(57)【要約】【課題】レーザダイオードと光ファイバとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードのエミッタ幅を上限エミッタ幅よりも広くする。【解決手段】レーザモジュール（１）は、レーザダイオード（Ｄ）と、上記レーザダイオードから出射されたレーザビームを分割することによって、Ｓ軸径が該レーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系（０）と、上記分割光学系にて生成された部分ビーム群に属する各部分ビームが入射する光ファイバからなる光ファイバ群（Ｆ１、Ｆ２）と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードと、
上記レーザダイオードから出射されたレーザビームを分割することによって、Ｓ軸径が該レーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系と、
上記分割光学系にて生成された部分ビーム群に属する各部分ビームが入射する光ファイバからなる光ファイバ群と、を備えている、
ことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項２】
上記レーザダイオードの出力ビームパラメータ積αと、上記光ファイバの入力ビームパラメータ積βと、上記部分ビーム群に属する部分ビームの個数ｍとの間に、α／ｍ＜β＜αが成り立つ、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項３】
上記分割光学系は、上記レーザダイオードから出射されたレーザビームを、上記光ファイバ群に属する各光ファイバの入射端面に向けて反射するミラーからなるミラー群により構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザモジュール。
【請求項４】
上記レーザダイオードと上記分割光学系との間に配置されたコリメートレンズであって、該レーザダイオードから出射されたレーザビームをＳ軸方向にコリメートするコリメートレンズと、
上記分割光学系と上記光ファイバ群に属する各光ファイバとの間に配置された集光レンズであって、該光ファイバに入射する部分ビームをＳ軸方向に集光する集光レンズと、を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザモジュール。
【請求項５】
ｎ個（ｎは２以上の自然数）のレーザダイオードＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎからなるレーザダイオード群と、
ｎ個の分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎからなる分割光学系群であって、各分割光学系Ｏｉが対応するレーザダイオードＤｉから出射されたレーザビームＬｉを分割することによって、Ｓ軸径がレーザビームＬｉのＳ軸径よりも小さい部分ビームＢｉ１，Ｂｉ２，…，Ｂｉｍからなる部分ビーム群Ｂｉを生成する分割光学系群と、
ｍ本（ｍは２以上の自然数）の光ファイバＦ１，Ｆ２，…Ｆｍからなる光ファイバ群であって、各光ファイバＦｊに、各分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊが入射する光ファイバ群と、を備えている、
ことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項６】
レーザダイオードＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎは、階段状の基板の各段に１つずつ載置されており、
上記分割光学系群は、各分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊを空間合成する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザモジュール。
【請求項７】
上記分割光学系群は、各分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊを偏波合成する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザモジュール。
【請求項８】
レーザダイオードＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎは、階段状の基板の各段に２つずつ載置されており、
上記分割光学系群は、各分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊのうち、上記基板の同一の段に載置されたレーザダイオードから出射されたレーザビームに由来する部分ビームを偏波合成すると共に、偏波合成された部分ビームを空間合成する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザモジュール。
【請求項９】
上記光ファイバ群を構成する各光ファイバと光学的に結合した他の光ファイバを更に備えている、
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオードから出射されたレーザビームを導光するレーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオードと光ファイバとを備え、レーザダイオードから出力されたレーザビームを光ファイバに入力するレーザモジュールが広く用いられている。このようなレーザモジュールの信頼性を向上させるためには、レーザダイオードの平均故障時間を長くする必要がある。
【０００３】
レーザダイオードの平均故障時間を長くするための技術としては、例えば、特許文献１〜２に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の技術は、表面準位の発生を抑制する作用を有する処理液でレーザダイオードの端面を処理することによって、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）の発生を抑制するものである。また、特許文献２に記載の技術は、縦方向の光密度を分散させることによって、活性層における光閉じ込め係数（Γファクター）を低下させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１６２５０１号（１９９７年６月２０日公開）
【特許文献２】国際公開第２０１０／０５００７１号（２０１０年５月６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、レーザダイオードの平均故障時間は、そのレーザダイオードのエミッタ幅と関係している。相対的にエミッタ幅が狭い第１レーザダイオードの平均故障時間をＭＴＴＦＳ、相対的にエミッタ幅が広い第２レーザダイオードの平均故障時間をＭＴＴＦＬとすると、これらの間には、以下の関係がある。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
上記式において、Ｐは光出力、ｎはパワー加速係数、Ｔはジャンクション温度、Ｅａは活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数を表す。添え字Ｓの付いた量は、第１レーザダイオードに関するものであり、添え字Ｌの付いた量は、第２レーザダイオードに関するものである。
【０００８】
エミッタ幅を広げれば、光密度が小さくなると共に、ジャンクション温度ＴＬが低くなる（電気抵抗及び熱抵抗が小さくなり発熱が抑制されるため）。このため、エミッタ幅を広げることにより、光出力を低下させることなく平均故障時間ＭＴＴＦＬを長くすること、或いは、平均故障時間ＭＴＴＦＬを短くすることなく光出力を上昇させることができる。したがって、光出力を犠牲にすることなくレーザモジュールの高信頼化を図るためには、或いは、信頼性を犠牲にすることなくレーザモジュールの高出力化を図るためには、レーザダイオードのエミッタ幅を広げればよい。
【０００９】
しかしながら、レーザダイオードのエミッタ幅を広げると、レーザダイオードの出力ビームパラメータ積（レーザダイオードのエミッタ幅とビーム広がり角との積）が大きくなる。そして、レーザダイオードの出力ＢＰＰが光ファイバの入力ビームパラメータ積（光ファイバのコア径と最大受光角との積）を超えると、レーザダイオードから出力されたレーザビームの全てをコアに受光させることができなくなり、レーザダイオードと光ファイバとの結合効率が低下する。また、光ファイバに受光させることができなかったレーザビームは、光ファイバの被覆を劣化あるいは焼損させるなど、レーザモジュールの信頼性を低下させる別の要因となる。
【００１０】
このため、光ファイバとの結合効率の低下を伴わないレーザダイオードのエミッタ幅には、上限（以下、「上限エミッタ幅」と記載）が存在する。例えば、レーザダイオードのビーム広がり角と光ファイバの最大受光角とが同程度である場合、光ファイバのコア径が上限エミッタ幅となる。従来のレーザモジュールにおいては、エミッタ幅拡大による信頼性向上が、この上限エミッタ幅により限界づけられていた。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザモジュールにおいて、レーザダイオードと光ファイバとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードのエミッタ幅を上限エミッタ幅よりも広くすることを可能ならしめることにある。また、その結果として、光出力を犠牲にすることなくレーザモジュールの高信頼化を図ること、或いは、信頼性を犠牲にすることなくレーザモジュールの高出力化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係るレーザモジュールは、レーザダイオードと、上記レーザダイオードから出射されたレーザビームを分割することによって、Ｓ軸径が該レーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系と、上記分割光学系にて生成された部分ビーム群に属する各部分ビームが入射する光ファイバからなる光ファイバ群と、を備えている、ことを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、レーザダイオードから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビームからなる部分ビーム群に変換し、この部分ビーム群を構成する各部分ビームを、光ファイバ群を構成する各光ファイバに受光させることができる。これにより、レーザダイオードと光ファイバ群との結合効率を低下させることなく、レーザダイオードのエミッタ幅を広げることができる。従って、光出力を犠牲にすることなく、レーザモジュールの高信頼化を図ること、或いは、信頼性を犠牲にすることなく、レーザモジュールの高出力化を図ることができる。なお、レーザモジュールの高出力化には、レーザモジュールを光源として用いる光学装置（例えば、ファイバレーザ）において、光源コストを低下させるというメリットがある。なぜなら、少数の高出力レーザモジュールにより構成された光源（例えば、１つの２０Ｗモジュールにより構成された光源）の方が多数の低出力レーザモジュールにより構成された光源（例えば、２つの１０Ｗモジュールにより構成された光源）よりも安価に製造することが可能だからである。
【００１４】
本発明に係るレーザモジュールにおいて、上記レーザダイオードの出力ビームパラメータ積αと、上記光ファイバの入力ビームパラメータ積βと、上記部分ビーム群に属する部分ビームの個数ｍとの間に、α／ｍ＜β＜αが成り立つ、ことが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、上記レーザダイオードの出力ビームパラメータ積αが上記光ファイバの入力ビームパラメータ積βよりも大きいにも関わらず、レーザダイオードから出力されたレーザビームを漏れなく光ファイバに受光させることができる。なお、本明細書において、レーザダイオードの出力ビームパラメータ積とは、そのレーザダイオードのエミッタ幅と、そのレーザダイオードから出力されるレーザビームのビーム広がり角との積により定義される量のことを指す。また、光ファイバの入力ビームパラメータ積とは、その光ファイバのコア径と、その光ファイバの最大受光角との積により定義される量のことを指す。なお、上記光ファイバ群は、入力ビームパラメータ積βが異なる光ファイバにより構成されていてもよく、α／ｍ＜β＜αという関係は、上記光ファイバ群を構成する光ファイバ毎に成り立っていればよい。また、分割光学系は、上記レーザビームをｍ分割するものであればよく、上記レーザビームを均等に分割するものであること（すなわち、部分ビーム群を構成する各部分ビームのＳ軸径が一定であること）を要さない。
【００１６】
本発明に係るレーザモジュールにおいて、上記分割光学系は、上記レーザダイオードから出射されたレーザビームを、上記光ファイバ群に属する各光ファイバの入射端面に向けて反射するミラーからなるミラー群により構成されている、ことが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、レーザモジュールの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードのエミッタ幅を広げるという効果を、簡単な構成で得ることができる。
【００１８】
本発明に係るレーザモジュールにおいて、上記レーザダイオードと上記分割光学系との間に配置されたコリメートレンズであって、該レーザダイオードから出射されたレーザビームをＳ軸方向にコリメートするコリメートレンズと、上記分割光学系と上記光ファイバ群に属する各光ファイバとの間に配置された集光レンズであって、該光ファイバに入射する部分ビームをＳ軸方向に集光する集光レンズと、を更に備えている、ことが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、レーザモジュールの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードのエミッタ幅を広げるという効果を、上記レーザダイオードから出力されるレーザビームがＳ軸方向に広がる非コリメート光である場合であっても得ることができる。
【００２０】
上記の課題を解決するために、本発明に係るレーザモジュールは、ｎ個（ｎは２以上の自然数）のレーザダイオードＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎからなるレーザダイオード群と、ｎ個の分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎからなる分割光学系群であって、各分割光学系Ｏｉが対応するレーザダイオードＤｉから出射されたレーザビームＬｉを分割することによって、Ｓ軸径が該レーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビームＢｉ１，Ｂｉ２，…，Ｂｉｍからなる部分ビーム群Ｂｉを生成する分割光学系群と、ｍ本（ｍは２以上の自然数）の光ファイバＦ１，Ｆ２，…Ｆｍからなる光ファイバ群であって、各光ファイバＦｊに、各分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊが入射する光ファイバ群と、を備えている、ことを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、レーザダイオード群を構成する各レーザダイオードから出力されたレーザビームを、この部分ビーム群を構成する各部分ビームを、光ファイバ群を構成する各光ファイバに受光させることができる。これにより、レーザダイオード群と光ファイバ群との結合効率を低下させることなく、レーザダイオード群を構成する各レーザダイオードのエミッタ幅を広げることができる。従って、光出力を犠牲にすることなく、レーザモジュールの高信頼化を図ること、或いは、信頼性を犠牲にすることなく、レーザモジュールの高出力化を図ることができる。また、レーザダイオードの個数ｎを増やすことによって、各光ファイバに入射する部分ビームのパワーの和を大きくすることができる。
【００２２】
本発明に係るレーザモジュールにおいて、レーザダイオードＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎは、階段状の基板の各段に１つずつ載置されており、上記分割光学系群は、各分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊを空間合成する、ことが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊを偏波合成する場合と比べて、分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎの構成を簡単化することができる。
【００２４】
本発明に係るレーザモジュールにおいて、上記分割光学系群は、各分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊを偏波合成する、ことが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊを空間合成する場合と比べて、光ファイバ群を構成する各光ファイバに入射するビーム束のＦ軸方向の広がりを小さくすることができる。
【００２６】
本発明に係るレーザモジュールにおいて、レーザダイオードＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎは、階段状の基板の各段に２つずつ載置されており、上記分割光学系群は、各分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊのうち、上記基板の同一の段に載置されたレーザダイオードから出射されたレーザビームに由来する部分ビームを偏波合成すると共に、偏波合成された部分ビームを空間合成する、ことが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊを空間合成しない（偏波合成のみ行う）場合と比べて、分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎの構成を簡単化することができる。また、上記の構成によれば、分割光学系Ｏ１，Ｏ２，…，Ｏｎにて生成された部分ビームＢ１ｊ，Ｂ２ｊ，…，Ｂｎｊを偏波合成しない（空間合成のみ行う）場合と比べて、光ファイバ群を構成する各光ファイバに入射するビーム束のＦ軸方向の広がりを小さくすることができる。
【００２８】
本発明に係るレーザモジュールは、上記光ファイバ群を構成する各光ファイバと光学的に結合した他の光ファイバを更に備えている、とが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、上記レーザダイオード、又は、上記レーザダイオード群を構成する各レーザダイオードにて生成されたレーザビームを単一の光ファイバ（上記「他の光ファイバ」）を介して出力することが可能になる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、レーザモジュールにおいて、レーザダイオードと光ファイバ群との結合効率を低下させることなく、レーザダイオードのエミッタ幅を広げることができる。これにより、光出力を犠牲にすることなくレーザモジュールの高信頼化を図ること、或いは、信頼性を犠牲にすることなくレーザモジュールの高出力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すレーザモジュールの一実施態様を示す平面図である。
【図３】図１に示すレーザモジュールの第１の変形例を示す平面図である。
【図４】図１に示すレーザモジュールの第２の変形例を示す平面図である。
【図５】図１に示すレーザモジュールの第３の変形例を示す平面図である。
【図６】図１に示すレーザモジュールの第４の変形例を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図８】図７に示すレーザモジュールの各部におけるレーザビーム又は部分ビームのビーム断面を示す断面図である。
【図９】図７に示すレーザモジュールの第１の変形例を示す平面図である。
【図１０】図８に示すレーザモジュールの各部におけるレーザビーム又は部分ビームのビーム断面を示す断面図である。
【図１１】図７に示すレーザモジュールの第２の変形例を示す平面図である。
【図１２】図１１に示すレーザモジュールの各部におけるレーザビーム又は部分ビームのビーム断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本明細書において、あるビームの「ビーム断面」とは、そのビームの進行方向に直交する平面においてそのビームの等パワー曲線に囲まれた領域であって、そのビームの総パワーの９５％を含む領域のことを指す。また、あるビームの「Ｓ軸径」とは、そのビームの進行方向に直交する面に含まれる、そのビームのＳ軸に平行な辺を有する長方形のうち、そのビームのビーム断面に外接する長方形において、そのビームのＳ軸に平行な辺の長さのことを指す。一方、あるビームの「Ｆ軸径」とは、上記長方形において、そのビームのＦ軸に平行な辺の長さのことを指す。例えば、ビーム断面がＳ軸を長軸とする楕円である場合、その楕円の長軸の長さがＳ軸径となり、その楕円の短軸の長さがＦ軸径となる。
【００３３】
〔第１の実施形態〕
（レーザモジュールの構成）
本発明の第１の実施形態に係るレーザモジュール１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、レーザモジュール１の構成を示す平面図である。
【００３４】
レーザモジュール１は、図１に示すように、レーザダイオードＤ、コリメートレンズＬ０、分割光学系Ｏ（第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２）、集光レンズＬ１及びＬ２、並びに光ファイバＦ１及びＦ２を備えている。
【００３５】
レーザダイオードＤは、レーザビームを出力する。レーザダイオードＤは、図示した座標系において、活性層がｘｙ面と平行になるように、かつ、出射端面がｙ軸正方向を向くように配置されている。このため、レーザダイオードＤから出力されたレーザビームは、Ｓ軸（Slow軸）がｘ軸と平行になり、Ｆ軸（Fast軸）がｚ軸と平行になる。レーザダイオードＤから出力されたレーザビームの進行方向は、ｙ軸正方向である。
【００３６】
レーザダイオードＤにて生成されたレーザビームの光路上には、コリメートレンズＬ０が配置されている。コリメートレンズＬ０は、レーザダイオードＤから出力されたレーザビームをコリメートする。すなわち、コリメートレンズＬ０を透過する前のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に大きくなる拡散光であるのに対して、コリメートレンズＬ０を透過した後のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光となる。なお、コリメートレンズＬ０を透過した後のレーザビームのＳ軸及びＦ軸は、コリメートレンズＬ０を透過する前のレーザビームのＳ軸及びＦ軸と平行である。
【００３７】
コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームの光路上には、このレーザビームを分割することによって、Ｓ軸径Ｓ１，Ｓ２がレーザビームのＳ軸径Ｓ０よりも小さい２つの部分ビームからなる部分ビーム群を生成するための分割光学系Ｏが配置されている。本実施形態において、分割光学系Ｏは、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２とにより構成されている。
【００３８】
第１ミラーＭ１は、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側半分をｘ軸負方向に反射する反射面を有しており、このレーザビームのｘ軸正方向側半分を遮らないように配置されている。一方、第２ミラーＭ２は、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分をｘ軸負方向に反射する反射面を有しており、第１ミラーＭ１よりもｙ軸正方向側に配置されている。このため、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側半分は、第１ミラーＭ１の反射面にて反射され、第１部分ビームとしてｘ軸負方向に進行する。第１部分ビームのＳ軸径Ｓ１は、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径Ｓ０の約１／２になり、第１部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。一方、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分は、第２ミラーＭ２の反射面にて反射され、第２部分ビームとしてｘ軸負方向に進行する。第２部分ビームのＳ軸径Ｓ２は、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径Ｓ０の約１／２になり、第２部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。なお、分割光学系Ｏにて生成された第１部分ビームは、Ｓ軸がｙ軸と平行になり、Ｆ軸がｚ軸と平行になる。一方、分割光学系Ｏにて生成されたＳ軸がｙ軸と平行になり、Ｆ軸がｚ軸と平行になる。
【００３９】
分割光学系Ｏにて生成された第１部分ビームの光路上には、集光レンズＬ１が配置されている。集光レンズＬ１は、第１ミラーＭ１にて生成された第１部分ビームを集光する。すなわち、集光レンズＬ１を透過する前の第１部分ビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光であるのに対して、集光レンズＬ１を透過した後の第１部分ビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に小さくなる収束光となる。
【００４０】
また、分割光学系Ｏにて生成された第２部分ビームの光路上には、集光レンズＬ２が配置されている。集光レンズＬ２は、第２ミラーＭ２にて反射された第２部分ビームを集光する。すなわち、集光レンズＬ２を透過する前の第２部分ビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光であるのに対して、集光レンズＬ２を透過した後の第２部分ビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に小さくなる集束光となる。
【００４１】
集光レンズＬ１にて集光された第１部分ビームの光路上には、第１光ファイバＦ１の入射端面が配置されている。第１光ファイバＦ１の入射端面は、第１部分ビームのＳ軸径が最小となる点において、第１光ファイバＦ１のコアの中心と第１部分ビームのビーム断面の中心とが一致するように位置決めされている。これにより、第１部分ビームのビーム断面は、第１光ファイバＦ１の入射端面において、第１光ファイバＦ１のコアに包摂される。
【００４２】
集光レンズＬ２にて集光された第２部分ビームの光路上には、第２光ファイバＦ２の入射端面が配置されている。第２光ファイバＦ２の入射端面は、第２部分ビームのＳ軸径が最小となる点において、第２光ファイバＦ２のコアの中心と第２部分ビームのビーム断面の中心とが一致するように位置決めされている。これにより、第２部分ビームのビーム断面は、第２光ファイバＦ２の入射端面において、第２光ファイバＦ２のコアに包摂される。
【００４３】
以上のように、レーザモジュール１は、（１）レーザダイオードＤと、（２）レーザダイオードＤから出射されたレーザビームを分割することによって、Ｓ軸径Ｓ１，Ｓ２が該レーザビームのＳ軸径Ｓ０よりも小さい第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系Ｏと、（３）分割光学系Ｏにて生成された部分ビーム群に属する各部分ビームが入射する第１光ファイバＦ１及び第２光ファイバＦ２からなる光ファイバ群と、を備えている。
【００４４】
このようなレーザモジュール１を用いることによって、レーザダイオードから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径Ｓ１，Ｓ２がこのレーザビームのＳ軸径Ｓ０光ファイバの入力ビームパラメータよりも小さい部分ビームからなる部分ビーム群に変換し、この部分ビーム群を構成する各部分ビームを、光ファイバ群を構成する各光ファイバに受光させることができる。これにより、レーザダイオードと光ファイバ群との結合効率を低下させることなく、レーザダイオードのエミッタ幅を広げることができる。従って、光出力を犠牲にすることなく、レーザモジュールの信頼性を向上させること、或いは、信頼性を犠牲にすることなく、レーザモジュールの高出力化を図ることができる。
【００４５】
特に、本実施形態に係るレーザモジュール１は、レーザダイオードＤから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径Ｓ１，Ｓ２がこのレーザビームのＳ軸径Ｓ０の１／２となる部分ビーム群に変換することができる。このため、レーザダイオードＤと光ファイバ群との結合効率を低下させることなく、レーザダイオードＤのエミッタ幅を２倍に広げることができる。これにより、レーザモジュール１の結合効率を低下させることなく、レーザモジュール１の信頼性を飛躍的に向上させることができる。
【００４６】
なお、図２に示すように、第１光ファイバＦ１及び第２光ファイバＦ２の出射端面をコンバイナＣの入力ポートに接続すると共に、このコンバイナＣの出力ポートを第３光ファイバＦ３の入射端面に接続する構成を採用してもよい。これにより、レーザダイオードＤから出力されたレーザビームを高い結合効率で第３光ファイバＦ３に受光させることができる。なお、第１光ファイバＦ１及び第２光ファイバＦ２の両方と光学的に結合された第３光ファイバＦ３を備えていれば、それらの間にコンバイナＣが介在しているか否かによらず、上記の効果を得ることができる。例えば、第１光ファイバＦ１と第２光ファイバＦ２とを一定の長さに亘って溶融して一体化したものを延伸することによって、第３光ファイバＦ３を形成してもよい。
【００４７】
また、本実施形態においては、上記部分ビーム群を構成する部分ビームの個数を２としているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上記部分ビーム群を構成する部分ビームの個数は、２以上の自然数ｍに一般化可能である。この場合、レーザダイオードＤの出力ビームパラメータ積α（レーザダイオードＤのエミッタ幅とビーム広がり角との積）と、各光ファイバの入力ビームパラメータ積β（その光ファイバのコア径と最大受光角との積）と、部分ビーム群に属する部分ビームの個数ｍとの間に、α／ｍ＜β＜αが成り立つことが好ましい。これにより、上記レーザダイオードの出力ビームパラメータ積α（レーザダイオードのエミッタ幅とビーム広がり角との積）が上記光ファイバの入力ビームパラメータ積β（光ファイバのコア径と最大受光角との積）よりも大きいにも関わらず、レーザダイオードから出力されたレーザビームを漏れなく光ファイバに受光させることができる。
【００４８】
（第１の変形例）
レーザモジュール１の第１の変形例について、図３を参照して説明する。図３は、本変形例に係るレーザモジュール１Ａの平面図である。
【００４９】
本変形例に係るレーザモジュール１Ａは、図１に示すレーザモジュール１において、分割光学系Ｏを構成する第２ミラーＭ２を省略したものである。そのため、分割光学系Ｏにて生成された第２部分ビームは、第２ミラーＭ２に反射されることなく、そのままｙ軸正方向を直進する。また、集光レンズＬ２は、ｙ軸正方向を直進する第２部分ビームの光路上に配置されている。また、第２光ファイバＦ２は、上記の集光レンズＬ２にて集光された第２部分ビームの光路上に配置されている。
【００５０】
図１に示すレーザモジュール１によれば、第２光ファイバＦ２を、第１光ファイバＦ１を引き出す方向（ｘ軸負方向）と同一の方向（ｘ軸負方向）に引き出すことができる。一方、本変形例に係るレーザモジュール１Ａによれば、第２光ファイバＦ２を、第１光ファイバＦ１を引き出す方向（ｘ軸負方向）と直交する方向（ｙ軸正方向）に引き出すことができる。
【００５１】
（第２の変形例）
レーザモジュール１の第２の変形例について、図４を参照して説明する。図４は、本変形例に係るレーザモジュール１Ｂの平面図である。
【００５２】
本変形例に係るレーザモジュール１Ｂは、図１に示すレーザモジュール１において、第２ミラーＭ２の向きを、ｙ軸正方向に進行する入射光をｘ軸正方向に反射するように変更すると共に、第２ミラーＭ２の位置を、レーザダイオードＤから第２ミラーＭ２までの距離がレーザダイオードＤから第１ミラーＭ１までの距離と同一になるように変更したものである。また、集光レンズＬ２は、ｘ軸正方向を直進する第２部分ビームの光路上に配置されている。また、第２光ファイバＦ２は、上記の集光レンズＬ２にて集光された第２部分ビームの光路上に配置されている。
【００５３】
本変形例に係るレーザモジュール１Ｂによれば、第２光ファイバＦ２を、第１光ファイバＦ１を引き出す方向（ｘ軸負方向）と反対の方向（ｘ軸正方向）に引き出すことができる。
【００５４】
（第３の変形例）
レーザモジュール１の第３の変形例について、図５を参照して説明する。図５は、本変形例に係るレーザモジュール１Ｃの側面図である。
【００５５】
本変形例に係るレーザモジュール１Ｃは、図１に示すレーザモジュール１において、第２ミラーＭ２の向きを、ｙ軸正方向に進行する入射光をｚ軸正方向に反射するように変更すると共に、第２ミラーＭ２の位置を、レーザダイオードＤから第２ミラーＭ２までの距離がレーザダイオードＤから第１ミラーＭ１までの距離と同一になるように変更したものである。また、集光レンズＬ２は、ｚ軸正方向を直進する第２部分ビームの光路上に配置されている。また、第２光ファイバＦ２は、銃器の集光レンズＬ２にて集光された第２部分ビームの光路上に配置されている。
【００５６】
本変形例に係るレーザモジュール１Ｃによれば、第１光ファイバＦ１を引き出す方向（ｘ軸負方向）と直交し、且つレーザダイオードＤの光軸と直交する方向（ｚ軸正方向）に、第２光ファイバＦ２を引き出すことができる。
【００５７】
（第４の変形例）
レーザモジュール１の第４の変形例について、図６を参照して説明する。図６は、本変形例に係るレーザモジュール１Ｄの平面図である。
【００５８】
本変形例に係るレーザモジュール１Ｄは、図１に示すレーザモジュール１に対して、ミラーＭ３、集光レンズＬ３、及び第３光ファイバＦ３を追加したものである。
【００５９】
本変形例において、第１ミラーＭ１は、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側の３分の１をｘ軸負方向に反射する反射面を有しており、このレーザビームのｘ軸正方向側の３分の２を遮らないように配置されている。また、第２ミラーＭ２は、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームの中央の３分の１をｘ軸負方向に反射する反射面を有しており、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側の３分の１を遮らないように配置されている。また、ミラーＭ３は、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側の３分の１をｘ軸負方向に反射する反射面を有している。このため、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側の３分の１は、第１ミラーＭ１の反射面にて反射され、第１部分ビームとしてｘ軸負方向に進行する。また、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームの中央の３分の１は、第２ミラーＭ２の反射面にて反射され、第２部分ビームとしてｘ軸負方向に進行する。また、コリメートレンズＬ０にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側の３分の１は、第３ミラーＭ３の反射面にて反射され、第３部分ビームとしてｘ軸負方向に進行する。
【００６０】
また、集光レンズＬ１、集光レンズＬ２、及び集光レンズＬ３は、それぞれ、ｘ軸正方向を直進する第１部分ビーム、第２部分ビーム、及び第３部分ビームの光路上に配置されている。また、第１光ファイバＦ１、第２光ファイバＦ２、及び第３光ファイバＦ３は、それぞれ、集光レンズＬ１、集光レンズＬ２、及び集光レンズＬ３にてそれぞれ集光された第１部分ビーム、第２部分ビーム、及び第３部分ビームの光路上に配置されている。
【００６１】
このように、本変形例に係るレーザモジュール１Ｄのように、３つ以上の光ファイバを備えている構成であっても、レーザモジュール１と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
〔第２の実施形態〕
（レーザモジュールの構成）
本発明の第２の実施形態に係るレーザモジュール２の構成について、図７及び８を参照して説明する。図７は、レーザモジュール２の構成を示す平面図である。図８は、レーザモジュール２の各部におけるレーザビーム、又は部分ビームのビーム断面を示す断面図である。
【００６３】
レーザモジュール２は、第１の実施形態に係るレーザモジュール１において、レーザダイオードＤ、コリメートレンズＬ０、及び分割光学系Ｏを複数化したものである。すなわち、レーザモジュール２は、図７に示すように、２つのレーザダイオードＤａ，Ｄｂ、２つのコリメートレンズＬ０ａ，Ｌ０ｂ、２つの分割光学系Ｏａ，Ｏｂ、２つの集光レンズＬ１，Ｌ２、及び２つの光ファイバＦ１，Ｆ２を備えている。なお、図７においては、レーザダイオードＤ、コリメートレンズＬ０、及び分割光学系Ｏの個数を２としているが、これらの個数は、３以上の任意の自然数であり得る。
【００６４】
第１レーザダイオードＤａは、第１レーザビームＬａを出力する。第１コリメートレンズＬ０ａは、第１レーザビームＬａをコリメートする（発散光をコリメート光に変換する）。一方、第２レーザダイオードＤｂは、第２レーザビームＬｂを出力する。第２コリメートレンズＬ０ｂは、第２レーザビームＬｂをコリメートする。なお、レーザモジュール２においては、２つのレーザダイオードＤａ，Ｄｂを載置する基板に段差を設け、第２レーザダイオードＤｂを第１レーザダイオードＤａよりも高い位置に配置している。このため、２つのレーザビームＬａ，Ｌｂのビーム断面は、ＡＡ’断面において図８の（ａ）に示すように配置される。
【００６５】
第１分割光学系Ｏａは、第１の実施形態に係るレーザモジュール１が備える分割光学系Ｏと同様、２つのミラーＭ１ａ，Ｍ２ａとにより構成されており、第１レーザビームＬａを分割することによって、Ｓ軸径Ｓ１，Ｓ２が第１レーザビームＬａのＳ軸径Ｓ０よりも小さい２つの部分ビームＢａ１，Ｂａ２からなる第１部分ビーム群Ｂａを生成する。第１部分ビーム群Ｂａを構成する部分ビームＢａ１，Ｂａ２のビーム断面は、ＣＣ’断面において図８の（ｃ）に示すように配置される。
【００６６】
第２分割光学系Ｏｂは、第１の実施形態に係るレーザモジュール１が備える分割光学系Ｏと同様、２つのミラーＭ１ｂ，Ｍ２ｂとにより構成されており、第２レーザビームＬｂを分割することによって、Ｓ軸径Ｓ１，Ｓ２が第２レーザビームＬｂのＳ軸径Ｓ０よりも小さい２つの部分ビームＢｂ１，Ｂｂ２からなる第２部分ビーム群Ｂｂを生成する。第２部分ビーム群Ｂｂを構成する部分ビームＢｂ１，Ｂｂ２のビーム断面は、ＢＢ’断面において図８の（ｂ）に示すように配置され、ＣＣ’断面において図８の（ｃ）に示すように配置される。
【００６７】
第１集光レンズＬ１は、第１部分ビーム群Ｂａを構成する第１部分ビームＢａ１と第２部分ビーム群Ｂｂを構成する第１部分ビームＢｂ１とをそれぞれ集光する（コリメート光から収束光へと変換する）。第１集光レンズＬ１にて集光された部分ビームＢａ１，Ｂｂ１は、第１光ファイバＦ１に入射する。一方、第２集光レンズＬ２は、第１部分ビーム群Ｂａを構成する第２部分ビームＢａ２と第２部分ビーム群Ｂｂを構成する第２部分ビームＢｂ２とをそれぞれ集光する。第２集光レンズＬ２にて集光された部分ビームＢａ２，Ｂｂ２は、第２光ファイバＦ２に入射する。
【００６８】
レーザモジュール２によれば、第１レーザダイオードＤａから出力された第１レーザビームＬａを、Ｓ軸径Ｓ１，Ｓ２が第１レーザビームＬａのＳ軸径Ｓ０よりも２つの小さい部分ビームＢａ１，Ｂａ２からなる第１部分ビーム群Ｂａに変換し、第１部分ビーム群Ｂａを構成する各部分ビームＢａ１，Ｂａ２を、それぞれ、光ファイバＦ１，Ｆ２に受光させることができる。同時に、第２レーザダイオードＤｂから出力された第２レーザビームＬｂを、Ｓ軸径Ｓ１，Ｓ２が第２レーザビームＬｂのＳ軸径Ｓ０よりも２つの小さい部分ビームＢｂ１，Ｂｂ２からなる第２部分ビーム群Ｂｂに変換し、この部分ビーム群Ｂｂを構成する各部分ビームＢｂ１，Ｂｂ２を、それぞれ、光ファイバＦ１，Ｆ２に受光させることができる。これにより、レーザダイオード群と光ファイバ群との結合効率を低下させることなく、レーザダイオード群を構成する各レーザダイオードのエミッタ幅を広げることができる。従って、レーザモジュールの結合効率を低下させることなく、レーザモジュールの信頼性を向上させることができる。
【００６９】
なお、本実施形態に係るレーザモジュール２においても、第１の実施形態に係るレーザモジュール１と同様、第１光ファイバＦ１及び第２光ファイバＦ２の出射端面をコンバイナの入力ポートに接続すると共に、このコンバイナの出力ポートを第３光ファイバの入射端面に接続する構成を採用することができる（図２参照）。これにより、レーザダイオードＤから出力されたレーザビームを高い結合効率で第３光ファイバに受光させることができる。
【００７０】
（第１の変形例）
レーザモジュール２の第１の変形例について、図９及び１０を参照して説明する。図９は、本変形例に係るレーザモジュール２Ａの平面図である。図１０は、レーザモジュール２Ａの各部におけるレーザビーム、又は部分ビームのビーム断面を示す断面図である。
【００７１】
本変形例に係るレーザモジュール２Ａは、図７に示すレーザモジュール２に対して、以下の変更を加えたものである。（１）基板の段差を省略し、２つのレーザダイオードＤａ，Ｄｂを同一平面上に配置する。（２）コリメートレンズＬ０ａにてコリメートされたレーザビームＬａの光路上に偏波回転素子ＰＲＥａを追加する。（３）第１分割光学系Ｏａを構成するミラーＭ１ａ，Ｍ２ａを偏光ビームスプリッタＰＢＣ１ａ，ＰＢＣ２ａに置き換える。
【００７２】
本変形例に係るレーザモジュール２Ａにおいて、偏光ビームスプリッタＰＢＣ１ａは、第２分割光学系Ｏｂを構成するミラーＭ１ｂにて反射された部分ビームＢｂ１を透過すると共に、偏波回転素子ＰＲＥａを透過する際に偏光方向が９０°回転された部分ビームＢａ１を反射する。これにより、部分ビームＢａ１と部分ビームＢｂ１とが偏波合成される。同様に、偏光ビームスプリッタＰＢＣ２ａは、第２分割光学系Ｏｂを構成するミラーＭ２ｂにて反射された部分ビームＢｂ２を透過すると共に、偏波回転素子ＰＲＥａを透過する際に偏光方向が９０°回転された部分ビームＢａ２を反射する。これにより、部分ビームＢａ２と部分ビームＢｂ２とが偏波合成される。
【００７３】
図７に示すレーザモジュール２においては、部分ビームＢａ１と部分ビームＢｂ１とが空間合成されると共に、部分ビームＢａ２と部分ビームＢｂ２とが空間合成されるのに対して、本変形例に係るレーザモジュール２Ａにおいては、部分ビームＢａ１と部分ビームＢｂ１とが偏波合成されると共に、部分ビームＢａ２と部分ビームＢｂ２とが偏波合成される。このため、本変形例に係るレーザモジュール２Ａを用いた場合、各光ファイバＦ１，Ｆ２に入射するビーム束のＦ軸径を、図７に示すレーザモジュール２を用いた場合よりも小さくすることができる。
【００７４】
（第２の変形例）
レーザモジュール２の第２の変形例について、図１１及び１２を参照して説明する。図１１は、本変形例に係るレーザモジュール２Ｂの平面図である。図１２は、レーザモジュール２Ｂの各部におけるレーザビーム、又は部分ビームのビーム断面を示す断面図である。
【００７５】
レーザモジュール２Ｂは、第１の変形例に係るレーザモジュール２Ａに対して、レーザダイオードＤｃ，Ｄｄ、コリメートレンズＬ０ｃ，Ｌ０ｄ、偏波回転素子ＰＲＥｃ、及び分割光学系Ｏｃ，Ｏｄを追加したものである。レーザダイオードＤｃ，Ｄｄ、コリメートレンズＬ０ｃ，Ｌ０ｄ、偏波回転素子ＰＲＥｃ、及び分割光学系Ｏｃ，Ｏｄは、それぞれ、レーザダイオードＤａ，Ｄｂ、コリメートレンズＬ０ａ，Ｌ０ｂ、偏波回転素子ＰＲＥａ、及び分割光学系Ｏａ，Ｏｂと同様に構成されている。ただし、基板には、段差が設けられており、レーザダイオードＤｃ，Ｄｄ、コリメートレンズＬ０ｃ，Ｌ０ｄ、偏波回転素子ＰＲＥｃ、及び分割光学系Ｏｃ，Ｏｄは、レーザダイオードＤａ，Ｄｂ、コリメートレンズＬ０ａ，Ｌ０ｂ、偏波回転素子ＰＲＥａ、及び分割光学系Ｏａ，Ｏｂよりも高い位置に配置されている。
【００７６】
本変形例に係るレーザモジュール２Ａにおいて、分割光学系Ｏｃ，Ｏｄにて部分ビームＢｃ１と部分ビームＢｄ１を偏波合成することにより得られた合成ビームは、分割光学系Ｏａ，Ｏｂにて部分ビームＢａ１と部分ビームＢａ１とを偏波合成することにより得られた合成ビームと空間合成される。同様に、分割光学系Ｏｃ，Ｏｄにて部分ビームＢｃ２と部分ビームＢｄ２を偏波合成することにより得られた合成ビームは、分割光学系Ｏａ，Ｏｂにて部分ビームＢａ２と部分ビームＢａ２とを偏波合成することにより得られた合成ビームと空間合成される。
【００７７】
第１の変形例に係るレーザモジュール２Ａにおいては、各光ファイバＦａ，Ｆｂに２つのレーザダイオードＤａ，Ｄｂにて生成されたレーザビームが入射するのに対して、本変形例に係るレーザモジュール２Ｂにおいては、各光ファイバＦａ，Ｆｂに４つのレーザダイオードＤａ〜Ｄｄにて生成されたレーザビームが入射する。このため、本変形例に係るレーザモジュール２Ａを用いた場合、各光ファイバＦ１，Ｆ２に入射するレーザビームのパワーを、第１の変形例に係るレーザモジュール２Ａの２倍にすることができる。
【００７８】
〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、２、２Ａ、２Ｂ          レーザモジュール
Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ                          レーザダイオード
Ｌ０、Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ、Ｌ０ｃ、Ｌ０ｄ                コリメートレンズ
Ｏ、Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃ、Ｏｄ                          分割光学系
Ｍ１、Ｍ１ａ、Ｍ１ｂ、Ｍ２、Ｍ２ａ、Ｍ２ｂ、Ｍ３    ミラー
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３                                    集光レンズ
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３                                    光ファイバ
ＰＲＥａ，ＰＲＥｃ                                  偏波回転素子
ＰＢＣ１ａ、ＰＢＣ１ｃ、ＰＢＣ２ａ、ＰＢＣ２ｃ      偏波ビームコンバイナ
【図１】
2018072608.tif 000004
【図２】
2018072608.tif 000005
【図３】
2018072608.tif 000006
【図４】
2018072608.tif 000007
【図５】
2018072608.tif 000008
【図６】
2018072608.tif 000009
【図７】
2018072608.tif 000010
【図８】
2018072608.tif 000011
【図９】
2018072608.tif 000012
【図１０】
2018072608.tif 000013
【図１１】
2018072608.tif 000014
【図１２】
2018072608.tif 000015