(57)【要約】【課題】安価で小型のファイバまたは自由空間結合光源を提供する。【解決手段】個々のレーザ・ダイオード・エミッタの放射を共通の光ファイバ内に結合する装置が開示される。放射は速軸に沿ってコリメートされ、交差した対の平面ミラーを使用して複合される。複合ビームは、共通の遅軸コリメート・レンズによってコリメートされる。レーザ・ダイオード・エミッタはエミッタから遅軸コリメート・レンズまでの光路長が等しくなるように、遅軸コリメート・レンズの光軸の両側に配置される。【選択図】図３
2008311655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する複数のプレーナ型エミッタを備え、前記各エミッタの放射が遅軸発散および速軸発散の特徴を有するものであり、
各エミッタの前記放射を速軸コリメート・ビームへとコリメートするための、各エミッタにつき１つの、複数の速軸コリメート手段を備え、前記速軸コリメート・ビームが遅軸発散面で発散し続けるものであり、
前記速軸コリメート手段の下流に配置され、前記速軸コリメート・ビームを単一のコリメート・ビームへとコリメートするための遅軸コリメート手段を備え、
前記速軸コリメート・ビームが互いに、および前記遅軸コリメート手段の光軸に対して実質的に平行であり、前記速軸コリメート・ビームの前記遅軸発散面が互いに実質的に平行であり、かつ、前記プレーナ型エミッタから前記遅軸コリメート手段までの光路長が実質的に等しくなるように、前記速軸コリメート・ビームを前記遅軸コリメート手段に結合するように前記速軸コリメート・ビームを再配向するための複数の再配向手段を備えた、光源。
【請求項２】
前記プレーナ型エミッタが前記遅軸発散面に対して垂直方向に互いに偏倚される請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記プレーナ型エミッタから熱を除去するためのヒートシンクを備える請求項１に記載の光源。
【請求項４】
前記エミッタが、前記遅軸コリメート手段の光軸の両側に配置される請求項１に記載の光源。
【請求項５】
動作時に、前記エミッタが前記遅軸コリメート手段の前記光軸と平行に伝搬する光を放射し、前記光がどの再配向手段にも当たらないように、前記エミッタの１つが配置される請求項１に記載の光源。
【請求項６】
前記プレーナ型エミッタが互いに実質的に平行であり、前記再配向手段が互いに側面で取り付けられた平面ミラーであり、かつ、前記側面が互いに、かつ前記プレーナ型エミッタに対して平行である請求項１に記載の光源。
【請求項７】
前記平面ミラーが、前記遅軸コリメート手段の光軸の両側に配置された一対のプレーナ型エミッタからの光を再配向するように交差した対で実装される請求項６に記載の光源。
【請求項８】
前記プレーナ型エミッタが、個々のレーザ・ダイオード・エミッタ・チップである請求項１に記載の光源。
【請求項９】
前記プレーナ型エミッタが、レーザ・ダイオード・アレイ・チップである請求項１に記載の光源。
【請求項１０】
前記単一のコリメート・ビームを光ファイバ内に結合するため、前記遅軸コリメート手段の下流に配置された集束手段をさらに備える請求項１に記載の光源。
【請求項１１】
前記レーザ・ダイオード・チップが直列に接続される請求項８に記載の光源。
【請求項１２】
プレーナ型アナモフィック・エミッタのパッケージであって、
光を放射する第１および第２のアナモフィック・プレーナ型エミッタを有する２エミッタ光学ユニットを備え、前記アナモフィック・プレーナ型エミッタの平面が互いに平行な向きに置かれ、前記第１および第２のエミッタが第１および第２のビームをそれぞれ互いの方向に放射し、前記第１および第２のビームが速軸発散および遅軸発散を有するものであり、
第１および第２の速軸コリメート手段を備え、前記速軸コリメート手段は、互いの方向に向かって伝搬する第１および第２の速軸コリメート・ビームを生成するように、前記第１および第２のエミッタに光学的にそれぞれ結合され、前記エミッタによって放射されたビームの速軸発散を実質的に最小にするものであり、
第１および第２の平面ミラーを備え、前記平面ミラーは、前記ビームを同じ方向に、かつ互いに平行に伝搬させるように、前記第１および第２の速軸コリメート手段に光学的にそれぞれ結合され、前記第１および第２の速軸コリメート・ビームを再配向するものであり、
遅軸コリメート手段を備え、前記遅軸コリメート手段は、コリメートされた光ビームを生成するように、前記２エミッタ光学ユニットの下流に配置され、前記２エミッタ光学ユニットの前記第１および第２の速軸コリメート・ビームの双方に光学的に結合され、前記第１および第２のビームの遅軸発散を実質的に最小にするものであり、
前記第１および第２のエミッタから前記遅軸コリメート手段までの光路長が互いに実質的に等しい、パッケージ。
【請求項１３】
前記２エミッタ光学ユニットの前記第１および第２のエミッタに熱結合されたヒートシンクをさらに備える請求項１２に記載のパッケージ。
【請求項１４】
前記エミッタが、前記遅軸コリメート手段の光軸の両側に配置される請求項１２に記載のパッケージ。
【請求項１５】
第３のアナモフィック・プレーナ型エミッタと、前記第３のエミッタに光学的に結合された第３の速軸コリメート手段をさらに備え、前記第３の速軸コリメート手段は、前記第１および第２の平面ミラーの下流にそれぞれ位置する前記第１および第２の速軸コリメート・ビームの双方と同じ方向に、かつ平行に第３の速軸コリメート・ビームを放射するものであり、そのため前記第３の速軸コリメート・ビームがミラーに反射せずに前記遅軸コリメート手段に光学的に結合され、前記遅軸コリメート手段によってコリメートされるように、かつ前記第１、第２および第３のエミッタから前記遅軸コリメート手段までの光路長が互いに実質的に等しくなるようにされる請求項１２に記載のパッケージ。
【請求項１６】
前記平面ミラーが側面で前記ヒートシンクに、および／または互いに取り付けられ、並びに、前記側面が互いに、および前記第１および第２のプレーナ型エミッタの平面に平行である請求項１３に記載のパッケージ。
【請求項１７】
前記第１のミラーが前記ヒートシンクに取り付けられ、前記第２のミラーが前記第１のミラーに取り付けられ、前記ヒートシンクの平面上への前記ミラーの投影が互いに交差する請求項１６に記載のパッケージ。
【請求項１８】
前記遅軸コリメート手段の下流に配置され、前記コリメートされた光ビームを光ファイバ内に結合するための集束手段をさらに備える請求項１２に記載のパッケージ。
【請求項１９】
２つの前記２エミッタ光学ユニットを備え、全ての前記エミッタが互いに平行な向きに置かれ、前記プレーナ型エミッタの平面に対して垂直な方向に互いに偏倚される請求項１２に記載のパッケージ。
【請求項２０】
３つ以上の前記２エミッタ光学ユニットを備え、全ての前記エミッタが互いに平行な向きに置かれ、前記プレーナ型エミッタの平面に対して垂直な方向に互いに偏倚される請求項１２に記載のパッケージ。
【請求項２１】
６つのアナモフィック・プレーナ型エミッタを有する３つの前記２エミッタ光学ユニットと、７番目のアナモフィック・プレーナ型エミッタとを備え、
全ての前記エミッタが互いに平行な向きに置かれ、前記プレーナ型エミッタの平面に対して垂直な方向に互いに偏倚され、
全てのエミッタから前記遅軸コリメート手段までの光路長が実質的に等しく、
前記エミッタが、前記第７番目のエミッタを除いて前記遅軸コリメート手段の光軸の両側に配置され、
前記ヒートシンクの平面上への前記平面ミラーの投影が実質的に平角で互いに交差する請求項１７に記載のパッケージ。
【請求項２２】
前記遅軸コリメート手段の下流に配置され、前記コリメートされた光ビームを光ファイバ内に結合するための集束手段をさらに備える請求項２１に記載のパッケージ。
【請求項２３】
前記プレーナ型エミッタが個々のレーザ・ダイオード・エミッタ・チップである請求項１２に記載のパッケージ。
【請求項２４】
前記プレーナ型エミッタが個々のレーザ・ダイオード・エミッタ・チップである請求項２１に記載のパッケージ。
【請求項２５】
前記レーザ・ダイオード・エミッタ・チップが直列に接続される請求項２３に記載のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ・ダイオードの光学機械的パッケージングに関し、より具体的には、ファイバ結合またはコリメートされることができる光放射の単一の出力を有する光源を提供するための、複数のレーザ・ダイオード・チップの、単一のダイオード・レーザ組立品へのパッケージングに関する。
【背景技術】
【０００２】
シングル・エミッタ・レーザまたはレーザ・ダイオード・バーとして製造される半導体レーザ・ダイオードは、５０％以上に達する電気−光変換効率を有することができ、現在、シングル・エミッタ・レーザ・ダイオード当たり数ワット、さらには数十ワットの、またレーザ・ダイオード・バー当たり数十から数百ワットの光電力レベルを達成可能である。高い効率、適正な電力レベル、および高いスペクトル輝度ならびに指向性輝度によって、レーザ・ダイオードおよびレーザ・ダイオード・バーには、材料加工、オフセット印刷、医療、固体レーザの励起、および特にファイバ・レーザの励起などの多くの分野で応用されている。
【０００３】
レーザ・ダイオードの単一のパッケージへのパッケージングに関連して、考慮すべき重要事項が２つある。これらの考慮事項の第１は放熱である。レーザ・ダイオードに給電するために用いられる電気エネルギの全てが光エネルギに変換されるわけではないので、レーザ・ダイオードは動作時に相当量の熱を発生する。変換されないエネルギは熱として放出される。シングル・レーザ・ダイオード・エミッタは、例えば５０％の効率、および５Ｗの光電力レベルで５Ｗの熱を発生する。安定した信頼性のあるレーザ・ダイオードの動作を保証するには熱を除去する必要がある。さらに、レーザ放射の中心波長はレーザ・チップの温度に依存するので、温度は約１℃の代表的な精度で安定化される必要があることが多い。
【０００４】
パッケージングに関連する第２の重要な考慮事項は光結合である。レーザ・ダイオードは薄スラブの形態であるため、Ｚ軸に沿って伝播するその放射は高度に非対称な光電力密度の横方向分布、およびＸ軸およびＹ軸に沿った発散を有する。Ｘ軸の標準表記がレーザ・ダイオード・スラブの平面にあるものと想定すると、レーザ・ダイオードのＹ−発散は代表的にはＸ−発散よりも大幅に大きく、ほとんど回折限界であり、これに対して、レーザ・ダイオードのＸ−発散は通常はより小さく、回折限界ではない。レーザ・ダイオード・ビームのこのような非対称性は、対称で丸いビームが必要な用途、例えば多くのレーザ・ダイオードの放射を単一の光ファイバの端部へと結合することを含む用途ではある程度の困難をもたらす。光ファイバは一般にほぼ円形または多角形の断面を有し、かつほぼ対称の受光角を有するので、できるだけ多くの光を光ファイバ内に結合するためには、ダイオード・レーザの複合放射は発散および横方向の電力密度分布が対称でなければならない。
【０００５】
上記の設計上の考慮事項を双方とも解決する様々な方法が従来技術で示唆されてきた。例えば放熱を行うため、ダイオード・レーザ装置のレーザ・ダイオードまたはレーザ・ダイオード・バーは代表的には共通のヒートシンク上に載置され、または互いに積層される。積層は光学的配置が簡単で、より小型であるなどの利点をもたらすが、共通のヒートシンクほど効果的ではない。積層配置では、熱は直列的に流れるが、共通のヒートシンクが備えられると、熱は並列的に流れ、より多くの熱の除去が可能になる。他方では、共通のヒートシンク方式では、結合光学系が嵩張り、非効率になることが多い。例えば、１つの従来技術の装置は、個々のレーザ・ダイオード・チップからのビームを複合するために複雑な多面リフレクタを使用する。その結果得られるデバイスは高価であり、位置合わせが困難である。他の従来技術の設計は、導波路または複雑な階段状ヒートシンク構造、およびレーザ・ダイオードの個々のビームを対称の出力ビームへと複合するために使用される多面リフレクタと組み合わせたマイクロレンズを使用する。
【０００６】
１つの重要な種類のレーザ・ダイオード組立品はシングルバー組立品である。レーザ・ダイオード・エミッタのシングルバーでは、レーザ・ダイオード・エミッタは共通の半導体基板上に並列状態で形成され、したがって共通基板の方向への並列的な熱の流れが可能になる。バー内の個々のエミッタの横方向位置はフォトリソグラフィを利用して精密に規定されるので、出力されるレーザ・ビームをコリメートし、再編成するために簡単で信頼性がある、事前製造されたマイクロ光学系のセットを使用することができる。このように製造されたダイオード・レーザでは、数十ワットの出力電力が容易に生成され、光ファイバ内に結合されることができる。しかし、バーの捩れ、またはいわゆるスマイルなどの他の問題が関与し、ファイバ結合の効率とデバイスの信頼性を低下させる。さらに、共通の半導体基板上にミリメートル未満の間隔で配置された個々のエミッタから熱を除去することはさほど容易ではない。特にシングルバー・ダイオード・レーザに関しては信頼性の関心事項もある。シングル・レーザ・ダイオード・エミッタが、例えば電気的短絡によりバー内で壊滅的に故障すると、それに近接するエミッタをも使用不能になることが多く、シングルバー・レーザ・ダイオード全体が故障してしまう。
【０００７】
レーザ・ダイオードを組立品内にパッケージするため、現在利用できる多くの特別の形態があるが、成功したデバイスは、個々のレーザ・ダイオード・エミッタからの効果的な徐熱と、個々のエミッタからの高度に非対称のアナモフィック・ビームを光ファイバ結合、材料加工、および他の多くの任務に適する、アスペクト比が低い単一の光ビームへと再編成するための簡単で安価で位置合わせし易い光学系のセットとを当然に組み合わせることは明らかである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の目的は、ファイバ・レーザおよび固体レーザの励起、材料加工、医療、オフセット印刷の用途などのための安価で小型のファイバまたは自由空間結合光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によって光源が提供され、この光源は、
光を放射する複数のプレーナ型エミッタ（ｐｌａｎａｒ  ｅｍｉｔｔｅｒ）を備え、前記各エミッタの放射が遅軸発散（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）および速軸発散の特徴を有するものであり、
各エミッタの前記放射を速軸コリメート・ビームへとコリメートするための、各エミッタにつき１つの、複数の速軸コリメート手段を備え、前記速軸コリメート・ビームが遅軸発散面で発散し続けるものであり、
前記速軸コリメート手段の下流に配置され、前記速軸コリメート・ビームを単一のコリメート・ビームへとコリメートするための遅軸コリメート手段を備え、
前記速軸コリメート・ビームが互いに、および前記遅軸コリメート手段の光軸に対して実質的に平行であり、前記速軸コリメート・ビームの前記遅軸発散面が互いに実質的に平行であり、かつ、前記プレーナ型エミッタから前記遅軸コリメート手段までの光路長が実質的に等しくなるように、前記速軸コリメート・ビームを前記遅軸コリメート手段に結合するように前記速軸コリメート・ビームを再配向するための複数の再配向手段を備えるものである。
【００１０】
本発明の別の実施形態によってプレーナ型アナモフィック（ａｎａｍｏｒｐｈｉｃ）・エミッタのパッケージがさらに提供され、このパッケージは、
光を放射する第１および第２のアナモフィック・プレーナ型エミッタを有する２エミッタ光学ユニットを備え、前記アナモフィック・プレーナ型エミッタの平面が互いに平行な向きに置かれ、前記第１および第２のエミッタが第１および第２のビームをそれぞれ互いの方向に放射し、前記第１および第２のビームが速軸発散および遅軸発散を有するものであり、
第１および第２の速軸コリメート手段を備え、前記速軸コリメート手段は、互いの方向に向かって伝搬する第１および第２の速軸コリメート・ビームを生成するように、前記第１および第２のエミッタに光学的にそれぞれ結合され、前記エミッタによって放射されたビームの速軸発散を実質的に最小にするものであり、
第１および第２の平面ミラー（ｆｌａｔ  ｍｉｒｒｏｒ）を備え、前記平面ミラーは、前記ビームを同じ方向に、かつ互いに平行に伝搬させるように、前記第１および第２の速軸コリメート手段に光学的にそれぞれ結合され、前記第１および第２の速軸コリメート・ビームを再配向するものであり、
遅軸コリメート手段を備え、前記遅軸コリメート手段は、コリメートされた光ビームを生成するように、前記２エミッタ光学ユニットの下流に配置され、前記２エミッタ光学ユニットの前記第１および第２の速軸コリメート・ビームの双方に光学的に結合され、前記第１および第２のビームの遅軸発散を実質的に最小にするものである。
【００１１】
次に図面を併用して例示的実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の教示は様々な実施形態および実施例に関連して記載されるが、本教示はそれらの実施形態に限定されることを意図するものではない。これに反して、当業者には理解されるように、本教示は様々な代替形態、修正形態および同等物を包含するものである。図２〜図５で同様の番号は同様の要素を示す。
【００１３】
ここで図１を参照すると、放射ビームを光ファイバ内に結合するための従来技術の装置１００の配置図が示されている。装置１００は、各々にコリメート・マイクロ光学系のセット１３１ａ〜１３１ｆが結合された個々のレーザ・ダイオード・エミッタ・チップ１１１ａ〜１１１ｆと、多面再配向ミラーまたは単体デフレクタ１２０と、集束光学系１５１と、クラッド１７１を有する出力光ファイバ１７０とからなっている。動作時には、エミッタ・チップ１１１ａ〜１１１ｆの放射口径が無焦点中継光学系によって単体デフレクタ１２０上に結像され、このデフレクタが放射を、エミッタ１１１ａ〜１１１ｆから出力ファイバ１７０のクラッド１７１内に放射を結合する共通の出力無焦点中継システム１５１に向けて再配向する。
【００１４】
図１の装置は個々のレーザ・エミッタ１１１ａ〜１１１ｆを共通の基板へとヒートシンクできるものの、個々のエミッタ１１１ａ〜１１１ｆからの放射を再編成し、ファイバ１７０のクラッド１７１内に結合するために必要な光学部品は極めて複雑で位置合わせが困難である。その理由は、単体デフレクタ１２０はその反射面の個々の調整ができず、各々のレーザ・ダイオード・エミッタ・チップ１１１ａ〜１１１ｆは、マイクロレンズ１３１ａ〜１３１ｆの焦点距離が短いため精密な調整を要する関連のマイクロ光学系のセット１３１ａ〜１３１ｆを有しているからである。従来技術には、個々のレーザ・エミッタを共通の出力ファイバ内に複合する他の構成が存在し、例えば単体デフレクタ１２０の代わりの凹面ミラー、複雑な階段状リフレクタ配置、またはマルチエミッタ・ダイオード・レーザの単一パッケージ内の個々のエミッタに結合される導波路構造を含んでいる。
【００１５】
図２Ａおよび２Ｂは、本発明の装置で使用される、個々のレーザ・ダイオード・エミッタからの放射をコリメートするための基本的な光学的構成をそれぞれ平面図および側面図で示している。ＸＺ面１２１Ａ内に配置されたプレーナ型半導体レーザ・ダイオード２０２は、速軸コリメート・レンズ２０４によってＹＺ面２１２Ｂ内にコリメートされる光ビーム２０６を放射する。レンズ２０４はシリンドリカル・レンズでもよいが、より一般的には、ＹＺ面１２１Ｂ内のビーム２０６の発散が最小にされ、しかもＸＺ面２１２Ａ内のビーム２０６の発散にはほとんど悪影響が及ばないように、環状の形状にすることもできる。ビーム２０６は、これも円筒形または環状でよい遅軸コリメート・レンズ２０８に向かって伝搬する。レンズ２０８の機能は、出力ビーム２１０が両方の面、すなわちＸＺ面２１２ＡとＹＺ面２１２Ｂ内でコリメートされるように、ビーム２０６をＸＺ面２１２Ａ内でコリメートすることである。
【００１６】
アナモフィック・テレスコープ２１４のレンズ２０４および２０８の適切な焦点距離比を選択することによって、当業者は、後述のように本発明のダイオード・レーザ組立品での用途に適するビーム輪郭の形状とサイズで達するように、エミッタ２０２によって放射されるビーム輪郭を再編成することができる。
【００１７】
次に図３Ａおよび３Ｂを参照すると、本発明による組立品の構成ブロックとして使用される基本的２エミッタ光学ユニットの構成が示されている。図３Ａは平面図であり、正面図が図３Ｂに示されている。図３Ｂに示されるように、ＸＺ面３１２Ａに対して平行に、しかしＹ軸３１２Ｂに沿って偏倚された配置された２つのプレーナ型半導体レーザ・ダイオード３０２および３０３は、速軸コリメート・レンズ３０４および３０５によってＹ軸３１２Ｂに沿ってそれぞれコリメートされる光ビーム３０６および３０７を放射する。ビーム３０６および３０７は、ビーム３０６と３０７とを遅軸コリメート・レンズ３０８へと向けるように、互いに重ねて配置されたミラー３１６および３１７によって偏向される。図３Ｂにはミラー３１６および３１７上のアナモフィック・ビーム３０６および３０７のスポット形状が楕円３１８および３１９でそれぞれ示されている。遅軸コリメート・レンズ３０８によってコリメートされた後、ビーム３１０は、図３ＡのＸＺ面３１２Ａで見て上下に重なって位置している。
【００１８】
図３Ａおよび３Ｂの配置は、いずれもテレスコープ２１４などのアナモフィック・テレスコープを使用している点で図２Ａおよび２Ｂの配置と同様であることが分かり、レーザ・ダイオードの放射を再編成し、コリメートするため、相違点は図３Ａおよび３Ｂではテレスコープの２枚のレンズの間に折曲げ（ｆｏｌｄｉｎｇ）ミラーが使用されていることである。図３Ａおよび３Ｂの配置の利点は、共通の光学素子３０８を共用していることの他、レーザ・ダイオード３０２および３０３を効率的に放熱し、しかも遅軸コリメート・レンズ３０８の光軸３２０の両側の領域を有効に活用していることである。別の利点は、レーザ・ダイオード３０２および３０３からの出力ビーム３１０を独立に位置合わせできることである。すなわち、最初にレーザ・ダイオード３０２用の速軸コリメート・レンズ３０４および折曲げミラー３１６が位置合わせされて固定され、次いでレーザ・ダイオード３０３用の光学系３０５および３１７が位置合わせされて固定される。図３Ａおよび３Ｂに示された配置のさらに別の利点は、後述するように、より多くのレーザ・ダイオード対を同じ光学パッケージ内に追加するための構成ブロックとしてこの配置を使用できることである。
【００１９】
図４Ａには、７つの個別のプレーナ型レーザ・ダイオード・エミッタからなるダイオード・レーザ４００の概略図が示されている。これらの７つのエミッタのうち、ＸＺ面４１２Ａに平行に配置されている２つのエミッタ４０２および４０３は、速軸コリメート・レンズ４０４および４０５によって速軸面内でそれぞれコリメートされる光ビーム４０６および４０７を放射する。ビーム４０６および４０７は、両方のビーム４０６と４０７とを遅軸コリメート・レンズ４０８へと向けるように、互いに重なって配置されたミラー４１６および４１７によって偏向される。遅軸コリメート・レンズ４０８によってコリメートされた後、ビーム４１０は、図４ＡのＸＺ面４１２Ａで見て上下に重なって位置している。図から分かるように、これまでのところはこの配置は図３Ａの配置と極めて類似している。しかし、図４Ａでは、それぞれの速軸コリメート光学系および折曲げミラーに関連するさらに２対のレーザ・ダイオードがレーザ４００の配置内に存在する。これらの追加の２対のダイオードの位置には破線のボックス４２０および４２２のマークが付されている。ボックス４２０および４２２は素子群４０２、４０４、４０６、４１６、４１７、４０７、４０５、および４０３と同じ素子のセットを囲んでいる。最後に、速軸コリメート・レンズ４２４に結合されたもう１つのレーザ・ダイオード・チップ４２６が図４Ａの上部に示されている。レンズ４２４によって速軸方向にコリメートされるダイオード４２６の放射は、どのようなミラーの介在もなく、遅軸コリメート・レンズ４０８に結合される。図２Ａと２Ｂとを比較すると、レンズ４２４と４０８とが図２Ａおよび２Ｂのテレスコープ２１４と類似のアナモフィック・テレスコープを形成していることが分かる。
【００２０】
ボックス４２０および４２２内のレーザ・ダイオード・チップは、レーザ・ダイオード・チップの放射端部と共通の遅軸コリメート・レンズ４０８との距離が等しく選択されているので、レーザ４０２および４０３よりもそれぞれの折曲げミラーの近くに位置する。このようにして、遅軸コリメート条件は全てのレーザ・ダイオードについて同時に満たされる。そこで集束レンズ４２８は全てのレーザ・ダイオードからの放射を光ファイバ４３０内に集束させることができる。
【００２１】
次に図４Ｂを参照すると、ダイオード・レーザ４００の概略図がＸＹ面４１２Ｂの正面図で示されている。２つのプレーナ型半導体レーザ・ダイオード４０２および４０３は、速軸コリメート・レンズ４０４および４０５のそれぞれによって座標系４２１ＢのＹ軸に沿ってコリメートされる光ビーム４０６および４０７を放射する。ビーム４０６および４０７は、ビーム４０６と４０７の双方を平面図で示された遅軸コリメート・レンズ４０８へと向けるように、互いに重ねて配置されたミラー４１６および４１７によって偏向される。ミラー４１６および４１７上のアナモフィック・ビーム４０６および４０７のスポット形状が楕円４１８および４１９でそれぞれ示されている。各々が速軸コリメート・レンズと折曲げミラーとに関連する他の２対のレーザ・ダイオードがボックス４２０と４２２内とに概略的に示されている。図４Ｂでは、これらのレーザ・ダイオード対は互いに重なって配置されている。図４Ａのレーザ・ダイオード・チップ４２６は速軸コリメート・レンズ４２４によってＹ方向にコリメートされる光を放射する。楕円４３２はレンズ４２４によって速軸方向にコリメートされるビームに横方向のビーム輪郭を表している。同様に、楕円４３４〜４４０はダイオード・レーザ４００の他のレーザ・ダイオード・チップからの速軸コリメートされる光ビームの横方向のビーム輪郭を表している。レンズの焦点距離、およびレンズ間の距離および速軸コリメート・レンズとレーザ・ダイオード・チップとの距離を選択することによって、楕円４１８、４１９および４３２〜４４０が遅軸コリメート・レンズ４０８の口径を満たすように設計することができる。例えば、遅軸コリメート・レンズ４０８が正方形（ｓｑｕａｒｅ）の有効口径である場合、楕円の軸比は約１／ｎである必要があり、ただしｎはダイオード・レーザ組立品４００内のレーザ・ダイオード・チップの数量である。
【００２２】
この配置によって、レーザ・ダイオード・チップおよび関連する光学系を図４Ａの菱形パッケージ４４２に極めて小型にパッケージングすることが可能になることが分かる。ダイオード・レーザ４００のレーザ・チップは菱形４４２の周辺近くに配置されるので、それらのチップの相互の熱結合は最小であり、その結果、共通のヒートシンクへの効果的な放熱が最適化される。その上、ダイオード・レーザ４００に供給される最大電流を低減するために、レーザ・ダイオード・チップは好都合には直列接続されるように配置される。
【００２３】
図５Ａおよび５Ｂは、それぞれＸＺ面５１２ＡとＹＺ面５１２Ｂ内のビーム経路の光学設計ソフトウエア描写である。４つのエミッタ（図示せず）からの光は、図５Ａで１つのレンズ５０４として示されているシリンドリカル・レンズ５０４Ａ〜５０４ＤによってＹＺ面５１２Ｂ内でコリメートされる。光ビーム５０６Ａ〜５０６Ｄは遅軸コリメート・レンズ５０８に向かって伝搬する。ビーム５０６Ａ〜５０６Ｄは、Ｙ軸に沿ってシフトされて上下に重なって伝搬しているので、これらのビームは図５Ａでは１つのビーム５０６に見える。さらに、遅軸コリメート・レンズ５０８は４つのビーム５０６Ａ〜５０６Ｄをコリメートするので、これらのビームは複合ビーム５１０として、個々のビーム５４２Ａ〜５４２Ｄを単一のスポット５４４へと集束させる集束レンズ５２８に向かって伝搬する。折曲げミラーは簡略にするため、図５Ａおよび５Ｂには図示されていない。
【００２４】
図６は本発明のファイバ結合ダイオード・レーザ光源の原型６００の三次元表示を示す。これは、同時に７つのレーザ・ダイオード・シングル・エミッタ・チップ６１１〜６１７用の複合ヒートシンクとしても機能する密封可能なパッケージ６０２からなっている。シングル・エミッタ・チップは電気的に直列に接続され、駆動電流は端子６０４および６０６を通して供給される。フェルール６０８が出力光ファイバ６１０を保持する。ファイバ６１０の前には集束レンズ６２０と遅軸コリメート・シリンドリカル・レンズ６１８が配置されている。座標系６２２によって示されるように、遅軸コリメート・シリンドリカル・レンズ６１８の背後にＺ軸に沿って３つのＸ状構造が配置されているので、図６には３対の折曲げミラーも示されている。ミラーは、研磨され、直角三角形の斜辺上に反射防止コーティングされた三角形のガラス板である。パッケージ６０２の占有面積は４５×４５ｍｍである。ファイバは直径が１０５ミクロンで、開口数が０．２２であるマルチモード・ファイバである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術の個々のレーザ・チップ配置およびビーム結合光学系の例示図である。
【図２】図２Ａ、２Ｂは個々のレーザ・ダイオード・エミッタからの放射をコリメートするための２レンズ・アナモフィック・テレスコープの概略図である
【図３】図３Ａ、３Ｂは本発明による基本的な２エミッタ光学ユニットの配置図である。
【図４Ａ】本発明による光源の平面図である。
【図４Ｂ】本発明による光源の正面図である。
【図５】図５Ａ、５Ｂは本発明による光源内の光ビーム経路の光学設計ソフトウエア描写の図である。
【図６】７つのレーザ・ダイオード・エミッタのパッケージの三次元表示図である。
【符号の説明】
【００２６】
２０２、３０２、３０３  プレーナ型半導体レーザ・ダイオード
２０４、３０４、３０５  速軸コリメート・レンズ
２０６、３０６、３０７  光ビーム
２０８、３０８  遅軸コリメート・レンズ
２１０、３１０  出力ビーム
２１２Ａ  ＸＺ面
２１２Ｂ  ＹＺ面
３１２Ａ  ＸＺ面
３１２Ｂ  Ｙ軸
３１６、  ミラー
３１８、３１９  楕円
３２０  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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