and adjustment is easy because it does not depend on the position even if it moves in the lengthwise direction of the cylindrical lens. It is not necessary to correct the anisotropy of the radiation angle distribution, an extremely compact optical system can be constructed, and the numerical aperture is small (for example, 0.
The effect is that a high coupling efficiency of about 90% can be obtained for an optical fiber.

【0024】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、例えば、レーザダイオードの開口長
(発光幅)、放射角分布の半値全角、円筒レンズの材
料、直径、焦点距離、レーザダイオードの端面と円筒レ
ンズとの距離、光ファイバの開口数等は、上述した具体
例に限定されないことは勿論である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, the aperture length (emission width) of the laser diode, the full width at half maximum of the radiation angle distribution, the material of the cylindrical lens, the diameter, the focal length, and the laser. Needless to say, the distance between the end face of the diode and the cylindrical lens, the numerical aperture of the optical fiber, and the like are not limited to the specific examples described above.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る結合レンズ装置によれば、円筒レンズを、円筒
の長さ方向がレーザダイオード・アレーの長さ方向とな
るようにレーザダイオード端面から離して配置すること
により、レーザダイオードの放射角分布の異方性を補正
する必要なく、コンパクトな光学系で、開口数の小さい
光ファイバに対して90%近い高結合効率でレーザダイ
オード・アレーを結合することができ、高輝度励起光源
を実現することができる。上記円筒レンズは、例えば光
ファイバのコア部分等を用いることができ、容易に入手
可能であり、調整が容易である。この円筒レンズとして
は、溶融石英または光学ガラスの均質または屈折率分布
型材料を用い、100μm〜700μm、典型的には4
00μmの直径を有するものを用いることができる。
As is apparent from the above description, according to the coupling lens device of the present invention, the cylindrical lens is arranged such that the length direction of the cylinder is the length direction of the laser diode array. By arranging the laser diode away from the end face, it is not necessary to correct the anisotropy of the radiation angle distribution of the laser diode, and a compact optical system can be used, with a high coupling efficiency close to 90% for an optical fiber with a small numerical aperture. Arrays can be combined and a high intensity pump source can be realized. For the cylindrical lens, for example, a core portion of an optical fiber or the like can be used, it is easily available, and adjustment is easy. As this cylindrical lens, a homogeneous or gradient index material of fused quartz or optical glass is used, and is 100 μm to 700 μm, typically 4 μm.
Those having a diameter of 00 μm can be used.

【0026】なお、レーザダイオード・アレーをこのよ
うな結合レンズにより光ファイバ・アレーに結合して作
られた高輝度励起光源からの励起レーザ光は、固体レー
ザ装置に導入され、該固体レーザ装置の高出力化に貢献
する。
Excitation laser light from a high-intensity excitation light source produced by combining a laser diode array with an optical fiber array by such a coupling lens is introduced into a solid-state laser device, and the solid-state laser device is excited. Contributes to higher output.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る結合レンズ装置の基本的な実施例
及びその適用例の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a basic embodiment of a coupling lens device according to the present invention and an application example thereof.

【図2】該実施例のレーザダイオードから光ファイバへ
のレーザ光の結合を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining coupling of laser light from the laser diode of the embodiment to an optical fiber.

【図3】該実施例に用いられる光ファイバの束の端面図
である。
FIG. 3 is an end view of a bundle of optical fibers used in the embodiment.

【図4】該実施例に用いられる円筒レンズの球面収差の
一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of spherical aberration of a cylindrical lens used in the example.

【図5】該実施例に用いられる円筒レンズの球面収差の
他の例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing another example of the spherical aberration of the cylindrical lens used in the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・・・レーザダイオード・アレー 12・・・・・円筒レンズ 13・・・・・光ファイバ・アレー 13F・・・・・光ファイバ 22・・・・・レンズ 23・・・・・レーザ共振器 24・・・・・凹面鏡 25・・・・・1/4波長板 26・・・・・レーザ媒質 27・・・・・非線形光学結晶素子 28・・・・・平面鏡 11 ... Laser diode array 12 ... Cylindrical lens 13 ... Optical fiber array 13F ... Optical fiber 22 ... Lens 23 ... Laser Resonator 24 ... Concave mirror 25 ... Quarter wave plate 26 ... Laser medium 27 ... Nonlinear optical crystal element 28 ... Plane mirror

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 放射角の異方性を有するレーザダイオー
ド・アレーからのレーザ光を光ファイバ・アレーに結合
する結合レンズ装置において、 円筒状の形状を有し、円筒の長さ方向を上記レーザダイ
オード・アレーの水平方向に配置し、レーザダイオード
端面から離して配置される円筒レンズを用いることを特
徴とする結合レンズ装置。
1. A coupling lens device for coupling laser light from a laser diode array having anisotropy of radiation angle to an optical fiber array, wherein the coupling lens device has a cylindrical shape, and the longitudinal direction of the cylinder is the laser. A coupling lens device characterized by using a cylindrical lens which is arranged in a horizontal direction of a diode array and is arranged apart from an end face of a laser diode.
【請求項2】 上記円筒レンズは、溶融石英または光学
ガラスの均質または屈折率分布型材料を用い、100μ
m〜700μm、典型的には400μmの直径を有する
ことを特徴とする請求項1記載の結合レンズ装置。
2. The cylindrical lens is made of fused silica or a homogeneous or gradient index material of optical glass, and has a thickness of 100 μm.
2. The coupling lens device according to claim 1, having a diameter of m to 700 μm, typically 400 μm.
JP12409192A 1992-04-17 1992-04-17 Coupled lens device Pending JPH05297253A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6628692B2 (en) 1998-05-11 2003-09-30 Nec Corporation Solid-state laser device and solid-state laser amplifier provided therewith
JP2008076830A (en) * 2006-09-22 2008-04-03 Fujifilm Corp Optical fiber module
JP2012529342A (en) * 2009-06-10 2012-11-22 アルコン リサーチ, リミテッド Intraocular illumination using low power laser light
JP2018061006A (en) * 2016-09-30 2018-04-12 日亜化学工業株式会社 Light source device

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Legal Events

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Effective date: 20010605