JPWO2017134911A1 - レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態1に係るレーザ装置の模式的な構成図である。レーザ装置100は、筐体1と、載置台2と、6つのサブマウント3と、光源素子である6つの半導体レーザ素子4と、6つの第1シリンドリカルレンズ5と、6つの第2シリンドリカルレンズ6と、6つの反射ミラー7と、所定の波長帯域の光を選択的に透過する波長選択手段であるバンドパスフィルタ8と、一部透過反射体であるパーシャルミラー9と、第3シリンドリカルレンズ10と、第4シリンドリカルレンズ11と、光ファイバ12と、光ファイバ載置台13と、後述する回転機構と、を備えている。
図3A、Bを参照して、実施形態1に係るレーザ装置100における波長ロックの原理を説明する。まず図3Aを参照して説明を行う。図3A中、一組の第1シリンドリカルレンズ5と第2シリンドリカルレンズ6とをコリメートレンズ14として示している。また、一組の第3シリンドリカルレンズ10と第4シリンドリカルレンズ11とをコリメートレンズ16として示している。
つぎに、実施形態2について説明する。実施形態2に係るレーザ装置も、実施形態1に係るレーザ装置100と同様の、筐体、載置台、6つのサブマウント、6つの半導体レーザ素子、6つの第1シリンドリカルレンズ、6つの第2シリンドリカルレンズ、6つの反射ミラー、バンドパスフィルタ、第3シリンドリカルレンズ、第4シリンドリカルレンズ、光ファイバ、光ファイバ載置台、および回転機構を備えているが、さらに追加の構成要素を備えている。以下では実施形態2に係るレーザ装置のレーザ装置100との主な相違点について説明する。
図5および図3Aを参照して、実施形態2に係るレーザ装置200における波長ロックの原理を説明する。図5中、第3シリンドリカルレンズ10と第4シリンドリカルレンズ11とを集光レンズ24として示している。
図7は、実施形態3に係るレーザ装置の模式的な構成図である。レーザ装置300は、4つのレーザモジュール31と、レンズ32と、波長合波手段である透過型の回折格子33と、レンズ34と、マルチモードファイバである光ファイバ35と、を備えている。
sin(α0+βn)−sinγ
=sin(α0+atan(Xn/f))−sinγ=λn/Λ
が成立するように各レーザモジュール31のレーザ発振波長と各レーザ光L31、L32、L33、L34の光路の位置を調整することにより、各レーザ光L31、L32、L33、L34の一次回折光の回折角がいずれもγとなる。したがって、レーザ光L31、L32、L33、L34は回折格子33によって波長合波される。レンズ34は合波されたレーザ光L35を光ファイバ35に光学的に結合させる。
図8は、実施形態4に係るレーザ装置の模式的な構成図である。レーザ装置400は、4つのレーザモジュール31と、4つのレンズ41と、波長合波手段である波長合波器42と、レンズ43と、マルチモードファイバである光ファイバ44と、を備えている。
図9A、9Bは、実施形態5、6に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図9Aは実施形態5に係るレーザ装置500を示し、図9Bは実施形態6に係るレーザ装置600を示している。
図10は、実施形態7に係るレーザ装置の模式的な構成図である。実施形態7に係るレーザ装置700は、光源モジュールである4つのレーザモジュール710と、4つの光ファイバ720と、波長合成モジュール730と、を備える。
つぎに、実施形態8に係るレーザ装置について説明する。実施形態8に係るレーザ装置は、実施形態7に係るレーザ装置とは波長合成モジュールの構成のみが異なるので、以下では波長合成モジュールの構成について説明する。
つぎに、実施形態7、8に係るレーザ装置に用いることが可能な光ファイバ配置部の構成例について説明する。図12は、光ファイバ配置部の模式的な構成図である。光ファイバ配置部732は、基部732aと抑え部732bとを備えている。なお、図12では、レーザモジュール710の数は6つであり、これに対応して光ファイバ720も6本ある場合を示している。
つぎに、実施形態7、8に係るレーザ装置に用いることが可能な出力部の構成例について説明する。図14は、出力部の模式的な構成図である。出力部738は、エンドキャップ738aと、ガラスキャピラリ738bと、光吸収体738cと、筐体738dと、複数の接着層738eとを備えている。以下では、実施形態7に係るレーザ装置700に用いる場合について説明する。
図15は、実施形態9に係るレーザ装置の模式的な構成図である。実施形態9に係るレーザ装置900は、複数(本実施形態では2つ)のレーザモジュール910で構成されるレーザモジュール群920と、集光レンズ930と、波長合波手段として機能する波長分散素子である透過型の回折格子940と、出力部950と、を備えている。
図16A、16Bは、実施形態10に係るレーザ装置の模式的な構成図である。実施形態10に係るレーザ装置1000は、複数のレーザモジュール1010、1020、1030と、第1シリンドリカルレンズ1040と、波長合波手段として機能する波長分散素子である回折格子1050と、部分返還素子1060と、第2シリンドリカルレンズ1070と、出力部1080とを備えている。なお、図16Aは、レーザ装置1000を回折格子1050よる光の分散方向に垂直な方向から見た図であり、図16Bは、分散方向に平行な方向から見た図である。なお、実際には回折格子1050において光路は曲げられる。したがって、分散方向に垂直な方向から見た場合に、第1シリンドリカルレンズ1040から第2シリンドリカルレンズ1070までの各素子は回折格子1050の前後で角度を持って配置されるが、図16Aにおいては、説明の簡略化のために各素子を直列に配置して示している。
m=ω2/ω1=cosβ/cosα
2 載置台
2a 載置面
3 サブマウント
4、711a、711b、911a、911b 半導体レーザ素子
5、1040 第1シリンドリカルレンズ
6、1070 第2シリンドリカルレンズ
7、22、713、714、832、834 反射ミラー
8 バンドパスフィルタ
9、735 パーシャルミラー
10 第3シリンドリカルレンズ
11 第4シリンドリカルレンズ
12、35、45、720、1101、1102、1103 光ファイバ
13 光ファイバ載置台
14、16、712、831 コリメートレンズ
15 回転機構
15a 回転台
15b 駆動機構
21 タップミラー
23 迷光処理部
24、716、1110 集光レンズ
31、710、910、1010、1020、1030 レーザモジュール
32、41 レンズ
33、734、940、1050、1120 回折格子
34 レンズ
42、51、61 波長合波器
42a、42b、42c 短波長パスフィルタ
43、44 シリンドリカルレンズ
52、62 光分岐器
53、63 制御器
733、737、835、930 集光レンズ
100、200、200A、300、400、500、600、700、900、1000 レーザ装置
712 コリメートレンズ
715 偏波コンバイナ
720a 被覆
720b、740a ガラス部
730、830 波長合成モジュール
732、732A 光ファイバ配置部
732a 基部
732b 抑え部
732ba V溝
732bb 前面
736 アラインメントミラー
738、950、1080 出力部
738a エンドキャップ
738aa 端面
738b ガラスキャピラリ
738c 光吸収体
738e 接着層
739 遮光蓋
740 出力光ファイバ
741 光吸収層
833 利得媒体
912 偏波合成素子
913、1060 部分返還素子
914 空間合成素子
920 レーザモジュール群
1130 アナモルフィック光学系
Claims (19)
- それぞれがレーザ光を出力する複数の光源素子と、
各前記レーザ光の光路に配置され、所定の波長帯域の光を選択的に透過する波長選択手段と、
前記波長選択手段を透過した光が入力されるように配置され、前記入力された光のうちの一部を前記波長選択手段に向けて反射し、残りを透過する一部透過反射体と、
を備え、
前記波長選択手段が、各前記光源素子から出力された各レーザ光の一部を選択的に透過し、前記一部透過反射体が、前記透過した各レーザ光の一部を反射し、前記波長選択手段が、前記反射した各レーザ光の一部を透過して、出力された前記各光源素子に戻すことによって、前記各光源素子が、前記波長選択手段の透過する波長帯域内の波長で優先的に発振する
ことを特徴とするレーザ装置。 - それぞれがレーザ光を出力する複数の光源素子と、
各前記レーザ光が入力されるように配置され、前記入力された光のうちの一部を、前記各レーザ光の進行方向に対して角度を成す方向に反射して分岐し、残りを透過する一部分岐体と、
前記反射して分岐された各前記レーザ光の残りの光路に配置され、所定の波長帯域の光を選択的に透過する波長選択手段と、
前記波長選択手段を透過した光が入力されるように配置され、前記入力された光を前記波長選択手段に向けて反射する反射体と、
を備え、
前記一部分岐体が、各前記光源素子から出力された各レーザ光の一部を分岐し、前記波長選択手段が、前記分岐した各レーザ光の一部を選択的に透過し、前記反射体が、前記透過した各レーザ光の一部を前記波長選択手段に向けて反射し、前記波長選択手段が、前記反射した各レーザ光の一部を選択的に透過し、前記一部分岐体が、前記透過した各レーザ光の一部を反射して、出力された前記各光源素子に戻すことによって、前記各光源素子が、前記波長選択手段の透過する波長帯域内の波長で優先的に発振する
ことを特徴とするレーザ装置。 - 前記各光源素子が、所望の波長で優先的に発振するように、前記波長選択手段を回転させる回転機構をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ装置。
- 前記各光源素子はマルチモードレーザであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のレーザ装置。
- 前記各光源素子は半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のレーザ装置。
- 前記波長選択手段はバンドパスフィルタにより構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のレーザ装置。
- 前記波長選択手段は長波長パスフィルタと短波長パスフィルタとを組み合わせることにより構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のレーザ装置。
- 前記各レーザ光をコリメートするコリメートレンズをさらに備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のレーザ装置。
- 光ファイバと、前記各レーザ光を前記光ファイバに光学的に結合させる集光レンズとをさらに備えることを特徴とする請求項8に記載のレーザ装置。
- 前記光ファイバはマルチモードファイバであることを特徴とする請求項9に記載のレーザ装置。
- それぞれが互いに波長の異なるレーザ光を出力する複数の光源素子と、
各前記レーザ光のそれぞれの光路に配置され、それぞれが所定の波長帯域の光を選択的に透過する複数の波長選択手段と、
各前記波長選択手段を透過した光が入力されるようにそれぞれ配置され、各前記入力された光のうちの一部を前記各波長選択手段に向けて反射し、残りを透過する複数の一部透過反射体と、
各前記一部透過反射体の後段に配置され、前記各レーザ光を合波する波長合波手段と、
を備え、
前記各波長選択手段が、各前記光源素子から出力された各レーザ光の一部を選択的に透過し、前記各一部透過反射体が、前記透過した各レーザ光の一部を反射し、前記各波長選択手段が、前記反射した各レーザ光の一部を透過して、出力された前記各光源素子に戻すことによって、前記各光源素子が、前記各波長選択手段の透過する波長帯域内の波長でそれぞれ優先的に発振する
ことを特徴とするレーザ装置。 - それぞれが互いに波長の異なるレーザ光を出力する複数の光源素子と、
各前記レーザ光が入力されるようにそれぞれ配置され、各前記入力された光のうちの一部を、前記各レーザ光の進行方向に対して角度を成す方向に反射して分岐し、残りを透過する複数の一部分岐体と、
各前記反射して分岐された各前記レーザ光の残りの光路にそれぞれ配置され、それぞれが所定の波長帯域の光を選択的に透過する複数の波長選択手段と、
各前記波長選択手段を透過した各光が入力されるようにそれぞれ配置され、各前記入力された光を前記各波長選択手段に向けて反射する複数の反射体と、
各前記一部分岐体の後段に配置され、前記各レーザ光を合波する波長合波手段と、
を備え、
前記各一部分岐体が、各前記光源素子から出力された各レーザ光の一部を分岐し、前記各波長選択手段が、各前記分岐した各レーザ光の一部を選択的に透過し、各前記反射体が、各前記透過した各レーザ光の一部を前記各波長選択手段に向けて反射し、前記各波長選択手段が、各前記反射した各レーザ光の一部を選択的に透過し、前記各一部分岐体が、各前記透過した各レーザ光の一部を反射して、出力された前記各光源素子に戻すことによって、前記各光源素子が、前記各波長選択手段の透過する波長帯域内の波長でそれぞれ優先的に発振する
ことを特徴とするレーザ装置。 - 前記各光源素子のレーザが、所望の波長で優先的に発振するように前記各波長選択手段をそれぞれ回転させる複数の回転機構をさらに備えることを特徴とする請求項11または12に記載のレーザ装置。
- 前記各光源素子はマルチモードレーザであることを特徴とする請求項11〜13のいずれか一つに記載のレーザ装置。
- 光ファイバと、前記波長合波手段により合波された前記各レーザ光を前記光ファイバに光学的に結合させるレンズとをさらに備えることを特徴とする請求項11〜14のいずれか一つに記載のレーザ装置。
- 前記光ファイバはマルチモードファイバであることを特徴とする請求項15に記載のレーザ装置。
- 前記波長合波手段は回折格子を備えることを特徴とする請求項11〜16のいずれか一つに記載のレーザ装置。
- 前記波長合波手段は少なくとも1つの波長合波フィルタを備えることを特徴とする請求項11〜16のいずれか一つに記載のレーザ装置。
- それぞれが互いに波長の異なるレーザ光を出力する複数の光源モジュールと、
各前記レーザ光を合波する波長合波手段と、
複数の光源モジュールと前記波長合波手段との間に配置され、前記各レーザ光を前記波長合波手段に集光するレンズと、
前記波長合波手段の後段に配置された第1反射体と、
前記第1反射体の後段に配置された第2反射体と、
前記第1反射体と前記第2反射体との間に配置された利得媒体と、
を備え、
前記利得媒体は、前記各レーザ光により光励起されて発光し、
前記第1反射体は、前記各レーザ光を透過し、
前記第1反射体と前記第2反射体とは、前記利得媒体が発光する光を反射し、前記利得媒体が発光する光に対して光共振器を構成する
ことを特徴とするレーザ装置。
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