(57)【要約】  本発明は、レーザ光の放射角に対して異方性を有した複数のレーザ光源１ａ〜１ｅに対して１対１で配設され、前記レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅと、前記複数のコリメートレンズの各々で平行光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズ４と、前記集光レンズにより集光されたレーザ光を入射させて合成する方形形状の方形導波路コアＳＣを有する光ファイバ５を備え、前記集光レンズで集光された集光ビームの長軸と前記方形導波路コアの対角線軸とを一致させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の放射角に対して異方性を有した複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源に対して１対１で配設され、前記レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する複数のコリメートレンズと、
前記複数のコリメートレンズの各々で平行光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光されたレーザ光を入射させて合成する方形形状の方形導波路コアを有する光ファイバを備え、
前記集光レンズで集光された集光ビームの長軸と前記光ファイバの前記方形導波路コアの対角線軸とを一致させる光合成レーザ装置。
【請求項２】
レーザ光の放射角に対して異方性を有した複数の第１レーザ光源と、
前記レーザ光の放射角に対して異方性を有し且つ前記複数の第１レーザ光源の発光領域の幅方向に対して幅方向が直交する発光領域を有する複数の第２レーザ光源と、
前記複数の第１レーザ光源及び前記複数の第２レーザ光源に対して１対１で配設され、前記レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する複数のコリメートレンズと、
前記複数のコリメートレンズの内の前記複数の第１レーザ光源に対応するコリメートレンズで平行光に変換されたレーザ光を集光して第１集光ビームを得て、前記複数のコリメートレンズの内の前記複数の第２レーザ光源に対応するコリメートレンズで平行光に変換されたレーザ光を集光して第２集光ビームを得る集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された前記第１集光ビームと前記第２集光ビームとを入射させて合成する方形形状の方形導波路コアを有する光ファイバを備え、
前記集光レンズで集光された前記第１集光ビームの長軸と前記光ファイバの前記方形導波路コアの一方の対角線軸とを一致させ、前記集光レンズで集光された前記第２集光ビームの長軸と前記光ファイバの前記方形導波路コアの他方の対角線軸とを一致させる光合成レーザ装置。
【請求項３】
レーザ光の放射角に対して異方性を有した複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源に対して１対１で配設され、前記レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する複数のコリメートレンズと、
前記複数のコリメートレンズの各々で平行光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光されたレーザ光を入射させて合成する導波路コアを有する光ファイバを備え、
前記導波路コアの縦と横との比は、前記レーザ光源の発光領域の幅方向の放射角と厚さ方向の放射角との放射角比以上に設定される光合成レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザ光源から射出されるレーザ光を集光して合成する光合成レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力のレーザ光を得るために、複数のレーザ光源から射出されるレーザ光を集光して合成する光合成レーザ装置が知られている。この光合成レーザ装置は、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。【０００３】
特許文献１は、レーザ光の放射角に対して異方性を有した複数のレーザ光源と、レーザ光源に対して１対１で配設され、レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する複数のコリメートレンズと、各コリメートレンズで平行光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光されたレーザ光を入射させて合成する合成光学素子とを備えている。レーザ光源は、レーザ光の発光領域の長手方向が集光レンズの径方向に一致するように配置されている。これにより、簡易な構成でかつ低コストでレーザ光を効率よく合成することができる。【０００４】
特許文献２は、Ｍ×Ｍ（Ｍ＞Ｎ）に配置された複数のレーザ光源からのレーザ光を、結合手段を用いて受光器に結合させる光パワー合成用光学系において、結合手段は、コリメート光学素子、アナモフィック光学素子、集光用光学素子で構成され、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるようにアナモフィック光学素子が配置されている。これにより、複数のレーザ光源からの光を受光器に効率良く結合させて高出力を得ることができる。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８０４６８号公報
【特許文献２】特開２００５−１１４９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、特許文献２のように、レーザ光の放射角に対して異方性を有する複数のレーザ光源のレーザ光を、各レーザ光の配置や光学素子を工夫して通常の円形コアの光ファイバへ結合した場合、ビーム整形用の光学素子が増加するため、装置が複雑化しコストがアップする。また、円形コアの直径を集光点での長軸ビーム径に合わせるため、光ファイバのコアサイズが大きく円形コア断面積も大きくなり、輝度が低下してしまう。【０００７】
本発明は、円形の光導波路よりも出射発光エリアを小さくでき、輝度を向上させることができる光合成レーザ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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る請求項１は、レーザ光の放射角に対して異方性を有した複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源に対して１対１で配設され、前記レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する複数のコリメートレンズと、前記複数のコリメートレンズの各々で平行光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光されたレーザ光を入射させて合成する方形形状の方形導波路コアを有する光ファイバを備え、前記集光レンズで集光された集光ビームの長軸と前記光ファイバの前記方形導波路コアの対角線軸とを一致させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、円形の光導波路よりも出射発光エリアを小さくでき、輝度を向上させることができる光合成レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の実施例１に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。
【図２】図２は実施例１に係る光合成レーザ装置に方形導波路コアが用いられた場合の光ファイバ断面及び集光ビームを示す図である。
【図３】図３は本発明の実施例２に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。
【図４】図４は本発明の実施例２に係る光合成レーザ装置に方形導波路コアが用いられた場合の光ファイバ断面及び方形導波路コアの各々の対角線軸における集光ビームを示す図である。
【図５】図５は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。
【図６】図６は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置におけるレーザ光源の発光領域の幅方向の放射角と厚さ方向の放射角との放射角比を示す図である。
【図７】図７は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置に長方形の導波路コアが用いられた場合の光ファイバ断面及び集光ビームを示す図である。
【図８】図８は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る光合成レーザ装置が図面を参照しながら詳細に説明される。
【００１２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。図１に示す光合成レーザ装置は、複数のレーザ光源１ａ〜１ｅと、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅと、ステアリング光学素子３、集光レンズ４、光ファイバ５を備えている。
【００１３】
複数のレーザ光源１ａ〜１ｅの各々は、半導体レーザからなり、レーザ光の放射角に対して異方性を有しており、楕円状のレーザビームを出力する。複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅは、複数のレーザ光源１ａ〜１ｅに対して１対１で配設され、複数のレーザ光源１ａ〜１ｅから射出される各レーザ光を平行光に変換する。
【００１４】
ステアリング光学素子３は、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅで平行光に変換された各レーザ光の進路を変えて集光レンズ４に導く。集光レンズ４は、ステアリング光学素子３からの各レーザ光を集光する。光ファイバ５は、円形をなしており、集光レンズ４により集光されたレーザ光を入射させて合成する方形形状の方形導波路コアＳＣを有する。
【００１５】
図２は実施例１に係る光合成レーザ装置に方形導波路コアＳＣが用いられた場合の光ファイバ断面及び集光ビームＢＭを示す図である。図２において、集光レンズ４で集光された集光ビームＢＭは、楕円をなしている。集光ビームＢＭの長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの対角線軸とが一致されており、方形導波路コアＳＣの対角線長は、集光ビームＢＭの長軸方向ビームのサイズ以上である。
【００１６】
また、方形導波路コアＳＣの四隅が、従来用いられてきた円形導波路コアＣＣの円周に略接するような大きさの方形導波路コアＳＣが用いられている。このため、方形導波路コアＳＣの面積は、円形導波路コアＣＣの面積よりも小さい。
【００１７】
このように実施例１に係る光合成レーザ装置によれば、光ファイバ５の方形導波路コアＳＣを用い、集光ビームＢＭの長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの対角線軸とが一致され、方形導波路コアＳＣの対角線長が集光ビームＢＭの長軸方向ビームのサイズ以上であるので、図２に示すように、円形導波路コアＣＣよりも光導波路のサイズを小さくでき、円形導波路コアＣＣよりも出射発光エリアを小さくでき、輝度を向上させることができる。
【００１８】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。図３に示す光合成レーザ装置は、複数のレーザ光源１ａ〜１ｃ、複数のレーザ光源１ｆ〜１ｇ、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅと、ステアリング光学素子３、集光レンズ４、光ファイバ５を備えている。
【００１９】
複数のレーザ光源１ａ〜１ｃは、本発明の複数の第１レーザ光源に対応し、レーザ光の放射角に対して異方性を有し、楕円をなしている。複数のレーザ光源１ｆ〜１ｇは、本発明の複数の第２レーザ光源に対応し、レーザ光の放射角に対して異方性を有し楕円をなしており、複数のレーザ光源１ａ〜１ｃの発光領域の幅方向に対して幅方向が直交する発光領域を有する。
【００２０】
複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅは、複数のレーザ光源１ａ〜１ｃ及び複数のレーザ光源１ｆ〜１ｇに対して１対１で配設され、レーザ光源から射出される各レーザ光を平行光に変換する。
【００２１】
集光レンズ４は、コリメートレンズ２ａ〜２ｃで平行光に変換されたレーザ光を集光して第１集光ビームを得て、コリメートレンズ２ｄ〜２ｅで平行光に変換されたレーザ光を集光して第２集光ビームを得る。ステアリング光学素子３の機能は、図１に示すそれと同じであるので、その説明は省略する。
【００２２】
光ファイバ５は、集光レンズ４により集光された第１集光ビームと第２集光ビームとを入射させて合成する方形形状の方形導波路コアＳＣを有する。
【００２３】
図４に示すように、第１集光ビームＢＭ１と第２集光ビームＢＭ２とは、楕円をなしている。第１集光ビームＢＭ１の長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの一方の対角線軸とを一致させ、第２集光ビームＢＭ２の長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの他方の対角線軸とを一致させる。
【００２４】
第１集光ビームＢＭ１と第２集光ビームＢＭ２は直交している。また、方形導波路コアＳＣの一方の対角線長が集光ビームＢＭ１の長軸方向ビームのサイズ以上である。方形導波路コアＳＣの他方の対角線長が集光ビームＢＭの長軸方向ビームＢＭ２のサイズ以上である。
【００２５】
このように実施例２に係る光合成レーザ装置によれば、第１集光ビームＢＭ１の長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの一方の対角線軸とを一致させ、第２集光ビームＢＭ２の長軸と光ファイバ５の方形導波路コアＳＣの他方の対角線軸とを一致させたので、出射偏光を平均化させることができる。
【００２６】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置の構成を示す図である。図５は実施例３に係る光合成レーザ装置は、複数のレーザ光源１Ａ〜１Ｅと、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｅと、集光レンズ４と、光ファイバ５を備える。
【００２７】
複数のレーザ光源１Ａ〜１Ｅは、レーザ光の放射角に対して異方性を有し、レーザ光源１Ｃの光軸とレンズ２ｃの中心と光ファイバ５の光軸とを一致させている。また、レーザ光源１Ｃを挟んで、複数のレーザ光源１Ａ〜１Ｂと複数のレーザ光源１Ｄ〜１Ｅとが対称に配置されている。このため、円形の光ファイバ５の略中央部分に横長の楕円状の集光ビームＢＭ３が入射される。
【００２８】
光ファイバ５は、図７に示すように、横長の楕円状の集光ビームＢＭ３を入射させる長方形状の導波路コアＲＣを有し、長方形状の導波路コアＲＣの横方向に集光ビームＢＭ３の長軸が配置され、導波路コアＲＣの縦方向に集光ビームＢＭ３の短軸が配置されている。
【００２９】
また、導波路コアＲＣの縦と横との比は、図６に示すように、レーザ光源１Ａの発光領域の幅方向の放射角θ１と厚さ方向の放射角θ２との放射角比以上に設定されている。
【００３０】
このように実施例３に係る光合成レーザ装置によれば、導波路コアＲＣの縦と横との比は、図６に示すように、レーザ光源１Ａの発光領域の幅方向の放射角θ１と厚さ方向の放射角θ２との放射角比以上に設定されているので、確実に集光ビームＢＭ３が導波路コアＲＣ内に収めることができる。
【００３１】
図８は本発明の実施例３に係る光合成レーザ装置の変形例である。この例では、図８に示すように、光ファイバ５に菱形の導波路コアＬＣが用いられている。導波路コアＬＣの長い方の対角線軸に集光ビームＢＭ４の長軸を一致させ、導波路コアＬＣの短い方の対角線軸に集光ビームＢＭ４の短軸を一致させている。このように構成しても実施例３の効果と同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、レーザ加工装置、ディスプレイ装置、計測装置、医療機器などに利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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