JPH06268299A - レーザ用励起光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、組立調整の手間を軽減すると共
に、小型で大出力、かつ低廉化を図る。 【構成】励起光を集めて出力光を所定のレベル以上で出
力するレーザ用励起光源において、基板（３１）と、少
なくとも基板の片面に形成された光導波路（３２）と、
基板の外周側に端面部が光導波路に結合するように設け
られ、当該光導波路内の所定の位置（３２ｂ）に向けて
端面部から励起光を出力する複数の発光部（３３）と、
光導波路に設けられ、発光部から出力される励起光を所
定の位置に向けて個別に集光する集光部（３４）と、光
導波路に設けられ、集光部により集光された励起光を空
間内のある一点（３７）に向けて個別に放射するグレー
ティング結合器（３５）とを設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザの励起に用
いられるレーザ用励起光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ加工やレーザ測距に使用さ
れる固体レーザでは、そのレーザ媒質を励起する際に、
光励起を行う励起光源が広く用いられている。図５は、
この種の固体レーザの構成を示す図である。

【０００３】この固体レーザは、半導体レーザ（ＬＤ）
１から出射されたレーザ光がコリメートレンズ２、アナ
モルフィックプリズム３を通って集光レンズ４により集
光されて、例えばＮｄ：ＹＡＧからなるレーザロッド５
に入射する。レーザロッド５は集光レンズ４から入射さ
れるレーザ光により光励起されてレーザ光を発生し、当
該レーザ光は出力ミラー６を通して出力される。なお、
この種の固体レーザは、その発振出力が連続波（ＣＷ）
で数Ｗのものが市販されているが、さらに大出力化と小
型化が要望されている。ここで、固体レーザが同一構成
の場合、大出力化するためには励起光源を大出力化する
ことが必要である。

【０００４】しかしながら、励起光源としての半導体レ
ーザを大出力化するためには、単一の活性層では限度が
ある。このため、活性層をアレイ状に並べた位相同期型
が用いられているが、アレイを構成する活性層が増える
と、半導体レーザ端面におけるレーザビーム形状は長円
状となってビームが大きな収差をもつようになり、適当
な形状に集光させて効率良く固体レーザを発振させるこ
とが困難となる問題がある。

【０００５】一方、前述した問題を解決するために図６
に示す構成の固体レーザがソニー社によって考えられて
いる。この固体レーザは、複数のＭＭファイバ（マルチ
モードファイバ）付ＬＤモジュール１１を束ねて光学的
に結合されたファイババンドル１２とし、バンドル端部
１２ａからの出力を集光レンズ１３及びミラー１４を通
してレーザロッド１５に入射する。レーザロッド１５は
集光レンズ１３から入射されるレーザ光により光励起さ
れてレーザ光を発生し、当該レーザ光は開口１６及び出
力ミラー１７を通して出力される。なお、バンドル端部
１２ａからの出力が固体レーザの励起光である。

【０００６】ここで、ＭＭファイバ付ＬＤモジュール１
１は図７に示すように、２台の半導体レーザ２１から出
力されるレーザ光のうち、一方をコリメートレンズ２
２、プリズムサーキュライザー２３及び１／２波長板２
４を介して偏光ビームスプリッタ２５に入射し、他方を
コリメートレンズ２２及びプリズムサーキュライザー２
３のみを介して偏光ビームスプリッタ２５に入射する。
偏光ビームスプリッタ２５は、１／２波長板２４及びプ
リズムサーキュライザー２３から入射されたレーザ光を
結合して出射する。偏光ビームスプリッタ２５により結
合されたレーザ光は集光レンズ２６及びＦＣコネクタ２
７を介してマルチモード光ファイバ（ＭＭファイバ）に
入射する。このような構成の固体レーザでは、ＭＭファ
イバ付ＬＤモジュール１１の台数を増加させることによ
り、励起光源の大出力化が可能となる。

【０００７】例えば、ソニー社では、７台のＭＭファイ
バ付ＬＤモジュール１１によって出力〜９Ｗ，直径〜４
００μｍ，又は１９台のＭＭファイバ付ＬＤモジュール
１１によって出力〜２４Ｗ，直径〜７００μｍの円形ス
ポットを励起光として得たことを報告している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような励起光源では、部品点数の多いＭＭファイバ付Ｌ
Ｄモジュール１１が多数台必要となるため、費用がかか
る上に励起光源が大型化するという問題がある。

【０００９】また、個々のモジュールと励起光源全体の
それぞれの組立調整に多大な手間がかかると共に、その
費用も含めると、装置全体の費用があまりにも高くなる
という問題がある。

【００１０】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、組立調整の手間を軽減すると共に、小型で大出力、
かつ低廉化を図ることが可能なレーザ用励起光源を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のレーザ用励起光源は、励起光を集めて出力光
を所定のレベル以上で出力するものにおいて、基板と、
少なくとも前記基板の片面に形成された光導波路と、前
記基板の外周側に端面部が前記光導波路に結合するよう
に設けられ、当該光導波路内の所定の位置に向けて前記
端面部から前記励起光を出力する複数の発光部と、前記
光導波路に設けられ、前記発光部から出力される励起光
を前記所定の位置に向けて個別に集光する集光部と、前
記光導波路に設けられ、前記集光部により集光された励
起光を空間内のある一点に向けて個別に放射するグレー
ティング結合器とを設けたものである。

【００１２】

【作用】従って、本発明のレーザ用励起光源において
は、光導波路を基板の片面に形成し、複数の発光部が当
該光導波路内の所定の位置に向けてこの光導波路内に励
起光を出力し、集光部が対応する発光部から受ける励起
光を個別に集光し、グレーティング結合器が対応する集
光部により集光された励起光を空間内のある一点に向け
て個別に放射するので、組立調整の手間を軽減すると共
に、小型で大出力化を図ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１乃至図３は本発明の第１の実施例に係
るレーザ用励起光源の構成を示す斜視図、そのＡ−Ａ線
矢視断面図及び平面図である。

【００１４】このレーザ用励起光源は基板３１上に平面
光導波路３２が形成されている。平面光導波路３２は、
その外周部３２ａから中心点３２ｂに向かう複数の方向
（以下、平面収束方向という）のうち、互いに中心点３
２ｂを挟む角度（以下、中心角θという）を９０度とす
る４つの平面収束方向に沿って夫々発光部としての励起
用ＬＤ３３、集光部としての集光レンズ３４及びグレー
ティング結合器３５からなる４つの光学系が配設されて
いる。

【００１５】ここで、励起用ＬＤ３３は、レーザ光（励
起光）の出力端部が平面光導波路外周側のＬＤマウント
部３６に端面直接結合法を用いて取付けられ、対応する
平面収束方向を中心光軸としてレーザ光を平面光導波路
３２を通して集光レンズ３４に出力する機能をもってい
る。また、この励起用ＬＤ３３は出力を調整可能なもの
であって、各光学系からの出射光の強度が等しくなるよ
うにあらかじめ出力が調整されている。

【００１６】集光レンズ３４は、励起用ＬＤ３３から出
力されて平面光導波路３２により発散したレーザ光を受
光すると、当該受光したレーザ光を平面光導波路３２を
通してグレーティング結合器３５に集光するものであ
り、例えばフレネル型、回折型、モードインデックス型
等の各種のレンズが使用可能である。なお、フレネル型
の場合、その占有面積が小さいために系の小型化に適し
ている。

【００１７】グレーティング結合器３５は、そのグレー
ティング周期をビーム伝搬方向で適切な変化量で連続的
に短くするように直線グレーティングが形成され、か
つ、開口部が円形に設けられている。すなわち、集光レ
ンズ３４により集光されたレーザ光を受光すると、各グ
レーティング周期に対応した異なる出射角でそれぞれ出
射光を平面光導波路上の空間に出射してその空間内の所
定の集光点３７に集光する機能をもっている。なお、集
光点３７における出射光は、そのスポット形状が開口部
の形状に対応して円形となっており、固体レーザ共振器
３８に導かれて当該共振器内のレーザ媒質を励起する。

【００１８】また、集光レンズ３４及びグレーティング
結合器３５は平面光導波路３２に一体化して作成されて
いる。さらに、集光レンズ３４及びグレーティング結合
器３５の作成パラメータは、複数の出射光が図示しない
固体レーザ共振器内で充分な作用長と光強度を得て固体
レーザの励振効率を最も良くするように設計されてい
る。なお、この作製パラメータは、例えば集光レンズ３
４では焦点距離、開口長であり、グレーティング結合器
３５では、グレーティング形状、グレーティング周期及
び曲率である。次に、以上のように構成されたレーザ用
励起光源の動作を説明する。

【００１９】励起用ＬＤ３３は各々平面光導波路３２の
外周部３２ａから中心点３２ｂに向けてレーザ光を平面
導波路３２に出力する。このレーザ光は、平面光導波路
３２の厚さ方向に閉じ込められつつ、発散波となって平
面光導波路３２内を伝搬して対応する集光レンズ３４に
入射する。各集光レンズ３４は励起用ＬＤ３３から発散
波として入射したレーザ光を夫々グレーティング結合器
３５に集光する。各グレーティング結合器３５は集光レ
ンズ３４により集光されたレーザ光を光導波路３２上の
空間に出射してその空間内の集光点３７に個別に集光す
る。

【００２０】従って、この集光点３７においては、平面
光導波路３２に設けられた４つのグレーティング結合器
３５からそれぞれ出射された出射光が集光されて重な
り、高出力の微小な円形スポットが形成される。

【００２１】このとき、４つの光学系が平面収束方向に
沿って互いに中心角θが等しくなるように配設されてい
るので、集光点３７における円形集光スポットの光強度
は空間的に均一、かつ、対称となる。また、この円形集
光スポットを固体レーザ共振器３８内に導いて該固体レ
ーザを光励起する。

【００２２】上述したように、第１の実施例によれば、
平面光導波路３２を基板３１の片面に形成し、複数の励
起用ＬＤ３３が当該平面光導波路３２内の中心点３２ｂ
に向けてこの平面光導波路３２内にレーザ光を出力し、
集光レンズ３４が対応する励起用ＬＤ３３から受けるレ
ーザ光を個別に集光し、グレーティング結合器３５が対
応する集光レンズ３４により集光されたレーザ光を空間
内の集光点３７に向けて個別に出射している。

【００２３】従って、複数の光学系を１枚の基板３１上
に設けているので、小型化でき、かつ、各光学系から得
られる出射光を空間内の集光点３７に集光しているの
で、大出力化することができる。

【００２４】また、励起用ＬＤ３３以外の光学部品であ
る集光レンズ３４及びグレーティング結合器３５を平面
光導波路３２に一体的に設けていることにより、励起用
ＬＤ３３についてのみ組立調整を行えばよいので、組立
調整の手間を軽減できると共に、組立調整費を低廉化す
ることができる。

【００２５】さらに、第１の実施例によれば、従来と比
べ、簡易な構成で、光出力を効率よく、かつ、空間的に
対称な集光スポットとして固体レーザ共振器３８内に導
くことができ、もって、ＬＤ励起固体レーザを小型、か
つ、大出力化することができる。

【００２６】次に、本発明の第２の実施例に係るレーザ
用励起光源について図面を用いて説明する。図４はこの
レーザ用励起光源の構成を示す断面図であり、図１と同
一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、
ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００２７】すなわち、本実施例は、基板３１として励
起用ＬＤ３３のレーザ光を透過させる材料からなるもの
を用い、かつ、この基板３１の両面に第１の実施例と同
様に平面光導波路３２，３２′及び励起用ＬＤ３３，３
３′、集光レンズ３４，３４′及びグレーティング結合
器３５，３５′からなる複数の光学系を設けて構成され
ている。

【００２８】なお、基板３１の両面に設けられるグレー
ティング結合器３５，３５′のうち、集光点３７に対向
しない面のグレーティング結合器３５′は、励起用ＬＤ
３３′から集光レンズ３４′を通して受光したレーザ光
をその平面光導波路３２′から基板３１に出射し、この
出射光を当該基板３１及び他の平面光導波路３２を通し
て空間内の所定の集光点３７に集光させる機能をもって
いる。

【００２９】また、基板３１両面の各光学系から出射さ
れる全ての出射光を集光点３７に集光させるために、光
導波路３２，３２′、集光レンズ３４，３４′及びグレ
ーティング結合器３５，３５′の作製パラメータは調整
されている。

【００３０】ここで、基板３１の両面において、それぞ
れ複数の光学系から出射光が出射され、かつ、各出射光
が空間内の集光点３７に集光されて重なることにより、
１つの円形集光スポットが形成される。以下、第１の実
施例と同様にこの円形集光スポットにより、固体レーザ
を光励起する。

【００３１】上述したように、第２の実施例によれば、
基板３１の両面に第１の実施例と同様に平面光導波路３
２，３２′及び複数の光学系を設けたことにより、第１
の実施例の効果を得ることができ、かつ、第１の実施例
と比べ、倍程度の個数の励起用ＬＤを配設できることか
ら、第１の実施例と同程度のサイズで倍程度の励起光出
力を得ることができる。

【００３２】なお、上記第１の実施例では、平面光導波
路３２の外周部３２ａから中心点３２ｂに向かう複数の
方向を平面収束方向とした場合について説明したが、こ
れに限らず、中心点を任意の点に変えても、本発明を同
様に実施して同様の効果を得ることができる。

【００３３】また、上記第１の実施例では、基板３１の
片面に４つの光学系を中心角が９０度となるように配設
した場合について説明したが、これに限らず、光学系の
個数を変えて、当該個数で３６０度を割算した値が中心
角となるように光学系を配置した構成としても、本発明
を同様に実施して同様の効果を得ることができる。

【００３４】さらに、上記第１の実施例では、中心角θ
を互いに等しくする場合について説明したが、これに限
らず、中心角θが異なる場合でも、励起用ＬＤ、平面光
導波路、集光レンズ及びグレーティング結合器を適切に
設計して配設することにより、本発明を同様に実施して
同様の効果を得ることができる。

【００３５】また、上記第１の実施例では、励起用ＬＤ
の端面部を平面光導波路に直接結合する場合について説
明したが、これに限らず、励起用ＬＤの端面部に光ファ
イバのある端面部を結合し、かつ当該光ファイバの他の
端面部を平面光導波路に結合して当該励起用ＬＤによる
励起光を当該平面光導波路に入射する構成としても、本
発明を同様に実施して同様の効果を得ることができる。

【００３６】また、上記第１及び第２の実施例では、１
つの光学系に１つの集光レンズ３４を用いる場合につい
て説明したが、これに限らず、設計上の要請から１つの
光学系に複数の集光レンズを用いる構成としても、本発
明を同様に実施して同様の効果を得ることができる。

【００３７】さらに、上記第１及び第２の実施例では、
グレーティング結合器３５の開口部の形状を円形とした
場合について説明したが、これに限らず、開口部の形状
を四角形その他の形状としても、本発明を同様に実施し
て同様の効果を得ることができる。

【００３８】また、上記第１及び第２の実施例では、グ
レーティング結合器３５に直線グレーティングを用いた
場合について説明したが、これに限らず、曲線グレーテ
ィングを用いて光導波路面内の収束状態を変えると共
に、集光レンズと組合せた構成としても、本発明を同様
に実施して同様の効果を得ることができる。その他、本
発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施で
きる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
導波路を基板の片面に形成し、複数の発光部が当該光導
波路内の所定の位置に向けてこの光導波路内に励起光を
出力し、集光部が対応する発光部から受ける励起光を個
別に集光し、グレーティング結合器が対応する集光部に
より集光された励起光を空間内のある一点に向けて個別
に放射するようにしたので、組立調整の手間を軽減する
と共に、小型で大出力、かつ低廉化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るレーザ用励起光源
の構成を示す斜視図。

【図２】同実施例におけるレーザ用励起光源の構成を示
すＡ−Ａ線矢視断面図。

【図３】同実施例におけるレーザ用励起光源の構成を示
す平面図。

【図４】本発明の第２の実施例に係るレーザ用励起光源
の構成を示す断面図。

【図５】従来の固体レーザの構成を示す図。

【図６】従来の固体レーザの構成を示す図。

【図７】従来の固体レーザに適用されるＭＭファイバ付
ＬＤモジュールの構成を示す図。

【符号の説明】

３１…基板、３２…平面光導波路、３２ｂ…中心点、３
３…励起用ＬＤ、３４…集光レンズ、３５…グレーティ
ング結合器、３７…集光点、３８…固体レーザ共振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起光を集めて出力光を所定のレベル以
   上で出力するレーザ用励起光源において、 基板と、 少なくとも前記基板の片面に形成された光導波路と、 前記基板の外周側に端面部が前記光導波路に結合するよ
   うに設けられ、当該光導波路内の所定の位置に向けて前
   記端面部から前記励起光を出力する複数の発光部と、 前記光導波路に設けられ、前記発光部から出力される励
   起光を前記所定の位置に向けて個別に集光する集光部
   と、 前記光導波路に設けられ、前記集光部により集光された
   励起光を空間内のある一点に向けて個別に放射するグレ
   ーティング結合器とを設けたことを特徴とするレーザ用
   励起光源。