JPH04110916A - 半導体レーザ用合波装置 - Google Patents
半導体レーザ用合波装置Info
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- JPH04110916A JPH04110916A JP2231355A JP23135590A JPH04110916A JP H04110916 A JPH04110916 A JP H04110916A JP 2231355 A JP2231355 A JP 2231355A JP 23135590 A JP23135590 A JP 23135590A JP H04110916 A JPH04110916 A JP H04110916A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は半導体レーザ用合波装置に係わり、特に、複数
の半導体レーザから放射される複数のレーザ光を合波し
、大きな光密度を有する１本のレーザ光を得るようにし
たものに用いて好適なものである。
の半導体レーザから放射される複数のレーザ光を合波し
、大きな光密度を有する１本のレーザ光を得るようにし
たものに用いて好適なものである。
〈発明の概要〉
本発明の半導体レーザ用合波装置は、ダイクロインクミ
ラーによる波長分割を利用した合波を先に行い、次いで
、ＰＢＳによる振動方向の相違を利用した合波を行うよ
うにして、上記ダイクロイックミラーには、振動方向が
揃ったレーザ光を入射させることが出来るようにするこ
とにより、上記ダイクロイックミラーにおける合波効率
を大幅に向上させ、複数本のレーザ光を１本に収束して
光ファイバに結合させる際の総合的な結合効率を向上さ
せるようにした半導体レーザ用合波装置である。
ラーによる波長分割を利用した合波を先に行い、次いで
、ＰＢＳによる振動方向の相違を利用した合波を行うよ
うにして、上記ダイクロイックミラーには、振動方向が
揃ったレーザ光を入射させることが出来るようにするこ
とにより、上記ダイクロイックミラーにおける合波効率
を大幅に向上させ、複数本のレーザ光を１本に収束して
光ファイバに結合させる際の総合的な結合効率を向上さ
せるようにした半導体レーザ用合波装置である。
〈従来の技術〉
周知の通り、レーザ光は医療の分野や光加工の分野（特
にマーキング）において広く用いられるようになってき
た。しかし、このような分野で用いるためには、かなり
大きな光密度を有するレーザ光が必要である。このため
、出力が小さい半導体レーザを医療分野や光加工分野等
に用いようとすると、半導体レーザ光の光密度を増大さ
せる必要がある。このような要求に応えるために、偏光
ビームスプリッタプリズム（以下単にＰＢＳと記載する
）やダイクロインクミラー等の光学部品を用いて合波装
置を構成し、複数の半導体レーザからそれぞれ放射され
た複数本のレーザ光を合波することが考えれる。
にマーキング）において広く用いられるようになってき
た。しかし、このような分野で用いるためには、かなり
大きな光密度を有するレーザ光が必要である。このため
、出力が小さい半導体レーザを医療分野や光加工分野等
に用いようとすると、半導体レーザ光の光密度を増大さ
せる必要がある。このような要求に応えるために、偏光
ビームスプリッタプリズム（以下単にＰＢＳと記載する
）やダイクロインクミラー等の光学部品を用いて合波装
置を構成し、複数の半導体レーザからそれぞれ放射され
た複数本のレーザ光を合波することが考えれる。
第８図は、複数の光束を１本の光束に合波する際に用い
られる合波装置の一例を示す構成図である。
られる合波装置の一例を示す構成図である。
第８図において、１〜４は半導体レーザを示している。
この場合、第１の半導体レーザ１および第２の半導体レ
ーザ２は、Ｐ偏光のレーザ光１ａ２ａをそれぞれ放射す
る。一方、第３の半導体レーザ３および第４の半導体レ
ーザ４は、Ｓ偏光のレーザ光３ａ、４ａをそれぞれ放射
する。また、第１および第３の半導体レーザから放射さ
れるレーザ光１ａ、３ａの波長λ＝７８０ ｎｍであり
、第２および第４の半導体レーザから放射されるレーザ
光２ａ、４ａの波長λ＝８３０ ｎｍであるものとする
。
ーザ２は、Ｐ偏光のレーザ光１ａ２ａをそれぞれ放射す
る。一方、第３の半導体レーザ３および第４の半導体レ
ーザ４は、Ｓ偏光のレーザ光３ａ、４ａをそれぞれ放射
する。また、第１および第３の半導体レーザから放射さ
れるレーザ光１ａ、３ａの波長λ＝７８０ ｎｍであり
、第２および第４の半導体レーザから放射されるレーザ
光２ａ、４ａの波長λ＝８３０ ｎｍであるものとする
。
第８図から明らかなように、第１の半導体レーザ１と第
３の半導体レーザ３とは、同一平面上においてそれぞれ
の光軸が互いに直角になるように配置されている。また
、第２の半導体レーザ２と第４の半導体レーザ４とが、
同一平面上において各光軸が直交するように配置されて
いる。
３の半導体レーザ３とは、同一平面上においてそれぞれ
の光軸が互いに直角になるように配置されている。また
、第２の半導体レーザ２と第４の半導体レーザ４とが、
同一平面上において各光軸が直交するように配置されて
いる。
各半導体レーザがこのように配置されているので、第１
の半導体レーザ１から放射されたＰ偏光のレーザ光１ａ
と第３の半導体レーザ３から放射されたＳ偏光のレーザ
光３ａとが第１のＰＢＳ５ａにそれぞれ入射される。ま
た、第２の半導体レーザ２から放射されたＰ偏光のレー
ザ光２ａと第４の半導体レーザ４から放射されたＳ偏光
のレーザ光４ａとが、第２のＰＢＳ５ｂにそれぞれ入射
される。
の半導体レーザ１から放射されたＰ偏光のレーザ光１ａ
と第３の半導体レーザ３から放射されたＳ偏光のレーザ
光３ａとが第１のＰＢＳ５ａにそれぞれ入射される。ま
た、第２の半導体レーザ２から放射されたＰ偏光のレー
ザ光２ａと第４の半導体レーザ４から放射されたＳ偏光
のレーザ光４ａとが、第２のＰＢＳ５ｂにそれぞれ入射
される。
上記ＰＢＳ５は、２個の４５°直角プリズムの斜面に高
屈折率物質と低屈折率物質とから成る交互多層膜を施す
とともに、これらを貼合わせて立方体に構成したもので
ある。その原理は、成る条件が満たされている場合、入
射面に平行に振動するＰ偏光の反射率が零になるととも
に、Ｓ偏光の反射率は上記交互層の増大とともに高くな
る現象を巧みに利用している。したがって、各レーザ光
はその振動方向の相違により、上記ＰＢＳ５ａ。
屈折率物質と低屈折率物質とから成る交互多層膜を施す
とともに、これらを貼合わせて立方体に構成したもので
ある。その原理は、成る条件が満たされている場合、入
射面に平行に振動するＰ偏光の反射率が零になるととも
に、Ｓ偏光の反射率は上記交互層の増大とともに高くな
る現象を巧みに利用している。したがって、各レーザ光
はその振動方向の相違により、上記ＰＢＳ５ａ。
５ｂを低損失で通過したり、或いは反射したりすること
によりそれぞれ合波される。
によりそれぞれ合波される。
このように、第１および第２のＰＢＳ５ａ、ＰＢＳ５ｂ
によりそれぞれ合波された各レーザ光１３．３ａおよび
２ａ、４ａは、第８図に示すように互いに直交する角度
でもってダイクロイックミラー６にそれぞれ入射される
。ダイクロイックミラー６に入射された各レーザ光１ａ
、３ａおよび２ａ、４ａは、波長の相違に基づいて上記
ダイクロイックミラー６を低損失で通過したり、或いは
進行方向と直角な方向に反射したりすることにより合波
され、光結合器７を介して光ファイバ８に結合される。
によりそれぞれ合波された各レーザ光１３．３ａおよび
２ａ、４ａは、第８図に示すように互いに直交する角度
でもってダイクロイックミラー６にそれぞれ入射される
。ダイクロイックミラー６に入射された各レーザ光１ａ
、３ａおよび２ａ、４ａは、波長の相違に基づいて上記
ダイクロイックミラー６を低損失で通過したり、或いは
進行方向と直角な方向に反射したりすることにより合波
され、光結合器７を介して光ファイバ８に結合される。
〈発明が解決しようとする課題〉
第８図の合波装置の場合には、ＰＢＳ５によるＰＳ合波
を先に行っているので、ダイクロイックミラー６に入射
される各レーザ光１ａ、３ａおよび２ａ、４ａは、Ｐ偏
光波とＳ偏光波とが混ざっている。このように、Ｐ偏光
波とＳ偏光波とが混ざっている場合は、合波特性効率を
向上させるのが難しい。すなわち、ダイクロイックミラ
ー６の分光特性は、第９図および第１０図の特性図に示
すようなものがある。第９図および第１０図において、
破線で示す特性曲線Ｒはレーザ光の反射特性、実線で示
す特性曲線Ｔは透過特性をそれぞれ示している。
を先に行っているので、ダイクロイックミラー６に入射
される各レーザ光１ａ、３ａおよび２ａ、４ａは、Ｐ偏
光波とＳ偏光波とが混ざっている。このように、Ｐ偏光
波とＳ偏光波とが混ざっている場合は、合波特性効率を
向上させるのが難しい。すなわち、ダイクロイックミラ
ー６の分光特性は、第９図および第１０図の特性図に示
すようなものがある。第９図および第１０図において、
破線で示す特性曲線Ｒはレーザ光の反射特性、実線で示
す特性曲線Ｔは透過特性をそれぞれ示している。
従来の合波装置の場合、Ｐ偏光波とＳ偏光波とが混ざっ
てダイクロイックミラー６に入射されるため、第９図で
示す第１のダイクロイックミラーを使ったとしても、或
いは第１０図に示す第２のダイクロイックミラーを使っ
たとしても、合波効率が著しく低下する。
てダイクロイックミラー６に入射されるため、第９図で
示す第１のダイクロイックミラーを使ったとしても、或
いは第１０図に示す第２のダイクロイックミラーを使っ
たとしても、合波効率が著しく低下する。
すなわち、第９図の分光特性を有する第１のダイクロイ
ックミラーを使用した場合には、８３０ｎｍにおける透
過率η、３゜は、η、３゜＝０．９７と高いが、７８０
ｎｍにおける反射率η７８０は、ηツ、、＝０．５と
かなり悪い。
ックミラーを使用した場合には、８３０ｎｍにおける透
過率η、３゜は、η、３゜＝０．９７と高いが、７８０
ｎｍにおける反射率η７８０は、ηツ、、＝０．５と
かなり悪い。
また、第１０図の分光特性を有する第２のダイクロイン
クミラーを使用した場合には、７８００ｍにおける反射
率η７．。は、η７８゜＝０．９７と高いものの、８．
３０ ｎ ｍにおける透過率η８３゜は、η１Ｉ３０＝
０．５と低くなる。
クミラーを使用した場合には、７８００ｍにおける反射
率η７．。は、η７８゜＝０．９７と高いものの、８．
３０ ｎ ｍにおける透過率η８３゜は、η１Ｉ３０＝
０．５と低くなる。
このように、従来の合波装置の場合には、透過効率及び
反射効率ともによくすることが出来ないので、総合的な
合波効率ηは、η＝０．４８程度であり、５０％を越え
ることが出来ながった。
反射効率ともによくすることが出来ないので、総合的な
合波効率ηは、η＝０．４８程度であり、５０％を越え
ることが出来ながった。
本発明は上述の問題点に鑑み、レーザ光を合波する際の
総合合波効率ηを大きく出来るようにすることを目的と
する。
総合合波効率ηを大きく出来るようにすることを目的と
する。
〈課題を解決するための手段〉
本発明の半導体レーザ用合波装置は、４個または３個の
半導体レーザからそれぞれ放射される複数本のレーザ光
をＰＢＳとダイクロイックミラーとを用いて合波して単
一のレーザ光に収束し、これを１本の光ファイバに結合
させるようにした半導体レーザ用合波装置において、上
記各レーザ光を合波するに際し、先ず、ダイクロインク
ミラーを用いて合波することにより２本の光束に収束し
、次いで、上記２本の光束をＰＢＳでＰＳ合波すること
により１本の光束に収束して上記光ファイバに結合させ
るようにしている。
半導体レーザからそれぞれ放射される複数本のレーザ光
をＰＢＳとダイクロイックミラーとを用いて合波して単
一のレーザ光に収束し、これを１本の光ファイバに結合
させるようにした半導体レーザ用合波装置において、上
記各レーザ光を合波するに際し、先ず、ダイクロインク
ミラーを用いて合波することにより２本の光束に収束し
、次いで、上記２本の光束をＰＢＳでＰＳ合波すること
により１本の光束に収束して上記光ファイバに結合させ
るようにしている。
また、本発明の他の特徴とするところは、上記ダイクロ
イックミラーと上記ＰＢＳとの間にシリンドリカルレン
ズ等の光学部品を介在させ、上記レーザ光のビーム形状
を整形するようにしている。
イックミラーと上記ＰＢＳとの間にシリンドリカルレン
ズ等の光学部品を介在させ、上記レーザ光のビーム形状
を整形するようにしている。
〈作用〉
ダイクロインクミラーによる波長分割を利用した合波を
先に行い、振動方向が揃ったレーザ光を上記ダイクロイ
ックミラーに入射させるようにすることにより、合波す
るレーザ光の振動方向に合わせて、Ｐ波用のダイクロイ
ックミラーおよびＳ波用のダイクロイックミラーを使い
分けることが出来るようにする。これにより、例えば短
い波長における反射率を向上させることと長い波長の透
過率を向上させることの両方が可能となり、上記ダイク
ロイックミラーにおける合波効率が大幅に向上し、その
結果、複数本のレーザ光を１本に収束して光ファイバに
結合させる際の総合的な結合効率が向上する。
先に行い、振動方向が揃ったレーザ光を上記ダイクロイ
ックミラーに入射させるようにすることにより、合波す
るレーザ光の振動方向に合わせて、Ｐ波用のダイクロイ
ックミラーおよびＳ波用のダイクロイックミラーを使い
分けることが出来るようにする。これにより、例えば短
い波長における反射率を向上させることと長い波長の透
過率を向上させることの両方が可能となり、上記ダイク
ロイックミラーにおける合波効率が大幅に向上し、その
結果、複数本のレーザ光を１本に収束して光ファイバに
結合させる際の総合的な結合効率が向上する。
〈実施例〉
第１図は、本発の一実施例を示す半導体レーザ用合波装
置の構成図である。
置の構成図である。
第１図から明らかなように、本実施例においても４個の
半導体レーザ１〜４から放射されるレーザ光１ａ〜４ａ
を合波するようにしている。しかし、本実施例は従来と
異なり、ＰＳ合波を行う前に、ダイクロイックミラー６
により波長の違いを利用した合波を行い、次に、ＰＢＳ
５による振動方向の違いを利用した合波を行うようにし
ている。
半導体レーザ１〜４から放射されるレーザ光１ａ〜４ａ
を合波するようにしている。しかし、本実施例は従来と
異なり、ＰＳ合波を行う前に、ダイクロイックミラー６
により波長の違いを利用した合波を行い、次に、ＰＢＳ
５による振動方向の違いを利用した合波を行うようにし
ている。
すなわち、本実施例においては、第１図に示すように、
Ｐ偏光のレーザ光を出力す第１の半導体レーザ１と第２
の半導体レーザ２とを対にするとともに、Ｓ偏光のレー
ザ光を出力する第３の半導体レーザ３と第４の半導体レ
ーザ４とを対にして配置している。そして、第１および
第２の半導体レ−ｑｘ、２から放射されるレーザ光１ａ
、２ａが第１のダイクロイックミラー６３に入射するよ
うにするとともに、第３および第４の半導体レーザ３．
４から放射されるレーザ光３ａ、４ａが第２のダイクロ
イ、クミラー６ｂに入射するようにしている。これらの
レーザ光１ａ〜４ａが各ダイクロイックミラー６ａ、６
ｂに入射する条件は、第８図に示した従来の装置と同様
であり、各レーザ光１ａ〜４ａが同一平面において、互
いに直交する方向から入射するように各半導体レーザが
配置されている。なお、各半導体レーザから放射される
レーザ光の波長は従来と同しであり、第１の半導体レー
ザ１と第３の半導体レーザ３とが７８０ｎｍである。ま
た、第２の半導体レーザ２と第４の半導体レーザ４とが
８３０ ｎｍの波長のレーザ光を放射するようにしてい
る。
Ｐ偏光のレーザ光を出力す第１の半導体レーザ１と第２
の半導体レーザ２とを対にするとともに、Ｓ偏光のレー
ザ光を出力する第３の半導体レーザ３と第４の半導体レ
ーザ４とを対にして配置している。そして、第１および
第２の半導体レ−ｑｘ、２から放射されるレーザ光１ａ
、２ａが第１のダイクロイックミラー６３に入射するよ
うにするとともに、第３および第４の半導体レーザ３．
４から放射されるレーザ光３ａ、４ａが第２のダイクロ
イ、クミラー６ｂに入射するようにしている。これらの
レーザ光１ａ〜４ａが各ダイクロイックミラー６ａ、６
ｂに入射する条件は、第８図に示した従来の装置と同様
であり、各レーザ光１ａ〜４ａが同一平面において、互
いに直交する方向から入射するように各半導体レーザが
配置されている。なお、各半導体レーザから放射される
レーザ光の波長は従来と同しであり、第１の半導体レー
ザ１と第３の半導体レーザ３とが７８０ｎｍである。ま
た、第２の半導体レーザ２と第４の半導体レーザ４とが
８３０ ｎｍの波長のレーザ光を放射するようにしてい
る。
このようしこ、本実施例においては、放射レーザ光の振
動方向が同じで波長の大きさが異なる半導体レーザ同志
を対にして配置しているので、ダイクロイックミラー６
を用いた波長分割による合波を先に行うことが出来る。
動方向が同じで波長の大きさが異なる半導体レーザ同志
を対にして配置しているので、ダイクロイックミラー６
を用いた波長分割による合波を先に行うことが出来る。
このため、第１の半導体レーザ１から放射されるレーザ
光１ａと、第２の半導体レーザ２から放射されるレーザ
光２ａとを合波するためのダイクロイックミラーとして
、第１０圀に示した透過／反射特性を有する第２のダイ
クロイックミラー６ａを使用することが出来るとともに
、第３の半導体レーザ３から放射されるレーザ光３ａと
、第４の半導体レーザ４から放射されるレーザ光４ａと
を合波するためのダイクロイックミラーとして、第９図
に示した透過／反射特性を有する第１のダイクロイック
ミラー６ｂを使用することが出来る。したがって、第９
図及（ａ）び第１０図（ｂ）に示すように、７８０ ｎ
ｍおよび８３０ｎｍの双方の波長において高い反射率／
透過率が得られ、波長分割による合波効率を大幅に向上
させることが出来る。
光１ａと、第２の半導体レーザ２から放射されるレーザ
光２ａとを合波するためのダイクロイックミラーとして
、第１０圀に示した透過／反射特性を有する第２のダイ
クロイックミラー６ａを使用することが出来るとともに
、第３の半導体レーザ３から放射されるレーザ光３ａと
、第４の半導体レーザ４から放射されるレーザ光４ａと
を合波するためのダイクロイックミラーとして、第９図
に示した透過／反射特性を有する第１のダイクロイック
ミラー６ｂを使用することが出来る。したがって、第９
図及（ａ）び第１０図（ｂ）に示すように、７８０ ｎ
ｍおよび８３０ｎｍの双方の波長において高い反射率／
透過率が得られ、波長分割による合波効率を大幅に向上
させることが出来る。
このようにして、４個の半導体レーザからそれぞれ出力
される４本のレーザ光を２本に収束したら、次に、これ
らのの光束をＰＢＳ５に入射させて１本に収束する合波
を行う。この場合、ＰＢＳ５には７８０ｎｍ ８３０
ｎｍの両波が混ざって入射する。しかし、第２図のＰＢ
Ｓの分光特性図に示すように、ＰＢＳの場合は７８０〜
８３０ｎｍの広い範囲に渡って良好な反射／透過特性を
持つものが得られるので、第１図のＰＢＳ５における特
性は、反射特性η、がη、 ＝０．９７、透過特性η丁
が、ηＴ＝０．９７のように高い反射／透過特性が得ら
れる。このため、第１図に示した実施例の半導体レーザ
用合波装置は、平均総合効率ηを６３．５パーセントに
まで高めることが出来る。
される４本のレーザ光を２本に収束したら、次に、これ
らのの光束をＰＢＳ５に入射させて１本に収束する合波
を行う。この場合、ＰＢＳ５には７８０ｎｍ ８３０
ｎｍの両波が混ざって入射する。しかし、第２図のＰＢ
Ｓの分光特性図に示すように、ＰＢＳの場合は７８０〜
８３０ｎｍの広い範囲に渡って良好な反射／透過特性を
持つものが得られるので、第１図のＰＢＳ５における特
性は、反射特性η、がη、 ＝０．９７、透過特性η丁
が、ηＴ＝０．９７のように高い反射／透過特性が得ら
れる。このため、第１図に示した実施例の半導体レーザ
用合波装置は、平均総合効率ηを６３．５パーセントに
まで高めることが出来る。
次に、上記平均総合効率ηを更に向上させた合波装置の
例を第３図〜第７図を参じて説明する。
例を第３図〜第７図を参じて説明する。
第３図のレーザ光の放射状態説明図に示すように、レー
ザビーム１２は非常に小さい半導体レーザ１１の光源か
ら放射されるわけであるが、上記光源は点光源ではない
。例えば、成る半導体レーザ２０の場合、垂直方向の光
源の長さをＷ １１１１ ｓ Ｍとし、水平方向のなが
さをＷ ｙ ＋＋＋ ａ Ｘとすると、Ｗ Ｘ ｍｌ
＠ Ｘ＝Ｉ ＩＩ ｍ 、Ｗｙ＊ａｘ＝ ６００ μｍ
程度である。
ザビーム１２は非常に小さい半導体レーザ１１の光源か
ら放射されるわけであるが、上記光源は点光源ではない
。例えば、成る半導体レーザ２０の場合、垂直方向の光
源の長さをＷ １１１１ ｓ Ｍとし、水平方向のなが
さをＷ ｙ ＋＋＋ ａ Ｘとすると、Ｗ Ｘ ｍｌ
＠ Ｘ＝Ｉ ＩＩ ｍ 、Ｗｙ＊ａｘ＝ ６００ μｍ
程度である。
このような点光源から放射されたレーザビーム１１は、
垂直方向には広がるが、水平方向には余り広がらない。
垂直方向には広がるが、水平方向には余り広がらない。
すなわち、垂直方向のビーム広がり角θ、は大きく、水
平方向のビーム広がり角θ、は小さくなっている。
平方向のビーム広がり角θ、は小さくなっている。
このような断面形状のレーザビーム１２を、第４図の結
合状態説明図に示すように、光ファイバ８に高効率で結
合させるためには、 ｍ、−Ｗ、、、Ｘ≦Ｗ ｆ ・−・・・、 （１
）１／ｍｘ −５ｉｎθ、／２≦ＮＡ ・・・・・・
（２）の２式を満足させるように定数ｍｙおよびｍＸを
定める必要がある。なお、上記（１）式および（２）式
において、Ｗｆは光ファイバ８の直径、ＮＡは開口数（
第４図におけるｓｉｎθｆ）をそれぞれ示している。
合状態説明図に示すように、光ファイバ８に高効率で結
合させるためには、 ｍ、−Ｗ、、、Ｘ≦Ｗ ｆ ・−・・・、 （１
）１／ｍｘ −５ｉｎθ、／２≦ＮＡ ・・・・・・
（２）の２式を満足させるように定数ｍｙおよびｍＸを
定める必要がある。なお、上記（１）式および（２）式
において、Ｗｆは光ファイバ８の直径、ＮＡは開口数（
第４図におけるｓｉｎθｆ）をそれぞれ示している。
３Ｗのレーザ光を出力する、成る半導体レーザの場合、
上記したようにＷ ＸＩＩＩＩＸ ”” １ ｐ ｍ
、Ｗ ｙｍ＊ｘ＝６００μｍ程度である。また、θ８＝
４３゜θ、＝１５°であるから、上記（１）弐および（
２）式を満足させるためには、上記定数ｍ、およびｍ、
を異なる倍率系で設計する必要がある。
上記したようにＷ ＸＩＩＩＩＸ ”” １ ｐ ｍ
、Ｗ ｙｍ＊ｘ＝６００μｍ程度である。また、θ８＝
４３゜θ、＝１５°であるから、上記（１）弐および（
２）式を満足させるためには、上記定数ｍ、およびｍ、
を異なる倍率系で設計する必要がある。
この第２実施例においては、上記要求を満足させるため
に、第７図の構成図に示すように、第１のシリンドリカ
ルレンズ１３および第２のシリンドリカルレンズ１４を
、ダイクロイックミラー６ａ、６ｂとＰＢＳ５との間に
介設し、垂直および水平において異なる倍率選定を行っ
た。
に、第７図の構成図に示すように、第１のシリンドリカ
ルレンズ１３および第２のシリンドリカルレンズ１４を
、ダイクロイックミラー６ａ、６ｂとＰＢＳ５との間に
介設し、垂直および水平において異なる倍率選定を行っ
た。
上記第１のシリンドリカルレンズ１３は凹レンズが用い
られ、第２のシリンドリカルレンズ１４は凸レンズが用
いられている。一般に、このような凹レンズと凸レンズ
とを組み合わせた光学系は、ビームエクスパングーと呼
ばれており、各レンズ１３．１４の焦点距離に応した倍
率でレーザビームの光束を伸張させる。なお、本実施例
の場合は、シリンドリカルレンズなので、第５図の水平
方向におけるビーム整形説明図、および第６図の垂直方
向におけるビーム整形説明図に示すように、水平方向の
ビーム径のみが小さくなり、垂直方向のビーム幅は同し
である。第３図で説明したように、半導体レーザは、水
平方向が長く、垂直方向が短い発光サイズを有している
。したがって、上記した水平方向の発光サイズのみを縮
少することにより、このレーザビーム１２を、光ファイ
バ８の前方に配置された結合レンズ１５ｂで絞って上記
光ファイバ８に入射させるに際し、その有効入射面に満
遍なく入射させることが出来る。すなわち、第５図にお
いて、半導体レーザ２０の前に配置されたレンズ１５ａ
の焦点距離をｆｌ、第１のシリンドリカルレンズ１３の
焦点距離を１２、第２のシリンドリカルレンズ１４の焦
点距離を１３、光フアイバ側に配置された結合レンズ１
５ｂの焦点となり、例えば上記定数ｍを０．５にするこ
とが出来る。本実施例においては、このようなビーム整
形を行うことにより、第１実施例において約７５％であ
った光ファイバ８への結合効率を、約８５％にまで向上
させることが出来た。このため、この第２実施例におい
ては、平均総合効率を約７０％にすることが出来、第１
実施例よりも約６゜５パーセントも向上させることが出
来た。
られ、第２のシリンドリカルレンズ１４は凸レンズが用
いられている。一般に、このような凹レンズと凸レンズ
とを組み合わせた光学系は、ビームエクスパングーと呼
ばれており、各レンズ１３．１４の焦点距離に応した倍
率でレーザビームの光束を伸張させる。なお、本実施例
の場合は、シリンドリカルレンズなので、第５図の水平
方向におけるビーム整形説明図、および第６図の垂直方
向におけるビーム整形説明図に示すように、水平方向の
ビーム径のみが小さくなり、垂直方向のビーム幅は同し
である。第３図で説明したように、半導体レーザは、水
平方向が長く、垂直方向が短い発光サイズを有している
。したがって、上記した水平方向の発光サイズのみを縮
少することにより、このレーザビーム１２を、光ファイ
バ８の前方に配置された結合レンズ１５ｂで絞って上記
光ファイバ８に入射させるに際し、その有効入射面に満
遍なく入射させることが出来る。すなわち、第５図にお
いて、半導体レーザ２０の前に配置されたレンズ１５ａ
の焦点距離をｆｌ、第１のシリンドリカルレンズ１３の
焦点距離を１２、第２のシリンドリカルレンズ１４の焦
点距離を１３、光フアイバ側に配置された結合レンズ１
５ｂの焦点となり、例えば上記定数ｍを０．５にするこ
とが出来る。本実施例においては、このようなビーム整
形を行うことにより、第１実施例において約７５％であ
った光ファイバ８への結合効率を、約８５％にまで向上
させることが出来た。このため、この第２実施例におい
ては、平均総合効率を約７０％にすることが出来、第１
実施例よりも約６゜５パーセントも向上させることが出
来た。
上記したように、実施例の半導体レーザ用合波装置を使
用すれば、半導体レーザから出力されたレーザ光の密度
を大幅に向上させることが出来るので、半導体レーザを
医療や、マーキング等のような光加工の分野において有
効に利用出来るようになる。
用すれば、半導体レーザから出力されたレーザ光の密度
を大幅に向上させることが出来るので、半導体レーザを
医療や、マーキング等のような光加工の分野において有
効に利用出来るようになる。
なお、上記実施例においては、何れの場合においても４
個の半導体レーザから出力される４本のレーザ光を１本
に収束するようにした例を示したが、３個の半導体レー
ザから出力される３本のレーザ光を１本に収束する場合
にも、本発明の半導体レーザ用合波装置を使用すること
が出来る。
個の半導体レーザから出力される４本のレーザ光を１本
に収束するようにした例を示したが、３個の半導体レー
ザから出力される３本のレーザ光を１本に収束する場合
にも、本発明の半導体レーザ用合波装置を使用すること
が出来る。
なお、上記実施例においては、ビーム径が長い方を短く
してビーム整形を行う例を示したが、ビーム径が短い方
を伸張させてビーム断面を円形に近づけるビーム整形を
行うようにしてもよい。
してビーム整形を行う例を示したが、ビーム径が短い方
を伸張させてビーム断面を円形に近づけるビーム整形を
行うようにしてもよい。
〈発明の効果〉
本発明は上述したように、ＰＢＳとダイクロイックミラ
ーとを用いて複数本のレーザ光を１本に収束させる合波
を行うに際し、ダイクロイックミラーによる波長分割を
利用した合波を先に行い、次いで、ＰＢＳによるＰＳ合
波を行って一本のビーム光に収束するようにしたので、
上記ダイクロインクミラーに振動方向が揃ったレーザ光
を入射させるようにすることが出来る。これにより、上
記ダイクロイックミラーで合波するレーザ光の振動方向
に合わせて、Ｐ波用のダイクロイックミラーおよびＳ波
用のダイクロイックミラーを使い分けるようにすること
が出来、例えば短い波長における反射率を向上させるこ
とと長い波長の透過率を向上させることの両方を可能と
し、上記ダイクロイックミラーにおける合波効率を大幅
に向上させることが出来、複数本のレーザ光を１本に収
束して光ファイバに結合させる際の総合的な結合効率を
向上させることが出来る。
ーとを用いて複数本のレーザ光を１本に収束させる合波
を行うに際し、ダイクロイックミラーによる波長分割を
利用した合波を先に行い、次いで、ＰＢＳによるＰＳ合
波を行って一本のビーム光に収束するようにしたので、
上記ダイクロインクミラーに振動方向が揃ったレーザ光
を入射させるようにすることが出来る。これにより、上
記ダイクロイックミラーで合波するレーザ光の振動方向
に合わせて、Ｐ波用のダイクロイックミラーおよびＳ波
用のダイクロイックミラーを使い分けるようにすること
が出来、例えば短い波長における反射率を向上させるこ
とと長い波長の透過率を向上させることの両方を可能と
し、上記ダイクロイックミラーにおける合波効率を大幅
に向上させることが出来、複数本のレーザ光を１本に収
束して光ファイバに結合させる際の総合的な結合効率を
向上させることが出来る。
また、請求項（２）によれば、上記ダイクロイックミラ
ーとＰＢＳとの間にシリンドリカルレンズを介在させて
ビーム整形を行うようにしたので、上記ビームを光ファ
イバに結合させる際の効率を大幅に向上させることが出
来、総合的な結合効率を請求項（１）の装置よりも更に
向上させることが出来る。
ーとＰＢＳとの間にシリンドリカルレンズを介在させて
ビーム整形を行うようにしたので、上記ビームを光ファ
イバに結合させる際の効率を大幅に向上させることが出
来、総合的な結合効率を請求項（１）の装置よりも更に
向上させることが出来る。
第１図は、本発明の一実施例を示す半導体レーザ用合波
装置の構成図、 第２図は、ＰＢＳの分光特性図、 第３図は、レーザビーム光の放射状態説明図、第４図は
、レーザビーム光の結合状態説明図、第５図は、水平方
向におけるビーム整形説明図、第６図は、垂直方向にお
けるビーム整形説明図、第７図は、第２実施例を示す半
導体レーザ用合波装置の構成図、 第８図は、従来の合波装置の構成図、 第９図は、第１のダイクロインクミラーの分光特性図、 第１０図は、第２のダイクロインクミラーの分光特性図
である。 １・・・第１の半導体レーザ。 ２・・・第２の半導体レーザ。 ３・・・第３の半導体レーザ ４・・・第４の半導体レーザ ・・・ＰＢＳ （偏光ビームスプリンタープリズム）
・・・グイクロイックミラー ・・・光ファイバ ３・・・第１のシリンドリカルレンズ ４・・・第２のシリンドリカルレンズ。
装置の構成図、 第２図は、ＰＢＳの分光特性図、 第３図は、レーザビーム光の放射状態説明図、第４図は
、レーザビーム光の結合状態説明図、第５図は、水平方
向におけるビーム整形説明図、第６図は、垂直方向にお
けるビーム整形説明図、第７図は、第２実施例を示す半
導体レーザ用合波装置の構成図、 第８図は、従来の合波装置の構成図、 第９図は、第１のダイクロインクミラーの分光特性図、 第１０図は、第２のダイクロインクミラーの分光特性図
である。 １・・・第１の半導体レーザ。 ２・・・第２の半導体レーザ。 ３・・・第３の半導体レーザ ４・・・第４の半導体レーザ ・・・ＰＢＳ （偏光ビームスプリンタープリズム）
・・・グイクロイックミラー ・・・光ファイバ ３・・・第１のシリンドリカルレンズ ４・・・第２のシリンドリカルレンズ。
Claims (2)
- （１）４個または３個の半導体レーザからそれぞれ放射
される複数本のレーザ光をＰＢＳとダイクロイックミラ
ーとを用いて合波して単一のレーザ光に収束し、これを
１本の光ファイバに結合させるようにした半導体レーザ
用合波装置において、上記各レーザ光を合波する際に、
先ず、ダイクロイックミラーを用いて合波することによ
り２本の光束に収束し、 次いで、上記２本の光束をＰＢＳでＰＳ合波することに
より１本の光束に収束して上記光ファイバに結合させる
ようにしたことを特徴とする半導体レーザ用合波装置。 - （２）４個または３個の半導体レーザからそれぞれ放射
される複数本のレーザ光をＰＢＳとダイクロイックミラ
ーとを用いて合波して単一のレーザ光に収束し、これを
１本の光ファイバに結合させるようにした半導体レーザ
用合波装置において、上記各レーザ光を合波する際に、
先ず、ダイクロイックミラーを用いて合波することによ
り２本の光束に収束し、 次いで、上記２本の光束をＰＢＳでＰＳ合波することに
より１本の光束に収束して上記光ファイバに結合させる
ようにするとともに、 上記ダイクロイックミラーと上記ＰＢＳとの間にシリン
ドリカルレンズ等の光学部品を介在させ、上記光学部品
により上記レーザ光のビーム形状を整形するようにした
ことを特徴とする半導体レーザ用合波装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2231355A JPH04110916A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 半導体レーザ用合波装置 |
| KR1019910014178A KR0184003B1 (ko) | 1990-08-31 | 1991-08-17 | 반도체레이저용 합파장치 |
| DE69115169T DE69115169T2 (de) | 1990-08-31 | 1991-08-22 | Vorrichtung zum Mischen von Licht aus Halbleiterlasern. |
| EP91114109A EP0473071B1 (en) | 1990-08-31 | 1991-08-22 | Beam combining apparatus for semiconductor lasers |
| US07/751,527 US5210643A (en) | 1990-08-31 | 1991-08-29 | Wave combining apparatus for semiconductor lasers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2231355A JPH04110916A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 半導体レーザ用合波装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04110916A true JPH04110916A (ja) | 1992-04-13 |
Family
ID=16922324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2231355A Pending JPH04110916A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 半導体レーザ用合波装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5210643A (ja) |
| EP (1) | EP0473071B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04110916A (ja) |
| KR (1) | KR0184003B1 (ja) |
| DE (1) | DE69115169T2 (ja) |
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| KR100413648B1 (ko) * | 1999-12-23 | 2003-12-31 | 라이스테르 프로세스 테크놀로지스 | 레이저빔에 의해 두 개이상의 공작물들을 선택적으로 가열하기 위한 방법 및 장치와 공작물들을 결합시키기 위한 방법. |
| JP2010211164A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Opnext Japan Inc | 光送信モジュール |
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| DE10361176A1 (de) * | 2003-12-15 | 2005-07-14 | Leica Microsystems Heidelberg Gmbh | Vorrichtung zur Erzeugung eines mehrere Wellenlängen umfassenden Lichtstrahls |
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| CN100433474C (zh) * | 2007-03-30 | 2008-11-12 | 东南大学 | 棱镜式垂直腔面发射激光器 |
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| RU2660761C2 (ru) * | 2013-05-27 | 2018-07-09 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Устройство контроля длины волны лазера |
| CN103280692B (zh) * | 2013-06-03 | 2015-06-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于偏振合束方式运转的2微米固体激光器 |
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| SK7391Y1 (sk) * | 2014-04-16 | 2016-04-01 | Kvant Spol S R O | Zariadenie na vytvorenie intenzívneho farebného svetelného zväzku kruhového prierezu s homogénnym rozložením intenzity a s malou rozbiehavosťou 0 až 10° |
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| CN104808351B (zh) * | 2015-05-13 | 2017-02-22 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种共孔径混合光束合成系统 |
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1990
- 1990-08-31 JP JP2231355A patent/JPH04110916A/ja active Pending
-
1991
- 1991-08-17 KR KR1019910014178A patent/KR0184003B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1991-08-22 DE DE69115169T patent/DE69115169T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-22 EP EP91114109A patent/EP0473071B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-08-29 US US07/751,527 patent/US5210643A/en not_active Expired - Fee Related
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