(57)【要約】レーザ光源（１）から出るレーザ光線を修正するための装置であって、第１の方向（Ｘ）において実質的に少なくとも列に配置されている直線状放射源（２）を有するレーザ光源（１）を含み、さらに実質的に列に配置された放射源（２）が、前記第１方向（Ｘ）に垂直な方向（Ｙ）においては少なくとも部分的に前記列に対してずれて配置されていること、また前記装置は、修正手段（６，８，１０）であって、前記列への前記放射源（２）のずれにより生じたレーザ光線の空間的歪みが補正されるように、前記レーザ光源（１）から出るレーザ光線を修正可能な修正手段（６，８，１０）を有する装置において、修正手段（８）がプリズムアレイとして形成されており、該プレートアレイは実質的に平行平面プレートであって、用いられるレーザ光線に対して透明な平行平面プレートからなる複数のプレート要素（１１）を有し、これらのプレート要素（１１）の少なくとも２つは異なる厚みを有しており、前記修正手段（１０）は、互いにずれた少なくとも２つの放射源（２）から出る光線（３，３’）が２種類のプレート要素（１１）により異なる大きさの光線ずれを生じるように、レーザ光源（１）から出るレーザ光線内に配置されている、レーザ光源（１）から出るレーザ光線を修正するための装置。さらに本発明は、上記のような装置の製造方法にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源（１）から出るレーザ光線を修正するための装置であって、第１の方向（Ｘ）において実質的に少なくとも列に配置されている直線状放射源（２）を有するレーザ光源（１）を含み、さらに実質的に列に配置された放射源（２）が、前記第１方向（Ｘ）に垂直な方向（Ｙ）においては少なくとも部分的に前記列に対してずれて配置されていること、また前記装置は、修正手段（６，８，１０）であって、前記列への前記放射源（２）のずれにより生じたレーザ光線の空間的歪みが補正されるように、前記レーザ光源（１）から出るレーザ光線を修正可能な修正手段（６，８，１０）を有する装置において、修正手段（８）がプリズムアレイとして形成されている、ことを特徴とするレーザ光源（１）から出るレーザ光線を修正するための装置。
【請求項２】
前記プリズムアレイは個別プリズム要素（９）からなり、該要素はレーザ光源（１）から出るレーザ光線において、少なくとも２つの互いにずれた放射源（２）から出る光線（３，３’）が異なるプリズム要素（９）に当たり、またこれらのプリズム面のひとつにおいて異なる角度下で前記放射源のずれにより生じる歪みが修正されるように配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記修正手段（１０）はプレートアレイとして構成されており、また前記プレートアレイは実質的に平行平面プレートであって、用いられるレーザ光線に対して透明な平行平面プレートからなる複数のプレート要素（１１）を有する装置において、これらのプレート要素（１１）の少なくとも２つは異なる厚みを有しており、また前記修正手段（１０）はレーザ光源（１）から出るレーザ光線において、互いにずれた少なくとも２つの放射源（２）から出る光線（３，３’）が２種類のプレート要素（１１）により異なる大きさの光線ずれを生じるように配置されているため、これらの放射源（２）のずれにより生じた歪みが補正される、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記修正手段（１０）は透過するレーザ光線の中間拡散方向に対し予め設定可能な角度（α）で設けられる、ことを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記修正手段（１０）の入射面に対する法線は修正手段（１０）を透過するレーザ光線の中間拡散方向（Ｚ）に対し所定の角度（α）で設けられる、ことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記修正手段（１０）は一体構造のモノリシックブロックとして形成される、ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記修正手段（８，１０）とレーザ光源との間に円筒レンズ（４）または円筒レンズに類似したレンズが配置されており、該レンズの円筒軸は実質的に第１方向（Ｘ）に延びる、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
円筒レンズ（４）または円筒レンズに類似したレンズは、第１方向（Ｘ）に垂直な方向（Ｙ）においてレーザ光源（１）から出るレーザ光線のコリメーションを実行する、ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
円筒レンズ（４）または円筒レンズに類似したレンズは、第１方向（Ｘ）に垂直な方向（Ｙ）においてレーザ光源（１）から出るレーザ光線の集光を実行する、ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１０】
プレートアレイとして構成された修正手段（１０）の円筒レンズ（４）または円筒レンズに類似したレンズの反対側に凹レンズ（１２）が配置されており、該レンズは第１方向（Ｘ）に垂直な方向（Ｙ）に関して結像したレーザ光線を、該光線が第１方向（Ｘ）に垂直な方向（Ｙ）に実質的に平行なレーザ光線として前記凹レンズ（１２）から出て来るように屈折させる、ことを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
プリズム要素（９）またはプレート要素（１１）は互いに接着される、ことを特徴とする請求項１〜５または７〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
プリズム要素（９）のそれぞれおよびプレート要素（１１）のそれぞれにひとつまたは複数の放射源（２）が対応する、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
レーザ光源（１）はレーザダイオード・バーとして形成される、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
下記の工程、すなわち
―レーザ光源（１）から出るレーザ光線は、放射源（２）の列も延びる第１方向（Ｘ）に実質的に平行にその円筒軸が調整されている円筒レンズ（４）または円筒レンズに類似したレンズの通過後に、その空間的分布に関して分析され；
―前記分析に応じて、各プリズム要素（９）相互のプリズム角または各プレート要素（１１）の厚みが選択される、
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置の製造方法。
【請求項１５】
レーザ光線の分析前にレーザ光源（１）が冷却装置に搭載される、ことを特徴とする請求項１４記載のレーザ光源（１）から出るレーザ光線を修正するための装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、レーザ光源から出るレーザ光線を修正するための装置であって、第１の方向において実質的に少なくとも列に配置されている直線状放射源を有するレーザ光源を含み、さらに実質的に列に配置された放射源が、前記第１方向に垂直な方向において少なくとも部分的に前記列に対してずれて配置されていること、また前記装置は、前記列への前記放射源のずれにより生じたレーザ光線の空間的歪みが補正されるように、前記レーザ光源から出るレーザ光線が修正できる修正手段を有することを特徴とする装置に関する。さらに、本発明は該装置の製造方法にも関する。
【０００２】
冒頭に述べた形式の装置および方法は、米国特許第６，１６６，７５９から公知である。そこに記載された装置では、レーザダイオード・バーにおいて通常現れるいわゆる「スマイル」歪み、つまり実質的に放射源の列の曲がりに対応した歪みが修正される。この場合の修正手段として、同時にコリメータレンズとして機能するグラスファイバが使用されるが、該グラスファイバは実質的に放射中心の列に略平行に、したがって第１方向に調整されている。したがって、このグラスファイバを用いて同時にレーザダイオード・バーから出るレーザ光線の速波軸ダイバージェンスもコリメートされる。グラスファイバはその修正機能を果たし得るために、互いにずれた個々の放射中心から出る光線がレーザダイオード・バーに向いたグラスファイバ横面のほぼ中央に当たるように、極めて複雑な機械的曲げ装置により曲げられる。それにより、グラスファイバを貫通する個々の放射源から出る光線が平行化されるが、尚も最小の相互の光線のずれを保持している。従来技術から公知のこの装置において特に不利なのは、グラスファイバの曲げに使用される装置の構造が比較的複雑なことである、というのはグラスファイバのいくつかの個所は他の個所に比べて数ミクロンないし数分の一ミクロンだけ曲げられなければならないからである。
【０００３】
米国特許第５，８５４，６５１号から公知なのは冒頭に述べた形式の装置および方法であるが、該特許においては修正手段として特に平行平面プレートが用いられる。その際に、これらの平行平面プレートは光線方向において速波軸のコリメートレンズの背後に、また遅波軸の焦点レンズの背後に、さらに速波軸の別の焦点レンズの背後に配置される。平行平面プレートを、事前に測った「スマイル」歪みに応じて、光軸にたいして傾ける。この場合の欠点として判明したのは、ひとつには、レーザダイオード・バーの配置された放射中心の垂直ずれに応じてこれらの平行平面プレートのそれぞれに対して、光軸に関する正確な転倒角が調整されなければならないことである。他方で、この角度は極めて正確に実現すべき光線ずれのゆえに極めて正確に選択されねばならないことが、特に不利とみなすことができよう。これは、状況によっては、極めて大きなコストを惹起することとなる。
【０００４】
本発明が対象とする目的は、容易に実現可能な冒頭に述べた形式の装置および方法の提供である。
【０００５】
この目的は本発明にしたがって、装置については請求項１および３の特徴により、また方法については請求項１４の特徴により達成される。
【０００６】
請求項１に基づいて、修正手段はプリズムアレイとして形成されることが提供される。そのようなプリズムアレイは、従来技術から公知の曲げられたグラスファイバよりも容易に製造可能である。
【０００７】
その際にプリズムアレイは有利には個別プリズム要素から構成できるが、該要素はレーザ光源から出るレーザ光線において、少なくとも２つの互いにずれた放射源から出る光線が異なるプリズム要素に当たり、またこれらのプリズム面のひとつにおいて異なる角度下で前記放射源のずれにより生じる歪みが修正されるように、配置されている。最終的にこのようなプリズムアレイを製造するためには、十分に小さな角度だけ異なる複数のプリズム要素が存在し、それにより「スマイル」歪みの適切な分析に基づいて修正に適合した要素が互いに接合される、殊に互いに接着されることが必要である。このようなプリズムアレイは光線方向において、速波軸ダイバージェンスのコリメータレンズとして機能する円筒レンズまたは円筒レンズに類似したレンズの背後に配置できる。
【０００８】
請求項３に基づいて、修正手段はプレートアレイとして構成されており、また前記プレートアレイは実質的に平行平面的で、用いられたレーザ光線に対して透明なプレートからなる複数のプレート要素を有することが提供されるが、さらにこれらのプレート要素の少なくとも２つは異なる厚みを有しており、また前記修正手段はレーザ光源から出るレーザ光線において、互いにずれた少なくとも２つの放射源から出る光線が２種類のプレート要素により異なる大きさの光線ずれを生じるように、配置されているため、前記放射源のずれにより生じた歪みが補正される。このようなプレートアレイも、従来技術から公知のグラスファイバよりも製造が容易である。
【０００９】
前記修正手段は、透過するレーザ光線の中間拡散方向に対し予め設定可能な角度で設けられることが好ましい。特に修正手段の入射面に対する法線は修正手段を透過するレーザ光線の中間拡散方向に対し予め設定可能な角度で設けられる。ここで該角度は、修正手段として機能するプレートアレイを光路に設置した後に、「スマイル」歪みの最適な修正が達成されるまで適切に変更できる。これは米国特許第５，８５４，６５１に対する明確な長所である、というのはそこに記載された装置では、当該角度は唯一の可変パラメータとして極めて精確に調整しなければならないからである。
【００１０】
本発明に基づいて、修正手段が一体のモノリシックブロックとして形成されるという可能性が得られる。この構成により、互いに別途製造されたプレートを互いに位置決めし、さらに互いに接着するという必要がないため、修正手段の製造がより容易に実現される。このようなプレートアレイは例えば、レーザ光源から出るレーザ光線は、その円筒軸が放射源列も延びる第１の方向に実質的に平行に調整されている円筒レンズまたは円筒レンズに類似したレンズの通過後に、その空間的分布について分析されること、さらに続いて前記分析に応じて各プレート要素の厚みが選択されることにより、製造することができる。
【００１１】
このプレートアレイも、例えばレーザダイオード・バーとして形成されたレーザ光源から出る光を速波軸ダイバージェンスに関して結像する円筒レンズまたは円筒レンズに類似したレンズの背後に配置できる。
【００１２】
円筒レンズまたは円筒レンズに類似したレンズおよびプレートアレイの通過後に結像したレーザ光線を再び速波軸に関して平行な光線に変えるために、プレートアレイとして構成された修正手段の円筒レンズまたは円筒レンズに類似したレンズの反対側に凹レンズが配置できるが、該レンズは前記の第１方向に垂直な方向に関して結像したレーザ光線を、該光線が第１方向に垂直な方向に実質的に平行なレーザ光線として前記レンズから出て来るように屈折させる。次にこの平行なレーザ光線は、より容易にさらに加工することができる、特にグラスファイバ上に結像できる。上記の構成を特に有利とみなすことができるのは、レーザ光源がレーザ光線の分析前に冷却装置へ搭載できるためである。通常はレーザダイオード・バーでは、例えば銅板として構成された冷却装置へのねじ留めにより「スマイル」歪みが初めて生成または拡大される。本発明に基づく装置および本発明に基づく装置の製造方法により、冷却装置へのレーザダイオード・バーの取付け完了後に「スマイル」歪みの分析と修正が可能となる。したがって、本発明に基づく装置により、レーザダイオード・バーの取付けにより初めて生じる歪みも修正される。
【００１３】
上記の本発明に基づく装置では、プリズム要素のそれぞれないしはプレート要素のそれぞれに対してひとつまたは複数の放射源が配設できる。前記要素のそれぞれに配設された放射源の個数は、当然ながら、一方では各放射源相互のずれの度合いに、他方では修正が実施されるべき精度により異なる。通常では最も精確な修正を確実に実行し得るのは、これらの各放射源のずれに応じて形成および配置されるプリズム要素またはプレート要素のそれぞれが個々の放射源に対して提供される場合である。
【００１４】
本発明のその他の特徴および長所は、下記の添付図面を参照した好適な実施例に関する以下の説明により明らかとなる。
【００１５】
図１から図４並びに図６および図７には、方向を明示するために、座標系が示されている。
【００１６】
図１ａに示されているのは、一列に配置された複数の放射源２を備えたレーザ光源１の概略図である。このようなレーザ光源１は、通常はレーザダイオード・バーとして形成される。その際の各寸法は、例えば図示された列の方向におけるレーザダイオード・バーの全幅はおよそ１０ｍｍ、また各放射源２の列方向の幅はおよそ２００μｍとすることができる。要するに、この場合の比率は厳正ではなく、以下に詳述する「スマイル」歪みに関連する問題を解明するために、単に概略的に表示されている。列方向に垂直な方向の放射源２の拡散は、例えば１μｍとされる。
【００１７】
図１ｂには、理想的な配置ではなく、したがってレーザダイオード・バーから出た光線として示された放射源２が描かれている。明確に分かるのは、各放射源２が列配置から逸脱していることである。この偏差は、図１ｂでは、分かりやすくするために誇張して表示されている。これらの偏差は、０．１μｍから５μｍまでのサイズ範囲とすることができる。再度ここで強調するならば、放射源２の高さに比べて過大な偏差は、分かりやすくするためにこの大きさで選択されたにすぎない。
【００１８】
レーザダイオード・バーから出るレーザ光線のこのような歪みは、一般に「スマイル」歪みと呼ばれ、例えばレーザダイオード・バーが適切な保持手段により、熱排出のための例えば銅ブロックからなる支持部材にねじ留めされることにより、惹起され、あるいは増大される。
【００１９】
図２から分かるのは、図１ｂに基づくレーザ光源１から出て来る光線３，３’のコリメーションがそれ自体問題を生じることである。図２では、参照記号４により円筒凹レンズが示されているが、該レンズはこの構成ではレーザダイオード・バーから出て来るレーザ光線の速波軸ダイバージェンスのコリメートレンズとして機能する。各放射源２が互いにＹ方向にずれているので、図２に基づく装置の実質的に光軸上に位置する放射源２から出て来る光線３についてのみ、円筒レンズ４の通過後に光軸つまりＺ方向に平行光線が生じる。例えば光軸に対して上方へずれた光線３’は、光軸つまりＺ方向にある角度をなして円筒レンズ４から出る。光線３，３’相互の偏差は、分かりやすくするために、誇張して大きく表示されている。このような光線３，３’からのレーザ光線の導光ファバ上での結像は極めてむずかしく、適切な修正手段なしには極めて非効率的であることが判明している。
【００２０】
図３では、図２においてコリメーションに寄与した円筒レンズ４が焦点レンズとして形成されているため、円筒レンズ４を通過する光線は焦点平面に結像される。これに対する変更形態としての図２ａから図３への移行も、円筒レンズ４とレーザ光源１との間隔が変化することにより達成できる。各放射源２のＹ方向におけるずれた構成のゆえに、異なる放射源２から出て来る光線３，３’の焦点５，５’のずれた構成も生じる。
【００２１】
図４から分かるのは、プリズムアレイとして形成された修正手段８が使用されている本発明に基づく第１の装置である。この装置では、まず円筒レンズ４から出て来る光線がその空間的分布に関して分析できる。それに続いて、異なるプリズム角を有するプリズム要素９が製作される。続いて、これらのプリズム要素９が合成されてプリズムアレイとなる。この際に、プリズム要素９のそれぞれがひとつまたは複数の放射源２に対応される。プリズムアレイとして形成された修正手段８はＺ方向において円筒レンズ４の背後に配置され、また円筒レンズ４はコリメートレンズとして配置されるため、円筒レンズ４から出て来る光線３，３’は実質的にそれ自体平行である。それ自体平行なこれらの３，３’は、各プリズム要素９においてプリズム角に応じて多かれ少なかれ強く転向される。円筒レンズ４から出て来る光線３，３’はの光路内のプリズムアレイの位置決めは、転向に使用されるプリズム面が光線３，３’のほぼ交点区域において円筒レンズ４の背後に配置され（図２ａも参照）、そのため転向された光線３，３’がほぼ同じ位置でプリズムアレイから出て行くように、選択すべきであろう。前記区域は特に円筒レンズ４の焦点距離により異なるが、図２ａおよび図５ｂでは原理的にのみ表示されている。図５ｂから分かるのは、プリズムアレイとして形成された修正手段８の通過後に、異なる放射源２から出て行く全光線３，３’は互いに平行に進行し、Ｙ方向では実質的に等しく配置される。
【００２２】
図６ａには本発明に基づく装置の第２の実施形態が示されているが、該形態は修正手段１０（図５ａおよび図５ｂも参照）の第２の実施形態を含む。この修正手段１０では、それぞれひとつまたは複数の放射源２にプレート要素１１が対応しており、これらのプレート要素は合成されて修正手段１０を形成するプレートアレイとなる。プレート要素１１は、例えば透明材料の平行平面プレートから形成できる。図示された実施例では、プレート要素１１は一体のプレートアレイの単独片として形成されている。各プレート要素１１は、修正されるべき光線３，３’に応じて、適切な厚みを有する。図５ａから分かるのは、このようなプレートアレイ１０への傾斜した入射時には厚みの異なるプレート要素を通過する光線３，３’が程度の異なる光線ずれを生じることである。
【００２３】
例えば、修正手段１０として機能するプレートアレイの製造前に、円筒レンズ４から出る光線がその空間分布に関して分析されるようにしてもよい。それに続いて、異なる厚みを持つプレート要素１１を備えたプレートアレイが製造されるが、その際に各プレート要素１１の厚みはそれらの光線３，３’が対応するプレート要素１１を通過する放射源２のＸ方向の対応ずれにより異なる。次に修正手段１０として機能するプレートアレイが、図６ａおよび図６ｂにしたがって光路において円筒レンズ４の背後に配置され、さらにＹ方向に対して角度αをなして傾斜する。
【００２４】
ここで本発明の特に興味深い利点とみなされるのは、修正手段１０として機能するプレートアレイが光路に進入した後に前記角度αは、「スマイル」歪みの最適修正が達成されるまで、適切に変更できることである。
【００２５】
図６ａから分かるのは、修正手段１０は円筒レンズ４が焦点レンズとして機能する装置に設置されているため、光線３，３’が焦点平面に結像されることである。平行平面プレートは光線ずれを惹起するため、プレートアレイとして形成された修正手段１０によっても円筒レンズ４により結像した光線３，３’の光線ずれが達成できるのであり、したがって修正手段１０の通過後に異なる放射中心２からの光線３，３’がＹ方向に関して焦点平面において集光する。
【００２６】
図７では、プレートアレイとして形成された修正手段１０を通過する光線が例えば円筒レンズとして形成された凹レンズ１２により、速波軸およびＹ方向に関してＺ方向に平行な光線に変換できるため、円筒レンズ４、修正手段１０および凹レンズ１２を含んでなる装置により、速波軸コリメーションと同時に「スマイル」修正が実現されることが示されている。
【００２７】
円筒レンズ４は、前記の全実施形態において円筒レンズに類似したレンズまたは機能的に同等のレンズにより置換できることは無論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１ａ】理想的装置におけるレーザダイオード・バーの複数の放射源の概略図である。
【図１ｂ】誇張して図示された欠陥のある装置におけるレーザダイオード・バーの放射源の概略図である。
【図２ａ】図１ｂに基づくレーザ光源を備えた従来技術から公知のコリメート装置の側面図である。
【図２ｂ】図２ａにおいて矢印ＩＩｂ方向から見た概略図である。
【図３】図１ｂに基づくレーザ光源を備えた焦点装置の側面図である。
【図４ａ】本発明に基づく修正手段の第１の実施形態を有する本発明に基づく装置の透視図である。
【図４ｂ】図５ａに基づく装置の側面図である。
【図５ａ】本発明に基づく第２の修正手段の側面図である。
【図５ｂ】図５ａにおける矢印Ｖｂ方向から見た概略図である。
【図６ａ】本発明に基づく第２の修正手段を備えた本発明に基づく装置の概略図である。
【図６ｂ】図６ａにおける矢印ＶＩｂ方向から見た概略図である。
【図７】本発明に基づく第２の修正手段を備えた本発明に基づく装置の別の実施形態の側面図である。
【国際公開パンフレット】
2004525418.tif 000003
2004525418.tif 000004
2004525418.tif 000005
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2004525418.tif 000022
2004525418.tif 000023
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004525418.tif 000024
2004525418.tif 000025
【国際調査報告】
2004525418.tif 000026
2004525418.tif 000027
2004525418.tif 000028
2004525418.tif 000029
2004525418.tif 000030
2004525418.tif 000031