(57)【要約】      （修正有）【課題】対象部材の表面で反射されたレーザビームのレーザ光源に戻るフィードバック注入を減少させることができるレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ装置は、半導体レーザエミッタ１０と、光ファイバ４０と、ファイバカップリングモジュール１とを有し、アイソレータ２０およびフォーカスレンズ３０を含んでいるファイバカップリングモジュールはレーザエミッタから任意位置に置かれた目標材５０にレーザ光線を導く光ファイバとレーザ光線をカップリングする。アイソレータは、半導体レーザエミッタから出射されたレーザビームを通過させるアパーチャ２１を有し、目標材から反射されたフィードバックレーザ光線の少なくとも一部を遮蔽し、かつ光ファイバの中心からの横方向に広がるフィードバック注入をさらに減少させるように、アパーチャと光ファイバとがずらして配置されている。【選択図】  図１
2006301195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出射されたレーザ光線を光ファイバへカップリングするためのファイバカップリングモジュールにおいて、
前記レーザ光源と前記光ファイバとの間に配置され、前記レーザ光源からのレーザ光線を通過させる開口を有するアイソレータと、
前記アイソレータと前記光ファイバとの間に配置され、前記開口を通過したレーザ光線を前記光ファイバへ導く光学素子とを備え、
前記レーザ光線による処理の対象物の表面から反射された光が主要部分となるフィードバック光の一部が前記アイソレータにより遮蔽されるように、前記アイソレータの開口と前記光ファイバとがずれて配置されていること
を特徴とするファイバカップリングモジュール。
【請求項２】
前記レーザ光線を生成するレーザ光源と、
前記対象物へ前記レーザ光線を送るための光ファイバとをさらに具備すること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項３】
前記光学素子は、前記光ファイバへカップリングする前記開口を通過したレーザ光線を集束するためのレンズを含むこと
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項４】
前記アイソレータの開口が、前記レーザ光源から出射されたレーザ光線の一部を選択すること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項５】
前記レーザ光源が、ブロードエリア・ダイオードレーザであること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項６】
前記レーザ光源が、レーザアレイであること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項７】
前記光ファイバが、マルチモード光ファイバであること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項８】
前記光ファイバが、前記レーザ光源に近い側で傾斜端面を有すること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項９】
前記アイソレータが、前記フィードバック光を反射するための鏡面を有すること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項１０】
前記アイソレータが複数の開口を有すること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項１１】
前記アイソレータの開口が、円形のタイプであること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項１２】
前記アイソレータの開口が、スリットのタイプであること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項１３】
前記アイソレータの開口の中心軸と前記光ファイバの光学軸とがずれて配置されていること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項１４】
前記アイソレータの開口の中心軸と前記光学素子の光学軸とがずれて配置されていること
を特徴とする請求項１記載のファイバカップリングモジュール。
【請求項１５】
レーザ光源、光ファイバ、および該レーザ光源から出射されたレーザ光線を該光ファイバへカップリングするためのファイバカップリングモジュールを含むレーザ装置において、
前記ファイバカップリングモジュールは、
前記レーザ光源と前記光ファイバとの間に配置され、前記レーザ光源からのレーザ光線を通過させる開口を有するアイソレータと、
前記アイソレータと前記光ファイバとの間に配置され、前記開口を通過したレーザ光線を前記光ファイバへ導く光学素子とを備え、
前記レーザ光線による処理の対象物の表面から反射された光が主要部分となるフィードバック光の一部が前記アイソレータにより遮蔽されるように、前記アイソレータの開口と前記光ファイバとがずれて配置されていること
を特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置（または半導体レーザモジュール）およびファイバカップリングモジュールに関連するものである。より詳細には、本発明は、レーザ光源から出射されたレーザ光線ビームが光ファイバにカップリングされる、レーザ装置およびファイバカップリングモジュールに関連する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザの技術において、カップリングされる光ファイバからの反射光である、フィードバック注入に対し、半導体レーザエミッタ機器が敏感であることは周知である。そのようなフィードバック注入は、機器特性において何らかの変化を引き起こすことがある。また、半導体レーザエミッタ機器は、強いフィードバック注入の下では時間経過に伴いまたは即座に破損することがある。
【０００３】
レーザモジュールにフィードバック注入が存在する場合、レーザビーム出射の発振は不安定になり、レーザビーム出力スペクトルはフィードバック注入の下で劇的に変化する。したがって、フィードバック注入を遮断する機能を有する半導体レーザモジュールが望ましい。
【０００４】
特許文献１は、フィードバック注入のレベルを減少させる構成を開示している。ここでは、ファイバ端面からのフィードバック注入を減少させるために、レーザモジュールに対して光ファイバを傾けるか、または、ファイバ端面を斜めに磨き上げることで、光ファイバの端面を９０度以外の角度としている。
【０００５】
【特許文献１】国際特許出願公開  ＷＯ８９／０８２７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近の技術的な進歩によって、半導体レーザエミッタ機器の出力の増加が可能になり、該レーザエミッタ機器は、様々な技術分野で使用され始めている。例えば、マルチモードで直径が約１００μｍのコアを有する光ファイバを使用する、２０Ｗを超える出力を備えた高出力レーザダイオードモジュールが、固体レーザ光源の励起、材料加工、はんだ付け、検査などに現在、幅広く使用されている。
【０００７】
高出力レーザの応用では、レーザモジュールから出射され光ファイバ中を進んだ、レーザビームの主要部分は、対象部材の表面で反射される。例えば、光ファイバが材料加工用の金属材料に面している場合、光ファイバから出射されたほとんどのレーザビームは反射される。反射されたレーザビームは、光ファイバに再度入り、レーザモジュールに戻る。同様に、固体レーザの励起、はんだ付け、検査などのために高出力半導体レーザエミッタ機器を使用する場合には、対象部材の表面からの強いフィードバック注入が生じる。フィードバック注入が半導体レーザエミッタ機器に直接戻る場合、強いフィードバック注入によりレーザビームが不安定になる。
【０００８】
さらに、半導体レーザ光源以外のレーザ光源を使用するレーザ装置であっても、システム効率を考慮すれば、強いフィードバック注入を減少させるか再使用することが望ましい。
【０００９】
したがって、対象部材の表面で反射されレーザ光源へ戻るレーザビームのフィードバック注入を減少させることができるレーザ装置および／またはファイバカップリングモジュールを提供することが望ましい。本発明は、前述の背景を考慮してなされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、レーザ光源から出射されたレーザ光線を光ファイバへカップリングするためのファイバカップリングモジュール、および該ファイバカップリングモジュールを含むレーザ装置が提供される。前記ファイバカップリングモジュールは、前記レーザ光源と前記光ファイバとの間に配置され、前記レーザ光源からのレーザ光線を通すための開口を有する前記アイソレータと、該アイソレータと前記光ファイバの間に配置され、前記通過したレーザ光線を前記光ファイバへ導くための光学素子とを備えている。さらに、前記レーザ光線による処理の対象物の表面から反射された光が主要部分となるフィードバック光の一部が、前記アイソレータにより遮蔽されるように、前記アイソレータの開口と前記光ファイバとがずれて配置されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、対象部材で反射されレーザ光源へ戻ってくるフィードバック注入を減少させることができるレーザ装置および／またはファイバカップリングモジュールが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、レーザ光源から出射されたレーザ光線を光ファイバへカップリングするための、ファイバカップリングモジュールを備えたレーザ装置が提供される。ファイバカップリングモジュールは、レーザ光源と光ファイバとの間に配置されレーザ光源からのレーザ光線を通すための開口を有するアイソレータと、アイソレータと光ファイバとの間に配置され通過したレーザ光線を光ファイバ上に導くための光学素子とを備えている。さらに、レーザ光線の処理対象物の表面から反射された光が主要部分となるフィードバック光の一部が、アイソレータで遮蔽されるように、アイソレータの開口と光ファイバとがずれて配置されている。
【００１４】
本実施形態のファイバカップリングモジュールでは、レーザ光源から出射されたレーザ光線は、アイソレータの開口を通過することができ、光学素子によって光ファイバへガイドされることにより、レーザ光線が光ファイバにカップリングされる。一方、対象物の表面上で反射され、光ファイバに再度入った光は、レーザ光源に近い側の光ファイバの一端から出射され、フィードバック注入になる。
【００１５】
光ファイバの端面から出射されるフィードバック注入は、光学素子によって屈折された後アイソレータに達する。本実施形態において、アイソレータは、レーザ光源と光学素子との間に配置される。したがって、アイソレータは、フィードバック注入の一部を遮蔽し、開口のサイズに対応する一部分だけを通すことができるため、レーザ光源に達するフィードバック注入を減少させることが可能となる。
【００１６】
フィードバック注入は、光ファイバの端面から広がる。フィードバック注入の広がる角度は、光ファイバの開口数（Numeric Aperture）に依存する。多くの場合、フィードバック注入の強度または輝度は、光ファイバの光学軸からの距離が増加するにつれて減少する。本実施形態では、アイソレータの開口と光ファイバとはずらして配置されている。したがって、開口が光ファイバからより離れた位置に形成される場合には、レーザ光源に達するフィードバック注入の量をより減少させることができる。
【００１７】
上述したような光学装置において開口を通過したレーザ光線を光ファイバへ導くことができるものであれば、光学素子は任意の光学装置（単数または複数個）であってもよい。光学素子が、上記導く機能に加えて集束機能を有するか、または、光ファイバ上へカップリングするために、開口を通過したレーザ光線をフォーカスするためのレンズを含むことが好ましい。
【００１８】
レーザ光源は任意のタイプの半導体レーザであってもよい。本発明は、動作がフィードバック注入に敏感な任意のレーザ光源に有利に適用し得る。好ましくは、レーザ光源は、高出力を発生するためのブロードエリア・ダイオードレーザ装置またはダイオードレーザアレイであってもよい。さらに本発明は、強いフィードバック注入の減少および／または再使用が望ましい任意のレーザ装置に適用できる。
【００１９】
使用される光ファイバの種類について特定の制限はなく、マルチモード光ファイバまたはシングルモード光ファイバを使用してもよい。さらに、光ファイバは、レーザ光源に近い側で光ファイバ端の表面上で反射されたフィードバック光を減少させるために、レーザ光源に近い側の端面が傾斜していても良い。
【００２０】
アイソレータは、フィードバック注入をさらに効率的に反射するために、少なくとも光ファイバに面する側において鏡面を有していてもよい。アイソレータは、複数の開口を有しても良く、アイソレータの開口が、円形タイプまたはスリットタイプであってもよい。あるいは、アイソレータの開口を、アイソレータが配される位置でのレーザビームの直径未満のサイズに形成し、レーザ光源から出射されたレーザ光線の一部を選択するようにしてもよい。
【００２１】
以下、図１〜２を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。
【００２２】
本発明の一実施形態によるレーザ装置は、図１に示される。本実施形態のレーザ装置は、半導体レーザエミッタ（レーザ光源）１０、光ファイバ４０およびファイバカップリングモジュール１を含んでいる。ファイバカップリングモジュール１は、任意の位置に置かれた目標材（対象部材）５０にレーザ光線を導く光ファイバ４０に、レーザエミッタ１０から出射されたレーザ光線をカップリングする。本実施形態では、ファイバカップリングモジュール１は、アイソレータ２０およびフォーカスレンズ（光学素子）３０を含んでいる。
【００２３】
アイソレータ２０は、半導体レーザエミッタ１０から出射されたレーザビームを通すためのアパーチャ（開口）２１を有する部材であり、主として目標材５０の表面５１から反射されたフィードバックレーザ光線の少なくとも一部を遮蔽するために使用される。アパーチャ２１の直径は「ａ」と表示される。アパーチャ「ａ」の直径は、使用される半導体レーザエミッタおよび／またはエミッタに続く光学系に応じて決定することができる。
【００２４】
あるいは、アイソレータ２０のアパーチャ２１は、出射されたレーザビームの一部を選択し、かつ光ファイバ４０から来るフィードバック注入光を遮断するように構成してもよい。言いかえれば、アパーチャ２１のサイズは、半導体レーザエミッタ１０の光学軸中のアイソレータ２０の位置におけるレーザビームプロファイルの直径より小さくてもよい。
【００２５】
なお、光ファイバの中心軸４３とアイソレータ２０のアパーチャ中心軸２２とは一直線に並んでいない。これらの２軸間の距離は図１に示されるように「ｄ」で表示される。
【００２６】
本実施形態では、フォーカスレンズ３０は、光ファイバ４０の入口４１に、半導体レーザエミッタ１０から出射されたレーザビームを導き集束させるための、光学素子として使用される。
【００２７】
また、本発明では、光学素子として、入口４１上にアパーチャ２１を通過した出射レーザビームの少なくとも一部を導きおよび／または集束させることが出来るものであれば、非球面レンズまたは任意の光学素子を使用してもよい。
【００２８】
本実施形態において半導体レーザエミッタ１０は、高出力レーザビーム、例えば約５Ｗ以上を生成する。レーザエミッタ１０は、ブロードエリア・ダイオードレーザまたはダイオードレーザアレイ等、任意のタイプの半導体レーザでもよい。
【００２９】
また、半導体レーザは、レーザエミッタおよびコリメータレンズを含むレーザモジュールとして構成しても良い。
【００３０】
なお、ブロードエリア・ダイオードレーザから出射された光は、その２つの主軸に沿って異なるコヒーレンス特性を有する。しかしながら、マルチモードレーザの空間コヒーレンスは、回析限界まで改善できることが証明されている。
【００３１】
光ファイバ４０は２つの端部、つまり入口４１、出口４２を有する。高出力レーザビームを転送するためにはマルチモード光ファイバが好ましい。レーザビームが入力される場合、光ファイバ４０の入口４１および／または出口４２の端面は、光ファイバ４０の端面からのフィードバックを減少させるよう傾斜していてもよい。
【００３２】
本実施形態では、半導体レーザエミッタ１０から出射されたレーザビームは、まず入口４１から光ファイバに入り、出口４２から目標材５０へ出射される。さらに、目標材５０の表面５１で反射されたフィードバック注入は、出口４２から光ファイバ４０に戻り、入口４１から半導体レーザエミッタ１０へ向けて出射される。
【００３３】
以下、本実施形態によるレーザ装置の動作について、詳細に説明する。
【００３４】
レーザエミッタ１０から出射されたレーザビームは、アイソレータ２０のアパーチャ２１を通過して、フォーカスレンズ３０によって光ファイバ４０の入口４１に集束される。レーザビームは、光ファイバ４０を進み、その出口４２から出射される。レーザビームが目標材５０の表面５１に達すると、レーザビームの一部は目標材５０の処理に使用され、残りのレーザビームは表面５１から反射される。
【００３５】
本実施形態では、目標材５０を処理するためにレーザビームが使用され、目標材５０の表面５１は、金属の場合のように高い反射性を有する、と仮定する。言いかえれば、光ファイバ４３から出射されたレーザビームのほとんどは光ファイバ４０に再び入りその中を進み、強いフィードバック注入となる。フィードバック注入は、光ファイバ４０の入口４１からアイソレータ２０へ向けて出射される。
【００３６】
しかしながら、反射されたビームの大部分はアイソレータ２０により遮断され、アパーチャ２１を通過したレーザビームだけがフィードバック注入として、レーザエミッタ１０へ戻るため、レーザエミッタ１０に達するフィードバック注入を減少させることができる。
【００３７】
本実施形態では、出射されたレーザビームの質は、ガウスモードで近似できるような高い空間コヒーレンスを有すると仮定する。出射されたレーザビームの遠距離エネルギ分布（far field energy distribution）１１および表面伝播（surface propagation）１１ａの例は、図２に示される。
【００３８】
図２は、高い空間コヒーレンスを備えた入射ビームがアパーチャ２１を通過し、次にフォーカスレンズ３０により光ファイバ４０の入口４１へ集束される際の概略を示す。フォーカスレンズの焦点距離は、光ファイバ直径、入射ビームプロファイルおよび光ファイバ４０の開口数にしたがって選ぶことができる。これらの計算は、光学系に精通している者であれば誰にでも容易に行なうことができる。
【００３９】
目標材５０が高い反射率を備えている場合、光ファイバ４０から出射されたレーザビームは、目標材５０の表面５１上で反射される。そして、レーザビームのほとんどは、光ファイバ４０に戻され、フィードバック注入として光ファイバ４０の入口４１から出射される。遠距離エネルギ分布３１および入口４１の表面からのフィードバック注入の表面伝播３１ａの例は、図２に示される。本実施形態では、フィードバック注入の遠距離エネルギ分布は、ガウスモードとして近似される。
【００４０】
フィードバック光の表面伝播３１ａは、光ファイバ４０の開口数によって決定される。典型的には、マルチモードファイバの開口数は、０.２０であり、これは約１１.５度に相当する。
【００４１】
フィードバック光は、アイソレータ２０によってカットされ、少量のフィードバック注入だけが、半導体レーザエミッタ１０に戻り得る。レーザ装置の光学系に注入された出力の１００パーセントが目標材５０から光ファイバ４０まで反射され、且つすべての光学系が１００パーセントの透過率を有すると仮定すると、半導体レーザエミッタ１０へフィードバックされる反射出力は、次の数式１によって推定し得る。
【００４２】
【数１】
2006301195.tif 000003
ただし、Ｐｆは半導体レーザエミッタ１０へ反射される出力比率；ｆｉ（ｘ）およびｆｒ（ｘ）は、それぞれ入力レーザビームおよびフィードバック光の遠距離エネルギ分布；ａはアパーチャ２１の直径；ｄはアパーチャ２１の中心軸２２と光ファイバ４０の光学軸４３との間の距離；およびｘは光学軸４３からの半径方向距離である。
【００４３】
本実施形態では、光ファイバ４０の光学軸４３およびアパーチャ２０の中心軸２２は、フィードバック光の遮断機能を得るために同じ直線上にはない。アパーチャ２１の直径「ａ」が減少し、且つアパーチャ２１の中心軸２２と光ファイバ４０の光学軸４３との間の距離「ｄ」が増加するにつれて、半導体レーザエミッタ１０に戻るフィードバック注入の出力が減少する。光ファイバ４０の入口４１からのフィードバック光の遠距離エネルギ分布は、ガウス分布であると推定されるので、距離「ｄ」が増加するにつれて、半導体レーザエミッタ１０へのフィードバック注入が減少することは容易に理解される。
【００４４】
実用に際しては、所望のレーザ光源において、アパーチャ２１の直径「ａ」及びこれらの軸２２と４３との間の距離「ｄ」は、上記数式１、および、所望のレーザ光源の安定な稼働を妨害しないと考えられる望ましい（または受容可能な）Ｐｆを用いて決定してもよい。
【００４５】
本実施形態によれば、半導体レーザエミッタ１０に戻るフィードバック注入を大きく減少させることができ、また、半導体レーザエミッタ１０の出力を時間的に安定させることができる。さらに、本実施形態によれば、よりよいファイバ出力スポットの均一性を提供することができ、半導体レーザエミッタ１０のスペクトル安定性を増大させることができる。
【００４６】
直径「ａ」および距離「ｄ」は、本実施形態中の半導体レーザエミッタ１０へのフィードバック注入の減少を特徴づけるために使用されているが、本発明はこの実施形態のみに限定されるものではない。パラメータがアパーチャ２０の大きさ、及び、アパーチャ２０と光ファイバ４０との間を横ぎる方向での変位量を表わすものであれば、他のパラメータを用いてもよい。例えば、アイソレータのアパーチャ２０（開口）の中心軸と光ファイバの光学軸との間の横方向変位量、または、アイソレータのアパーチャの中心軸とフォーカスレンズ３０（光学素子）の光学軸との間の横方向変位量を用いて測定してもよい。
【００４７】
アイソレータ２０のアパーチャ２１の幾何学的な構造は、システムの仕様に応じて任意に選択してもよい。例えば、図３（ａ）〜３（ｄ）に示すように、アパーチャ２０は円形のタイプであっても良く、または、スリットのタイプであってもよい。スリットタイプとしてアパーチャ２０を作ることにより、半導体レーザエミッタ１０およびアイソレータ１０を整列させるのが、より容易となる。または、アパーチャの数を、複数のエミッタからの複数のレーザビーム出射を得るために複数とすることで、より高いレーザ出力が達成される。
【００４８】
アイソレータ２０の表面は、目標材５０の表面５１からのフィードバック光を反射する鏡面を形成する構成としてもよい。または、アイソレータ２０は、アイソレータ２０へ吸収することによってフィードバック光のエネルギを分散させるように、ビームを吸収する材料で形成しても良い。アイソレータ２０の鏡面は、アイソレータ２０全域またはその一部に形成してもよい。アイソレータ２０の鏡面は、フィードバック光を反射し、その再使用のために光ファイバ４０へ戻す。
【００４９】
本実施形態は、金属物体の処理のようなレーザ処理応用分野の例で説明しているが、本発明は、このような例のみに限定されるものではなく、レーザ光源およびこれにカップリングされる光ファイバを用いる、異なるタイプの応用に適用可能であることが理解されるであろう。
【００５０】
以下、図４および５を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。本発明の十分な利点を達成するためには、本発明が適用されるレーザ装置中の光学系における入射ビームプロファイルが、回析限界に近いプロファイルを有することが好ましい。
【００５１】
図４は、本実施形態によるレーザモジュールの一例を示すもので、半導体レーザエミッタへのフィードバック光を効率的に減少させる光学モジュールの一つのタイプである。図４のレーザモジュールは、高品質レーザビームを生成するためのレーザエミッタモジュール４００と、出射された高品質レーザビームを光ファイバ４０にカップリングすると共にレーザエミッタモジュール４００へのフィードバック注入を減少させるためのファイバカップリングモジュール１とを含んでいる。
【００５２】
本実施形態において、ファイバカップリングモジュール１は、図１で説明した上述の実施形態と同じ構造および機能を有する。レーザエミッタモジュール４００は、Ｂ．Ｔｈｒｅｓｔｕｐ等によって報告された高輝度ブロードエリア・ダイオードレーザエミッタモジュールである（Ｂ．Ｔｈｒｅｓｔｕｐ、Ｍ．Ｃｈｉ、Ｂ．Ｓａｓｓ、Ｐ．Ｍ．Ｐｅｔｅｒｓｏｎ「非対称のフィードバックを備えた２つのダイオードレーザの極性化結合に基づいた高輝度レーザ光源」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、８２巻、６８０〜６８３ページ、２００３年２月）。
【００５３】
レーザエミッタモジュール４００は、ブロードエリア・ダイオードレーザ４１０、コリメータレンズ４２１〜４２３、およびフィルタ４３０を備えた鏡片部材（ｍｉｒｒｏｒ  ｓｔｒｉｐ  ｍｅｍｂｅｒ）を含んでおり、レーザビームを強度プロファイル４４０で出射する。レーザエミッタモジュール４００は、同時にいくつかの空間モード発振へ導き、横方向に延びた広いエミッタ接合のために貧弱であるブロードエリア・ダイオードレーザのビーム品質を高めることが可能である。
【００５４】
図５は、本実施形態の他の例を示す。図５のレーザモジュールは、レーザエミッタモジュール５００およびファイバカップリングモジュール１を有する。ファイバカップリングモジュール１は、図１で示される実施形態と同じ構造および機能を有する。レーザエミッタモジュール５００は、Ｖ．ＲａａｂおよびＲ．Ｍｅｎｚｅｌ（「ＴＥＭ００出力４００ｍＷをもたらす高出力レーザダイオードの外部共振器設計」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２７巻、３号、１６７〜１６９ページ、２００２年２月）によって報告された、高出力レーザダイオード用の外部共振器構造を使用する。
【００５５】
レーザエミッタモジュール５００は、レーザダイオード５１０、非球面速軸（fast-axis）コリメータ５２０、レンズ５３０、アパーチャ５４０、および高反射鏡５５０を含んでいるため、遅軸（slow-axis）に沿ったレーザダイオード５１０用の外部共振器を実現する。レーザエミッタモジュール５００によって、回析限界までのビーム品質が改善され、したがって、輝度を増加させることができる。
【００５６】
本実施形態によれば、レーザダイオードへのフィードバック注入が少ない高輝度レーザモジュールを実現することができる。
【００５７】
本発明の他の実施形態に係るレーザ装置について、図６を用いて説明する。本実施形態では、典型的なブロードエリアレーザダイオードのうちの１つと共に使用し得るファイバカップリングモジュールのための外形寸法例が提供される。
【００５８】
本実施形態によるレーザ装置は、ブロードエリア・ダイオードレーザ６１０（レーザ光源）、レーザ６１０から出射されたレーザビームの質を高めるための光学系６２０、アパーチャ２１を備えたアイソレータ２０、非球面レンズ３０（光学素子）、および光ファイバ４０を含んでいる。アイソレータ２０および非球面レンズ３０の機能は、本質的に、図１および図２で説明した上述の実施形態中のものと同じである。
【００５９】
本実施形態において、ブロードエリア・ダイオードレーザ６１０は、１００×１μｍのストライプ長および８０８ｎｍの波長を有する。ブロードエリア・ダイオードレーザ６１０から出射されたレーザビームは、図６で示されるような遅軸および速軸を有する。光学系６２０は、ストライプ長１００μｍおよび波長８０８ｎｍのレーザビーム用に構成されており、ビームの発散角（divergence）が遅軸で０.４６°、速軸で２４°の高品質のレーザビームを出射する。光ファイバ４０は、ステップ型の一種で直径２００μｍおよび開口数０.２２である。
【００６０】
図６で示されるレーザ装置では、以下の寸法を用いることによって、光学系６２０とブロードエリア・ダイオードレーザ６１０に向けて反射される出力の比率「Ｐｆ」を許容可能なレベル（多くの場合は５〜１０%である）まで減少させる可能性がある：
Ｚ１： 〜４ｍｍ
Ｚ２： 〜８ｍｍ
Ｚ３：〜１６ｍｍ
ｄ： ３ｍｍ
アパーチャ２１（クリアアパーチャ）：〜０.２ｍｍ（遅軸）×〜１.８ｍｍ（速軸）
非球面レンズ３０： 有効焦点距離８ｍｍ、アパーチャ８ｍｍ
ここで、Ｚ１は光学系６２０の出射表面からアイソレータ２０までの距離；Ｚ２は光学系６２０の出射表面から非球面レンズ３０までの距離；Ｚ３は非球面レンズ３０から光ファイバ４０の入口端面までの距離；およびｄはアパーチャ２１の中心軸と光ファイバ４０の中心軸の間の距離である。
【００６１】
本実施形態によれば、所望のレーザ光源および光ファイバのセットにおいて、レーザ光源に達するフィードバック注入を望ましいレベルへ削減することができる。削減量は、受容可能なフィードバック注入の最大のレベル等のシステム仕様に応じて決定できる。
【００６２】
なお、添付の特許請求の範囲またはそれと均等な範囲の限りにおいて、設計条件およびその他の要因に応じて、様々な変更、組合せ、副次的組合せおよび修正が生じ得ることは、当業者によって理解されることである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態によるファイバカップリングモジュールを備えたレーザ装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態によるレーザビームが入力され反射された部分を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）〜３（ｄ）は、本発明の一実施形態によるアイソレータのアパーチャ構造の例を示す模式図です。
【図４】本発明の一実施形態によるファイバカップリングモジュールを備えたレーザ装置の一構造例を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態によるファイバカップリングモジュールを備えたレーザ装置の他の構造例を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態によるファイバカップリングモジュールを備えたレーザ装置の一構造例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０：レーザダイオード、２０：アイソレータ、２１：アパーチャ、２２：アパーチャの中心軸、３０：フォーカスレンズ、４０：光ファイバ、４１：光ファイバの入口、４２：光ファイバの出口、５０：目標材、５１：目標材の表面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2006301195000001.pdf