(57)【要約】【課題】この発明は、複数の半導体レーザ素子からの各出射光を効率的に光ファイバに供給して高い光出力を得ることを可能とし、例えば投射型映像表示装置の光源等として十分に実用に適するファイバレーザ装置を提供することを目的としている。【解決手段】複数の半導体レーザ素子１０１，１０５，１０７からの各出射光を光ファイバ１０４に入射するファイバレーザ装置において、複数の半導体レーザ素子１０１，１０５，１０７からの各出射光が、そのスロー軸方向をほぼ平行とし、ファスト軸方向に光軸が異なる角度で光ファイバ１０４に入射されるようにしたものである。【選択図】　　図１
2004128045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体レーザ素子からの各出射光を光ファイバに入射するファイバレーザ装置において、
前記複数の半導体レーザ素子からの各出射光が、そのスロー軸方向をほぼ平行とし、ファスト軸方向に光軸が異なる角度で前記光ファイバに入射されるようにしたことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザ素子の
（スロー軸方向の活性層幅）×［ｓｉｎ（スロー軸方向の出射広がり角）］
の値を、前記光ファイバの
（コア径）×（開口数）
の値以下に設定したことを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの
（ファスト軸方向の活性層幅）×［ｓｉｎ（ファスト軸方向の出射広がり角）］
の値の和を、前記光ファイバの
（コア径）×（開口数）
の値以下に設定したことを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記複数の半導体レーザ素子からの各出射光のうち少なくとも１つの出射光は、ミラーによりその光路を変更されることによって前記光ファイバに入射されることを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記複数の半導体レーザ素子からの各出射光は、それぞれその光軸がファスト軸方向に一定の角度差を持って前記光ファイバに入射されることを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の半導体レーザ素子からの各出射光を光ファイバに入射して所定の光出力を得るアップコンバージョン方式のファイバレーザ装置に係り、例えばプロジェクタのような投射型映像表示装置の光源等に使用して好適するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、近年では、首記の如きファイバレーザ装置を、例えばプロジェクタのような投射型映像表示装置の光源として使用するための開発が盛んに行なわれている。ところが、このようなファイバレーザ装置は、まだまだ開発途上にある段階であり、種々の点で十分に実用に適し得るレベルにまで達しているとは言えないのが現状である。
【０００３】
特許文献１として提示する特開２００２−２０２４４２号公報には、複数の半導体レーザからそれぞれ出射したレーザビームを、コリメータレンズ及び集光レンズからなる集光光学系で集光した上でマルチモード光ファイバに結合させて合波するファイバレーザ装置が開示されている。
【０００４】
ところが、この特許文献１に開示されたファイバレーザ装置では、複数の半導体レーザから出射されたレーザビームを、マルチモード光ファイバに供給する際の効率の点で問題を有しており、高い光出力を得ることが実際上困難なものとなっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０２４４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は上記事情を考慮してなされたもので、複数の半導体レーザ素子からの各出射光を効率的に光ファイバに供給して高い光出力を得ることを可能とし、例えば投射型映像表示装置の光源等として十分に実用に適するファイバレーザ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】
この発明に係るファイバレーザ装置は、複数の半導体レーザ素子からの各出射光を光ファイバに入射するものを対象としている。そして、複数の半導体レーザ素子からの各出射光が、そのスロー軸方向をほぼ平行とし、ファスト軸方向に光軸が異なる角度で光ファイバに入射されるようにしたものである。
【０００８】
上記のような構成によれば、複数の半導体レーザ素子からの各出射光が、そのスロー軸方向をほぼ平行とし、ファスト軸方向に光軸が異なる角度で光ファイバに入射されるようにしたので、複数の半導体レーザ素子からの各出射光を効率的に光ファイバに供給して高い光出力を得ることが可能となり、例えば投射型映像表示装置の光源等として十分に実用に適するものとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。すなわち、図１において、符号１０１，１０５，１０７はそれぞれ半導体レーザ素子であり、例えばマルチモードレーザダイオード等が使用されている。
【００１０】
これらの半導体レーザ素子１０１，１０５，１０７から出射された各レーザ光は、それぞれ円形レンズ１０２，１０６，１０８を介した後、ロッドレンズ１０３を通過して光ファイバ１０４の入射端面に集光されている。
【００１１】
図２は、上記した各半導体レーザ素子１０１，１０５，１０７において、それぞれ、レーザ光を発生させるための活性層１０１ａ，１０５ａ，１０７ａを示している。
【００１２】
これらの活性層１０１ａ，１０５ａ，１０７ａは、それぞれ、スロー軸方向が２００μｍ、ファスト軸方向が２μｍに形成されている。そして、各活性層１０１ａ，１０５ａ，１０７ａから出射されるレーザ光は、ファスト軸方向に２０°、スロー軸方向に４°の角度で広がっている。また、光ファイバ１０４は、コア径が５０μｍ、開口数が０．２９の光ファイバである。
【００１３】
ここで、半導体レーザ素子１０１から出射されたレーザ光は、そのスロー軸方向及びファスト軸方向のレーザ像幅が、光ファイバ１０４の端面において、光ファイバ１０４のコア径にほぼ等しくなるように、円形レンズ１０２及びロッドレンズ１０３で変換される。
【００１４】
この場合、半導体レーザ素子１０１から出射されたレーザ光は、そのファスト軸方向が円形レンズ１０２によって光ファイバ１０４の入射端面に集光され、そのスロー軸方向が円形レンズ１０２とロッドレンズ１０３とによって光ファイバ１０４の入射端面に集光される。
【００１５】
同様に、半導体レーザ素子１０５から出射されたレーザ光は、そのスロー軸方向及びファスト軸方向のレーザ像幅が、光ファイバ１０４の端面において、光ファイバ１０４のコア径にほぼ等しくなるように、円形レンズ１０６及びロッドレンズ１０３で変換される。
【００１６】
また、半導体レーザ素子１０７から出射されたレーザ光も、そのスロー軸方向及びファスト軸方向のレーザ像幅が、光ファイバ１０４の端面において、光ファイバ１０４のコア径にほぼ等しくなるように、円形レンズ１０８及びロッドレンズ１０３で変換される。
【００１７】
この場合、光学系での変換においては、ファスト軸方向及びスロー軸方向それぞれについて、
（レーザの像幅）×［ｓｉｎ（像の位置での広がり角）］
の値は常に一定で、
（半導体レーザ素子の活性層幅）×［ｓｉｎ（半導体レーザ素子の出射端位置での広がり角）］
に等しくなる。
【００１８】
上記した第１の実施の形態において、スロー軸方向については、
（活性層幅２００μｍ）×［ｓｉｎ（出射広がり角４°）］
の値は、
（光ファイバのコア径５０μｍ）×（光ファイバの開口数０．２９）
の値にほぼ等しくなっている。
【００１９】
これに対し、ファスト軸方向については、
（活性層幅２μｍ）×［ｓｉｎ（出射広がり角２０°）］
の値は、
（光ファイバのコア径５０μｍ）×（光ファイバの開口数０．２９）
の値に対して小さくなる。
【００２０】
このため、上記光学系による変換によって、光ファイバ１０４の入射端面におけるファスト軸方向のレーザ光の像幅を、光ファイバ１０４のコア径に等しくすると、ファスト軸方向のレーザ光の広がり角は、光ファイバ１０４の開口数０．２９で示される最大受光角（約１６．９°）よりもはるかに小さい０．８°になる。
【００２１】
これにより、ファスト軸方向にそれぞれ（０．８×２）°以上、光軸の角度が異なる複数のレーザ光を、１つの光ファイバ１０４に入射することが可能となり、光ファイバ１０４中の光密度を高くすることができる。
【００２２】
各半導体レーザ素子１０１，１０５，１０７は、その出射されるレーザ光のスロー軸方向がほぼ平行で、ファスト軸方向に光軸を４°づつ傾けるように配置されている。
【００２３】
すなわち、各半導体レーザ素子１０１，１０５，１０７から出射される各レーザ光は、それぞれその光軸がファスト軸方向にそれぞれ４°づつ角度θがずれるように、つまり、一定の角度差を持って光ファイバ１０４の入射端面に入射される。
【００２４】
ここで、光ファイバ１０４に入射されるレーザ光のファスト軸方向の全角広がり角２α（＝１．６°）は、隣接するレーザ光のファスト軸方向の光軸間角度θ（＝４°）よりも小さく設定され、全レーザ光のファスト軸方向の最大入射角β（＝４．８°）は、光ファイバ１０４の最大入射角（約１６．９°）よりも小さく設定される。このため、全てのレーザ光が効率良く光ファイバ１０４に入射されることになり、高い出力光を得ることができる。
【００２５】
上記のように、各半導体レーザ素子１０１，１０５，１０７から出射されたレーザ光は、光ファイバ１０４に最適な効率で入射されるように、円形レンズ１０２，１０６，１０８及びロッドレンズ１０３でなる光学系で変換される。
【００２６】
また、一般に、半導体レーザ素子において、
（スロー軸方向の活性層幅）×［ｓｉｎ（スロー軸方向の出射広がり角）］
の値は、
（ファスト軸方向の活性層幅）×［ｓｉｎ（ファスト軸方向の出射広がり角）］
の値よりも大きくなっている。
【００２７】
そして、
（スロー軸方向の活性層幅）×［ｓｉｎ（スロー軸方向の出射広がり角）］
の値が、
（光ファイバのコア径）×（光ファイバの開口数）
の値より大きい場合には、１つの半導体レーザ素子からの出射レーザ光さえも、完全に光ファイバに入射することができないので、
（スロー軸方向の活性層幅）×［ｓｉｎ（スロー軸方向の出射広がり角）］
の値は、
（光ファイバのコア径）×（光ファイバの開口数）
の値以下であることが望ましいものである。
【００２８】
また、一般に、複数の半導体レーザ素子の
（ファスト軸方向の活性層幅）×［ｓｉｎ（ファスト軸方向の出射広がり角）］
の値の和が、
（光ファイバのコア径）×（光ファイバの開口数）
の値よりも大きい場合には、各半導体レーザ素子から出射される全てのレーザ光を光ファイバに入射することができないので、それぞれの半導体レーザ素子の
（ファスト軸方向の活性層幅）×［ｓｉｎ（ファスト軸方向の出射広がり角）］
の値の和は、
（光ファイバのコア径）×（光ファイバの開口数）
の値以下であることが望ましいものである。
【００２９】
図３は、この発明の第２の実施の形態を示している。すなわち、半導体レーザ素子２０１から出射されたレーザ光２０４は、シリンドリカルレンズ２０２によってファスト軸方向にコリメートされた後、シリンドリカルレンズ２０３によってスロー軸方向にコリメートされる。そして、ほぼ平行になったレーザ光２０４が、集光レンズ２０５によって光ファイバ２１６の入射端面に集光され、光ファイバ２１６に入射される。
【００３０】
同様に、半導体レーザ素子２０６から出射されたレーザ光２１５は、シリンドリカルレンズ２０７及び２０８によりファスト軸方向及びスロー軸方向にそれぞれコリメートされた後、全反射ミラー２１４によって光路が折曲されることにより、集光レンズ２０５によって光ファイバ２１６の入射端面に集光され、光ファイバ２１６に入射される。
【００３１】
また、半導体レーザ素子２１１から出射されたレーザ光２１０は、シリンドリカルレンズ２１２及び２１３によりファスト軸方向及びスロー軸方向にそれぞれコリメートされた後、全反射ミラー２０９によって光路が折曲されることにより、集光レンズ２０５によって光ファイバ２１６の入射端面に集光され、光ファイバ２１６に入射される。
【００３２】
この場合、集光レンズ２０５に入射される３つのレーザ光２０４，２１５，２１０の光軸は、ファスト軸方向に集光レンズ２０５の中心軸から異なる距離にある。このため、各レーザ光２０４，２１５，２１０は、ファスト軸方向に異なる角度で光ファイバ２１６の入射端面に入射される。
【００３３】
この第２の実施の形態のように、半導体レーザ素子２０６，２１１から出射されるレーザ光の光路を、全反射ミラー２１４，２０９によって折曲することにより、半導体レーザ素子２０６，２１１を半導体レーザ素子２０１と併設する位置に設置する必要がなくなり、構造上の自由度を高めることが可能となる。
【００３４】
なお、この発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、複数の半導体レーザ素子からの各出射光を効率的に光ファイバに供給して高い光出力を得ることを可能とし、例えば投射型映像表示装置の光源等として十分に実用に適するファイバレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るファイバレーザ装置の第１の実施の形態を示す図。
【図２】同第１の実施の形態における半導体レーザ素子の活性層を示す図。
【図３】この発明に係るファイバレーザ装置の第２の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１０１，１０５，１０７…半導体レーザ素子、
１０２，１０６，１０８…円形レンズ、
１０３…ロッドレンズ、
１０４…光ファイバ、
２０１，２０６，２１１…半導体レーザ素子、
２０２，２０３…シリンドリカルレンズ、
２０４，２１０，２１５…レーザ光、
２０５…集光レンズ、
２０７，２０８…シリンドリカルレンズ、
２０９，２１４…全反射ミラー、
２１２，２１３…シリンドリカルレンズ、
２１６…光ファイバ。
【図１】
2004128045.tif 000003
【図２】
2004128045.tif 000004
【図３】
2004128045.tif 000005