JPH0659211A - 光束断面整形用レンズ及びそれを用いた高調波発生装置 - Google Patents
光束断面整形用レンズ及びそれを用いた高調波発生装置Info
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- JPH0659211A JPH0659211A JP22929392A JP22929392A JPH0659211A JP H0659211 A JPH0659211 A JP H0659211A JP 22929392 A JP22929392 A JP 22929392A JP 22929392 A JP22929392 A JP 22929392A JP H0659211 A JPH0659211 A JP H0659211A
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- Japan
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- lens
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- shaping
- curvature
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Abstract
(57)【要約】
【目的】結合光学系に使用される光学素子を1つにし、
装置全体の小型化、コストの低減化を図る。 【構成】ひろく広がったV方向のLD光を、光束断面整
形レンズ1の光出射面上でH方向の光束と同じ径になる
ように集光する。光源側へ凸の曲面を正の曲率とする
と、光入射面の曲率はRIN1 >RIN2 、光出射面の曲率
はROUT1>ROUT2である。
装置全体の小型化、コストの低減化を図る。 【構成】ひろく広がったV方向のLD光を、光束断面整
形レンズ1の光出射面上でH方向の光束と同じ径になる
ように集光する。光源側へ凸の曲面を正の曲率とする
と、光入射面の曲率はRIN1 >RIN2 、光出射面の曲率
はROUT1>ROUT2である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザからのレ
ーザ光を集光しかつレーザ光の縦横比を変換する光束断
面整形用レンズ及びそれを用いた高調波発生装置に関す
る。
ーザ光を集光しかつレーザ光の縦横比を変換する光束断
面整形用レンズ及びそれを用いた高調波発生装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ(以下LDとする)から発
せられるレーザ光は、大きな開口数を持ちかつビーム断
面の縦横比が異なっている。このレーザ光を他の装置に
効率よく光学的に結合させるためには、LDからの出射
レーザ光をコリメートし平行光にするための光学系と、
レーザ光のビーム断面の縦横比を変換しほぼ円形のビー
ム断面にするための光学系の少なくとも2種類の光学系
が必要である。
せられるレーザ光は、大きな開口数を持ちかつビーム断
面の縦横比が異なっている。このレーザ光を他の装置に
効率よく光学的に結合させるためには、LDからの出射
レーザ光をコリメートし平行光にするための光学系と、
レーザ光のビーム断面の縦横比を変換しほぼ円形のビー
ム断面にするための光学系の少なくとも2種類の光学系
が必要である。
【0003】図5及び図6に従来の技術を示す。図5に
おいて、4はLDからのレーザ光を平行光にするコリメ
ータレンズ、5はレーザ光のビーム径をV(垂直)方向
において収束化する円柱レンズ、6はレーザ光のビーム
径をV方向に引き伸ばし円柱レンズ5による収束化を解
消してビーム径を一定にする円柱レンズ、8は集光レン
ズである。図6において、7はレーザ光のビーム径をV
方向において縮小かつ平行化するアナモルフィックプリ
ズムである。
おいて、4はLDからのレーザ光を平行光にするコリメ
ータレンズ、5はレーザ光のビーム径をV(垂直)方向
において収束化する円柱レンズ、6はレーザ光のビーム
径をV方向に引き伸ばし円柱レンズ5による収束化を解
消してビーム径を一定にする円柱レンズ、8は集光レン
ズである。図6において、7はレーザ光のビーム径をV
方向において縮小かつ平行化するアナモルフィックプリ
ズムである。
【0004】LDからのレーザ光をコリメータレンズ4
により平行光にしてから、図5においては円柱レンズ
5、6の組合せにより、また図6においてはアナモルフ
ィックプリズム7によりビーム断面の縦横比を変換しほ
ぼ円形断面となるよう整形している。図5a及び図6a
はLDの垂直方向におけるレーザビーム断面の変化を示
し、図5b及び図6bはLDの水平方向におけるレーザ
ビーム断面の変化を示している。
により平行光にしてから、図5においては円柱レンズ
5、6の組合せにより、また図6においてはアナモルフ
ィックプリズム7によりビーム断面の縦横比を変換しほ
ぼ円形断面となるよう整形している。図5a及び図6a
はLDの垂直方向におけるレーザビーム断面の変化を示
し、図5b及び図6bはLDの水平方向におけるレーザ
ビーム断面の変化を示している。
【0005】上記従来例においては、LDのV方向にお
いてレーザビーム断面を縮小化しているが、LDの配置
によってはH(水平)方向においてレーザビーム断面を
縮小化する場合もあり、レーザ光の開口数の大きい方向
(放射角の大きい方向)においてレーザビーム断面を縮
小化するものである。
いてレーザビーム断面を縮小化しているが、LDの配置
によってはH(水平)方向においてレーザビーム断面を
縮小化する場合もあり、レーザ光の開口数の大きい方向
(放射角の大きい方向)においてレーザビーム断面を縮
小化するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光学系では光学素子が3つ以上必要であり、またそ
れらを保持し光軸調整する微動系がそれぞれ必要である
ため、装置全体が大型かつ高価となり、これらの問題の
解決が望まれている。
来の光学系では光学素子が3つ以上必要であり、またそ
れらを保持し光軸調整する微動系がそれぞれ必要である
ため、装置全体が大型かつ高価となり、これらの問題の
解決が望まれている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解消するためになされたものであり、第1の発明として
光束断面の直交する2方向において光の放射角が異なる
光源からの非円形の光束断面をほぼ円形に整形する光束
断面整形用レンズであって、光入射面において放射角の
大きい方向の曲率をRIN1 、前記放射角の大きい方向に
直交する放射角の小さい方向の曲率をRIN2 とし、光出
射面において放射角の大きい方向の曲率をROUT1、前記
放射角の大きい方向に直交する放射角の小さい方向の曲
率をROUT2とし、前記光源側に凸の曲面を正の曲率とす
ると、RIN1 >RIN2 かつROUT1>ROUT2であることを
特徴とする光束断面整形用レンズを提供する。
解消するためになされたものであり、第1の発明として
光束断面の直交する2方向において光の放射角が異なる
光源からの非円形の光束断面をほぼ円形に整形する光束
断面整形用レンズであって、光入射面において放射角の
大きい方向の曲率をRIN1 、前記放射角の大きい方向に
直交する放射角の小さい方向の曲率をRIN2 とし、光出
射面において放射角の大きい方向の曲率をROUT1、前記
放射角の大きい方向に直交する放射角の小さい方向の曲
率をROUT2とし、前記光源側に凸の曲面を正の曲率とす
ると、RIN1 >RIN2 かつROUT1>ROUT2であることを
特徴とする光束断面整形用レンズを提供する。
【0008】第2の発明として、光束断面の直交する2
方向において光の放射角が異なる光源からの非円形の光
束断面をほぼ円形に整形する光束断面整形用レンズであ
って、光入射面か光出射面の少なくともいずれか一方の
面が放射角の大きい方向において光源の光軸に対して傾
けられてなり、前記光入射面と光出射面は放射角の大き
い方向において前記光源の光軸に対する傾斜角が異なる
ことを特徴とする光束断面整形用レンズを提供する。
方向において光の放射角が異なる光源からの非円形の光
束断面をほぼ円形に整形する光束断面整形用レンズであ
って、光入射面か光出射面の少なくともいずれか一方の
面が放射角の大きい方向において光源の光軸に対して傾
けられてなり、前記光入射面と光出射面は放射角の大き
い方向において前記光源の光軸に対する傾斜角が異なる
ことを特徴とする光束断面整形用レンズを提供する。
【0009】本発明はさらに、基本波発生用の光源と、
基本波を高調波へ変換する非線形光学材料を備えた高調
波発生装置において、前記基本波の光源と非線形光学材
料との間の光軸上に前記第1あるいは第2の発明による
光束断面整形用レンズを配置した高調波発生装置を提供
する。
基本波を高調波へ変換する非線形光学材料を備えた高調
波発生装置において、前記基本波の光源と非線形光学材
料との間の光軸上に前記第1あるいは第2の発明による
光束断面整形用レンズを配置した高調波発生装置を提供
する。
【0010】本発明の高調波発生装置は第2高調波発生
装置ばかりでなく、第3高調波以上の高次の高調波発生
装置にも応用できる。
装置ばかりでなく、第3高調波以上の高次の高調波発生
装置にも応用できる。
【0011】本発明に用いる高調波発生装置用の非線形
光学材料としては、KNbO3 、LiNbO3 、KTi
OPO4 、KH2 PO4 、β−BaB2 O4 等の非線形
光学結晶、有機非線形光学材料等が使用できる。
光学材料としては、KNbO3 、LiNbO3 、KTi
OPO4 、KH2 PO4 、β−BaB2 O4 等の非線形
光学結晶、有機非線形光学材料等が使用できる。
【0012】
【作用】図1a、図1bは本発明の光束断面整形用のレ
ンズをそれぞれ見る方向を変えて示したものである。図
1aはLD光の放射角の大きい方向(V方向)、図1b
は放射角の小さい方向(H方向)である。光源側に凸の
曲面を正の曲率とすると、レンズの光入射面ではV方向
のほうがH方向よりも大きな曲率を持ち、V方向におい
て大きく広がったLD光を平行光にするかそれ以上に絞
り込む働きをする。レンズの光出射面ではV方向はH方
向より大きな曲率または正の曲率を持ち、絞り込まれた
V方向の光束をH方向の開口数に合わせて出射する。
ンズをそれぞれ見る方向を変えて示したものである。図
1aはLD光の放射角の大きい方向(V方向)、図1b
は放射角の小さい方向(H方向)である。光源側に凸の
曲面を正の曲率とすると、レンズの光入射面ではV方向
のほうがH方向よりも大きな曲率を持ち、V方向におい
て大きく広がったLD光を平行光にするかそれ以上に絞
り込む働きをする。レンズの光出射面ではV方向はH方
向より大きな曲率または正の曲率を持ち、絞り込まれた
V方向の光束をH方向の開口数に合わせて出射する。
【0013】図1a、bにおいて、レンズの光入射面の
V方向及びH方向の曲率をRIN1 、RIN2 、レンズの光
出射面のV方向及びH方向の曲率をROUT1、ROUT2とす
ると、RIN1 >RIN2 かつROUT1>ROUT2の関係が成り
立つ。
V方向及びH方向の曲率をRIN1 、RIN2 、レンズの光
出射面のV方向及びH方向の曲率をROUT1、ROUT2とす
ると、RIN1 >RIN2 かつROUT1>ROUT2の関係が成り
立つ。
【0014】図3a、図3bは本発明の他の実施例に係
る光束断面整形用のレンズをそれぞれ見る角度を変えて
示したものである。図3aはLD光の放射角の大きい方
(V方向)、図3bは放射角の小さい方向(H方向)で
ある。レンズの光出射面を光入射面に対してV方向にお
いて傾けてあるため、出射光軸(図3a中で光出射面か
ら下方へ傾斜したレーザ光の中心軸)方向においてレー
ザ光束を細くすることができる。
る光束断面整形用のレンズをそれぞれ見る角度を変えて
示したものである。図3aはLD光の放射角の大きい方
(V方向)、図3bは放射角の小さい方向(H方向)で
ある。レンズの光出射面を光入射面に対してV方向にお
いて傾けてあるため、出射光軸(図3a中で光出射面か
ら下方へ傾斜したレーザ光の中心軸)方向においてレー
ザ光束を細くすることができる。
【0015】H方向については、レンズ面を傾けていな
いため光束断面の形状は変化しない。よって光入射面と
光出射面の傾きを変えることにより、光束断面の縦横比
を任意に変えることができる。なお光入射面もLDレー
ザ光の光軸に対して垂直である必要はなく、特にV方向
において傾いていても良い。またレンズ面は収差を減ら
すために、軸対称でない非球面を用いても良い。
いため光束断面の形状は変化しない。よって光入射面と
光出射面の傾きを変えることにより、光束断面の縦横比
を任意に変えることができる。なお光入射面もLDレー
ザ光の光軸に対して垂直である必要はなく、特にV方向
において傾いていても良い。またレンズ面は収差を減ら
すために、軸対称でない非球面を用いても良い。
【0016】図1及び図3ではV方向が放射角の大きい
(開口数の大きい)方向として取り扱ったが、本発明に
おいては、LDの配置によってはV方向に限定されるも
のではなく、LD光の放射角の大きい方向において光束
断面径をより細くするように構成するものである。
(開口数の大きい)方向として取り扱ったが、本発明に
おいては、LDの配置によってはV方向に限定されるも
のではなく、LD光の放射角の大きい方向において光束
断面径をより細くするように構成するものである。
【0017】
(実施例1)図2a、図2bには図1aと図1bの本発
明のガラスモールド非球面レンズ1を、基本波の光源で
あるLD2とKNbO3 結晶からなるモノリシック型共
振器3との間の光軸上に配置した第2高調波発生装置の
実施例が示されている。LD2からのレーザ光の放射角
はV(垂直)方向が28゜、H(水平)方向が8゜であ
る。モノリシック型共振器3への入射角は、V方向とH
方向とも1. 2゜である。
明のガラスモールド非球面レンズ1を、基本波の光源で
あるLD2とKNbO3 結晶からなるモノリシック型共
振器3との間の光軸上に配置した第2高調波発生装置の
実施例が示されている。LD2からのレーザ光の放射角
はV(垂直)方向が28゜、H(水平)方向が8゜であ
る。モノリシック型共振器3への入射角は、V方向とH
方向とも1. 2゜である。
【0018】ガラスモールド非球面レンズ1の光入射面
はV方向の方がH方向より曲率の大きいトーリック面
(直交する2方向で曲率の異なる90゜回転対称面)と
なっており、ひろく広がったV方向のLD光を、同レン
ズ1の光出射面上でH方向の光束と同じ径になるように
集光する。LD2側へ凸の曲面を正の曲率とすると、光
入射面の曲率はRIN1 >RIN2 とされている。同レンズ
1の光出射面は、V方向とH方向共にモノリシック型共
振器3への入射角が1. 2゜となるように、V方向は凹
面(正の曲率)でH方向は凸面(負の曲率)を持ったト
ーリック面なるようにした。従って、光出射面の曲率は
ROUT1>ROUT2とされている。
はV方向の方がH方向より曲率の大きいトーリック面
(直交する2方向で曲率の異なる90゜回転対称面)と
なっており、ひろく広がったV方向のLD光を、同レン
ズ1の光出射面上でH方向の光束と同じ径になるように
集光する。LD2側へ凸の曲面を正の曲率とすると、光
入射面の曲率はRIN1 >RIN2 とされている。同レンズ
1の光出射面は、V方向とH方向共にモノリシック型共
振器3への入射角が1. 2゜となるように、V方向は凹
面(正の曲率)でH方向は凸面(負の曲率)を持ったト
ーリック面なるようにした。従って、光出射面の曲率は
ROUT1>ROUT2とされている。
【0019】具体的には、RIN1 =1.42(mm)、
RIN2 =−1、ROUT1=0.084、ROUT2=−0.6
33とした場合、従来結合光学系の長さが10mm程度
であったものが、ガラスモールド非球面レンズ1の長さ
1〜2mm程度に短縮され、大幅な小型化がなされると
いう効果を有する。
RIN2 =−1、ROUT1=0.084、ROUT2=−0.6
33とした場合、従来結合光学系の長さが10mm程度
であったものが、ガラスモールド非球面レンズ1の長さ
1〜2mm程度に短縮され、大幅な小型化がなされると
いう効果を有する。
【0020】本実施例において、LD光を光ファイバー
を用いて結合することもでき、その場合前記レンズ1を
光ファイバーの光入射端に設けると光学的に効率のよい
結合がなされる。また、本実施例においては放射角の大
きい方向の光束を放射角の小さい方向よりもより大きく
集光させる例について示したが、放射角の小さい方向を
放射角の大きい方向よりも光束を広げるようにしてもよ
い。その場合、レンズの焦点距離が長くなるという問題
点があり、本実施例の方が焦点距離が短くなり好まし
い。
を用いて結合することもでき、その場合前記レンズ1を
光ファイバーの光入射端に設けると光学的に効率のよい
結合がなされる。また、本実施例においては放射角の大
きい方向の光束を放射角の小さい方向よりもより大きく
集光させる例について示したが、放射角の小さい方向を
放射角の大きい方向よりも光束を広げるようにしてもよ
い。その場合、レンズの焦点距離が長くなるという問題
点があり、本実施例の方が焦点距離が短くなり好まし
い。
【0021】(実施例2)図4a、図4bには図3aと
図3bの本発明のレンズ11を、基本波の光源であるL
D2とKNbO3 結晶からなるモノリシック型共振器3
との間の光軸上に配置した第2高調波発生装置の実施例
が示されている。LD2の放射角はV方向が16゜、H
方向が8゜である。モノリシック型共振器3への入射角
は、V方向とH方向とも1. 2゜である。
図3bの本発明のレンズ11を、基本波の光源であるL
D2とKNbO3 結晶からなるモノリシック型共振器3
との間の光軸上に配置した第2高調波発生装置の実施例
が示されている。LD2の放射角はV方向が16゜、H
方向が8゜である。モノリシック型共振器3への入射角
は、V方向とH方向とも1. 2゜である。
【0022】11の光出射面は光入射面に対してV方向
において傾いており、同レンズ11の出射光軸上のH方
向とV1 方向(元のV方向に対して図中では下方へ傾い
た方向)における光束断面径が同一になるようにしてあ
る。同レンズ11から出た光は、モノリシック共振器3
への入射角に合わせて集光するようにした。
において傾いており、同レンズ11の出射光軸上のH方
向とV1 方向(元のV方向に対して図中では下方へ傾い
た方向)における光束断面径が同一になるようにしてあ
る。同レンズ11から出た光は、モノリシック共振器3
への入射角に合わせて集光するようにした。
【0023】本実施例において、LD光を光ファイバー
を用いて結合することもでき、その場合前記レンズ11
を光ファイバーの光入射端に設けると光学的に効率のよ
い結合がなされる。
を用いて結合することもでき、その場合前記レンズ11
を光ファイバーの光入射端に設けると光学的に効率のよ
い結合がなされる。
【0024】本発明の光束断面整形用レンズはガラス材
料に限らず、プレスチック等の他の透明材料を用いるこ
ともできる。
料に限らず、プレスチック等の他の透明材料を用いるこ
ともできる。
【0025】
【発明の効果】従来、基本波の光源であるLDと非線形
光学材料間の光学系としてレンズ等の光学素子が3つ以
上必要であり、それらを保持し光軸調整する微動系がそ
れぞれ必要であったため装置全体が大型かつ高価となっ
ていたものが、本発明は1個の光束断面整形用レンズの
みの光学系ですむので、大幅な小型化及び製造コストの
低減化がなされた。また、光束断面がほぼ円形に整合さ
れるのでモノリシック型共振器内の最適な光学的モード
との整合も改善され光学的結合効率も向上する。また、
高調波への変換効率及び高調波の出力強度も向上すると
いう優れた効果を有する。
光学材料間の光学系としてレンズ等の光学素子が3つ以
上必要であり、それらを保持し光軸調整する微動系がそ
れぞれ必要であったため装置全体が大型かつ高価となっ
ていたものが、本発明は1個の光束断面整形用レンズの
みの光学系ですむので、大幅な小型化及び製造コストの
低減化がなされた。また、光束断面がほぼ円形に整合さ
れるのでモノリシック型共振器内の最適な光学的モード
との整合も改善され光学的結合効率も向上する。また、
高調波への変換効率及び高調波の出力強度も向上すると
いう優れた効果を有する。
【図1】本発明の光束断面整形用のガラスモールド非球
面レンズの側面図(図1a)及び平面図(図1b)。
面レンズの側面図(図1a)及び平面図(図1b)。
【図2】図1のガラスモールド非球面レンズを第2高調
波発生装置に組み込んだ例を示す基本構成の側面図(図
2a)及び平面図(図2b)。
波発生装置に組み込んだ例を示す基本構成の側面図(図
2a)及び平面図(図2b)。
【図3】本発明の他の光束断面整形用のレンズの側面図
(図3a)及び平面図(図3b)。
(図3a)及び平面図(図3b)。
【図4】図3のレンズを第2高調波発生装置に組み込ん
だ例を示す基本構成の側面図(図4a)及び平面図(図
4b)。
だ例を示す基本構成の側面図(図4a)及び平面図(図
4b)。
【図5】従来の光学系を示す側面図(図5a)及び平面
図(図5b)。
図(図5b)。
【図6】従来の他の光学系を示す側面図(図6a)及び
平面図(図6b)。
平面図(図6b)。
1:ガラスモールド非球面レンズ 2:半導体レーザ(LD) 3:モノリシック型共振器 4:コリメータレンズ 5:円柱レンズ 6:円柱レンズ 7:アナモルフィックプリズム 8:集光レンズ 11:ガラスモールド非球面レンズ
Claims (4)
- 【請求項1】光束断面の直交する2方向において光の放
射角が異なる光源からの非円形の光束断面をほぼ円形に
整形する光束断面整形用レンズであって、光入射面にお
いて放射角の大きい方向の曲率をRIN1 、前記放射角の
大きい方向に直交する放射角の小さい方向の曲率をRIN
2 とし、光出射面において放射角の大きい方向の曲率を
ROUT1、前記放射角の大きい方向に直交する放射角の小
さい方向の曲率をROUT2とし、前記光源側に凸の曲面を
正の曲率とすると、RIN1 >RIN2 かつROUT1>ROUT2
であることを特徴とする光束断面整形用レンズ。 - 【請求項2】光束断面の直交する2方向において光の放
射角が異なる光源からの非円形の光束断面をほぼ円形に
整形する光束断面整形用レンズであって、光入射面か光
出射面の少なくともいずれか一方の面が放射角の大きい
方向において光源の光軸に対して傾けられてなり、前記
光入射面と光出射面は放射角の大きい方向において前記
光源の光軸に対する傾斜角が異なることを特徴とする光
束断面整形用レンズ。 - 【請求項3】基本波発生用の光源と、基本波を高調波へ
変換する非線形光学材料を備えた高調波発生装置におい
て、前記基本波の光源と非線形光学材料との間の光軸上
に請求項1の光束断面整形用レンズを配置した高調波発
生装置。 - 【請求項4】基本波発生用の光源と、基本波を高調波へ
変換する非線形光学材料を備えた高調波発生装置におい
て、前記基本波の光源と非線形光学材料との間の光軸上
に請求項2の光束断面整形用レンズを配置した高調波発
生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22929392A JPH0659211A (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 光束断面整形用レンズ及びそれを用いた高調波発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22929392A JPH0659211A (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 光束断面整形用レンズ及びそれを用いた高調波発生装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0659211A true JPH0659211A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16889865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22929392A Withdrawn JPH0659211A (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 光束断面整形用レンズ及びそれを用いた高調波発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0659211A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005088376A1 (ja) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Nalux Co., Ltd. | ビーム整形レンズ |
JP2009139395A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | 波長変換レーザ光源 |
-
1992
- 1992-08-05 JP JP22929392A patent/JPH0659211A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005088376A1 (ja) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Nalux Co., Ltd. | ビーム整形レンズ |
JP2009139395A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | 波長変換レーザ光源 |
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