(57)【要約】【課題】  レーザビームが光ファイバに入射可能なようにレーザビームを形成することが可能なレーザビームを形成するための装置であって、簡単で、コスト的に有利であって、効率的に構成されてなる装置を提供する。【解決手段】  レーザビームを形成するための装置は、第１の方向（Ｙ）に関してレーザビームを偏向および／もしくは結像またはコリメートするための第１のレンズ手段と、第２の方向（Ｘ）に関してレーザビームを偏向および／もしくは結像またはコリメートするための第２のレンズ手段とを含み、第１および第２のレンズ手段は、構成部材（１）中または構成部材（１）上に実現される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームが光ファイバ（５）に入射可能なようにレーザビームを形成することが可能なレーザビームを形成するための装置であって、
第１の方向（Ｙ）に関してレーザビームを偏向および／もしくは結像またはコリメートするための第１のレンズ手段と、
第２の方向（Ｘ）に関してレーザビームを偏向および／もしくは結像またはコリメートするための第２のレンズ手段とを含み、
第１および第２のレンズ手段は、構成部材（１）中または構成部材（１）に沿って実現されることを特徴とする装置。
【請求項２】
構成部材（１）はモノリシック構成部材（１）であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１のレンズ手段は、構成部材（１）の第１の面（１ａ）に屈折構造によって形成され、第１の面（１ａ）は、特にレーザビームの入射面として機能することができることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
第２のレンズ手段は、構成部材（１）の第２の面（１ｂ）に屈折構造によって形成され、第２の面（１ｂ）は第１の面（１ａ）に対向し、特にレーザビームの出射面として機能することができることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
該装置は、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックから出射するレーザビーム（６）を形成するために機能することができ、第１の方向（Ｘ）は速軸に対応し、第２の方向（Ｙ）は遅軸に対応することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
第１のレンズ手段は、少なくとも１つの第１のシリンダレンズ（２）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
第２のレンズ手段は、第２のシリンダレンズ（４）のアレイとして形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
少なくとも１つの第１のシリンダレンズ（２）は、第２のシリンダレンズ（４）に垂直に配列されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
第２のシリンダレンズ（４）のアレイのうちの第２のシリンダレンズ（４）の少なくともいくつかは非対称であり、第２の方向（Ｘ）に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビームの少なくともいくつか、特に外側のレーザビーム（６）は、内側のレーザビーム（６）よりも強く偏向させることができることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの第１のシリンダレンズ（２）は、第１の方向（Ｙ）に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビーム（６）を、光ファイバ（５）の入射面（７）上に結像させることができるように形成されることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
第２のシリンダレンズ（４）のアレイの第２のシリンダレンズ（４）の少なくともいくつか、特に全部は、第２の方向（Ｘ）に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビーム（６）を、光ファイバ（５）の入射面（７）上に結像させることができるように形成されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
第１のレンズ手段は、第１の方向（Ｙ）に並設される複数の第１のシリンダレンズ（２）を有し、それぞれの第１のシリンダレンズ（２）は、第１の方向（Ｙ）に関して、レーザダイオードバーのスタックのそれぞれのレーザダイオードバーのレーザビーム（６）をそれぞれ偏向させることができることを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
構成部材（１）の第１の面（１ａ）および第２の面（１ｂ）の両方に、レンズ手段が設けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
構成部材（１）の第１の面（１ａ）または第２の面（ｂ）のいずれかに、レンズ手段が設けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
該装置は、レーザビームが１よりも多くの光ファイバ（５）に入射することできるように、レーザビームを形成することができることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従ったレーザビームを形成するための装置に関する。
【０００２】
定義  レーザビームの伝播方向において、レーザビームの中心伝播方向、特に、これが平面波ではない場合、または少なくとも部分的に発散している場合。レーザビーム、光ビーム、部分ビーム、またはビームについては、別段の記載がない限り、幾何光学の理想的ビームを意味しているのではなく、現実の光ビーム、たとえば、無限小ではなく、拡大するビーム断面を有するレーザビームであって、ガウスプロファイルまたはトップハットプロファイルを有するレーザビームである。光は、可視スペクトル領域だけでなく、赤外および紫外スペクトル領域をも意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
冒頭において述べたタイプの装置は、たとえば、特許文献１から知られる。それには、レーザダイオードバーから出射されるレーザビームが、複数のマイクロオプティックスとマクロオプティックスとの組合わせによって、光ファイバの入射面にフォーカスされる。これらの方法は、多くの構成要素とファイバにレーザダイオードバーを結合するための調整ステップとを必要とし、したがって、ファイバが結合されたレーザダイオードモジュールの生産に高額の費用と時間を要することになる。
【０００４】
特許文献２から、モノリシック構成部材が知られ、かかるモノリシック構成部材は、入射面上に、縦横に互いにシフトした速軸コリメーション用レンズアレイと、出射面上には、縦横に互いにシフトした遅軸コリメーション用レンズアレイを有している。この装置の場合にも、構成部材の後ろに、光ファイバの入射面上に各レーザビームをフォーカシングするための手段を設けることが必要である。さらにまた、構成部材の前には、各レーザビームの縦方向シフトのための手段が設けられ、それによって、レーザダイオードバーの各レーザビームが、縦方向にシフトされて設けられたシリンダレンズ上に現れるようにすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第１００６３８２号明細書
【特許文献２】米国特許第６４０７８７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が基礎とする課題は、冒頭で述べたタイプの装置であって、簡単で、および／またはコスト的に有利であって、および／または効率的に構成されてなる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このことは、本発明に従えば、請求項１の特徴を有する冒頭に述べたタイプの装置によって達成される。下位の請求項は、本発明の好ましい実施形態に関する。
【０００８】
請求項１に従えば、第１および第２のレンズ手段が、構成部材中または構成部材に沿って実現される。したがって、場合によっては、各構成部材とファイバ結合を実現することが可能であって、したがって、装置のコストを低減することが可能となる。
【０００９】
特に好ましくは、第１および第２のレンズ手段によって、光ファイバの入射面上にレーザビームを結像させてもよい。さらに好ましくは、レーザダイオードバーから出射するレーザビームの遅軸方向に関して、シリンダレンズアレイが設けられ、それを介して、レーザビームの少なくともいくつかを、光ファイバの入射面上へと偏向させてもよい。
【００１０】
さらに詳しくは、本発明は、レーザビームが光ファイバに入射可能なようにレーザビームを形成することが可能なレーザビームを形成するための装置であって、
第１の方向に関してレーザビームを偏向および／もしくは結像またはコリメートするための第１のレンズ手段と、
第２の方向に関してレーザビームを偏向および／もしくは結像またはコリメートするための第２のレンズ手段とを含み、
第１および第２のレンズ手段は、構成部材中または構成部材に沿って実現されることを特徴とする装置である。
【００１１】
本発明において、構成部材はモノリシック構成部材であることを特徴とする。
本発明において、第１のレンズ手段は、構成部材の第１の面に屈折構造によって形成され、第１の面は、特にレーザビームの入射面として機能することができることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、第２のレンズ手段は、構成部材の第２の面に屈折構造によって形成され、第２の面は第１の面に対向し、特にレーザビームの出射面として機能することができることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、該装置は、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックから出射するレーザビームを形成するために機能することができ、第１の方向は速軸に対応し、第２の方向は遅軸に対応することを特徴とする。
【００１４】
本発明において、第１のレンズ手段は、少なくとも１つの第１のシリンダレンズを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明において、第２のレンズ手段は、第２のシリンダレンズのアレイとして形成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明において、少なくとも１つの第１のシリンダレンズは、第２のシリンダレンズに垂直に配列されることを特徴とする。
【００１７】
本発明において、第２のシリンダレンズのアレイのうちの第２のシリンダレンズの少なくともいくつかは非対称であり、第２の方向に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビームの少なくともいくつか、特に外側のレーザビームは、内側のレーザビームよりも強く偏向させることができることを特徴とする。
【００１８】
本発明において、少なくとも１つの第１のシリンダレンズは、第１の方向に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビームを、光ファイバの入射面上に結像させることができるように形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明において、第２のシリンダレンズのアレイの第２のシリンダレンズの少なくともいくつか、特に全部は、第２の方向に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビームを、光ファイバの入射面上に結像させることができるように形成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明において、第１のレンズ手段は、第１の方向に並設される複数の第１のシリンダレンズを有し、それぞれの第１のシリンダレンズは、第１の方向に関して、レーザダイオードバーのスタックのそれぞれのレーザダイオードバーのレーザビームをそれぞれ偏向させることができることを特徴とする。
【００２１】
本発明において、構成部材の第１の面および第２の面の両方に、レンズ手段が設けられることを特徴とする。
【００２２】
本発明において、構成部材の第１の面または第２の面のいずれかに、レンズ手段が設けられることを特徴とする。
【００２３】
本発明において、該装置は、レーザビームが１よりも多くの光ファイバに入射することできるように、レーザビームを形成することができることを特徴とする。
【００２４】
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照した好ましい実施形態についての以下の説明によって明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】発明に従った装置の、それによって形成されたレーザビームと共に示す側面図である。
【図２】図１に従った前記装置の、それによって形成されたレーザビームと共に示す平面図である。
【図３】発明に従った装置の、接続される光ファイバを有する、該装置によって形成されたレーザビームと共に示す側面図である。
【図４】図３に従った装置の、接続される光ファイバを有する、該装置によって形成されたレーザビームと共に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図には、方向を分かりやすくするために、デカルト座標系を挿入している。
本発明の課題は、構成部材（一体構造のモノリシックマイクロ光学系）および調整ステップでのビーム形成を最小限まで低減し、ファイバ結合レーザダイオードモジュールの生産コストを有利とすることである。このビーム形成は、モノリシックマイクロ光学系の各構成部材１によって達成され（図１および図２参照）、各構成部材は、第１の、入射面として機能する面１ａ上に、第１のシリンダレンズ２を有し、第２の、出射面として機能する面１ｂ上には、それに対して９０°回転された第２のシリンダレンズアレイ４を有している。
【００２７】
レーザダイオードバーのエミッタ３から出射されるレーザビーム６は、第１のシリンダレンズ２によって、速軸方向またはＹ方向において直接光ファイバ５の入射面７に結像される。第２のシリンダレンズ４は、遅軸方向またはＸ方向にそれぞれレーザビーム６を、図示された実施形態においては中心から外れて、光ファイバ５の入射面７上に結像する（図３および図４参照）。
【００２８】
この場合、特に、Ｘ方向外側の、すなわち図２において上下にある第２のシリンダレンズ４は、中心の外側にあるレーザビーム６が、中心に対して、すなわち構成部材１の光学軸８に対して偏向されるように、非対称とされている（図２および図４参照）。それに対して、アレイの中心では、すなわち光学軸８に接して設けられた第２のシリンダレンズ４は対称またはわずかに非対称であるに過ぎない。第２のシリンダレンズ４の対称性は、中心から外側へ、すなわち、図２においては上下に減衰する。特に、構成部材１の光学軸８は、光ファイバの光学軸に対応させる、すなわちこれに同軸にしてもよい。
【００２９】
図１および図２によって、ビーム形成の原理がよくわかる。その実施形態によって、小さなバー（１０のエミッタ、１００／５００構造）を直接かつさらなるマクロ光学系を含めずに、ＮＡ＝０．２２の６００μｍのファイバに結合することが可能となる。理論上の結合効率（反射損失を含めない純粋な幾何学的光学損失の観点から）は９５％である。測定された値は、結合効率９０％±３％であった。
【００３０】
代わりに、第１のシリンダレンズ２を第２の面１ｂ上に、第２のシリンダレンズ４のアレイを第１の面１ａ上に設けてもよい。さらにまた、第１の面１ａまたは第２の面１ｂのいずれかの上に、第１のシリンダレンズ２と第２のシリンダレンズ４のアレイとを設けてもよい。
【００３１】
さらにまた、第１のシリンダレンズ２は、速軸に関してレーザビーム６を結像させるのではなく、コリメートさせてもよい。さらにまた、第２のシリンダレンズ４は、遅軸に関してレーザビーム６を結像させず、コリメートさせるのであって、レーザビームを光ファイバ５の入射面７に向う方向に偏向させてもよい。
【００３２】
レーザダイオードバースタックのレーザビームを光ファイバ内に結合させるべきときには、各々がＹ方向に互いに重なる第１のシリンダレンズ２をさらに設けてもよい。これらは、異なるレーザダイオードバーから出射するレーザビームが、速軸、すなわちＹ方向に関して、中心すなわち光学軸８に対して（Ｙ方向における光学軸の位置に対して、概略は図１参照）偏向するように傾けられる。
【００３３】
または、原則に従い、構成部材１との速軸および遅軸のコリメーションと、それに続くフォーカシングとを価格面で有利な球面光学系を介して実現することも可能である。
【００３４】
本装置は、レーザビームを、１本の光ファイバ５よりも多くの光ファイバ内に、たとえば２本の隣接した光ファイバ５内に結合させることが可能であるように形成することができる。これによってレーザビームを放射するエミッタ３の数をより多く選択することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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