(57)【要約】【課題】ビーム整形レンズの入射面において反射されたレーザ光が半導体レーザの発光点に戻ることを防止することができるビーム整形装置を提供する。【解決手段】入射したレーザ光Ｌを平行光として出射するコリメートレンズ４１と、上記平行光を整形する半円筒状の入射面５１ａを有したビーム整形レンズ５１とを備えるビーム整形装置３０において、上記ビーム整形レンズ５１の入射面５１ａは半円筒の母線が上記コリメートレンズ４１による平行光に対して傾斜してなる。【選択図】  図３
2004341057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射したレーザ光を平行光として出射するコリメートレンズと、上記平行光を整形する半円筒状の入射面を有したビーム整形レンズとを備えるビーム整形装置において、
上記ビーム整形レンズの入射面は半円筒の母線が上記コリメートレンズによる平行光に対して傾斜してなることを特徴とするビーム整形装置。
【請求項２】
上記ビーム整形レンズの入射面の傾斜角度Δθは、レーザ光を発する光源のニアフィールドパターン直径をＤ、上記コリメートレンズの焦点距離をｆとすると、
Δθ≧Ｄ／２ｆ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のビーム整形装置。
【請求項３】
上記ビーム整形レンズの出射面は入射面と同方向に略同角度で傾斜してなることを特徴とする請求項１又は２記載のビーム整形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入射したレーザ光を整形するビーム整形装置に関し、より詳細にはコリメートレンズとビーム整形レンズによって断面楕円形状のレーザ光を断面略円形状に整形するビーム整形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信において、光源や光ファイバアンプに用いられる半導体レーザから発せられるレーザ光は、半導体レーザの接合面に対して垂直方向（θ⊥方向）の広がり角と、水平方向（θ／／方向）の広がり角が異なる断面楕円形であることが知られている。このようなレーザ光を、そのまま収束レンズで光ファイバの端面に集光すると、光ファイバに入射するレーザ光は収束レンズによって長軸と短軸が入れ替わるものの、やはり断面楕円形であり、そのままでは結合効率の低下を招く。
【０００３】
このことから従来、例えば特許文献１に記載されているようなビーム整形装置を用いて、断面が楕円形のレーザ光を略円形に整形して光ファイバに入射させる方法が採られている。このようなビーム整形装置においては、半導体レーザ側に回転対称形のコリメートレンズを、光ファイバ側には入射面及び出射面に半円筒状の屈折面を備えた回転非対称形のビーム整形レンズを有し、この２つのレンズでレーザ光を整形している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０―３００９８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このビーム整形レンズの半円筒状の入射面は、ある一方向（特許文献１に記載のビーム整形装置においては、θ／／方向）から見ると、レーザ光に対して平行板のように作用し、コリメートレンズによって平行光に整形されたレーザ光は、ビーム整形レンズの入射面に対しては垂直に入射し、屈折することなくそのまま通過する。このとき、入射面に対して垂直に入射したレーザ光の一部は入射面において反射し、入射したときと同じ光路で半導体レーザの発光点に戻り、この反射光が半導体レーザの発振特性の不安定化及び雑音増加を引起こすという問題を生じる。通常、入射面には入射光の反射を防止するための反射防止膜が成膜されるものの、これによってもレーザ光の反射を完全に防ぐことはできない。
【０００６】
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、ビーム整形レンズの入射面において反射されたレーザ光が半導体レーザの発光点に戻ることを防止することができるビーム整形装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、入射したレーザ光を平行光として出射するコリメートレンズと、上記平行光を整形する半円筒状の入射面を有したビーム整形レンズとを備えるビーム整形装置において、上記ビーム整形レンズの入射面は半円筒の母線が上記コリメートレンズによる平行光に対して傾斜してなることを特徴として構成されている。
【０００８】
また本発明は、上記ビーム整形レンズの入射面の傾斜角度Δθは、レーザ光を発する光源のニアフィールドパターン直径をＤ、上記コリメートレンズの焦点距離をｆとすると、
Δθ≧Ｄ／２ｆ
の関係を満たすことを特徴として構成されている。
【０００９】
また本発明は、上記ビーム整形レンズの出射面は入射面と同方向に略同角度で傾斜してなることを特徴として構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実施形態におけるビーム整形装置の構成を示す図、図２は図１に示したビーム整形装置の断面図、図３は図２におけるシリンドリカルレンズの入射面近傍の拡大図、図４は図２におけるシリンドリカルレンズの出射面近傍の拡大図、図５は本発明の実施形態におけるビーム整形装置を適用した光結合装置を示す図である。なお、図１において（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。また図２において、（ａ）は光源たる半導体レーザの接合面に対して垂直方向（θ⊥方向）の断面図、（ｂ）は半導体レーザの接合面に対して水平方向（θ／／方向）の断面図とする。
【００１１】
本実施形態におけるビーム整形装置３０は、図５に示すように、半導体レーザ２１から出射されるレーザ光Ｌを単一モードの光ファイバ２２に入射させる光結合装置１０内に配置される。このレーザ光Ｌは例えば波長１４８０ｎｍのものが使用され、ビーム整形装置３０は、半導体レーザ２１から出射されるθ⊥方向の広がりがθ／／方向の広がりより大きい断面楕円形のレーザ光Ｌを、θ⊥方向とθ／／方向が同じ広がりの断面円形の平行光として出射する。光ファイバ２２はフェルール２３に挿入されて光結合装置１０内に配置され、このフェルール２３の先端２３ａは反射光が逆行しないように斜めに形成されている。またフェルール２３とビーム整形装置３０の間には収束レンズ２４を配置して、ビーム整形装置３０から出射された平行光を収束光として光ファイバ２２のコアに入射するものとしている。
この光結合装置１０は設置台１１に配置されており、半導体レーザ２１、ビーム整形装置３０は光軸上に配置されるよう、それぞれレーザ設置台１２、断面コ字形のビーム整形装置設置台１３上に配置・固定されている。
【００１２】
以下、ビーム整形装置３０の構成を説明する。本実施形態におけるビーム整形装置３０は、図１及び図２に示すように、半導体レーザ２１側に入射したレーザ光Ｌを平行光として出射する回転対称形のコリメートレンズ部材４０を備え、光ファイバ２２側にコリメートレンズ部材４０からの平行光を整形するビーム整形レンズ部材５０を備えている。
【００１３】
コリメートレンズ部材４０は、図２に示すように、光学ガラス製の回転対称型で非球面のコリメートレンズ４１と、このコリメートレンズ４１の周囲を保持するステンレス合金製で略円筒形の第一保持部材４２とから構成されている。コリメートレンズ４１の焦点距離は、ビーム整形装置３０を光結合装置１０に配置したとき、半導体レーザ２１の発光点がコリメートレンズ４１の焦点位置となるよう設定される。これにより、コリメートレンズ４１から出射されるレーザ光Ｌは平行光となる。この平行光とされたレーザ光Ｌは半導体レーザ２１の光軸Ｏとも平行である。このようなコリメートレンズ部材４０は、第一保持部材４２に対してコリメートレンズ４１をプレス成形により一体成形することで形成される。
【００１４】
一方、ビーム整形レンズ部材５０は、ビーム整形レンズである光学ガラス製の回転非対称型のシリンドリカルレンズ５１と、このシリンドリカルレンズ５１を保持するステンレス合金製の第二保持部材５２とで形成されている。シリンドリカルレンズ５１は、半導体レーザ２１側の入射面５１ａに半円筒状の屈折面を備え、出射面５１ｂも中央部分に半円筒状の屈折面を備える。θ⊥方向においては入射面５１ａ、出射面５１ｂは共に平行板のように作用し、レーザ光Ｌを拡開することはない。またθ／／方向においては入射面５１ａは凹レンズのように作用してレーザ光Ｌを拡開し、一方、出射面５１ｂは凸レンズのように作用してレーザ光Ｌを平行光にする。これにより、θ⊥方向に広がるレーザ光Ｌを整形してθ⊥方向及びθ／／方向に同じ広がりをなす断面円形の平行光を出射する。このようなビーム整形レンズ部材５０は、第二保持部材５２に対してシリンドリカルレンズ５１をプレス成形により一体成形することで形成される。
【００１５】
また図３に示すように、シリンドリカルレンズ５１の入射面５１ａはその母線が、コリメートレンズ４１によって平行光とされたレーザ光Ｌに対して傾斜するように形成されている。つまり、θ⊥方向から見たときに、入射面５１ａがシリンドリカルレンズ５１の長手方向にΔθだけ傾斜した状態となる。入射面５１ａをこのように形成することにより、θ⊥方向において、平行光となったレーザ光Ｌが入射面５１ａに入射した際にその一部が反射しても、入射面５１ａが入射したレーザ光Ｌに対して傾斜しているので、反射光Ｒは同じ角度で反射されて入射したときと異なる光路で半導体レーザ２１側に戻る。これにより、反射光Ｒは半導体レーザ２１の発光点からずれた点に戻るようになり、反射光Ｒが半導体レーザ２１の発振特性の不安定化及び雑音増加を引起こすという問題が生じなくなる。なお図２、図３は入射面５１ａの傾斜を誇張して記載しており、実際には入射面５１ａの傾斜角度Δθは微少な角度である。
【００１６】
ここで入射面５１ａの傾斜角度Δθは具体的には、入射面５１ａ側から見た半導体レーザ２１のニアフィールドパターン、つまり半導体レーザ２１のレーザ光を発する側面における反射光をずらそうとする方向の幅をＤ、コリメートレンズ４１の焦点距離をｆとすると、
Δθ≧Ｄ／２ｆ
の関係を満たすように形成する。これにより、入射面５１ａで反射した反射光Ｒが、レーザ光Ｌを発する半導体レーザ２１のニアフィールドパターンの範囲、つまり発光点に戻ることを防止することができる。一例として、ニアフィールドパターン直径が０．０１ｍｍ、コリメートレンズ４１の焦点距離が０．５ｍｍの場合には、入射面５１ａの傾斜角度Δθは０．５７°となる。
【００１７】
またシリンドリカルレンズ５１の出射面５１ｂは図４に示すように、入射面５１ａと同方向に同角度で傾斜するように形成されている。つまり、θ⊥方向から見たときに、出射面５１ｂがシリンドリカルレンズ５１の長手方向にΔθだけ傾斜した状態となる。入射面５１ａはレーザ光Ｌに対して傾斜していることから、半導体レーザ２１の光軸Ｏと平行状のレーザ光Ｌは入射面５１ａに入射した際に屈折するが、出射面５１ｂも入射面５１ａと同角度で傾斜しているので、レーザ光Ｌがシリンドリカルレンズ５１から出射する際に出射面５１ｂにおいて再び屈折し、再び半導体レーザ２１の光軸Ｏと平行となる。これにより、ビーム整形装置３０の後段に配置される収束レンズ２４やフェルール２３の配置が容易となる。なお図２、図４において出射面５１ｂは入射面５１ａと同様に傾斜を誇張して記載してある。
【００１８】
【発明の効果】
以上本発明によれば、ビーム整形レンズの入射面は半円筒の母線がコリメートレンズによる平行光に対して傾斜してなることにより、平行光となったレーザ光が入射面に入射した際にその一部が反射しても、入射面が入射したレーザ光に対して傾斜しているので、反射光は同じ角度で反射されて入射したときと異なる光路で光源側に戻る。これにより、光源の発光点からずれた点に戻るようになり、反射光が光源の発振特性の不安定化及び雑音増加を引起こすという問題が生じなくなる。
【００１９】
また本発明によれば、上記ビーム整形レンズの入射面の傾斜角度Δθは、レーザ光を発する光源のニアフィールドパターン直径をＤ、上記コリメートレンズの焦点距離をｆとすると、
Δθ≧Ｄ／２ｆ
の関係を満たすことより、ビーム整形レンズの入射面で反射したレーザ光が、レーザ光を発する光源の範囲、つまり発光点に戻ることを防止することができる。
【００２０】
また本発明によれば、ビーム整形レンズの出射面は入射面と同方向に略同角度で傾斜してなることから、入射面で屈折したレーザ光を出射面において再び屈折させて、光源の光軸と平行なレーザ光に戻すことができる。これによりビーム整形装置の後段の光学部材の配置が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるビーム整形装置の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図２】図１に示したビーム整形装置の断面図であり、（ａ）は半導体レーザの接合面に対して垂直方向（θ⊥方向）の断面図、（ｂ）は半導体レーザの接合面に対して水平方向（θ／／方向）の断面図である。
【図３】図２（ａ）におけるシリンドリカルレンズの入射面近傍の拡大図である。
【図４】図２（ａ）におけるシリンドリカルレンズの出射面近傍の拡大図である。
【図５】本発明の実施形態におけるビーム整形装置を適用した光結合装置を示す図であり、（ａ）は半導体レーザの接合面に対して水平方向（θ／／方向）から見た図、（ｂ）は半導体レーザの接合面に対して垂直方向（θ⊥方向）から見た図である。
【符号の説明】
１０      光結合装置
２１      半導体レーザ
２２      光ファイバ
２３      フェルール
２４      収束レンズ
３０      ビーム整形装置
４０      コリメートレンズ部材
４１      コリメートレンズ
４２      第一保持部材
５０      ビーム整形レンズ部材
５１      シリンドリカルレンズ
５１ａ    入射面
５１ｂ    出射面
５２      第二保持部材
Ｏ      半導体レーザの光軸
Ｌ      レーザ光
Ｒ      反射光
【図１】
2004341057.tif 000003
【図２】
2004341057.tif 000004
【図３】
2004341057.tif 000005
【図４】
2004341057.tif 000006
【図５】
2004341057.tif 000007