(57)【要約】【課題】レーザアレイからのレーザ光を少ない数の導光路で小さな径のビームに集光可能なレーザ集装置を提供する。【解決手段】複数の半導体レーザバーから出射されるレーザ光を光回路で集光し、光回路からの出射光を矩形状光ファイバで受光し、複数本の矩形状光ファイバの出射端を積層させて一つのフェルール内に挿入固定しバンドル化する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光点を有するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部の隣接する複数の発光点から出射された複数のレーザ光を出射部にそれぞれ集光する複数の光回路と、
矩形断面を有し、前記光回路の出射部から出射されたレーザ光を伝達する複数の矩形状光ファイバと、
前記複数の矩形状光ファイバの出射端を矩形断面の短辺方向に重ねて固定したバンドル部とを備えることを特徴とするレーザ集光装置。
【請求項２】
一列に整列した複数の発光点を有する複数の半導体レーザバーと、
前記半導体レーザバーの各発光点から出射された複数のレーザ光を出射部に集光する前記半導体レーザバーと同数の光回路と、
矩形断面を有し、前記光回路の出射部から出射されたレーザ光を伝達する前記光回路と同数の矩形状光ファイバと、
前記複数の矩形状光ファイバの出射端を矩形断面の短辺方向に重ねて固定したバンドル部とを備えることを特徴とするレーザ集光装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のレーザ集光装置において、前記光回路は前記複数の発光点にそれぞれ対応して設けられた複数の入射部と、前記複数の入射部が一つに合流する合流部と、前記合流部に接続された前記出射部とを備えることを特徴とするレーザ集光装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載のレーザ集光装置において、前記複数の半導体レーザバーと、前記複数の光回路を形成した光回路基板と、前記複数の光回路の前記複数の出射部に位置合わせした前記複数の矩形状光ファイバの入射部とを１枚の基板上に設置したことを特徴とするレーザ集光装置。
【請求項５】
請求項２，３又は４記載のレーザ集光装置において、前記半導体レーザバーと前記光回路の間に前記半導体レーザバーの複数の発光点からの出射された複数のレーザ光を前記光回路の入射端に集光するためのレンズを配置したことを特徴とするレーザ集光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレーザ光源からの光線を合波して１本のレーザ光として出力するレーザ集光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザダイオード（ＬＤ）アレイからの出射光を集光して高強度のレーザ光を得る方法として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この方法は、ＬＤアレイからのレーザ光をコリメート手段及び集光手段を介して複数の光ファイバに入射し、光ファイバの出射端を円形にバンドル化させて出射させるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１４８４９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、スタックレーザが有する発光点の数だけ光ファイバが必要である。また、断面が円形の光ファイバを使用しているため、複数本の光ファイバの出射端を最密にバンドルしたとしても必ずファイバ間に隙間が生じ、結果として光ファイババンドル後のバンドル径が大きいという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、レーザアレイからのレーザ光を少ない数の導光路で小さな径のビームに集光可能なレーザ集光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、複数の半導体レーザバーから出射されるレーザ光を光回路で集光し、光回路からの出射光を矩形状光ファイバで受光し、複数本の矩形状光ファイバの出射端を積層させて一つのフェルール内に挿入固定しバンドル化することによって前記目的を達成する。
【０００７】
本発明のレーザ集光装置は、複数の発光点を有するレーザ光源部と、レーザ光源部の隣接する複数の発光点から出射された複数のレーザ光を出射部にそれぞれ集光する複数の光回路と、矩形断面を有し、光回路の出射部から出射されたレーザ光を伝達する複数の矩形状光ファイバと、複数の矩形状光ファイバの出射端を矩形断面の短辺方向に重ねて固定したバンドル部とを備えることを特徴とする。
好ましい態様では、一列に整列した複数の発光点を有する複数の半導体レーザバーと、半導体レーザバーの各発光点から出射された複数のレーザ光を断面が矩形の出射部に集光する半導体レーザバーと同数の光回路と、矩形断面を有し、光回路の出射部から出射されたレーザ光を伝達する光回路と同数の矩形状光ファイバと、複数の矩形状光ファイバの出射端を矩形断面の短辺方向に重ねて固定したバンドル部とを備える。
【０００８】
光回路は、複数の発光点にそれぞれ対応して設けられた複数の入射部と、複数の入射部が一つに合流する合流部と、合流部に接続された出射部とを備えるものを使用することができる。また、複数の半導体レーザバーと、複数の光回路を形成した光回路基板と、複数の光回路の複数の出射部に位置合わせした複数の矩形状光ファイバの入射部とを１枚の基板上に設置してもよい。半導体レーザバーと光回路の間に半導体レーザバーの複数の発光点からの出射された複数のレーザ光を光回路の入射端に集光するためのロッドレンズを配置してもよい。
【０００９】
本発明によると、半導体レーザバーからの出射光を光回路で合波してから光ファイバに入射させるため、光ファイバの本数を少なく出来る。また、矩形状光ファイバを用いるため、隙間なく積層できることから、円形光ファイバに比べて、小さなバンドル径でより多くの光ファイバをバンドルできる。そのため、多数のレーザ光を一点に、しかも小さなスポット径に集光できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明によるレーザ集光装置の一例を示す概略構成図である。このレーザ集光装置は、複数（図では４点）の発光点を有する複数個（図では４個）の半導体レーザバー１０ａ〜１０ｄと、半導体レーザバー１０ａ〜１０ｄの複数の発光点から出射されたレーザ光を導光し１つの出射端に集光するための半導体レーザバーと同数の光回路２０ａ〜２０ｄと、その光回路から出射されたレーザ光を導光するための断面形状が矩形で光回路と同数の矩形状光ファイバ３０ａ〜３０ｄと、その光ファイバを最密に束ねたバンドル部４０とを有する。
【００１１】
半導体レーザバーは、図示するように一直線上に形成された複数の発光点を有しており、それぞれの発光点から同一方向に向けてレーザ光が出射される。半導体レーザバーは、フォトプロセスにより製造されるため、複数のレーザ発光点の位置は正確に規定される。
【００１２】
光回路２０ａ（光回路２０ｂ，２０ｃ，２０ｄも同じ）は、平面基板２１ａ上に光導波路２２ａを形成したものである（図２参照）。図示した熊手型の光導波路の場合、半導体レーザバーの発光点と同じ間隔に配置された発光点と同数の入射部２５と、入射部が一つに合流する合流部２６と、合流部から平面基板の出射端へ伝送するための出射部２７とからなる。光導波路は半導体レーザバーと同様にフォトプロセスにより製造されるため、光導波路入射部の間隔を半導体レーザバーの発光点の間隔と一致させて配置させることは容易である。また、複数の入射部を一つに合流させるための合流部の形状としては、図示した熊手型のみならず、Ｙ分岐型やテーパ型等でもよい。
【００１３】
この様な光回路は、例えばＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）技術で製造される。ＰＬＣ技術とは、平面基板上に光導波路を作製する製造技術であって、一般的には、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２膜を堆積して下部クラッド層とし、その上にＧｅＯ２やＴｉＯ２等を微量添加したＳｉＯ２膜を堆積してコア層とする。次にこのコア層をフォトプロセスとエッチングによって熊手型等の所望の形状とした後、さらにその上にＳｉＯ２膜を堆積させて上部クラッド層とし光回路とするものである。この方法によれば、断面形状が矩形状で低損失な光導波路を得ることが出来る。
【００１４】
図２に、本実施例で用いた光回路の具体的寸法例を示す。光導波路断面の大きさとしては、入射部の個々の入射端を幅１００μｍ、高さ２０μｍ、出射部を幅３００μｍ、高さ２０μｍとなるように製造することで、効率の良い合波用光回路を形成することができる。光回路の製造方法としては、ＰＬＣ技術の他にもイオン交換法、熱拡散法等を用いることもできる。また光回路基板の材料としては、Ｓｉ等の半導体やＳｉＯ２等のガラス、ポリイミドやＰＭＭＡ等の高分子を用いることができる。
【００１５】
矩形状光ファイバは、断面形状が光導波路出射部断面形状と同じ矩形型で、そのコア寸法は光導波路出射部断面と同じか、もしくはそれよりもわずかに大きくすることで、光回路から出射される全てのレーザ光を光ファイバ内に導入することができる。本実施例においては、矩形状光ファイバの断面寸法を幅３００μｍ、高さ２０μｍ（クラッドの厚さ２０μｍを含めた矩形状光ファイバの断面寸法としては幅３４０μｍ、高さ６０μｍ）とした。これによりほぼ全ての光回路出射光を矩形状光ファイバ内に導入することができる。この様な矩形状光ファイバは、一般的に用いられる線引工程の途中に、所望の寸法が開いたスリットを通すことで容易に作製することができる。光ファイバの材料としては、一般的なＳｉＯ２やプラスチック等が使用できる。
【００１６】
光ファイババンドル部は、複数の矩形状光ファイバ出射端を束ねたものである。ここで矩形状光ファイバは外形の形状が矩形状であるため、隙間無く密に積み重ねることは容易であり、これにより集光密度の高いバンドル部を構成できる。
なお、クラッドが付いた矩形状光ファイバをそのまま束ねてもよいが、本実施例に示す光ファイババンドル部では、矩形状光ファイバ出射端のコア部のみを束ね、その周囲をクラッド部材で固定する構造とした。これによりクラッド部の厚さ分だけ断面積を小さくでき、集光密度をより高くすることができる。
【００１７】
図３に、一般的に用いられる円形の光ファイバと矩形状光ファイバとの比較を示す。本実施例で使用した光回路の出射部断面寸法は幅３００μｍ、高さ２０μｍであり、矩形状光ファイバのバンドル部コア断面寸法は、図３（ａ）に示すように３００μｍ×１６０μｍとなる。一方、矩形状光ファイバではなく円形光ファイバを用いることを考えると、幅３００μｍ、高さ２０μｍの出射端から出射されるレーザ光を円形光ファイバに全て導入するためには、最低でも直径３００μｍのコア断面寸法が必要である。この円形光ファイバを矩形状光ファイバと同数の４本を密に束ねてバンドル部とすると、図３（ｂ）に示すように、そのコア断面形状の一辺は６００μｍとなる。この比較から明らかなように、本実施例のように矩形状光ファイバを用いる方が高い集光密度になる。またこの効果は、光ファイバの本数が増すほど顕著に現れる。
【００１８】
こうしてバンドル部に束ねられた複数本の矩形状光ファイバから出射されたレーザ光は、レーザ加工用の産業用ファイバに導入してワークの加工に用いることができる。あるいは、バンドル部から出射したレーザ光を直接ワークの加工に用いることもできる。
【００１９】
図４は、本発明によるレーザ集光装置の変形例を示す概略構成図である。この変形例は、一つの冷却板５０の上に半導体レーザバー１０ａ〜１０ｄと光回路基板２１、さらには光ファイバーアレイ３０を設置した構成である。冷却板５０中に冷却水もしくは冷媒等を流すことで、半導体レーザバー１０ａ〜１０ｄが冷却され、安定に動作するようになっている。なお、図には冷却水による冷却を例示しているが、空冷であってもよい。
【００２０】
ここで用いられる光回路は、複数の合波用光導波路２２ａ〜２２ｄが１枚の光回路基板２１上に形成されているもので、半導体レーザバー１０ａ〜１０ｄと光回路との位置調整を簡略化でき、また部品点数の削減にも効果がある。光ファイバアレイ３０は、複数の矩形状光ファイバ３０ａ〜３０ｄの入射側端部を複数の光回路の出射部と同じ間隔に並べて固定具で固定したもので、光回路と光ファイバとの位置調整を簡略化できる効果がある。
【００２１】
図５は、本発明によるレーザ集光装置の他の変形例を示す概略構成図であり、図には１個の半導体レーザバー１０についての関連部分のみを図示してある。この変形例は、半導体レーザバー１０と光回路２０の間にロッドレンズ１２を配置した例である。ロッドレンズ１２を適当な位置に置くことで半導体レーザバー１０から出射されるレーザ光１１が光回路２０の入射端に集光されるため、高効率に光回路にレーザ光を導入できる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によると、半導体レーザバーからのレーザ光を少ない数の導光路で小さな径のビームに集光することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ集光装置の一例を示す概略構成図。
【図２】光回路の具体的寸法例を示す図。
【図３】一般的に用いられる円形の光ファイバと矩形状光ファイバとの比較を示す図。
【図４】本発明によるレーザ集光装置の変形例を示す概略構成図。
【図５】本発明によるレーザ集光装置の他の変形例を示す概略構成図。
【符号の説明】
１０，１０ａ〜１０ｄ：半導体レーザバー、１１：レーザ光、１２：ロッドレンズ、２０，２０ａ〜２０ｄ：光回路、２１，２１ａ：基板、２２ａ：光導波路、２５：入射部、２６：合流部、２７：出射部、３０，３０ａ〜３０ｄ：矩形状光ファイバ、４０：バンドル部
【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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