(57)【要約】  少なくとも１つの光ファイバへのレーザ光の結合に適したレーザアレイに関し、レーザアレイは、少なくとも１つの光ファイバの光入射面から離間されて設けられている複数のレーザ光源（１００〜１１３）と、少なくとも１つの光ファイバに結合する前に、レーザ光源（１００〜１１３）の駆動中に出射されるレーザ光を空間的に制限するのに適した絞り（７００）とを有し、レーザ光源（１００〜１１３）は、第１のレーザ光源（１００〜１０６）の少なくとも１つの群と、第２のレーザ光源（１０７〜１１３）の少なくとも１つの群を有し、レーザアレイは、第１および第２のレーザ光源（１００〜１０６；１０７〜１１３）の駆動中、レーザ光が少なくとも１つの光ファイバに入射する前に互いに結合させるのに適した結合手段を有する。
2009505408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光ファイバへのレーザ光の結合に適したレーザアレイであって、
少なくとも１つの光ファイバの光入射面から離間されて設けられている複数のレーザ光源（１００〜１１３）と、
少なくとも１つの光ファイバに結合する前に、レーザ光源（１００〜１１３）の駆動中に出射されるレーザ光を空間的に制限するのに適した絞り（７００）とを有するレーザアレイにおいて、
レーザ光源（１００〜１１３）は、第１のレーザ光源（１００〜１０６）の少なくとも１つの群と、第２のレーザ光源（１０７〜１１３）の少なくとも１つの群とを有し、レーザアレイは、第１および第２のレーザ光源（１００〜１０６；１０７〜１１３）の駆動中、レーザ光が少なくとも１つの光ファイバに入射する前に互いに結合させるのに適した結合手段を有することを特徴とする、レーザアレイ。
【請求項２】
第１および第２のレーザ光源（１００〜１０６；１０７〜１１３）の群の少なくとも１つの群のレーザ光源（１００〜１１３）は、垂直方向に互いに離間して設けられることを特徴とする、請求項１に記載のレーザアレイ。
【請求項３】
隣接する第１および第２のレーザ光源（１００〜１０６；１０７〜１１３）の距離は、垂直方向において少なくとも１．０ｍｍであることを特徴とする、請求項２に記載のレーザアレイ。
【請求項４】
第１および第２のレーザ光源（１００〜１０６；１０７〜１１３）のそれぞれには、第１および第２のレーザ光源（１００〜１０６；１０７〜１１３）によって出射されるレーザ光を、各群のそれぞれの第１または第２のレーザ光源共通の主伝播方向に向けて反射させるのに適した少なくとも１つの反射手段（２００〜２０６；２０７〜２１３）が割当てられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザアレイ。
【請求項５】
第１のレーザ光源（１００〜１０６）のそれぞれには、速軸コリメーション手段が割当てられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザアレイ。
【請求項６】
速軸コリメーション手段は少なくとも１つのシリンドリカルレンズを有することを特徴とする、請求項５に記載のレーザアレイ。
【請求項７】
第１のレーザ光源（１００〜１０６）の群と第２のレーザ光源（１０７〜１１３）の群の少なくとも一方に速軸コリメーション手段（３００,３０１）が割当てられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザアレイ。
【請求項８】
遅軸コリメーション手段（３００，３０１）は、少なくとも１つのシリンドリカルレンズを有することを特徴とする、請求項７に記載のレーザアレイ。
【請求項９】
第１および第２のレーザ光源（１００〜１０６；１０７〜１１３）の群の少なくとも１つの群には、少なくとも１つの位相遅延手段（５００）が割当てられていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザアレイ。
【請求項１０】
位相遅延手段（５００）は、λ／２遅延素子であることを特徴とする、請求項９に記載のレーザアレイ。
【請求項１１】
結合手段は、第１のレーザ光源（１００〜１０６）の群から出射されたレーザ光を第２のレーザ光源（１０７〜１１３）の群から出射されたレーザ光と結合させるのに適した、少なくとも１つの偏光結合装置（４００）を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のレーザアレイ。
【請求項１２】
偏光結合装置（４００）は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする、請求項１１に記載のレーザアレイ。
【請求項１３】
結合手段は、第１のレーザ光源（１００〜１０６）の群および第２のレーザ光源（１０７〜１１３）の群の少なくとも１つの群から出射されたレーザ光を偏光結合装置（４００）の方向に偏向させるのに適した少なくとも１つのビーム偏向手段を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のレーザアレイ。
【請求項１４】
ビーム偏向手段（６００）は、少なくとも１つのミラー要素を有することを特徴とする、請求項１３に記載のレーザアレイ。
【請求項１５】
レーザアレイは、ビーム伝播方向において絞り（７００）の後ろに設けられ、第１および第２のレーザ光源（１００〜１０６；１０７〜１１３）の互いに結合されたレーザ光を、少なくとも１つの光ファイバの光入射面上に集光させるのに適した少なくとも１つの球面レンズ手段（８００）を有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のレーザアレイ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの光ファイバへのレーザ光の結合に適したレーザアレイに関し、レーザアレイは、少なくとも１つの光ファイバの光入射面から離間して設けられる複数のレーザ光源と、該少なくとも１つの光ファイバへの結合の前に行う、レーザ光源の動作中に出射されるレーザ光の空間的制限に適した絞りとを有する。
【０００２】
冒頭に述べたタイプのレーザアレイは、基本的には技術の水準から知られている。ファイバ結合を有する高出力レーザダイオードシステムのために、これまではレーザダイオードバーまたは個々のレーザダイオード（いわゆるシングルエミッタ）がビーム源として用いられており、各ビーム源と光ファイバの光入射面との距離が異なるように配置されている。結果として生じるレーザビームが、光ファイバの光入射面上に集光する前に、ただ１つの絞りによって制限されるとき、公知のレーザアレイの場合、レーザ光の空間的分布に関して最適化された結果を達成することはできない。公知のレーザアレイの場合、光ファイバへのレーザ光の結合を低下させ得る非点収差が頻繁に生じる。公知のレーザアレイのさらなる欠点は、多くの光学要素があるために、比較的大きな場所をとる点である。
【０００３】
以下に本発明について説明する。
本発明は、簡易な方法において非点収差欠陥を回避することが可能であって、比較的場所をとらないレーザアレイを提供するという課題を基礎としている。
【０００４】
かかる課題の解決手段は、請求項１の特徴部分の特徴を有する、冒頭に述べたタイプのレーザアレイを提供する。下位の請求項は、本発明の好ましいさらなる実施形態に関係する。
【０００５】
本発明に従えば、レーザ光源は、第１のレーザ光源の少なくとも１つの群と、第２のレーザ光源の少なくとも１つの群を有し、レーザアレイは、第１および第２のレーザ光源の駆動中、レーザ光が少なくとも１つの光ファイバに入射する前に互いに結合させるのに適した結合手段を有している。互いに独立して駆動可能である２つの群の第１および第２のレーザ光源にレーザ光源を分配することによって、および、結合手段を設けることによって、簡単な方法で、１つの光ファイバにレーザ光を結合するための、非点収差のないレーザアレイを提供することが可能である。
【０００６】
特に好ましい実施形態において、第１および第２のレーザ光源の群の少なくとも１つの群のレーザ光源は、垂直方向に互いに離間して設けられる。これによって、レーザアレイに必要な場所を小さくすることが可能となる。好ましくは、隣接した第１のレーザ光源も、隣接した第２のレーザ光源もそれぞれ垂直方向に互いに離間して設けられ、これによって、レーザアレイに必要な場所を比較的小さくすることができる。
【０００７】
たとえば、垂直方向における、隣接した第１および第２の各レーザ光源間の距離は少なくとも１．０ｍｍとすることができる。たとえば、隣接した第１または第２の各レーザ光源間の距離は、１．１ｍｍとすることができる。
【０００８】
特に好ましい実施形態において、第１および第２のレーザ光源のそれぞれには、第１および第２のレーザ光源によって出射されるべきレーザ光を、各群のそれぞれの第１または第２のレーザ光源共通の主伝播方向に向けて反射させるのに適した少なくとも１つの反射手段が割当てられている。このような方法で、レーザアレイを小さく実施することができ、したがってそのために要する場所を低減することができる。
【０００９】
好ましい実施形態において、第１のレーザ光源のそれぞれには、速軸コリメーション手段が割当てられている。これによって、速軸方向におけるレーザ光のコリメーションが達成され、ビームの質を改良することができる。
【００１０】
好ましい実施形態に従えば、速軸コリメーション手段は少なくとも１つのシリンドリカルレンズを有してもよい。
【００１１】
好ましくは、第１のレーザ光源の群と第２のレーザ光源の群の少なくとも一方に速軸コリメーション手段が割当てられている。このような手段によって、レーザ光源から出射された光を遅軸においてもコリメートすることが可能となる。このような方法で、レーザ光の光ファイバに結合する前のビームの質をさらに改善することができる。
【００１２】
遅軸コリメーション手段は少なくとも１つのシリンドリカルレンズを有することができる。
【００１３】
本発明の好ましいさらなる実施形態は、レーザ光源の群の少なくとも１つの群には、少なくとも１つの位相遅延手段が割当てられている。第１および／または第２のレーザ光源のビーム路に設けられる位相遅延手段が、第１または第２のレーザ光源から出射されるレーザ光の偏光を目的どおりに変更することを可能とする。
【００１４】
たとえば、位相遅延手段は、λ／２遅延素子であってもよい。これは、レーザ光の偏光面を９０°回転させる。
【００１５】
特に好ましい実施形態において、結合手段は、第１のレーザ光源の群から出射されたレーザ光を第２のレーザ光源の群から出射されたレーザ光と結合させるのに適した、少なくとも１つの偏光結合装置を有す。このようにして、第１および第２のレーザ光源から出射されるレーザ光の結合を、簡単な方法で、レーザ光の偏光を介して行うことができる。
【００１６】
好ましくは、偏光結合装置は、偏光ビームスプリッタである。
特に好ましい実施形態において、結合手段は、第１のレーザ光源の群および第２のレーザ光源の群の少なくとも１つの群から出射されたレーザ光を偏光結合装置の方向に偏向させるのに適した少なくとも１つのビーム偏向手段を有する。たとえば、第１および第２のレーザ光源から出射されたレーザ光の主伝播方向は、実質的に互いに平行であることができる。レーザ光を偏光結合装置に互いに結合するために、ビーム偏向手段は、たとえばレーザ光を９０°偏向させるように構成してもよい。
【００１７】
好ましくは、ビーム偏向手段は、少なくとも１つのミラー要素を有する。
特に好ましい実施形態において、レーザアレイは、ビーム伝播方向において絞りの後ろに設けられ、第１および第２のレーザ光源の互いに結合されたレーザ光を、少なくとも１つの光ファイバの光入射面上に集光させるのに適した少なくとも１つの球面レンズ手段を有する。これによって、良好な集光と、したがって比較的損失の少ない、光ファイバへのレーザ光の結合とを達成することが可能となる。
【００１８】
本発明のさらなる特徴と利点は、本発明の好ましい実施形態に従ったレーザアレイを概略的に簡易な形式で示す平面図である添付の図１を参照した、以下の好ましい実施形態についての説明によって明らかになるであろう。
【００１９】
レーザ光の光ファイバへの結合に適したレーザアレイは、複数のレーザ光源１００〜１１３を有し、該複数のレーザ光源１００〜１１３は、図１に明確に示されていない光ファイバの光入射面から離間されて設けられている。この実施形態において、レーザアレイは、全部で１４のレーザ光源１００〜１１３を有している。レーザ光源１００〜１１３は、好ましくは、それぞれ半導体レーザダイオード（いわゆるシングルエミッタ）であって、それらの光出射面は、たとえば、約１００μｍの幅を有してもよく、それぞれ約４Ｗの出力を有してもよい。本発明のここに図示されていない変形例に従えば、レーザダイオードバーをレーザ光源として利用することも可能である。
【００２０】
各レーザ光源１００〜１１３には、それぞれ速軸コリメーション手段が割当てられ、かかる手段は、対応するレーザ光源１００〜１１３の約１００μｍ幅の光出射面の前に割当てられている。表現を簡単にするために、レーザ光源１００〜１１３と、それらそれぞれに割当てられている速軸コリメーション手段は、図１においては、概略的に個々の構成部品として示されている。速軸コリメーション手段は、たとえば、少なくとも１つのシリンドリカルレンズを有してもよく、および、光ビームの質を改良するために、レーザ光源１００〜１１３から出射されるレーザ光のコリメーションを可能にする。
【００２１】
レーザ光源１００〜１１３のそれぞれには、さらに反射手段２００〜２１３がそれぞれ割当てられており、それらはレーザアレイの光路において対応のレーザ光源１００〜１１３から離間されて設けられている。各反射手段２００〜２１３は、たとえば、ミラー要素を有してもよい。
【００２２】
ここに挙げたレーザアレイの場合、レーザ光源１００〜１１３は、第１のレーザ光源１００〜１０６の群と第２のレーザ光源１０７〜１１３の群に分配される。上述したように、第１および第２のレーザ光源１００〜１０６；１０７〜１１３の群の各レーザ光源１００〜１１３には、それぞれ反射手段２００〜２０６と反射手段２０７〜２１３が割当てられている。
【００２３】
反射手段２００〜２０６は、それらに割当てられた第１のレーザ光源１００〜１０６に関しては、レーザアレイの光路に設けられ、第１のレーザ光源１００〜１０６から出射した光は、それらにそれぞれ割当てられた反射手段２００〜２０６で反射した後、実質的にＺ方向に伝播することができるように、投射面から延びる垂直な軸に関して向きを変える。さらに、第１のレーザ光源１００〜１０６は、本実施形態においては、垂直方向に、かつ、高さにおいて互いにずれて設けられている。この場合第１のレーザ光源１００〜１０６は、たとえば、垂直方向において、かつ、高さにおいて、約１．１ｍｍ相対的に互いにずれて設けられる。対応して、反射手段２００〜２０６も、垂直方向において互いに約１．１ｍｍずれて設けてもよい。代わりに、または、さらに加えて、特に垂直方向において異なる大きさの反射手段２００〜２０６を利用することも可能である。第１のレーザ光源１００〜１０６を互いに高さをずらして配置することは、第１のレーザ光源１００〜１０６から出射されるレーザ光が、反射手段２００〜２０６にぶつかりそれらから反射されたレーザビームの伝播方向を通って延びる互いに離間した異なる反射面において伝播し得ることを意味している。このようにして、比較的コンパクトな構成のレーザアレイが達成される。反射手段２００〜２０６で反射した後のレーザ光の伝播方向は、以下において、第１のレーザ光源１００〜１０６の群のレーザ光の主伝播方向とも称される。
【００２４】
これに対応して、第２のレーザ光源１０７〜１１３が垂直方向において同様に相対的に互いに高さにおいてずれて設けられている。この場合、隣接した２つのレーザ光源１０７〜１１３は、たとえば、垂直方向において、かつ、高さにおいて、１．１ｍｍ、相対的に互いにずれて設けられている。反射手段２０７〜２１３も、約１．１ｍｍ垂直方向において互いにずれて設けられている。代わりに、または、加えて、特に垂直方向において異なった寸法の反射手段２０７〜２１３を用いることも可能である。第２のレーザ光源１０７〜１１３を高さにおいてずらして設けることは、第２のレーザ光源１０７〜１１３から出射されレーザ光も互いに離間された異なる反射面において伝播し得ることを意味している。第２のレーザ光源１０７〜１１３の駆動中に出射されるレーザ光も実質的にＺ方向に、さらにまた、実質的に第１のレーザ光源１００〜１０６から出射されたレーザ光の主伝播方向に平行に伝播し得るように、第２のレーザ光源１０７〜１１３に割当てられている反射手段２０７〜２１３も、レーザアレイの光路に設けられて、それぞれが垂直軸回りに回転される。これらの伝播方向は、以下においては第２のレーザ光源１０７〜１１３の群の主伝播方向と称する。
【００２５】
第１のレーザ光源１００〜１０６の主伝播方向において、レーザ光源１０６に割当てられている反射手段２０６の後ろには、遅軸コリメーション手段３００が設けられている。第１の遅軸コリメーション手段３００は、いわゆる遅軸においては、第１のレーザ光源１００〜１０６から出射されて反射手段２００〜２０６によって主伝播方向に反射されるレーザ光のコリメーションに適しており、光ビームの質が改善される。たとえば、第１の遅軸コリメーション手段３００は、少なくとも１つのシリンドリカルレンズを有してもよい。
【００２６】
これに対応して、レーザアレイの光路には、レーザ光源１１３に割当てられている反射手段２１３の後ろに、第２のレーザ光源１０７〜１１３の群の主伝播方向に、第２の遅軸コリメーション手段３０１が設けられ、該第２の遅軸コリメーション手段３０１は、遅軸方向においては、第２のレーザ光源１０７〜１１３から出射されて反射手段２０７〜２１３によって主伝播方向に反射されるレーザ光のコリメーションに適している。たとえば、第２の遅軸コリメーション手段３０１は、少なくとも１つのシリンドリカルレンズを有してもよい。
【００２７】
第１のレーザ光源１００〜１０６の群と第２のレーザ光源１０７〜１１３の群の両群のレーザ光を、光ファイバに結合する前に共にガイドするために、レーザアレイは結合手段を有し、該結合手段は、第１のレーザ光源１００〜１０６と第２のレーザ光源１０７〜１１３から出射されたレーザ光を、光ファイバの光入射面に結合する前に互いに結合するのに適している。
【００２８】
かかる結合手段は、本実施形態においては、偏光結合装置４００を有し、該偏光結合装置４００は、たとえば、従来どおりの偏光ビームスプリッタであってもよく、またはビーム偏向手段５００であってもよい。さらにまた、第２のレーザ光源１０７〜１１３の光路には、位相遅延手段６００が設けられ、該位相遅延手段６００は、本実施形態においては、λ／２遅延素子である。対応の反射手段１０７〜１１３で反射した後、第２の遅軸コリメーション手段３０１を通って伝播する、第２のレーザ光源１０７〜１１３から出射した光は、位相遅延手段６００を横断して、λ／２遅延素子のために、偏光方向が９０°回転される。
【００２９】
次いでレーザ光は、たとえば少なくとも１つのミラー要素を有してもよいビーム偏向手段５００によって、偏光結合装置４００への方向に９０°反射する。偏光結合装置４００においては、ビーム偏向手段５００で偏向された第２のレーザ光源１０７〜１１３のレーザ光が、第１のレーザ光源１００〜１０６から出射されたレーザ光と、偏光によって互いに結合される。本実施形態においては、レーザ光の結合は、幾何学的にも、また偏光によっても行われることがわかる。偏光結合装置４００の内部において、第１のレーザ光源１００〜１０６から出射されたレーザ光が、第２のレーザ光源１０７〜１１３から出射されたレーザ光と結合され、次いで、ビーム伝播方向において偏光結合装置４００の後ろに設けられている絞り７００によってＺ方向に伝播し、明示的に示されていない光ファイバの光入射面上にレーザ光を集める球面レンズ手段８００上に入射し、したがって、レーザ光を高効率で光ファイバに結合することができる。
【００３０】
ここに示したレーザアレイは、レーザ光源１００〜１１３の非点収差配置を可能とし、特別の構成によって、遅軸において非常に大きな角度で光ファイバに入射するレーザビームの伝播を可能にする。したがって、光ファイバは、非常に大きな角度で入射する、または光ファイバのファイバ外被に入射するレーザ光によって、許容しうる程度加熱され、場合によっては損傷をうけることがある。
【００３１】
レーザアレイは唯１つの絞り７００を必要とするだけであり、この絞り７００は、ビーム伝播方向において球面レンズ手段８００の前に設けられる。ここに示したレーザアレイは、レーザ光の結合が幾何学的にも、さらにまた偏光によっても行われ、このようなレーザアレイによって、約５０μｍ半値幅よりも小さい直径の光スポットが、速軸においても遅軸においても得られる。
【００３２】
用いられるレンズの数は、ここに示した実施形態の場合、比較的少なくすることが可能であり、レーザアレイに要する場所も全体として小さくすることができる。レーザアレイは、本実施形態においては、１４の速軸コリメーション手段と、さらに、２つの遅軸コリメーション手段３００，３０１と、光ファイバの光入射面上へのレーザ光の集光に適した唯１つの球面レーザ手段８００とを必要とするだけである。
【００３３】
ここに示した実施形態においては、光スポットの場合と速軸および遅軸におけるダイバージェンスの場合とに、おおよそ平方関係が得られ、したがって、球面レンズ手段８００だけで両軸の実質的に非点収差集光が可能になる。したがって、約０．２２のアパーチャ（ＮＡ）において光ファイバ直径が５０μｍから１００μｍまでの光ファイバにおいての結合効率の試験が行われる、光ファイバにレーザ光を結合するためのレーザアレイを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従ったレーザアレイを概略的に簡易な形式で示す平面図である。
【図１】
2009505408.tif 000003
【国際調査報告】
2009505408.tif 000004
2009505408.tif 000005
2009505408.tif 000006
2009505408.tif 000007
2009505408.tif 000008
2009505408.tif 000009