(57)【要約】【課題】振動に強い外部共振器を有する光源装置を提供する【解決手段】本発明の実施形態にかかる光源装置は、３５０−５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定のゲイン幅を有する光を出射する複数のレーザ光源と、各前記レーザ光源から出射された光を略平行光とするコリメート部と、各前記コリメート部を通過して異なる入射角から入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する合波回折格子と、前記コリメート部から前記合波回折格子までの光路に配置され、前記合波回折格子に入射する光の波長を選択する透過型表面型回折格子と、を備える。前記透過型表面型回折格子は、前記レーザ光源から出射された光の一部を前記レーザ光源側へ回折して戻すことによって、前記レーザ光源と前記透過型表面型回折格子との間で外部共振をさせる。【選択図】図１
2019175974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３５０−５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定のゲイン幅を有する光を出射する複数のレーザ光源と、各前記レーザ光源から出射された光を略平行光とするコリメート部と、各前記コリメート部を通過して異なる入射角から入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する合波回折格子と、を含む光源装置において、
前記コリメート部から前記合波回折格子までの光路に配置され、前記合波回折格子に入射する光の波長を選択する透過型表面型回折格子を備え、
前記透過型表面型回折格子は、前記レーザ光源から出射された光の一部を前記レーザ光源側へ回折して戻すことによって、前記レーザ光源と前記透過型表面型回折格子との間で外部共振をさせる
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
３５０−５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定のゲイン幅を有する光を出射する複数のレーザ光源と、各前記レーザ光源から出射された光を略平行光とするコリメート部と、各前記コリメート部を通過して異なる入射角から入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する合波回折格子と、を含む光源装置において、
前記レーザ光源から前記合波回折格子までの光路に配置され、前記合波回折格子に入射する光の波長を選択する体積型ホログラフィック回折格子を備え、
前記体積型ホログラフィック回折格子は、前記レーザ光源から出射された光の一部を前記レーザ光源側へ回折して戻すことによって、前記レーザ光源と前記体積型ホログラフィック回折格子との間で外部共振をさせる
ことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
３５０−５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定のゲイン幅を有する光を出射する複数のレーザ光源と、入射した光を略平行光とするコリメート部と、各前記コリメート部を通過して異なる入射角から入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する合波回折格子と、を含む光源装置において、
前記レーザ光源から前記コリメート部までの光路に配置され、前記合波回折格子に入射する光の波長を選択するファイバブラッグ回折格子を備え、
前記ファイバブラッグ回折格子は、前記レーザ光源から出射された光の一部を前記レーザ光源側へ回折して戻すことによって、前記レーザ光源と前記ファイバブラッグ回折格子との間で外部共振をさせる
ことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の光源装置において、
前記合波回折格子に入射する光の入射角は、前記外部共振を実現する外部共振器の設置角度によって定められる
ことを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１から３の何れか一項に記載の光源装置において、
前記合波回折格子に入射する光の入射角は、前記外部共振を実現する外部共振器から前記合波回折格子までの光路に配置された偏向用集光レンズによって定められる
ことを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項１から３の何れか一項に記載の光源装置において、
前記合波回折格子に入射する光の入射角は、前記外部共振を実現する外部共振器から前記合波回折格子までの光路に配置されたプリズムによって定められる
ことを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の光源装置において、
前記外部共振を実現する外部共振器から前記合波回折格子までの光路に、更に集光レンズ、絞り及びコリメートレンズがこの順に設けられた
ことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載の光源装置において、
前記レーザ光源は窒化物半導体を含み、前記レーザ光源が気密封止されていることを特徴とする光源装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一項に記載の光源装置において、
前記合波回折格子は、透過型回折格子である
ことを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長ビーム結合（ＷＢＣ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｂｅａｍ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）により高出力なレーザ光を出射する光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接などレーザ加工をはじめとする様々な分野において、高出力レーザを出射する光源装置の需要が高まっている。高出力レーザを出射する光源装置としては、波長ビーム結合による光源装置（以下、「ＷＢＣ装置」ともいう）がある。特許文献１はＷＢＣ装置の一例を開示している。特許文献１が開示したＷＢＣ装置は、主に、所定の利得スペクトル幅の光を出射する複数のレーザ光源（レーザダイオード（ＬＤ）等）が配列された光源部（ＬＤバー等）、レーザ光源から出射されたレーザビームをコリメートするコリメートレンズ、コリメートレンズを通過したレーザビームを集光する集光レンズ、集光レンズによって集光されたレーザビームが入射する回折格子、回折格子の回折ビームの光路に配置された部分反射ミラー等を含む。複数のレーザ光源と部分反射ミラーがそれぞれ外部共振器を形成し、外部共振したそれぞれの光が部分反射ミラー透過後に結合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，１９２，０６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＷＢＣ装置において、回折格子からの回折ビームの一部が部分反射ミラーによって反射され、レーザ光源に帰還する。しかし、このような構造の光源装置では、レーザ光源から部分反射ミラーまでの外部共振器長が長い。例えば、外部共振器長が約１ｍになる例がある。外部共振器長が長いと、外部共振器を構成する光学素子が振動によって僅かにずれても、光ビームの大きなずれをもたらすので、外部共振ができなくなり、ＷＢＣ装置が成り立たないことがある。
【０００５】
本発明は、外部共振器長を短くすることが可能な光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した課題を解決するために、本発明の一実施形態にかかる光源装置は、３５０−５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定の利得スペクトル幅（以下「ゲイン幅」ともいう）を有する光を出射する複数のレーザ光源と、各前記レーザ光源から出射された光を略平行光とするコリメート部と、各前記コリメート部を通過して異なる入射角から入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する合波回折格子と、前記コリメート部から前記合波回折格子までの光路に配置され、前記合波回折格子に入射する光の波長を選択する透過型表面型回折格子と、を備える。前記透過型表面型回折格子は、前記レーザ光源から出射された光の一部を前記レーザ光源側へ回折して戻すことによって、前記レーザ光源と前記透過型表面型回折格子との間で外部共振をさせる。
【０００７】
本発明の他の実施形態にかかる光源装置は、３５０−５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定のゲイン幅を有する光を出射する複数のレーザ光源と、各前記レーザ光源から出射された光を略平行光とするコリメート部と、各前記コリメート部を通過して異なる入射角から入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する合波回折格子と、前記レーザ光源から前記合波回折格子までの光路に配置され、前記合波回折格子に入射する光の波長を選択する体積型ホログラフィック回折格子と、を備える。前記体積型ホログラフィック回折格子は、前記レーザ光源から出射された光の一部を前記レーザ光源側へ回折して戻すことによって、前記レーザ光源と前記体積型ホログラフィック回折格子との間で外部共振をさせる。
【０００８】
なお、本発明の他の実施形態にかかる光源装置は、３５０−５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定のゲイン幅を有する光を出射する複数のレーザ光源と、入射した光を略平行光とするコリメート部と、各前記コリメート部を通過して異なる入射角から入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する合波回折格子と、前記レーザ光源から前記コリメート部までの光路に配置され、前記合波回折格子に入射する光の波長を選択するファイバブラッグ回折格子と、を備える。前記ファイバブラッグ回折格子は、前記レーザ光源から出射された光の一部を前記レーザ光源側へ回折して戻すことによって、前記レーザ光源と前記ファイバブラッグ回折格子との間で外部共振をさせる。
【発明の効果】
【０００９】
上記の実施形態によれば、光源装置の外部共振器長を短くすることが可能な光源装置を提供することができる。
【００１０】
なお、上述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第1実施形態にかかる光源装置の模式図である。
【図２】合波回折格子に入射する入射光の入射角及び回折光の回折角を示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる光源装置の模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる光源装置の模式図である。
【図５】本発明の第４実施形態にかかる光源装置の模式図である。
【図６】本発明の第５実施形態にかかる光源装置の模式図である。
【図７】本発明の第６実施形態にかかる光源装置の模式図である。
【図８】本発明の第７実施形態にかかる光源装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づき発明の実施形態を説明する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置１０は、複数の外部共振モジュール１００及び合波回折格子１１０を備える。各外部共振モジュール１００は、レーザ光源１０２、コリメート部１０４、透過型表面型回折格子１０６及びステージ１０８を含む。各外部共振モジュール１００において、レーザ光源１０２、コリメート部１０４及び透過型表面型回折格子１０６が、同じステージ１０８に設けられ、モジュール全体を一体的に移動させることができる。この場合、レーザ光源１０２をステージ１０８に接するように設置して、ステージ１０８を冷却することによってレーザ光源１０２を冷却できるように設置することが好ましい。
【００１４】
図１において、説明の便宜のため、互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を表示している。なお、図１において、破線で概略的に光のビームを表す。破線で示した光ビーム１２０は、レーザ光源１０２から出射され、コリメート部１０４及び透過型表面型回折格子１０６を通過して、合波回折格子１１０に入射する。実際のビームは広がり角又は幅を持った光であるが、図１においては、説明の便宜上ビームの光軸のみを破線で示す。全ての光ビーム１２０の光軸が同じｘｚ面上にある。
【００１５】
レーザ光源１０２は、３５０−５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定のゲイン幅を有する光を出射するレーザダイオード（以下、「ＬＤ」ともいう）であってよい。例えば、レーザ光源１０２は、中心波長が４１０ｎｍで、ゲイン幅Δλが２０ｎｍである光を出射する窒化物半導体を含むＬＤであってよい。この場合、レーザ光源１０２から出射する光の波長範囲は４００〜４２０ｎｍである。
【００１６】
レーザ光源１０２となるＬＤの光出射側をフロント側、その反対側をリア側とした場合、フロント側には反射防止コーティングをして、反射率を０％近くまで、例えば０．１〜２．０％程度まで低減したほうが好ましい。なお、リア側のミラーはほぼ１００％、例えば８５〜９９．９％の反射率を有することが好ましい。３５０−５５０ｎｍの波長範囲の光を出射するＬＤは大気中では劣化しやすいため、レーザ光源１０２は、気密封止されていることが好ましい。例えば、レーザ光源１０２は、ＣＡＮ型パッケージのＬＤであってよい。ＣＡＮ型パッケージとすることにより、更に、冷却効果、静電気及び電磁波を遮蔽する効果を有する。
【００１７】
コリメート部１０４は、レーザ光源１０２から出射された個々の光を略平行光とする。コリメート部１０４は、例えば、各々のレーザ光源１０２側に配置されるコリメートレンズであってよい。各レーザ光源１０２に対応するコリメート部１０４は、単一のレンズであってもよく、複数のレンズを組み合わせた組レンズであってもよい。
【００１８】
透過型表面型回折格子１０６は、同一外部共振モジュール１００におけるコリメート部１０４から合波回折格子１１０までの光路に配置される。透過型表面型回折格子１０６は、同一外部共振モジュール１００におけるレーザ光源１０２から出射された光の一部をレーザ光源１０２側へ回折して戻すことによって、レーザ光源１０２と透過型表面型回折格子１０６との間で外部共振をさせる。より正確に言うと、レーザ光源１０２となるＬＤのリア側と透過型表面型回折格子１０６との間で外部共振をさせる。すなわち、一組のレーザ光源１０２、コリメート部１０４及び透過型表面型回折格子１０６によって一つの外部共振器が形成される。当該外部共振器の共振器長は、レーザ光源１０２と透過型表面型回折格子１０６との距離で決まる。当該外部共振器はリトロー型配置であってよい。リトロー型配置とは、回折角と入射角が同じになり、反射される回折光が入射光と同じルートを辿ってレーザダイオードにフィードバックされる配置をいう。
【００１９】
透過型表面型回折格子１０６は、その格子溝方向が図１に示すｙ軸に平行になるように設置される。透過型表面型回折格子１０６は、ｙ軸に平行する回転軸を有してステージ１０８に設けられ、当該回転軸を中心にステージ１０８に対して回転できる。透過型表面型回折格子１０６は、当該回転軸を中心に回転することによって、レーザ光源１０２から出射された光が透過型表面型回折格子１０６に入射する入射角を変更して、当該外部共振器で共振する光の波長を選択することができる。それは、透過型表面型回折格子１０６を透過して、合波回折格子１１０に入射する光の波長を選択することでもある。すなわち、透過型表面型回折格子１０６は、外部共振器の波長選択素子である。透過型表面型回折格子１０６の回転は、例えばステッピングモータ等当該分野で公知の駆動手段を用いて制御してもよい。
【００２０】
図１に示すように、各外部共振モジュール１００の透過型表面型回折格子１０６を透過した光は、異なる入射角から合波回折格子１１０に入射する。当該光は、図１において、透過型表面型回折格子１０６から合波回折格子１１０までの破線で示した光ビーム１２０であり、記述の便宜上、本明細書において、それを外部共振モジュール１００から出射される光ともいう。光ビーム１２０が合波回折格子１１０に入射する入射角は、外部共振を実現する外部共振器の設置角度によって定められる。具体的には、合波回折格子１１０に対する各外部共振モジュール１００の位置および角度を設定することによって、光ビーム１２０の入射角を設定し調整することができる。例えば、ステージ１０８を回転することによって、当該外部共振モジュール１００全体の角度を調整して、合波回折格子１１０に入射する入射角を調整することができる。その調整手段として、例えばステッピングモータ等当該分野で公知の手段を用いることができる。
【００２１】
合波回折格子１１０は、その格子溝方向が図１に示すｙ軸に平行になるように設置される。合波回折格子１１０は、各外部共振モジュール１００のコリメート部１０４及び透過型表面型回折格子１０６を通過して異なる入射角から入射する光ビーム１２０を同じ回折角の方向に回折して合成し、合成ビーム１３０を形成する。合成ビーム１３０の光軸も光ビーム１２０と同じｘｚ面上にある。次に、合波回折格子１１０の回折過程について、図２を用いて説明する。
【００２２】
図２は合波回折格子１１０に入射する入射光の入射角及び回折光の回折角を示す模式図である。図２に示した実線Ｎ−Ｎは、合波回折格子１１０の法線を示している。合波回折格子１１０に入射する光ビーム１２０の入射角をαとし、合波回折格子１１０によって回折される回折ビーム（合成ビーム１３０）の回折角をβとすると、数式１の関係を有する。
【００２３】
［数１］
sinα + sinβ = Ｎ・ｍ・λ
但し、αは入射角、βは回折角、Ｎは合波回折格子の１ｍｍあたりの溝数、ｍは回折次数、λはビーム波長をそれぞれ表す。
【００２４】
例えば、各レーザ光源１０２から中心波長が４１０ｎｍであり波長範囲が４００〜４２０ｎｍであるレーザビームを出射し、合波回折格子の１ｍｍあたりの溝数が２２２２本であるとして、１次回折について考える場合、表１に示した波長のビームをそれぞれ対応する入射角αで合波回折格子に入射させると、同じ回折角βで回折され、結合した合成ビームが形成される。
【００２５】
【表１】
2019175974.tif 000003
すなわち、透過型表面型回折格子１０６によって、図１に示した各外部共振モジュール１００から出射される光の波長がそれぞれ表１の波長λ欄に示した４００．５３ｎｍ、４０５．３０ｎｍ、４１０．００ｎｍ、４１４．６３ｎｍ、４１９．１９ｎｍになるように選択する。そして、それぞれの光が合波回折格子１１０に入射する入射角が、表１の入射角αの欄に示した４３．３２度、４４．１６度、４５．００度、４５．８４度、４６．６８度になるように、各外部共振モジュール１００の位置を調整する。そうすると、全ての外部共振モジュール１００から出射された光が、合波回折格子１１０によって、同じ１１．７７度の回折角で回折され、高出力の合成ビーム１３０を形成する。
【００２６】
図１においては、合波回折格子１１０として反射型回折格子を使用した例を挙げたが、合波回折格子１１０は、透過型回折格子であってもよい。透過型回折格子は、反射型回折格子と比べて光の吸収が少ないので、損傷を受けにくい。なお、反射型回折格子は、反射０次光と回折１次光しか存在しないため、迷光成分を抑制できる。
【００２７】
本実施形態は、各外部共振モジュール１００において、レーザ光源１０２と透過型表面型回折格子１０６との間で外部共振器が形成され、選択された波長で縦モードシングルの発振が得られる。なお、当該外部共振器の共振器長は、レーザ光源１０２と透過型表面型回折格子１０６との距離で決まる。その距離が短いので、外部共振器を構成する光学素子の位置ずれに対する許容度が大きくなり、光源装置１０の耐振動性が高い。例えば、高出力化に伴って、光源装置に水冷機構が必要であるが、冷却水の脈動で外部共振器が不安定になることがある。また、外部共振器長が長いと、初期組み立て時に精度の高い調整が必要となり、組み立てが困難になる。本実施形態によれば、初期組み立て時に精度の高い調整が不要となり、光源装置の組み立てが容易となる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図３は本発明の第２実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置２０は光源装置１０の変形である。本実施形態において、第１実施形態と同じ機能を有する部品、部材、部分、素子、要素については、第１の実施形態と同じ符号を付しており、且つその説明を省略することがある。
【００２９】
光源装置２０は、光源装置１０と同じく、複数のレーザ光源１０２を有する。各レーザ光源１０２に対応して、コリメート部１０４及び透過型表面型回折格子１０６が設けられている。各透過型表面型回折格子１０６は、対応するレーザ光源１０２から出射された光の一部をレーザ光源１０２側へ回折して戻すことによって、レーザ光源１０２と透過型表面型回折格子１０６との間で外部共振をさせる。すなわち、レーザ光源１０２、コリメート部１０４及び透過型表面型回折格子１０６によって外部共振器が形成される。
【００３０】
光源装置１０に比して、光源装置２０の主な相違は次のような点にある。外部共振器から合波回折格子１１０までの光路に、偏向用集光レンズ２１０が配置されている。透過型表面型回折格子１０６を透過して、各外部共振器から出射された光ビーム１２０が、図３に示すｚ軸方向に偏向用集光レンズ２１０まで互いに平行に進行する。光ビーム１２０が合波回折格子１１０に入射する入射角は、偏向用集光レンズ２１０によって定められる。すなわち、各外部共振器から出射された光ビーム１２０は、偏向用集光レンズ２１０によって適切な入射角が付与され、合波回折格子１１０に入射する。入射した光は合波回折格子１１０によって同じ回折角に回折され結合する。
【００３１】
第１実施形態と同様に、レーザ光源１０２は、気密封止されていることが好ましい。例えば、レーザ光源１０２は、ＣＡＮ型パッケージのＬＤであってよい。なお、第１実施形態のように、同じ組に属するレーザ光源１０２、コリメート部１０４及び透過型表面型回折格子１０６を同じステージに設けてモジュールにしてもよい。その他、本実施形態では、複数のレーザ光源１０２が、図３に示したｘ軸方向に並列するので、全てのレーザ光源１０２を同じステージに設置してもよい。その場合、コリメート部１０４として、レーザ光源１０２の並びに対応するレンズアレイを使用してもよい。なお、複数のレーザ光源１０２として、複数のＬＤが同じ半導体基板に形成されたＬＤバーを使ってもよい。本実施形態も第１実施形態と同様、外部共振器の共振器長が短いので、光源装置２０は耐振動性が高い。また、光源装置の組み立てが容易となる。
【００３２】
＜第３実施形態＞
図４は本発明の第３実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置３０は第２実施形態の光源装置２０の変形である。本実施形態において、第２実施形態と同じ機能を有する部品、部材、部分、素子、要素については、第２の実施形態と同じ符号を付しており、且つその説明を省略することがある。
【００３３】
光源装置２０に比して、光源装置３０の主な相違は、偏向用集光レンズ２１０の代わりに、プリズム３１０が使用されたことである。図４に示すように、５つの外部共振器のうち、真中の外部共振器を除き、各外部共振器に対応して一つのプリズム３１０が設けられている。外部共振器から出射された光ビーム１２０が合波回折格子１１０に入射する入射角は、外部共振器から合波回折格子１１０までの光路に配置されたプリズム３１０によって定められる。すなわち、外部共振器から出射された光ビーム１２０は、プリズム３１０によって適切な入射角が付与され、合波回折格子１１０に入射する。真中の外部共振器から出射された光ビーム１２０は、合波回折格子１１０までの光路の向きが変更される必要がないので、その光路上にはプリズム３１０が設けられていない。各入射角から入射した光は合波回折格子１１０によって同じ回折角に回折され結合する。
【００３４】
本実施形態では、各外部共振器（真中の外部共振器を除き）に対応して、それぞれ一つずつプリズム３１０が設けられるので、外部共振器の設置に位置ずれなどが発生した場合、それに対応するプリズムによって個別に調整して補正することができる。例えば、１つの外部共振器の設置位置が予定した位置からｘ軸方向で少しずれが発生した場合、そのままにすると、その外部共振器から出射された光ビーム１２０が合波回折格子に入射する位置がずれてしまい、合波回折格子１１０によって回折され結合する合成ビーム１３０のＢＰＰ（Ｂｅａｍ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔ）が大きくなり、合成ビーム１３０の品質が低下する。この場合、対応するプリズム３１０の位置をｚ軸方向で調整すれば、プリズム３１０によって屈折された光ビーム１２０が合波回折格子１１０に入射する入射角を維持したまま、合波回折格子１１０に入射する位置を調整できるので、光ビーム１２０の入射位置のずれを補正することができる。
【００３５】
＜第４実施形態＞
図５は本発明の第４実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置４０は第２実施形態の光源装置２０の変形である。本実施形態において、第２実施形態と同じ機能を有する部品、部材、部分、素子、要素については、第２の実施形態と同じ符号を付しており、且つその説明を省略することがある。
【００３６】
光源装置２０に比して、光源装置４０の主な相違は、外部共振器から合波回折格子１１０までの光路に、更に集光レンズ４０２、絞り４０４及びコリメートレンズ４０６がこの順に設けられたことである。集光レンズ４０２、絞り４０４及びコリメートレンズ４０６によって、一つのアフォーカル光学系が形成される。本実施形態では、具体的に、そのアフォーカル光学系が透過型表面型回折格子１０６と偏向用集光レンズ２１０の間に設けられている。そのアフォーカル光学系の効果を説明するために、図５において、光ビーム１２０を幅のあるビームで表示した。なお、図５において、ｆ1はコリメート部１０４の焦点距離を表し、ｆ2は偏向用集光レンズ２１０の焦点距離を表し、ｆ3は集光レンズ４０２及びコリメートレンズ４０６の焦点距離を表す。
【００３７】
図５に示すように、レーザ光源１０２からｆ1だけ離れた位置にコリメート部１０４が設置され、コリメート部１０４からｆ1だけ離れた位置に透過型表面型回折格子１０６が設置され、透過型表面型回折格子１０６からｆ2だけ離れた位置に偏向用集光レンズ２１０が設置され、更に偏向用集光レンズ２１０からｆ2だけ離れた位置に合波回折格子１１０が設置される。集光レンズ４０２等から構成されるアフォーカル光学系は、偏向用集光レンズ２１０の前側焦点距離（ｆ2）の範囲内に設けられる。
【００３８】
レーザ光源１０２から出射される光はある範囲の広がり角をもつ。コリメート部１０４は、レーザ光源１０２から出射された光を略平行光にする。それを実現するために、ｚ軸方向において、レーザ光源１０２からコリメート部１０４までの距離を正確に制御する必要がある。但し、前述したように、レーザ光源１０２として３５０−５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定のゲイン幅を有する光を出射するＬＤを使用する場合、レーザ光源１０２は気密封止されることが好ましい。そのため、例えばＣＡＮ型パッケージを用いて、そのパッケージにコリメート部１０４となるレンズを接合するなどの方法によって、コリメート部１０４を設置するが、レーザ光源１０２との距離を正確に制御することが難しい。したがって、コリメート部１０４の位置ずれによって、コリメート部１０４を透過した後の光ビーム１２０が所望の状態にならない場合がある。
【００３９】
コリメート部１０４と偏向用集光レンズ２１０の間にアフォーカル光学系を設けることによって、コリメート部１０４を透過した光ビーム１２０の状態を補正することができる。すなわち、コリメート部１０４を透過した光ビーム１２０が所望の状態ではなくても、アフォーカル光学系によって光ビーム１２０を所望の状態にすることができる。それによって、より品質が高い合成ビーム１３０が得られる。言い換えれば、当該アフォーカル光学系を設けることによって、コリメート部１０４の設置位置の許容度を広げることができる。
【００４０】
当該アフォーカル光学系において、集光レンズ４０２によって光ビーム１２０が後側焦点で一旦集光される。その焦点位置に絞り４０４が設けられる。絞り４０４は、集光レンズ４０２によって上手く集光できない光を遮断して、アフォーカル光学系を通過した光ビーム１２０の質を高めることができる。それによって、ＢＰＰが小さく、品質がより高い合成ビーム１３０が得られる。絞り４０４は、ピンホールに代えても良い。
【００４１】
＜第５実施形態＞
図６は本発明の第５実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置５０は、第２実施形態の光源装置２０の変形である。本実施形態において、第２実施形態と同じ機能を有する部品、部材、部分、素子、要素については、第２の実施形態と同じ符号を付しており、且つその説明を省略することがある。
【００４２】
光源装置２０に比して、光源装置５０の主な相違は、透過型表面型回折格子１０６の代わりに、体積型ホログラフィック回折格子５０６が波長選択素子として使用されたことである。記述上の便宜のため、本明細書において、「体積型ホログラフィック回折格子」を「ＶＨＧ」ともいう。ＶＨＧ５０６は、レーザ光源１０２から合波回折格子１１０までの光路に配置される。具体的には、ＶＨＧ５０６は、コリメート部１０４から偏向用集光レンズ２１０までの光路に配置される。ＶＨＧ５０６は、レーザ光源１０２から出射された光の一部をレーザ光源１０２側へ回折して戻すことによって、レーザ光源１０２とＶＨＧ５０６との間で外部共振をさせる。すなわち、一組のレーザ光源１０２、コリメート部１０４及びＶＨＧ５０６によって一つの外部共振器が形成される。当該外部共振器の共振器長は、レーザ光源１０２とＶＨＧ５０６との距離で決まる。
【００４３】
ＶＨＧ５０６が設計波長の光だけを回折するので、当該外部共振器で共振する光の波長、及びＶＨＧ５０６を透過して合波回折格子１１０に入射する光の波長は、ＶＨＧ５０６によって選択され、ＶＨＧ５０６の設計波長となる。各外部共振器から出射された光ビーム１２０は、偏向用集光レンズ２１０を通過して、異なる入射角から合波回折格子１１０に入射する。前述したように、合波回折格子１１０によって入射した全ての光を同じ回折角に回折させるために、各外部共振器から出射された光ビーム１２０は、それぞれの入射角に対応する波長を有する必要がある（表１参照）。したがって、各外部共振器にはそれぞれ必要な設計波長を有するＶＨＧ５０６を設ける。本実施形態も前述した実施形態と同様、外部共振器の共振器長が短いので、光源装置５０は耐振動性が高い。また、初期組み立て時に精度の高い調整が不要となり、光源装置の組み立てが容易となる。
【００４４】
＜第６実施形態＞
図７は本発明の第６実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置６０は、第５実施形態の光源装置５０の変形である。本実施形態において、第５実施形態と同じ機能を有する部品、部材、部分、素子、要素については、第５の実施形態と同じ符号を付しており、且つその説明を省略することがある。
【００４５】
光源装置５０に比して、光源装置６０の主な相違は、ＶＨＧ５０６がレーザ光源１０２とコリメート部１０４の間に設置されることである。本実施形態も前述した実施形態と同様、外部共振器の共振器長が短いので、光源装置６０は耐振動性が高い。なお、光源装置５０に比して、ＶＨＧ５０６とレーザ光源１０２との距離が更に近くなったので、ｘｚ面上におけるレーザ光源１０２の角度ずれに対する許容度がさらに大きくなる。
【００４６】
＜第７実施形態＞
図８は本発明の第７実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置７０は、第６実施形態の光源装置６０の変形である。本実施形態において、第６実施形態と同じ機能を有する部品、部材、部分、素子、要素については、第６の実施形態と同じ符号を付しており、且つその説明を省略することがある。なお、説明の便宜のため、図８において、光ビーム１２０を幅のあるビームで表示する。
【００４７】
光源装置６０に比して、光源装置７０の主な相違は、体積型ホログラフィック回折格子５０６の代わりに、ファイバブラッグ回折格子７０６が波長選択素子として使用されることである。記述上の便宜のため、本明細書において、「ファイバブラッグ回折格子」を「ＦＢＧ」ともいう。ＦＢＧ７０６は、レーザ光源１０２からコリメート部１０４までの光路に配置される。なお、レーザ光源１０２とＦＢＧ７０６との間には、集光レンズ７０２が設けられる。
【００４８】
集光レンズ７０２は、レーザ光源１０２から出射された光を集光して、ＦＢＧ７０６に入射させる。ＦＢＧ７０６は、レーザ光源１０２から出射された光の一部をレーザ光源１０２側へ回折して戻すことによって、レーザ光源１０２とＦＢＧ７０６との間で外部共振をさせる。すなわち、一組のレーザ光源１０２、集光レンズ７０２及びＦＢＧ７０６によって一つの外部共振器が形成される。当該外部共振器の共振器長は、レーザ光源１０２とＦＢＧ７０６との距離で決まる。
【００４９】
ＦＢＧ７０６がそれ自体のグレーティング周期に対応するブラッグ波長の光だけを回折するので、当該外部共振器で共振する光の波長、及びＦＢＧ７０６を透過して合波回折格子１１０に入射する光の波長は、ＦＢＧ７０６によって選択され、ＦＢＧ７０６のブラッグ波長となる。各外部共振器から出射された光ビーム１２０は、偏向用集光レンズ２１０を通過して、異なる入射角から合波回折格子１１０に入射する。前述したように、合波回折格子１１０によって入射した全ての光を同じ回折角に回折させるために、各外部共振器から出射された光ビーム１２０は、それぞれの入射角に対応する波長を有する必要がある（表１参照）。したがって、各外部共振器にはそれぞれ必要なブラッグ波長を有するＦＢＧ７０６を設ける。本実施形態も前述した実施形態と同様、外部共振器の共振器長が短いので、光源装置７０は耐振動性が高い。また、初期組み立て時に精度の高い調整が不要となり光源装置の組み立てが容易となる。
【００５０】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載の範囲に限定されるものではない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができることは当業者にとって明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであるが、本発明は必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００５１】
なお、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。例えば、第４実施形態の光源装置４０における集光レンズ４０２、絞り４０４及びコリメートレンズ４０６によって形成されたアフォーカル光学系（図５参照）は、他の実施形態に加えてもよい。例えば、光源装置１０（図１参照）の各外部共振モジュール１００と合波回折格子１１０との間に、当該アフォーカル光学系を設けてもよい。光源装置３０（図４参照）の各外部共振器（真中の外部共振器を除き）とプリズム３１０との間に、当該アフォーカル光学系を設けてもよく、真中の外部共振器と合波回折格子１１０との間に当該アフォーカル光学系を設けてもよい。なお、光源装置５０（図６参照）の各外部共振器と偏向用集光レンズ２１０との間に、当該アフォーカル光学系を設けてもよい。光源装置６０（図７参照）のコリメート部１０４と偏向用集光レンズ２１０との間に、当該アフォーカル光学系を設けてもよい。更に、光源装置７０（図８参照）のコリメート部１０４と偏向用集光レンズ２１０との間に、当該アフォーカル光学系を設けてもよい。
【００５２】
また、光源装置１０の外部共振モジュール１００のように、光源装置５０における各外部共振器を構成するレーザ光源１０２、コリメート部１０４及びＶＨＧ５０６をモジュール化することができる。そして、偏向用集光レンズ２１０を使わず、各外部共振器から出射された光ビーム１２０が合波回折格子１１０に入射する入射角は、各外部共振器を含むモジュールの設置角度によって設定し調整することができる。言うまでもなく、光源装置６０における各外部共振器を構成するレーザ光源１０２、ＶＨＧ５０６及びコリメート部１０４についてもモジュール化することができる。そして、偏向用集光レンズ２１０を使わず、各外部共振器から出射された光ビーム１２０が合波回折格子１１０に入射する入射角は、各外部共振器を含むモジュールの設置角度によって設定し調整することができる。なお、光源装置７０における各外部共振器を構成するレーザ光源１０２、集光レンズ７０２、ＦＢＧ７０６及び対応するコリメート部１０４をモジュール化することができる。そして、偏向用集光レンズ２１０を使わず、各外部共振器から出射された光ビーム１２０が合波回折格子１１０に入射する入射角は、各外部共振器を含むモジュールの設置角度によって設定し調整することができる。
【００５３】
なお、光源装置５０、光源装置６０及び光源装置７０における偏向用集光レンズ２１０の代わりに、プリズム３１０（図４参照）を使用してもよい。そうすれば、外部共振器の設置に位置ずれなどが発生した場合、それに対応するプリズムによって個別に調整して補正することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０  光源装置
１００  外部共振モジュール
１０２  レーザ光源
１０４  コリメート部
１０６  透過型表面型回折格子
１０８  ステージ
１１０  合波回折格子
１２０  光ビーム
１３０  合成ビーム
２１０  偏向用集光レンズ
３１０  プリズム
４０２  集光レンズ
４０４  絞り
４０６  コリメートレンズ
５０６  体積型ホログラフィック回折格子（ＶＨＧ）
７０２  集光レンズ
７０６  ファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）
【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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【図８】
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