WO2005010592A1 - レーザ装置 - Google Patents

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WO2005010592A1
WO2005010592A1 PCT/JP2004/010505 JP2004010505W WO2005010592A1 WO 2005010592 A1 WO2005010592 A1 WO 2005010592A1 JP 2004010505 W JP2004010505 W JP 2004010505W WO 2005010592 A1 WO2005010592 A1 WO 2005010592A1
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lens
condenser lens
plane
beams
laser device
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PCT/JP2004/010505
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Inventor
Yaowu Ma
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • G—PHYSICS
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    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • G02B19/0057—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode in the form of a laser diode array, e.g. laser diode bar
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements

Definitions

  • the present invention relates to a laser device having a semiconductor laser array as a light source.
  • An object of the present invention is to provide a laser device that efficiently condenses an output beam of a semiconductor laser array.
  • a laser device includes a semiconductor laser array having a plurality of semiconductor lasers arranged along a first direction, and a first plane perpendicular to the first direction, the output beam of the semiconductor laser array.
  • a collimating lens that collimates the beam inside the beam, and a beam that divides the collimated beam into a plurality of parallel beams and advances the plurality of beams onto a plurality of optical paths branched from the optical path of the output beam in the first plane.
  • a splitting element for superimposing a plurality of beams in a second plane perpendicular to the first plane, a condensing lens for condensing a beam generated by the beam combining element, and a beam splitting element And a field lens arranged between the beam combining element.
  • the field lens may form a pupil behind the beam combining element in the second plane.
  • the first position is defined as the first position along the optical axis of the condenser lens, which is forward from the front focal point of the condenser lens by a distance twice the focal length of the condenser lens, along the optical axis of the condenser lens.
  • the field lens forms a pupil between the first and second positions and Is also good.
  • the field lens forms a pupil at the position of the front focal point of the condenser lens.
  • the laser device further includes an optical fiber optically coupled to the condenser lens.
  • the field lens may be a cylinder-one lens having a cylindrical surface having a generatrix perpendicular to the first direction.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic side view of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a perspective view of a second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of a second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic side view of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a laser device 10 according to the first embodiment
  • FIGS. 2 and 3 are a schematic plan view and a schematic side view of the laser device 10, respectively.
  • FIGS. 4 and 5 are partially enlarged views of FIGS. 2 and 3, respectively.
  • FIG. 1 also shows the X, Y and Z axes which are perpendicular to each other. The Z axis is parallel to the optical axis 25 of the laser device 10, and the X and Y axes are perpendicular to the Z axis.
  • the laser device 10 includes a laser array stack 12, a plurality of FAC (Fast Axis Collimation) lenses 14, a plurality of telescopes 16, a plurality of beam splitting elements 18, a field lens 20, a beam It has a combining element 22, a condenser lens 24 and an optical fiber 26.
  • FAC Fast Axis Collimation
  • the laser array stack 12 is configured by stacking a plurality of (three in this embodiment) substrates 27 in the vertical direction, that is, the Y direction in FIG. Each substrate 27 is provided with a semiconductor laser array 28.
  • the base 27 functions as a heat sink for cooling the semiconductor laser array 28.
  • the semiconductor laser array 28 includes a plurality (three in the present embodiment) of laser diodes (L in this embodiment) arranged in the horizontal direction, that is, along the X direction in FIG. D) Consists of 38. For this reason, the semiconductor laser array 28 is also called an LD bar.
  • the active layer of each LD 38 has an elongated cross section along the X direction.
  • the X axis horizontal to the active layer is sometimes called the slow axis
  • the Y axis perpendicular to the active layer is sometimes called the fast axis.
  • a plurality of (three in the present embodiment) FAC lenses 14 correspond one-to-one with the base 27 of the laser array stack 12.
  • the FAC lens 14 is attached to the output surface of the corresponding semiconductor laser array 28.
  • the FAC lens 14 is a cylinder lens having a flat surface parallel to the XY plane as an input surface and having a cylindrical surface as an output surface.
  • the input surface of the FAC lens 14 is in contact with the output surface of the semiconductor laser array 28.
  • Each FAC lens 14 collimates the output beam 40 of each semiconductor laser array 28 along a fast axis. That is, the FAC lens 14 receives the laser beam 40 from the corresponding semiconductor laser array 28 and collimates it in the YZ plane. As shown in FIG. 3, the collimated laser beam is parallel to the Z direction.
  • a plurality of (three in this embodiment) telescopes 16 correspond one-to-one with the FAC lenses 14.
  • the telescope 16 is arranged to face the output surface of the corresponding FAC lens 14.
  • the telescope 16 is a lens array including a plurality of lenses arranged along the X direction.
  • the telescope 16 receives the laser beam from the FAC lens 14, reduces the divergence angle of the laser beam, and increases the degree of condensing. After passing through the telescope 16, the laser beam enters the beam splitter 18.
  • a plurality of (three in this embodiment) beam splitters 18 correspond one-to-one with the telescope 16.
  • the beam splitting elements 18 are arranged so as to face the corresponding output surfaces of the telescope 16.
  • each beam splitting element 18 is a prism composed of three glass plates 19a, 19b, and 19c arranged 1J in the X direction. These three glass plates 19a and 19c have input surfaces arranged at different angles from each other. Each glass plate has an output surface parallel to its input surface. Each glass plate is placed between the input and output surfaces. It functions as an optical waveguide for transmitting light.
  • These glass plates 19a and 19c receive the output beam 40 of the semiconductor laser array 28 from the telescope 16, and divide it into three along the horizontal direction (X direction). As shown in FIG.
  • these three split beams have three optical paths branched from the optical path of the output beam 40 of the semiconductor laser array 28 on the YZ plane.
  • the split beams 41 to 43 emitted from the beam splitter 18 are arranged in parallel along the Y direction and travel in parallel with each other.
  • the field lens 20 is arranged such that its input surface 20a faces the output surfaces of all the beam splitting elements 18.
  • the field lens 20 is a cylinder lens having a cylindrical surface extending along the Y-axis direction as an input surface 20a.
  • the input surface 2 Oa of the field lens 20 is a cylindrical surface having a generatrix parallel to the Y-axis direction.
  • This input surface 20a is close to the output surface of the beam splitter 18.
  • the output surface 20b of the field lens 20 is a flat surface perpendicular to the Z-axis direction, that is, the direction of the optical axis 25.
  • the input surface of field lens 20 has a sufficiently large area so that all split beams 41-43 generated by all beam splitting elements 18 are incident on field lens 20.
  • the split beams 41 to 43 generated by the beam splitter 18 are condensed in a horizontal plane (ZX plane) by the field lens 20 as shown in FIG. Since the field lens 20 has no vertical focusing function, the split beams 41-43 are not focused in the vertical plane (YZ plane) as shown in FIG.
  • the split beams 41 to 43 emitted from the field lens 20 enter the beam combining element 22.
  • the beam combining element 22 has a configuration in which three prisms 29, three glass plates 30, and three prisms 31 are alternately stacked.
  • the prism 29, the glass plate 30, and the prism 31 are in contact with each other. As shown in FIGS. 3 and 5, each prism and each glass plate receives one split beam.
  • the prism 29, the glass plate 30, and the prism 31 have an input surface facing the output surface of the field lens 20 and an output surface parallel to the input surface.
  • the input and output surfaces of prisms 29 and 31 are inclined at a constant angle with respect to the output surface of field lens 20. However, the inclination directions of the prisms 29 and 31 are opposite.
  • the input surface and the output surface of the glass plate 30 are parallel to the output surface of the field lens 20.
  • one prism 29, one glass plate 30, and one prism The partial element consisting of 31 sets the optical paths of these beams such that the three beams 41-43 split by one beam splitting element 18 overlap in the ZX plane.
  • the glass plate 30 receives the central split beam 42 and propagates it without refraction. Due to the light condensing action of the field lens 20, the central beam 42 travels while converging along the Z direction.
  • the input surfaces of prisms 29 and 31 receive split beams 41 and 43 on either side of the central beam and refract them toward central beam 42. As a result, the three split beams 41 to 43 are superimposed in the ZX plane.
  • the output faces of prisms 29 and 31 deflect beams 41 and 43 in the opposite direction to the input face. This prevents the overlapped split beams 41-43 from being separated again. As a result, the divided beams 411-43 are combined into one beam 44 in the ZX plane.
  • the prisms 29 and 31 and the glass plate 30 have no refracting action on the YZ plane. Therefore, in the YZ plane, a plurality of split beams 41 to 43 are arranged in parallel along the Y direction. Because the spacing between the split beams is small enough, these split beams form substantially one beam 44 in the YZ plane. In this way, the beam combining element 22 combines all the split beams into one beam 44.
  • the beam splitter 18 splits the output beam 40 of the semiconductor laser array 28 into parallel beams 41-143.
  • a divergent beam is also emitted from the output surfaces of the glass plates 19a-19c, which are optical waveguides. Since the output beams 40 of the semiconductor laser array 28 are collimated by the FAC 14 in the YZ plane, these beams are mainly diffused in the ZX plane and are substantially collimated in the YZ plane.
  • the divergence angles of these beams are determined according to the divergence characteristics of the slow axis of the LD 38 and the characteristics of the telescope 16.
  • FIGS. 2 and 4 show a beam 45 emitted from the central glass plate 19b as a representative of these diverging beams.
  • the beam combining element 22 generates a combined beam 46 by superimposing the split beams 41-43 and the diverging beams.
  • the diverging beam 45 has a sufficiently large width in the X direction than the beam 44 obtained by superimposing the divided beams 41-43.
  • the width of the beam in the X direction is substantially equal to the width of the beam 45 in the X direction.
  • the combined beam 46 is diffused along the optical axis 25 in the ZX plane, and travels in parallel with the optical axis 25 in the YZ plane. For this reason, the cross-sectional shape of the composite beam 46 gradually approaches a square.
  • the condensing lens 24 receives the beam 46 synthesized by the beam synthesizing element 22 and condenses it along the optical axis 25.
  • the condenser lens 24 is a lens system composed of a cylinder lens 32 and a plano-convex lens 34 arranged along the optical axis 25.
  • the cylinder lens 32 has a flat surface perpendicular to the Z direction as an input surface, and has a cylindrical surface having a generatrix perpendicular to the X direction as an output surface.
  • the plano-convex lens 34 has a convex surface as an input surface, and has a flat surface perpendicular to the direction as an output surface.
  • the cylinder lens 32 and the plano-convex lens 34 focus the combined beam 46 in the ZX plane.
  • the plano-convex lens 34 also condenses the combined beam 46 in the YZ plane. Thus, the diameter of the combined beam 46 is reduced while the cross-sectional shape of the combined beam 46 is kept square.
  • the optical fiber 26 is aligned so as to have a common optical axis 25 with the condenser lens 24.
  • the beam 46 condensed by the condenser lens 24 enters one end surface of the optical fiber 26 and propagates through the optical fiber 26.
  • the laser beam emitted from the other end face of the optical fiber 26 is the output light of the laser device 10.
  • the field lens 20 forms a pupil 36 behind the beam combining element 22 in the ZX plane (horizontal plane), more specifically, at the position of the front focal point 70 of the condenser lens 24.
  • the front focal point 70 is located immediately before the condenser lens 24.
  • the pupil 36 can be regarded as an exit pupil of an optical system arranged in front of the condenser lens 24.
  • the laser array stack 12 and the field lens 20 are involved in forming the pupil 36 among the components of this optical system. Without field lens 20, pupil 36 would be at infinity. The higher the refractive power of the field lens 20, the closer the position of the pupil 36 is to the field lens 20.
  • the pupil 36 By forming the pupil 36, it is possible to make a divergent beam emitted from the beam splitter 18 into a telecentric beam corresponding to the NA (numerical aperture) of the optical fiber 26. That is, the principal ray passing through the center of the pupil 36 travels behind the condenser lens 24 in parallel with the optical axis 25. As a result, many light beams enter the optical fiber 26 at an angle equal to or smaller than the acceptance angle of the optical fiber 26, so that the beam is efficiently guided to the optical fiber 26. Power S can. Accordingly, the laser device 10 can emit a high-power output beam from the optical fiber 26.
  • the condenser lens can be simplified and downsized.
  • the first position 72 is defined as the first position 72, which is forward from the front focal point 70 of the condenser lens 24 along the optical axis 25 by a distance twice as long as the focal length of the condenser lens, and is the condenser lens along the optical axis 25.
  • a position advanced from the rear focal point 74 of the 24 by the focal length of the condenser lens to the rear side is defined as a second position 76.
  • the field lens 20 preferably forms the pupil 36 between the first position 72 and the second position 76. If the pupil is formed in such a position range, the converging lens 24 can make the diverging beam from the beam splitter 18 sufficiently close to the telecentric beam, and thus obtain a sufficiently high coupling efficiency That can be S.
  • FIG. 6 is a perspective view of a laser device 50 according to the second embodiment
  • FIGS. 7 and 8 are a schematic plan view and a schematic side view of the laser device 50.
  • Figure 6 also shows the X, Y and Z axes perpendicular to each other.
  • the Z axis is parallel to the optical axis 25 of the laser device 50, and the X and Y axes are perpendicular to the Z axis.
  • the laser device 50 includes a laser array stack 52, a plurality of FAC lenses 14, a beam splitting element 54, a field lens 20, a beam combining element 56, a condenser lens 24, and an optical fiber 26.
  • the laser array stack 52 has the same configuration as the laser array stack 12 in the first embodiment. That is, in the laser array stack 52, three substrates 57 are stacked along the Y direction, and each substrate 57 is provided with the semiconductor laser array 58.
  • the semiconductor laser array 58 is composed of three LD68 force structures arranged along the X direction in FIG. It is made. The configuration of each LD 68 is the same as that of the LD 38 in the first embodiment.
  • the output beam 80 of the semiconductor laser array 58 has a substantially elliptical cross section that is long along the X direction and short along the Y direction.
  • Each FAC lens 14 receives a laser beam 80 from a corresponding semiconductor laser array 58 and collimates it in the YZ plane.
  • the output surfaces of these FAC lenses 14 face the input surfaces of prisms 59 and 60 constituting beam splitting element 54.
  • the prisms 59 and 60 are arranged apart from each other along the X direction.
  • the input surfaces of the prisms 59 and 60 are inclined in opposite directions with respect to the Y direction.
  • the output surfaces of the prisms 59 and 60 are inclined in directions opposite to each other with respect to the X direction.
  • the laser beam 80 collimated by the FAC lens 14 is split by the beam splitting element 54 into three parallel beams 81 to 83 along the X direction.
  • the laser beam 40 is depleted IJ into a beam 81 passing through the prism 59, a beam 82 passing through the prism 60, and a beam 83 passing through the gap between the prisms 59 and 60.
  • these three split beams have three optical paths branched from the optical path of the output beam 80 of the semiconductor laser array 58 in the YZ plane.
  • These split beams 81-83 travel in slightly different directions in the YZ plane. Therefore, the bundles of the split beams 81-83 emitted from the semiconductor laser array 58 on the different substrates 57 approach each other as they progress.
  • the field lens 20 is arranged such that its input surface 20a faces the output surfaces of the prisms 59 and 60.
  • the split beam 81 83 generated by the beam splitting element 54 is focused by the field lens 20 in the ZX plane as shown in FIG.
  • the beam combining element 56 is arranged near the condenser lens 24 on the optical path between the field lens 20 and the condenser lens 24.
  • the beam combining element 56 has a structure in which three prisms 61 and three prisms 62 are alternately stacked. In FIG. 8, “61” and “62” are added with a suffix 13 to distinguish these prisms.
  • the prisms 61 and 62 have an input surface facing the output surface 20b of the field lens 20. As shown in FIG. 8, the input surfaces of prisms 61 and 62 are inclined in directions opposite to each other with respect to the Y direction. Further, as shown in FIG. 7, the prisms 61 and 62 are tilted in directions opposite to each other with respect to the X direction. It has a slanted output surface. As shown in Figure 8, the prism 61
  • the prism 61 and the prism 62 are separated. Prisms 62 and 61 are in contact
  • the force prism 61 and the prism 62 are separated.
  • a pair of prisms 61 and 62 spaced apart from each other forms three split beams 81 to 83 that can also obtain the power of one semiconductor laser array 58.
  • the optical paths of these split beams are set so as to overlap in the ZX plane.
  • the uppermost and lowermost beams of the three split beams 81-83 are refracted in the YZ plane by the prisms 61 and 62, respectively.
  • the center beam 83 passes through the gap between the prisms 61 and 62.
  • each of the three split beams 81-83 travels in the Z direction. That is, in the YZ plane, a plurality of split beams are arranged in parallel along the Y direction. Since the spacing between the split beams is sufficiently small, these split beams form substantially one beam 86 in the YZ plane.
  • the laser device 50 of the present embodiment in addition to the divided beams 81 to 83, there is a beam having a spread. Since the active layers of the LD68 are optical waveguides, a beam with a divergence is emitted from these active layers. These beams diverge in the ZX plane and are substantially collimated by FAC14 in the YZ plane. The divergence angle of these beams is determined according to the divergence characteristics of the slow axis of LD68.
  • FIG. 7 shows a beam 85 emitted from the central LD 68 as a representative example of these spread beams.
  • the beam combining element 56 produces a combined beam 86 by superimposing the split beams 81-83 and the diverging beams.
  • the divergent beam 85 has a sufficiently large X-direction width than the beam 84 obtained by superimposing the divided beams 81 83. Some beams are substantially equal to the width of the beam 85 in the X direction. As shown in FIGS.
  • the combined beam 86 spreads along the optical axis 25 in the ZX plane, and travels in parallel with the optical axis 25 in the YZ plane. For this reason, the cross-sectional shape of the composite beam is It gradually approaches a square.
  • the condenser lens 24 receives the beam 86 combined by the beam combining element 56 and condenses it. Thereby, the diameter of the combined beam 86 is reduced while the cross-sectional shape of the combined beam is kept square.
  • the focused beam 86 enters one end surface of the optical fiber 26 and propagates through the optical fiber 26.
  • the laser beam emitted from the other end surface of the optical fiber 26 is the output light of the laser device 50.
  • the field lens 20 has a pupil 66 at the position behind the beam combining element 56 in the ZX plane (horizontal plane), more specifically, at the position of the front focus 70 of the condenser lens 24. Is formed.
  • the pupil 66 can be regarded as an exit pupil of the optical system arranged in front of the condenser lens 24.
  • the laser array 12 and the field lens 20 are involved in forming the pupil 66. Without field lens 20, pupil 66 would be at infinity. The higher the refractive power of the field lens 20, the closer the position of the pupil 66 is to the field lens 20.
  • the pupil 66 By forming the pupil 66, it is possible to make the beam having spread from the semiconductor laser array 58 a telecentric beam corresponding to the NA (numerical aperture) of the optical fiber 26. Thereby, similarly to the first embodiment, a beam can be efficiently guided to the optical fiber 26. Therefore, the laser device 50 can emit a high-power output beam from the optical fiber 26.
  • the first position 72 is defined as the first position 72, which is forward from the front focal point 70 of the condenser lens 24 along the optical axis 25 by a distance twice as long as the focal length of the condenser lens, and is the condenser lens along the optical axis 25.
  • a position advanced from the rear focal point 74 of the 24 by the focal length of the condenser lens to the rear side is defined as a second position 76.
  • the field lens 20 preferably forms a pupil 66 between the first position 72 and the second position 76. If the pupil is formed in such a position range, the converging lens 24 can sufficiently bring the diverging beam from the semiconductor laser array 58 closer to the telecentric beam, and thus obtain a sufficiently high coupling efficiency. Can be.
  • the present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention It is not limited to the embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
  • the pupil is formed on the front side of the condenser lens.
  • a pupil may be formed inside or behind the condenser lens. Focus on the front side of the condenser lens along the optical axis of the condenser lens. The position advanced to the front by twice the focal length of the condenser lens is defined as the first position, and the focal point is collected along the optical axis of the condenser lens. The position advanced from the rear focal point of the optical lens by the focal length of the condenser lens to the rear side is defined as a second position. At this time, it is preferable that the field lens forms a pupil between the first and second positions. If the pupil is formed in such a position range, the same effect as in the above embodiment can be obtained. This range can extend to the front of the beam combining element. However, it is more preferable that a pupil is formed behind the beam combining element.
  • the laser device of the above embodiment emits an output beam using the optical fiber 26.
  • the object may be directly irradiated with the beam focused by the focusing lens 24 without using an optical fiber.
  • the pupil is formed inside, immediately before, or immediately after the condenser lens 24 by the field lens, a high irradiation energy density can be obtained using a small condenser lens having a simple structure.
  • the effect of the present invention can be obtained by disposing a field lens between the beam splitting element and the beam combining element. Therefore, in addition to the above embodiment, by arranging the field lens in the laser device having the configuration described in Patent Documents 13 to 13, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
  • a laser array stack in which a plurality of semiconductor laser arrays are stacked is used as a light source.
  • a single semiconductor laser array may be used as the light source.
  • the pupil is formed at a finite distance from the semiconductor laser array using the field lens, so that the output beam of the semiconductor laser array can be efficiently focused. Also, the formation of the pupil allows the diverging beam to approach the telecentric beam after passing through the condenser lens. Therefore, the output beam of the semiconductor laser array is It can be efficiently coupled to a fiber.

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Abstract

　レーザ装置１０は、半導体レーザアレイ２８を光源として有する。半導体レーザアレイの出力ビームは、ビーム分割素子１８によって複数のビームに分割される。これらのビームは、鉛直面内で分岐した光路上を進行する。視野レンズ２０およびビーム合成素子２２は、これらの分割ビームを水平面内で重ね合わせ、一本のビームに合成する。このビームは集光レンズ２４によって集光された後、光ファイバ２６に入射する。

Description

明 細 書
レーザ装置
技術分野
[0001] この発明は、半導体レーザアレイを光源として有するレーザ装置に関する。
背景技術
[0002] 特開平 10 - 186246号公報、米国特許第 5986794号公報、独国特許発明第 198 41285号明細書、特表平 10-502746号公報および特表平 10-510933号公報に は、半導体レーザアレイの出力光を集光して射出する装置とその関連技術が開示さ れている。
発明の開示
[0003] 本発明は、半導体レーザアレイの出力ビームを効率良く集光するレーザ装置を提 供することを課題とする。
[0004] 本発明のレーザ装置は、第 1の方向に沿って配列された複数の半導体レーザを有 する半導体レーザアレイと、前記半導体レーザアレイの出力ビームを第 1方向と垂直 な第 1の平面内でコリメートするコリメートレンズと、コリメートされたビームを、並列した 複数のビームに分割し、これら複数のビームを、第 1平面内において出力ビームの光 路から分岐した複数の光路上に進行させるビーム分割素子と、第 1平面と垂直な第 2 の平面内で複数のビームを重ね合わせるビーム合成素子と、ビーム合成素子によつ て生成されたビームを集光する集光レンズと、ビーム分割素子とビーム合成素子との 間に配置された視野レンズとを備えてレ、る。
[0005] 視野レンズは、第 2平面内においてビーム合成素子の後側に瞳を形成してもよい。
また、集光レンズの光軸に沿って集光レンズの前側焦点から集光レンズの焦点距離 の 2倍の距離だけ前側に進んだ位置を第 1の位置とし、集光レンズの光軸に沿って 集光レンズの後側焦点から集光レンズの焦点距離だけ後側に進んだ位置を第 2の位 置とすると、視野レンズは、第 1および第 2の位置の間に瞳を形成してもよい。視野レ ンズは、集光レンズの前側焦点の位置に瞳を形成することが好ましい。
[0006] このレーザ装置は、集光レンズに光学的に結合された光ファイバをさらに備えてい てもよレ、。視野レンズは、第 1の方向と垂直な母線を持った円柱面を有するシリンダ 一レンズであってもよい。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]図 1は第 1実施形態の斜視図である。
[図 2]図 2は第 1実施形態の概略平面図である。
[図 3]図 3は第 1実施形態の概略側面図である。
[図 4]図 2の部分拡大図である。
[図 5]図 3の部分拡大図である。
[図 6]図 6は第 2実施形態の斜視図である。
[図 7]図 7は第 2実施形態の概略平面図である。
[図 8]図 8は第 2実施形態の概略側面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面 の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
[0009] 第 1実施形態
図 1一図 5を参照しながら本発明の第 1の実施形態を説明する。図 1は、第 1実施形 態に係るレーザ装置 10の斜視図であり、図 2および図 3は、レーザ装置 10の概略平 面図および概略側面図である。図 4および図 5は、それぞれ図 2および図 3の部分拡 大図である。図 1には互いに垂直な X、 Yおよび Z軸も示されている。 Z軸はレーザ装 置 10の光軸 25と平行であり、 Xおよび Y軸は Z軸と垂直である。これらの図に示され るように、レーザ装置 10は、レーザアレイスタック 12、複数の FAC (Fast Axis Collimation)レンズ 14、複数のテレスコープ 16、複数のビーム分割素子 18、視野レ ンズ 20、ビーム合成素子 22、集光レンズ 24および光ファイバ 26を有する。
[0010] レーザアレイスタック 12は、複数 (本実施形態では 3枚）の基体 27が鉛直方向、す なわち図 1の Y方向に沿って積み重ねられて構成されている。各基体 27には、半導 体レーザアレイ 28が設けられている。基体 27は、半導体レーザアレイ 28を冷却する ためのヒートシンクとして機能する。半導体レーザアレイ 28は、水平方向、すなわち 図 1の X方向に沿って配列された複数 (本実施形態では 3個）のレーザダイオード (L D) 38から構成されている。このため、半導体レーザアレイ 28は、 LDバーとも呼ばれ る。各 LD38の活性層は、 X方向に沿って細長い断面を有している。活性層に対して 水平な X軸はスロー軸（Slow Axis)、活性層に対して垂直な Y軸はファースト軸（Fast Axis)と呼ばれることがある。半導体レーザアレイ 28からは各 LD38からのレーザビー ムが束となって射出される。このレーザビームの束を半導体レーザアレイ 28の出力ビ ーム 40とみなすと、その出力ビーム 40は、 X方向に沿って長く Y方向に沿って短い、 ほぼ楕円状の断面を有する。
[0011] 複数（本実施形態では 3個）の FACレンズ 14は、レーザアレイスタック 12の基体 27 と一対一に対応している。 FACレンズ 14は、対応する半導体レーザアレイ 28の出力 面に取り付けられている。 FACレンズ 14は、 XY平面に平行な平坦面を入力面として 有し、円柱面を出力面として有するシリンダーレンズである。 FACレンズ 14の入力面 は、半導体レーザアレイ 28の出力面と当接している。各 FACレンズ 14は、各半導体 レーザアレイ 28の出力ビーム 40をファースト軸に沿ってコリメートする。つまり、 FAC レンズ 14は、対応する半導体レーザアレイ 28からレーザビーム 40を受け取り、それ を YZ平面内でコリメートする。図 3に示されるように、コリメートされたレーザビームは、 Z方向に平行となる。
[0012] 複数（本実施形態では 3個）のテレスコープ 16は、 FACレンズ 14と一対一に対応し ている。テレスコープ 16は、対応する FACレンズ 14の出力面と対向させて配置され ている。テレスコープ 16は、 X方向に沿って配列された複数のレンズからなるレンズ アレイである。テレスコープ 16は、 FACレンズ 14からレーザビームを受け取り、レー ザビームの拡がり角を小さくして、その集光度を高める。レーザビームは、テレスコー プ 16を透過した後、ビーム分割素子 18に入射する。
[0013] 複数 (本実施形態では 3個）のビーム分割素子 18は、テレスコープ 16と一対一に対 応している。ビーム分割素子 18は、対応するテレスコープ 16の出力面と対向させて 配置されている。図 4に示されるように、各ビーム分割素子 18は、 X方向に沿って配 歹 1Jされた 3枚のガラス板 19a、 19bおよび 19cからなるプリズムである。これら 3枚のガ ラス板 19a 19cは、互いに異なる角度に配置された入力面を有する。各ガラス板は 、その入力面と平行な出力面を有している。各ガラス板は、入力面および出力面間で 光を伝送する光導波路として機能する。これらのガラス板 19a 19cは、半導体レー ザアレイ 28の出力ビーム 40をテレスコープ 16から受け取り、それを水平方向（X方向 )に沿って 3分割する。図 3に示されるように、これら 3本の分割ビームは、 YZ平面に おいて半導体レーザアレイ 28の出力ビーム 40の光路から分岐した 3本の光路を有し ている。ビーム分割素子 18から出射する分割ビーム 41一 43は、 Y方向に沿って並 列しており、互いに平行に進行する。
[0014] 視野レンズ 20は、その入力面 20aがすべてのビーム分割素子 18の出力面と対向 するように配置されている。視野レンズ 20は、 Y軸方向に沿って延びる円柱面を入力 面 20aとして有するシリンダーレンズである。言い換えると、視野レンズ 20の入力面 2 Oaは、 Y軸方向に平行な母線を有する円柱面である。この入力面 20aはビーム分割 素子 18の出力面と近接している。視野レンズ 20の出力面 20bは、 Z軸方向、すなわ ち光軸 25の方向に対して垂直な平坦面である。すべてのビーム分割素子 18によつ て生成されたすベての分割ビーム 41一 43が視野レンズ 20に入射するように、視野 レンズ 20の入力面は十分に大きな面積を有している。ビーム分割素子 18によって生 成された分割ビーム 41一 43は、図 2に示されるように、視野レンズ 20によって水平面 (ZX平面）内で集光される。視野レンズ 20は鉛直方向の集光作用を有さないので、 図 3に示されるように、鉛直面 (YZ平面）内では分割ビーム 41一 43は集光されなレ、。
[0015] 視野レンズ 20から出射した分割ビーム 41一 43はビーム合成素子 22に入射する。
ビーム合成素子 22は、プリズム 29、ガラス板 30およびプリズム 31が 3枚ずつ交互に 積み重ねされた構成を有する。プリズム 29、ガラス板 30およびプリズム 31は、互いに 接触している。図 3および図 5に示されるように、各プリズムおよび各ガラス板は分割 ビームを一本ずつ受け取る。プリズム 29、ガラス板 30およびプリズム 31は、視野レン ズ 20の出力面と対向する入力面およびこの入力面と平行な出力面をそれぞれ有し ている。プリズム 29および 31の入力面および出力面は、視野レンズ 20の出力面に 対して一定の角度で傾斜している。ただし、プリズム 29と 31とでは、傾斜の向きが反 対である。ガラス板 30の入力面および出力面は、視野レンズ 20の出力面と平行であ る。
[0016] 図 2に示されるように、一枚のプリズム 29、一枚のガラス板 30および一枚のプリズム 31からなる部分素子は、一つのビーム分割素子 18によって分割された 3本のビーム 41一 43を ZX平面内で重ね合わせるようにこれらのビームの光路を設定する。ガラス 板 30は中央の分割ビーム 42を受け取り、それを屈折させることなく伝搬させる。視野 レンズ 20の集光作用により、中央ビーム 42は Z方向に沿って収束しながら進行する 。一方、プリズム 29および 31の入力面は、中央ビームの両側の分割ビーム 41および 43を受け取り、それらを中央ビーム 42に向けて屈折させる。これにより、 3本の分割 ビーム 41一 43が ZX平面内で重ね合わされる。この後、プリズム 29および 31の出力 面は、入力面と逆方向にビーム 41および 43を屈折させる。これにより、重ね合わされ た分割ビーム 41一 43が再び分離してしまうことを防止する。この結果、分割ビーム 4 1一 43が ZX平面内で 1本のビーム 44に合成される。
[0017] 一方、図 3に示されるように、プリズム 29および 31ならびにガラス板 30は、 YZ平面 では屈折作用を有しない。このため、 YZ平面内では、複数の分割ビーム 41一 43が Y方向に沿って並列している。分割ビーム同士の間隔は十分に狭いので、これらの 分割ビームは YZ平面内で実質的に 1本のビーム 44を形成する。このようにして、ビ ーム合成素子 22は、すべての分割ビームを一本のビーム 44に合成する。
[0018] 上述のように、ビーム分割素子 18は、半導体レーザアレイ 28の出力ビーム 40を平 行なビーム 41一 43に分割する。しかし、光導波路であるガラス板 19a— 19cの出力 面からは、平行ビーム 41一 43のほかに、拡がりがあるビームも出射する。半導体レ 一ザアレイ 28の出力ビーム 40が FAC14によって YZ平面内でコリメートされているた め、これらのビームは、主に ZX平面内で拡散し、 YZ平面内では実質的にコリメートさ れている。これらのビームの拡がり角は、 LD38のスロー軸の拡がり特性とテレスコー プ 16の特性に応じて定まる。図 2および図 4には、これらの拡がりがあるビームの代 表として、中央のガラス板 19bから放射されるビーム 45が示されている。
[0019] 分割ビーム 41一 43と同様に、これらの拡がりあるビームは、ビーム合成素子 22の 屈折作用により、 ZX平面内で重ね合わせられる。結果として、ビーム合成素子 22は 、分割ビーム 41一 43および拡がりがあるビームを重ね合わせて合成ビーム 46を生 成する。後述する瞳 36の位置では、拡がりがあるビーム 45が分割ビーム 41一 43を 重ね合わせたビーム 44よりも十分に大きな X方向の幅を有するので、合成ビーム 46 の X方向の幅は、拡がりがあるビーム 45の X方向の幅に実質的に等しレ、。図 2および 図 3に示されるように、この合成ビーム 46は、 ZX平面内では光軸 25に沿って拡散し 、 YZ平面内では光軸 25と平行に進行する。このため、合成ビーム 46の断面形状は 次第に正方形に近づく。
[0020] 集光レンズ 24は、ビーム合成素子 22によって合成されたビーム 46を受け取り、そ れを光軸 25に沿って集光する。集光レンズ 24は、光軸 25に沿って配置されたシリン ダーレンズ 32および平凸レンズ 34力、ら構成されるレンズ系である。シリンダーレンズ 32は、 Z方向に対して垂直な平坦面を入力面として有し、 X方向に垂直な母線を持 つた円柱面を出力面として有する。平凸レンズ 34は、凸面を入力面として有し、 方 向に対して垂直な平坦面を出力面として有する。シリンダーレンズ 32および平凸レン ズ 34は、合成ビーム 46を ZX平面内で集光する。また、平凸レンズ 34は、合成ビーム 46を YZ平面内でも集光する。これにより、合成ビーム 46の断面形状が正方形に保 たれながら、合成ビーム 46の径が縮小される。
[0021] 光ファイバ 26は、集光レンズ 24との間に共通の光軸 25を有するように位置合わせ されている。集光レンズ 24によって集光されたビーム 46は光ファイバ 26の一端面に 入射し、光ファイバ 26内を伝搬する。光ファイバ 26の他端面から出射するレーザビ ームがレーザ装置 10の出力光である。
[0022] 視野レンズ 20は、 ZX平面（水平面）内においてビーム合成素子 22の後側、より具 体的には集光レンズ 24の前側焦点 70の位置に瞳 36を形成する。本実施形態では 、前側焦点 70は集光レンズ 24の直前に位置する。瞳 36は、集光レンズ 24の前側に 配置された光学系の射出瞳とみなすことができる。この光学系の構成要素のうち瞳 3 6の形成に関わるのは、レーザアレイスタック 12と視野レンズ 20である。視野レンズ 2 0がない場合、瞳 36は無限遠となる。視野レンズ 20の屈折力が高いほど瞳 36の位 置は視野レンズ 20に近づく。瞳 36を形成することにより、ビーム分割素子 18から発 する、拡がりがあるビームを、光ファイバ 26の NA (開口数）に応じたテレセントリックビ ームとすることが可能になる。つまり、瞳 36の中心を通過する主光線は、集光レンズ 2 4の後側で光軸 25に平行に進む。この結果、多くの光線が光ファイバ 26の受光角以 下の角度で光ファイバ 26に入射するので、光ファイバ 26にビームを効率良く導くこと 力 Sできる。したがって、レーザ装置 10は、高いパワーの出力ビームを光ファイバ 26か ら射出することができる。
[0023] また、視野レンズ 20によって瞳が形成されるため、複雑な構成の集光レンズを使用 せずとも高い集光度を得ることができる。したがって、集光レンズの単純化と小型化が 可能である。
[0024] 本実施形態のように、瞳 36が集光レンズ 24の前側焦点面上に配置されていると、 最も良好なテレセントリックビームが得られる。しかし、瞳 36が前側焦点 70から多少 ずれていても、レーザアレイスタック 12からのビームを十分に高い効率で光ファイバ 2 6に結合すること力 Sできる。光軸 25に沿って集光レンズ 24の前側焦点 70から集光レ ンズの焦点距離の 2倍の距離だけ前側に進んだ位置を第 1の位置 72とし、光軸 25に 沿って集光レンズ 24の後側焦点 74から集光レンズの焦点距離だけ後側に進んだ位 置を第 2の位置 76とする。本発明者の知見によれば、視野レンズ 20は、第 1の位置 7 2と第 2の位置 76の間に瞳 36を形成することが好ましい。このような位置範囲に瞳が 形成されれば、集光レンズ 24がビーム分割素子 18からの拡がりがあるビームをテレ セントリックビームに十分に近づけることができ、したがって、十分に高い結合効率を 得ること力 Sできる。
[0025] 第 2実施形態
以下では、図 6 図 8を参照しながら本発明の第 2の実施形態を説明する。図 6は、 第 2実施形態に係るレーザ装置 50の斜視図であり、図 7および図 8はレーザ装置 50 の概略平面図および概略側面図である。図 6には互いに垂直な X、 Yおよび Z軸も示 されている。 Z軸はレーザ装置 50の光軸 25と平行であり、 Xおよび Y軸は Z軸と垂直 である。レーザ装置 50は、レーザアレイスタック 52、複数の FACレンズ 14、ビーム分 割素子 54、視野レンズ 20、ビーム合成素子 56、集光レンズ 24および光ファイバ 26 を有する。
[0026] レーザアレイスタック 52は、第 1実施形態におけるレーザアレイスタック 12と同様の 構成を有している。すなわち、レーザアレイスタック 52では 3枚の基体 57が Y方向に 沿って積み重ねられており、各基体 57には、半導体レーザアレイ 58が設けられてい る。半導体レーザアレイ 58は、図 6の X方向に沿って配列された 3個の LD68力 構 成されている。各 LD68の構成は第 1実施形態における LD38と同様である。半導体 レーザアレイ 58の出力ビーム 80は、 X方向に沿って長く Y方向に沿って短レ、、ほぼ 楕円状の断面を有する。
[0027] 各 FACレンズ 14は、対応する半導体レーザアレイ 58からレーザビーム 80を受け取 り、 YZ平面内でコリメートする。これらの FACレンズ 14の出力面は、ビーム分割素子 54を構成するプリズム 59および 60の入力面と対向している。プリズム 59および 60は 、 X方向に沿って離間させて配列されている。プリズム 59および 60の入力面は、 Y方 向に対して互いに反対方向に傾斜している。また、プリズム 59および 60の出力面は 、 X方向に対して互いに反対方向に傾斜している。
[0028] 図 7に示されるように、 FACレンズ 14によってコリメートされたレーザビーム 80は、ビ ーム分割素子 54によって、 X方向に沿って並列した 3本のビーム 81— 83に分割され る。具体的に述べると、レーザビーム 40は、プリズム 59を透過するビーム 81、プリズ ム 60を透過するビーム 82、およびプリズム 59と 60の間隙を通過するビーム 83に分 害 IJされる。図 8に示されるように、これら 3本の分割ビームは、 YZ平面において半導 体レーザアレイ 58の出力ビーム 80の光路から分岐した 3本の光路を有している。こ れらの分割ビーム 81— 83は YZ平面内でわずかに異なる方向に進行する。このため 、異なる基体 57上の半導体レーザアレイ 58から発する分割ビーム 81— 83の束は、 進行するにつれて互いに接近する。
[0029] 視野レンズ 20は、その入力面 20aがプリズム 59および 60の出力面と対向するよう に配置されている。ビーム分割素子 54によって生成された分割ビーム 81 83は、図 7に示されるように、視野レンズ 20によって ZX平面内で集光される。
[0030] ビーム合成素子 56は、視野レンズ 20と集光レンズ 24の間の光路上において集光 レンズ 24の付近に配置されている。ビーム合成素子 56は、 3本のプリズム 61と 3本の プリズム 62とが交互に重ねられた構造を有している。なお、図 8では、「61」および「6 2」に添字 1一 3を付してこれらのプリズムを区別する。プリズム 61および 62は、視野 レンズ 20の出力面 20bと対向する入力面を有している。図 8に示されるように、プリズ ム 61および 62の入力面は、 Y方向に対して互いに反対方向に傾斜している。また、 図 7に示されるように、プリズム 61および 62は、 X方向に対して互いに反対方向に傾 斜した出力面を有している。図 8に示されるように、最も上方に配置されたプリズム 61
1 とその直下に配置されたプリズム 62とは離間している。プリズム 62と 61とは接して
1 1 2
いる力 プリズム 61とプリズム 62とは離間している。プリズム 62と 61とは接している
2 2 2 3
力 プリズム 61とプリズム 62とは離間している。
3 3
[0031] 図 7に示されるように、互いに離間した一対のプリズム 61および 62 (nは 1一 3の整 数）は、一つの半導体レーザアレイ 58力も得られる 3本の分割ビーム 81— 83を ZX平 面内で重ね合わせるようにこれらの分割ビームの光路を設定する。また、図 8に示さ れるように、 3本の分割ビーム 81— 83のうち最上方および最下方のビームはそれぞ れプリズム 61および 62によって YZ平面内で屈折させられる。 3本の分割ビームのう n n
ち中央のビーム 83はプリズム 61および 62の間隙を通過する。この結果、 3本の分 割ビーム 81— 83はいずれも Z方向に進行するようになる。つまり、 YZ平面内では、 複数の分割ビームが Y方向に沿って平行に並んでレ、る。分割ビーム同士の間隔は 十分に狭いので、これらの分割ビームは YZ平面内で実質的に 1本のビーム 86を形 成する。
[0032] 本実施形態のレーザ装置 50でも、分割ビーム 81— 83に加えて、拡がりがあるビー ムが存在する。 LD68の活性層は光導波路であるため、これらの活性層から拡がりが あるビームが発する。これらのビームは、 ZX平面内で拡散し、 YZ平面内では FAC1 4によって実質的にコリメートされる。これらのビームの拡がり角は、 LD68のスロー軸 の拡がり特性に応じて定まる。図 7には、これらの拡がりがあるビームの代表として、 中央の LD68から放射されるビーム 85が示されている。
[0033] 分割ビーム 41一 43と同様に、これらの拡がりがあるビームは、プリズム 61および 62 の屈折作用により、 ZX平面内で重ね合わせられる。結果として、ビーム合成素子 56 は、分割ビーム 81— 83および拡がりがあるビームを重ね合わせて合成ビーム 86を 生成する。後述する瞳 66の位置では、拡がりがあるビーム 85が分割ビーム 81 83 を重ね合わせたビーム 84よりも十分に大きな X方向の幅を有するので、合成ビーム 8 6の X方向の幅は、拡がりがあるビーム 85の X方向の幅に実質的に等しレ、。図 7およ び図 8に示されるように、この合成ビーム 86は、 ZX平面内では光軸 25に沿って拡散 し、 YZ平面内では光軸 25と平行に進行する。このため、合成ビームの断面形状は 次第に正方形に近づく。
[0034] 集光レンズ 24は、ビーム合成素子 56によって合成されたビーム 86を受け取り、そ れを集光する。これにより、合成ビームの断面形状が正方形に保たれながら、合成ビ ーム 86の径が縮小される。集光されたビーム 86は光ファイバ 26の一端面に入射し、 光ファイバ 26内を伝搬する。光ファイバ 26の他端面から出射するレーザビームがレ 一ザ装置 50の出力光である。
[0035] 第 1実施形態と同様に、視野レンズ 20は、 ZX平面 (水平面）内においてビーム合 成素子 56の後側、より具体的には集光レンズ 24の前側焦点 70の位置に瞳 66を形 成する。瞳 66は、集光レンズ 24の前側に配置された光学系の射出瞳とみなすことが できる。この光学系の構成要素のうち瞳 66の形成に関わるのは、レーザァレイスタツ ク 12と視野レンズ 20である。視野レンズ 20がない場合、瞳 66は無限遠となる。視野 レンズ 20の屈折力が高いほど瞳 66の位置は視野レンズ 20に近づく。瞳 66を形成す ることにより、半導体レーザアレイ 58からの拡がりがあるビームを光ファイバ 26の NA ( 開口数）に応じたテレセントリックビームとすることが可能になる。これにより、第 1実施 形態と同様に、光ファイバ 26にビームを効率良く導くことができる。したがって、レー ザ装置 50は、高いパワーの出力ビームを光ファイバ 26から射出することができる。
[0036] 本実施形態のように、瞳 66が集光レンズ 24の前側焦点面上に配置されていると、 最も良好なテレセントリックビームが得られる。しかし、瞳 66が前側焦点 70から多少 ずれていても、レーザアレイスタック 12からのビームを十分に高い効率で光ファイバ 2 6に結合すること力 Sできる。光軸 25に沿って集光レンズ 24の前側焦点 70から集光レ ンズの焦点距離の 2倍の距離だけ前側に進んだ位置を第 1の位置 72とし、光軸 25に 沿って集光レンズ 24の後側焦点 74から集光レンズの焦点距離だけ後側に進んだ位 置を第 2の位置 76とする。本発明者の知見によれば、視野レンズ 20は、第 1の位置 7 2と第 2の位置 76の間に瞳 66を形成することが好ましい。このような位置範囲に瞳が 形成されれば、集光レンズ 24が半導体レーザアレイ 58からの拡がりがあるビームを テレセントリックビームに十分に近づけることができ、したがって、十分に高い結合効 率を得ることができる。
[0037] 以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記 実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々 な変形が可能である。
[0038] 上記実施形態では、瞳が集光レンズの前側に形成されている。しかし、集光レンズ の内部または後側に瞳が形成されてもよい。集光レンズの光軸に沿って集光レンズ の前側焦点力 集光レンズの焦点距離の 2倍の距離だけ前側に進んだ位置を第 1の 位置とし、集光レンズの光軸に沿って集光レンズの後側焦点から集光レンズの焦点 距離だけ後側に進んだ位置を第 2の位置とする。このとき、視野レンズは、第 1および 第 2の位置の間に瞳を形成することが好ましい。このような位置範囲に瞳が形成され れば、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。この位置範囲は、ビーム合成 素子の前側にまで及ぶ可能性がある。しかし、ビーム合成素子の後側に瞳が形成さ れることがより好ましい。
[0039] 上記実施形態のレーザ装置は、光ファイバ 26を用いて出力ビームを射出する。し かし、光ファイバを使用せずに、集光レンズ 24によって集光したビームを対象物に直 接照射してもよい。この場合、視野レンズによって瞳が集光レンズ 24の内部、直前ま たは直後に形成されていれば、単純な構造の小型の集光レンズを用いて高い照射 エネルギー密度を得ることができる。
[0040] 本発明の効果は、ビーム分割素子とビーム合成素子の間に視野レンズを配置する ことにより得られる。したがって、上記実施形態のほかにも、特許文献 1一 3に記載さ れる構成のレーザ装置において視野レンズを配置することにより、上記実施形態と同 様の効果を得ることができる。
[0041] 上記実施形態では、高い出力パワーを得るために、複数の半導体レーザアレイを 積み重ねたレーザアレイスタックが光源として使用されている。しかし、単独の半導体 レーザアレイを光源として使用してもよい。
産業上の利用可能性
[0042] 本発明のレーザ装置は、視野レンズを用いて瞳を半導体レーザアレイから有限の 距離に形成するため、半導体レーザアレイの出力ビームを効率良く集光することがで きる。また、瞳の形成により、拡がりがあるビームを集光レンズの通過後にテレセントリ ックビームに近づけることができる。このため、半導体レーザアレイの出力ビームを光 ファイバに効率良く結合することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1の方向に沿って配列された複数の半導体レーザを有する半導体レーザアレイ と、
前記半導体レーザアレイの出力ビームを前記第 1方向と垂直な第 1の平面内でコリ メートするコリメートレンズと、
コリメートされた前記ビームを、並列した複数のビームに分割し、これら複数のビー ムを、前記第 1平面内において前記出力ビームの光路から分岐した複数の光路上に 進行させるビーム分割素子と、
前記第 1平面と垂直な第 2の平面内で前記複数のビームを重ね合わせるビーム合 成素子と、
前記ビーム合成素子によって生成されたビームを集光する集光レンズと、 前記ビーム分割素子と前記ビーム合成素子との間に配置された視野レンズと、 を備えるレーザ装置。
[2] 前記視野レンズは、前記第 2平面内において前記ビーム合成素子の後側に瞳を形 成する、
請求項 1のレーザ装置。
[3] 前記集光レンズの光軸に沿って前記集光レンズの前側焦点から前記集光レンズの 焦点距離の 2倍の距離だけ前側に進んだ位置を第 1の位置とし、
前記集光レンズの光軸に沿って前記集光レンズの後側焦点から前記集光レンズの 焦点距離だけ後側に進んだ位置を第 2の位置とすると、
前記視野レンズは、前記第 1および第 2の位置の間に前記瞳を形成する、 請求項 1または 2に記載のレーザ装置。
[4] 前記視野レンズは、前記集光レンズの前側焦点の位置に前記瞳を形成する、請求 項 1または 2に記載のレーザ装置。
[5] 前記集光レンズに光学的に結合された光ファイバをさらに備える請求項 1一 4のい ずれかに記載のレーザ装置。
[6] 前記視野レンズは、前記第 1の方向と垂直な母線を持った円柱面を有するシリンダ 一レンズである、請求項 1一 5のいずれかに記載のレーザ装置。
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