(57)【要約】【課題】複数の半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を光ファイバに結合させる際のレーザ光の結合損失を抑えつつ、光ファイバから出力されるレーザ光の輝度を高く維持することができるレーザモジュールを提供する。【解決手段】レーザモジュール２は、光ファイバ２０と、複数の半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈと、半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈから出射されたレーザ光７０Ａ〜７０Ｈを集光して光ファイバ２０に結合させる集光レンズ４０と、半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｄに第１の駆動電流を供給するためのリード端子５３と、半導体レーザ素子１０Ｅ〜１０Ｈに第１の駆動電流よりも小さい第２の駆動電流を供給するためのリード端子５４とを備えている。半導体レーザ素子１０Ｅ〜１０Ｈのレーザ出射面から集光レンズ４０の入射面４１までの光路長は、半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｄのレーザ出射面から集光レンズ４０の入射面４１までの光路長よりも長い。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
第１の半導体レーザ素子と第２の半導体レーザ素子とを少なくとも含む複数の半導体レーザ素子と、
前記複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光して前記光ファイバに結合させる集光レンズと、
前記第１の半導体レーザ素子に第１の駆動電流を供給するための第１の端子と、
前記第２の半導体レーザ素子に前記第１の駆動電流よりも小さい第２の駆動電流を供給するための第２の端子と
を備え、
前記第２の半導体レーザ素子のレーザ出射面から前記集光レンズの入射面までの光路長は、前記第１の半導体レーザ素子のレーザ出射面から前記集光レンズの入射面までの光路長よりも長い、
レーザモジュール。
【請求項２】
前記複数の半導体レーザ素子のレーザ出射面から前記集光レンズの入射面までの光路長のうち、前記第２の半導体レーザ素子のレーザ出射面から前記集光レンズの入射面までの光路長が該レーザモジュールの中で最長である、請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記第２の駆動電流は、前記複数の半導体レーザ素子に供給される駆動電流の中で最小である、請求項２に記載のレーザモジュール。
【請求項４】
前記第１の半導体レーザ素子を少なくとも含む半導体レーザ素子から構成される第１のレーザ素子グループと、
前記第２の半導体レーザ素子を少なくとも含む半導体レーザ素子から構成される第２のレーザ素子グループと
を含み、
前記第１のレーザ素子グループの半導体レーザ素子から前記光ファイバに入射するレーザ光の入射角度の最大値と前記第２のレーザ素子グループの半導体レーザ素子から前記光ファイバに入射するレーザ光の入射角度の最大値は、前記光ファイバの最大受光角度以下である、
請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【請求項５】
前記第１のレーザ素子グループの半導体レーザ素子から前記光ファイバに入射するレーザ光の入射角度の最大値と前記第２のレーザ素子グループの半導体レーザ素子から前記光ファイバに入射するレーザ光の入射角度の最大値とは同一である、請求項４に記載のレーザモジュール。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザモジュールと、
前記レーザモジュールの前記第１の端子に前記第１の駆動電流を供給する第１の電流供給部と、
前記レーザモジュールの前記第２の端子に前記第２の駆動電流を供給する第２の電流供給部と
を備えた、レーザシステム。
【請求項７】
前記レーザモジュールに加えて、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザモジュールを追加レーザモジュールとして備え、
前記第１の電流供給部は、前記レーザモジュールの前記第１の端子と前記追加レーザモジュールの前記第１の端子に前記第１の駆動電流を供給し、
前記第２の電流供給部は、前記レーザモジュールの前記第２の端子と前記追加レーザモジュールの前記第２の端子に前記第２の駆動電流を供給する、
請求項６に記載のレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザモジュール及びレーザシステムに係り、特に複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光して出力するレーザモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光し、高パワーのレーザ光を出力できるようにしたレーザモジュールが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。図１は、このような従来の半導体レーザモジュールの一例を模式的に示す部分断面平面図、図２は、部分断面正面図である。図１及び図２に示す半導体レーザモジュール５００においては、筐体５１０の内部に配置された階段状の台座５２０に複数のサブマウント５３０が配置され、それぞれのサブマウント５３０上に半導体レーザ素子５４０が載置される。
【０００３】
また、それぞれの半導体レーザ素子５４０に対応して、半導体レーザ素子５４０から出射されたレーザ光を平行光にするファースト軸コリメートレンズ５５０及びスロー軸コリメートレンズ５６０と、スロー軸コリメートレンズ５６０を透過したレーザ光の伝搬方向を９０度転換するミラー５７０が設けられている。筐体５１０の内部には、筐体５１０の外部から光ファイバ５８０が導入されている。光ファイバ５８０とミラー５７０との間には集光レンズ５９０が配置されており、図２に示すように、この集光レンズ５９０によりそれぞれのミラー５７０からのレーザ光が集光され光ファイバ５８０の端面に結合される。
【０００４】
図１及び図２に示すように、それぞれの半導体レーザ素子５４０のレーザ出射面から集光レンズ５９０の入射面に至るまでの光路長は、半導体レーザ素子５４０の間で異なっている。図示した例では、半導体レーザ素子５４０Ａのレーザ出射面から集光レンズ５９０の入射面に至るまでの光路長が最も短く、半導体レーザ素子５４０Ｈのレーザ出射面から集光レンズ５９０の入射面に至るまでの光路長が最も長くなっている。
【０００５】
半導体レーザ素子５４０から出射されたレーザ光はコリメートレンズ５５０，５６０により略平行光にされるが、コリメートレンズ５５０，５６０を透過したレーザ光は完全な平行光にはなっておらず、収差などにより若干の広がり角を有する。したがって、集光レンズ５９０の入射面までのレーザ光の光路長が長くなればなるほど、伝搬する間にレーザ光の幅が広がり、集光レンズ５９０によって光ファイバ５８０の入射端面に集光する際の集光角度が大きくなる。上述のように、図示の例では、半導体レーザ素子５４０Ｈからのレーザ光の光路長が最も長いため、半導体レーザ素子５４０Ｈから出射されたレーザ光の集光角度が最も大きくなる。
【０００６】
図３は、光ファイバ５８０の入射端面における各半導体レーザ素子５４０からのレーザ光５４２Ａ〜５４２Ｈの集光角度プロファイルを模式的に示す図である。図３において、点Ｏは、光ファイバ５８０の光軸に完全に一致する点であり、点Ｏから離れれば離れるほど、レーザ光の入射角度が光ファイバ５８０の光軸に対して大きく傾いていることを示している。図３の横方向はスロー軸方向に対応し、縦方向はファースト軸に対応している。なお、図３は、集光レンズ５９０により集光された後のレーザ光の集光角度プロファイルを示すものであるため、図２において最も高い位置で集光レンズ５９０に入射する半導体レーザ素子５４０Ｈからのレーザ光５４２Ｈが図３では最も下方に位置し、図２において最も低い位置で集光レンズ５９０に入射する半導体レーザ素子５４０Ａからのレーザ光５４２Ａが図３では最も上方に位置している。
【０００７】
高出力の半導体レーザ素子から出射されるレーザ光のスロー軸方向成分は、マルチモード光であり、広がり角が大きいため、図３に示すように、上述した光路長に対する依存性が顕著に表れている。すなわち、光路長の最も長いレーザ光５４２Ｈのスロー軸方向の広がり角は、光路長の最も短いレーザ光５４２Ａの広がり角よりも大きくなっている。
【０００８】
通常、光ファイバの屈折率は同心円状に分布しているため、図３において光ファイバの受光可能な範囲（ＮＡ）は円形となる。ここで、光路長の最も短いレーザ光５４２Ａを基準として光ファイバ５８０のＮＡを設定した場合には、光ファイバ５８０の受光範囲は図３の範囲Ｒ１となるが、光路長の長いレーザ光の一部（レーザ光５４２Ｅ，５４２Ｆ，５４２Ｇ，５４２Ｈの一部）は光ファイバ５８０に結合できずに結合損失が生じ、レーザモジュールの光出力が制限されてしまう。
【０００９】
一方、光路長の最も長いレーザ光５４２Ｈを基準として光ファイバ５８０のＮＡを設定した場合には、光ファイバ５８０の受光範囲は図３の範囲Ｒ２となる。この場合には、結合損失は生じないものの、範囲Ｒ２内のレーザ光の入射密度が低く、光ファイバ５８０に対する光の充填密度が低くなる。このため、レーザモジュールから出力されるレーザ光の輝度が低くなってしまう。
【００１０】
高出力ファイバレーザの励起用途においては、複数のレーザモジュールからの出力光をコンバイナなどで合波させてさらに高出力化させるのが一般的であるが、ファイバレーザをどの程度まで高出力化できるかは、レーザモジュールからの出力光の輝度によって決まる。レーザモジュールからの出力光の輝度は、光ファイバのＮＡの２乗に比例して低くなるため、光ファイバのＮＡはなるべく小さくしたいという要望がある。
【００１１】
このように、従来技術においては、複数の半導体レーザ素子からのレーザ光を集光する際にレーザ光の結合損失を低減することと、光ファイバのＮＡを小さくして高輝度のレーザ光を出力することとはトレードオフの関係にあり、両立することが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１３−２３５９４３号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２６８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、複数の半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を光ファイバに結合させる際のレーザ光の結合損失を抑えつつ、光ファイバから出力されるレーザ光の輝度を高く維持することができるレーザモジュールを提供することを第１の目的とする。
【００１４】
また、高輝度のレーザ光を出力することができるレーザシステムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様によれば、複数の半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を光ファイバに結合させる際のレーザ光の結合損失を抑えつつ、光ファイバから出力されるレーザ光の輝度を高く維持することができるレーザモジュールが提供される。このレーザモジュールは、光ファイバと、第１の半導体レーザ素子と第２の半導体レーザ素子とを少なくとも含む複数の半導体レーザ素子と、上記複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光して上記光ファイバに結合させる集光レンズと、上記第１の半導体レーザ素子に第１の駆動電流を供給するための第１の端子と、上記第２の半導体レーザ素子に上記第１の駆動電流よりも小さい第２の駆動電流を供給するための第２の端子とを備えている。上記第２の半導体レーザ素子のレーザ出射面から上記集光レンズの入射面までの光路長は、上記第１の半導体レーザ素子のレーザ出射面から上記集光レンズの入射面までの光路長よりも長い。
【００１６】
このような構成により、レーザ出射面から集光レンズの入射面に至るレーザ光の光路長が長い第２の半導体レーザ素子の駆動電流を、光路長の短い第１の半導体レーザ素子の駆動電流よりも小さくすることができるので、光路長が長くて幅が広がりやすい第２の半導体レーザ素子からのレーザ光の広がりを、第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子に同一の駆動電流を供給する場合に比べて抑えることができる。したがって、すべての半導体レーザ素子からのレーザ光を小さな受光範囲の内部に入射させやすくなる。この結果、レーザ光の結合損失が低減されるとともに、受光範囲内のレーザ光の入射密度を高くすることができるので、出力されるレーザ光の輝度を高く維持することができる。
【００１７】
ここで、上記複数の半導体レーザ素子のレーザ出射面から上記集光レンズの入射面までの光路長のうち、上記第２の半導体レーザ素子のレーザ出射面から上記集光レンズの入射面までの光路長が該レーザモジュールの中で最長であってもよい。この場合において、上記第２の駆動電流は、上記複数の半導体レーザ素子に供給される駆動電流の中で最小であることが好ましい。レーザ出射面から集光レンズの入射面までの光路長が最長の半導体レーザ素子からのレーザ光の幅が最も広がる傾向にあるが、上記構成によれば、そのような半導体レーザ素子からのレーザ光の広がりを効果的に抑えることができる。
【００１８】
上記レーザモジュールは、上記第１の半導体レーザ素子を少なくとも含む半導体レーザ素子から構成される第１のレーザ素子グループと、上記第２の半導体レーザ素子を少なくとも含む半導体レーザ素子から構成される第２のレーザ素子グループとを含んでいてもよい。この場合において、上記第１のレーザ素子グループの半導体レーザ素子から上記光ファイバに入射するレーザ光の入射角度の最大値と上記第２のレーザ素子グループの半導体レーザ素子から上記光ファイバに入射するレーザ光の入射角度の最大値は、上記光ファイバの最大受光角度以下であることが好ましい。このようにすることで、第１のレーザ素子グループの半導体レーザ素子と第２のレーザ素子グループの半導体レーザ素子から出射されるすべてのレーザ光を光ファイバの受光範囲の内部に入射させることができ、レーザ光の結合損失を低減することができる。
【００１９】
また、上記第１のレーザ素子グループの半導体レーザ素子から上記光ファイバに入射するレーザ光の入射角度の最大値と上記第２のレーザ素子グループの半導体レーザ素子から上記光ファイバに入射するレーザ光の入射角度の最大値とは同一であることが好ましい。このようにすることで、光ファイバの中心から所定の半径の円の中にすべてのレーザ光を高密度で入射させることができる。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、高輝度のレーザ光を出力することができるレーザシステムが提供される。このレーザシステムは、上述したレーザモジュールと、上記レーザモジュールの上記第１の端子に上記第１の駆動電流を供給する第１の電流供給部と、上記レーザモジュールの上記第２の端子に上記第２の駆動電流を供給する第２の電流供給部とを備えている。
【００２１】
このような構成により、レーザモジュールにおいて複数の半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を光ファイバに結合させる際のレーザ光の結合損失を抑えつつ、光ファイバから出力されるレーザ光の輝度を高く維持することができるので、レーザシステムから高輝度のレーザ光を出力することが可能となる。
【００２２】
また、上記レーザシステムは、上記レーザモジュールに加えて、上述したレーザモジュールを追加レーザモジュールとして備えていてもよい。この場合において、上記第１の電流供給部は、上記レーザモジュールの上記第１の端子と上記追加レーザモジュールの上記第１の端子に上記第１の駆動電流を供給し、上記第２の電流供給部は、上記レーザモジュールの上記第２の端子と上記追加レーザモジュールの上記第２の端子に上記第２の駆動電流を供給する。
【００２３】
このような構成により、上述したレーザモジュールから出力されるレーザ光と追加レーザモジュールから出力されるレーザ光とを合波することで、より高パワーのレーザ光を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数の半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を光ファイバに結合させる際のレーザ光の結合損失を抑えつつ、光ファイバから出力されるレーザ光の輝度を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、従来のレーザモジュールを模式的に示す部分断面平面図である。
【図２】図２は、図１のレーザモジュールを模式的に示す部分断面正面図である。
【図３】図３は、図１のレーザモジュールにおける光ファイバの入射端面における各半導体レーザ素子からのレーザ光の集光角度プロファイルを模式的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態におけるレーザシステムを模式的に示す部分断面平面図である。
【図５】図５は、図４のレーザシステムにおけるレーザモジュールを模式的に示す部分断面正面図である。
【図６】図６は、図５の半導体レーザモジュールにおける光ファイバの入射端面における各半導体レーザ素子からのレーザ光の集光角度プロファイルを模式的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態におけるレーザシステムを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るレーザシステムの実施形態について図４から図７を参照して詳細に説明する。なお、図４から図７において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図４から図７においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
【００２７】
図４は、本発明の第１の実施形態におけるレーザシステム１を模式的に示す部分断面平面図である。このレーザシステム１は、複数の半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈと光ファイバ２０とを含むレーザモジュール２と、レーザモジュール２の半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｄに駆動電流を供給する第１の電流供給ドライバ（第１の電流供給部）３と、レーザモジュール２の半導体レーザ素子１０Ｅ〜１０Ｈに駆動電流を供給する第２の電流供給ドライバ（第２の電流供給部）４とを含んでいる。
【００２８】
図５は、レーザモジュール２を模式的に示す部分断面正面図である。図４及び図５に示すように、レーザモジュール２は、筐体３０と、筐体３０の内部に配置された階段状の台座３２と、光ファイバ２０を固定するためのファイバマウント３４と、光ファイバ２０を保持するとともに筐体３０の内部に導入するための円筒状のファイバ保持部３６とを含んでいる。光ファイバ２０は接着材３３などによりファイバマウント３４上に固定されている。なお、筐体３０の上部には図示しない蓋体が配置されており、この蓋体により筐体の内部空間が封止される。
【００２９】
台座３２のそれぞれの段部３２Ａ〜３２Ｈには、サブマウント１１が配置されており、それぞれのサブマウント１１上に半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈが載置されている。また、それぞれの段部３２Ａ〜３２Ｈには、半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈに対応して、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光をファースト軸方向に関して平行光にするファースト軸コリメートレンズ１２と、ファースト軸コリメートレンズ１２を透過したレーザ光をスロー軸方向に関して平行光にするスロー軸コリメートレンズ１４と、スロー軸コリメートレンズ１４を透過した光の伝搬方向を９０度転換するミラー１６とが配置されている。また、筐体３０の内部に延びる光ファイバ２０の端面とミラー１６との間には、ミラー１６で反射したレーザ光を集光して光ファイバ２０の端面に結合させる集光レンズ４０が配置されている。
【００３０】
図４に戻って、レーザモジュール２には、半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈに駆動電流を供給するための２組のリード端子５３，５４が、筐体３０の側壁を貫通するように設けられている。一方の組のリード端子（第１の端子）５３の間には、金属ワイヤ６３により４つの半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが直列に接続されている。これらのリード端子５３は、配線８１によって第１の電流供給ドライバ３に接続され、第１の電流供給ドライバ３はリード端子５３に駆動電流を供給して半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを駆動するようになっている。また、他方の組のリード端子（第２の端子）５４の間には、金属ワイヤ６４により４つの半導体レーザ素子１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈが直列に接続されている。これらのリード端子５４は、配線８２によって第２の電流供給ドライバ４に接続され、第２の電流供給ドライバ４はリード端子５４に駆動電流を供給して半導体レーザ素子１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈを駆動するようになっている。
【００３１】
このような構成において、それぞれの電流供給ドライバ３，４によって半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈに駆動電流を供給すると、半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈから＋Ｙ方向に向かってレーザ光が出射される。このレーザ光は、ファースト軸コリメートレンズ１２及びスロー軸コリメートレンズ１４を透過して略平行光となった後、ミラー１６で−Ｘ方向に９０度方向転換される。このとき、図５に示すように、台座３２の段部３２Ａ〜３２Ｈの（Ｚ方向の）高さが異なるため、ミラー１６で方向転換されたレーザ光は異なる高さで互いに平行に−Ｚ方向に伝搬する。そして、これらのレーザ光は、集光レンズ４０によって集光されて光ファイバ２０の端面に結合される。
【００３２】
本実施形態では、半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈが配置されている台座３２の段部３２Ａ〜３２ＨのＸ方向の位置が異なっているため、それぞれの半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈのレーザ出射面から集光レンズ４０の入射面４１に至るまでの光路長は、半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈの間で異なっている。図５に示す例では、半導体レーザ素子１０Ａのレーザ出射面から集光レンズ４０の入射面４１に至るレーザ光７０Ａの光路長が最も短く、半導体レーザ素子１０Ｈのレーザ出射面から集光レンズ４０の入射面４１に至るレーザ光７０Ｈの光路長が最も長い。
【００３３】
上述したように、集光レンズ４０の入射面に至るまでのレーザ光の光路長が長くなればなるほど、伝搬する間にレーザ光の幅が広がってしまうため、図１及び図２に示す従来の構成では、レーザ光の結合損失の低減と高輝度レーザ光の出力の両立が難しいという問題がある。本実施形態では、半導体レーザ素子のレーザ出射面から集光レンズ４０の入射面４１までの光路長が相対的に長い半導体レーザ素子に供給する電流を、光路長が相対的に短い半導体レーザ素子に供給する電流よりも小さくすることで、レーザ光の結合損失の低減と高輝度レーザ光の出力の両立を実現している。以下、この点について詳しく説明する。
【００３４】
一般的に、半導体レーザ素子に供給する駆動電流を大きくすると、熱レンズ効果によって、出射されるレーザ光のスロー軸方向の広がり角が大きくなるという性質が知られている。したがって、半導体レーザ素子に供給する駆動電流を小さくなるにつれ、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の広がり角が小さくなる。本実施形態では、このような半導体レーザ素子の性質を用いて、レーザ光の結合損失の低減と高輝度レーザ光の出力の両立を実現している。
【００３５】
具体的には、半導体レーザ素子のレーザ出射面から集光レンズ４０の入射面４１に至るまでの光路長によって半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈを複数のグループ（レーザ素子グループ）に分け、それぞれのグループの半導体レーザ素子に供給する駆動電流の大きさを変えている。本実施形態では、集光レンズ４０の入射面４１に至るまでの光路長が短い半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ（グループＧ１）と、集光レンズ４０の入射面４１に至るまでの光路長が長い半導体レーザ素子１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ（グループＧ２）とに半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈを分けている。このグループＧ１には、第１の電流供給ドライバ３が、配線８１及びリード端子５３を介して接続され、グループＧ２には、第２の電流供給ドライバ４が、配線８２及びリード端子５４を介して接続される。グループＧ１内では、半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが直接に接続され、グループＧ２内では、半導体レーザ素子１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈが直列に接続される。
【００３６】
ここで、第２の電流供給ドライバ４は、第１の電流供給ドライバ３によりグループＧ１に供給される駆動電流（第１の駆動電流）よりも小さい駆動電流（第２の駆動電流）をグループＧ２に供給するように構成される。このようにすることで、グループＧ２の半導体レーザ素子１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈから出射されるレーザ光の広がり角をグループＧ１の半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄから出射されるレーザ光に比べて相対的に小さくすることができる。
【００３７】
図６は、本実施形態における光ファイバ２０の入射端面における各半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈからのレーザ光７０Ａ〜７０Ｈの集光角度プロファイルを模式的に示す図である。図３と同様に、図６の点Ｏは、光ファイバ２０の光軸に完全に一致する点である。図６のプロファイルにおいては、点Ｏからの距離が光ファイバ２０に対するレーザ光の入射角を示している。図６においても、図５において最も高い位置で集光レンズ４０に入射する半導体レーザ素子１０Ｈからのレーザ光７０Ｈが図６では最も下方に位置し、図５において最も低い位置で集光レンズ４０に入射する半導体レーザ素子１０Ａからのレーザ光７０Ａが図６では最も上方に位置している。
【００３８】
上述のように、グループＧ２の半導体レーザ素子１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈに供給する駆動電流をグループＧ１の半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに供給する駆動電流よりも小さくすることで、図６に示すように、半導体レーザ素子１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈから出射されるレーザ光７０Ｅ，７０Ｆ，７０Ｇ，７０Ｈのスロー軸方向の広がりを図３に比べて抑えることができる。図３に示す従来の例では、レーザ光５４２Ｅ，５４２Ｆ，５４２Ｇ，５４２Ｈの一部が受光範囲Ｒ１の外側に入射して結合損失が生じてしまうが、図６に示す例では、レーザ光７０Ｅ，７０Ｆ，７０Ｇ，７０Ｈを含めすべてのレーザ光７０Ａ〜７０Ｈを受光範囲Ｒ１の内部に入射させることができる。すなわち、グループＧ１の半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄから出射されて光ファイバ２０に入射するレーザ光７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄの入射角度の最大値と、グループＧ２の半導体レーザ素子１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈから出射されて光ファイバ２０に入射するレーザ光７０Ｅ，７０Ｆ，７０Ｇ，７０Ｈの入射角度の最大値とが光ファイバ２０の最大受光角度（ＮＡ）以下になるように（図６のプロファイルにおいて、レーザ光７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄのそれぞれの領域中の点Ｏから最も遠くに位置する部分と、レーザ光７０Ｅ，７０Ｆ，７０Ｇ，７０Ｈのそれぞれの領域中の点Ｏから最も遠くに位置する部分とが、光ファイバ２０の受光範囲Ｒ１の内部に位置するように）、第２の電流供給ドライバ４によりグループＧ２に供給する駆動電流を第１の電流供給ドライバ３によりグループＧ１に供給する駆動電流よりも小さくする。
【００３９】
このようにすることで、グループＧ１及びグループＧ２の半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈから出射されるすべてのレーザ光７０Ａ〜７０Ｈを光ファイバ２０の受光範囲Ｒ１の内部に入射させることができるので、レーザ光の結合損失を低減することができる。また、すべてのレーザ光７０Ａ〜７０Ｈを受光範囲Ｒ２（図３参照）よりも小さな受光範囲Ｒ１の内部に入射させることができるので、受光範囲Ｒ１内のレーザ光の入射密度を高くすることができ、出力されるレーザ光の輝度を高く維持することができる。
【００４０】
また、この場合において、グループＧ１の半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄから出射されて光ファイバ２０に入射するレーザ光７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄの入射角度の最大値と、グループＧ２の半導体レーザ素子１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈから出射されて光ファイバ２０に入射するレーザ光７０Ｅ，７０Ｆ，７０Ｇ，７０Ｈの入射角度の最大値とが同一であることが好ましい。換言すれば、図６のプロファイルにおいて、レーザ光７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄのそれぞれの領域中の点Ｏから最も遠くに位置する部分と、レーザ光７０Ｅ，７０Ｆ，７０Ｇ，７０Ｈのそれぞれの領域中の点Ｏから最も遠くに位置する部分とが、点Ｏを中心とした同一円上に位置することが好ましい。このようにすることで、点Ｏを中心とした所定の半径の円の中にすべてのレーザ光７０Ａ〜７０Ｈを高密度で入射させることができる。
【００４１】
図７は、本発明の第２の実施形態におけるレーザシステム１０１を模式的に示す図である。本実施形態のレーザシステム１０１は、上述した第１の実施形態におけるレーザモジュール２に加え、レーザモジュール２と同一の構成のレーザモジュール（追加レーザモジュール）２’，２”を備えている。レーザモジュール２’，２”の内部の構成はレーザモジュール２と同一であるため、説明は省略する。
【００４２】
レーザモジュール２と同様に、レーザモジュール２’のリード端子５３’の間には、グループＧ１（図４参照）の半導体レーザ素子が直列に接続され、レーザモジュール２”のリード端子５３”の間には、グループＧ１の半導体レーザ素子が直列に接続される。レーザモジュール２のリード端子５３、レーザモジュール２’のリード端子５３’、及びレーザモジュール２”のリード端子５３”は、レーザモジュール２のグループＧ１の半導体レーザ素子、レーザモジュール２’のグループＧ１の半導体レーザ素子、及びレーザモジュール２”のグループＧ１の半導体レーザ素子が直列に接続されるように、配線１８１，１８２，１８３によって上述した第１の電流供給ドライバ３に接続されている。
【００４３】
同様に、レーザモジュール２’のリード端子５４’の間には、グループＧ２（図４参照）の半導体レーザ素子が直列に接続され、レーザモジュール２”のリード端子５４”の間には、グループＧ２の半導体レーザ素子が直列に接続される。レーザモジュール２のリード端子５４、レーザモジュール２’のリード端子５４’、及びレーザモジュール２”のリード端子５４”は、レーザモジュール２のグループＧ２の半導体レーザ素子、レーザモジュール２’のグループＧ２の半導体レーザ素子、及びレーザモジュール２”のグループＧ２の半導体レーザ素子が直列に接続されるように、配線１８４，１８５，１８６によって上述した第２の電流供給ドライバ４に接続されている。
【００４４】
このように、第１の電流供給ドライバ３は、レーザモジュール２，２’，２”のリード端子５３，５３’，５３”に駆動電流を供給して、これらのレーザモジュール内のグループＧ１の半導体レーザ素子を駆動するようになっている。また、第２の電流供給ドライバ４は、レーザモジュール２，２’，２”のリード端子５４，５４’，５４”に駆動電流を供給して、これらのレーザモジュール内のグループＧ２の半導体レーザ素子を駆動するようになっている。
【００４５】
ここで、第２の電流供給ドライバ４は、第１の実施形態と同様に、第１の電流供給ドライバ３によりグループＧ１に供給される駆動電流（第１の駆動電流）よりも小さい駆動電流（第２の駆動電流）をグループＧ２に供給するように構成されている。このようにすることで、レーザモジュール２，２’，２”のそれぞれにおいて、グループＧ２の半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の広がり角をグループＧ１の半導体レーザ素子から出射されるレーザ光に比べて相対的に小さくすることができ、レーザ光の結合損失の低減と高輝度レーザ光の出力を両立することができる。さらに、本実施形態では複数のレーザモジュール２，２’，２”の光ファイバ２０，２０’，２０”から出力されるレーザ光を図示しないコンバイナなどで合波することで、より高パワーのレーザ光を出力することが可能となる。
【００４６】
上述した実施形態では、レーザモジュール２内に８つの半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈを配置した例を説明したが、半導体レーザ素子の数はこれに限られるものではない。また、レーザモジュール２内の半導体レーザ素子１０Ａ〜１０Ｈを光路長によって２つのグループに分けた例を説明したが、レーザモジュール内の半導体レーザ素子を３つ以上のグループに分けてもよい。この場合には、各グループに対応した電流供給ドライバ（電流供給部）を設け、グループごとに異なる電流を供給する。また、この場合において、１つのグループに含まれる半導体レーザ素子の数は、１以上であれば特に限定されるものではない。
【００４７】
また、他の半導体レーザ素子よりも低い駆動電流を供給する半導体レーザ素子（第２の半導体レーザ素子）は、レーザモジュール中の複数の半導体レーザ素子のうち、どの半導体レーザ素子であってもよいが、レーザ出射面から集光レンズの入射面までの光路長が最長の半導体レーザ素子からのレーザ光の幅が最も広がる傾向にあるため、レーザ出射面から集光レンズの入射面までの光路長が最長の半導体レーザ素子に供給する駆動電流を他の半導体レーザ素子に供給する駆動電流よりも低く、好ましくはレーザモジュール内で最も低くすることが好ましい。そのようにすることで、レーザ光の幅が最も広がる傾向にある半導体レーザ素子からのレーザ光の広がりを効果的に抑えることができる。
【００４８】
また、上述した実施形態では、階段状の台座３２を用いることによって、複数の半導体レーザ素子からのレーザ光を複数の経路で伝搬させているが、複数の半導体レーザ素子からのレーザ光の伝搬形態はこれに限られるものではない。例えば、上述した特許文献２の図１や図１１に開示されているような種々の伝搬形態を採用するレーザモジュールにも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００４９】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１      レーザシステム
２      レーザモジュール
３      第１の電流供給ドライバ
４      第２の電流供給ドライバ
１０Ａ〜１０Ｈ    半導体レーザ素子
１１      サブマウント
１２      ファースト軸コリメートレンズ
１４      スロー軸コリメートレンズ
１６      ミラー
２０      光ファイバ
３０      筐体
３２      台座
３２Ａ〜３２Ｈ    段部
４０      集光レンズ
４１      入射面
５３      リード端子
５４      リード端子
６３，６４      金属ワイヤ
７０Ａ〜７０Ｈ    レーザ光
８１，８２      配線
１０１      レーザシステム
１８１〜１８６      配線
【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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【図７】
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