JPH06196802A - 半導体レーザー光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １本の集合部分とそこから分岐した複数の分
岐部分とを有する光導波路を用い、上記分岐部分にそれ
ぞれ半導体レーザーを接続してレーザービームを１本に
合成する半導体レーザー光源装置において、低廉な手段
を用いて、合成ビームを狭スペクトルのものとする。 【構成】 光ファイバー12の分岐部分12Ａ、12Ｂ、12
Ｃ、12Ｄにそれぞれ接続された複数の半導体レーザー11
Ａ、11Ｂ、11Ｃ、11Ｄを共通の１つのＴＥクーラー30で
所定値に温度調節する一方、合成ビーム13をグレーティ
ング素子15において回折させ、その１次回折光13ａを光
ファイバー12を介して半導体レーザー11Ａ、11Ｂ、11
Ｃ、11Ｄに戻して光フィードバックをかける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザー光源装置
に関し、特に詳細には、複数の半導体レーザーから発せ
られたレーザービームを１本に合成して強力なレーザー
ビームを得るようにした半導体レーザー光源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種装置の光源として半導体
レーザーが広く実用に供されている。この半導体レーザ
ーは、小型軽量、安価、取扱容易、直接変調が可能であ
る等の長所を有する半面、ガスレーザー等に比べれば一
般に出力がかなり低いものとなっている。そこで、高強
度の光ビームが望まれる用途においては、複数の半導体
レーザーを用い、それらから各々発せられたレーザービ
ームを１本に合成することも行なわれている（例えば特
開昭６１−２７５８７０号公報参照）。

【０００３】そして、このようにレーザービームを合成
する半導体レーザー光源装置の１つとして、複数の半導
体レーザーと、１本の集合部分、およびこの集合部分か
ら分岐されて上記複数の半導体レーザーの各々に接続さ
れた複数の分岐部分を有し、各半導体レーザーから発せ
られて各分岐部分に入射したレーザービームを上記集合
部分において合成して伝搬させる合成用光導波路とから
なるものが知られている。

【０００４】ところで、上述のような半導体レーザー光
源装置は、波長が正確に所望値に制御されたレーザービ
ームを必要とする用途に使われることも多い。そのよう
な用途としては、例えば、半導体レーザー励起固体レー
ザーのポンピング光源が挙げられる。つまりその場合
は、ポンピング光源から発せられるレーザービームの波
長を、固体レーザー結晶の吸収帯に正確に合わせること
が求められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した光導波路を用
いる合成型の半導体レーザー光源装置においては、波長
に関する上記の要求を満たすために、複数の半導体レー
ザーを共通の温度調節手段によって所定温度に制御する
ことが考えられている。しかしその場合は、半導体レー
ザーの特性差のために、各半導体レーザーから発せられ
るレーザービームの波長が僅かずつ異なり、得られた合
成ビームのスペクトルが広がってしまうという問題が認
められる。

【０００６】このような問題を回避するため、複数の半
導体レーザーを各々別個の温度調節手段によって独自に
所定温度に制御して、各半導体レーザーから発せられる
レーザービームの波長をさらに厳密に所定値に制御する
ことも考えれている。しかしその場合は、温度調節手段
が複数必要になり、それとともにそれらを駆動する電源
装置も複数必要となるので、半導体レーザー光源装置が
著しくコストアップしてしまうという問題がある。

【０００７】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、極めて狭いスペクトルの合成ビームを得
ることができ、そして比較的低コストで形成可能な半導
体レーザー光源装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザー光源装置は、先に述べた複数の半導体レーザーと、
合成用光導波路とからなる半導体レーザー光源装置にお
いて、この合成用光導波路の集合部分から出射したレー
ザービームを平行光化するコリメーターレンズと、この
平行光化されたレーザービームを回折させ、その回折光
を上記コリメーターレンズを通して合成用光導波路の集
合部分に戻す一方、０次光を反射あるいは透過させて上
記回折光とは異なる方向に進行させるグレーティング素
子と、上記複数の半導体レーザーを温度調節する１つの
温度調節手段とが設けられたことを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【作用および発明の効果】上記の構成においては、グレ
ーティング素子の波長選択性により、ほぼ一定波長とみ
なせる極めて狭い波長範囲にある光のみがそこで回折す
る。この回折光が合成用光導波路の集合部分に戻される
と、その光はさらに光導波路の分岐部分を伝搬して各半
導体レーザーまで戻される。このようにして各半導体レ
ーザーに対していわゆる光フィードバックがなされるの
で、各半導体レーザーは発振波長をこの戻り光の波長と
して単一縦モードで、もしくはそれに近い状態にて発振
する。そしてこの戻り光（つまり上記回折光）の波長は
上述の通りほぼ一定値となっているので、すべての半導
体レーザーの発振波長がこの一定値に厳密に揃えられる
ようになる。そうであれば、極めて狭いスペクトルの合
成ビームが得られることになる。

【００１０】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例による半導
体レーザー光源装置を示すものである。この実施例の半
導体レーザー光源装置10は、一例として半導体レーザー
励起固体レーザーのポンピング光源として用いられたも
のであり、４個のブロードエリア半導体レーザー11Ａ、
11Ｂ、11Ｃ、11Ｄを有している。これらの半導体レーザ
ー11Ａ、11Ｂ、11Ｃ、11Ｄにはそれぞれ、光導波路の一
種である光ファイバー12の分岐部分12Ａ、12Ｂ、12Ｃ、
12Ｄが接続されている。

【００１１】この光ファイバー12は、１本の集合部分12
Ｅと、上記分岐部分12Ａ、12Ｂ、12Ｃ、12Ｄとからなる
ものであり、集合部分12Ｅは図２に断面形状を示すよう
に比較的太い１本のコア12ｅがクラッド12ｆ内に配され
てなり、一方分岐部分12Ａ、12Ｂ、12Ｃ、12Ｄは図３に
断面形状を示すように、上記コア12ｅにそれぞれ接続す
るコア12ａ、12ｂ、12ｃ、12ｄがクラッド12ｆ内に配さ
れてなる。

【００１２】半導体レーザー11Ａ、11Ｂ、11Ｃ、11Ｄか
ら各々発せられたレーザービーム13Ａ、13Ｂ、13Ｃ、13
Ｄはそれぞれ光ファイバー12の分岐部分12Ａ、12Ｂ、12
Ｃ、12Ｄ内に入射してそこを伝搬し、集合部分12Ｅにお
いて１本のレーザービームに合成される。この合成され
たレーザービーム（合成ビーム）13は光ファイバー12の
集合部分12Ｅの端面から発散光状態で出射し、コリメー
ターレンズ14によって平行光化される。この平行光化さ
れた合成ビーム13は、鏡面化された表面にグレーティン
グ（回折格子）15ａが形成されてなるグレーティング素
子15に入射し、そこで一部が後述のように回折するとと
もに、残余がそこで反射する。

【００１３】この反射した合成ビーム13は集光レンズ16
によって集光され、光ファイバー17の一端面17ａ上にお
いて収束して、そこから該光ファイバー17内に入射す
る。光ファイバー17内に入射した合成ビーム13はそこを
伝搬して、該光ファイバー17の他端面17ｂから発散光状
態で出射する。この出射した合成ビーム13は集光レンズ
18によって集光され、ＹＡＧ結晶19の内部で収束する。

【００１４】上記ＹＡＧ結晶19はＮｄ（ネオジウム）が
ドーピングされた固体レーザー媒質であり、その前方側
（図中右方）に配された共振器ミラー17とともに固体レ
ーザーを構成している。そしてこの共振器ミラー20とＹ
ＡＧ結晶19との間には、光波長変換素子21が配置されて
いる。この光波長変換素子21は、例えば非線形光学材料
であるＬｉＴａＯ₃ の結晶に周期ドメイン反転構造が形
成されてなるものである。

【００１５】ＹＡＧ結晶19は波長808.5 ｎｍ（この点に
ついては後述する）の合成ビーム13により励起されて、
波長946 ｎｍのレーザービーム22を発する。この固体レ
ーザービーム22は、所定のコーティングが施されたＹＡ
Ｇ結晶端面19ａと共振器ミラー20のミラー面20ａとの間
で共振し、光波長変換素子21に入射して波長が１／２す
なわち473 ｎｍの第２高調波23に変換される。基本波と
しての固体レーザービーム22と第２高調波23は、周期ド
メイン反転領域においていわゆる疑似位相整合が取ら
れ、ほぼこの第２高調波23のみが上記ミラー面20ａを通
過する。

【００１６】次に、合成ビーム13の波長をＹＡＧ結晶19
の吸収帯に合わせて厳密に808.5 ｎｍに制御する点につ
いて説明する。４個の半導体レーザー11Ａ、11Ｂ、11
Ｃ、11Ｄは、共通のＴＥクーラー30上に取り付けられ、
概ね波長808.5 ｎｍで発振するように、所定値に温度調
節される。

【００１７】一方、グレーティング素子15に平行光状態
で入射する合成ビーム13は、このグレーティング素子15
において回折する。その際グレーティング素子15の角度
を調整することにより、波長808.5 ｎｍの光のみを選択
的に回折（１次回折）させて、コリメーターレンズ14側
に進行させることができる。その１次回折光13ａはコリ
メーターレンズ14で集光されて光ファイバー12の集合部
分12Ｅに入射し、各分岐部分12Ａ、12Ｂ、12Ｃ、12Ｄを
伝搬して半導体レーザー11Ａ、11Ｂ、11Ｃ、11Ｄのそれ
ぞれに入射する。

【００１８】このように波長808.5 ｎｍの１次回折光13
ａが半導体レーザー11Ａ、11Ｂ、11Ｃ、11Ｄに戻される
ことにより、いわゆる光フィードバックがなされ、半導
体レーザー11Ａ、11Ｂ、11Ｃ、11Ｄは１次回折光13ａと
同じ波長808.5 ｎｍで単一縦モードに近い状態で発振す
るようになる。したがって、合成ビーム13の波長も厳密
に808.5 ｎｍに制御され、該合成ビーム13はＹＡＧ結晶
19に良好に吸収されるようになる。

【００１９】以上のようにして合成ビーム13の波長を厳
密に所望値に制御可能となるが、半導体レーザー11Ａ、
11Ｂ、11Ｃ、11Ｄは共通の１つのＴＥクーラー30によっ
て温度調節されるので、各半導体レーザー11Ａ、11Ｂ、
11Ｃ、11Ｄを個別のＴＥクーラーによって温度調節する
場合に比べれば、この半導体レーザー光源装置はより低
コストで形成可能となる。

【００２０】なお以上の実施例では、グレーティング素
子15として、０次光を反射させるタイプのものが用いら
れているが、それに代えて、０次光を透過させるタイプ
のグレーティング素子が用いられてもよい。また光ファ
イバー12の代わりに、例えば、基板上に形成されたチャ
ンネル型光導波路等が用いられてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による半導体レーザー光源装
置を示す平面図

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った部分の断面図

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った部分の断面図

【符号の説明】 10 半導体レーザー光源装置 11Ａ、11Ｂ、11Ｃ、11Ｄ 半導体レーザー 12 光ファイバー 12Ａ、12Ｂ、12Ｃ、12Ｄ 光ファイバーの分岐部分 12Ｅ 光ファイバーの集合部分 13 合成ビーム 13ａ １次回折光 13Ａ、13Ｂ、13Ｃ、13Ｄ 半導体レーザービーム 14 コリメーターレンズ 15 グレーティング素子 16 集光レンズ 30 ＴＥクーラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の半導体レーザーと、 １本の集合部分、およびこの集合部分から分岐されて前
   記複数の半導体レーザーの各々に接続された複数の分岐
   部分を有し、各半導体レーザーから発せられて各分岐部
   分に入射したレーザービームを前記集合部分において合
   成して伝搬させる合成用光導波路と、 この合成用光導波路の集合部分から出射したレーザービ
   ームを平行光化するコリメーターレンズと、 この平行光化されたレーザービームを回折させ、その回
   折光を前記コリメーターレンズを通して前記合成用光導
   波路の集合部分に戻す一方、０次光を反射あるいは透過
   させて前記回折光とは異なる方向に進行させるグレーテ
   ィング素子と、前記複数の半導体レーザーを温度調節す
   る１つの温度調節手段とからなる半導体レーザー光源装
   置。