(57)【要約】【課題】焦点におけるエネルギー密度を高くした半導体レーザ装置およびそれを用いた半導体レーザ励起固体レーザ装置もしくは半導体レーザ励起ファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】点線状に直列したレーザビーム列をさらに並列した２次元アレイ状のレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザ素子の前面に配設され、その点線の向きに対してほぼ垂直な方向に屈折してコリメートされた各レーザビーム列を受光し、各エミッタまたは各エミッタ群からのレーザビームの向きを直角に旋回して放射することにより、実質的な梯子状に並列した複数列のレーザビーム列に変換し、このレーザビーム列の中心軸間隔を近づけて共通の物点から放射されたビーム群に変換してから集光することにより、全てのレーザビームを単一の像に収斂することを特徴とする半導体レーザ装置。【選択図】　　　図７
2004096092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートするとともに各々所定の量だけ中心軸をずらして用いることにより近似的に同一物点から放射されたビームに変換するように光軸の角度変化を発生する第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）から出力されたレーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる圧縮された実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（４０）と、
前記第１のビーム圧縮器（４０）から出力されたレーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートするとともに各々所定の量だけ中心軸をずらして用いることにより近似的に同一物点から放射されたビームに変換するように光軸の角度変化を発生する第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（４０）と、
前記第１のビーム圧縮器（４０）からの出力レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる圧縮された実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（４０）と、
前記第２集光器（８０）または前記ビーム圧縮器（４０）の前面に配設され、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、各列毎に前記第２の方向にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器と、
前記中心光軸を変化させたレーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（４０）と、
前記第２集光器（８０）または前記ビーム圧縮器（４０）の前面に配設され、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、各列毎に前記第２の方向にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第２の集光器（８０）または前記第１のビーム変換器（４０）と前記角度変更器とを一体化したことを特徴とする請求項３または４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、結像させて各列間の距離を縮小する第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記レーザビーム群を受光し、結像させて各列間の距離を縮小する第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）の前面に配設され、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、結像させ、各列間の距離を縮小する第４の集光器（７１）と、
前記第４の集光器（７１）による結像をさらに縮小再結像する第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群のそれぞれを受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）の前面に配設され、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、結像させ、各列間の距離を縮小する第４の集光器（７１）と、
前記第４の集光器（７１）による結像をさらに縮小再結像する第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記第４の集光器による結像面もしくはその近傍に配設され、各列毎に前記第２の方向にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器を備えることを特徴とする請求項８または９に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、複数列の前記第１の方向に延びる圧縮された実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）からの出力レーザビームを列の間隔が短縮された複数列の前記第２の方向に圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記前記第２のビーム圧縮器（１１３）の出力ビームを受け、前記第１の方向のビーム発散角を前記第２の方向のビーム発散角に近づけるための第４の集光器（６０）と、
前記第４の集光器（６０）からの出力レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１２】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からのレーザビーム群を受光し、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）からの出力レーザビームを列の間隔が短縮された複数列の前記第２の方向に圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記前記第２のビーム圧縮器（１１３）の出力ビームを受け、前記第１の方向のビーム発散角を前記第２の方向のビーム発散角に近づけるための第４の集光器（６０）と、
前記第４の集光器（６０）からのレーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１３】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２集光器（８０）からのレーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１５０，１５１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１５０，１５１）の前面に配設され、列の間隔が短縮された複数列の前記第２の方向に延びる圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１５２，１５３）と、
前記第１のビーム圧縮器（１５０，１５１）および／または第２のビーム圧縮器（１５０，１５１）の内部に設置した光軸角度を変化させる角度偏光器と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１４】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、列の間隔が短縮された複数列の前記第２の方向に延びる圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）および／または第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）の内部に設置した光軸角度を変化させる角度偏光器と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記ビーム圧縮器が第１のビーム圧縮器と第２のビーム圧縮器の機能を一体化した２次元のビーム圧縮器（１４０，１４１）であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記第１のビーム圧縮器と前記第２のビーム圧縮器との間に配設され、前記梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、各列ごとに前記第２の方向に延びる実質的な梯子状レーザビームに変換し、その結果、すべてのレーザビームが前記第２の方向に延びる１列の実質的な梯子状レーザビームに変換されて放射する第２のビーム変換器（５０）を備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記第１のビーム圧縮器と前記第２のビーム圧縮器との間に配設され、前記梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、各列ごとに前記第２の方向に延びる実質的な梯子状レーザビームに変換し、その結果、すべてのレーザビームが前記第２の方向に延びる１列の実質的な梯子状レーザビームに変換されて放射する第２のビーム変換器（５０）と、
前記第２のビーム変換器（５０）の前面に配設され、前記第２の方向にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器とを備えることを特徴とする請求項１６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記第１のビーム圧縮器と前記第２のビーム変換器との間に配設され、前記梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向の延びる実質的な梯子状レーザービーム群を受光し、各列毎のレーザービームを第１の方向に屈折させてコリメートして放射する第５の集光器（１５４）を備えることを特徴とする請求項１６または１７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１９】
前記第５の集光器（１５４）がシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項２０】
前記第１のビーム変換器と前記第２の集光器との間に配設され、各列ごとに前記第２の方向に光軸を平行シフトするシフターを備えることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項２１】
前記第１の集光器と前記第１のビーム変換器との間に配設され、各列ごとに前記第２の方向に光軸を平行シフトするシフターを備えることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項２２】
前記第２の集光器がシリンドリカルレンズの１次元アレイであることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項２３】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を並列して備え、前記第２の方向にコリメートされ、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器５０と、
前記第１のビーム変換器５０の前面に配設され、前記第１の方向に圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、前記第１の方向のビーム発散角を前記第２の方向の発散角に近づけるための第２の集光器（６０）と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２４】
レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を並列して備え、前記第２の方向にコリメートされ、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器５０と、
前記第１のビーム変換器５０の前面に配設され、前記第１の方向に圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第２のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、前記第１の方向のビーム発散角を前記第２の方向の発散角に近づけるための第２の集光器（６０）と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２５】
前記第２のビーム圧縮器と前記第１のビーム変換器との間に配設され、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザービーム群を受光し、各列毎のレーザービームを、さらに、前記第２の方向に屈折させてコリメートして放射する第５の集光器（１５５）を備えることを特徴とする請求項２４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項２６】
前記第５の集光器（１５５）がシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項２５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項２７】
前記第２のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器とを備えることを特徴とする請求項２５または２６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項２８】
前記角度変更器が傾斜透明板またはウェッジプリズムのアレイであることを特徴とする請求項３〜５、１０、１３〜１４、１７〜２２、および、２７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項２９】
前記角度変更器がシリンドリカルレンズのアレイであることを特徴とする請求項３〜５、１０、１３〜１４、１７〜２２、および、２７〜２８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３０】
前記角度変更器がセグメント式の反射鏡であることを特徴とする請求項３〜５、１０、１３〜１４、１７〜２２、および、２７〜２９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３１】
前記ビーム圧縮器がアナモルフィックプリズムまたはアナモルフィックプリズムペアであることを特徴とする請求項１〜３０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３２】
前記ビーム圧縮器が１次元もしくは２次元のレンズによるテレスコープであることを特徴とする請求項１〜３１のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３３】
前記ビーム圧縮器が１次元もしくは２次元のパラボリックミラーによるテレスコープであることを特徴とする請求項１〜３２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３４】
前記第１の集光器がシリンドリカルレンズの１次元アレイであることを特徴とする請求項１〜３３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３５】
前記第１の集光器の前面に、各列毎に、前記第２の方向に光軸角度を微調整する角度調整器を備えることを特徴とする請求項１〜３４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３６】
前記角度調整器は、少なくとも２個のウエッジ板を逆向きに組み合わせ、少なくとも１個のウエッジ板を回転可能に構成したものであることを特徴とする請求項３５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３７】
光軸に垂直な断面が第１の軸を有する入射光線を受光するための受光部と、
前記光線断面の第１の軸をほぼ直角に旋回させる光学系と、
前記光学系を通過した出射光線を出射する出射部とを備える複数光学素子を、前記光学素子がレーザビームの光軸上に、該各光学素子の受光部と出射部とをそれぞれ同一面上に隣接させて２次元的に配列したビーム変換器をビーム変換器として用いたことを特徴とする請求項１〜３６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３８】
前記光学素子が、反射面で画定された空間であって、鉛直でかつ入射光線に対してほぼ４５゜傾いた前記第１の反射面と、入射光線に対し平行で水平面に対してほぼ４５゜傾いた前記第２の反射面と、入射光線に平行な鉛直面に対し垂直でかつ前記第１の反射面と第２の反射面との交線と平行で水平面に対してはほぼ４５゜傾いた前記第３の反射面とを供する空間であることを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３９】
前記光学素子が、第１の全反射面と第２の全反射面と第３の全反射面と入射面と出射面と接合面とからなるプリズムであり、第１、第２、第３の全反射面が互いに交差角６０゜で交わり、互いに平行な入射面と出射面とが第２の全反射面と直交し、第１および第３の全反射面に対してほぼ４５゜傾き、接合面が第２の全反射面と平行なプリズムであり、該プリズムが第３の全反射面と入射面と出射面とをそれぞれ同一面上に隣接させて隣り合うプリズムの接合面と第２の全反射面とを接合したプリズムの１次元アレイ、もしくは、プリズムの１次元アレイをさらに並列した２次元アレイをビーム変換器として用いたことを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４０】
互いに平行な第１及び第２の平面と、前記第１の平面と１３５゜の挟角をもって交わる第３の平面と、前記第１の平面に対してｔａｎ−１（１／√２）の角度で交差する方向に、その稜線並びに谷線が延在する折れ曲がり角が６０゜をなす山と谷とが洗濯板状に連続形成された周期的屈曲面からなり、かつ、各稜線並びに角谷線が前記第３の平面と平行な第４の面を有し、前記第１の平面を入射面とし、前記第２の平面を出射面とし、前記第４の面を構成する屈曲面のうち前記第１の平面と４５゜の挟角をもって交わる面を第１の反射面とし、他の面を第２の反射面とし、前記第３の平面を第３の反射面とした光学ガラス体、もしくは、該光学ガラス体をさらに並列した１次元アレイをビーム変換器として用いたことを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４１】
入射光軸に垂直な平面と１３５°の挟角をもって交わる第１の平面と前記入射光軸に垂直な平面に対してｔａｎ−１（１√２）の角度で交差する方向に、その稜線並びに谷線が延在する折れ曲がり角が６０°をなす山と谷とが洗濯板状に連続形成された周期的屈曲面からなり、かつ、各稜線並びに各谷線が前記第１の平面と平行な第２の面を有し、前記第１の平面および第２の面には鏡面処理が施され、前記第２の面を構成する屈曲面のうち前記入射光軸に垂直な平面と４５°の挟角をもって交わる面を第１の反射面とし、他の面を第２の反射面とし、前記第１の平面を第３の反射面としたミラー構造体、もしくは、該ミラー構造体をさらに並列した１次元アレイをビーム変換器として用いたことを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４２】
前記光学素子が、軸をほぼ４５゜傾けた凸型のシリンドリカルレンズの対を所定の距離空間を挟んで対向配置したものであることを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４３】
前記ビーム変換器が、軸をほぼ４５゜傾けた凸型のシリンドリカルレンズの対を所定の距離空間を挟んで対向配置したものを複数配列したものの１次元アレイであることを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４４】
前記シリンドリカルレンズの対において、出射側レンズの曲率半径が、入射側レンズの曲率半径より小さいことを特徴とする請求項４２または４３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４５】
前記光学素子が、側面の両端に凸型のレンズ部分を有するシリンドリカルレンズであり、該光学素子を複数、入射光線に対してほぼ４５゜傾けて接合させたものであることを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４６】
前記ビーム変換器が、側面の両端に凸型のレンズ部分を有するシリンドリカルレンズを複数、入射光線に対してほぼ４５゜傾けて接合させたものの１次元アレイであることを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４７】
前記凸型レンズにおいて、出射側レンズの曲率半径が、入射側レンズの曲率半径より小さいことを特徴とする請求項４５または４６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４８】
前記ビーム変換器が、断面が長方形をなす光学ガラス製角柱の入射面と出射面とに同じ方向にほぼ４５゜傾いた円柱状表面を複数形成し、各円柱表面に入射した入射光線の断面がほぼ９０゜旋回して出射するようにしたことを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４９】
前記円柱状表面において、出射側表面の曲率半径が、入射側表面の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項４８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５０】
前記光学素子が、断面が台形をなすダブプリズムであり、該光学素子を複数、ほぼ４５°傾けて配設したものであることを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５１】
前記光学素子が、回折により中心軸に垂直な方向にのみパワーが変化する２つの光学要素を対向させ、中心軸をほぼ４５°傾けて配設したものであることを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５２】
前記ビーム変換器が、入射側と出射側と１対のバイナリオプティクス素子を所定の距離空間を挟んで対向配置したものからなり、入射側バイナリオプティクス素子と出射側バイナリオプティクス素子の表面に、ほぼ４５°傾いた中心軸に対して対称に、中心軸に垂直な方向にのみパワーが変化するように深さを変化させた軸対称な階段状表面を複数形成し、各軸対称な階段状表面に入射した入射光線の断面がほぼ９０°旋回して出射するようにしたことを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５３】
前記光学素子が、屈折率が連続的に変化した構造からなり配設の向きと垂直な方向にのみパワーが変化する光学要素を水平面に対してほぼ４５°傾けて配置したことを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５４】
前記ビーム変換器が、中央面で最も屈折率が高く側面に近づくほど屈折率が低くなる光学ガラス体からなる１次元分布屈折率レンズ要素を複数、前記中央面が水平面に対してほぼ４５°傾けて接合させたものであることを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５５】
前記ビーム変換器が、光学ガラス板の両面に、同じ方向にそれぞれ対になるほぼ４５°傾いた半円柱状の分布屈折率レンズ要素を対向配置したものからなり、半円の中心が最も屈折率が高く、外側になる程屈折率が低くなるレンズ要素を複数形成したものであることを特徴とする請求項３７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５６】
前記第１の集光器を前面に備えるスタックアレイレーザダイオードを少なくとも２基備え、かつ、該第１の集光器の前面に、該集光器から出射する少なくとも２つのレーザビーム群を結合する光学機器を備えたことを特徴とする請求項１〜５５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５７】
前記スタックアレイレーザダイオードを少なくとも２基備え、かつ、前記第３の集光器の後面に、該集光器に入射する少なくとも２つのレーザビーム群を波長結合する光学機器を備えたことを特徴とする請求項１〜５５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５８】
前記第１の集光器を前面に備えるスタックアレイレーザダイオードを少なくとも３基備え、かつ、該第１の集光器の前面に、該集光器から出射する少なくとも２つのレーザビーム群を結合する光学機器を備え、かつ、前記第３の集光器の後面に、該集光器に入射する少なくとも２つのレーザビーム群を波長結合する光学機器を備えたことを特徴とする請求項１〜５５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５９】
前記光学機器が偏光素子であることを特徴とする請求項５６または５８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６０】
前記光学機器が、前記スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで透過窓を形成したミラーであることを特徴とする請求項５６または５８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６１】
前記光学機器が、前記スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで配置したミラーからなることを特徴とする請求項５６または５８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６２】
前記光学機器が、前記スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで配置した直角プリズムからなることを特徴とする請求項５６または５８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６３】
前記光学機器が、ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項５７または５８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６４】
前記第３の集光器の焦点面に端面を有する光ファイバを備えることを特徴とする請求項１〜６３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６５】
前記光ファイバがコアに希土類元素をドープした光ファイバであることを特徴とする請求項６４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６６】
請求項１〜６５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置と、励起光受光面が、前記第３の集光器の焦点位置に整合された固体レーザ素子を備えることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６７】
請求項６４に記載の半導体レーザ装置と、請求項６４に記載の光ファイバから出射する光をコリメートして焦点に収斂する光学系と、励起光受光面を有し、かつ、該励起光受光面が、該焦点の位置に整合された固体レーザ素子を備えることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６８】
前記光ファイバがコアに希土類元素をドープした光ファイバであることを特徴とする請求項６７に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタックアレイレーザダイオードに用いるビーム変換器、および、ビーム変換器を用いたレーザ装置に関するものである。本発明は、さらに、半導体レーザ光を微小スポットに集光する半導体レーザ集光器、および、半導体レーザ光で固体レーザ素子を光励起する半導体レーザ励起固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体レーザの活性層ストライプが一次元的に配列したリニアアレイの半導体レーザとしてＣＷ（連続発振）出力５０Ｗ程度のものが入手できる。リニアアレイ半導体レーザは、例えば、図１に示すように、幅が１００μｍ〜２００μｍの端部がエミッタとなっているストライプ１０〜数１０本が、全幅１ｃｍの平面内に一定間隔で配列している。
【０００３】
このようなリニアアレイ半導体レーザをいくつか積み重ね、図２のように、２次元アレイとすることにより、容易に出力アップを図ることができる。このような２次元アレイ半導体レーザはスタックアレイ半導体レーザと呼ばれる。市中にてｋＷクラスの出力のものが入手できる。このスタックアレイレーザ光を光学系を用いて直接集光し、十分に細いスポットに絞ることができれば、レーザ加工をはじめ幅広い応用に供することができるはずである。
【０００４】
１個のスタックアレイ半導体レーザ素子からは、スタック層の数をｎとして、（１０〜数１０）×ｎ本のレーザ光が出射する、２次元アレイ状に線分が配列した光源を得ることができる。また、Ｑｕａｓｉ−ＣＷ半導体レーザのような高出力半導体レーザは、たくさんのエミッタが密集して配列し、出射光が隣のエミッタからの出射光と出射直後に混じり合って、ほぼ連続した直線状の光源がスタック層の数だけ並列した光源を与える。
【０００５】
各ストライプ光は各々扁平な光源から発したものであり、ビーム発散角は活性層に対し垂直成分φが大きく、約４０°〜５０°であり、平行成分θは小さく、約１０°である。以下、発散角の大きい活性層に対して垂直な方向を速軸と呼び、発散角の小さい活性層に対して平行な方向を遅軸と呼ぶ。発光源の幅は速軸側が狭く１μｍ以下であり、遅軸側は広く上述のように１００μｍ〜２００μｍである。
【０００６】
例えば、スタックアレイＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）として、厚さ１μｍ、幅２００μｍのストライプ１２本がピッチ８００μｍで配列し、このリニアアレイが、さらに数層スタックしたものを考える。ストライプ光の遅軸成分はビーム発散角１０゜を有するので、ストライプの出射端から３．４ｍｍのところで隣同士のストライプ光が重なり合う。その重合の後にレンズを置いたときは、一部の光はレンズの軸に対して角度を持つ光線となり、フォーカシングレンズの焦点と異なる点に集束するため、システムの効率を低下させる。
【０００７】
このため、マイクロシリンドリカルレンズアレイを用いて前記各ストライプ列からの放射光を各々コリメートするためには、３．４ｍｍ以内の接近した位置にレンズ（焦点距離ｆ１≦３．４ｍｍ）を置く必要がある。コリメート光を集束する集光レンズの焦点距離ｆ２との組み合わせで決まる倍率（ｆ２／ｆ１）をストライプの幅に掛けて集束スポット径を求めると大きくならざるを得ない。
【０００８】
このように従来、２次元アレイ状に線分が配列した光源を与えるスタックアレイＬＤの出射レーザ光を小さい面積に高密度に集中させることは困難であった。スタックアレイ半導体レーザを、レーザの産業応用として主要な部分を占めるレーザ加工や医療用目的に利用するためには、狭い領域に高水準の光エネルギーを集中する特別の工夫が必要である。
【０００９】
また、スタックアレイ半導体レーザを固体レーザの励起光源として用いようとすると、上記したようにアレイの幅は長さ１ｃｍ程に亘るので、通常のレンズ系を用いて複数ビームを１つのスポット状に絞り込めず、励起効率の良い端面励起方式が採用できないことから側面励起方式にしか適用できなかった。一方、固体レーザの光軸方向から光励起する端面励起方式によると、固体レーザ発振のモード空間に半導体レーザ出力光による励起空間をマッチングさせることによって高効率な単一基本横モード発振を実現し得る。
【００１０】
さらに、端面励起固体レーザの発展形とも考えられるダブルクラッドファイバーレーザにおいても励起空間のマッチングが重要である。ダブルクラッドファイバーレーザは高効率の輝度圧縮装置とみなすこともできるが、励起光の入力開口が６００μｍ×２４０μｍ程度と狭いので高出力化のために高水準の半導体レーザ光を集中する特別の工夫を必要としていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した問題に鑑み、本発明の目的は、スタックアレイ半導体レーザを用いた半導体レーザ装置に用いて、半導体レーザ装置の焦点を極めて小さくしてエネルギー密度を高くすることを可能にするための新規なビーム変換器を提供することとともに、このビーム変換器を用いてスタックアレイ半導体レーザを用いた半導体レーザ装置の焦点におけるエネルギー密度を高くした半導体レーザ装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、上記半導体レーザ装置を用いた、強力な半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決したもので、その要旨とするところは、以下の通りである。なお、本発明の記述では、前面とは集光点側を意味するものとする。また、理解を容易にするために、実施例の符号を（数字）にて示してある。
【００１４】
［１］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートするとともに各々所定の量だけ中心軸をずらして用いることにより近似的に同一物点から放射されたビームに変換するように光軸の角度変化を発生する第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）から出力されたレーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる圧縮された実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（４０）と、
前記第１のビーム圧縮器（４０）から出力されたレーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００１５】
［２］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートするとともに各々所定の量だけ中心軸をずらして用いることにより近似的に同一物点から放射されたビームに変換するように光軸の角度変化を発生する第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（４０）と、
前記第１のビーム圧縮器（４０）からの出力レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００１６】
［３］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる圧縮された実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（４０）と、
前記第２集光器（８０）または前記ビーム圧縮器（４０）の前面に配設され、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、各列毎に前記第２の方向にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器と、
前記中心光軸を変化させたレーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００１７】
［４］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（４０）と、
前記第２集光器（８０）または前記ビーム圧縮器（４０）の前面に配設され、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、各列毎に前記第２の方向にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００１８】
［５］　前記第２の集光器（８０）または前記第１のビーム変換器（４０）と前記角度変更器とを一体化したことを特徴とする前記［３］または［４］に記載の半導体レーザ装置。
【００１９】
［６］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、結像させて各列間の距離を縮小する第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００２０】
［７］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記レーザビーム群を受光し、結像させて各列間の距離を縮小する第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００２１】
［８］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）の前面に配設され、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、結像させ、各列間の距離を縮小する第４の集光器（７１）と、
前記第４の集光器（７１）による結像をさらに縮小再結像する第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００２２】
［９］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群のそれぞれを受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）の前面に配設され、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、結像させ、各列間の距離を縮小する第４の集光器（７１）と、
前記第４の集光器（７１）による結像をさらに縮小再結像する第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００２３】
［１０］　前記第４の集光器による結像面もしくはその近傍に配設され、各列毎に前記第２の方向にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器を備えることを特徴とする前記［８］または［９］に記載の半導体レーザ装置。
【００２４】
［１１］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、複数列の前記第１の方向に延びる圧縮された実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）からの出力レーザビームを列の間隔が短縮された複数列の前記第２の方向に圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記前記第２のビーム圧縮器（１１３）の出力ビームを受け、前記第１の方向のビーム発散角を前記第２の方向のビーム発散角に近づけるための第４の集光器（６０）と、
前記第４の集光器（６０）からの出力レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００２５】
［１２］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からのレーザビーム群を受光し、複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）からの出力レーザビームを列の間隔が短縮された複数列の前記第２の方向に圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記前記第２のビーム圧縮器（１１３）の出力ビームを受け、前記第１の方向のビーム発散角を前記第２の方向のビーム発散角に近づけるための第４の集光器（６０）と、
前記第４の集光器（６０）からのレーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００２６】
［１３］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、各列毎に前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）からの出力レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２集光器（８０）からのレーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１５０，１５１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１５０，１５１）の前面に配設され、列の間隔が短縮された複数列の前記第２の方向に延びる圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１５２，１５３）と、
前記第１のビーム圧縮器（１５０，１５１）および／または第２のビーム圧縮器（１５０，１５１）の内部に設置した光軸角度を変化させる角度偏光器と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００２７】
［１４］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を各列内に並列して備え、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器（３０）と、
前記第１のビーム変換器（３０）の前面に配設され、前記第１のビーム変換器（３０）から出力されたレーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第２の集光器（８０）と、
前記第２の集光器（８０）からの出力レーザビーム群を受光し、梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、列の間隔が短縮された複数列の前記第２の方向に延びる圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）および／または第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）の内部に設置した光軸角度を変化させる角度偏光器と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００２８】
［１５］　前記ビーム圧縮器が第１のビーム圧縮器と第２のビーム圧縮器の機能を一体化した２次元のビーム圧縮器（１４０，１４１）であることを特徴とする前記［１３］または［１４］に記載の半導体レーザ装置。
【００２９】
［１６］　前記第１のビーム圧縮器と前記第２のビーム圧縮器との間に配設され、前記梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、各列ごとに前記第２の方向に延びる実質的な梯子状レーザビームに変換し、その結果、すべてのレーザビームが前記第２の方向に延びる１列の実質的な梯子状レーザビームに変換されて放射する第２のビーム変換器（５０）を備えることを特徴とする前記［１３］または［１４］に記載の半導体レーザ装置。
【００３０】
［１７］　前記第１のビーム圧縮器と前記第２のビーム圧縮器との間に配設され、前記梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群を受光して、各列ごとに前記第２の方向に延びる実質的な梯子状レーザビームに変換し、その結果、すべてのレーザビームが前記第２の方向に延びる１列の実質的な梯子状レーザビームに変換されて放射する第２のビーム変換器（５０）と、
前記第２のビーム変換器（５０）の前面に配設され、前記第２の方向にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器とを備えることを特徴とする前記［１６］に記載の半導体レーザ装置。
【００３１】
［１８］　前記第１のビーム圧縮器と前記第２のビーム変換器との間に配設され、前記梯子の間隔が短縮された複数列の前記第１の方向の延びる実質的な梯子状レーザービーム群を受光し、各列毎のレーザービームを第１の方向に屈折させてコリメートして放射する第５の集光器（１５４）を備えることを特徴とする前記［１６］または［１７］に記載の半導体レーザ装置。
【００３２】
［１９］　前記第５の集光器（１５４）がシリンドリカルレンズであることを特徴とする前記［１８］に記載の半導体レーザ装置。
【００３３】
［２０］　前記第１のビーム変換器と前記第２の集光器との間に配設され、各列ごとに前記第２の方向に光軸を平行シフトするシフターを備えることを特徴とする前記［１］〜［１９］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００３４】
［２１］　前記第１の集光器と前記第１のビーム変換器との間に配設され、各列ごとに前記第２の方向に光軸を平行シフトするシフターを備えることを特徴とする前記［１］〜［２０］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００３５】
［２２］　前記第２の集光器がシリンドリカルレンズの１次元アレイであることを特徴とする前記［１］〜［２１］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００３６】
［２３］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を並列して備え、前記第２の方向にコリメートされ、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器５０と、
前記第１のビーム変換器５０の前面に配設され、前記第１の方向に圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、前記第１の方向のビーム発散角を前記第２の方向の発散角に近づけるための第２の集光器（６０）と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００３７】
［２４］　レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビーム要素が２次元アレイ状に配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオード、または、レーザビームを放射する第１の方向に長い多数のエミッタが、該第１の方向に直線的に密集して並ぶように、しかも複数列配列して設けられ、レーザビームが直線状にほぼ連続したものが複数列配列したレーザビーム群を放射するスタックアレイレーザダイオードと、
前記スタックアレイレーザダイオードの前面に配設され、前記レーザビーム群を各列毎に前記第１の方向に対してほぼ直角な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器（２０）と、
前記第１の集光器（２０）の前面に配設され、前記第２の方向にコリメートされたレーザビーム群を受光して、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザビーム群に変換して放射する第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）と、
前記第２のビーム圧縮器（１１２，１１３）の前面に配設され、各列内のレーザビーム群を区分し、区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位として、そのレーザビーム単位の断面の軸をほぼ直角に曲げる光学素子を並列して備え、前記第２の方向にコリメートされ、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザビーム群を受光して前記光学素子毎に該レーザビーム単位の断面の軸を旋回して、該区分された複数のレーザビームのそれぞれを単位とした前記第１の方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射する第１のビーム変換器５０と、
前記第１のビーム変換器５０の前面に配設され、前記第１の方向に圧縮されたレーザビーム群に変換して放射する第１のビーム圧縮器（１１０，１１１）と、
前記第２のビーム圧縮器（１１０，１１１）の前面に配設され、前記第１の方向のビーム発散角を前記第２の方向の発散角に近づけるための第２の集光器（６０）と、
前記レーザビーム群を集光させる第３の集光器（７０）と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００３８】
［２５］　前記第２のビーム圧縮器と前記第１のビーム変換器との間に配設され、前記第２の方向の光軸間隔が短縮されたレーザービーム群を受光し、各列毎のレーザービームを、さらに、前記第２の方向に屈折させてコリメートして放射する第５の集光器（１５５）を備えることを特徴とする前記［２４］に記載の半導体レーザ装置。
【００３９】
［２６］　前記第５の集光器（１５５）がシリンドリカルレンズであることを特徴とする前記［２５］に記載の半導体レーザ装置。
【００４０】
［２７］　前記第２のビーム圧縮器の前面にビーム群の中心光軸を変化させ実質的に同一の物点から出たビーム群とする角度変更器とを備えることを特徴とする前記［２５］または［２６］に記載の半導体レーザ装置。
【００４１】
［２８］　前記角度変更器が傾斜透明板またはウェッジプリズムのアレイであることを特徴とする前記［３］〜［５］、［１０］、［１３］〜［１４］、［１７］〜［２２］、および、［２７］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００４２】
［２９］　前記角度変更器がシリンドリカルレンズのアレイであることを特徴とする前記［３］〜［５］、［１０］、［１３］〜［１４］、［１７］〜［２２］、および、［２７］〜［２８］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００４３】
［３０］　前記角度変更器がセグメント式の反射鏡であることを特徴とする前記［３］〜［５］、［１０］、［１３］〜［１４］、［１７］〜［２２］、および、［２７］〜［２９］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【００４４】
［３１］　前記ビーム圧縮器がアナモルフィックプリズムまたはアナモルフィックプリズムペアであることを特徴とする前記［１］〜［３０］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００４５】
［３２］　前記ビーム圧縮器が１次元もしくは２次元のレンズによるテレスコープであることを特徴とする前記［１］〜［３１］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００４６】
［３３］　前記ビーム圧縮器が１次元もしくは２次元のパラボリックミラーによるテレスコープであることを特徴とする前記［１］〜［３２］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００４７】
［３４］　前記第１の集光器がシリンドリカルレンズの１次元アレイであることを特徴とする前記［１］〜［３３］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００４８】
［３５］　前記第１の集光器の前面に、各列毎に、前記第２の方向に光軸角度を微調整する角度調整器を備えることを特徴とする前記［１］〜［３４］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００４９】
［３６］　前記角度調整器は、少なくとも２個のウエッジ板を逆向きに組み合わせ、少なくとも１個のウエッジ板を回転可能に構成したものであることを特徴とする前記［３５］に記載の半導体レーザ装置。
【００５０】
［３７］　光軸に垂直な断面が第１の軸を有する入射光線を受光するための受光部と、
前記光線断面の第１の軸をほぼ直角に旋回させる光学系と、
前記光学系を通過した出射光線を出射する出射部とを備える複数光学素子を、前記光学素子がレーザビームの光軸上に、該各光学素子の受光部と出射部とをそれぞれ同一面上に隣接させて２次元的に配列したビーム変換器をビーム変換器として用いたことを特徴とする前記［１］〜［３６］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００５１】
［３８］　前記光学素子が、反射面で画定された空間であって、鉛直でかつ入射光線に対してほぼ４５゜傾いた前記第１の反射面と、入射光線に対し平行で水平面に対してほぼ４５゜傾いた前記第２の反射面と、入射光線に平行な鉛直面に対し垂直でかつ前記第１の反射面と第２の反射面との交線と平行で水平面に対してはほぼ４５゜傾いた前記第３の反射面とを供する空間であることを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００５２】
［３９］　前記光学素子が、第１の全反射面と第２の全反射面と第３の全反射面と入射面と出射面と接合面とからなるプリズムであり、第１、第２、第３の全反射面が互いに交差角６０゜で交わり、互いに平行な入射面と出射面とが第２の全反射面と直交し、第１および第３の全反射面に対してほぼ４５゜傾き、接合面が第２の全反射面と平行なプリズムであり、該プリズムが第３の全反射面と入射面と出射面とをそれぞれ同一面上に隣接させて隣り合うプリズムの接合面と第２の全反射面とを接合したプリズムの１次元アレイ、もしくは、プリズムの１次元アレイをさらに並列した２次元アレイをビーム変換器として用いたことを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００５３】
［４０］　互いに平行な第１及び第２の平面と、前記第１の平面と１３５゜の挟角をもって交わる第３の平面と、前記第１の平面に対してｔａｎ−１（１／√２）の角度で交差する方向に、その稜線並びに谷線が延在する折れ曲がり角が６０゜をなす山と谷とが洗濯板状に連続形成された周期的屈曲面からなり、かつ、各稜線並びに角谷線が前記第３の平面と平行な第４の面を有し、前記第１の平面を入射面とし、前記第２の平面を出射面とし、前記第４の面を構成する屈曲面のうち前記第１の平面と４５゜の挟角をもって交わる面を第１の反射面とし、他の面を第２の反射面とし、前記第３の平面を第３の反射面とした光学ガラス体、もしくは、該光学ガラス体をさらに並列した１次元アレイをビーム変換器として用いたことを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００５４】
［４１］　入射光軸に垂直な平面と１３５°の挟角をもって交わる第１の平面と前記入射光軸に垂直な平面に対してｔａｎ−１（１√２）の角度で交差する方向に、その稜線並びに谷線が延在する折れ曲がり角が６０°をなす山と谷とが洗濯板状に連続形成された周期的屈曲面からなり、かつ、各稜線並びに各谷線が前記第１の平面と平行な第２の面を有し、前記第１の平面および第２の面には鏡面処理が施され、前記第２の面を構成する屈曲面のうち前記入射光軸に垂直な平面と４５°の挟角をもって交わる面を第１の反射面とし、他の面を第２の反射面とし、前記第１の平面を第３の反射面としたミラー構造体、もしくは、該ミラー構造体をさらに並列した１次元アレイをビーム変換器として用いたことを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００５５】
［４２］　前記光学素子が、軸をほぼ４５゜傾けた凸型のシリンドリカルレンズの対を所定の距離空間を挟んで対向配置したものであることを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００５６】
［４３］　前記ビーム変換器が、軸をほぼ４５゜傾けた凸型のシリンドリカルレンズの対を所定の距離空間を挟んで対向配置したものを複数配列したものの１次元アレイであることを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００５７】
［４４］　前記シリンドリカルレンズの対において、出射側レンズの曲率半径が、入射側レンズの曲率半径より小さいことを特徴とする前記［４２］または［４３］に記載の半導体レーザ装置。
【００５８】
［４５］　前記光学素子が、側面の両端に凸型のレンズ部分を有するシリンドリカルレンズであり、該光学素子を複数、入射光線に対してほぼ４５゜傾けて接合させたものであることを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００５９】
［４６］　前記ビーム変換器が、側面の両端に凸型のレンズ部分を有するシリンドリカルレンズを複数、入射光線に対してほぼ４５゜傾けて接合させたものの１次元アレイであることを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００６０】
［４７］　前記凸型レンズにおいて、出射側レンズの曲率半径が、入射側レンズの曲率半径より小さいことを特徴とする前記［４５］または［４６］に記載の半導体レーザ装置。
【００６１】
［４８］　前記ビーム変換器が、断面が長方形をなす光学ガラス製角柱の入射面と出射面とに同じ方向にほぼ４５゜傾いた円柱状表面を複数形成し、各円柱表面に入射した入射光線の断面がほぼ９０゜旋回して出射するようにしたことを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
［４９］　前記円柱状表面において、出射側表面の曲率半径が、入射側表面の曲率半径より小さいことを特徴とする前記［４８］に記載の半導体レーザ装置。
【００６２】
［５０］　前記光学素子が、断面が台形をなすダブプリズムであり、該光学素子を複数、ほぼ４５°傾けて配設したものであることを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００６３】
［５１］　前記光学素子が、回折により中心軸に垂直な方向にのみパワーが変化する２つの光学要素を対向させ、中心軸をほぼ４５°傾けて配設したものであることを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００６４】
［５２］　前記ビーム変換器が、入射側と出射側と１対のバイナリオプティクス素子を所定の距離空間を挟んで対向配置したものからなり、入射側バイナリオプティクス素子と出射側バイナリオプティクス素子の表面に、ほぼ４５°傾いた中心軸に対して対称に、中心軸に垂直な方向にのみパワーが変化するように深さを変化させた軸対称な階段状表面を複数形成し、各軸対称な階段状表面に入射した入射光線の断面がほぼ９０°旋回して出射するようにしたことを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００６５】
［５３］　前記光学素子が、屈折率が連続的に変化した構造からなり配設の向きと垂直な方向にのみパワーが変化する光学要素を水平面に対してほぼ４５°傾けて配置したことを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００６６】
［５４］　前記ビーム変換器が、中央面で最も屈折率が高く側面に近づくほど屈折率が低くなる光学ガラス体からなる１次元分布屈折率レンズ要素を複数、前記中央面が水平面に対してほぼ４５°傾けて接合させたものであることを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００６７】
［５５］　前記ビーム変換器が、光学ガラス板の両面に、同じ方向にそれぞれ対になるほぼ４５°傾いた半円柱状の分布屈折率レンズ要素を対向配置したものからなり、半円の中心が最も屈折率が高く、外側になる程屈折率が低くなるレンズ要素を複数形成したものであることを特徴とする前記［３７］に記載の半導体レーザ装置。
【００６８】
［５６］　前記第１の集光器を前面に備えるスタックアレイレーザダイオードを少なくとも２基備え、かつ、該第１の集光器の前面に、該集光器から出射する少なくとも２つのレーザビーム群を結合する光学機器を備えたことを特徴とする前記［１］〜［５５］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００６９】
［５７］　前記スタックアレイレーザダイオードを少なくとも２基備え、かつ、前記第３の集光器の後面に、該集光器に入射する少なくとも２つのレーザビーム群を波長結合する光学機器を備えたことを特徴とする前記［１］〜［５５］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００７０】
［５８］　前記第１の集光器を前面に備えるスタックアレイレーザダイオードを少なくとも３基備え、かつ、該第１の集光器の前面に、該集光器から出射する少なくとも２つのレーザビーム群を結合する光学機器を備え、かつ、前記第３の集光器の後面に、該集光器に入射する少なくとも２つのレーザビーム群を波長結合する光学機器を備えたことを特徴とする前記［１］〜［５５］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００７１】
［５９］　前記光学機器が偏光素子であることを特徴とする前記［５６］または［５８］に記載の半導体レーザ装置。
【００７２】
［６０］　前記光学機器が、前記スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで透過窓を形成したミラーであることを特徴とする前記［５６］または［５８］に記載の半導体レーザ装置。
【００７３】
［６１］　前記光学機器が、前記スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで配置したミラーからなることを特徴とする前記［５６］または［５８］に記載の半導体レーザ装置。
【００７４】
［６２］　前記光学機器が、前記スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで配置した直角プリズムからなることを特徴とする前記［５６］または［５８］に記載の半導体レーザ装置。
【００７５】
［６３］　前記光学機器が、ダイクロイックミラーであることを特徴とする前記［５７］または［５８］に記載の半導体レーザ装置。
【００７６】
［６４］　前記第３の集光器の焦点面に端面を有する光ファイバを備えることを特徴とする前記［１］〜［６３］のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【００７７】
［６５］　前記光ファイバがコアに希土類元素をドープした光ファイバであることを特徴とする前記［６４］に記載の半導体レーザ装置。
【００７８】
［６６］　前記［１］〜［６５］のいずれかに記載の半導体レーザ装置と、励起光受光面が、前記第３の集光器の焦点位置に整合された固体レーザ素子を備えることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【００７９】
［６７］　前記［６４］に記載の半導体レーザ装置と、前記［６４］に記載の光ファイバから出射する光をコリメートして焦点に収斂する光学系と、励起光受光面を有し、かつ、該励起光受光面が、該焦点の位置に整合された固体レーザ素子を備えることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【００８０】
［６８］　前記光ファイバがコアに希土類元素をドープした光ファイバであることを特徴とする前記［６７］に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【００８１】
【発明の実施の形態】
スタックアレイレーザダイオードは、速軸と遅軸とでビームの発散角が異なるため集光しにくいということは上に述べた。本発明では、各軸ごとに適切なコリメーションを可能とするためビームを９０°回転させる手法をとる。これにより発散の大きい速軸を先にコリメートし、発散の小さい遅軸側を後からゆっくり落ち着いて独立にコリメートすることが可能となる。
【００８２】
また、スタックアレイレーザダイオードは互いに平行な光軸を持つ複数の光源が同一面上に配置された面状光源である。このような光源を集光する際の結像について考察する。
【００８３】
図３は焦点距離ｆの集光レンズに平行ビームが入射した様子を示す。簡単のため２本の平行ビームの場合を示している。この場合は全てのビームがレンズの焦点に集光され中心軸上において単一の像が得られる。
【００８４】
一方、互いの光軸は平行であるが発散角を持つビームが集光レンズに入射すると、発散角の影響で像がレンズの焦点よりも遠い側に移動するためにレンズの中心軸からはずれた位置にて別々の像を結ぶ。
【００８５】
この様子を図４に示す。簡単のため２本のビームの場合を、ロウソクを使って模式的に示している。幾何光学的には有限の距離に置かれた、異なる物点から出た光は異なる像を結ぶということに他ならない。スタックアレイレーザダイオードは図４の場合に相当するが、このように別々の像点に結像したのでは光強度の増強が得られず狭い領域に高水準のエネルギーを集中することができない。
【００８６】
こうした事情については、本発明の発明者の一人が複数本の光ファイバから放射されるビームについてよく検討し、特開平２００１−２５５４９１号公報として開示している。その要旨は、大別して以下の２つの方法に集約できる。
【００８７】
すなわち、一つは、それぞれのビームに所定の角度を与え、集光レンズから見てあたかも同一の光源から放射されてきたかのようにするものである。すなわち、図５に示すように、各ビームがレンズの中心軸上に置かれた共通の虚像Ｏから放射されたように角度を与えるのである。
【００８８】
図５は簡単のため２本のビームの場合を示している。ビーム間の角度を開く分、集光レンズの実効的な口径を大きく取る必要がある。レーザのように発散角度の限定された光源についてはこのような手法が可能なのである。
【００８９】
もう一つは、ビームの中心軸間隔を狭める操作を行い必要に応じてそれを縮小再結像することにより像全体を小さく形成するようにさせるものである。すなわち、図６に示すように、互いに等しい強度分布を有するビーム中心軸間隔を狭めて物点間隔を小さくした上で必要に応じて再結像する。図６は簡単のため２本のビームの場合を示している。
【００９０】
なお、以上の２つの方法を組み合せることがより効果的であることは言うまでもない。
【００９１】
上記光ファイバの場合は複数本のファイバを密に束ねることで物点間距離をあらかじめ縮小することができるで、上記特開平２００１−２５５４９１号公報の方法が有効に作用する。しかし、スタックアレイレーザダイオードでは、アレイの幅やスタック間隔を変更することが困難である。
【００９２】
そこで、発明者らは距離の離れた複数の物点を極力単一化する方法についてさらに鋭意検討した。その結果、圧縮器の導入をはじめとする各種の具体的方法を見いだした。
【００９３】
【実施例】
以下、本発明の本旨とするところをより詳らかとするために添付の図面に基づいて説明する。
【００９４】
図７は、本発明の半導体レーザ装置の一実施例を示す平面図、図８は、その立面図である。なお、半導体レーザとレーザダイオードは同義である。
【００９５】
スタックアレイ半導体レーザ１０は、幅約１０ｍｍの間にレーザビームを放射する１０個から１００個（図７では便宜上６個表示される）の活性層ストライプ１２を一列に配列したリニアアレイ半導体レーザを平行に積み重ね（図８では４層表示される）高さ５ｍｍ〜４０ｍｍとしたものである。
【００９６】
各活性層ストライプ１２の断面は、例えば、幅１００μｍ〜２００μｍ、厚み０．１μｍ〜１．５μｍで、活性層ストライプの端面から放射されるレーザ光線は、厚み方向（以下速軸方向と呼称する）の放射角が４０°〜５０°、幅方向（以下遅軸方向と呼称する）の放射角が１０°で、スタックアレイ半導体レーザ１０の発光源となっている。
【００９７】
活性層ストライプはリニアアレイ半導体の端部に一列に並んでいるため、スタックアレイ半導体レーザは、線分が２次元アレイ状に配列した発光の光源を与える。
【００９８】
第１の柱状レンズアレイ２０が、スタックアレイ半導体レーザ１０から放射されるレーザ光を活性層ストライプの厚みの方向に集束力を有し、速軸成分を平行にする。第１の柱状レンズアレイ２０は幅方向には等しい光学的厚みを有して、光はほぼ直進するため、レーザビームの遅軸成分の放射角は約１０°と変わらない。
【００９９】
第１のビーム変換器３０が、第１の柱状レンズアレイ２０から出力されるレーザビームの断面を入射光に対してほぼ９０°回転させる。第１のビーム変換器３０は、スタックアレイ半導体レーザ１０の各活性層ストライプ１２に１対１に対応する光学素子を各活性層ストライプに対応するように、２次元アレイ状に配列したものである。
【０１００】
第１の柱状レンズアレイ２０によって幅方向に約１０°の角をもって放散し厚み方向に平行光となったレーザビーム（図８参照）は、第１のビーム変換器３０によって、各活性層ストライプ毎に約９０°回転させられるので、厚み方向に放射角約１０°、幅方向に平行な光に変換される（図７参照）。なお、上記光学素子は複数の活性層ストライプを含むストライプ群に対応するようにしたものであってもよい。
【０１０１】
このように、約９０°回転しビーム変換されたレーザビームが活性層ストライプ、若しくはストライプ群の数だけ平行に並ぶので、スタックアレイ半導体レーザ１０の放射光は活性層ストライプが梯子状に並列し、その並列が、さらに複数並列して２次元的に配列したものと実質的に同じものとなる。この回転走査により次のコリメーションが容易に実現可能となる。
【０１０２】
第２の柱状レンズアレイ８０がレーザビーム群を各列毎に厚み方向に屈折させてコリメートする。同時に各々所定の量だけレンズとビームの中心軸をずらして用いることにより近似的に同一物点から放射されたビーム群に変換するように光軸の角度変化を発生する。
【０１０３】
ビーム圧縮器４０が梯子状に並列したレーザビームの梯子の間隔を短縮しレーザビームを圧縮する。このような圧縮されたレーザビームが、さらに、スタックアレイ半導体レーザの高さ方向（スタック方向）に１列に直列することになる。
【０１０４】
圧縮されたビーム群は梯子の間隔が狭いために伝播中に強度分布のラップが起こりもはや別々のビームとは見なせなくなる。すなわち、スタックアレイ半導体レーザから発したビームは、ビーム圧縮器４０を出た段階で各アレイごとに１群のビームとなる。
【０１０５】
そして、集光レンズ７０が全ビーム群を集光する。ビーム群は近似的に集光レンズ７０の中心軸上にある同一の物点から発したビームとなっているので中心軸上にて同一スポットに結像する。集光スポットの大きさは各軸成分のコリメート径を物点の大きさと見なしたとき、これらに集光レンズ７０の結像比を掛けた程度の大きさになる。
【０１０６】
ただし、速軸側の物点の大きさはアレイの幅１０ｍｍにビーム圧縮器４０による圧縮比を掛けただけの大きさと見なす必要がある。
【０１０７】
例えば、ビーム圧縮器４０の圧縮比が１／１０のとき、速軸側の物点の大きさは１ｍｍと考えられる。したがって、集光レンズ７０の結像比が１／３とすれば、像の大きさは約３３０μｍとなる。厳密にはこの中にさらに線分状の像が等間隔で並んでいる。
【０１０８】
遅軸側については、第２の柱状レンズアレイ８０によるコリメート径が４００μｍであるとすれば、像は１３３μｍとなる。結局、３３０μｍ×１３３μｍのスポットが得られる。１ｋＷの出力で２ＭＷ／ｃｍ２のパワー密度を得る。これは十分に金属の深溶け込み溶接が可能なパワー密度である。
【０１０９】
もし、第２の柱状レンズアレイ８０による角度変化を生じさせないとすると、各アレイからのビーム群は別々の像を結ぶので、遅軸側の全体像の大きさはスタックの高さに集光レンズ７０の結像比をかけた大きさになる。例えば、スタック高さが３０ｍｍであるとすると、像の大きさは１０ｍｍとなる。このように、角度変化によって離散的な像を一つに重ねることができる。
【０１１０】
なお、第２の柱状レンズアレイ８０は図７および図８に示したように第１のビーム変換器３０の前面に配置してもよいし、ビーム圧縮器４０の前面に配置してもよい。その際、第１のビーム変換器３０と第２の柱状レンズアレイ８０または第２の柱状レンズアレイ８０とビーム圧縮器４０を一体化することもできる。これにより部品点数を削減できるとともに界面でのロスが減少する利点がある。
【０１１１】
図９は、スタックアレイレーザダイオードとして発光部分の密度が高い擬似連続発振レーザダイオードＱｕａｓｉ−ＣＷ−ＬＤ等を用いる場合の本発明の半導体レーザ装置の平面図、図１０は、その立面図である。スタックアレイレーザダイオード１０には多数の活性層ストライプ１２が高密度に設けられていて、実質的に区切りのない直線状発光部を形成している。
【０１１２】
第１のビーム変換器３０は、活性層ストライプのサイズと関係なく、或いは、所定数のストライプに対応する寸法を有する光学素子を、適当数、直線的に配列したものである。第１の柱状レンズアレイ２０、第１のビーム変換器３０、ビーム圧縮器４０、第２の柱状レンズアレイ８０、集光レンズ７０の位置や作用は、図７および図８に説明したものと同じである。
【０１１３】
このように活性層ストライプの幅が短いか、その間隔が狭いレーザダイオードを用いるときには、第１のビーム変換器の光学素子を活性層ストライプと１対１に対応させるとビーム変換器の製作が困難になる。
【０１１４】
本態様は、その代わりに、適当な数の活性層ストライプを群にまとめてこれに対応させたものである。また、レーザダイオードの発光部を点線状と見る代わりに１本のストライプと見なして、これを光学素子で適当に区分して旋回させて、実質的に、梯子状に発光するレーザダイオードに変化させたものと考えることもできる。
【０１１５】
図１１は、本発明の半導体レーザ装置の別の実施例を示す平面図、図１２は、その立面図である。図７および図８に示した例との相違点は、ビーム角度を変更する手段が、第２の柱状レンズアレイ８０ではなく、新たに別に設けた透明ウェッジ板１２０による点である。第２の柱状レンズアレイ８０は単に遅軸成分をコリメートする作用のみを担う。
【０１１６】
透明ウェッジ板１２０は、図１２に示すように角度のついた透明板であり、光がこれを透過する際に屈折による角度変化を与える。透明ウェッジ板１２０を設置する位置は、図１１および図１２に示すごとくビーム圧縮器４０の前面に配置するかもしくは第２の柱状レンズアレイ８０とビーム圧縮器４０の間に配置する。この際、透明ウェッジ板１２０と第２の柱状レンズアレイ８０、あるいはビーム圧縮器４０を一体化することもできる。
【０１１７】
これにより部品点数を削減できるとともに界面でのロスが減少する利点がある。本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１１８】
また、図１３および図１４に示すごとく第２の柱状レンズアレイを省略することもできる。なお、図１３および図１４は第１のビーム変換器３０と透明ウェッジ板を一体化した例である。さらに、本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１１９】
図１５は、本発明の半導体レーザ装置の別の実施例を示す平面図、図１６は、その立面図である。図７および図８に示した例との相違点は、ビーム角度を変更する手段が、第２の柱状レンズアレイ８０ではなく、新たに別に設けた柱状レンズ１３０による点である。第２の柱状レンズアレイ８０は単に遅軸成分をコリメートする作用のみを担う。
【０１２０】
柱状レンズ１３０は、図１６に示すようにスタックアレイの階層方向（第２の方向）に作用するレンズであり、中心軸をずらして用いることにより角度変化を生じる。柱状レンズ１３０は図１６に示すごとくビーム圧縮器４０の前面に配置するかもしくは第２の柱状レンズアレイ８０とビーム圧縮器４０の間に配置する。この際、柱状レンズとビーム圧縮器４０を一体化することもできる。
【０１２１】
また、第２の柱状レンズアレイ８０を省略することもできる。さらに本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１２２】
図１７は、本発明の半導体レーザ装置の別の実施例を示す平面図、図１８は、その立面図である。図７および図８に示した例との相違点は、ビーム角度を変更するのではなく、ビームの中心軸間隔を狭める方法を取る点である。そのために、第２の柱状レンズアレイ８０の後に焦点距離ｆ３の第２の集光レンズ７１を設けた。
【０１２３】
スタックアレイレーザダイオードから出たビーム群の遅軸成分は焦点距離ｆ２の第２の柱状レンズアレイ８０によって各々一旦コリメートされるが、波の性質によって伝播中に広がるために第２の集光レンズの手前では若干発散系のビームとなる。ただし、各中心軸は平行である。
【０１２４】
したがって、これを第２の集光レンズで集光すると、厳密には図４にて説明したように離散的な像を結ぶ。つまり、第２の柱状レンズアレイ８０の後、より正確には、波面が平面となる位置に物点が移動したと考えるべきである。ただし、発散角が小さいので第２の集光レンズ７０の中心軸からの各像の逸脱距離はきわめて小さく像はほとんど一つに重なって見える。
【０１２５】
速軸成分に関しても同様である。物点は第１の柱状レンズアレイ２０のすぐ後にできる。第２の集光レンズ７０によって集光すると、やはり厳密には離散的な像を結ぶ。ただし、遅軸成分に比べてなお像間距離が近いので全体の強度分布はほとんど完全な単峰性となる。
【０１２６】
このように、第２の集光レンズ７０の結像面ではいずれの軸方向にも単峰性の像が得られる。しかし、像の倍率が速軸方向に関してはｆ３／ｆ１、遅軸方向に関してはｆ３／ｆ２で拡大結像系となるため、像が大きくなる場合がある。
【０１２７】
図１９は、図１７および図１８の構成に対応して上記の説明を物点を追う形で模式的に図解したものである。図１９（ａ）は、スタックアレイレーザダイオードの出力ビームを正面から見たものである。簡単のため、一部を取って１アレイあたりのストライプ数を６、スタック階数を４として表示してある（全幅は１０ｍｍであり、実際のストライプ数は６よりも多いことに注意）。
【０１２８】
図１９（ｂ）は、第１のビーム変換器後のビーム、図１９（ｃ）は、第２の集光レンズによる結像を示す。次に具体的な数字を与えることでこの結像の状況を説明する。例えば、速軸成分の出射径を１μｍ、遅軸成分の出射径を２００μｍとする。
【０１２９】
第１の柱状レンズアレイ２０の焦点距離ｆ１を０．３ｍｍ、第２の柱状レンズアレイ８０の焦点距離ｆ２を４．５ｍｍ、第２の集光レンズ７１の焦点距離ｆ３を３０ｍｍとすると、元々のアレイ方向に関しては１μｍ×３０／０．３＝１００μｍ程度、スタックアレイの階層方向に関しては２００μｍ×３０／４．５＝１．３ｍｍ程度の大きさの像が得られる。
【０１３０】
ただし、実際はエミッターや光学系の取り付け誤差等が存在するのでアレイ方向の集光径は上記の２倍程度の２００μｍ程度となる場合がある。このときの出力が５０Ｗであるとすると、パワー密度は２×１０４Ｗ／ｃｍ２程度になる。スポットは楕円である。本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１３１】
図２０は、本発明の半導体レーザ装置の別の実施例を示す平面図、図２１は、その立面図である。本実施例は、図１７および図１８に示した実施例をさらに縮小結像してビームの中心軸間隔を狭めたものである。そのために、集光器７１の後に集光器７０を設けた。
【０１３２】
図１７および図１８に示した例よりもさらに高いパワー密度が実現できる。本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１３３】
図２２は、図２０および図２１に示した実施例においてスタック方向に関して第２の集光レンズの焦点に光軸角度変化機能を備え、集光レンズ７０による像の合成を図った構成を説明する側面図である。
【０１３４】
光軸角度変化素子として透明ウェッジ板１２０を用いた。焦点近傍では各ビームが結像するのでビームは明確に分離している。そこに透明ウェッジ板を配置することによって全ビームが共通の物点から発したビームのように変換することができる。
【０１３５】
その結果、集光レンズの結像点ではスタック方向の像が一致する。この効果はアレイ方向にても同様に実施可能である。また、何本かのビームをまとめて角度変化させても良い。なお、光軸角度変化機能として柱状レンズを用いても良い。
【０１３６】
本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１３７】
図２３は、本発明の半導体レーザ装置の別の実施例を示す斜視図である。本実施例は、ビームの中心軸間隔を狭める手段としてパラボリックミラーによる１次元のテレスコープを２組用いるものである。そのために第２の柱状レンズアレイ８０の後に柱状パラボリックミラーを４個設置した。本例ではスタックアレイ半導体レーザのアレイ方向の圧縮とスタック方向の圧縮を機能的に分離した。
【０１３８】
第１の柱状パラボリックミラー１１０と第２の柱状パラボリックミラー１１１とでアレイ方向圧縮のテレスコープ、第３の柱状パラボリックミラー１１２と第４の柱状パラボリックミラー１１３とでスタック方向圧縮のテレスコープを構成する。
【０１３９】
テレスコープはケプラー型でもガリレイ型でも良い。いずれにしてもテレスコープの出側に物点が形成される。なお、テレスコープは柱状レンズにても構成できる。もちろん、柱状パラボリックミラーと柱状レンズの組み合わせとしても良い。ビーム圧縮による発散角の増大を補正するために柱状レンズ６０を設置することができる。
【０１４０】
本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１４１】
図２４は、図２３に示した実施例においてテレスコープを柱状レンズによるものとし、特にスタック方向はケプラー型のものとし、加えてその焦点もしくはその近傍に光軸角度変化素子を備え、像の合成を図った構成を説明する斜視図である。光軸角度変化素子として透明ウェッジ板１２０を用いた。
【０１４２】
図２５は、その部分の拡大図である。焦点近傍では各ビームが結像するのでビームは明確に分離している。そこに透明ウェッジ板１２０を配置することによって全ビームが共通の物点から発したビームのように変換することができる。
【０１４３】
その結果、集光レンズ７０の結像点ではスタック方向の像が一致する。図２６にその様子を示す。結像点では光軸間隔が狭いのでウェッジ角度を小さくでき、集光レンズ７０の有効径を小さくできる利点がある。
【０１４４】
本実施例の効果はアレイ方向にても同様に実施可能である。光軸角度変化機能として柱状レンズを用いても良い。
【０１４５】
本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１４６】
図２７は、本発明の半導体レーザ装置の別の実施例を示す平面図、図２８は、その立面図である。本実施例はビームの中心軸間隔を狭める手段としてテレスコープを用いるものである。そのために、レンズ１４０の後にレンズ１４１を設けた。レンズ１４０とレンズ１４１とでケプラー型のテレスコープを構成した。もちろん、レンズ１４１を凹レンズとしてガリレイタイプのテレスコープとしてもよい。いずれにしても、レンズ１４１の出側にて一旦波面が平面となるので、ここに物点が形成される。
【０１４７】
まず、テレスコープ出側の状況を説明する。スタック間隔を１．７５ｍｍ、段数を２０、ストライプ間隔を８００μｍ、第１の柱状レンズアレイ２０による速軸側のコリメート径を２００μｍ、第２の柱状レンズアレイ８０による遅軸側のコリメート径を４００μｍとし、テレスコープの縮小比を１／１０とすると、元々のアレイ方向に関しては全幅約１４ｍｍの中に約８０μｍ間隔で１２本のストライプ像が梯子状に並ぶことになる。
【０１４８】
この方向ではビーム径が約２０μｍであるから全体像は離散的なものになる。一方、スタックアレイの階層方向に関しては間隔約１７５μｍで４列のビーム群が並ぶことになる。この方向ではビーム径は約４０μｍであるから元々のアレイ方向に比較してなお離散的な像になる。
【０１４９】
２次元的にはアレイ方向約１ｍｍ、スタック方向約３．３ｍｍの四角の中に線分が並んだような像になる。図２９は、テレスコープ前後の像の変化の様子を図解したものである。この図では、便宜上６ストライプ×４スタックを表示している。
【０１５０】
次に、第１の集光レンズ７０を用いて、上記物点を再度縮小結像することによって、十分実用的と見なせる像を形成した。縮小比を１／４としたので、元々のアレイ方向に関しては全幅約２５０μｍの中に約２０μｍ間隔で１２本のストライプが梯子状に並んだ。
【０１５１】
一方、スタックアレイの階層方向に関しては、全幅約８３０μｍの中に間隔約４４μｍで２０列のビーム群が並ぶことになる。つまり、２次元的にはアレイ方向２５０μｍ、スタック方向８３０μｍの四角の中に線分が並んだような全体像になる。
【０１５２】
しかし、これだけ小さく絞ると、例えば、加工に用いる場合でも被加工物側の伝熱拡散を考慮すると均一な像であるかどうかはあまり問題にならなくなる。例えば、集光点での出力が５００Ｗとすると、上記全体像の平均パワー密度は２．４×１０５Ｗ／ｃｍ２となり十分深溶け込み溶接等の加工に供し得る。
【０１５３】
なお、ビームの中心軸間隔を狭める手段としてパラボリックミラーによるテレスコープを用いても良い。さらに、本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１５４】
図３０は、図２３に示した実施例に加えてアレイ方向のテレスコープとスタック方向（第２の方向）のテレスコープとの間に、第２のビーム変換器５０を備えた構成例を示す斜視図である。
【０１５５】
第２のビーム変換器５０は、アレイごとにビーム群を回転して１列の梯子状に変換する。この操作に伴って、第２のテレスコープであるスタック方向のテレスコープで圧縮されるのは速軸成分ということになる。
【０１５６】
したがって、第１のテレスコープであるアレイ方向のテレスコープと併せて速軸方向が２回圧縮されることになる。第２のビーム変換器（５０）には、そのビーム変換要素にスタックバー毎のビームが入射することが望ましいが、スタック間のビームが重なり合った後でも入射しても構わない。この場合は、第２のビーム変換器のビーム変換要素ごとに新たにビームを分区し回転することになる。
【０１５７】
しかし、図３０に示す構成例において、第１のビーム圧縮器（１１０、１１１）を通過したレーザビームが速軸方向に多少の発散角を有するビームの場合、該レーザビームが、第２のビーム変換器（５０）を通過する時、隣接するビーム変換要素にはみ出し、図３１に示すように、ゴーストを形成する。その結果、ビームのスループットは低下する。
【０１５８】
そこで、図３２に示すように、第１のビーム圧縮器（１１０、１１１）と第２のビーム変換器（５０）との間に、第１のビーム圧縮器（１１０、１１１）を通過した各列毎のレーザビームを第１の方向（速軸方向）に屈折させてコリメートするシリンドリカルレンズ（第５の集光器（１５４））を配設することが好ましい。
【０１５９】
上記第５の集光器（１５４）の配設により、第２のビーム変換器（５０）を通過するレーザビーム群の包絡線が細くなり、ゴーストが消滅する。
【０１６０】
ところで、光の性質としてビーム径Ｄと発散角θの積Ｄ・θは一定である。積が小さい方が集光性がよい。今、速軸側はＤＦ＝１μｍ、θＦ＝０．６９８ｒａｄ、遅軸側はＤＳ＝２００μｍ、θＳ＝０．１７５ｒａｄとすると、ＤＦ・θＦ＝０．７μｍ・ｒａｄ、ＤＳ・θＳ＝３５μｍ・ｒａｄとなるので、積の大きさに５０倍の開きがある。このように速軸成分の方が、集光性がよいので速軸側を２回圧縮する方が有利なのである。
【０１６１】
逆に、圧縮した分だけビーム発散角は拡大するので、集光レンズに入射する全体のビーム径が大きくなる心配がある。そこでアレイ方向とスタック方向の広がりを近づけるために柱状レンズ６０を配置した。
【０１６２】
本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１６３】
図３３は、本発明の別の実施例で、図３０の配置にスタック方向及びアレイ方向の透明ウェッジ板（１２０，１２１）を加えた構成を示す斜視図である。図はスタック方向とアレイ方向でビーム群をそれぞれ３分割して向きを変えた場合を示している。
【０１６４】
また、図３４に、図３３に示す実施例において、第１のビーム圧縮器（１１０、１１１）と第２のビーム変換器（５０）との間に、シリンドリカルレンズ（第５の集光器（１５４））を配設した別の実施例を示す。
【０１６５】
ビーム群はスタック方向及びアレイ方向でそれぞれ３つに分割された後、集光レンズ７０の結像点で重なる。つまり、いずれの実施例においても、図３０に示した方法に比べて、スポット径は、ほぼ１／３となる。また、透明ウェッジ板の代わりにビーム圧縮器を用いてもよい。
【０１６６】
本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１６７】
図３５は、ビームシフターを用いた光軸シフトを説明する図である。ビームシフターとしては透明な平行平板が利用できる。光軸シフトの原理は屈折の法則による。屈折率ｎ、厚みｔの透明平行平板を光が通過するとき、屈折率ｎと厚みｔ、および、入射角θに依存して、光軸が平行シフトする。
【０１６８】
シフト量ｒは、式ｒ＝ｔ・ｓｉｎ（θ−φ）／ｃｏｓ（φ）、φ＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎ（θ）／ｎ）に表される。ビームシフターを第１のビーム変換器３０の手前に配置して入射角を調節すれば、第１のビーム変換器３０の開口中心にビーム光軸を合わせることができる。
【０１６９】
また、第２の柱状レンズアレイ８０の手前に配置し、角度を調節することで第２の柱状レンズアレイ８０の開口中心にビーム光軸を合わせることができる。また、これにより第２の柱状レンズアレイ８０に入射するビームの位置を変えればビームの角度変化を与えることができる。
【０１７０】
図３６は、本発明の別の実施例であり、図３０の配置からビーム変換器を１個除外し、アレイ方向（第１の方向）とスタック方向（第２の方向）のテレスコープを入れ替えた構成を示す斜視図である。
【０１７１】
第１の柱状レンズ２０によって速軸成分をコリメートした後、全スタックの速軸成分を第２のビーム圧縮器（図では１１２と１１３とで構成）で一括圧縮した後に、第２のビーム変換器５０で遅軸成分を無差別に分割しつつ回転する。
【０１７２】
この様子を図３７に示す。第１の柱状レンズアレイ２０によりスタックピッチに近い十分に広がったビーム径とすることができる。第２のビーム変換器５０のピッチは０．５ｍｍ程度とする。第２のビーム変換器５０を出たところでビームは縦に並ぶ。さらに、第２のビーム圧縮器（柱状放物面鏡）１１２、１１３でアレイ方向に速軸成分を圧縮し、柱状レンズ６０で速軸成分と遅軸成分のマッチングを図った後、集光レンズ７０で絞り込む。
【０１７３】
第１の柱状レンズアレイ２０として比較的長い焦点距離のレンズが使用でき、エミッターまでのクリアランスも１ｍｍ程度に取れるので容易なアライメントを可能とする。
【０１７４】
本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１７５】
図３８は、本発明の別の実施例で、図３６の配置にスタック方向及びアレイ方向の透明ウェッジ板（１２０，１２１）を加えた構成を示す斜視図である。図は、スタック方向とアレイ方向でビーム群をそれぞれ３分割して向きを変えた場合を示している。
【０１７６】
ビーム群はスタック方向及びアレイ方向でそれぞれ３つに分割された後、集光レンズ７０の結像点で重なる。つまり、図３６に示した方法に比べてスポット径はほぼ１／３となる。また、透明ウェッジ板（１２０，１２１）の代わりにビーム圧縮器を用いてもよい。
【０１７７】
また、図３９に示すように、レーザビームの速軸方向の発散角に起因するゴーストを消滅せしめるため、第２のビーム圧縮器（１５２、１５３）とビーム変換器（５０）との間に、第２のビーム圧縮器（１５２、１５３）を通過した各列毎のレーザビームを速軸方向（第２の方向）に屈折させてコリメートするシリンドリカルレンズ（第５の集光器（１５５））を配設することが好ましい。
【０１７８】
本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１７９】
図４０は、本発明の半導体レーザ装置の別の実施例を示す斜視図である。図７および図８に示した例との相違点は、ビーム角度を変更する手段が、第２の柱状レンズアレイ８０ではなく、ビーム圧縮器（図では１１０と１１１にて構成）として用いるパラボリックミラー１１１の反射面をそれぞれのビーム群に対応してセグメント化した点である。
【０１８０】
本実施例もまた実質的に区切りのない直線状発光部を有するスタックアレイ半導体レーザに対しても同様に適用できる。
【０１８１】
以上、実施例をもって説明したように、本発明は、レーザエネルギーを極めて小さい面積に収束することができるものであるが、より収束度を上げるためには、第１の柱状レンズアレイ（第１の集光器）を出射するレーザビームの光軸間の平行度を高める必要がある。
【０１８２】
即ち、第１の柱状レンズアレイ（第１の集光器）の取り付けに、１／１００００ラジアン程度でも誤差があると、スタックアレイレーザダイオードを出射するレーザビームの光軸間平行度が悪化し、予定した集光点とは異なる点に集光してしまう場合がある。
【０１８３】
それ故、第１の柱状レンズアレイ（第１の集光器）の前面に、各列毎に、前記第２の方向（速軸方向）に光軸角度を、１／１００００ラジアンオーダーで微調整できる角度調整器を備えることが好ましい。
【０１８４】
上記角度調整器の一例を、図４１に示す。図に示すように、所定の傾斜角度（φ）を有する２個のウエッジ板（Ｐ１とＰ２）を逆向きに組み合わせ、１個（Ｐ１）は固定し、１個（Ｐ２）は回転可能（回転角θ）に構成したものである。なお、図中、矢印が光軸である。
【０１８５】
回転可能なウエッジ板１個では、レーザビームの光軸角度を１／１００００ラジアンオーダーで微調整することはできないが、ウエッジ板２個を用いる上記構成により、上記光軸角度を１／１００００ラジアンオーダーで微調整することができる。
【０１８６】
図４２に、傾斜角度φが１．５°、３°および４．５°のウエッジ板を用い、第１のウエッジ板Ｐ１（固定）への入射角度θ１を０、ｎ（屈折率）を１．５１１とし、第２のウエッジ板Ｐ２を回転し（横軸θ２）たときの光軸の調整角を示す。
【０１８７】
傾斜角度φが３°の場合、回転角θ２が−１０°〜１４°で、１／１０００ラジアン程度の角度調整が可能である。
【０１８８】
ただし、光軸の偏光方向は同じ（例えば、マイナス側のみ）であるので、上記角度調整器を使用する場合は、注意と工夫が必要である。
【０１８９】
しかし、いずれにしても、上記角度調整器を用いることにより、本発明の効果をより顕著なものとすることができる。
【０１９０】
図５１は、本発明の第１のビーム変換器３０、ビーム圧縮器４０、及び第２のビーム変換器５０からなる光学系を説明するブロック図である。第１のビーム変換器３０は、図５１にあるように、２次元アレイ状に光学素子３２を適当な数だけ連結して形成されている。第１のビーム変換器の幅および高さは、スタックアレイレーザダイオードの発光面に対応させる。
【０１９１】
光学素子３２は、図５１にあるように、第１のビーム変換器の幅方向に活性層ストライプの軸方向を有するレーザビーム３６を面に垂直に受光する受光面と、光学素子内部で光軸に沿って光路を捻る処理を受けて光路を変換されたレーザビーム３７を面から垂直に出力する出力面とを有する。
【０１９２】
光学素子３２は、例えば、間隔８００μｍで並んでいる活性層ストライプから放射される水平にストライプ長軸方向を有するレーザビーム３６を受容し、受容したレーザビームの断面の向きをほぼ９０°旋回してストライプ軸方向が垂直になるような変換をする。
【０１９３】
第１のビーム変換器３０に用いる光学素子３２は、一般には、第１のビーム変換器を組み込むレーザ装置に使用するスタックアレイレーザダイオード１０の活性層ストライプ１２に１対１で対応するようにする。
【０１９４】
従って、例えば、間隔８００μｍで活性層ストライプが１２個並び、さらに、それらが１．７５ｍｍ毎に２０層積み重なったスタックアレイレーザダイオードを使用する場合には、第１のビーム変換器は、間隔８００μｍで光学素子を１２個並べ、さらに、それらを１．７５ｍｍ毎に積み重ねたものとなる。
【０１９５】
しかし、図９に示した例にあるように、活性層ストライプが高密度に並んでいる場合には、レーザビームを１本の連続波から放射されたものと見なして、第１のビーム変換器に受光するレーザを適当な間隔で区切って、その部分毎に約９０°レーザビームを旋回して用いることにより、実質的に、その間隔を幅として有する梯子状発光部を持ったリニアアレイレーザダイオードとして、さらに、これらのリニアアレイレーザダイオードが積み重なったスタックアレイレーザダイオードとして扱うことができる。
【０１９６】
このような目的には、活性層ストライプの数によらず、適当数の光学素子を２次元的に並列配置すれば足りる。
【０１９７】
スタックアレイレーザダイオードの放射面が平面であることに対応して、第１のビーム変換器３０の入射面と出射面とは、第１のビーム変換器の全体に亘って、それぞれ１つの平面上に配置することがレーザ装置の構造上好都合である。
【０１９８】
上記光学素子は、米国特許第５，５１３，２０１号に示されているとおり、いろいろな原理に基づいて形成することができる。
【０１９９】
まず、３回の反射による捻転に基づくものである。これは、３個の直角プリズムを想定すると考えやすい。つまり、図５２に示すように、３個の直角プリズムを組み合せる。第１の直角プリズムに横向きの扁平なレーザビームを入射すると、第１、第２、第３のプリズム内での３回の全反射により９０°捻れた縦向きの扁平なレーザビームとなって、第３の直角プリズムから出射する。３個の直角プリズムで果たせる機能を、図５３のような１個のプリズム素子で行うことができる。
【０２００】
このようなプリズム素子を１次元アレイに配列し、図５４のようなプリズムアレイとすれば、破線状に直列した配列のレーザビームを入射して梯子状に並列した配列のレーザビームに変換されて出射する。
【０２０１】
このようなプリズムアレイは１枚のガラス基板から、図５５のようにモノリシックに形成することもできる。
【０２０２】
このようなプリズムアレイを縦に積み重ねて、図５６のように、プリズム素子の２次元アレイとすれば、破線が並列した配列のレーザビームを入射して梯子が並列した配列のレーザビームに変換されて出射する。
【０２０３】
３回の反射は、直角プリズムにおけるように、必ずしも直角である必要はなく、結果的に、破線が並列した配列のレーザビームを入射して梯子が並列した配列のレーザビームに変換されればよい。
【０２０４】
反射面を用いる光学素子は、プリズムでなくて、適当に配置した反射鏡であってもよい。
【０２０５】
反射鏡を用いてビーム変換器を構成する場合は、プリズムアレイにおける全反射面を反射面とするようにミラーアレイを形成すればよい。材料として、金属、金属メッキしたガラス、反射コーティングしたガラス、プラスチック、シリコン等が利用できる。
【０２０６】
微細な光学素子は、精密金型による製造或いは例えばシリコン半導体製造プロセスやＬＩＧＡプロセスを応用することにより製造可能である。シリコン結晶を利用する場合には、その劈開面を反射鏡面とすると加工も容易になる。
【０２０７】
１次元のミラーアレイを用いれば、破線状に直列した配列のレーザビームを入射して梯子状に並列した配列のレーザビームに変換されて出射する。このようなミラーアレイを縦に積み重ねて、図５７のように、ミラー要素の２次元アレイとすれば、破線が並列した配列のレーザビームを入射して梯子が並列した配列のレーザビームに変換されて出射する。
【０２０８】
図５８は、シリンドリカルレンズを並列配置した第１のビーム変換器を表す図である。この第１のビーム変換器は、シリンドリカルレンズの軸を４５°傾けて並列配置したものを、適当な距離を有する空間を挟んで対向配置したものである。
【０２０９】
入射面に水平に入射する扁平な光線は、４５°傾いたシリンドリカルレンズで、入射位置により異なる屈折力を受けて扁平軸が旋回し、さらに、出射面から４５°傾いたシリンドリカルレンズで扁平軸が、合計ほぼ９０°旋回して出射面から出射する。
【０２１０】
第１のビーム変換器を使用することにより、スタックアレイレーザダイオードからのストライプ光は実質的に梯子が並列した配列に変化する。４５°に傾斜したシリンドリカルレンズの配列が隣接するリニアアレイＬＤ層のストライプの配列と合わない場合は、リニアアレイＬＤ層と対応するようにシリンドリカルレンズアレイを領域に分けて切断し、ストライプと合致するようにずらすとよい。
【０２１１】
図５９は、入射面と出射面とが円柱表面を有し側面が平行で内部が稠密になっている光学ガラス製光学素子を複数接合した第１のビーム変換器を示す。この光学素子も一種のシリンドリカルレンズである。
【０２１２】
光学素子は水平面に対して４５°傾斜している。入射面に水平に入射する扁平な光線は、４５°傾いた入射面の円柱表面で生じる異なる屈折力を受けて扁平軸が旋回し、さらに、出射面の４５°傾いた円柱表面で扁平軸がほぼ９０°旋回して出射面から出射する。
【０２１３】
第１のビーム変換器を使用することにより、スタックアレイレーザダイオードからのストライプ光は、実質的に梯子が並列した配列に変化する。
【０２１４】
ストライプ光間隔と整合する場合は、側面が平行面である必要はなく、断面が真円であるシリンダレンズを利用することも可能である。４５°に傾斜したシリンドリカルレンズの配列が隣接するリニアアレイＬＤ層のストライプの配列と合わない場合は、前記と同様、リニアアレイＬＤ層と対応するようにシリンドリカルレンズアレイを領域に分けて切断し、ストライプと合致するようにずらすとよい。
【０２１５】
図６０は、光学ガラスのブロックから作製した第１のビーム変換器を示す。本ビーム変換器は、断面が長方形をした光学ガラス製角柱の入射面と出射面に同じ方向に４５°傾いた円柱表面を複数形成したもので、図５９のビーム変換器と同じ機能を有するものである。
【０２１６】
４５°に傾斜した円柱表面の配列が、隣接するリニアアレイＬＤ層のストライプの配列と合わない場合は、前記と同様、リニアアレイＬＤ層と対応するように円柱表面アレイを領域に分けて切断し、ストライプと合致するようにずらすとよい。
【０２１７】
図６１は、ダブプリズムを複数配設した第１のビーム変換器を示す。光学素子は水平面に対して４５°傾斜している。入射面に水平に入射する扁平な光線は、入射位置により底面での反射位置が異なるため出射面では垂直に出射する扁平な光線となる。
【０２１８】
従って、扁平軸がほぼ９０°旋回して出射する。第１のビーム変換器を使用することにより、スタックアレイレーザダイオードからのストライプ光は、実質的に梯子が並列した配列に変化する。隣接するダブプリズムを接合する場合は必要に応じてダブプリズムの底面を反射コーティングしておくとよい。
【０２１９】
ビーム変換器は、回折を利用する光学素子を使用したものであってもよい。図６２は、バイナリオプティクスを利用する光学素子を示す図である。該光学素子は透明板に中心軸を４５°傾けて配列し、各中心軸に垂直な方向に、中心軸に対して対称に深さが変化する多数の溝を設け階段状としたものである。
【０２２０】
溝の深さは、回折を利用して中心から外に向かうに連れて回折角を増すように変化する。出射面における階段状表面は入射面における階段状表面と面対称となるよう刻まれている。入射面に水平に入射する扁平な光線は、中心軸が４５°傾いた階段状表面で、入射位置により異なる屈折力を受けて扁平軸が旋回し、さらに、出射面から中心軸が４５°傾いた階段状表面で扁平軸が、合計９０°旋回して出射面から出射する。
【０２２１】
このようなバイナリオプティクスは光学ガラスやプラスチックからなり、半導体製造プロセスによる製造の他、金型を用いて製造することも可能である。
【０２２２】
図６３は、中央面で最も屈折率が高く側面に近づくほど屈折率が低くなる光学ガラス体からなる１次元分布屈折率レンズを複数接合した第１のビーム変換器を示す。
【０２２３】
１次元分布屈折率レンズは水平面に対して４５°傾斜している。入射面に水平に入射する扁平な光線は、４５°傾いた中央面に向かう屈折力を受けて扁平軸がほぼ９０°旋回して出射面から出射する。
【０２２４】
図６４は、光学ガラス板の両面に、同じ方向にそれぞれ対になるほぼ半円柱状の分布屈折率レンズ要素を対向配置したものを複数形成した第１のビーム変換器を示す。半円柱の中心軸は水平面に対して４５°傾斜しており、半円の中心が最も屈折率が高く、外側になる程屈折率が低くなっている。
【０２２５】
光学ガラス板の両面は入射面および出射面になっており、入射面に水平に入射する扁平な光線は、４５°傾いた分布屈折率レンズ要素で、入射位置により異なる屈折力を受けて扁平軸がほぼ９０°旋回して出射面から出射する。
【０２２６】
図６５は、ここまでに示してきた反射ミラー型ビーム圧縮器や透過レンズ型ビーム圧縮器の他の実施例として、アナモルフィックプリズムを用いたビーム圧縮器を表す斜視図、図６６は、その平面図である。
【０２２７】
アナモルフィックプリズムに一定の幅を持った平行光線を入射すると、屈折効果により幅が短縮されたビームに変換されてアナモルフィックプリズムから出射する。
【０２２８】
図６７の斜視図、および、その平面図である図６８に示すように、アナモルフィックプリズムをもう１個用意し、アナモルフィックプリズムペアとすると、２度の屈折効果により、さらに幅が短縮されるばかりでなく、入射光軸に対し出射光軸は平行移動するのみで方向は変わらない。
【０２２９】
第１のビーム変換器から出射した、梯子状に並列したレーザビーム列が更に複数並列し２次元配列したレーザビーム群は、アナモルフィックプリズムによりビーム圧縮され、各々のレーザビーム列について列が圧縮され梯子の間隔が短縮したレーザビーム列に変換される結果、これら圧縮レーザビーム列が１列に直列した配列に変換される。
【０２３０】
さらに、もう１組のアナモルフィックプリズムペアを用意し、合計４枚のアナモルフィックプリズムを使用すると、出射光軸を入射光軸のほぼ前方に位置させることができる。勿論、光軸の向きが変化することを厭わなければ、１個のアナモルフィックプリズムのみ使用してもよい。
【０２３１】
第２のビーム変換器５０は、図５１にあるように、１次元アレイ状に光学素子５２を、スタックアレイレーザダイオードのスタック層の数だけ連結して形成されている。第２のビーム変換器５０に用いる光学素子５２は、ビーム圧縮器４０から出射した各圧縮レーザビーム列に１対１に対応するようにする。
【０２３２】
第１のビーム変換器を用いず、第１のビーム圧縮器でまず速軸成分を圧縮する場合は、第２のビーム変換器で遅軸成分を分区し回転させる。これは、Ｑｕａｓｉ−ＣＷ　ＬＤを第１のビーム変換器で分区し回転した場合と類似している。
【０２３３】
光学素子５２は第１のビーム変換器３０に用いる光学素子３２と同じ原理で入射したレーザビームを９０°捻転する。従って、圧縮された並列レーザビーム列が、さらに直列したレーザビーム群がビーム圧縮器から出射し第２のビーム変換器に入射すると、圧縮された並列レーザビーム列が９０°捻転する結果、全てのレーザビーム要素が１列に並列した配列となる。
【０２３４】
上記光学素子は、第１のビーム変換器に用いた種々の原理に基づいて形成することができる。
【０２３５】
まず、３回の反射による捻転に基づくものである。図６９のように、縦向きの扁平なレーザビームが横に並列したものを入射すると、３回の反射により９０°捻れた横向きの扁平なレーザビームが縦に並列したものとなって出射するプリズム素子を１次元アレイに配列すれば、圧縮された並列レーザビーム列がさらに直列したレーザビーム群を入射して、全てのレーザビーム要素が１列に並列した配列に変換されて出射する。
【０２３６】
このような１次元アレイは１枚のガラス基板から図７０のようにモノリシックに形成することもできる。
【０２３７】
３回の反射は直角プリズムに於けるように必ずしも直角である必要はなく、結果的に、圧縮された並列レーザビーム列が、さらに直列したレーザビーム群を入射して全てのレーザビーム要素が１列に並列した配列に変換されればよいことは第１のビーム変換器の場合と同様である。
【０２３８】
また、反射面を用いる光学素子はプリズムでなくて適当に配置した反射鏡であってもよい。
【０２３９】
図７１のように、３回の反射により９０°捻れた横向きの扁平なレーザビームが縦に並列したものとなって出射するミラー要素を１次元アレイに配列すれば、圧縮された並列レーザビーム列がさらに直列したレーザビーム群を入射して、全てのレーザビーム要素が１列に並列した配列に変換されて出射する。
【０２４０】
図７２は、シリンドリカルレンズを並列配置した第２のビーム変換器を表す図である。このビーム変換器は、シリンドリカルレンズの軸を４５°傾けて並列配置したものを適当な距離を有する空間を挟んで対向配置したものである。
【０２４１】
入射面に水平に入射する圧縮された並列レーザビーム列は、４５°傾いたシリンドリカルレンズで入射位置により異なる屈折力を受けてビーム列の断面が旋回し、さらに、出射面から４５°傾いたシリンドリカルレンズでビーム列の断面が合計ほぼ９０°旋回して出射面から出射する。
【０２４２】
第２のビーム変換器を使用することにより、ビーム圧縮器からの圧縮された並列レーザビーム列が、さらに直列したレーザビーム群は、実質的に、全てのレーザビームが梯子状に１列に並列した配列に変換される。このとき、全ての梯子の間隔が同一である必要はない。
【０２４３】
図７３は、入射面と出射面とが円柱表面を有し側面が平行で内部が稠密になっている光学ガラス製光学素子を複数接合したビーム変換器を示す。光学素子は水平面に対して４５°傾斜している。
【０２４４】
入射面に水平に入射する圧縮された並列レーザビーム列は、４５°傾いた入射面の円柱表面で生じる異なる屈折力を受けてビーム列の断面が旋回し、さらに、出射面の４５°傾いた円柱表面でビーム列の断面がほぼ９０°旋回して出射面から出射する。
【０２４５】
第２のビーム変換器を使用することにより、ビーム圧縮器からの圧縮された並列レーザビーム列が、さらに直列したレーザビーム群は、実質的に、全てのレーザビームが梯子状に１列に並列した配列に変換される。このとき、全ての梯子の間隔が同一である必要はない。圧縮された並列レーザビーム列と隣接のビーム列との間隔と整合する場合は、側面が平行面である必要はなく、断面が真円であるシリンダレンズを利用することも可能である。
【０２４６】
図７４は、光学ガラスのブロックから作製した第２のビーム変換器を示す。本ビーム変換器は、断面が長方形をした光学ガラス製角柱の入射面と出射面に同じ方向に４５°傾いた円柱表面を複数形成したもので、図１３の第２のビーム変換器と同じ機能を有するものである。
【０２４７】
図７５は、ダブプリズムを利用した第２のビーム変換器を示す。入射面に水平に入射する圧縮された並列レーザビーム列は、４５°傾いたダブプリズムの入射面で屈折し、入射位置の違いが底面で異なる反射位置を与えるため出射面ではビーム列の断面がほぼ９０°旋回して出射面から屈折して出射する。
【０２４８】
隣接するダブプリズムを接合する場合は必要に応じてダブプリズムの底面を反射コーティングしておくとよい。
【０２４９】
図７６は、バイナリオプティクスを利用した第２のビーム変換器を示す。本ビーム変換器は、入射面と出射面に同じ方向に中心軸が４５°傾いた階段状表面を複数形成したものである。
【０２５０】
入射面に水平に入射する圧縮された並列レーザビーム列は、４５°傾いた入射面の階段状表面で生じる異なる回折力を受けてビーム列が旋回し、さらに、出射面の４５°傾いた階段状表面でビーム列の断面が９０°旋回して出射面から出射する。
【０２５１】
図７７は、１次元分布屈折率レンズを利用した第２のビーム変換器を示す。本ビーム変換器は、中央面で最も屈折率が高く側面に近づくほど屈折率が低くなる光学ガラス体からなる１次元分布屈折率レンズを４５°傾けて複数接合したものである。
【０２５２】
入射面に水平に入射する圧縮された並列レーザビーム列は、４５°傾いた１次元分布屈折率レンズ内での入射位置によって異なる屈折力を受けてビーム列が旋回し、ビーム列の断面が９０°旋回して出射面から出射する。
【０２５３】
図７８は、対向配置した分布屈折率レンズ要素を利用した第２のビーム変換器を示す。本ビーム変換器は、光学ガラス板の両面に、同じ方向にそれぞれ対になるほぼ半円柱状の分布屈折率レンズ要素を対向配置したものを複数形成したものである。
【０２５４】
半円柱の中心軸は水平面に対して４５°傾斜しており、半円の中心が最も屈折率が高く、外側になる程屈折率が低くなっている。入射面に水平に入射する圧縮された並列レーザビーム列は、４５°傾いた分布屈折率レンズ要素により入射位置によって異なる屈折力を受けてビーム列が旋回し、ビーム列の断面が９０°旋回して出射面から出射する。
【０２５５】
前述したように、本発明は、柱状レンズアレイからなるビーム変換器を用い得るものであるが、この変換器に、発散角を有するレーザビームが入射した場合、図７９に示すように、ビーム出射側の隣接要素にはみ出す成分（図中、逸脱成分）が発生し、ゴーストが生じることがある。その結果、レーザビームのスループットが低下する。
【０２５６】
入射ビームの発散角に起因するゴーストをなくすためには、変換器に、発散角を調整する機能を持たせる必要がある。そこで、本発明者は、図８０に示すように、柱状レンズアレイからなるビーム変換器を二分割し、さらに、ビーム出射側の柱状レンズの曲率半径を、ビーム入射側の柱状レンズの曲率半径より小さくした。
【０２５７】
このことにより、ビーム出射側のビームサイズを小さくし、レーザビームが出射側の隣接要素にはみ出す成分（逸脱成分）をなくして、ゴーストの発生を抑制することができる。
【０２５８】
図８０では、ビーム入射側の変換器とビーム出射側の変換器を、間隔をあけて、可変として示しているが、両変換器を接合して一体構造としてもよい。
【０２５９】
なお、図８０においては、柱状レンズの厚さｒ＝０．３５４ｍｍで、入射側柱状レンズの曲率半径ｒ１＝０．３７５、出射側柱状レンズの曲率半径ｒ２＝０．３ｍｍの場合を示している。
【０２６０】
ただし、ｒ２／ｒ１＜１であると、レーザビームは９０°回りきれないが、これは、柱状レンズを傾けて配置することにより解決することができる。
【０２６１】
現在、市販のスタックアレイレーザーダイオードの出力は、１スタック当たり５０Ｗ程度である。そして、スタック段数は、組み付け精度により、２０段程度に制約されてしまうので、１台当たりの出力は、最大で１ｋＷ程度である。しかし、金属加工への応用を考えれば、より大きな出力が必要である。
【０２６２】
そこで、本発明では、少なくとも２台以上のスタックアレイレーザーダイオードを結合することにより、出力を増大する。
【０２６３】
即ち、本発明においては、少なくとも２基のスタックアレイレーザダイオードから放射され、該ダイオードの前面に配設した第１の集光器から出射する少なくとも２つのレーザビーム群を、第１の集光器の前面に配設した光学機器で結合する。
【０２６４】
図８１に、上記光学機器として偏光素子を用いて結合する場合を示す。一方のスタックアレイレーザダイオード（ＬＤ２）から出射するレーザビームをλ／２板に通し、それを、偏光素子（偏光プリズム）を介して、他方のスタックアレイレーザダイオード（ＬＤ１）から出射するレーザビームと結合する。
【０２６５】
図８２に、光学機器としいて、スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで透過窓を形成したミラーを用いる結合態様を示す。
【０２６６】
また、図８３に、光学機器として、スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで配置したミラーを用いる結合態様を示す。
【０２６７】
さらに、図８４に、光学機器として、スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで配置した直角プリズムを用いる結合態様を示す。
【０２６８】
また、本発明においては、図８５に示すように、スタックアレイレーザダイオードを少なくとも２基備え、かつ、前記第３の集光器の後面に、該集光器に入射する少なくとも２つのレーザビーム群を波長結合する光学機器を備えて、レーザービーム群を結合する。
【０２６９】
この場合、上記光学機器として、ダイクロイックミラーを用いるのが好ましい。
【０２７０】
さらに、本発明においては、第１の集光器を前面に備えるスタックアレイレーザダイオードを複数基備え、かつ、該第１の集光器の前面に、該集光器から出射する少なくとも２つのレーザビーム群を結合する光学機器と、前記第３の集光器の後面に、該集光器に入射する少なくとも２つのレーザビーム群を波長結合する光学機器を備えて、複数のレーザビーム群を結合する。
【０２７１】
このように、複数のレーザビームを結合して出力の大きいレーザビームを得ることができる。
【０２７２】
図４３は、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するブロック図の平面図、図４４は、その立面図である。該半導体レーザ励起固体レーザ装置は、本発明の半導体レーザ装置を固体レーザ９５の励起光源として使用する。
【０２７３】
スタックアレイレーザダイオードを利用した従来の半導体レーザ装置は光学系でエネルギーを集中しても横長の領域に限られ、実質的なエネルギー密度は大きくなかった。また、このエネルギーを有効に利用しようとすると、固体レーザの側面励起しかできなかった。
【０２７４】
本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、スタックアレイレーザダイオード１０の点線状発光ストライプを短い焦点距離ｆ１を有する第１の柱状レンズアレイ２０により、ストライプと垂直な方向に集束した後に、第１のビーム変換器３０を用いて複数列の梯子状レーザビームに変換し、同時に同一の物点から発したビーム群になるようにビームの向きも変える。
【０２７５】
そして、集光レンズ７０で固体レーザ素子９６の受光面上の小さい領域にエネルギーを収斂させる。
【０２７６】
本発明の半導体レーザ装置は、前述のとおり、所定の狭い範囲にエネルギーを集中することができる。このため、本発明の半導体レーザ装置を利用した本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、スタックアレイレーザダイオード１０の出力を有効活用できるとともに、固体レーザ９５の端面励起をも可能にするものである。
【０２７７】
固体レーザ素子として、ＹＡＧ、ＹＬＦ、イットリアなど通常の固体レーザ素子のほか、Ｑスイッチや波長変換素子を含む固体レーザ素子も利用できる。
【０２７８】
また、固体レーザ素子への励起光源の入射がブリュースター角をもって行われてもよい。固体レーザ素子は短吸収長レーザ結晶（ＹＶＯ４）であってもよい。本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置により、３００Ｗの半導体レーザ素子を用いて、１００ＷのＹＡＧレーザ出力を得ることができた。
【０２７９】
図４５は、光ファイバ９０を用いた本発明に係るレーザ装置の平面図、図４６は、その立面図である。上記レーザ装置が形成するレーザスポットの位置に光ファイバ９０の受光面を配置し、レーザ１０から放射されるレーザエネルギーを受容して光ファイバ９０の他端面側に伝達するようにしたものである。
【０２８０】
光ファイバ９０の長さと可撓性とにより、簡単に、目的の場所に発光部を持ち込んで作業ができるような、使いやすいレーザ装置を得ることができる。
【０２８１】
なお、８００Ｗの出力を有するスタックアレイレーザダイオード１０を光源とし、コア径４００μｍの光ファイバ９０の入射面に、コアの断面より小さいレーザスポットを形成するように構成したレーザ装置は６０％の効率を達成している。
【０２８２】
図４７は、本発明の光ファイバー導光半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するブロック図の平面図、図４８は、その立面図である。該光ファイバー導光半導体レーザ励起固体レーザ装置は、本発明の半導体レーザ装置の出力を光ファイバー９０で導光して固体レーザ９５の励起光源とする。
【０２８３】
光ファイバーの出力部には、端部から放散されるレーザビームのエネルギーをコリメートして再度収斂させるための光学系９２が設けられている。
【０２８４】
このように、半導体レーザ装置部分と固体レーザ装置部分の間に柔軟な光ファイバーが介在するため、装置の自由度が飛躍的に増大し、構成が容易になる利点がある。
【０２８５】
本発明の光ファイバー導光半導体レーザ励起固体レーザ装置により、４００Ｗの半導体レーザ素子を用いて８０ＷのＹＡＧレーザ出力を得ることができた。
【０２８６】
図４９は、本発明の半導体レーザ励起ファイバーレーザ装置を説明するブロック図の平面図、図５０は、その立面図である。
【０２８７】
半導体レーザ励起ファイバーレーザ装置は、本発明の半導体レーザ装置の出力をダブルクラッドファイバー９１のインナークラッドに入力してコアを励起する。インナークラッドの径は６００μｍ×２４０μｍである。コア径は４０μｍである。スタックアレイレーザダイオードの出力が１ｋＷのときファイバーレーザ出力として５００Ｗが得られた。この出力ビームは完全に単峰性である。
【０２８８】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ装置は、スタックアレイレーザダイオードが発生するレーザエネルギーは極めて小さな面積に集束させることができることから、十分にレーザ加工や医療用に用いることができる。
【０２８９】
また、本発明のビーム変換器を使用してスタックアレイ半導体レーザのエミッタを実質的に１列の梯子状に配列する効果をもたらした半導体レーザ装置は、極めて小さい焦点にスタックアレイ半導体レーザのエネルギーを集中することが可能になる。
【０２９０】
さらに、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、強力な半導体レーザを活用した端面励起が可能となり、効率が高くビームの質が良い固体レーザ出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アレイ型レーザダイオードとレーザビームの指向性を説明する図である。
【図２】スタックアレイ型レーザダイオードとレーザビームの指向性を説明する図である。
【図３】焦点距離ｆの集光レンズに平行ビームが入射した際の結像の様子を示す図である。
【図４】互いの光軸は平行であるが発散角を持つビームが集光レンズに入射した際の結像の様子を示す図である。
【図５】複数のビームがレンズの中心軸上に置かれた共通の虚像Ｏから放射されたように角度を与える様子を示す図である。
【図６】複数のビームの中心軸間隔を狭める操作を説明する図である。
【図７】本発明の半導体レーザ装置の一実施例を示す平面図である。
【図８】図７に示した半導体レーザ装置の立面図である。
【図９】密集型エミッタ構造の半導体レーザを用いた本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図１０】図９に示した半導体レーザ装置の立面図である。
【図１１】ビーム角度を変更する手段として透明ウェッジ板を用いた本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図１２】図１１に示した半導体レーザ装置の立面図である。
【図１３】ビーム変換器と透明ウェッジ板を一体化した本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図１４】図１３に示した半導体レーザ装置の立面図である。
【図１５】ビーム角度を変更する手段として柱状レンズを用いた本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図１６】図１５に示した半導体レーザ装置の立面図である。
【図１７】ビームの中心軸を近づける工夫をした本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図１８】図１７に示した半導体レーザ装置の立面図である。
【図１９】図１７および図１８に示した半導体レーザ装置における像の変化の様子を説明する図である。
【図２０】図１７および図１８に示した半導体レーザ装置の出力をさらに縮小結像する本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図２１】図１９に示した半導体レーザ装置の立面図である。
【図２２】図２０および図２１に示した半導体レーザ装置において、スタック方向に関して第２の集光レンズの焦点に光軸角度変化機能を備え、最終集光レンズによる像の合成を図った構成を説明する側面図である。
【図２３】ビームの中心軸を近づける手段として１次元のテレスコープを２組用いる本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図２４】ビームの中心軸を近づける手段として１次元のテレスコープ２組用い、さらに物点を一致させる手段として透明ウェッジ板を用いる本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図２５】図２４の透明ウェッジ板設置部分の拡大図である。
【図２６】図２５に示した半導体レーザ装置における像の変化の様子を説明する図である。
【図２７】ビームの中心軸を近づける手段としてテレスコープを用いる本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図２８】図２７に示した半導体レーザ装置の立面図である。
【図２９】図２７および図２８に示した半導体レーザ装置における像の変化の様子を説明する図である。
【図３０】図２５に示した実施例に加えてアレイ方向のテレスコープとスタック方向のテレスコープとの間に第２のビーム変換器を備えた構成例を示す斜視図である。
【図３１】レーザビームが第２のビーム変換器を通過した時、ゴーストが出ることを示す図である。
【図３２】第１のビーム圧縮器と第２のビーム変換器の間に、柱状レンズ（第５の集光器）を配置した半導体レーザ装置を示す図である。
【図３３】図３０の配置にスタック方向及びアレイ方向の透明ウェッジ板を加えた構成を示す斜視図である。
【図３４】第１のビーム圧縮器と第２のビーム変換器の間に、柱状レンズ（第５の集光器）を配置した別の半導体レーザ装置を示す図である。
【図３５】ビームシフターによる光軸シフトを説明する図である。
【図３６】図３０の配置からビーム変換器を１個除外し、アレイ方向とスタック方向のテレスコープを入れ替えた構成を示す斜視図である。
【図３７】図３６の装置における第２のビーム変換器の作用を説明する図である。
【図３８】図３６の配置にスタック方向及びアレイ方向の透明ウェッジ板を加えた構成を示す斜視図である。
【図３９】第１のビーム圧縮器と第２のビーム変換器の間に、柱状レンズ（第５の集光器）を配置した別の半導体レーザ装置を示す図である。
【図４０】ビーム角度を変更する手段としてセグメント式の反射鏡を用いた本発明の半導体レーザ装置の斜視図である。
【図４１】角度調整器の例を示す図である。
【図４２】角度調整の精度を示す図である。
【図４３】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するブロック図の平面図である。
【図４４】図４３に示した半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するブロック図の立面図である。
【図４５】光ファイバを用いた本発明の半導体レーザ装置の平面図である。
【図４６】図４５に示した半導体レーザ装置の立面図である。
【図４７】本発明の光ファイバー導光半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するブロック図の平面図である。
【図４８】図４７に示した光ファイバー導光半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するブロック図の立面図である。
【図４９】本発明の半導体レーザ励起ファイバレーザ装置を説明するブロック図の平面図である。
【図５０】図４９に示した半導体レーザ励起ファイバレーザ装置を説明するブロック図の立面図である。
【図５１】本発明の第１のビーム変換器、ビーム圧縮器、および、第２のビーム変換器を説明するブロック図である。
【図５２】３回の反射によるビーム変換の原理を、３個の直角プリズムを用いて説明する図である。
【図５３】斜角柱の形状をした光学素子と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図５４】図５３の光学素子を並列配置して得られるビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図５５】図５４のビーム変換器と等価の一体的なビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図５６】図５５のビーム変換器をスタックして得られる第１のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図５７】ミラーアレイをスタックして得られる第１のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図５８】シリンドリカルレンズを並列配置した第１のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図５９】入射面と出射面とが円柱表面を有する光学素子を並列配置した第１のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図６０】光学ガラスのブロックから作製した第１のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図６１】ダブプリズムを並列配置した第１のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図６２】バイナリオプティクスを並列配置した第１のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図６３】１次元分布屈折率レンズを並列配置した第１のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図６４】半円柱状の分布屈折率レンズ要素を並列配置した第１のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図６５】アナモルフィックプリズムによるビーム圧縮器と、それによるビーム圧縮を示す斜視図である。
【図６６】図６５に示したビーム圧縮器と、それによるビーム圧縮を示す平面図である。
【図６７】アナモルフィックプリズムを２個用いたアナモルフィックプリズムペアによるビーム圧縮器と、それによるビーム圧縮を示す斜視図である。
【図６８】図６７に示したビーム圧縮器と、それによるビーム圧縮を示す平面図である。
【図６９】斜角柱の形状をした光学素子を並列配置して得られる第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７０】図６９のビーム変換器と等価の一体的な第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７１】ミラー要素を並列配置した第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７２】シリンドリカルレンズを並列配置した第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７３】入射面と出射面とが円柱表面を有する光学素子を並列配置した第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７４】光学ガラスのブロックから作製した第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７５】ダブプリズムを並列配置した第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７６】バイナリオプティクスを並列配置した第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７７】１次元分布屈折率レンズを並列配置した第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７８】半円柱状の分布屈折率レンズ要素を並列配置した第２のビーム変換器と、それによるビーム変換を示す斜視図である。
【図７９】ビーム出射側の隣接要素にはみ出す成分（逸脱成分）が発生することを示す図である。
【図８０】柱状レンズアレイを二分割し、ビーム出射側の柱状レンズの曲率半径を、ビーム入射側の柱状レンズの曲率半径より小さくしたビーム変換器を示す図である。
【図８１】偏光素子を用いて、２つのレーザビームを結合する態様を示す図である。
【図８２】スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで透過窓を形成したミラーを用いて、２つのレーザビームを結合する態様を示す図である。
【図８３】スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで配置したミラーを用いて、２つのレーザビームを結合する態様を示す図である。
【図８４】スタックアレイレーザダイオードのスタックピッチと同じピッチで配置した直角プリズムを用いて、２つのレーザビームを結合する態様を示す図である。
【図８５】第３の集光器に入射する少なくとも２つのレーザビーム群を波長結合する態様を示す図である。
【符号の説明】
１０…スタックアレイレーザダイオード
１２…活性層ストライプ（エミッタ）
２０…第１の柱状レンズアレイ（第１の集光器）
３０…第１の光路変換器（第１のビーム変換器）
３２…光学素子
３６〜３９…レーザビーム
４０…第１のビーム圧縮器
４２…第２のビーム圧縮器
５０…第２の光路変換器（第２のビーム変換器）
５２…光学素子
６０…柱状レンズ（第４の集光器）
６１…柱状レンズ
７０…集光レンズ（第３の集光器）
７１…集光レンズ
８０…第２の柱状レンズアレイ（第２の集光器）
９０…光ファイバー
９２…光学系
９５…固体レーザ
９６…固体レーザ素子
９７…固体レーザ出力ミラー
１００…ビームシフター
１１０、１１１…柱状放物面鏡（第１のビーム圧縮器）
１１２〜１１３…柱状放物面鏡（第２のビーム圧縮器）
１２０…透明ウェッジ板（角度変更器）
１２１…透明ウェッジ板
１３０…柱状レンズ
１４０〜１４１…レンズ
１５０、１５１…柱状レンズ（第１のビーム圧縮器）
１５２、１５３…柱状レンズ（第２のビーム圧縮器）
１５４、１５５…柱状レンズ（第５の集光器）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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