(57)【要約】【課題】  よりコンパクト且つより光軸安定性を有する複数のダイオード及びレーザービームの結合光学系。【解決手段】  図２の様に複数のダイオードをプリズムで結合させ、一個の共用レンズでビームを整形しコリメータする。共用レンズ一つでコンパクト化且つ光軸ずれ難い構造になっている。  更に、ビーム性質が異なる複数ダイオードとレーザービームを結合際に、図３の様に本発明に、ビーム一つずつの形状を予備補正できるレンズ面付き“レンズ型プリズム”の導入で、上述共用レンズとの組合せで、結合される各ビームを同一形状且つ同じ発散角に整形し、コリメータできる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの共用ビームコリメータレンズを用いて、複数のレーザーダイオードとレーザービームを結合するコンパクトな光学系構造。
【請求項２】
ビーム形状と発散角が異なる複数のレーザーダイオードとレーザービームを一つのビームに結合する際に、ビームを一つずつ予め形状を補正できる“レンズ型プリズム”と請求項目１の共用ビームコリメータレンズの組み合わせで、結合されたビームに含められる各波長成分が、同一ビーム形状且つ同じビーム発散角になる光学系構造。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【発明に属する技術分野】
【０００１】  この発明は、複数のレーザーダイオードとレーザービームを結合して多波長のレーザービームに出力に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】  従来、一つビームに複数の波長出力のレーザーを得る為、プリズム、或いは、反射ミラーなどを用いて、複数のレーザーダイオード、又は、レーザービームを結合させる技術がある。【０００３】  レーザーダイオードなどビーム発散するタイプに対し、ビームを先ず平行光にしてから結合するのは、従来の技術である。又、レーザー二つ以上を結合する場合に、ビームを二つずつ段階的に結合にするので、システム全体のサイズは非常に大きくなるである。【０００４】  又、応用上の都合で、結合される複数のレーザーは、同一形状と同じ発散角のビームにするので、従来の手法では、結合前に一つずつのレーザービームを整形するコリメータレンズが必要である。複数のレーザーダイオード（ＬＤ）を結合する場合には、ＬＤ一つずつ、ビーム整形できるコリメータレンズ系が必要である。【０００５】  この様に、従来の方法では、多数の光学部品と長い光路は必要なので、サイズが大きくなるシステムに煩雑な光路調整も必要である。更に、多い光学部品とマウントを使われる為、結合されたビームの光軸ずれなど経時変化もシステムの不安定な要因になるのである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  より簡素な手法で作るよりコンパクトな光学系で、複数のレーザーを結合できること、又は、ビーム性質が異なる各々のレーザービームに対し、所要光学部品の数を最低限に抑え、より高いビーム整形効果で各々のビームを整形し、結合されたレーザービームに含められる各波長成分のレーザーが同一形状且つ同じビーム発散角になる複数のビームの結合光学系は、本特許に解決しようとする課題である。
【課題を解決する為の手段】
【０００７】  従来可視長波長赤色から赤外線までしかないダイオードレーザー（ＬＤ）は、近年、製造技術の向上に伴って、紫外から、可視短波長ブルー色までの発光波長に伸びて来た。又、ＬＤ励起のグリーンレーザーは、チップのような小型の製品も出来ている。紫外、ブルーとグリーン又赤色の可視領域から、近赤外線までいろいろな波長を持つ多波長小型化のレーザーは、バイオと遺伝子関係、医療診断、又、分光計測機器等幅広い応用に使われている。近年、それらの応用に、紫外から可視、又近赤外に複数の波長を持つ小型のレーザー光源を求められている。
【０００８】  一般、レーザーダイオードは、ビーム拡がり角が大きい光源で、結合前にビームを整形できるコリメータ系レンズが必要である。
【０００９】  偏光プリズムで偏光方向が異なる二つのビーム結合ができる。波長が異なる二つビームの結合は、単一波長のみ反射するミラーでのビーム結合が出来るのである。図１は、この様なビーム二つの結合光学系の例である。
【００１０】  上述の光学系は、ビームを結合するプリズムかミラーでの精密な光軸調整が必要であり、光軸の微小なずれによるビーム同軸性のずれもシステムの不安定要因である。
【００１１】  本発明は、図２のように、二つレーザーダイオードを先ずプリズムで結合させ、一つ共用のレンズで平行ビームにコリメータする。この光学系の光軸調整のキーポイントは、ダイオードＬＤ１とＬＤ２の発光点を、共用レンズのバックフォックス焦点に合わせることである。ビーム結合プリズムに通るダイオードＬＤ１とＬＤ２は、普通１０度以上発散角を持つ非平行光であり、プリズムが多少ずれても、その後でビームを共用レンズでコリメータするので、光軸はずれにくくなる。
【００１２】  この様な複数のレーザーダイオードを一個の共用レンズでコリメータする方法では、必要な光学部品点数が減る上で光路も短縮でき、光軸がずれ難い且つコンパクトな構造でのビーム結合が実現できる。
【００１３】  但し、結合する各波長のレーザーダイオードは、一般、ビーム広がり角が異なるので、一つの共用レンズでコリメータすると、結合される各ダイオードのビーム形状と発散角は、異なることもある。
【００１４】  この問題を解決するため、本発明は、図３の様に、結合される前の各レーザーダイオードビームの形状と発散角を予備補正できる“レンズ型のプリズム”を導入する。図３の曲面３６と３７は、セルフォックレンズ系、球面系か非球面レンズ系、或いは、シリンドリカルレンズ系のもので、一つずつのビーム特性に合わせて設計できる。この様な“レンズ型のプリズム”の方法で、性質が異なる複数ビームを結合して、同一形状且つ同じ発散角のビームを出力できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  図３は、“レンズ型のプリズム”と共用コリメータレンズを導入する光学系で、本発明の実施の形態である。図３に示すように、レンズ面付きプリズム３３で、ダイオード一つずつのビーム特性に合せてビームの形状を予備補正し、共用レンズ３７との組み合わせで、結合された二つのビームを整形しコリメータする。【００１６】  図４は、図３の３１番レーザーダイオードＬＤ１に対する光学系の有効光路図である。３５レンズ面を有するプリズム３３は、実際ＬＤ１のビーム形状を予備補正出来る一つのレンズと見られる。この補正レンズと３７レンズの組み合せでＬＤ１ビームを整形しコリメータする。【００１７】  図４と同じ原理で、図５は、３２番レーザーダイオードＬＤ２に対する光学系の有効光路図である。３６レンズ面を有する３３のレンズと３５の組み合せレンズで、ＬＤ２ビームを整形しコリメータする。【００１８】  このように、ＬＤ１とＬＤ２のビームは、別々のコリメータレンズで整形され、結合される二者に対し、同一形状且つ同じ発散角のビームに設計できる。
【実施例】
【００１９】  ３個以上の複数レーザービームでも、上記同じ原理の光学系、“レンズ型のプリズム”と、共用コリメータレンズの組み合わせでビームを結合できる。【００２０】  図６は、３個のレーザービームを結合する実施例である。図６の４１は、グリーン５３２ｎｍ波長のチップ型レーザーである。４２は、励起用８０８ｎｍ波長のレーザーダイオードで、４３は、１０６４ｎｍ発振波長のＹＶＯ４レーザー結晶で、４４は、二倍波ＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）非線形光学結晶である。４７と５０は、レーザーダイオードである。この三つのレーザーに対し、４５“レンズ型のプリズム”でビームの予備整形と結合、５３共用レンズでビームを整形しコリメータする。この様に、複数のレーザービームをコンパクトな光学系でビームを結合できている。
【発明の効果】
【００２１】  本発明に、“レンズ型のプリズム”と共用コリメータレンズの組み合わせで、複数のレーザービームを結合できる。“レンズ型のプリズム”と共用コリメータレンズ方式の導入で光学部品の点数は最小限に抑えられ、システムを小型化にし、又は、先にプリズムで結合された複数のビームを共用レンズでコリメータする仕組みで、光軸がずれにくい構造になり、光学システムの安定性を向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】予めコリメータされた二つのレーザーダイオードビームの結合光学系。
【図２】一個共用コリメータレンズで二つレーザーダイオードビームを結合する光学系構造図。
【図３】ビーム径予備補正レンズ面付き“レンズ型プリズム”を用いる二つのレーザーダイオードビームの結合光学系の実際構成図。
【図４】図３に示す光学系に３１番レーザーダイオードＬＤ１に対し、光学系の有効光路図。
【図５】図３に示す光学系に３２番レーザーダイオードＬＤ２に対し、光学系の有効光路図。
【図６】ビーム補正機能を有する三つのレーザービームの結合光学系の実施例。
【符号の説明】
（１１）  波長λ１のレーザーダイオード（ＬＤ１）。
（１２）  波長λ２のレーザーダイオード（ＬＤ２）。
（１３）  レーザービーム整形且つコリメータレンズ。
（１４）  二つのビームを結合するプリズム。
（１５）  波長λ１ビーム透過、波長λ２ビーム４５°全反射コーディング面。
（１６）  結合後のビーム形状。
（２１）  波長λ１のレーザーダイオード（ＬＤ１）。
（２２）  波長λ２のレーザーダイオード（ＬＤ２）。
（２３）  二つのビームを結合するプリズム。
（２４）  波長λ１ビーム透過、波長λ２ビーム４５°全反射コーディング面。
（２５）  ＬＤ１とＬＤ２両ビーム整形且つコリメータの共用レンズ。
（２６）  結合後ＬＤ１波長成分のレーザービーム形状。
（２７）  結合後ＬＤ２波長成分のレーザービーム形状。
（３１）  波長λ１のレーザーダイオード（ＬＤ１）。
（３２）  波長λ２のレーザーダイオード（ＬＤ２）。
（３３）  二つのビームを結合する“レンズ型のプリズム”。
（３４）  波長λ１ビーム透過、波長λ２ビーム４５°全反射コーディング面。
（３５）  ＬＤ１レーザービーム形状補正球面、或いは、非球面、或いは、シリンドリカル型曲面。
（３６）  ＬＤ２レーザービーム形状補正球面、或いは、非球面、或いは、シリンドリカル型曲面。
（３７）  ＬＤ１とＬＤ２両ビーム整形且つコリメータの共用レンズ。
（３８）  結合後ＬＤ１波長成分のレーザービーム形状。
（３９）  結合後ＬＤ２波長成分のレーザービーム形状。
（４１）  ダイオード励起５３２ｎｍ波長チップ型レーザー。
（４２）  励起光源のレーザーダイオード（ＬＤ１）。
（４３）  ＹＶＯ４レーザー結晶。
（４４）  ＫＴＰ二倍波非線形光学結晶。
（４５）  三つのビームを結合する“レンズ型のプリズム”。
（４６）  ５３２ｎｍレーザービーム形状補正球面レンズ面。
（４７）  波長λ２のレーザーダイオード（ＬＤ２）。
（４８）  ＬＤ２レーザービーム形状補正球面、或いは、非球面、或いは、シリンドリカル型曲面。
（４９）  ５３２ｎｍ波長透過、λ２波長４５°全反射コーディング面。
（５０）  波長λ３のレーザーダイオード（ＬＤ３）。
（５１）  ＬＤ３レーザービーム形状補正球面、或いは、非球面、或いは、シリンドリカル型曲面。
（５２）  ５３２ｎｍとλ２波長透過、λ３波長４５°全反射コーディング面。
（５３）  結合した三つのレーザービームの整形且つコリメータの共通レンズ。
（５４）  結合後のレーザービーム形状。
【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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