WO2017138298A1 - ビーム整形装置、及びレーザ発振器 - Google Patents

ビーム整形装置、及びレーザ発振器 Download PDF

Info

Publication number
WO2017138298A1
WO2017138298A1 PCT/JP2017/001021 JP2017001021W WO2017138298A1 WO 2017138298 A1 WO2017138298 A1 WO 2017138298A1 JP 2017001021 W JP2017001021 W JP 2017001021W WO 2017138298 A1 WO2017138298 A1 WO 2017138298A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
incident
sac
light emitting
axis direction
laser
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/001021
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
信高 小林
千紗子 小田
大嗣 森田
西前　順一
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to DE112017000722.4T priority Critical patent/DE112017000722T5/de
Priority to JP2017566555A priority patent/JP6432921B2/ja
Priority to CN201780009453.2A priority patent/CN108604016A/zh
Priority to US16/071,790 priority patent/US10571708B2/en
Publication of WO2017138298A1 publication Critical patent/WO2017138298A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G02B27/30—Collimators
    • 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
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • 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
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays
    • 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
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0966—Cylindrical lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • G02B3/0025—Machining, e.g. grinding, polishing, diamond turning, manufacturing of mould parts
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • G02B3/0031—Replication or moulding, e.g. hot embossing, UV-casting, injection moulding
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/005—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along a single direction only, e.g. lenticular sheets
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G02B3/0068—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between arranged in a single integral body or plate, e.g. laminates or hybrid structures with other optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0075—Arrays characterized by non-optical structures, e.g. having integrated holding or alignment means

Definitions

  • the present invention relates to a beam shaping device that collimates laser light from a light emitting device, and a laser oscillator.
  • YAG laser, YVO4 laser, fiber laser, and the like use a semiconductor laser (LD) as an excitation light source.
  • LD semiconductor laser
  • pumping light of a semiconductor laser having a wavelength in the 800 nm band or 900 nm band is irradiated to the laser medium via an optical fiber or directly, and converted into oscillation light having a wavelength in the 1000 nm band.
  • laser light of a semiconductor laser having a wavelength in the 900 nm band or 1000 nm band is directly used for processing a member.
  • an LD bar in which a plurality of light emitting layers (active layer stripes) of a semiconductor element are arranged in a one-dimensional direction is used.
  • an LD bar having a width of about 10 mm in which light emitting layers having a width of 50 ⁇ m to 200 ⁇ m are arranged at an equal pitch, 10 to 50 laser beams are emitted in parallel from the end face of each light emitting layer.
  • an output of several tens of watts can be obtained, and in recent years, an LD bar that outputs several hundreds of watts is also available.
  • the laser beam emitted from the LD bar When the laser beam emitted from the LD bar is used, for example, by making it incident on an optical fiber or directly irradiating an object to be processed, it is common to collimate, that is, collimate the laser beam once. .
  • the width of the light emitting layer of the semiconductor element is 50 ⁇ m to 200 ⁇ m, whereas the thickness of the light emitting layer of the semiconductor element is about 1 ⁇ m, so that the divergence angle of the laser light is 7 deg to 11 deg in the width direction of the light emitting layer.
  • the thickness direction of the light emitting layer is 45 deg to 60 deg, which is greatly different between the width direction and the thickness direction.
  • the thickness direction in which the divergence angle of the laser beam is large is called the fast axis direction
  • the width direction in which the divergence angle of the laser beam is small is called the slow axis direction.
  • each laser beam transmitted through the FAC is rotated by 90 degrees around the optical axis by the optical path conversion element, and the fast axis direction and the slow axis direction are switched.
  • a beam shaping device that makes the light incident on the SAC has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • the difference in quality between the fast axis direction and the slow axis direction of the laser beam when irradiating the laser medium or entering the optical fiber that is, the width and divergence angle of the laser beam. The difference is kept small.
  • the divergence angle of the laser light emitted from the semiconductor laser is larger in the fast axis direction than in the slow axis direction. Therefore, in the beam shaping apparatuses shown in Patent Documents 1 and 2, the FAC is arranged at a position closer to the LD bar than the SAC.
  • the output of LD bars has been increasing, and LD bars that output several hundred watts can be obtained.
  • the number of light emitting layers increases, and the pitch between the light emitting layers is accordingly reduced.
  • the pitch between the light emitting layers is 200 ⁇ m with respect to the width of the light emitting layer of 100 ⁇ m, and nearly 50 light emitting layers are arranged on an LD bar having a width of 10 mm.
  • each light emitting layer is arranged in the slow axis direction in the LD bar, when the pitch between the light emitting layers is narrowed, the laser beams from the respective light emitting layers adjacent to each other are relatively short distance from the end face of the LD bar. It starts to overlap. Therefore, in order to collimate the laser light before the laser light overlaps, it is necessary to shorten the focal length of the SAC and make the SAC a finer cylindrical lens array. In this case, the focal length of the FAC arranged between the LD bar and the SAC is further shortened, and the radius of curvature of the lens surface of the FAC may be as small as about 0.1 mm.
  • the FAC Since the length of the FAC needs to be longer than the width of the LD bar, the FAC is a cylindrical lens having a very long shape. Such lenses are difficult to handle and require great care. In addition, since the radius of curvature of the lens surface of the FAC is small, it takes time to mold and polish the FAC, and it becomes difficult to manufacture the FAC. In the future, if the output of the LD bar is increased and the pitch between the light emitting layers is further reduced, the handling and manufacturing of SAC and FAC will become more difficult.
  • the distance from the LD bar to SAC is increased, and only the cylinder surface facing the light emitting layer in the SAC cylindrical lens array.
  • the laser beam is incident on the adjacent cylinder surface. Accordingly, since the portion of the laser light that has entered the adjacent cylinder surface is emitted in an unintended direction, the utilization efficiency of the laser light after passing through the SAC is reduced.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems.
  • a beam shaping device capable of facilitating handling and manufacturing, and preventing reduction in utilization efficiency of laser light, and The object is to obtain a laser oscillator.
  • the beam shaping device collimates a plurality of laser beams emitted in the optical axis direction orthogonal to the first direction from the respective emission end faces of the plurality of light emitting units arranged in the first direction in the light emitting device.
  • a beam shaping device that collimates laser light that diverges in a first direction, and diverges in a second direction that is a direction orthogonal to both the optical axis direction and the first direction.
  • a second collimator lens that collimates the laser light to be emitted, and the first collimator lens is disposed between the light emitting device and the second collimator lens, and the first collimator lens is incident with the laser light.
  • the shape of the projection surface is a shape that protrudes outward of the first collimator lens in a cross section orthogonal to the second direction, and is concave inward of the first collimator lens in a cross section orthogonal to the first direction.
  • Each shape of the first incident surface and the first emission surface is a concentric arc shape centered on a point on the emission end surface of the light emitting section in the cross section orthogonal to the first direction. is there.
  • the beam shaping device and the laser oscillator it is possible to easily handle and manufacture the first collimator lens and the second collimator lens.
  • unnecessary aberrations can be prevented from occurring, and the laser light utilization efficiency can be prevented from being lowered.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an LD bar and a beam shaping device in an XZ plane orthogonal to the fast axis direction Y in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an LD bar and a beam shaping device in a YZ plane orthogonal to a slow axis direction X in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing one light emitting layer of FIG. 2 and a portion of the SAC facing the one light emitting layer in the optical axis direction Z.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view illustrating one light emitting layer of FIG.
  • FIG. 10 is a graph comparing the relationship between the remaining divergence angle ⁇ and the fill factor F in the slow axis direction X between the first embodiment and the fourth embodiment. It is a figure which shows a state when the laser oscillator by Embodiment 5 of this invention is seen along the fast axis direction Y of a light emitting layer. It is a figure which shows a state when the laser oscillator by Embodiment 6 of this invention is seen along the fast-axis direction Y of a light emitting layer. It is sectional drawing which shows a state when the optical path changing element of FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing a state when the optical path conversion element of FIG. 15 is viewed along the optical axis direction Z. It is a figure which shows a state when the laser oscillator by Embodiment 7 of this invention is seen along the fast-axis direction Y of a light emitting layer.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a beam shaping device and an LD bar according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an LD bar 1 as a light emitting device is a semiconductor laser in which a plurality of light emitting layers 2 each emitting laser light 3 are provided as light emitting portions.
  • the LD bar 1 is manufactured by performing a semiconductor process represented by lithography on an InGaAs substrate or an AlGaAs substrate.
  • illustration of a heat sink for cooling the LD bar 1 a submount interposed between the LD bar 1 and the heat sink, an electrode for energizing the LD bar 1, and a gold wire are omitted. .
  • the light emitting layers 2 are arranged at intervals from each other in a first direction which is the X direction (one-dimensional direction) in FIG. In this example, about 10 to 50 light emitting layers 2 are arranged at an equal pitch P in the X direction of FIG. In FIG. 1, for the sake of simplicity, the number of the light emitting layers 2 is seven.
  • the respective optical axes of the respective light emitting layers 2 are respectively orthogonal to the X direction of FIG. 1 and parallel to each other.
  • the direction along the optical axis of each light emitting layer 2 coincides with the Z direction in FIG.
  • the laser beam 3 is emitted from the emission end face 2a of the light emitting layer 2 in the direction along the optical axis of the light emitting layer 2, that is, the Z direction in FIG. 1 (hereinafter referred to as “optical axis direction Z”).
  • the emission end faces 2a of the light emitting layers 2 are arranged on a straight line along the X direction in FIG.
  • the width W of each light emitting layer 2 is larger than the thickness of the light emitting layer 2.
  • the width W of each light emitting layer 2 is about 50 ⁇ m to 200 ⁇ m, and the thickness of each light emitting layer 2 is about 1 ⁇ m.
  • a value W / P obtained by dividing the width W of the light emitting layer 2 by the pitch P of the light emitting layer 2 is called a fill factor F.
  • Each light emitting layer 2 has a second direction orthogonal to both the X direction and the optical axis direction Z in FIG. 1 by matching the width direction of the light emitting layer 2 with the X direction in FIG.
  • the light emitting layer 2 is arranged in a state in which the thickness direction of the light emitting layer 2 is aligned with the Y direction which is the direction.
  • the divergence angle of the laser light 3 in the width direction of the light emitting layer 2 is larger than the divergence angle of the laser light 3 in the thickness direction of the light emitting layer 2. It is getting smaller.
  • the direction in which the divergence angle of the laser beam 3 is small is the slow axis direction
  • the direction in which the divergence angle of the laser beam 3 is large is the fast axis direction.
  • the divergence angle of the laser light 3 in the slow axis direction of the light emitting layer 2 is 7 deg to 11 deg
  • the divergence angle of the laser light 3 in the fast axis direction of the light emitting layer 2 is 45 deg to 60 deg. Therefore, the slow axis direction of the light emitting layer 2 coincides with the X direction of FIG. 1, and the fast axis direction of the light emitting layer 2 coincides with the Y direction of FIG.
  • the plurality of laser beams 3 emitted from the respective emission end faces 2 a of the respective light emitting layers 2 of the LD bar 1 are collimated, that is, collimated by the beam shaping device 5.
  • the beam shaping device 5 includes a SAC 6 that is a first collimator lens that collimates a laser beam 3 that diverges in the X direction in FIG. 1, that is, the slow axis direction (hereinafter referred to as “slow axis direction X”), and the Y in FIG. FAC7, which is a second collimator lens that collimates laser light 3 that diverges in the direction, that is, the fast axis direction (hereinafter referred to as "fast axis direction Y").
  • the SAC 6 is disposed between the LD bar 1 and the FAC 7 in the optical axis direction Z.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the LD bar 1 and the beam shaping device 5 in the XZ plane orthogonal to the fast axis direction Y
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the LD bar 1 and the beam shaping device 5 in the YZ plane orthogonal to the slow axis direction X of FIG.
  • the SAC 6 is provided with a first incident surface 61 on which each laser beam 3 is incident and a first emission surface 62 from which each laser beam 3 incident on the SAC 6 is emitted.
  • the SAC 6 is arranged with the first incident surface 61 facing the LD bar 1 side and the first emission surface 62 facing the opposite side of the LD bar 1 side, that is, the FAC7 side.
  • the first incident surface 61 is a microlens array having a plurality of incident side lens surfaces 61a arranged in the slow axis direction X. Each incident side lens surface 61a is arranged in accordance with the position of each light emitting layer 2 in the slow axis direction X.
  • Each of the incident side lens surfaces 61a has a shape that is convex outward of the SAC 6 as shown in FIG. 2 in a cross section on the XZ plane orthogonal to the fast axis direction Y (hereinafter referred to as “XZ cross section”).
  • XZ cross section a cross section on the XZ plane orthogonal to the fast axis direction Y
  • YZ cross section a cross section in the YZ plane orthogonal to the slow axis direction X
  • the shape of the first emission surface 62 is a shape that is linear in the XZ section as shown in FIG. 2 and that protrudes outward of the SAC 6 in the YZ section as shown in FIG. It is. That is, the first exit surface 62 is a single lens surface that is convex outward of the SAC 6 and is a cylindrical lens surface having a generatrix along the slow axis direction X.
  • the distance from the emission end surface 2a of the light emitting layer 2 to the first incident surface 61 is equal to the focal length fs of each incident side lens surface 61a. That is, the emission end surface 2 a of each light emitting layer 2 is located at the focal position of each incident side lens surface 61 a, and the laser light 3 emitted from each emission end surface 2 a is incident on each incident side of the first incident surface 61.
  • the lens surface 61a is collimated in the slow axis direction X.
  • each laser beam 3 collimated on the first entrance surface 61 passes through without being refracted in the XZ section.
  • the respective shapes of the first entrance surface 61 and the first exit surface 62 are concentric arcs centered on a point on the exit end surface 2a of the light emitting layer 2 in the YZ cross section, as shown in FIG. ing.
  • each laser beam 3 emitted from the emission end face 2a is transmitted through the SAC 6 without being refracted. Therefore, in the YZ section, even if each laser beam 3 passes through the SAC 6, no aberration of the laser beam 3 occurs.
  • the radius of curvature Rc of the first incident surface 61 in the YZ section is equal to the focal length fs of each incident side lens surface 61a.
  • each incident side lens surface 61a in the XZ cross section becomes larger as the focal length fs of each incident side lens surface 61a becomes longer. Accordingly, the manufacture of the SAC 6 becomes easier as the focal length fs of each incident side lens surface 61a becomes longer.
  • the focal length fs is increased, the laser beams 3 from the two light emitting layers 2 adjacent to each other in the slow axis direction X are overlapped with each other, and the utilization efficiency of the laser beams 3 is reduced.
  • the focal length fs is set so that the laser light 3 emitted from one light emitting layer 2 is incident only on the one incident side lens surface 61a opposed to the adjacent incident side lens surface 61a. Is decided. That is, the focal length fs of each incident-side lens surface 61a is determined from FIG. 2 by the divergence angle ⁇ of the laser light 3 in the slow axis direction X, the pitch P between the light emitting layers 2, and the width W of the light emitting layer 2. , The value satisfies the relationship of fs ⁇ (P ⁇ W) / 2 ⁇ .
  • the upper limit of the focal length fs is approximately 850 ⁇ m.
  • the curvature radius Rc of the first incident surface 61 in the YZ cross section shown in FIG. 3 is 850 ⁇ m. If the refractive index of the SAC 6 is 1.5, the radius of curvature Rv of each incident side lens surface 61a in the XZ cross section shown in FIG. 2 is 425 ⁇ m.
  • the shape of the first emission surface 62 is an arc shape centered on a point on the emission end surface 2 a of the light emitting layer 2. Therefore, the laser beam 3 passing through the first emission surface 62 is not refracted in the YZ section.
  • the thickness of the SAC 6 can be freely selected.
  • the thickness of the SAC 6 can be several mm in order to facilitate the handling and manufacturing of the SAC 6.
  • the radius of curvature Rb of the first exit surface 62 in the YZ section is 4.0 mm.
  • FAC7 is a cylindrical lens having a generatrix along the slow axis direction X.
  • the FAC 7 is provided with a second incident surface 71 on which each laser beam 3 transmitted through the SAC 6 is incident, and a second emitting surface 72 on which each laser beam 3 incident on the FAC 7 is emitted.
  • the FAC 7 is arranged with the second incident surface 71 facing the SAC 6 and the second exit surface 72 facing the opposite side of the SAC 6.
  • the second incident surface 71 is a plane orthogonal to the optical axis direction Z. Note that the shape of the second incident surface 71 may be a cylinder shape having a generatrix with a generatrix along the slow axis direction X and a very large radius of curvature.
  • Each shape of the second incident surface 71 and the second emission surface 72 is a straight line orthogonal to the optical axis direction Z in the XZ cross section shown in FIG. Therefore, in the XZ section, each laser beam 3 that has passed through the SAC 6 passes through the FAC 7 without being refracted.
  • the second incident surface 71 has a linear shape orthogonal to the optical axis direction Z or a substantially linear shape with a large radius of curvature. , Is a shape that protrudes to the outside of the FAC7.
  • the shapes of the second incident surface 71 and the second emitting surface 72 in the YZ section are symmetric with respect to the optical axis of the light emitting layer 2.
  • the shape of the second emission surface 72 is not a simple arc shape but a non-arc shape in the YZ section. .
  • each laser beam 3 emitted from the emission end face 2a passes through the SAC 6 as if the SAC 6 does not exist, and is collimated by the FAC 7. Therefore, the design and arrangement of the FAC 7 can be performed with or without the SAC 6 in the YZ section. Thereby, the size of the FAC 7 can be selected to a size that is easy to handle and easy to manufacture within a range that does not interfere with the SAC 6.
  • SAC6 and FAC7 are made of glass. Moreover, SAC6 and FAC7 are manufactured by press molding etc. with respect to glass. For example, depending on the output of the laser beam 3 of the LD bar 1 or the wavelength of the laser beam 3, the SAC 6 and the FAC 7 can be made of resin. Therefore, for example, resin lenses obtained by injection-molding polycarbonate may be used as SAC6 and FAC7.
  • SAC6 and FAC7 are formed by transferring a mold to glass. Therefore, the shape of the die surface in the die is a shape obtained by inverting the shapes of SAC 6 and FAC 7.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a portion of the SAC mold used for press molding for the SAC 6 in FIG. 1 where a mold surface for molding the first incident surface 61 is formed.
  • FIG. 4 shows a state where the mold surface of the SAC mold is being processed.
  • the incident-side mold surface 81 for molding the first incident surface 61 has a shape obtained by inverting the shape of the first incident surface 61. Therefore, the incident-side mold surface 81 has a plurality of unit molding surfaces 81 a arranged in the slow axis direction X.
  • the shape of each unit molding surface 81a is a shape that protrudes to the outside of the SAC mold 8 in the YZ section, and a shape that is recessed to the inside of the SAC mold 8 in the XZ section.
  • each unit molding surface 81 a of the SAC mold 8 is performed by polishing the grindstone 9.
  • the shape of the grindstone 9 is a disk shape.
  • the grindstone 9 is rotatable about the axis A of the rotation axis of the grindstone 9.
  • each unit molding surface 81a is arranged with the axis A of the grindstone 9 along the slow axis direction X, and the outer peripheral portion (that is, the edge portion) 91 of the grindstone 9 is brought into contact with the unit molding surface 81a. However, it is processed by rotating the grindstone 9 about the axis A.
  • each unit molding surface 81a is processed by the grindstone 9
  • the shape of each unit molding surface 81a in the YZ cross section orthogonal to the axis A of the grindstone 9 is a shape that protrudes to the outside of the SAC mold 8, There is no restriction on the size of the radius Rw of the grindstone 9.
  • the shape of the emission side mold surface that molds the first emission surface 62 is a shape that is concave toward the inside of the SAC mold 8 in the YZ section.
  • the exit side mold surface of the SAC mold 8 can also be processed by the grindstone 9 without problems. That is, since the first incident surface 61 of the first incident surface 61 and the first emitting surface 62 of the SAC 6 is a lens array, the manufacture of the SAC 6 is facilitated.
  • the SAC 6 is arranged between the LD bar 1 and the FAC 7, and the first incident surface 61 of the SAC 6 includes a lens array in which a plurality of incident side lens surfaces 61 a are arranged in the slow axis direction X.
  • the shapes of the first entrance surface 61 and the first exit surface 62 of the SAC 6 are concentric with respect to a point on the exit end surface 2a of the light emitting layer 2 in the YZ cross section orthogonal to the slow axis direction X.
  • each of the SAC 6 and the FAC 7 is prevented from overlapping each laser beam 3 emitted from the LD bar 1 even when the pitch P between the light emitting layers 2 of the LD bar 1 is narrowed. It is possible to prevent the curvature radius of the surface of the surface from becoming too short. Thereby, it is possible to easily handle and manufacture the SAC 6 and the FAC 7 while preventing the generation of unnecessary aberrations. Further, since the SAC 6 and the FAC 7 can be easily manufactured, even if the pitch P between the light emitting layers 2 of the LD bar 1 is narrowed, the use efficiency of the laser beam 3 is prevented from being lowered, and the LD bar 1 The output of the laser beam 3 can be further increased.
  • FIG. FIG. 5 is a sectional view showing a beam shaping device and an LD bar according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the LD bar 1 is fixed to the upper surface of the heat sink 10.
  • the heat sink 10 is a copper block, for example.
  • the end face 10 a of the heat sink 10 is a plane orthogonal to the optical axis direction Z of each light emitting layer 2.
  • a part of the LD bar 1 protrudes from the end face 10a of the heat sink 10 in the optical axis direction Z, and the emission end face 2a of each light emitting layer 2 is located closer to the SAC 6 than the end face 10a of the heat sink 10. Yes.
  • the heat sink 10 is provided with a pipe (not shown) through which cooling water flows.
  • the respective shapes of the first incident surface 61 and the first emission surface 62 of the SAC 6 are concentric arcs centered on a point on the emission end surface 2a of the light emitting layer 2 in the YZ section. Therefore, it is necessary to accurately position the SAC 6 with respect to the emission end face 2a in the optical axis direction Z. Further, since the focal position of the FAC 7 needs to coincide with the emission end face 2a, the positioning of the FAC 7 with respect to the emission end face 2a needs to be accurately performed in the optical axis direction Z.
  • a pair of pedestals 63 protrude from the both ends of the SAC 6 in the fast axis direction Y to the LD bar 1 side as mounting pedestals.
  • An end face 63 a that is a plane orthogonal to the optical axis of the light emitting layer 2 is provided at the projecting end of each pedestal 63.
  • one end surface 63a of the pedestal 63 is fixed to the end surface 10a of the heat sink 10 by, for example, an adhesive. That is, the end surface 63a of one pedestal 63 is fixed to the end surface 10a of the heat sink 10, whereby the SAC 6 is positioned with respect to the emission end surface 2a of each light emitting layer 2.
  • the end surface 10a of the heat sink 10 is a reference surface for positioning in the optical axis direction Z of the SAC 6 with respect to the emission end surface 2a.
  • an adhesive for fixing the pedestal 63 to the end face 10a of the heat sink 10 for example, an acrylic ultraviolet curable resin adhesive or the like is used.
  • the pair of pedestals 63 are integrated with the same material as the SAC 6 with no boundary between the pedestals 63 and the SAC 6 by press molding using a SAC mold.
  • the amount of protrusion of the pedestal 63 from the SAC 6 depends on the SAC mold used in press molding. Since the dimensional accuracy of the mold is generally high accuracy, the error of the protrusion amount of the pedestal 63 from the SAC 6 can be extremely reduced, and the SAC 6 is positioned with respect to the emission end surface 2a with high accuracy in the optical axis direction Z. be able to.
  • the position and shape of the pair of pedestals 63 in the YZ cross section are symmetric with respect to the optical axis of the light emitting layer 2.
  • the pair of bases 63 are located on both sides of the first incident surface 61 in the fast axis direction Y.
  • the pair of pedestals 63 is provided with a pair of pedestal taper surfaces 63b that face each other in the fast axis direction Y.
  • the first incident surface 61 is exposed in a space between the pair of pedestal taper surfaces 63b.
  • the distance between the pair of pedestal taper surfaces 63b in the fast axis direction Y continuously increases toward the LD bar 1.
  • the gradient of each pedestal taper surface 63b with respect to the optical axis of the light emitting layer 2 is 2 ° to 8 °. Accordingly, when the SAC 6 is removed from the SAC mold during press molding, the first incident surface 61 of the SAC 6 is easily released from the SAC mold.
  • a pair of pedestals 73 protrude toward the SAC 6 from both ends of the FAC 7 in the fast axis direction Y.
  • the positions and shapes of the pair of pedestals 73 in the YZ section are symmetric with respect to the optical axis of the light emitting layer 2.
  • the pair of pedestals 73 are located on both sides of the second incident surface 71 in the fast axis direction Y.
  • a pair of recesses 64 into which a pair of pedestals 73 are individually fitted are provided at both ends of the SAC 6 in the fast axis direction Y.
  • each recess 64 is provided with a recess receiving surface 64a that receives the end surface 73a of the base 73 in the optical axis direction Z.
  • the recess receiving surface 64 a is a plane orthogonal to the optical axis of the light emitting layer 2.
  • each pedestal 73 is fixed to the recess receiving surface 64a of each recess 64 with, for example, an adhesive.
  • the end surface 73a of each pedestal 73 is fixed to the recess receiving surface 64a of the SAC 6, whereby the FAC 7 is positioned with respect to the recess receiving surface 64a of the SAC 6 in the optical axis direction Z. Therefore, the concave receiving surface 64a of the SAC 6 is a reference surface for positioning in the optical axis direction Z of the FAC 7 with respect to the SAC 6.
  • an adhesive for fixing the pedestal 73 to the recess receiving surface 64a of the recess 64 for example, an acrylic ultraviolet curable resin adhesive or the like is used.
  • the pair of bases 73 are integrated with the same material as FAC7 in a state where no boundary is generated between each base 73 and FAC7 by press molding using a FAC mold.
  • the amount of protrusion of the pedestal 73 from the FAC 7 depends on the FAC mold used in press molding. Since the dimensional accuracy of the mold is generally high accuracy, the error of the protrusion amount of the pedestal 73 from the FAC 7 can be extremely small, and the positioning of the FAC 7 with respect to the SAC 6 can be performed with high accuracy in the optical axis direction Z. it can.
  • the pair of pedestals 73 is provided with a pair of pedestal taper surfaces 73b facing each other in the fast axis direction Y.
  • the second incident surface 71 is exposed in a space between the pair of pedestal taper surfaces 73b.
  • the distance between the pair of pedestal taper surfaces 73b in the fast axis direction Y continuously increases toward the SAC6.
  • the slope of each pedestal taper surface 73b with respect to the optical axis of the light emitting layer 2 is 2 ° to 8 ° in the YZ section. Accordingly, when the FAC 7 is removed from the FAC mold during press molding, the second incident surface 71 of the FAC 7 is easily released from the FAC mold.
  • Each recessed portion 64 is provided with a recessed tapered surface 64b along the pedestal tapered surface 73b of the pedestal 73.
  • Each recessed tapered surface 64b is in contact with each pedestal tapered surface 73b without any gap.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the SAC 6 of FIG.
  • the SAC 6 is provided with a pair of incident side tapered surfaces 65.
  • the pair of incident side tapered surfaces 65 are located on both sides of the first incident surface 61 in the slow axis direction X and extend from the first incident surface 61.
  • the positions and shapes of the pair of incident side tapered surfaces 65 in the XZ cross section are symmetric with respect to an axis parallel to the optical axis direction Z passing through the center of the first incident surface 61.
  • each incident side tapered surface 65 is inclined with respect to the optical axis of the light emitting layer 2, and the distance between the pair of incident side tapered surfaces 65 is from the first incident surface 61 to the LD bar 1 side. It spreads continuously as it leaves.
  • the pair of incident side tapered surfaces 65 are located between the pair of pedestals 63 in the fast axis direction Y. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the pair of pedestals 63 protrude from the SAC 6, and the end surface 63a of one pedestal 63 is fixed to the end surface 10a of the heat sink 10 to which the LD bar 1 is fixed.
  • the positioning of the SAC 6 in the optical axis direction Z with respect to the single emission end face 2a can be easily and more accurately performed. As a result, it is possible to further increase the output of the laser beam 3 of the LD bar 1 while further reliably preventing a decrease in the utilization efficiency of the laser beam 3.
  • the pair of pedestals 73 protrude from the FAC 7 and the pair of recesses 64 into which the pair of pedestals 73 are individually fitted are provided in the SAC 6, the fast axis direction Y and the optical axis direction Z of the FAC 7 with respect to the SAC 6 are provided.
  • the positioning for each can be performed easily and more accurately. As a result, it is possible to further increase the output of the laser beam 3 of the LD bar 1 while further reliably preventing a decrease in the utilization efficiency of the laser beam 3.
  • the pair of pedestals 73 protruding from the FAC 7 are provided with a pair of pedestal taper surfaces 73b facing each other in the fast axis direction Y, and the pair of recesses 64 provided in the SAC 6 are pedestal tapers of the respective pedestals 73. Since the concave tapered surface 64b is provided along the surface 73b, the pair of pedestals 73 protruding from the FAC 7 can be easily fitted into the pair of concave portions 64 of the SAC 6, and the positioning of the FAC 7 with respect to the SAC 6 is further facilitated. Can do.
  • the position and shape of the pair of pedestals 63 in the YZ cross section are symmetric with respect to the optical axis of the light emitting layer 2, the accuracy of the shapes of the first incident surface 61 and the first emitting surface 62 can be improved. You can plan. Furthermore, since the position and shape of the pair of pedestals 73 in the YZ section are symmetric with respect to the optical axis of the light emitting layer 2, the accuracy of the shapes of the second incident surface 71 and the second emitting surface 72 can be improved. You can plan.
  • the SAC 6 is provided with a pair of incident-side tapered surfaces 65, and the pair of incident-side tapered surfaces 65 are located on both sides of the first incident surface 61 in the slow axis direction X.
  • a pair of incident sides is utilized by utilizing the difference between the linear expansion coefficient of the mold and the linear expansion coefficient of the glass raw material in the cooling process for the glass and mold that are the raw materials of SAC6.
  • the pair of pedestals 63 and the SAC 6 are integrated with each other without a boundary between the pair of pedestals 63 and the SAC 6. can do.
  • the number of parts and man-hours of the beam shaping device 5 can be reduced while reducing the use efficiency of the laser light 3 by positioning the SAC 6 by the pair of pedestals 63, and the cost can be reduced.
  • the pair of pedestals 73 are integrated with the FAC 7 in a state where no boundary is formed between the pair of pedestals 73 and the FAC 7, the pair of pedestals 73 and the FAC 7 are simultaneously formed by press molding using a mold. Can be manufactured. Thereby, the positioning of the FAC 7 by the pair of pedestals 73 can suppress the decrease in the utilization efficiency of the laser light 3, while reducing the number of parts and the man-hours of the beam shaping device 5, thereby reducing the cost.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state when the beam shaping device and the LD bar according to Embodiment 3 of the present invention are cut along an XZ plane orthogonal to the fast axis direction Y of the light emitting layer.
  • 8 is a cross-sectional view showing a state when the beam shaping device and the LD bar of FIG. 7 are cut along a YZ plane orthogonal to the slow axis direction X of the light emitting layer.
  • the beam shaping device 5 includes a first SAC / FAC 11 that is an integrated lens that integrates the function of collimating the laser beam 3 in the slow axis direction X and the function of collimating the laser beam 3 in the fast axis direction Y. As a collimator lens. Therefore, in the beam shaping device 5 according to the present embodiment, only the first collimator lens exists, and the second collimator lens does not exist.
  • the SAC / FAC 11 is provided with a first incident surface 111 on which each laser beam 3 is incident and a first emission surface 112 on which each laser beam 3 incident on the SAC / FAC 11 is emitted.
  • the SAC / FAC 11 is arranged with the first incident surface 111 facing the LD bar 1 side and the first emitting surface 112 facing the opposite side of the LD bar 1 side.
  • the SAC / FAC11 is formed by press molding using a mold.
  • the first incident surface 111 is a surface having the same function as that of the SAC 6 in the first embodiment.
  • the configuration of the first incident surface 111 is the same as that of the first incident surface 61 of the SAC 6 in the first embodiment. That is, the first incident surface 111 is a microlens array having a plurality of incident-side lens surfaces 111 a arranged in the slow axis direction X. Each incident side lens surface 111a is arranged in accordance with the position of each light emitting layer 2 in the slow axis direction X.
  • Each of the incident-side lens surfaces 111a has a shape that protrudes outward from the SAC / FAC11 as shown in FIG. 7 in the XZ section, and in the YZ section, as shown in FIG. 8, the SAC / FAC11. It is the shape which becomes concave inside. Accordingly, the first incident surface 111 is a surface having a function of collimating each laser beam 3 in the slow axis direction X.
  • the distance from the emission end surface 2a of the light emitting layer 2 to the first incident surface 111 is equal to the focal length fs of each incident side lens surface 111a. That is, the emission end surface 2 a of each light emitting layer 2 is located at the focal position of each incident side lens surface 111 a, and the laser light 3 emitted from each emission end surface 2 a is incident on each incident side of the first incident surface 111.
  • the lens surface 111a is collimated in the slow axis direction X.
  • the shape of the first incident surface 111 has an arc shape centered on a point on the emission end surface 2a of the light emitting layer 2, as shown in FIG. Thereby, in the YZ section, each laser beam 3 emitted from the emission end face 2a is transmitted through the first incident surface 111 without being refracted. That is, in the YZ section, even if each laser beam 3 passes through the first incident surface 111, the aberration of the laser beam 3 does not occur. Further, the curvature radius Rc of the first incident surface 111 in the YZ section is equal to the focal length fs of each incident side lens surface 111a.
  • the first emission surface 112 is a surface having the same function as the function of the FAC 7 in the first embodiment.
  • the shape of the first exit surface 112 is a shape that is linear as shown in FIG. 7 in the XZ section and is convex outward of the SAC / FAC 11 in the YZ section as shown in FIG. That is, the first exit surface 112 is a lens surface that is convex toward the outside of the SAC / FAC 11 and is a cylindrical lens surface having a generatrix along the slow axis direction X.
  • each laser beam 3 incident on the SAC / FAC 11 from the first incident surface 111 is emitted from the SAC / FAC 11 without being refracted by the first emission surface 112 in the XZ section, and is first in the YZ section.
  • the light is collimated at 112 and emitted from the SAC / FAC 11. That is, each laser beam 3 incident on the SAC / FAC 11 from the first incident surface 111 is collimated in the fast axis direction Y on the first emission surface 112 when passing through the first emission surface 112.
  • the shape of the first emission surface 112 is not a simple arc shape in the YZ section. It has a non-arc shape.
  • the shape of the first emission surface 112 in the YZ cross section is desirably an elliptical shape having a long axis coinciding with the optical axis direction Z. If the shape of the first emission surface 112 in the YZ cross section is an elliptical shape having a long axis coinciding with the optical axis direction Z, the laser beam 3 can be collimated on the first emission surface 112 with higher accuracy.
  • the refractive index of the SAC / FAC 11 increases, the curvature of the first emission surface 112 becomes gentle, and the emission angle of the laser light 3 from the first emission surface 112 (that is, the first emission surface). The angle formed between the laser light 3 collimated at 112 and the surface normal of the first emission surface 112 is reduced. When the emission angle of the laser beam 3 from the first emission surface 112 is reduced, the loss of the laser beam 3 on the first emission surface 112 is reduced. Therefore, it is preferable that the refractive index of the SAC / FAC11 is higher. In this example, the refractive index of SAC / FAC11 is 1.7 or more. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the shape of the first incident surface 111 of the SAC / FAC 11 is an arc shape centered on a point on the emission end surface 2 a of the light emitting layer 2 in the YZ section, and the SAC / FAC 11.
  • the first exit surface 112 has a non-arc shape in the YZ section, and the first entrance surface 111 of the SAC / FAC 11 includes a lens array in which a plurality of entrance-side lens surfaces 111a are arranged in the slow axis direction X.
  • the laser beam 3 in the slow axis direction X is collimated by the first incident surface 111, and the fast axis direction Y is collimated.
  • the laser beam 3 can be collimated at the first emission surface 112.
  • the laser light 3 can be collimated by one SAC / FAC11 in both the slow axis direction X and the fast axis direction Y, and the number of parts can be reduced.
  • the laser light 3 is collimated by one SAC / FAC11, the positioning operation and the fixing operation between the SAC6 and the FAC7 as in the first and second embodiments are not necessary, and the number of man-hours can be reduced. Cost can be reduced.
  • the first incident surface 61, the first exit surface 62, the second entrance surface 71, and the second exit surface 72 are arranged.
  • the laser beam 3 is transmitted through the four surfaces, in the present embodiment, the laser beam 3 is transmitted through only two surfaces of the first incident surface 111 and the first emission surface 112 of the SAC / FAC 11. Therefore, the number of surfaces through which the laser beam 3 is transmitted can be reduced, and the utilization efficiency of the laser beam 3 can be further increased as compared with the first and second embodiments.
  • the refractive index of the SAC / FAC11 is 1.7 or more, the curvature of the first exit surface 112 of the SAC / FAC11 can be made gentle, and the loss of the laser light 3 on the first exit surface 112 is lost. Can be reduced.
  • the SAC / FAC11 is formed by press molding using a mold, an error in the position of the first emission surface 112 with respect to the first incident surface 111 can be extremely reduced, and the SAC / FAC11 The accuracy of beam shaping can be increased.
  • the pair of pedestals 63 shown in the second embodiment is not provided in the SAC / FAC 11.
  • the pair of pedestals 63 is provided from both ends in the fast axis direction Y of the SAC / FAC 11 to the LD bar 1 side. You may make it protrude.
  • the pair of pedestals 63 is integrated with the SAC / FAC11 in a state where no boundary is generated between the pair of pedestals 63 and the SAC / FAC11. In this way, the manufacturing and handling of the SAC / FAC 11 can be facilitated as in the second embodiment, and the end surface 63a of one pedestal 63 is attached to the end surface 10a of the heat sink 10 to which the LD bar 1 is fixed. By fixing, the positioning of the SAC / FAC 11 with respect to the LD bar 1 can be easily and more accurately performed.
  • a pair of incident side tapered surfaces 65 inclined with respect to the optical axis direction Z may be provided in the SAC / FAC 11 as in the second embodiment.
  • the pair of incident-side tapered surfaces 65 are formed on both sides of the first incident surface 111 in the slow axis direction X.
  • the pair of incident side tapered surfaces 65 is formed so that the distance between the pair of incident side tapered surfaces 65 continuously increases as the distance from the first incident surface 111 toward the LD bar 1 increases.
  • SAC / FAC11 is formed.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state when the beam shaping device and the LD bar according to Embodiment 4 of the present invention are cut along an XZ plane orthogonal to the fast axis direction Y of the light emitting layer.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state where the beam shaping device and the LD bar of FIG. 9 are cut along a YZ plane orthogonal to the slow axis direction X of the light emitting layer.
  • the first exit surface 62 is a microlens array having a plurality of exit side lens surfaces 62 a arranged in the slow axis direction X of the light emitting layer 2. Each exit-side lens surface 62a is arranged in accordance with the position of each entrance-side lens surface 61a of the first entrance surface 61 in the slow axis direction X.
  • each exit-side lens surface 62a is convex to the outside of the SAC 6 in the XZ section, and is convex to the outside of the SAC 6 in the YZ section as shown in FIG. Shape. Further, the radius of curvature of each exit-side lens surface 62a in the XZ section is different from the radius of curvature of each incident-side lens surface 61a in the XZ section. Furthermore, the respective shapes of the first incident surface 61 and the first emission surface 62 are concentric with respect to the YZ cross section centering on a point on the emission end surface 2a of the light emitting layer 2 as in the first and second embodiments. It has an arc shape.
  • the first incident surface 61 of the SAC 6 is the same surface as the first incident surface 61 of the first embodiment, and the focal length fs of the incident side lens surface 61a is the same as that of the first embodiment. is there.
  • the focal length of the exit side lens surface 62a is fs ⁇ P / W
  • the entrance side lens surface 61a
  • the exit-side lens surface 62a is n ⁇ fs ⁇ (1 + P / W).
  • n is the refractive index of SAC6.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the fill factor F W / P
  • the residual divergence angle of the laser light 3 transmitted through the SAC 6 increases in the slow axis direction X.
  • the fill factor F exceeds 50%
  • the remaining divergence angle of the laser light 3 transmitted through the SAC 6 becomes larger than the divergence angle of the laser light 3 when emitted from the emission end face 2 a of the light emitting layer 2.
  • the first emission surface 62 is a lens array having a plurality of emission side lens surfaces 62a arranged in the slow axis direction X of the light emitting layer 2. As a result, the remaining divergence angle of the laser beam 3 transmitted through the SAC 6 is reduced.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view showing one light emitting layer 2 of FIG. 2 and a portion of the SAC 6 facing the one light emitting layer 2 in the optical axis direction Z.
  • FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing one light emitting layer 2 of FIG. 9 and a portion of the SAC 6 that faces the one light emitting layer 2 in the optical axis direction Z.
  • FIG. 11 shows the remaining divergence angle ⁇ in the slow axis direction X of the laser light 3 transmitted through the SAC 6 of the beam shaping device 5 shown in the first embodiment
  • FIG. 12 shows the present embodiment. The remaining divergence angle ⁇ with respect to the slow axis direction X of the laser light 3 transmitted through the SAC 6 of the beam shaping device 5 shown is shown.
  • the laser light 3a (broken line) emitted from the central point of the emission end face 2a of the light emitting layer 2 with a divergence angle ⁇ is collimated by the incident side lens face 61a of the SAC 6. Therefore, in the first embodiment, the laser light 3b (solid line) emitted in parallel from the points at both ends of the width W of the light emitting layer 2 generates the residual divergence angle ⁇ in the XZ section. In the first embodiment, the laser light 3b emitted in parallel from both ends of the width W of the light emitting layer 2 is focused on the incident-side lens surface 61a as shown in FIG. 11 where the refractive index of the SAC 6 is n.
  • the laser light 3b solid line
  • the laser light 3a (broken line) emitted from the central point on the emission end face 2a of the light emitting layer 2 with a divergence angle ⁇ generates a residual divergence angle ⁇ in the XZ section.
  • FIG. 13 is a graph comparing the relationship between the remaining divergence angle ⁇ and the fill factor F in the slow axis direction X between the first embodiment and the present embodiment.
  • the residual divergence angle ⁇ on the vertical axis is shown as a multiple of the divergence angle ⁇ at the emission end face 2 a of the light emitting layer 2.
  • the relationship between the remaining divergence angle ⁇ and the fill factor F of the present embodiment is indicated by a solid line
  • the relationship between the remaining divergence angle ⁇ and the fill factor F of Embodiment 1 is indicated by a broken line.
  • FIG. 13 shows that the remaining divergence angle ⁇ of the present embodiment is smaller than the remaining divergence angle ⁇ of the first embodiment. It can also be seen that the increase in the remaining divergence angle ⁇ is suppressed more in the present embodiment than in the first embodiment even if the value of the fill factor F is increased.
  • the first exit surface 62 of the SAC 6 has a plurality of exit side lens surfaces 62a arranged in the slow axis direction X of the light emitting layer 2, and the shape of each exit side lens surface 62a. Is a shape that protrudes outward of the SAC 6 in the XZ section and also protrudes outward of the SAC 6 in the YZ section, so that the residual divergence angle ⁇ of the laser light 3 is made smaller than that in the first embodiment. be able to. Thereby, the loss of the laser beam 3 after passing through the SAC 6 can be reduced, and the utilization efficiency of the laser beam 3 can be further increased.
  • each exit side lens surface 62a is fs ⁇ P / W, but the focal length of each exit side lens surface 62a is not limited to this, and each exit side lens surface 62a. Is a shape that protrudes outward from the SAC 6 in the XZ section, the remaining divergence angle ⁇ can be made smaller than that of the first embodiment.
  • the pair of pedestals 63 shown in the second embodiment is not provided in the SAC 6. However, even if the pair of pedestals 63 protrude from the both ends of the fast axis direction Y of the SAC 6 to the LD bar 1 side. Good. In this case, the pair of bases 63 are integrated with the SAC 6 in a state where no boundary is generated between the pair of bases 63 and the SAC 6. In this way, the manufacturing and handling of the SAC 6 can be facilitated, and the positioning of the SAC 6 with respect to the LD bar 1 can be easily and more accurately performed.
  • the pair of pedestals 73 protrude from the both ends of the FAC 7 in the fast axis direction Y to the SAC 6 side, and the pair of recesses 64 into which the pair of pedestals 73 are fitted is provided in the SAC 6. May be.
  • the pair of pedestals 73 is integrated with the FAC 7 in a state where no boundary is generated between the pair of pedestals 73 and the FAC 7. In this way, the manufacture and handling of the FAC7 can be facilitated, and the positioning of the FAC7 with respect to the SAC6 can be easily and more accurately performed.
  • a pair of incident side tapered surfaces 65 inclined with respect to the optical axis direction Z may be provided in the SAC 6 as in the second embodiment.
  • the pair of incident side tapered surfaces 65 are formed on both sides of the first incident surface 61 in the slow axis direction X.
  • the pair of incident side tapered surfaces 65 is formed so that the distance between the pair of incident side tapered surfaces 65 continuously increases as the distance from the first incident surface 61 toward the LD bar 1 is increased. SAC6 is formed.
  • FIG. FIG. 14 is a diagram showing a state when the laser oscillator according to the fifth embodiment of the present invention is viewed along the fast axis direction Y of the light emitting layer.
  • the laser oscillator 200 is a wavelength-coupled laser oscillator in which an external resonator structure is provided for the beam supply device 201 that supplies a plurality of collimated laser beams 3. That is, the laser oscillator 200 includes a beam supply device 201, a condensing element 202, a wavelength coupling element 203, and a partial reflection mirror 204.
  • the condensing element 202 is disposed between the beam supply device 201 and the partial reflection mirror 204 in the traveling direction of each laser beam 3.
  • the wavelength coupling element 203 is disposed between the condensing element 202 and the partial reflection mirror 204 in the traveling direction of each laser beam 3.
  • the beam supply device 201 includes an LD bar 1 and a beam shaping device 5.
  • the configurations and arrangements of the LD bar 1 and the beam shaping device 5 are the same as those in the first embodiment.
  • the end surface opposite to the emission end surface 2 a of the light emitting layer 2 is a reflection end surface 2 b that reflects the laser light 3.
  • Each laser beam 3 emitted from the emission end face 2 a of the LD bar 1 is collimated by the beam shaping device 5 and then proceeds to the condensing element 202.
  • the condensing element 202 collimates, that is, collimates each laser beam 3 spread by diffraction from the beam supply device 201 and collects the chief rays of each laser beam 3 at one point on the wavelength coupling element 203.
  • a lens having at least a convex power in the slow axis direction X is used as the condensing element 202.
  • the wavelength coupling element 203 is a diffraction grating, for example.
  • the wavelength coupling element 203 diffracts each laser beam 3 in which the chief rays are collected at one point by the condensing element 202, for example, in the first-order diffraction direction.
  • the partial reflection mirror 204 reflects a part of each laser beam 3 diffracted by the wavelength coupling element 203 in the direction opposite to the traveling direction of the laser beam 3 and transmits the rest of each laser beam 3.
  • the laser beam 3 reflected by the partial reflection mirror 204 passes through the traveling optical path in the reverse direction, and passes through the wavelength coupling element 203, the condensing element 202, and the beam shaping device 5 in this order, and emits each laser beam 3. Return to the respective light emitting layers 2.
  • the laser light 3 that has returned to each light emitting layer 2 passes through the light emitting layer 2 and is reflected by the reflection end face 2b, and again from the emission end face 2a of the light emitting layer 2, the beam shaping device 5, the condensing element 202, and the wavelength coupling element. It passes in order of 203 and reaches the partially reflecting mirror 204.
  • the laser oscillator 200 is a resonator that resonates the laser light 3 between the reflection end face 2 b of the light emitting layer 2 and the partial reflection mirror 204 using the light emitting layer 2 as an oscillation source that is a gain medium.
  • the incident angle of the laser light 3 emitted from each light emitting layer 2 with respect to the wavelength coupling element 203 is determined based on the positions of the LD bar 1, the condensing element 202, and the wavelength coupling element 203.
  • the laser beam 3 diffracted by the wavelength coupling element 203 that is, the emission angle of the laser beam 3 emitted from the wavelength coupling element 203 is such that the laser beam 3 is perpendicularly incident and vertically reflected on the partial reflection mirror 204. It is determined.
  • the laser oscillator 200 automatically selects a wavelength that can be oscillated, and the laser light 3 having the selected wavelength is oscillated from the laser oscillator 200.
  • Each laser beam 3 emitted from each light emitting layer 2 has a slightly different wavelength, and the wavelength of each laser beam 3 changes stepwise along the slow axis direction X.
  • the state of the laser beam 3 passing between the wavelength coupling element 203 and the partial reflection mirror 204 is a state in which laser beams having a plurality of wavelengths are superimposed as one laser beam. Thereby, the laser beam transmitted through the partial reflection mirror 204 and emitted from the laser oscillator 200 becomes one multi-wavelength laser beam.
  • the beam shaping device 5 In such a laser oscillator 200, the beam shaping device 5 according to the first embodiment is used. Therefore, the laser oscillator 200 can be easily handled and manufactured, and the cost of the laser oscillator 200 can be reduced. Therefore, the utilization efficiency of the laser beam 3 in the laser oscillator 200 can be increased. Further, since the FAC 7 can select an arbitrary focal length, the adjustment sensitivity of the laser oscillator 200 can be relaxed by increasing the focal length of the FAC 7. Thereby, it is possible to obtain a stable laser oscillator 200 that is strong against disturbances such as temperature changes.
  • FIG. FIG. 15 is a diagram showing a state when the laser oscillator according to the sixth embodiment of the present invention is viewed along the fast axis direction Y of the light emitting layer.
  • the beam supply device 201 includes an LD bar 1, a beam shaping device 5, and an optical path conversion element 205.
  • the configurations and arrangements of the LD bar 1 and the beam shaping device 5 are the same as those in the first embodiment.
  • the optical path conversion element 205 is disposed between the beam shaping device 5 and the condensing element 202 in the traveling direction of each laser beam 3.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state when the optical path conversion element 205 in FIG. 15 is cut along an XZ plane orthogonal to the fast axis direction Y.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a state when the optical path conversion element 205 in FIG. 15 is viewed along the optical axis direction Z.
  • the optical path conversion element 205 is provided with an element incident surface 215 on which each laser beam 3 is incident, and an element emission surface 225 from which each laser beam 3 incident on the optical path conversion element 205 is emitted.
  • the optical path conversion element 205 is arranged with the element incident surface 215 facing the beam shaping device 5 side and the element emission surface 225 facing the side opposite to the beam shaping device 5 side, that is, the wavelength coupling element 203 side. .
  • the element incident surface 215 is a microlens array having a plurality of incident side lens surfaces 215 a arranged in the slow axis direction X of the light emitting layer 2.
  • the element exit surface 225 is a microlens array having a plurality of exit side lens surfaces 225 a arranged in the slow axis direction X of the light emitting layer 2.
  • Each incident-side lens surface 215a and each emission-side lens surface 225a are arranged in alignment with each other in the slow axis direction X.
  • the shapes of the incident side lens surfaces 215a and the output side lens surfaces 225a are the same.
  • each shape of each incident side lens surface 215a and each output side lens surface 225a is a cylinder shape having a generatrix along the direction of 45 deg in the XY plane.
  • each shape of each incident side lens surface 215a and each output side lens surface 225a in a cross section perpendicular to the generatrix is an arc shape or a non-arc shape that is convex outward of the optical path conversion element 205.
  • the optical path conversion element 205 emits the light beam from the element output surface 225 by switching the slow axis direction and the fast axis direction of the light beam incident from the element incident surface 215.
  • the optical path conversion element 205 rotates the laser beam 3 by 90 degrees around the optical axis direction Z, and switches the slow axis direction and the fast axis direction of the laser beam 3.
  • the slow axis direction of the laser beam 3 coincides with the X direction before entering the optical path conversion element 205, but coincides with the Y direction after exiting from the optical path conversion element 205.
  • the fast axis direction of the laser beam 3 coincides with the Y direction before entering the optical path conversion element 205, but coincides with the X direction after exiting from the optical path conversion element 205.
  • Each laser beam 3 from the beam shaping device 5 reaches the condensing element 202 after switching the slow axis direction and the fast axis direction by the optical path conversion element 205.
  • Other configurations are the same as those of the fifth embodiment.
  • the beam supply device 201 includes the optical path conversion element 205 disposed between the beam shaping device 5 and the condensing element 202, so that each laser beam from the beam shaping device 5 is obtained.
  • the laser axis 3 can be made incident on the condensing element 202 by switching the slow axis direction and the fast axis direction of the laser beam 3, and the laser oscillator 200 can be downsized. Further, since the laser light 3 collimated by the beam shaping device 5 in each of the slow axis direction and the fast axis direction is incident on the optical path conversion element 205, the slow axis direction and the fast axis direction of each laser light 3 are accurately switched.
  • the laser beam 3 with good quality can be emitted from the laser oscillator 200. Further, since the laser light 3 collimated by the beam shaping device 5 in each of the slow axis direction and the fast axis direction is incident on the optical path conversion element 205, the laser light 3 when the laser light 3 passes through the optical path conversion element 205. It is also possible to suppress the occurrence of vignetting. For this reason, the laser oscillator 200 with high utilization efficiency of the laser beam 3 can be obtained.
  • FIG. FIG. 18 is a diagram showing a state when the laser oscillator according to the seventh embodiment of the present invention is viewed along the fast axis direction Y of the light emitting layer.
  • an optical system element is not disposed between the light condensing element 202 and the wavelength coupling element 203, but a ⁇ / 2 plate (HWP: Half) is disposed between the light condensing element 202 and the wavelength coupling element 203.
  • -Wave Plate may be arranged.
  • the ⁇ / 2 plate 206 rotates the polarization direction of each laser beam 3 by 90 degrees around the optical axis direction Z.
  • each laser beam 3 emitted from the condensing element 202 is incident on the wavelength coupling element 203 after the polarization direction is rotated by 90 deg around the optical axis direction Z by the ⁇ / 2 plate 206.
  • Other configurations are the same as those of the sixth embodiment. Thereby, the diffraction efficiency of each laser beam 3 in the wavelength coupling element 203 can be easily increased, and the utilization efficiency of the laser beam 3 in the laser oscillator 200 can be further increased.
  • the beam shaping device 5 having the same configuration as that of the first embodiment is included in the beam supply device 201. However, the same configuration as that of any of the second to fourth embodiments is used.
  • the beam shaping device 5 may be included in the beam supply device 201.
  • the number of beam supply apparatuses 201 is only one, but the number of beam supply apparatuses 201 may be plural.
  • each of the plurality of beam supply devices 201 is arranged at a position where the chief rays of the respective laser beams 3 gather at one point on the wavelength coupling element 203. In this way, since the laser beams 3 from the plurality of LD bars 1 can be superimposed on one laser beam, a laser oscillator 200 with higher output can be obtained.
  • 1 LD bar 2 light emitting layer (light emitting part), 2a emission end face, 3 laser light, 5 beam shaping device, 6 SAC (first collimator lens), 7 FAC (second collimator lens), 11 SAC / FAC ( (First collimator lens), 61, first incident surface, 61a, incident side lens surface, 62, first exit surface, 62a, exit side lens surface, 63 pedestal (mounting base), 64 recess, 64b recess taper surface, 65 Incident side tapered surface, 73 pedestal, 73b pedestal tapered surface, 111 first incident surface, 111a incident side lens surface, 112 first emission surface, 200 laser oscillator, 201 beam supply device, 202 condensing element, 203 wavelength coupling Element, 204 partial reflection mirror, 205 optical path conversion element, 206 ⁇ / 2 plate.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

ビーム整形装置は、ＳＡＣ及びＦＡＣを有している。ＳＡＣは、ＬＤバーとＦＡＣとの間に配置されている。ＳＡＣには、第１の入射面と第１の出射面とが設けられている。第１の入射面は、遅軸方向Ｘへ並んでいる複数の入射側レンズ面を有している。各入射側レンズ面の形状は、速軸方向Ｙに直交する断面においてＳＡＣの外側へ凸になる形状であり、かつ遅軸方向Ｘに直交する断面においてＳＡＣの内側へ凹になる形状である。第１の入射面及び第１の出射面のそれぞれの形状は、遅軸方向Ｘに直交する断面において、発光層の出射端面上の点を中心とする同心の円弧状である。

Description

ビーム整形装置、及びレーザ発振器
　この発明は、発光装置からのレーザ光をコリメートするビーム整形装置、及びレーザ発振器に関するものである。
　例えば部材の切断又は部材同士の溶接等に用いられるレーザのうち、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ファイバレーザ等は、半導体レーザ（ＬＤ）を励起光源としている。例えば８００ｎｍ帯又は９００ｎｍ帯の波長を持つ半導体レーザの励起光は、光ファイバを介して又は直接、レーザ媒質に照射され、１０００ｎｍ帯の波長を持つ発振光に変換される。また、近年では、９００ｎｍ帯又は１０００ｎｍ帯の波長を持つ半導体レーザのレーザ光を部材の加工に直接用いるケースも見られるようになっている。
　部材の加工には高エネルギーのレーザ光が必要になるので、励起光を発生する半導体レーザにも高出力化が求められている。そこで、半導体レーザの高出力化を図るために、半導体素子の発光層（活性層ストライプ）を一次元方向へ複数並べたＬＤバーが用いられている。例えば、幅５０μｍ～２００μｍの発光層が等ピッチに並べられた幅１０ｍｍ程度のＬＤバーでは、各発光層の端面から１０本～５０本のレーザ光が平行に出射される。このようなＬＤバーでは数１０Ｗの出力が得られ、近年では数１００Ｗを出力するＬＤバーも入手可能になっている。
　上記のＬＤバーから出射されるレーザ光を、例えば光ファイバに入射させたり、又は加工対象に直接照射したりして用いる場合、レーザ光を一度、平行化、即ちコリメートすることが一般的である。半導体素子の発光層の幅は５０μｍ～２００μｍであるのに対して、半導体素子の発光層の厚さは１μｍ程度であることから、レーザ光の発散角は、発光層の幅方向について７ｄｅｇ～１１ｄｅｇであるのに対して、発光層の厚さ方向については４５ｄｅｇ～６０ｄｅｇであり、幅方向と厚さ方向とで大きく異なっている。レーザ光の発散角が大きい厚さ方向を速軸方向と呼び、レーザ光の発散角が小さい幅方向を遅軸方向と呼んでいる。
　従来、半導体レーザから出射される複数のレーザ光をコリメートするために、シリンドリカルレンズを速軸方向と遅軸方向とで別々に配置し、かつ遅軸方向については各レーザ光に対応する複数のシリンドリカルレンズを並べたシリンドリカルレンズアレイを形成しているビーム整形装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような従来のビーム整形装置では、複数の発光層から出射されたレーザ光を遅軸方向について個別にコリメートすることができ、かつレーザ光を速軸方向と遅軸方向とで別々にコリメートすることができる。速軸方向のコリメータレンズをＦＡＣ（Ｆａｓｔ　Ａｘｉｓ　Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）と呼び、遅軸方向のコリメータレンズをＳＡＣ（Ｓｌｏｗ　Ａｘｉｓ　Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）と呼んでいる。
　また、従来、ＬＤバーから出射されるレーザ光をコリメートするために、ＦＡＣを透過した各レーザ光を、光路変換素子によって光軸回りに９０ｄｅｇだけ回転させて速軸方向と遅軸方向とを入れ替えた後、ＳＡＣに入射させるビーム整形装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような従来のビーム整形装置では、レーザ媒質に照射するとき、又は光ファイバに入射させるときのレーザ光における速軸方向と遅軸方向との品質の差異、即ちレーザ光の幅及び発散角の差が小さく抑えられる。
米国特許第５８６１９９２号 特開平７－９８４０２号公報
　半導体レーザから出射されるレーザ光の発散角は、遅軸方向よりも速軸方向のほうが大きい。従って、特許文献１及び２に示されているビーム整形装置では、ＦＡＣがＳＡＣよりもＬＤバーに近い位置に配置されている。
　近年、ＬＤバーの高出力化が進み、数１００Ｗを出力するＬＤバーも得られるようになっている。このような高出力のＬＤバーでは、発光層の数が多くなるので、その分だけ各発光層間のピッチが狭くなる。例えば、発光層の幅１００μｍに対して各発光層間のピッチが２００μｍとなっており、幅１０ｍｍのＬＤバーに５０本近い発光層が並べられる。これにより、高出力のＬＤバーでは、各発光層間のピッチに対する発光層の幅の占める割合、即ちフィルファクタが大きくなる。
　ＬＤバーでは各発光層が遅軸方向へ並んでいるので、各発光層間のピッチが狭くなると、互いに隣り合うそれぞれの発光層からのレーザ光が、ＬＤバーの端面から比較的短い距離で、互いに重なり始めてしまう。従って、レーザ光の重なりが生じるまでにレーザ光をコリメートするためには、ＳＡＣの焦点距離を短くし、ＳＡＣをより微細なシリンドリカルレンズアレイにする必要がある。この場合、ＬＤバーとＳＡＣとの間に配置されるＦＡＣの焦点距離はさらに短くなり、ＦＡＣのレンズ面の曲率半径は０．１ｍｍ程度にまで小さくなることもある。ＦＡＣの長さはＬＤバーの幅以上の長さにする必要があるため、ＦＡＣは非常に細長い形状のシリンドリカルレンズとなる。このようなレンズの取り扱いは難しく、細心の注意を必要とする。また、ＦＡＣのレンズ面の曲率半径が小さくなるので、ＦＡＣの成形及び研磨に手間がかかってしまいＦＡＣの製造も難しくなってしまう。今後、ＬＤバーの高出力化及び各発光層間の狭ピッチ化がさらに進むと、ＳＡＣ及びＦＡＣの取り扱い及び製造の難しさがさらに増すことになる。
　ＳＡＣ及びＦＡＣの取り扱い及び製造を容易にするために、ＳＡＣ及びＦＡＣを大きくすると、ＬＤバーからＳＡＣまでの距離が拡大してしまい、ＳＡＣのシリンドリカルレンズアレイのうち、発光層に対向するシリンダ面だけでなく隣のシリンダ面にもレーザ光が入射してしまう。従って、レーザ光のうち隣のシリンダ面に入射した分は意図しない方向へ出射されるため、ＳＡＣを透過した後のレーザ光の利用効率が低下してしまう。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、取り扱い及び製造を容易にすることができるとともに、レーザ光の利用効率の低下を防止することができるビーム整形装置、及びレーザ発振器を得ることを目的とする。
　この発明によるビーム整形装置は、発光装置において第１の方向へ並んでいる複数の発光部のそれぞれの出射端面から、第１の方向に直交する光軸方向へ出射される複数のレーザ光をコリメートするビーム整形装置であって、第１の方向に発散するレーザ光をコリメートする第１のコリメータレンズ、及び光軸方向及び第１の方向のいずれにも直交する方向である第２の方向に発散するレーザ光をコリメートする第２のコリメータレンズを備え、第１のコリメータレンズは、発光装置と第２のコリメータレンズとの間に配置され、第１のコリメータレンズには、レーザ光が入射する第１の入射面と、レーザ光が出射する第１の出射面とが設けられており、第１の入射面は、第１の方向へ並んでいる複数の入射側レンズ面を有し、各入射側レンズ面の形状は、第２の方向に直交する断面において第１のコリメータレンズの外側へ凸になる形状であって、かつ第１の方向に直交する断面において第１のコリメータレンズの内側へ凹になる形状であり、第１の入射面及び第１の出射面のそれぞれの形状は、第１の方向に直交する断面において、発光部の出射端面上の点を中心とする同心の円弧状である。
　この発明によるビーム整形装置、及びレーザ発振器によれば、第１のコリメータレンズ及び第２のコリメータレンズの取り扱い及び製造を容易にすることができる。また、各発光部間のピッチが狭くなっても、不要な収差の発生を防止することができ、レーザ光の利用効率の低下を防止することができる。
この発明の実施の形態１によるビーム整形装置及びＬＤバーを示す斜視図である。 図１の速軸方向Ｙに直交するＸＺ平面におけるＬＤバー及びビーム整形装置を示す断面図である。 図１の遅軸方向Ｘに直交するＹＺ平面におけるＬＤバー及びビーム整形装置を示す断面図である。 図１のＳＡＣに対するプレス成型に用いるＳＡＣ用金型のうち、第１の入射面を成型する金型面が形成されている部分を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２によるビーム整形装置及びＬＤバーを示す断面図である。 図５のＳＡＣを示す斜視図である。 この発明の実施の形態３によるビーム整形装置及びＬＤバーを、発光層の速軸方向Ｙに直交するＸＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。 図７のビーム整形装置及びＬＤバーを、発光層の遅軸方向Ｘに直交するＹＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態４によるビーム整形装置及びＬＤバーを、発光層の速軸方向Ｙに直交するＸＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。 図９のビーム整形装置及びＬＤバーを、発光層の遅軸方向Ｘに直交するＹＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。 図２の１本分の発光層と、１本分の発光層に光軸方向Ｚについて対向するＳＡＣの部分とを示す拡大断面図である。 図９の１本分の発光層と、１本分の発光層に光軸方向Ｚについて対向するＳＡＣの部分とを示す拡大断面図である。 遅軸方向Ｘについての残存発散角ξとフィルファクタＦとの関係を、実施の形態１と実施の形態４とで比較するグラフである。 この発明の実施の形態５によるレーザ発振器を発光層の速軸方向Ｙに沿って見たときの状態を示す図である。 この発明の実施の形態６によるレーザ発振器を発光層の速軸方向Ｙに沿って見たときの状態を示す図である。 図１５の光路変換素子を、速軸方向Ｙに直交するＸＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。 図１５の光路変換素子を光軸方向Ｚに沿って見たときの状態を示す図である。 この発明の実施の形態７によるレーザ発振器を発光層の速軸方向Ｙに沿って見たときの状態を示す図である。
　以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１によるビーム整形装置及びＬＤバーを示す斜視図である。図において、発光装置であるＬＤバー１は、レーザ光３をそれぞれ出射する複数の発光層２が発光部として設けられている半導体レーザである。ＬＤバー１は、リソグラフィに代表される半導体プロセスをＩｎＧａＡｓ基板又はＡｌＧａＡｓ基板に対して実施することにより製造される。なお、図１では、ＬＤバー１を冷却するためのヒートシンク、ＬＤバー１とヒートシンクとの間に介在するサブマウント、ＬＤバー１への通電のための電極及び金ワイヤの図示を省略している。
　各発光層２は、図１のＸ方向（一次元方向）である第１の方向へ互いに間隔を置いて並んでいる。この例では、１０本～５０本程度の発光層２が図１のＸ方向へ等ピッチＰで並んでいる。なお、図１では、簡単のため、発光層２の数を７本にしている。各発光層２のそれぞれの光軸は、図１のＸ方向にそれぞれ直交し、かつ互いに平行になっている。各発光層２の光軸に沿った方向は、図１のＺ方向と一致している。レーザ光３は、発光層２の出射端面２ａから、発光層２の光軸に沿った方向、即ち図１のＺ方向（以下、「光軸方向Ｚ」という）へ出射される。各発光層２の出射端面２ａは、図１のＸ方向に沿った直線上に並んでいる。
　各発光層２の幅Ｗは、発光層２の厚さよりも大きくなっている。この例では、各発光層２の幅Ｗが５０μｍ～２００μｍ程度になっており、各発光層２の厚さが１μｍ程度になっている。なお、発光層２の幅Ｗを発光層２のピッチＰで割った値Ｗ／Ｐは、フィルファクタＦと呼ばれている。
　各発光層２は、各発光層２が並ぶ方向である図１のＸ方向に発光層２の幅方向を一致させ、図１のＸ方向及び光軸方向Ｚのいずれにも直交する第２の方向であるＹ方向に発光層２の厚さ方向を一致させた状態で配置されている。発光層２の出射端面２ａから出射されるレーザ光３のうち、発光層２の幅方向についてのレーザ光３の発散角は、発光層２の厚さ方向についてのレーザ光３の発散角よりも小さくなっている。発光層２の幅方向及び厚さ方向のうち、レーザ光３の発散角の小さい方向が遅軸方向、レーザ光３の発散角の大きい方向が速軸方向になっている。この例では、発光層２の遅軸方向についてのレーザ光３の発散角が７ｄｅｇ～１１ｄｅｇとなり、発光層２の速軸方向についてのレーザ光３の発散角が４５ｄｅｇ～６０ｄｅｇとなっている。従って、発光層２の遅軸方向は図１のＸ方向と一致し、発光層２の速軸方向は図１のＹ方向と一致している。
　ＬＤバー１の各発光層２のそれぞれの出射端面２ａから出射される複数のレーザ光３は、ビーム整形装置５によってコリメート、即ち平行化される。ビーム整形装置５は、図１のＸ方向、即ち遅軸方向（以下、「遅軸方向Ｘ」という）に発散するレーザ光３をコリメートする第１のコリメータレンズであるＳＡＣ６と、図１のＹ方向、即ち速軸方向（以下、「速軸方向Ｙ」という）に発散するレーザ光３をコリメートする第２のコリメータレンズであるＦＡＣ７とを有している。ＳＡＣ６は、光軸方向ＺについてＬＤバー１とＦＡＣ７との間に配置されている。
　図２は、図１の速軸方向Ｙに直交するＸＺ平面におけるＬＤバー１及びビーム整形装置５を示す断面図である。また、図３は、図１の遅軸方向Ｘに直交するＹＺ平面におけるＬＤバー１及びビーム整形装置５を示す断面図である。ＳＡＣ６には、各レーザ光３が入射する第１の入射面６１と、ＳＡＣ６に入射した各レーザ光３が出射する第１の出射面６２とが設けられている。ＳＡＣ６は、第１の入射面６１をＬＤバー１側に向け、第１の出射面６２を、ＬＤバー１側とは反対側、即ちＦＡＣ７側に向けた状態で配置されている。
　第１の入射面６１は、遅軸方向Ｘへ並ぶ複数の入射側レンズ面６１ａを有するマイクロレンズアレイになっている。各入射側レンズ面６１ａは、遅軸方向Ｘについて各発光層２の位置に合わせて配置されている。
　各入射側レンズ面６１ａのそれぞれの形状は、速軸方向Ｙに直交するＸＺ平面での断面（以下、「ＸＺ断面」という）において、図２に示すようにＳＡＣ６の外側へ凸になる形状であって、かつ遅軸方向Ｘに直交するＹＺ平面での断面（以下、「ＹＺ断面」という）において、図３に示すようにＳＡＣ６の内側へ凹になる形状である。
　これに対して、第１の出射面６２の形状は、ＸＺ断面において、図２に示すように直線状であって、かつＹＺ断面において、図３に示すようにＳＡＣ６の外側へ凸になる形状である。即ち、第１の出射面６２は、ＳＡＣ６の外側へ凸になる１つのレンズ面であって、かつ遅軸方向Ｘに沿った母線を持つシリンダ形状のレンズ面である。
　ＸＺ断面では、図２に示すように、発光層２の出射端面２ａから第１の入射面６１までの距離が、各入射側レンズ面６１ａの焦点距離ｆｓと等しくなっている。即ち、各発光層２の出射端面２ａは、各入射側レンズ面６１ａの焦点位置に位置しており、各出射端面２ａから出射されたレーザ光３は、第１の入射面６１の各入射側レンズ面６１ａで遅軸方向Ｘについてそれぞれコリメートされる。第１の出射面６２では、第１の入射面６１でコリメートされた各レーザ光３がＸＺ断面において屈折されることなくそのまま通過する。
　第１の入射面６１及び第１の出射面６２のそれぞれの形状は、ＹＺ断面において、図３に示すように、発光層２の出射端面２ａ上の点を中心とする同心の円弧状になっている。これにより、ＹＺ断面では、出射端面２ａから出射された各レーザ光３が屈折することなくＳＡＣ６をそのまま透過される。従って、ＹＺ断面では、各レーザ光３がＳＡＣ６を透過しても、レーザ光３の収差が生じることはない。また、ＹＺ断面における第１の入射面６１の曲率半径Ｒｃは、各入射側レンズ面６１ａの焦点距離ｆｓと等しくなっている。
　ＸＺ断面における各入射側レンズ面６１ａの曲率半径Ｒｖは、各入射側レンズ面６１ａの焦点距離ｆｓが長くなるほど大きくなる。従って、ＳＡＣ６の製造は、各入射側レンズ面６１ａの焦点距離ｆｓが長くなるほど容易になる。しかし、焦点距離ｆｓが長くなると、遅軸方向Ｘについて互いに隣り合う２つの発光層２からのレーザ光３同士が重なることになってしまい、レーザ光３の利用効率が低下してしまう。
　従って、この例では、１つの発光層２から出射されたレーザ光３が、対向する１つの入射側レンズ面６１ａのみに入射し、隣の入射側レンズ面６１ａには入射しないように焦点距離ｆｓが決められている。即ち、各入射側レンズ面６１ａの焦点距離ｆｓは、図２から、遅軸方向Ｘについてのレーザ光３の発散角θと、各発光層２間のピッチＰと、発光層２の幅Ｗとを用いて、ｆｓ＜（Ｐ－Ｗ）／２θの関係を満たす値になっている。例えば、発散角θ＝４ｄｅｇ、各発光層２間のピッチＰ＝２００μｍ、発光層２の幅Ｗ＝８０μｍであるとすると、焦点距離ｆｓの上限は、およそ８５０μｍになる。この例では、図３に示すＹＺ断面における第１の入射面６１の曲率半径Ｒｃが８５０μｍになっている。また、ＳＡＣ６の屈折率が１．５であるとすると、図２に示すＸＺ断面における各入射側レンズ面６１ａの曲率半径Ｒｖは４２５μｍになる。
　図３に示すＹＺ断面では、第１の出射面６２の形状が、発光層２の出射端面２ａ上の点を中心とする円弧状である。従って、第１の出射面６２を通過するレーザ光３は、ＹＺ断面において屈折しない。これにより、ＳＡＣ６の肉厚を自由に選択することができ、例えば、ＳＡＣ６の取り扱い及び製造を容易にするために、ＳＡＣ６の肉厚を数ｍｍにすることも可能になる。ＳＡＣ６の肉厚が３．１５ｍｍである場合、ＹＺ断面における第１の出射面６２の曲率半径Ｒｂは４．０ｍｍになる。
　ＦＡＣ７は、遅軸方向Ｘに沿った母線を持つシリンドリカルレンズである。ＦＡＣ７には、ＳＡＣ６を透過した各レーザ光３が入射する第２の入射面７１と、ＦＡＣ７に入射した各レーザ光３が出射する第２の出射面７２とが設けられている。ＦＡＣ７は、第２の入射面７１をＳＡＣ６に向け、第２の出射面７２をＳＡＣ６とは反対側に向けた状態で配置されている。
　第２の入射面７１は、光軸方向Ｚに直交する平面である。なお、第２の入射面７１の形状は、遅軸方向Ｘに沿った母線を持つ曲率半径の極めて大きいシリンダ形状になっていてもよい。
　第２の入射面７１及び第２の出射面７２のそれぞれの形状は、図２に示すＸＺ断面において、光軸方向Ｚに直交する直線状になっている。従って、ＸＺ断面では、ＳＡＣ６を透過した各レーザ光３が屈折することなくＦＡＣ７を透過する。
　また、図３に示すＹＺ断面では、第２の入射面７１が、光軸方向Ｚに直交する直線状、又は曲率半径が大きい略直線状の形状になっており、第２の出射面７２が、ＦＡＣ７の外側へ凸になる形状になっている。また、ＹＺ断面における第２の入射面７１及び第２の出射面７２のそれぞれの形状は、発光層２の光軸に関して対称になっている。これにより、ＳＡＣ６を透過した各レーザ光３は、ＦＡＣ７を透過するときに、第２の入射面７１及び第２の出射面７２のそれぞれで速軸方向Ｙについてコリメートされる。特に、発散角の大きい速軸方向Ｙについて各レーザ光３を精度良くコリメートするために、第２の出射面７２の形状は、ＹＺ断面において、単純な円弧状ではなく非円弧状になっている。
　従って、図３に示すＹＺ断面では、出射端面２ａから出射された各レーザ光３が、ＳＡＣ６があたかも存在していないかのようにＳＡＣ６を透過し、ＦＡＣ７でコリメートされる。従って、ＦＡＣ７の設計及び配置は、ＹＺ断面において、ＳＡＣ６の有無にかかわらず行うことができる。これにより、ＳＡＣ６に干渉しない範囲で取り扱いやすく製造しやすいサイズにＦＡＣ７のサイズを選択することができる。
　ＳＡＣ６及びＦＡＣ７のそれぞれは、ガラスで構成されている。また、ＳＡＣ６及びＦＡＣ７は、ガラスに対する例えばプレス成型等で製造されている。なお、例えばＬＤバー１のレーザ光３の出力又はレーザ光３の波長等によっては、ＳＡＣ６及びＦＡＣ７を樹脂で構成することもできる。従って、例えばポリカーボネートを射出成形した樹脂レンズをＳＡＣ６及びＦＡＣ７として用いてもよい。
　ＳＡＣ６及びＦＡＣ７をプレス成型によって製造する場合には、金型をガラスに転写させることによりＳＡＣ６及びＦＡＣ７が形成される。従って、金型における金型面の形状は、ＳＡＣ６及びＦＡＣ７の形状を反転させた形状になっている。
　図４は、図１のＳＡＣ６に対するプレス成型に用いるＳＡＣ用金型のうち、第１の入射面６１を成型する金型面が形成されている部分を示す斜視図である。図４では、ＳＡＣ用金型における金型面を加工している状態を示している。ＳＡＣ用金型８のうち、第１の入射面６１を成型する入射側金型面８１は、第１の入射面６１の形状を反転させた形状になっている。従って、入射側金型面８１は、遅軸方向Ｘへ並ぶ複数の単位成型面８１ａを有している。各単位成型面８１ａの形状は、ＹＺ断面において、ＳＡＣ用金型８の外側へ凸になる形状であって、かつＸＺ断面において、ＳＡＣ用金型８の内側へ凹になる形状である。
　ＳＡＣ用金型８の各単位成型面８１ａの加工は、砥石９の研磨によって行われる。砥石９の形状は、円盤状になっている。砥石９は、砥石９の回転軸の軸線Ａを中心に回転可能になっている。各単位成型面８１ａは、図４に示すように、砥石９の軸線Ａを遅軸方向Ｘに沿って配置し、砥石９の外周部（即ち、エッジ部）９１を単位成型面８１ａに接触させながら軸線Ａを中心に砥石９を回転させることにより加工される。各単位成型面８１ａが砥石９で加工されるときには、砥石９の軸線Ａに直交するＹＺ断面での各単位成型面８１ａの形状がＳＡＣ用金型８の外側へ凸になる形状であるため、砥石９の半径Ｒｗの大きさに制約を受けることはない。一方、ＳＡＣ用金型８のうち、第１の出射面６２を成型する出射側金型面の形状は、ＹＺ断面において、ＳＡＣ用金型８の内側へ凹になる形状になるが、第１の出射面６２の曲率半径Ｒｂは第１の入射側レンズ面６１ａの曲率半径Ｒｖよりも十分大きいため、ＳＡＣ用金型８の出射側金型面も砥石９によって問題なく加工することができる。即ち、ＳＡＣ６の第１の入射面６１及び第１の出射面６２のうち、第１の入射面６１がレンズアレイになっているので、ＳＡＣ６の製造が容易になっている。
　このようなビーム整形装置５では、ＬＤバー１とＦＡＣ７との間にＳＡＣ６が配置され、ＳＡＣ６の第１の入射面６１は、複数の入射側レンズ面６１ａが遅軸方向Ｘへ並ぶレンズアレイとされ、ＳＡＣ６の第１の入射面６１及び第１の出射面６２のそれぞれの形状は、遅軸方向Ｘに直交するＹＺ断面において、発光層２の出射端面２ａ上の点を中心とする同心の円弧状になっているので、ＬＤバー１の各発光層２間のピッチＰが狭くなっても、ＬＤバー１から出射された各レーザ光３が重なり合うことを防止しながら、ＳＡＣ６及びＦＡＣ７のそれぞれの面の曲率半径が短くなりすぎることを防止することができる。これにより、不要な収差の発生を防止しながら、ＳＡＣ６及びＦＡＣ７の取り扱い及び製造を容易にすることができる。また、ＳＡＣ６及びＦＡＣ７を容易に製造することができるので、ＬＤバー１の各発光層２間のピッチＰが狭くなっても、レーザ光３の利用効率の低下を防止しながら、ＬＤバー１のレーザ光３の高出力化をさらに図ることができる。
　実施の形態２．
　図５は、この発明の実施の形態２によるビーム整形装置及びＬＤバーを示す断面図である。ＬＤバー１は、ヒートシンク１０の上面に固定されている。ヒートシンク１０は、例えば銅製のブロックである。ヒートシンク１０の端面１０ａは、各発光層２の光軸方向Ｚに直交する平面になっている。この例では、ＬＤバー１の一部が光軸方向Ｚについてヒートシンク１０の端面１０ａから突出しており、ヒートシンク１０の端面１０ａよりも各発光層２の出射端面２ａがＳＡＣ６に近い位置に位置している。ヒートシンク１０には、冷却水が流れる図示しない配管が設けられている。
　ＳＡＣ６の第１の入射面６１及び第１の出射面６２のそれぞれの形状は、ＹＺ断面において、発光層２の出射端面２ａ上の点を中心とする同心の円弧状である。従って、出射端面２ａに対するＳＡＣ６の位置決めを光軸方向Ｚについて正確に行う必要がある。また、ＦＡＣ７の焦点位置も出射端面２ａに一致させる必要があるため、出射端面２ａに対するＦＡＣ７の位置決めも光軸方向Ｚについて正確に行う必要がある。さらに、ＳＡＣ６の第１の入射面６１及び第１の出射面６２の円弧の中心とＦＡＣ７の焦点位置とを出射端面２ａに一致させるためには、光軸方向Ｚの位置決めだけでなく速軸方向Ｙについても、ＳＡＣ６に対するＦＡＣ７の位置決めを正確に行って、ＳＡＣ６とＦＡＣ７との間の芯ずれを速軸方向Ｙについて抑える必要もある。
　本実施の形態では、速軸方向ＹについてのＳＡＣ６の両端部から一対の台座６３が取付用台座としてＬＤバー１側へ突出している。各台座６３の突出端部には、発光層２の光軸に直交する平面である端面６３ａが設けられている。一対の台座６３のうち、一方の台座６３の端面６３ａは、ヒートシンク１０の端面１０ａに例えば接着剤等によって固定されている。即ち、一方の台座６３の端面６３ａがヒートシンク１０の端面１０ａに固定されることにより、各発光層２の出射端面２ａに対するＳＡＣ６の位置決めが行われている。従って、ヒートシンク１０の端面１０ａは、出射端面２ａに対するＳＡＣ６の光軸方向Ｚについての位置決めの基準面になっている。台座６３をヒートシンク１０の端面１０ａに固定する接着剤としては、例えばアクリル系の紫外線硬化樹脂の接着剤等が用いられている。
　一対の台座６３は、ＳＡＣ用金型を用いたプレス成型によって、各台座６３とＳＡＣ６との間に境界が生じていない状態でＳＡＣ６と同一材料で一体になっている。ＳＡＣ６からの台座６３の突出量は、プレス成型で用いられるＳＡＣ用金型に依存する。金型の寸法精度は一般的に高精度であるため、ＳＡＣ６からの台座６３の突出量の誤差を極めて小さくすることができ、出射端面２ａに対するＳＡＣ６の位置決めを光軸方向Ｚについて高精度に行うことができる。
　ＹＺ断面における一対の台座６３の位置及び形状は、発光層２の光軸に関して対称になっている。一対の台座６３は、速軸方向Ｙについて第１の入射面６１の両側に位置している。また、一対の台座６３には、速軸方向Ｙについて互いに対向する一対の台座テーパ面６３ｂが設けられている。第１の入射面６１は、一対の台座テーパ面６３ｂで挟まれている空間に露出している。速軸方向Ｙについての一対の台座テーパ面６３ｂの間の距離は、ＬＤバー１に向かって連続的に広がっている。この例では、ＹＺ断面において、発光層２の光軸に対する各台座テーパ面６３ｂの勾配が２°～８°となっている。これにより、プレス成型時にＳＡＣ６をＳＡＣ用金型から外す際に、ＳＡＣ６の第１の入射面６１がＳＡＣ用金型から離型しやすくなる。
　ＦＡＣ７の速軸方向Ｙについての両端部からは、一対の台座７３がＳＡＣ６側へ突出している。ＹＺ断面における一対の台座７３の位置及び形状は、発光層２の光軸に関して対称になっている。一対の台座７３は、速軸方向Ｙについて第２の入射面７１の両側に位置している。ＳＡＣ６の速軸方向Ｙついての両端部には、一対の台座７３が個別に嵌っている一対の凹部６４が設けられている。
　各台座７３の突出端部には、発光層２の光軸に直交する平面である端面７３ａが設けられている。各凹部６４には、台座７３の端面７３ａを光軸方向Ｚについて受ける凹部受け面６４ａが設けられている。凹部受け面６４ａは、発光層２の光軸に直交する平面である。
　各台座７３の端面７３ａは、各凹部６４の凹部受け面６４ａに例えば接着剤等によって固定されている。即ち、各台座７３の端面７３ａがＳＡＣ６の凹部受け面６４ａに固定されることにより、ＳＡＣ６の凹部受け面６４ａに対するＦＡＣ７の位置決めが光軸方向Ｚについて行われている。従って、ＳＡＣ６の凹部受け面６４ａは、ＳＡＣ６に対するＦＡＣ７の光軸方向Ｚについての位置決めの基準面になっている。台座７３を凹部６４の凹部受け面６４ａに固定する接着剤としては、例えばアクリル系の紫外線硬化樹脂の接着剤等が用いられている。
　一対の台座７３は、ＦＡＣ用金型を用いたプレス成型によって、各台座７３とＦＡＣ７との間に境界が生じていない状態でＦＡＣ７と同一材料で一体になっている。ＦＡＣ７からの台座７３の突出量は、プレス成型で用いられるＦＡＣ用金型に依存する。金型の寸法精度は一般的に高精度であるため、ＦＡＣ７からの台座７３の突出量の誤差を極めて小さくすることができ、ＳＡＣ６に対するＦＡＣ７の位置決めを光軸方向Ｚについて高精度に行うことができる。
　また、一対の台座７３には、速軸方向Ｙについて互いに対向する一対の台座テーパ面７３ｂが設けられている。第２の入射面７１は、一対の台座テーパ面７３ｂで挟まれている空間に露出している。速軸方向Ｙについての一対の台座テーパ面７３ｂの間の距離は、ＳＡＣ６に向かって連続的に広がっている。この例では、ＹＺ断面において、発光層２の光軸に対する各台座テーパ面７３ｂの勾配が２°～８°となっている。これにより、プレス成型時にＦＡＣ７をＦＡＣ用金型から外す際に、ＦＡＣ７の第２の入射面７１がＦＡＣ用金型から離型しやすくなる。
　各凹部６４には、台座７３の台座テーパ面７３ｂに沿った凹部テーパ面６４ｂが設けられている。各凹部テーパ面６４ｂは、各台座テーパ面７３ｂに隙間なく接触している。これにより、ＳＡＣ６に対するＦＡＣ７の位置決めが速軸方向Ｙについて行われている。ＳＡＣ６とＦＡＣ７との速軸方向Ｙについての芯ずれは、各台座テーパ面７３ｂを各凹部テーパ面６４ｂで受けることにより防止される。
　図６は、図５のＳＡＣ６を示す斜視図である。ＳＡＣ６には、一対の入射側テーパ面６５が設けられている。一対の入射側テーパ面６５は、遅軸方向Ｘについて第１の入射面６１の両側に位置し、かつ第１の入射面６１から延びている。ＸＺ断面における一対の入射側テーパ面６５の位置及び形状は、第１の入射面６１の中央を通る光軸方向Ｚに平行な軸に関して対称になっている。ＸＺ断面では、各入射側テーパ面６５が発光層２の光軸に対して傾斜しており、かつ、一対の入射側テーパ面６５の間の距離が第１の入射面６１からＬＤバー１側へ離れるにつれて連続的に広がっている。一対の入射側テーパ面６５は、速軸方向Ｙについて一対の台座６３の間に位置している。他の構成は実施の形態１と同様である。
　このようなビーム整形装置５では、一対の台座６３がＳＡＣ６から突出しており、ＬＤバー１が固定されているヒートシンク１０の端面１０ａに一方の台座６３の端面６３ａが固定されているので、ＬＤバー１の出射端面２ａに対するＳＡＣ６の光軸方向Ｚについての位置決めを容易にかつより正確に行うことができる。これにより、レーザ光３の利用効率の低下をさらに確実に防止しながら、ＬＤバー１のレーザ光３の高出力化をさらに図ることができる。
　また、一対の台座７３がＦＡＣ７から突出しており、一対の台座７３が個別に嵌っている一対の凹部６４がＳＡＣ６に設けられているので、ＳＡＣ６に対するＦＡＣ７の速軸方向Ｙ及び光軸方向Ｚのそれぞれについての位置決めを容易にかつより正確に行うことができる。これにより、レーザ光３の利用効率の低下をさらに確実に防止しながら、ＬＤバー１のレーザ光３の高出力化をさらに図ることができる。
　また、ＦＡＣ７から突出する一対の台座７３には、速軸方向Ｙについて互いに対向する一対の台座テーパ面７３ｂが設けられ、ＳＡＣ６に設けられている一対の凹部６４には、各台座７３の台座テーパ面７３ｂに沿った凹部テーパ面６４ｂが設けられているので、ＦＡＣ７から突出する一対の台座７３をＳＡＣ６の一対の凹部６４に嵌めやすくすることができ、ＳＡＣ６に対するＦＡＣ７の位置決めをさらに容易にすることができる。
　また、ＹＺ断面における一対の台座６３の位置及び形状が発光層２の光軸に関して対称になっているので、第１の入射面６１及び第１の出射面６２のそれぞれの形状の精度の向上を図ることができる。さらに、ＹＺ断面における一対の台座７３の位置及び形状が発光層２の光軸に関して対称になっているので、第２の入射面７１及び第２の出射面７２のそれぞれの形状の精度の向上を図ることができる。
　また、ＳＡＣ６には一対の入射側テーパ面６５が設けられており、一対の入射側テーパ面６５は遅軸方向Ｘについて第１の入射面６１の両側に位置しているので、金型を用いたプレス成型によってＳＡＣ６を製造する場合に、ＳＡＣ６の原料であるガラス及び金型に対する冷却過程において、金型の線膨張率とガラス原料の線膨張率との差を利用して、一対の入射側テーパ面６５に沿ってガラスを滑らせ、複数の入射側レンズ面６１ａが並ぶレンズアレイとなっている第１の入射面６１の割れが生じる前に金型からガラスを自然に外れさせることで、第１の入射面６１の割れを防止することができる。
　また、金型を用いたプレス成型によって一対の台座６３とＳＡＣ６とを同時に製造することで、一対の台座６３とＳＡＣ６との間に境界が生じていない状態で一対の台座６３がＳＡＣ６を一体にすることができる。これにより、一対の台座６３によるＳＡＣ６の位置決めによってレーザ光３の利用効率の低下の抑制を図りながら、ビーム整形装置５の部品点数及び工数を減らすことができ、コストの低減を図ることができる。
　また、一対の台座７３とＦＡＣ７との間に境界が生じていない状態で一対の台座７３がＦＡＣ７と一体になっているので、金型を用いたプレス成型によって一対の台座７３とＦＡＣ７とを同時に製造することができる。これにより、一対の台座７３によるＦＡＣ７の位置決めによってレーザ光３の利用効率の低下の抑制を図りながら、ビーム整形装置５の部品点数及び工数を減らすことができ、コストの低減を図ることができる。
　実施の形態３．
　図７は、この発明の実施の形態３によるビーム整形装置及びＬＤバーを、発光層の速軸方向Ｙに直交するＸＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。また、図８は、図７のビーム整形装置及びＬＤバーを、発光層の遅軸方向Ｘに直交するＹＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。ビーム整形装置５は、遅軸方向Ｘについてのレーザ光３をコリメートする機能と、速軸方向Ｙについてのレーザ光３をコリメートする機能とを統合した一体型のレンズであるＳＡＣ／ＦＡＣ１１を第１のコリメータレンズとして有している。従って、本実施の形態によるビーム整形装置５では、第１のコリメータレンズが存在するだけであり、第２のコリメータレンズは存在しない。
　ＳＡＣ／ＦＡＣ１１には、各レーザ光３が入射する第１の入射面１１１と、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１に入射した各レーザ光３が出射する第１の出射面１１２とが設けられている。ＳＡＣ／ＦＡＣ１１は、第１の入射面１１１をＬＤバー１側に向け、第１の出射面１１２をＬＤバー１側とは反対側に向けた状態で配置されている。ＳＡＣ／ＦＡＣ１１は、金型を用いたプレス成型によって形成されている。
　第１の入射面１１１は、実施の形態１におけるＳＡＣ６の機能と同様の機能を持つ面である。また、第１の入射面１１１の構成は、実施の形態１におけるＳＡＣ６の第１の入射面６１と同様になっている。即ち、第１の入射面１１１は、遅軸方向Ｘへ並ぶ複数の入射側レンズ面１１１ａを有するマイクロレンズアレイになっている。各入射側レンズ面１１１ａは、遅軸方向Ｘについて各発光層２の位置に合わせて配置されている。
　各入射側レンズ面１１１ａのそれぞれの形状は、ＸＺ断面において、図７に示すようにＳＡＣ／ＦＡＣ１１の外側へ凸になる形状であって、かつＹＺ断面において、図８に示すようにＳＡＣ／ＦＡＣ１１の内側へ凹になる形状である。これにより、第１の入射面１１１は、各レーザ光３を遅軸方向Ｘについてコリメートする機能を持つ面になっている。
　ＸＺ断面では、図７に示すように、発光層２の出射端面２ａから第１の入射面１１１までの距離が、各入射側レンズ面１１１ａの焦点距離ｆｓと等しくなっている。即ち、各発光層２の出射端面２ａは、各入射側レンズ面１１１ａの焦点位置に位置しており、各出射端面２ａから出射されたレーザ光３は、第１の入射面１１１の各入射側レンズ面１１１ａで遅軸方向Ｘについてそれぞれコリメートされる。
　第１の入射面１１１の形状は、ＹＺ断面において、図８に示すように、発光層２の出射端面２ａ上の点を中心とする円弧状になっている。これにより、ＹＺ断面では、出射端面２ａから出射された各レーザ光３が屈折することなく第１の入射面１１１をそのまま透過される。即ち、ＹＺ断面では、各レーザ光３が第１の入射面１１１を透過しても、レーザ光３の収差が生じることはない。また、ＹＺ断面における第１の入射面１１１の曲率半径Ｒｃは、各入射側レンズ面１１１ａの焦点距離ｆｓと等しくなっている。
　一方、第１の出射面１１２は、実施の形態１におけるＦＡＣ７の機能と同様の機能を持つ面である。第１の出射面１１２の形状は、ＸＺ断面において、図７に示すように直線状であって、かつＹＺ断面において、図８に示すようにＳＡＣ／ＦＡＣ１１の外側へ凸になる形状である。即ち、第１の出射面１１２は、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の外側へ凸になる１つのレンズ面であって、かつ遅軸方向Ｘに沿った母線を持つシリンダ形状のレンズ面である。
　従って、第１の入射面１１１からＳＡＣ／ＦＡＣ１１に入射した各レーザ光３は、ＸＺ断面において第１の出射面１１２で屈折することなくＳＡＣ／ＦＡＣ１１から出射され、ＹＺ断面において第１の出射面１１２でコリメートされてＳＡＣ／ＦＡＣ１１から出射される。即ち、第１の入射面１１１からＳＡＣ／ＦＡＣ１１に入射した各レーザ光３は、第１の出射面１１２を通過するときに、第１の出射面１１２で速軸方向Ｙについてコリメートされる。特に、発散角の大きい速軸方向Ｙについて各レーザ光３を第１の出射面１１２で精度良くコリメートするために、第１の出射面１１２の形状は、ＹＺ断面において、単純な円弧状ではなく非円弧状になっている。ＹＺ断面における第１の出射面１１２の形状としては、光軸方向Ｚに一致する長軸を持つ楕円形状であることが望ましい。ＹＺ断面における第１の出射面１１２の形状を、光軸方向Ｚに一致する長軸を持つ楕円形状とすれば、第１の出射面１１２でレーザ光３をより精度良くコリメートすることができる。
　ビーム整形装置５では、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の屈折率が高くなるほど、第１の出射面１１２の曲率が緩くなり、第１の出射面１１２からのレーザ光３の出射角（即ち、第１の出射面１１２でコリメートされたレーザ光３と、第１の出射面１１２の面法線とがなす角度）が小さくなる。第１の出射面１１２からのレーザ光３の出射角が小さくなると、第１の出射面１１２におけるレーザ光３の損失が少なくなることから、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の屈折率は高いほうが好ましい。この例では、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の屈折率が１．７以上になっている。他の構成は実施の形態１と同様である。
　このようなビーム整形装置５では、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の第１の入射面１１１の形状が、ＹＺ断面において、発光層２の出射端面２ａ上の点を中心とする円弧状であるとともに、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の第１の出射面１１２の形状が、ＹＺ断面において、非円弧状であり、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の第１の入射面１１１は、複数の入射側レンズ面１１１ａが遅軸方向Ｘへ並ぶレンズアレイとされているので、各発光層２の出射端面２ａからそれぞれ出射されるレーザ光３のうち、遅軸方向Ｘについてのレーザ光３を第１の入射面１１１でコリメートし、速軸方向Ｙについてのレーザ光３を第１の出射面１１２でコリメートすることができる。これにより、遅軸方向Ｘ及び速軸方向Ｙのいずれの方向についても１つのＳＡＣ／ＦＡＣ１１でレーザ光３をコリメートすることができ、部品点数を削減することができる。また、レーザ光３が１つのＳＡＣ／ＦＡＣ１１でコリメートされるので、実施の形態１及び２のようなＳＡＣ６とＦＡＣ７との間の位置決め作業及び固定作業も不要になり、工数を減らすことができ、コストの低減を図ることができる。また、実施の形態１及び２のようなＳＡＣ６及びＦＡＣ７を有するビーム整形装置５では、第１の入射面６１、第１の出射面６２、第２の入射面７１及び第２の出射面７２の４つの面をレーザ光３が透過することになるが、本実施の形態では、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の第１の入射面１１１及び第１の出射面１１２の２つの面のみをレーザ光３が透過するので、レーザ光３が透過する面の数を少なくすることができ、レーザ光３の利用効率を実施の形態１及び２よりもさらに高くすることができる。
　また、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の屈折率は１．７以上であるので、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の第１の出射面１１２の曲率を緩やかにすることができ、第１の出射面１１２でのレーザ光３の損失を少なくすることができる。
　また、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１は、金型を用いたプレス成型によって形成されているので、第１の入射面１１１に対する第１の出射面１１２の位置の誤差を極めて小さくすることができ、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１によるビーム整形の精度を高くすることができる。
　なお、上記の例では、実施の形態２に示す一対の台座６３がＳＡＣ／ＦＡＣ１１に設けられていないが、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の速軸方向Ｙの両端部からＬＤバー１側へ一対の台座６３を突出させてもよい。この場合、一対の台座６３とＳＡＣ／ＦＡＣ１１との間に境界が生じていない状態で一対の台座６３がＳＡＣ／ＦＡＣ１１と一体にされる。このようにすれば、実施の形態２と同様に、ＳＡＣ／ＦＡＣ１１の製造及び取り扱いを容易にすることができ、ＬＤバー１が固定されたヒートシンク１０の端面１０ａに一方の台座６３の端面６３ａを固定することにより、ＬＤバー１に対するＳＡＣ／ＦＡＣ１１の位置決めを容易にかつより正確にすることができる。
　また、上記の例では、実施の形態２と同様に、光軸方向Ｚに対して傾斜する一対の入射側テーパ面６５をＳＡＣ／ＦＡＣ１１に設けてもよい。この場合、一対の入射側テーパ面６５は、遅軸方向Ｘについて第１の入射面１１１の両側に形成される。また、この場合、ＸＺ断面において、第１の入射面１１１からＬＤバー１側へ離れるにつれて一対の入射側テーパ面６５の間の距離が連続的に広がるように、一対の入射側テーパ面６５がＳＡＣ／ＦＡＣ１１に形成される。
　実施の形態４．
　図９は、この発明の実施の形態４によるビーム整形装置及びＬＤバーを、発光層の速軸方向Ｙに直交するＸＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。また、図１０は、図９のビーム整形装置及びＬＤバーを、発光層の遅軸方向Ｘに直交するＹＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。第１の出射面６２は、発光層２の遅軸方向Ｘへ並ぶ複数の出射側レンズ面６２ａを有するマイクロレンズアレイになっている。各出射側レンズ面６２ａは、遅軸方向Ｘについて第１の入射面６１の各入射側レンズ面６１ａの位置に合わせて配置されている。
　各出射側レンズ面６２ａの形状は、図９に示すように、ＸＺ断面においてＳＡＣ６の外側へ凸になる形状であって、かつ図１０に示すように、ＹＺ断面においてＳＡＣ６の外側へ凸になる形状である。また、ＸＺ断面における各出射側レンズ面６２ａの曲率半径は、ＸＺ断面における各入射側レンズ面６１ａの曲率半径と異なっている。さらに、第１の入射面６１及び第１の出射面６２のそれぞれの形状は、ＹＺ断面において、実施の形態１及び２と同様に、発光層２の出射端面２ａ上の点を中心とする同心の円弧状になっている。
　本実施の形態では、ＳＡＣ６の第１の入射面６１が実施の形態１の第１の入射面６１と同様の面であり、入射側レンズ面６１ａの焦点距離ｆｓも実施の形態１と同様である。また、本実施の形態では、ＸＺ断面において、出射側レンズ面６２ａの焦点距離がｆｓ×Ｐ／Ｗ、出射側レンズ面６２ａの曲率半径ＲｕがＲｕ＝Ｒｖ×Ｐ／Ｗ、入射側レンズ面６１ａと出射側レンズ面６２ａとの間の距離がｎ×ｆｓ×（１＋Ｐ／Ｗ）とされている。ここでｎはＳＡＣ６の屈折率である。他の構成は実施の形態１と同様である。
　ここで、実施の形態１に示すビーム整形装置５では、ＬＤバー１の発光層２のピッチＰに対する発光層２の幅Ｗの割合、即ちフィルファクタＦ（Ｆ＝Ｗ／Ｐ）が大きくなるに従って、ＳＡＣ６を透過したレーザ光３の残存発散角が遅軸方向Ｘについて大きくなる。特に、フィルファクタＦが５０％を超えると、ＳＡＣ６を透過したレーザ光３の残存発散角は、発光層２の出射端面２ａから出射されたときのレーザ光３の発散角よりも大きくなる。これに対して、本実施の形態に示すビーム整形装置５では、第１の出射面６２が、発光層２の遅軸方向Ｘへ並ぶ複数の出射側レンズ面６２ａを有するレンズアレイになっていることにより、ＳＡＣ６を透過したレーザ光３の残存発散角が小さくなる。
　図１１は、図２の１本分の発光層２と、１本分の発光層２に光軸方向Ｚについて対向するＳＡＣ６の部分とを示す拡大断面図である。また、図１２は、図９の１本分の発光層２と、１本分の発光層２に光軸方向Ｚについて対向するＳＡＣ６の部分とを示す拡大断面図である。なお、図１１には、実施の形態１に示すビーム整形装置５のＳＡＣ６を透過したレーザ光３の遅軸方向Ｘについての残存発散角ξが示され、図１２には、本実施の形態に示すビーム整形装置５のＳＡＣ６を透過したレーザ光３の遅軸方向Ｘについての残存発散角ξが示されている。
　図１１に示す実施の形態１では、発光層２の出射端面２ａの中央の点から発散角θで出射されたレーザ光３ａ（破線）がＳＡＣ６の入射側レンズ面６１ａによってコリメートされる。従って、実施の形態１では、発光層２の幅Ｗの両端の点から平行に出射されたレーザ光３ｂ（実線）がＸＺ断面において残存発散角ξを生じさせる。実施の形態１において、発光層２の幅Ｗの両端の点から平行に出射されたレーザ光３ｂは、ＳＡＣ６の屈折率をｎとすると、図１１に示すように、入射側レンズ面６１ａの焦点距離ｆｓとＳＡＣ６の屈折率ｎとの積（ｎ×ｆｓ）で特定される位置で一度交差し、そのまま発散することになる。この場合、焦点距離ｆｓをｆｓ＝（Ｐ－Ｗ）／２θとすると、残存発散角ξはξ＝Ｆ／（１－Ｆ）×θになる。
　一方、図１２に示す本実施の形態では、発光層２の出射端面２ａの幅Ｗの両端の点から平行に出射されたレーザ光３ｂ（実線）が、出射側レンズ面６２ａの位置で各発光層２間のピッチＰの一杯にまで広がり、出射側レンズ面６２ａでコリメートされる。従って、本実施の形態では、発光層２の出射端面２ａ上の中央の点から発散角θで出射されたレーザ光３ａ（破線）がＸＺ断面において残存発散角ξを生じさせる。本実施の形態において、発光層２の出射端面２ａ上の中央の点から発散角θで出射されたレーザ光３ａによって生じる残存発散角ξは、ξ＝Ｆ×θになる。
　図１３は、遅軸方向Ｘについての残存発散角ξとフィルファクタＦとの関係を、実施の形態１と本実施の形態とで比較するグラフである。なお、図１３では、発光層２の出射端面２ａにおける発散角θの倍数で縦軸の残存発散角ξを示している。また、図１３では、本実施の形態の残存発散角ξとフィルファクタＦとの関係を実線で示し、実施の形態１の残存発散角ξとフィルファクタＦとの関係を破線で示している。
　図１３をみると、本実施の形態の残存発散角ξが実施の形態１の残存発散角ξよりも小さくなっていることが分かる。また、フィルファクタＦの値が増加しても、残存発散角ξの増加は、実施の形態１よりも本実施の形態のほうが抑えられることが分かる。
　このようなビーム整形装置５では、ＳＡＣ６の第１の出射面６２が、発光層２の遅軸方向Ｘへ並ぶ複数の出射側レンズ面６２ａを有しており、各出射側レンズ面６２ａの形状は、ＸＺ断面においてＳＡＣ６の外側へ凸になる形状であって、かつＹＺ断面においてＳＡＣ６の外側へ凸になる形状であるので、レーザ光３の残存発散角ξを実施の形態１よりも小さくすることができる。これにより、ＳＡＣ６を透過した後のレーザ光３の損失を少なくすることができ、レーザ光３の利用効率をさらに高くすることができる。
　なお、上記の例では、各出射側レンズ面６２ａの焦点距離がｆｓ×Ｐ／Ｗになっているが、各出射側レンズ面６２ａの焦点距離はこれに限定されず、各出射側レンズ面６２ａがＸＺ断面においてＳＡＣ６の外側へ凸になる形状であれば、残存発散角ξを実施の形態１よりも小さくすることができる。
　また、上記の例では、実施の形態２に示す一対の台座６３がＳＡＣ６に設けられていないが、ＳＡＣ６の速軸方向Ｙの両端部からＬＤバー１側へ一対の台座６３を突出させてもよい。この場合、一対の台座６３とＳＡＣ６との間に境界が生じていない状態で一対の台座６３がＳＡＣ６と一体にされる。このようにすれば、ＳＡＣ６の製造及び取り扱いを容易にすることができるとともに、ＬＤバー１に対するＳＡＣ６の位置決めを容易にかつより正確にすることができる。
　また、上記の例では、実施の形態２と同様に、ＦＡＣ７の速軸方向Ｙの両端部からＳＡＣ６側へ一対の台座７３を突出させ、一対の台座７３が嵌る一対の凹部６４をＳＡＣ６に設けてもよい。この場合、一対の台座７３とＦＡＣ７との間に境界が生じていない状態で一対の台座７３がＦＡＣ７と一体にされる。このようにすれば、ＦＡＣ７の製造及び取り扱いを容易にすることができるとともに、ＳＡＣ６に対するＦＡＣ７の位置決めを容易にかつより正確にすることができる。
　また、上記の例では、実施の形態２と同様に、光軸方向Ｚに対して傾斜する一対の入射側テーパ面６５をＳＡＣ６に設けてもよい。この場合、一対の入射側テーパ面６５は、遅軸方向Ｘについて第１の入射面６１の両側に形成される。また、この場合、ＸＺ断面において、第１の入射面６１からＬＤバー１側へ離れるにつれて一対の入射側テーパ面６５の間の距離が連続的に広がるように、一対の入射側テーパ面６５がＳＡＣ６に形成される。
　実施の形態５．
　図１４は、この発明の実施の形態５によるレーザ発振器を発光層の速軸方向Ｙに沿って見たときの状態を示す図である。レーザ発振器２００は、コリメートされた複数のレーザ光３を供給するビーム供給装置２０１に対して外部共振器構造を設けた波長結合型のレーザ発振器になっている。即ち、レーザ発振器２００は、ビーム供給装置２０１と、集光素子２０２と、波長結合素子２０３と、部分反射鏡２０４とを有している。集光素子２０２は、各レーザ光３の進行方向についてビーム供給装置２０１と部分反射鏡２０４との間に配置されている。波長結合素子２０３は、各レーザ光３の進行方向について集光素子２０２と部分反射鏡２０４との間に配置されている。
　ビーム供給装置２０１は、ＬＤバー１及びビーム整形装置５を有している。ＬＤバー１及びビーム整形装置５のそれぞれの構成及び配置は、実施の形態１と同様である。発光層２の出射端面２ａと反対側の端面は、レーザ光３を反射する反射端面２ｂになっている。ＬＤバー１の出射端面２ａから出射された各レーザ光３は、ビーム整形装置５によってコリメートされた後、集光素子２０２へ進行する。
　集光素子２０２は、ビーム供給装置２０１から回折により広がる各レーザ光３を再度コリメート、即ち平行化するとともに、各レーザ光３の主光線を波長結合素子２０３上の一点に集める。集光素子２０２としては、例えば少なくとも遅軸方向Ｘに凸のパワーを持つレンズが用いられる。
　波長結合素子２０３は、例えば回折格子である。波長結合素子２０３は、集光素子２０２によって主光線が一点に集められた各レーザ光３を例えば１次の回折方向へ回折する。
　部分反射鏡２０４は、波長結合素子２０３によって回折された各レーザ光３の一部をレーザ光３の進行方向と逆方向へ反射し、各レーザ光３の残りを透過する。
　部分反射鏡２０４で反射されたレーザ光３は、進行してきた光路を逆方向に遡ることによって、波長結合素子２０３、集光素子２０２、ビーム整形装置５の順に通過し、各レーザ光３を出射したそれぞれの発光層２に戻る。各発光層２に戻ったレーザ光３は、発光層２内を通って反射端面２ｂで反射し、再び、発光層２の出射端面２ａから、ビーム整形装置５、集光素子２０２、波長結合素子２０３の順に通過し、部分反射鏡２０４に達する。即ち、レーザ発振器２００は、発光層２を利得媒質である発振源とし、発光層２の反射端面２ｂと、部分反射鏡２０４との間でレーザ光３を共振させる共振器になっている。
　各発光層２から出射されたレーザ光３の波長結合素子２０３に対する入射角は、ＬＤバー１、集光素子２０２、波長結合素子２０３のそれぞれの位置等に基づいて決定される。一方、波長結合素子２０３で回折されるレーザ光３、即ち波長結合素子２０３から出射されるレーザ光３の出射角は、レーザ光３が部分反射鏡２０４に対して垂直入射及び垂直反射するように決定される。これら入射角と出射角とから波長がある値に決定されることにより、レーザ発振器２００では発振可能な波長が自動的に選択され、選択された波長のレーザ光３がレーザ発振器２００から発振する。
　各発光層２から出射される各レーザ光３は、波長が少しずつ異なり、各レーザ光３の波長は、遅軸方向Ｘに沿って段階的に変化している。また、波長結合素子２０３と部分反射鏡２０４との間を通るレーザ光３の状態は、複数の波長のレーザ光が１本のレーザ光として重畳された状態になっている。これにより、部分反射鏡２０４を透過してレーザ発振器２００から出射されるレーザ光は、１本の多波長のレーザ光になる。
　このようなレーザ発振器２００では、実施の形態１によるビーム整形装置５が用いられているので、レーザ発振器２００の取り扱い及び製造を容易にすることができるとともに、レーザ発振器２００のコストの低減化を図ることができ、レーザ発振器２００におけるレーザ光３の利用効率を高くすることができる。また、ＦＡＣ７が任意の長さの焦点距離を選択することができるので、ＦＡＣ７の焦点距離を長くすることで、レーザ発振器２００の調整感度を緩くすることができる。これにより、温度変化等の外乱に対して強い安定なレーザ発振器２００を得ることができる。
　実施の形態６．
　図１５は、この発明の実施の形態６によるレーザ発振器を発光層の速軸方向Ｙに沿って見たときの状態を示す図である。ビーム供給装置２０１は、ＬＤバー１と、ビーム整形装置５と、光路変換素子２０５とを有している。ＬＤバー１及びビーム整形装置５のそれぞれの構成及び配置は、実施の形態１と同様である。光路変換素子２０５は、各レーザ光３の進行方向についてビーム整形装置５と集光素子２０２との間に配置されている。
　図１６は、図１５の光路変換素子２０５を、速軸方向Ｙに直交するＸＺ平面で切断したときの状態を示す断面図である。また、図１７は、図１５の光路変換素子２０５を光軸方向Ｚに沿って見たときの状態を示す図である。光路変換素子２０５には、各レーザ光３が入射する素子入射面２１５と、光路変換素子２０５に入射した各レーザ光３が出射する素子出射面２２５とが設けられている。光路変換素子２０５は、素子入射面２１５をビーム整形装置５側に向け、素子出射面２２５を、ビーム整形装置５側とは反対側、即ち波長結合素子２０３側に向けた状態で配置されている。
　素子入射面２１５は、発光層２の遅軸方向Ｘへ並ぶ複数の入射側レンズ面２１５ａを有するマイクロレンズアレイになっている。素子出射面２２５は、発光層２の遅軸方向Ｘへ並ぶ複数の出射側レンズ面２２５ａを有するマイクロレンズアレイになっている。各入射側レンズ面２１５ａ及び各出射側レンズ面２２５ａは、遅軸方向Ｘについて互いに位置を合わせて配置されている。また、各入射側レンズ面２１５ａ及び各出射側レンズ面２２５ａのそれぞれの形状は、互いに同じになっている。さらに、各入射側レンズ面２１５ａ及び各出射側レンズ面２２５ａのそれぞれの形状は、ＸＹ平面内で４５ｄｅｇの方向に沿った母線を持つシリンダ形状になっている。これにより、母線に垂直な断面における各入射側レンズ面２１５ａ及び各出射側レンズ面２２５ａのそれぞれの形状は、光路変換素子２０５の外側へ凸になる円弧状又は非円弧状になっている。
　光路変換素子２０５は、素子入射面２１５から入射する光線束の遅軸方向と速軸方向とを入れ替えて素子出射面２２５から光線束を出射させる。即ち、光路変換素子２０５は、レーザ光３を光軸方向Ｚの回りに９０ｄｅｇだけ回転させて、レーザ光３の遅軸方向と速軸方向とを入れ替える。これにより、レーザ光３の遅軸方向は、光路変換素子２０５に入射する前にＸ方向と一致しているが、光路変換素子２０５から出射した後はＹ方向と一致する。また、レーザ光３の速軸方向は、光路変換素子２０５に入射する前にＹ方向と一致しているが、光路変換素子２０５から出射した後はＸ方向と一致する。ビーム整形装置５からの各レーザ光３は、光路変換素子２０５によって遅軸方向と速軸方向とを入れ替えた後、集光素子２０２に達する。他の構成は実施の形態５と同様である。
　このようなレーザ発振器２００では、ビーム供給装置２０１が、ビーム整形装置５と集光素子２０２との間に配置された光路変換素子２０５を有しているので、ビーム整形装置５からの各レーザ光３の遅軸方向と速軸方向とを入れ替えて各レーザ光３を集光素子２０２に入射させることができ、レーザ発振器２００の小型化を図ることができる。また、遅軸方向及び速軸方向のそれぞれについてビーム整形装置５によってコリメートされたレーザ光３が光路変換素子２０５に入射されるので、各レーザ光３の遅軸方向及び速軸方向を正確に入れ替えることができ、品質の良好なレーザ光３をレーザ発振器２００から出射させることができる。さらに、遅軸方向及び速軸方向のそれぞれについてビーム整形装置５によってコリメートされたレーザ光３が光路変換素子２０５に入射されるので、光路変換素子２０５をレーザ光３が通過するときのレーザ光３のケラレ（vignetting）の発生を抑制することもできる。このようなことから、レーザ光３の利用効率が高いレーザ発振器２００を得ることができる。
　実施の形態７．
　図１８は、この発明の実施の形態７によるレーザ発振器を発光層の速軸方向Ｙに沿って見たときの状態を示す図である。実施の形態６では、集光素子２０２と波長結合素子２０３との間に光学系要素が配置されていないが、集光素子２０２と波長結合素子２０３との間にλ／２板（ＨＷＰ：Half-Wave Plate）２０６を配置してもよい。λ／２板２０６は、各レーザ光３の偏光方向を光軸方向Ｚの回りに９０ｄｅｇだけ回転させる。即ち、集光素子２０２から出射された各レーザ光３は、λ／２板２０６で偏光方向を光軸方向Ｚの回りに９０ｄｅｇだけ回転した後、波長結合素子２０３に入射する。他の構成は実施の形態６と同様である。これにより、波長結合素子２０３における各レーザ光３の回折効率を高めやすくすることができ、レーザ発振器２００でのレーザ光３の利用効率をさらに高めることができる。
　なお、上記実施の形態５～７では、実施の形態１と同様の構成を持つビーム整形装置５がビーム供給装置２０１に含まれているが、実施の形態２～４のいずれかと同様の構成を持つビーム整形装置５をビーム供給装置２０１に含めてもよい。
　また、上記実施の形態５～７では、ビーム供給装置２０１の数が１個のみであるが、ビーム供給装置２０１の数を複数にしてもよい。この場合、複数のビーム供給装置２０１のそれぞれは、各レーザ光３の主光線が波長結合素子２０３上の一点に集まる位置に配置される。このようにすれば、複数のＬＤバー１からのレーザ光３を１本のレーザ光に重畳させることができるので、さらに高出力のレーザ発振器２００を得ることができる。
　１　ＬＤバー、２　発光層（発光部）、２ａ　出射端面、３　レーザ光、５　ビーム整形装置、６　ＳＡＣ（第１のコリメータレンズ）、７　ＦＡＣ（第２のコリメータレンズ）、１１　ＳＡＣ／ＦＡＣ（第１のコリメータレンズ）、６１　第１の入射面、６１ａ　入射側レンズ面、６２　第１の出射面、６２ａ　出射側レンズ面、６３　台座（取付用台座）、６４　凹部、６４ｂ　凹部テーパ面、６５　入射側テーパ面、７３　台座、７３ｂ　台座テーパ面、１１１　第１の入射面、１１１ａ　入射側レンズ面、１１２　第１の出射面、２００　レーザ発振器、２０１　ビーム供給装置、２０２　集光素子、２０３　波長結合素子、２０４　部分反射鏡、２０５　光路変換素子、２０６　λ／２板。

Claims (11)

  1. 　発光装置において第１の方向へ並んでいる複数の発光部のそれぞれの出射端面から、前記第１の方向に直交する光軸方向へ出射される複数のレーザ光をコリメートするビーム整形装置であって、
    　前記第１の方向に発散する前記レーザ光をコリメートする第１のコリメータレンズ、及び
    　前記光軸方向及び前記第１の方向のいずれにも直交する方向である第２の方向に発散する前記レーザ光をコリメートする第２のコリメータレンズ
    　を備え、
    　前記第１のコリメータレンズは、前記発光装置と前記第２のコリメータレンズとの間に配置され、
    　前記第１のコリメータレンズには、前記レーザ光が入射する第１の入射面と、前記レーザ光が出射する第１の出射面とが設けられており、
    　前記第１の入射面は、前記第１の方向へ並んでいる複数の入射側レンズ面を有し、
    　各前記入射側レンズ面の形状は、前記第２の方向に直交する断面において前記第１のコリメータレンズの外側へ凸になる形状であって、かつ前記第１の方向に直交する断面において前記第１のコリメータレンズの内側へ凹になる形状であり、
    　前記第１の入射面及び前記第１の出射面のそれぞれの形状は、前記第１の方向に直交する断面において、前記発光部の出射端面上の点を中心とする同心の円弧状であるビーム整形装置。
  2. 　前記第２の方向についての前記第２のコリメータレンズの両端部からは、一対の台座が前記第１のコリメータレンズ側へ突出しており、
    　前記第１のコリメータレンズには、前記一対の台座が嵌っている一対の凹部が設けられており、
    　前記一対の台座には、前記第２の方向について互いに対向する一対の台座テーパ面が設けられており、
    　前記一対の台座テーパ面の間の距離は、前記第１のコリメータレンズに向かって広がっており、
    　前記一対の凹部には、前記台座テーパ面に沿った凹部テーパ面が設けられている請求項１に記載のビーム整形装置。
  3. 　前記第１の出射面は、前記第１の方向へ並んでいる複数の出射側レンズ面を有し、
    　各前記出射側レンズ面の形状は、前記第２の方向に直交する断面において前記第１のコリメータレンズの外側へ凸になる形状であって、かつ前記第１の方向に直交する断面において前記第１のコリメータレンズの外側へ凸になる形状である請求項１又は請求項２に記載のビーム整形装置。
  4. 　発光装置において第１の方向へ並んでいる複数の発光部のそれぞれの出射端面から、前記第１の方向に直交する光軸方向へ出射される複数のレーザ光をコリメートするビーム整形装置であって、
    　前記第１の方向に発散するレーザ光と、前記光軸方向及び前記第１の方向のいずれにも直交する方向である第２の方向に発散する前記レーザ光とをコリメートする第１のコリメータレンズ
    　を備え、
    　前記第１のコリメータレンズには、前記レーザ光が入射する第１の入射面と、前記レーザ光が出射する第１の出射面とが設けられており、
    　前記第１の入射面は、前記第１の方向へ並んでいる複数の入射側レンズ面を有し、
    　各前記入射側レンズ面の形状は、前記第２の方向に直交する断面において前記第１のコリメータレンズの外側へ凸になる形状であって、かつ前記第１の方向に直交する断面において前記第１のコリメータレンズの内側へ凹になる形状であり、
    　前記第１の出射面の形状は、前記第１の方向に直交する断面において、前記第１のコリメータレンズの外側へ凸になる形状で非円弧状であるビーム整形装置。
  5. 　前記第１のコリメータレンズの屈折率は、１．７以上である請求項４に記載のビーム整形装置。
  6. 　前記第１のコリメータレンズには、一対の入射側テーパ面が設けられており、
    　前記一対の入射側テーパ面は、前記第１の方向について前記第１の入射面の両側に位置しており、
    　前記第１のコリメータレンズの前記第２の方向に直交する断面では、前記一対の入射側テーパ面が前記光軸方向に対して傾斜しており、かつ前記一対の入射側テーパ面の間の距離が、前記第１の入射面から前記発光装置側へ離れるにつれて連続的に広がっている請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のビーム整形装置。
  7. 　前記第１のコリメータレンズからは、取付用台座が前記発光装置側へ突出している請求項１～請求項６のいずれか一項に記載のビーム整形装置。
  8. 　前記発光装置と、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載のビーム整形装置とを有するビーム供給装置、
    　前記ビーム供給装置から出射される前記複数のレーザ光を集める集光素子、
    　前記集光素子で集光された前記複数のレーザ光を回折する波長結合素子、及び
    　前記波長結合素子で回折された前記複数のレーザ光の一部を前記レーザ光の進行方向と逆方向へ反射する部分反射鏡
    　を備えているレーザ発振器。
  9. 　前記ビーム供給装置は、前記ビーム整形装置と前記集光素子との間に配置され前記レーザ光の前記第１の方向と前記第２の方向とを入れ替える光路変換素子を有している請求項８に記載のレーザ発振器。
  10. 　前記集光素子と前記波長結合素子との間に配置されているλ／２板
    　を備えている請求項８又は請求項９に記載のレーザ発振器。
  11. 　複数の前記ビーム供給装置
    　を備えている請求項８～請求項１０のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
PCT/JP2017/001021 2016-02-09 2017-01-13 ビーム整形装置、及びレーザ発振器 WO2017138298A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112017000722.4T DE112017000722T5 (de) 2016-02-09 2017-01-13 Strahlformungs-einrichtung und laser-oszillator
JP2017566555A JP6432921B2 (ja) 2016-02-09 2017-01-13 ビーム整形装置、及びレーザ発振器
CN201780009453.2A CN108604016A (zh) 2016-02-09 2017-01-13 光束整形装置以及激光振荡器
US16/071,790 US10571708B2 (en) 2016-02-09 2017-01-13 Beam shaping device and laser oscillator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016022643 2016-02-09
JP2016-022643 2016-02-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017138298A1 true WO2017138298A1 (ja) 2017-08-17

Family

ID=59562992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/001021 WO2017138298A1 (ja) 2016-02-09 2017-01-13 ビーム整形装置、及びレーザ発振器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10571708B2 (ja)
JP (1) JP6432921B2 (ja)
CN (1) CN108604016A (ja)
DE (1) DE112017000722T5 (ja)
WO (1) WO2017138298A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020071003A1 (ja) * 2018-10-05 2020-04-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光源装置、およびそれを用いた投影装置、ならびに蛍光励起装置
WO2020075340A1 (ja) * 2018-10-11 2020-04-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 凹シリンドリカルレンズ

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190173255A1 (en) * 2017-12-02 2019-06-06 Inuitive Ltd. Laser Diode Device and a Projector Using Same
WO2021106257A1 (ja) * 2019-11-28 2021-06-03 パナソニック株式会社 光学ユニット、ビーム結合装置およびレーザ加工機
CN113064136A (zh) 2020-01-02 2021-07-02 隆达电子股份有限公司 发光元件与发光模块
TWI744794B (zh) * 2020-02-12 2021-11-01 財團法人工業技術研究院 掃描式光源模組
CN115087908B (zh) * 2020-02-19 2024-04-12 华为技术有限公司 一种光学组件及激光雷达系统
CN114217447B (zh) * 2021-11-22 2023-07-07 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种激光束整形变换装置
CN114089542B (zh) * 2021-11-25 2023-08-15 无锡奥普特自动化技术有限公司 全自动fac巴粘透镜组准直系统用作业平台模块

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000089161A (ja) * 1998-09-14 2000-03-31 Fujitsu Ltd 光強度変換素子及び光記憶装置
JP2011169969A (ja) * 2010-02-16 2011-09-01 Mitsubishi Electric Corp レーザビーム装置
JP2015503221A (ja) * 2011-11-04 2015-01-29 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 微小レンズアレイを使用してラインを生成する光学設計

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63182622A (ja) * 1987-01-26 1988-07-27 Omron Tateisi Electronics Co 投光器
JP3071360B2 (ja) 1993-04-30 2000-07-31 新日本製鐵株式会社 リニアアレイレーザダイオードに用いる光路変換器及びそれを用いたレーザ装置及びその製造方法
US5861992A (en) * 1997-06-20 1999-01-19 Creo Products Inc Microlensing for multiple emitter laser diodes
US6770546B2 (en) * 2001-07-30 2004-08-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device
EP1528425B1 (de) * 2003-10-30 2010-09-08 LIMO Patentverwaltung GmbH & Co. KG Anordnung und Vorrichtung zur optischen Strahlbündeltransformation
JP2006337514A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Sharp Corp 光走査装置及び画像形成装置
CN2862070Y (zh) * 2005-09-30 2007-01-24 北京工业大学 二极管激光器光束整形微透镜阵列
JP2007114454A (ja) * 2005-10-20 2007-05-10 Yamaha Corp マイクロレンズアレイとその製法
JP2009047883A (ja) * 2007-08-20 2009-03-05 Seiko Epson Corp スクリーン
CN201166741Y (zh) * 2008-03-14 2008-12-17 北京工业大学 光纤柱透镜实现半导体激光阵列准直整形的装置
US8804246B2 (en) * 2008-05-08 2014-08-12 Ii-Vi Laser Enterprise Gmbh High brightness diode output methods and devices
JP2013131386A (ja) * 2011-12-21 2013-07-04 Stanley Electric Co Ltd Ｌｅｄ光源用レンズ及びレンズアレイ
JP2013214449A (ja) * 2012-04-03 2013-10-17 Yuichi Suzuki トロイダルレンズおよび照明装置
US9215520B2 (en) * 2012-08-15 2015-12-15 General Electric Company Multi-function synthetic jet and method of manufacturing same
DE102013102891B4 (de) * 2013-03-21 2016-09-15 Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH Laseranordnung
CN203387049U (zh) * 2013-07-29 2014-01-08 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 一种大功率半导体激光器耦合的光纤固定装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000089161A (ja) * 1998-09-14 2000-03-31 Fujitsu Ltd 光強度変換素子及び光記憶装置
JP2011169969A (ja) * 2010-02-16 2011-09-01 Mitsubishi Electric Corp レーザビーム装置
JP2015503221A (ja) * 2011-11-04 2015-01-29 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 微小レンズアレイを使用してラインを生成する光学設計

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020071003A1 (ja) * 2018-10-05 2020-04-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光源装置、およびそれを用いた投影装置、ならびに蛍光励起装置
JPWO2020071003A1 (ja) * 2018-10-05 2021-09-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光源装置、およびそれを用いた投影装置、ならびに蛍光励起装置
WO2020075340A1 (ja) * 2018-10-11 2020-04-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 凹シリンドリカルレンズ

Also Published As

Publication number Publication date
US20190265495A1 (en) 2019-08-29
DE112017000722T5 (de) 2018-10-31
CN108604016A (zh) 2018-09-28
JPWO2017138298A1 (ja) 2018-05-24
US10571708B2 (en) 2020-02-25
JP6432921B2 (ja) 2018-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6432921B2 (ja) ビーム整形装置、及びレーザ発振器
US6222864B1 (en) High brightness laser diode source
US9658461B2 (en) Optical alignment systems and methods for wavelength beam combining laser systems
US9042423B2 (en) Brightness multi-emitter laser diode module and method
US9614344B2 (en) Fiber-based output couplers for wavelength beam combining laser systems
EP3211734B1 (en) Laser module
US11108214B2 (en) Wavelength combining laser apparatus
JP7126137B2 (ja) 波長合成技術用レーザシステムにおけるパワー及びスペクトラムのモニタリング
JP2015072955A (ja) スペクトルビーム結合ファイバレーザ装置
US20190391407A1 (en) Collimated light generating apparatus
US20150293301A1 (en) Integrated wavelength beam combining laser systems
JP7153862B2 (ja) 階段状スロー軸コリメータを有するレーザシステム
JP2016224376A (ja) レーザ装置
KR20150096760A (ko) 경사면들에서의 스팟 어레이의 발생
US20180011270A1 (en) Laser arrangement with auxiliary ring
JP7296605B2 (ja) 波長ビーム結合共振器のアライメントのためのシステムおよび方法
CA3104479A1 (en) Methods and systems for spectral beam-combining
JP2004103792A (ja) 複合光学装置およびその製造方法
US20210387282A1 (en) Optical resonator, and laser processing apparatus
JPH1168197A (ja) 半導体レーザ励起固体レーザ装置
JPH11163446A (ja) 固体レーザロッド励起モジュール
JP2001125040A (ja) レーザー照射光学系
US12034267B2 (en) Methods and systems for spectral beam-combining
JP6949289B1 (ja) レーザ装置
WO2023074182A1 (ja) 発光装置、レーザー加工システム、発光装置の製造方法、及び、レーザー加工システムの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17750023

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017566555

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112017000722

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17750023

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1